DE3836712A1 - Highly flexible large-area sensor mat - Google Patents

Abstract

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Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine dünne, großflächige und hochflexible Sensormatte, die mit leitfähigen Elementen durchsetzt ist. Die sensorische Funktion der Matte entsteht durch die Auswertung elektrischer Eigenschaften (Widerstand bzw. Leitfähigkeit, Kapazität, Impedanz, Resonanzfrequenz) an den in der Fläche verteilten Leitelementen (Elektroden).The invention relates to a thin, large-area and highly flexible sensor mat,which is interspersed with conductive elements. The sensory functionThe mat is created by the evaluation of electrical properties(Resistance or conductivity, capacitance, impedance, resonance frequency)the distributed in the area vanes (electrodes).

Die erfindungsgemäße Sensormatte kann beispielsweise als kontaktsensibler Schutzbelag (Flächengebilde) im Arbeitsschutz (Maschinenschutz) eingesetzt werden. Ähnliche Anwendungsmöglichkeiten sind in der Objektsicherung oder bei der Erfassung (Auszählung) von Personen- oder Fahrzeugbewegungen gegeben. Darüber hinaus kann die Konstruktion auch als feuchtigkeitssensibles Element im Sinne eines großflächigen Leckdetektors zur Überwachung von Anlagen, Rohrleitungen oder Maschinen herangezogen werden. Auch im medizinischen Bereich können entsprechende Sensormatten in steriler Ausführung als Einmal-Artikel eingesetzt werden, beispielsweise in Verbindung mit Geräten zur Überwachung auf Inkontinenz (Bettnässen).The sensor mat according to the invention can be used, for example, as contact-sensitiveProtective covering (fabrics) used in occupational safety (machine protection)become. Similar application possibilities are in the object security orin the recording (counting) of passenger or vehicle movementsgiven. In addition, the construction can also be called moisture-sensitiveElement in the sense of a large-area leak detector forMonitoring of equipment, piping or machinery are used.Also in the medical field, appropriate sensor mats can be used inSterile design can be used as a disposable article, for example inConnection with equipment for monitoring for incontinence (bedwetting).

Vom Prinzip her sind derartige Sensormatten und zugehörige Auswerteschaltungen bekannt. Gegenstand dieser Erfindung ist eine besonders vorteilhafte Variante im Aufbau der Sensormatte. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion betreffen einerseits die elektrischen Eigenschaften der Sensormatte und andererseits die zur Herstellung angewendete Fertigungstechnik. Auf diese Weise können neue Anwendungsgebiete für die Sensormatten erschlossen werden.In principle, such sensor mats and associated evaluation circuitsknown. The subject of this invention is a particularly advantageous oneVariant in the construction of the sensor mat. The advantages of the inventionConstruction concern on the one hand the electrical propertiesthe sensor mat and on the other hand used for the productionManufacturing engineering. In this way, new application areas for theSensor mats are developed.

Der prinzipielle Aufbau der hier zur Diskussion stehenden Sensormatten ist inFig. 1 dargestellt. Die Punkte[A] und[B] sind Kontaktstellen zum Anschluß der Sensormatte an eine zugehörige Auswerte-Elektronik (Monitor). Zwischen diesen beiden Kontaktstellen werden die elektrischen Eigenschaften der Sensormatte ausgewertet. Von den Kontaktstellen[A] und[B] führt zunächst je ein zugehöriger Längsleiter1 bzw.6 als Sammelschiene zu den in großer Zahl vorhandenen Querleitern2 bzw.5. Die Querleiter müssen (elektrisch) wechselweise mit den Kontaktstellen[A] und[B] verbunden sein, so daß sich innerhalb der Sensormatte das folgende Kontaktierungsschema wiederholt: Querleiter2 zu Kontaktstelle[A] und Querleiter5 zu Kontaktstelle[B]. Als sensorisch aktive Fläche ist hier das eingerahmte Areal7 anzusehen, also nur diejenige Fläche, in der die Querleiter2 und5 kammförmig ineinander greifen.The basic structure of the sensor mats under discussion here is shown inFIG . The points[A] and[B] are contact points for connecting the sensor mat to an associated evaluation electronics (monitor). Between these two contact points, the electrical properties of the sensor mat are evaluated. From the contact points[A] and[B] initially leads each associated longitudinal conductor1 and6 as a busbar to the existing in large numbers transverse conductors2 and5 respectively. The cross-conductors must be connected (electrically) alternately to the contact points[A] and[B] so that the following contacting scheme is repeated within the sensor mat: cross-conductor2 to contact point[A] and cross-conductor5 to contact point[B] . As a sensorically active surface here is the framed area7 to see, so only that area in which the transverse conductors2 and5 mesh with each other in a comb.

Bei einer Reihe von Anwendungen ist es wünschenswert, die sensorisch wirksame Fläche7 einer Sensormatte sehr groß zu gestalten, d. h. sie möglichst auf mehrere Quadratmeter auszudehnen. In der Praxis sind hier jedoch bestimmte (physikalische) Grenzen gesetzt. Die erreichbare Maximalgröße hängt insbesondere mit verschiedenen konstruktiven Details der Matte zusammen. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, die begrenzenden Faktoren zu definieren und ggf. zu überwinden.In a number of applications, it is desirable to make the sensor-sensitive surface7 of a sensor mat very large, ie to extend it as far as possible to several square meters. In practice, however, certain (physical) limits are set here. The achievable maximum size is particularly related to various design details of the mat. It is therefore crucial to define and, if necessary, overcome the limiting factors.

Zur Verdeutlichung dieser Phänomene soll nun in einem Modellbeispiel an einer punktförmigen Einwirkungsstelle8 ein zu erkennendes Ereignis (Berührung, Leck) auf eine großflächige Sensormatte einwirken. Anhand vonFig. 1 ist zu erkennen, daß der meßtechnisch zugängliche Effekt - der primär an der mit Bezugszeichen8 gekennzeichneten Stelle entsteht - über einen langen Leitungspfad mit den Kontaktstellen[A] und[B] in Verbindung steht. Im vorliegenden Fall bedeutet das, daß der von[A] ausgehende Meßstrom innerhalb der Sensormatte zunächst über den Längsleiter1, die Verbindungsstelle3 und einen der Querleiter2 fließen muß, bevor er die Einwirkungsstelle8 erreicht. Von dort muß der Strom wieder über einen der gegenüberliegenden Querleiter5, die Verbindungsstelle4 und den Längsleiter6 zur zweiten Kontaktstelle[B] fließen.In order to illustrate these phenomena, an event to be detected (contact, leak) on a large-area sensor mat is supposed to act on a point-like point of action8 in a model example. With reference toFIG. 1, it can be seen that the effect that is accessible by measurement - which arises primarily at the point identified by reference numeral8 - is connected to the contact points[A] and[B] via a long conduction path. In the present case, this means that the measuring current emanating from[A] within the sensor mat must first flow over the longitudinal conductor1 , the connection point3 and one of the transverse conductors2 before it reaches the action point8 . From there, the current must again flow via one of the opposite transverse conductors5 , the connection point4 and the longitudinal conductor6 to the second contact point[B] .

In einer dünnen, hochflexiblen Sensormatte kommen typischerweise relativ geringe Leiterquerschnitte in einer feingliedrigen Anordnung zum Einsatz. Dies bedeutet dann, daß schon die Leitelemente einer großflächigen Matte für sich allein einen nennenswerten elektrischen Widerstand aufweisen. Dieser Widerstandsanteil bringt in der Praxis eine Reihe von Problemen mit sich. Der Widerstand der Leitelemente muß daher in jedem Fall berücksichtigt, d. h. elektronisch kompensiert oder (besser) durch eine günstige Auslegung der Leitelemente auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden.In a thin, highly flexible sensor mat typically come relativelysmall conductor cross sections in a delicate arrangement are used.This then means that even the guiding elements of a large-area matby itself have a significant electrical resistance.This proportion of resistance brings with it a number of problems in practiceyourself. The resistance of the guiding elements must therefore always be considered,d. H. electronically compensated or (better) by a cheapDesign of the vanes are kept at a very low level.

Fig. 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild einer räumlich ausgedehnten Sensormatte. Die durch die verschiedenen Leitelemente und die zugehörigen Verbindungsstellen hervorgerufenen Leitungs- und Übergangswiderstände sind hier durch die beiden SerienwiderständeRs symbolisiert. Neben diesen leitungsbedingten Serienwiderständen treten bei großflächigen Gebilden in der Praxis auch nennenswerte ParallelwiderständeRp auf, die von dem Isolationswert des jeweiligen Trägermaterials (Gewebe etc.) und ggf. auch noch von der relativen Luftfeuchte abhängen.Fig. 2 shows the electrical equivalent circuit diagram of a spatially extended sensor mat. The conduction and contact resistances caused by the various guide elements and the associated connection points are symbolized here by the two series resistancesRs . In addition to these line-induced series resistances, significant parallel resistancesRp also occur in large-area structures in practice, which depend on the insulation value of the respective carrier material (tissue, etc.) and possibly also on the relative humidity.

Bei einer Auswertung mit Wechselstrom sind darüber hinaus auch die zwischen den Leiterstrukturen entstehenden Parasitär-KapazitätenCp zu berücksichtigen. Der Einsatz von Wechselstrom ist beispielsweise bei der Detektion von Flüssigkeiten notwendig, um elektrolytische Polarisationseffekte an den Elektroden auszuschalten.In the case of an evaluation with alternating current, the parasitic capacitancesCp that arise between the conductor structures must also be taken into account. The use of alternating current is necessary, for example, in the detection of liquids in order to eliminate electrolytic polarization effects at the electrodes.

Anhand des Ersatzschaltbildes vonFig. 2 wird erkennbar, daß eine lokale Einwirkung8 auf die Sensormatte - gekennzeichnet als elektrische VeränderungRx, Ry, Cz - nur dann mit ausreichender Sicherheit an den Kontaktstellen[A] und[B] erkannt werden kann, wenn die mit der Einwirkung verbundene Veränderung der elektrischen Werte in einem günstigen Verhältnis zu den ohnehin schon vorhandenen SerienwiderständenRs, dem ParallelwiderstandRp und der parasitären KapazitätCp steht.It can be seen from the equivalent circuit diagram ofFIG. 2 that a local action8 on the sensor mat-identified as an electrical changeRx, Ry, Cz -can only be detected with sufficient certainty at the contact points[A] and[B] if the associated with the action change in the electrical values in a favorable ratio to the already existing series resistancesRs , the parallel resistanceRp and the parasitic capacitanceCp .

Die hier zu erhebenden Anforderungen in Bezug aufRs, Rp undCp können bei räumlich kleinen Sensormatten (wenige dm²) in der Regel noch problemlos erfüllt werden. Wenn jedoch eine große räumliche Ausdehnung der Sensormatte angestrebt wird, dann können die genannten Arbeitsbedingungen nur mit Hilfe besonderer Techniken erreicht werden. Bei der Auswahl der Fertigungstechniken ist auch zu berücksichtigen, daß die industrielle Herstellung großflächiger Sensormatten nur mit einfachen, d. h. kostenoptimierten Verfahren wirtschaftlich interessant sein kann.TheRs, Rp andCp requirements for spatially small sensor mats (a few dm²) can usually be fulfilled without any problems. However, if a large spatial extent of the sensor mat is desired, then the said working conditions can only be achieved by means of special techniques. In the selection of manufacturing techniques is also to be considered that the industrial production of large-scale sensor mats can be economically interesting only with simple, ie cost-optimized method.

Die flächenhafte Verarbeitung leitfähiger Elemente mit dem Ziel, sensorisch nutzbare Flächen zu erhalten, ist vom Prinzip her bekannt. Beispielsweise lassen sich die Strukturen nachFig. 1 (bei Anwendung von Leitpasten) im Siebdruckverfahren herstellen. Aber selbst beim Einsatz von (teuren) mit Edelmetall gefüllten Siebdruckpasten enstehen bei großen Matten in der Regel schon unzulässig hohe Serienwiderstände. Weiterhin zeigt sich, daß die im Siebdruckverfahren aufgebrachten Leiterstrukturen bereits bei geringer mechanischer Beanspruchung (Knittern) zahlreiche Unterbrechungen bekommen.The planar processing of conductive elements with the aim of obtaining sensory surfaces is known in principle. For example, the structures ofFIG. 1 (using conductive pastes) can be prepared by screen printing. But even with the use of (expensive) screen-printed pastes filled with precious metal, unreasonably high series resistances usually arise with large mats. Furthermore, it has been found that the conductor structures applied by the screen printing process already receive numerous interruptions at low mechanical stress (wrinkling).

Eine andere Fertigungstechnik könnte beispielsweise darin bestehen, eine textile Struktur mit leitfähigen Elementen im Webverfahren herzustellen. Mit der klassischen Webtechnik lassen sich jedoch entweder nur Längs- oder nur Querleiter einarbeiten (vergl.Fig. 1). Bisher wurde keine großtechnisch praktikable Lösung angegeben, die es ermöglicht, die parallel eingezogenen Fäden (wechselweise im Sinne einer Kammstruktur) zu kontaktieren. Jede nachträglich erzeugte Verbindungsstelle müßte dann auch unter dem Aspekt der Qualitätssicherung als eine Schwachstelle angesehen werden. Bei einem Webverfahren wäre daher sorgfältig zu testen, welche Zuverlässigkeit von einer solchen Sensormatte unter realen Einsatzbedingungen erwartet werden kann.Another production technique could be, for example, to produce a textile structure with conductive elements in the weaving process. With the classical weaving technique, however, either only longitudinal or only transverse conductors can be incorporated (seeFIG. 1). So far, no industrially feasible solution has been specified, which makes it possible to contact the parallel drawn threads (alternately in the sense of a comb structure). Any subsequently created connection point would then also have to be regarded as a weak point in terms of quality assurance. In a weaving process, therefore, it would be necessary to carefully test what reliability can be expected from such a sensor mat under real-world conditions.

Als eine aufwendige Lösung wäre das Aufnähen leitfähiger Elemente denkbar. Allerdings ist diese Technik - auch bei Einsatz automatisch gesteuerter Industrie-Nähmaschinen - sehr zeitintensiv, da die gesamte Strecke aller Leitelemente vom Nähkopf abgefahren werden muß. Diese Strecke liegt üblicherweise in der Größenordnung von mehr als 100 Metern je Quadratmeter Sensorfläche. Nähtechniken sind daher nur bedingt zu industriellen Herstellung großflächiger Sensormatten geeignet.An elaborate solution would be the sewing of conductive elements conceivable.However, this technique - even when using automatically controlledIndustrial sewing machines - very time consuming, as the entire routeall guide elements must be moved from the sewing head. This route is locatedusually on the order of more than 100 meters per square meterSensor surface. Sewing techniques are therefore only limited to industrial productionlarge sensor mats suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dünne, großflächige und hochflexible Sensormatte zu schaffen, deren Leitelemente dauerhaft, zuverlässig und mit geringem elektrischen Widerstand nach dem Kamm-Schema vonFig. 1 kontaktieren. Das Konstruktionsprinzip soll den Einsatz effizienter und kostengünstiger Fertigungstechniken erlauben. Es soll insbesondere für eine Endlos-Fertigung am laufenden Band geeignet sein.The invention has for its object to provide a thin, large-scale and highly flexible sensor mat whose guide elements contact permanently, reliably and with low electrical resistance according to the comb scheme ofFIG . The design principle should allow the use of efficient and cost-effective production techniques. It should be particularly suitable for continuous production on the fly band.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sensormatte in einem Schichtaufbau gefertigt wird. Im Inneren des Schichtaufbaus befindet sich eine flächenhafte Anordnung von elektrisch leitfähigen Elementen (Drähten, Folien, Fasern). Diese Leitelemente dienen als Meßelektroden. Als Träger- bzw. Deckmaterial können preiswerte, nichtleitfähige Deckschichten (Gewebe, Vlies, Filz, Pappe, Papier, Folie) in Form von Rollenware eingesetzt werden.The object is achieved in that the sensor mat ina layer structure is made. Located inside the layer structurea planar arrangement of electrically conductive elements(Wires, foils, fibers). These guide elements serve as measuring electrodes. WhenCarrier or cover material can be inexpensive, non-conductive cover layers(Fabric, fleece, felt, cardboard, paper, foil) used in the form of rollsbecome.

