CN108814769B - 传感器、***、压力检测电路、方法和电子皮肤 - Google Patents

传感器、***、压力检测电路、方法和电子皮肤 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种传感器、***、压力检测电路、方法和电子皮肤，通过利用感光元件感光输出光学信号，例如电压等，相较于现有机械式压力检测装置，其至少提供了一种新的压力检测方式，并且该传感器可应用于电路等精密设备中，精确度高，或者作为报警装置，报警灵敏度高，还可以设置为多层报警，扩大了传感器的应用场景。

Description

传感器、***、压力检测电路、方法和电子皮肤
技术领域
本发明涉及压力感应技术领域。更具体地，涉及传感器、***、压力检测电路、方法和电子皮肤。
背景技术
现有的压力传感器的机械制程工艺和微机电***工艺的过程复杂，后端工序工艺设备昂贵、工艺精准度要求高，从而导致产能低、质量控制差、生产成本高。
人体皮肤具有绒毛、神经末梢等结构，具有感知力量、感知温度和感知疼痛等功能。但是当表面皮肤受损、或者肢端受损等原因均可以能造成感觉受损。尤其是使用假肢的病患，很难通过假肢还原手指等原本对物体的触觉感。
为了克服现有的压力传感器种类单一、分辨率和灵敏度较低、对微小形变不敏感，无法适应高精尖的医学、生物等领域的实验研究的至少一个，本发明提出一种新的传感器。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明的一个方面提供了一种传感器，包括：
基板；
位于所述基板一侧的至少一个感应单元，每个所述感应单元包括第一元件和第二元件，所述第一元件和第二元件的其中之一被配置为发光元件，另一个被配置为感光元件；
位于所述基板的一侧并至少部分覆盖所述感应单元的遮挡层；
其中，每个所述感应单元中，所述感光元件配置为通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度。
在一个优选的实施例中，所述传感器还包括：
位于所述遮挡层远离所述基板一侧的反射层。
在另一个优选的实施例中，所述遮挡层的材料为弹性树脂。
在又一个优选的实施例中，每个所述感应单元中，所述发光器件的数量为一个，所述感光元件的数量为两个。
在又一个优选的实施例中，所述发光元件为发光二极管，所述感光元件为光敏二极管；或者，
所述发光元件和所述感光元件为光敏二极管。
本发明第二方面提供一种传感***，包括如上所述的传感器。
在一个优选的实施例中，所述***进一步包括：
确定单元，接收每个感应单元产生的输出光学信号，根据所述输出光学信号确定所述遮挡层形变的大小；或者，
所述***进一步包括：
存储单元，存储遮挡层在不同受力情况下，感应单元输出的输出光学信号；
处理单元，接收每个感应单元输出的输出光学信号并与存储单元内的输出光学信号集，输出对应该输出光学信号下遮挡层的受力情况。
本发明第三方面提供一种压力检测电路，应用于如上所述传感器，所述电路包括输入电压线、第一输出电压线、参考电压线和零电压线，以及
第一开关组，控制第一元件的第一端连接至输入电压线或第一输出电压线；
第二开关组，控制第一元件的第二端连接至参考电压线或零电压线；
第三开关组，控制第二元件的第一端连接至输入电压线或第一输出电压线；和
第四开关组，控制第二元件的第二端连接至参考电压线或零电压线；
其中，
当第一元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光；当第二元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流。
在一个优选的实施例中，所述电路进一步包括第二输出电压线，每个感应单元进一步包括第三元件；
所述电路进一步包括：
控制第三元件的第一端连接至输入电压线或第二输出电压线的第五开关组、控制第三元件的第二端连接至参考电压线或零电压线的第六开关组；
所述第三元件被配置为：
当其第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流。
在另一个优选的实施例中，当第一元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；
当第二元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光。
本发明第四方面提供一种压力检测方法，应用于如上所述电路，包括：
感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号；
其中，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度。
在一个优选的实施例中，所述感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号包括：
输入第一控制信号至第一开关组，输入第二控制信号第二开关组，使第一开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第一端连接至输入电压线，同时使第二开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第二端连接至零电压线，同时，
