阻容变形传感器制造技术

一种变形感测设备，包括：弹性基底，形成在弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号的第一应变计元件，以及形成在弹性基底的与第一表面相对的第二表面上并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号的第二应变计元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阻容变形传感器
技术介绍
应变传感器基于形成在其中的电气元件(诸如，电阻应变计、电容传感器、或者电感式传感器)的电特性(例如，电阻、电感、或者电容)的变化来测量由施加的变形导致的应变。然而，隔离地测量由施加的变形导致的单独的电特性(例如，电阻变化或者电容变化)的应变传感器缺少辨别和区分不同类型的变形的能力。作为一个示例，电阻应变计缺少区分弯曲变形与伸展变形的能力。
技术实现思路
一种变形感测设备，包括弹性基底，形成在弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号的第一应变计元件，以及形成在弹性基底的与第一表面相对的第二表面上并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号的第二应变计元件。在一个或多个实施方式中，变形感测设备包括各自形成在弹性介电基底的对置平行的侧面上的两个马蹄铁形(例如，U形)电阻器，在两个电阻器之间形成电容器。与测量的在其间的电容相结合地使用来自两个电阻器中的每一个的感测的电阻，传感器提供可用于区别施加的不同类型的变形的三个信号。例如，指示两个电阻以及电容的三个信号的组合可用于辨别基底的伸展和弯曲。变形传感器可以用在诸如手套、耳机的可穿戴装置中，或者适应身体局部并且可用于检测和辨别该身体局部的活动的任何其它纤维织物中。根据一个或多个实施方式，可穿戴装置包括一个或多个变形传感器、测量电路、以及变形分析器。在这种实施方式中，每个变形传感器包括：弹性基底，弹性基底包括弹性的、电气绝缘的介电材料；第一应变计元件，形成在弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号；以及第二应变计元件，形成在弹性基底的与第一表面相对的第二表面上，并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号。在一些实施方式中，变形传感器被配置为响应于施加的变形而输出第三信号，该第三信号在第一应变计元件的第一和第二端子中的一个与第二应变计元件的第三和第四端子中的一个之间可测量。测量电路被配置为响应于施加的变形而测量来自第一应变计元件的第一信号以及来自第二应变计元件的第二信号。变形分析器被配置为基于测量的来自第一应变计元件的第一信号、测量的第二应变计元件的第二信号、以及第三信号，计算感测设备在所施加的变形下的伸展变形的度量以及屈曲变形的度量。在一些实施方式中，在可穿戴装置内的变形传感器的第一和第二应变计元件中的每一个具有包括弧形头部和从弧形头部的端部延伸的一对伸长的导线的马蹄铁形状；第一和第二应变计元件的形状的排列沿着与弹性基底的第一和第二表面正交的轴线对应。在这种实施方式中，马蹄铁的排列的形状被配置为包围(围绕)铰接关节，其中该关节的活动导致变形传感器的对应的变形。根据本专利技术的实施方式特别在指向系统和方法的所附权利要求中公开，其中，在一个权利要求类别(例如方法)中提及的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如系统)中要求保护。仅由于形式的原因而选择所附权利要求中的从属性或引用关系。然而，从对任何先前的权利要求(特别是多重从属)的有意引用中产生的任何主题也可以被要求保护，从而无论在附加权利要求中选择的从属性如何，任何权利要求和特征的组合都被公开并且可以要求保护。可以要求保护的主题不仅包括在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括权利要求中的特征的任何其他组合，其中，权利要求中提及的每个特征可以与权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，可以在单独的权利要求中和/或在与本文所描述或描绘的任何实施方式或特征或者与所附权利要求的任何特征的任何组合中，要求保护本文描述或描绘的任何实施方式和特征。