G 的电荷状态得到最大化，使得DEG在其破坏包络线范围内操作或将通过泄漏电流的损耗降 至最小，或DEG的刚度可以得到控制，使得其在机械刺激频率下共振。目前这样的反馈可能 仅通过不能很好地阻抗匹配到DEG的、昂贵和/或低效的外部传感器来提供。
[0142] 所述电路配置也适合于一次监视多个DEG，从而实现有成本效益的多自由度传感 器，使得可以确定拉伸领域。这可以例如用以确定在鞋子的鞋垫上的应力分布。
[0143] 所述电路还可以与介电弹性体致动器一起使用。由于所述电路不需要现有技术的 高压电子装置，因此其提供了用于自感测DEA的相对便宜的替代方案。替代地，所述电路可 以与专用介电弹性体传感器（即，皆不致动也不发电）一起使用。
[0144] 从前述内容将可见提供了在不需要高压振荡的情况下实施自感测介电弹性体装 置的电路和/或方法。确切地说，这使得能够在通常不具有介电弹性体致动器的永久高压 连接的介电弹性体发电机中实施自感测。本发明具有可以将用于自感测所需的DED电压振 荡与仅低压电子装置一起引入的另外的或替代的优点。本发明可以应用于介电弹性体致动 器系统，并且具有简化致动信号源的设计的优点，使得不再需要提供用于自感测所需的振 荡。
[0145] 将显而易见本发明的DED自感测电路可以包括单个DED或多个DED。在权利要求书 中的描述中对"第一 DED"的任何提及不应作为电路必需包括多个DED的暗示。"第一 DED" 可以在至少一些实施例中是电路或系统中的唯一 DED。
[0146] 除非上下文另有明确要求，否则在通篇描述中，"包括"等词应以与独占的或详尽 的意义相反的包含性的意义来进行解释，即作为"包含，但不限于"来进行解释。
[0147] 尽管已经借助于实例并且参考其可能实施例描述了本发明，但是应理解在不脱离 本发明的范围的情况下可以进行实例的修改或改进。本发明还可以广义地说在于个别地或 共同地在本申请案的说明书中提及或指示的部件、元件以及特征，在于所述部件、元件或特 征中的两者或两者以上的任何或所有组合。此外，当已经参考具有已知等效物的本发明的 特定组件或完整物时，那么此类等效物如同个别地阐述一样并入本文中。
[0148] 在说明书的通篇中的现有技术的任何论述不应被视作承认此类现有技术是广泛 的已知的或构成所述领域中的公共常识的一部分。
【主权项】
1. 一种自感测介电弹性体装置（DED)电路，其包括： 第一 DED，所述第一 DED耦合到或适合于耦合到第一电压源上； 电流传感器，所述电流传感器与所述第一 DED串联设置；以及 振荡信号源，所述振荡信号源耦合到所述第一 DED上并且适合于造成跨越所述DED的 电压中的振荡，其中所述振荡信号源从所述第一电压源去耦。2. 根据权利要求1所述的电路，其中所述振荡信号源是接地信号源。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的电路，其中所述振荡信号源耦合到所述第一 DED的低压电极上。4. 根据权利要求1或权利要求2所述的电路，其中所述振荡信号源耦合到与所述第一 DED并联设置的电容器的低压电极上。5. 根据权利要求1到4中的任一项所述的电路，其中所述DED包括介电弹性体发电机 (DEG)，并且所述第一电压源优选地适合于选择性地向所述DED提供电流/从所述DED吸收 电流，以对应地使所述DED起动以及放电。6. 根据权利要求1到4中的任一项所述的电路，其中所述DED包括介电弹性体致动器 (DEA)，并且所述第一电压源适合于向所述DEA提供致动信号。7. 根据权利要求1到6中的任一项所述的电路，其进一步包括与所述第一 DED并联设 置的电压传感器。8. 根据权利要求1到7中的任一项所述的电路，其包括各自与所述第一 DED并联设置 的一或多个另外的DED，以及与所述一或多个另外的DED中的每一者串联设置的另一个电 流传感器。9. 根据权利要求1到7中的任一项所述的电路，其包括各自与所述第一 DED串联设置 的一或多个另外的DED。10. -种自感测DED系统，其包括根据权利要求1到9中的任一项所述的自感测DED电 路。11. 根据权利要求10所述的系统，其中所述DED包括介电弹性体发电机（DEG，并且所 述系统进一步包括与所述自感测DED电路并联设置的电荷控制电路。12. 根据权利要求10所述的系统，其中所述DED包括介电弹性体致动器（DEA)，并且 所述系统进一步包括与所述自感测DED电路并联的所述第一电压源以选择性地致动所述 DEA 013. 根据权利要求10到12中的任一项所述的系统，其进一步包括计算装置，所述计算 装置以通信方式耦合到所述或每一电流传感器上以计算关于所述DED的状态的至少一个 反馈参数。14. 根据权利要求13所述的系统，其中所述计算装置适合于通过平面近似法来计算所 述至少一个反馈参数。15. -种介电弹性体装置（DED)自感测方法，其包括以下步骤： 向第一 DED提供振荡电压，所述振荡电压从耦合到或可耦合到所述DED上的第一电压 源去耦； 接收与所述第一 DED串联的电流的测量结果；以及 至少部分基于所述电流测量结果来计算关于所述第一 DED的状态的至少一个反馈参 数。