相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年11月25日提交的德國專利申請de102015120368.5的優(yōu)先權。該優(yōu)先權申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本公開內(nèi)容涉及用于監(jiān)視技術設備的壓力敏感安全裝置，其包括至少具有一個第一傳感器單元和一個第二傳感器單元的傳感器以及用于與第一傳感器單元和第二傳感器單元形成接觸的第一電極、第二電極和第三電極。

背景技術：

由于信號檢測的進步并且主要是電子信號處理的進步，制造過程的自動化程度多年來不斷增加。然而，手動干預是并且仍然是制造過程的重要部分，并且因此近年來的開發(fā)更加集中于優(yōu)化人與機器之間的協(xié)作。特別地，在人與機器的協(xié)作期間，不能有人處于危險之中。因此，機器必須能夠在其操作區(qū)域中觀察其環(huán)境并且識別附近是否有物體或人。除了機器觀察其周圍區(qū)域的廣泛的傳感器系統(tǒng)之外，還需要對這些檢測到的信號進行無故障和可靠的評價，以允許人與機器之間的安全的聯(lián)合操作。

例如，在ep2528234b1中公開了一種傳感器，采用該傳感器可以識別接近機器或與機器接觸。ep2528234b1描述了一種大表面積的觸覺傳感器，其通過連接大量的單獨傳感器單元來實現(xiàn)，所述大量的單獨傳感器單元在機械負載的情況下以確定的方式改變它們的電特性。傳感器單元可以通過以列和行布置的電極的方式單獨地接觸，以根據(jù)單獨單元的變化確定整個表面區(qū)域上的壓力分布。傳感器可以用作在機器的接近區(qū)域中的安全關閉墊，或者其可以作為人造皮膚布置在機器的表面上，以識別人與機器或物體之間的碰撞。關于這種壓力敏感安全裝置的設計和測試的一般原則和要求在eniso13856-1中限定。特別地，關于性能、標記和文件的最低安全要求在該標準中規(guī)定。

待互連的傳感器單元的數(shù)目越大，傳感器的局部分辨率越大，而且信號評價的復雜性也越大。通常，相對大量的傳感器單元不是同時且并行地被評價，而是順序地被評價，也就是說，單獨傳感器單元被評價單元連續(xù)地一個接一個地測試。然而，這需要用于信號處理鏈中序列化的至少一個另外的元件，因此傳感器中的信號處理的復雜性并且必然地潛在誤差源的數(shù)目增加。

de102012203670a1公開了一種允許獨立地監(jiān)視序列化元件的電路裝置。該電路裝置集成在序列化元件中，并且執(zhí)行序列化元件的全面自測試。自測試可以間歇地連續(xù)進行，或者可以根據(jù)需要由上級控制單元啟動。測試的結果被傳遞到上級控制單元或顯示給用戶。該解決方案允許全面保護防止序列化元件或所述序列化元件的尋址內(nèi)的故障，但是需要具有高度復雜結構的并且因此也是昂貴的序列化元件。

技術實現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容的目的是指定一種具有較簡單設計的用于監(jiān)視技術設備的傳感器。另一個目的是提供一種可以更加成本有效地制造的用于監(jiān)視技術設備的傳感器。又一個目的是提供一種傳感器，其允許對由傳感器執(zhí)行的信號處理的所有部分進行充分驗證。

根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面，提供了一種用于監(jiān)視技術設備的壓力敏感安全裝置，包括：傳感器，其至少具有一個第一傳感器單元和一個第二傳感器單元；用于與第一傳感器單元和第二傳感器單元形成接觸的第一電極、第二電極和第三電極；在第一傳感器單元和第二傳感器單元內(nèi)的壓力敏感材料，其被配置為在局部負載下改變第一傳感器單元和第二傳感器單元在負載位置處的電特性；以及評價單元，其被配置為根據(jù)第一傳感器單元和第二傳感器單元的驅(qū)動提供輸出信號，其中第一電極連接到第一傳感器單元，第二電極連接到第二傳感器單元，并且第三電極連接到第一傳感器單元和第二傳感器單元兩者，其中安全裝置還包括第一序列化元件、第二序列化元件和用于提供限定的第一電位的端子，其中第一電極、第二電極和第三電極通過第一序列化元件連接到評價單元，并且第一電極、第二電極和第三電極通過第二序列化元件連接到限定的第一電位。

因此，一種構思為除了實際測量過程之外過度占用序列化元件以允許評價單元對序列化元件進行自測試。換言之，在傳感器的電極的矩陣狀布置的情況下，不僅列的電極和行的電極分別通過序列化元件組合，而且每個序列化元件連接到所有列和行的電極。

序列化元件將其連接到電極的輸入交替地連接到單獨的輸出。因此，列的電極在第一序列化元件處組合，并且傳感器單元的矩陣狀互連的行的電極在第二序列化元件處組合，使得在每種情況下位于兩個所選擇的電極的交叉點處的一個傳感器單元可以在輸出處被測量。以這種方式，可以通過使第一序列化元件一個接一個地將行的電極連接到輸出并且通過使第二序列化元件一個接一個地將列的電極連接到輸出來一個接一個地對所有的傳感器單元進行采樣。

通過序列化元件的過度占用，即，通過將序列化元件連接到行的電極并且還連接到列的電極，傳感器單元可以被橋接。因此，同時將序列化元件連接到同一電極在第一序列化元件的輸出和第二序列化元件的輸出之間建立直接電連接?？梢酝ㄟ^測量確定和測試輸出之間的所得到的“短路”，也就是說，當在輸出之間存在直接連接時，期望在輸出之間存在特定測量值。如果由測量確定的值與期望值不同，則在第一序列化元件或第二序列化元件的尋址中存在故障，其可以有利地由現(xiàn)有的評價單元確定。評價單元根據(jù)傳感器單元和自測試的評價提供輸出信號，并且基于所述輸出信號，上級控制單元可以在故障情況下將機器移動到安全狀態(tài)。

因此，序列化元件的自測試有利地在沒有任何另外部件或監(jiān)視電路的情況下執(zhí)行。僅增加序列化元件的輸入寬度，使得列和行的所有電極可以分別分配給第一序列化元件和第二序列化元件中每個的輸入。然而，這樣的布置比為每個序列化元件提供單獨的監(jiān)視電路更具成本效率。