在根据本专利技术的实施方式中，一种变形感测设备包括：弹性基底；第一应变计元件，形成在弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号；第二应变计元件，形成在弹性基底的与第一表面相对的第二表面上，并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号。在根据本专利技术的实施方式中：第一应变计元件具有第一端子和第二端子两个不同的端子；跨第一应变计元件的第一端子和第二端子可测量第一信号；第二应变计元件具有第三端子和第四端子两个不同的端子；并且跨第二应变计元件的第三端子和第四端子可测量第二信号。在根据本专利技术的实施方式中：弹性基底包括弹性的、电气绝缘的介电材料；并且变形感测设备被配置为响应于施加的变形而输出第三信号，第三信号在第一应变计元件的端子与第二应变计元件的端子之间可测量。在根据本专利技术的实施方式中，变形感测设备可以进一步包括：测量电路，被配置为响应于所施加的变形而测量来自第一应变计元件的第一信号以及来自第二应变计元件的第二信号；并且变形分析器，被配置为基于测量的来自第一应变计元件的第一信号、测量的第二应变计元件的第二信号、以及第三信号，计算感测设备在所施加的变形下的伸展变形的度量以及屈曲变形的度量。在根据本专利技术的实施方式中：第一信号指示第一应变计元件的第一电阻；第二信号指示第二应变计元件的第二电阻；并且第三信号指示响应于所施加的变形而测量的跨弹性基底的电容。变形分析器可以基于第一信号、第二信号以及第三信号，使用下述等式作为第一应变计元件和第二应变计元件的长度变化的比例((ΔL)/L0)来计算伸展变形的度量：R1＝R2＝R0+(GF·ΔL)其中R1是第一电阻，R2是第二电阻，C是电容，并且Area是在第一应变计元件与第二应变计元件之间的重叠，GF是关于应变和电阻的量规因数，γ是弹性基底关于轴线之间的变形的泊松比，L0是第一应变计元件和第二应变计元件的未变形长度，ΔL，ΔL1，ΔL2是第一应变计元件和第二应变计元件的长度变化，W0是第一应变计元件和第二应变计元件的未变形长度，ε是弹性基底的介电常数，R0是第一应变计元件和第二应变计元件的基线电阻，以及g，g0分别是弹性基底的变形宽度和基线宽度。变形分析器可以基于第一信号、第二信号以及第三信号，使用下述等式作为第一应变计元件和第二应变计元件的弯曲半径来计算屈曲变形的度量：其中R1是第一电阻，R2是第二电阻，并且GF是关于第一应变计元件和第二应变计元件的应变和电阻的量规因数，γ是弹性基底关于轴线之间的变形的泊松比，L0是第一应变计元件和第二应变计元件的未变形长度，ΔL1，ΔL2是第一应变计元件和第二应变计元件的长度变化，R0是第一应变计元件和第二应变计元件的基线电阻，g是弹性基底的变形宽度，并且ρ1和ρ2是弹性基底的第一表面和第二表面的弯曲半径。在根据本专利技术的实施方式中：第一应变计元件和第二应变计元件中的每一个具有包括弧形头部以及从弧形头部的端部延伸的一对伸长的导线的马蹄铁形状；第一应变计元件和第二应变计元件的形状的排列沿着与弹性基底的第一和第二表面正交的轴线对应；第一应变计元件和第二应变计元件的中心轴线平行排列并且沿着与弹性基底的第一和第二表面正交的平面彼此共面；并且第一应变计元件和第二应变计元件的伸长的导线对的对应导线分别纵向平行并且具有基本上相同的尺寸。在根据本专利技术的实施方式中，一种变形感测设备，其中：测量电路，被配置为响应于施加的变形而测量来自第一应变计元件的第一信号以及来自第二应变计元件的第二信号；以及变形分析器，被配置为基于测量的来自第一应变计元件的第一信号、测量的第二应变计元件的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变形感测设备，包括：弹性基底；第一应变计元件，形成在所述弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号；第二应变计元件，形成在所述弹性基底的与所述第一表面相对的第二表面上，并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.02 US 14/843,0671.一种变形感测设备，包括：弹性基底；第一应变计元件，形成在所述弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号；第二应变计元件，形成在所述弹性基底的与所述第一表面相对的第二表面上，并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号。2.