專利名稱：可彈性伸展的織物力感應(yīng)器陣列及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來測量施加在表面上的力或壓力的傳感器或感應(yīng)器，更特別地，本發(fā)明涉及織物力感應(yīng)器陣列，其利用可彈性伸展的壓阻細(xì)絲感應(yīng)元件并且充分適形于形狀不規(guī)則的物體以便結(jié)合到人可穿的衣服中，以及涉及制造這種陣列的方法。
背景技術(shù)：
只要人體由物體如椅子或床支撐，以對個體重量的反作用力的形式產(chǎn)生的法向力和剪切力就會從支撐表面通過皮膚、脂肪組織、肌肉等等傳遞到骨骼。支撐表面施加在身體部位上的與身體重力大小相等且方向相反的力在某些情況下可能對組織造成傷害。身體部位上的力可以擠壓內(nèi)部血管并堵塞來自組織的營養(yǎng)物，這些力的大小和持續(xù)時間的乘積決定是否發(fā)生組織傷害或病狀。單獨(dú)的高壓力一般不足以有害地影響組織，例如深海潛水員遭受高的但均勻分布的法向力，不會遭受組織傷害。然而，如果在身體部分上有足夠大的外部壓力梯度，例如由高壓區(qū)域附近的低壓區(qū)域產(chǎn)生的外部壓力梯度，則內(nèi)部體液可遷移到壓力較低的區(qū)域。由外部施加到身體部分上的切向力或剪切力還可以通過沿縱軸扭曲內(nèi)部的毛細(xì)管和血管而將其破壞。因此了解施加在組織上的表面力梯度(壓力梯度)和外加剪切力是極重要的，因?yàn)檎怯捎谶@些因素綜合起來導(dǎo)致組織損傷以及隨后的組織死亡。因此，即使相對較小的外部剪切力和法向力，兩者可能相互獨(dú)立，也可能結(jié)合從而在內(nèi)部組織上產(chǎn)生很大的剪切應(yīng)力。最容易發(fā)生組織破壞例如褥瘡的人體區(qū)域是腳后跟、坐骨結(jié)節(jié)、 大轉(zhuǎn)子、枕骨部和骶骨。可以獲取可用于測量施加在人體組織上的法向力和剪切力的各種壓力/力感應(yīng)器、剪切感應(yīng)器和感應(yīng)器陣列。例如，本發(fā)明人的美國專利5751973，1996年11月5日， Multi-Directional Piezoresistive Shear And Normal Force Sensors For Hospital Mattresses And Seat Cushions公開了薄的、平面感應(yīng)器用于測量床墊或椅墊施加在躺著的或坐著的患者身體上的反作用力。在’ 973專利的說明書中公開的該發(fā)明的一個實(shí)施例包括由隔離的感應(yīng)元件墊的二維陣列構(gòu)成的感應(yīng)器，每個感應(yīng)元件墊由薄的、平的層組成， 該平的層由填充有導(dǎo)電顆粒的絕緣的彈性體聚合物基體構(gòu)成。與每個感應(yīng)器墊的上側(cè)和下側(cè)電接觸的上部和下部導(dǎo)體元件的矩陣能夠?qū)γ總€墊的電阻進(jìn)行單獨(dú)的測量。例如響應(yīng)于由人體施加到感應(yīng)器矩陣上的法向力而施加到每個墊上的壓力減小了感應(yīng)器墊的厚度，因此通過大小或體積壓阻效應(yīng)減小了其電阻。本發(fā)明人還在美國專利6216M5，2001年4月17日，Piezoresistive Foot Pressure Measurement中披露了一種用于測量施加在人腳或馬蹄上的壓力的新方法和設(shè)備?！?45專利中披露的新裝置包括封裝在薄的、柔性的聚合物包裝中的壓阻力感應(yīng)元件的矩形陣列，每個感應(yīng)元件包括聚合物網(wǎng)狀織物，其充滿了懸浮在彈性體基體如硅橡膠中的導(dǎo)電顆粒。壓阻網(wǎng)狀層被夾在陣列的行和列導(dǎo)體帶疊層之間，所述疊層優(yōu)選地由充滿印刷的金屬路徑的尼龍網(wǎng)制成。被夾在行導(dǎo)體和列導(dǎo)體之間的壓阻材料的每個區(qū)域包括矩形感應(yīng)器陣列中的可單獨(dú)編址的法向力或壓力感應(yīng)器，其電阻作為施加在感應(yīng)器上的壓力的函數(shù)以預(yù)定方式相反地變化，因而能繪制接觸陣列的物體所施加的力或壓力分布的圖。在美國專利 6543299,2003 年 4 月 8 日，Pressure Measurement Sensor With Piezoresistive Thread Lattice中，本發(fā)明人披露了一種用于測量施加在表面上的力或壓力的傳感感應(yīng)器陣列，陣列包括單獨(dú)的力或壓力感應(yīng)傳感元件的織物狀二維格柵，其包括多對細(xì)長柔性的細(xì)絲的多個相交區(qū)域，每個細(xì)絲都由被一層壓阻材料覆蓋的中央導(dǎo)電的金屬絲芯構(gòu)成，壓阻材料的電阻率隨著施加在材料上的壓力相反地變化。在美國專利7201063,2007 年 4 月 10 日，Normal Force Gradient/Shear Force Sensors And Method Of Measuring Internal Biological Tissue Stress 中，本發(fā)明人披露了一種法向力梯度/剪切力感應(yīng)器裝置和用于測量被椅子或床支撐的人的組織中的內(nèi)部應(yīng)力的測量方法。該裝置包括與中央的剪切力感應(yīng)器在徑向上隔開的外圍法向力感應(yīng)器的平面矩陣陣列，每個感應(yīng)器都包括位于圓形開口內(nèi)的導(dǎo)電盤，圓形開口以沿圓周隔開的電極為界。盤和電極位于由可伸展材料如聚氨酯制成的上和下蓋板之間，一個蓋板粘接到盤而另一個蓋板粘接到電極的支撐片。響應(yīng)于施加在陣列上的剪切力的蓋板間運(yùn)動使盤或多或少地緊緊壓靠在電極上，因而與剪切力的大小和方向成比例地改變盤和電極之間的電導(dǎo)。每個法向力感應(yīng)器包括壓在行和列導(dǎo)體之間的導(dǎo)電薄膜。與施加在感應(yīng)器上的法向力成比例地變化的多對感應(yīng)器電導(dǎo)值的測量結(jié)果用來計(jì)算由身體部分施加在感應(yīng)器陣列上的法向力的梯度向量，將該向量與剪切力向量在算法上結(jié)合起來以計(jì)算例如在骨隆起附近的人體上的內(nèi)部反作用剪切力。在2008年3月15日申請的共同待決的美國專利申請12/075937中，本發(fā)明人披露了用于將人體上的力集中減到最小的自適應(yīng)墊方法和裝置。該裝置包括放置在床墊或椅子上的自適應(yīng)墊，墊具有可通過空氣壓縮機(jī)和閥單獨(dú)增壓到可變壓力的多個氣泡單元構(gòu)成的矩陣。在該申請中披露的裝置還包括構(gòu)造新穎的力感應(yīng)傳感器的柔性可伸展的平面陣列， 其優(yōu)選地位于墊的上表面上，陣列具有至少一個與墊的每個氣泡單元垂直地成一直線的感應(yīng)器。在上面引用的專利申請中披露的感應(yīng)器陣列包括可伸展的織物行和列導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被夾在其面向內(nèi)部的導(dǎo)電表面和覆蓋有壓阻材料的可伸展織物片之間。通過這樣構(gòu)造，平面感應(yīng)器陣列可響應(yīng)于由支撐在感應(yīng)器陣列上表面上的人體重量施加在陣列上的力而彈性地變形，其中感應(yīng)器陣列覆在氣泡單元上面。優(yōu)選地，將感應(yīng)器陣列置于氣泡單元的上表面上并通過貼身的、防水的、與輪廓相合的薄片將感應(yīng)器陣列保持在該位置中。用于行和列導(dǎo)體的織物基體以及中央的壓阻層都由可在材料的平面內(nèi)沿任意方向彈性變形的材料制成。在優(yōu)選實(shí)施例中，織物基體或行導(dǎo)體薄片和列導(dǎo)體薄片鍍有銅基鍍層和鎳覆蓋鍍層。中央的壓阻薄片由覆有壓阻覆層的人造織物基體構(gòu)成。感應(yīng)器陣列還具有由織物如萊卡制成的上部覆蓋薄片，其具有雙向伸展特性，即可沿正交方向彈性伸展。為了避免陣列中的單個感應(yīng)器的電阻測量結(jié)果之間的串?dāng)_，其中通過該測量結(jié)果確定施加在感應(yīng)器上的力，感應(yīng)器被以新穎的方式構(gòu)造，該方式賦予感應(yīng)器非雙向的、不對稱的電流-電壓阻抗特性。通過在本申請公開內(nèi)容中詳細(xì)描述的新穎方法，通過改變中央壓阻薄片的上或下表面以在其上形成P-N、半導(dǎo)體類型的結(jié)，將感應(yīng)器更改成具有如同二極管的特性。已經(jīng)證明上面描述的柔性的力感應(yīng)器陣列在執(zhí)行它們的預(yù)定功能上是非常有效的。然而，存在這樣的情形，其中希望具有可用的力感應(yīng)器陣列，其具有不被在前的感應(yīng)器陣列提供的稍微不同的特性。例如，如果用典型的現(xiàn)有的柔性感應(yīng)器陣列測量通過非常貼身的、共形的輪椅座墊或極低壓力床墊或墊子施加在人體上的壓力，則這種感應(yīng)器陣列常常妨礙墊子或床支撐表面的功能，并且給出錯誤的力測量結(jié)果，該力測量結(jié)果用來繪制床或椅子支撐人的方式的圖。該錯誤由“吊床”效應(yīng)引起，其中部署在固定的支撐位置之間的柔性但不可懸垂的感應(yīng)器陣列不能精確地適形于患者的外形。例如在使用利用金屬絲芯感應(yīng)元件的感應(yīng)器陣列時，該結(jié)果可以發(fā)生，金屬絲芯感應(yīng)元件使陣列基本上不可伸展。感應(yīng)器陣列的適形性的缺乏改變了墊子或床支撐患者的方式，并且還頻繁導(dǎo)致施加在陣列中單個感應(yīng)器上的力或壓力大于在沒有感應(yīng)器陣列時患者實(shí)際遭遇的力或壓力。當(dāng)試圖以非強(qiáng)迫的、非干擾的方式對具有復(fù)雜形狀的身體部分如腳形成這種測量結(jié)果時，會出現(xiàn)目前用于測量施加在人體部分上的力并繪制該力的圖的力感應(yīng)器陣列不令人滿意的另一種情形。