专利名称：传感器响应的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进传感器对机械作用的响应的一致性，特别是改进具有至少一个导电织物编织层的传感器的灵敏性的一致性。
背景技术：
在许多可手动操作的接触传感器(contact sensor)中，传感器需要是挠性的且在预定的容限内对施加的压力是灵敏的。一种具有三层构造的织物接触传感器包括两个外部导电织物层和限定多个孔的中心分离层。分离层被构造成当没有压力施加于传感器时将导电织物层分开，并且使所述层在机械作用下发生电接触。
这种织物传感器存在的问题是不期望地触发传感器的频率对于有些应用而言可能是不可接受的。不期望的触发可能是通过弯曲或弯折传感器，或者通过来自制造过程中传感器模式(sensor pattern)的偏差引起的传感器的内力，或者在传感器的制造或使用过程中产生的一层或多层中的折痕(crease)或其他定形线(set)造成的。
美国专利申请4,659,873公开了一种织物传感器，其包括两个外部织物层和中心绝缘分离层，其中拉伸所述层使其穿过框架(frame)，使得所述层平直穿过分离层的孔。这种设置不适于需要挠性的接触传感器的应用，且在传感区域的不同位置，框架可以赋予对机械作用的灵敏性的不可接受的变化。
国际专利申请WO 00/072239描述了一种由五层构成的织物传感器，其提供改进的灵敏性和对不期望的触发的抵抗性。但是，需要考虑制造这种更为复杂的传感器的成本导致传感器应用的可行范围变窄。
因此，希望提供挠性的、具有一致的灵敏性且制造成本低的传感器。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种传感器，其包括第一编织导电织物平面；第二导电织物平面；以及中间分离平面，其能够被第一编织导电织物平面穿过，从而使第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触；中间分离平面限定多个孔中的每一孔的结构周边(stmcturalperimeter)，第一编织导电织物平面在机械作用下由所述结构周边朝向第二导电织物平面发生变形；其中第一编织导电织物平面具有被编织成线圈的重复图案的导电纱线，每个线圈都包括具有成圈部分轮廓LPE的线圈成圈部分SLP，所述分离平面限定具有孔轮廓AF的孔A，且至少一个成圈部分轮廓LPF可完全容纳在至少一个孔轮廓AF中。
根据本发明的一个方面，提供一种传感器，其包括第一编织导电织物平面；第二导电织物平面；和中间分离平面，其能够被第一编织导电织物平面穿过，从而使第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触；中间分离平面限定朝向第一导电织物层延伸的结构端点，所述结构端点是虚拟多边形窗孔(aperture window)的边界顶点，第一编织导电织物平面在机械作用下由所述结构端点朝向第二导电织物平面发生变形；其中第一编织导电织物平面具有被编织成线圈的重复图案的导电纱线，每个线圈都包括具有成圈部分轮廓LPE的线圈成圈部分SLP，所述分离平面限定具有孔轮廓AF的孔A，且至少一个成圈部分轮廓LPF可完全容纳在至少一个窗孔轮廓(aperture window footprint)AF中。
图1示出位置传感器的分解图；图2示出图1中的传感器的横截面；图3示出挠性检测器；图4示出传感器的常规测试步骤；图5示出由三层构成的传感器；图6示出纬向编织物；
图7示出经向编织物；图8示出织网；图9示出传感器层的变形；图10示出具有延伸部分的织网；图11示出传感器层的变形；图12示出传感器各层的特征之间的第一尺寸关系；图13示出传感器各层的特征之间的第二尺寸关系；图14示出传感器各层的特征之间的第三尺寸关系；图15示出传感器各层的特征之间的第四尺寸关系；图16示出响应手动施加的压力的图14传感器；图17示出传感器的横截面；图18A和18B示出传感器的作用力集中装置；图19示出作用力集中装置；以及图20示出不同类型的纱线。
具体实施例方式
图1图1是位置传感器的分解图。传感器101使用三层构造，包括第一导电层102；第二导电层103；和中间分离层104，在该实例中，由电绝缘材料制成的织网设置在两个导电织物层102，103之间。导电层优选具有由导电纤维和绝缘纤维的混合物制成的织物的形式。这种类型的织物的实例公开于国际专利申请No.WO 00/72240中。
第一导电层102设有第一对导电元件105，106，其中一个导电元件沿所述层的第一对相对边缘延伸。为了响应施加在这些导电元件105，106之间的电势，电流可以沿箭头107所示的方向流经第一层102。
相似地，第二导电层103设有第二对导电元件108，109，其中一个导电元件沿所述层的第二对相对边缘延伸。为了响应施加在这些导电元件108，109之间的电势，电流可以沿箭头110所示的方向流经第二层103。
在传感器101中，第二层103的第二对相对边缘是与第一层102的第一对相对边缘相对的。因此，可以在传感器101内产生在垂直方向上流动的两个电流。
