ES2214403T3

ES2214403T3 - Textil conductor sensible a la presion.

Info

Publication number: ES2214403T3
Application number: ES01917304T
Authority: ES
Inventors: Stanley Shigezo Swallow; Asha Peta-Thompson
Original assignee: Intelligent Textiles Ltd
Current assignee: Intelligent Textiles Ltd
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: EP1269406A1; MXPA02009746A; AU770743B2; ATE259520T1; IL152105A0; EP1269406B1; CA2405312A1; EA200201038A1; DE60102003T2; EA004494B1; CN1430765A; AU4438501A; DE60102003D1; BR0109801A; CN1286000C; US20030119391A1; US7365031B2; CA2405312C; WO2001075778A1; NZ521993A

Abstract

Una tela provista con una capa única que incluye filamentos de urdimbre y de trama dentro de dicha capa única, en la que los filamentos de urdimbre incluyen al menos un primer conductor eléctrico alargado y los filamentos de trama incluyen al menos un segundo conductor eléctrico alargado, cuyos primer conductor o conductores se cruzan con dichos segundo conductor o conductores, estando dichos conductores normalmente cargados para separarse en un punto de cruce de dichos conductores con un intersticio de aire entre ellos resultante de fibras o filamentos aislantes que cargan a los conductores primero y segundo para separarlos en el punto de cruce, por lo que la aplicación de presión en una dirección sustancialmente normal a un plano de la tela hace que los conductores establezcan contacto.

Description

Textil conductor sensible a la presión.

El presente invento se refiere a métodos de construir en tela uno o más interruptores o detectores eléctricos activados por presión, en la realización preferida como elementos integrales de una sola hoja de tela.

Las hojas de tela eléctricamente conductoras son conocidas en la técnica, y se describen, por ejemplo, en la solicitud anterior de patente británica del solicitante 2.339.495. Las hojas conductoras de tela conocidas comprenden dos capas conductoras separadas por una capa aislante que se puede puentear tras la aplicación de presión en las capas conductoras. Aunque dichos conjuntos de tela pueden funcionar bien, existen inconvenientes inevitables por tener que utilizar tres o más capas de tela, incluyendo el coste adicional, el espesor de la tela, la necesidad de mantener la alineación entre las diversas capas, el movimiento de las capas durante el uso, etc.

El documento EP-A-0.989.509 describe un detector de posición construido a partir de tela que tiene elementos eléctricamente conductores. El detector tiene al menos dos planos eléctricamente conductores. A través de uno de los planos se aplica una diferencia de potencial eléctrico para determinar la posición de una interacción mecánica.

El documento US-A-4.795.998 describe un conjunto ordenado de detectores, que comprende una malla de conductores en una tela tejida, cruzándose los conductores de fila sobre los conductores de columna para formar un conjunto ordenado de matrices de puntos de cruce. Las filas se separan de las columnas recubriendo individualmente a los conductores de una o de ambas series con un material fibroso parcialmente resistente a la corriente eléctrica, de tal manera que, cuando los conductores en cualquier punto de cruce del conjunto ordenado se aprietan más cerca entre sí, disminuye la resistencia entre los dos conductores en ese punto de cruce. Mediante la conexión de los conductores a un circuito eléctrico adecuado, se puede determinar la intensidad de la fuerza aplicada en cualquier punto de cruce y la localización de ese punto de cruce dentro del conjunto ordenado.

El documento EP-A-0.911.435 describe un hilo eléctricamente conductor compuesto equilibrado longitudinalmente que tiene un hilo con alma de fibra textil envuelto con un mínimo de dos, y un máximo de cuatro, filamentos. De uno a cuatro de los filamentos son filamentos metálicos, mientras que el resto son filamentos sintéticos. Al menos uno de los filamentos metálicos está envuelto en un sentido, y al menos uno de los filamentos restantes está envuelto en el sentido contrario.

El presente invento intenta proporcionar un producto textil conductor perfeccionado.

De acuerdo con un aspecto del presente invento, se proporciona una tela según se ha especificado en la reivindicación 1.

La realización preferida incluye una tela tejida, tricotada, no tejida o trenzada que incluye en su construcción tejida, tricotada, no tejida o trenzada un primer conductor eléctrico alargado cruzado por un segundo conductor eléctrico alargado, estando normalmente los conductores dispuestos con una carga de separación en el punto de cruce con un intersticio de aire entre ellos, por lo que la aplicación de una presión en una dirección normal al plano de la tela hace que los conductores se pongan en contacto.

Preferiblemente, la tela incluye una pluralidad de primeros conductores espaciados y/o una pluralidad de segundos conductores espaciados que forman de ese modo una pluralidad de dichos puntos de cruce. Los conductores pueden comprender filamentos o fibras eléctricamente conductores.

Ventajosamente, la tela es una tela tejida; la urdimbre de la misma puede incluir al menos uno de dicho primer conductor eléctrico, y la trama puede incluir al menos uno de dicho segundo conductor eléctrico.

Se puede emplear un número de medios, por separado o combinados, para cargar a los conductores en los puntos de cruce con el fin de mantenerlos separados; en una realización preferida, esto se consigue incluyendo en la tela fibras o filamentos aislantes. Por ejemplo, la carga de separación se puede efectuar empleando, como al menos uno de los conductores eléctricos, un conductor eléctrico que tenga un filamento o una fibra aislantes envueltos alrededor de él para dejar la superficie del conductor descubierta en el punto de cruce. En otro ejemplo, la carga de separación se efectúa retorciendo al menos uno de los conductores eléctricos junto con un filamento o una fibra aislante. Alternativamente, la carga de separación se puede efectuar empleando, como al menos uno de los conductores eléctricos, un conductor eléctrico que esté soportado sobre protuberancias deformables de una fibra o de un filamento aislante y situado entre ellas. En otra realización, la carga de separación se puede efectuar mediante la inclusión de más de un hilo en la urdimbre del tejido y/o en las bastas de la trama.

Es preferible que los conductores eléctricos tengan una propiedad eléctrica que sea proporcional a - o reproducible a partir de - la longitud del conductor. Entonces, la longitud de un conductor o de una pluralidad de conductores que se conectan se podría determinar a partir de la medida de dicha propiedad. Ventajosamente, la propiedad eléctrica es la resistencia.

Para algunas aplicaciones, será ventajoso que la tela tenga al menos un conjunto de conductores eléctricos espaciados, estando conectados juntos eléctricamente al menos algunos de dicho conjunto para formar al menos una barra colectora. Cuando dicho conjunto de conductores eléctricos espaciados comprende filamentos o fibras eléctricamente conductores en la urdimbre o trama de una construcción tejida, se puede proporcionar la conexión eléctrica entre conductores de ese conjunto mediante uno o más filamentos o fibras eléctricamente conductores de la trama o de la urdimbre, respectivamente. Alternativamente, se puede efectuar dicha conexión eléctrica después del procedimiento de tejido.

En una realización preferida, se provee una tela que incluye una pluralidad de fibras de trama y una pluralidad de fibras de urdimbre, primeras y segundas fibras conductoras dentro de las fibras de trama y de urdimbre, y al menos una fibra aislante dentro de las fibras de trama y/o de urdimbre, cuya fibra aislante actúa para cargar y separar dichas primeras y segundas fibras con el fin de proporcionar espacio entre ellas.

La tela puede incluir una pluralidad de fibras aislantes dentro de una de las fibras de trama y de urdimbre, cuyas fibras aislantes proporcionan un puente para una fibra conductora en la otra de las fibras de trama y de urdimbre, de tal manera que dicha fibra conductora flota sobre una o más fibras conductoras en la una de las fibras de trama y de urdimbre.

En otra realización, se disponen una o más fibras aislantes alrededor de al menos una de las fibras conductoras, por ejemplo dispuesta helicoidalmente alrededor de las mismas. Alternativamente, se podrían proporcionar una o más fibras conductoras alrededor de al menos una fibra aislante, con la fibra aislante incluyendo partes, por ejemplo salientes, que se extienden más allá del perímetro de la fibra o fibras conductoras. La fibra aislante proporciona de ese modo los medios de espaciamiento para espaciar el conductor de los otros conductores dentro de la capa de tela.

Será aparente que el invento puede proporcionar un material textil para un detector o interruptor de presión u otro dispositivo conductor dentro de una sola capa de tela. Esto puede obviar los problemas anteriormente expuestos.

Además, es posible reducir el efecto de borde (falta de linealidad de la resistencia con respecto a la posición), que es intrínseco a las estructuras de tres capas y que debe corregirse para proporcionar medidas precisas. Más aún, es posible tener una resolución significativamente más alta, posiblemente diez veces o más, con respecto al dispositivo de tres capas; la resolución dependerá de las técnicas de tejido y de las dimensiones de las fibras.

Con las realizaciones preferidas, es posible proveer el contacto de las fibras conductoras tras la aplicación de una presión o presiones específicas a la tela, y esto se puede determinar por el tamaño del intersticio de aire, por la tensión del tejido, por la deformabilidad de los conductores y por la compresibilidad de los aisladores. Además, es posible proporcionar un intervalo de sensibilidades de presión dentro de una única estructura de tela. Por ejemplo, con la realización del conductor flotante (descrita con referencia a la Figura 3), se pueden proveer diferentes sensibilidades de presión con una pluralidad de puentes que tengan un número diferente de conductores debajo de los puentes y/o diferentes fibras aislantes, tal como espesores o compresibilidades diferentes. Se pueden contemplar efectos similares con respecto a las otras realizaciones de fibra descritas en la presente memoria.

Como una alternativa, se pueden proporcionar dos o más capas de la tela descrita, que tengan estructuras iguales o diferentes.

De acuerdo con otro aspecto del presente invento, se provee una fibra que incluye un hilo conductor alrededor del que se enrolla al menos un hilo aislante. Preferiblemente, se han dispuesto dos o más hilos aislantes enrollados helicoidalmente alrededor del hilo conductor.

De acuerdo con otro aspecto del presente invento, se ha provisto una fibra que incluye un hilo aislante alrededor del que se enrolla al menos un hilo conductor, cuyo hilo aislante incluye partes que se extienden más allá del hilo o hilos conductores. Preferiblemente, se han provisto dos o más hilos conductores enrollados helicoidalmente alrededor del hilo aislante. Las partes salientes podrían ser hebras de fibra, protuberancias, o elementos similares.

Con el presente invento es posible proporcionar un material textil eléctricamente conductor que tiene las características descritas en la solicitud de patente británica 2.339.495, con solamente una única capa de tela.

La producción de las realizaciones preferidas de tela puede ser significativamente más barata que la de la estructura descrita en la solicitud de patente británica 2.339.495.

A continuación se describen diversas realizaciones del presente invento, solamente a título de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una disposición de malla de conductores alargados;

La Figura 2 representa los efectos de la presión aplicada en un cruce entre dos conductores;

La Figura 3 es una vista en perspectiva de una realización de tela con conductores flotantes;

La Figura 4 muestra el funcionamiento de la tela de la Figura 3;

La Figura 5 muestra diversas vistas de una realización de hilo;

La Figura 6 muestra diversas vistas de otra realización de hilo;

Las Figuras 7a hasta 7c muestran diversas realizaciones de hilos conductores y aislantes;

La Figura 8 muestra otra realización de hilo compuesto;

La Figura 9 muestra variaciones de la realización de hilo con conductores flotantes;

La Figura 10 es un diagrama esquemático de una realización de barras colectoras tejidas;

La Figura 11 muestra un ejemplo de especificación técnica de estructura de tejido; y

La Figura 12 muestra un ejemplo de interruptores multiplexados individualmente direccionalizables dentro de una construcción de tela tejida.

Con referencia a las Figuras, en la realización de la Figura 1, la pieza de tela comprende preferiblemente al menos dos conjuntos de conductores eléctricos alargados. Típicamente, los conductores en cada conjunto están dispuestos en paralelo entre sí, y un conjunto de conductores está dispuesto perpendicularmente con respecto al otro conjunto para formar una malla espaciada arbitrariamente, como se muestra en la Figura 1. Los conductores eléctricos alargados son típicamente fibras conductoras mono-filamento o multi-filamento, mientras que el resto del trozo de tela se compone de fibras aislantes.

Donde dos conductores se cruzan uno sobre otro, la construcción de la tela y/o de las fibras conductoras mantiene su separación física, como se muestra en la vista en corte transversal de dos conductores en la Figura 2(a). Cuando se aplica una presión en una dirección normal al plano de la tela, las fibras conductoras son obligadas a desviarse y a establecer contacto eléctrico, como en la Figura 28(b). De ese modo, cada punto de cruce constituye un interruptor eléctrico de contacto momentáneo, que mantendrá el contacto mientras la presión aplicada exceda de un valor umbral. La presión umbral se puede predeterminar y controlar en fábrica.

Los interruptores presentan también una región análoga de conmutación, puesto que el área de contacto compartida por los dos conductores varía de acuerdo con la presión aplicada, hasta que se logra un área máxima de contacto, como se muestra en la Figura 2( c). Las variables de fabricación de la pieza de tela se pueden controlar de tal manera que, en uso, los interruptores funcionen predominantemente dentro de esta región análoga, enmarcada por las líneas de trazos de la Figura 2(d). Si se mide este área de contacto por medio de alguna propiedad eléctrica, por ejemplo la resistencia, los cruces pueden constituir detectores de presión.

Aunque la pieza de tela puede ser de construcción tricotada o de fieltro, se contempla que la aplicación principal de esta tecnología será a estructuras de tela tejida. En este último caso, los dos conjuntos de fibras conductoras pueden constituir hilos de urdimbre y de trama, respectivamente, con hilos aislantes componiendo el resto de la pieza de tela y actuando para separar los hilos conductores individuales de cada conjunto. En la Figura 3 se muestra un ejemplo típico de una pieza tejida de tela, que incorpora dos puntos de cruce

Técnicas de separación

Se pueden usar una serie de técnicas para mantener un grado de separación física entre dos fibras conductoras en un punto de cruce. Estas técnicas incluyen el uso de estructuras de tejido con hilos flotados e hilos compuestos conductores/aislantes. Las diferentes técnicas se pueden usar conjuntamente, por ejemplo, una pieza de tela que incorpore al mismo tiempo un hilo conductor compuesto con alma y una estructura de tejido con flotadores.

Técnica de separación- Tejido con flotadores sobre uno o más hilos

La técnica de separación descrita en primer lugar es el uso de una estructura de tejido con flotadores, un término aplicado a una parte de hilo de trama que pasa por encima o por debajo de un hilo de urdimbre o viceversa. Para lograr la separación de los dos hilos conductores en un cruce, típicamente, el hilo conductor de trama se hace flotar sobre el hilo conductor de urdimbre y uno o más hilos aislantes de urdimbre en cada lado, como se muestra en la Figura 3. Como resultado, los dos hilos conductores comparten poca o ningún área de contacto físico, como se muestra en la vista en corte transversal, longitudinal a la trama, de la Figura 4(a).

Si el hilo conductor de urdimbre tiene un diámetro menor que el de los hilos aislantes de urdimbre que lo rodean, se puede hacer efectiva su separación física, como se muestra en la Figura 4(b). Cuando se aplica presión en una dirección normal al plano de la tela, los hilos y la tela circundante se desvían, y los dos conductores establecen contacto eléctrico, como en la Figura 4( c). Al aumentar la presión aplicada aumenta el área de contacto, como en la Figura 2 ( c). Los hilos deben presentar una elasticidad suficiente para recuperarse de la desviación tras la eliminación de la presión aplicada, y así volver a su posición separada, interrumpiendo el contacto eléctrico.

Técnica de separación - hilo conductor con alma rodeado con aislador desplazable

Otra técnica de separación implica usar una construcción compuesta específica para los hilos conductores. En este hilo compuesto, un hilo conductor con alma mono-filamento o multi-filamento, se retuerce, trenza, devana, enfunda en un manguito, co-moldea, recubre o se circunda parcialmente por material aislante como se muestra en la Figura 5(a).

Cuando un punto de cruce entre dos hilos conductores, al menos uno de los cuales es de esta naturaleza, no está sometido a presión, el material aislante se interpone entre los conductores, como en la Figura 5(b), asegurando la separación física. Sin embargo, cuando se le somete a una presión normal al plano de la tela, el material aislante circundante puede retorcerse, comprimirse, desplazarse a un lado o desviarse de otro modo para permitir el contacto eléctrico entre los hilos conductores con alma, como se muestra en la Figura 5( c). Tras la eliminación de la presión aplicada, el material aislante salta de nuevo a su posición y/o forma iniciales entre los conductores para interrumpir (abrir) el contacto eléctrico.

La geometría del hilo compuesto y la compresibilidad, rigidez y texturas superficiales de sus hilos constituyentes contribuyen a determinar el umbral de presión de un punto de cruce, y se pueden determinar fácilmente por procedimientos empíricos. Los hilos compuestos de este tipo se pueden usar para construir puntos de cruce de tejido liso, sin las estructuras de flotador anteriormente descritas.

