具有電容傳感器的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置，檢測裝置組和具有電容傳感器的觸點定位裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有電容傳感器的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置。本發(fā)明也涉及一種具有電 容傳感器的應(yīng)力檢測裝置組，以及一種具有這種檢測裝置組的定位觸敏表面上的觸點位置 的觸點定位裝置。
[0002] 涉及的應(yīng)用是使用傳感器用于提供觸敏，不管什么樣的表面，不管其是什么材料 (木料、玻璃、塑料、灰泥涂層等等），也不管其是什么形狀（平的或凹凸不平的）。
【背景技術(shù)】
[0003] 目前，所用技術(shù)主要是在表面上展開電容性膜片，使之觸敏，或圍繞該表面布置紅 外線框。前者，在表面上展開一個塑料薄膜，其中，蝕刻有電路，其連接于一個估算部件。在 手指觸及時，測得的電容產(chǎn)生局部干擾，從而可定位觸點。但是，這種技術(shù)影響布有電路的 膜片展開在其上的表面的穿透率，這種塑料薄膜展開在凹凸不平的表面上可能會出現(xiàn)問 題。后者，紅外線框由收發(fā)紅外電致發(fā)光二極管組成，其分別相對于水平線和垂線布置，以 產(chǎn)生表面的柵格圖形。當(dāng)手指或任何其他物體切斷水平和垂直光束時，使之定位。但是，這 種技術(shù)對日光非常敏感，日光充滿紅外線，如同周圍環(huán)境（污物）那樣。另外，表面必須呈 平面。此外，在前述兩種情況下，成本高，且隨待觸敏表面的尺寸而快速提高。
[0004] 因此，另一個解決辦法是在待觸敏表面上布置一定數(shù)量的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置而不 管其尺寸如何，應(yīng)用以在觸及時對每個檢測裝置分別施加的應(yīng)力的測量為基礎(chǔ)的方法，通 過重心計算，得出觸點定位。這種方法例如在專利US3657475中提出。相對于一條軸線進(jìn)行 一維觸點定位，需要最少兩個檢測裝置。進(jìn)行二維定位需要最少三個檢測裝置，也就是說， 四個檢測裝置布置于一個矩形表面的四角，以良好的檢測裝置組的穩(wěn)定性可獲得令人滿意 的測量結(jié)果。
[0005] 專利US3657475提出四個傳感器在一個觸敏表面的四角布置于一個固定支承件 與該表面之間。這些傳感器是應(yīng)力計或壓電傳感器。一方面，其必須承受觸敏表面的自重， 另一方面，對觸及的作用力或壓力加上該觸敏表面的重量保持敏感。因此，觸及力相對于表 面的重量不能太小，以便不出現(xiàn)靈敏度和精度問題。另外，該文獻(xiàn)中使用的傳感器相當(dāng)昂 貴，特別是壓電傳感器對溫度變化敏感。因此，更確切地說，本發(fā)明涉及具有電容傳感器的 機(jī)械應(yīng)力檢測裝置。
[0006] 專利US7148882 B2中提出一種具有電容傳感器的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置，其由兩個彼 此保持一定距離的電極構(gòu)成。電容傳感器定位在待觸敏表面之下，通過一個與上電極相連 的點連接件與之保持接觸。觸及表面，使兩個電極靠近，從而改變電容值。在觸及傳感器、 使之在觸及中斷時恢復(fù)初始位置的情況下，是上電極的彈性變形改變電容。這種傳感器的 缺陷是其面對觸敏表面的重量易損。實際上，表面重量越大，上電極的剛度系數(shù)越大，傳感 器對觸及力越不敏感。因此，一個解決辦法是作用于表面的重量，使之輕便，盡可能增大傳 感器的靈敏度。但是，當(dāng)目的之一與觸敏表面的構(gòu)成材料的選擇無關(guān)時，這個解決辦法不令 人滿意。