如欧洲专利公开No.EP 0 989 509所公开的，这种电气设置允许传感器检测机械作用在传感区域内的位置(X轴和Y轴数据)以及机械作用的额外性能，例如机械作用的程度或压力(Z轴数据)。
图2A图2A示出传感器101的横截面。每个导电层102、103都是具有相关联的柔度和起伏特性的导电织物层。
可以看出，当没有压力施加于传感器101时，中间分离层104将上部第一导电层102和第二导电层103间隔开。
图2示出在中间分离层104的支承部分202和相邻支承部分203之间的位置处，在手动施加压力情况下的机械作用。在对第一导电层102施加压力的手指201的作用下，第一导电层102与第二导电层103发生接触。因此，当施加压力时，导电层102，103被压在一起，从而发生电接触，如位置204所示，且以这种方式形成穿过传感器101的导电路径。
这种类型的传感器的特性是对所施加的压力的响应依赖于施加压力的制动器的柔度。制动器在Z轴方向上应该是足够柔顺的，从而使导电层局部变形进入分离层的孔中。在实践中，如果制动器作用于点，则所施加的压力可以导致与被压入仅仅一个孔中的织物仅仅发生单点接触。或者，在更大的区域内施加压力，导致穿过中间分离层中的多个孔的多点接触。与具有柔软和柔顺表面的制动器相比，具有坚硬和扁平表面的制动器需要使用更大的力来产生电接触。可以通过在传感器的顶部或下方引入在Z轴上柔顺的额外层，来改进该性能。所述额外层可以是织物层或泡沫层。
图3图3示出能够用于形成挠性传感器的三层构造，其中每一层都是可弯曲的。图3的挠性位置检测器301使用这种构造且设置有覆盖键盘按键的盖子。围绕挠性检测器301的周边，将挠性检测器301的各层压在一起，位于边缘302之内。挠性检测器301整体上是可弯曲的，且如图所示，可以折叠。
检测器301对机械作用的响应取决于有关检测器301的制造灵敏性、检测器301各层内的定形线的存在以及机械作用在检测器301的传感区域中的位置的因素。
传感器的制造灵敏性是制造传感器的通常的内在灵敏性。应当理解，检测器301需要在手动施加的压力下能够被触发，但是并不是非常灵敏，从而在没有对检测器301施加特意压力时不能被触发。
挠性传感器容易被不希望地触发。不希望的触发可能是由传感器内的内力导致的，所述内力是在制造过程中引入的，例如，来自制造过程的传感器模式的偏差可能导致各层排列不整齐或者在各层内产生褶皱或折叠。不希望的传感器触发还可能是由通过使用传感器造成的传感器中的内力引起的，例如来自传感器的弯曲或弯折，或者来自常见的磨损和撕裂。
应当理解，构成材料内自然产生的变化也能够影响传感器性能且导致传感器响应的内在不一致。
传感器结构内的变化会影响穿过传感区域的各层的柔度。有些情况下，穿过传感器各层的拉伸力的梯度会导致在一些位置处的机械作用相比其他位置处的机械作用不明显。例如，观察检测器301，可以发现，更靠近边缘302处的机械作用没有位于更靠中心位置处的机械作用明显。
可能导致触发响应变化的另一个因素是用于影响传感的电气设置。例如机械作用相对于一个或多个导电元件的相对位置可以决定机械作用对于传感器的可检测程度。因此，可以发现，传感器对施加的相同压力的响应根据施加压力的位置而变化。
希望改进各个传感器响应的一致性，特别是从商业角度，希望改进相同传感器之间的响应的一致性。因此，希望“消除”传感器灵敏性的不可避免的变化。
图4图4示出制造传感器的制造灵敏性是基于制造公差，制造公差提供传感器的激活力的量度，所述激活力可施加在整个传感区域。制造公差起到便于选择用于特定应用的合适传感器和便于质量控制的作用。
传感器的制造公差可以限定下限力，当该力施加至传感器时不会触发输出，且可以限定上限力，当该力施加至传感器时会触发输出。因此，这些力的上限和下限提供传感器灵敏性的两个指标。当上限和下限最接近时，获得灵敏性的最佳一致性和性能的可感知品质。
制造公差可以以下述形式给出A±B，其中A是正常激活力，B是公差参数。作为第一实例，机械键盘的制造公差可以设定为50g±10g。这表明键盘的名义激活力为50g，在40g的施加压力下无法激活任何键，且在60g的施加压力下可以激活每个键。作为第二实例，传感器的制造公差可以设定为50g-25g和+100g。这表明键盘的名义激活力为50g，当在传感区域的任何位置施加25g的力时无法激活任何键，且当在传感区域的任何位置施加150g的力时每次都可以激活传感器。
应当理解，根据传感器的应用，传感器符合力的上限或下限之一可能比符合另一个更重要。例如，考虑图3的挠性检测器301，如果要避免不希望的触发，符合制动下限是更为重要的。
图4示出测试传感器是否符合预定制造公差的常规方法的各个步骤的流程图401。该常规方法首先测试传感器是否符合下限力，然后测试是否符合上限力。
在步骤402中，使用机械手指或测试棒在传感器的传感区域中的样品位置施加下限力大小的力。在步骤403中，询问是否检测到来自传感器的输出。如果步骤403中的回答是否定的，则表明符合下限力，进入步骤404。或者，如果步骤403中的回答是肯定的，则表明不符合下限力，进入步骤405，在该步骤中，认为传感器没有通过常规测试。
