具有电容传感器的机械应力检测装置，检测装置组和具有电容传感器的触点定位装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有电容传感器的机械应力检测装置。本发明也涉及一种具有电 容传感器的应力检测装置组，以及一种具有这种检测装置组的定位触敏表面上的触点位置 的触点定位装置。
[0002] 涉及的应用是使用传感器用于提供触敏，不管什么样的表面，不管其是什么材料 (木料、玻璃、塑料、灰泥涂层等等），也不管其是什么形状（平的或凹凸不平的）。
【背景技术】
[0003] 目前，所用技术主要是在表面上展开电容性膜片，使之触敏，或围绕该表面布置红 外线框。前者，在表面上展开一个塑料薄膜，其中，蚀刻有电路，其连接于一个估算部件。在 手指触及时，测得的电容产生局部干扰，从而可定位触点。但是，这种技术影响布有电路的 膜片展开在其上的表面的穿透率，这种塑料薄膜展开在凹凸不平的表面上可能会出现问 题。后者，红外线框由收发红外电致发光二极管组成，其分别相对于水平线和垂线布置，以 产生表面的栅格图形。当手指或任何其他物体切断水平和垂直光束时，使之定位。但是，这 种技术对日光非常敏感，日光充满红外线，如同周围环境（污物）那样。另外，表面必须呈 平面。此外，在前述两种情况下，成本高，且随待触敏表面的尺寸而快速提高。
[0004] 因此，另一个解决办法是在待触敏表面上布置一定数量的机械应力检测装置而不 管其尺寸如何，应用以在触及时对每个检测装置分别施加的应力的测量为基础的方法，通 过重心计算，得出触点定位。这种方法例如在专利US3657475中提出。相对于一条轴线进行 一维触点定位，需要最少两个检测装置。进行二维定位需要最少三个检测装置，也就是说， 四个检测装置布置于一个矩形表面的四角，以良好的检测装置组的稳定性可获得令人满意 的测量结果。
[0005] 专利US3657475提出四个传感器在一个触敏表面的四角布置于一个固定支承件 与该表面之间。这些传感器是应力计或压电传感器。一方面，其必须承受触敏表面的自重， 另一方面，对触及的作用力或压力加上该触敏表面的重量保持敏感。因此，触及力相对于表 面的重量不能太小，以便不出现灵敏度和精度问题。另外，该文献中使用的传感器相当昂 贵，特别是压电传感器对温度变化敏感。因此，更确切地说，本发明涉及具有电容传感器的 机械应力检测装置。
[0006] 专利US7148882 B2中提出一种具有电容传感器的机械应力检测装置，其由两个彼 此保持一定距离的电极构成。电容传感器定位在待触敏表面之下，通过一个与上电极相连 的点连接件与之保持接触。触及表面，使两个电极靠近，从而改变电容值。在触及传感器、 使之在触及中断时恢复初始位置的情况下，是上电极的弹性变形改变电容。这种传感器的 缺陷是其面对触敏表面的重量易损。实际上，表面重量越大，上电极的刚度系数越大，传感 器对触及力越不敏感。因此，一个解决办法是作用于表面的重量，使之轻便，尽可能增大传 感器的灵敏度。但是，当目的之一与触敏表面的构成材料的选择无关时，这个解决办法不令 人满意。
[0007] 专利EP1350080 BI也提出一种具有电极的电容传感器，所述电极由一种电介质分 开，但是，是电介质具有弹性，使传感器在不触及的情况下恢复初始位置。因此，更确切地 说，该文献中提出的电容传感器具有一个第一电极、一个第二电极、一种弹性电介质和一些 测量装置，所述第一电极具有一个第一主表面，所述第二电极具有一个第二主表面，其布置 成相对于第一电极的第一主表面，所述弹性电介质布置在第一电极的第一主表面与第二电 极的第二主表面之间，所述测量装置测量两个电极的端子的电容。因此，这种电容传感器由 一个扁平电容器构成，其两个扁平电极之间的距离使其可变电容随在其两个电极之一上施 加的作用力或压力而变化。但是，这种传感器在文献EP1350080 Bl中用于车辆称重，即在 待测量应力比接触面的重量大得多的情况下使用。
[0008] 在对触及敏感的触敏表面的情况下，这种传感器可能存在前述灵敏度或精度的问 题。实际上，在不存在任何触及对触敏表面因而对传感器本身施加应力的情况下，尽管如 此，传感器仍必须承受触敏表面的一部分自重，其相对于检测触及来说往往是不可忽略的。 这相应地会缩小可测值的范围。前述解决办法在于减轻触敏表面的重量，这显然是不令人 满意的。
[0009] 另外，电容传感器测得的应力在其表面正常。因此，其取决于倾斜度，使用中，如果 电容传感器布置在其上的触敏表面改变倾斜度，那么，倾斜度可能变化很大。
[0010] 最后，在振动情况下，产生惯性力，影响传感器的测量结果。
[0011] 因此，理想的是采用一种至少可解决一部分前述问题和克服前述限制条件的具有 电容传感器的机械应力检测装置。
【发明内容】
