【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及用于测量外力的力传感器和系统。更具体地，本公开涉及一种包括衬底(优选地柔性衬底)的系统，该衬底形成一组封闭的口袋，该一组封闭的口袋至少具有柔性壁，该柔性壁具有向外突出的形状，该向外突出的形状随外力而变形，其中，封装的压力传感器用于确定响应于外力的压力变化。此外，本公开涉及制造所述系统的方法。
技术介绍
1、测量施加在身体部位上或由身体部位施加的力和/或压力有许多原因。在医疗或诊断领域，应用包括测量外部压力或力(例如分布)。
2、已知的测量模式包括传统的压力和力传感器，诸如应变计、负荷传感器和基于应变计的压力计(诸如数字压力计)。虽然这种传感器通常是精确的，但是体积庞大，难以小型化，并且通常昂贵。
3、基于微机电系统(microelectromechanical systems，mems)的压力传感器最近作为用于测量空气压力的低成本替代品而被接受。当包括在mems设备中时其上布置有读出电子器件的柔性膜(例如背面蚀刻的硅膜)为空气压力监测提供了高精度，但通常太脆弱而不能承受外力的直接接触。此外，mems压力传感器通常仅非常局部地测量。
4、wo9736156a1公开了已知的空气包式接触压力测量方法和系统。系统包括可充气的传感器袋。出口压力用气压传感器测量。ep2873368a1a公开了一种用于睡眠监测的床上用品的设备，该设备基于类似的原理并包括可充气的传感器袋。不利地，这种系统需要外部泵和/或气动管来给袋充气，这使得系统使用起来昂贵、笨重和/或麻烦。在没有定期或甚至连续的重新充气的
5、cn105606265涉及一种基于液压传导的柔性触摸传感器，该柔性触摸传感器用于假肢或机械手的抓握感测。传感器包括金属底座和多个隔离的密封油填充腔体，密封油填充腔体将外部施加的压力转导到压敏单元。
6、us2017009064公开了一种封装的压力传感器，该封装的压力传感器包括安装衬底上的基于mems的压力传感器，该基于mems的压力传感器由包围压力传感器的圆顶形的橡胶构件封装。所公开的刚性支撑衬底、基于mems的压力传感器和橡胶圆顶的组合使得能够在触针或机器人抓取臂和外表面之间的单个接触点处感测所施加的力。
7、柔性传感器(例如基于电阻或电容的传感器，其中，电极沿聚合物膜设置，聚合物膜形成封闭的槽腔的相对的面的边界)为传统压力传感器提供了一种具有成本效益且可扩展的替代品。然而，缺点包括线性度、灵敏度和/或精确度降低，这被认为与电极的粘弹性变形和/或响应对所施加的力的方向和位置的一般依赖性有关。
技术实现思路
1、本公开的方面涉及一种用于测量外力的系统。系统包括柔性衬底，该柔性衬底形成一组封闭的口袋，每个口袋具有至少一个柔性壁，该至少一个柔性壁随外力而变形。系统还包括一组mems设备，每个mems设备被配置成引起随相应的口袋内的压力变化的电信号的变化。电信号的变化可以被理解为电路(包括在mems设备中)的响应，诸如但不限于电阻的变化、电容的变化和/或电感的变化。有利地，柔性壁设置有向外突出的形状和弹性装置，该向外突出的形状被构造成在存在外力的情况下向内弯曲到口袋中，以增加口袋内的压力，该弹性装置被构造成在没有外力的情况下使向外突出的形状恢复。此外，在口袋内设置流体。因此，在存在外力的情况下由于流体的静水压力而产生的电信号与在没有外力的情况下的信号之间的差与外力相关。突出的形状可以有利地用作最外接触点，以与例如接近和接触设备和/或改变环境压力的物体相互作用。由于关于口袋形状突出，特别是与包括由平面柔性壁作为边界的口袋的力传感器相比，减小了方向对口袋上的进入力的影响，其中，发现传感器响应取决于压在口袋上的进入力的角度和/或位置。
2、在优选的实施例中，弹性装置由柔性壁提供，柔性壁包括形状恢复弹性组合物或基本上由形状恢复弹性组合物构成，该形状恢复弹性组合物被构造成在没有外力的情况下使向外突出的形状恢复。由柔性壁提供弹性装置有利地使得能够在没有外力的情况下恢复突出的形状(将口袋壁恢复到静止状态)，而不需要额外的装置(例如外部装置，诸如弹簧)。
3、因此，即使在长时间暴露于增加的压力之后，例如由于经由一个或多个壁中的间质孔隙进行的部分放气，弹性装置也减轻了口袋的变形。相比之下，传统的空气包在使用后需要外部装置来再充气/恢复到初始状态。
4、优选地，柔性衬底包括弹性体组合物或基本上由弹性体组合物构成，弹性体组合物诸如为热塑性弹性体组合物。柔性衬底可以包括一种或多种热塑性弹性体组合物。有利地，包括弹性体组合物的柔性衬底使得衬底且理想地使得系统能够符合目标物体(例如柔性或弹性体物体，诸如身体部位)的外周界。
5、优选地，柔性壁包括热塑性弹性体组合物或基本上由热塑性弹性体组合物形成，该热塑性弹性体组合物在系统的约25℃的正常工作温度下具有基本弹性体特性，并且在远高于正常工作温度范围的温度下具有热塑性特性。如在下文中将更详细地解释的，使用在正常工作范围内的温度下具有基本弹性体特性而在远高于正常工作范围的温度下具有热塑性特性的组合物提高了设备的可制造性。
6、在另一或更优选的实施例中，向外突出的形状的外表面的主要部分沿基本平行于基底层的方向延伸。基本平行被认为包括与平行构型的偏差小于±10°，优选地小于±5°，更优选地小于±2°。平行部分大于形状的总外表面面积的80％，优选地大于85％，或甚至更优选地大于90％。通过提供基本平坦的接触区域，当与例如圆顶形状的突出部中的点接触相比时，施加在向外突出的形状上的外力可以分布在更大的相互作用区域上。这使得向外突出的形状能够更均匀地弯曲，这减轻了材料的机械特性对由传感器感知的结果压力的影响，从而提高了所接收到的压力读数的准确性/线性度。
7、在强烈优选的实施例中，口袋包括主容积，该主容积流体连接到从主容积侧向地突出的相邻容积，其中，柔性壁中的向外突出的形状仅形成在主容积的上方，mems设备至少部分地(优选地完全地)布置在相邻容积中。在使用中，例如由于与突出的形状的向内弯曲部分的直接接触，因此将mems设备至少部分地(优选地完全地)定位在远离突出的形状下方的主容积的侧向突出容积中保护了mems设备。避免突出的形状的向内弯曲部分和mems设备之间的接触改善了最终使用者向下按压(例如用手指)在突出的形状上的触觉体验。避免mems设备和突出的形状之间的接触减轻了例如在突出的形状的复杂或最大向内凹陷过程中对mems设备的潜在接触损伤。
8、在其他或更优选的实施例中，衬底包括两个或更多个片材的堆叠或基本上由两个或更多个片材的堆叠形成，两个或更多个片材优选地各自是柔性材料的，该两个或更多个片材包括第一片材和第二片材，该第一片材形成衬底的感测层，该感测层包括柔性壁，该第二片材形成基底层，该基底层与感测层相对，其中，口袋形成在感测层和基底层之间。形成柔性材料(例如弹性体材料)的衬底使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测量外力(F)的系统，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述柔性衬底(1)包括两个或更多个热塑性弹性体片材的堆叠(8)，所述两个或更多个热塑性弹性体片材包括第一片材(9)和第二片材(11)，所述第一片材形成所述柔性衬底的感测层(10)，所述感测层包括所述柔性壁(3)，所述第二片材形成基底层(12)，所述基底层与所述感测层相对，其中，所述口袋(2)形成在所述感测层和所述基底层之间。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述两个或更多个热塑性弹性体片材包括结构化的中间片材(13)，所述结构化的中间片材在所述感测层和所述基底层之间形成间隔件结构(14)，所述间隔件结构具有形成侧壁(14w)的直立壁结构，所述侧壁侧向地形成所述口袋的边界并将口袋与相邻的口袋分隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述口袋(2)包括主容积(6)，所述主容积流体连接到从所述主容积侧向地突出的相邻容积(7)，其中，所述柔性壁中的所述向外突出的形状仅形成在所述主容积的上方，MEMS设备至少部分地、优选地完全地布置在所述相邻容积中
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，根据权利要求4所述的相邻容积(7)形成在所述口袋的根据权利要求3所述的侧壁中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括参考压力传感器(49)，所述参考压力传感器被定位在封闭的口袋(2)的外部。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述向外突出的形状的外表面的主要部分基本上平行于所述基底层(12)延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述柔性衬底(1)包括一种或多种热塑性弹性体组合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统被配置成在与外部设备配对时接收来自所述外部设备的参考压力，优选地，所述外部设备为移动设备。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括电子器件(60)和接收器，所述电子器件用于远程读出所述一组MEMS设备(4)，所述接收器用于对所述一组MEMS设备进行感应供电。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统包括被布置在阵列中的多个口袋(2)，每个口袋与所述阵列中的相邻的口袋间隔开，使得作用在所述系统上的整体施加的外力被分布为作用在布置在所述阵列中的多个口袋中的单独的口袋上的多个外力。
12.一种组件(200)，所述组件包括根据权利要求1至11中任一项所述的系统的至少第一系统(100a)和第二系统(100b)的分层堆叠(201，202)，其中，层被布置成使得包括在第一层(201)中的口袋(2a)相对于包括在所述堆叠的第二层(202)中的口袋(2b)侧向地移位。
13.一种服装产品(300)，所述服装产品包括根据权利要求1至11中任一项所述的系统或根据权利要求12所述的组件。