在步骤404中，询问是否在不同的样品位置进行另一个下限力测试。如果步骤404的回答是肯定的，则表明将要进行另一个测试，控制返回至步骤402。或者，如果步骤404中的回答是否定的，则表明在所有待测试样品位置进行的下限力测试已经被确定为成功的，进入步骤406。
在步骤406中，使用机械手指或测试棒(不管是否与步骤402中使用的相同)在传感器的传感区域中的样品位置施加上限力大小的力。在步骤407中，询问是否检测到来自传感器的输出。如果步骤403中的回答是肯定的，则表明符合上限力，进入步骤408。或者，如果步骤403中的回答是否定的，则表明不符合上限力，进入步骤404，在该步骤中，认为传感器没有通过常规测试。
在步骤408中，询问是否要在不同的样品位置进行另一个上限力测试。如果步骤408中的回答是肯定的，则表明将要进行另一个测试，控制返回至步骤406。或者，如果步骤408的回答是否定的，则表明在所有待测试样品位置进行的上限力测试已经被确定为成功的，进入步骤409，在该步骤中，认为传感器已经通过常规测试。
图5图5示出体现本发明的传感器的横截面，所述传感器在其结构中使用第一编织导电织物平面，第二导电织物平面和中间分离平面。
传感器501仅由三层构成，第一编织导电织物层502、第二导电织物层503和置于第一和第二导电织物层之间的中间分离层504。中间分离层504能够被第一编织导电织物平面穿过，从而允许第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触。因此，根据传感器501的构造，借助单独的层提供所使用的第一编织导电织物平面、第二导电织物平面和中间分离平面。在第一替代构造中，中间分离平面和外部导电织物平面设置在第一单独层结构中，另一外部导电织物平面由第二单独层结构提供。在第二替代构造中，中间分离层和两个外部导电织物平面设置在单个单独层结构中。
以一定程度的柔度制造编织导电织物层502，所述柔度能够赋予织物以受力通过中间分离层504中的孔的能力，从而与第二导电织物层503发生电接触。根据传感器501的构造，也以一定程度的柔度制造第二导电织物层503，所述柔度赋予织物以相似的能力，但是，在其他实施方式中，可以不为第二导电织物层提供该特征。
编织导电织物层502包括贯穿所述平面编织的导电纱线，使织物在所述平面的方向上延伸和/或在与所述平面垂直的方向上延伸。可以按照纬向编织物图案或经向编织物图案构造第一编织导电织物层502。
第二导电织物层503包括导电纤维且可以按照编织、机织或成毡的形式构造。机织织物具有良好的导电性能，但是往往不容易很好地伸展或压缩；有些机织织物在横向方向上不可延伸。
图6图6示出具有纬向编织物构造的织物。
编织是通过交织纱线形成环以及环中环的织物构造技术。编织织物的结构单位是环或线圈；当拉动纱线穿过前面的环时形成线圈。
在纺织工业中，使用术语“横行”表示沿编织物纵向的列中的线圈，且使用术语“纵行”表示穿过编织物中的列的线圈。
观察织物601，横行沿箭头602所指方向延伸，纵行沿箭头603所指方向延伸。通常，纬向编织织物的横行和纵行之间的比率为横行与纵行相等直至横行比纵行多出高达50％。
线圈尺寸是通过测量线圈的指定点和相邻线圈的相应点之间的距离得到的；因此，沿编织物的横行和纵行的测量结果表示长度和宽度方向上的线圈间距(stitch pitch)。
观察织物601，线圈宽度是线圈605的点604与相邻线圈607的点606之间的距离；因此沿纵行测量线圈宽度。织物601的线圈长度是线圈609的点608和相邻线圈611的点610之间的距离；由此沿横行测量线圈长度。
编织织物的其他尺寸包括纵行线圈的重复间距和横行线圈的重复间距，它们通常通过计数预定距离(通常是1”(1英寸(英制))/2.54cm)上的重复数而测量的。
可以看出，织物601的纬向编织构造的每根纱线与另一根纱线交织，形成在Z轴上从织物上表面或下表面突起的重叠部分。例如，纱线612与纱线613和纱线614交织，形成成圈部分。
编织物的纱线620的成圈部分在621中示出。成圈部分621是编织物内的一部分纱线，在那里纱线至少改变180度范围内的方向。可以看出，点622和点623之间的成圈部分621中的纱线路径在纵行方向上重复。还可以看出，点622，623和624都位于沿纱线曲率的连续转折点，形成纵行。
测量穿过所述成圈部分的最大距离作为环宽度。这是环的最大弦，由线625表示在成圈部分621上。这条线上方的环段(由箭头626表示)在这里称作成圈部分轮廓LPF。
图7图7示出具有经向编织构造的织物。织物701的构造也包括成圈部分。织物701的编织纱线702的成圈部分示于703。测量通过所述成圈部分的最大距离作为环宽度。环的最大弦由线704表示，其长度就是环宽度。环的成圈部分轮廓LPF(即线704上方的环段)由箭头705表示。
