CN101699369A - 一种用于电子设备压力触发装置和包含所述装置的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电子设备的压力触发装置，包括：压力传感器、电阻应变丝和压力设置模块。其中，电阻应变丝的一端与压力传感器相连接，另一端与电子设备的机体相连接，并用来放大压力传感器电阻值的变化量。压力设置模块用来接收电阻应变丝的电阻值变化并转换成相应的压力值，根据压力设置模块输出的压力值，电子设备可以实现不同的应用功能。本发明还提供了一种含有上述装置的电子设备。采用本发明的压力触发装置和电子设备，通过挤压设备的侧面，可以自由选择接打电话、播放音乐、玩游戏和阅读文档等功能。此外，在锁定了播放音乐或阅读文档的应用后，通过压力值还可以控制向前或向后翻的曲目数以及向前或向后翻的页数。

Description

一种用于电子设备压力触发装置和包含所述装置的电子设备
技术领域
本发明涉及一种用于电子设备的压力触发装置，尤其涉及一种用于电子设备的压力触发装置。
背景技术
当前，部分数码产品中内置有G-sensor(加速度传感器)，它能够感知到加速力的变化，当物体在加速过程中诸如晃动、跌落、上升或者下降等各种移动变化均被G-sensor转化为电信号，然后通过微处理器的计算分析，就能够完成预定的功能。例如，MP3可以根据使用者的甩动方向，将正在播放的歌曲更换为前一曲或者后一曲，或者将MP3放进口袋时，计算出使用者的前进步伐。此外，一部分高端笔记本因其内部置有G-sensor，在感知到产生了剧烈加速度时(如不慎跌落)，立即保护硬盘，以避免硬盘遭到损坏。这是由于，G-sensor是智能化的重力感应***，应用在硬盘上可以检测出当前硬盘的状态，当发生意外跌落时，硬盘感应出所产生的加速度，磁头就会自动复位，使盘体和磁头分离，以防止在读写操作进行时受到意外冲击，影响数据的正常读出/写入。
另一方面，在手机中也可应用G-sensor技术，使用者在挥动手机时，基于使用者的动作行为可以执行相应的应用软件，例如玩游戏、听MP3或者拍照等等，类似于WiFi的微电子机械***(MEMS：MicroElectromechanical System)，它是集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电***。
然而，在现有技术中，内置了G-sensor的手机在运动状态时，手机功能相对单一，用户无法自如地接打电话，会降低用户的体验感。再者，当前对于手持设备在水下进行保护的措施甚少，万一用户的手持设备掉入水中，将会造成重大损失。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中电子设备在传感技术上所存在的上述缺陷，提供一种用于电子设备的压力触发装置。
本发明提供的用于电子设备的压力触发装置，包括：压力传感器、电阻应变丝和压力设置模块。其中，电阻应变丝的一端与压力传感器相连接，另一端与电子设备的机体相连接。压力设置模块用来接收电阻应变丝的电阻值变化并转换成相应的压力值。压力传感器根据作用于电子设备的外力变化来改变电阻值，通过所述电阻应变丝将所述压力传感器电阻值的变化量进行放大，并送至压力设置模块。电子设备根据压力设置模块输出的压力值来实现不同的应用功能。
较佳地，压力传感器是电阻应变片或者半导体应变片。当压力传感器为电阻应变片时，电阻应变片的电阻值变化与电子设备的应力变化成正比。当压力传感器为半导体应变片时，半导体应变片的电阻值基于电阻率的变化而变化，并且电阻率的变化与电子设备的应力变化成正比。
较佳地，压力传感器位于电子设备的外层表面。更为具体地，可以使用粘合剂将压力传感器固定在电子设备的外层表面。此外，可以在压力传感器上设有一层保护膜。
本发明的另一个目的是：提供一种含有上述压力触发装置的电子设备，包括：外壳、压力触发装置和控制模块。其中，压力触发装置包括压力传感器、电阻应变丝和压力设置模块。其中，电阻应变丝的一端与压力传感器相连接，另一端与电子设备的外壳相连接。压力设置模块用来接收电阻应变丝的电阻值变化并转换成相应的压力值。压力传感器根据作用于电子设备的外力变化来改变电阻值，通过电阻应变丝将压力传感器电阻值的变化量进行放大，并送至压力设置模块。控制模块接收压力设置模块的压力值，使电子设备执行与压力值相对应的应用功能。
