用于纺织品表面的大面积可伸展压力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于纺织品表面的大面积可伸展压力传感器，其包括在其上印刷导电墨的支撑件，其可以发送通过任何已知印刷技术印刷的印刷电信号。更特别地，压力传感器的特征在于，所述支撑件是柔软的、可伸展的和有弹性的，并且在所述支撑件上印刷可伸展和有弹性的导电墨或膏的多条主迹线；在所述多条主迹线上，印刷用作压力感应点的多个压阻膏或墨沉积物，并且将这些沉积物中的每个都连接到也被印刷在所述支撑件上的可伸展和有弹性导电墨或膏的副迹线，所有迹线，主或副迹线，均连接至控制系统，而不相互交叉。
【专利说明】用于纺织品表面的大面积可伸展压力传感器
【技术领域】
[0001]本专利申请的目的在于一种记录用于纺织品表面的大面积可伸展压力传感器，其中，大面积将被理解为具有比Irnm2更大的面积的任何表面。显著地，由于所有材料和纺织品支撑件的机械特性，由于其导电墨和可伸展压阻(压敏电阻)以及沉积(deposition)系统的使用，本发明的压力传感器对象包括诸如揉性的多个机械特性，包括所述传感器表面的总褶皱、可伸展性和弹性。甚至在揉性和可伸展性的状态下，该压力传感器仍保持其功能，一旦所接收的外部变形结束，由于支撑件的弹性特性，使得压力传感器能够恢复其形状。
[0002]更具体地，该大面积压力传感器具有为导电墨或膏的多条迹线，在其上印刷压阻墨或膏的多个探测点，使得这些探测点量度施加到它们上的压力或法向力，并且通过上述迹线将其发送到控制系统。从而，控制系统可以将所探测的压力发送到图形呈现装置，其能够执行对沿着该压力传感器的表面产生的压力的直观呈现，该图形呈现称为压力图。
【背景技术】
[0003]当前，已知纺织品支撑件上的压力传感器，由集成到导电层中的底基织物层构成，其通常由丝线、塑料薄膜或施加的其他导电材料(诸如，膏或墨)构成，但是在任何情况下它们都不可伸展。另外，为了这些导电材料的正常运行，它们必须由具有绝缘特性的封装层覆盖，该封装层依次由上覆织物层覆盖。
[0004]一方面，特别是现在，通过在具有导电特性的聚合物树脂中散布导电粒子获得导电墨，这已是公知的。另外，该结构提供具有膏状质地的墨，即，用作假塑性流体，以通过任何已知印刷方法印刷。
[0005]另一方面，由已经过外部压力的可变电阻材料构成的压阻材料也已是公知的，但是 申请人:未发现有以感应点的形式印刷在导电墨上的这些压阻材料在墨或膏中的使用，其形成柔软的、有弹性的和可伸展的压力传感器的一部分。
[0006]当前，这些传感器中的很多都是电容类型的，并且从而具有用于探测压力的电容元件。该类型的技术解决方案具有消耗大量电的缺陷并且具有低空间分辨率，即，元件的尺寸比电阻型传感器大很多。由于该结构，很多传感器都要求信号转换器，以获得可以由控制系统处理的电测量。
[0007]从而，获得不能指示所接收的压力的幅度的压力传感器，S卩，它们仅探测在特定点中的一个点处是否存在压力。另外，由于其多层结构，导致这些传感器非常厚、不柔软，并且在任何情况下它们都不可伸展。
[0008]最后， 申请人:不知道存在在纺织品上应用的柔软和可伸展的大面积压力传感器，其甚至在其揉性和可伸展性的状态下运行。
【发明内容】
[0009]本发明的用于纺织品表面对象的大面积可伸展压力传感器解决了上述缺点，还提供其他附加优点，其从以下说明将变得明显。[0010]用于纺织品表面的该大面积可伸展压力传感器包括:支撑件或衬底，通过任何已知印刷技术在其上印刷了可以发送印刷电信号的导电墨或膏的。更特别地，压力传感器的特征在于，所述支撑件是柔软的、可伸展的和有弹性的，并且在所述支撑件上印刷可伸展和有弹性的导电墨或膏的多条主迹线；在所述多条主迹线上，印刷用作压力感应点的多个压阻膏或墨沉积物，并且这些沉积物中的每个都连接至也被印刷在所述支撑件上的可伸展和有弹性的导电墨或膏的副迹线，使所有迹线，主或副迹线，均连接到控制系统，而不相互交叉。
[0011]上述压阻墨当表面经受压力时，能够改变其电阻，并且归功于迹线，主和副迹线，由于衬底和两种墨的机械特征，使得甚至当整个压力传感器都在经受弯曲或伸展时，也可以由分析所接收的数据的控制系统探测到压阻墨的该电阻改变。更特别地，这主要由于支撑件的机械特征以及通过导电粒子在本质导电树脂聚合物中的散布形成导电墨的事实，使得当迹线印刷时，导电粒子散布到所述聚合材料上，产生可以发送电的电触点的网络，这是因为甚至当材料经受伸展时，它们也具有允许电流在导电粒子的散布之间流动的足够导电性。