应当理解，成圈部分的形状、尺寸和取向、成圈部分突起的程度以及成圈部分由其突出的织物表面取决于特定的织物编织构造。
优选地，体现本发明的传感器的第一编织导电织物层采取非常精细的经向编织物的形式。线圈之间的0.1mm至0.3mm的间距提供平滑均匀的表面，基本上没有隆起和结块。层结构通常包括所有导电纱线或导电纱线和电绝缘纱线的混合物。优选地，经向编织构造引入导电纱线和电绝缘纱线的基本上相等的混合物。
图8可以借助织物结构或织网结构提供传感器501的中间分离层504。
图8示出编织织物结构801。织物结构801限定根据规则形式的多个孔。根据织物结构801的形式，限定了两种类型的孔，第一种类型，例如孔802，具有基本上圆形的形状，第二种类型，例如孔803，具有基本上椭圆形的形状。孔802的孔轮廓AF是该孔的区域，用阴影表示；在该实例中，是由织网限定的孔的结构边界的内部面积。在该实例中，孔802的孔轮廓AF与孔802具有相同的形状。孔803的孔轮廓AF在图8中也用阴影表示。织物结构体801沿线1-1的截面示于804。
为了对手动作用灵敏，检测器必须对相对低的压力灵敏。发现普通手指覆盖100mm2的面积，且对于可手动操作的传感器的大多数应用而言，当施加0.5牛顿至1牛顿的力时使用者将感到舒适，导致施加的压力为5kPa至10kPa。
影响传感器性能的织网的性质是网眼尺寸和织网厚度。传感器的灵敏性可以通过改变分离层的孔尺寸和/或厚度而变化。
已经发现，决定检测器性能的并不是绝对织网厚度或绝对网眼面积，而是这两个量之间的比率以及织网和导电层之间的物理相互作用决定检测器性能。因此，为了公开起见，织网密度参数可以定义为有效网眼面积除以织网厚度的值。
织网的网眼尺寸应当足以允许导电织物层中的纱线通过织网发生电接触，当选择织网时应当考虑织物导电层中的纱线的类型和直径。而且，在传感器中，编织导电织物层的成圈部分相对于中间分离层的支承部分的排列能够产生穿过传感器的传感区域的不同灵敏性范围。
位置传感器是已知的，已经发现它们容易被错误触发且已知它们使用厚度为0.09mm且平均网眼面积为3.8mm2的薄织网。这为织网提供了0.23的织网密度，需要10kPa的触发压力。
可替代类型的织网包括限定根据不规则形式具有规则或不规则形状的多个孔的织网以及根据包括仅仅一种或两种以上类型的孔的形式的多个孔的织网。
图9图9示出在机械作用过程中，仅仅由第一导电编织织物层902、第二导电织物层903和中间分离层904构成的传感器901的层的变形。中间分离织网904限定具有结构周边906的基本上呈圆形的孔905。
如图所示，当在中间分离织网904限定的孔上方的位置向第一导电编织织物层902施加压力时，第一导电编织织物层902聚集起来且朝向第二导电织物层903变形进入所述孔中。可以看出，围绕所述孔的结构周边，例如孔905的结构周边906的结构端点907和908，第一导电编织织物层902从结构端点变形进入所述孔中。所述层的柔度有助于所述变形，允许织物在所述平面方向上和/或与所述平面垂直的方向上延伸。
图10图10示出具有延伸部分的织网。织网1001限定孔，例如孔1002，每个孔具有基本上呈三角形的形状。孔1002的孔轮廓AF是所述孔的区域，用阴影表示，在该实例中是织网限定的孔的结构边界的内部区域。在该实例中，孔1002的孔轮廓AF具有与孔1002相同的形状。如图所示，织网1001限定孔的重复图案。
织网1001具有多个延伸部分，例如延伸部分1003，从织网上方的延伸部分1004延伸。根据织网1001的形式，延伸部分出现在织网交叉的部分。在该实例中，织网1001设置有根据重复图案的延伸部分。而且，织网1001的所有延伸部分从织网1001的相同表面延伸。
织网1001沿线II-II的截面示于1005。织网1001的每个向上的延伸部分都具有基本上呈半个鸡蛋的形状。每个延伸部分都在其顶点具有结构端点，例如延伸部分1007的结构端点1006。
织网的延伸部分的结构端点形成虚拟多边形窗孔的边界顶点。例如，端点1008，1009和1010是三角形窗孔的边界顶点，由阴影区域1011表示，且端点1012，1013，1014和1015是矩形窗孔的边界顶点，由阴影区域1016表示。
具有延伸部分的织网的可替代类型包括限定根据包括一种类型以上的孔的形式的多个孔的网眼，具有根据包括一种类型以上的延伸部分的形式的多个延伸部分的网眼，以及在织网交叉处以外的位置具有延伸部分的织网。
这种类型的织网，在其上具有延伸部分，可以由位于英格兰Bristol的Applied Extrusion Technologies Limited获得。延伸部分称作突起(boss)，且材料可以用织网厚度和突起数目限定。
合适产品的实例以商标Delnet X550销售。这是由挤出和压纹的(embossed)高密度聚乙烯制造的。所述材料具有每平方米12gms的重量以及0.11mm的厚度。通常，其在第一方向上的突起数目为8.3个且在垂直方向上的突起数目为每厘米9.4个。