例如，有糖尿病的人常常會喪失其腳的知覺。由于他們在不合腳的鞋子對腳的部分施加過大的壓力時不能有知覺，壓力點(diǎn)可導(dǎo)致潰瘍，潰瘍又可能導(dǎo)致必須對腳進(jìn)行截肢。 因而，為了防止這種不希望有的結(jié)果，希望有一種能用來識別這種問題的感應(yīng)器陣列，以使得可以以及時的方式采取糾正行為，如改變鞋子的尺寸或形狀。為了解決測量在具有復(fù)合曲線的復(fù)雜形狀如人腳上施加的力并繪制該力的圖的問題，希望具有可用的感應(yīng)器陣列，其在其性能上與衣服織物類似以便容易適形于復(fù)雜的、 復(fù)合彎曲的物體如人腳。這種感應(yīng)器陣列可以結(jié)合到衣物如短襪中。本發(fā)明構(gòu)想成至少部分地響應(yīng)于當(dāng)前感應(yīng)器陣列的不可利用性以滿足上述需求。發(fā)明目標(biāo)本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供可彈性伸展的力或壓力感應(yīng)傳感器陣列，其可適形于具有復(fù)雜的、復(fù)合彎曲形狀的物體如人體部分，以便于測量施加在該物體上的力或壓力并繪制該力或壓力的圖。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供可彈性伸展的織物狀壓力或力感應(yīng)器陣列，其重量足夠輕并且可共形地懸垂以結(jié)合到人可穿戴的衣物中。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供壓力或力感應(yīng)器陣列，其包括薄的、柔性的單獨(dú)的力感應(yīng)器的矩陣，所述力感應(yīng)器結(jié)合到可彈性伸展的織物基體中。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供壓阻力或壓力感應(yīng)器的薄的、可彈性伸展的可懸垂平面陣列，其結(jié)合到短襪或其它衣物中。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供壓阻力或壓力感應(yīng)器的薄的、可彈性伸展的可懸垂平面陣列和電力地耦合到陣列的電子控制模塊，電控模塊能有效測量單獨(dú)感應(yīng)器的電阻，因而便于繪制施加到陣列不同部分上的力或壓力的圖。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一種力或壓力測量系統(tǒng)，其包括單獨(dú)壓阻壓力或力感應(yīng)元件的可彈性伸展的織物狀陣列，感應(yīng)元件以多行和多列的矩陣方式布置并且通過行和列電極連接到電阻測量電子模塊，通向每個感應(yīng)元件的傳導(dǎo)路徑包括象二極管的電路元件，從而將單獨(dú)感應(yīng)器的矩陣編址的串?dāng)_減到最小。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供利用布置在行和列中的多組導(dǎo)電細(xì)絲來制造可彈性伸展的柔性、織物狀力或壓力感應(yīng)器陣列的方法。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供制作布置在X-Y矩陣中的柔性的、可彈性伸展的織物狀力或壓力感應(yīng)器的方法，感應(yīng)器包括與相交的導(dǎo)電細(xì)絲接觸的壓阻物質(zhì)。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供制作織物狀力或壓力感應(yīng)器陣列的方法，感應(yīng)器陣列包括覆蓋有壓阻材料的可彈性伸展的柔性導(dǎo)電細(xì)絲。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供制作織物狀力或壓力感應(yīng)器陣列的方法，其中用絕緣的細(xì)絲將可彈性伸展的導(dǎo)電細(xì)絲縫合到織物基體中。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供制作具有壓阻特性的可彈性伸展的導(dǎo)電細(xì)絲的方法。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供制作可彈性伸展的壓阻導(dǎo)電細(xì)絲的方法，該導(dǎo)電細(xì)絲具有象二極管的、非雙向的電阻抗特性。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供可彈性伸展的柔性的力或壓力感應(yīng)器陣列，其使用了可彈性伸展的導(dǎo)電細(xì)絲從而增強(qiáng)了陣列的伸展性。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供可彈性伸展的柔性的力或壓力感應(yīng)器陣列，其使用的導(dǎo)電細(xì)絲被蜿蜒地布置并且連接到可彈性伸展的基底，從而增強(qiáng)了陣列的彈性伸展性。通過細(xì)讀所附的說明書、附圖和權(quán)利要求，本發(fā)明的各種其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)及其最新穎的特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。應(yīng)該懂得，雖然在此披露的發(fā)明完全能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)并且提供了所描述的優(yōu)點(diǎn)，但在此描述的發(fā)明的特征僅僅是對優(yōu)選實(shí)施例的說明，因而，我并未打算讓我的獨(dú)占權(quán)利和發(fā)明的專利權(quán)的范圍局限于所描述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。我打算將能從在此包含的說明合理推理出的發(fā)明的等價(jià)方案、改編方案和變型都包括在由所附權(quán)利要求限定的發(fā)明的范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地說，本發(fā)明包括新穎的壓力或力感應(yīng)傳感器，其包括布置在基底上或基底中的平面陣列中的多個單獨(dú)的力感應(yīng)元件，基底由薄的柔性聚合物薄片或者編織或非編織的織物薄片構(gòu)成。本發(fā)明的壓力或力感應(yīng)器陣列使用了可彈性伸展的導(dǎo)電細(xì)絲，導(dǎo)電細(xì)絲利用新穎的制造技術(shù)附接到由絕緣聚合物薄片或織物薄片構(gòu)成的薄的可彈性彎曲的基片上。陣列是足夠柔性的、可懸垂的和可彈性伸展的以結(jié)合到衣物如短襪中。這個新穎構(gòu)造使本發(fā)明的可彈性伸展的、可共形地懸垂的壓力或力感應(yīng)器陣列能用來測量在復(fù)合彎曲的、 復(fù)雜成形的物體如人腳上的力或壓力分布并對其進(jìn)行繪圖。本發(fā)明的壓力感應(yīng)器陣列例如可以有利地用來測量由于糖尿病或其它醫(yī)學(xué)疾病而喪失腳上知覺的患者的腳上不合腳的鞋子所施加的壓力或力集中并對其進(jìn)行繪圖?？捎帽景l(fā)明的適形的感應(yīng)器陣列產(chǎn)生壓力圖，利用該壓力圖提供的信息能調(diào)整不合腳鞋子的尺寸或修改或更換不合腳的鞋子以將患者腳上的壓力集中減小到足夠低的值，以便預(yù)防在腳上形成威脅健康的潰瘍。本發(fā)明的可彈性伸展的力或壓力感應(yīng)器陣列的基本實(shí)施例使用柔性的導(dǎo)電細(xì)絲， 導(dǎo)電細(xì)絲具有相對小的直徑，例如處于大約2mm至4mm的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的基本的聚合物膜基底形式中，陣列中的每個感應(yīng)元件由第一、例如上部的、行導(dǎo)電細(xì)絲和第二、下部的列導(dǎo)電細(xì)絲的相交部形成，第一、上部的、行導(dǎo)電細(xì)絲附接到上面薄的、絕緣的聚合物基片的下表面，第二、下部的列導(dǎo)電細(xì)絲附接到下面薄的、絕緣的聚合物基片的上表面。優(yōu)選地，上部的和下部的聚合物基片由柔性且可彈性伸展的材料制成，如0. 05-0. 076m m厚的彈性體的聚氯乙烯(PVC)。根據(jù)本發(fā)明，感應(yīng)器陣列中每對導(dǎo)電細(xì)絲的相交部，例如行細(xì)絲和列細(xì)絲的相交部，包括夾在細(xì)絲之間由壓阻材料制成的層、覆層或小點(diǎn)，其電阻隨著施加在其上的力或壓力相反地變化。優(yōu)選地，壓阻材料具有彈性的或彈性體的特性以使得感應(yīng)器上的周期性壓力變化不會在感應(yīng)器的電阻-壓力轉(zhuǎn)換函數(shù)上引起過大的滯后效應(yīng)。滿足前述要求的合適的壓阻材料包括充滿導(dǎo)電顆粒如碳黑或碳纖維的硅橡膠的固溶體。當(dāng)一對相交的導(dǎo)電細(xì)絲之間的壓阻材料由于法向力而被擠壓，使細(xì)絲被更緊密地壓在一起時，在該對導(dǎo)電細(xì)絲之間測量的電阻與力或壓力的大小成比例地減小。電阻的減小被相信是由于表面和體積壓阻效應(yīng)的聯(lián)合結(jié)果。在表面壓阻效應(yīng)中，當(dāng)細(xì)絲被壓在一起時，一對導(dǎo)電細(xì)絲之間的相互接觸區(qū)域和壓阻點(diǎn)的尺寸增大，因而細(xì)絲之間的電導(dǎo)增大。由于體積壓阻效應(yīng)，彈性體的壓阻材料的壓縮顯然使電導(dǎo)增大，其中彈性體的壓阻材料的壓縮的結(jié)果是壓阻點(diǎn)的彈性體基體中的導(dǎo)電顆粒被更緊密地壓在一起，并且壓阻點(diǎn)的厚度減小。