平面傳感器及其制造方法
【專利摘要】一種用于電場感測的具有導體圖案的平面傳感器及其制造方法，所述平面傳感器包括平面導電傳感器區域(2)陣列和導體，所述平面導電傳感器區域設置為沿縱向方向以接連的方式相互跟隨，所述導體將導電傳感器區域連接到至少一個連接器，其中所述傳感器還包括第一彈性地板層(3)和以下中的至少一個：第二彈性地板層(4)或柔性電路板，以及導電傳感器區域(2)和導體在第一彈性地板層(3)和第二彈性地板層(4)之間或在第一彈性地板層(3)和柔性電路板之間連接，以形成整體的地板傳感器結構。
【專利說明】平面傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及平面傳感器及其制造方法。本發明特別涉及一種作為地板傳感器運行并且具有用于電場感測的導體圖案的平面傳感器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]近場成像用于監視，例如，房間設施內人的移動。近場成像系統用于安裝于地板的平面傳感器，通過測量由導電物體(例如，人)引起的阻抗變化來獲取關于人的位置和狀態的信息。這樣的裝置可適用于許多應用，例如，用于敬老院等以觀察老年人，或用于機場以監視乘客的移動。
[0003]在W02005020171中描述了一種這樣的近場成像相關的平面感測系統，其特別適于養老院監視。除此之外，這樣的系統可以用于監視已經跌倒的療養院住戶的生命體征等。地板傳感器發送住戶的位置，呼吸頻率和脈搏到護士室監視器。所述系統的最核心部件是覆蓋整個公寓地板的傳感器。所述傳感器安裝在地板遮蓋物下方。所述傳感器具有由金屬和石墨染料制成的印刷圖案。這種傳感器可以安裝在傳統的地板涂層結構(例如鑲木地板或塑料墊)下方。
[0004]此外，W02006003245和W02008068387公開了傳感器結構，其中所述傳感器是網狀的，并且包括在同一平面上的若干接連導電區域。根據同一平面上的相鄰導電區域之間的電容變化，跟蹤傳感器上的物體(例如，人)。
[0005]導電區域通常是金屬，并且它們可以形成在作為襯底(例如，印刷層，層壓層，蝕刻層或箔)的柔性電路板上。如W02008068387A1所描述的，所述金屬通常是鋁或銅，并且導電區域通過各自的連接線連接到控制靠近傳感器的電子控制單元的系統。
[0006]現有技術的地板傳感器系統的問題是，傳感器與地板獨立安裝，S卩，首先傳感器安裝在地面上，然后在傳感器上安裝地板。傳感器和地板的獨立安裝是耗時和復雜的。現有技術的傳感器系統的另一問題是，傳感器導體和連接電纜之間復雜的接觸布置。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是實現一種全新的作為地板傳感器運行的平面傳感器及其制造方法。
[0008]本發明的基本構思是將平面傳感器和地板整合為整體的地板傳感器結構，并且在連續過程中制造該整體結構。在本發明中，所述導電傳感器區域與導體和地板附接在一起。
[0009]本發明使得可以將所述傳感器作為整體集成傳感器地板單元來安裝，這使得安裝非常簡單。此外，由于剝離區域，所述傳感器導體和連接電纜之間的電氣連接也是容易的。
[0010]在本發明的優選實施例中，所述地板層設有剝離區域或條紋。
[0011]在本發明的優選實施例中，所述導電傳感器區域和導體嵌入在所述地板內的不同地板層之間。這樣，在安裝和使用期間可以很好地保護所述傳感器區域和導體以免受到機械損壞。[0012]在本發明的優選實施例中，在地板層與所述導電區域和導體之間使用保護膜。
[0013]在本發明的優選實施例中，所述導電區域和導體設置在彈性電路板上。
[0014]在本發明的優選實施例中，所述地板層和所述導電區域和導體層在連續的卷對卷(roll-to-roll)過程中層壓在一起。
[0015]在本發明的優選實施例中，在連續的擠壓過程中制造所述地板傳感器。
[0016]在所附有關平面傳感器及其制造方法的獨立權利要求中詳細限定了本發明，而在從屬權利要求中描述了本發明的優選實施例。
[0017]在優選實施例中，通常蝕刻到傳感器電路板的導線(例如，傳感器墊片的銅導線)，被替換為導電材料(例如，碳質涂料)。這樣，所述制造過程變得更加容易，并且當所述地板包括分離的層時，所述導體可以，例如，通過直接涂繪在上層地板層的底面上來施加。因此，在這個實施例中不需要傳感器電路板。
[0018]此外，這里提出的傳感器結構還可以具有以下特征:所述集成傳感器結構可以在網的沿著縱向方向上的任意位置進行切割，并且切斷的傳感器層壓材料將形成功能性實體，最多為傳感器計數不起過與切割邊緣相交的導體的數量。因此，在制造過程中，傳感器網的結構對于在給定的應用或要組裝的系統特定的傳感器網中所需的導電區域的數量是不敏感的。
[0019]所述集成傳感器結構優選是網狀形式的。所述地板通常具有1-10_(甚至更多)的厚度，并且由塑料地板覆蓋材料或這種材料的組合構成。因此，所述地板可以具有若干層，并且這些層可以由不同的材料制成。所述地板是柔性的，以與其所處的其他表面相符
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[0020]除了 一層結構之外，所述地板可以包括彼此附接的多個層。
[0021]所述導電區域包括導電材料，并且所述導電區域可以是，例如，但不限于:印刷層、涂覆層、蒸鍍層、電鍍層、濺射層、層壓箔、蝕刻層、箔或纖維層。所述導電區域可以包括導電性碳、金屬層、金屬粒子或纖維或導電聚合物(例如，聚乙炔、聚苯胺或聚吡咯)。用于形成導電區域的金屬包含例如鋁、銅和銀。導電性碳可以混合在介質中，以便制造墨水或涂層。相同的導電材料還適用于導體。用于形成導電區域的適用技術包括:例如，蝕刻或絲網印刷(平板或旋轉)、凹版印刷、膠版印刷、彈性凸版印刷、噴墨印刷、靜電攝影、電鍍和化學鍍。
[0022]用于感測的每個導電區域與在導電區域和輸出之間形成導電路徑的導體連接。所述導體可以形成一組平行的導體，其中的每個導體都適于加入。當一個導體加入組中時，組中其他導體中的每個導體為加入的導體讓出空間，使得所述導體不會彼此相交。導體組沿基板的縱向方向前進。
[0023]上述原理，就所述導電區域和導體圖案而言，可以通過不同的方式來實現，如W02008068387中所描述的。
[0024]所述傳感器網包括包含接連和/或順序的導電區及其導體的重復圖案。例如，一個圖案可由五個接連的導電區域及其導體形成。上述圖案是在網的整個長度上重復的。
[0025]網中的接連導電區域1-N的數量由設置為沿網方向行進的導體線的總數限定。一般地，導體的數量沿網保持恒定，這意味著當新的導體適于加入接連導體的組并且所述組中的其它導體適于為所述加入的導體讓出空間時，所述組的另一側的最外面的導體的行進終止。因此，接連導電區域的總重復圖案由平行導體線的總數限定。可根據給定應用自由選擇該數量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發明，其中:
[0027]圖la，lb，2a，2b，3a，3b，4a和4b示出了用于監視導電物體的傳感器的頂視圖，
[0028]圖5a和5b示出了傳感器網及其橫截面圖，以及
[0029]圖6a和6b示出了兩種制造方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]本發明基于這樣一種構思，S卩，將平面傳感器和地板整合為整體的地板傳感器結構，并且在連續制造過程中制造所述整體結構。所述平面傳感器是薄的且具有10-100 μ m的厚度，從而所述地板基本上是較厚的且具有1-1Omm的厚度。此外，所述地板層設置有剝離區域。
[0031]圖1b示出了用于監視導電物體(例如，人在地板上的移動和位置)的地板傳感器W1。所述傳感器網Wl包括若干個，在圖1b中為兩個，相同的平行傳感器網單元Wll，W12,根據圖la，所述傳感器網單元包括接連的導電區域11。導體12將所述導電區域11連接到輸出端13。輸出端13設置有連接器。所述平行導體12線性延伸，并且與網的縱向方向LD形成角α。
[0032]所述傳感器網Wl還設置有橫向剝離區域S11，其具有例如IO-1OOmm的寬度。剝離區域可以位于導電區域之間的傳感器膜上或兩側。在這些區域中，最上面的地板表面沒有附接到彈性電路板或位于其下面的地板層，并且可以很容易地剝離下來，從而使得所述傳感器和連接電纜之間的電氣連接更加容易。
[0033]圖2b示出了傳感器網的另一可能的布局。所述傳感器網W2包括相同的平行傳感器網單元W21，W22，根據圖2a，所述傳感器網單元包括接連的導電區域21。連接上排的導電區域21和左手側的輸出端23的導體22與連接下排的導電區域21和右手側的輸出端23的導體23平行。平行的導體22線性延伸，并且與網W的縱向方向LD形成一個角度。所述傳感器還包括剝離區域S2。
[0034]圖3b示出了傳感器網的另一可能的布局。所述傳感器網W3包括相同的平行傳感器網單元W31，W32，根據圖3a，所述傳感器網單元包括接連的導電區域31。所述網包括兩排接連的導電區域31和將所述導電區域連接到輸出端33的導體32。上排的導電區域31及其導體32，與下排的導電區域31及其導體32形成鏡像。上排的導體相互平行，下排的導體也是如此。所述傳感器還包括剝離區域S3。
[0035]圖4b示出了傳感器網的另一可能的布局。所述傳感器網W4包括相同的平行傳感器網單元W41，W42，根據圖4a，所述傳感器網單元包括接連的導電區域41。導體42包含線性延伸的第一部分42a，并且其與網W的縱向LD形成一角度。導體42可包含橫切傳感器網的縱向方向的第二部分42b。但是，第二部分的形狀可以改變。所述傳感器還包括剝離區域S4。
[0036]圖5a和5b示出了傳感器網及其截面圖。典型的異構乙烯基(heterogeneousvinyl)地毯由兩層3和4組成。在頂部有相對較薄的耐磨層3 (例如，0.65_)，而在底部有較厚的泡沫層，所述泡沫層提供隔音和減震。所述構思是在這些地毯層之間嵌入形成導電區域和導體的傳感器的導電層。做到這一點的一種方法是在擠壓泡沫之前層壓傳感器PET箔2和所述耐磨層。其他可能性包括印刷和其他疊加方法，其中，無需任何基板而直接在耐磨層上構建導電層。如果使這些層彼此結合存在問題，則可以在靈敏度顯著降低之前將多個孔添加到所述導電層。
[0037]當嵌入地毯內時，必須解決的一個問題是如何建立與導電層的可靠連接。做到這一點的一種方法是將剝離區域5添加到最上層3上的傳感器結構的那些需要連接的點，并然后通過各向異性粘合劑連接柔性電纜。
[0038]圖6a示出了根據本發明的用于制造地板傳感器的連續卷對卷層壓過程。圖6a示出了在導電區域和導體的邊緣沿著縱向線的橫截面。在圖6a中，所述地板包括兩個乙烯基地板層，上層101和底層102 (總厚度例如5mm,兩層的厚度可以相同或不同),以及一個在其上設有導電區域104和導體105的薄的彈性塑料電路板103。所述導電區域、導電層以及導體的總厚度例如是50 μ m。
[0039]電路板具有與地板層相同的面積，并且所述電路板層壓在所述地板層之間。可以通過薄的塑料保護層(未示出)來保護所述電路板、導電區域以及導體。從釋放輥106，107同時釋放地板層101和102，其與設有導電區域和導體的電路板一起送到層壓輥隙108，從而通過加熱，加壓，以及施加在彼此面對的地板層表面以及電路板上的粘合劑，將所有層都
層壓在一起。
[0040]所述層壓輥隙形成在兩個加熱層壓輥109和110之間。所有層在所述輥隙處層壓在一起，并且層壓地板傳感器網111最終卷繞在第三輥112上。在層壓輥隙之前，通過在所述導電區域之間從噴嘴114向電路板103施加一條非粘性物質，以形成橫向剝離區域113。所述非粘性物質阻止上地板層與所述電路板和導體的層壓，并且可以剝離所述上地板層，以使得所述導體與外部連接電纜之間的接觸變得更加容易。
[0041]以類似的方式還可以僅層壓一個地板層。因此，在這種情況下，僅有一個(最上面的)地板層與具有相同面積、導電區域和導體的電路板層壓在一起。
[0042]圖6b相應地示出了根據本發明的用于制造地板傳感器的連續擠壓過程。
[0043]此外，在圖6b中，最終傳感器結構的地板包括兩個地板層，上層201和底層202，所述上層與底層具有相同的厚度和結構。各層的材料是適用于地板的可擠壓塑料材料。所述傳感器還包括其上設有導電區域204和導體205的薄的彈性塑料電路板203。所述導電區域、導電層以及導體的總厚度例如是50 μ m。
[0044]在過程中，將設有導電區域204和導體205的電路板203傳遞到擠壓機206。在所述擠壓機206中，在所述電路板203兩側上擠壓地板材料，并且隨后傳感器結構207卷在輥208上。在擠壓之前，通過在所述導電區域之間從噴嘴209向電路板施加一條非粘性物質，以形成橫向剝離區域209。
[0045]可以僅在一個(上部)電路板表面上實現擠壓。此外，可以按兩個序列實現所述過程，首先下地板層擠壓在所述電路板的底面，并且隨后上層擠壓在所述電路板的頂部。
[0046]在兩種過程中，所述上和下地板層可以由不同材料組成。
[0047]還可以是，所述電路板203與導電區域204和導體205首先與上部地板材料201層壓在一起，并且然后這個實體送入擠壓機，所述擠壓機將擠壓底部地板層202。[0048]在整個申請中，當描述傳感器區域在由這種傳感器區域構成的陣列內的相互定位時，使用術語“接連的”。這些陣列也沿網的縱向方向以重復的方式相互跟隨。這里，接連的傳感器區域不限于這種區域沿縱向方向相互跟隨使得前一傳感器的區域需要在下一傳感器的區域開始之前沿縱向方向結束的實施例。也可能是兩個或更多個這種傳感器區域沿橫切網方向相互“重疊”，以使得兩個傳感器并排行進一定的網長度。被配置為具有以某種方式沿網的縱向方向設置的電氣分離的傳感器區域的所有的實施例是可能的，其中該構圖沿所述縱向方向前進。陣列內的傳感器區域不需要形成任何特定的次序。
[0049]本領域技術人員很容易理解，傳感器網的所有特征均是可互換的。如果結合某一傳感器網來解釋某一特征，那么很顯然所述特征可被結合另一傳感器網來解釋的特征代替。
【權利要求】
1.一種用于電場感測的具有導體圖案的平面傳感器，所述平面傳感器包括: 平面導電傳感器區域(11)的陣列，所述平面導電傳感器區域(11)被設置為沿縱向方向(LD)以接連的方式相互跟隨，以及 導體(12)，將導電傳感器區域連接到至少一個連接器(13)， 其特征在于: 所述平面傳感器還包括:第一彈性地板層(16)和以下中的至少一個:第二彈性地板層(17)或柔性電路板(15)，以及 導電傳感器區域(11)和導體(12)附接在第一彈性地板層(16)和第二彈性地板層(17)之間，或附接在第一彈性地板層(16)和柔性電路板(15)之間，以形成整體的地板傳感器結構。
2.根據權利要求1所述的平面傳感器，其中，所述傳感器包括第一上部彈性地板層(16)、第二彈性地板層(17)、以及在所述地板層之間的柔性電路板(15)，在所述電路板上形成平面導電傳感器區域(11)和導體。
3.根據權利要求1或2所述的平面傳感器，其中，所述地板層的厚度大于1_，而所述柔性電路板以及導電傳感器區域(11)和導體(12)的厚度小得多，并且優選在10-100μπι的范圍內。
