IT202100002018A1

IT202100002018A1 - Sensore tessile di pressione

Info

Publication number: IT202100002018A1
Application number: IT102021000002018A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Marchesi
Original assignee: Knitronix S R L
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-08-01

Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo ?Sensore tessile di pressione?

DESCRIZIONE

Ambito dell?invenzione

La presente invenzione riguarda l?ambito dei sensori tessili.

In particolare, l?invenzione riguarda un sensore tessile di pressione e di temperatura.

Descrizione della tecnica nota

Come noto, i sensori di pressione vengono oggi utilizzati nei pi? svariati ambiti applicativi per rilevare urti, contatto con persone, presenza di oggetti e molto altro.

Molti dei sensori oggi in commercio hanno una forma simile ad una moneta e sono realizzati con un substrato in PCB o pellicole in PET.

Tuttavia, tali sensori risultano molto rigidi ed ? difficile poterli disporre in corrispondenza di aree aventi geometrie complesse. Inoltre, tali sensori non permettono la misurazione della pressione in maniera uniforme su grandi aree. Ulteriore svantaggio risiede nel fatto che essi non risultano adatti ad essere incorporati all?interno di elementi indossabili, a causa delle irritazioni che causano a contatto con la pelle.

Recentemente sono stati sviluppati sensori flessibili, come quelli mostrati in KR20180117893A e in KR20170003101A, che prevedono la presenza di due strati esterni conduttivi e di strati intermedi in materiale piezoelettrico o parzialmente conduttivo.

Tuttavia, tali sensori flessibili risultano generalmente costosi, sia in termini di materiali impiegati sia in termini di apparecchiature necessarie alla loro fabbricazione, oltre a risultare di elevata complessit? costruttiva. Inoltre, i materiali impiegati sono tipicamente sintetici e risultano poco adatti all?utilizzo all?interno di elementi indossabili, in quanto poco traspiranti.

Sintesi dell?invenzione

? quindi scopo della presente invenzione fornire un dispositivo flessibile per il rilevamento di una pressione che sia pi? economico e veloce da produrre rispetto ai dispositivi di tecnica nota.

? inoltre scopo della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo che possa essere realizzato interamente mediante immagliatura di fili tessili e fili conduttivi, senza necessitare di materiali compositi o piezoelettrici.

? anche scopo della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo che permetta il rilevamento della temperatura.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un dispositivo flessibile per il rilevamento di una pressione p secondo le rivendicazioni da 1 a 9.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiari con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

? la figura 1A mostra in sezione gli strati tessili di una prima forma realizzativa del dispositivo flessibile in cui solo uno strato tessile comprende regioni non conduttive;

? la figura 1B mostra la forma realizzativa di figura 1A in cui i due strati tessili sono sottoposti a pressione e le regioni conduttive entrano in contatto fra loro;

? la figura 2 mostra in sezione gli strati tessili di una seconda forma realizzativa del dispositivo flessibile in cui entrambi gli strati tessili comprendono regioni non conduttive (gli strati tessili sono separati per chiarezza);

? la figura 3 mostra schematicamente la sovrapposizione dei due strati tessili con regioni conduttive disposte a strisce parallele aventi un angolo relativo ?;

? la figura 3A mostra in sezione una forma realizzativa del dispositivo flessibile comprendente un involucro di copertura;

? le figura 4A mostra una forma realizzativa del dispositivo flessibile in cui le strisce parallele del primo e del secondo strato tessile hanno un angolo relativo ? ? 0?;

? le figura 4B mostra una forma realizzativa del dispositivo flessibile in cui le strisce parallele del primo e del secondo strato tessile hanno un angolo relativo ? ? 90?;

? le figure 5A e 5B mostrano due possibili forme realizzative del dispositivo flessibile comprendenti anche il circuito elettrico ausiliario per il rilevamento della temperatura.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite Con riferimento alle figure 1A e 1B, il dispositivo flessibile 100 per il rilevamento di una pressione p, secondo la presente invenzione, comprende due strati tessili 110 e 120, ciascuno dei quali comprende un tessuto matrice conduttivo 111,121 ottenuto mediante lavorazione a maglia di un filo non isolato. I due tessuti matrice conduttivi 111 e 121 hanno rispettive facce esterne 111a e 121a e rispettive facce interne 111b e 121b.

