Тактильный чувствительный элемент Советский патент 1993 года по МПК G01L9/02 

ЗС

00

о

00

ю

со

Изобретение касается тактильного чувствительного элемента.

Цель изобретения - усовершенствование тактильного датчика, чтобы при простой конструкции наряду с определением места можно было бы также замерить с большой точностью величину давления.

На фиг, 1 изображен разрез ча.сти чувствительного элемента; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез, соответствующий фиг. 2, при воздействии давления на чувствительный элемент, первый вариант выполнения; на фиг. 5 - разрез чувствительного элемента, второй вариант выполнения; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 5; на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 5; на фиг. 9 - разрез Е-Е на фиг, 5 (вторая форма выполнения датчика); на фиг. 10 - вертикальный разрез, третий вариант выполнения чувствительного элемента; на фиг. 11 - разрез Ж-Ж на фиг. 10; на фиг. 12 - разрез 3-3 на фиг. 10; на фиг, 13 - вертикальный разрез чувствительного элемента, четвертый вариант выполнения; на фиг. 14 - вертикальный разрез чувствительного элемента, пятый вариант выполнения; на фиг. 15 - разрез И-Й на фиг. 14; на фиг. 16 - разрез К-К на фиг. 14; на фиг. 17 - вид сверху на панель, имеющую резистивные дорожки по шестому варианту выполнения; на фиг. 18 - разрез Л-Л на фиг. 17; на фиг. 19 - вид сверху на панель, имеющую проводящие дорожки по шестому варианту выполнения; на фиг. 20 - разрез M-М на фиг. 19; на фиг. 21 - вертикальный разрез чувствительного элемента по шестому варианту выполнения.

На пленочной подложке 1, которая состоит из электрически непроводящего материала, расположены три проводящие дорожки 2А, 2В, 2С в форме полос из пленки из резистивного материала. Полосы 2А, 2В, 2С проходят на расстоянии друг от друга и параллельно друг другу, тем самым они изолированы друг от друга в электрическом отношении. Три проводящие дорожки 2 соответственно с левой стороны соединены друг с другом, имея совместное подсоединение 0. На правой стороне предусмотрено для каждой проводящей дорожки отдельное электрическое подсоединение А 1, А2, A3. Путем измерения падения напряжения между соединением 0 с одной стороны и подсоединениями А1, А2, A3 с другой стороны или путем измерения тока, протекающего через подсоединения А1, А2. A3, является возможным зарегистрировать соответствующее электрическое сопротивление проводящих дорожек 2. Если датчик давления не нагружен давлением, то электрические сопротивления проводящих дорожек 2А, 2В, 2С равны друг другу.

Над проводящими дорожками 2А, 2В, 2С, перекрещивая под прямым углом проводящие дорожки 2, проходят три электрических плоских проводящих дорожки ЗА, 3В, ЗС, расположенные на расстоянии друг от друга и электроизолированно друг от друга. Каждая проводящая дорожка 3 соединена с

подсоединением a, b и с.

Эти проводящие дорожки расположены на плоской, неэлектропроводной последующей пленке 4. Проводящие дорожки 3 состоят из хорошо проводящего электрического материала, который, например, намыляется на пленку 4,

В каждом месте перекрещивания между проводящей дорожкой 2А, 2В, 2С с проводящей дорожкой ЗА, 3В, ЗС проводящие дорожки 2А, 2В, 2С, выполненные из упругой пленки,изогнуты выпукло в направлении соответствующей проводящей дорожки ЗА, 3В, ЗС. Далее последующая пленка 4 в каждом месте перекрещивания имеет ниппель 5, который входит в соответствующее углубление 6 на каждой части выпукло-изогнутой поверхности 7. В области каждого ниппеля проводящие дорожки 3 имеют выемка Ниппели 5, как показано на фиг; 2 и 3, держат проводящие дорожки 3 на незначительном расстоянии относительно поверхности проводящих дорожек 2.

Когда чувствительный элемент испытывает воздействие давления, например, с помощью штифта 8, то возникают, например, условия в соответствии с фиг. 4. При этом п роводящая дорожка 3 В, которая состоит из металла, входит в плоский контакт с проводящей дорожкой 2А, состоящей из резистивного материала, и при этом шунтирует ее по длине X. Омическое сопротивление проводящей дорожки 2А, измеренное между подсоединительными точками О и А1, тем

самым определяется общей длиной дорожки 2А за вычетом длины X. Далее проводящая дорожка 3В принимает потенциал, который соответствует половине разности потенциалов между подсоединительными

точками 0 и А1 и который возникает в подсоединении Ь. Благодаря потенциалу, возникающему в подсоединении b и за счет падения сопротивления между подсоединениями 0 и А1 или за счет увеличения тока,

протекающего через подсоединение А1, можно определить место, в котором штифт 8 оказывает воздействие на сенсор, а именно ячейку 10, где перекрещиваются проводники 3В и 2А. Речь идет при этом о верхней средней ячейке в соответствии с фиг. 1.