此外，有利的是，現(xiàn)有的評價單元可以用于自測試并且不需要另外的測試裝置。類似地，通過在正常測量之后將序列化元件連接到同一電極，可以容易地將監(jiān)視集成到正常測量過程中，以測試所述序列化元件的尋址。因此，可以在正常測量之后以簡單的方式連續(xù)地執(zhí)行監(jiān)視。

最后，序列化元件的過度占用允許在信號處理鏈中另外的測試可能性，這是因為傳感器可以從信號處理鏈中完全除去。因此，也可以有利地以這種方式測試評價單元的輸入的功能。

因此，新型傳感器首先允許簡單且成本有效地監(jiān)視矩陣狀傳感器裝置的序列化元件，并且其次，可以以簡單的方式通過“橋接”傳感器來測試信號處理鏈的其他元件。因此，完全實現(xiàn)了上述目的。

在有利的改進中，傳感器具有布置在處于第一電位的端子與第二序列化元件之間的電阻器。該改進具有以下優(yōu)點：可以以簡單的方式定義用于檢查序列化元件的固定期望值。特別地，當?shù)谝浑娢皇墙拥仉娢粫r，需要電阻器以能夠進行有意義的測量。此外，如果第一序列化元件的輸出連接到恒定電壓源，則當序列化元件被正確地“短路”時，期望值直接由跨電阻器的電壓降給出。如果序列化元件不正確地連接或它們的尋址不正確，則測量的電壓與期望的電壓不同。

在另一有利的改進中，可以以可變的方式調(diào)節(jié)電阻器。該改進具有以下優(yōu)點：期望值可以適用于不同的測量過程。例如，當測量傳感器單元時，可以減小電阻以便最小化功率損耗，而對于序列化元件的自測試，更高的電阻允許更精確的測量。

在另一有利的改進中，傳感器具有用于提供第二電位的另一端子，其中，第二電位的端子通過與評價單元并聯(lián)的串聯(lián)電阻器的方式連接到第一序列化元件。這種進一步的改進具有以下優(yōu)點：通過由兩個電阻器確定的期望值和在所得分壓器處執(zhí)行的測量進一步改善測量。

在另一有利的改進中，串聯(lián)電阻器也是可變的。該改進具有以下優(yōu)點：除了自由選擇期望值之外，評價單元(特別是位于評價單元的輸入處的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)可以通過被適當調(diào)整的分壓器在整個測量范圍內(nèi)被測試。當傳感器單元通過序列化元件的適當切換而被無效時，這是可能的，并且因此僅可變分壓器連接到評價單元。由此，以簡單的方式提供評價單元的另外監(jiān)視功能。

在另一有利的改進中，傳感器還具有第一層(level)和第二層，其中，第一電極和第二電極布置在第一層中，并且第三電極布置在第二層中，其中，第一層和第二層通過壓力敏感材料彼此間隔開。該改進具有以下優(yōu)點：可以特別容易地制造包括大量傳感器單元的傳感器。第一層和第二層基本上相同，并且可以制造成一體。在第一層和第二層的電極的交叉點處形成的傳感器單元的矩陣狀布置直到所述兩個層被一個布置在另一個上才形成。傳感器單元的電特性由連續(xù)布置在所述兩個層之間的壓力敏感材料確定。因此，傳感器有利地僅由三個基本元件構成。

在另一有利的改進中，傳感器具有第一電極和第二電極的第一取向和第三電極的第二取向，并且還包括中間區(qū)，其中中間區(qū)將第一電極和第二電極在第一層中間隔開并且電絕緣。該改進具有以下優(yōu)點：電極可以是基本上條狀的設計，并且傳感器單元的形狀基本上由電極相對于彼此的取向確定。電極的不同取向有利地由電極相對于彼此布置的角度給出。第一層和第二層的電極有利地相對于彼此正交地布置，以產(chǎn)生矩形傳感器單元。傳感器單元相對于彼此的寬度以及特別是距離可以由中間區(qū)確定。

在另一有利的改進中，傳感器還具有另一導電路徑和貫通連接，其中，所述另一導電路徑布置在中間區(qū)中并具有第一取向，并且貫通連接將所述另一導電路徑電連接到第三導電路徑。該改進具有以下優(yōu)點：第一層的電極的接觸連接和第二層的電極的接觸連接兩者均統(tǒng)一在一個層中。由于具有與第一層上的電極相同取向的所述另一導電路徑，所有電極的與電極接觸的連接可以有利地布置在傳感器的一側。也就是說，第一層的第一電極和第二電極兩者的接觸連接以及第二層的第三電極的接觸連接可以在第一層中的一個點處被均勻地引出。由此，簡化了第一序列化元件以及第二序列化元件的電極的組合。

在另一有利的改進中，第一層和第二層由包括導電紗和不導電紗的織物形成，其中導電紗的第一電極、第二電極和第三電極被編織成織物。該改進具有以下優(yōu)點：可以以簡單的方式產(chǎn)生大表面積的柔性傳感器。特別地，可以以簡單的方式通過在編織期間選擇性地使用的導電或不導電紗來制造條狀電極。由此，制造具有帶狀電極和絕緣中間空間的織物。

在另一有利的改進中，壓力敏感材料是不導電的柔性材料，其為篩的形式并且在機械負載下變形，使得第一層的第一電極和第二電極可以部分地在機械負載的區(qū)域中與第二層中的第三電極接觸。該改進具有以下優(yōu)點：傳感器單元的電阻不依賴于壓力敏感材料的固有電性能，而是僅依賴于所述壓力敏感材料的彈性，以及篩狀網(wǎng)格的尺寸和形狀。因此，壓力敏感材料的比電阻由通過壓力敏感材料間隔開的電極接觸的次數(shù)來確定。由傳感器單元的區(qū)域中的壓力敏感材料的機械負載產(chǎn)生的接觸點的數(shù)目越大，傳感器單元的電阻越低。

不用說，在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，上述特征和下面仍要說明的特征不僅可以在相應指示的組合中使用，而且可以在其他組合中使用或者獨立使用。

附圖說明

圖1是新型安全裝置的示例性實施方式的可能應用領域的示意圖；

圖2是新型安全墊的示例性實施方式的透視圖；

圖3示出了新型安全墊的傳感器的示例性實施方式；

圖4是傳感器的另一示例性實施方式的示意圖；

圖5是新型安全墊的示例性實施方式的分解組裝圖；

圖6示出了新型安全墊的示例性實施方式的截面圖；

圖7是傳感器的連接電路的示例性實施方式的示意圖；

圖8是傳感器的連接電路的優(yōu)選示例性實施方式的示意圖；以及

圖9是新型安全墊的后側的優(yōu)選示例性實施方式的透視圖。

具體實施方式

在圖1中，用附圖標記10和12總體上標識第一壓力敏感安全裝置和第二壓力敏感安全裝置。第一壓力敏感安全裝置和第二壓力敏感安全裝置用于保護技術設備(installation)14，技術設備14在此被指定為以自動方式操作的機器人16。機器人16例如可以是生產(chǎn)線或裝配線中的切割或焊接機器人。

機器人16被安裝在保持器18上并且可以通過驅(qū)動器20繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)。此外，機器人16具有機器人臂22，機器人臂22在其端部處具有工具24。機器人臂22的旋轉(zhuǎn)和樞轉(zhuǎn)區(qū)限定了機器人16的動作區(qū)域，其同時對應于機器人16的危險區(qū)。必須對進入該區(qū)域(未授權和已授權兩者)進行識別，使得機器人可以移動到對人沒有危險的狀態(tài)。在此，由耦合到安全系統(tǒng)26的壓力敏感安全裝置10和12執(zhí)行識別過程。安全系統(tǒng)26可以是在eniso13856-1含義內(nèi)的輸出信號開關裝置，例如，簡單的安全開關裝置、可配置的安全控制器或者可編程控制單元。安全系統(tǒng)26被配置為例如通過關斷技術設備來將技術設備14移動到對人沒有危險的狀態(tài)。

圖1示出了具有輸入模塊28和輸出模塊30的模塊化安全系統(tǒng)26。輸入模塊28經(jīng)由線32耦接到壓力敏感安全裝置10、12。在本示例性實施方式中，輸出模塊30經(jīng)由冗余線34連接到接觸器36，所述接觸器36的操作觸頭38被布置在電驅(qū)動器20的電源40中。處理單元42驅(qū)動接觸器36，以根據(jù)施加到輸入模塊28的來自壓力敏感安全裝置10、12的信號在危險發(fā)生時關斷機器人16。不用說，關斷技術設備14僅是將技術設備移動到安全狀態(tài)的一個可能的選擇。作為替選或另外地，在另一示例性實施方式中，安全系統(tǒng)26還可以影響對機器人16的運動的控制，以例如通過使機器人16縮回機器人臂22來建立安全狀態(tài)。此外，同樣可行的是，處理單元42考慮來自第一壓力敏感安全裝置10和第二壓力敏感安全裝置12或任何其他安全裝置的組合信號，以便基于聯(lián)合考慮做出關于如何驅(qū)動機器人16的決定。其他安全裝置例如可以是非接觸安全裝置(bws)，例如擋光板或光柵、或者安全攝像機系統(tǒng)。

在根據(jù)圖1的示例性實施方式中，第一壓力敏感安全裝置10是安全墊，特別是eniso13856-1含義內(nèi)的開關墊，其被放置在機器人16的保持器18附近的地板上。在本示例性實施方式中，安全墊是模塊化的并且包括形成兩行(每行包括四個模塊)的八個安全墊模塊42。每個安全墊模塊42包括具有有源傳感器區(qū)44和評價單元46的傳感器。有源傳感器區(qū)44是壓力敏感的，如將參照附圖更詳細地說明的。評價單元46被配置為記錄壓力敏感有源傳感器區(qū)44上的負載并且根據(jù)所述負載提供輸出信號。評價單元46可以是數(shù)字或模擬電路、微控制器、fpga、asic或任何其他信號處理單元。

在本示例性實施方式中，來自評價單元46的輸出信號是可以指示第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的信號。安全狀態(tài)優(yōu)選地由有源輸出信號(總是接通)指示。特別優(yōu)選地，輸出信號是ossd信號，即，具有兩個彼此不同步的時鐘信號的冗余信號。來自各個評價單元46的輸出信號可以單獨地或以組合方式經(jīng)由線32傳輸?shù)桨踩到y(tǒng)26的輸入模塊28。如果根本沒有輸出信號或者輸出信號沒有以期望的形式到達輸入模塊28，則由安全系統(tǒng)26執(zhí)行上述安全功能，并且通過接觸器36關斷技術設備14。

由單獨的安全墊模塊42組成的安全墊包括由安全墊模塊42的各個有源傳感器區(qū)44形成的基本上連續(xù)的傳感器表面。在這點上，基本上連續(xù)意味著安全相關識別也可以發(fā)生在相鄰安全墊的過渡區(qū)域中，并且相應地使無源邊界區(qū)域最小化。在根據(jù)圖1的示例性實施方式中，安全墊模塊42具有帶有延伸基部的長方體支承體?；烤哂许攤群秃髠?，頂側和后側與側面相比具有大的表面積。安全墊模塊42的有源傳感器區(qū)44完全覆蓋基部的頂側。因此，安全墊模塊的有效操作區(qū)域?qū)嶋H上在安全墊模塊42的整個表面上延伸。在多個安全墊模塊的組合中，有效操作區(qū)域延伸遠至兩個相鄰安全墊模塊42之間的對接接頭47，以形成安全墊的幾乎無縫的操作區(qū)域。在一個示例性實施方式中，支承體另外具有窄邊界，該窄邊界圍繞基部以將另一保護層緊固到該邊界上，以便實現(xiàn)特別高的國際保護標記(ip67)。

為了識別安全墊的驅(qū)動，各個安全墊模塊42的評價單元46也組合成復合物。這優(yōu)選地發(fā)生在安全墊模塊42的內(nèi)部中的有源傳感器區(qū)44下方或所述安全墊模塊的后側上。在一個示例性實施方式中，評價單元46串聯(lián)連接，其中，鏈的第一或最后評價單元46連接到安全系統(tǒng)的輸入模塊。串聯(lián)電路被設計為使得：一旦沒有來自評價單元46的輸出信號，則將整個安全墊的驅(qū)動發(fā)送信號到與其連接的安全系統(tǒng)。然而，在其他示例性實施方式中，各個評價單元46的不同組合(例如主從構成)以及還有不同的信號處理是可行的。因此，在一個示例性實施方式中，檢測值可以由各個評價單元46直接傳遞到安全系統(tǒng)，該安全系統(tǒng)獨立地決定如何評定安全墊模塊的驅(qū)動。

在根據(jù)圖1的示例性實施方式中，技術設備14被布置在安全墊和有效表面上。在其他優(yōu)選的示例性實施方式中，安全墊被布置在技術設備14的保持器18周圍。如果該設備位于有效表面上，則安全墊或單個安全墊模塊必須被配置成使得技術設備14位于其上的區(qū)域可以被取消(blankout)。換句話說，安全墊必須具有空間分辨設計，以便識別有源傳感器區(qū)的哪些區(qū)域已經(jīng)被驅(qū)動。借助于空間分辨率，技術設備14位于其上的各個區(qū)域可以保持未被評價。

在根據(jù)圖1的示例性實施方式中，第二傳感器12同樣包括有源傳感器表面44和評價單元46，評價單元46經(jīng)由線32連接到安全系統(tǒng)26的輸入模塊28。第二傳感器12的有源傳感器區(qū)44被布置在技術設備14的表面上，在此特別是在機器人臂22上。有源傳感器表面44是柔性的并且與技術設備14的表面的輪廓匹配。如在安全墊的情況下，在本示例性實施方式中，多個有源傳感器區(qū)44可以組合以形成復合物，以增加有效操作區(qū)的尺寸。優(yōu)選地，機器人在空間中移動的部分完全被有源傳感器表面44覆蓋。

在根據(jù)圖1的示例性實施方式中，機器人臂22具有兩個圓柱形部件、有源傳感器表面44被布置在所述圓柱形部件的圓柱形表面上。與第一傳感器10相比，第二傳感器12被設計成不監(jiān)視對技術設備14的接近，而是檢測與機器人臂22接觸的物體或人。如在第一傳感器10的情況下那樣，第二傳感器的評價單元46生成輸出信號，安全系統(tǒng)26基于該輸出信號能夠控制(特別是關斷)機器人16。將參照附圖更詳細地說明第一傳感器10和第二傳感器12的技術設計。相同的附圖標記表示相同的部件。

圖2是圖1所示的第一壓力敏感安全裝置10的安全墊模塊42的示例性實施方式的透視圖。安全墊模塊42具有剛性支承體48，該支承體48具有大表面積的平坦表面50和垂直于表面50的窄側面52。在根據(jù)圖2的示例性實施方式中，平坦表面50是矩形的，并且安全墊模塊42整體上是長方形的，使得表面50、后側和側面52彼此正交地布置。不用說，在其他示例性實施方式中，其他形式是可行的。特別地，可想到三角形、菱形或六邊形形式的表面，也就是說，特別是可以無間隙地填充(鑲鋪)表面的形式。

在根據(jù)圖2的示例性實施方式中，安全墊模塊42為60cm寬，1m深和3cm高。表面50優(yōu)選地具有0.25m²與1m²之間的面積。這些尺寸特別適合于鋪設類似正常磚片的安全墊模塊42。在本示例性實施方式中，t形連接元件54被布置在安全墊模塊的兩個側邊緣53的底部上，其從安全墊模塊42垂直地伸出。在位于與兩個側邊緣53相對的側邊緣上，布置有與連接元件54相對定位的容納部56。容納部56是對應于連接元件54的、支承體48的后側上的t形腔，使得兩個相鄰的安全墊模塊42可以彼此齊平地鋪設并且可以通過彼此接合的容納部56和連接元件54來固定。不用說，在其他示例性實施方式中，可想到其他連接手段。例如，在一個示例性實施方式中，連接元件可以是具有雙t形輪廓的單獨部件，其根據(jù)需要插入到容納部56中。在另一示例性實施方式中，例如由鋁構成的u型件也可以用于將安全墊模塊保持在一起。

在根據(jù)圖2的示例性實施方式中，在側面52中布置有另外的腔，其中，在這些腔58中的至少一個中布置用于與相鄰安全墊模塊42形成電接觸的插頭連接器60?？梢栽诹硪磺?8中布置有適配插頭連接器60的插頭(在此未示出)。安全墊模塊42的評價單元被布置在支承體48內(nèi)(在此同樣不可見)。評價單元可以通過插頭和插頭連接器60連接到安全系統(tǒng)或連接到相鄰安全墊模塊42的另一評價單元。在一個示例性實施方式中，每個開關墊需要終端插頭(terminationplug)。優(yōu)選地，插頭連接器60可以被布置在不同的腔58中，其中腔58優(yōu)選地被設置在安全墊模塊42的所有拐角區(qū)中。由此，安全墊可以以特別簡單和靈活的方式組合成組件。

在本示例性實施方式中，平坦表面50完全被彈性橡膠墊62(例如由聚氨酯構成的墊)覆蓋，使得位于所述墊下方的傳感器被隱藏。橡膠墊62優(yōu)選地固定在平坦表面50上以及在側面52的過渡部上，使得水、灰塵和其他雜質(zhì)不能進入支承體48的內(nèi)部。橡膠墊62和支承體48特別優(yōu)選地被配置成使得安全墊模塊42符合國際保護等級ip67。這同樣適用于插頭和插頭連接器60。安全墊的有源傳感器區(qū)以及還有評價單元被布置在橡膠墊62下方，在此橡膠墊62在其表面上具有凸塊(nub)64，以使滑動的風險最小化。壓力敏感有源傳感器區(qū)在支承體48的基部的整個平坦表面50上方、在橡膠墊62下方延伸，并且限定安全墊模塊42的有源區(qū)。在一個示例性實施方式中，有源區(qū)在支承體48的整個平坦表面50上方延伸。不用說，單獨的安全墊模塊42可以用作獨立的安全墊，而不是組件的一部分。

圖3示出了用于安全墊模塊42的傳感器66的優(yōu)選示例性實施方式。除了形成有源傳感器區(qū)44的矩陣狀傳感器裝置68之外，傳感器66具有用于將傳感器裝置68連接到評價單元的連接區(qū)70。傳感器66的傳感器裝置68和連接區(qū)70由共用的載體材料72制造。載體材料72優(yōu)選地是柔性的紡織品狀的織物，電結構被編織到該織物中?？椢镏械碾娊Y構通過使用導電紗和不導電紗來創(chuàng)建。載體材料72是柔性的，使得其可以像任何織物一樣卷起和折疊。除了載體材料72之外，傳感器裝置68還具有另外的織物狀的材料，該另外的織物狀的材料基本上確定傳感器裝置68的壓力敏感特性。

傳感器裝置68由載體材料72、在載體材料72上的電結構、以及壓力敏感材料形成。電結構形成單獨的傳感器單元74，其以矩陣狀方式布置成行76和列78?？梢詾槊總€傳感器單元74確定機械負載，以確定傳感器裝置68上以及由此在有源傳感器區(qū)44上的總體壓力分布，如將參照圖4更詳細地說明的。

在本示例性實施方式中，連接區(qū)70被形成在傳感器裝置68的側邊緣79上。在其他示例性實施方式中，連接區(qū)70還可以被形成在傳感器裝置68的多個側邊緣上。連接區(qū)70是載體材料72及其上的電結構的延伸。換句話說，傳感器裝置68和連接區(qū)70大體上由一件制成。連接區(qū)70同樣是柔性設計。連接區(qū)70可以沿著扭結邊緣80折疊，扭結邊緣80在過渡到連接區(qū)70處沿著傳感器裝置68的側邊緣79延伸。連接區(qū)70被配置為放置成在扭結邊緣80附近，即，連接區(qū)70可以在傳感器裝置68下方在扭結邊緣18附近折疊。在圖3中示出了展開的傳感器。

連接區(qū)70可以在傳感器裝置68的側邊緣79的整個長度上延伸，或者如在根據(jù)圖3的示例性實施方式中那樣，僅在側邊緣79的子區(qū)域上延伸。連接區(qū)70在從側邊緣79開始的折疊區(qū)82中具有腔84。折疊區(qū)82從扭結邊緣80開始在所述扭結邊緣的整個長度上延伸，優(yōu)選地進入連接區(qū)70中1cm至2cm。腔84是連接區(qū)70中的通道開口，并且被布置在平行于扭結邊緣80的直線上。優(yōu)選地，腔84為布置在折疊區(qū)82中的、載體材料72中的矩形狹槽狀腔。

連接區(qū)70還具有接觸形成區(qū)86。在接觸形成區(qū)86中可以與電結構形成接觸，以能夠建立到評價單元的電連接。優(yōu)選地，絕緣線纜被編織到接觸形成區(qū)86中的載體材料72中，其中線纜的絕緣性在期望與電結構形成接觸的那些點處被去除。這可以例如通過隨后采用激光在精確點處去除線纜的絕緣性來執(zhí)行。在圖4中更詳細地說明傳感器裝置68及其電連接。

圖4是傳感器裝置68以及其在連接區(qū)70中的電連接的示例性實施方式的示意圖。傳感器裝置68具有第一層88和第二層90，每個層均由載體材料72制成。如上所述的電結構被布置在第一層88和第二層90上。第一層88和第二層90的電結構由帶狀電極92、94、96形成。各個層的電極彼此平行布置并且被絕緣中間區(qū)98間隔開。第一層88和第二層90優(yōu)選地由一件制成，其在制造之后被分成兩個部分，其中這兩個部分被彼此疊置并且相對于彼此旋轉(zhuǎn)90°以形成矩陣狀傳感器裝置68。

由壓力敏感材料構成的另一層100被布置在第一層88和第二層90之間。另一層100優(yōu)選地由非織造導電織物組成。特別優(yōu)選地，另一層100是涂覆有導電涂層的非織造微纖維布。另一層100的壓力敏感材料被配置為使得當其被機械加載時，其改變兩個相對電極之間的電特性。

傳感器裝置68的傳感器單元74被形成在第一層88的電極92、94和第二層90的電極96的交疊區(qū)(在此使用虛線示出)中。不用說，第一層和第二層的其他電極形成另外的傳感器單元74。因此，可以通過第一層88的電極和第二層90的電極與每個傳感器單元74形成接觸。另一層100的壓力敏感材料(當傳感器單元74被機械加載時，該壓力敏感材料確定傳感器單元74的電特性)被布置在傳感器單元74的電極之間。傳感器單元74的電特性優(yōu)選地通過傳感器單元74的比電阻(specificelectricalresistance)來確定，可以使用傳感器單元74的電極來測量比電阻?？赡芤愿鞣N方式發(fā)生由于傳感器單元74上的機械負載而引起比電阻的變化。例如，在一個示例性實施方式中，當另一層被機械加載時，所述另一層的比電阻在負載的位置處改變。在另一優(yōu)選示例性實施方式中，由于負載引起的電阻變化是由從第一層88和第二層90的電極到另一層100的導電材料的接觸面積的變化引起的。也就是說，具有電極92、94、96的第一層和第二層在壓力下適應于(adapt)另一層100的粗糙的導電材料，并且因此接觸面積的大小增大并且電阻下降?？商孢x地，由于機械負載，由另一層100的導電材料的幾何形狀的變化引起電阻的變化。

在另一示例性實施方式中，壓力敏感材料是不導電柔性材料，其為篩的形式并且在機械負載下變形，使得第一層的第一電極和第二電極可以在機械負載的區(qū)域中部分地與第二層中的第三電極接觸。傳感器單元的電阻則取決于篩狀網(wǎng)格的彈性、尺寸和形狀。然后通過由壓力敏感材料間隔開的電極形成接觸的次數(shù)來確定傳感器單元的電阻。由傳感器單元的區(qū)域中的壓力敏感材料的機械負載產(chǎn)生的接觸點的數(shù)目越大，傳感器單元的電阻越低。

優(yōu)選地，第一層88的電極92、94和第二層90的電極96在傳感器裝置68的一側接觸。如上所述，在由第一層和/或第二層的載體材料72的延伸形成的連接區(qū)70中形成接觸。在根據(jù)圖4的示例性實施方式中，第一層88和第二層90的載體材料72兩者延伸到連接區(qū)70中。然而，這里僅第一層88的電極延伸到連接區(qū)70以及另外的導電路徑102，導電路徑102被布置為平行于第一層88的中間區(qū)98中的電極。導電路徑102被編織到載體材料72中，類似于電極92、94。導電路徑102可以在第一層88的整個寬度上延伸，類似于電極92、94。此外，傳感器裝置68具有貫通連接104，其將另外的導電路徑102電連接到第二層90的電極96。類似于電極，貫通連接104由導電紗構成，但是被布線成與第一層和第二層正交地從第一層88通過另一層100到達第二層90。

垂直于第一層88的電極92、94和另外的導電路徑102延伸的絕緣線纜106被布置在連接區(qū)70中。在各個接觸點108處去除線纜106的絕緣性，使得可以在這些點處在另外的導電路徑102之一或第一層的電極92、94與絕緣線纜106之間形成電連接。絕緣線纜106在連接區(qū)70的一側從載體材料72中引出并且設置有例如呈連接條形式的連接110。絕緣線纜106以及由此第一層88和第二層90的電極92、94、96可以連接到評價單元(在此未示出)，該評價單元可以通過連接110確定傳感器單元74內(nèi)的電阻。

圖5和圖6以分解組裝圖和截面圖示出了安全墊模塊42的優(yōu)選示例性實施方式。再次，相同的附圖標記表示相同的部件。

圖5示出了安全墊模塊42的分層組成。第一層形成防滑橡膠墊62，傳感器66被布置在防滑橡膠墊62下方。傳感器位于蓋板112上，蓋板112被配置成插入到支承體48中。蓋板112的尺寸被確定為使得其完全被傳感器66的傳感器裝置68覆蓋，而傳感器66的連接區(qū)70伸出超過蓋板112。連接區(qū)70同樣伸出超過橡膠墊62。因此，在組裝狀態(tài)下，橡膠墊62、蓋板112和傳感器裝置68形成分層組件，連接區(qū)70從該分層組件伸出。

在本優(yōu)選的示例性實施方式中，支承體48具有帶有周向伸出邊界116的基部114。蓋板112和傳感器裝置68位于支承體上。蓋板112通過具有如所選擇的支承體中的孔的直徑和深度的多個附著點以力配合或粘合的方式固定在支承體48上，使得一方面可以補償不同的熱膨脹特性，并且另一方面，粘合劑層的張力不會由于溫度的變化而導致安全墊的變形。在另一示例性實施方式中，蓋板112還可以通過互鎖連接固定到邊界116。此外，蓋板112可以具有一個或多個壓入螺栓，并且支承體48可以具有相應的孔，以使蓋板112相對于支承體48定向。

橡膠墊62延伸超過蓋板112和傳感器裝置68，直到使得邊界116的頂側也被橡膠墊62覆蓋的程度。因此，蓋板112和傳感器裝置68通過將橡膠墊62粘接到邊界116的頂側而被嵌入(優(yōu)選地以防水和防塵方式)支承體48內(nèi)。腔形式的結構118被合并到基部114中，其中布置有安全墊模塊42的電子設備例如評價單元。此外結構118可以具有用于線纜線束119的腔，以將電子設備連接到外部。

圖6描繪了跨過傳感器66的扭結邊緣80的安全墊模塊42的橫截面。傳感器裝置68位于蓋板112的頂部，其進而位于支承體48的頂部。蓋板112可以是剛性金屬板，其在本示例性實施方式中在一側折疊180°，并且折疊部分以互鎖方式接合到支承體48中的折疊部中，以將金屬板固定在支承體上。連接區(qū)70以半徑124折疊在垂直于表面50的側面52上。半徑124優(yōu)選在0.2cm和1cm之間。在折疊期間，支承蓋板112的支承體48的伸出部123在連接區(qū)中被引導通過腔84。因此，垂直于表面50施加的力不影響連接區(qū)70，而是通過連接區(qū)70經(jīng)由伸出部123釋放到支承體48上。因此，當人踩到表面上時連接區(qū)70不經(jīng)受負載。

在根據(jù)圖6的優(yōu)選示例性實施方式中，支承體48還包括圍繞支承體的邊界116。將防滑橡膠墊62放置在邊界116上，使得支承體48的內(nèi)部被密封。在另一示例性實施方式中，傳感器裝置68和蓋板112可以在邊界上延伸，使得連接區(qū)70在邊界116上折疊并且被引導到支承體48的內(nèi)部。在這種情況下，邊界116具有槽狀輪廓，連接區(qū)70的腔84可以接合到該槽狀輪廓中，使得施加到表面50上的力也通過連接區(qū)70被釋放。

圖7和圖8示出了用于接觸傳感器66的示例性實施方式的兩個示意圖。

圖7示出了第一和第二傳感器單元74，其可以通過具有第一端子126和第二端子128的電路裝置125連接到評價單元(在此未示出)。傳感器單元74由第一電極92、第二電極94和第三電極96形成。在傳感器單元74的電極之間可以確定電阻129，如上所述，電阻129取決于施加到傳感器單元74的機械負載。

電極92、94、96連接到第一序列化元件130和第二序列化元件132。第一序列化元件130和第二序列化元件132被配置為將大量連接端子組合成單個連接端子126、128。序列化元件130、132優(yōu)選地是數(shù)據(jù)交換機，所謂的復用器。序列化元件130、132具有大量輸入134和單個輸出136。在序列化元件130、132中，一個輸出136在特定時間處總是連接到輸入134中的一個。序列化元件130、132可以是單個的、優(yōu)選為集成電子設備，或者是耦合在一起以形成單個序列化元件的多個單獨的開關裝置的組合。序列化元件130、132的各個輸入134之間的切換由外部觸發(fā)器138、140執(zhí)行。外部觸發(fā)器138、140可以由評價單元直接提供或者可以由外部時鐘信號提供。在后一種情況下，第二序列化元件132的外部觸發(fā)器138的周期優(yōu)選地是大于第一序列化元件130的外部觸發(fā)器140的周期的一定倍數(shù)(onefactor)。選擇比率使得第一序列化元件130將輸入134中的第一輸入連接到輸出136，而同時第二序列化元件將其所有輸入134至少一次連接到輸出136。這樣，可以以簡單方式通過經(jīng)由所述序列化元件將相應電極連接到第一序列化元件130和第二序列化元件132的輸出136連續(xù)地測試所有傳感器單元74。

第一序列化元件130和第二序列化元件132在其輸入134處被過度占用，即第一序列化元件130不僅連接到第一層88的電極92、94，而且連接到第二層90的電極96。第二序列化元件132不僅連接到第二層90的電極96，而且連接到第一層90的電極92、94。如圖7所示，輸出136可以連接到同一電極(在此為第三電極96)。在第一序列化元件130和第二序列化元件132的這種配置中，傳感器單元74可以“橋接”。因此，可以建立第一序列化元件130和第二序列化元件132的輸出136之間的直接連接。

這種“短路”可以通過連接到第一端子126和第二端子128的評價單元的測量來確定。如果第一序列化元件130和第二序列化元件132正確連接，則評價單元可以確定第一端子126和第二端子128之間的相應短路。為了對序列化元件130、132進行自測試，序列化元件間隔地短路，并且短路由評價單元測試。從而，可以連續(xù)地驗證作為傳感器的信號處理鏈的一部分的序列化元件130、132的功能。

圖8示出了用于接觸矩陣狀傳感器66的特別優(yōu)選的示例性實施方式。在根據(jù)圖8的示例性實施方式中，九個傳感器單元74通過第一序列化元件130和第二序列化元件132連接到評價單元46。除了第一電極92、第二電極94和第三電極96之外，電路裝置125還具有接觸另外的傳感器單元74的三個另外的電極142、144、146。如在上述示例性實施方式中，所有電極92、94、96、142、144、146均連接到第一序列化元件130和第二序列化元件132的輸入134。這樣，不僅傳感器單元74的兩個電極中的每個可以連接到輸出136，而且可以產(chǎn)生上述方式的直接連接。

在根據(jù)圖8的示例性實施方式中，第二序列化元件132的輸出136通過第一電阻器148連接到電接地端子150。第一序列化元件130的輸出136一方面通過第二電阻器152連接到電壓源154，并且另一方面，第一序列化元件130的輸出136連接到評價單元46的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)156。因此，在第二電阻器152與第一電阻器148之間或者在第二電阻器152與第二電阻器152和傳感器單元74(第一序列化元件130和第二序列化元件132連接到該傳感器單元74)的電阻器129的總和之間形成分壓器。換句話說，當?shù)谝恍蛄谢?30和第二序列化元件132“短路”時，在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器156處建立所限定的電壓，所述限定的電壓由第一電阻器148和第二電阻器152的分壓器以及電壓源154的電壓產(chǎn)生。其次，傳感器單元74的比電阻129可以容易地根據(jù)與該期望值的偏差來確定。

以這種方式，特別容易由評價單元46確定傳感器單元74的瞬時電阻，并且因此確定傳感器單元74上的相應壓力負載。此外，可以以簡單的方式測試序列化元件130、132的尋址。不需要用于監(jiān)視序列化元件130、132的另外裝置。

此外，如果第一電阻器148和第二電阻器152均可調(diào)節(jié)，則可以測試模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器156以用于正確操作。由于當?shù)谝恍蛄谢?30和第二序列化元件132連接到同一電極時存在的可變分壓器，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器156的整個區(qū)域可以被驗證。傳感器單元74的評價結果以及還有序列化元件和/或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器156的監(jiān)視的結果可以被傳送到上級控制單元以用于進一步處理。

在一個示例性實施方式中，評價單元46可以是ossd，即輸出信號是可以指示第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的ossd信號。優(yōu)選地，該信號是具有兩個彼此不同步的分量的冗余時鐘信號。第一狀態(tài)指示傳感器的安全狀態(tài)，即傳感器單元74不經(jīng)受負載并且在序列化元件130、132或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器156中的任一個中未識別到故障的狀態(tài)。第一狀態(tài)被主動地信號通知，也就是說在該狀態(tài)下必須存在冗余信號。第二狀態(tài)通過沒有冗余時鐘信號來指示，并且指示傳感器單元74已經(jīng)經(jīng)受負載或者在序列化元件130、132或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器156中存在故障。

在另一示例性實施方式中，來自評價單元46的輸出信號包含編碼信號，該編碼信號包含關于哪個傳感器單元74經(jīng)受負載或哪個傳感器單元74不經(jīng)受負載的信息。類似地，可以將序列化元件130、132和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器156的自測試結果傳輸?shù)桨踩到y(tǒng)，使得一方面可以執(zhí)行對傳感器66是否被觸摸的評價，并且另一方面可以生成指示傳感器66的功能和其信號處理的診斷報告。

在可想到的最后兩個示例性實施方式之間還存在中間配置，例如由評價單元提供的ossd信號和同時通過第二輸出提供的診斷數(shù)據(jù)。不用說，根據(jù)圖8的示例性實施方式可以擴展到任何期望數(shù)目的傳感器單元74，并且本公開內(nèi)容不限于所示的九個傳感器單元。

圖9是新型安全墊的優(yōu)選示例性實施方式的后側的透視圖。安全墊的后側160對應于支承體48的底側。后側160基本上具有平坦表面162，多個結構被結合到該平坦表面162中以使得能夠連接位于支承體48內(nèi)部的電子設備。例如通過表面銑削工藝將結構結合到平坦表面162中，或者在支承體48的制造期間例如在注入成型期間直接形成結構。

在根據(jù)圖9的示例性實施方式中，結構在后側160中具有通道開口164、第一線纜引導件166、第二線纜引導件168、第三線纜引導件170和第四線纜引導件172、以及中空形式的插座174a、174b。通道開口164是垂直于平坦表面162的開口——優(yōu)選地為孔的形式，其延伸穿過支承體48。與例如布置在支承體48內(nèi)的電子設備(例如安全墊的評價單元)的連接可以通過通道開口164來建立。在優(yōu)選的示例性實施方式中，在此未示出的線纜被引導通過通道開口164。線纜優(yōu)選地是具有保護護套的多芯線纜。作為替選，使用預制線纜線束也是可行的。

線纜優(yōu)選地固定在通道開口164中，并且通道開口164另外通過密封或填充物以防塵和防水的方式密封，使得可以確保高的國際保護標記，例如符合ip67。由于固定，從支承體48離開通道開口164的線纜的部分具有限定的固定長度，并且在所述線纜的端部處布置有插頭連接器。插頭連接器優(yōu)選地是m5、m8或m12類型的多極圓形插頭連接器。在優(yōu)選的示例性實施方式中，插頭連接器具有符合dinen61076-2-104的螺紋鎖定裝置或者卡鎖裝置。插頭連接器可以具有ip65/ip67保護標記，例如通過模制在線纜上的插頭連接器。插頭連接器特別優(yōu)選地被布置在具有360°耐emc屏蔽的金屬殼體中，以確保信號傳輸?shù)母叨瓤煽啃浴?/p>

插座174a、174b形成用于插頭連接器的容納部。插座174a、174b的形狀與插頭連接器的形狀匹配。插座174a、174b優(yōu)選地是具有半圓形橫截面的細長中空部，圓形插頭連接器可以夾在其中，使得插頭連接器保持在中空部中。插座174a、174b在一側上開口到側面52a、52b中的腔176a、176b中，并且在相對側與線纜引導件166、168、170、172中的一個匯合。在每種情況下，特別優(yōu)選地在第一和第二側面52a、52b相交的拐角區(qū)中以相對于彼此相交的方式布置兩個插座174a、174b。兩個插座174a、174b的腔176a、176b遠離兩個側面52a、52b的鄰接邊緣178的距離優(yōu)選是相同的，使得在安全墊彼此齊平地抵靠時兩個相鄰安全墊的腔176a、176b彼此相對地定位。在具有長方體支承體的優(yōu)選示例性實施方式中，在每種情況下，以與長方體支承體的側邊緣的固定距離，在具有腔的所有四個拐角中布置有交叉插座。這樣，安全墊可以以特別靈活的方式彼此組合并且接合以形成多部件組件。

插座174a、174b通過線纜引導件166、168、170、172連接到通道開口164。在根據(jù)圖9的示例性實施方式中，通道開口164相對于安全墊的端側180居中地布置。在此，兩個插座174a以第一取向布置，其中插座174a的腔176a位于側面52a中，其中兩個另外的插座174b以第二取向布置，使得所述另外的插座的腔176b位于側面52b中。當支承體48是矩形時，第一和第二取向優(yōu)選地相對于彼此成90°的角度。從插座174a、174b到線纜引導件166、168、170、174的過渡部182a、182b被布置在距通道開口164的第一距離和第二距離處，其中第一距離和第二距離不同。邊緣被形成在過渡部182a、182b處，使得插入到插座174a、174b中的插頭連接器不能滑入線纜引導件中。

從通道開口164出來的線纜可以插入線纜引導件166、168、170、172中。線纜引導件166、168、170、172在平坦表面162中形成從通道開口164延伸到過渡部182a、182b的通道。通道壁是圓形的，其中圓形部分被設計成使得線纜的表面至少部分齊平地抵靠通道壁。通道的深度被設計成使得線纜可以完全插入通道中，并且因此不從平坦表面162伸出。通道優(yōu)選地在橫截面中具有桶狀輪廓。在另一示例性實施方式中，輪廓是u形的，其中下拐角是圓形的。

在一個示例性實施方式中，通道具有對應于從通道開口164出現(xiàn)的線纜的限定長度的長度。單獨線纜引導件166、168、170、172的通道優(yōu)選地具有相等的長度。線纜引導件166、168、170、172的輪廓以大曲率半徑彎曲并且不具有任何拐角。該輪廓沒有扭結。半徑優(yōu)選地大于10cm。在根據(jù)圖9的示例性實施方式中，線纜引導件166、168、170、172的彎曲輪廓由不同的部分組成。這些部分可以是直的或彎曲的部分。過渡彎曲部優(yōu)選地被布置在部分之間，其被配置成使得從直線部分到弓形部分的過渡部中的彎曲僅緩慢地而非突然地變窄。彎曲的輪廓使得甚至表現(xiàn)出低柔性程度的勁性線纜可以均勻地插入線纜引導件中并因此牢固地安裝。特別地，降低了如下風險：芯卡扣或多個芯被擠壓，使得減小了線纜扭結時形成交叉連接。

在一個示例性實施方式中，線纜無間隙地放置在線纜引導件166、168、170、172中。在另一優(yōu)選的示例性實施方式中，通道至少具有一個第一部分184和一個第二部分186。線纜可無間隙地鋪設在第一部分184中。在第二部分186中，壓縮空間通過線纜引導件在該區(qū)域中展寬來形成。在第二部分186的第一區(qū)域中的線纜引導件的限定的寬度優(yōu)選地均勻地增加，并且在相鄰的第二部分中再連續(xù)減小到第一部分184的限定的寬度。壓縮空間186被設計成無間隙放置線纜，以補償線纜長度的輕微變化。具有壓縮空間186的部分和具有精確配合線纜引導的部分184的組合允許線纜有效地固定在通道中，其中同時通過壓縮空間184提供關于線纜長度的一定程度的靈活性。

當在一個示例性實施方式中插座174a、174b具有用于將插頭連接器固定在不同位置的其他結構時，在線纜引導期間的靈活性是重要的。例如，可以想到，插頭連接器能夠在第一和第二位置處被布置在插座174a、174b內(nèi)，其中插頭連接器在第一位置處與側面52齊平地終止，并且插頭連接器延伸超過側面52或者進一步位于支承體48的內(nèi)部，并且因此在第二位置處不與側面齊平地終止。在第二位置處，到插頭連接器的線纜必須比在第一位置處更長或更短。這種長度上的變化可以通過壓縮空間186實現(xiàn)。

不用說，后側的設計不限于此處所示的示例性實施方式。特別地，在其他示例性實施方式中，通道開口164還可以以偏心方式布置。類似地，另外的通道開口可以設置有另外的線纜引導件，并且此外通道開口可以設置有多個線纜，以為另外的側面提供連接選擇。在優(yōu)選的示例性實施方式中，來自安全墊的評價單元的輸出信號經(jīng)由第一通道開口164提供，并且經(jīng)由另一通道開口接收輸入或控制信號。信號可以特別優(yōu)選地從一個通道開口經(jīng)由評價單元環(huán)繞到另一通道開口。以這種方式可以特別有效地形成串聯(lián)連接的多個安全墊的組件。