Técnica de separación - hilo aislante con alma, compresible, rodeado con conductor

Otra técnica de separación implica otro tipo de construcción compuesta para los hilos conductores. En este hilo compuesto, que es un caso inverso a la del hilo anteriormente detallado, un hilo aislante mono-filamento o multi- filamento, con alma, se retuerce, trenza, devana, coextrude, recubre, enfunda en un manguito o se circunda parcialmente de otro modo mediante hilos conductores o material conductor.

Adicional o alternativamente, un alma conductora se puede co-extrudir con un recubrimiento aislante y luego someterse a un tratamiento post-producción para dejar al descubierto selectivamente áreas del alma conductora. Los hilos conductores se embeben parcialmente en el hilo aislante con alma, de tal manera que la superficie elástica y compresible del hilo con alma se mantenga contra los hilos conductores, como se muestra en la Figura 6(a). Alternativamente, pero con el mismo fin, se pueden retorcer o centrifugar hilos conductores con hilos aislantes de mayor tamaño para que los hilos aislantes se mantengan verticales con respecto a los hilos conductores.

Cuando un punto de cruce entre dos hilos conductores, al menos uno de los cuales es de esta naturaleza, no está sometido a presión, el material aislante que se mantiene vertical con respecto al hilo conductor asegura la separación física de los conductores, como en la figura 6(b). Sin embargo, cuando esté sometido a una presión en dirección normal al plano de la tela, el material aislante puede comprimirse para permitir el contacto eléctrico entre los hilos conductores embebidos, como se muestra en la Figura 6( c). Tras la eliminación de la presión aplicada, el material aislante salta para volver a su posición, con el fin de mantener separados a los conductores, e interrumpe el contacto eléctrico.

La geometría del hilo compuesto y la compresibilidad, rigidez y texturas superficiales de sus hilos constituyentes contribuyen a determinar el umbral de presión de un punto de cruce, y se pueden determinar fácilmente por procedimientos empíricos. Se pueden usar hilos compuestos de este tipo para construir puntos de tejido liso para cruce, sin las estructuras de basta anteriormente descritas.

Técnica de separación - Hilo conductor con alma circundado con aislador desplazable

Con referencia a las Figuras 7(a) a 7( c), se muestran diversas realizaciones tanto de hilo con aislador como de hilo con conductor. En la Figura 7(a) hay un hilo con alma de sección transversal sustancialmente circular que puede ser aislante o conductor, según se desee. Centrifugados, trenzados o retorcidos alrededor del alma hay unos hilos aislantes de mayor diámetro y unos hilos conductores de menor diámetro. Como se puede ver en las Figuras, cuando no existe presión aplicada al hilo, las fibras conductoras se mantienen separadas del otro conductor (o conductores). Sin embargo, tras la aplicación de una fuerza de compresión por encima del valor umbral, los hilos aislantes se comprimen y/o desplazan para permitir el contacto de los hilos conductores sobre la base conductora (que puede ser otro hilo compuesto de este tipo).

En la Figura 7(b) hay simplemente un alma conductora que tiene sobre ella o extrudido con ella uno o más nervios aislantes, preferiblemente en una disposición helicoidal. Como puede verse, cuando no hay presión aplicada, el alma conductora permanece separada de cualquier base conductora sobre la que esté colocado el hilo compuesto (la base puede ser otra estructura compuesta tal como ésta). Sin embargo, tras la aplicación de una fuerza de compresión, se produce una compresión del nervio (o nervios) aislante para permitir el contacto eléctrico.

En la Figura 7( c) se ha formado un alma conductora deformable con un casquillo aislante del que se han quitado secciones para dejar acanaladuras con senos conductores. La compresión de la estructura causará la deformación de las acanaladuras, de tal manera que un sustrato conductor, que puede ser por ejemplo un conductor de placa o tipo fibra, establecerá contacto eléctrico con el alma conductora. No es necesario retirar parte alguna del alma conductora para crear la acanaladura, simplemente basta retirar el aislador para tener acceso al alma.

Técnica de separación - hilo compuesto detector con auto-separación

En la Figura 8 se ha mostrado una realización de un hilo compuesto que tiene un alma alrededor de la cual se ha trenzado un hilo conductor/aislante con conductores flotantes, que permite la detección de la presión aplicada en un punto a lo largo de la longitud de la estructura.

Parámetros que controlan la presión de actuación

Un número de parámetros de fabricación controlables determinan la presión de actuación de un punto de cruce entre dos conductores en una pieza tejida de tela.

a) Diámetros relativos de hilos conductores y aislantes

Como se ha expuesto anteriormente, si los hilos conductores del tejido son de un diámetro o una sección transversal menores que los de los hilos aislantes, los hilos conductores en un punto de cruce están separados por una distancia mayor. Los hilos conductores se deben desviar con el fin de hacer contacto, requiriendo así una mayor presión de actuación.

b) Propensión del hilo conductor a establecer contacto eléctrico

Una serie de variables contribuyen a la propensión de un hilo conductor a establecer contacto eléctrico por medios mecánicos. Los hilos conductores con superficies muy suaves y/o duras tienden a áreas de contacto menores que los hilos fibrosos y/o compresibles cuando están en contacto bajo presiones similares. Los conductores mono-filamento de sección transversal circular ofrecen similarmente un área de contacto menor que los hilos de forma prismática o multi-filamento. A continuación se describen características específicas de los hilos compuestos.

c) Rigidez de la tela

La presión de actuación requerida para desviar a los conductores en un cruce y establecer contacto eléctrico viene regida directamente por la rigidez de los hilos conductores e hilos aislantes circundantes, y por la rigidez general de la tela, la cual a su vez viene regida por las estructuras de tejido utilizadas, por la separación de los hilos y por el nivel de compactación de la trama, o batido, usados. Una tela más rígida requiere una fuerza de mayor intensidad para una desviación dada, y por tanto dará lugar a cruces de mayor presión de actuación.

d) Número de hilos conductores adyacentes

Si se usan múltiples hilos conductores adyacentes en lugar de un solo conductor de urdimbre o de trama, como en la Figura 9(a), la presión de actuación se reduce. Los conductores más anchos con un número mayor de hilos adyacentes, como se muestra en la Figura 9(b), ofrecen un área de contacto mayor en un punto de cruce y al mismo tiempo requieren menos desviación angular de los hilos, y por tanto menos presión, para establecer contacto.

e) Número de hilos flotados

Si se flota un hilo conductor de trama sobre un número mínimo de hilos de urdimbre para asegurar la separación en un punto de cruce, como se muestra en la Figura 9(a), la presión de actuación es correspondiente menor que si la trama conductora se flotase sobre un número mayor de hilos adyacentes de urdimbre, como se muestra en la Figura 9
( c).

Implicaciones a tener en cuenta sobre presiones de actuación

Controlando los parámetros de fabricación anteriormente mencionados se permite que los puntos de cruce con presiones de actuación predeterminadas se tejan en una pieza de tela. Las presiones de umbral, tanto para el contacto eléctrico a establecer como para el máximo contacto a conseguir, se pueden determinar independientemente. Se pueden incorporar a una sola pieza de tela puntos de cruce con diferentes umbrales de presión. Esto permite la construcción de, por ejemplo, un grupo de puntos de cruce contiguos que hagan contacto consecutivamente con una presión creciente, y juntos constituyan un detector de presión cuantificado.

Otra implicación del control de los parámetros en un punto de cruce es que los dos hilos conductores se pueden tejer para que estén en contacto eléctrico permanente, independientemente de la presión aplicada. Principalmente, esto se puede lograr mediante el uso de una estructura de tejido liso en el punto de cruce, donde la trama conductora no se flota sobre ninguna urdimbre adicional, sino que en su lugar comparte una gran área de contacto permanente con el hilo conductor de urdimbre. Esto permite, por ejemplo, la construcción tejida de barras colectoras, descrita anteriormente en la presente memoria.

Recíprocamente, si se hace muy grande el umbral de presión de actuación de un punto de cruce, se podrían tejer los dos hilos conductores de tal manera que nunca hiciesen contacto eléctrico en condiciones típicas de funcionamiento. Esto permite que dos conductores pasen uno sobre otro y permanezcan eléctricamente independientes. Esta facilidad para diseñar puntos de cruce que hacen o no consiguen hacer contacto dentro de una malla de conductores permite que el trazado del camino de la corriente a través de toda la pieza de tela sea semejante a las vías de una placa de circuito impreso.

Direccionalización de la matriz de cruces

Cada punto de cruce entre dos conductores se puede tratar como un interruptor independiente, con el conjunto ordenado de cruces constituyendo una matriz direccionalizada de filas y columnas, similar a la mayoría de los teclados actuales. Para lograr esto, se debe conectar individualmente cada hilo conductor a un circuito adecuado para explorar la matriz. Hacer este número de conexiones a la pieza de tela puede resultar inconveniente.

Alternativamente, un esquema que requiere muchas menos conexiones a la pieza de tela es direccionalizar la matriz de cruces a través de barras colectoras eléctricas, como se muestra en la Figura 10. Cada una de estas barras colectoras sirve para interconectar los conductores de un conjunto. El número de conexiones a la pieza de tela no se iguala con el número de cruces.

Las barras colectoras se pueden coser, bordar, imprimir, adherir, fijar mecánicamente o embutir a la pieza de tela con el fin de establecer contacto eléctrico con la matriz de conductores. Del modo más atractivo, pueden ser también de construcción tejida, integral a la pieza de tela de una manera similar a la matriz. En la Figura 10 se muestra también una disposición típica.

Se pueden medir algunas características eléctricas reproducibles, por ejemplo la resistividad, para averiguar la longitud de un conductor y/o de una barra colectora. A partir de estas medidas se puede deducir la posición de un "interruptor cerrado" en un cruce de la matriz.

Por ejemplo, en primer lugar supóngase que los hilos conductores de la matriz presentan una resistividad lineal, y que se hacen conexiones a tres barras colectoras perfectamente conductoras como se muestra en la Figura 10. Si se cierra el interruptor situado en el punto de cruce D, la resistencia RAB medida desde la barra colectora A hasta la barra colectora B viene dada por:

RAB = K ( X + Y)

donde K es una constante determinada por las longitudes absolutas, áreas de secciones transversales y resistividades de los hilos conductores, y las distancias X e Y son los componentes vectoriales ortogonales del punto D, donde

0 < = ( X, Y) < = 1.

Similarmente, la resistencia medida desde la barra colectora B hasta la barra colectora C viene dada por:

RBC = K ( Y + 1 - X )

Sustituyendo se obtiene:

X = [ ( ( RAB ) / K) - (( RBC) / K) + 1 ] /2

e:

Y = [ ( ( RAB ) / K ) + ( ( RBC ) / K ) - 1 ] / 2

Un ejemplo típico

Esta sección detalla un ejemplo de instrucciones de tejido para construir una pieza típica de tela. A partir de estas especificaciones se podría reproducir una pieza de tela de tamaño arbitrario, aunque se ha incluido la repetición para una anchura de 250 mm. Los puntos de cruce están distribuidos uniformemente en una rejilla con unos 8,5 mm de separación. Usando las estructuras especificadas de hilos y tejido, el umbral de presión de los puntos de cruce es aproximadamente 80 kilopascales, equivalentes a 4 newtons en un área típica de yema de dedo de 50 milímetros cuadrados. Las especificaciones incorporan también dos barras colectoras en los hilos de urdimbre, a ambos lados de la pieza de tela.

La urdimbre se ha diseñado con dos bordes de orillo constituidos por un hilo trenzado multi-filamentos, BASF F901 G004, 8 hebras de urdimbre en cada borde de la urdimbre en ejes 1-4, mostrado esquemáticamente en la figura 10(a).

La urdimbre continúa usando un hilo 100% de algodón 2/18 ajustado a 9.45 cabos por cm ( 24 cabos por pulgada). Este se entremezcla con mono-filamento conductor tipo BASF F901 A013 cada 8 hebras de urdimbre en los ejes 8, 16 y 24.

La secuencia de elevación/ plan de clavijas determina el orden en el que los ejes se mueven para levantar o dejar las hebras de urdimbre.

Una hebra de trama del mimo algodón se hace pasar a través de la campana de hebras de urdimbre levantadas, como en el plan de clavijas de la Figura 10(b), y se sustituye con el mono-filamento conductor F901 A013 en cada sexto pico. Esto determina los flotadores de hebra de trama sobre las hebras conductoras de urdimbre.