Величина давления, оказываемого штифтом 8, определяет деформацию выпукло-изогнутой области проводящей дорожки 2 каждой ячейки 10. Эта деформация примерно пропорциональна давлению и тем самым примерно пропорциональна длине X, на которой дорожки 2 и 3 прилегают друг к другу. Тем самым падение сопротивления, вызванное длиной X в дорожке 2, определяет величину оказываемого давления.

В примере выполнения в соответствии с фиг. 5 и 9 на подложке 1 расположены в двух- или трехмерно выпукло-изогнутые круглые проводники 2Д (см. фиг. 8), которые выполнены из резистивного материала и которые в вертикальном направлении соединены друг с другом с проводящим участком 11 из материала, обладающего хорошей электропроводностью. Они имеют выпукло- изогнутую поверхность 7. Выше этого жесткого проводника 2Д натянута эластичная пленка 12, которая на своей нижней стороне имеет проводники ЗД круглой формы, лежащие напротив проводников 2Д, из хорошо проводящего материала (см. фиг. 9), которые, например, напылены на пленку 12.

На пленке 4 расположены изогнутые выпукло проводники 2Д напротив проводников 2Д, при этом проводники 2Д также состоят из резистивного материала и в горизонтальном направлении соединены друг с другом с помощью проводящих участков 9 (см. фиг. 6). Они имеют изогнутую вогнуто поверхность 7А. Напротив них на поверхности плекки 12 соответственно расположены два круглых проводника ЗЕ, электрически разделенные друг с другом, состоящие из хорошо проводящего электричество материала, острые концы которых направлены против друг друга. Поддерживается пленка 12Т на пленки 1 и 4 с помощью заклепок 15. Проводники 2Д с проводящими участками 11 образуют в каждом случае проходящие вертикально проводящие дорожки, в то время как проводники 2Е с проводящими участками 9 образуют проходящие горизонтально дорожки, которые в основном состоят из резистивного материала и значение сопротивления которых регистрируется.

Когда давление действует на эластичную пленку 4, эластичная пленка 12 пропорционально давлению прижимается над поверхностью 7 к поверхности 7А, причем проводящие дорожки 3 и ЗЕ обуславливают пропорциональное давление шунтирования в проводниках 2Д и 2Е, состоящих из резистивного материала. Обусловленное тем самым измерение сопротивления дает возможность определить давление по месту и величине.

В примере выполнения в соответствии с фиг, 5-9 проводники 2Д и 2Е, которые соответственно расположены и соединяются последовательно так, чтобы можно было 5 определить место и величину воздействия давления с измерением сопротивления последовательной схемы в горизонтальном и вертикальном направлениях.

В примерах выполнения в соответствии

0 с фиг. 10-12, которые по существу соответствуют примерам выполнения фиг. 5-9. соединения для фиг. 10 предусмотрены для каждого проводника 2Д, благодаря чему хотя и повышается количество подсоедине5 ний, однако в этом случае становится возможным определить величину давления в каждой отдельной ячейке 10. В соответствии с фиг. 10 в горизонтальном направлении не предусмотрено никаких отдельных про0 водников 2Е, а они выполнены целыми, . сквозными, так что можно исключить проводящие участки 9.

В примере выполнения в соответствии с фиг. 13 проводники 2Д, состоящие из ре5 зистивного материала, также сделаны жесткими. Проводники ЗД, состоящие из хорошо проводящего материала, расположены на эластичной пленке 22, которая в зависимости от давления Р от точки X до

0 точки Z прижимается к вогнутой поверхности 7, за счет чего проводник ЗД шунтирует участок X у проводника 2Д. Такой чувствительный элемент дает возможность регистрации места воздействия давления и его

5 величины в одном направлении координат. Для второй, проходящей перпендикулярно первой координаты применяется второй вмонтированный одновременно датчик, по-, вернуты.й по отношению к первому на 90°.

0 Чувствительный элемент, представленный на фиг. 13, также пригоден в качестве изменяемою сопротивления, чтобы его можно было применить в качестве датчика пути. В примере выполнения в соответствии

5 с фиг. 14-16, которые по своей конструкции соответствуют представленным на фиг. 10- 12, предусмотрены в пленке 12 в каждой измерительной ячейке измерительные полоски 16, каждая из которых имеет подсое0 динения 17, что дает возможность замерять в каждой ячейке 10 действующее там давление.

