外部耦合传感器的制作方法

本发明涉及一种外部耦合传感器设备和感测方法。更具体地，但非排它地，本发明涉及一种用于感测电介质弹性体传感器上的位置或接近、接触和/或压力的装置和方法。

背景技术：

现有技术的电介质弹性体(de)装置通过将软电介质膜10(通常为硅树脂或丙烯酸弹性体材料)夹在两个柔性电极11a、11b之间构成，如图1所示。这些装置可以用作致动器、发电机或传感器。

例如，在张力(平面方向上)或压缩(贯穿平面方向上)作用下的电介质弹性体传感器的几何变化使得装置的膜和电极变形，引起传感器的总电容和电阻的变化，所述传感器的总电容和电阻可以用于推断有用的感测信息，例如应变或力。因此，此类电介质弹性体传感器装置以前曾用作拉伸传感器。

国际专利公开号wo2010/095960和wo2012/053906公开了现有技术的电介质弹性体感测装置和方法的实例。

此类电介质弹性体感测装置和方法的限制在于它们假定或要求电介质弹性体装置基本上均匀地变形。现有技术的装置和方法不能提供任何位置信息。也就是说，它们不能够确定力的精确位置或确定使得装置变形的外部物体的接触点。

第二个限制是，虽然测量一个de的电容相对简单，但每个传感器必须结合一对电缆和询问电子器件。这增加了外围电路的复杂性，增加了传感器干扰和串扰的机会。多个通道还会降低软件处理速度，因为可以适应de的高的电极电阻的电容感测算法通常是计算密集的。所提出的各种解决方案，诸如模拟多路复用器、解码器、硬件处理和电容到数字脉冲串转换器的阵列，无法使得所述方法适度简单。

发明目的

本发明的目的是提供一种克服或至少改善现有技术的一个或多个缺点，或者可替代地，至少为公众提供有用选择的电介质弹性体装置和/或方法。

本发明的另一个目的是提供一种电介质弹性体装置和/或一种允许单个de传感器用作多个传感器和/或感测外部耦合的位置的方法。

本发明的其它目的将从下面的描述中变得显而易见。

技术实现要素：

在第一方面中，本发明广义上可以说是包括一种传感器设备，其包含：

电介质弹性体装置，其包含电介质材料层和在所述电介质层的相对侧上的一对导电电极；

电源，其与所述电极耦合以在所述电极之间施加刺激信号，所述刺激信号包含具有不同频率的两个或更多个刺激分量；

传感器，其与所述电极耦合以获得指示所述电介质弹性体装置的频率响应的感测信号；以及

处理器，其与所述传感器耦合以接收所述感测信号，并且被配置为至少部分地基于所述电介质弹性体装置的频率响应来检测与所述电介质弹性体装置的外部耦合。

外部耦合可以包含机械耦合和/或电耦合。更具体地，外部耦合可以包含引起影响其内部电容的所述电介质弹性体装置的变形的机械耦合，或者借助于例如人手指的接触或接近的外部电容的耦合。

优选地，所述处理器被配置为检测所述耦合的条件、程度和位置中的至少一者，更优选地检测其中两者或更多者。

优选地，两个或更多个刺激分量中的至少一者至少部分地被所述电介质弹性体装置衰减。衰减的刺激分量被电极的分布电阻以及电极之间的分布电容的组合效应衰减，这些电极的分布电阻以及电极之间的分布电容一起充当低通滤波器。更优选地，两个或更多个刺激分量中的至少一者不被电极衰减。适当频率的选择将取决于所述电介质层和电极的设计，反之亦然。

优选地，所述处理器被配置为处理所述感测信号以识别所述感测信号的两个或更多个感测分量，每个感测分量可归因于刺激信号的两个或更多个不同刺激分量中的一者。

优选地，所述处理器被配置为对所述感测信号实施傅里叶变换，以识别与两个或更多个刺激分量相对应的两个或更多个感测分量。

可替代地，所述处理器可以包含被配置为识别所述两个或更多个感测分量的一个或多个滤波器。

优选地，所述处理器被配置为至少部分地基于相应的感测分量针对两个或更多个感测分量中的每一者计算所述电介质弹性体装置的电容。由对应于所述至少一个衰减的刺激分量的感测分量计算出的电容指示所述电介质弹性体装置的电极的一部分之间的电容，而从对应于未衰减的刺激分量的感测分量计算出的电容指示所述电介质弹性体装置的电极之间的总电容。电极的所述部分接近电源和传感器所耦合的电极的端子。

优选地，所述刺激信号包括周期性脉冲。

可替代地，所述刺激信号可包含其包含两个或更多个不同频率分量的非正弦波形，例如方波、三角波或锯齿波。

可替代地，所述刺激信号可在两个或更多个不同频率分量之间循环。

可替代地，所述刺激信号可以扫过预定频率范围。

优选地，所述处理器还被配置为，对于不同感测分量中的每个，将计算的电容与对应参考电容进行比较，其中计算的电容和参考电容之间的变化指示外部耦合。

优选地，当电介质弹性体装置没有外部耦合时，每个参考电容对应于从相应的感测分量计算的电容。

优选地，所计算的电容中的每个对应于所述电介质弹性体装置的一部分，每个部分在与相应刺激和/或感测分量的频率具有反比关系的区域上向远侧延伸。因此，基于较低频率感测分量计算的电容可对应于所述电介质弹性体装置的较大部分(可能是整个电介质弹性体装置)，而基于较高频率感测分量计算的电容可对应于电介质弹性体装置的较小部分。各个部分可以重叠。

优选地，所述处理器被配置为至少部分地基于所计算的电容中的哪一个与它们相应的参考值有变化来检测外部耦合的位置。

优选地，对应于最低频率的计算的电容没有变化指示所述电介质弹性体装置没有外部耦合；对应于最低频率的计算的电容的变化指示所述电介质弹性体装置有外部耦合；并且与相应参考电容有变化的对应于不同频率中的每个的计算的电容的数量指示所述外部耦合的位置。

优选地，所述处理器被配置为按照对应的刺激/感测分量的频率的升序顺序地比较相应计算的电容和参考电容，其中：

如果第一个计算的电容不变化，则提供指示所述电介质弹性体装置没有外部耦合的输出信号；

如果第一个计算的电容变化，则提供指示所述电介质弹性体装置有外部耦合的输出信号；和/或

如果所计算的电容中的至少一者变化，则提供指示与所述电介质弹性体装置的所述外部耦合的位置的输出信号，其中通过识别所述顺序中不变化的计算的电容的第一次出现来确定位置。