[0007] 專利EP1350080 BI也提出一種具有電極的電容傳感器，所述電極由一種電介質(zhì)分 開，但是，是電介質(zhì)具有彈性，使傳感器在不觸及的情況下恢復(fù)初始位置。因此，更確切地 說，該文獻(xiàn)中提出的電容傳感器具有一個第一電極、一個第二電極、一種彈性電介質(zhì)和一些 測量裝置，所述第一電極具有一個第一主表面，所述第二電極具有一個第二主表面，其布置 成相對于第一電極的第一主表面，所述彈性電介質(zhì)布置在第一電極的第一主表面與第二電 極的第二主表面之間，所述測量裝置測量兩個電極的端子的電容。因此，這種電容傳感器由 一個扁平電容器構(gòu)成，其兩個扁平電極之間的距離使其可變電容隨在其兩個電極之一上施 加的作用力或壓力而變化。但是，這種傳感器在文獻(xiàn)EP1350080 Bl中用于車輛稱重，即在 待測量應(yīng)力比接觸面的重量大得多的情況下使用。
[0008] 在對觸及敏感的觸敏表面的情況下，這種傳感器可能存在前述靈敏度或精度的問 題。實際上，在不存在任何觸及對觸敏表面因而對傳感器本身施加應(yīng)力的情況下，盡管如 此，傳感器仍必須承受觸敏表面的一部分自重，其相對于檢測觸及來說往往是不可忽略的。 這相應(yīng)地會縮小可測值的范圍。前述解決辦法在于減輕觸敏表面的重量，這顯然是不令人 滿意的。
[0009] 另外，電容傳感器測得的應(yīng)力在其表面正常。因此，其取決于傾斜度，使用中，如果 電容傳感器布置在其上的觸敏表面改變傾斜度，那么，傾斜度可能變化很大。
[0010] 最后，在振動情況下，產(chǎn)生慣性力，影響傳感器的測量結(jié)果。
[0011] 因此，理想的是采用一種至少可解決一部分前述問題和克服前述限制條件的具有 電容傳感器的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 因此，本發(fā)明提出一種具有電容傳感器的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置，其具有：
[0013] -第一電極，其具有一個第一主表面，
[0014] -第二電極，其具有一個第二主表面，所述第二主表面布置成相對著第一電極的第 一主表面，
[0015] -彈性電介質(zhì)，其布置在第一電極的第一主表面與第二電極的第二主表面之間，以 及
[0016] -測量裝置，其測量第一電極和第二電極兩個電極的端子的電容，機(jī)械應(yīng)力檢測裝 置還具有機(jī)械應(yīng)力補(bǔ)償裝置，其中，機(jī)械應(yīng)力補(bǔ)償器的固定部分與所述第一電極和第二電 極之一連在一起，相對于固定部分活動的機(jī)械應(yīng)力補(bǔ)償器的活動部分配有可調(diào)配重，活動 部分與所述第一電極和第二電極中的另一個電極連在一起。
[0017] 因此，與電容傳感器的兩個電極之一連接的配重機(jī)構(gòu)允許調(diào)節(jié)地補(bǔ)償可能施加在 該電極上的一些機(jī)械應(yīng)力。因此，尤其可補(bǔ)償具有電容傳感器的檢測裝置被布置挨靠的觸 敏表面的自重，從而提高其觸及靈敏度。但是另外，這種機(jī)構(gòu)還使傳感器防止振動或傾斜度 的改變，因而提高其測量結(jié)果的精度。
[0018] 可選地，活動部分圍繞固定部分的軸在轉(zhuǎn)動方面是活動的，且活動部分具有：
[0019] -第一擺臂部分，第一擺臂部分的一端用于與觸敏表面接觸，以及
[0020] -第二配重臂部分，其具有可調(diào)配重，該第二配重臂部分相對于第一擺臂部分延伸 在固定部分的軸的另一側(cè)。
[0021] 也是可選地，可調(diào)配重具有：
[0022] -桿部，其一部分具有螺紋，
[0023] -質(zhì)量體，其由螺旋連接件固定于該桿部，以及
[0024] -調(diào)節(jié)端頭，通過驅(qū)動桿部圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)端頭允許將質(zhì)量體沿桿部移動， 以便使質(zhì)量體通過滑動接近或遠(yuǎn)離固定部分的軸。
[0025] 也是可選地，調(diào)節(jié)端頭具有受控電動機(jī)。
