CN106461475A - 采集装置，其制作方法和测力方法 - Google Patents

Abstract

一种采集装置(20)，包括壁部和包括主体(24，324)的换能器(23)，电极(25)紧固在所述主体上并且彼此间隔开。换能器的电阻抗(R)可根据换能器的变形而变化。当在垂直于壁部的表面(36)的方向看去时，所述多个电极的至少两个电极(25)被彼此间隔开。换能器被结合在壁部的表面(36)下方。

Description

采集装置，其制作方法和测力方法

技术领域

本发明的第一方面涉及一种换能器，该换能器用于在被集成到力传感器时检测和/或测量力；所施加的力在该换能器中不能直接测量，而是通过测量变形来测量：在力的作用下，换能器承受变形；这种变形导致所述换能器的可测量幅度发生变化；传感器的测量部分检测和/或量化所述变化，并传递代表变形和因此代表所施加的力的输出信号。

当然，这样的换能器还可以用于检测或测量变形。

这种换能器和传感器的第一应用在于当车辆静止或优选地移动时对路面上的车辆称重。

当车辆在路面上时，无论是静止还是移动，其轮胎下的路面局部变形。作为车辆的重量的其中一个功能的这种变形，可通过传感器或传感器阵列被检测和/或测量。然后，这种变形信息可被解释成用于检测车辆车轮的存在，并确定路面上存在的或行驶的车轮的数量，它们的速度和/或它们的行进方向，或甚至它们的重量。

第二应用在于跟踪路面的状态，例如跟踪路面的不可逆变形和/或检测裂纹和/或预测裂纹，这例如通过分析来自(多个)传感器的(多个)测量的任何漂移，无论是在不存在车辆时取得还是在多个车辆通过后的总计都是如此。

背景技术

本发明的第一方面的背景

已经为了对路面上静止或移动的车辆进行称重和为了跟踪路面状态的应用而开发了多个变形传感器或力传感器。

在一些这样的传感器中，换能器由主体形成，主体上紧固有电极，并且主体由一种材料制成，使得当一对电极紧固在该材料上时，电极之间的电阻根据该材料(即压敏电阻材料)承受的变形而变化。

这种传感器的具体性质是，电极被紧固在所述主体的相反侧上，在主体的正交于即垂直于被施加了用于测量的力的方向的面上。

当力被施加到换能器时，主体在这个方向上变形；因此，在该垂直于所施加的力的表面上的电极之间所测量的电阻发生变化；通过传感器来检测和/或测量该电阻变化以提供所需信息。

这种换能器可制成例如“智能混凝土”或“智能的沥青混合料”的形式，即，填充有纳米颗粒并具有这种压阻属性的混凝土或沥青混合料。这种换能器也可以借助于压阻聚合物制成。

也存在制成特别是基于聚合物、陶瓷和压阻晶体材料的压阻带材的形式的换能器。

但是，这些不同的换能器是不能完全令人满意的，因为其中每一种都至少部分地存在以下问题：

·需要很长时间来将换能器放置到位，因此使得路面在很长一段时间不可用；

·由于换能器材料和填充材料与路面材料之间不兼容，换能器经受非常大的、反复的应力，这种换能器在中长期缺乏可靠性；

·由于使用换能器对路面造成破坏，因为它们具有不可忽略的高度，由此减少了该传感器附近的路面的寿命；

·换能器的精度较差，这受到车辆的速度及其遵循的路径影响，并受到温度和湿度的变化的影响；并且

·最后，由于换能器的价格和将换能器在路面中放置到位的价格两者造成成本高昂。

发明内容

本发明的第一方面的目的和内容

本发明的第一个目的是提出一种换能器，以及因此能够消除或减少全部或部分上述缺点的变形传感器或力传感器。

此第一目的通过一种包括壁部和换能器的采集装置实现，在该装置中，换能器包括主体和紧固至所述主体并彼此间隔开的多个电极；该换能器使得由所述多个电极所确定的电阻抗可根据换能器经受的变形而变化；当沿着垂直于壁部的表面的方向看去时，所述多个电极的至少两个电极被彼此间隔开；以及换能器结合在壁部的表面下方。

术语“壁部”用来表示如下的主体(或一组体部)，所述主体由自由表面限定，所述自由表面即表面的其中一个侧部处于流体、特别是大气中。壁部可以任选地是柔性的，如同纺织品。壁部不一定是平面。

换能器结合到所述壁部的表面下方的事实意味着，首先，在垂直于壁部的表面的方向看去时，所述壁部围绕所述换能器，其次，换能器被放置在相对于壁部的表面的壁侧上(但是，换能器可任选地自身由壁部的表面限定)。

本文中提到的唯一阻抗是电阻抗；因此它在下文仅称为“阻抗”。

从多个电极确定的阻抗是作为电压和电流之间的至少一个比率的函数的幅度；对于所述至少一个比率中的每一个比率，电压在所述多个电极的第一电极对之间测得，电流被施加到所述多个电极的第二电极对。第一和第二电极对可以是相同的或不同的。

通常，阻抗常规地等于单独一对电极的电压和电流的比率。

术语“阻抗”也可以指“平均电阻”，等于将电流绘制为电压的函数(或者电压作为电流的函数)的(直线)曲线的平均斜率(例如，通过线性回归确定)。

另外，在上述定义的采集装置中，壁部的表面包括要接收待检测或测量的力的表面。

当该力被施加到壁部的表面上时，其导致所述换能器变形。这种变形导致电极之间的电阻抗发生变化，该变化可以被测量。因此，(通过测量电极之间的阻抗变化)测量所述换能器的变形用于测量施加到壁部的力。

采集装置可具有多个上述定义的类型的换能器。

与先前使用的换能器不同，在本发明的采集装置中，换能器的电极没有与施加力所在的方向对准，但与此相反，当沿着垂直于壁部的表面的方向看去时，至少一个对电极间隔开：即，当在该方向看去时，两个电极不重叠并且被认为是不相交的。此布置有利地使得至少这些电极能够任选被放置在垂直于表面的方向上的同一高度，从而使得可以具有在该方向上更紧凑、或确实极其紧凑的采集装置。

以举例的方式，采集装置可因此以极少侵入的方式被包括在路面表面中。

下面，关于采集装置，术语“厚度”是指示其在垂直于壁部的表面的方向上的尺寸，所述方向被称为“垂直方向”。

通常，本发明的换能器的主体的厚度很小。

没有必要将换能器布置在壁部的表面上：它可以设置在与该表面相距一段距离处。

因此，在本发明的一个实施例中，采集装置还可以包括将换能器与壁部的表面分隔开的转移层。在变形时，该转移层导致换能器的相应变形，该变形代表施加到壁部的表面的力。

优选地，转移层粘附到位于所述表面旁边的换能器的面上，即，当换能器水平布置时的顶面。

在垂直方向上，转移层优选具有大于换能器主体的尺寸的三倍的厚度。

转移层可任选地被层叠并且自身可以由至少两个子层制成。

转移层可尤其以这种方式布置，用于特别是在垂直于被施加力的方向的横向平面中变形。在这种情况下，转移层使所施加的力转换成换能器在该横向平面中发生的“横向”变形；而且是该横向变形产生了电极之间的可测量的阻抗。