[0012]另外，因为压力传感器支撑件由柔软的、可伸展的和有弹性的纺织品类型材料制成，并且因为迹线(主或副)也由可伸展和有弹性的导电墨制成，在经受可能由伸展或折叠该支撑件的人执行的任何外部机械力之后，在不被破坏的情况下其可以恢复其原始尺寸和形状。
[0013]可选地，每个压阻墨沉积物都可以通过与压阻墨沉积物相同形式的导电墨沉积物覆盖，其与副迹线接触，并且其可以是通过任何已知传统印刷技术沉积的导电墨。
[0014]通常，在纺织品类型支撑件上，通过丝网印刷或通过喷墨执行印刷任何墨。特别是，由导电墨制成的迹线通过交错的向内和向外角描绘可伸展形式。另外，上述导电墨包括散布在导电聚合物的石墨烯纤维的粒子，并且压阻墨包括导电或石墨烯材料在具有圆形或多边形结构的聚合物基体上的散布。归因于迹线的该结构，比当使用直线结构的印刷迹线时，实现更好的可伸展性，用于具有相同特征的支撑件或衬底。
[0015]值得注意的是，有利地，要求实现在所述支撑件或衬底上的压力传感器的所有墨或膏都被集成到单个印刷处理中，其通常使用已知的在柔软介质上生产电子器件时使用的“卷对卷(roll to roll)”的技术，生成压力传感器的非常容易和快速的制造处理，其中，制造处理通常涉及在相同支撑件上在线作出的多个处理或压印。
[0016]另外，为了获得压力图，压力传感器的主和副迹线连接到所述控制系统。该控制系统通过主迹线将电信号发送到压阻墨沉积物，其中，这些允许电流逐渐地与压力直接成比例地通过，传感器的每个元件都从外部接收压力。显著地，当压阻墨沉积物允许这样时，单独通过副迹线执行电信号的返回。从而，控制系统比较传感器输入与输出电压，即，由控制系统注入到压力传感器的电压与从压力传感器接收的电压。
[0017]归功于衬底和墨的机械特性、以及这些墨的印刷结构，压力传感器可以经受高达20%的伸展，而不受上述压力图影响。这是因为，当与所述伸展之前的值相比时，压力传感器的所有或部分表面都可以伸展多达20%，而导电墨迹线的电阻值基本不被修改。当与沿着所述迹线的整个电路的压阻墨沉积物的一般电阻相比时，导电墨迹线的该电阻改变可以忽略。从而，虽然压阻墨使能最大功率传输，即，处于其低电阻状态，但是甚至当压力传感器处于其最大伸展状态时，该电阻具有高于导电墨迹线的电阻的幅度等级。从而，由于其表面的高达20%的伸展，压力传感器可以接收并且将电信号发送到控制系统，而不影响相对的电气值。在该压力传感器中使用该导电墨的另一个优点在于，形成所述墨的聚合材料可以防止散布在其中的导电纤维不受环境影响，诸如，潮湿，导电墨迹线的保护封装。
[0018]从而，由于衬底的类型和所使用的墨的类型以及这些在衬底上的布置，获得可以适用于任何类型表面的柔软的、可扩展和有弹性的压力传感器，使施加到这些表面上的压力能够被探测到。
[0019]为了完成以下给出的说明，并且为了帮助更好地理解其特征，在此描述性记录的是一组附图，附图以示意性和非限制的方式表现本发明的最重要详情。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是示出根据在此的本发明的优选实施例的传感器的结构的示意图，以及
[0021]图2是在图1中指示的细节“A”的分解示意图。
【具体实施方式】
[0022]考虑所注释的附图并且根据所采用的编号方式，可以在此评述本发明的优选但是非限制性实施例，其由用于纺织品表面的大面积可伸展压力传感器(此后称为I)构成，并且通常通过已知的用于在多种可卷曲的、柔软的衬底(诸如，纺织品)中产生电子器件的处理中的“卷对卷”的处理来执行。
[0023]在本发明的优选实施例中，可以从图1看出，该传感器I由织物类型的柔软的、可伸展的和有弹性的衬底2构成，以主迹线3a的形式在其上印刷导电墨或膏，使得在所述主迹线2上印刷为圆形形状并且由压阻墨或膏制成的多个压力感应点4，在其上部分地印刷由导电墨或膏制成的副迹线3b，避免在上述迹线3a，3b之间的直接接触。在遵循以下解释顺序的“卷到卷”处理期间，所有这些印刷都可以通过丝网印刷执行。特别地，该织物2可以具有任何期望形状和尺寸，压力感应点4的数量以及它们的位置根据将被提供的对压力传感器I的敏感度、或者其应用的特定要求而改变。