[0026] 也是可選地，彈性電介質(zhì)材料包括聚硅酮或聚氨酯。
[0027] 也是可選地，第一電極和第二電極兩個電極呈圓柱形，具有圓形橫截面，相對于彼 此同軸地加以布置，相對的兩個主表面為平面。
[0028] 也是可選地，本發(fā)明的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置還可具有估算部件，其根據(jù)測得的電容 估算施加在兩個電極之一上的應(yīng)力。
[0029] 本發(fā)明也提出機(jī)械應(yīng)力檢測裝置組，其具有：
[0030] -多個本發(fā)明的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置，
[0031] -信號處理電子模塊，其處理來自多個機(jī)械應(yīng)力檢測裝置的信號，以及
[0032] -有線或無線的信號傳輸裝置，其從每個檢測裝置向信號處理電子模塊傳輸信號。
[0033] 本發(fā)明也提出一種定位觸及表面上的觸點位置的觸點定位裝置，其具有：
[0034] -本發(fā)明的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置組，
[0035] -觸敏表面，所述機(jī)械應(yīng)力檢測裝置組的檢測裝置挨靠觸敏表面布置，所述機(jī)械應(yīng) 力檢測裝置組的機(jī)械應(yīng)力補(bǔ)償器的活動部分與觸敏表面接觸，以及
[0036] -定位觸敏表面上的觸點位置的觸點定位部件，其借助于所述機(jī)械應(yīng)力檢測裝置 組的信號處理電子模塊，處理借助由機(jī)械應(yīng)力檢測裝置提供的信號估算出的應(yīng)力，進(jìn)行觸 點定位。
[0037] 可選地，觸敏表面具有條帶，條帶中呈線性分布可激活的光源，所述觸點定位裝置 具有：
[0038] -機(jī)械應(yīng)力檢測裝置，其布置在條帶的每個端部，以及
[0039] -光源的選擇裝置，其利用觸點定位選擇光源。
【附圖說明】
[0040] 借助于下面僅作為例子給出、參照附圖所作的說明，本發(fā)明將得到更好的理解，附 圖如下：
[0041] -圖1以剖面圖示意地示出根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置的一 般結(jié)構(gòu)；
[0042] 一圖2以剖面圖示意地示出圖1的檢測裝置的電容傳感器的一個實施變型的一般 結(jié)構(gòu)；
[0043] -圖3示意地示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的定位觸敏表面上的觸點位置的觸 點定位裝置的一般結(jié)構(gòu)；
[0044] -圖4示意地示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的定位觸敏表面上的觸點位置的觸 點定位裝置的一般結(jié)構(gòu)；以及
[0045] -圖5示出由圖3和4所示裝置中一個或另一個裝置使用的觸點定位方法的連續(xù) 步驟。
【具體實施方式】
[0046] 圖1示意地示出的機(jī)械應(yīng)力檢測裝置具有電容傳感器10,電容傳感器具有第一電 極12,第一電極12具有第一主表面14。電容傳感器具有第二電極16,第二電極16具有第 二主表面18,第二主表面18布置成相對著第一電極12的第一主表面14。電容傳感器具有 彈性電介質(zhì)20,彈性電介質(zhì)20例如是聚硅酮或聚氨酯的，彈性電介質(zhì)20在第一電極12的 第一主表面14與第二電極16的第二主表面18之間延伸。該彈性電介質(zhì)20主要起兩個作 用。第一個作用是隔離彼此相對的兩個主表面14和18。第二個作用是構(gòu)成復(fù)位件，在應(yīng) 力施加于兩個電極之一時復(fù)位件壓縮，在不存在應(yīng)力時復(fù)位件恢復(fù)初始息止位置。最后，電 容傳感器 10具有測量裝置22、24,其測量兩個電極12和16的端子的電容。這些測量裝置 22、2