专利名称：压敏器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及压敏电气传感器，更具体地说，涉及一种可用作电气的压敏传感器和/或压敏开关的压敏器件。
背景技术：
压力响应电开关是公知的现有技术。例如，DuRocher的美国专利第4,295,699号公开了一种可变形的绝缘材料，如硅橡胶，在其中悬浮有导电性金属微粒。所述微粒在载体中是散布的，因此载体在不受压的情况下基本上是绝缘的。然而，当载体受压时，微粒互相衔接，增加了载体的导电性。因此，如果载体放置于两个电接线之间时，在没有压力作用下，可被用作打开的开关(绝缘)，在压力的作用下，则用作闭合的开关(导电)。
Waigand的美国专利第4,419,653号公开了一个近似的结构，可通过感应在各种压力作用下变化的载体的电阻，而用作连续的压敏传感器。
尽管在先技术努力提供这样的压力响应电传感器，但它们仍然存在许多缺点。例如，所公开的传感器的类型能够感测的压力的范围是有限的。此外，当用在织物中时，如枕头，使用者需要忍受传感器在织物中被感受到的缺点。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种压敏电气传感器，由簇合的(tufted)称作“纤维填料(fiberfill)”的纤维材料构成。所述材料在不影响其簇合特性的情况下，通过引入导电液体使其具有导电性。簇合材料能够很大程度的被压缩，并伴随着电导率的连续改变。通过放置导电性的纤维填料在电路中，感测随纤维填料压缩量而改变的电阻是可能的。因此可以感测很大范围的压力。
在一个优选的实施例中，提供一种枕头或坐垫形式的织物。所述坐垫包含泡沫橡胶或其它形式的填料。在所述器件填料中提供开放的空间，其开设在器件的相对面上。在每个面上，所述空间由包含有印刷的导电轨迹的织物掩盖，该导电轨迹面向纤维填料。所述导电轨迹用作纤维填料的每个面上的电连接。随后导电轨迹连接至感测两者之间的电阻的电路。当坐垫在不被压缩的状态下电阻最大，并随着坐垫被压缩而连续改变。
本发明的一个特征是，导电簇合纤维材料用作织物中的压敏电传感器。
本发明的另一个特征是，导电纤维材料轻质且柔软，因此在织物中不会被感觉到。
本发明的另一个特征是，由于导电材料的簇合特性，大范围的压缩是可能的，而允许大范围的压力被感测。
本发明首选的实施例的一个特性是，通过经由包含导电轨迹的织物层提供电连接至导电材料、并且可以导线、电子模块或无线发射器连接来改善传感器的无法被发现的特性。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是本发明的具体实施例的坐垫的侧视剖视示意图；图2是坐垫10移除纤维填料18后的俯视剖视示意图；图3是本发明展示簇合材料18的电阻如何被确定的电路示意框图；图4是本发明的近似图1的侧视图，展示坐垫10的受压状态；图5是本发明展示物品如何被远程感测的电路示意框图；图6是本发明的具体实施例的床罩50的俯视剖视示意图；具体实施方式
图1是应用本发明的坐垫的侧视剖视图。所述坐垫具有填充物12，可以是泡沫塑料、橡胶、绒毛或任何其它传统的填充材料。所述坐垫包在覆盖物14中，所述覆盖物可以是织物。所述坐垫具有内部空间16，在顶端和底部开口，并用导电纤维填料18填充。
图2是本发明坐垫10的俯视剖视图，纤维填料18已被移除。如图所示，覆盖物14的内表面具有一对导电轨迹20，所述导电轨迹20面向空间16。优选的，导电轨迹20通过如印刷的方法引入到覆盖物14上。快速连接器21(其类型通常可以在衣服上找到)之一被提供在物品10的表面，并电连接至轨迹20。尽管没有展示，能够理解的是覆盖物14的顶端也包括导电轨迹20，被电连接至其它的快速连接器21。通过快速连接器21、电线22可被连接以提供电连接至坐垫10和在空间16对面的末端的轨迹20。
图3是本发明展示簇合材料18的电阻如何被确定的电路示意框图。簇合材料18、电源(具有参考电压Er)与参考电阻Rr串连，电压传感器30，如电压表，并联连接在电阻Rr的两端以感测其通过的电压Eo，簇合载体18的电阻Rs可通过等式(1)确定。