14.一种诊断产品(400)，所述诊断产品包括根据权利要求1至11中任一项所述的系统(100)或根据权利要求12所述的组件。
15.根据权利要求14所述的诊断产品，其中，所述产品是压迫绷带(401)、床上用品产品(402)、就座产品，或用于压迫绷带(401)、床上用品产品(402)或就座产品的衬垫。
16.一种在施用绷带期间和/或之后监测身体部位、例如肢体和施用到身体部位上的绷带之间的压力的方法，所述方法包括：将根据权利要求1至11中任一项所述的系统(100)、根据权利要求12所述的组件(200)或根据权利要求15所述的衬垫定位在所述身体部位和所述绷带之间，并监测所述系统的至少一个MEMS设备的随时间变化的电信号(S)输出。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括确定所述信号是否对应于在指定的压力范围之外的压力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述指定的压力范围为10毫巴至70毫巴，优选地为13.33毫巴至66.67毫巴。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，所述方法包括监测相应的MEMS设备的多个电信号(S)输出，所述相应的MEMS设备包括在一组封闭的气体口袋中的单独的封闭的气体口袋中。
20.一种制造用于测量外力的系统(100)的方法(500)，所述方法包括：
21.根据权利要求20所述的方法，其中，包括热塑性弹性体组合物的中间片材(13)被层压在第一片材(9)和第二片材(11)之间，所述中间片材(13)被图案化，以在与所述口袋(2)的主容积(6)和相邻容积(7)一致的位置处包括孔口(6a，...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于测量外力(f)的系统，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述柔性衬底(1)包括两个或更多个热塑性弹性体片材的堆叠(8)，所述两个或更多个热塑性弹性体片材包括第一片材(9)和第二片材(11)，所述第一片材形成所述柔性衬底的感测层(10)，所述感测层包括所述柔性壁(3)，所述第二片材形成基底层(12)，所述基底层与所述感测层相对，其中，所述口袋(2)形成在所述感测层和所述基底层之间。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述两个或更多个热塑性弹性体片材包括结构化的中间片材(13)，所述结构化的中间片材在所述感测层和所述基底层之间形成间隔件结构(14)，所述间隔件结构具有形成侧壁(14w)的直立壁结构，所述侧壁侧向地形成所述口袋的边界并将口袋与相邻的口袋分隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述口袋(2)包括主容积(6)，所述主容积流体连接到从所述主容积侧向地突出的相邻容积(7)，其中，所述柔性壁中的所述向外突出的形状仅形成在所述主容积的上方，mems设备至少部分地、优选地完全地布置在所述相邻容积中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，根据权利要求4所述的相邻容积(7)形成在所述口袋的根据权利要求3所述的侧壁中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括参考压力传感器(49)，所述参考压力传感器被定位在封闭的口袋(2)的外部。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述向外突出的形状的外表面的主要部分基本上平行于所述基底层(12)延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述柔性衬底(1)包括一种或多种热塑性弹性体组合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统被配置成在与外部设备配对时接收来自所述外部设备的参考压力，优选地，所述外部设备为移动设备。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括电子器件(60)和接收器，所述电子器件用于远程读出所述一组mems设备(4)，所述接收器用于对所述一组mems设备进行感应供电。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统包括被布置在阵列中的多个口袋(2)，每个口袋与所述阵列中的相邻的口袋间隔开，使得作用在所述系统上的...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾兹格·康斯坦特·彼得·施密特斯，何拉尔德斯·堤特斯·范赫克，
申请(专利权)人：荷兰应用自然科学研究组织TNO，
类型：发明
国别省市：
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