根据权利要求1所述的变形感测设备，其中：所述第一应变计元件具有第一端子和第二端子两个不同的端子；跨所述第一应变计元件的所述第一端子和所述第二端子能够测量所述第一信号；所述第二应变计元件具有第三端子和第四端子两个不同的端子；并且跨所述第二应变计元件的所述第三端子和所述第四端子能够测量所述第二信号。3.根据权利要求1所述的变形感测设备，其中：所述弹性基底包括弹性的、电气绝缘的介电材料；并且所述变形感测设备被配置为响应于施加的变形而输出第三信号，所述第三信号在所述第一应变计元件的端子与所述第二应变计元件的端子之间是能够测量的。4.根据权利要求3所述的变形感测设备，进一步包括：测量电路，被配置为响应于所施加的变形而测量来自所述第一应变计元件的所述第一信号以及来自所述第二应变计元件的所述第二信号；以及变形分析器，被配置为基于测量的来自所述第一应变计元件的所述第一信号、测量的所述第二应变计元件的所述第二信号、以及所述第三信号，计算所述感测设备在所施加的变形下的伸展变形的度量以及屈曲变形的度量。5.根据权利要求4所述的变形感测设备，其中：所述第一信号指示所述第一应变计元件的第一电阻；所述第二信号指示所述第二应变计元件的第二电阻；并且所述第三信号指示响应于所施加的变形而测量的跨所述弹性基底的电容。6.根据权利要求5所述的变形感测设备，其中，所述变形分析器基于所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号，使用下述等式，作为所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的长度变化的比例((ΔL)/L0)来计算伸展变形的度量：R1＝R2＝R0+(GF·ΔL)其中，R1是所述第一电阻，R2是所述第二电阻，C是所述电容，并且Area是在所述第一应变计元件与所述第二应变计元件之间的重叠，GF是关于应变和电阻的量规因数，γ是所述弹性基底关于轴线之间的变形的泊松比，L0是所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的未变形长度，ΔL，ΔL1，ΔL2是所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的长度变化，W0是所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的未变形长度，ε是所述弹性基底的介电常数，R0是所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的基线电阻，以及g，g0分别是所述弹性基底的变形宽度和基线宽度。7.根据权利要求5所述的变形感测设备，其中，所述变形分析器基于所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号，使用下述等式作为所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的弯曲半径来计算屈曲变形的度量：其中，R1是所述第一电阻，R2是所述第二电阻，并且GF是关于所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的应变和电阻的量规因数，γ是所述弹性基底关于轴线之间的变形的泊松比，L0是所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的未变形长度，ΔL1，ΔL2是所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的长度变化，R0是所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的基线电阻，g是所述弹性基底的变形宽度，以及ρ1和ρ2是所述弹性基底的所述第一表面和所述第二表面的弯曲半径。8.根据权利要求3所述的变形感测设备，其中：所述第一应变计元件和所述第二应变计元件中的每一个具有包括弧形头部以及从所述弧形头部的端部延伸的一对伸长的导线的马蹄铁形状；所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的形状的排列沿着与所述弹性基底的所述第一表面和所述第二表面正交的轴线对应；所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的中心轴线平行排列并且沿着与所述弹性基底的所述第一表面和所述第二表面正交的平面彼此共面；并且所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的伸长的导线对的对应导线分别纵向平行并且具有基本上相同的尺寸。9.根据权利要求8所述的变形感测设备，其中：测量电路，被配置为响应于施加的变形而测量来自所述第一应变计元件的所述第一信号以及来自所述第二应变计元件的所述第二信号；并且变形分析器，被配置为基于测量的来自所述第一应变计元件的所述第一信号、测量的所述第二应变计元件的所述第二信号、以及所述第三信号，计算所述感测设备在所施加的变形下的伸展变形的度量以及屈曲变形的度量。10.根据权利要求9所述的变形感测设备，其中：所述伸展变形的度量指示所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的长度的平均变化与未变形长度的关系；并且所述屈曲变形的度量指示在其上形成所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的所述弹性基底的表面的角弯曲的弯曲半径。11.根据权利要求9所述的变形感测设备，其中，所述变形分析器进一步被配置为基于所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的电阻变化的符号以及所述弹性基底的电容变化的符号，通过比较测量的所述第一信号、所述第二信号以及所述第三信号来确定所述伸展变形对应于压缩伸展还是伸长伸展。12.一种变形感测设备，包括：弹性基底；第一应变计对，包括：第一应变计元件，形成在所述弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号；和第二应变计元件，形成在所述弹性基底的与所述第一表面相对的第二表面上，并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号，其中，所述变形感测设备被配置为响应于施加的变形而输出第三信号，所述第三信号在所述第一应变计元件的端子与所述第二应变计元件的端子之间是能够测量的；以及第二应变计对，包括：第三应变计元件，基本上形成在所述弹性基底的所述第一表面上并且被配置为响应于沿第二方向施加的应变而输出第四信号，和第四应变计元件，基本上形成在所述弹性基底的与所述第一表面相对的所述第二表面上，并且被配置为响应于沿相同的所述第二方向施加的应变而输出第五信号，其中，所述变形感测设备被配置为响应于施加的变形而输出第六信号，所述第六信号在所述第三应变计元件的端子与所述第四应变计元件的端子之间是能够测量的，其中，所述第一方向与所述第二方向正交，并且其中，所述第一应变计对的应变计元件和所述第二应变计对的应变计元件相互正交。13.根据权利要求12所述的变形感测设备，进一步包括：测量电路，被配置为响应于所施加的变形而测量来自所述第一应变计元件的所述第一信号、来自所述第二应变计元件的所述第二信号、来自所述第三应变计元件的所述第四信号、以及来自所述第四应变计元件的所述第五信号；以及变形分析器，被配置为基于测量的来自所述第一应变计元件的所述第一信号、测量的所述第二应变计元件的所述第二信号、和测量的来自所述第三应变计元件的所述第四信号、以及测量的来自所述第四应变计元件的所述第五信号，分别计算所述感测设备沿所述第一方向和所述第二方向的伸展变形的度量以及屈曲变形的度量。14.根据权利要求13所述的变形感测设备，其中：所述变形分析器进一步被配置为通过比较从所述第一应变计对和所述第二应变计对检测的所述第一信号、所述第二信号、所述第四信号以及所述第五信号的幅度，来确定所述伸展变形的方向是沿所述第一方向还是沿所述第二方向的伸展；对于沿所述第一方向的伸展，所述变形分析器被配置为使用所述第一信号和所述第二信号计算伸展的幅度；并且对于沿所述第二方向的伸展，所述变形分析器被配置为使用所述第四信号和所述第五信号计算伸展的幅度。15.根据权利要求13所述的变形感测设备，其中：所述变形分析器进一步被配置为基于测量的所述第一信号、所述第二信号、所述第四信号以及所述第五信号来确定所述屈曲变形的幅度以及所述屈曲变形的方向。16.根据权利要求13所述的变形感测设备，其中：所述变形分析器进一步被配置为通过比较从所述第一应变计对和所述第二应变计对检测的所述第一信号、所述第二信号、所述第四信号以及所述第五信号的幅度，来确定所述屈曲变形的方向是沿所述第一方向还是沿所述第二方向的弯曲；对于沿所述第一方向的弯曲，所述变形分析器被配置为使用所述第一信号和所述第二信号计算弯曲的幅度；并且对于沿所述第二方向的弯曲，所述变形分析器被配置为使用所述第四信号和所述第五信号计算弯曲的幅度。17.