根據(jù)本發(fā)明一個方面，使用聚合物薄片基底的本發(fā)明的基本實(shí)施例采用被夾在上部的和下部的聚合物薄片之間的一薄片壓阻材料，行和列導(dǎo)電細(xì)絲分別附接到上部的和下部的聚合物薄片上。本發(fā)明的這個實(shí)施例有三個分離的層。在本發(fā)明的聚合物膜感應(yīng)器陣列的優(yōu)選的、兩層的實(shí)施例中，壓阻材料直接覆蓋在行導(dǎo)電細(xì)絲、列導(dǎo)電細(xì)絲、或優(yōu)選地行和列導(dǎo)電細(xì)絲兩者的外表面上，因而消除了對包含壓阻材料的第三、中間基片的需求。在Q個單獨(dú)感應(yīng)元件的陣列如上面描述的發(fā)明的兩個基本實(shí)施例的陣列中，明確地確定施加在每個感應(yīng)器上的壓力或力的大小所需的每個單獨(dú)感應(yīng)器電阻的明確測量結(jié)果需要Q個感應(yīng)元件，R = Q+1個引出導(dǎo)線。因而，Q個感應(yīng)元件中的每一個都可以具有與公共導(dǎo)電引出導(dǎo)線相連的感應(yīng)元件的一個終端，和與每個感應(yīng)元件的相對終端相連的單獨(dú)的引出導(dǎo)線。對于mXn = Q個感應(yīng)器的正方形矩陣，對位于m行和η列感應(yīng)器導(dǎo)電細(xì)絲的Q個交點(diǎn)處的Q個感應(yīng)器中的每一個進(jìn)行編址所需的引出導(dǎo)線的數(shù)量僅僅是R = 2 V Q0因而， 例如，在64個感應(yīng)元件的陣列中，單獨(dú)測量每個感應(yīng)元件的電阻將需要65個電絕緣的引出導(dǎo)線。另一方面，利用矩陣編址布置，將僅僅需要總共16個引出導(dǎo)線，即8個行導(dǎo)線和8個行列導(dǎo)線。因而，希望用矩陣編址來測量每個感應(yīng)元件的電阻。然而，利用感應(yīng)元件的矩陣編址測量陣列中的感應(yīng)元件的電阻存在問題，該問題起因于下列事實(shí)陣列中所有未編址的感應(yīng)元件的電阻與每個編址感應(yīng)元件的電阻并聯(lián)， 導(dǎo)致單個感應(yīng)元件電阻的測量結(jié)果的串?dāng)_誤差，因而導(dǎo)致從哪些測量結(jié)果推斷的壓力的誤差。為了克服串?dāng)_問題，本發(fā)明的感應(yīng)器優(yōu)選地制造成具有不對稱的、象二極管的電流-電壓傳輸功能。通過在導(dǎo)電細(xì)絲的表面上涂上壓阻覆層以在其上形成P-N結(jié)，來實(shí)現(xiàn)象二極管的傳輸功能。作為選擇，行和列導(dǎo)電細(xì)絲之間的壓阻膜的上表面和下表面之一或兩者被涂上涂層以給予其P-N結(jié)特性。如下面詳細(xì)說明的，通過將包含銅或其它金屬的氧化物的無電鍍覆層沉積到含碳壓阻層的表面來提供P-N結(jié)特性。
優(yōu)選地利用多片編織的彈性織物而非多片聚合物膜來制造本發(fā)明的壓力感應(yīng)器陣列的優(yōu)選實(shí)施例。編織的織物導(dǎo)致更伸展的和懸垂的感應(yīng)器陣列，因此更容易適形于不規(guī)則的曲面。在本發(fā)明的使用編織織物基底的力感應(yīng)器陣列的基本實(shí)施例中，橫向隔開的、縱向布置的導(dǎo)電細(xì)絲固定到第一、上部的織物片的下表面。優(yōu)選地，用直徑小于導(dǎo)電細(xì)絲的絕緣細(xì)絲通過縫合、花針法將導(dǎo)電細(xì)絲固定到上部的織物基片。以與上部的片相同的方式準(zhǔn)備第二、下部的織物基片，其中導(dǎo)電細(xì)絲位于下部的片的上側(cè)上。上部的和下部的片可以可選地由單個織物基片制造，該單個織物基片具有縫合到其一個表面上的導(dǎo)電細(xì)絲，將該單個織物基片切成兩半，將其中一個半部翻轉(zhuǎn)并旋轉(zhuǎn)90度以便兩個半片的面對面的表面形成由相交部構(gòu)成的矩陣，該矩陣包括多行導(dǎo)電細(xì)絲和多列導(dǎo)電細(xì)絲。然后將壓阻膜層置于上部的和下部的織物基片之間，將三個片沿著它們的周界邊緣固定在一起，從而形成包含多個單獨(dú)感應(yīng)元件的矩陣的二維平面陣列。在本發(fā)明的使用織物基底的力感應(yīng)器陣列的優(yōu)選實(shí)施例中，位于感應(yīng)器的行和列導(dǎo)電細(xì)絲之間的壓阻膜層由應(yīng)用于導(dǎo)電細(xì)絲外表面上的壓阻物質(zhì)的覆層組成?？梢酝ㄟ^本發(fā)明的新穎工藝將壓阻覆層應(yīng)用于行或列導(dǎo)體的外表面，但優(yōu)選地將壓阻覆層應(yīng)用于行和列細(xì)絲兩者上。本發(fā)明的具有新穎構(gòu)造的感應(yīng)器陣列使用高度柔性的、可彈性伸展的行和列導(dǎo)體細(xì)絲，所述行和列導(dǎo)體細(xì)絲被縫到由重量輕的可懸垂織物制成的一對面對面的基板的面向內(nèi)的表面上，本發(fā)明的具有新穎構(gòu)造的感應(yīng)器陣列容易適形于不規(guī)則的表面，因而使得對于施加在形狀不規(guī)則物體的表面上的力的測量更容易。通過用包含氨綸或萊卡的可伸展織物作為基底材料，使本發(fā)明的織物基底壓阻力感應(yīng)器陣列的優(yōu)選實(shí)施例具有增強(qiáng)的伸展性、懸垂性和適形性。優(yōu)選地，可伸展織物基底具有各向同性的伸展特性或至少雙向的伸展特性，以使得感應(yīng)器陣列可以在所有方向上或至少分別在兩個垂直方向上具有相等柔量的情況下彈性地伸展以適形于形狀不規(guī)則的物體。 通過該構(gòu)造，導(dǎo)電細(xì)絲本身可以限制感應(yīng)器陣列的伸展性。優(yōu)選地通過下列兩種方法中的任一種增加本發(fā)明的感應(yīng)器陣列的伸展性和適形性。根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)感應(yīng)器陣列伸展性的第一個方法，通過將可展延的導(dǎo)電絲線而非單絲用于行和列導(dǎo)電細(xì)絲來增加陣列的伸展性?？梢詫?dǎo)電絲線用作行或列壓阻細(xì)絲的芯部，但優(yōu)選地將導(dǎo)電絲線用于行和列導(dǎo)體細(xì)絲兩者，以提供增強(qiáng)的雙向伸展性。在本發(fā)明的增強(qiáng)感應(yīng)器陣列伸展性的第二個方法中，行和列壓阻細(xì)絲中的任一個或它們兩者在行或列細(xì)絲的相對兩端之間相對于直的基線設(shè)置在蛇狀地或蜿蜒地布置的線上，而非留在基線上。通過這種蜿蜒的布置，由導(dǎo)電細(xì)絲的橫向布置部分所形成的松弛部分使蜿蜒彎曲細(xì)絲的波峰和波谷之間的縱向間隔能在織物沿細(xì)絲基線的方向伸展時增大， 和在織物放松成未伸展?fàn)顟B(tài)時減小。換句話說，當(dāng)感應(yīng)器陣列彈性地伸展時，蜿蜒彎曲的導(dǎo)電細(xì)絲的空間波長增大，當(dāng)陣列上的伸展力放松從而允許陣列彈性地恢復(fù)其未伸展形狀時，該空間波長減小?？蛇x地，本發(fā)明的感應(yīng)器陣列可以采用可展延的彈性導(dǎo)電細(xì)絲以及蜿蜒地彎曲的細(xì)絲布置方式，以使陣列的彈性伸展性達(dá)到最大。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面，提供了一種重量輕且適形性非常好的單層織物基底感應(yīng)器陣列。本發(fā)明的感應(yīng)器陣列的這個實(shí)施例使用充滿壓阻物質(zhì)的單個織物基板，行和列導(dǎo)電細(xì)絲被縫合到織物基底的相反的外表面。通過利用可展延的絲線和導(dǎo)電細(xì)絲的蜿蜒彎曲中的任一個或兩者，可以可選地提供該實(shí)施例的增強(qiáng)伸展性和適形性，如上所述。


圖1是本發(fā)明的三層的壓阻細(xì)絲壓力感應(yīng)器陣列的基本實(shí)施例的部分?jǐn)嚅_的透視圖，其使用一對聚合物膜外部基底和一中間壓阻層；圖2是沿方向2-2獲得的圖1的感應(yīng)器陣列的垂直橫截面圖或端視圖；圖3是本發(fā)明的壓阻細(xì)絲壓力感應(yīng)器陣列的第二、兩層的實(shí)施例的部分?jǐn)嚅_的上部透視圖，其中圖1和2的基本實(shí)施例中所示的中間壓阻層被感應(yīng)器陣列的導(dǎo)電細(xì)絲上的壓阻覆層所取代；圖4是沿方向4-4獲得的圖3的感應(yīng)器陣列的垂直橫截面圖或端視圖；圖5是圖1和3的感應(yīng)器陣列的變型的不完整透視圖，其中相鄰的多對被更緊密壓緊的行和列導(dǎo)體細(xì)絲被絕緣細(xì)絲在空間上彼此隔開且在電力上彼此絕緣；圖6A是圖1和2的感應(yīng)器陣列的不完整橫截面圖，在進(jìn)一步放大的比例上，示出了交叉的行和列導(dǎo)體細(xì)絲與中央的壓阻層接觸形成力感應(yīng)元件的布置，其中沒有外力施加到元件上；圖6B是類似于圖6A中所示的視圖，但是具有施加到感應(yīng)元件上的中等法向力；圖6C顯示了其上施加了較大外力的感應(yīng)元件；圖7是顯示了作為施加到圖1和3所示感應(yīng)器陣列的感應(yīng)元件上的力或壓力的函數(shù)而繪制的電阻的圖；圖8A是在進(jìn)一步放大的比例上，圖3和4的感應(yīng)器陣列的不完整橫截面圖，示出了行和列壓阻細(xì)絲形成力感應(yīng)元件的布置，其中沒有外力施加到陣列上；圖8B是類似于圖8A中所示的視圖，但是具有施加到感應(yīng)元件上的中等法向力；圖8C顯示了其上施加了較大外力的感應(yīng)元件；圖9是本發(fā)明的壓阻細(xì)絲壓力感應(yīng)器陣列的第三、三層的實(shí)施例的局部斷開透視圖，其使用一對織物外部基底和一中央壓阻層；圖10是在放大比例下圖9的感應(yīng)器陣列的不完整視圖，其中顯示了感應(yīng)器陣列的上部的、水平的行導(dǎo)體部件的下平面圖；圖11是在放大比例下圖9的感應(yīng)器陣列的不完整視圖，其中顯示了感應(yīng)器陣列的下部的、縱向列導(dǎo)體部件的上平面圖；圖12是沿方向12-12獲得的圖9的感應(yīng)器陣列的垂直橫截面圖；圖13A是根據(jù)本發(fā)明使用織物基底的第四、兩層的壓阻細(xì)絲壓力感應(yīng)器陣列的局部斷開的、分解的上部透視圖，其中圖9中所示實(shí)施例的中央壓阻層替換為感應(yīng)器陣列的導(dǎo)體細(xì)絲上的壓阻覆層；圖13B是沿方向UB-UB獲得的圖13A的感應(yīng)器陣列的垂直橫截面圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明具有單個織物基底的壓阻細(xì)絲壓力感應(yīng)器陣列的第五、單層的實(shí)施例的局部斷開的上部透視圖，其中行和列壓阻細(xì)絲被固定到單個絕緣基片的同側(cè)；