输入第三控制信号至第三开关组，输入第四控制信号至第四开关组，使第三开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第一端连接至第一输出电压线，同时使第四开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第二端连接至参考电压线；
所述方法进一步包括：
电压检测元件记录输入控制信号时第一输出电压线的第一电压值；
计时元件记录电压值发生变化时的时间；
将记录的时间与每个感应单元接收控制信号的时间比对，确定受力的感应单元；和/或
将第一电压值与预存储的压力致第一电压值变化数据库比对，确定压力值。
在另一个优选的实施例中，当第一元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；
当第二元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光；
所述感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号进一步包括：
输入第一控制信号至第三开关组，输入第二控制信号至第四开关组，使第三开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第一端连接至输入电压线，同时使第四开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第二端连接至零电压线，同时，
输入第三控制信号至第一开关组，输入第四控制信号至第二开关组，使第一开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第一端连接至第一输出电压线，同时使第二开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第二端连接至参考电压线；
所述方法进一步包括：
电压检测元件记录输入控制信号时第一输出电压线的第二电压值；
将第一电压值和第二电压值与预设的压力大小和位置致第一电压值和第二电压值变化数据库比对，确定压力位于感应单元上方的位置信息和压力值。
在又一个优选的实施例中，所述感应单元进一步包括第三元件、所述电路进一步包括控制第三元件第一端连接至第二输出电压线的第五开关组以及控制第三元件第二端连接至参考电压线的第六开关组；
当第三元件的第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；
所述第一开关组接收第一控制信号时，所述感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号进一步包括：
输入第五控制信号至第五开关组，输入第六控制信号至第六开关组，使第五开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第三元件的第一端连接至第二输出电压线，同时使第六开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第三元件的第二端连接至参考电压线；
所述方法进一步包括：
电压检测元件进一步记录输入控制信号时第二输出电压线的第三电压值；
将第一电压值和第三电压值与预设的压力大小和位置致第一电压值和第三电压值变化数据库比对，确定压力位于感应单元上方的位置信息和压力值。
本发明第五方面提供一种电子皮肤，包括如上所述的传感器。
本发明的有益效果如下：
本发明公开一种传感器、***、压力检测电路、方法和电子皮肤，相较于现有机械式压力检测装置，其至少提供了一种新的压力检测方式，并且该传感器可应用于电子皮肤、检测电路等精密设备中精确检测压力位置和大小，提高了压力传感器的精确度和灵敏度，使该传感器可用于生物、医学等精密仪器或精密实验中，应用广泛。
在优选实施例中，采用柔性基板和柔性材料结合LED矩阵结构构成整体人工触觉传感装置结构，该结构能够和皮肤具有较好的贴合性，并且还能够同假肢等刚性结构进行结合，应用于电子皮肤或者假肢触觉的光电传感器具有不易受到干扰的特点。通过在柔性材料中集成矩阵LED结构用于制备人工触觉传感装置，用于辅助恢复因为皮肤受损或者肢端受损而使用假肢造成的触感缺失的问题，尤其是适用于假肢等智能手指的触觉感恢复使用。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出现有技术中压电式压力传感器的结构示意图。
图2示出本发明实施例中传感器结构示意图之一。
图3示出图2的整体受力的情况。
图4示出本发明实施例中传感器的受力时左侧元件发光，右侧元件感光的结构示意图。
图5示出本发明实施例中传感器的受力时右侧元件发光，左侧元件感光的结构示意图。
图6示出本发明实施例中传感器的电路结构示意图。
图7示出本发明实施例中传感器结构示意图之二。
图8示出本发明实施例中发光元件的电路结构示意图。
图9示出本发明实施例中感光元件的电路结构示意图
图10示出本发明实施例中感应单元阵列排布的传感器结构示意图。
图11示出本发明实施例中传感器***的结构示意图之一。
图12示出本发明实施例中传感器***的结构示意图之二。
图13示出本发明实施例中传感器的制作方法流程示意图。
图14示出图13中S102的可选步骤流程示意图。
图15示出本发明实施例中压力检测方法流程示意图之一。
图16示出本发明实施例中压力检测方法流程示意图之二。
图17示出本发明实施例中压力检测电路结构示意图之一。
图18示出图17中感应单元160的结构示意图。