In particolare, il filo non isolato ? un filo elettricamente conduttivo, ad esempio un filo metallico, o avente almeno una superficie esterna elettricamente conduttiva.

Inoltre, il dispositivo flessibile 100 comprende inoltre un circuito elettrico atto a connettere i tessuti matrice conduttivi 111 e 121 ad una sorgente elettrica.

Nella forma realizzativa mostrata in figure 1A e 1B, un primo strato tessile 110 comprende una pluralit? di regioni non conduttive 112 ottenute mediante immagliamento di un filo isolato con il tessuto matrice conduttivo 111.

In particolare, il filo isolato ? un filo elettricamente non conduttivo, ad esempio un filo di poliestere, oppure ha una superficie esterna elettricamente non conduttiva, ad esempio un filo metallico smaltato.

Come visibile in figura 1A, gli strati tessili 110 e 120 sono disposti a contatto tra loro con le due facce interne 111b e 121b rivolte l?una verso l?altra. Inoltre, le regioni non conduttive 112 sono realizzate in modo tale da sporgere dalla faccia interna 111b di uno spessore ?.

In tal modo, quando il dispositivo flessibile 100 non ? sottoposto a pressione, i tessuti matrice conduttivi 111,121 sono distanziati tra loro, a distanza ?, non chiudendo il primo circuito. Quando invece sulle due facce esterne 111a,121a ? applicata una pressione p, le regioni non conduttive 112 si deformano riducendo o azzerando lo spessore ?, facendo cos? entrare in contatto i tessuti matrice conduttivi 111,121 chiudendo il circuito elettrico.

Alla chiusura del circuito, pu? essere collegato un allarme sonoro o acustico che notifichi l?applicazione della pressione p sul dispositivo flessibile 100.

Con riferimento alla figura 2, in una forma realizzativa preferita, entrambi gli strati tessili 110,120 comprendono rispettive regioni non conduttive 112,122 e gli strati tessili 110,120 sono disposti in modo tale che le regioni non conduttive 112,122 siano in contatto tra loro. In figura 2, gli strati tessili 110,120 sono disposti a distanza solo per semplicit? grafica.

Pertanto, in tale forma realizzativa, quando sugli gli strati tessili 110,120 non ? applicata una pressione p, i tessuti matrice conduttivi 111,121 si trovano ad una distanza pari a 2?. Questo permette di rendere meno sensibile il rilevamento della pressione, in quanto sar? necessaria una pressione ? maggiore rispetto alla forma realizzativa delle figure 1A,1B per portare a contatto i tessuti matrice conduttivi 111,121.

Vantaggiosamente, con riferimento alla figura 3, le regioni non conduttive 112,122 possono essere strisce parallele. In particolare, le regioni non conduttive 112 di un primo strato tessile 110 hanno una direzione longitudinale x1 ed una larghezza trasversale L1, mentre regioni non conduttive 122 di un secondo strato tessile 120 hanno una direzione longitudinale x2 ed una larghezza trasversale L2. Inoltre, gli strati tessili 110,120 sono disposti in modo tale che le direzioni longitudinali x1 e x2 abbiano un angolo relativo 0? ? ? ? 90?.

Nelle figure 4A e 4B sono mostrate due forme realizzative in cui si ha, rispettivamente, ? ? 0? e ? ? 90?.

? possibile notare come, nella forma realizzativa di figura 4A, dove ? ? 0?, avvicinando gli strati tessili 110 e 120 le regioni non conduttive 112 possono penetrare tra le regioni non conduttive 122, portando ad avvicinare tra loro anche le regioni conduttive 111 e 121, che si troveranno ad una distanza pari a ?.

D?altra parte, nella forma realizzativa di figura 4B, dove ? ? 90?, avvicinando gli strati tessili 110 e 120 le regioni non conduttive 112 e 122 non possono compenetrarsi tra loro, mantenendo le regioni conduttive 111 e 121 ad una distanza pari a 2 ?.