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圖15是圖14的感應(yīng)器陣列的上平面圖；圖16是沿方向16-16獲得的圖14的感應(yīng)器陣列的垂直橫截面圖；圖17是圖9、13或14的織物基底感應(yīng)器陣列的變型的局部斷開的、分解上部透視圖，其中感應(yīng)器陣列的下部的列導(dǎo)體細(xì)絲以蜿蜒的排列布置在織物下部基板上；圖18是圖14的單層織物基底感應(yīng)器陣列的另一個變型的上部透視圖，其中行和列導(dǎo)體細(xì)絲蜿蜒布置并且位于壓阻基片的相對兩側(cè)；圖19是圖18的感應(yīng)器陣列的上平面圖；圖20是圖18的感應(yīng)器陣列的下平面圖；圖21是圖19的感應(yīng)器陣列的垂直橫截面圖；圖21A是單層織物基底感應(yīng)器陣列的不完整上部透視圖，其中上部的行和下部的列壓阻細(xì)絲蜿蜒布置并且固定到單個絕緣基片的同側(cè)；圖22A是顯示了測量線性陣列中單個感應(yīng)元件的電阻所需的導(dǎo)電引出線數(shù)量的示意圖；圖22B顯示了不必為線性布置的感應(yīng)元件；圖23是顯示了給布置在矩陣陣列中的感應(yīng)元件陣列進(jìn)行編址的矩陣所需的更少引出線數(shù)量的示意圖；圖M是示意圖，顯示了被改進(jìn)為包括二極管結(jié)的圖23的陣列的感應(yīng)元件；圖25是使用了圖5所示類型的兩層感應(yīng)器陣列的力測量感應(yīng)器裝置的上部透視圖；圖沈是顯示了與信號處理和顯示電路互聯(lián)以構(gòu)成力測量系統(tǒng)的圖1和3的感應(yīng)器陣列的框圖；圖27A是包含圖14-16或17_20的感應(yīng)器陣列的短襪的透視圖；圖27B是圖27A的短襪的水平橫截面圖；圖觀是本發(fā)明的感應(yīng)器的典型的電阻-法向力的圖表； 圖四是圖1陣列的感應(yīng)元件的優(yōu)選變型的局部示意圖，其中陣列的感應(yīng)元件進(jìn)行了改進(jìn)以為其提供P-N結(jié)、二極管類型的結(jié)；圖30是圖27的感應(yīng)元件的電流-電壓的圖表；圖31是本發(fā)明的力感應(yīng)器陣列的另一個實(shí)施例的分解透視圖；圖32是圖31的感應(yīng)器陣列的透視圖；圖33是本發(fā)明的力感應(yīng)器陣列的另一個實(shí)施例的組件的分解透視圖；圖34是圖33的感應(yīng)器陣列的透視圖。
具體實(shí)施例方式美國專利6543四9的整個公開內(nèi)容在此并入本發(fā)明作為參考。圖1-34示出了本發(fā)明的可彈性伸展的、可適形的織物力感應(yīng)器陣列的各種方面， 以及制造該陣列的方法。首先參考圖1和2，其中顯示了本發(fā)明的力感應(yīng)器陣列的第一、基本的、三層的實(shí)施例。如圖1和2中所示，本發(fā)明的三層的力感應(yīng)器陣列30包括復(fù)數(shù)m個細(xì)長的、直而細(xì)的導(dǎo)電行細(xì)絲31-1至31-m和復(fù)數(shù)η個細(xì)長的、直而細(xì)的導(dǎo)電列細(xì)絲32-1至32-n。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電行細(xì)絲31和列細(xì)絲32由可彈性伸展的單絲或編織的聚合物芯 31C、32C組成，其已進(jìn)行處理以使細(xì)絲可導(dǎo)電，例如通過給芯鍍上銀以在芯31C、32C上分別形成覆層31P、32P。本發(fā)明的感應(yīng)器陣列30的一種類型的示例性實(shí)施例使用由鍍銀的尼龍細(xì)絲制造的行和列導(dǎo)電細(xì)絲 31、32，尼龍細(xì)絲是從 LESS EMF，809Madison Avenue, Albany, New York 12208,USA獲得的2股的117/17，目錄編號#似64。該導(dǎo)電細(xì)絲具有大約為75歐姆每英尺的線性電阻率，和大約的彈性伸展性，即，比相似直徑的不銹鋼絲的彈性伸展性大至少 10倍。本發(fā)明的感應(yīng)器陣列的第二種類型的示例性實(shí)施例使用由鍍銀的可展延尼龍絲線制造的行和列導(dǎo)電細(xì)絲，所述鍍銀的絲線具有標(biāo)志Siieldex， Lycra dtex 20，從 W.Zimmerman, GmbH&Co. K6, Riederstrasse 7, D-88171, ffeiter-Simmerberg, Germany 獲得。所述導(dǎo)電細(xì)絲具有大約500歐姆每英尺的線性電阻率。所述導(dǎo)電絲線的彈性伸展性大于30%，S卩，比相似直徑的不銹鋼絲的彈性伸展性大至少300倍。如圖1和2中所示，行細(xì)絲31和列細(xì)絲32位于平行的平面中但相對于彼此傾斜， 例如相對于彼此傾斜九十度角。在示例性的實(shí)施例30中，行導(dǎo)電細(xì)絲31固定到上部的基片33的下表面34上，而列導(dǎo)電細(xì)絲32固定到下部的基片35的上表面36上。如通過參考圖2最好地看到的，感應(yīng)器陣列30包括由壓阻材料制成的薄的中央層或片37。如圖2中所示，行和列導(dǎo)電細(xì)絲的相對的面向內(nèi)的外表面38、39分別與中央壓阻片37的上表面和下表面40、41相切地接觸。因此，如圖1和2中所示，行導(dǎo)電細(xì)絲31和列導(dǎo)電細(xì)絲32的每個交叉點(diǎn)或相交部形成壓阻感應(yīng)元件48，其由與行導(dǎo)電細(xì)絲和列導(dǎo)電細(xì)絲發(fā)生導(dǎo)電接觸的一小部分中央壓阻片37組成。在感應(yīng)器陣列32的示例性實(shí)施例中，通過覆有壓阻材料的可展延的，即可彈性伸展的薄的萊卡狀織物片制造壓阻片37。形成用于支承壓阻材料的基體的合適織物片是公知的商品名為Platinum、Mi 11 iken，類型#247579的織物，所述織物從制造商 Milliken&Company, Spartenburg, South Carolina, USA 獲得。該織物具有 69%尼龍和 31 % 氨綸的纖維含量，大約88根細(xì)絲每英寸的經(jīng)緯密度，和0. 010英寸的厚度。用來涂覆織物基體的壓阻材料如下制造根據(jù)需要按比例混合石墨、碳粉、鎳粉和丙烯酸粘合劑以獲得所需的電阻和壓阻性質(zhì)。鍍銀的鎳碎片用來獲得0至1磅/平方英寸的低力范圍的力響應(yīng)，石墨用于1至5 磅/平方英寸的中間范圍，木炭炭黑用于5至1000磅/平方英寸的高的力范圍。下面描述壓阻材料組分物質(zhì)鍍銀的鎳碎片大約1微米厚且直徑為5微米的片晶，篩析(-325網(wǎng)孔)95%，表觀密度2. 8，Microtrac d50/微米 12-17，來源Novamet Specialty Products Corporation,681Lawlins Road, Wyckoff, NJ 07481
石墨粉人造石墨，AC-4722T來源Anachemia Science4-214DeBaets StreetWinnipeg MB R2J 3W6木炭炭黑粉Anachemia Part 號 AC-2155來源Anachemia Science4-214DeBaets StreetWinnipeg MB R2J 3W6丙烯酸粘合劑Staticide丙烯酸高性能地板折刷油P/N 4000-lPh 8. 4 至 9. 0^iJI =Static Specialties Co. Ltd.1371-4Church streetBohemia, New York 11716下面是用來制造具有不同靈敏度的壓阻材料的混合物的例子用于0至30磅/平方英寸的范圍內(nèi)的力的例子I :-200ml的丙烯酸粘合劑-IOml的鎳碎片粉-IOml的石墨粉-20ml 的炭黑用于0至100磅/平方英寸的范圍內(nèi)的力的例子II -200ml的丙烯酸粘合劑-5ml的鎳碎片粉-5ml的石墨粉-30ml 的炭黑用于0至1000磅/平方英寸的范圍內(nèi)的力的例子III -200ml的丙烯酸粘合劑-Iml的鎳碎片粉-Iml的石墨粉-40ml 的炭黑將用于壓阻片37的織物基體浸沒在壓阻涂覆混合物中，將過多的材料軋去，將壓阻片懸掛并將其風(fēng)干。根據(jù)本發(fā)明，上部和下部的基片33、34由薄的、柔性的絕緣材料制成，例如0. 002 英寸厚的聚氨酯或聚氯乙烯(PVC)。優(yōu)選地，基片33、34由具有相對高的彈性伸展性程度的彈性體材料制成，以使得感應(yīng)器陣列30容易伸展并且適形于形狀不規(guī)則物體的表面。然而，應(yīng)該懂得，導(dǎo)電細(xì)絲31、32也是可彈性伸展的以促進(jìn)感應(yīng)器陣列30的伸展性。這是因?yàn)閷?dǎo)電細(xì)絲31、32例如通過多滴粘合劑42分別粘到基片33、34，如圖2中所示。壓阻片37也通過多滴膠水42固定到上部和下部的基片33、34。圖6A-6C示出了行和列導(dǎo)電細(xì)絲31、32的布置怎樣與圖1和2中所示感應(yīng)器陣列 30的中央壓阻層37聯(lián)合形成單獨(dú)的力感應(yīng)元件48。每個力感應(yīng)元件48位于行導(dǎo)電細(xì)絲如