图19示出本发明实施例中压力检测电路结构示意图之二。
图20示出图19中感应单元180的结构示意图。
图21示出本发明实施例中压力检测电路结构示意图之三。
图22示出图21中感应单元200的结构示意图。
图23示出本发明实施例中压力检测方法流程示意图之一。
图24示出本发明实施例中压力检测方法流程示意图之二。
图25示出本发明实施例中压力检测方法流程示意图之三。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
结合图1示出的现有压电式压力传感器，该传感器包括：底座101，以及固定于底座101上的绝缘层102、电极103、压电片106、传力上盖104以及电极引出插头105，绝缘层102将电极103固定于两个压电片106之间，通过对传力上盖104进行按压使传力上盖104上下运动，从而压电片106沿轴向受力产生电荷，电子通过电极传输至电极引出插头105，从而将受力转化为电压，通过检测电压大小即可检测动态受力。
但是，压电式压力传感器分辨率低，只能检测某一个面的受力情况，无法适应精确仪器、实验的测量。并且，压电式压力传感器的体积要求大，当体积过小时，压电片产生的变化小，导致精确度下降。此外，机械制程工艺和微机电***工艺的过程复杂，后端工序工艺设备昂贵、工艺精准度要求高，从而导致压电式压力传感器产能低、质量控制差、生产成本高，并且现有的压力传感器种类单一。
有鉴于此，本发明提出了一种传感器，从而解决上述问题的至少一个。
图2和图3示出的本发明实施例提供的传感器，具体包括：基板20；位于所述基板20一侧的至少一个感应单元，每个所述感应单元包括第一元件和第二元件，所述第一元件和第二元件的其中之一被配置为发光元件21，另一个被配置为感光元件22；位于所述基板20的一侧并至少部分覆盖所述感应单元的遮挡层23；其中，每个所述感应单元中，所述感光元件22配置为通过接收所述发光元件21发出的且经所述遮挡层23反射的光产生输出光学信号，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度。其中24表示外界施加至传感器的压力。
其中，基板可以是柔性材料制作形成，柔性材料使基板能够弯曲，不易折断并且能够适应例如电子皮肤等非平直面的压力检测。
可选的，遮挡层23可以为弹性树脂等。弹性树脂一方面可以起到保护作用，另一方面伸缩性较好，耐久性强。
可选的，感应单元可以为一个，也可以为多个，并且当感应单元为多个时，其可以形成阵列排布，从而增大了检测压力的面积。该阵列排布可以为如图10中的矩形阵列、菱形阵列以及正六边形排布等，本发明不限于此。
优选的，位于所述遮挡层远离所述基板一侧设置反射层25，该反射层25的材料可以是强反光材料，例如金属材料或反光薄膜等，发光LED发出的光线就不会散射出该传感器中的单个感应单元内，避免对临近LED的光学干扰，有利于临近的LED监测光线强度。
需要理解，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度应当理解为输出光学信号具有一个可以检测或者直观反映出的具有强度数值的信号，其强度值可以为反映为一个具体数值，通过大小反映出光强的大小，进而反映遮挡层的形变情况，当其值为0时，即表示感光元件没有接受的光。输出光学信号例如在一些可实现的实施例中，输出光学信号为输出电压、输出电流，其大小与光强对应，或者其他与光强具有一定关联的数据信号。
下面实施例均以输出光学信号为输出电压为例。
不同的压力产生不同程度的形变，干扰的光线传播程度不同，输出不同的电信号。当传感器受力时基底变形进而降低反射光强，请继续结合图2和图3，发光元件21发出的至少部分光经过遮挡层23远离基板的一侧面反射至感光元件22，感光元件22感应到光后根据光的强弱在其所在的等效电路中形成一个电压，传感器可根据该电压的大小，确定光的强弱，以此确定是否受力或者受力的位置和大小。
本领域明了的是，上述实施例中存在的对应关系，即感光元件输出的输出光学信号与光强的对应关系、感光元件所在的等效电路中形成的电压大小与光的强度的对应关系，以及光的强度与受力的大小位置的对应关系可以为利用本领域公知的物理化学、光学以及数学中的理论或原理推导出的函数关系f(x)，也可以为经过大量实际实验，针对具体尺寸的传感器测试出的映射关系，例如存储的比对数据库等，本发明不限于此，但需要说明，但凡知晓本发明的主体构思，本领域技术人员完全有能力经过推导、计算得出上述对应关系。
在一个可实现的实施例中，请结合图6所示，发光元件31可以为一个发光电路，其一端连接输入电压Vin，另一端连接零电压0V；感光元件32为一个光强检测电路，其一端连接输出电压Vout，另一端连接参考电压V0，在一些具体的实施例中，感光元件可以为其他非单一器件的组合电路，甚至是其他具有发光能力和检测光强的能力的装置、组件等。
当然，发光元件发出的光可以为平行光，即准直光；或者发散光，优选为发散光，发散光可以保证感光元件必然能够接收到光，但平行光则较为复杂，例如，在一个具体实施例中，平行光辐射范围小，但是在一个较小的传感器中，该较小传感器在受任何力时，遮挡层都能够形成一个面的形变，请再次结合图2，图2可以作为发光元件21发出的光为平行光或者发散光的示例，但需要说明的是，该实施例中发光元件21和感光元件22的数量仅仅为示例性的，在可实现的实施例中，一个感应单元中的发光元件可以为一个或多个，并且感光元件也可以为一个或多个。每个元件之间具有一定距离，以使在所述遮挡层未产生形变时，感光元件22接收发光元件21发出并经过遮挡层23反射的至少部分光。因此，在遮挡层23产生形变时，由于平行光的反射受到影响，导致感光元件22接收到的光强因其影响导致的平行光反射角度、或者漫反射等而改变，从而完成传感过程。
