具有合成结构材料制成的传感器部的电容式传感器系统及其制造方法和应用技术方案

本发明专利技术涉及一种电容式传感器系统，其具有传感电子装置和由合成结构材料制成的传感器部(1)，该传感器部包括传感器电极(3；22)；本发明专利技术还涉及该电容式传感器系统的一种制造方法及其应用。

Capacitive sensor system with sensor part made of synthetic structure material and its manufacturing method and Application

The invention relates to a capacitive sensor system, which has a sensing electronic device and a sensor unit (1) made of synthetic structural materials, which includes a sensor electrode (3; 22), and the invention also relates to a manufacturing method of the capacitive sensor system and its application.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有合成结构材料制成的传感器部的电容式传感器系统及其制造方法和应用
本专利技术涉及一种电容式传感器系统，其具有传感电子装置和传感器部，该传感器系统基本上用在建筑工程中；本专利技术还涉及到该电容式传感器系统的一种制造方法及其应用。
技术介绍
专利文献GB2368126描述了一种电容式传感器，其被用作墙壁中的开关并且例如由面砖遮盖。专利文献WO2015/104480A1公开了一种开关，该开关被安装在不透明的墙壁后面，使得其不能从外部识别，但是可以从外部操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于使得建筑物内或建筑物上的构件特别是墙壁、支承等功能化，而不需要可运动且因此易于损耗的装置。本专利技术的目的通过一种电容式传感器系统来实现，其具有传感电子装置和由合成结构材料制成的传感器部，该传感器部包括传感器电极。已知的传感电子装置例如可以包含或者包含传感器芯片或者信号转换器和电源，这样的专干电子装置保持电流恒定，以便在传感器电极上产生静电杂散场，并探测杂散场的电位变化并将该电位变化转换为信号。本专利技术的一个主要组成部分是本身的电子构件，其包括至少一个被构造为传感器的部分，即传感器部。根据本专利技术，该传感器部由埋入有传感器电极的合成结构材料制成。合成结构材料可以被理解为任何不是天然产生的结构材料，而是由若干不同或类似的成分人工生产出来的，从而使得它们的新的组合物或结构不再能够回到天然形成。在此意义下最常用的合成结构材料是混凝土，混凝土虽然的确包括例如水、砂石等天然原材料作为骨料，但是也需要例如水泥这样的合成材料，并且最后是将水泥硬化的形式看作是人工结构材料。此外，合成结构材料也被理解为单独地或与水泥结合使用作为水泥覆层被涂覆的材料，例如所有类型的石膏、灰泥、砂浆或塑料。就此而言，其对于传感器部并非必须是一种均匀结构材料，而是可以由不同的结构材料组合而成的一种紧凑的构件。就此而言，建筑材料木材只要不是以其天然形式使用，而是被以任何方式加以处理或改性，也可理解为本专利技术意义下的合成结构材料。其中例如包括胶合木梁、刨花板、人造木板和带有胶合板的木质构件。石膏板、矿物材料和纤维复合材料及其可能的组合也是可行的。此外，所有这些结构材料的共同点在于：对它们的处理和加工是在高达100℃、150℃或最高200℃的温度下进行的，这将不会损害电子装置，并且它们本身基本上是不透明的，并因此能够不可见地被功能化。即，根据本专利技术的电容式传感器系统是基于改变各个电容器或一电容器系统的电容来工作的，它的一个电极(在本专利技术中被称为传感器电极)是该传感器系统的组成部分，相反另一个电极则是不属于该传感器系统的运动体，例如使用者的手。根据本专利技术，传感器电极现在被合成结构材料包围。这意味着，传感器电极不是被例如连接到合成结构材料或者被紧固在由合成结构材料制成的构件上的壳体包围。相反，合成结构材料和根据本专利技术的无壳体传感器电极是处于直接的、不可经常分离的接触中。这种设计使得传感器电极能够极其靠近表面但很大程度上是不可见的或者设置在表面上。靠近表面有利于电容式传感器系统的运行，因为这提高了传感器系统的精确度并可以降低其运行所需的能耗。此外，根据本专利技术的这种设计还允许传感器电极具有几乎任何形状，特别是长方体形或球形的，平面的，棒形的，各自弯曲的以及还有各自不规则成形的传感器电极。根据本专利技术的一种优选的设计方案，传感器电极可以完全埋入在结构材料中。这种埋入式的传感器电极提供了在不透明结构材料中的不可见的优点，使得由其生产的构件的功能化不一定是可识别的，并因此使得功能化所需的技术手段不会影响构件的美学效果。此外，这种埋入为传感器电极或其可能的微电子内置部件提供了对机械破坏和诸如天气等环境影响的有效保护。在运行中，传感器电极在其周围建立一电场，该电场会由于接近或触碰传感器电极而变化。根据传感器电极的几何形状，其会建立具有均匀的(homogenen)和非均匀的(inhomogenen)区域的电场。