31-U31-2......31-m與列導(dǎo)電細(xì)絲如32_1、32_2......32-n的交叉點(diǎn)或相交點(diǎn)49，用于
形成MXN的感應(yīng)元件矩陣。因而，單獨(dú)的感應(yīng)元件可以由名稱48-XXX-YYY標(biāo)識，其中XXX 表示行數(shù)而YYY表示列數(shù)。如其中沒有外力施加到感應(yīng)器陣列30上的圖2和6A中所示，在感應(yīng)器陣列30的行導(dǎo)電細(xì)絲31和列導(dǎo)電細(xì)絲32的每個交叉點(diǎn)49，有位于中央壓阻層37與上部的導(dǎo)電行細(xì)絲之間的上部導(dǎo)電切向接觸區(qū)域43，和位于壓阻層與下部的列導(dǎo)電細(xì)絲之間的下部導(dǎo)電切向接觸區(qū)域44。在沒有外力施加到感應(yīng)器陣列30的情況下，行導(dǎo)電細(xì)絲31和列導(dǎo)電細(xì)絲32之間的構(gòu)成上部接觸區(qū)域43、下部接觸區(qū)域44的串聯(lián)電阻的電阻，以及上部和下部接觸區(qū)域之間的壓阻層37的壓阻材料45的有效電阻，比較高。比較高的電阻由下列事實(shí)導(dǎo)致在這種情況下，切向接觸區(qū)域43和44比較小，未受擠壓的壓阻體積45的厚度處于其最大值。然而，如圖6B和6C中所示，當(dāng)將感應(yīng)器陣列30放置于支撐表面S上，并且將大小逐漸增加的法向力N施加到感應(yīng)器陣列30的上表面47上時，行導(dǎo)電細(xì)絲31和列導(dǎo)電細(xì)絲32之間的電阻減小，如現(xiàn)在將描述的。仍然參考圖2和6A，可以看出在沒有外力施加到感應(yīng)器陣列30上的情況下，行和列導(dǎo)電細(xì)絲31、32和中央壓阻層37之間的切向接觸區(qū)域43、44比較小，這是因?yàn)榧?xì)絲具有圓形的外部橫截面形狀，其切向地接觸壓阻層的平坦的平面表面。在這些情況下，接觸區(qū)域 43,44的小尺寸導(dǎo)致中央壓阻層37和行和列導(dǎo)電細(xì)絲31、32之間的較高電阻。此外，在中央壓阻層37未被壓縮的情況下，其厚度處于最大值，因此電阻處于最大值。圖6B和6C示出了施加到感應(yīng)器陣列30上的增加的外部法向力或壓力的效果。如圖6B和6C中所示，放置感應(yīng)器陣列30使其下表面46支撐在表面S上，并且使力N垂直向下施加到陣列的上表面47上，導(dǎo)致通過支撐面S向上施加到陣列的下表面46上的反作用力U。因?yàn)橹醒雺鹤鑼?7是可彈性變形的，所以其上的壓力減小了行導(dǎo)電細(xì)絲31和列導(dǎo)電細(xì)絲32之間的那部分層的厚度T。在行導(dǎo)電細(xì)絲31和列導(dǎo)電細(xì)絲32之間的這個穿過壓阻層37的路徑長度的減小使細(xì)絲之間的電阻R的值減小。如圖6B中所示，對于中等的法向力N值，中央壓阻層37的彈性變形比較小，導(dǎo)致細(xì)絲之間電阻R的降低比較小。更大的力N施加到感應(yīng)器陣列30上導(dǎo)致中央壓阻層的更大變形，如圖6C中所示，導(dǎo)致電阻R降低更大的百分比。圖7以普通方式示出了作為在這些點(diǎn)處施加在陣列30上的法向力或壓力的函數(shù)，在行導(dǎo)電細(xì)絲31和列導(dǎo)電細(xì)絲32之間可測量的電阻的減小。圖3和4示出了本發(fā)明的壓阻細(xì)絲壓力感應(yīng)器陣列的另一個實(shí)施例50，其中圖 1和2中所示及在上面描述的中央壓阻層被替換為在行導(dǎo)電細(xì)絲51和列導(dǎo)電細(xì)絲52中任一個上的，或優(yōu)選地在它們兩者上的壓阻覆層。感應(yīng)器陣列50表面上類似于美國專利 6543299的圖1和2中公開和示出的感應(yīng)器陣列20，但在重要的方面不同于該感應(yīng)器陣列。 因而，感應(yīng)器陣列50的行和列壓阻細(xì)絲51、52由可彈性伸展的聚合物芯51C、52C構(gòu)成，通過給芯鍍銀以分別在細(xì)絲上形成導(dǎo)電覆層51P、52P來處理聚合物芯51C、52C。芯51C、52C中的任一個上或它們兩者上的覆層分別包覆有具有壓阻特性的材料層51R、52R。根據(jù)本發(fā)明，用來在壓阻導(dǎo)電細(xì)絲51、52的芯51C、52C的鍍面51P、52P上形成包覆層51R、52R的壓阻材料可以具有與上面描述的組分類似的組分以形成壓阻片層37。根據(jù)本發(fā)明通過用一層壓阻材料包覆導(dǎo)電細(xì)絲來制造壓阻感應(yīng)器細(xì)絲的方法包括準(zhǔn)備具有上面在例子1、2和3中所描述的組分的壓阻材料的漿狀物。然后，將高度導(dǎo)電的聚合物細(xì)絲，例如可從 LESS EMF Inc. ,804Madison Avenue, Albany, New York 12208 獲得的2股的117/17、目錄編號#1 的鍍銀的尼龍絲線，浸入裝有該漿狀物的容器中大約10 秒的時間。將已經(jīng)浸入的細(xì)絲的末端從容器取出，在細(xì)絲還是濕的時，將它拉過穿過刮板的圓形小孔。在示例性實(shí)施例中，芯直徑為0. 25mm且濕涂覆直徑在大約0. 4mm至0. 5mm范圍內(nèi)的導(dǎo)電細(xì)絲被拉過直徑為0. 45mm的#360號刮板，由此產(chǎn)生了大約0. 45mm的濕刮取直徑。 然后以IOOmm/分鐘的線運(yùn)送速度將刮取的細(xì)絲送入加熱到70攝氏度溫度的空氣流中5分鐘的時間，從而形成直徑為大約0. 4mm的固化覆層。如圖3和4中所示，通過合適的方式例如粘合劑滴74，將壓阻行和列細(xì)絲51、52固定到上部和下部的基片63、65上?；?3、64由彈性程度較高的薄的柔性材料例如0. 003 英寸厚的彈性體聚氨酯或聚氯乙烯(PVC)制造。圖3和8A-8C示出了感應(yīng)器陣列50的行和列壓阻細(xì)絲51、52的布置如何形成單個力感應(yīng)元件69。響應(yīng)于逐漸變大的法向壓力，在行和列導(dǎo)電芯細(xì)絲51C、52C上的壓阻包覆層51R、52R被逐漸壓縮成直徑更小的橢圓形橫截面形狀。因此，如圖8A-8C中所示，每個感應(yīng)元件70的電阻與所施加的壓力成反比地減小，如圖7中所示。圖5示出了圖1和3中示出的和上面描述的感應(yīng)器陣列的變型70。改進(jìn)的感應(yīng)器陣列70可另選采用圖1中所示感應(yīng)器陣列30的三層結(jié)構(gòu)，或圖3中所示感應(yīng)器陣列50的兩層結(jié)構(gòu)。所述變型由制造出的在相鄰行和/或列導(dǎo)電細(xì)絲之間具有電絕緣材料的感應(yīng)器陣列70構(gòu)成。因此，例如，圖3中所示的兩層的感應(yīng)器50的變型70包括置于每對相鄰的行導(dǎo)電細(xì)絲51和每對相鄰的列導(dǎo)電細(xì)絲52之間的細(xì)長的絕緣細(xì)絲71，其例如由0. 012英寸直徑的聚酯制成。通過任何合適的方式將絕緣細(xì)絲71固定在合適位置上，例如將細(xì)絲粘結(jié)到基片 63,65上(見圖2和4)。這種結(jié)構(gòu)使感應(yīng)器陣列70能夠顯著皺折或以其他方式變形而適形于形狀不規(guī)則的表面，而不會有成對的相鄰行或列導(dǎo)電細(xì)絲51或52相互接觸從而導(dǎo)致電短路的可能性，電短路可導(dǎo)致錯誤的感應(yīng)元件電阻測量結(jié)果和力測定值。可選地，相鄰對的行和列導(dǎo)電細(xì)絲之間的絕緣可通過稍微噴涂氣溶膠絕緣丙烯酸涂料而施加以將導(dǎo)電細(xì)絲保持在合適位置上。圖9-12示出了本發(fā)明的壓阻細(xì)絲力感應(yīng)器陣列的三層的實(shí)施例80。感應(yīng)器陣列 80類似于在圖1-2中所示的和上面描述的感應(yīng)器陣列的基本實(shí)施例30。然而，感應(yīng)器陣列 80使用的上部和下部的基片83、85由編織的織物而非聚合物膜構(gòu)成。該構(gòu)造與由鍍金屬的尼龍或萊卡芯制造的可展延導(dǎo)電行和列細(xì)絲81、82的使用共同導(dǎo)致比感應(yīng)器陣列30更柔性的、彈性伸展性和懸垂性更好的感應(yīng)器陣列。如可以參考圖10最好地看到的，感應(yīng)器陣列80包括多個平行的、橫向隔開的導(dǎo)電行細(xì)絲81，其固定到上部織物基片83的下表面84上。行導(dǎo)電細(xì)絲81通過任何合適的方式固定到上部基片83的下表面84上。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖10中所示，通過用以細(xì)長的之字形圖案布置的直徑較小的絕緣細(xì)絲90將細(xì)絲縫合到織物基片83來將每個行導(dǎo)電細(xì)絲81 固定到基片。在示例性實(shí)施例中，細(xì)絲90由0. 005-0. 010英寸直徑、100%聚酯的編織細(xì)絲構(gòu)成。對于用來測量較大力的感應(yīng)器陣列所需的較大強(qiáng)度，細(xì)絲90可選地可以是單絲。在本發(fā)明的感應(yīng)器陣列80的示例性實(shí)施例中，上部和下部基片83、85由重量輕的、可彈性伸展的織物制成。測試了下面兩種織物并且發(fā)現(xiàn)它們適合于基片83、85，(1) Milliken“Millglass”牌，型號#247579，由69%尼龍、31 %氨綸構(gòu)成，具有1. 8盎司/平方碼的重量，(2)Milliken Interlude”牌，產(chǎn)品#247211，由82%尼龍、18%萊卡構(gòu)成，具有 3. 2-3. 4盎司每平方碼的重量。上述兩種織物都可從Miliken&Company，23Fiddler，s Way, Lafayette, NJ07848 得到。如圖11中所示，通過與絕緣細(xì)絲90相同類型的絕緣細(xì)絲91并以相同的花針法方式將下部的列導(dǎo)電細(xì)絲82固定到下部織物基片85的上表面86上。如圖9和12中所示，三層的織物基底感應(yīng)器陣列80包括中央的壓阻片87，其可以具有與上述感應(yīng)器陣列30的中央壓阻片37相似的成分和構(gòu)造。如參考圖1 最好地看到的，通過以花針法布置的絕緣縫紉細(xì)絲90將上部的行壓阻細(xì)絲101附接到上部織物基片113的下表面114。相似地，通過以花針法布置的縫紉細(xì)絲 91將下部的列壓阻細(xì)絲102附接到下部基片115的上表面116。圖13A和1 示出了本發(fā)明的壓阻細(xì)絲力感應(yīng)器陣列的另一個兩層的實(shí)施例100。 感應(yīng)器陣列100與感應(yīng)器陣列80相似，然而，在感應(yīng)器陣列100中，導(dǎo)電行和列細(xì)絲81、82 由壓阻細(xì)絲101、102代替，壓阻細(xì)絲101、102具有與在圖3和4中示出及在上面描述的兩層聚合物膜基底感應(yīng)器陣列50的壓阻細(xì)絲51、52相同的特性。該構(gòu)造消除了對上述三層的織物感應(yīng)器陣列80的中央壓阻片87的需求。圖14-16示出了力感應(yīng)器陣列的第五、單層的實(shí)施例120，其中行和列壓阻細(xì)絲附接到單個絕緣織物基片127的單側(cè)上。如圖14-16中所示，單層織物力感應(yīng)器陣列120具有其由重量輕的、可彈性伸展的織物制成的單個基片127。列出了下面兩種織物并且發(fā)現(xiàn)它們適合于制造基片127，(1) Milliken“Millglass”牌，型號#247579，由69%尼龍、31 %氨綸構(gòu)成，具有1. 8盎司/平方碼的重量，(2)Milliken “hterlude”牌，產(chǎn)品#247211，由82%尼龍、18%萊卡構(gòu)成，具有 3. 2-3. 4盎司每平方碼的重量。上述兩種織物都可從Miliken&Company得到。多個平行的、橫向隔開的列壓阻細(xì)絲122固定到基片的上表面130，列壓阻細(xì)絲由從LESS EMF獲得的目錄編號#A-264的鍍銀尼龍線制成，或優(yōu)選地由鍍銀的可展延尼龍絲線制成，它們兩者都上面結(jié)合感應(yīng)器陣列30的說明進(jìn)行了詳細(xì)描述。在單個織物基片感應(yīng)器陣列120的優(yōu)選實(shí)施例中，通過以細(xì)長的花針法圖案布置的直徑較小的絕緣細(xì)絲91將每個列壓阻細(xì)絲122固定到基片127。在示例性實(shí)施例中，細(xì)絲91由0.005-0. 010英寸直徑、100%聚酯構(gòu)成。如圖14、15和16中所示，感應(yīng)器陣列120 包括多個平行的、橫向隔開的壓阻行細(xì)絲121，其也固定到基片127的上表面130。如圖16 中所示，通過與細(xì)絲91相同類型的絕緣細(xì)絲90且以相同的花針法方式將m行壓阻細(xì)絲121 固定到基片127。如圖16中所示，行和列壓阻細(xì)絲121、122的相對的面向內(nèi)的外表面128、1 彼此切向地接觸。因而，如圖14-16中所示，行壓阻細(xì)絲121與列壓阻細(xì)絲122的每個交叉部都形成壓阻感應(yīng)元件138，壓阻感應(yīng)元件138由彼此切向地接觸的行和列壓阻細(xì)絲的小部分壓阻覆層構(gòu)成。圖17示出了力感應(yīng)器陣列的變型，其使用了在圖9、13或14中示出及在上面描述的織物基片。如圖17中所示，改進(jìn)的力感應(yīng)器陣列140的下部織物基片145附接到下部的列導(dǎo)電壓阻細(xì)絲142上，列導(dǎo)電壓阻細(xì)絲142在每個細(xì)絲的相對兩端之間相對于平行的直的基線蜿蜒地彎曲，而不是如同圖11中所示的感應(yīng)器陣列80的列導(dǎo)電細(xì)絲82那樣直接落在基線上。通過這種布置，下部織物基片145更容易沿平行于列細(xì)絲基線的方向彈性伸展， 因?yàn)榭椢锘系目v向隔開的點(diǎn)不會受到較小彈性伸展性的導(dǎo)電細(xì)絲的約束而處于最大長度，因而，列基片145的伸展性僅僅受其固有伸展性的限制，因?yàn)榱袑?dǎo)電細(xì)絲142的布置允許它們通過改變蜿蜒彎曲的導(dǎo)電細(xì)絲的波峰和波谷之間的間隔，即改變由細(xì)絲形成的蜿蜒曲線的空間波長，來容易地適應(yīng)基片的尺寸。可選地，上部的行壓阻細(xì)絲141也能以與圖17中所示的下部列壓阻細(xì)絲相同的方式蜿蜒地布置，從而增強(qiáng)感應(yīng)器陣列140沿平行于行導(dǎo)電細(xì)絲的方向以及沿平行于列壓阻細(xì)絲的方向的彈性柔量或伸展性。三層感應(yīng)器陣列例如圖1中所示類型的感應(yīng)器陣列的行和列導(dǎo)電細(xì)絲中的任一個或兩者可以蜿蜒地布置以提供增強(qiáng)的單軸或雙軸伸展性。圖18-21示出了圖14的單個織物基片感應(yīng)器陣列120的另一個變型180。感應(yīng)器陣列180具有上部的、行導(dǎo)電細(xì)絲181和下部的、列導(dǎo)電細(xì)絲182，它們兩者蜿蜒地布置在織物壓阻中央基片187的相對兩側(cè)上。這個構(gòu)造使陣列180在平行于列導(dǎo)電細(xì)絲182的方向上以及平行于行導(dǎo)電細(xì)絲181的方向上具有更大的彈性。圖2IA示出了另一個變型200，其行和列壓阻細(xì)絲201、202都蜿蜒地布置并以圖 16中所示的方式附接到絕緣基片210的上表面211上。圖22A示出了測量感應(yīng)元件線性陣列的各單獨(dú)元件的電阻從而確定施加在每個感應(yīng)元件上的力或壓力的數(shù)值所需的導(dǎo)電引線的數(shù)量。如圖22A中所示，通過在每個相交點(diǎn)處的壓阻材料，單個公共的引出導(dǎo)線C與相交的引出導(dǎo)線Li至Ln的線性陣列相連以形成多個感應(yīng)元件SI至Sn。因而，對于總共η個感應(yīng)器S，需要總共R等于η+1個引出導(dǎo)線以測量每個感應(yīng)元件SI至Sn的單獨(dú)電阻，并因此確定施加在每個單獨(dú)感應(yīng)元件上的力Fl MFn0圖22Β示出了多個感應(yīng)元件Sn+1、Sn+2、Sn+3，其不必以線性陣列方式布置，而是例如位于單獨(dú)的指尖上。如圖22B中所示，對于該構(gòu)形也需要η+1個引出導(dǎo)線。圖7示出了使用壓阻片37的一平方英寸壓阻力感應(yīng)元件48的電阻，壓阻片37具有作為施加在感應(yīng)器陣列30的上部基片33上表面47上的法向力或壓力的函數(shù)，為圖1和 2中所示且如上所述制造的示例性感應(yīng)器陣列30列出的模式。如圖7中所示，電阻作為法向力的函數(shù)相反地改變。如圖1中所示，與列導(dǎo)電細(xì)絲32-1至32-η呈垂直排列的行導(dǎo)電細(xì)絲31-1至31-m 與列和行導(dǎo)電細(xì)絲之間的壓阻層片37形成mXn個力元件48的mXn矩形矩陣陣列。如果每個感應(yīng)元件48的上部和下部的電連接部與每個其他感應(yīng)元件的連接部在電力上絕緣，則每個感應(yīng)器將需要單獨(dú)一對引出導(dǎo)線，即對于Q個感應(yīng)元件需要總共2Q個引出導(dǎo)線，或如果如圖22中所示那樣采用單個公共的電極引出線，則需要總共Q+1個引出
17線。優(yōu)選地，如圖1中所示，感應(yīng)器陣列30布置成m行和η列的矩陣，因而僅僅需要R = mXn個引出導(dǎo)線。然而，如圖23中所示，如果用感應(yīng)器陣列30的矩陣編址來測量單個感應(yīng)器48的電阻以由此確定施加在感應(yīng)器上的法向力，則由于通向未編址感應(yīng)器的平行電流路徑，在編址的感應(yīng)器48上的電阻和未選擇的感應(yīng)器之間會有相當(dāng)大的串?dāng)_。為了克服這個串?dāng)_問題，本發(fā)明人研究出了用于改進(jìn)感應(yīng)器48以給予它們象二極管的特性的方法。 如可以參考圖對確認(rèn)的，具有非雙向的、對極性敏感的轉(zhuǎn)換函數(shù)的感應(yīng)元件40之間的串?dāng)_減輕了在圖23中所示的對稱導(dǎo)電感應(yīng)器48的矩陣中存在的串?dāng)_問題。通過如下改進(jìn)壓阻層片37的制備來將感應(yīng)元件48改進(jìn)成具有象二極管的特性 首先，通過上面描述的過程制備壓阻層片37，然后，改變壓阻片37的壓阻覆層37Α的上表面 40或下表面41以在其上形成半導(dǎo)體類型的P-N結(jié)。改變壓阻覆層37Α形成P-N結(jié)的執(zhí)行過程如下首先制備漿狀物，其具有上面描述的三個示例性混合物之一的組分，但通過添加5ml呈50微米大小顆粒的細(xì)粉末形式的氧化銅(CuO)和5ml呈50微米大小顆粒的細(xì)粉末形式的氧化亞銅(Cu2O)并將上述成分徹底攪拌混合來進(jìn)行改變。然后利用大約30mg的氫化硼鈉或磷酸銨的溶液還原最后得到的溶液， 以形成PH值為大約5. 