[发明专利]外部耦合传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种外部耦合传感器设备和感测方法。更具体地，但非排它地，本发明涉及一种用于感测电介质弹性体传感器上的位置或接近、接触和/或压力的装置和方法。

背景技术

现有技术的电介质弹性体(DE)装置通过将软电介质膜10(通常为硅树脂或丙烯酸弹性体材料)夹在两个柔性电极11a、11b之间构成，如图1所示。这些装置可以用作致动器、发电机或传感器。

例如，在张力(平面方向上)或压缩(贯穿平面方向上)作用下的电介质弹性体传感器的几何变化使得装置的膜和电极变形，引起传感器的总电容和电阻的变化，所述传感器的总电容和电阻可以用于推断有用的感测信息，例如应变或力。因此，此类电介质弹性体传感器装置以前曾用作拉伸传感器。

国际专利公开号WO 2010/095960和WO 2012/053906公开了现有技术的电介质弹性体感测装置和方法的实例。

此类电介质弹性体感测装置和方法的限制在于它们假定或要求电介质弹性体装置基本上均匀地变形。现有技术的装置和方法不能提供任何位置信息。也就是说，它们不能够确定力的精确位置或确定使得装置变形的外部物体的接触点。

第二个限制是，虽然测量一个DE的电容相对简单，但每个传感器必须结合一对电缆和询问电子器件。这增加了外围电路的复杂性，增加了传感器干扰和串扰的机会。多个通道还会降低软件处理速度，因为可以适应DE的高的电极电阻的电容感测算法通常是计算密集的。所提出的各种解决方案，诸如模拟多路复用器、解码器、硬件处理和电容到数字脉冲串转换器的阵列，无法使得所述方法适度简单。

发明目的

本发明的目的是提供一种克服或至少改善现有技术的一个或多个缺点，或者可替代地，至少为公众提供有用选择的电介质弹性体装置和/或方法。

本发明的另一个目的是提供一种电介质弹性体装置和/或一种允许单个DE传感器用作多个传感器和/或感测外部耦合的位置的方法。

本发明的其它目的将从下面的描述中变得显而易见。

发明内容

在第一方面中，本发明广义上可以说是包括一种传感器设备，其包含：

电介质弹性体装置，其包含电介质材料层和在所述电介质层的相对侧上的一对导电电极；

电源，其与所述电极耦合以在所述电极之间施加刺激信号，所述刺激信号包含具有不同频率的两个或更多个刺激分量；

传感器，其与所述电极耦合以获得指示所述电介质弹性体装置的频率响应的感测信号；以及

处理器，其与所述传感器耦合以接收所述感测信号，并且被配置为至少部分地基于所述电介质弹性体装置的频率响应来检测与所述电介质弹性体装置的外部耦合。

外部耦合可以包含机械耦合和/或电耦合。更具体地，外部耦合可以包含引起影响其内部电容的所述电介质弹性体装置的变形的机械耦合，或者借助于例如人手指的接触或接近的外部电容的耦合。

优选地，所述处理器被配置为检测所述耦合的条件、程度和位置中的至少一者，更优选地检测其中两者或更多者。

优选地，两个或更多个刺激分量中的至少一者至少部分地被所述电介质弹性体装置衰减。衰减的刺激分量被电极的分布电阻以及电极之间的分布电容的组合效应衰减，这些电极的分布电阻以及电极之间的分布电容一起充当低通滤波器。更优选地，两个或更多个刺激分量中的至少一者不被电极衰减。适当频率的选择将取决于所述电介质层和电极的设计，反之亦然。

优选地，所述处理器被配置为处理所述感测信号以识别所述感测信号的两个或更多个感测分量，每个感测分量可归因于刺激信号的两个或更多个不同刺激分量中的一者。

优选地，所述处理器被配置为对所述感测信号实施傅里叶变换，以识别与两个或更多个刺激分量相对应的两个或更多个感测分量。

可替代地，所述处理器可以包含被配置为识别所述两个或更多个感测分量的一个或多个滤波器。

优选地，所述处理器被配置为至少部分地基于相应的感测分量针对两个或更多个感测分量中的每一者计算所述电介质弹性体装置的电容。由对应于所述至少一个衰减的刺激分量的感测分量计算出的电容指示所述电介质弹性体装置的电极的一部分之间的电容，而从对应于未衰减的刺激分量的感测分量计算出的电容指示所述电介质弹性体装置的电极之间的总电容。电极的所述部分接近电源和传感器所耦合的电极的端子。

优选地，所述刺激信号包括周期性脉冲。

可替代地，所述刺激信号可包含其包含两个或更多个不同频率分量的非正弦波形，例如方波、三角波或锯齿波。