16. 根据权利要求15所述的自感测方法，其中所述振荡电压是接地振荡电压信号。17. 根据权利要求15或权利要求16所述的自感测方法，其中所述振荡电压是独立于通 过所述第一电压源供应的高压信号的低压信号。18. 根据权利要求15到17中的任一项所述的自感测方法，其中所述向所述第一 DED提 供所述振荡电压的步骤包括以下各者中的至少一者： 向所述DED的低压电极提供所述振荡电压；以及 向与所述DED并联的电容器的低压电极提供所述振荡电压。19. 根据权利要求15到18中的任一项所述的自感测方法，其中所述方法进一步包括接 收跨越所述第一 DED的电压的测量结果，并且至少部分基于所述电流测量结果以及所述电 压测量结果两者来计算关于所述第一 DED的所述状态的至少一个反馈参数。20. 根据权利要求15到19中的任一项所述的自感测方法，其中所述计算所述至少一 个反馈参数的步骤通过计算装置来执行，所述计算装置接收所述电流测量结果作为输入数 据，并且通过处理所述测量结果来计算所述反馈参数。21. 根据权利要求20所述的自感测方法，其中所述反馈参数由通过所述计算装置产生 的状态感测信号来表示。22. 据权利要求15到21中的任一项所述的自感测方法，其中所述方法进一步包括接收 与和所述第一 DED并联设置的一或多个另外的DED串联的电流的测量结果，并且至少部分 基于所述对应的电流测量结果来计算关于所述另外的DED中的每一者的所述状态的至少 一个反馈参数。23. 根据权利要求15到21中的任一项所述的自感测方法，其中所述方法进一步包括接 收跨越与所述第一 DED串联设置的一或多个另外的DED的电压的测量结果，并且至少部分 基于所述电流测量结果以及所述另外的DED中的每一者的所述对应的电压测量结果来计 算关于所述另外的DED中的每一者的所述状态的至少一个反馈参数。24. 根据权利要求15到23中的任一项所述的自感测方法，其进一步包括记录相对于时 间的所述电流测量结果的步骤。25. 根据权利要求15到24中的任一项所述的自感测方法，其中所述方法进一步包括 接收跨越所述DED的电压的测量结果，并且所述计算至少一个反馈参数的步骤包括以下步 骤： 根据所述电流测量结果来计算供应到所述DED的相对于时间的电荷；以及 当所述电荷测量结果以及所述电压测量结果被定义为正交轴时，通过至少相对于时间 的所述电荷测量结果以及所述电压测量结果根据最佳拟合平面的系数计算一或多个反馈 参数。26. -种用于控制DED的方法，其包括： 根据权利要求15到25中的任一项所述的自感测方法获得关于DED的状态的反馈；以 及 至少部分基于所述反馈控制所述DED。27. 根据权利要求26所述的方法，其中所述DED包括DEG，并且所述方法进一步包括： 通过向所述DEG的高压电极供应电能在所述DEG的机械变形后起动所述DEG ;以及 在松开所述DEG后从所述高压电极获取电能。28. 根据权利要求26所述的方法，其中所述DED包括DEA，并且所述方法进一步包括通 过供应与在所述DEA的所需状态与由所述反馈指示的所述DEA的所感测状态之间的误差相 关联的致动电压来致动所述DEA。29. 根据权利要求26到28中的任一项所述的方法，其中所述反馈用以控制以下各项中 的一或多者： 所述DEG的刚度，从而调节共振；以及 跨越所述DED的所述电压，从而限制泄漏电流。30. -种感测介电弹性体装置的状态的方法，所述方法的特征在于以下步骤： 向所述介电弹性体装置提供接地振荡信号； 感测与所述介电弹性体装置串联的电流；以及 产生取决于所述所感测电流的状态感测信号。31. 根据权利要求30所述的方法，其中所述感测信号可以用作关于所述介电装置的所 述状态的反馈。32. -种用于使用具有高压电极以及低压电极的介电弹性体装置感测机械应变和/或 运动的方法，所述方法的特征在于以下步骤： 使在所述装置的所述低压电极处的电压振荡； 感测通过所述介电装置的串联电流；以及 产生取决于所述所感测电流的状态感测信号以感测所述应变和/或运动的所述状态。
【专利摘要】本发明提供用于介电弹性体装置(DED)自感测的电路、系统以及方法。所述电路包括：第一DED，所述第一DED耦合到或适合于耦合到第一电压源(例如用于提供致动信号或起动信号)上；电流传感器，所述电流传感器与所述第一DED串联设置；以及振荡信号源，所述振荡信号源耦合到所述第一DED上并且适合于造成跨越所述DED的电压中的振荡，其中所述振荡信号源从所述第一电压源去耦。
【IPC分类】H02N2/00, B81B3/00, H01L41/00
【公开号】CN104885243
【申请号】CN201380041453
【发明人】托德·艾伦·吉斯白, 托马斯·格里高利·麦凯, 罗浩昌, 本杰明·马克·奥布赖恩, 伊恩·亚历山大·安德森
【申请人】奥克兰大学服务有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年6月14日
【公告号】EP2862209A1, US20150123647, WO2013187781A1