此外，在一些可实现的实施例中，感光元件的初始状态为不接收反射光，即每个元件之间具有一定距离，以使在所述遮挡层未产生形变时，感光元件不接收发光元件发出并经过遮挡层反射的光；并且，当所述遮挡层产生形变或者形变达到一定预设程度时，感光元件接收发光元件发出并经过所述遮挡层反射的至少部分光。该实施例中，仅仅能够检测当压力达到一定阈值时是否受力，因此一方面可以根据设置压力阈值，将该传感器作为报警装置，另一方面，甚至可以通过设置多个感光元件，进而形成多个压力阈值的传感器，可以检测压力的大致范围，或者作为多段报警装置。
在另一个具体实施例中，传感器的尺寸较小，其能够用于目前的电子皮肤、精密仪器传感、生物医疗检测等，为了小型化传感器，发光元件和感光元件可以为二极管。特别的，发光元件和感光元件均为光敏二极管，有利于统一化制作，减少制备工艺步骤。
下面以发光元件和感光元件均为二极管为例，对本发明进行详细说明。
请参见图8或图9所示，其中感光元件81为光敏二极管，光敏二极管中使用的是一个具有感光特性的PN结，对光的变化非常敏感。二极管具有单向导电性，将二极管作为发光元件71使用时，向该二极管正极施加一定的输入电压Vin，使得图示中的等效电路中产生由正极至负极的“正向电压”，此时二极管发光74；光敏二极管在无光照时有很小的饱和反向漏电压，即暗电压，此时光敏二极管截止。当受到光照84时，饱和反向漏电压大大增加，形成光电压,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电压增加。光敏二极管一端接入参考电压V0，另一端作为输出端，输出电压Vout。
为了检测受力的大小及位置，在一些优选实施例中，请再次结合图4和图5，发光元件和感光元件均为光敏元件，例如光敏LED，当左侧LED210发光，右侧LED220感光时，感光输出电压值为V1。开关转换后，当右侧LED220发光，左侧LED210感光时，感光输出电压为V2。通过对比V1和V2的数值，可以通过输出电压判断出压点的位置。经过标准压力校准后，可以通过输出电压判断出压力大小。
或者，在另一些优选的实施例中，结合图7所示，感光元件52的数量为两个两个感光元件52可以感光输出两个电压值V11和V22，通过对比V11和V22的数值，可以通过输出电压判断出压点的位置。经过标准压力校准后，可以通过输出电压判断出压力大小。
上述两个实施例通过对比输出两个电压值可以判断出压力点与两个感光元件的距离，从而确定压力点的位置。使得传感器不仅能够检测是否受力，还能够检测出受力的大小及具***置，使传感器的应用场景更为广泛。
在一些可实现的微型传感器中，可以包括一个感应单元，其具体结构与上述实施例类似，也可以为多个密集排布的感应单元，每个感应单元可以为最简单的包括一个发光元件和一个感光元件，也可以设置为包括一个发光元件和两个感光元件，甚至可以设置为包括多个发光元件和多个感光元件，以此增加传感器的精确度。例如，在一个可实现的实施例中，发光元件为两个，使感光元件接收到两道反射光，因此，受力时，增加了光敏二极管接受到的光的变化区间和变化范围，从而提高了精度。
下面请参见图10，感应单元为多个，并且感应单元阵列排布，该传感器中，可以经过封装等工艺处理，使得相邻感应单元之间的光不会相互污染，其次，遮挡层可以在每个感应单元内独立存在，也可以设置为覆盖在感应单元上方的整体结构，该整体结构由封装等工艺划分为各个感应单元中的遮挡层。
本实施例中，多个感应单元共同组成一个传感器，实际应用时，其可以以串联或并联的方式形成为一个完整的阵列电路，或者每一个感应单元的电路独立流通。本实施例提供的具有多个感应单元的传感器，一方面通过对每一个感应单元输出的输出光学信号进行检测，从而确定具体哪些感应单元受力，从而确定受力位置，并且在一个感应单元形成阵列排布的传感器中，通过检测总的输出光学信号，与数据库进行比对后可以确定受力的大小，从而确定了压力的位置和大小，另一方面对于单个感应单元，本实施例可以根据该单个感应单元输出的输出光学信号，从而确定受力在该感应单元的具***置和受力大小，从而进一步提高了传感器的分辨率，尤其适用于对精确度要求较高的医药、生物等技术领域的压力检测，例如对纳米探针的搜索、跟踪等。
优选的，该实施例中，阵列排布为如图10的矩形阵列排布，或者为菱形排布或者其他类似的排布方式，通过高密度、高分辨的矩阵布局，可以使分辨率达到1毫米以下。不发明不限于此。
进一步的，本发明实施例提供一种传感器***，图11和图12，包括传感器所述传感***进一步包括：确定单元101，接收每个感应单元输出的输出光学信号，确定每个感应单元是否受力；或，所述发光元件为点光源结构，所述传感***进一步包括：存储单元111，存储遮挡层在不同受力情况下，感应单元输出的输出光学信号；处理单元112，接收感应单元输出的输出光学信号并与存储单元111内的输出光学信号集比对，输出对应该电压下遮挡层的受力情况。
该传感器***中，确定单元101、存储单元111和处理单元112可以设置在传感器上，也可以设置在安装该传感器的装置中，还可以直接设置于远程云端或者服务器中，例如在一个实施例中，服务器包括确定单元、存储单元和处理单元，传感器或者具有该传感器的装置上还包括无线通信单元，用于与服务器建立数据连接，以将输出光学信号传输至服务器进行处理、分析，从而将处理任务附加在服务器上，降低了传感器本体的处理负担，并且服务器的处理能力较强，能够迅速处理传感器输出的输出光学信号，从而实现实时检测，并且服务器端还能够增加训练单元，结合现有的深度学习方法，提高压力检测的速度和准确度。