替代性产品以商标Delnet X220销售。同样，所述材料是由高密度聚乙烯挤出和压纹的，且具有每平方米27gms的重量。其厚度为0.26mm且每厘米长度的突起数目为4.3个。
替代性材料以商标Delnet X215销售。所述材料具有相似构造，其重量为每平方米34gms，厚度为0.25mm且每直线厘米长度的突起数目为5.5个。
图11图11示出在机械作用过程中，仅由第一导电编织织物层1102、第二导电织物层1103以及中间分离织网1104构成的传感器101的层的变形。中间分离织网1004限定具有结构周边1106的基本上为三角形的孔1005以及具有结构端点1108的延伸部分1107。
中间分离织网1104在第一导电编织织物层1102和第二导电织物层1103之间取向，使得织网的延伸部分指向第一导电编织织物层1102。在传感器1101的其他条件下，第一导电编织织物层1102位于中间分离织网1104的延伸部分上方；延伸部分的结构端点在间隔条件下支承第一导电编织织物层1102。
如图所示，当在延伸部分之间的位置向第一导电编织织物层1102施加压力时，第一导电编织织物层1102朝向第二导电织物层1102变形。可以看出，第一导电编织织物层1102从围绕压力施加点的延伸部分的结构端点开始变形，所述端点例如分别是延伸部分1107、1111和1112的结构端点1108，1109和1110。当第一导电编织织物层1102到达织网1101中的孔(例如孔1105)时，第一导电编织织物层1102从围绕该孔的结构周边(例如孔1105的端点1113)的结构端点变形进入该孔中。
因此，当在构造三层传感器时使用具有延伸部分的中间分离织网时，会发生一个外部导电织物层朝向另一层的两步变形；从延伸部分的结构端点开始的第一步变形和从孔的结构端点开始的第二步变形。
因此，与未设置延伸部分的、被认为是二维的织网相比，具有延伸部分的织网可以被认为是三维的。
在织网上设置延伸部分还使第一导电层离开第二导电层，其结果是减少错误触发的发生率。设置这些延伸部分对于减少由传感器或盖子的起伏或折痕导致的错误触发的发生率是特别有效的。但是，这些延伸部分覆盖的织网的区域相对小，因此它们不会在大部分织网表面上显著增大织网的实际厚度。由图11可以看出，由于第一导电编织织物层1102从延伸部分的结构端点开始变形，因此层的变形从施加压力的位置向外辐射，围绕施加压力的位置且介于延伸部分之间且超出延伸部分。因此，提供给有意机械作用的额外阻力最小。这样，设置延伸部分减少了错误触发的程度，同时，为预期的层间相互作用提供额外的阻力。
图12图12示出编织导电织物层的导电纱线1201，所述织物层位于体现本发明特征的传感器的中间分离层1202上方。编织导电纱线1202，形成线圈的重复图案，所述线圈包括具有成圈部分轮廓LPF的线圈成圈部分SLP。
中间分离层1202限定具有孔轮廓AF的多个孔A。中间分离层1202没有设置任何延伸部分。
如图所示，线圈成圈部分SLP的成圈部分轮廓LPF可完全容纳在孔轮廓AF中。可以看出，相对于分离织网1202设置纱线1201，使得线圈的成圈部分在孔的边界内延伸和通过，但不超过孔的边界，例如与孔1204对齐的成圈部分1203。在本文中，线圈成圈部分与孔对齐的条件称作环-孔对齐。
编织导电织物层的导电纱线1201容易在线圈成圈部分变形。因为充当小型桨叶或杠杆的环的物理特性，使得这种变形是可重复的和可控制的。环可以视为能够向下枢转，从其前面的交织环延伸位置。
如1205处所示，优选能够使孔AA获得多个环，从而增加在施加压力下能够变形进入该孔中的环的数目。在1205处，示出形成传感器导电层的编织织物1206。织物1206的编织物线圈相对于孔AA的尺寸具有相对小的尺寸，使得出现与孔AA对齐的环阵列。这通过获得更多的能够在手动施加的压力下变形的环，增加传感器响应的一致性。这增加对施加在所述孔位置的压力的所需反应的发生率，对压力的确切施加点以及确切施加方向的依赖性降低。
需要按照保证多个线圈成圈部分与中间分离层的每个孔处于实现环-孔对齐的规格制造传感器。在传感器中，可以根据第一编织导电织物层和第二织物层之间的距离，以及第一编织导电织物层的柔度来改变与中间分离层的单个孔处于环-孔对齐的成圈部分的实际最大数目。
图13
图13示出编织导电织物层的导电纱线1301，所述织物层位于体现本发明特征的传感器的中间分离层1301上方。编织导电纱线1301形成线圈的重复图案，所述线圈包含具有成圈部分轮廓LPF的线圈成圈部分SLP。
中间分离层1302限定具有孔轮廓AF的多个孔A。中间分离层1302设置有限定具有窗孔轮廓AWF的虚拟多边形窗孔AW的延伸部分。由图13可以看出，线圈成圈部分SLP的成圈部分轮廓LPF可完全容纳在窗孔轮廓AWF中。环-窗孔对齐示于1303。
如1304所示，优选孔AB能够获得多个环。在1304处，示出形成传感器导电层的编织织物1305。织物1305的编织物线圈相对于孔AB的尺寸具有相对小的尺寸，使得出现与孔AB对齐的环排列。因此，借助使用限定孔且具有成圈部分的中间分离层的传感器，可以同时实现环-窗孔对齐和环-孔对齐。
