高分辨率压力感测制造技术

本申请公开一种压力感测设备，该设备可以包括包含一种或多种压阻材料的第一感测元件和第二感测元件；其中第一感测元件具有第一梯度；其中第二感测元件具有第二梯度；其中第二梯度与第一梯度不同；其中第一梯度和第二梯度有利于确定涉及将压力施加在第一感测元件和第二感测元件上的事件的负载和位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高分辨率压力感测相关申请的交叉引用本申请要求2004年12月9日提交的美国临时专利序列第62/089,268号的优先权，该申请全部内容并入本文。
技术介绍
诸如电子皮肤(e-皮肤)的智能贴片是像素化的柔性感测阵列，其以类似于人类皮肤的方式感测外部刺激和环境刺激。智能贴片已经由多种技术(诸如半导体有机物、纳米线、碳纳米管和纳米纤维)生产。虽然已经用这些技术实现了有希望的结果，但是多像素集成、复杂的接线、所施加的电压以及分析仍然是待克服的挑战。例如，10×10像素化智能贴片需要200-300个接线设备和100个电测量设备，从而增加了能量消耗和智能贴片成本。通常，GNP膜的电阻取决于颗粒间距离(inter-particledistance)。当GNP膜被沉积在柔性衬底上时，衬底的变形影响膜中的颗粒间距离并且电阻相应地改变。在图1A中描绘了弹性变形的柔性衬底上的GNP的示意图。然而，对于智能贴片应用，需要许多像素和相关的接线。在应变/压力传感器的像素化阵列中，分辨率受像素大小限制，并且像素之间的灵敏度差异可减少总体压力分辨率和检测极限。
技术实现思路
根据本专利技术的各种实施例，可以提供压力感测设备和/或用于激活压力感测设备的方法。根据本专利技术的各种实施例，可以提供一种压力感测设备，其可以包括可包含一种或多种压阻材料的第一感测元件和第二感测元件；其中第一感测元件具有第一梯度；其中第二感测元件具有第二梯度；其中第二梯度与第一梯度不同；其中第一梯度和第二梯度有利于确定涉及将压力施加在第一感测元件和第二感测元件上的事件的负载和位置。一种或多种压阻材料可以是导电纳米颗粒。一种或多种压阻材料可以是纳米管。一种或多种压阻材料可以是纳米线。一种或多种压阻材料可以是碳纳米管。一种或多种压阻材料可以是碳纳米线。所述压力感测设备，其中第一梯度和第二梯度中的至少一个可以是厚度梯度。所述压力感测设备，其中第一梯度和第二梯度中的至少一个可以是宽度梯度。所述压力感测设备，其中第一梯度和第二梯度中的至少一个可以是浓度梯度。所述压力感测设备，其中第一梯度和第二梯度中的至少一个可以是电阻梯度。所述压力感测设备，其中第一梯度和第二梯度中的至少一个可以是对应变梯度的灵敏度。所述压力感测设备，其中第一梯度和第二梯度中的至少一个可以是封盖层厚度梯度。所述压力感测设备还可以包括感测电路，该感测电路可以耦合到第一感测元件和第二感测元件，可以布置成感测在第一感测元件和第二感测元件处的电阻和电导中的至少一个以及确定涉及将压力施加在第一感测元件和第二感测元件上的事件的位置和负载中的至少一个。第一感测元件可以包括多个第一区域，其中多个第一区域在位置上彼此不同；其中在不存在事件的情况下，可以存在第一区域的给定属性和第一区域的位置之间的一对一映射。第二感测元件可以包括多个第二区域，其中多个第二区域在位置上彼此不同；其中在不存在事件的情况下，可以存在第二区域的给定属性和第二区域的位置之间的一对一映射。第一区域的给定属性与第一区域的位置之间的一对一映射可以与第二区域的给定属性与第二区域的位置之间的一对一映射反对称。第一梯度与第二梯度可以是反对称的。感测电路可以被布置成以可为第一感测元件的长度的分数的空间分辨率确定位置。感测电路可以被布置成以可小于第一感测元件的长度的百分之一的空间分辨率确定位置。根据本专利技术的各种实施例，可以提供一种压力感测设备，其可以包括感测元件阵列，该感测元件阵列可以包括可包含一种或多种压阻材料的多个感测元件；其中该感测元件阵列可以由感测阵列给定属性函数表征，该感测阵列给定属性函数将多个感测元件的给定属性的值映射到涉及将压力施加在感测元件阵列的至少一个感测元件上的事件的位置和负载中的至少一个；其中事件的位置可以从可与感测元件阵列相关联的一组位置中选择；并且其中多个感测元件中的每一个可以与一组位置中的多个位置相关联。给定的属性可以是电阻。给定的属性可以是灵敏度。一种或多种压阻材料可以是导电纳米颗粒。一种或多种压阻材料可以是纳米管。一种或多种压阻材料可以是纳米线。一种或多种压阻材料可以是碳纳米管。一种或多种压阻材料可以是碳纳米线。压力感测设备可以包括感测电路，该感测电路可耦合到感测元件阵列，可被布置成感测该阵列的多个感测元件中的至少一些的电阻并且确定事件的位置和负载。压力感测设备9，其中感测元件阵列的感测元件中的至少两个在它们的感测元件给定属性函数上彼此不同。感测元件的感测元件中的至少两个具有可彼此反对称的感测元件给定属性函数。压力感测设备可以具有一对压力感测元件，其特征在于给定属性函数，该给定属性函数可以是命令式的并且将该对感测元件中的感测元件的给定属性的值映射到施加在该对感测元件中的至少一个感测元件上的变形事件的位置和负载中的至少一个。