Rs＝[Er/Eo-1]×Rr(1)其中Rs是簇合载体18的电阻，Er是参考电压，Eo是参考电阻Rr两端的电压Rr是参考电阻的阻值。
图4是本发明的近似图1的侧视图，展示坐垫10的受压状态。在操作中，当在其伸展状态时(图1)，簇合载体18在其导电纤维之间有最大的空间，并因此假设为最小导电状态，即电阻Rs最大。压缩坐垫10(对比图4和图1)，将导致簇合载体18的纤维更接近，增加载体18的导电性，并降低电阻Rs的阻值。
能够理解的是，电阻Rs的改变可用于实现很多有用的功能。例如，将簇合载体18连接至灯开关控制电路，即如果坐垫10是枕头，且使用者枕在上面，当使用者抬起头的时候引起的阻值的增加可用于打开卧室的灯。相似的，将簇合载体18连接至车辆调整开关控制电路，即如果坐垫10应用在机动车辆的坐位上，不同体重的司机对坐垫的不同的压缩量可用于感测哪个司机在车辆中，并根据预编程的设置为该司机调整车辆的座位和镜子。
使用簇合载体18作为压敏传感器的一个优点是，由于其柔软且轻质，簇合载体18完全不被感觉到。使用者枕在或坐在坐垫10上不会感觉到压敏传感器的存在。近似的，如果电线22隐藏或提供无线连接，使用者在使用坐垫10时不会感觉到传感器的存在。
例如，图5展示的电路示意框图，电压传感器30可提供输出电压至电压比较器35，电压比较器比较电压传感器30的输出电压和参考值X。电压传感器30的输出应具有与参考值X的特定的关系(高于或低于，根据实际应用)，比较器35将触发红外线发生器40，其信号可被远程传感。
在压敏传感器中使用簇合载体18的另一个优点是可以感测非常大范围的压力。对比现有技术的由固体、稍微可压缩的材料制成的传感器，载体18的簇合特性允许其感受更大量的改变，从蓬松、簇合的状态至紧密的压缩状态。从而，可显出电阻Rs的更大范围的值。例如，所述载体18显出具有比率为10000∶1的电阻范围是很正常的。对应的压力范围将通过坐垫10中包含的坐垫材料12的压缩特性来决定。因此，通过选择恰当的材料在不同压力级别感测大范围的压力是可能的。
同样能够理解的是，之前描述的纤维物品或坐垫10在不削弱或其它影响压敏传感器的运作情况下，可以与传统纤维物同样的方式进行清洗以及处理，处理。
优选的，载体18通过生产传统纤维填料而制成，以包含导电材料。更好的是，导电涂料如导电石磨粉(Electrodag)820B(可从Acheson Colloids of PortHuron，Michigan公司得到)通过适用于树脂系统的快速烘干稀释剂冲淡，其比例为1份涂料兑3份稀释剂。所述纤维填料允许浸在混合物中5-10分钟，然后固化。在烘干后，现在导电的纤维填料在无需考虑压缩情况下，被引入坐垫10的空间16中。
图6是本发明床罩50的俯视剖视图。床罩50(也可以为其它形式的织物)的填料51提供三个切口56，在切口中填入三个已经讨论过的坐垫10-1，10-2和10-3。所述坐垫被连接至连接点52，连接点52提供快速连接器54以允许用导线(图未示)将连接点52连接至控制盒(图未示)。用户可通过压力激活床罩50的坐垫10-1，10-2，10-3中的任意一个。通过控制盒的编程，不同的坐垫可提供可选择的激活点，或可激活不同的功能。例如连接至灯开关控制电路、电视开关控制电路、娱乐中心开关控制电路等，可得到诸如开或关灯、开或关电视或娱乐中心的操作。
本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。
权利要求
1.一种压敏器件，其特征在于，包括含有设置在两个电线路之间的导电纤维块的压力感测元件，纤维块的电阻随着纤维块受到外力压缩而变化，所述电阻的变化与压缩量是成比例的。
2.根据权利要求1的压敏器件，其特征在于，所述纤维块包括簇合的纤维材料，其中引入了含有导电液体的溶液。
3.根据权利要求1所述的压敏器件，其特征在于，还包括在内部设置有空间的坐垫，所述纤维块被放置在内部空间中。
4.根据权利要求1所述的压敏器件，其特征在于，所述纤维块包括簇合的纤维材料，其中浸透了含有导电液体的溶液。
5.根据权利要求3所述的压敏器件，其特征在于，所述坐垫有第一面和第二面，所述空间正对第一面和第二面开放，所述压敏器件还包括一个覆盖在所述坐垫上的绝缘覆盖物，所述覆盖物具有从一个所述面朝向所述空间的导电轨迹。