较佳地，电子设备是移动手机、个人数字助理、MP3、MP4或者其它的便携式数码设备。例如，移动手机的应用功能包括玩游戏、播放音乐和接打电话。当压力设置模块的压力值在0-10时，移动手机接打电话；当压力设置模块的压力值在10-20时，移动手机启动游戏；以及当压力设置模块的压力值在20-30时，移动手机播放音乐。
较佳地，在设备上浏览word文档或PDF文档时，可以根据压力的变化来达到自动翻页的功能，如当压力值在0-10时，word文档向前或向后翻1页，当压力值在10-20时向前或向后翻2页，压力值以此类推翻对应的页数。
较佳地，设备可完全用所述装置来控制，从而代替现今的按钮和触屏感应技术等。如利用设备的上下侧来实现菜单的选择，并按压设备的两侧来实现确定此次行为即进入选择的应用程序等。
较佳地，使用粘合剂将压力传感器固定在电子设备的外壳上。此外，可以在压力传感器上设有一层保护膜。
本发明还有一个目的在于：提供一种用于电子设备的压力触发方法。在此压力触发方法中，使用者首先按压电子设备的压力传感器，然后通过压力传感器来获取相应的压力值。由于获得的压力数值一般较小，需要将压力值传送至电子设备的处理电路进行处理，并且根据处理电路的处理结果来触发电子设备进行各种不同的操作。
较佳地，压力传感器位于电子设备的外层表面。此外，可以使用粘合剂将压力传感器固定在电子设备外层表面。
较佳地，处理电路是A/D转换电路或者放大电路。
较佳地，所述电子设备是移动手机、个人数字助理、MP3、MP4或者其它的便携式数码设备。当按压所述压力传感器时，所述电子设备的触发操作对应于玩游戏、播放音乐、接打电话和阅读文档中的任意一种。
电子设备的应用操作包括玩游戏、播放音乐、接打电话和阅读文档。在一实施例中，当按压此压力传感器时，电子设备的触发操作对应于玩游戏、播放音乐、接打电话和阅读文档中的任意一种。在另一实施例中，当按压此压力传感器时，电子设备的触发操作对应于播放音乐中的向前播放或向后播放。在又一实施例中，当按压此压力传感器时，电子设备的触发操作对应于阅读文档中的向前翻页或向后翻页。
采用本发明的压力触发装置及其方法，通过挤压手机的侧面，可以自由选择接电话、听音乐、玩游戏和阅读文档等功能，此外，在锁定了播放音乐或阅读文档的应用后，通过压力值还可以控制向前或向后翻的曲目数以及向前或向后翻的页数。
附图说明
图1示出依据本发明的一个方面的压力触发装置的示意性实施例的结构原理示意图；
图2示出图1中的压力触发装置用于放大电压变化的电路原理示意图；
图3示出图1中的压力触发装置在不同的压力数值下的功能示意图；以及
图4示出依据本发明的又一个方面的压力触发方法的流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，我们简要介绍压阻式传感器和压阻效应。压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应，在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其中，基片可直接作为测量用的传感组件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片没有受到外力作用时，电桥处于平衡状态，输出电压为零；当基片受到外力作用而发生形变时，电桥中的各电阻值将发生变化，因此电桥由原来的平衡状态转换为不平衡状态，并生成对应的输出电压。一般地，压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其它物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测量和控制，并且用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片或锗片，其中又以硅片作为材料的固态压阻式传感器应用最为普遍。那么，什么是压阻效应呢？以单晶硅材料为例，当外力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生形变，使载流子从一个能谷向另一个能谷散射，引起载流子的迁移率发生变化，从而扰动了载流子纵向和横向的平均数量，从而使硅的电阻率改变，通过测量电路就可以得到与外力变化成正比的电信号输出。