本发明中采用柔性基板和柔性材料结合LED矩阵结构构成整体人工触觉传感装置结构，该结构能够和皮肤具有较好的贴合性，并且还能够同假肢等刚性结构进行结合，应用于电子皮肤或者假肢触觉的光电传感器具有不易受到干扰的特点。通过在柔性材料中集成矩阵LED结构用于制备人工触觉传感装置，用于辅助恢复因为皮肤受损或者肢端受损而使用假肢造成的触感缺失的问题。尤其是适用于假肢等智能手指的触觉感恢复使用。
此外，本发明实施例还提供一种传感器的制作方法，请结合图13，包括：
S101:形成基板。
S102:在基板一侧形成至少一个感应单元，每个感应单元包括发光元件、感光元件。
S103:在基板一侧形成至少部分覆盖感应单元的遮挡层。
结合前述实施例，S102中，结合图14，包括如下步骤的的一个：
S112:形成点光源结构的发光元件。
S122:形成平行光光源结构的发光元件。
当然，根据需要，传感器上还可以设置确定单元、处理单元等，有鉴于此，本实施例进一步包括如下步骤：
S103:形成确定单元。
其中，确定单元可以为微处理器、比对器等，其形成工艺可以为微处理器、比对器嵌入传感器的固定结构中，并将其与感应单元建立电连接或者建立信号连接。
该确定单元接收每个感应单元输出的输出光学信号，确定每个感应单元是否受力。
在另一个具体实施例中，其步骤进一步包括：
S104:形成存储单元。
其中，所述存储单元可以是存储器、所述存储单元存储遮挡层在不同受力情况下，感应单元输出的输出光学信号。
S105:形成处理单元。
其中，所述处理单元可以为微处理器等，该处理单元接收感应单元输出的输出光学信号并与存储单元内的输出光学信号集比对，输出对应该电压下遮挡层的受力情况。
当然，在一些可实现的具体实施例中，存储单元、确定单元和处理单元可以设置在云端或者服务器上，通过无线通信与传感器本体进行信号传输。需要说明的是，确定单元和处理单元可以通过同一个微处理器等实现。
进一步的，结合图15，本发明实施例提供一种压力检测方法，包括：
S201:感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号。
其中，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度，其强度值可以为反映为一个具体数值，通过大小反映出光强的大小，进而反映遮挡层的形变情况，当其值为0时，即表示感光元件没有接受的光。S202:确定单元接收所述输出光学信号，确定感应单元是否受力。
确定单元通过对比前后的输出光学信号是否发生变化，若变化，则输出该感应单元受力，若不变，则输出该感应单元未受力。
本实施例至少能够确定感应单元的遮挡层是否受力。
为了进一步检测受力位置和大小，在一些优选实施例中，结合图16，包括：
S301:感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号。
其中，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度。
S302:存储单元存储遮挡层在不同受力情况下感应单元输出的反向电压数据；
S303:处理单元接收感应单元输出的反向电压并与存储单元内的反向电压数据比对，输出对应该反向电压下遮挡层的受力位置和大小。
本实施例至少提供了一种与现有技术压力检测方式不同的检测方法，该方法灵敏度和精确度较高，应用范围广泛，能够适用于生物、医药等要求较高的技术领域。相较于上一实施例，其能够根据数据库中存储的压力位置和大小致电压变化数据，通过比对的方式获取实际压力的大小及位置。
此外，基于上述实施例，本发明另一些实施例提供一种压力检测电路，请结合图17和图18所示，包括输入电压线Vin、第一输出电压线Vout1、参考电压线V0和零电压线0V，并包括：多个感应单元160，每个感应单元160包括第一元件171和第二元件172；以及控制第一元件171的第一端连接至输入电压线Vin或第一输出电压线Vout1的第一开关组173、控制第一元件171的第二端连接至参考电压线V0或零电压线0V的第二开关组174、控制第二元件172的第一端连接至输入电压线Vin或第一输出电压线Vout1的第三开关组175和控制第二元件172的第二端连接至参考电压线V0或零电压线0V的第四开关组176。
其中，在一个具体实施例中，第一元件171为普通发光元件，第二元件172为感光元件，即当第一元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光；当第二元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流。
可选的，一个开关组具有与在感应单元对应个数的开关元件，每个开关组由多个双刀开关元件组成；或者，
所述第一开关组、第三开关组由多个双刀开关元件组成，所述第二开关组和第四开关组由多个单刀开关元件组成，并且该单刀开关元件控制连接参考电压线与零电压线。
在一些可实现的实施例中，开关元件可以是三极管，例如NMOS晶体管或者PMOS晶体管。
下面以开关组中的每个开关元件均为双刀开关元件为例，请再次结合图17和图18，对本实施例的电路的运行进行详细说明：
在检测过程中，首先输入一些控制信号例如M1-M4，M1使第一开关组173按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第一元件171的第一端连接至输入电压线Vin，M2使第二开关组174按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第一元件171的第二端连接至零电压线0V，M3使第三开关组175按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第二元件172的第一端连接至第一输出电压线Vout1，M4使第四开关组176按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第二元件172的第二端连接至参考电压线V0。此时第一元件的第一端的电压为输入电压V1，其第二端的电压为0，第一元件正向导通而发光，第二元件的第一端的电压为输出电压V2，其第二端电压为参考电压V0，当其感光时，由于“光伏打效应”，产生反向电流，从而可以检测第一电压值V3，为了使检测更加精确，可以在第一输出电压线Vout上增加一个放大器，使电压的变化值更加明显。当某一个感应单元的遮挡层受到压力时，导致第二元件接收到的光强变化，从而输出另一个第一电压值V4，从而确定该电路中的至少一个感应单元上中受到压力。
该实施例仅仅能够检测是否受力，因此，为了进一步检测压力位于哪些感应单元上以及压力大小，在一个优选实施例中，第一元件同样为感光元件，即该些元件进一步被配置为：当第一元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；当第二元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光。
结合图19和图20对本实施例进行说明，第一至第四开关组(193、194、195、196)均为双刀开关元件，由于第一元件191和第二元件192均为感光元件，并且通过双刀开关元件可相互切换至电路中的电压线，因此，第一元件191可与第二元件192通过双刀开关元件完成功能的直接替换，即可通过一定的控制信号，使第一元件191感光，第二元件192发光，并且该控制信号同样具有预设时间差，从而使得每个感光的感光元件产生电压的时间具有一个时间差，因此可根据该电路输出电压变化时的时间和电压大小确定哪一个感应单元受到压力以及压力的大小，即确定出压力的位置和大小。例如，在T1时间，其控制信号序列为：控制第一开关组193的信号M1、控制第二开关组194的信号M2，控制第三开关组195的信号M3，控制第四开关组196的信号M4；在T2时间，其控制信号序列为：控制第一开关组193的信号M3，控制第二开关组194的信号M4，控制第三开关组195的信号M1，控制第四开关组196的信号M2。从而在T2时间内，发光元件和感光元件实现了“互换”，结合T1时间输出的Vt1和T2时间输出的Vt2，不仅可以确定其压力的大小，还能够更进一步地确定其位于对应感应单元的具***置，从而进一步提高检测压力的精确度。
该实施例中，每个开关组由多个双刀开关元件组成；或者，如图17和图19中示出的，所述第一开关组、第二开关组由多个双刀开关元件组成，所述第三开关组和第四开关组由多个单刀开关元件组成，并且该单刀开关元件控制连接参考电压线与零电压线。
进一步的，作为上述实施例的可替代方案，在一些可实现的实施例中，如图21和图22所示，所述电路进一步包括第二输出电压线Vout2，每个感应单元200进一步包括第三元件213；所述电路进一步包括：控制第三元件213的第一端连接至输入电压线Vin或第二输出电压线Vout2的第五开关组218、控制第三元件213的第二端连接至参考电压线V0或零电压线0V的第六开关组219；所述第三元件213被配置为：当其第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流。即第三元件213为感光元件。
本实施例中，不需要将控制信号相互轮换，可在T1时间中确定出电路输出第一电压值(表示为Vt11)和第三电压值(表示为Vt13)，当Vt11和Vt13的电压值变化时，即可根据变化的时刻确定具***于哪个感应单元上，并将Vt11和Vt13与实现存储的压力大小和位置致第一电压值和第三电压值变化数据库进行比对，该数据库中保存了无数种受力情况对应的第一电压值和第三电压值，从而根据Vout1和Vout2确定压力大小，更进一步地确定其位于对应感光元件上的具***置，例如图7中A点的位置，从而进一步提高检测压力的精确度。
此外，本实施例中的每个开关组由多个双刀开关元件组成；或者，所述第一开关组、第二开关组、第五开关组由多个双刀开关元件组成，所述第三开关组、第四开关组和第六开关组由多个单刀开关元件组成，并且该单刀开关元件控制连接参考电压线与零电压线。
结合上述电路结构，在本发明上一方面的压力检测方法中，其可以与该电路结构结合使用，其检测方法包括如下步骤，下面结合图23进行详细说明，包括：
S401:输入第一控制信号至第一开关组，输入第三控制信号第三开关组，同时输入第二控制信号至第二开关组，输入第四控制信号至第四开关组。
