專利名稱：箔片型壓力傳感器的制作方法
箔片型壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域[OOl]本發(fā)明通常涉及一種箔片型壓力傳感器。
背景技術(shù)：
箔片型壓力傳感器通常包括中間夾有間隔部的兩片箔片。該 間隔部提供有開口或切口，其限定了感測(cè)區(qū)域，在其中箔片在相應(yīng)于 間隔部厚度的距離處彼此面對(duì)。已知的箔片型壓力傳感器具有至少兩 個(gè)布置在感測(cè)區(qū)域內(nèi)的電極。箔片是柔性的，并可在感測(cè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生 彼此接觸以響應(yīng)作用在箔片上的壓力。因而電接觸在兩個(gè)電極之間建 立，和因而電路閉合。優(yōu)選的，電阻層或半導(dǎo)體層布置在感測(cè)區(qū)域內(nèi) 以實(shí)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)箔片之間的接觸表面增加時(shí)電極之間的電阻逐漸減小。 這種壓力傳感器公開在比如W002/097838中。
這種壓力傳感器只能夠測(cè)量在特定極限壓力以上的壓力，特 定極限壓力是在電極之間建立最初電接觸需要的最小壓力。這構(gòu)成在 某些應(yīng)用中的缺陷，比如當(dāng)要探測(cè)相對(duì)小的壓力時(shí)。存在幾種選擇， 其使能夠感測(cè)小的壓力，比如，減小間隔部的厚度，但它們涉及有關(guān) 制造公差或減小傳感器動(dòng)態(tài)范圍的值得考慮的約束。
這種壓力傳感器應(yīng)用的重要領(lǐng)域是在車輛中的乘客存在探 測(cè)。箔片型壓力傳感器或其陣列布置在車輛座位的支座上并探測(cè)座位是否負(fù)載，相應(yīng)地探測(cè)測(cè)量的負(fù)載類型是否與乘客產(chǎn)生的負(fù)載類型相 一致。隨著電子元件數(shù)量的增加，電磁干涉已經(jīng)成為在電子汽車裝置 的研發(fā)中的一個(gè)重要問題。元件的電磁兼容性現(xiàn)在是汽車工業(yè)的大多 數(shù)供應(yīng)商面對(duì)的一個(gè)需求。仍有空間來改進(jìn)有關(guān)壓力傳感器的電磁兼 容性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的壓力傳感器。該目的可通過如權(quán)利要求1要求的壓力傳感器實(shí)現(xiàn)。
箔片型壓力傳感器包括第一箔片和第二箔片。間隔部布置在該第一和第二箔片之間，其保持箔片彼此相距一定的距離。間隔部具 有開口 (切口，凹陷)，其限定感測(cè)區(qū)域。在該感測(cè)區(qū)域中，第一和 第二箔片可以通過作用在壓力傳感器上的壓力克服箔片的彈性被使得 一片向另一片接近。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，壓力傳感器進(jìn)一步 包括發(fā)光裝置，被布置在箔片之間，用于將光輸入到感測(cè)區(qū)域內(nèi)；和 集光裝置，被布置在箔片之間，用于收集從發(fā)光裝置通過感測(cè)區(qū)域的 至少一部分傳播到該集光裝置的光。箔片中的至少一片可通過施加在 傳感器上的外部壓力或作用力彈性彎曲。第一和第二箔片具有相同特 性(對(duì)稱情形)或不同特性(不對(duì)稱情形)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙皇?得一片向另一片接近時(shí)，第一和第二箔片中的至少一片至少部分地阻 擋通過感測(cè)區(qū)域的光傳播。
發(fā)光裝置和集光裝置在感測(cè)區(qū)域中或在其邊緣處被彼此間隔一定距離布置，比如嵌入在間隔部中。當(dāng)沒有壓力或幾乎沒有壓力 施加在傳感器上時(shí)，通過感測(cè)區(qū)域的介質(zhì)的光路存在于發(fā)光裝置和集 光裝置之間。介質(zhì)可以是流體，通常是氣體。隨著傳感器上的壓力增 加，第一和/或第二箔片彈性地承受在感測(cè)區(qū)域中的變形，那里它靠近 相對(duì)的箔片。結(jié)果是，變形的箔片阻礙了發(fā)光裝置和集光裝置之間的 光路。箔片彼此朝向彎曲的越厲害，越多的光在感測(cè)區(qū)域中被攔截； 被集光裝置接收的光的強(qiáng)度因此取決于施加到壓力傳感器上壓力的 量?？梢宰C明，相對(duì)于己知的箔片型壓力傳感器，為了壓力確定箔片 不需要接觸。
本傳感器因此基于傳播通過感測(cè)區(qū)域的光的不同衰減。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到這種傳感器對(duì)與其它電子元件的電磁干涉相當(dāng) 不敏感因?yàn)樗诠鈱W(xué)探測(cè)?？煽康奶綔y(cè)因此也可在電磁"吵雜"的 環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)箔片型壓力傳感器相比，本發(fā)明具有簡(jiǎn)單制作的 進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)光裝置可舉例包括光源，比如在感測(cè)區(qū)域中或鄰近于感測(cè) 區(qū)域的LED, OLED， VECSEL。盡管如此，優(yōu)選地，發(fā)光裝置包括輸入光 波導(dǎo)的端表面，該輸入光波導(dǎo)與光源光連接。光源自身因此可遠(yuǎn)離傳 感器布置。波導(dǎo)，比如光纖，引導(dǎo)光從光源到壓力傳感器的感測(cè)區(qū)域。 相似地，集光裝置可包括輸出光波導(dǎo)的端表面，該輸出光波導(dǎo)與光探 測(cè)器光連接?？蛇x擇地，光探測(cè)器可以位于感測(cè)區(qū)域中或鄰近感測(cè)區(qū) 域。同樣可意識(shí)到，光探測(cè)器可以是能夠執(zhí)行相對(duì)或絕對(duì)測(cè)量的探測(cè) 器。波導(dǎo)可以容納在間隔部的通道或槽中。
當(dāng)用來將光傳輸?shù)礁袦y(cè)區(qū)域或從感測(cè)區(qū)域傳輸光的光波導(dǎo) 彎曲或受到壓力，它們因而引起額外損耗，這導(dǎo)致錯(cuò)誤的壓力確定。 優(yōu)選使用實(shí)質(zhì)上平行于輸入波導(dǎo)和/或輸出波導(dǎo)定位的參考波導(dǎo)。該參 考波導(dǎo)在光源和光探測(cè)器之間不會(huì)被阻擋，與在感測(cè)區(qū)域中的輸入和 輸出光波導(dǎo)相反。該參考波導(dǎo)承受實(shí)質(zhì)上與其它波導(dǎo)相同的彎曲和壓 力，其允許用來確定在波導(dǎo)中的光強(qiáng)度損耗。被光探測(cè)器探測(cè)的光強(qiáng) 度因此可被標(biāo)準(zhǔn)化和基礎(chǔ)壓力效應(yīng)可以被確定。參考波導(dǎo)的使用特別 適合于當(dāng)相對(duì)光強(qiáng)度或光通量測(cè)量是優(yōu)選在絕對(duì)測(cè)量上。就波導(dǎo)彎曲 而言，應(yīng)注意到有基于波導(dǎo)彎曲導(dǎo)致的光衰減的壓力傳感器。波導(dǎo)的 變形對(duì)于這些傳感器的操作很必要。在本箔片型壓力傳感器中波導(dǎo)可 克服變形和壓力而被保護(hù)，這樣產(chǎn)生更長(zhǎng)的傳感器壽命。[Oll]可以意識(shí)到傳感器響應(yīng)可由傳感器幾何形狀的變化定制。開口的形狀可以比如被定制以特別地定制箔片對(duì)壓力的機(jī)械響應(yīng)。該感 測(cè)區(qū)域可實(shí)質(zhì)上比一般帶有電極的壓力傳感器小，因?yàn)轫憫?yīng)于壓力的 箔片的機(jī)械特征不是最重要的?？蛇x擇地，感測(cè)區(qū)域可以是與一般壓 力傳感器相同的尺寸或甚至比一般壓力傳感器更大。傳感器響應(yīng)可通 過適當(dāng)?shù)剡x擇發(fā)光裝置和集光裝置的結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步調(diào)整。發(fā)光裝置和 集光裝置可在感測(cè)區(qū)域中彼此面對(duì)。它們可直接相對(duì)或相對(duì)于中心地 通過感測(cè)區(qū)域的虛擬線側(cè)向位移。當(dāng)均勻或中心壓力作用在傳感器上 時(shí)，箔片的中心部分通常首先彎曲。因此，通過感測(cè)區(qū)域中心部分延 伸的光路在光路沿感測(cè)區(qū)域的邊緣通過之前可能被阻擋。在感測(cè)區(qū)域 中的光路的分布因此決定對(duì)于箔片的給定機(jī)械特征的傳感器響應(yīng)。也可以想象一種結(jié)構(gòu)，其中光，在已經(jīng)通過感測(cè)區(qū)域之后，照射在鏡子 上并被朝著輸出波導(dǎo)反射。
發(fā)光裝置和集光裝置可以具有任何高度(沿實(shí)質(zhì)上正交于箔片的方向)或?qū)挾?在實(shí)質(zhì)上平行于箔片的方向)與感測(cè)區(qū)域的大小 相適應(yīng)。它們可以比如具有類似于間隔部高度的高度和類似于感測(cè)區(qū) 域?qū)挾鹊膶挾取?br> 有益地，第一和/或第二箔片對(duì)傳播通過感測(cè)區(qū)域的光具有 高吸收系數(shù)。第一和/或第二箔片也可以被對(duì)傳播通過感測(cè)區(qū)域的光具 有高吸收系數(shù)的層涂敷。落到第一或第二箔片的內(nèi)表面上的光因此被 吸收和因此被從感測(cè)區(qū)域消除?？蛇x擇地，箔片的內(nèi)表面可以具有散 射結(jié)構(gòu)。
發(fā)光裝置和/或集光裝置優(yōu)選包括適合于在發(fā)光裝置和集光 裝置之間最佳耦合效率的光學(xué)元件。當(dāng)使用光學(xué)波導(dǎo)時(shí)，輸入和輸出 光波導(dǎo)的數(shù)值孔徑有利地被這樣選擇，從輸入到輸出光波導(dǎo)的耦合效 率對(duì)未負(fù)載的傳感器來說是最優(yōu)化的。光學(xué)元件也可包括與發(fā)光裝置 相關(guān)聯(lián)的透鏡。光束的發(fā)散度因此可以被調(diào)整。如果需要，準(zhǔn)直的光 束可以在感測(cè)區(qū)域中被整形。本感測(cè)技術(shù)的重要優(yōu)點(diǎn)是總體上減小的 傳感器彎曲的影響。為了實(shí)現(xiàn)這些，光束幾何形狀可以被以這樣的方 式調(diào)整，輸入和輸出光波導(dǎo)之間的耦合響應(yīng)于傳感器彎曲并不較大地 變化。這些也可以比如通過覆蓋多于輸出波導(dǎo)的端表面的光束來實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)傳感器稍微彎曲時(shí)，光束相對(duì)于輸出波導(dǎo)移動(dòng)，但耦合進(jìn)入其的光 的量幾乎保持不變。


參考附圖，從下面非限制性的實(shí)施例的詳細(xì)描述中本發(fā)明的 進(jìn)一步細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)很明顯，其中圖l:為根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的截面視圖；圖2:為圖1的該壓力傳感器沿平面A-A的頂截面視圖；圖3:壓力傳感器的另一個(gè)實(shí)施例的截面視圖；圖4:根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的操作原理的圖示。
具體實(shí)施方式
圖1和2示出了在未負(fù)載狀態(tài)下的壓力傳感器10的截面圖。 壓力傳感器10包括第一彈性箔片12和第二箔片14，其比第一箔片12 具有小的多的彈性和更厚。箔片12， 14夾有間隔部16，其保持箔片 12， 14彼此相距一定的距離。間隔部16帶有開口，其限定了壓力傳 感器10的感測(cè)區(qū)域18。嵌入間隔部16的是輸入光波導(dǎo)20，其從光源 22引導(dǎo)光到感測(cè)區(qū)域18內(nèi)。輸出光波導(dǎo)24在感測(cè)區(qū)域18的相對(duì)側(cè) 上被布置得實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)于輸入光波導(dǎo)20。輸出光波導(dǎo)24光學(xué)連接到 光強(qiáng)度探測(cè)器26。間隔部16的厚度，比如相應(yīng)于至少波導(dǎo)或光纖20， 24的直徑的感測(cè)區(qū)域的高度，通常是包括在100到500um之間，優(yōu) 選是250 um。波導(dǎo)20, 24包括包層和芯部，其中光能傳播。光源22和探 測(cè)器26因此可以遠(yuǎn)離感測(cè)區(qū)域18布置。光源22舉例可以包括LED, 0LED， VECSEL等等。
在操作中，光源22將適合波長(zhǎng)的光射到輸入光波導(dǎo)20內(nèi)。 該光通過波導(dǎo)20傳播和它在波導(dǎo)20的端表面28處入射到感測(cè)區(qū)域。 光然后傳播通過在感測(cè)區(qū)域的介質(zhì)。在傳感腔中的光傳播由光線30 表示。在感測(cè)區(qū)域18的相對(duì)表面上，該光的一部分照射到輸出光波導(dǎo) 24的端表面32并耦合進(jìn)入波導(dǎo)24的芯部。探測(cè)器26探測(cè)通過波導(dǎo) 24到達(dá)的光強(qiáng)度。在圖2中，端表面28， 32被示出實(shí)質(zhì)上與間隔部 的表面36齊平，其限定了感測(cè)區(qū)域18。當(dāng)合適的時(shí)候，波導(dǎo)20， 24 的一個(gè)或兩者可伸入到感測(cè)區(qū)域18中。
圖4示出了壓力傳感器的操作的基本原理。當(dāng)沒有壓力負(fù)載 施加到箔片(a)上時(shí)，從輸入波導(dǎo)20到輸出波導(dǎo)24的耦合效率對(duì)于 給定壓力傳感器10來說是最大的。探測(cè)器26測(cè)量得到的光強(qiáng)度因此 是最大的。在傳感器IO上的壓力負(fù)載現(xiàn)在逐漸增加(b) - (d)。當(dāng) 壓力負(fù)載pl施加到第一箔片12上時(shí)，其彎曲，這減小了第一和第二 箔片12， 14(b)的分開程度。當(dāng)彎曲時(shí)，第一箔片12切斷在感測(cè)區(qū) 域內(nèi)的光線并吸收從波導(dǎo)20耦合出來的光的部分。為了增加吸收，第 一箔片12的內(nèi)表面34可以被高吸收層涂敷，比如在光源的波長(zhǎng)范圍 內(nèi)具有高吸收系數(shù)的層。由于壓力，較少的光照射在端表面32上并耦 合進(jìn)入輸出光波導(dǎo)24。結(jié)果在探測(cè)器26上探測(cè)到的光強(qiáng)度相對(duì)于未 負(fù)載狀態(tài)減小。當(dāng)壓力負(fù)載增加到p2，使第一箔片12更接近于第二 箔片14 (c)。更多光線被吸收和探測(cè)到光強(qiáng)度因此進(jìn)一步減少。當(dāng) 壓力到達(dá)一定極限p3，第一箔片12在感測(cè)區(qū)域18的中心部分內(nèi)與第二箔片14接觸。只有不通過該中心部分的光線能夠照射在輸出波導(dǎo)24的端表面32上。
感測(cè)區(qū)域的形狀不必須是圓形，也可以是橢圓的，如圖2 所示或具有其它適合的形狀。
圖3示出了壓力傳感器的稍微不同的實(shí)施例。輸入光波導(dǎo) 20和輸出光波導(dǎo)24之間的耦合效率被最佳化，比如在未負(fù)載狀態(tài)下 的損耗通過適合光學(xué)元件的使用被最小化。輸入波導(dǎo)20的芯部38實(shí) 質(zhì)上比輸出波導(dǎo)24的芯部40小。波導(dǎo)的直徑實(shí)質(zhì)上仍然是相同的因 為輸入波導(dǎo)20的包層42被增大以補(bǔ)償減小的芯部尺寸。平凸透鏡42 被放置在輸入光波導(dǎo)20的端表面28處。當(dāng)光通過感測(cè)區(qū)域18時(shí)，透 鏡42以這樣的方式準(zhǔn)直耦合出波導(dǎo)20的光，使光線30平行或接近于 平行。在感測(cè)區(qū)域的相對(duì)側(cè)，準(zhǔn)直的光耦合進(jìn)入輸出波導(dǎo)24。
權(quán)利要求
1.一種箔片型壓力傳感器，包括第一箔片和第二箔片；間隔部，在所述第一和第二箔片之間，所述間隔部具有限定感測(cè)區(qū)域的開口，在所述感測(cè)區(qū)域中所述第一和第二箔片可以通過作用在所述壓力傳感器上的壓力克服箔片的彈性被使得一片向另一片接近；其特征在于，發(fā)光裝置，被布置在所述箔片之間，用于將光輸入到所述感測(cè)區(qū)域內(nèi)；和集光裝置，被布置在所述箔片之間，用于收集從所述發(fā)光裝置通過所述感測(cè)區(qū)域傳播到所述集光裝置的光；其中當(dāng)所述第一和第二箔片被使得一片向另一片接近時(shí)，所述第一和第二箔片中的至少一片至少部分地阻擋通過所述感測(cè)區(qū)域的光傳播。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力傳感器，其中所述發(fā)光裝置包括被 光學(xué)連接到光源的輸入光波導(dǎo)的端表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器，包括實(shí)質(zhì)上平行于所述輸入波導(dǎo)定位的連續(xù)參考波導(dǎo)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所 述集光裝置包括被光學(xué)連接到光探測(cè)器的輸出光波導(dǎo)的端表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，包括實(shí)質(zhì)上平行于所述輸 出波導(dǎo)定位的連續(xù)參考波導(dǎo)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所 述發(fā)光裝置和所述集光裝置在所述感測(cè)區(qū)域中彼此面對(duì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所 述第一和/或第二箔片具有對(duì)于通過所述感測(cè)區(qū)域傳播的光的高吸收 系數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所 述第一和/或第二箔片涂敷有對(duì)于通過所述感測(cè)區(qū)域傳播的光具有高 吸收系數(shù)的層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所 述發(fā)光裝置和/或所述集光裝置包括適合于在所述發(fā)光裝置和所述集 光裝置之間佳耦合效率的光學(xué)元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的壓力傳感器，其中所述光學(xué)元件包括與所 述發(fā)光裝置相關(guān)聯(lián)的透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種箔片型壓力傳感器，包括第一箔片(12)和第二箔片(14)。間隔部(16)布置在該第一和第二箔片之間，其保持箔片彼此相距一定的距離。間隔部具有開口，其限定感測(cè)區(qū)域(18)。在該感測(cè)區(qū)域中，第一和第二箔片可以通過作用在壓力傳感器上的壓力克服箔片的彈性使一片向另一片接近。壓力傳感器進(jìn)一步包括發(fā)光裝置(20)，被布置在箔片之間，用于將光輸入到感測(cè)區(qū)域內(nèi)；和集光裝置(24)，被布置在箔片之間，用于收集從發(fā)光裝置通過感測(cè)區(qū)域的至少一部分傳播到該集光裝置的光。當(dāng)?shù)谝缓偷诙a(chǎn)生一片向另一片的接近時(shí)，第一和第二箔片中的至少一片至少部分地阻止通過感測(cè)區(qū)域的光傳播。
文檔編號(hào)G01L1/24GK101223427SQ200680025459
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者J-L·凱澤 申請(qǐng)人:Iee國(guó)際電子工程股份公司