本领域的普通技术人员应当理解，载流子迁移率的变化随晶体取向的不同而不同，因此，硅的压阻效应与晶体的取向有关。此外，硅的压阻效应不同于应变计(即电阻应变计)，这是因为，压阻效应中的电压变化主要取决于硅电阻率的变化，而电阻应变计中的电压变化主要取决于硅材料本身几何尺寸的变化，并且，压阻效应的灵敏度比应变计的灵敏度大50-100倍。由此可知，在压力触发装置中，采用压阻式传感器可以获得更高的灵敏度。
在压阻式应变传感器中，电阻应变丝是将被测件上的应力变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变丝应用最多的是金属电阻应变丝和半导体应变丝两种。金属电阻应变丝又有丝状应变丝和金属箔状应变丝两种。通常是将应变丝透过特殊的粘合剂紧密地粘合在产生力学应变的基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变丝也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并透过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。
其中，金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上的应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：
R＝ρS/L
式中：ρ-金属导体的电阻率(Ω·cm2/m)
S-导体的截面积(cm2)
L-导体的长度(m)
以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。因此，只要测出电阻阻值的变化(通常是测量电阻两端的电压)，即可获得应变金属丝的应变情况。
图1示出了本发明的压力触发装置的示意性实施例的结构原理示意图。在图1中，描述了一种具有压力触发装置的移动手机的结构示意图。本领域的普通技术人员应当理解，移动手机只是包含了压力触发装置的众多设备中的一个实施例，但是本发明并不只是局限于此。例如，它还可以是个人数字助理(PDA)，或者是便携式多功能数字设备(如兼容有游戏功能、音乐畅听功能或者拍照功能的数码设备)。
如图所示，压力触发装置至少包括：外圈压力感应器100、机体102和电阻应变丝104。其中，外圈压力感应器100可以是电阻应变片或者半导体应变片。这里以电阻应变片来举例说明，电阻应变片通过特殊的粘合剂紧密地粘接在产生力学应变的机体102上，并用于将手机机体102的受力变化转换为电信号。当施加外力而使机体102发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，并使电阻应变片的电阻值发生改变，这样一来，加在电阻上的电压也随之变化。
本领域的普通技术人员应当理解，电阻应变片在机体受力时产生的阻值变化比较小，通常需要将应变片组成应变电桥，利用后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路(如A/D转换或CPU)。在本实施例中，我们采用电阻应变丝104来放大加在电阻应变片两端的电压变化，并将放大后电压所对应的压力数值送入手机的控制模块中进行处理。例如，但不只局限于，控制模块可以是压力设置模块，根据与电压数值相对应的压力数值，来启动手机对应的应用软件。
图2示出图1中的压力触发装置用于放大电压变化的电路原理示意图。在图2中，应变电桥200的节点2和节点4处的电位分别用V2和V4表示，并且放大器202的输出电压用Vo表示。需要指出的是，根据放大器输入端的负载平衡原则，电阻R1、R2、R3和R4之间须满足：R3/R1＝R4/R2。
为了体现放大器202的输出电压Vo与电桥200的节点2和节点4间的电压变化(V2-V4)之间的比例关系，简要推导如下：
假设放大器202的正输入端和负输入端的端电压分别为V+和V-，则根据基尔霍夫定律可知：
(V4-V+)/R1＝(V+-Vo)/R3；以及
V2/(R2+R4)＝V-/R4
由于正输入端和负输入端之间的虚短功能，即，V+＝V-，则由上述两式计算可得：
Vo＝(V2-V4)R3/R1
当选择R3与R1阻值之间的适当比例关系时，就可以将电桥200中微弱的电压变化转换成为相应数值范围的电压变化。
图3示出了图1中的压力触发装置在不同的压力数值下的功能示意图。在图3中，包括：