В примере выполнения в соответствии с фиг, 17-21 пленку 1, состоящую из двух

5 слоев, располагают на подложке 13, пленка при этом на своей верхней стороне несет проводящие дорожки 2F из резистивного материала. Каждая проводящая дорожка 2F имеет четыре прямолинейных проводящих

участка 18, причем соседние проводящие

участки 18 проходят перпендикулярно по отношению друг к другу. Оба конца каждой проводящей дорожки 2F имеют электрическое подсоединение с проводами 19, которые проходят между обоими слоями пленки 1 и состоят из хорошо электропроводящего материала.

На пленке 1 расположена эластичная пленка 22. Эта пленка 22 в зоне прямых проводящих участков 18 имеет выпуклые участки поверхности 7, которые соответственно покрыты проводящей дорожкой 3F из хорошо проводящего материала. Выпуклые участки поверхности 7 имеют круглую форму. Между выпуклыми участками поверхности 7 предусмотрены дистанционные перемычки 20. В центре каждой проводящей дорожки 2F в пленке 1 и подложке 13 расположено отверстие 21, в которое входит ниппель 23 упругой пленки 22, имеющий утолщенную головку, Таким образом получается соединение между пленкой 22 и подложкой 13. В каждом случае проводящая дорожка в соединении с выпуклыми участками поверхности 7, которые соответственно открыты проводящей дорожкой 3F, представляет собой ячейку 10.

Когда неэластичную пленку 22 воздействует давление, то выпуклая часть поверхности 7 прижимается к пленке 1, причем проводящие дорожки 3F почти пропорцио- нально давлению шунтируют проводящие участки 18 проводящей дорожки 2F и тем самым изменяют сопротивление ячейки 10, замеренное в местах подсоединений 19, т.е. снижают его. Формула изобретения

1. Тактильный чувствительный элемент, содержащий по крайней мере две панели из диэлектрического материала, расположенные одна над другой, по крайней мере одна из которых выполнена эластичной, первую и вторую группы дорожек, размещенных .между панелями, причем дорожки одной из групп выполнены плоскими, одна группа дорожек установлена перпендикулярно другой с образованием множества ячеек в. местах их пересечения, дорожки первой группы закреплены на одной панели и установлены через интервал параллельно одна другой,

дорожки второй группы закреплены на другой панели и установлены через интервал параллельно одна другой, а дорожки одной из групп выполнены из электропроводного материала, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности измерения, другая группа дорожек выполнена из элект- рорезистивного материала, а эластичная па- нель в местах установки дорожек выполнена выпуклой, при этом дорожки,

размещенные на выпуклых участках панели, выполнены выпуклыми,

2. Элемент поп.1,отличающий- с я тем, что дорожки, установленные на выпуклых поверхностях эластичной панели, выполнены из электропроводного материала.

3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что дорожки из электропроводного материала первой группы выполнены в виде

полусфер, установленных с интервалом одна относительно другой в два ряда и закреплены на полусферах, выполненных на .эластичной панели, а дорожки второй груп- пы выполнены в виде проводящих линейных

участков из электрорезистивного материала, при этом каждая ячейка состоит из четырех полусфер дорожки первой группы и четырех линейных участков второй группы дорожек, расположённых под прямым углом друг к другу и соединенных между собой, причем каждый участок размещен напротив линии, проходящей через центр полусферы, а полусферы из электропроводного материала первой группы дорожек соединены электропроводными перемычками.

4. Элемент по п. 3, отличающий- с я тем, что в центре каждой ячейки на панели из эластичного материала выполнен ниппель, размещенный в отверстии, выполненном на другой панели.

ио

ао Фиг.1

Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: в тактильном чувствительном элементе на пленочной подложке 1 размещена проводящая дорожка 2А из резистивного электрического материала, который выполнен упругим. В местах перекрещивания хорошо электропроводных проводящих дорожек ЗА, 3В, ЗС, которые размещены на последующей упругой пленке 4, проводящая дорожка 2А имеет . равномерно выпукло-изогнутую поверхность 7, Если оказывается давление на последующую пленку 4, тогда выпуклая поверхность 7 проводящей дорожки 2А деформируется в зоне оказывания давления, в результате в этой зоне одна из хорошо электропроводящих дорожек 3В прижимается к проводящей дорожке 2А на зависимой от давления длине участка, общее сопротивление проводящей дорожки 2А изменяется в зависимости от давления. Путем измерения этого общего сопротивления и потенциала хорошо электропроводящих дорожек ЗА, 3В, ЗС становится возможным определить возникновение давления по месту и величине. 3 з.п. ф-лы, 21 ил. Ё

Ц б-б . -f

-- s

к &$$Ј2

ifi Jj 111 Л|Јчj Ai rt Pitit fJrt Л 1 j j j 3 i Я11 ijjv I J4 .

ухху лх лхх лхч-ччуу ;у1лх% У лхлх I

/ / 7 /

/ l. 6 7 26

Фиг.З

2C

Фиг. 8

Фи г. &

&ue.f8

Фие.20

e.2f