Die flächenhafte Anordnung von elektrischen Leitern (Meßelektroden) wird im Wesentlichen von einer Schar dünner, parallel aufgespannter Leitelemente (Drähte, Litzen, Folienstreifen, Fasern oder Fäden) gebildet. In einer Endlos-Fertigung beispielsweise würde die Laufrichtung dieser Leiterschar zugleich die Laufrichtung der Maschine darstellen.The planar arrangement of electrical conductors (measuring electrodes) isessentially of a bevy of thin, parallel clamped vanes(Wires, strands, foil strips, fibers or threads) formed. In a Endless manufacturing, for example, the direction of this leader wouldat the same time represent the running direction of the machine.

Ein praktisches Problem ist nun die wechselweise Kontaktierung der Leiterschar nach dem inFig. 1 wiedergegebenen Schema.Fig. 3 zeigt, auf welche Weise die (hier längslaufenden) Querleiter2 bzw.5 nach dem erfindungsgemäßen Prinzip kontaktiert werden können: Zur Kontaktierung werden bandförmige Kontaktleisten10 eingesetzt, die hier die Funktion der Längsleiter1 und6 vonFig. 1 übernehmen.A practical problem now is the alternate contacting of the conductor array according to the reproduced inFig. 1 scheme.Fig. 3 shows how the (here longitudinal) transverse conductors2 and5 can be contacted according to the principle of the invention: For contacting band-shaped contact strips10 are used, which take over the function of the longitudinal conductors1 and6 ofFIG .

Die Kontaktleisten10 bestehen aus einem Isolierstoff-Trägerband, auf welchem beidseitig eine leitfähige Struktur als Kontaktband aufkaschiert ist. Eine wechselweise Kontaktierung der Querleiter2 bzw.5 wird nun dadurch erreicht, daß die Querleiter abwechselnd oberhalb und unterhalb der Kontaktleiste10 verlaufen. Auf diese Weise verbindet das obenliegende Kontaktband alle mit dem Bezugszeichen2 versehenen Querleiter und stellt damit die Verbindung der Querleiter2 zur Kontaktstelle[A] her. In analoger Weise werden auf dem rückseitigen Kontaktband alle mit dem Bezugszeichen5 versehenen Querleiter erfaßt und mit der auf der Rückseite der Kontaktleiste10 gelegenen Kontaktstelle[B] verbunden.The contact strips10 consist of an insulating carrier tape on which a conductive structure is laminated as a contact band on both sides. An alternating contacting of the transverse conductors2 and5 is now achieved in that the transverse conductors run alternately above and below the contact strip10 . In this way, the overhead contact band connects all provided with the reference numeral2 transverse conductor and thus establishes the connection of the transverse conductor2 to the contact point[A] ago. In an analogous manner, all cross conductors provided with the reference numeral5 are detected on the back contact band and connected to the contact point[B] located on the rear side of the contact strip10 .

Die vorstehend beschriebene Anordnung von Leitern ist ein vollständiges Abbild des kammförmig ineinandergreifenden Elektroden-Musters nach dem Schema vonFig. 1. Fertige Sensormatten können nun sehr einfach dadurch hergestellt werden, daß die aufgespannte Elektroden-Anordnung zusammen mit den zugehörigen Kontaktleisten10 zwischen zwei Deckschichten aus Gewebe, Vlies, Filz, Pappe, Papier, Folie o. ä. aufeinander fixiert (eingebettet, kaschiert, verschweißt) wird.The arrangement of conductors described above is a complete image of the comb-shaped interdigitated electrode pattern according to the scheme ofFig. 1. Finished sensor mats can now be easily prepared by the spanned electrode assembly together with the associated contact strips10 between two cover layers Tissue, fleece, felt, cardboard, paper, foil or the like is fixed to one another (embedded, laminated, welded).

Fig. 4 zeigt eine für die Endlos-Fertigung der erfindungsgemäßen Sensormatten geeignete Einrichtung: Zwischen einer oberen Schar von Querleitern2 und einer unteren Schar von Querleitern5 wird an der mit einem Pfeil23 bezeichneten Stelle in regelmäßigen Abständen eine neue Kontaktleiste10 eingeschoben. Diese Leiste wird von der weiterlaufenden Drahtschar zu einem Walzenpaar22 (Kalander) transportiert. Am Walzenpaar22 erfolgt dann fortlaufend die Fixierung (Einbettung) aller Leitelemente mit Hilfe der als Rollenware zugeführten Deckschichten20 und21.FIG. 4 shows a device suitable for the continuous production of the sensor mats according to the invention: a new contact strip10 is inserted at regular intervals between an upper group of transverse conductors2 and a lower group of transverse conductors5 at the point indicated by an arrow23 . This bar is transported by the continuing wire coulters to a pair of rollers22 (calender). On the pair of rollers22 , the fixing (embedding) of all guide elements is then carried out continuously with the aid of the cover layers20 and21 supplied as roll goods.

Mit Hilfe des Walzenpaars wird die gesamte Anordnung dauerhaft fixiert. Die Haftung der Deckschichten aufeinander kann je nach Anwendungsfall mit Hilfe von Sprühklebern, Schmelzklebern oder durch Verschweißen erfolgen. Auf diese Weise entsteht das Produkt24 zunächst als ein laufendes Band. Die einzelnen Sensormatten können dann fortlaufend in beliebiger Form aus dem Band herausgestanzt werden. Für jede Matte ist im Flächengebilde (Band) eine separate Kontaktleiste10 vorgesehen.With the help of the pair of rollers, the entire arrangement is permanently fixed. Depending on the application, the adhesion of the outer layers to one another can be achieved with the aid of spray adhesives, hot melt adhesives or by welding. In this way, the product24 initially arises as a running tape. The individual sensor mats can then be continuously punched out of the band in any desired form. For each mat, a separate contact strip10 is provided in the fabric (band).

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Kontaktierungsprinzips ist inFig. 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Kontaktleiste10 im Querschnitt dargestellt. Ein 20 mm breites Papierband bildet hier den Isolierstoff-Träger30. Entlang dieses Trägers sind beidseitig Kontaktbänder32 aufkaschiert. Sie bestehen in diesem Fall aus einem durch Zugabe von Edelstahl-Fasern leitfähig gemachten Textilband. Dieses Band ist elastisch und hat die Abmessungen von etwa 2,0 × 0,3 mm. Als Querleiter2 und5 dienen Edelstahl-Drähte von etwa 0,1 mm Durchmesser. Diese Drähte sind in Abständen von 10 mm parallel aufgespannt.To illustrate the contacting principle according to the invention, an embodiment of a contact strip10 is shown in cross section inFIG . A 20 mm wide paper tape forms the insulating carrier30 here . Along this carrier contact bands32 are laminated on both sides. They consist in this case of a made by the addition of stainless steel fibers made textile tape. This band is elastic and has the dimensions of about 2.0 × 0.3 mm. As cross conductors2 and5 are stainless steel wires of about 0.1 mm in diameter. These wires are clamped in parallel at intervals of 10 mm.

Wenn die Kontaktleiste10 gemäßFig. 3 bzw. 4 zwischen den Drahtscharen2 und5 eingeschoben ist, wird bei dem hier beschriebenen Beispiel als zusätzliche Maßnahme beidseitig noch eine dünne Zinnfolie34 in der Länge der Kontaktleiste zugegeben. Die Zinnbänder34 schließen die als Querleiter fungierenden Edelstahldrähte ein. Auf diese Weise berühren alle Drähte sowohl ober- als auch unterseitig eine zum Längsleiter gehörende Leiterstruktur. Dieser beidseitige Einschluß gewährleistet eine sehr hohe Kontaktsicherheit zu den Querleitern2 bzw.5 und sorgt entlang der Längsleiter für minimale Serienwiderstände zu den Kontaktstellen[A] und[B].If the contact strip10 is inserted as shown inFIG. 3 or 4 between the wire coulters2 and5 , in the example described here as an additional measure on both sides nor a thin tin foil34 is added in the length of the contact strip. The tin bands34 enclose the stainless steel wires acting as transverse conductors. In this way, all the wires touch both upper side and underside a belonging to the longitudinal conductor conductor structure. This two-sided inclusion ensures a very high contact reliability to the cross-conductors2 and5 and ensures along the longitudinal conductor for minimum series resistance to the contact points[A] and[B] .

Je nach Einsatzfall könnten sowohl die in diesem Beispiel eingesetzten Kontaktbänder32 als auch die entsprechenden Zinnfolien34 durch andere Leitelemente mit ähnlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften substituiert werden. Eines der beiden Elemente32 bzw.34 könnte beispielsweise auch durch ein leitfähiges Elastomer ersetzt werden, wenn das jeweils gegenüberliegende Element eine um so höhere (d. h. metallische) Leitfähigkeit aufweist. Wesentlich für den Erfindungsgedanken ist die allseitige und elastische Einbettung der Quersträge2 und5.Depending on the application, both the contact strips32 used in this example and the corresponding tin foils34 could be substituted by other guide elements with similar electrical and mechanical properties. For example, one of the two elements32 and34 could also be replaced by a conductive elastomer if the respective opposing element has a higher (ie metallic) conductivity. Essential for the inventive idea is the all-round and elastic embedding of the transverse struts2 and5 .

Um die parasitäre Kapazität innerhalb der Kontaktleiste10 gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die vorder- und rückseitig auf dem Isolierstoff-Träger30 angebrachten Kontaktbänder32 sich nicht direkt gegenüberstehen, sondern - wie inFig. 5 dargestellt - ausreichend gegeneinander versetzt sind.In order to keep the parasitic capacitance within the contact strip10 low, it is advantageous if the front and rear side mounted on the insulating substrate30 contact bands32 are not directly opposite, but - as shown inFig. 5 - are sufficiently offset from each other.

Als Deckschicht20 bzw.21 wird in dem hier beschriebenen Beispiel ein mit Schmelzkleber beschichtetes Vlies eingesetzt. Der Einsatz dieses handelsüblichen Materials als Rollenware führt zu Sensormatten mit einem äußerst günstigen Konsten-Niveau pro Flächeneinheit.As cover layer20 or21 , a nonwoven coated with hotmelt adhesive is used in the example described here. The use of this commercial material as a roll product leads to sensor mats with an extremely low cost level per unit area.

In der Praxis werden mit dem erfindungsgemäßen Kontaktierungsverfahren mühelos Fehlerraten von besser als 1 Fehlkontakt pro 10 000 Kontaktstellen erreicht. Versuche haben gezeigt, daß die hohe Kontaktsicherheit auch unter der Einwirkung von Umwelteinflüssen und bei starker mechanischer Beanspruchung in vollem Umfang erhalten bleibt.In practice, with the contacting method according to the inventioneffortless error rates of better than 1 faulty contact per 10,000 contact pointsreached. Experiments have shown that the high contact security also underthe influence of environmental influences and strong mechanicalStress is fully retained.