6.根据权利要求5所述的压敏器件，其特征在于，所述覆盖物具有从每一所述面朝向所述空间的导电轨迹。
7.根据权利要求6所述的压敏器件，其特征在于，所述导电轨迹包括浸在所述覆盖物上的导电材料。
8.根据权利要求6所述的压敏器件，其特征在于，还包括设置在所述压敏器件的外表面的连接元件，所述连接元件与所述导电轨迹电连接，所述连接元件为所述器件提供电连接。
9.根据权利要求1所述的压敏器件，其特征在于，还包括用于与所述块电连接并感测其电阻的电路。
10.根据权利要求9所述的压敏器件，其特征在于，所述电路被建立以产生代表所述电阻的信号。
11.根据权利要求10所述的压敏器件，其特征在于，所述电路还包括一个用于无线发射所述信号的发射器。
12.根据权利要求9所述的压敏器件，其特征在于，所述电路包括与所述压敏器件串联的参考电阻(Rr)、连接所述参考电阻(Rr)和压敏器件的具有参考电压(Er)的电源、以及并联在所述分压电阻两端测量其电压值的电压传感器。
13.根据权利要求1所述的压敏器件，其特征在于，所述坐垫的材料可以根据施加的压力和坐垫的压缩量之间的预定义的关系进行选择。
14.一种平坦的织物，其特征在于，具有填充材料，所述填充材料具有多个内部空间，在每个内部空间填充有依照权利要求1-12任一项所述的压敏器件，并带有允许对每一所述压敏器件的电阻进行测量的电接线。
15.一种用于制造含有空间的压敏器件的方法，其特征在于，在所述空间中设置导电的簇合纤维块，并提供允许测量所述纤维块的电阻的电接线。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括引入导电溶液至绝缘簇合纤维块以形成导电的、簇合纤维块。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述溶液包含导电涂料。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述溶液为被稀释剂稀释的导电涂料。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述导电涂料与所述稀释剂的比例为1份兑3份。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述纤维块通过浸入所述溶液中进行处理。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述纤维块通过浸入所述溶液中5-10分钟，然后进行固化处理。
22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，测量所述纤维块的电阻的电接线通过在所述空间的开口处设置绝缘覆盖物，并在所述覆盖物朝向所述空间的一面上设置导电轨迹，来实现与所述纤维块的电接线。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述导电轨迹通过印刷引入到所述覆盖物上。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述导电轨迹通过连接元件连接到外部控制电路；所述外部控制电路包括灯开关控制电路、车辆调整开关控制电路、电视开关控制电路、和/或娱乐中心开关控制电路。
全文摘要
一种压敏器件，由簇合的称作“纤维填料”的纤维材料构成。所述材料在不影响其簇合特性的情况下，通过引入导电液体做成具有导电性。簇合材料有很大范围的被压缩能力，并伴随有连续改变的电导率。通过放置导电性的纤维填料在电路中，使感测随纤维填料受到的压缩量而改变的电阻成为可能。因此具有感测大范围的压力的能力。
文档编号G01L1/20GK1884987SQ20061009244
公开日2006年12月27日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者安德鲁·R·费博, 安东尼·真泰尔, 约翰·真泰尔, 泰伦斯·Z·凯泽曼, 翁少豪 申请人:天之音公司