根据权利要求13所述的变形感测设备，其中，所述变形分析器进一步被配置为通过比较测量的所述第一信号、所述第二信号、所述第四信号以及所述第五信号，来确定所述屈曲变形对应于朝向所述弹性基底的所述第一表面的弯曲还是朝向所述弹性基底的所述第二表面的弯曲。18.一种变形感测设备，包括：弹性基底；第一应变计元件，形成在所述弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号；以及第二应变计元件，形成在所述弹性基底的与所述第一表面相对的第二表面上，并且被配置为响应于沿第二方向施加的应变而输出第二信号，其中，所述变形感测设备被配置为响应于施加的变形而输出第三信号，所述第三信号在所述第一应变计元件的端子与所述第二应变计元件的端子之间是能够测量的，其中，所述第一方向与所述第二方向正交，并且其中，所述第一应变计元件与所述第二应变计元件相互正交。19.根据权利要求18所述的变形感测设备，其中：测量电路，被配置为响应于所施加的变形而测量来自所述第一应变计元件的所述第一信号、来自所述第二应变计元件的所述第二信号、以及所述第三信号；以及变形分析器，被配置为基于测量的来自所述第一应变计元件的所述第一信号、测量的所述第二应变计元件的所述第二信号、以及测量的所述第三信号，分别计算所述感测设备沿所述第一方向和所述第二方向的伸展变形的度量以及屈曲变形的度量。20.根据权利要求19所述的变形感测设备，其中：所述变形分析器进一步被配置为通过比较从所述第一应变计元件和所述第二应变计元件检测的所述第一信号和所述第二信号的幅度，来确定所述伸展变形的方向是沿所述第一方向还是沿所述第二方向的伸展；对于沿所述第一方向的伸展，所述变形分析器被配置为使用所述第一信号和所述第三信号计算伸展的幅度；并且对于沿所述第二方向的伸展，所述变形分析器被配置为使用所述第二信号和所述第三信号计算伸展的幅度。21.根据权利要求19所述的变形感测设备，其中：所述变形分析器进一步被配置为通过比较从所述第一应变计元件和所述第二应变计元件检测的所述第一信号和所述第二信号的幅度，来确定所述屈曲变形的方向是沿所述第一方向还是沿所述第二方向的弯曲；对于沿所述第一方向的弯曲，所述变形分析器被配置为使用所述第一信号和所述第三信号计算弯曲的幅度；并且对于沿所述第二方向的弯曲，所述变形分析器被配置为使用所述第二信号和所述第三信号计算弯曲的幅度。22.一种可穿戴装置，包括：一个或多个变形传感器，每个变形传感器包括：弹性基底，包括弹性的、电气绝缘的介电材料；第一应变计元件，形成在所述弹性基底的第一表面上并且被配置为响应于沿第一方向施加的应变而输出第一信号；和第二应变计元件，形成在所述弹性基底的与所述第一表面相对的第二表面上，并且被配置为响应于沿相同的第一方向施加的应变而输出第二信号，其中，所述变形传感器被配置为响应于施加的变形而输出第三信号，所述第三信号在所述第一应变计元件的第一端子和第二端子中的一个与所述第二应变计元件的第三端子和第四端子中的一个之间是能够测量的；测量电路，被配置为响应于所施加的变形而测量来自所述第一应变计元件的所述第一信号以及来自所述第二应变计元件的所述第二信号；以及变形分析器，被配置为基于测量的来自所述第一应变计元件的所述第一信号、测量的所述第二应变计元件的所述第二信号、以及所述第三信号，计算所述感测设备在所施加的变形下的伸展变形的度量以及屈曲变形的度量。23.根据权利要求22所述的可穿戴装置，其中：在所述可穿戴装置内的所述变形传感器的所述第一应变计元件和所述第二应变计元件中的每一个具有包括弧形头部以及从所述弧形头部的端部延伸的一对伸长的导线的马蹄铁形状；并且所述第一应变计元件和所述第二应变计元件的形状的排列是对应的，并且所述形状被配置为包围铰接关节，所述关节的活动导致所述变形传感器的对应的变形。24.一种感测变形传感器的变形的方法，包括响应于施加的变形而进行：测量来自形成在所述变形传感器的弹性基底的第一表面上的第一应变计元件的第一信号，所述第一信号指示所述第一应变计元件的电阻；测量来自形成在所述变形传感器的所述弹性基底的第二表面上的第二应变计元件的第二信号，所述第二信号指示所述第二应变计元件的电阻；测量在所述第一应变计元件与所述第二应变计元件之间的第三信号，所述第三信号指示响应于所施加的变形而测量的跨所述弹性基底的电容；以及基于测量的来自所述第一应...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩·凯勒，特里斯坦·特鲁特纳，大卫·佩雷克，布鲁斯·克利里，
申请(专利权)人：欧库勒斯虚拟现实有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US