Poich? le regioni non conduttive 112,122 hanno un comportamento elastico, maggiore ? la quantit? di materiale che deve essere deformata e maggiore sar? la pressione necessaria per tale deformazione.

Pertanto, la pressione p necessaria per portare a contatto le regioni conduttive 111 e 121 in caso di ? ? 90?, ossia dovendo deformare uno spessore pari a 2 ?, sar? necessariamente maggiore della pressione p necessaria per portare a contatto le regioni conduttive 111 e 121 in caso di ? ? 90?, dove deve essere deformato uno spessore pari solamente a ?.

Per quanto detto, variando opportunamente, in fase di produzione del dispositivo 100, il valore dell?angolo relativo ? tra 0? e 90?, ? possibile variare la sensibilit? del dispositivo stesso, ossia il valore minimo della pressione p che pu? essere rilevata. In particolare, aumentando il valore dell?angolo relativo ?, aumenta la pressione p che pu? essere rilevata.

Con riferimento ancora alla figura 3, il dispositivo flessibile 100 pu? inoltre comprendere una cornice 130 atta frapporsi tra i due strati tessili 110,120 in corrispondenza delle estremit? laterali, in modo da evitare che i fili conduttivi sporgenti possano entrare in contatto tra loro anche senza una pressione applicata. Questa situazione pu? verificarsi, ad esempio, a causa di un taglio del tessuto che porti i fili conduttivi a piegarsi verso la faccia interna di uno strato tessile. Inoltre, la cornice 130 permette di unire tra loro gli strati tessili 110,120, ad esempio per incollaggio.

In figura 3A ? mostrata in sezione una forma realizzativa del dispositivo flessibile 100 comprendente, oltre alla cornice 130, anche un involucro di copertura formato dagli elementi flessibili 140a e 140b, configurati per inserirsi l?uno nell?altro, chiudendo a sandwich gli strati tessili 110,120. In figura 3A, gli spessori degli elementi sono volutamente sovradimensionati per chiarezza grafica.

In particolare, nella forma realizzativa di figura 3A sono inoltre previsti due elementi laterali 141 che permettono di rilevare anche pressioni agenti sui bordi del dispositivo 100. Infatti, per quanto la cornice 130 sia progettata per avere uno spessore minore possibile, in alcune applicazioni pu? risultare necessario avere sensibilit? a pressione anche sui bordi estremi del dispositivo 100, dove la cornice 130 impedisce un diretto contatto fra le regioni conduttive 111 e 121. Gli elementi 141, avendo una rigidezza opportuna, permettono ad una pressione agente sui bordi di premere la regione conduttiva 111 in una zona pi? centrale, permettendogli di andare comunque a contatto con la regione conduttiva 121.

Con riferimento alle figure 5A e 5B, secondo una variante realizzativa dell?invenzione, il dispositivo flessibile 100 comprende un circuito elettrico ausiliario atto a connettere un sistema di misurazione di resistenza elettrica R ad un filo isolato ausiliario 113, che pu? essere alternativamente co-immagliato con il filo non isolato utilizzato per le regioni non conduttive 112,122 (figura 5A) oppure con il filo isolato utilizzato per le regioni conduttive 111,121 (figura 5B). Per quanto nelle figure 5A e 5B sia mostrato per chiarezza espositiva solo lo strato tessile 110, la presente forma realizzativa si pu? applicare, mutatis mutandis, anche o solo allo strato tessile 120.

In entrambe le soluzioni realizzative, il sistema di misurazione di resistenza elettrica permette di misurare la resistenza elettrica R nel filo isolato ausiliario in modo tale che, essendo la resistenza elettrica R funzione della temperatura T, quando in prossimit? del dispositivo flessibile 100 avviene una variazione di temperatura T, il sistema di misurazione di resistenza elettrica misura una variazione di resistenza elettrica R nel filo isolato ausiliario.

Alternativamente, il filo isolato pu? essere internamente conduttivo e il circuito elettrico ausiliario pu? connettere il filo isolato al sistema di misurazione di resistenza elettrica R, permettendo di misurare nel filo isolato la variazione di resistenza elettrica R, senza necessit? di un filo isolato ausiliario.

In tal modo, il dispositivo flessibile 100 pu? funzionare contemporaneamente sia come sensore di pressione che come sensore di temperatura.

La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche ? in grado di mostrare l?invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Un dispositivo flessibile (100) per il rilevamento di una pressione p, detto dispositivo flessibile (100) comprendendo:

? due strati tessili (110,120), ciascuno strato tessile (110,120) comprendendo un tessuto matrice conduttivo (111,121) ottenuto mediante lavorazione a maglia di un filo non isolato, detto filo non isolato avendo una superficie esterna elettricamente conduttiva, detto tessuto matrice conduttivo (111,121) avendo una faccia esterna (111a,121a) ed una faccia interna (111b,121b); ? un circuito elettrico atto a connettere detti tessuti matrice conduttivi (111,121) ad una sorgente elettrica;

detto dispositivo flessibile (100) essendo caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti strati tessili (110,120) comprende almeno una regione non conduttiva (112,122) ottenuta mediante immagliamento di un filo isolato con detto tessuto matrice conduttivo (111,121), detto filo isolato avendo una superficie esterna elettricamente non conduttiva, detta o ciascuna regione non conduttiva (112,122) sporgendo da detta faccia interna (111b,121b) di uno spessore predeterminato ?;

e dal fatto che detti strati tessili (110,120) sono disposti a contatto tra loro avendo dette due facce interne (111b,121b) rivolte l?una verso l?altra, in modo tale che, quando su dette due facce esterne (111a,121a) ? applicata una pressione p, detta o ciascuna regione non conduttiva (112,122) si deforma riducendo detto spessore predeterminato ? e detti tessuti matrice conduttivi (111,121) entrano in contatto tra loro chiudendo detto circuito elettrico.

2. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno di detti strati tessili (110,120) comprende una rispettiva regione non conduttiva (112,122) e in cui detti strati tessili (110,120) sono disposti in modo tale che dette regioni non conduttive (112,122) siano in contatto tra loro.

3. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 2, in cui dette regioni non conduttive (112,122) sono strisce parallele e in cui:

? detta o ciascuna regione non conduttiva (112) di un primo strato tessile (110) ha una direzione longitudinale x1 ed una larghezza trasversale L1; ? detta o ciascuna regione non conduttiva (122) di un secondo strato tessile (120) ha una direzione longitudinale x2 ed una larghezza trasversale L2; detti strati tessili (110,120) essendo disposti in modo tale che dette direzioni longitudinali x1 e x2 abbiano un angolo relativo 0? ? ? ? 90?.

4. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 3, in cui si ha ? ? 90?.

5. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 3, in cui si ha ? ? 0?.

6. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 1, in cui almeno uno di detti strati tessili (110,120) comprende un filo isolato ausiliario (113) connesso mediante un circuito elettrico ausiliario ad un sistema di misurazione di resistenza elettrica R, detto sistema di misurazione di resistenza elettrica essendo atto a misurare la resistenza elettrica R in detto filo isolato ausiliario (113) in modo tale che, essendo detta resistenza elettrica R funzione della temperatura T, quando in prossimit? di detto dispositivo flessibile (100) avviene una variazione di temperatura T, detto sistema di misurazione di resistenza elettrica misura una variazione di resistenza elettrica R in detto filo isolato ausiliario (113).

7. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 6, in cui detto filo isolato ausiliario (113) ? co-immagliato con detto filo non isolato.

8. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 6, in cui detto filo isolato ausiliario (113) ? co-immagliato con detto filo isolato.

9. Il dispositivo flessibile (100), secondo la rivendicazione 1, in cui detto filo isolato ? internamente conduttivo ed ? connesso mediante un circuito elettrico ausiliario ad un sistema di misurazione di resistenza elettrica R, detto sistema di misurazione di resistenza elettrica essendo atto a misurare la resistenza elettrica R in detto filo isolato in modo tale che, essendo detta resistenza elettrica R funzione della temperatura T, quando in prossimit? di detto dispositivo flessibile (100) avviene una variazione di temperatura T, detto sistema di misurazione di resistenza elettrica misura una variazione di resistenza elettrica R in detto filo isolato.