流。电压传感器优选地包括呈分压器布置的一对串联电 阻器Vsl以及Vs2,所述分压器布置具有在所述电阻器之间的端子V_sen se。感测信号源30 优选地包括低于100V并且更优选地低于10V峰间值的低压振荡信号源。
[0114] 在本发明的此第一实施例的特定实例中，在端子i_sensel与i_sense2之间的电 压差用以确定通过58kQ电流感测电阻器Ri的电流，并且电压传感器电阻器Vsl以及Vs2 形成1000:1的300MQ分压器以测量DED电压。感测信号源30优选地具有在100Hz下振 荡的7. 5V的振幅，并且高压信号HV是100V。
[0115] 出于说明性目的，本实例电路通过用三个固定值测试电容器替换DED来依次进行 测试。测试电容器中的每一者的电容用市售的RCL计进行测试，然后使用实例电路以及例 如由W0 2012/053906揭示的超平面近似法等自感测方法进行估算。此测试结果连同作为 根据本发明所估算的电容与所测得的电容之间的百分数差的误差在下方列于表1中。
[0116]
[0117]表1
[0118] 从这些测试结果可见，所述电路使得能够仅从电流以及电压的测量结果获得电容 的相对精确的估算。所述电路以及方法因此可以经应用以获得来自具有永久高压连接的 DEA的动态反馈，而无需如现有技术所需的用于引入振荡的脉宽调制致动信号或高压电子 装置。
[0119] 然而，如上所述，DEG不可能始终连接到高压电源上，因此当感测信号在图3和4的 系统中振荡时，不存在（至少周期性地或间歇性地）HV供应以用于吸收以及提供电流。解 决此问题的根据本发明的自感测电路50的第二实施例的方块图在图5中示出。
[0120] 根据此第二实施例，多个DED与至少一个振荡感测信号源30并联设置，所述振荡 感测信号源30与多个DED中的一者的复位引脚或低压电极串联设置。DED因此有效地形成 在高压信号源与振荡感测信号源30之间的隔直电容器。
[0121] 可以使用单个介电隔膜通过在所述膜的相反侧上形成多对电极来形成多个DED， 由此将单个DED膜分段成多个有源区或区域，或可以替代地由不同的DED膜构成多个DED。 虽然DED不需要彼此同相地变形，但是一般优选的是彼此同相地变形，因为不同相发电机 将减小总电容范围。DED中的每一者的电容（特别是在静态平衡下）优选地实质上相同，使 得对于每一 DED的电流感测电路要求是相同的，但是在替代实施例中在不脱离本发明的范 围的情况下电容可以不同。
[0122] 在本发明的第二实施例的所图示实例中，所述电路包括由可变电容器DE1到DE3 表示的三个DED。每一 DED配备有其自身的串联电流传感器31，并且所述电路进一步包括 与DED并联的单个电压传感器32。低压感测信号源30的振荡致使多个DED交替地彼此提 供以及吸收电流。自感测方法因此不再需要高压电源来吸收/提供电流。
[0123] 将多个DED并联连接的另外的好处是可以使用单个感测信号以及电压传感器来 感测多个DED。每一 DE需要其自身的电流传感器，但是此系统确实减小了多区感测的复杂 性。
[0124] 换句话说，可以仅使用一个不需要高压电子装置的振荡感测信号来产生多通道传 感器。合适的紧凑的、低成本的组件都是可容易获得的的。
[0125] 因为本发明提供用于供应自感测所需的电流以及电压振荡而不必永久地连接到 高压电源上的电路以及方法，所以其使得能够实施自感测发电机。如图6和7中所示， 通过将图5的分段式的自感测DED电路50与电荷控制电路60并联连接而产生自感测 DEG。电荷控制电路60优选地包含功率调节以及起动电子装置两者，最优选地包含由WO 2011/005123揭示的自起动电路（SPC)，例如在图7中详细示出的两阶段SPC 70。电荷控制 电路60自由地使DEG充电/放电，并且并联DEG分段可以在电荷控制电路不吸收/提供电 荷的时段期间吸收/提供电荷。
[0126] 为了进一步图示本发明的此第二实施例的操作，在图8和9中提供图7的电路的 经模拟波形。出于模拟的目的，串联电流传感器各自包括60kQ的电阻器，其中在10kHz的 取样速率下测量跨越在电流感测电阻器（感测电阻器1到感测电阻器3)之间的每一电阻 器的电压差。感测信号源30包括在400Hz的频率下在±5V之间振荡的正弦信号。DED自 身通过具有在大致2Hz的频率下的正弦波形的可变电容进行模拟，这表示DEG的周期性机 械振荡。
[0127] 使用由W0 2012/053906揭示的超平面近似法估算DED的电容，包括以下步骤：使 用电流传感器31以及电压传感器32监视或重复测量并且记录电压以及电流；计算从所测 得的电流供应到DED的电荷；并且通过从测量结果导出的数据根据最佳拟合平面的系数 (即，最佳拟合平面沿相关轴的斜率）计算一或多个反馈参数。确切地说，优选地，通过表示 在一定时间段上跨越DE的电位差、通过DE的串联电流以及供应到DE上的电荷中的每一者 的正交轴定义超平面空间。反馈参数优选地包括DED的电容、泄漏电流以及电极电阻中的 一或多者，尤其受关注的是电容，因为电容指示DED的面积或变形。确切地说，通过平面方 程的第一系数来近似计算DED的电容，所述第一系数为平面方程的电压变量的系数（即，最 佳拟合平面沿电压-电荷轴的斜率）。