转移层也可以这样的方式布置，所施加的力引起换能器在垂直方向的变形，并且换能器可设计成使得这样的变形足以产生电极之间的可测量的阻抗变化。

转移层也可以布置成将此两种效果相结合。

转移层和壁部可以由相同材料、特别是沥青混合料制成。应理解的是，在上面的语句中，术语“壁部”表示(当沿垂直方向看时)壁部的包围换能器的部分。

转移层和壁部可以特别地一体形成。该转移层和壁部一体形成的事实意味着转移层则通过围绕换能器的壁部部分的材料连续地形成。可替代地，当换能器被放置在形成于壁部中的孔内时，转移层由壁部已形成之后施加的材料制成。

上述定义的采集装置可用于制成传感器，特别是用于检测或测量所述换能器的变形和/或施加到壁部的力的传感器。

该传感器也可设计成表示施加到壁部的表面的力的变化(而不是力本身)，该变化随后则通常被确定为换能器的阻抗变化的函数。

然后，传感器具有至少一个上文限定的采集装置，和阻抗确定***，该阻抗确定***连接到所述至少一个采集装置的至少一个换能器的电极，并适于确定所述至少一个换能器的阻抗和/或阻抗变化。

特别地，传感器可以包括一组布置成阵列的换能器，以及适于在任何给定时刻识别哪个换能器被激活或受到应力的装置。包括这种阵列换能器的传感器可用于测量车辆的速度和/或行进方向。具体地，换能器可以布置成行和列，即以矩阵布置。

在一个实施例中，传感器可以包括两个(或多于两个)换能器，其放置成在传感器的厚度方向上一个在另一个上方。

在这种情况下，当垂直于采集装置的壁部的表面看去时，各换能器的相应电极可特别处于不同的设置取向；例如，在该视图中它们可处于90°的角度。

阻抗确定***可以是用于确定电阻的***，主要包括通过检测和/或量化电极之间的电阻和/或电阻变化的欧姆表。

在另一个实施例中，阻抗确定***评估电极之间的复阻抗，复阻抗可以作为频率的函数，或在一个预定的频率，例如为了确定电极之间的材料的电容与相对介电常数。

该传感器还可以包括关联***，用于基于(多个)换能器的阻抗和/或阻抗变化确定(多个)换能器的变形，和/或施加到壁部的(多个)力。

在由阻抗确定***传递的信息的基础上，关联***准备被与(多个)换能器的变形或与施加到壁部的表面的(多个)力定量或定性地相关的模拟或数字输出信号。电极之间的阻抗或阻抗变化与输出信号之间的相关性(认为代表变形或代表所施加的力)由初步校准步骤和/或通过用于采集装置的(机电)物理模型来确定。

传感器也可以是用于感测接受传感器的路面或材料的变形状态的传感器，并且尤其是路面的不可逆的变形，以及用于裂纹的预期检测***。以举例的方式，传感器可以包括至少一个如上述所定义的采集装置，连同连接到(多个)所述换能器、或上述所定义的换能器矩阵的电极的欧姆表。以举例的方式，所述传感器通过分析来自(多个)传感器的测量值中的任何漂移而操作，用于在车辆不存在时获取的测量结果或用于多个车辆通过时的结果合计的测量值。

传感器也可以是用于感测在一材料上移动的物体的速度和方向的传感器，包括至少一个如上述所定义的采集装置，以及连接到(多个)所述换能器的电极、或优选连接到上述所定义的换能器矩阵的电极的欧姆表。

本发明的采集装置或传感器可以用于同样良好地用于检测局部力(点压)和用于检测分布式力。

如上所述，换能器一般厚度很小。换能器主体因此通常是层的形式，或将电极连接在一起的一个层、或一个(或多个)螺纹或(多个)条的形式。

以举例的方式，换能器主体可形成薄的层，即厚度小于换能器的主体的另外两个特征尺寸中的至少一个的十分之一的层。该层的厚度可以特别是小于1毫米(mm)，优选小于0.5mm，或甚至0.1mm。

电极通常以这样的方式设置，以便在垂直于所述表面的方向上相对于换能器的主体处于相同的高度。例如，电极可以被放置在换能器主体的位于所述表面旁边的面上，并在其与所述表面远离的面上，或者确实处于它们之间的共同的高度。

这些面是换能器主体的顶面和底面，当该装置以这样的方式“水平”布置，使其壁部的表面为水平(这可以是用于安装本发明的采集装置的可能性之一)。通常地，一个元件当相对于换能器的主***于壁部的表面旁边时在下文被称为“顶”元件，而当它位于相反侧时为“底”元件。

如上所述，本发明的一个重要的应用是车辆称重或测量路面的变形。

因此采集装置被植入到路面的表面下。其很小的厚度使其可以通过很少侵入的方式被植入。如下面更详细描述的，它可使用与沥青混合料兼容的材料制成。

因此，尽管植入路面的采集装置可能受到各种应力(气候，机械的，...)，本发明的采集装置可以有利具有较长的寿命。

采集装置或结合这种装置的传感器可以自然地用于检测表面上的物体(或人，动物等)的存在和重量，或实际上可施加到表面的任何力。

为了提高换能器的寿命和精度，它还可包括设置在换能器的主体与邻接换能器的主体的表面之间的结合层，结合层粘附到换能器的主体和所述邻接表面。此相邻接表面可以特别是上述转移层的表面。结合层则是顶结合层，其提供换能器的转移层和主体之间的紧密结合。

此邻接表面也可以是将换能器支承在其底侧的支承表面；结合层则是底结合层，布置在压阻体与支承表面之间。

换能器可具有底结合层和顶结合层两者。

在一个实施例中，换能器还具有在垂直于横向方向的第二方向上彼此间隔开的第二对电极(横向方向是上述一对电极的电极沿其间隔开的方向，其中电极被称为第一对电极)。所述第二对电极使得能够提供一种附加的测量，并因此获得有关压阻体的阻抗的变化的更好的知识，并且通过延伸获得关于其变形的状态的更好的知识。

在一个实施例中，换能器具有多对电极，形成多边形的平行成对的侧边。多边形的不相互平行的侧边可以具有不同的长度。成对的电极使得能够因为为所述电极选择的形状和方向而获得关于换能器的电阻的更好的认识，以及通过延伸来获得有关换能器的主体的变形状态的更好的认识。

这些电极可以全部或部分受益于以下改进：

·该对电极可以由交错的电极构成(即，形成两个配合的梳)，以减少换能器的电阻并提高其灵敏度；

·电极的与压阻体接触的部分可以是大致平面；

·电极的与压阻体接触的部分可以由细金属丝或形成梳子或网格的细金属丝阵列形成，可选地其可以规则的；

·电极可以是刚性的，例如，电极可以由弯曲模量显著大于压阻体的弯曲模量(至少大两倍)的材料制成。这种布置使得能够增加换能器对垂直于壁部的表面的变形的灵敏度；和

·电极可以是柔性的，并且以示例的方式，电极可以由具有如下弯曲模量的材料制成，该材料的弯曲模量与压阻体的弯曲模量相当或更小。这种布置使得能够增加换能器的牢固性。

各种材料可用于制造压阻体。

为了能够测量施加到壁部的表面上的力，有必要对电极之间的压阻体的阻抗(即，通常其电阻)，从而在横向方向上根据所施加的力而改变-和优选强烈地改变。

为了制作换能器，可以特别利用具有一个或多个以下特征的主体和电极：

·如果一个力在垂直于壁部的表面的方向上施加到采集装置，该换能器主要地或实际上基本上在垂直于所述壁部的表面的方向上变形，并且所述多个电极的电极之间测得的阻抗发生变化。