优选地，所述刺激信号包含顺序增加频率的多个刺激分量。更具体地，每个连续刺激分量之间的频率差相等。

优选地，计算的电容和参考电容之间的比较包含用于指示变化的最小差值边界(margin)。所述比较可以包含滞后或施密特触发器。

优选地，控制器被配置为提供指示所述外部耦合的位置的输出信号。

优选地，所述控制器被配置为至少部分地基于与相应参考电容的变化程度来检测所述外部耦合的程度。

优选地，所述处理器还被配置为提供指示所述外部耦合的程度的输出信号。

优选地，所述传感器设备包含一维传感器，其中所述电介质弹性体装置具有基本上细长的平面形状。

可替代地，所述传感器设备可包含二维传感器，其中所述电介质弹性体装置基本上是平面的。

可替代地，所述传感器可包含三维传感器，其中所述电介质弹性体装置是例如非平面的。所述电介质层和电极可以布置成例如圆柱形形状。

优选地，所述电介质层包括弹性体膜，并且所述电极是柔性的，由此传感器的至少一部分是可弯曲的。

优选地，所述电介质层在其面积上具有基本均匀的厚度。可替代地，所述膜的厚度可以在其面积上变化，并且特别地可以在至少一个方向上逐渐变化。

优选地，所述电极每个在其面积上具有基本均匀的电阻率。可替代地，所述电极中的任一者或两者可具有不均匀的电阻率，且特别地，可在其整个区域上包含导电电极材料或多个导电电极材料的变化浓度。

优选地，所述电极每个包含基本上平坦的片材。可替代地，所述电极中的任一者或两者可经图案化，且特别地可图案化成一个或多个螺旋图案。

所述装置还可以包含耦合到电极以减小其有效电阻的导电网格。

优选地，所述处理器包含微控制器和/或数字信号处理器。

优选地，所述传感器包含至少一个电传感器，所述至少一个电传感器被配置为感测以下中的一者或多者：所述电介质弹性体装置两端的电势差，通过所述电介质弹性体装置的电流和提供到所述电介质弹性体装置的电荷。

在第二方面中，本发明广义上可以说是包括一种传感器设备，其包含：

电介质材料层；

一对电阻电极，其在所述电介质层的相对侧上；

电源，其与所述电极耦合以在两个或更多个不同频率下将刺激信号施加到所述电极，其中所述频率中的至少一个至少部分地衰减；

传感器，其与所述电极耦合，以响应于所施加的刺激信号感测所述电极的电参数；以及

处理器，其与所述传感器耦合以从其接收感测信号，并且被配置为对于所述两个或更多个不同频率中的每个，估计所述电极之间的对应电容，以及至少部分地基于所估计的电容检测与所述电介质材料的外部耦合的位置和/或所述电极中的至少一个。

根据第一方面的相应优选特征，本发明的第二方面的优选特征将是显而易见的。

在第三方面中，本发明广义上可以说是包括一种用于确定与电介质弹性体装置的电极的外部耦合的位置的方法，所述方法包括以下步骤：

向所述电极施加刺激电压，所述刺激电压包含不同频率的多个分量；

测量归因于每个不同频率的电极的电流和/或电压；

对于所述不同频率中的每个，相对于对应的参考值检测电流和/或电压测量值的变化；以及

至少部分地基于检测到所述变化的频率来确定所述外部耦合的位置。

优选地，不同频率中的至少一个由所述电介质弹性体装置衰减。更优选地，多个频率中的一者不被所述电介质弹性体装置衰减，并且多个其它频率被所述电介质弹性体装置不同程度地衰减。

优选地，所述方法包含对电流和/或电压测量值实施傅立叶变换。

优选地，所述方法进一步包含：对于不同频率中的每一者，基于电流和/或电压测量值计算电容，并且检测所计算的电容相对于对应参考电容的变化。

优选地，所述方法由感测电子器件实施。更具体地，检测电流和/或电压的变化和确定外部耦合的位置的步骤优选地由处理器实施，最优选地由微控制器实施。

优选地，所述方法包含：以相应频率的升序顺序地比较相应测量值和参考值，其中通过识别所述顺序中不与参考值变化的计算的电容的第一次出现来确定位置。

在另一方面中，本发明广义上可以说是包括一种用于确定与电介质弹性体装置的外部耦合的位置的方法，所述方法包含以下步骤：

向所述电介质弹性体装置施加刺激信号；所述刺激包括具有不同特性的多个刺激分量；

测量所述电介质弹性体装置对所述多个刺激分量中的每个的响应；

至少部分地基于所述电介质弹性体装置对所述多个刺激分量的响应的变化来确定外部耦合。

本发明的所述方面适于检测何时存在与ded的接触或空间靠近或接近，并且有利地定位在ded上靠近接触的位置。至所述电介质弹性体的刺激信号足以测量从ded到多个刺激分量中的每个的响应。刺激信号可以是至少具有变化的电压、电流和/或频率的电信号。不同的刺激分量允许比较每个刺激分量处的响应。选择刺激分量的特性，使其根据外部耦合的位置而变化。例如，外部耦合将以不同的量影响不同频率的信号。将电介质弹性体装置对不同分量的不同响应进行比较，例如与预定响应曲线进行比较允许确定外部耦合的位置。

优选地，所述刺激信号是具有变化的电流和/或电压的电信号。

优选地，所述刺激同时提供两个或更多个刺激分量。

优选地，所述刺激提供连续地或在时间上分离的两个或更多个刺激分量。

优选地，所述特性是频率。

优选地，所述方法包括将响应分离成对于每个刺激分量的响应的步骤。

优选地，所述刺激分量是频率，并且这些是使用频率变换(例如傅里叶变换)来分离的。

在优选实例中，所述刺激信号是具有多个频率分量的电信号，所述频率分量被同时组合以形成单个信号。信号的频率影响信号在ded中的传播，并且因此不同频率之间的比较可以确定外部耦合发生在何处。可替代地或结合地，频率分量可以依次或连续地施加于ded。在同时组合刺激的情况下，这优选地发生在多频信号中。然后可以通过实施诸如fft的傅里叶变换来分离每个频率处的响应。也可以使用转化为刺激域的其它方法，例如频域。

优选地，所述方法与电介质弹性体装置相关联，所述电介质弹性体装置包含电介质材料层和在所述电介质层的相对侧上的一对导电电极；

优选地，所述方法包含至少部分地基于电介质弹性体装置对多个刺激分量的响应的变化来确定外部耦合的数量的步骤。

优选地，所述方法包含至少部分地基于所述电介质弹性体装置对多个刺激分量的响应的变化来确定外部耦合的多个位置的步骤。

优选地，所述方法包含将对于刺激分量中的至少一个或每个的响应与参考测量值或参考曲线或多个曲线进行比较的步骤。

优选地，所述参考测量值或曲线或多个曲线是预定的。

优选地，确定位置的步骤包含确定由第一刺激分量测量的响应相对于第二刺激分量的差异。

优选地，确定位置的步骤包含确定由第一刺激分量和第二刺激分量测量的响应相对于参考刺激分量的差异。

刺激分量可以每个相对于它们沿着de的绝对位置来测量，或者测量值可以仅是两个刺激分量之间的差，以减少信号中的噪声。

优选地，将阈值或最小差值边界应用于测量以确定外部耦合的位置。

优选地，所述电介质弹性体装置是细长的，使得其长度长于其宽度。在实施例中，所述电介质弹性体装置可以具有可变的宽度或长度。

可替代地，所述电介质弹性体是片材。优选地，所述片材基本上是平面的。

优选地，在第一位置处施加刺激信号，并且在响应位置处测量多个响应。优选地，所述响应位置可以分别分布在2d或3d传感器的区域或体积上。

优选地，刺激信号施加到布置在相对于彼此成角度的轴线上的第一片材和第二片材。优选地，所述轴线是正交的。优选地，所述角度为90度。

优选地，所述第一位置基本上是片材的第一拐角。优选地，所述响应位置是所述片材的基本上相对的拐角。优选地，所述响应位置关于所述片材的对称线基本上对称。

优选地，所述方法包含将所述电介质弹性体装置放置在适于定位或放大与所述电介质弹性体装置的外部耦合的效果的结构中的步骤。

在另一方面中，本发明可广义地说是包括一种传感器设备，其包含：

电介质弹性体装置；

源，其与所述电介质弹性体装置耦合，以向所述电介质弹性体装置施加刺激信号，所述刺激信号包含不同特性的多个刺激分量；

传感器，其与所述电介质弹性体装置耦合，以获得指示所述电介质弹性体装置的响应的感测信号；以及

处理器，其与所述传感器耦合以接收所述感测信号，并且被配置为基于所述电介质弹性体装置对所述多个刺激分量的响应的变化来检测与所述电介质弹性体装置的外部耦合。

本发明的所述方面适于提供适于检测何时存在与ded的接触或空间靠近或接近的ded传感器，并且有利地定位在ded上靠近接触的位置。至电介质弹性体的刺激信号足以测量从ded到多个刺激分量中的每个的响应。刺激信号可以是至少具有变化的电压、电流和/或频率的电信号。不同的刺激分量允许比较每个刺激分量处的响应。选择刺激分量的特性，使其根据外部耦合的位置而变化。例如，外部耦合将以不同的量影响不同频率的信号。将电介质弹性体装置对不同分量的不同响应进行比较，例如与预定响应曲线进行比较允许确定外部耦合的位置。

优选地，所述刺激信号并行或同时提供两个或更多个刺激分量。

优选地，所述刺激信号连续地或间隔地提供两个或更多个刺激分量。

优选地，所述电介质弹性体装置包含电介质材料层和在电介质层的相对侧上的一对导电电极。

优选地，所述特性是频率。

在另一实施例中，本发明可以说是包括适于在第一方向和第二方向上检测位置的2d电介质弹性体传感器。优选地，所述电介质弹性体是可延展的或柔性的以符合表面或形状。

在另一方面中，本发明可以说是包括一种用于确定与电介质传感器的外部耦合的位置的方法，所述方法包含以下步骤：

将刺激信号施加到所述电介质传感器，所述刺激信号包含具有不同特性的多个信号；

检测来自所述电介质传感器的响应信号；

至少部分地基于检测到所述响应的不同特性来确定外部耦合的位置。

优选地，所述特性是频率。

优选地，多个信号可以同时或在时间上连续地进行组合。

在另一方面中，本发明可以说是包括使用或适于用于本文所述的任何一种或多种方法的电介质传感器。

从所有新颖方面考虑的本发明的其它方面将从以下描述中变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图通过实例描述本发明的多个实施例，其中：

图1是根据现有技术的电介质弹性体装置的图；

图2是如现有技术的方法所使用的图1的电介质弹性体装置的电模型；

图3是根据本发明的电介质弹性体装置的电模型；

图4是根据本发明的电介质弹性体装置的简化电模型；

图5是根据本发明的电介质弹性体装置和刺激信号的衰减的示意图；

图6是示出本发明所使用的基于刺激信号范围的电介质弹性体装置的计算的电容的曲线图；

图7是示出根据本发明的刺激信号的衰减的电介质弹性体装置的简化电模型的图；

图8是示出根据本发明的用于确定在电介质弹性体装置上施加的压力的位置的实例算法的流程图；

图9是根据本发明的传感器设备的框图。

图10是根据本发明的用具有电阻元件和电容元件的连续体的传输线模型解释的传感器设备的图。

图11是示出(a)在低感测频率处，电压沿着de的长度恒定(b)但随着频率增加而衰减的系列曲线图。可以(c)通过降低电极的电阻和(d)根据本发明的电介质弹性体传感器来降低此效果。

图12是根据本发明使用在每个频率处测量的绝对电容来确定位置的单个参考，以及使用两个电容测量值之间的差来确定变形的差分参考的框图。

图13是示出根据本发明如何通过在正弦电压激励下测量电流的幅度和相移来计算de的集总电容的图。

图14是根据本发明的单个de传感器被分成四个感测区域以表示不同位置的传感器设备的图。

图15是传感器设备的框图，其依次扫描每个感测频率并且使用根据本发明的频率变换同时测量所有频率。

图16是根据本发明的传感器设备的操作的流程图，其中为了播放正确的音符，首先将感测信号组合在一起并发送到de传感器。然后使用fft来确定每个频率分量的幅度和相位以计算其电容。最后，使用匹配算法来识别哪个按键被按压以经由扬声器播放对应的声音。

图17是根据本发明的固定在塑料框架中以隔离对局部区域的应变的传感器设备的图。

图18示出了根据本发明的提供唯一特性分布的单触摸位置和多触摸位置的电容频率响应的图表。

图19是根据本发明按压位置如何沿传输线进一步向下的图表，示出电容的下部变化。

图20是在根据本发明的传感器设备的对侧端处两个电极测量返回电流的二维感测的实例。

图21是比较在相对拐角处的2d电介质弹性体片材的相对电容以确定根据本发明的传感器设备的变形位置的x和y位置的图。

图22示出了根据本发明如何可以添加额外的接地电极层以屏蔽传感器免受环境噪声影响。

图23示出了其中组合了多个1-d传感器的二维传感器的实施例。

具体实施方式

如果电介质弹性体传感器能够感测压力接触的位置，则它们可以提供对传统硬顶和按钮键的软性替代方案。这些传感器可以用于创建软触摸音乐键盘，其可以帮助在弹奏键盘或使用传感器时减少撞击负载。软键盘的可能的附加益处包括轻量构造和高度鲁棒性。de传感器还可以被配置为各种形状和尺寸，给予用户更高水平的可定制性。例如，这可以允许键盘演奏者轻松地将按键配置为适合他们的演奏风格。然而，这些系统需要关于de内的局部变形的信息，这在从前是不可测量的。在本发明的实施例中，使用新的多频电容感测方法将传感器划分为多个不同的区域。

虽然本说明书宽泛地讨论了传感器中的电容的检测，但是应当理解，可以测量或检测电介质传感器的其它特性或对刺激信号的响应。特别地，检测到的特性可以是提供给传感器或从传感器接收的电压和电流之间的关系。例如，可以使用机器学习算法可拾取的其它术语。优选地，使用有形关系。电容可以是优选的，这是因为它可以直接与传感器的几何形状相关，并且其它术语可能不太有形。在一般实施例中，使用模型推断位置来测量原始信号或初始信号(例如电压和电流)并将其转换或计算为电参数(例如电容、电阻、阻抗)。优选实施例使用不同频率下的电容的集总值来推断电介质弹性体1上的压力。原始电流和电压水平可能难以与传感器或材料性质相关，而电容在几何上和环境上是稳定可控的。电容通常根据测量的电压和电流水平(幅度和相位)的变化来计算。

在现有技术的电介质弹性体装置和方法中的位置信息的损失，部分地是用于表示电介质弹性体传感器的集总参数模型的结果，如图2所示。集总参数模型将系统的所有电阻和电容元件组合在一起，并将它们定义为与并联电阻rp(膜电阻)和电容c串联的串联电阻rs(电极电阻)。此电容c允许根据得知相对介电常数ε来确定de的总面积(a)和厚度(t)。

虽然电介质弹性体传感器的等效电容已经被示出为传感器的总体应变的良好预测器，但是它无法识别局部变形或其位置，这是因为其将传感器视为单个电容和电阻元件。

诸如局部变形或接触点的位置信息有用的情况的实例包括：通过检测人的手指在传感器的电极上的接触和移动来将电介质弹性体传感器用作人机接口装置。

通常，低成本电介质弹性体传感器的电极由高电阻的碳基材料制成。电极的这种相对高的电阻被认为是一个问题，或至少是不理想的，这是因为它使得确定传感器的电容变得困难。然而，本发明利用这种高电阻来提供位置或局部接近、触摸和/或压力信息。此外，对于在频域而不是时域中的电介质弹性体装置的分析几乎没有考虑，就算有也考虑甚少，并且因此，电介质弹性体装置的开发和实施受限于dc思维模式或低频(例如1hz)操作。

在实施例中，所述系统可以被广义地描述为定位方法，其依赖于负电压梯度并且依赖于使用不同的感测频率来改变de传感器中电容对于测量装置变得不明显的点。在第一实施例中，de被表示为构成从原点测量的集总电容值的那部分电容器。因为参数(例如电容)是频率相关的，即感测信号的范围可以通过改变其频率来调整。在替代实施例中，参数(或传感器对参数的响应)可以取决于一些其它刺激分量特性(即响应变化取决于所述特性)。例如，响应可以取决于施加到电介质传感器的电压或电流的水平而改变；可替代地，取决于响应的时间或延迟，或相位或其它特性。通过向传感器提供信号，感测电介质传感器的响应并检测特性对电介质传感器的响应的差异，可以检测外部耦合的位置。虽然本文中将频率描述为刺激分量特性，但应当考虑也可以使用替代的特性。

在本发明的实施例中，可以使用包括电抗或阻抗或电感的参数来代替电容或进行组合使用。在实施例中，测量的参数可以是随着沿着电介质传感器的位置而改变值的任何电变量。电容可以是优选的选择，这是因为其可以以直接的方式与传感器的几何形状相关。这使得能够通过减小感测频率来逐渐测量de的更大部分，然后使用两个频率之间的差来推断这些部分之间的电容。

当存在大的电极电阻时可以使用分布式模型，这是因为这使得能够假设电容不会被集总成单个元件。当其电极电阻高时，多个de也可以以这种方式工作。在粒度级别上，这可以通过连接在梯形网络中的电阻器和电容器部分的链来建模。此模型有效地将传感器分隔成许多较小的传感器。通过测量de的差分部分的电容变化，我们可以确定按压发生的位置。在本发明的实施例中，可以不存在物理接触或物理接触(压力)的量可以变化。因此，现有技术的集总参数模型可以被分解为分布电阻和电容的分布式传输线模型，如图3所示，所述模型在图中由离散电容c31和电阻元件r32表示。当感测电压低时，可以忽略膜电阻rp。

此传输线模型表示电介质弹性体内的电阻和电容的连续分布。在理想情况下，分布是整体均质的，参数r和c分别表示每长度的电阻和电容。图3的传输线模型可进一步简化为一系列rc级40、41、42，其中并联电阻r32各自组合成如图4所示的单一值2r43。

在电学上，每个级40、41、42表示低通滤波器，其中低于截止频率的频率容易通过，而更高的频率在至少一定程度上被衰减。低通滤波器的截止频率由等式1描述。低通滤波器的每级进一步衰减高频信号。

这一系列低通滤波器的结果是高频信号无法传播到传感器中，而低频仍然可以顺利地传播到传感器的末端。刺激频率越高，其变得越衰减，并且因此越少地传播到传感器中。因为刺激信号超过它的范围则无法测量，所以这产生了通过使用传播不同量到传感器中的不同刺激信号来选择性地“感测”传感器的不同区域的机会。也就是说，电压或其它信号在幅度上将变得如此小，使得它将无法将足够的电荷传送到保留在线路中的电容器31上，以充分检测其电容。在此级中，这些剩余电容器的出现对de而言将是最小的，从而导致更小的视在集总电容值。

还可以通过应用传输线模型考虑图3的传输线44来分析de的内部效应。特别地，沿着一维条带的电压衰减可以通过求解一对telegrapher公式来描述：

适应有损传输线模型，我们可以将de1表示为有损传输线100模型中的分布系列，其中r′102和c′101分别表示每单位长度的电阻和电容，如图10所示。通过使用相对短的长度和低的感测电压105，我们可以忽略模型中的电感103(l′)和电导104(g′)项。在一种方法中，可以使用拉普拉斯变换来解析地求得这对微分方程的解。电压解的一般形式可以表示为

(z，t)＝v+e^∧(jωt-ζz)+v-e^∧(jωt+ζz)

其中ω是输入电压的角频率，ζ是波传播常数：

ζ＝√(r′+jωl)(g′+jωc′)