[0128] 应了解，尽管此超平面近似法可以在至少本实例中是优选的，但是在不脱离本发 明的范围的情况下，可以替代地利用例如由W0 2010/095960揭示的动态自感测方法等任 何其它方法，所述其它方法用于根据通过电流传感器31以及任选的电压传感器32所获得 的数据来计算或估算此类信息。
[0129] 上述方法将通常通过某种计算装置（未示出）来执行，所述计算装置例如微控制 器，其以通信方式与电流传感器31以及电压传感器32耦合，以接收所感测的电流以及电压 作为输入数据，并且通过根据合适的算法处理输入数据来导出关于DED的状态的反馈。为 此所需的编程技术是计算机系统领域的技术人员所熟知的。计算装置因此优选地产生指示 DED的状态的状态感测信号，所述信号可以作为反馈输出到DED控制器或内部使用。
[0130] 图8示出DED的经模拟的正弦变化电容以及使用图7的电路估算的电容以及使用 上述超平面近似法估算的电容。重叠的波形清楚地指示经模拟电容值与经估算电容值之间 的完全一致。使用200Hz正弦波以及400Hz的5V方波感测信号也能获得良好的结果，这表 示能灵活地选择振荡感应信号源30以遵循DEG操作条件或电路要求。使用至少一种替代 的自感测方法也能获得类似的结果。
[0131] 图9示出在同一模拟期间DEG的输出电压，表示DEG同时产生电力（从在电容振 荡时DEG电压的周期振荡以及DEG电压的普遍向上趋势明显看出）。
[0132] A根据本发明的自感测介电弹性体装置电路的第三实施例在图10的方块图中示 出。此电路解决了图5的第一实施例的电路的一个挑战，在第一实施例的电路中电流传感 器1不接地，因为其浮动在振荡感测信号之上。图10的电路通过将振荡感测信号应用于小 的固定的电容器Cs(优选地，数量级小于DED DE1到DE3的电容）的复位引脚而解决了此 问题，由此电容器形成隔直电容器，使得供应感测信号的电路不暴露在高电压下，并且所有 的电流传感器均接地。因此在本发明的此实施例中振荡信号源也从高压信号源去耦。
[0133] 在根据本发明的自感测介电弹性体装置电路的又一实施例中，介电弹性体装置可 以串联连接，如图11中所示。通过将介电弹性体装置（在此实例中，DE1到DE3)串联连接， 仅需要一个电流传感器，但是需要多个电压传感器。仅具有一个电流传感器是有利的，因为 自感测方法通常需要通过电流的整合来计算DED上的电荷的量，此整合将仅对于一个通道 需要。串联布置的不利的一面是需要多个电压传感器；这些传感器将使电荷（且因此能量） 从DED流失。因此，并联配置或串联配置的选择将依应用而定。
[0134] 图12(a)和12(b)示出由测试本发明的另一实施例产生的结果。在此实施例中的 电路与图10中示出的电路类似，但是具有两个并联DEG以及连接到如W02011/005123中揭 示的自起动电路上的高压源。DEG在大致2Hz的频率下手动地人工泵送。图12(a)的电容 曲线示出一个DEG的所测得的电容以及如通过简单模型所预测的最大值以及最小值（通过 虚线指示）。图12(b)中示出的所同时测得的电压指示电压周期性地缓慢增大，表示电路正 积聚能量且因此产生电力。
[0135] 在本发明的其它实施例中，可以省略电压传感器。确切地说，如果电力系统建模良 好，那么可以在不感测电压的情况下估算DED的电容。例如，DED以及电流感测电阻器可以 看作是滤波器，并且从其相位及幅度响应来估算电容。
[0136] 在另一实施例中，本发明提供具有低压振荡信号源的DED电路。
[0137] 在又一实施例中，本发明提供具有独立于高压信号使跨越DED的电压振荡的振荡 信号源的DED电路。
[0138] 在另一实施例中，本发明提供包括接地振荡信号源的DED电路。
[0139] 本申请案具有许多可能的应用。确切地说，可以通过将本发明的电路和方法与DEG 和合适的自感测方法组合来设置自供电的传感器。即，DEG在经机械变形时自身产生电力， 而本发明的电路引入自感测方法所必需的振荡以估算DEG的电容以及因此其面积或变形。 通过DEG产生的电力可以足以为用于完全自给传感器的振荡以及自感测电路完全供电，或 可以为电池补充电或再充电。
[0140] 此类自供电的传感器的可能应用可以包含（例如）整合软DEG传感器以监视关节 运动的运动服装，或在电池更换或大型阵列布线可能不切实际时用于结构健康监视的自供 电传感器阵列。
[0141] 除了例如自供电的传感器等应用以外，监视DEG的电气状态以及机械状态两者的 能力提供可能用以开发闭环控制策略的反馈，从而使得能够增强DEG性能。确切地说，使用 本发明获得的反馈通过例如泄漏电流等指示提供DEG接近故障的程度的指示或测量损耗。 此信息可用以产生增强型控制策略。举例来说，能量产生以及DEG可靠性可以通过控制DE