专利名称：压敏传感器和物体探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器、压力传感器制造系统和物体探测系统，更具体地，涉及一种改进的压力传感器，其例如用于其中需要防外来物陷入功能的汽车电动车窗系统中。
背景技术：
近年来，在车窗玻璃打开和关闭系统中使用了用马达的驱动力打开和关闭车窗玻璃的所谓电动车窗系统。
该电动车窗系统配备有用来探测外来物的陷入的物体探测系统，以便当操作窗玻璃关闭时，例如在手或手指错误地陷入在窗框和窗玻璃之间的情况下，通过停止窗玻璃的关闭操作或将关闭操作转变成打开操作，避免对手或手指的伤害。
该物体探测系统制作成包括压力传感器和确定装置，压力传感器沿着窗框的边缘布置，用来通过在外来物开始与其接触时引起的变形产生输出信号，确定装置用来基于压力传感器这样产生的输出信号确定外来物接触到压力传感器上(例如，参考专利文献1)。
JP-A-2001-153734传统上，提出一种如图15中所示的压力传感器，作为在物体探测系统中使用的压力传感器。
该压力传感器210例如是被称为所谓压电元件类型的，且制作成包括中心电极201、基本上同心地覆盖中心电极201的周围的压电层202、环绕压电层202外侧的环形管状的外电极203和覆盖外电极203外侧的由氯乙烯制成的覆盖层204，其中由于由外部压力引起的压电层202的变形，在中心电极201和外电极203中产生输出信号(例如参考专利文献2)。
JP-A-2001-324393
发明内容
顺便地说，压电元件类型的压力传感器210用压电陶瓷作为压电层202，该压电陶瓷主要由钛酸铅和聚氯乙烯制成，且具有所谓的热电效应，其中当压电层202暴露于周围温度的激烈变化时，就象外部压力使压电层202变形时那样产生电荷输出。
尽管传统的压电元件类型的压力传感器210被由氯乙烯制成的覆盖层204覆盖，但热绝缘性不足，并且压电层202受外界温度变化的强烈影响，由此在传感器的周围温度由于某种原因而产生局部激烈变化的情况下，前述热电效应变得明确并引起一种风险，即由热电效应引起的输出被错误地认作物体的接触。
为了克服这个问题，为了防止将由热电效应引起的输出错误地认作物体的接触，对策变得必需，其中通过放电释放由热电效应带来的输出，由于该对策，引起了一些问题，即压力传感器210的设备制造困难且极大地增加了设备成本。
本发明鉴于所述问题而作出，其目标是在不为克服热电效应的对策而花费高成本的情况下提供一种压力传感器、压力传感器制造方法和物体探测系统，该压力传感器通过抑制由热电效应引起的放电输出以便避免由热电效应引起的输出被错误地认作物体的接触，来增大关于物体探测的可靠性。
以实现该目标为目的，根据本发明的压力传感器包括传感器单元、覆盖传感器单元的覆盖层和由可膨胀合成树脂制成的热绝缘装置，在传感器单元中，包含压电陶瓷材料的压电层被多个电极夹在中间，热绝缘装置覆盖覆盖层的周围。
在如上述构造的压力传感器中，甚至在包围压力传感器的周围温度或，严格说来，外界温度和压力传感器安装在其上的设备基底材料的温度激烈变化的情况下，由于在与由氯乙烯制成的传统覆盖层相比时，覆盖多个电极和压电层的热绝缘装置具有优良的热绝缘性，所以能抑制外部激烈的温度变化向内部压电层的传递。
因而，能抑制由热电效应引起的电荷输出，由此能避免将由热电效应引起的输出错误地认作物体的接触的风险，从而使得能增加关于物体探测的可靠性。
另外，本发明的压力传感器包括这样的事实，即传感器单元是缆索状传感器，其包括构成芯部单元的第一电极、覆盖第一电极的压电层和覆盖压电层外部的第二电极。
根据该构造，能以良好的效率制成高灵敏度的细长传感器。
另外，本发明的压力传感器包括这样的事实，即传感器单元是片状传感器，其如此形成，即压电层被第一电极和第二电极夹在中间。
根据该构造，能通过简单的构造形成宽广面积的传感器。
另外，本发明的压力传感器包括这样的事实，即热绝缘装置是具有形成于其中的空心部的弹性材料。
根据该构造，可以获得能提供更高热绝缘效果的传感器。
另外，在热绝缘装置由具有热绝缘性的弹性材料形成的情况下，有利于压电层在外来物开始与其接触时变形，从而使得能确保外来物的接触的探测。
另外，本发明的压力传感器包括这样的事实，即热绝缘装置兼作覆盖层。
由于这一点，能仅仅通过用由可膨胀合成树脂制成的热绝缘装置覆盖传感器单元的外部，避免由热电效应引起的错误认识。即，通过使得传统的覆盖层与由可膨胀合成树脂制成的热绝缘装置整体地形成，能通过极简单的构造确保热绝缘。
另外，本发明的压力传感器包括这样的事实，即热绝缘装置包括用来将压力传感器安装在设备基底材料上的安装部。
这能消除提供单独的安装装置的需要，由此实现安装操作的效率的改进。