该对感测元件中的感测元件具有可彼此反对称的感测元件给定属性函数。感测元件的阵列可以是条带，该条带可以包括可基本上彼此平行的两个感测元件。所述压力感测设备，其中感测元件阵列可以包括第一层感测元件和第二层感测元件；其中第一层感测元件可以被定位在第二层感测元件上方。第一层感测元件和第二层感测元件可以基本上彼此平行。第一层感测元件和第二层感测元件可以基本上彼此正交。第一层感测元件和第二层感测元件可以相对于彼此定向。压力感测设备可以包括可定位在第一层和第二层之间的中间隔离层。压力感测设备可以包括可定位在第一层和第二层之间的至少一个中间层。压力感测设备可以包括至少一个保护层，这些保护层可以耦合到第一层和第二层中的至少一个的外部刻面。所述压力感测设备，其中多个感测元件中的每一个可以与一组位置中的至少一百个位置相关联。感测电路可以通过一系列导体耦合到感测元件阵列，其中导体的数目在多个感测元件的数目的数量级上。感测元件阵列可以是柔性的。所述压力感测设备，其中多个感测元件中的感测元件具有沿感测元件的纵向轴线单调变化的空间特征。空间特征可以是感测元件的宽度。空间特征可以是感测元件的高度。所述压力感测设备，其中多个感测元件中的感测元件具有沿感测元件的轴线变化的导电纳米颗粒浓度特征。所述压力感测设备，其中多个感测元件中的感测元件具有沿感测元件的纵向轴线单调变化的导电纳米颗粒浓度特征。所述压力感测设备，其中当感测元件可能不处在压力下时，多个感测元件中的感测元件具有沿感测元件的纵向轴线单调变化的电阻。所述压力感测设备，其中每个感测元件可以是条带。根据本专利技术的各种实施例，可以提供一种压力感测设备，其可以包括可按串联方式布置以覆盖感测设备的不同区域的多对感测元件；其中每对感测元件可以包括可包含一种或多种压阻材料的第一感测元件和第二感测元件；其中第一感测元件具有第一梯度；其中第二感测元件具有第二梯度；其中第二梯度与第一梯度不同；其中第一厚度梯度和第二厚度梯度有利于确定涉及将压力施加在第一感测元件和第二感测元件上的事件的负载和位置。多对感测元件可以耦合到提供至该多对感测元件中的每一个的独立通路的导体。所述压力感测设备，其中多对感测元件可以耦合到柔性衬底并且可被配置为感测柔性衬底的弯曲点。不同的区域可以是串联定位的区域。不同的区域可以是不交叠的。不同的区域部分地交叠。根据本专利技术的各种实施例，可以提供用于操作上述压力感测设备中的任一个的方法和/或用于制造上述压力感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力感测设备，包括：包含一种或多种压阻材料的第一感测元件和第二感测元件；其中所述第一感测元件具有第一梯度；其中所述第二感测元件具有第二梯度；其中所述第二梯度与所述第一梯度不同；其中耦合到所述第一感测元件和所述第二感测元件的感测电路被布置成感测所述第一感测元件和所述第二感测元件的电阻和电导中的至少一个，以及确定涉及将压力施加在所述第一感测元件和所述第二感测元件上的事件的位置和负载中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.09 US 62/089,2681.一种压力感测设备，包括：包含一种或多种压阻材料的第一感测元件和第二感测元件；其中所述第一感测元件具有第一梯度；其中所述第二感测元件具有第二梯度；其中所述第二梯度与所述第一梯度不同；其中耦合到所述第一感测元件和所述第二感测元件的感测电路被布置成感测所述第一感测元件和所述第二感测元件的电阻和电导中的至少一个，以及确定涉及将压力施加在所述第一感测元件和所述第二感测元件上的事件的位置和负载中的至少一个。2.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是导电纳米颗粒。3.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是纳米管。4.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是纳米线。5.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是碳纳米管。6.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是碳纳米线。7.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度和所述第二梯度中的至少一个是厚度梯度。8.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度和所述第二梯度中的至少一个是宽度梯度。9.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度和所述第二梯度中的至少一个是浓度梯度。10.