任选地，即使在不存在在所述垂直方向上变形的材料，该阻抗变化也会发生。

·如果一个力在垂直于壁部的表面的方向上施加到采集装置，该换能器主要地或实际上基本上在大致平行于所述壁部的平面中变形，并且所述多个电极的电极之间测得的阻抗发生变化。

“主要”(或实际上基本上)在一个方向上发生变形意味着该材料的点的运动在相对于所述方向形成小于45°角(或实际上小于20°)的方向上发生。上述特性可以通过适当选择用于形成所述换能器的主体的压阻材料，和/或通过选择具有适当刚度的电极而获得。

下面给出具有这些特性的换能器的一个示例。

换能器主体可以具有各种不同的化学成分。

在一个实施例中，换能器主体包括微米颗粒和/或纳米颗粒的渗滤阵列。本文分别使用术语“微米颗粒”和“纳米颗粒”指示颗粒，该颗粒的特征尺寸中的至少一个分别小于100微米(μm)或100纳米(nm)。

这些微米颗粒和/或纳米颗粒可以特别地包括从以下列表中选择的一种或多种颗粒：

a)碳纳米管，特别是随机的或有组织的阵列；

b)自聚集微米颗粒或纳米颗粒；和

c)石墨烯、石墨或任选还原的石墨烯氧化物的片材。

渗滤阵列还可以包括粘土的颗粒，所述颗粒的一部分具有至少部分地被导电物质覆盖的外表面。

该换能器主体也可包括压阻聚合物，或多种压阻聚合物的混合物，或至少一种聚合物，例如沥青，和导电的微米颗粒和纳米颗粒的混合物(从而形成具有微米颗粒或纳米颗粒的聚合物复合材料)或水泥材料与微米颗粒和纳米颗粒的混合物(有时称为“智能水泥”或“智能混凝土”)。

本发明还提供了包括多个紧固到条带的上述所定义的采集装置的带材。所述条带可以由柔性聚合物制成。尤其是，它可以被设计成能够被打包为一个卷轴或辊。所述条带可作为转移层和/或作为具有用于保护或支承采集装置的支承表面的层，如上所述。

本发明还提供一个检测站，例如收费站，具有如上所定义的设置有力传感器的至少一个车道。

本发明还提供了一种显示器，例如触摸屏，适于显示可变信息且包括如上定义的至少一个采集装置。

本发明还提供测量力的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供由主体和由多个紧固到所述主体并相互间隔开的电极构成的换能器，所述换能器使得从所述多个电极确定的电阻抗可根据换能器受到的变形而变化；

b)在一方向上向所述换能器施加力，使得当沿着所述方向看去时，所述多个电极的至少两个电极被彼此间隔开；和

c)测量阻抗在所施加的力的作用下的变化。

d)根据所述阻抗变化确定所施加的力。

通过利用关于换能器的变形和施加其上的力之间的关系的现有知识执行步骤d)。

还可以理解，力可直接或间接施加到换能器。例如，换能器可以被放置在转移层(力传递层)下方，和力可以施加到转移层，该力的一部分被经由转移层传递到换能器。

本发明的第二目的是提供一种制造结合在壁部中的换能器的方法，该方法能够使换能器以简单的方式被结合在壁部中，以检测和/或测量变形和力，特别是可在用于测量施加到路面的力的力传感器中使用的换能器。

这个目的通过一种制造包括壁部和换能器的采集装置的方法实现，该方法包括以下步骤：

a)定位多个电极使其与主体接触，主体和所述电极使得从所述多个电极确定的电阻抗根据与所述多个电极相关联的主体所经受的变形而变化；

·主体和所述多个电极因而形成换能器；

b)形成壁部；以及

其中步骤a)和b)以这种方式执行：换能器被结合到所述壁部的表面下方，并且当沿着垂直于所述表面的方向看去时，所述电极中的至少两个被彼此间隔开。

这种方法可以在特别是当壁部是地面或地面的壁部时执行。

在该方法中，步骤b)优选在步骤a)之后进行，即，将换能器制作在或结合到壁部的表面下方之后进行。

步骤a)可包括两个子步骤：a1)定位所述电极；a2)形成所述换能器的主体。

如果换能器的主体在电极上方，可以按照a1)、随后a2)的顺序执行这两个子步骤，或在相反情况下按照a2)、随后a1)的顺序执行，或者甚至同时执行，特别是如果电极在换能器的主体内的情况下是这样。

在步骤b)结束时，该换能器的主体的顶表面构成的壁部的表面。因此，该方法使得能够获得包括根据本发明结合在壁部中的换能器的采集装置。

该方法的步骤b)可以特别包括在换能器上沉积转移层。优选地，该转移层被设计为附着到换能器。

可以在工厂中进行上述制造换能器的方法；然后换能器被预制。然后在步骤a)形成的换能器的主体可特别形成在条带——例如塑料材料制成的条带——的顶表面上。

可替代地，换能器可在现场被制造或集成在壁部中。该方法然后可以特别用于制作结合到地面中的换能器。形成壁部的上述步骤b)则可以包括在地面上，在换能器的上方沉积表面层。以举例的方式，表面层可以是沥青混合料层(聚集物与沥青化合物粘合剂的混合物)。

在这种情况下，该方法被结合在铺设路面的方法中，使一个(或多个)采集装置被结合在路面中。

因此，本发明还提供了铺设路面的方法，并且包括以下步骤：

A)制备支承表面；和

B)在所述支承表面上，沉积至少一个沥青混合料层，同时在其中结合至少一个换能器，其方式使得该路面包括通过上述方法形成的采集装置。

在本发明的上下文中，所述沥青混合料层也可通过适用于制造路面的任何其它材料构建，例如通过水硬性粘合剂、沥青粘结剂等结合的聚集体。

因此，该方法使得能够制造其中结合有一个或多个换能器的路面。

制备步骤A)可包括特别是清洗或刮擦现有路面的顶层，或者在沉积路面底层，该路面底层通常是沥青混合料层。

在步骤B)中沉积的沥青混合料层优选是路面的顶层，即在正常铺设或修复路面的情况下沉积的层。这种路面顶层通常在路面行进方向上在换能器的任一侧延伸至少10米的长度。换能器在正在铺设路面时被放置到位或制作，换能器有利地被铺设而没有在路面挖沟槽和将换能器掩埋在沟槽中的任何先前步骤。

在该方法的实施中，步骤A)包括沉积底沥青混合料层，其上表面构成所述支承表面；底沥青混合料层和所述至少一个沥青混合料层的厚度使得换能器位于处在所述沥青混合料层的总厚度的15％至50％范围内的深度处。

此外，优选地，所述至少一个沥青混合料层的厚度是路面的所述沥青混合料层的总厚度的较大一部分(大于十分之一)。

有利的是，铺设路面的方法提供了与周围路面材料良好的相容性(尤其是在成形性，寿命，不存在异物干扰的方面)，使得能够省略连接或成具有在测量装置与路面其余部分之间稳定的连接，用于更好的整体耐久性。