5的溶液，氫化硼鈉也被稱為硼氫化鈉(NaBH4)15然后，將溶液涂覆在壓阻片37上的壓阻覆層37B的上表面40或下表面41上。用滾筒涂膜法來執(zhí)行這個涂覆過程，其導(dǎo)致每平方厘米施加大約0. 5ml的溶液。然后，讓表面覆層在室溫和低于20%的相對濕度下風(fēng)干4小時。在涂覆的表面干燥后，它充當(dāng)P-型半導(dǎo)體，而覆層37B的未涂覆側(cè)充當(dāng)P-N結(jié)二極管的N-型半導(dǎo)體。圖四示出了感應(yīng)元件48和用于獲得感應(yīng)器的I_V(電流-電壓)轉(zhuǎn)換函數(shù)的電路，感應(yīng)元件48被如上所述地制備以給予感應(yīng)器象二極管的特性。圖30示出了圖四的感應(yīng)元件48的典型I-V曲線。如上所述，通過添加象二極管一樣起作用的半導(dǎo)體層來改進(jìn)感應(yīng)器陣列30的感應(yīng)元件48的優(yōu)點(diǎn)是它減小了感應(yīng)器之間的串?dāng)_。如圖23中所示，由于所謂的“配方”現(xiàn)象而出現(xiàn)這個串?dāng)_，在“配方”現(xiàn)象中，在形成正方形三個角的三個未編址電阻器的方矩陣陣列中形成三個連接部。因而，在縱列中的任何兩個連接部和在相同行中的第三個連接部也充當(dāng)導(dǎo)體的X-Y陣列中的連接部，在正方形的第四個角處的電阻器顯現(xiàn)為與編址的電阻器平行的幻影，因?yàn)殡娏骺梢韵蚝罅鲃油ㄟ^該電阻器，并向前流動通過其他電阻器。在電子設(shè)備中必須注意并且存在額外的花費(fèi)以消除這個幻影的影響。例如，如果如圖23中所示，在行和列導(dǎo)體AY1之間施加電勢V，從而確定壓阻感應(yīng)器電阻R11的電阻，則流過“幻影”電阻 R22的反向電流將使電阻R12+R21+I 22的總和與R11并聯(lián)，導(dǎo)致由圖23中的箭頭所示的平行電流路徑，其又將導(dǎo)致下面的不正確的電阻值Rxl7l = R11//(R12+[R22]+R21), RxlY1 = R11 (R12+[R22]+R21)/(Rn+R12+[R22]+R21)，其中電阻值周圍的中括號表示通過該電阻的電流為逆時針方向而非順時針方向，即，對角地向下朝左。因而，例如，如果上面列出的四個電阻中的每一個都具有10歐姆的值，則R11的測量值將為R11 = 10 (10+10+10)/(10+10+10+10) = 300/40 = 7. 5 歐姆，即，低于 R11 的實(shí)際值
10歐姆25%。如果由于較大的力集中在那些感應(yīng)元件48上而使得三個未編址的壓阻感應(yīng)元件48的隊(duì)2、1 22和Ii21的電阻值均較低，例如1歐姆，則R11的測量值將為R11 = 10(1+1+1)/(10+1+1+1) = 30/13 = 2. 31 歐姆，即低于 R11 的實(shí)際值大約百分之77的值。另一方面，通過將二極管與每個壓阻感應(yīng)元件48串聯(lián)地放置，如圖M中所示，與通過圖23和M中所示其他電阻的電流的順時針前進(jìn)路徑相比，在與流過感應(yīng)元件的測試電流相反的、逆時針的方向上測量到的元件電阻，例如&2，實(shí)際上將是任意大，或無窮大。在這種情況下，對于每個電阻都具有10歐姆的值的由四個電阻組成的2X2矩陣而言，測量到的電阻值將會是Rxiyi = 10(1+①+1)/(10+1+①+1) =10 歐姆，為正確值。因而，將每個感應(yīng)元件48改進(jìn)成包括p-n結(jié)由此賦予感應(yīng)元件象二極管的特性使每個感應(yīng)元件48電絕緣，即防止電流倒流過每個感應(yīng)元件48。這使得能用行和列矩陣編址精確地測量每個感應(yīng)元件48的電阻的正確值I^y1并因此精確地測量施加在其上的力，而不需要為每個感應(yīng)元件提供單獨(dú)一對導(dǎo)線。圖25示出了本發(fā)明的力測量裝置150。該裝置可以使用上面描述的任一種類型的感應(yīng)器陣列，但在圖25中所示的特定例子中使用了圖5中所示類型的感應(yīng)器陣列70。如圖25中所示，力測量裝置150使用四個感應(yīng)器陣列70-1、70-2、70_3和70_4，每一個感應(yīng)器陣列都具有16行導(dǎo)電細(xì)絲乘16列導(dǎo)電細(xì)絲的矩陣。四個陣列以正方形矩陣的方式布置，因而形成由32行X 32列導(dǎo)電細(xì)絲組成的復(fù)合感應(yīng)器陣列70-C，在它們的相交處形成了 32X32 = IOM個感應(yīng)元件88。如圖25中所示，32行導(dǎo)電細(xì)絲的引出線中的每一個和32列導(dǎo)電細(xì)絲的引出線中的每一個都連接到一對電接口連接器153-1、153-2的多個接線插腳IM-I至154-64的單獨(dú)的導(dǎo)電接線插腳上。圖沈示出了使用上述力感應(yīng)器裝置150的力測量系統(tǒng)160。如圖沈中所示，力測量系統(tǒng)160包括計(jì)算機(jī)161，其通過力感應(yīng)器接口模塊162雙向偶聯(lián)到力感應(yīng)器裝置160的力感應(yīng)器陣列70上。感應(yīng)器接口模塊162包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 163用于響應(yīng)來自計(jì)算機(jī)161的控制信號而產(chǎn)生被引導(dǎo)向矩陣編址的單個力感應(yīng)器 88的測試電壓或電流。如圖沈中所示，通過將受DAC 163控制的電流或電壓源的一個終端連接到X-行導(dǎo)體51-1-51-m中由X多路轉(zhuǎn)接器164選定的一個上，和將所述電流或電壓源的另一個終端連接到Y(jié)-列導(dǎo)體52-1-52-m中由Y多路轉(zhuǎn)接器165選定的一個上，來對單個力感應(yīng)元件 88進(jìn)行編址。感應(yīng)器接口模塊162還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 166，其測量由施加測試電流或電壓而產(chǎn)生的通過感應(yīng)元件88的電壓降或電流，并且將測量值輸入到計(jì)算機(jī)161。使用預(yù)定的比例因子，計(jì)算機(jī)161計(jì)算出選定的被編址的感應(yīng)元件88的電阻的瞬間值，并且根據(jù)該電阻值計(jì)算出瞬間施加到編址的感應(yīng)器上的相應(yīng)法向力。響應(yīng)于計(jì)算機(jī)161周期性地發(fā)出的控制信號，用X多路轉(zhuǎn)接器164和Y多路轉(zhuǎn)接器165以例如3000采樣每秒的相對快速的速度周期性地測量每個力感應(yīng)元件88的電阻， 使計(jì)算機(jī)161能以該采樣速度算出施加在每個力感應(yīng)元件88上的力。測量系統(tǒng)160包括操作者接口單元167，其使得感應(yīng)元件88測量到的力或壓力值能作為數(shù)值和/或圖表或壓力/力圖顯示在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器168的顯示屏上，或通過I/O單元169輸出到外圍設(shè)備，例如打印機(jī)，或輸出到網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)。
圖27A和27B示出了短襪170，其包括采用了上面描述的導(dǎo)電細(xì)絲的新穎感應(yīng)器陣列中的一種，例如圖14-16或17-20中示出的單層的、織物基底壓阻細(xì)絲感應(yīng)器陣列。如圖 17中所示，短襪170包括單層織物力感應(yīng)器陣列180，其是在圖14-16中示出及在上面描述的平面力感應(yīng)器陣列120的變型。通過考慮將陣列120的左和右側(cè)邊緣從紙面向上提升以使其碰上并形成中空的圓柱形管，改變力感應(yīng)器陣列120形成力感應(yīng)器陣列180可以被最好地形象化。然后將從陣列的成一直線的邊緣突出的行導(dǎo)體細(xì)絲121導(dǎo)電地固定到第一、行導(dǎo)體帶狀電纜181，將從卷曲的陣列的一個邊緣突出的列導(dǎo)電細(xì)絲導(dǎo)電地固定到第二、列導(dǎo)體帶狀電纜182。將從陣列120的邊緣突出的外端183、184電連接到如圖沈中所示且在上面描述的電阻測量電路。圖31-34示出了本發(fā)明的使用導(dǎo)電細(xì)絲的織物基底力感應(yīng)器陣列的變型，其中沒有用縫紉而是通過直接應(yīng)用到導(dǎo)電細(xì)絲上的粘合劑將導(dǎo)電細(xì)絲固定到織物基片上。因而， 第一、三層的織物感應(yīng)器陣列190包括多個平行的、隔開的行導(dǎo)電彈性細(xì)絲191，其粘附地粘接到上部可伸展織物基片193的下表面194，上部可伸展織物基片193由3密耳厚的聚酯或上述兩種Milliken織物中的任一種制成。感應(yīng)器陣列190還包括多個平行的隔開的列導(dǎo)電彈性細(xì)絲192，其粘附地粘接到下部可伸展織物基片195的上表面196。制備成以上述方式賦予其壓阻性能的可伸展織物的薄片包括位于行和列導(dǎo)電細(xì)絲191、192之間的中央壓阻層197。然后，將前述三個層彼此上下堆疊并通過全部三層織物基底的網(wǎng)孔噴射多點(diǎn)膠水以將它們粘合在一起，從而形成完成的感應(yīng)器陣列190。圖33中所示的感應(yīng)器陣列200使用了單個基片207。通過雙面粘貼磁帶條213、 214將被絕緣細(xì)絲210、211分開的導(dǎo)電行和列細(xì)絲191、192粘合到片207的上表面212和下表面213上。
權(quán)利要求