步骤300，设定压力范围，当与所述电阻数值对应的压力数值处于所述范围时进行后续处理。此时，有必要设置一个lock1来锁住此应用，以便当用户需要使用压力触发装置时加载lock1标志位，而当用户不需要使用压力触发装置时释放lock1标志位。换言之，可以将使用压力触发装置来设定压力范围看作是lock1层；
步骤302，传送具体的压力数值，并根据预设的各自压力范围来执行步骤304、步骤306、步骤308、步骤310或者步骤312。与此同时，设置又一标志位来锁存基于压力数值的各项应用，这些应用是步骤304的启动游戏、步骤306的接打电话、步骤308的播放音乐、步骤310的其它功能和步骤312的阅读文档。当用户需要选择启动游戏、接打电话、播放音乐、阅读文档或其它功能时加载lock2标志位，而当用户不需要选择这些应用时释放lock2标志位并返回lock1层。换言之，对应的压力变化只在lock2层有效，并且压力数值对应于步骤304、306、308、310或312中的任意一项应用；步骤304，当压力值在10-20时，手机启动游戏；
步骤306，当压力值在0-10时，手机接听电话；
步骤308，当压力值在20-30时，手机播放音乐；
步骤312，当压力值在30-40时，手机阅读文档，例如可以是，但不只局限于，word格式或者pdf格式的文档；以及
步骤310，当压力值处于压力范围中的其它区间时，手机执行其它功能。例如，手机待机等。
此外，在播放音乐或阅读文档时，利用加载的lock3标志位还可以设置音乐播放的曲目以及文档阅读的页数。具体来说，当执行步骤308时，手机开始播放音乐，压力变化用于步骤314中的设置播放曲目。并且，当压力为0-10时，播放前一首或后一首曲目；当压力为10-20时，向前或向后翻两首曲目再开始播放，以此类推。当需要退出lock3层时，释放lock3标志位并返回lock2层，此时压力变化用于选择lock2层中的各项应用。同样，当执行步骤312时，手机阅读word或pdf文档，压力变化用于步骤316中的设置翻页。并且，当压力为0-10时，向前或向后翻一页；当压力为10-20时，向前或向后翻两页，以此类推。当需要退出lock3层时，释放lock3标志位并返回lock2层，此时压力变化用于选择lock2层中的各项应用。从步骤314和步骤316可以看出，当进入lock3层后，传送的压力数值范围不再选择lock2中的各项应用，而是分别用于判断播放音乐时向前或向后翻的曲目数，以及阅读文档时向前或向后翻的页数。也就是说，lock3层的应用包括设置播放曲目和设置翻页两种情形。
以上具体描述了本发明的压力触发装置的示意性实施例。在下文中，我们结合详细的执行步骤来说明压力触发方法的实现流程。
图4示出了依据本发明的又一个方面的压力触发方法的流程示意图。在步骤400中，当使用者按压电子设备中的压力传感器时，压力传感器响应于使用者的压力变化。接着，执行步骤402，压力传感器获取相应的压力值，一般来说，所述压力数值较小，需要进行后续的A/D转换或者放大处理。在步骤404中，经过A/D转换电路或者放大电路，将放大后的电阻值(通常测量加载于电阻两端的电压)转换为相应的控制命令。最后，执行步骤406，根据控制命令来控制电子设备进行对应的操作，例如，操作设备以启动游戏、接打电话、播放音乐或者阅读文档。采用本发明中含有压力触发装置的手机，通过挤压手机的侧面，可以自由选择接电话、听音乐、玩游戏等功能，此外，在锁定了播放音乐或阅读文档的应用后，使用压力变化还可以控制向前或向后翻的曲目数以及向前或向后翻的页数。此外，所述手机还可以在海底用于压力测量。
本领域的普通技术人员应当理解，本发明上述实施例中的电子设备，可以是使用者便于携带的掌上型设备，也可以是兼容有压力触发装置的其它电子设备，它们均通过检测使用者施加的压力数值大小和响应次序来控制设备执行各种不同的操作或者同一操作中的不同行为。
此外，根据本发明的一实施例，当移动设备掉入水中的时候，可让其自动浮出水面。首先，根据压强公式可监测到设备受到的压力，然后根据压力来关闭设备，最后根据浮力公式来增大设备的排水体积以增加浮力。这样，当浮力大于或等于重力时，设备就能够自动浮出水面，从而失而复得。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (17)

1.一种用于电子设备的压力触发装置，其特征在于：所述压力触发装置包括：
压力传感器；
电阻应变丝，其一端与所述压力传感器相连，其另一端与所述电子设备的机体相连；以及