该方法容易执行，从而最大限度地减少了路面的不可用性，并且可以在工厂以非常低的成本，或直接在现场使用容易执行的步骤制造换能器。

最后，所述方法可以适于作为涉及跟踪所研究的路面的问题的功能。换能器的特征尺寸可从毫米变化到米；其灵敏度可通过对压阻材料和电极的层的数目的适当选择进行优化。此外，通过换能器的电流可以用简单且便宜的方式进行调节，从而有利于同时使用结合在单个传感器中的大量的例如排列成矩阵的换能器。

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下面，本发明的第二个方面涉及一种适于制造该换能器的材料。

换能器可以特别是具有电阻抗类型、特别是电阻或电阻率的可变电幅值的换能器，这种幅值适于被检测和/或测量，换能器这样布置，使得所述幅值在施加到换能器的应力、例如力或变形作用下变化。

本发明的第二方面的背景

适合于制造上述定义类型的换能器的已知材料族是压阻材料。压阻材料特别包括基于碳纳米管的组合物。碳纳米管可以在基体内分散以形成一个渗滤阵列，从而赋予导电的特征并在某些情况下赋予矩阵压阻的特征。但是，碳纳米管的成本很高。

本发明的第二方面的目的和内容

因此本发明的第二方面的目的是提出一种低成本的材料，其适用于制造上述定义类型的换能器。

该目的通过具有多个混合有导电的含碳纤维元件的粘土颗粒的复合材料来实现，所述颗粒具有至少部分被导电物质覆盖的外侧表面。

一种材料或物质在其欧姆-米(Ω·m)为单位的电阻率ρ在20℃时小于100Ω·m则被认为是导电的。导电含碳纤维元件和导电物质的导电率优选小于0.1Ω·m，更优选小于0.01Ω·m。

由于这样涂覆的粘土颗粒和导电含碳纤维元件的导电性质，以这种方式所定义的材料有利地呈现具有阻抗、特别是(但不仅仅)电阻的所需质量，该阻抗在力被施加到换能器时发生变化。

有利的是，这种材料的质量利用低成本成分获得：

·含碳纤维元件，其每公斤价格高，但能以非常小的量使用；和

·导电物质和粘土颗粒，其是或可以是非常低价的成分。

此外，如下面详细描述的，该材料具有所需的性能，即使当它处于非常薄的层的形式时亦是如此。因此，小量的材料足够用于制造大面积的换能器。

下面的各种改进都可单独或任意组合地施用在本发明的第二方面的复合材料上：

·以举例的方式，导电物质可以是大部分由SP2杂化的碳原子构造成的物质(基于SP2杂化碳原子的材料是导电的，与基于SP3构型的碳原子的材料不同)；

·导电物质优选是一种石墨烯状物质，即，大部分由石墨烯或石墨烯类型的材料构成的物质。因此，不必由仅包含单层碳原子的材料制成；

·导电物质可在平均厚度小于10μm的颗粒的表面上形成一个层；

·含碳纤维状元件可以包括单壁和/或多壁碳纳米管和/或碳纳米纤维；和/或

·粘土可以是纤维状粘土，即，海泡石和/或坡缕石。

在一个实施例中，至少部分被一层导电物质覆盖的粘土颗粒使得该材料构成国际专利申请WO 2012/160229的权利要求1至12中任一项限定的组合物。

本发明还提供包括主体和紧固到所述主体并彼此间隔开的多个电极的换能器，所述主体由上述材料制成(该材料可能受益于部分或全部的上述指定的改进)。

当换能器受到变形时，例如当对其施加力时，电极之间的电阻抗发生变化。

在优选的实施例中，换能器的主体形成一个层，并且所述多个电极中的至少一对电极在大致处于所述层的平面中的横向方向上彼此间隔开。

所述层的厚度可以是小于1mm，或甚至0.1mm。

本发明还提供适用于显示变化的信息并具有显示表面的显示器，其包括至少一个如上文所定义的换能器，特别是使用上述优选实施例制造的换能器。

本发明还提供了检测和/或测量力的方法，其中使用了上文定义的换能器，特别是构成上述优选实施例的换能器，并且当在换能器上施加力时，在换能器的电极之间确定的电阻抗产生的变化被检测到和/或测量到。