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度和所述第二梯度中的至少一个是电阻梯度。11.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度和所述第二梯度中的至少一个是对应变梯度的灵敏度。12.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度和所述第二梯度中的至少一个是封盖层厚度梯度。13.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度和所述第二梯度有利于确定涉及将压力施加在所述第一感测元件和所述第二感测元件上的事件的负载和位置。14.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一感测元件包括多个第一区域，其中所述多个第一区域在位置上彼此不同；其中在不存在所述事件的情况下，存在第一区域的给定属性与所述第一区域的位置之间的一对一映射。15.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第二感测元件包括多个第二区域，其中所述多个第二区域位置上彼此不同；其中在不存在所述事件的情况下，存在第二区域的给定属性与所述第二区域的位置之间的一对一映射。16.根据权利要求15所述的压力感测设备，其中在所述第一区域的所述给定属性与所述第一区域的所述位置之间的所述一对一映射与在所述第二区域的所述给定属性与所述第二区域的所述位置之间的一对一映射是反对称的。17.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述第一梯度与所述第二梯度是反对称的。18.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述感测电路被布置成以空间分辨率确定所述位置，所述空间分辨率是所述第一感测元件的长度的分数。19.根据权利要求1所述的压力感测设备，其中所述感测电路被布置成以小于所述第一感测元件的长度的百分之一的空间分辨率确定所述位置。20.一种压力感测设备，包括：感测元件阵列，其包括包含一种或多种压阻材料的多个感测元件；其中所述感测元件阵列由感测阵列给定属性函数表征，所述感测阵列给定属性函数将所述多个感测元件的给定属性的值映射到涉及将压力施加在所述感测元件阵列中的至少一个感测元件上的事件的位置和负载中的至少一个；其中所述事件的所述位置从与所述感测元件阵列相关联的一组位置中选择；并且其中所述多个感测元件中的每一个与所述一组位置中的多个位置相关联。21.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述给定属性从由电阻和电导构成的群组中选择。22.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述给定属性是灵敏度。23.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是导电纳米颗粒。24.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是纳米管。25.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是纳米线。26.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是碳纳米管。27.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述一种或多种压阻材料是碳纳米线。28.根据权利要求20所述的压力感测设备，其包括感测电路，所述感测电路耦合到所述感测元件阵列，并被布置成感测所述阵列的所述多个感测元件中的至少一些的电阻以及确定所述事件的所述位置和所述负载。29.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述感测元件阵列中的所述感测元件中的至少两个在其感测元件给定属性函数上彼此不同。30.根据权利要求20所述的压力感测设备，其中所述感测元件阵列的所述感测元件中的所述至少两个具有彼此反对称的感测元件给定属性函数。31.根据权利要求28所述的压力感测设备，其中一对压力感测元件由给定属性函数表征，所述给定属性函数是命令式的并且将所述一对感测元件的所述给定属性的值映射到施加在所述一对感测元件中的至少一个上的变形事件的位置和负载中的至少一个。32.根据权利要求31所述的压力感测设备，其中所述一对感测...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·海克，M·瑟格夫巴，G·科恩瓦利纳，
申请(专利权)人：泰克年研究发展基金会公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL