[发明专利]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

说明书

技术领域

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。

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

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。

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。

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。

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。

专利EP1350080 B1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 B1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。

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。

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。

最后，在振动情况下，产生惯性力，影响传感器的测量结果。

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

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：