具体的，例如在T1时间，请继续结合图17和图18所示，第一控制信号M1使第一开关组173按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第一元件171的第一端连接至输入电压线Vin，同时第二控制信号M2使第二开关组174按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第一元件171的第二端连接至零电压线0V，同时，第三控制信号M3使第三开关组175按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第二元件172的第一端连接至第一输出电压线Vout1，同时第四控制信号M4使第四开关组176按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第二元件172的第二端连接至参考电压线V0；
其中，本实施例中，第一元件为发光元件，第二元件为感光元件。在一些具体实施例中，发光元件为普通二极管，感光元件为光敏二极管，光敏二极管感光时具有“光伏打效应”，产生反向电流，从而输出第一电压值。
S402:电压检测元件实时记录输入第一控制信号和第二控制信号时第一输出电压线的第一电压值。
S403:计时元件记录电压值发生变化时的时间。
进一步的，该压力检测方法还包括下述步骤的至少一个：
S404:将记录的时间与每个感应单元接收第一控制信号的时间比对，确定受力的感应单元。
具体的，由于控制信号具有时间差，因此每个感应单元产生电压变化的时间均不相同，并且根据时间差按照一定顺序排列，因此可以通过产生电压变化的具体时刻确定对应的感应单元。
S405:将第一电压值与预存储的压力致第一电压值变化数据库比对，确定压力值。
具体的，预存储的压力致第一电压值变化数据库可以保存在存储器中，或者可以拟合出一个对应的函数关系，本发明不限于此。
进一步的，数据库可存储于云端或服务器端，并可基于深度学习的训练单元，加快检测速度。
本实施例中，根据电压变化的时刻可以确定压力位于对应的感应单元上，即可初步判断压力的位置。此外，将第一电压值与数据库中电压值进行比对，从而确定压力的大小。
此外，在一些优选实施例中，为了进一步确定压力的精确位置，提高压力检测的精度，优选的，第一元件也可以为感光元件，更具体的，第一元件为光敏二极管。
当第一元件和第二元件均为光敏二极管时，在T2时间，可通过将控制信号互换，即第一控制信号与第三控制信号互换，第二控制信号与第四控制信号互换，从而使得第一元件和第二元件运行时功能互换，第一元件为感光元件，第二元件为发光元件。即如图24所示出的方法，具体包括：
S501:输入第一控制信号至第一开关组，输入第三控制信号第三开关组，同时输入第二控制信号至第二开关组，输入第四控制信号至第四开关组。
例如在T1时间，结合图17和图18所示，第一控制信号M1使第一开关组173按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第一元件171的第一端连接至输入电压线Vin，同时第二控制信号M2使第二开关组174按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第一元件171的第二端连接至零电压线0V，同时，第三控制信号M3使第三开关组175按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第二元件172的第一端连接至第一输出电压线Vout1，同时第四控制信号M4使第四开关组176按照预设时间差依次使每个感应单元160中的第二元件172的第二端连接至参考电压线V0。
S502:电压检测元件记录输入控制信号时第一输出电压线的第一电压值Vout1。
S503:输入第一控制信号至第三开关组，输入第二控制信号至第四开关组，输入第三控制信号至第一开关组，输入第四控制信号至第二开关组。
在T2时间，请继续参见图19和图20所示，第一控制信号M1使第三开关组195按照预设时间差依次使每个感应单元180中的第二元件192的第一端连接至输入电压线Vin，第二控制信号M2使第四开关组196按照预设时间差依次使每个感应单元180中的第二元件192的第二端连接至零电压线0V，第三控制信号M3使第一开关组193按照预设时间差依次使每个感应单元180中的第一元件191的第一端连接至第一输出电压线Vout1，第四控制信号M4使第二开关组194按照预设时间差依次使每个感应单元180中的第一元件的第二端连接至参考电压线V0。
S504:电压检测元件记录输入控制信号时第一输出电压线的第二电压值Vout2。
S505:计时元件记录电压值发生变化时的时间。
进一步的，该压力检测方法还包括下述步骤的至少一个：
S506:将记录的时间与每个感应单元接收控制信号的时间比对，确定受力的感应单元。
具体的，由于控制信号具有时间差，因此每个感应单元产生电压变化的时间均不相同，并且根据时间差按照一定顺序排列，因此可以通过产生电压变化的具体时刻确定对应的感应单元。
S507:将第一电压值和第二电压值与预设的压力大小和位置致第一电压值和第二电压值变化数据库比对，确定压力位于感应单元上方的位置信息和压力值。
具体的，预存储的压力大小和位置致第一电压值和第二电压值变化数据库可以保存在存储器中，或者可以拟合出一个对应的函数关系，本发明不限于此。
进一步的，数据库可存储于云端或服务器端，并可基于深度学习的训练单元，加快检测速度。
本实施例中，不仅可以确定其压力的大小，还能够更进一步地确定其位于对应感应单元的具***置，例如图7中的A的位置，从而进一步提高检测压力的精确度。