并且v+和v-表示沿着传输线向前和向后行进的电压波的幅度。

传输线模型能够区分de内部的局部压力变化，因此消除了对多个离散传感器的需要。可调参数(频率)被识别为控制变量，以改变感测信号的询问长度。然而，数学通常假定系统在本质上是均质的，具有整体恒定的电容和电阻。在这种假设不准确的情况下，剧烈的不连续性可能出现在感测信号的衰减中。在本发明的实施例中，本发明的物理参数的变化可以嵌入模型中，以便预测这些不连续性。可替代地，沿其长度具有一致参数的de1将减少或避免此问题。类似于具有垂直急降的不太理想的滤波器，感测电压105的衰减是逐渐且非线性的。这通过在按下相邻键时在不同频率下测量的电容之间的少量交叉显示。解决这一问题的一个解决方案是应用电容必须改变的阈值，以便确定地记录为按压。在de键盘实验中使用10pf阈值，但这将取决于de的相对电容。

图11示出了将de1模拟为0.1m长，具有r′＝1mohm/m102和c′＝1nf/m101的性质的实例。在100hz的发送频率处，如图11a所示，感测电压在de的整个长度上是均匀的。实际上，传感器在时间上看到相同的感测信号。然而，在10khz处，电容具有更大的效果，并且电压在更远离连接点时在幅度上显著降低(图11b)。这种电压降低效应可以通过减小电极的电阻来抵消(图11c)。

因此，在传感器的长度和灵敏度之间可能存在折衷，这是因为高r提供灵敏度，但是电压更快地衰减。类似地，在可以使用高频的情况下，可以使用较低的电阻。当使用替代参数时，可以在参数与de1的替代特性或材料性质(或者也可以是电阻)之间折衷。此模拟显示电阻参数r'102对感测电压的衰减具有强烈影响。然而，感测信号的频率可以用作抵抗高电阻的对抗平衡，用作调整穿透水平的方式。还显而易见的是，最终，感测电压将在尺寸上变得不显著，使得其在测量线路中的剩余电容器时无效。在实施例中，通过使用不同的感测频率来改变感测信号的范围来利用此电压衰减。沿着电极的长度明显的负电压意味着感测电压的幅度将随着远离连接点而变得更小。在某一点上，电压在幅度上变得如此小，使得它无法将足够的电荷推送到保留在线路中的电容器上，以充分地检测它们的电容。在这种状态下，这些电容的贡献最小，因此在集总电容器模型中的表现不足，导致较小的总电容测量值。

电极的电阻从前被视为“差电极”的不利特性。然而，在此方法中，高电阻传输线产生电压梯度，其使得测量的电容随频率减小。通过使用足够“差”的电极，我们可以将频率带宽移动到较低的频率，以避免在高频率变得越来越大的电感效应(和rf效应)，以及放松采样要求。也就是说，更大电阻的电介质将在按压一个位置或检测到接近时将产生更大的电容变化。

例如，传感器50可以被划分为多个段a-d，其中多个不同的刺激频率f1-f4可以用于测量不同的段。在图5中示意性地示出了4个位置的系统。应当理解，所述装置不限于如本文件中所描述的4或5个位置，而是可以具有更多或更少的位置。不同的按键尺寸或位置可以通过以下方式来实现，即将感测信号(例如频率)调整为在连续传感器的任何点处以敏感以易于接受或敏感。灵敏度的实现可能受到传感器的非均质性或在各个位置附近分离的能力的限制。然而，在一些实施例中，可以获得基本上连续的测量(或者按键可以具有使得测量可以看起来连续的尺寸)。因此，在一些实施例中，将传感器离散化或划分为多个区域是有利的。这种划分可以是物理的或仅仅是处理的响应或这些的混合。在此实例中，传感器设备包含作为细长条形传感器的一维电介质弹性体装置。提供刺激信号的电源105和进行电介质弹性体装置的电参数的测量的传感器优选地在细长电极的一端与端子111耦合。

图6示出了从使用一定范围的刺激频率的测量值计算的标称为250pf的静态电介质弹性体装置的电容。可以看出，当刺激频率增加时，其测量的电容60的量减小。电极电阻和电容分布的初始模型可以用于确定刺激频率的适当选择。最低频率分量f1应能够测量整个传感器的全电容。可以使用参考信号来确定电介质弹性体的这种电容，以获得集总电容模型的特性。de1用正弦信号激励，并且电压和电流之间的关系可以用于确定电参数。图13示出了电压和电流之间的关系，其总结在等式中：

(jω)/(jω)＝1/(r+1/jωc)

使得此表达式的复数幅度和相位角相等得到de的集总电容的等式：

c＝b/(aωsinφ)

为了识别用于测量每个区域的感测信号，可以使用可调整lcr仪表进行de的串联电容的频率扫描(100hz至100khz)。图6示出了在低频下的稳定测量，表示de1的标称电容，随后是超过拐角或截止频率61的急剧下降。因为这些测试在低电压下进行，所以在de的几何形状上没有物理变化，重要的是注意测量的电容降是集总参数假设的假象，而不是因为de的总电容的实际变化。也就是说，电容至少部分地由传感器的几何和材料性质限定。随频率变化的电容的测量变化不是de的电容的实际变化，而是通过集总电容假设电容随频率恒定而产生的。在此实施例中，不同频率处的视在电容的变化被用于推断由例如与传感器的接触引起的电容的局部变化。

在实施例中，在每个频率处测量的电容表示为等效的集总电容器。这可以被认为表示传输线中的电容器的数量的一部分(其中传感器/传输线被认为是一串并联电容器，图4)。在一个实施例中，检测可以借助于创建传感器对感测信号(例如，在各种频率处的电容)的特性范围的响应的表征。这可以解释为在每个频率处测量的传输线中的多个电容器。处理器可用于确定源和接收器电压和电流之间的关系。例如，根据电压和电流信号计算集总值电容的算法。一种可能的方法使用超平面。在其它实施例中，所述方法包括来自正弦信号的增益/相移或电流的积分，以确定传送到电容器的电荷量。

多个刺激信号分量可以组合(71)在一起形成刺激信号，例如电啁啾或脉冲，其可以由不同频率f1-f4的分量的总和表示，如图7所示，将被同时施加到电介质弹性体装置1的输入或电极。可替代地，可以使用诸如方波、三角波或锯齿波的多频率分量的振荡或非振荡波形作为刺激信号。

刺激信号152具有在提供到电介质弹性体传感器时进行不同地响应或区分各自的多个刺激分量72(这些可以在时间或频率上分离)。刺激分量72具有引起或影响传感器对刺激信号的响应的不同特性(例如，频率)。通过具有带不同特性的多个刺激分量，可以针对这些特性中的每个测量响应，并且响应变化的改变或比较可以使得能够检测外部耦合和外部耦合的位置。