An einer gemäß der obenstehenden Beschreibung gefertigten Sensormatte in den Abmessungen 1 m × 1 m wurden folgende elektrische Daten bestimmt:On a sensor mat manufactured in accordance with the above description indimensions 1 m × 1 m, the following electrical data were determined:

Serienwiderstand im Längsleiter:Series resistance in the longitudinal conductor:max. 1 OhmMax. 1 ohmSerienwiderstand im Querleiter:Series resistance in the cross conductor:max. 50 OhmMax. 50 ohmsParallelwiderstand:Parallel resistor:ca. 100 MOhmabout 100 MOhmParallelwiderstand:Parallel resistor:ca. 100 pFabout 100 pF

Aus den vorliegenden Meßwerten ergibt sich, daß nach dem hier beschriebenen Verfahren auch extrem große Sensormatten hergestellt werden können. Bei einer wirksamen Sensorfläche von beispielsweise 1000 m² sind Serienwiderstände in der Größenordnung von 1 kOhm und ein Parallelwiderstand in der Größenordnung von 100 kOhm zu erwarten. Eine Matte mit diesen Abmessungen könnte noch problemlos elektrisch ausgewertet werden - beispielsweise in der Funktion als Leckdetektor für eine chemische Anlage.From the present measurements it follows that after the here describedEven extremely large sensor mats can be produced.With an effective sensor area of, for example, 1000 m², series resistors are usedin the order of 1 kOhm and a parallel resistor inof the order of 100 kOhm. A mat with these dimensionscould still be easily evaluated electrically - for examplein function as a leak detector for a chemical plant.

Bei Sensormatten mit kleineren Abmessungen ermöglicht allein schon die Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren bei hohen Stückzahlen einen erheblichen Kostenvorteil im Vergleich mit den herkömmlichen Fertigungstechniken. Für die Sensormatten in der erfindungsgemäßen Bauart sind daher auch zahlreiche Anwendungen in der Konsumgüter-Industrie gegeben.For sensor mats with smaller dimensions alone allows the applicationthe production process according to the invention in high quantitiesa significant cost advantage compared to conventional manufacturing techniques.For the sensor mats in the design according to the invention aretherefore also given numerous applications in the consumer goods industry.

Claims (4)

Translated fromGerman

1. Dünne, hochflexible Sensormatte, durchsetzt mit leitfähigen Elementen, die als Meßelektroden fungieren,dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Elemente im Wesentlichen aus einer Schar von dünnen, parallel aufgespannten Drähten oder Fäden bestehen, die zwischen zwei Deckschichten aus Gewebe, Vlies, Filz, Pappe, Papier, Folie o. dgl. fixiert (eingebettet, kaschiert, verschweißt) sind.1. Thin, highly flexible sensor mat, interspersed with conductive elements, which act as measuring electrodes,characterized in that the conductive elements consist essentially of a family of thin, parallel-spanned wires or threads, which are between two cover layers of fabric, fleece, felt, Cardboard, paper, foil o. The like. Fixed (embedded, laminated, welded) are.2. Sensormatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wechselseitige, kammförmige Kontaktierung der parallel verlaufenden Leitelemente2 bzw.5 mit Hilfe einer quer eingeschobenen Kontaktleiste10 erfolgt.2. Sensor mat according to claim 1, characterized in that a reciprocal, comb-shaped contacting of the parallel guide elements2 and5 by means of a transversely inserted contact strip10 takes place.3. Sensormatte nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiste10 aus einem elastischen, bandförmigen Isolierstoff-Träger30 und zwei aufkaschierten, elastischen Kontaktbändern32 zusammengesetzt ist.3. Sensor mat according to claim 1 or 2, characterized in that the contact strip10 is composed of an elastic, band-shaped Isolierstoff- carrier30 and two laminated, elastic contact strips32 .4. Sensormatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Übergangswiderstände zusätzlich zum Kontaktband32 eine flexible Metallfolie34 entlang der Kontaktleiste10 geführt wird, in der Weise, daß die Schar von Drähten oder Fäden beidseitig von Leitelementen umschlossen ist.4. Sensor mat according to one of claims 1 to 3, characterized in that in addition to the contact strip32, a flexible metal foil34 is guided along the contact strip10 in order to optimize the contact resistance of the wires or threads is enclosed on both sides by guide elements.