另外，根据本发明的压力传感器制造方法特征在于热绝缘装置通过挤压成形模制在传感器单元的外围上。
在如上述设定的压力传感器制造方法中，由于以这样一种方式制作弹性材料，即通过一般的制造方法如挤压成形，使弹性材料覆盖包括多个电极和压电层的传感器单元的周围，所以能简单地和便宜地制造压力传感器。
本发明的物体探测系统特征在于包括压力传感器和确定装置，确定装置用来基于压力传感器的输出信号确定外来物与压力传感器的接触，由此探测物体与设备的接触。
另外，本发明的物体探测系统特征在于包括压力传感器和确定装置，压力传感器安装在设备的开口的边缘上或安装在打开和关闭所述开口的关闭件的边缘上，确定装置用来基于压力传感器的输出信号确定外来物与压力传感器的接触，由此探测在开口与关闭件之间的外来物的陷入。
在如上述构造的物体探测系统中，能以高可靠性探测与物体接触或物体陷入，同时消除连接一个放电电路的需要，该放电电路充当克服热电效应的对策，否则热电效应将影响压力传感器。
另外，通常，压力传感器沿着弹性边缘材料布置，弹性边缘材料安装在设备基底材料中的开口的边缘上。然而，在压力传感器中，覆盖多个电极和压电层的热绝缘装置能保证柔韧性和弹性边缘材料所需的减振特性，形成热绝缘装置的覆盖层本身能被制作成兼作具有安装部的弹性边缘材料，安装部安装在设备基底材料的边缘和所述开口上，从而使得能实现设备基底材料和开口上的安装特性的改进，和由于部件数量的减少而实现成本的减少。
在本发明的压力传感器中，甚至在包围压力传感器的周围温度或，严格说来，外界温度和压力传感器安装在其上的设备基底材料的温度激烈变化的情况下，由于由可膨胀合成树脂制成的覆盖多个电极和压电层的热绝缘装置具有优良的热绝缘性或配备了具有形成于其中的空心部的弹性材料，所以外部激烈的温度变化不会传递到内部复合压电层。
因而，能在不将许多成本花费在特别克服热电效应的对策上的情况下，抑制由热电效应引起的电荷输出，由此能避免将由热电效应引起的输出错误地认作物体的接触的风险，从而使得能增加关于物体探测的可靠性。
另外，在热绝缘装置由具有热绝缘性的弹性材料形成的情况下，有助于在外来物开始与压电层接触时导致的压电层的变形，从而使得能确保外来物的接触的探测。
另外，在本发明的压力传感器制造方法中，由于通过挤压成形制造压力传感器，所以能简单和便宜地制造压力传感器。
另外，在本发明的物体探测系统中，即使在不连接一个放电电路的情况下，也能以高可靠性探测与物体的接触或物体的陷入，其中放电电路作为克服热电效应的对策，否则将引起热电效应。
另外，通常，压力传感器沿着弹性边缘材料布置，弹性边缘材料安装在设备基底材料中的开口的边缘上。然而，在压力传感器中，覆盖层能保证柔韧性和弹性边缘材料所需的减振特性，覆盖层本身能被制作成兼作弹性边缘材料，弹性边缘材料安装在设备基底材料的边缘和开口上，从而使得能实现设备基底材料和开口上的安装特性的改进，和由于部件数量的减少而实现成本的减少。
图1是打开和关闭系统的第一实施例的外部视图，其中安装了根据本发明的压力传感器和物体探测系统；图2是沿图1中的线C-C获得的截面图；图3表示组成本发明的压力传感器的压电电缆的横截面图；图4是本发明的压力传感器的外部视图；图5是物体探测系统和图1中所示的打开和关闭系统的框图；图6是透视图，表示当在一个开口中执行关闭操作时，当外来物陷入时压力传感器怎样变形；图7表示特征图表，分别说明了图1中所示的打开和关闭系统中的来自滤波模块的输出信号V、确定装置的确定信号J和施加到马达的施加电压Vm；图8表示一种方法的说明图，该方法用于通过来自滤波模块的输出信号V和在图1所示的打开和关闭系统中的确定装置的确定输出J来防止陷入；图9是本发明的压电电缆的另一个实施例的横截面图；图10是本发明第二实施例的压力传感器的截面图；图11是一个图表，表示从本发明的第一实施例的压力传感器的传感器输出；图12是一个图表，表示从传统压力传感器的传感器输出；图13是一个图表，表示从本发明第二实施例的压力传感器的传感器输出；图14表示几个比较图表，说明本发明和传统例子的压力传感器的横截面中的温度变化；和图15是传统压力传感器的分解横截面图。
注意，在图中附图标记表示如下11门；13窗框(开口)；15窗玻璃(关闭件)；17压力传感器；19确定装置；21打开和关闭装置；23打开和关闭控制装置；25马达；27金属丝；29支承装置；31引导件；33压电电缆；41空心部；42插入孔；45中心电极；47外电极；49复合压电层；51覆盖层；55断开探测电阻；61分压电阻；62滤波模块；63确定模块；65信号输入模块；66信号输出模块；67旁路模块；72关闭部接触确定模块；73控制模块；78空心部；100物体探测系统；和150打开和关闭系统。
具体实施例方式
下面将基于附图描述根据本发明的实施方式的压力传感器、压力传感器制造方法和物体探测系统。
(第一实施例)图1表示使用根据本发明第一实施例的压力传感器的物体探测系统以及打开和关闭系统的外部视图，且说明了一个将本发明的压力传感器应用于汽车的电动车窗系统的例子。图2是沿图1中的线C-C获得的截面图。注意，在图2中，右手侧表示车厢的内部，左手侧表示车厢的外部。
在图1中，附图标记11表示汽车的门，附图标记13表示作为开口的窗框，而附图标记15表示作为用于关闭和打开的关闭件的窗玻璃。附图标记17表示压力传感器，其沿着窗框13的端部的周缘设置。本发明的物体探测系统100包括沿着窗框13的端部的边缘布置的压力传感器17和确定装置19，确定装置19连接到压力传感器17的端部，用来基于来自压力传感器17的输出信号确定物体(外来物)与压力传感器17的接触，由此当手、手指或任何其它物体陷入到窗框13和窗玻璃15之间时，物体探测系统100被设计成探测这种陷入。
另外，本实施例的打开和关闭系统150由物体探测系统100、用来打开和关闭窗玻璃15的打开和关闭驱动装置21、以及用来控制打开和关闭驱动装置21的打开和关闭控制装置23组成。这里，打开和关闭驱动装置21由马达25、金属丝27、窗玻璃15的支承装置、引导件31等等组成。窗玻璃15如此构造，即通过由马达25移动金属丝27，使得与金属丝27相连的支承装置29沿着引导件31上下移动来打开和关闭。
注意，打开和关闭驱动装置21的系统不局限于如上所述使用金属丝27的系统，而是也可以使用其它系统。另外，打开和关闭控制装置23可以与马达25成为一体。
如图2中所示，本实施例的压力传感器17由作为压力感应装置的柔性压电电缆33和作为热绝缘装置的弹性边缘材料35组成，弹性边缘材料35由可膨胀的聚氨酯树脂制成，具有用于支承的插入孔42，压电电缆33插入并穿过该插入孔42，并且弹性边缘材料35通过安装部44安装在窗框13上。
弹性边缘材料35例如是由橡胶材料形成并沿着窗框13的边缘安装，以便在与窗玻璃15结合到一起时充当包装物和窗玻璃15的接触部分的阻尼器，并且压电电缆33穿过其中的插入孔42、空心部41和侧壁部43在弹性边缘材料35的最低部附近设置在弹性边缘材料35中。
图3(a)是表示压电电缆33和其附近的横截面图，压电电缆33是本实施例的压力传感器17的压力感应装置。通过以这样一种方式同心地用薄片叠成一个传感器单元和一个由氯乙烯制成的覆盖层51来制造该压电电缆33，即使得覆盖层51位于传感器单元的外侧，以挤压成形成缆索状的形状(即，细长的轴状形状)，此后，使得被如此挤压成形的东西极化，由此压电电缆33具有优良的柔韧性并根据变形时的变形加速度输出一个输出信号，其中所述传感器单元包括中心电极45、外电极47和由复合压电材料制成的复合压电材料层49，中心电极45是产生离开信号的电极，复合压电材料是由氯化聚乙烯制成的橡胶弹性材料和压电陶瓷的烧结粉末的混合物，覆盖层51由氯乙烯制成。
钛酸铅或钛锆酸铅或无铅压电陶瓷的烧结粉末被用作压电陶瓷，无铅压电陶瓷例如是钛酸铋钠、铌酸钠和铌酸钾。
通过下面的步骤制造压电电缆33。首先，通过碾压处理将氯乙烯薄片和体积百分比为40％到70％的压电陶瓷(这里，钛锆酸铅)均匀地混合在一起，形成薄片状形状。将该薄片精密地切割成小球，此后，将这些小球与中心电极45连续地挤压在一起，从而形成复合压电材料层49。然后，将外电极47卷绕在复合压电材料层49周围，同样以这种方式连续挤压覆盖层51以便使其围绕外电极47。最后，将5到10kV/mm的高压直流电施加到中心电极45和外电极47之间，以便使复合压电材料层49极化。
测量如上述形成的压力传感器的温度特性。
结果在图11中表示。已经发现当通过将暖空气施加到传感器来加热压力传感器的表面时，当覆盖传感器表面的热绝缘装置的表面温度如曲线A1所示地升高时，传感器表面的温度保持不超过阀值温度，如曲线B1所示。当这发生时产生的传感器输出由曲线S1表示，能获得没有噪声的好结果。
与此相反，当其中没有提供热绝缘装置的压力传感器被加热时，传感器表面温度如图12中的曲线B3所示地升高，并超过阀值温度，当这发生时产生的出现在传感器输出中的噪声如曲线S2所示。
从图11和图12之间的比较，根据本发明，能获得没有由热电效应引起的噪声的输出特性。
当将压电陶瓷粉末加到氯乙烯中时，优选地将压电陶瓷粉末浸没在钛偶联剂的溶液中，然后预先使压电陶瓷粉末干燥。通过象这样处理，压电陶瓷粉末的表面覆盖有被包含在钛偶联剂中的亲水基和疏水基。
亲水基防止压电陶瓷粉末的聚集，疏水基增强聚氯乙烯和压电陶瓷粉末之间的润湿特征，结果，能以最大高达70％的体积百分比的巨大数量将压电陶瓷粉末均匀地加到聚氯乙烯中。已经发现，代替将压电陶瓷粉末浸没在钛偶联剂中，通过在碾压聚氯乙烯和压电陶瓷粉末时添加钛偶联剂，也能获得与刚才描述的相似的效果。该处理是较好的，因为特别需要在钛偶联剂中的浸没处理，这样，当压电陶瓷粉末被混合时，聚氯乙烯也起粘结剂用树脂的作用。注意，可以用非卤素材料如热塑性弹性体代替聚氯乙烯。
在本实施例的情况下，用铜系金属或不锈钢的单线导体或多个导体作为中心电极45。
另外，一种带状电极被用于外电极47，在该带状电极中，铜金属膜结合到聚合层上，如此形成的外电极47被制作成卷绕在复合压电材料层49的外围周围。然后，用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为聚合层，由于铜膜结合到聚对苯二甲酸乙二醇酯上的这种电极在商业上大规模生产且很便宜，所以用该电极作为外电极47是优选的。在将该电极连接到确定装置19的过程中，能通过焊接实现该连接。
另外，可以用一种带状电极作为外电极47，在该带状电极中，铝层被结合到PET，这使得电极更加便宜。然而，由于焊接不能应用于铝，所以在将该电极连接到确定装置19的过程中，例如能依靠卷边或用索环(grommet)来连接电极。当这发生时，可以采用一种结构，其中金属的单线卷或金属的编织线卷绕在外电极47的铝层周围，以便与外电极形成导电性，并将金属的单线卷或金属的编织线焊接到确定装置19，在这种情况下，由于焊接变得可能，所以能提高工作效率。
注意，外电极47优选地以部分交迭的方式卷绕在复合压电材料层49周围，以便保护压电电缆33不受外界环境的电噪声。
此外，尽管在上述实施例中，覆盖层51如传统例子那样由氯乙烯制成，并且由可膨胀合成树脂制成的热绝缘装置围绕其外部，如图3(b)所示的改进例子中所示，但已经发现，能通过用由可膨胀合成树脂制成的覆盖层51f代替覆盖层51来获得进一步的热绝缘效果。
已经发现，当通过相似地将暖空气施加于传感器来加热压力传感器的表面时，甚至在覆盖传感器表面的绝缘装置的表面温度如图13中的曲线A2所示地极大地升高时，传感器单元表面的温度也保持不超过阀值温度，如曲线B3所示。当这发生时的传感器输出由曲线S3表示，能获得没有噪声的好结果。
在这种情况下，当第一实施例的压力传感器被相似地加热时，传感器表面温度如虚线B4所示地升高，虽然温度没有超过阀值温度，但在温度上稍有升高，其中在第一实施例的压力传感器中，覆盖层由氯乙烯制成，热绝缘装置设置在覆盖层的外侧周围。另外，当这发生时产生的传感器输出由曲线S4表示，稍微出现了噪声。
因而，能改进热绝缘性，所以不仅通过用可膨胀合成树脂制造热绝缘装置，而且通过用可膨胀合成树脂制造覆盖层，能获得具有高可靠性的压力传感器。
注意，覆盖层51、51f可以制作成兼作热绝缘装置。
另外，作为热绝缘装置和作为热绝缘装置的覆盖层51f，希望使用热绝缘性优良的且防氯乙烯透过的可膨胀合成树脂，其中氯乙烯用在传统压力传感器中，更希望使用弹性材料。作为这种弹性材料，例如可膨胀合成树脂如可膨胀氨基甲酸乙酯是优选的。作为可膨胀合成树脂，能使用这样一种弹性体(橡胶弹性材料)，通过改变生橡胶的构造和交联(硫化)由构造变化产生的东西，使该弹性体具有弹性，或能使用一种弹性体，其中通过将发泡剂添加到热塑性弹性体中产生反应来实现膨胀结构。
注意，当在由氯乙烯制成的覆盖层51的外侧上、将由不具有膨胀特性的合成树脂制成的热绝缘材料用作弹性边缘材料35的情况下，发现当时间t是t0或t＝t0时所得到的温度分布具有如图14(a)中的L1所示的分布曲线，其中在时间t，周围空气温度、弹性边缘材料、覆盖层51、电极47和压电层49在Ta处于热平衡状态中，当周围温度从Ta激烈改变到Tb时所得到的温度分布具有如L2所示的分布曲线，并且压电材料的温度在从传感器外侧到内侧适度分布的情况下升高。这里，当图2是沿着线A-A的横截面时，每个点表示每个层。
与此相反，在将由可膨胀合成树脂制成的热绝缘材料用作弹性边缘材料35的情况下，发现当时间t是t0或t＝t0时所得到的温度分布具有如图14(b)中的L3所示的分布曲线，其中在时间t，周围空气温度、弹性边缘材料、覆盖层51、电极47和压电层49在Ta处于热平衡状态中，当周围温度从Ta激烈改变到Tb时所得到的温度分布具有如L4所示的分布曲线，该分布曲线是一种从传感器外侧到内侧变得陡峭的分布，并且压电材料的温度保持不会升高得很多。
这里，当图2是沿着线A-A的横截面时，图14(a)、14(b)中的每个点表示每个层。
这里，压电层49和电极47之间的边界的温度变成Tc1＞Tc2，并且从该结果发现，由于在使用由可膨胀合成树脂制成的弹性边缘材料35时，在预定时间从Ta开始的温度的变化率变小，所以抑制了热电效应的出现。
这里，当图2是沿着线A-A的横截面时，图14(a)、14(b)中的每个点表示每个层。
这里，可以使用这样一种树脂作为可膨胀合成树脂，在该树脂中，通过将发泡剂添加到弹性体和热塑性弹性体中产生反应来形成膨胀结构，所述弹性体例如是异戊二烯橡胶(IR)、聚丁橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、氯丁二烯橡胶(CR)、丁腈橡胶(NR)、丁基橡胶(IIR)、乙烯-丙烯橡胶(EPM，PEDM)、氯磺化聚乙烯(CSM)、丙烯酸橡胶(ASM，ANM)、氯醇橡胶(CO ECO)、聚硫橡胶(T)、硅酮橡胶(Q)、氟化橡胶(FKM)和聚氨酯橡胶(U)，热塑性弹性体例如是聚苯乙烯热塑性弹性体(TPS)、聚烯烃热塑性弹性体(TPEE)、聚亚安酯热塑性弹性体(TPU)、聚酯热塑性弹性体(TPEE)、聚酰胺热塑性弹性体(TPEA)、聚丁二烯热塑性弹性体(TPU)、乙烯-醋酸乙烯酯热塑性弹性体(PVC-TPE)、天然橡胶热塑性弹性体、反式-聚异戊二烯热塑性弹性体和聚氯乙烯热塑性弹性体(CM)。这里，在形成膨胀结构时，将有机发泡剂、交联剂、软化剂和补强剂并入到弹性体如天然橡胶和合成橡胶以及热塑性弹性体中，当在封闭的模具内进行硫化时发泡剂分解，从而形成膨胀结构。
如上所述，由于压电电缆33的复合压电材料既具有由聚氯乙烯提供的柔韧性，又具有由压电陶瓷提供的高温下的耐用性，所以能消除在用聚偏二氟乙烯作为压电材料的传统压电传感器中固有的在高温下灵敏性的降低，和由于不仅在高温下的耐用性是优良的，而且在模制时不需要在橡胶如乙丙橡胶(EPDM)的情况下是所需的硫化步骤，所以能获得生产效率提高的优点。
另外，用于弹性边缘材料35的橡胶材料应该是具有比复合压电材料层49更高的可挠性和柔韧性的橡胶材料，以便依靠与其接触的物品的压力，使复合压电材料层49容易变形。考虑车载部件所需的耐高温性和耐低温性来选择橡胶材料，具体地说，优选地选择这样一种橡胶材料，其中柔韧性的降低在从-30℃到85℃的温度下不大。例如可以用EPDM、氯丁二烯橡胶(CR)、丁基橡胶(IIR)、硅酮橡胶(Si)、热塑性弹性体(TPER)等等作为橡胶材料。通过采用在此以前描述的构造，压电电缆33的最小曲率能减小到5mm的半径。
通过将具有高热绝缘性的材料除了用于弹性边缘材料35之外还用于覆盖层51，能减少由热电效应引起的故障。如弹性边缘材料那样，可膨胀树脂能应用于其材料。
注意，在弹性边缘材料35由可膨胀树脂制成的情况下，由于能通过该弹性边缘材料35获得热绝缘效果，所以覆盖层51可以由氯乙烯制成。在这种情况下，通常的压电电缆能用于压力传感器的制造，由此能使制造容易。
图4是压电电缆33的外部视图，断开探测电阻55在压电电缆33的一个端部53结合在压电电缆33中。断开探测电阻55连接在中心电极45和外电极47之间，断开探测电阻55制作成兼作放电模块，其放出在压电电缆33中由于热电效应而产生的电荷，这实现了部件的合理化。压电电缆33直接连接到确定装置19，并且压电电缆33和确定装置19制作得彼此成一整体。另外，用来提供供电和输出探测信号的电缆57和连接器59连接到确定装置19。当在弹性边缘材料35中提供压电电缆33时，将断开探测电阻55结合在端部53中，将压电电缆33插入到传感器插入孔42中。此后，将压电电缆33和确定装置19彼此相连，以便彼此成一整体。
注意，在通过挤压成形模制弹性边缘材料35的同时压电电缆33被挤压成形，压电电缆33设置在弹性边缘材料35中，此后，将断开探测电阻55结合到端部53中，以便压电电缆33和确定装置19可以彼此成一整体。
图5是根据本实施例的物体探测系统100和打开和关闭系统150的框图。
确定装置19包括在探测压力传感器17的断开中使用的分压电阻61，仅仅允许来自输出信号的预定频率成分从压电电缆33中通过的滤波模块62，基于来自滤波模块62的输出信号确定物体与压力传感器17接触的确定模块63，和异常确定模块64，其根据由断开探测电阻55和分压电阻61形成的电压值确定压电电缆33的中心电极45和外电极47的断开异常。
另外，信号输入模块65和信号输出模块66彼此相邻地设置在确定装置19内，信号输入模块65将中心电极45和外电极47连接到确定装置19并将来自压电传感器33的输出信号输入到确定装置19中，信号输出模块66输出来自确定模块63的确定信号。通向确定装置19的电源线以及接地线连接到信号输出模块66。此外，确定装置19具有旁路模块67，如电容器，其设置在信号输入模块65和信号输出模块66之间，用来旁通高频信号。
驱动装置21具有用来探测马达25的旋转脉冲的霍尔元件68。
控制装置23设有位置探测模块71、打开和关闭部接触确定模块72和控制模块73，探测模块71用来基于霍尔元件68的输出信号探测窗玻璃15的上端位置，打开和关闭部接触确定模块72基于霍尔元件68的输出信号，通过探测窗玻璃15的移动速度来确定物体与窗玻璃15的接触，控制模块73基于来自确定装置19、位置探测模块71和打开和关闭部接触确定模块72的输出信号控制马达25。
位置探测模块71给从霍尔元件68输出的脉冲信号计数并将其存储起来，以便探测窗玻璃15的当前上端位置。这里，窗玻璃15的上端位置Y由离窗框13最低点的高度表示，如图1中所示。
基于当物体开始与窗玻璃15接触时窗玻璃15的移动速度会减慢的事实，打开和关闭部接触确定模块72根据从霍尔元件68输出的脉冲信号的脉冲间隔计算窗玻璃15的移动速度，并在如此计算的移动时间的每单位时间变化|ΔVw|变得大于预置值VW1的情况下，确定物体开始与窗玻璃15接触，从而输出低->高->低的脉冲信号。
这里，关于如此输出的脉冲信号，高电平的信号组成确定信号。
另外，通知装置74和用来打开与关闭窗玻璃15的打开和关闭开关75连接到控制装置23，通知装置74通过布置在车厢前仪表板上的预定的灯或类似装置通知确定装置19的确定结果。打开和关闭开关75包括一个单触发向上开关和一个单触发向下开关，它们设计成通过单触摸操作来打开和关闭窗玻璃，和包括手动向上开关与手动向下开关，它们设计成通过手动操作打开和关闭窗玻璃15。然后，提供由车用电池构成的电源76，其通过确定装置19供应电力。
滤波模块62具有过滤性质，其中由汽车车身的振动或类似情况产生的多余信号被从压电电缆33的输出信号中除去，出现在压电电缆33的输出信号中的特定频率成分被提取。对于过滤性质的确定，汽车车身的振动性质和行驶时产生的车身振动可能仅仅必须为了最优化而被分析。
为了除去来自外界的电噪声，用屏蔽件覆盖整个确定装置19以便进行电屏蔽。另外，外电极47制作成与确定装置19的屏蔽件电连续，以便压力传感器17也被电屏蔽。注意，可以通过将联通电容器和电磁干扰过滤器添加到前述电路中的输入/输出模块来实现防备强电场的对策。
下面，将描述在物体探测系统100探测到物体与压力传感器17的接触时执行的基本操作。
图6表示当物体77开始陷入到窗框和窗玻璃之间时所引起的压力传感器17的情况。当物体77开始与压力传感器17接触时，压力由物体77施加到弹性边缘材料35和压电电缆33上，由于弹性边缘材料35具有比压电电缆33更大的柔韧性，所以如图中所示，弹性边缘材料35由于如此施加的压力而在物体77与其接触的点周围被压缩，侧壁部43变形，同时，空心部41坍陷，由此压电电缆33围绕物体77与弹性边缘材料35接触的点弯曲和变形。另外，甚至通过用手抓住包括压力传感器17的窗框，也在压力传感器17中产生相似的变形。
当压电电缆33象这样变形时，由于压电效应，从压电电缆33中输出视变形的加速度而定的输出信号，然后，从压电电缆33如此输出的输出信号被滤波模块62过滤。当可能发生这样一种情况时，即由汽车车身振动引起的多余振动分量所产生的输出信号出现在压电电缆33的输出信号中时，滤波模块62除去该多余信号。
这里，将基于图7描述确定模块63和控制模块73的操作过程。
图7表示特性图，其说明了来自滤波模块62的输出信号V、确定装置19的确定输出J和应用到马达25的施加电压Vm。在图7中，纵轴分别表示从上方开始的V、J和Vm，横坐标轴表示时间t。
当打开和关闭开关75的单触发向上开关在时间t被接通时，控制模块73向马达25应用一个+Vd的电压，以便操作窗玻璃15关闭，当操作窗玻璃15关闭时，确定装置19进行确定操作。在物体77如图6中所示地陷入的情况下，由于压电效应，从压电电缆33输出在压电电缆33中出现的视变形加速度而定的信号，并且使得大于如图7(a)中所示的基准电位V0的信号分量从滤波模块62中显现出来。当这发生时，如果压电电缆33制作成仅仅设置在窗框13上，则当陷入发生时出现的压电电缆33的变形将很小。然而，在本实施例的情况下，如图2中所示，由于弹性边缘材料35具有柔韧性，并且弹性边缘材料35在陷入发生时容易被压缩，所以压电元件材料33的变形量增大。
然后，由于空心部41在陷入发生时也发生坍陷，所以压电电缆33的变形量进一步增大。这样，得到压电电缆33的很大的变形量，作为变形量的二次微分值的加速度变大，其结果是，压电电缆33的输出信号变大。确定模块63确定在从V0开始的V的振幅|V-V0|大于D0的情况下，与物体的接触发生，和如图7(b)中所示，输出脉冲信号低->高作为时间t2的确定输出。
如果被给予该确定信号，如图7(c)中所示，控制模块73停止向马达25应用+Vd的电压，并在一定的时间段内应用-Vd的电压，直到时间t3为止，以便使得窗玻璃15下降一定量，从而释放陷入物或防止陷入的发生。在施加到压电传感器17的压力解除的情况下，从压电电缆33输出一个视加速度而定的信号，变形按照该加速度消除，恢复原始情况(小于图7(a)中的基准电位V0的信号分量)。
注意，尽管取决于压电元件材料33的弯曲方向和极化方向、电极的分配(其将作为基准电位)和压电元件材料33的支承方向，当压力传感器17变形时，V变得大于V0还是小于V0会发生改变，但由于确定模块63基于V的从V0开始的振幅的绝对值确定陷入，所以在V大于或小于V0的情况下都能确定陷入。
除了基本确定方法之外，在如下执行与构成外来物的物体的接触不存在的确定的情况下，可以防止陷入的发生。
图8表示特性图表，分别表示来自滤波模块62的输出信号V和确定装置19的确定信号J。在图8中，纵轴分别表示从上方开始的V和J，横坐标轴表示时间t。
如图8(a)中所示，在例如通过抓住窗框13使压力传感器17在时间t4变形的情况下，由于压电效应，从压电电缆33输出一个信号，其结果是，使得大于基准电位V0的信号分量从滤波模块62显现出来。
然后，当输出信号V变得等于或大于预置的V1时，即，当输出信号V的从V0开始的振幅|V-V0|变得等于或大于V1时，确定模块63确定物体开始与窗框13接触，在如图8(b)中所示的时间t4，输出一个脉冲信号低->高(确定信号)作为确定输出，并保持该脉冲信号。
接着，当例如通过把手从窗框13上移开而消除压力传感器17上的变形时，由于相等的压电效应而从压电元件材料33输出一个信号，并使得小于基准电位V0的信号分量从滤波模块62显现出来。当这发生时，在输出信号V2变得等于或小于预置的V2时，即，在输出信号V的从V0开始的振幅|V-V0|变得大于V2时，确定模块63确定物体从窗框13上移开，并在时间t5使处于高电平的信号变成处于低电平的或高->低的信号，其中所述处于高电平的信号是确定信号。
即，在从探测到物体的接触开始直到探测到其分离为止的时间中，脉冲信号保持为高，并保持确定信号的输出。
这里，如果在从探测到物体接触的时间t4开始直到探测到物体分离的时间t5为止的时间中，以使窗玻璃15向上或向下移动为目的来操作打开和关闭开关75，则控制模块73进行控制以使得窗玻璃15的操作被锁定，由此障碍物被探测到，从而防止陷入的发生，因而增加了安全性。
注意，前述输出信号V随着由压电电缆33的极化引起的极性而改变。当这发生时，由于信号导致所示信号的极性被颠倒，所以V1和V2的设定值的正负符号可能被颠倒。
另外，通过让确定装置19的作用由打开和关闭控制装置23一方承担，可以将确定装置19与压力传感器17分开，以便工艺性能如压力传感器17本身的放置得到改善。
在如上述构造的物体探测系统100和打开和关闭系统150中，其中所用的压力传感器17中的覆盖层51的材料被改进成具有热绝缘性的弹性材料，因而，即使在压力传感器17的周围温度发生激烈改变的情况下，或具体地说，在与覆盖层51接触的外部空气的温度和弹性边缘材料35与窗框13的温度发生激烈改变的情况下，由于覆盖住覆盖材料51外部的弹性材料具有胜过传统氯乙烯的热绝缘性，所以发生在外部的激烈的温度改变不会传递到位于传感器内部的复合压电材料层49。
另外，空心部41形成于弹性边缘材料35中，所以将一个空气层置于其中，该空气层产生热绝缘作用。根据该观点，同样，能防止由于外部激烈的温度改变引起的存在于压力传感器内部中的复合压电材料层49上的效应。
因此，即使在没有将专门费用花费在防备热电效应的对策上的情况下，也能抑制由热电效应引起的电荷输出，由此能避免将热电效应产生的输出错误地认作物体接触的风险，从而使得能改进关于物体探测的可靠性。
另外，由于用于覆盖层51的弹性材料具有比传统氯乙烯优良的防水性，所以不需要考虑对由于水的渗透而引起的中心电极和外电极的腐蚀进行防备，由此与为了防止由水的渗透引起的腐蚀而用如铝等金属制造电极的传统情况相比，能用便宜的金属如铜制造电极。这能在制造成本上实现很大的减小，和减小关于防备热电效应的对策的成本。
作为物体探测系统100或打开和关闭系统150，即使在没有放电电路作为防备压力传感器17上的热电效应的对策被特别连接的情况下，也能以高可靠性探测到物体的接触或其陷入。
另外，通常压力传感器17布置在弹性边缘材料35中，如上所述。在本实施例的压力传感器17中，由于覆盖层51由弹性材料制成，因此能保证弹性边缘材料所需的柔韧性和减振性，通过以这样一种方式形成传感器，即其外壳形状与弹性边缘材料35相匹配，充当热绝缘装置的覆盖层51本身能制作成兼作弹性边缘材料，或用来将压力传感器17安装到窗框13上的安装部44能设置在充当热绝缘装置的覆盖层51上，从而使得能实现压力传感器17在窗框13上的安装性的改善和由于部件数量的减少而导致的制造成本的减少。
另外，如图9中所示，充当热绝缘装置的覆盖层51可以由其中形成有空心部78的弹性材料制成，如此形成的覆盖层51具有优良的热绝缘性，能防止由热电效应引起的错误探测。
(第二实施例)此外，作为本发明第二实施例的片状传感器也是有效的。
如图10中所示，在该压电片中，通过用第一电极85和第二电极87将由复合压电材料制成的复合压电材料层89夹在中间和用覆盖层81覆盖它们而形成传感器单元，复合压电材料由用聚氯乙稀制成的橡胶弹性材料和压电陶瓷的烧结粉末的混合物产生，它们与在第一实施例中使用的那些相似，所述第一电极85作为产生离开信号的电极，覆盖层81由可膨胀的氨基甲酸乙酯制成且适合于覆盖传感器单元的外部，由此从其中输出视变形时产生的变形加速度而定的输出信号。
由于如在第一实施例中使用的缆索状传感器那样，该片状传感器也被由可膨胀氨基甲酸乙酯制成的热绝缘覆盖层所覆盖，所以片状传感器没有由热电效应引起的故障，因而能以高可靠性构成压力传感器。
尽管已经参考具体实施例对本发明进行了详细描述，但对于本领域技术人员来说很明显，在不背离本发明精神和范围的情况下，能对其做出各种改变和变化。
本主题专利申请是基于2003年1月16日申请的日本专利申请(2003-7813)，其内容在此并入作为参考。
工业应用性注意，根据本发明的压力传感器和物体探测系统的目标申请不局限于在实施例中描述的用于汽车前座的电动车窗系统，而是它们还能应用于汽车后部的电动舱门。
此外，旨在将本发明应用于其上的打开和关闭件不局限于车窗，而是本发明能应用于电动滑门、电动遮阳篷顶和建筑中的自动门。
另外，尽管物体探测系统被描述为应用于用来探测外来物陷入到打开和关闭件之间的探测系统，但本发明的物体探测系统不局限于这种陷入的探测。
例如，通过将压力传感器17和确定装置19设置在车辆的保险杠上，本发明还能用来探测与外部物体的接触，因而，本发明可用作一般目的的物体探测系统，所述一般目的的物体探测系统能用作用来定位将被传送的物品的探测系统。
权利要求
1.一种压力传感器包括传感器单元，其中包含压电陶瓷材料的压电层被多个电极夹在中间；覆盖所述传感器单元的覆盖层；和由可膨胀合成树脂制成的热绝缘装置，该热绝缘装置覆盖所述覆盖层的周围。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其中所述传感器单元是缆索状传感器，其包括构成芯部单元的第一电极、覆盖所述第一电极的压电层和覆盖所述压电层外部的第二电极。
3.如权利要求1所述的压力传感器，其中所述传感器单元是片状传感器，其如此形成，即压电层被第一电极和第二电极夹在中间。
4.如权利要求1到3中任一项所述的压力传感器，其中所述热绝缘装置是具有形成于其中的空心部的弹性材料。
5.如权利要求1到4中任一项所述的压力传感器，其中所述热绝缘装置制造为兼作所述覆盖层。
6.如权利要求1到5中任一项所述的压力传感器，其中所述热绝缘装置包括用来将压力传感器安装在设备基底材料上的安装部。
7.一种用来制造如权利要求1到6中任一项所述的压力传感器的压力传感器制造方法，包括通过挤压成形在所述传感器单元的外围上模制热绝缘装置的步骤。
8.一种物体探测系统，包括如权利要求1到6中任一项所述的压力传感器和确定装置，确定装置用来基于所述压力传感器的输出信号确定外来物与压力传感器接触，由此探测物体与设备的接触。
9.一种物体探测系统，包括如权利要求1到6中任一项所述的压力传感器，压力传感器安装在设备的开口的边缘上或安装在打开和关闭所述开口的关闭件的边缘上；和确定装置，用来基于所述压力传感器的输出信号确定外来物与压力传感器的接触，由此探测在所述开口与关闭件之间的外来物的陷入。
全文摘要
一种压敏型传感器(17)包括中心电极(45)，基本上同心地围绕中心电极的复合压电层(49)，覆盖复合压电层(49)外部的外电极(47)，覆盖外电极(47)外部的覆层(51)，和覆盖其周围的弹性装饰材料(35)，其中通过选择覆层的材料以增强热绝缘，从而抑制由热电效应引起的输出来增强可靠性，和其中通过由外部压力引起的复合压电层(49)的变形将输出信号输送到每个电极(45，47)，其中通过用由可发泡合成树脂构成的热绝缘装置覆盖弹性装饰材料(35)，来抑制由热电效应引起的错误操作。热绝缘装置可以形成以覆盖氯乙烯的普通覆层(51)，或覆盖表现出极好的热绝缘性的可发泡合成树脂的覆层(51f)，或热绝缘装置也可以充当覆层。
文档编号G01L1/16GK1739010SQ20048000221
公开日2006年2月22日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者荻野弘之, 植田茂树 申请人:松下电器产业株式会社