由与电介质弹性体装置的电极耦合的电压或电流传感器感测的结果输出或感测信号74可通过快速傅立叶变换(fft)或滤波器(或多个)73分离成不同的刺激分量72或频率分量，将测量从时域变换到频域。然后，分离的感测信号可以由处理器73处理成优选的读取格式，例如电容。

在优选实例中，多个刺激信号分量72可以组合成单个感测信号或组合信号，然后应用快速傅立叶变换(fft)153以分解每个频率的幅度(a)和相位(φ)，以计算其相应的电容。虽然fft153系统是优选的，但是用于在频域和时域之间转换的任何系统都是可接受的，例如离散傅立叶变换。类似地，其它技术可以用于非频率刺激分量，这些技术适于分离出每个分量。所述方法显著地快于扫描频率，并且还确保电系统同时呈现给所有感测频率。这是因为lcr仪表的电容扫描的限制是一次只能测量一个感测信号152。由于确定按键按压需要多个频率的比较，所以如果传感器在先前波形的结束之前改变，则这可能导致时间经过误差。图15中示出了串联150和并联151测量技术之间的比较。虽然在图15中示出了特定的波形，但这不是固定的，并且可以根据所关注的频率、选择性或所需的精确度而变化。可能的波形包括具有期望频率分量的任何信号，可以使用诸如脉冲(迪拉克δ函数)、阶梯函数或白噪声信号的宽频率信号。fft方法的另一个优点是它可以通过在精确相同或基本上相同的时间测量所有频率来确定多个变形点。

在图15所示的系统的特定实例中，选择集总电容中的大约25％增量的四个频率72(1khz、8khz、14khz、30khz)以检测装置1的每个按键141处的压力，如图14所示。例如，频率1测量传感器的第一1/4长度，而频率2测量另外的1/4。这些频率信号被加总在一起(例如在诸如labview的计算机程序中，但是这可以在微芯片、fpga、逻辑电路或类似装置上执行)。电流驱动器(例如opa2141)将信号放大到传感器，并且数据采集卡(例如niusb6351)经由感测电阻器测量返回电流。返回labview，fft程序解析所选频率分量的幅度和相位角，并计算每个频率的相应的集总电容值。应用使用四个频率测量的电容的匹配算法，以确定哪个按键被按压并经由扬声器160播放相应的声音。系统操作流程图在图16中示出。

使用任何合适的方法(例如，由wo2010/095960或wo2012/053906公开的那些方法)计算电容，并且对于没有外部机械或电耦合的每个选定频率记录电容，以提供参考电容。wo2010/095960和wo2012/053906的内容通过引用整体并入本文。

在特定实例中，如图14所示构造de1键盘140。将100μm厚的硅树脂电介质膜10夹在包含嵌入硅树脂中的导电碳粒子的两个柔性电极11a、11b之间。将所得的片材切割成大约0.1m×0.14m的面积，并在每个电极的一端制备金属端子。测量传感器的标称电容和电极电阻。在中间标记了四个区域141(1-4)以对应于播放按键。图17示出了框架142可以用于隔离对特定区域141的应变。框架可以由具有肋144的丙烯酸制成，以允许在特定点处的拉伸在空间上受到限制。替代框架件或支撑件144可用于分离位置区域或按键141，其中框架或支撑件用于在按压下一位置时限制特定部分的伸展。传感器140可以固定在塑料框架中以隔离对局部区域的应变。然而，替代系统可以不具有框架并且可以使用相邻区域中的相关电容变化来识别被按压的区域。

电介质弹性体装置的电容可以通过与装置140的外部耦合143来修改，并且电容变化的位置可以通过本发明的装置和方法来确定。外部耦合可以包含引起电介质膜1的变形的机械耦合，诸如压缩电介质层的区域的隔离压力，这增加了所述区域中的电极之间的电容。在一些实施例中，重要的是考虑传感器对接近和物理接触的灵敏度。也就是说，手或工具143的接近可以在进行物理接触之前影响传感器的电容。这是由于电荷转移到人体电容的耦合效应。在一些实施例中，传感器电容的这种增加可以被记录为物理触摸。当发生物理应变时，电容将进一步增加。传感器激活器的接近的效果可以是可变的；例如由于鞋类和衣服等，人体的电容是可变的。通过将传感器与传感器激活器隔离，可以减少或隔离接近效应，限制或改善对传感器读数的任何影响。图22示出了屏蔽220的实施例，其中外部一对接地电极221、223用于帮助将传感器电极222与外部噪声隔离。增加de1的自电容可以减少受环境的影响。

替代地或附加地，外部耦合可以包含外部电容与装置的电耦合，诸如与电极近距离接近或触摸的人手指。人体可以被认为是具有存储电荷并提供放电路径的绝缘导体，并且可以被建模为与1.5kω电阻器串联的100pf电容器。当人与诸如电介质弹性体传感器的带电表面接触时，将外部电容耦合到电路。当人的手指与电介质弹性体传感器的表面接触时，人体电容耦合到系统并提供到地的替代路径。此路径使得电流旁路而不返回到源，这导致电流下降和电压上升。在本文中，已经讨论了接触的压力或位置，应当理解，这包括传感器通过物理接触的变形和耦合到传感器但可能不使传感器物理变形的接近或轻微接触。例如，身体可以有效地用作电流流向地面的替代路径，从而从传感器“窃取”走电荷。通过知道电极电阻和膜电容如何沿着传感器分布并且测量电流或电压的变化，可以预测接触的位置。

本发明的装置和方法优选地适于感测机械耦合或电耦合中的一者。例如，可以通过使电介质弹性体装置绝缘来防止或最小化电耦合，或者在确定机械耦合的位置时，附加电容可以是相对不显著的并且被忽略或考虑。可替代地，所述设备可以被配置为在算法上或使用附加传感器来区分机械耦合和电耦合，使得其可以确定外部机械耦合和电耦合的位置。

如图8的流程图所示，通过顺序地比较由五个刺激频率f1-f5(c1-c5)中的每一者测量的所计算的电容相对于对应的参考电容的变化，可以确定施加到电介质弹性体装置140的接近、触摸和/或压力的位置。应当注意，图8考虑具有5个位置和频率的ded，而不是前面考虑的4个。可替代地，与第一段或第一位置和第二段或第二位置相关联的第一频率和第二频率之间的差可用于计算位置或段之间的电容。

图12示出了计算标记为差分参考121的两个段之间的频率差的方法。通过使用差分参考121，可以减小信号中的噪声，这是因为所测量的电容在区域边界122、123之间，而不是包括从de124的开始处的电容。也就是说，剩余传感器上的噪声至少部分地包括在两个测量中并且因此被抵消。在两种方法中，可以将阈值应用于每个段的差分电容，以确定是否记录了显著的变化。在另一实施例中，图8的流程图中所示的步骤可以基本上同时应用以提高感测速度。所述方法还可以被理解为：使用两个频率之间的电容差来推断一段之间的电容量(即沿着传感器测量一定距离的频率，并且所测量的电容之间的差异对应于所述段的电容)；并且使用与已知位置相关联的单个频率处测量的电容(即，测量至特定接触点的电容的频率)。