压力设置模块，用来接收所述电阻应变丝的电阻值变化并转换成相应的压力值，
其中，所述压力传感器根据作用于所述电子设备的外力变化来改变电阻值，通过所述电阻应变丝将所述压力传感器电阻值的变化量放大后送至所述压力设置模块，并且根据所述压力设置模块输出的压力值来实现不同的应用功能。
2.如权利要求1所述的压力触发装置，其特征在于：所述压力传感器是电阻应变片或者半导体应变片。
3.如权利要求2所述的压力触发装置，其特征在于：所述电阻应变片的电阻值变化与所述电子设备的应力变化成正比，所述半导体应变片的电阻值发生改变是基于电阻率的变化，并且所述电阻率的变化与所述电子设备的应力变化成正比。
4.如权利要求1或2或3所述的压力触发装置，其特征在于：所述压力传感器位于所述电子设备的外层表面，使用粘合剂将所述压力传感器固定在所述电子设备外层表面，在所述压力传感器上设有一层保护膜。
5.如权利要求4所述的压力触发装置，其特征在于：所述电子设备是移动手机、个人数字助理、MP3、MP4或者其它的便携式数码设备。
6.如权利要求5所述的压力触发装置，其特征在于：
当所述压力设置模块的压力值在0-10时，所述移动手机接打电话；
当所述压力设置模块的压力值在10-20时，所述移动手机启动游戏；
当所述压力设置模块的压力值在20-30时，所述移动手机播放音乐；
当所述压力设置模块的压力值在30-40时，所述移动手机读取文档。
7.如权利要求1或2或3所述的压力触发装置，其特征在于：当施加在所述电子设备上的外力发生变化时，所述压力传感器的电阻值也相应地变化，并且所述电子设备可以从一种应用功能切换到另一种应用功能。
8.如权利要求1或2或3所述的压力触发装置，其特征在于：在设备上浏览word文档或PDF文档时，可以根据压力的变化来达到自动翻页的功能，如当压力值在0-10时，word文档向前或向后翻1页，当压力值在10-20时向前或向后翻2页，压力值以此类推翻对应的页数。
9.一种电子设备，其特征在于：所述电子设备包括：
外壳；
压力触发装置，它包括：
压力传感器；
电阻应变丝，其一端与所述压力传感器相连，其另一端与所述电子设备的所述外壳相连；以及
压力设置模块，接收所述电阻应变丝的电阻值变化量并转换成相应的压力值，以及
控制模块，接收所述压力设置模块的压力值，使所述电子设备执行与所述压力值相对应的应用功能，
其中，所述压力传感器根据作用于所述电子设备的外壳上的外力变化来改变电阻值，通过所述电阻应变丝将所述压力传感器电阻值的变化量放大后送至所述压力设置模块。
10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于：所述电子设备是移动手机、个人数字助理、MP3、MP4或者其它的便携式数码设备。
11.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于：
当所述压力设置模块的压力值在0-10时，所述移动手机接打电话；
当所述压力设置模块的压力值在10-20时，所述移动手机启动游戏；
当所述压力设置模块的压力值在20-30时，所述移动手机播放音乐；
当所述压力设置模块的压力值在30-40时，所述移动手机读取文档。
12.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于：使用粘合剂将所述压力传感器固定在所述电子设备的外壳上，在所述压力传感器上设有一层保护膜。
13.一种用于电子设备的压力触发方法，其特征在于：所述方法包括：
按压所述电子设备的压力传感器；
通过所述压力传感器来获取相应的压力值；
将所述压力值传送至所述电子设备的处理电路进行处理；以及
根据所述处理电路的处理结果来触发所述电子设备进行各种不同的操作。
14.如权利要求13所述的压力触发方法，其特征在于：所述压力传感器是电阻应变片或者半导体应变片。
15.如权利要求13所述的压力触发方法，其特征在于：所述处理电路是A/D转换电路或者放大电路。
16.如权利要求13所述的压力触发方法，其特征在于：所述电子设备是移动手机、个人数字助理、MP3、MP4或者其它的便携式数码设备。
17.如权利要求13所述的压力触发方法，其特征在于：当按压所述压力传感器时，所述电子设备的触发操作对应于玩游戏、播放音乐、接打电话和阅读文档中的任意一种。
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