图14图14示出体现本发明特征的传感器1401的横截面，该传感器仅由三层构成第一编织导电织物层1402、第二导电织物层1403和置于第一和第二导电织物层之间的中间分离层1404。中间分离层1404限定多个孔。
第一编织导电织物层1402包括被编织形成线圈的重复图案的导电纱线。
传感器1402引入第一编织导电织物层1402的这些纱线和中间分离层1404的所述孔之间的第一尺寸关系。该第一尺寸关系有利于在施加压力时层1402均匀变形穿过这些孔。
图14示出第一编织导电织物层1402的一横行，其具有横行间距尺寸(course pitch dimension)CPD，出现在箭头1405所示的第一方向上。中间分离层1404具有第一孔尺寸FAD，其是在箭头1405所指的相同的第一方向上测量的横过孔的距离。第一编织导电织物层1402的横行间距尺寸CPD小于中间分离层1404的第一孔尺寸FAD。
额外地或者择一地，传感器1402可以引入第一编织导电织物层1402的线圈和中间分离层1404的孔之间的第二尺寸关系。第一编织导电织物层1402的纵行在与箭头1405所指的第一方向垂直的第二方向上延伸。中间分离层1404具有第二孔尺寸SAD，其是在所述第二方向上测量的横过孔的距离。根据第二尺寸关系，第一编织导电织物层1402的纵向间距尺寸(wale pitch dimension)WPD小于中间分离层1404的第二孔尺寸SAD。第二尺寸关系有利于在施加压力时层1402均匀变形穿过孔1404。
图15图15示出穿过体现本发明特征的传感器1501的横截面，所述传感器仅由三层构成第一编织导电织物层1502、第二导电织物层1503以及置于第一和第二导电织物层之间的中间分离层1504。中间分离层1504限定多个孔且具有延伸部分。
传感器1502引入第一编织导电织物层1502的导电纱线的线圈和中间分离层1504的窗孔之间的至少一种尺寸关系。
图15示出第一编织导电织物层1502的一纵行，具有纵向间距尺寸WPD，出现在箭头1505所指的第一方向。中间分离层1505具有第一窗孔尺寸FAWD，其是在箭头1505所指的相同的第一方向上测量的穿过窗孔的距离。第一编织导电织物层1502的纵向间距尺寸WPD小于中间分离层1504的第一窗孔尺寸FAWD。
额外地或者择一地，传感器1502可以引入第一编织导电织物层1502的线圈和中间分离层1504的窗孔之间的第二尺寸关系。第一编织导电织物层1502的横行在与箭头1505所指的第一方向垂直的第二方向上延伸。中间分离层1504具有第二窗孔尺寸SAWD，其是在所述第二方向上测量的横过窗孔的距离。根据第二尺寸关系，第一编织导电织物层1502的横向间距尺寸CPD小于中间分离层1504的第二窗孔尺寸SAWD。
因此，传感器可以显示第一编织导电织物层的成圈部分轮廓LPF的特征，LPF完全容纳在中间分离层的孔轮廓AF或窗孔轮廓AWF中。额外地或择一地，传感器可以显示在第一方向上测量的第一编织导电织物层的线圈间距尺寸的特征，该尺寸小于在相同的第一方向上测量的第一孔尺寸FAD或第一窗孔尺寸FAWD。
图16
图16示出响应手动施加的压力的图14的传感器1401。如图所示，手指1601在位于中间分离层1404的两个支承部分1602和1603之间的位置按压第一编织导电织物层1402。可以看出，第一编织导电织物层在该机械作用下发生变形，使得数个线圈朝向第二导电织物层1403塌陷道中间分离层1404的孔中，从而发生电接触。
将前面所述的第一编织导电织物层和中间分离层之间的至少一个尺寸关系引入传感器中赋予传感器以改进的灵敏性的一致性。在编织导电织物层中设置足够的成圈部分从而为中间分离层的每个孔或窗孔分别提供环-孔或环-窗孔对齐，这改进了第一编织导电织物层响应所施加的压力穿过传感器的塌陷的一致性。
再参见图12，不是导电层的所有线圈成圈部分都与织网孔对齐。该结构特征可以将非一致性引入传感器对施加压力的响应。
优选使第一编织导电织物平面或层与传感器的中问分离平面或层对齐，从而确保合适程度的环-孔对齐。该特征用于提供更高程度的传感器响应一致性。对齐可以在两个单独层之间进行，或者可以将两个平面制造成单个层或结构体，后者是更有利的，因为通过根据被设计以提供该品质的形式而制造平面可以实现更高精确度的对齐。例如，可以以织物结构体的形式设置中间分离平面，中间分离平面和第一编织导电织物层可以加工在一起以形成引入预定环-窗孔对齐形式的织物结构。
图17图17示出通过传感器1701的横截面，所述传感器仅由三层组成第一编织导电织物层1702、第二导电织物层1703和置于第一和第二导电织物层之间的中间分离层1704。
中间分离层1702在箭头1705所指的方向上是柔顺的，所述方向即是与传感器1701的平面垂直的方向。因此，如图所示，当施加压力使第一编织导电织物层1702与第二导电织物层1703接触时，围绕按压位置的中间分离层的支承部分，例如支承部分1706发生压缩。对中间分离层的这种挤压起到减小外层1702和1703的平面之间的距离的作用。但是，织网的弹性使得导电织物层之间的间隙返回至除去所施加压力时传感器的静止状态下导电织物层之间的距离。