在第一步骤80中，确定从刺激信号的最低频率分量f1计算的电容是否相对于对应的参考电容变化，其表示在没有与电介质弹性体装置的外部耦合情况下的期望电容。为了最小化噪声、离散误差等的影响，在认为应确定这种变化之前，可能存在关于参考的边界或阈值。如果没有检测到变化，则在装置中的任何地方都没有外部耦合，因为最低频率刺激信号优选地完全传播通过电介质弹性体装置。因此，算法可以在这一点处停止，或者更优选地重复此步骤直到检测到外部耦合。如果检测到变化，则存在外部耦合，但是位置尚未知。

在第二步骤81中，确定从第二最低频率f2计算的电容是否相对于对应的参考电容变化。由于此频率大致在区域d和e之间被电介质弹性体装置衰减，所以计算的电容表示与区域a-d相对应的区域电介质弹性体致动器的一部分。没有来自参考电容的变化或改变指示在区域e中必定已经发生外部耦合。因此，算法可以在所述点停止，从开始处重复，或者继续确认没有异常。如果检测到变化，则外部耦合在区域a-d内的某处，并且可以通过继续到第三步骤82来进一步精细确定所述位置。

在步骤82和83中，依次分别对频率f3和f4重复相同的确定。

在最后的步骤84中，如果没有检测到对应于最高频率f5处的刺激分量的电容c5的变化，则确定外部耦合在区域b中。如果存在变化，则确定外部耦合为在区域a中。

施加的压力的幅度和外部耦合的程度可以根据计算出的电容与相应参考电容的变化程度来确定。在一个实施例中，这可以通过记录外部耦合(例如电容)的检测的时间历史来实现。例如，初始增加、接着是另一增加可能首先表示耦合，然后是附加的机械变形。

从上述过程可以理解，位置信息的分辨率取决于电介质弹性体装置的尺寸和所分析的不同频率的数量。在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据具体要求使用任何数量的频率。

所描述的过程仅仅是根据本发明可以用于确定外部耦合的位置的算法的实例。在根据另一个实例的替代实施例中，可以计算频率f1-f5的所有电容并将其与相应的参考电容进行比较，并且仅基于所计算的电容的数量与它们各自的参考值的改变来确定外部耦合的位置(如果有的话)。

图18示出了如图14所示的装置上的单个和多个触摸位置的电容频率响应。为了感测同一传感器内的多个区域，将四个感测频率混合在一起并施加于de。使用fft算法同时提取每个频率分量的幅度和相位，并计算其相应的电容。曲线显示不同的按键按压提供独特的特性分布或曲线；在所述实例中，曲线是电容频率响应。这是针对传感器上的多个压力产生的特性曲线。按下传感器上的两个不同位置会对频率响应产生不同的影响。也就是说，感测在电介质弹性体上同时的多个变形，例如在多触摸传感器的情况下，可以使用唯一的电容频率响应分布来识别哪些区域受到变形。通过收集多个频率数据点并将它们与预定的校准曲线匹配，可以识别变形的区域的组合。所述信息可以被馈送到查找表以允许检测外部耦合的位置。在实施例中，可以在没有或具有有限测量的情况下获得电气性质r'(例如通过4点探针测试)和c'(通过近似电介质层的厚度)的近似。由于这些测量值都以每个长度的相应单位记录，由于这些测量值都以每个长度的相应单位记录，因此可以外推到装置或电介质1的长度。

首先看图18a，示出了多个按键被同时按下的效果，最低频率信号(例如100hz)(图的左手侧(lhs))受到所有四个按压位置的影响，而rhs(右手侧)的较高频率(由de的阻抗衰减)对更远处较不敏感。因此，低频可以提供对按下的按键的总数的良好指示。图18b示出了按压传感器上的不同按键或位置的效果。这里较高的频率，例如10khz显示位置之间的较大差异：按压位置1处的传感器导致电容大约15pf的变化，与之相比，当按压位置4时，仅为5pf。图18c示出当按压两个位置组合时在较高频率处可观察到的差异，并且图18d示出当按压3个按键组合时的差异。在实施例中，低频可以用于确定感测的位置的数量，而然后高频用于缩小适当的曲线。在另一实施例中，可以将频率曲线作为整体来查看以提供与预定曲线的最佳匹配。

实际上，特性足迹类似于数字条形码，其中每个频率揭示关于传感器上何处被按压的一些进一步信息。因此，使用多个频率可以提供关于按键按压的进一步信息，例如通过组合高频和低频或某些频率组、频率范围或频率组合。可替代地，频率测量可用于生成曲线60，曲线的一个或多个特性可用于区分压力。例如，使用映射技术，可以确定被按压的de传感器上的位置，并且经由扬声器播放相应的声音。映射技术可以将测量结果与预校准值相关联。某些形式的统计或回归分析(诸如最小二乘回归)可用于改进映射技术。虽然已经描述了键盘140，但按键按压或位置具有广泛的潜在用途，并且可以馈送到微处理器等中。

图19示出了当在四个不同频率下按压和测量一系列按键141时，电容随时间变化的曲线图。在所述实例中，位置4距离传感器测量位置最远。当位置4被按压时，电容的变化发生在最低频率191处，而较小的变化发生在次低频率192处。相比之下，当位置1被按压时，所有频率反应，包括第三最高频率193和第四最高频率194。与图18b中所示的曲线一致，因为30khz处的曲线显示在按压3或4时几乎没有变化，而当按压1或2时具有很大的变化。这也是一致的，因为每次按压在最低频率处具有类似的效果。信号的振荡性质表示开关的周期性按压。使用更快的硬件和/或软件可以使得测量之间的时间减少。

图9中示意性地示出了根据本发明的传感器设备90的组件的系统图。宽泛地说，所述设备包含：电介质弹性体装置91；电源92，与电介质弹性体装置的电极耦合以在电极之间施加刺激信号；传感器93，与电极耦合以获得指示所述电介质弹性体装置的频率响应的感测信号；以及处理器94，与传感器耦合以接收和处理感测信号。在至少一些实施例中，处理器还可以与电源耦合以控制刺激信号的施加。

电介质弹性体装置1优选地包含夹在电阻电极11a、11b之间的体积不可压缩的软电介质膜10。电极被认为是非理想的，因为不完美导体的电阻对于大多数应用通常是不期望的，但是这种非理想特性可被如上所述的本发明利用。