[0012] 因此，本发明提出一种具有电容传感器的机械应力检测装置，其具有：
[0013] -第一电极，其具有一个第一主表面，
[0014] -第二电极，其具有一个第二主表面，所述第二主表面布置成相对着第一电极的第 一主表面，
[0015] -弹性电介质，其布置在第一电极的第一主表面与第二电极的第二主表面之间，以 及
[0016] -测量装置，其测量第一电极和第二电极两个电极的端子的电容，机械应力检测装 置还具有机械应力补偿装置，其中，机械应力补偿器的固定部分与所述第一电极和第二电 极之一连在一起，相对于固定部分活动的机械应力补偿器的活动部分配有可调配重，活动 部分与所述第一电极和第二电极中的另一个电极连在一起。
[0017] 因此，与电容传感器的两个电极之一连接的配重机构允许调节地补偿可能施加在 该电极上的一些机械应力。因此，尤其可补偿具有电容传感器的检测装置被布置挨靠的触 敏表面的自重，从而提高其触及灵敏度。但是另外，这种机构还使传感器防止振动或倾斜度 的改变，因而提高其测量结果的精度。
[0018] 可选地，活动部分围绕固定部分的轴在转动方面是活动的，且活动部分具有：
[0019] -第一摆臂部分，第一摆臂部分的一端用于与触敏表面接触，以及
[0020] -第二配重臂部分，其具有可调配重，该第二配重臂部分相对于第一摆臂部分延伸 在固定部分的轴的另一侧。
[0021] 也是可选地，可调配重具有：
[0022] -杆部，其一部分具有螺纹，
[0023] -质量体，其由螺旋连接件固定于该杆部，以及
[0024] -调节端头，通过驱动杆部围绕其轴线旋转，调节端头允许将质量体沿杆部移动， 以便使质量体通过滑动接近或远离固定部分的轴。
[0025] 也是可选地，调节端头具有受控电动机。
[0026] 也是可选地，弹性电介质材料包括聚硅酮或聚氨酯。
[0027] 也是可选地，第一电极和第二电极两个电极呈圆柱形，具有圆形横截面，相对于彼 此同轴地加以布置，相对的两个主表面为平面。
[0028] 也是可选地，本发明的机械应力检测装置还可具有估算部件，其根据测得的电容 估算施加在两个电极之一上的应力。
[0029] 本发明也提出机械应力检测装置组，其具有：
[0030] -多个本发明的机械应力检测装置，
[0031] -信号处理电子模块，其处理来自多个机械应力检测装置的信号，以及
[0032] -有线或无线的信号传输装置，其从每个检测装置向信号处理电子模块传输信号。
[0033] 本发明也提出一种定位触及表面上的触点位置的触点定位装置，其具有：
[0034] -本发明的机械应力检测装置组，
[0035] -触敏表面，所述机械应力检测装置组的检测装置挨靠触敏表面布置，所述机械应 力检测装置组的机械应力补偿器的活动部分与触敏表面接触，以及
[0036] -定位触敏表面上的触点位置的触点定位部件，其借助于所述机械应力检测装置 组的信号处理电子模块，处理借助由机械应力检测装置提供的信号估算出的应力，进行触 点定位。
[0037] 可选地，触敏表面具有条带，条带中呈线性分布可激活的光源，所述触点定位装置 具有：
[0038] -机械应力检测装置，其布置在条带的每个端部，以及
[0039] -光源的选择装置，其利用触点定位选择光源。
【附图说明】
[0040] 借助于下面仅作为例子给出、参照附图所作的说明，本发明将得到更好的理解，附 图如下：
[0041] -图1以剖面图示意地示出根据本发明的一实施方式的机械应力检测装置的一 般结构；
[0042] 一图2以剖面图示意地示出图1的检测装置的电容传感器的一个实施变型的一般 结构；
[0043] -图3示意地示出根据本发明第一实施方式的定位触敏表面上的触点位置的触 点定位装置的一般结构；
[0044] -图4示意地示出根据本发明第二实施方式的定位触敏表面上的触点位置的触 点定位装置的一般结构；以及
[0045] -图5示出由图3和4所示装置中一个或另一个装置使用的触点定位方法的连续 步骤。
【具体实施方式】
[0046] 图1示意地示出的机械应力检测装置具有电容传感器10,电容传感器具有第一电 极12,第一电极12具有第一主表面14。电容传感器具有第二电极16,第二电极16具有第 二主表面18,第二主表面18布置成相对着第一电极12的第一主表面14。电容传感器具有 弹性电介质20,弹性电介质20例如是聚硅酮或聚氨酯的，弹性电介质20在第一电极12的 第一主表面14与第二电极16的第二主表面18之间延伸。该弹性电介质20主要起两个作 用。第一个作用是隔离彼此相对的两个主表面14和18。第二个作用是构成复位件，在应 力施加于两个电极之一时复位件压缩，在不存在应力时复位件恢复初始息止位置。最后，电 容传感器 10具有测量装置22、24,其测量两个电极12和16的端子的电容。这些测量装置 22、2