1.一種用于測量施加在其上的力的力感應(yīng)傳感器，所述傳感器包括a.細(xì)長的、可彈性伸展的、導(dǎo)電的行細(xì)絲，b.細(xì)長的、可彈性伸展的導(dǎo)電的列細(xì)絲，和c.位于所述行細(xì)絲和列細(xì)絲之間并與所述行細(xì)絲和列細(xì)絲導(dǎo)電接觸的壓阻材料。
2.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述壓阻材料被進(jìn)一步限定為包含在所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中至少一個上的可彈性變形的覆層中。
3.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述壓阻材料被進(jìn)一步限定為包含在可彈性變形的壓阻基片中，壓阻基片包含與所述導(dǎo)電的行細(xì)絲接觸并與所述導(dǎo)電的列細(xì)絲接觸的壓阻物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述壓阻基片充滿所述壓阻物質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中至少任一個的彈性伸展性至少為大約百分之一那么大。
6.如權(quán)利要求5所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中至少任一個具有聚合物芯。
7.如權(quán)利要求6所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述聚合物芯呈細(xì)絲的形式。
8.如權(quán)利要求6所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述聚合物芯呈絲線的形式。
9.如權(quán)利要求6所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述聚合物芯具有形成于其上的導(dǎo)電覆層。
10.如權(quán)利要求9所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電覆層具有形成于其上的壓阻覆層。
11.如權(quán)利要求6所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述聚合物芯具有形成于其上的壓阻覆層。
12.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中至少任一個的彈性伸展性至少為大約百分之十那么大。
13.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中至少任一個的彈性伸展性至少為大約百分之三十那么大。
14.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲包括復(fù)數(shù)m個平行的導(dǎo)電的行細(xì)絲之一。
15.如權(quán)利要求14所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的列細(xì)絲相對于所述導(dǎo)電的行細(xì)絲成一角度。
16.如權(quán)利要求15所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的列細(xì)絲包括復(fù)數(shù)η個導(dǎo)電的列細(xì)絲之一。
17.如權(quán)利要求16所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲位于第一表面中。
18.如權(quán)利要求17所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的列細(xì)絲位于第二表面中。
19.如權(quán)利要求18所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述第一和第二表面相互平行。
20.如權(quán)利要求2所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述行細(xì)絲和列細(xì)絲附接到一對可彈性變形的基片的面向內(nèi)的側(cè)面。
21.如權(quán)利要求20所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述基片中的至少一個由編織織物制成。
22.如權(quán)利要求21所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中的至少一個通過縫合的絕緣細(xì)絲附接到基片。
23.如權(quán)利要求2所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲附接到絕緣的可彈性變形基片的一側(cè)。
24.如權(quán)利要求23所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述基片中的至少一個由編織織物制成。
25.如權(quán)利要求24所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中的至少一個通過縫合的絕緣細(xì)絲附接到基片。
26.如權(quán)利要求3所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述行細(xì)絲和列細(xì)絲附接到所述壓阻基片的相反的平面表面。
27.如權(quán)利要求沈所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述行細(xì)絲和列細(xì)絲中的至少一個附接到可彈性變形的基片。
28.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中至少任一個沿一路徑布置，該路徑相對于連接所述細(xì)絲的第一端和第二端的線蜿蜒地布置。
29.如權(quán)利要求1所述的力感應(yīng)傳感器，其中所述導(dǎo)電的行細(xì)絲和導(dǎo)電的列細(xì)絲中至少任一個由聚合物制成，所述聚合物選自由單絲、編織細(xì)絲和編織絲線構(gòu)成的組。
30.一種力感應(yīng)傳感器陣列，用于測量施加在其在空間上分開的各部分上的力，所述傳感器陣列包括a.復(fù)數(shù)m個細(xì)長的可彈性伸展的導(dǎo)電行細(xì)絲，其在空間上彼此分開，b.復(fù)數(shù)η個細(xì)長的可彈性伸展的導(dǎo)電列細(xì)絲，其在空間上彼此分開，c.壓阻材料，其位于所述導(dǎo)電行細(xì)絲和導(dǎo)電列細(xì)絲之間并與所述導(dǎo)電行細(xì)絲和導(dǎo)電列細(xì)絲導(dǎo)電接觸，從而在其P = mXη個相交部處形成復(fù)數(shù)ρ個感應(yīng)元件。
31.如權(quán)利要求30所述的力感應(yīng)傳感器陣列，其中所述壓阻材料被進(jìn)一步限定為包括與所述P個感應(yīng)器中的至少一個串聯(lián)的具有非雙向電阻抗特性的電路元件，用于通過選定的多對導(dǎo)電行細(xì)絲和導(dǎo)電列細(xì)絲的矩陣編址減小所述感應(yīng)元件電阻抗的測量之間的串?dāng)_。
32.如權(quán)利要求31所述的力感應(yīng)傳感器陣列，其中所述非雙向電阻抗特性被進(jìn)一步限定為像二極管的特性。
33.如權(quán)利要求32所述的力感應(yīng)傳感器陣列，其中所述壓阻材料被進(jìn)一步限定為包括懸浮在彈性體固溶體中的導(dǎo)電顆粒。
34.如權(quán)利要求33所述的力感應(yīng)傳感器陣列，其中通過用至少一種金屬氧化物涂覆所述壓阻材料的表面來形成所述像二極管的特性。
35.如權(quán)利要求34所述的力感應(yīng)傳感器陣列，其中所述金屬氧化物被進(jìn)一步限定為包括至少一種氧化銅。
36.如權(quán)利要求33所述的力感應(yīng)傳感器陣列，其中所述壓阻材料被進(jìn)一步限定為包含在所述導(dǎo)電行細(xì)絲和導(dǎo)電列細(xì)絲中的至少一個上的可彈性變形的覆層中。
37.如權(quán)利要求33所述的力感應(yīng)傳感器陣列，其中所述壓阻材料被進(jìn)一步限定為包含在可彈性變形的壓阻基片中，壓阻基片包含與所述導(dǎo)電行細(xì)絲接觸并與所述導(dǎo)電列細(xì)絲接觸的壓阻物質(zhì)。
全文摘要
力或壓力傳感器陣列(30)具有可彈性伸展的導(dǎo)電聚合物細(xì)絲(31)、(32)，細(xì)絲以平行的行和列的方式布置，在其相交處接觸壓阻材料(37)，壓阻材料的電阻率隨著施加在其上的壓力或力相反地改變以形成力或壓力感應(yīng)元件的矩陣陣列。細(xì)絲固定到單獨(dú)一個或一對柔性的可彈性伸展的基片(33)、(35)上，基片由絕緣聚合物如PVC的薄片制成，或者對于形狀不規(guī)則的物體如人體部分而言，為了較大的彈性和適形性，基片由可彈性伸展的織物如萊卡或氨綸制成?？蛇x地通過以蜿蜒彎曲的、蛇狀的路徑而非直線的方式布置行或列的導(dǎo)電細(xì)絲(201-1)、(201-2)兩者之一或它們兩者來增強(qiáng)感應(yīng)器陣列的彈性伸展性。
文檔編號G01L5/04GK102414546SQ201080018961
公開日2012年4月11日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者吉奧弗里·L·泰勒 申請人:史賽克公司