术语“处理器”94在广义上用于涵盖处理感测信号以确定外部耦合的条件、程度和/或位置的任何和所有软件和/或硬件组件。其可以包含基于硬件的滤波器和一系列电压比较器以执行例如图8的流程图的方法，例如，完全消除了对可编程硬件和软件滤波器的需要。可替代地，处理器94通常将至少部分地使用诸如可编程逻辑器件(pld)或现场可编程门阵列(fpga)的嵌入式可重新配置或可编程硬件组件的软件来实现，或更优选地可以包含数字处理器(dsp)和/或执行嵌入式软件的微控制器，所述嵌入式软件被编程以实现本文描述的本发明的系统和实时本发明的方法。然而，最常见的是，预期处理器94将被实现为使用软件和离散硬件组件的组合的嵌入式系统。

一旦它们被编程以根据实现本发明的方法的程序软件的指令来实施特定功能，则此类数字逻辑和/或数字处理器装置实际上成为本发明的方法特有的专用计算机。为此所必需的技术对于嵌入式系统领域的技术人员是公知的。

尽管已经通过实例并参考其可能的实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以对其进行修改或改进。例如，可以使用例如多个刺激信号204和三角测量技术形成二维或三维传感器设备。可替代地或附加地，电介质弹性体装置可同时用作传感器和致动器，以例如提供触觉反馈。

图20示出了在电介质弹性体宽度与其长度相比不小时存在的二维感测系统。在二维的情况下，例如电介质弹性体传感器片200，可以通过添加第二返回电极202、203以比较各个电容来推断变形的x-y位置201。在实施例中，返回电极202、203位于第一和第二分离位置以测量感测信号，例如，电流(电流，y，以及电流，x)。优选地，这些位置在片材200的相对拐角处，但是其它位置也是可能的。通过计算这些点处的电容，我们可以确定变形发生的二维位置。例如，沿着对称线205，任何变形将在输出x202和y203处引起相同的电容变化。所述电容变化的幅度提供了自发生变形的原点的径向距离的测量。类似于图21所示的查找表210示出了然后可以如何使用x和y之间的相对变化来确定在对称线205的左侧或右侧是否发生变形。在实施例中，这可以通过组合并行的一系列二维系统(例如，形成立方体的侧面)，或通过具有沿着第三轴线安装的第三传感器来延伸到3d系统。

图23示出了二维感测电介质装置220的替代实施例，其中多层一维传感器被堆叠。也就是说，存在三个电极221、222、223。图23a示出了背靠背层叠的两个独立传感器的替代布置。每个传感器具有感测信号输入230、231(以及返回电极或输出)，并且这些被布置为彼此基本上正交或成90度，如图23b所示。因此，沿着这些方向中的每一个检测位置将确定沿着每个轴的位置。在其它实施例中，可以使用更好地反映开关几何形状的替代轴。独立的传感器可以机械地(以耦合应变)结合并且以彼此大约90度配置。每个传感器有效地测量沿着一个维度的位置。这可以使用由3层电极和中间的两层电介质组成的5层传感器来实现。图23c示出了施加到外部2电极230、231的感测信号，其中中间电极作为公共接地232。将1d中的所述传输线理论应用于每个层。所述系统还可以通过构建电极堆叠(例如具有10层或20层以上电极)来提供3d感测系统。可替代地，可以包括另外的层用于屏蔽目的。

由本发明接收和处理的用户输入可以用于简单的开启或关闭或调整发光二极管(led)的亮度的目的，或更复杂的应用，例如控制光标在计算机显示器上的位置。2d系统可以提供诸如触摸板、键盘、电话按钮和其它输入系统的应用。由于电介质弹性体可以制造为可弯曲或柔性的传感器，所以可以围绕包括弯曲或锥形表面的不平坦表面确定外部耦合。在特定实施例中，2d片材可以缠绕在物体或身体周围以确定移动。在一个实例中，传感器可以缠绕在人体或动物体的一部分上，例如人膝关节。传感器然后能够感测人膝关节的运动以及运动发生的地方。

上述本发明的实施例利用基本上平面的电介质弹性体装置，其中电极和电介质膜各自在其整个区域上具有基本均匀的厚度。然而，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，装置的许多变化是可能的。例如，电阻和/或电容性质可以通过以下改变：

1.通过改变几何形状来改变电容。这可以通过逐渐改变电介质层的厚度或改变电极的重叠面积以分别减小电介质弹性体装置的有效面积来实现。这改变了传感器的局部电容分布。改变厚度(或传感器的其它几何形状)可能能够放大从给定拉伸检测到的变化，并且可用于增加灵敏度；

2.通过改变装置内的介电常数来改变电容。这可以通过使用不同的电介质材料；

3.通过更改装置的几何形状来改变电极电阻。这可以是电极的截面积或长度的改变或变化；

4.改变沿传感器的电极电阻梯度。这可以通过使用不同浓度的相同材料实现，如图13所示，或用于电极的不同材料；和/或

5.串联或并联添加外部阻抗以更改传感器的输入阻抗。例如，将导电网格放置在传感器的顶部上会降低其有效电极电阻。

在允许进一步改进提取和速度的替代实施例中，fft过程可以使用fpga实现在硬件中，实现与专用增益和相位检测器ic(例如ad8302)类似的功能。进行fft的另一个优点是其本质上是带通滤波器，其中仅计算目标信号频率。这避免了频谱噪声蔓延到关注的信号中。

在另一实施例中，可以通过消除诸如任何杂散电容的电噪声来改善触觉感测应用。人体电容(hbc)相当于100pf电容，取决于鞋子和地板绝缘，可以高达400pf。直接耦合相对大的电容(例如，人的手指)可以显著影响电容映射处理的效率。大电容可以增加de的自电容和灵敏度，使其不易受环境干扰的影响。在实施例中，例如以一对外部接地电极的形式的屏蔽可以有助于将传感器与环境噪声隔离，如图22所示。

广义地说，本发明还可以包括在本申请的说明书中涉及或指示的部分、元件和特征中，单独地或共同地包括在两个或更多个所述部分、元件或特征的任何或所有组合中。此外，在已经参考具有已知等同特征的本发明的具体部件或整体时，此类等同特征被并入本文，如同已单独阐述。

从前述内容可以看出，提供了一种触摸感测电介质弹性体装置和方法，其能够使用电介质弹性体装置用于人机交互和/或控制其它电子装置。电介质弹性体触摸传感器提供几个优点，特别是其轻质、柔软(即柔性或柔韧)和/或可拉伸。

除非上下文明确要求，否则在整个说明书中，词语“包含”等应被解释为包含意义，与排它或穷尽意义相反，也就是说，“包括但不限于”的意思。

在整个说明书中对现有技术的任何讨论不应被认为是承认这样的现有技术是广泛已知的或形成本领域的公知常识的一部分。