当电阻抗的变化是换能器在所施加的力的作用下的电阻或电阻率的变化时尤其可以使用该方法。

本发明还提供了一种制备材料的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供导电的含碳纤维元件；

b)在极性液体介质中将所述元件与粘土颗粒混合；

c)添加适合于通过被碳化转化成导电物质的有机化合物；和

d)向以这种方式获得的混合物实施碳化热处理。

在实施中，在步骤c)中添加的有机化合物是如下物质，该物质大部分由适合于通过碳化被转化成构成SP2构型的碳原子制成，更特别是能够转化成石墨烯类物质的物质。

在步骤c)中加入的有机化合物是一种前体成分，使得可以在步骤d)中在该粘土颗粒的表面形成一层导电物质。

术语“碳化”用于指示当不存在氧时加热。

极性液体溶剂可以特别地基于水、甲醇、乙醇和/或丙醇。

所述有机化合物可以特别是一种生物聚合物、糖和/或焦糖。

以举例的方式，生物聚合物可以从脱乙酰壳多糖、藻酸盐、果胶、瓜尔胶纤维素、明胶、胶原蛋白、玉米蛋白、DNA或它们的任意组合中选择。

碳化热处理用来降解有机化合物，并且使其冷凝在粘土颗粒上，使得表面至少部分地被导电物质层覆盖。

有利的是，尽管含碳纤维元件(特别是碳纳米管)与来自步骤b)的粘土颗粒结合，它们不被破坏并且它们的性质不受步骤d)的热处理的影响。

因此，上述定义的方法使得能够从粘土颗粒的分散性能中获益，从而能够得到含碳纤维元件的均匀分散。

如上所述，在所得到的材料中，碳纳米管的导电性和压阻特性有利地与粘土颗粒上形成的导电层的导电性能相关联。

在上文限定的制备材料的方法的实施中，在步骤b)中，所述元件可以与粘土颗粒混合，尤其是通过超声处理进行混合，即通过使颗粒受到超声而进行混合。

有利的是，换能器和制造方法通过使用非常小量的活性材料(含碳纤维元件)和通常仅厚度非常小的一薄层而具有非常低的成本。

附图说明

本发明可以被很好地理解，其优点在阅读以下对作为非限制性示例给出的实施例的详细说明后更好地显现。所述描述参照附图，其中：

图1是示出了本发明的第一实施例的传感器的示意性透视图，该传感器被植入路面(未示出)；

图2是图1所示的传感器的透视的局部示意图；

图3是在其中结合有图2中部分示出的采集装置的路面的剖视示意图，该图未示出车辆；

图4是图3的路面的相同的示意剖视图，该视图示出了车辆正在经过时；

图5是绘制用于本发明的采集装置中的电极之间的距离与电阻的变化的曲线的图表；

图6是装有本发明的采集装置并具有两个换能器的路面的示意性剖视图；

图7是装有本发明的采集装置并具有三个换能器的路面的示意性透视图；

图8是示出了本发明的铺设路面的方法中的执行步骤的示意图；

图9是通过实施图8所示的方法获得的路面的示意性剖视图；

图10是本发明的另一实施例的采集装置从上面看的局部示意图；

图11是本发明的另一实施例的采集装置从上面看的局部示意图；和

图12是绘制图11的装置中电极对之间的电阻作为电极对之间的间距的函数的曲线的图表。

对不同实施例中的相同或相似的元件给出相同的附图标记。

具体实施方式

下面说明本发明的第二方面中的复合材料，其特别适于制造上文限定的换能器，但不仅限于该用途。

复合材料包括与含碳纤维元件混合的粘土颗粒；粘土的颗粒具有至少部分地被优选为石墨烯状类型的导电物质覆盖的外表面。

术语“含碳纤维元件”指单壁和/或多壁碳纳米管，并且还有含碳纤维。

石墨烯状物质通常在颗粒或至少一些颗粒的表面上形成薄层。该层的平均厚度可以特别地小于10μm。该层的成分在下文更详细地说明，同时描述制造复合材料的层的方法。

有利的是，存在于颗粒表面的导电物质的层使得以这种方式被覆盖的颗粒可导电。

通过示例的方式，此属性可通过使用扫描型电子显微镜进行验证：当用扫描电子显微镜观察导电物质时，其表面不存在电子的任何显著积累，如可以在例如石墨烯上看出，石墨烯在本文中认为是导电材料的典型示例。

粘土可特别地从纤维状粘土、即海泡石和坡缕石中选择。

在已知的方式中，含碳纤维元件有助于制造可导电的渗滤阵列。有利的是，上述材料使得能够从含碳纤维元件的导电性和渗滤质量受益，但没有必要大量使用这种元件。具体地，在上述定义的复合材料中，电的传导的大部分不是由含碳纤维元件提供，而是由颗粒提供，因为它们至少部分地被导电材料覆盖。

因此，如果含碳纤维元件在粘土颗粒之间被传播，可以使用少量含碳纤维元件，它们仅构成材料的一小部分。

此外，上述定义的复合材料可有利地以(例如具有几十微米的厚度)薄层使用，从而很明显地减少所使用的含碳纤维元件的数量。

以举例的方式，上述定义的复合材料制作的主体可通过以下两个步骤进行制造：

·制造复合材料，该复合材料以粉末的形式获得；然后

·将该材料沉积在表面上并在该表面上制造沉积材料主体自身。

制造复合材料

复合材料可以通过下列步骤制造：

a)提供碳纳米管(和/或线性含碳纤维)；

b)通过极性液体溶剂在粘土的颗粒中分散碳纳米管(和/或线性含碳纤维)；

c)增加适于通过被碳化转化成导电物质的有机化合物，例如焦糖；

c2)消除溶剂；和

d)碳化所得到的混合物，使有机化合物转变成覆盖粘土颗粒外表面的至少一部分的导电物质。

步骤a)和b)可例如使用国际专利申请WO 2011/070208的权利要求16至20中任一项限定的方法来执行。

此外，步骤c2)可例如通过遵从国际专利申请WO 2011/070208的权利要求21至25中任一项限定的方法的步骤c)来执行。

文件WO 2011/070208提供了执行根据其权利要求16至25的方法的示例。

以举例的方式，步骤d)可使用国际专利申请WO 2012/160229的权利要求22至41中任一项限定的制备含碳纤维材料的方法来执行；实施这种方法的示例在该文件的10页和11页给出。

制造复合材料的示例

使用以下三种成分：

·粘土颗粒：海泡石颗粒2.5克(g)；

·含碳纤维元件：多壁碳纳米管50毫克(mg)(即，相对于所述海泡石的重量2％)；和

·极性液体溶剂：水43毫升(ml)。

碳纳米管通过化学气相沉积(CVD)方法以独立的方式预先获得。纳米管被引起生长，使它们具有10nm的平均直径和1μm至2μm的平均长度。

然后该材料的制备如下：

步骤b)被分为三个单独的步骤b1、b2和b3：

b1)三种上述特定成分被混合在一起。

b2)得到的混合物被均质化。

均质化通过超声执行。使用了具有直径为13mm的Ti-Al-V尖部的VIBRACELLVCX750超声设备，在20千赫(kHz)的共振频率下操作。所选择的能量是4.4千焦耳(kJ)，即94.3焦耳/克(J/g)。施加了由中断间隔开的10秒的脉冲。

通过超声处理进行均质化可以与加工混合物的一个或多个操作交替。

b3)对该混合物进行干燥处理。

将混合物在60℃-70℃下过夜干燥。

c)添加有机化合物作为前体，具体地，在焦糖对粘土重量比率2∶1情况下添加6.5g液体焦糖(Royal^Tm焦糖，80％)。

c2)混合物再次在60℃-70℃下过夜干燥。

d)以这种方式得到的干燥混合物被烘烤：

干燥之后获得的海泡石、碳纳米管和焦糖的混合物在800℃的温度下在氮气流中焙烧，在烘烤的开始时每分钟升温5℃(℃/min)。

所述材料在该温度下维持1小时(h)，以便将焦糖转变成导电物质。

然后将该材料通过研磨还原成粉末，以便其可以被沉积。通过研磨得到的颗粒优选具有最大的Feret直径，平均值小于50μm；和优选小于15μm。

以这种方式获得的粉末形式的材料可随后被沉积，以便形成适合于形成力或变形的换能器或传感器的压阻主体。

换能器和传感器的结构

为了制造在本发明的第一方面的换能器的主体，可以使用任何压阻材料(但不仅仅是这种材料)。特别是能够使用包括上述粘土颗粒与导电性的含碳纤维元件混合的复合材料。

优选使用适合用于形成层、特别是薄的层的材料。

换能器的主体可以形成层，该层是连续的(无孔)。它也可形成包括孔和/或不连续部分的层，指定的是，优选存在至少一个穿过所述换能器的主体并使各个电极彼此相连的连续的路径。

换能器的主体的材料优选由如下压阻材料构成，所述压阻材料被选择成使得当在垂直于连接两个测量点的方向的方向上向换能器的主体施加力时，(放置电极处的)两个测量点之间的电阻剧烈变化。

所述材料可尤其由(至少一个特征尺寸分别小于100μm或100nm的)微米颗粒或纳米颗粒的渗滤阵列构成，或由不同类型的微米颗粒或纳米颗粒的混合物构成的渗滤阵列。

颗粒更特别地适合如下：

a)随机或有组织的阵列形式的碳纳米管；

b)自聚集微米颗粒或纳米颗粒；

c)石墨烯、石墨或任选还原的石墨烯氧化物的片；

d)当混合在一起时上述成分的各种组合；或者

e)压阻聚合物或各种压阻聚合物的混合物；或者

f)一种或多种聚合物与导电的微米颗粒和纳米颗粒(纳米颗粒聚合物复合材料)的混合物；或者

g)沥青混合料或沥青与微米颗粒和纳米颗粒的混合物(智能沥青混合料)。

换能器的主体可以特别地由上述复合材料制成，该复合材料包括粘土颗粒和纤维状碳的元件。

材料的在特定方向上(测量点沿其布置处)具有可变阻力的能力可通过鼓励压阻体中的微米颗粒或纳米颗粒的特定取向来增大。例如，这可以通过对具有偶极矩的颗粒进行双向电泳来实现。因此，使用这种材料的换能器对任何力具有更高的敏感性，增大上述特定方向上的变形。

下面参照图1至7描述本发明的第一实施例中的力传感器10。

传感器10具有一组相同的采集装置20和构成阻抗确定装置的欧姆表12。

各个装置20都由两个电导线14连接到欧姆表12。

各个装置20主要包括沿其整个长度具有相同结构的带材21(图1和2中，装置20中仅示出带材21)。

各个带材21，其本身构成了本发明意义上的采集装置，主要由夹在两个结合层22和26之间的中间层24构成，其构造如下：

·相同的底结合层22和顶结合层26，各自由柔性塑料膜构成；和

·由压阻材料构成的中间压阻层24，构成本发明意义上的换能器的主体。

各个装置20通常以在水平的平面上铺平的形式被放置到位。三层中的每一层则都是水平面的形式。

在每一个带材21的厚度内还接收两个电极25。每个电极由夹在底结合层22和压阻层24之间的薄的扁平的银线构成。电极25被紧固到压阻层24并且它们被固定在其上。因此，与电极25相关联的层24构成换能器23。具体地，由于层24的压阻特性，在换能器23变形的情况下，电极25之间的电阻发生变化。

通常，压阻层24的位于两个电极之间并且参与确定电极之间的阻抗的表面被称为“活动”表面。

活动表面的尺寸和形状根据装置20的用途(局部跟踪路面的变形或损坏；车辆的检测或者静态或动态称重，...)而被选择。此活动表面可以是非常小的(例如不足1平方米厘米(cm²)的)面积，或者其面积可多达几平方米(m²)。

活动表面可以是任何形状的，它可以是各向同性的(例如圆形或方形)或各向异性(例如椭圆形或矩形)。

图3示出了安装在路面中的采集装置20的一个示例。

该图是竖直平面上的剖面，示出路面30，其中结合有装置20。路面30由底层32和顶层34构成，这两者都由沥青混合料构成。地面上的层32和34未示出。带材21被布置在两个路面层32和34之间。

每个装置20由位于带材21附近的路面部分构成，因此，装置20包括层32的一部分、带材21和层34的一部分。

在图3中，在换能器20中，电极25布置在压阻层24下面。也可以将电极25布置在该层上方，或甚至压阻层内(例如换能器主体)。

顶层34构成具有自由顶表面36的壁部。换能器23结合在表面36下面。当在垂直于表面36的方向、即在竖直方向(箭头A，图4)看去时，电极25被看作是彼此分隔开的。它们被放置在路面30中的相同的深度，有利地使得装置20能够具有较小的厚度。

结合层22和26可以由双组分硅弹性体或聚乙烯(乙烯-共-四氟乙烯)、也称为乙烯四氟乙烯(ETFE)制成。

这些材料与路面的底层32和顶层34的沥青具有良好的粘合性。因为这种粘合性，在路面30的变形过程中，传感器20随之变形，而在换能器23和路面层32和34之间的交界处路面没有任何剥离或出现任何内部裂纹。

但是，无论是底结合层22还是顶结合层26自身都没有必要使本发明的装置进行操作。

此外，这些层的每一个自身都可以由一个或多个子层构成。例如，可以使用双材料结合层，即由两个子层构成，每一个都由特定的材料制成：与压阻层24接触的子层的材料可以选择成与其牢固地粘合，与路面材料(层32或34)相接触的子层的材料可以选择成与路面材料牢固地粘合。

尽管图3示出的路面部分30处于静止，图4示出相同的路面部分，而车辆正在通过。

示出了车辆轮胎38的一部分。轮胎38向路面的顶表面36施加在竖直方向Z上的压力。在此力的作用下，路面30变形：它变成被压缩(箭头A)，并且路面的沥青混合料在横向X上、水平并平行于路面的表面36(箭头B)略微侧向移动。

静止时(图3)，电极25在方向X上相互间隔开一距离D0，该距离D0为几厘米的量级。当卡车通过时(图4)，路面变形。电极25根随构成该路面的沥青混合料的变形并且它们远离彼此移动：当车辆通过时，它们之间的距离取值D1，该值D1严格大于所述值D0。

层24的压阻材料的选择方式使得电极之间的电阻根据电极之间的距离变化而改变。此操作图示于图5。该操作由两条曲线示出，所述曲线是施加到路面30的力F(车辆的重量)的函数：

·第一曲线示出了电极之间的厚度D的增加(从D0到D1)；以及

·第二曲线适用于同样的力的增长并示出了电极25之间的电阻R的减小。

因此，当车辆通过时，电极25之间的电阻发生变化。电阻的这种变化由欧姆表12测量。因此，根据电极25之间测得的电阻，欧姆表12可以检测和测量在竖直方向上施加到电极25的力。

该曲线表明，在本实施例中，换能器23在卡车的重量(所施加的力)作用下变形，其方式使得电极25横向移动分开；而且，在以这种方式移动分开的作用下，电极之间的电阻减小。

图1-7中所示的采集装置包括电极25，该电极25由柔性的材料制成，特别是由薄层的银制成。

通过由柔性材料或相似刚度的材料制成的这种电极，换能器的行为如下：如果将力在垂直于壁部的表面的方向施加到采集装置，换能器主要在大致平行于壁部的表面的平面中变形，并且在所述多个电极中的电极之间测量的阻抗发生变化。

注：附图不是按真实比例绘制的。在图中，高度(沿轴线Z的尺寸)已被放大以易于理解。在现实中，换能器20的厚度非常小。底层22和顶层26各自的厚度为0.4mm。压阻层24的厚度处于0.01mm至0.05mm范围中。

尽管如此，本发明的传感器可通过不同的方式操作。可以通过选择刚性的电极来得到完全不同的操作。

具体地，如果使用由刚性材料、例如铜或相似刚度的材料制成的电极25，该换能器的行为如下：当力在垂直于表面36的竖直方向上施加到采集装置20时，换能器，特别是换能器的主体(压阻层24)基本上在相同的方向(竖直)变形；正是这种压缩使电极25之间的层24的电阻改变。

图6示出在路面中安装换能器20的另一示例。此图是路面的剖面，包括具有(在竖直方向Z上)一个放置在另一个上方的两个换能器23的采集装置40。

忽略结合层(其在下文中更详细地描述)，采集装置40从底部开始顺次包括：由沥青混合料制成的底层42，底换能器23，沥青混合料的第二层44，顶换能器23，以及通过同样由沥青混合料制成并构成具有自由的顶表面的壁部的顶层46。底换能器23设置在两个沥青混合料层42和44之间；顶换能器23设置在沥青层44和46之间。这种构造使得可以有关于路面变形幅度作为深度的函数的信息。可以增加一个在另一个上面地布置在地面中的换能器的数量。

两个换能器23没有以相同的方式安装在采集装置40中。

底换能器23被夹紧在两个结合层22和26之间并形成与参照图1至4所述的相同的带材21的一部分。

相反，换能器23形成包括底结合层22、换能器23以及由两个子层126和128构成的顶结合层的带材121的一部分。子层126被选择成提供与压阻层24的良好粘附，并且例如由ETFE构成；顶子层128被选择成具有与层46的沥青混合料具有良好的粘附力，并且例如由双组分硅氧烷弹性体形成。

此外，根据期望获得的关于路面变形(或者采集装置被放置在其中的材料的)的信息，电极可放置成不同的取向：

因此，在本发明的一个实施例中(图7)，本发明的两个换能器23和第三换能器50被安装在路面60中。从底部开始，路面60由四个(水平)平行的沥青混合料的层62、64、66和68构成。