4.根據前述權利要求中任一項所述的平面傳感器，其中，至少最上面的地板層設有至少設置在所述導電區域之間的橫向剝離區域(Sll)。
5.根據權利要求4所述的平面傳感器，其中，在設置在所述導電區域之間的剝離區域(Sll)中的地板層與其下面的層具有弱得多的附接性。
6.根據前述權利要求中任一項所述的平面傳感器，其中，在至少一個地板層和彈性電路板之間設置有保護膜。
7.一種用于電場感測的具有導體圖案的平面傳感器的制造方法，其中，所述方法包括以下步驟: 施加平面導電傳感器區域(104，204)的陣列以及導體(105，205)到柔性電路板(103，203)上，所述平面導電傳感器區域被設置為沿縱向方向(LD)以接連的方式相互跟隨， 在附接裝置(108，206)中將所述柔性電路板以及導電傳感器區域和導體與至少一個彈性地板層(16)連續地附接，以形成整體的地板傳感器結構。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，第一上部彈性地板層(16)、第二彈性地板層(17)、以及在所述地板層之間的設有導電傳感器區域(104，204)和導體(105，205)的柔性電路板(15)都附接在一起。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，在將所述電路板與所述地板層連接之前，通過在所述導電區域之間從噴嘴(114，210)向電路板上施加一條非粘性物質，形成橫向剝離區域(113,209)。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，所述方法是包括以下步驟的層壓過程: 從釋放輥(106，107)釋放至少一個地板層(101，102)到層壓輥隙(108)， 通過加熱、加壓、以及施加在面向電路板的至少一個地板層表面上的粘合劑，將地板層與設有導電區域和導體的電路板層壓在一起。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，設有導電區域和導體的電路板層壓在兩個地板層之間。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，一個地板層與其上設有導電區域和導體的電路板層壓在一起。
13.根據權利要求10所述的方法，其中，所述地板層和電路板在連續的卷對卷過程中被層壓，在該卷對卷過程中，最終的傳感器產品卷在輥(112)上。
14.根據權利要求7所述的方法，其中，所述方法是包括以下步驟的擠壓過程: 將設有導電區域和導體的電路板(203)傳遞到擠壓機(206)， 在所述擠壓機(206)中，在所述電路板(203)的至少一側上擠壓地板材料。
15.根據權利 要求14所述的方法，其中，在擠壓后，傳感器結構(207)卷在輥(208)上。
16.根據權利要求14所述的方法，其中，在所述電路板表面的兩側上實現擠壓。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，按兩個序列實現所述過程，首先，下部地板層擠壓在所述電路板的一側，并且隨后上層擠壓在所述電路板的另一側。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，所述電路板(203)、導電區域(204)和導體(205)首先與上部或下部地板材料(201)層壓在一起，并且然后該實體被送入擠壓機，所述擠壓機擠壓另一個地板層(202)。
【文檔編號】G08B13/10GK103843041SQ201280043245
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月4日 優先權日:2011年9月5日
【發明者】T·皮特克內, J·林德斯特羅姆 申請人:Elsi技術有限公司