特别地，均匀区域通常决定了电容式传感器系统的探测方向。按照本专利技术的另一种优选的设计方案，传感器系统可以包括至少在与探测方向正交的平面中包围传感器电极的屏蔽电极。该屏蔽电极用于屏蔽传感器电极的电场的非均匀边缘区域。因此，在传感器电极与待探测的运动体之间会产生大致平行的电场，其具有理想的平板电容器的已知特性。这也使得能够更好地探测电场中的较小变化，由此提高了电容式传感器系统的效率。屏蔽电极可以在多侧、特别是在背侧包围传感器电极，以便将传感器电极的探测方向限制在其“前侧面”上。即，屏蔽电极整体上定义了传感器电极的杂散场或者说探测区域。因此，屏蔽电极的结构设计主要是基于传感器电极的构型。即使在没有使用屏蔽电极的情况下，传感器电极基本上也能够呈现任意的空间形状，并且不限于圆柱形或平面形状。对于例如由其凸表面决定探测区域的球头形传感器电极来说，可能需要圆形或圆盘形的屏蔽电极，其可能地具有较小的卷曲边缘。根据本专利技术的另一种优选的设计方案，在任何情况下，传感器电极以及可能还有屏蔽电极(如果存在)和其他的传导性传感器组件可以被电绝缘。它们可以为此例如被塑料覆层、漆覆层或粉末覆层包围。如果结构材料是含水的或者在运行期间暴露在潮湿的环境中，则传导性传感器组件与包围在周围的结构材料的电分离阻止了对传感器系统的干扰。根据本专利技术的另一种优选的设计方案，包围传感器部的混凝土或混凝土基质本身可以负责对传感器电极的屏蔽或场限制，即起到屏蔽电极的功能。在混凝土低导电性的情况下，混凝土本身也可以基于其在传感器电极区域中的质量或厚度像屏蔽电极一样起作用并限制传感器电极的探测范围或者传感器场。根据本专利技术，混凝土的导电性可以通过骨料被降低到能限制传感场的程度。这例如特别是可以借助于聚合物添加来实现。如果处理温度维持在例如低于200℃，则也可以用聚合物混凝土来代替采用聚合物添加的普通混凝土。与普通混凝土相反，这种聚合物混凝土含有聚合物或塑料作为粘合剂，其能够将石粒或者骨料保持在一起。水泥在聚合物混凝土中(如果有的话)仅作为填料、即作为石粒的扩展被使用到最细颗粒区域中并且不具有粘合作用。因此，通常作为水泥粘着剂的组分负责粘合作用的水可以作为基质的组成部分，并通过其来取消聚合物混凝土中的主要的导电组分。本专利技术的这种设计方案也适用于下面将进一步说明的多个传感器电极的布置。这些传感器电极的场通过借助于聚合物改性的混凝土或借助于聚合物混凝土来屏蔽，从而可以取消单独的屏蔽电极。通过埋入在被聚合物改性的混凝土或聚合物基质中的传感装置的位置，可以附加地定义传感器电极的探测场的作用范围，即，传感器电极在边缘区域中靠近构件表面地并在中间位置上被沉入或很深地沉入，即被远离表面地安装。最后，可以将不同的混凝土组合用于生产传感器部，即和“非传导性的”、经聚合物改性的混凝土或者聚合物混凝土，以便沿特定的方向限制传感器场；以及和“传导性的”普通混凝土。根据本专利技术的另一种优选的设计方案，传感器系统可以包括定位装置，该定位装置与传感器电极耦接并且可选地与屏蔽电极耦接，并限定了它们在传感器部中的位姿。该定位装置用于高精度地调整传感器电极并且可选地还有屏蔽电极在任何情况下在未来构件中的位置，特别是关于它们在探测方向上与构件表面的距离。顺便提及的是，为了不影响传感器系统的作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式传感器系统，具有传感电子装置和由合成结构材料制成的传感器部(1)，所述传感器部包括被埋入到所述结构材料中的传感器电极(3；22)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.17 DE 102015115749.71.一种电容式传感器系统，具有传感电子装置和由合成结构材料制成的传感器部(1)，所述传感器部包括被埋入到所述结构材料中的传感器电极(3；22)。2.根据权利要求1所述的传感器系统，其具有探测方向(R)，其特征在于，设置有至少在与所述探测方向(R)正交的平面中包围所述传感器电极(3；22)的屏蔽电极(8)。3.根据权利要求1或2所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器电极(3；22)和/或所述屏蔽电极(8；24)是电绝缘的。4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器系统，其特征在于，设置有定位装置(32)，所述定位装置与所述电极(3；8；22；24)耦接，并限定了这些电极在所述传感器部(1)中的位姿。5.根据权利要求1或2所述的传感器系统，其特征在于，设置有经聚合物改性的混凝土或聚合物混凝土。6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器系统，其特征在于，设置有具有重叠的杂散场(5)的多个传感器电极(3；22)。7.根据权利要求3至6中任一项所述的传感器系统，其特征在于，在同一平面中并排地设置多个传感器电极(3；22)和屏蔽电极(8)，用于在构件表面上构造操作区。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·克鲁斯特，J·伊瓦诺威兹，J·尤拉齐科，
申请(专利权)人：肯沃特RD公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE