利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元、及使用其的传感器的制作方法

以下各实施例涉及一种传感器单元以及使用所述传感器单元的传感器，所述传感器单元被配置成包含电活性聚合物材料及电极结构，从而以无线及无电的方式来感测例如结构的变形等。

背景技术：

由于例如结构等包含复合材料的物体的由于能量、震动等而变形的部能通过弹力恢复，因此不同于现有金属结构中的情形，变形并不显露在外，且物体看上去维持在正常状态。然而，可出现例如物体内部的各细层之间分离以及细裂缝等缺陷。当这些缺陷在结构的运作期间扩大或持续增多时或者由于所述缺陷而对物体施加过重的载荷时，可出现物体的突然损毁及损坏。因此，为物体的安全性起见，需要在初始阶段处感测受损部的位置且执行恰当的维修，以使得物体可恢复至其原始状态。

用于监视结构的安全性的技术被用作用于检测受损部的位置及物体是否受损的技术。近来，已对能够通过压电传感器以及电极的配置来监视结构的小型传感器进行积极开发，所述电极通过压电传感器的变形而从所述压电传感器接收电信号。

举例来说，作为相关技术的韩国专利特许公开案第2012-0083261号公开了能够利用压电传感器以及施加至所述压电传感器的上部及下部的电极来监视结构的小的传感器。所述压电传感器由于其由陶瓷材料造成的脆度而已被视为阻碍广泛使用、尤其是阻碍具有大的曲率的结构的内部的安装及多方向变形信息测量。作为结果，相对于各种外力不具有挠性的传感器(例如光纤布拉格光栅传感器(FBG sensor)及压电传感器PZT)的使用范围在检测及评估结构的坚固性方面是非常有限的。

技术实现要素：

技术问题

如以上所提及，由于低挠性及压电特性的特征，因此在根据相关技术的用于感测变形信息的传感器中，难以在各种地点中安装传感器，且仅可测量到特定方向上的变形，进而使得不能实质上测量到多方向的变形信息，且因此，如上所述，传感器的使用范围非常有限。

本发明提供一种挠性的新型传感器单元，以使得所述传感器单元可安装于例如具有大的曲率的结构的内部等各种位置中，且可稳定地测量多方向的变形，从而提供可在用于测量变形信息的各种系统中通用的传感器结构的技术。

本发明还提供一种技术，在所述技术中在无论各种类型的外力如何而不失去功能性的条件下获得充分的挠性及耐久性且精确地测量所安装地点的变形信息，以使得所述技术可在除用于监视结构的坚固性的系统之外还在用于测量变形信息的各种系统中自由地使用。

本发明还提供一种传感器单元以及使用所述传感器单元的传感器结构的技术，所述传感器单元可以由变形引起的产电增加实现的高电力效率、以无线及无电的方式而精确地测量结构的变形信息等。

技术解决方案

本发明的一个方面提供根据本发明的第一实施例的一种利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元，所述传感器单元包括：第一传感器部，形成于包含铁电性电活性聚合物材料的纤维或膜中；第二传感器部，被配置成包括所述第一传感器部，且形成于包含介电性弹性体电活性聚合物材料的基质中；以及电极部，被设置成与所述第一传感器部或所述第二传感器部接触，且当对所述第一传感器部或所述第二传感器部施加外力时，向外部传送由所述第一传感器部或所述第二传感器部产生的电信号。

本发明的另一方面提供根据本发明的第二实施例的一种利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元，所述传感器单元包括：第一电极；传感器部，包含电活性聚合物材料，所述电活性聚合物材料被配置成以线圈形式环绕所述第一电极；以及第二电极，被设置成与所述第一电极绝缘并形成为环绕所述传感器部。

本发明的另一方面提供根据本发明的第三实施例的一种利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器，所述传感器包括：至少一个第一纤维，包含电活性聚合物材料，当所述至少一个第一纤维在外力作用下变形时，所述电活性聚合物材料产生电压；以及至少一个第二纤维，为挠性(Flexible)的且包含导电性材料，其中所述第一纤维与所述第二纤维被编织成彼此交叉，或者形成纤维体以使得在第一纤维层的内部及表面中的至少一个上形成第二纤维层，且因此所述纤维体被编织成织物形式。

本发明的另一方面提供根据本发明的第四实施例的一种利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元，所述传感器单元包括：线圈形纤维线圈，包括包含电活性聚合物材料的至少一个第一纤维以及至少一个第二纤维，当所述传感器在外力作用下变形时，所述电活性聚合物材料产生电压，所述至少一个第二纤维由导电性材料形成；以及电容器，连接至所述纤维线圈的至少一部分，其中，当将所产生的所述电压施加至所述至少一个第二纤维时，所产生的所述电压经由所述第二纤维而在所述电容器中充电或从所述电容器放电，以使得电流流经所述至少一个第二纤维且当所述电流流经所述第二纤维时，在所述纤维线圈外部形成电磁场。

发明的有益效果

根据本发明的第一实施例至第四实施例，当利用在通过外力将震动及变形施加至传感器时产生电能的电活性聚合物材料的特征形成用于感测变形信息的所述传感器时，包含铁电性电活性聚合物的第一传感器部相对于快的机械-电延性反应速度及机械-化学机制以及低阻抗具有例如高可靠性及稳定性等特性，且包含介电性弹性体电活性聚合物的第二传感器部具有例如大的变形及快的机械电延性回应速度等特性且同时具有非常高的挠性。

当具有不同特性的电活性聚合物材料复合地用于两个传感器部时，由于所述传感器部中的每一个的高挠性，因此所述传感器可安装于具有大的曲率的结构中，以使得在安装地点方面的限制可得到最小化且可由第一传感器部感测到的刺激方向与可由第二传感器部感测到的刺激方向彼此不同，以使得可精确地感测多方向的变形。

与此同时，通过利用在大的外力施加至第一传感器部时构成第一传感器部的铁电性电活性聚合物材料的特征，例如在第一传感器部受损时具有大的伸长度的第二传感器部可充当辅助传感器，以使得功能的稳定性可大幅提高。

与此同时，使用电活性聚合物材料以及导电性材料，所述电活性聚合物材料可在外力作用下产生电力且相对于机械/化学机制同时具有快的机械/电延性反应速度以及高的可靠性及稳定性，所述导电性材料可以高效率形成由电活性聚合物材料产生的电能，以使得当结构发生变形时，电能可由电活性聚合物材料及导电性材料产生，且因此可以高准确度来测量结构的变形信息。另外，当电活性聚合物材料的纤维层及挠性的导电性纤维层被编织成织物形式且在传感器中使用时，由于结实的织物结构，可在无论各种外力如何而不失去功能性的条件下来精确地测量变形信息，且同时，传感器可无限制地安装于例如具有大的曲率的结构的表面或可穿戴装置的表面等各种地点中，以使得可安装所述传感器的其中需要外形变形测量技术的任何位置处的安装自由程度可得到保证。

与此同时，由于传感器单元的传感器部以线圈形式环绕电极，因此形成电能及电磁场的效率大幅提高且大的电磁场即使在小的变形中仍可传送，以使得在用于以无电及无线的方式感测变形信息的传感器的安装位置及测量装置的测量位置方面的限制可得到克服。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的平面图。

图2及图3是阐述沿图1所示的线A-A′截取的实例中的每一个的剖视图。

图4是根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的平面图。

图5及图6是阐述沿图4所示的线B-B′截取的实例中的每一个的剖视图。

图7说明根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的配置图的实例。

图8说明根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的配置的实例。

图9说明根据本发明第二实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的结构的实例。

图10说明根据本发明第二实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元的横向剖视图的实例。

图11说明根据本发明第二实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元的剖视图的实例。

图12是阐述根据本发明第二实施例的其中测量变形信息的流程的图。

图13是根据本发明第三实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的结构的图。

图14是根据本发明第三实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的结构的图。

图15说明用于实作本发明的第三实施例的第二纤维层的横向剖视图的实例。

图16说明根据本发明第三实施例的传感器可被实作成的形状的实例。

图17是根据本发明第四实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的纤维线圈的图以及所述纤维线圈的一部分的放大图。

图18是用于实作本发明第四实施例的纤维线圈的剖视结构的一部分的图。

图19是根据本发明第四实施例的用于监视结构的坚固性的系统的局部配置图。

图20是根据本发明第四实施例的用于监视结构的坚固性的系统的读取器的配置图。

图21是根据本发明第四实施例的包含于用于监视结构的坚固性的系统的接收模块中的线圈的横截面的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地阐述根据本发明的第一实施例至第四实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元以及使用所述传感器单元的传感器。

为了在以下说明中清楚地理解本发明，将省略对本发明的特征的众所周知的技术的说明。显而易见，以下各实施例是用于帮助理解本发明的详细说明且不限制本发明的范围。因此，用于执行与本发明的功能相同的功能的等效发明也处于本发明的范围内。

在以下说明中相同的参考编号表示相同的元件，且将省略不必要的及重复的说明以及对众所周知的技术的说明。此外，还将省略对本发明的以下各实施例中的每一个中对本发明的背景技术进行说明的重复说明。

此外，对本发明的第一实施例至第四实施例的说明可为相同的及重复的。然而，各实施例中的每一个可独立地进行实作，且虽然具有相同的名字但具有不同识别编号的配置或在不同的实施例中提及的配置将被理解为不同的技术配置。

[第一实施例]

图1是根据本发明第一实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的平面图。

参照图1，本实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器包括第一传感器部(10)、第二传感器部(20)及电极部(30)。

第一传感器部(10)指代具有包含以铁电性(Ferroelectric)行为原理起作用的电活性聚合物材料的纤维形状的传感器单元。铁电性电活性聚合物具有用于感测变形的传感器的极好的特性，例如相对于机械/化学行为及低阻抗具有快的机械/电延性反应速度(几毫秒到几秒)、高的可靠性及稳定性等。举例来说，第一传感器部(10)可为聚偏二氟乙烯PVDF。然而，各实施例并非仅限于此。

第二传感器部(20)指代被配置成其中包括有第一传感器部(10)且由包含介电性弹性体电活性聚合物材料的基质形成的传感器部。

介电性弹性体电活性聚合物是例如硅酮(silicone)，所述介电性弹性体电活性聚合物由于快的机械/电延性反应速度及应对机械刺激的线性电反应而具有用于传感器的特性且具有高的挠性。

因此，第二传感器部(20)包含介电性弹性体电活性聚合物且其中包括有第一传感器部(10)。因此，第二传感器部(20)有助于与包含铁电性电活性聚合物的纤维的第一传感器部(10)合作且充当用于保证电稳定性的绝缘体并同时可在第一传感器部(10)由于大的外力(例如，约5％或更高的单向变形速率)而不能够执行任何功能时(例如，短路等)用作辅助传感器。

与此同时，为了将第一传感器部(10)的功能的执行以及第二传感器部(20)的功能的执行最大化，使第一传感器部(10)产生电信号的外力方向与使第二传感器部(20)产生电信号的外力方向可彼此不同。因此，第二传感器部(20)如以上所提及仅用作辅助传感器且被配置成感测与由第一传感器部(10)感测到的变形方向不同的方向的变形，以使得可获得测量各种变形的效果。

电极部(30)被安装成与第一传感器部(10)或第二传感器部(20)接触并执行功能，其中，当执行第一传感器部(10)或第二传感器部(20)的功能时(即，当将外力施加至第一传感器部或第二传感器部时)，由第一传感器部(10)或第二传感器部(20)产生的电信号被传送至电极部(30)且所述电极部将所述电信号传送至外部测量装置以感测变形信息。在图2及图3中示出电极部(30)的具体安装实例以及第一传感器部(10)及第二传感器部(20)的配置实例。

图2及图3是阐述沿图1所示的线A-A′截取的实例中的每一个的剖视图。

首先，参照图2所示的剖视图，电极部的部(32)被配置成插入作为第一传感器部(10)的纤维的内部中，且第二传感器部(20)由环绕第一传感器部(10)的基质形成。电极部的另一部(31)与第二传感器部(20)的外部接触。此外，另一电极部(33)可被施加至第一传感器部(10)的外部表面上，以传送电信号。电极部(31、32、33)可彼此绝缘，以使得可利用所传送的电信号来精确地测量变形方向及大小。

与此同时，参照图3所示的剖视图，不同于图2中的情形，第一传感器部被配置成包括多个纤维束(11)。在这种情形中，电极部的部(32)可被所述多个纤维束(11)环绕。除此之外，第二传感器部(20)及电极部的另一部(31)以与图2所示的方式相同的方式形成。

通过这种配置，第二传感器部(20)有助于第一传感器部(10、11)的对齐。电极部(31)与电极部(32)彼此绝缘，且当电极部(31)及(32)中的每一个与第一传感器部(10、11)或第二传感器部(20)接触且外力被施加至第一传感器部(10、11)或第二传感器部(20)时，电极部(31)及(32)可执行精确地传送由第一传感器部以及第二传感器部产生的电信号的功能。

此外，根据本发明第一实施例的传感器可被安装于复杂的结构中，具体来说，利用具有第一传感器部(10)及(11)以及第二传感器部(20)的高挠性的特征、具有非常大的曲率的结构。

与此同时，尽管第一传感器部(10)及(11)被由于第二传感器部(20)的高的伸长而从外部施加至第一传感器部的大的外力损坏，但第二传感器部(20)可用作辅助传感器，以使得根据本发明第一实施例的传感器可在因外力而进行的维修方面提高维修力。

图4是根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的平面图。由于在以下说明中，在对图1至图3的说明中提及的实例以及对图4至图6的说明中的实例将被理解为独立的发明，因此尽管提及了相同的配置，但它们将被理解为不同的技术特征。然而，将不再对对图1至图3的说明中所提及的部件的重复概念予以赘述。

参照图4，根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器包括第一传感器部(50)、第二传感器部(60)及电极部(70)。

不同于图1至图3所示的实施例中的情形，第一传感器部(50)被配置成包含以上提及的铁电性电活性聚合物材料且是由膜而形成。

第二传感器部(60)被配置成其中包括有第一传感器部(50)，第二传感器部是由包含介电性弹性体电活性聚合物材料的基质形成且意指与第一实施例的配置相同的配置。

如在对图1至图3所示的实施例的说明中一样，电极部(70)接触第一传感器部(50)或第二传感器部(60)，且当执行第一传感器部(50)或第二传感器部(60)的功能时(即，当外力施加至第一传感器部或第二传感器部时)，电极部执行接收由第一传感器部(50)或第二传感器部(60)产生的电信号并将所述电信号传送至外部测量装置以传送变形信息的功能。

在与图1至图3所示的实施例的概念相同的概念中，使第一传感器部(50)产生电信号的外力的方向与使第二传感器部(60)产生电信号的外力的方向可彼此不同。

本发明的图4至图6所示的实施例与图1至图3所示的实施例彼此清楚地区分开，且在图5及图6中示出阐述电极部(70)的具体安装实例及第一传感器部(50)及第二传感器部(60)的配置实例的图。

图5及图6是阐述沿图4所示的线B-B′截取的实例中的每一个的剖视图。

首先，参照图5所示的实例，第一传感器部(50)被形成为具有构成一个层的膜的形状。与此同时，如在对图1至图3所示的实施例的说明中所提及，电极的部(72)接触第一传感器部(50)，且第二传感器部(60)被形成为具有环绕第一传感器部(50)的基质的结构。

如在对图1至图3所示的实施例的说明中一样，所述电极部的另一部(71)也可接触第二传感器部(60)。当然，如以上所提及，所述电极部的部(71)及(72)彼此绝缘，以使得变形信息的变形方向及大小可得到精确地测量。

与此同时，参照图6所示的实例，不同于图5所示的实例中的情形，第一传感器部(50)可被形成为具有由多个层(51)形成的层堆叠。所述电极部的部(72)也可被配置成插入于堆叠结构中的每一个中。

与此同时，第二传感器部(60)及所述电极部的另一部(71)可具有与图5所示的实例的配置相同的配置。

图7说明根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的配置图的实例。由于在以下说明中，本发明的图1至图6所示实例及图7及图8所示实例将被理解为独立的发明，因此尽管提及了相同的配置，但它们将被理解为不同的技术特征。然而，将不再对对图1至图6的说明中所提及的部件的重复概念予以赘述。

参照图7，根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器包括第一传感器部(90)、第二传感器部(100)及电极部(图中未示出)，其中，如图7中所示，构成第一传感器部(90)及第二传感器部(100)的纤维具有平纹、斜纹、缎面或其混合织物的形状。

也就是说，在图7中所示的实例中，第一传感器部(90)及第二传感器部(100)由纤维、纤维束或具有小的宽度的膜形成。当然，在与图1至图6所示的实例的概念相同的概念中，使第一传感器部(90)产生电信号的外力的方向与使第二传感器部(100)产生电信号的外力的方向可彼此不同。

在图7及图8所示的实例中，所述电极部可被形成为执行与对图1至图6所示的实例的说明中的功能相同的功能。当然，用于接触第一传感器部(90)的电极部与接触第二传感器部(100)的电极部之间的绝缘的配置可包含于所述电极部中。

举例来说，所述电极部可被配置成插入于构成第一传感器部(90)及第二传感器部(100)的纤维中或被施加至第一传感器部(90)的及第二传感器部(100)的外侧表面上并被配置成具有施加至所述电极部的外侧表面上的绝缘层。此外，可利用使各所述电极部彼此绝缘且执行所述电极部的功能的任何配置。

与此同时，在图7中，第一传感器部(90)及第二传感器部(100)是分离开而配置。然而，如图8中所示，可对图7所示的实例进行修改。

图8说明根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的配置的实例。

参照图8，根据本发明第一实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器被配置成包括传感器单元(110)，与图7不同的是，所述传感器单元(110)包括由一种纤维形成的传感器部，以使得对应的纤维(即，传感器单元110)被配置成具有平纹、斜纹、缎面或其混合织物的形状。

此纤维的结构(C)可为在对图1及图4的说明中阐述的结构。也就是说，如图1及图4中所示，形成由第一传感器部、第二传感器部及电极构成的结构，由此构成一个传感器单元(110)。

也就是说，传感器单元(110)可包括：第一传感器部，由包含铁电性电活性聚合物材料及膜的纤维中的一个形成；第二传感器部，被配置成其中包括有第一传感器部且由包含介电性弹性体电活性聚合物材料的基质形成；以及电极部，被设置成与第一传感器部或第二传感器部接触且当外力施加至第一传感器部或第二传感器部时，如图1及图4中所示，向外部传送由第一传感器部或第二传感器部产生的电信号。

根据以上实例，一个传感器单元(110)被形成为具有纤维形状，且对应的纤维具有织物的形状，以使得挠性可进一步得到提高。

如此一来，在图7及图8所示的实例中制造的传感器单元具有显著提高的挠性且因此可安装于更多各种各样的结构中。

[第二实施例]

图9说明根据本发明实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的结构的实例。

参照图9，根据本发明实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的织物传感器(200)(在下文中，称作传感器)的特征在于如图9中所示具有被编织成织物形式的特定纤维纱线的形状的用于进行变形信息的无线传送/接收的电活性聚合物纤维线圈传感器单元(210)(在下文中，称作传感器单元)。

如以下将阐述，传感器单元(210)包括包含电活性聚合物材料及电极的传感器部。传感器单元(210)被形成为具有纤维纱线的形状。因此，传感器单元(210)根据各种编织方法(平纹、斜纹、缎面、及其混合形状)被编织成织物，由此构成传感器(200)。

为此，包含于所述电极中的电活性聚合物材料以及包含于传感器单元(210)中的传感器部可具有介电性弹性体特性。然而，各实施例并非仅限于此。举例来说，电活性聚合物可由硅酮(silicone)形成。所述电活性聚合物由于大的变形及快的机械/电延性反应速度以及应对机械刺激的线性电反应而具有能用于传感器的特性且具有高的挠性，且因此适合于本发明。然而，显然，在本发明中可使用包含聚偏二氟乙烯PVDF的各种电活性聚合物材料。

根据具有以上特性及织物结构的传感器(200)的配置，由于传感器(200)被形成为具有织物的形状，因此所述传感器具有高的挠性且因此也可被安装于其中不易于安装用于感测变形信息的现有传感器的位置中(即，在具有大的曲率的结构中)，以使得在安装地点方面上的限制可得到最小化。

在下文中，将更详细地阐述作为上述传感器(200)的配置单元的传感器单元(210)的结构。

图10说明根据本发明第二实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元的横向剖视图的实例。

一起参照图10及图11，在图9中提及的传感器单元可包括第一电极(300)、传感器部(310)及绝缘层(330)。当然，如对图11的说明中所提及，环绕传感器部(310)的第二电极(320)可包含于传感器单元中。

基本上，所述传感器单元的配置的特征在于包括第一电极(300)及传感器部(310)。如图10中所示，第一电极(300)可具有纤维纱线的形状。因此，如图9中所示，所述传感器单元的形状也是基于第一电极(300)的纤维纱线的形状，由此构成具有织物形状的传感器。

传感器部(310)被配置成以线圈形式环绕第一电极(300)且包含电活性聚合物(EAP)材料，例如如以上所提及的聚偏二氟乙烯PVDF。传感器部(310)被形成为以线圈形式环绕第一电极(300)，其中如图10中所示，在线圈形状中不存在空隙。

与此同时，如图9中所示，由于传感器单元(210)被编织成使传感器单元(210)彼此接触以构成织物结构，因此绝缘层(330)可环绕将在稍后与传感器部(310)一起阐述的第一电极(300)的及第二电极(320)的外侧表面，以使得将在稍后与传感器部(310)一起阐述的第一电极(300)及第二电极(320)不彼此接触。因此，对应于变形程度的电磁场可精确地形成于其中发生变形的位置中，以使得感测的准确度可得到提高。

在图10中，传感器部(310)包括以线圈形式环绕第一电极(300)的一个传感器纤维。然而，根据本发明的实施例，传感器部(310)可包括多个传感器纤维，其中所述多个传感器纤维中的每一个以线圈形式环绕第一电极(300)。

如以上所提及，在本发明中，第一电极(300)及传感器部(310)可被配置成纤维纱线的形式。因此，所述传感器单元也具有纤维纱线的形状，以使得传感器单元如对图9的说明中所提及得到编织，且因此具有纤维的织物结构的传感器可得到制造。

图11说明根据本发明第二实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器单元的剖视图的实例。

图11包括与图10所示的配置相似的配置。与图10相比，在图11中，包括第二电极(320)。第二电极(320)被配置成与第一电极(300)一起接收由传感器部(310)产生的电能且被配置成形成较大的电磁场以及将电磁场传送至外部。

在此种情形中，如图11中所示，一个传感器单元可包括多个第一电极(300)及多个第二电极(320)。当然，如以上所提及，为感测准确度起见，所述多个第二电极(320)可通过绝缘层(330)而彼此绝缘。

当然，对图10的说明可应用于图11所示的实例。也就是说，如对图10的说明中所提及，一个第一电极(300)、一个传感器部(310)及一个第二电极(320)可形成传感器单元。即使在此种情形中，绝缘层仍环绕第二电极(320)，以使得即使当传感器单元由于图9中所示的织物结构而不彼此接触时，传感器单元的相邻的第二电极(320)仍可彼此绝缘。在本发明中，由于织物结构的特征及传感器的安装地点的特征，绝缘层(330)可由弹性体形成。然而，各实施例并非仅限于此。

具有与传感器部(310)的配置相同的配置的第二电极(320)可被形成为以线圈形式环绕传感器部(310)，但也可通过将电极材料施加至传感器部(310)而形成。

根据以上结构，由于在传感器单元中传感器部(310)通过以线圈形式环绕第一电极(300)来形成传感器单元，因此形成电能及电磁场的效率可大幅提高，且大的电磁场即使在小的变形中仍可传送，以使得在用于以无线及无电的方式感测变形信息的传感器的安装位置及测量装置的测量位置方面的限制可得到克服。

图12是阐述根据本发明第二实施例的其中测量变形信息的流程的图。

首先，当在传感器(200)中发生外部震动及变形时，将外力施加至传感器，且在传感器中发生机械变形(S1)。也就是说，在包含电活性聚合物材料的传感器部(即，包括线圈结构的织物)中发生变形。

在此种情形中，由于电活性聚合物材料的特性，在传感器(200)中会产生电流及电压(即，电能)(S2)。在此种情形中，以无电的方式将电能传送至外部，以使得可远程地测量变形信息。

在以上过程中，通过包含于被形成为具有线圈形状的传感器(200)中的电极而形成电磁场(S3)，且同时，所述电磁场也由于所述电极而形成在传感器外部，以使得可将电磁场传送至外部(S4)。

管理器可在与其中安装有传感器(200)的位置相邻的位置中接收由接收器(410)传送的电磁场，例如在其中在可由包含于感测装置(400)中的接收器(410)感测到的在操作S4中形成及传送的电磁场的位置中进行所述接收，且管理器可利用使用电压计/放大器(420)及计算机(430)接收到的电磁场测量变形信息。

在此结构中，由于无线传感器/无电传感器(200)包括在对图9至图3的说明中所提及的结构，因此由外力产生的电磁场的强度可为大的。因此，形成电能及电磁场的效率可大幅提高，且大的电磁场即使在小的变形中仍可传送，以使得在用于以无线及无电的方式感测变形信息的传感器(200)的安装位置及测量装置的测量位置方面的限制可得到克服。

[第三实施例]

图13是根据本发明第三实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的结构的图。

参照图13，根据本发明第三实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器可包括第一纤维(500)及第二纤维(510)且可进一步包括第三纤维(520)。

第一纤维(500)指代包含电活性聚合物材料的至少一个纤维群组。所述电活性聚合物材料意指具有在电活性聚合物材料在外力作用下变形时产生电压的特征的所有材料。举例来说，第一纤维(500)可包含基于通过张弛振荡器铁电性(Relaxor ferroelectric)机制起作用的聚偏二氟乙烯的电活性聚合物材料。然而，各实施例并非仅限于此，且第一纤维(500)可包含可由于外力而产生电力且可在从第一纤维移除外力时恢复至其原始状态的任何材料。

第二纤维(510)包括包含导电性材料的挠性(Flexible)纤维且可被理解为电极。第二纤维(510)可包含具有高的导电性及低的比电阻的材料且如第一纤维(500)中的情形一样，意指至少一个纤维群组。

第二纤维(510)具有不会在外力(例如压缩、拉伸、弯曲力等)作用下受损的极好的耐久性及延性且同时具有高的弹性及延伸性，且因此必须与第一纤维(500)一起保证挠性。

举例来说，第二纤维(510)可包括例如铜或金等金属导线或可包含例如聚乙烯二氧噻吩PEDOT系导电性聚合物及碳纤维等材料。在此种情形中，与导电性聚合物材料一起保证弹性的弹性体材料可在第二纤维中混合。

举例来说，当作为一种糖醇的木糖醇(Xylitol)被添加至所述导电性聚合物材料时，可制造出具有极好的弹性及延伸性的电极。举例来说，PEDOT:PSs可被用作导电性聚合物材料。

当以具有50um以上的厚膜的形式施加PEDOT:PSS时，PEDOT:PSS的挠性降低，且PEDOT:PSS可由于存在于胶体粒子表面上的PSS的各磺酸(sulfonic acid)基团之间的氢键而具有脆度。为此，例如将具有预定比率(例如50wt％的PEDOT:PSS)的木糖醇等弹性体材料粉末添加至PEDOT:PSS，且执行包括热处理的若干后加工，以使得可制造出挠性的且具有极好的弹性的电极。

与此同时，为了保证第二纤维(510)的较大的导电性，可将具有高导电性的导电性粉末层(例如碳黑、碳纳米管、石墨烯等)涂布于第二纤维(510)的表面上或与第二纤维(510)混合。当然，形成于第二纤维的表面层上的导电性粉末层并非仅限于以上实例。

当然，除以上实例之外，显然，可使用具有得到保证的挠性的挠性电极纤维作为第二纤维(510)。

在本发明中，如图13中所示，将第一纤维(500)及第二纤维(510)编织成织物形式。举例来说，将第一纤维(500)及第二纤维(510)编织成包括平纹、斜纹及缎面等各种织物形状，以使得可制造出具有织物结构的传感器，所述织物结构具有应对变形的极好的适应性。

平纹结构具有以下问题：由于具有相当多的交叉点，因此所述平纹结构的形状在外力作用下变形且接着与斜纹或缎面结构相比，恢复至其原始状态的过程被延迟。与此同时，斜纹结构由于具有比平纹结构的交叉点小的交叉点而具有弱的刚性，但斜纹结构是软的且不会出现比平纹结构或缎面结构少的皱褶，且因此对应于变形具有极好的恢复力。

因此，可通过根据施加至其中安置有传感器的结构的外力的类型、外部环境的状况对上述结构进行组合来使用各种结构(对结构进行组合的配置)。此外，除二维织物结构之外，可应用例如三维壳体结构以及球体结构等所有一般性织物形状。

与此同时，如图13中所示，可额外包括第三纤维(520)。第三纤维(520)包含电绝缘材料且指代具有与第一纤维(500)及第二纤维(510)的挠性相同的挠性的纤维。

可编织第三纤维(520)，以使得第三纤维(520)可同时与第一纤维(500)及第二纤维(510)交叉，由此形成织物结构。具体来说，为了防止由各第二纤维(510)之间的接触造成的故障，可将第三纤维(520)形成为具有织物形状，以通过第三纤维(520)来防止各第二纤维(510)之间的接触。

当第一纤维(500)在外力作用下变形时，会产生电能，且电能是通过第一纤维(500)与第二纤维(510)之间的交互作用而高效地产生。所产生的电能的大小根据第一纤维(500)的变形程度而变化，且当利用有线/无线方法分析所述电能的大小的值时，变形程度的值可得到测量。

在此种情形中，根据图13中所示的本发明的实施例，当可将由电活性聚合物材料形成的纤维层及挠性的导电性纤维层编织成织物形式且用作传感器时，可在除各种类型的外力之外在不失去功能性的条件下精确地测量变形信息，且同时，可将传感器无限制地安装于例如具有大的曲率的结构的表面、可穿戴装置等各种地点中，以使得可保证安装自由程度，以所述安装自由程度，所述传感器可安装于其中需要外形变形测量技术的任何位置处。

图14是根据本发明第三实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的结构的图。

参照图14，包含于根据本发明第三实施例的另一实例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器中的纤维体的特征在于包括第一纤维层(501)以及第二纤维层(511及512)。所述纤维体被编织成在对图13的说明中提及的各种织物形状，由此构成织物传感器。此外，第一纤维层(501)以及第二纤维层(511及512)的详细的特征与对图13的说明中的第一纤维及第二纤维的说明的特征相同且因此将不再予以赘述。

不同于图13所示的实例中的情形，本发明的图14所示的实例的特征在于第一纤维层(501)以及第二纤维层(511)及(512)包含于一个纤维体中。

也就是说，第二纤维层(511)可作为电极插入于由电活性聚合物材料形成的第一纤维层(501)中，或者第二纤维层(512)可形成于第一纤维层(501)的表面上。

此种纤维体可被编织成织物形式，由此执行与图13所示的实例的功能相同的功能。当然，在其中第二纤维层(512)被施加至第一纤维层(501)的表面上的实例中，电绝缘材料可被施加至第二纤维层(512)或与图13所示的第三纤维一起放置于各纤维体之间，以使得可防止作为导电性材料的各第二纤维层(512)之间的接触。

图15说明用于实作本发明的第三实施例的第二纤维层的横向剖视图的实例。

如对图13的说明中所提及，第二纤维(510)可包括包含导电性聚合物材料的导电性纤维(513)及弹性体以及用于提高导电性的导电性粉末层(514)。

通过图15所示的结构，如图13中所提及，可制造具有得到保证的挠性的电极，且同时，可产生在导电性方面具有高效率的电极，以使得可提供适合于本发明的织物传感器的特性的电极结构。

图16说明根据本发明第三实施例的传感器的可被实作成的形状的实例。

如图16中所示，具有织物形状的传感器可被编织成包括条带型传感器(520)及贴片型传感器(521)的各种形状。如图13至图14中所提及，电活性聚合物材料及电极可被编织成织物形式，以使得所述传感器可以根据编织而具有各种形状的织物的形式来制造。

因此，可制造出对被形成为各种形状的结构、应用于人体的可穿戴装置等具有极好的适应性、用于感测变形信息的传感器，且可在各种领域中使用变形信息感测。

[第四实施例]

图17是根据本发明第四实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器的纤维线圈的图以及所述纤维线圈的一部分的放大图，且图18是用于实作本发明第四实施例的纤维线圈的剖视结构的一部分的图。

首先，参照图17，根据本发明实施例的利用电活性聚合物进行变形信息的无线传送/接收的传感器(在下文中，称作传感器)包括：纤维线圈(600)，具有包括包含电活性聚合物材料的第一纤维(610)的线圈形状的纤维体，其中当第一纤维(610)在外力作用下变形时会产生电压；及第二纤维(620)，第二纤维(620)包含导电性材料的纤维，所述第二纤维(620)可施加有在第一纤维(610)中产生的电压；以及电容器(图中未示出)，连接至纤维线圈(600)的两端。

在第四实施例中，当在外力作用下在纤维线圈(600)中发生变形时，由于纤维线圈(600)的压电特性，在第一纤维(610)中可产生电力。当所产生的电力(例如，电压)施加至第二纤维(620)时，所述电压利用第二纤维(620)在所述电容器中充电或从所述电容器放电，以使得电流流经第二纤维(620)，且如在纤维线圈(600)中一样第二纤维(620)形成线圈结构，以使得可通过流经第二纤维(620)的电流而形成电磁场。

在第四实施例中，第一纤维(610)可包含电活性聚合物材料。举例来说，第一纤维(610)可包含基于通过张弛振荡器铁电性(Relaxor ferroelectric)机制起作用的聚偏二氟乙烯PVDF的电活性聚合物材料。然而，各实施例并非仅限于此，且可使用可通过外力产生电力且可在从第一纤维(610)移除外力时恢复至其原始状态的任何材料来用于第一纤维。

在第四实施例中，第二纤维(620)可被理解为电极。举例来说，当由第一纤维(610)产生的电压施加至第二纤维(620)时，所述电压在连接至第二纤维(620)的电容器中充电或从连接至第二纤维(620)的电容器放电且因此，电流可流经第二纤维(620)。当电流流经第二纤维(620)时，所述线圈结构产生电磁场。

在第四实施例中，第二纤维(620)可包含具有高的导电性及低的比电阻的材料。在第四实施例的另一实例中，第二纤维(620)可包含具有不会在施加至第二纤维(620)的外力(例如压缩、拉伸、弯曲力等)作用下受损的极好的耐久性及延性的材料。举例来说，第二纤维(620)可包含例如金属(例如，铜或金)或具有导电性的聚合物等导电性材料。然而，各实施例并非仅限于此，且可使用执行上述功能的所有材料。

参照图18，纤维线圈(600)的第一纤维(610)可被安置成环绕第二纤维(620)。当存在构成用于提高电力产生效率及电磁场产生效率的纤维线圈(600)的多个第二纤维(620)时，纤维线圈(600)可包括至少一个单元纤维体(700、710)，所述至少一个单元纤维体是被形成为使第二纤维(620)彼此电性地间隔开的单元体。举例来说，所述纤维线圈可被配置成包括多个单元纤维体(700、710)，其中单元纤维体(700、710)是一个单元。

在第四实施例中，如图18的(a)所示的单元纤维体(700)中一样，单元纤维体(700、710)可被形成为彼此独立的第一纤维(610)与第二纤维(620)的组合。在第四实施例的另一实例中，如图18的(b)所示的单元纤维体(710)中一样，单元纤维体(700、710)可被形成为使相邻的单元纤维体(710)可共享第一纤维(610)的一部分。

在第四实施例中，为了引发第一纤维(610)及第二纤维(620)的压电效果，导电性材料(图中未示出)可施加至或涂布至单元纤维体(700、710)的外侧壁(图中未示出)。

图19是根据本发明第四实施例的用于监视结构的坚固性的系统的局部配置图，图20是根据本发明第四实施例的用于监视结构的坚固性的系统的读取器的配置图，且图21是根据本发明第四实施例的包含于用于监视结构的坚固性的系统的接收模块中的线圈的横截面的图。

举例来说，图19是根据本发明第四实施例的阐述其中产生并传送用于计算结构的变形信息的数据的功能的图，图20是用于阐述执行用于在产生电磁场时通过接收电磁场而计算结构的变形信息的功能的读取器的配置的图，且图21是说明用于接收电磁场的接收模块的示意性横截面结构的图。

如图19至图21中所述，根据本发明第四实施例的用于监视结构的坚固性的系统包括传感器模块(800)及读取器(图中未示出)，传感器模块(800)包括至少一个纤维线圈(600)及电容器(810)，所述读取器包括接收模块(820)及处理器(图中未示出)。

基于此来参照图19，电容器(810)可连接至纤维线圈(600)的两端。在一个实施例中，纤维线圈(600)及电容器(810)可被例如聚二甲基硅氧烷PDMS(polydimethysiloxane)等防水聚合物环绕。在一个实施例中，纤维线圈(600)及电容器(810)可被实作成具有5mm以下的直径。

在第四实施例中，当在外力作用下在纤维线圈(600)中发生变形时，由于上述功能及行动，在纤维线圈(600)中可形成电力。如以上所提及，在第四实施例中，纤维线圈(600)包括电极，以使得纤维线圈(600)自身充当同心扁平螺线管，且当电流通过纤维线圈(600)时，会形成电磁场，且所形成的电磁场被传送至外部。

在第四实施例中，如上所述，包含于用于监视结构的坚固性的系统中的接收模块(820)执行接收在所述传感器中形成的电磁场的功能。

接收模块(820)可接收从传感器形成并经过传送的电磁场。当从传感器形成并经过传送的电磁场施加至接收模块(820)时，所施加的电磁场及接收模块(820)的结构(例如，绕于线圈结构中的配置)发生电磁感应现象。

在第四实施例中，接收模块(820)可放置于一距离处，在所述距离处，从传感器形成并经过传送的电磁场可施加至接收模块(820)。在第四实施例的另一实例中，接收模块(820)可包括接收线圈(线圈结构的导电性材料)，以在电磁场施加至接收模块(820)时将电磁场转换成电流及电压中的至少一个。与此同时，当包括接收模块(820)的读取器被制造成便携的时，接收模块(820)也可移动。在此种情形中，管理器将所述读取器放置于可施加从传感器形成并经过传送的电磁场的距离处。在此种情形中，所述电磁场被施加至接收模块(820)。也就是说，所述管理器将所述读取器在所期望时间放置于所期望位置(变形信息将被测量的位置)中，以使得所产生的电磁场可通过接收模块(820)接收。

在第四实施例中，接收模块(820)的接收线圈可包括绕组(821)、绕组(822)及绕组(823)中的至少一个。施加至绕组(821)的绕组(822)是用于通过将由传感器产生的电磁场以及包含于接收模块(820)中的接收线圈之间的电磁场泄漏最小化而提高无线电力传送效率的配置。绕组(822)可包含例如铁氧体等材料。然而，各实施例并非仅限于此。如以上所提及，绕组(823)包含例如聚二甲基硅氧烷PDMS等材料以保护接收线圈免受例如潮湿等外部环境的损坏。

当电磁场施加至接收模块(820)时，由于例如在图21中提及的接收线圈等线圈结构，电流及电压将被施加至接收模块。

电压计及放大器(830)可测量施加至接收模块(820)的电流及电压。计算机(850)可计算所测量的值作为变形信息。

在本发明的第四实施例中，电压计及放大器(830)以及计算机(850)可包含于一个处理器中。也就是说，所述处理器利用根据由接收模块(820)接收的电磁场的幅值而施加至接收模块(820)的电流及电压的幅值执行计算由其中安装有利用电活性聚合物材料感测变形的传感器的区的外力造成的变形信息的功能。

与此同时，在本发明的第四实施例的另一实例中，放大器(830)可包含于不是处理器的接收模块(820)中。可使用能放大由接收模块(820)接收的电磁场以将由接收模块(820)放大的电磁场的值转换成电压及电流电压或能执行将由接收模块(820)转换的电压及电流值放大的功能的任何类型的放大器(830)。在此种情形中，所述处理器可被理解为指代计算机(850)的配置。

在本发明的第四实施例中，纤维线圈利用因在电活性聚合物材料的外力作用下造成的变化产生的电力发射电磁场。所发射的电磁场的幅值可非常小。因此，所述电磁场被包含于读取器中的接收模块(820)或所述处理器放大，以使得结构的变形程度可得到更为精确地测量。

根据上述配置，可以超小型纤维线圈来替换电源模块及带导线结构、以及通信模块，所述带导线结构必须本质上连接至被安装成直接计算外力的现有变形感测传感器。也就是说，由于纤维线圈包含电活性聚合物材料、电极及电容器，因此当外力施加至纤维线圈时会产生电压。因此，将电流施加至电极，且在线圈中由于所述电流而产生电磁场。也就是说，由于具有不同大小的电磁场是在不供应电流的条件下根据由外力的大小造成的纤维线圈的变形的程度而产生，因此用于计算变形信息的数据是在无电状态、非通信模块状态及无线状态中产生。

通过上述功能及行动，根据本发明的第四实施例，与用于监视结构的坚固性的现有系统相比，可实作具有非常小的大小的系统，以使得可在结构中容易地执行安装且不需要额外的电源单元或通信模块，且因此安装成本及维修成本可得到降低。

应理解，除非上下文清楚地另外指明，否则本文所用的用语“包含”指明对应元件的存在但不排除另一元件，而且指明另一元件的增加。除非另有定义，否则本文所用的所有用语(包括技术及科学用语)的含义均与此发明所属技术领域中的普通技术人员所通常理解的含义相同。更应理解，用语(例如在常用字典中所定义的用语)应被解释为具有与其在相关技术上下文中的含义一致的含义，且除非本文中进行明确定义，否则不应将其解释为具有理想化或过于正式的意义。

前述内容是对各示例性实施例的说明且不应被视作限制各示例性实施例。尽管已阐述了各示例性实施例，但所属领域中的普通技术人员将易于领会，在不实质上背离各示例性实施例的新颖教示及优点的条件下，可对各示例性实施例作出许多润饰。因此，所有的此种润饰旨在包含于权利要求书的范围内。因此，应理解，前述内容是对各示例性实施例的说明且不应被视作仅限于所公开的具体实施例，且对所公开实施例以及其他实施例的润饰旨在包含于随附权利要求书的范围内。各示例性实施例是由以上权利要求书界定，其中权利要求书的等效形式包含于各示例性实施例中。