[0024]更特别地，压力传感器I的结构在图1的细节“A”中反映，其在图2中更清楚地示出，其中，可以看到主迹线2的布置，其由诸如石墨烯纤维等的导电材料在多酚类型聚合物树脂等中的散布构成。该压力探测点4在该主迹线3a上，其由导电或石墨烯材料等在诸如硅树脂的弹性可变形材料的聚合物基体上的散布构成。最后，在该压力传感器4上，存在副迹线3b，其也由石墨烯纤维类型导电材料等在多酚类型聚合物树脂中的散布构成。另外，所有迹线(3a，3b)都通过布线连接到控制系统5，使得所述控制系统5以电压的形式将电信号发送到每条主迹线2。从而，当任何压力传感器4变形时，其将基于所接收的外部压力的电压形式的电量发送到副迹线3b，接下来，该副迹线3b将其返回到控制系统5，控制系统将根据其内部集成的算法执行计算，以获知由每个压力点4接收的外部压力的量，从而从在织物2上接收的外部压力来产生压力图。通常，控制系统5包括具有微处理器数据存储系统的中央处理单元和至少一个该微处理器处理结果的图形显示装置。
[0025]在可选实施例中，未示出，主和副迹线印刷为之字形或类似形状。
[0026]在另一个可选实施例中，未示出，主和副迹线可以印刷为之字形或类似形状。[0027]在另一个可选实施例中，未示出，用被单形式的压力传感器覆盖病床，并且存在移动问题的病人倚靠在该病床上。从而，归功于压力传感器的新结构和控制系统，压力传感器探测出病人可能正在经受由于长时间呆在相同位置的结果的一些问题，诸如，褥疮，并且通过在医院使用的任何方法通知医护人员，需要改变病人的位置。
[0028]在本发明的可变形、有弹性和柔软的压力传感器的制造时使用的详情、形状和尺寸、以及其他伴随元件以及材料可以由在技术上等效的其他元件方便地代替，并且不脱离本发明的本质或者不脱离本申请提供的权利要求限定的范围。
【权利要求】
1.一种用于纺织品表面的大面积可伸展压力传感器，其包括在其上印刷导电膏或墨的支撑件或衬底，所述支撑件或衬底能够发送由任何已知印刷技术印刷的印刷电信号，其特征在于，所述支撑件是柔软的、可伸展的和有弹性的，并且在所述支撑件上印刷可伸展和有弹性的导电墨或膏的多条主迹线；在所述多条主迹线上，印刷用作压力感应点的多个压阻膏或墨的沉积物，并且这些沉积物中的每个都连接至也被印刷在所述支撑件上的可伸展和有弹性的导电墨或膏的副迹线，使所有迹线，主或副迹线，均连接到控制系统，而不相互交叉。
2.根据权利要求1所述 的压力传感器，其特征在于，每个压阻墨沉积物都用与所述压阻墨沉积物相同形式的导电墨沉积物覆盖，并且与所述副迹线接触，其中，这可以是通过任何已知传统印刷技术沉积的导电墨。
3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述多个压阻墨沉积物具有多边形结构。
4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述多个压阻墨沉积物具有圆形结构。
5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，通过丝网印刷执行印刷任何所述m
O
6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，通过喷墨执行印刷任何所述墨。
7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述支撑件是所述纺织品类型的。
8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述导电墨膏描绘具有交错的向内和向外角的可伸展图样。
9.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述导电墨或膏包括分散在导电聚合物上的石墨烯纤维的粒子。
10.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述压阻墨或膏包括导电或石墨烯材料在聚合物基体上的散布。
【文档编号】G01L1/18GK103528722SQ201310278098
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】米盖尔·里道·格拉纳多, 路易斯·米格尔·戈麦斯·安塔 申请人:特克斯传感有限公司