包括具有植绒导电纬纱线的多功能织物的变形检测设备
技术领域
本发明涉及变形检测设备，并且特别地涉及电容式变形检测设备。
背景技术
现有技术
在现有技术中，已经提出了包括电容式变形传感器的多功能织物（例如见EP1927825A1、WO 2014001843A1、WO 2016198969A1、US 2008000304 A1）。
然而，从制造简单方面以及从操作的精度和可靠性方面两者来讲，已知的方案中没有一者使得能够生产完全令人满意的变形检测设备。
本发明的目标
本发明的目标是生产被集成在多功能织物中的变形检测设备，所述变形检测设备相对易于构造并且同时在操作期间具有高灵敏度和精度。
发明内容
考虑到实现这个目标，本发明涉及变形检测设备，所述变形检测设备包括：
多功能织物，其包括编织到一起的纬纱线和经纱线；
其中，所述纬纱线中的至少一些是导电的，或所述纬纱线中的至少一些和所述经纱线中的至少一些是导电的；
其中，所述纬纱线设置有由从所述纬纱线大致径向地突出的不导电纤维制成植绒；
其中，所述导电纱线连接到导电端以用于以这样的方式施加电压：使得连接到具有不同极性的导电端的纱线限定电容式传感器的相应的板，同时所述纬纱线的植绒的纤维限定被夹设在所述电容式传感器板之间的介电材料；
-所述设备包括电子控制和处理单元，所述电子控制和处理单元连接到所述导电端并且被构造成基于对所述电容式传感器的电容变化的检测来检测所述织物的变形。
在第一实施例中，仅纬纱线是导电的并且连接到导电端以用于以这样的方式施加电压：使得连接到具有不同极性的导电端的纬纱线限定所述电容式传感器的板，同时所述纬纱线的植绒的纤维限定被夹设在所述电容式传感器板之间的介电材料。
在第二实施例中，所述纬纱线中的至少一些和所述经纱线中的至少一些两者都是导电的。在这种情况下，所述导电的纬纱线和所述导电的经纱线分别连接到具有不同极性的导电端以限定电容式传感器板，同时所述纬纱线的植绒纤维限定被夹设在所述电容式传感器板之间的介电材料。
用于植绒线或纱线的方法是众所周知的并且已经被使用了很长时间。根据该方法，各种材料（例如，聚酰胺或聚酯）的植绒纤维被施加到涂覆有丙烯酸粘合剂的例如聚酰胺或聚酯或人造纤维的复丝或单丝芯。在施加期间，纤维借助于静电场相对所述芯径向地定向。由于被保持在所述纱线内部的大量空气（甚至高达80%），得到具有天鹅绒般外观和柔软触感的植绒纱线。
由申请人实施的研究和调查已经出乎意料地示出，使用具有植绒的纬纱线的多功能织物使得能够生产在操作期间特别有效、可靠并且灵敏且精确的电容式变形检测设备。这是由于植绒纱线这样的性质：当经受变形力时，允许植绒纤维的高程度变形，从而引起电容增大从而以容易、可靠且精确的方式检测变形。
纬纱线是添加有导电纤维的不导电聚合物材料的单丝或复丝芯，并且所述纬纱线的植绒由不导电聚合物材料的纤维制成，所述不导电聚合物材料例如是聚酰胺或PET。在上文所限定的第一实施例的情况下，经纱线由不导电聚合物材料制成并且不具有植绒。在上文所提到的第二实施例的情况下，经纱线优选地由添加有导电纤维的不导电聚合物材料制成，且然而不具有植绒。
电子控制单元可以被构造成仅在所检测的变形超过预定阈值时产生变形信号。
本发明还涉及根据本发明的设备的有利应用。特别地，本发明还涉及机动车辆座椅，所述机动车辆座椅包括垫和靠背以及与所述垫相关联的传感器，所述传感器用于发出信号表明占用者的存在，其特征在于，所述传感器由被集成到座椅衬里织物中的根据本发明的设备形成。根据另一方面，本发明还涉及机动车辆乘客室元件，例如，仪表盘或扶手，所述机动车辆乘客室元件带有按钮压力传感器以用于启动机动车辆的设备或车上服务，其特征在于，所述压力传感器由被集成到乘客室元件的衬里织物中的根据本发明的设备形成。
附图说明
参考附图，本发明的其它特征和优势将从下文的描述变得显而易见，附图仅仅以非限制性示例的方式提供，在附图中：
图1是织物的一部分的示意性视图，
图2是根据线II-II的示意性截面视图，
图3和图4分别是植绒纱线的示意性侧视图和截面视图，
图5是根据本发明的第一实施例生产的织物的一部分的视图，
图6是沿图5的线VI-VI的截面示意性视图，
图7是电容器的示意性透视图，
图8是对应于图6的视图的示意性视图，其示出了处于变形状态中的织物的一部分，
图9是对应于图5的视图的视图，其示出了本发明的第二实施例，
图10是沿图9的线X-X的截面示意性视图，
图11示出了对应于图10的视图的处于织物的变形状态中的视图，以及
图12和图13是包含本发明的机动车辆仪表板和机动车辆座椅的示意性透视图。
具体实施方式
图1示意性地示出了具有与经纱线O编织的纬纱线T的织物的一部分。本文仅仅以示例的方式提供所示出的图，可以使用任何其它替代的模式来编织织物。
根据本发明的基本特征，用于生产本发明的设备的织物是这样的织物：其中纬纱线T中的至少一些是植绒纱线（见图3、图4），即，设置有由从每条纬纱线T大致径向地突出的纤维或微纤维F制成的植绒。
在本描述中，未解释用于生产植绒的纬纱线T的方法的细节，因为可以以任何已知的方式和使用任何已知类型的设备来产生植绒方法。
本发明的另一必要特征在于这样的事实：织物的纬纱线T或纬纱线T的至少部分是导电的。这意味着每条纬纱线是导电的，而植绒的纤维F是不导电的。优选地，每条纬纱线T由聚合物材料（例如，聚酯）形成，所述聚合物材料通过添加活性纤维而被制成是导电的，所述活性纤维例如通常是碳纳米管（CNT）、或石墨烯、或金属。植绒的不导电纤维优选地由聚酰胺或PET制成。
图5、图6和图8涉及第一实施例，其中仅植绒的纬纱线T是导电的，而非植绒的经纱线O是不导电的。例如，经纱线可以由诸如聚酯的聚合物材料制成。
在图5、图6和图8的实施例中，导电的植绒的纬纱线连接到在图中示意性地示出的导电端P，以用于以如下的方式施加电压：使得连接到具有不同极性的导电端P的纬纱线T限定电容式传感器的相应的板，同时纬纱线T的植绒的纤维F限定夹设在所述电容式传感器板之间的介电材料。
附图的图7示意性地示出了电容器，其包括连接到导电端P的两个导电板A1、A2，并且介电材料D被夹设在两个导电板A1、A2之间。参考图5和图7，电连接到导电端P的正极和负极的纬纱线T构成图7中示意性地示出的电容式传感器的板A1、A2，同时纬纱线T的纤维F构成图7中示意表示的电容式传感器的介电材料D。当然，多条纬纱线T可以平行于彼此地连接到电力供应系统的正极和负极。
参考图6和图8的示例性的放大比例的图，连接到相反极性的导电端P的两条导电纬纱线T连同由彼此夹设在一起的纤维F形成的介电材料构成具有电容C1的电容器，电容C1取决于在电容器板之间的距离，也就是在电连接到正极和负极P的纬纱线T之间的距离。
在例如图8所示出类型的织物变形的情况下，电连接到电力供应系统的相反两端的两条导电纬纱线之间的距离减小，使得等同电容器的电容呈现值C2，其不同于未变形的电容器的电容的值。不同对的导电纬纱线T以任何方式连接到电子控制单元E，电子控制单元E被构造成接收由被集成在织物内的电容式传感器发出的信号并且处理所述信号以便产生指示所检测的变形的信号。
所述设备可以被构造成产生指示所检测的变形的程度的信号，或者仅产生开/关信号，例如，在当被用作开关以启动或关闭由其控制的任何类型的电子设备的情况下。
使用植绒纬纱线来生产被集成在织物中的电容式传感器的优势与植绒纤维的特有性质相关，植绒纤维能够经受大的变形并且因此能够有利于精确地且可靠地传递变形信号。
电子控制单元E还可以被构造成仅产生高于所检测的变形值的预定最小阈值的变形信号。
图9-11涉及第二实施例，第二实施例与上文描述的第一实施例的不同之处在于如下事实：在这种情况下，纬纱线T和经纱线O两者都是导电的。纬纱线T和经纱线O可以例如由聚合物形成，所述聚合物通过添加活性纤维而被制成的是导电的，所述活性纤维例如通常是碳纳米管（CNT）、或石墨烯、或金属。与第一实施例类似，仅纬纱线T是植绒的。纬纱线T是导电的，但是它们具有不导电的植绒纤维F。在该第二实施例中，导电纬纱线T和导电经纱线O两者都连接到导电端P以用于施加电压。在所示出的示例中，所有的纬纱线T或纬纱线T中的至少一些连接到一个极性，而所有的经纱线O或经纱线O中的至少一些连接到另一极性。以此方式，纬纱线和经纱线限定图7中所示出的等同电容式传感器的板A1、A2。在这个实施例中，图7中所示出的等同电容式传感器的介电材料D同样由纬纱线T的植绒的纤维F构成。
如图10和11中所示出，在这种情况下，织物的变形同样引起等同电容式传感器的板之间的距离变化，因此传感器电容值变化（从C1到C2）。同样地，纬纱线T和经纱线O的导电端连接到电子控制单元E，电子控制单元E被构造为如已经参考第一实施例所详细说明的。
根据本发明的设备具有普遍的应用。然而，根据本发明的其它方面，提供了在汽车领域中特别的兴趣的具体应用。
图12涉及本发明的另一方面，根据该方面生产了例如呈仪表盘或扶手形式的机动车辆乘客室元件，所述元件包含一个或多个用作按钮的压力传感器以用于启动机动车辆的设备或车上服务。图12以示例的方式示出了仪表盘1的情况，仪表盘1具有主体并且包括区域3，所述主体至少部分地使用根据本发明生产的织物2作为衬里，区域3用作被集成到所述衬里的织物中的压力传感器。
根据另一方面，本发明还涉及机动车辆座椅。作为示例，图13示出了包括垫5和靠背6的座椅4，靠背6设置有头枕7。垫5包括衬里织物7，衬里织物7至少部分地根据本发明的公开内容来生产并且包括位于垫5的上表面的中央部分中的区域8，区域8用作电容式变形传感器以发出信号表明座椅占用者的存在。根据常规领域，可以使用占用者存在传感器来例如启用或禁用被布置在机动车辆中的例如与乘客座椅相关联的一个或多个气囊。
自然地，在不损害本发明的原理且不脱离本发明的范围的情况下，构造和实施例的细节可以相对于仅仅以示例的方式描述和示出的细节广泛地变化。
特别地，在所示出的所有实施例中，如上文所描述的和如在所附权利要求中所指示的纬纱线和经纱线的构造和功能可以彼此交换。