可以用硬度为15-20肖氏A的弹性材料，例如弹性有机硅聚合物制造可压缩的中间分离平面。
图18A和18B传感器可以设有作用力集中装置，用于聚集和定位所施加力的施加区域，由此增大施加在检测器上的压力。引入作用力集中装置导致能够使用密度更高的中间分离层。将作用力集中装置与密度更高的中间分离层结构组合起来确保了检测器对可触知机械作用足够灵敏，而同时对于例如由于检测器的弯曲引起的错误触发具有更显著的弹性。作用力集中装置的引入还导致能够使用更厚的中间分离层。
图18A和图18B分别示出通过传感器1801的横截面，该传感器仅由三层组成第一编织导电织物层1802、第二导电织物层1803和置于第一和第二导电织物层之间的中间分离织物层。而且，传感器1801设有限定按键位置的外部按键层1805。
按键层1805的按键位置包括具有上表面1807和下表面1808的上部1806。上表面1807支承手指的施力以帮助该操作，上表面1807任选为靠近的手指提供略微凹陷的轮廓。
接触位置1808从下表面1808延伸至上部1806，且如此提供用于定位所施加的力的施加区域的作用力集中装置。图18A示出静止状态下的按键层1805。当没有施加压力时，接触部分1809从位置检测器移开优选0.2mm的位移，如箭头1810所示。在替代性实施方式中，该距离可以变成例如0-0.8mm的位移。认为0.1至0.3mm的位移是优选的。
壁部分1811在支承部分1812和上部1806之间延伸。围绕接触部分1809的上部的区域1812下方的壁部分的厚度减小。提供减小的厚度，从而当手指的按压移开其优选的中心位置时增加可塌陷性。图18A所示的键被按压的结果示于图18B中。在箭头1813所指的方向上施加手指压力，在该实例中，该方向偏离箭头1814所指的上部1806的最佳中心位置。在这些条件下，近处的壁部分1815塌陷，上部1806如箭头1816所示相对于远处的壁部分1817旋转。当发生该旋转时，接触位置1808在接触部分1818上对传感器施加接触力。
因此，可以为传感器设置底面上具有作用力集中装置的层。根据图18A和18B的实例，在额外层(在该实例中是顶层)上的底面上设置作用力集中装置。在替代性应用中，可以在第一编织导电织物层的底面设置作用力集中装置。
对于特定应用，可以对用在传感器中的作用力集中装置的尺寸、形状、位置和取向以及接触部分的轮廓进行最优化。
图19图19示出组装的挠性传感器1901。挠性传感器1901设有位于覆盖传感器的第一编织导电织物层的保护壳1902。构造挠性传感器1901，以确定机械作用在传感区域内的位置(X轴和Y轴数据)，并检测机械作用的额外性能(例如压力(Z轴数据))。
以触针1903的形式提供作用力集中装置。触针1903具有触针尖端1904，使得在使用者手动操作期间施加在触针上的力导致该力集中在触针1903的尖端1904。
以与直接接触使用的相同的力使用作用力集中装置增大识别机械作用的可能性。因此，在一些应用中，借助比其他情况下更小的力使用力集中装置产生的机械作用的识别可能性可以增大。
图20传感器响应的一致性可以通过在传感器的至少第一编织导电织物层的结构中使用柔顺纱线而得到改进。
图20示出三条纱线2001，2002和2003。第一非柔顺纱线2001是单丝纱线，而第一柔顺纱线2002是复丝纱。复丝纱具有内在柔度，但是，其柔度可以通过引入弹性纱线例如Lycra TM或Elastane TM而改进。第一柔顺纱线2002是无捻复丝纱，但是，复丝纱通常是加捻的，认为加捻类型的复丝纱提供同等或改进的性能。
第二柔度纱线2003是膨松纱。这些纱线通常用于提供额外的柔软性和柔度，以改善织物的触感。可以使用不同的方法制造膨松纱，包括在纱线冷却过程中使用喷气的方法，或者对复丝实现进行加捻、加热和解捻的方法。不考虑生产方法，膨松纱是“松散的”。通过在第一编织导电织物平面中使用膨松纱而引入的额外柔度为平面在施加压力下的塌陷提供更高的可控性。这进一步改进了灵敏性的一致性，并且提供对所施加压力的足够灵敏的响应。考虑到第二导电织物层，该层可以采用使用具有显著内在弹性的纱线构造的机织织物的形式。因此，可以通过纱线本身的弹性为所述层提供一定的柔顺度。或者，例如，所述层可以采用使用非弹性纱线构造的经向编织物的形式，从而通过所加工的材料的性质为所述层提供柔度。
权利要求
1.传感器，包括第一编织导电织物平面，第二导电织物平面，以及中间分离平面，所述中间分离平面可以被第一编织导电织物平面穿过，从而使第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触；中间分离平面限定出多个孔的每个孔的结构周边，第一编织导电织物平面在机械作用下由所述结构周边朝向第二导电织物平面发生变形；其中第一编织导电织物平面具有被编织成线圈的重复图案的导电纱线，每个线圈都包括具有成圈部分轮廓LPE的线圈成圈部分SLP，所述分离平面限定具有孔轮廓AF的孔A，且至少一个成圈部分轮廓LPF可完全容纳在至少一个孔轮廓AF中。