第一和第二换能器23的每一个都包括一层压阻材料24，以及固定到该层材料并在该层的平面中彼此间隔开的两个电极25。第一和第二换能器23分别布置在层62和64之间，以及层64和66之间。第一换能器23被布置成使得电极25在X方向上彼此平行地延伸：它们定位成在Y方向上彼此相隔一段距离。相反，第二换能器220布置成使得电极25在Y方向上彼此平行地延伸：它们在X方向上彼此相隔一距离。

第三换能器50包括一层压阻材料和两个电极55。电极55分别放置在换能器50的压阻材料层的上方和下方。因此，在竖直方向上看去，电极55不彼此间隔开。

由于换能器23和50的特定布置，能够同时在全部三个方向X、Y和Z上测量路面变形。

图10示出了本发明的采集装置的另一个实施例。

在该装置中，换能器具有四个细长的电极425A、425B、425C和425D(统称为电极425)，该电极被布置成彼此平行并在大致平行于壁部的表面的平面中间隔开相等的距离。

执行所谓的“4点”测量：

电流在相隔最远的两个电极(“外部”电极)425A和425D之间通过；

测量“内部”电极425B和425C之间的电压。

阻抗被计算为在外部电极之间施加的电流与在两个内部电极之间测得的电压之间的比率。

校正几何效应之后，将所得的值称为换能器的薄片电阻(或“方电阻”)。

压阻材料的电阻率则通过使换能器的薄片电阻与主体的平均厚度相乘而获得。

有利的是，也可以由材料的电阻率或从薄片电阻推断电极的接触电阻。

例如在(例如一段时间后)接触使得测量质量劣化的情况下，使用作为来自传感器的输出值提供的薄片电阻或电阻率使换能器对电极的行为的灵敏度最小化。

例如当在电极和压阻体之间的相对运动为压阻现象的主要原因时，使用作为来自传感器的输出值的接触电阻使得其对电极行为的灵敏度最大化。

图11和12示出了本发明的采集装置的另一个实施例。

在该装置中，多个电极被平行布置，有至少三个、优选四个以上的电极，电极之间的距离D增大。具体地，示出了四个电极525A、525B、525C和525D，它们统称为电极525。

执行传输线测量(TLM)型测量，即，在各对电极之间测量电阻R，即在各对电极525i–525j之间测量一组电阻Rij。

校正几何因素后，图示作为电极对之间的间距D的函数的电阻R的线的斜率给出电阻或薄片电阻；原点处的纵轴截距给出了接触电阻R0。

本发明的传感器主要包括连接到阻抗确定***，例如上述欧姆表12，的上述一个或多个换能器，阻抗确定***用来测量各换能器的电极之间的压阻层的电阻。

阻抗确定***可以包括常规的信号调节***。例如，换能器(或两个换能器，其用于自动温度去相关)可设置在也具有三个(或两个)其它电阻的惠斯通电桥中(即优选温度稳定)。然后通过施加由电压源输送的在3伏特(V)到10V范围内的电压进行测量；通过仪器放大器类型的采集***进行读数，以及过滤、偏移校正和模拟-数字转换。当测量***远离传感器时，该***的模拟部分任选地与用于远程测量的装置相关联，例如，用于补偿导线中的电阻损失的装置，并具有校准分流器。

用于获取可变电阻并将其数字化的任何其它常规***都是合适的，并且特别提供用于提出温度补偿技术的***。可替代地，可变电阻可放置在sigma-delta型***中，以便在读取电阻值同时执行模拟-数字转换。

为了形成力传感器，所述传感器还包括用于根据由阻抗确定***测得的(多个)换能器的阻抗和/或阻抗变化确定(多个)换能器的变形和/或施加到壁部的(多个)力的相关***(也由单元12表示)。

当传感器具有多个换能器时，换能器尤其可组织成矩阵阵列。

当传感器用于车辆称重时，阻抗确定***(欧姆表)以及可能还有相关***优选地远离道路侧。这样的***也可以由柔性材料制成并且被给予适当的封装，以用于放置在换能器的压阻材料层的下面或上方，或者在沥青混合料的芯中，或者在结合层中。

一旦来自一个或多个换能器的信号已经被数字化，该信号就可以在现场或其它地方进行处理，并且可以通过任何适当的传输装置传输，例如传输到采集中心、数据记录器、任选地独立供电的无线电通信节点、射频识别(RFID)标签等。

制造：压阻体，采集装置，传感器

制造压阻体是制造本发明的采集装置的主要步骤。可为本步骤使用各种方法。所选择的方法取决于所需的压阻材料和待执行所述方法的现场(工厂或工作现场)。

某些类型的压阻材料可以气相(蒸发，化学或物理沉积)沉积在支承表面上。该操作可以在现场(in situ制造)，或在工厂中进行。

但是，可能优选的是为部件使用所述材料的液态沉积。这种沉积可在工厂或在现场进行。

操作模式可以如下：

i)在先前被还原成粉末之后，压阻材料放入溶剂中形成溶液。

这可使用常规技术(例如，磁力搅拌，超声浴中的超声处理或使用尖部，可以离心，...)来完成。溶剂优选但不必须是水的；在适当情况下，该溶剂的性质可通过使用适于改善沉积质量(例如，其均匀性)的添加剂(例如表面活性剂)被优化。

ii)这样获得的溶液沉积在其上形成压阻体(或层)的表面上。

此沉积可使用常规技术进行。所使用的技术应该根据以下被选择：溶液和待被覆盖的表面的物理化学性质、用于均匀性的要求、可能的时间限制和执行所述方法的地点。沉积可例如通过喷墨印刷、通过滴液(dropping drops)、通过喷涂、通过旋涂机，或通过油漆刷进行。

ⅲ)消除溶剂。

这个操作通过任何已知的方法执行，特别是通过自然或强制的蒸发进行。

采集装置，如装置20(图3)，通过以下几个步骤被制造：

A)制备支承表面，路面将在该支承表面上制造。

B)制造路面和结合于所述路面中的采集装置。

步骤B)包括以下几个阶段：

i)沉积底沥青混合料层32；

ii)将底结合层22沉积在层32的顶表面上，以使层22粘附到层32；

ⅲ)将一对电极25放置到层22上的适当位置，并将所述电极在水平方向(X，图4)上间隔开；

ⅳ)将压电材料的压阻层24形成在层22上和电极25上；

v)将顶结合层26沉积在压阻层24上，以使结合层26粘附到压阻层24；和

ⅵ)顶端沥青混合料层34然后沉积在结合层26上。

具有与装置20相同的结构(底层，结合层，压阻层，结合层，和顶层或转移层)的采集装置可以在工厂制造。在这种情况下，换能器可以特别被制造成(塑料材料的)带材，如适用于图1所示的带材21。底层22和顶层26则是由塑料材料制成的薄膜或板。制备成带材使其更容易随后将换能器放置到位，特别是当多个换能器被放置就位或定位在一起时是这样。

可替代地，采集装置也可直接在现场制造。这种制造模式特别适用于制造用于车辆动态称重的传感器。在这种情况下，采集装置的制造尤其可以结合在用于铺设路面的正常操作中。使采集装置结合在路面内用于赋予路面附加功能(车辆动态称重)，并且以极低的成本来实现。