Interruptores multiplexados direccionables individualmente dentro de una construcción de tela tejida

La Figura 12 muestra una realización de interruptores multiplexados direccionables individualmente que se puede formar a partir de cualquiera de las realizaciones anteriormente descritas. Como puede verse, se produce una malla de puntos de cruce de conductores, por cualquiera de los métodos anteriormente descritos, y dos barras colectoras provistas de la conexiones eléctricas permanentes como se muestra en la Figura. Los interruptores, cuando se cierran, proporcionan los circuitos cerrados según se muestra en la matriz del ejemplo. Más específicamente, cuando cada línea de entrada D* se conecta a un potencial positivo sucesivamente, los tres patrones de 3 bits resultantes producidos en las salidas Q1, Q2 y Q3 identifican un interruptor cerrado dentro de la matriz de cruces. La conexión de la matriz a las entradas D1, D2 y D3 y a las salidas Q1, Q2 y Q3 de acuerdo con un código binario permite una respuesta más elegante a los múltiples interruptores cerrados contenidos en la misma.

Claims

1. Una tela provista con una capa única que incluye filamentos de urdimbre y de trama dentro de dicha capa única, en la que los filamentos de urdimbre incluyen al menos un primer conductor eléctrico alargado y los filamentos de trama incluyen al menos un segundo conductor eléctrico alargado, cuyos primer conductor o conductores se cruzan con dichos segundo conductor o conductores, estando dichos conductores normalmente cargados para separarse en un punto de cruce de dichos conductores con un intersticio de aire entre ellos resultante de fibras o filamentos aislantes que cargan a los conductores primero y segundo para separarlos en el punto de cruce, por lo que la aplicación de presión en una dirección sustancialmente normal a un plano de la tela hace que los conductores establezcan contacto.

2. Una tela de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye una pluralidad de primeros conductores espaciados y/o una pluralidad de segundos conductores espaciados, que forman una pluralidad de dichos puntos de cruce.

3. Una tela de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en la que cada conductor comprende filamentos o fibras eléctricamente conductores.

4. Una tela de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que es tejida, tricotada, no tejida o trenzada.

5. Una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha carga de separación se efectúa colocando un conductor eléctrico de sección transversal relativamente menor entre filamentos o fibras aislantes de sección transversal relativamente mayor.

6. Una tela de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tejido incluye bastas de urdimbre y/o de trama en más de un hilo para efectuar la carga de separación de los conductores eléctricos primero y segundo en el punto de cruce.

7. Una tela de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicha carga de separación se efectúa empleando, como al menos uno de los conductores eléctricos, un conductor eléctrico que incluye filamento o fibra aislante enrollado alrededor de él para dejar la superficie del conductor descubierta en el punto de cruce.

8. Una tela de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicha carga de separación se efectúa retorciendo al menos uno de los conductores eléctricos conjuntamente con filamento o fibra aislantes.

9. Una tela de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicha carga de separación se efectúa empleando, como al menos uno de los conductores eléctricos, un conductor eléctrico que está soportado sobre y entre protuberancias deformables de un filamento o fibra aislante.

10. Una tela de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicha carga de separación se efectúa empleando, como al menos uno de los conductores eléctricos, una fibra que incluye un hilo aislante y un hilo conductor, cuyo hilo aislante incluye partes que se extienden más allá del hilo conductor.

11. Una tela de acuerdo con la reivindicación 10, en la que se han dispuesto dos o más hilos conductores enrollados helicoidalmente alrededor del hilo aislante.

12. Una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los conductores eléctricos tienen una propiedad eléctrica que es proporcional a la longitud del conductor, por lo que a partir de la medida de esa propiedad se puede determinar la longitud del conductor o pluralidad de conductores conectados.

13. Una tela de acuerdo con la reivindicación 12, en la que la propiedad eléctrica es la resistencia eléctrica.

14. Una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye al menos un conjunto de conductores eléctricos espaciados, estando conectados juntos al menos algunos conductores de dicho conjunto para formar al menos una barra colectora.

15. Una tela de acuerdo con la reivindicación 14, en la que dicho conjunto de conductores eléctricos espaciados comprende filamentos o fibras eléctricamente conductores en la urdimbre o trama de una construcción tejida, y la conexión eléctrica entre conductores de ese conjunto se proporciona mediante uno o más filamentos o fibras eléctricamente conductores de la trama o de la urdimbre, respectivamente.

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16. Una tela de acuerdo con la reivindicación 14, en la que el conjunto de conductores eléctricos espaciados comprende filamentos o fibras eléctricamente conductores en la urdimbre o en la trama de una construcción tejida, y dicha conexión eléctrica se hace efectiva después el procedimiento de tejido.