2.传感器，其包括第一编织导电织物平面，第二导电织物平面，和中间分离平面，其能够被第一编织导电织物平面穿过，从而使第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触；中间分离平面限定朝向第一导电织物层延伸的结构端点，所述结构端点是虚拟多边形窗孔的边界顶点，第一编织导电织物平面在机械作用下由所述结构端点朝向第二导电织物平面发生变形；其中第一编织导电织物平面具有被编织成线圈的重复图案的导电纱线，每个线圈都包括具有成圈部分轮廓LPE的线圈成圈部分SLP，所述分离平面限定具有孔轮廓AF的孔A，且至少一个成圈部分轮廓LPF可完全容纳在至少一个窗孔轮廓AF中。
3.权利要求1的传感器，其中第一编织导电织物平面具有被编织成线圈的重复图案的导电纱线，所述线圈包括位于第一方向上的纵向间距尺寸WPD和位于第二方向上的横向间距尺寸CPD；分离平面具有在所述第一方向上测量具有第一孔尺寸FAD和在第二方向上测量具有第二孔尺寸SAD的孔，且所述纵向间距尺寸WPD和所述横向间距尺寸CPD中的至少之一小于所述第一孔尺寸FAD和/或第二孔尺寸SAD的至少之一。
4.权利要求2的传感器，其中第一编织导电织物平面具有被编织成线圈的重复图案的导电纱线，所述线圈包括位于第一方向上的纵向间距尺寸WPD和位于第二方向上的横向间距尺寸CPD；分离平面具有在所述第一方向上测量具有第一窗孔尺寸FAD和在所述第二方向上测量具有第二窗孔尺寸SAD的虚拟多边形窗孔，且所述纵向间距尺寸WPD和所述横向间距尺寸CPD中的至少之一小于所述第一窗孔尺寸FAD和/或第二窗孔尺寸SAD的至少之一。
5.权利要求1的传感器，其中所述第一编织导电织物平面，所述第二导电织物平面和所述中间分离平面均以单独层的形式设置。
6.权利要求2的传感器，其中所述第一编织导电织物平面，所述第二导电织物平面和所述中间分离平面均以单独层的形式设置。
7.权利要求1的传感器，其中所述中间分离平面以织物结构的形式设置，且将所述中间分离平面和所述第一编织导电织物层加工在一起，以形成引入预定的环-孔对齐形式的织物结构。
8.权利要求2的传感器，其中所述中间分离平面以织物结构的形式设置，且将所述中间分离平面和所述第一编织导电织物层加工在一起，以形成引入预定的环-孔对齐形式的织物结构。
9.权利要求7的传感器，其中所述预定环-孔对齐形式引入多个环与孔的对齐。
10.权利要求8的传感器，其中所述预定环-孔对齐形式引入多个环与孔的对齐。
11.权利要求5的传感器，其中所述中间分离平面以塑料织网的形式设置。
12.权利要求6的传感器，其中所述中间分离平面以塑料织网的形式设置。
13.权利要求5的传感器，其中所述中间分离平面以可压缩织网的形式设置。
14.权利要求6的传感器，其中所述中间分离平面以可压缩织网的形式设置。
15.权利要求1的传感器，其中所述传感器设有包括按键位置接触部分和触针之一的作用力集中装置。
16.权利要求2的传感器，其中所述传感器设有包括按键位置接触部分和触针之一的作用力集中装置。
17.权利要求1的传感器，其中所述第一编织导电织物平面包括以下至少之一弹性纱、膨松纱和复丝纱。
18.权利要求2的传感器，其中所述第一编织导电织物平面包括以下至少之一弹性纱、膨松纱和复丝纱。
19.传感器，包括第一编织导电织物平面，第二导电织物平面，以及中间分离平面，所述中间分离平面可以被第一编织导电织物平面穿过，从而使第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触，基本上如这里参考并如附图1-9、12和14-20所示而描述的那样。
20.传感器，包括第一编织导电织物平面，第二导电织物平面，以及中间分离平面，所述中间分离平面可以被第一编织导电织物平面穿过，从而使第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触，基本上如这里参考并如附图1-7、10、11和13-20所示而描述的那样。
全文摘要
具有三层构造的传感器，其包括第一编织导电织物平面；第二导电织物平面；以及中间分离平面，该中间分离平面能够被第一导电织物平面穿过，从而使第一导电织物平面和第二导电织物平面在机械作用下发生电接触。中间分离平面限定结构端点，第一编织导电织物平面在机械作用下由该结构端点朝向第二导电织物平面发生变形。第一编织导电织物平面的导电纱线编织成线圈的重复图案，每个线圈都包括具有成圈部分轮廓LPF的线圈成圈部分SLP。在所述传感器中，在第一编织导电织物平面的线圈和中间分离平面的结构端点之间存在多个所述尺寸关系中的至少一个。
文档编号G06F3/033GK1954399SQ200580015829
公开日2007年4月25日 申请日期2005年3月17日 优先权日2004年3月18日
发明者约翰·伯基特, 大卫·李·桑德巴奇, 斯图尔特·马克·沃金顿, 菲利普·乔治斯·克里斯平 申请人:埃莱克森有限公司