为了制造传感器，然后该传感器足以使通过上述方法得到的采集装置连接到诸如欧姆表等的阻抗确定***，传感器自身选择性地连接到用于确定所述变形或力的***，如果需要直接获得变形或力作为输出值的话是这样。

多个换能器可以任选地连接到相同的阻抗确定***。

上述传感器的主要应用在于使传感器结合在路面中，用于对车辆进行检测、计数、称重，或甚至跟踪路面的变形。以举例的方式，结合这样的传感器的路面可按如下铺设(图8和9)：

清扫道路

使刮板102通过以便从道路100刮掉表面层104。该操作露出可铺设新路面110的被刮的表面106。

铺设第一沥青混合料层

在表面106上，铺设第一沥青混合料层112并用压路机108压平。所述沥青混合料层112的顶表面113构成准备接收换能器的支承表面。

采集装置的现场制造

可以使用已在工厂预制的换能器。在上述步骤iv)中，则足以将换能器定位在层112的顶表面113上。

可替代地，换能器可在步骤iv)中在所述沥青混合料层112的表面上直接制作，如下所述：

·至少部分地被导电物质覆盖的包含粘土颗粒的复合材料粉末与上述特定类型的纳米管一起使用；

·该粉末在水中稀释，从而得到一种具有以重量计0.5％的复合材料的水溶液；

·几滴水溶液沉积在构成沥青混合料层112的仍然热的压实的沥青混合料上；

·此后，两个电极325被放置到彼此间隔开几厘米的位置，使得每个电极与水溶液已经倾倒其上的区域接触；

·水被蒸发，最初自由蒸发，随后由将已被加热到200℃的空气流吹送到水溶液上的涂料燃烧器进行蒸发。

这产生了在底层112的表面113上形成的压电材料制成的换能器主体324。与电极325相关联的主体324形成换能器323。路面的包括层112、换能器323和层116的部分形成采集装置320。

此实施方式不涉及铺设用于将换能器323粘附到相邻层的任何结合层。

铺设第二沥青混合料层

然后将第二沥青混合料层116铺设在第一层112上和换能器323上，并且用辊118使第二层平整。

在本实施例中，层116直接形成在电极325已被紧固其上的压阻层324上。

因此，将换能器放置到位的操作被结合在用于铺设路面11的正常程序中。

层112和116的厚度优选地选择成使得换能器323位于深度h，其处于路面110的厚度H的15％至50％范围内。

当然，除上述之外的其它方法可保持在本发明的范围之内执行。尤其是，路面可以由两个以上的层组成。本发明的换能器可以优选地放置在两个层之间。在替代方式中，也能够安装单层的沥青混合料。

Claims (17)

1.一种采集装置(20)，包括壁部和换能器(23，323)，在所述采集装置中，所述换能器包括主体(24，324)和紧固到所述主体并彼此间隔开的多个电极(25，325，425，525)；

·所述换能器使得由所述多个电极确定的电阻抗(R)根据换能器所受到的变形而变化；且

·当在垂直于所述壁部的表面(36)的方向上看去时，所述多个电极中的至少两个电极(25)被彼此间隔开；

所述采集装置的特征在于，所述换能器被结合在所述壁部的表面(36)下方。

2.根据权利要求1所述的采集装置，还包括粘附到所述换能器(23，323)的一个面上并使换能器与壁部的表面分开的转移层(34，46，116)。

3.根据权利要求2所述的采集装置，其中，所述转移层(34，46，116)和所述壁部由相同的材料、特别是由沥青混合料制成。

4.根据权利要求3所述的采集装置，其中，所述转移层(34，46，116)和所述壁部一体地形成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的采集装置，其被布置成使得如果在垂直于所述壁部的表面(36)的方向(A)上向所述采集装置施加力，则所述换能器主要在所述垂直于所述壁部的表面的方向上发生变形，并且在所述多个电极的电极之间所测量的阻抗发生变化。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的采集装置，其被布置成使得如果在垂直于所述壁部的表面(36)的方向(A)上向所述采集装置施加力，则所述换能器主要在大致平行于所述壁部(B)的平面中发生变形，并且在所述多个电极的电极之间所测量的阻抗发生变化。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的采集装置，其中，所述换能器的主体(24)形成薄层，即，所述换能器的主体(24)形成一层，该层的厚度小于所述主体的另两个特征尺寸中的至少一个的十分之一。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的采集装置，还包括介于换能器的主体和与换能器的主体相邻的表面之间的粘合层(22，26)，该粘合层粘附到换能器的主体并粘附到所述相邻的表面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的采集装置，其中，所述换能器(24)的主体包括压阻聚合物或多种压阻聚合物的混合物、或至少一种聚合物与导电的微米颗粒和纳米颗粒的混合物、或沥青混合料与微米颗粒和纳米颗粒的混合物、或沥青与微米颗粒和纳米颗粒的混合物。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的采集装置，其中，所述换能器的主体(24)包括微米颗粒和/或纳米颗粒的渗滤阵列，所述微米颗粒和/或纳米颗粒包括以下列表中的一种或多种颗粒：

a)碳纳米管，特别是处于随机或有组织的阵列形式的碳纳米管；

b)自聚集微米颗粒或纳米颗粒；和

c)石墨烯、石墨或选择性还原的石墨烯氧化物的片材。

11.一种带材(21，121)，包括被紧固在条带上的多个根据权利要求1至10中任一项所述的采集装置。

12.一种传感器(10)，包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的采集装置(20，120)，以及阻抗确定***(12)，所述阻抗确定***(12)连接到所述至少一个采集装置的至少一个换能器的电极(25，325，425，525)并且适于确定所述至少一个换能器的阻抗和/或阻抗变化。

13.根据权利要求12所述的传感器(10)，包括布置成阵列、尤其是用于形成矩阵的一组换能器，以及还包括用于识别哪个换能器在给定时刻被激活或被施压的装置。

14.一种显示器，所述显示器适于显示可变信息并包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的采集装置。

15.一种测力方法，包括以下步骤：

a)提供包括主体(24)和紧固到所述主体上并彼此间隔开的多个电极(25，325，425，525)的换能器(23)，所述换能器使得由所述多个电极确定的电阻抗(R)根据换能器受到的变形而变化；

b)在一方向上向所述换能器施加力，使得当沿所述方向看去时，所述多个电极中的至少两个电极被彼此间隔开；

c)测量所述电阻抗在所施加的力的作用下的变化；和

d)根据所述电阻抗的变化确定所施加的力。

16.一种制造包括壁部和换能器的采集装置的方法，所述方法包括以下步骤：

a)使多个电极(25，325，425，525)定位成接触主体(24)，所述主体和所述电极使得由所述多个电极所确定的电阻抗(R)根据与所述多个电极相关联的主体受到的变形而变化；

·所述主体和所述多个电极因此形成换能器(23)；和

b)形成所述壁部；

所述方法的特征在于，步骤a)和b)被执行为使得换能器(23)被结合在壁部的表面(36)下方，并且，当沿垂直于所述表面的方向看去时，所述电极(25，325，425，525)中的至少两个电极彼此间隔开。

17.一种铺设路面的方法，所述方法包括以下步骤：

A)制备支承表面(113)；和

B)在所述支承表面上，沉积至少一个沥青混合料层(116)，同时在沥青混合料层中结合至少一个换能器(320)，使得所述路面包括由根据权利要求16所述的方法形成的采集装置。