进一步的，在另一些可选的实施例中，同样能够进一步确定其位于对应感应单元的具***置，进一步提高检测压力的精确度。该实施例中，结合图21和图22，所述感应单元200还包括第三元件213、控制第三元件213第一端连接至第二输出电压线Vout2的第五开关组218以及控制第三元件213第二端连接至参考电压线V0的第六开关组219；当第三元件213的第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；结合图25，其步骤包括：
S601:输入第一控制信号至第一开关组，输入第三控制信号第三开关组，同时输入第二控制信号至第二开关组，输入第四控制信号至第四开关组，输入第五控制信号至第五开关组，输入第六控制信号至第六开关组。
例如在T1时间，继续结合图21和图22，第一控制信号M1使第一开关组214按照预设时间差依次使每个感应单元200中的第一元件211的第一端连接至输入电压线Vin，同时第二控制信号M2使第二开关组215按照预设时间差依次使每个感应单元200中的第一元件211的第二端连接至零电压线0V，同时，第三控制信号M3使第三开关组216按照预设时间差依次使每个感应单元200中的第二元件212的第一端连接至第一输出电压线Vout1，同时第四控制信号M4使第四开关组217按照预设时间差依次使每个感应单元200中的第二元件212的第二端连接至参考电压线V0，第五控制信号M5使第五开关组218按照预设时间差依次使每个感应单元200中的第三元件213的第一端连接至第二输出电压线Vout2，第六控制信号M6使第六开关组219按照预设时间差依次使每个感应单元200中的第三元件213的第二端连接至参考电压线V0。
S602:电压检测元件记录输入控制信号时第一输出电压线的第一电压值和第二输出电压线的第三压力值。
即在T1时间中确定出电路输出电压Vout1和Vout2。
S603:计时元件记录电压值发生变化时的时间。
进一步的，该压力检测方法还包括下述步骤的至少一个：
S604:将记录的时间与每个感应单元接收第一控制信号的时间比对，确定受力的感应单元。
具体的，由于控制信号具有时间差，因此每个感应单元产生电压变化的时间均不相同，并且根据时间差按照一定顺序排列，因此可以通过产生电压变化的具体时刻确定对应的感应单元。
S605:将第一电压值和第三电压值与预设的压力大小和位置致第一电压值和第三电压值变化数据库比对，确定压力位于感应单元上方的位置信息和压力值。
具体的，预存储的压力大小和位置致第一电压值和第三电压值变化数据库可以保存在存储器中，或者可以拟合出一个对应的函数关系，本发明不限于此。
进一步的，数据库可存储于云端或服务器端，并可基于深度学习的训练单元，加快检测速度。
本实施例中，根据电压变化的时刻可以确定压力位于对应的感应单元上，即可初步判断压力的位置。此外不需要将控制信号相互轮换，可在T1时间中确定出电路输出电压Vout1和Vout2，从而根据Vout1和Vout2确定压力大小，还能够更进一步地确定其位于对应感光元件的具***置，从而进一步提高检测压力的精确度。
本发明实施例进一步提供上述实施例的应用，例如电子皮肤，该电子皮肤包括上述阵列排布的传感器，或者上述压力检测电路。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的气体步骤或单元。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (14)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：
柔性基板；
位于所述柔性基板一侧的至少一个感应单元，每个所述感应单元包括第一元件和第二元件，所述第一元件和第二元件的其中之一被配置为发光元件，另一个被配置为感光元件；
位于所述柔性基板的一侧并至少部分覆盖所述感应单元的遮挡层；
其中，每个所述感应单元中，所述感光元件配置为通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度，所述强度表征所述遮挡层承受的朝向所述柔性基板侧的压力；
所述第一元件和第二元件为光敏元件，所述压力传感器还包括连接所述第一元件和第二元件的开关；
所述开关配置为在第一状态时所述第一元件为发光元件、第二元件为感光元件感测并输出第一电信号，在转换为第二状态时所述第二元件为发光元件、第一元件为感光元件感测并输出第二电信号，
所述压力传感器根据所述第一电信号和所述第二电信号确定所述遮挡层承受的朝向所述柔性基板侧的压力的大小和位置。
2.根据权利要求1所述压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括：
位于所述遮挡层远离所述柔性基板一侧的反射层。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述遮挡层的材料为弹性树脂。
4.根据权利要求1所述压力传感器，其特征在于，每个所述感应单元中，所述发光器件的数量为一个，所述感光元件的数量为两个。
5.一种传感***，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的压力传感器。
6.根据权利要求5所述传感***，其特征在于，所述***进一步包括：
确定单元，接收每个感应单元产生的输出光学信号，根据所述输出光学信号确定所述遮挡层形变的大小；或者，
所述***进一步包括：
存储单元，存储遮挡层在不同受力情况下，感应单元输出的输出光学信号；
处理单元，接收每个感应单元输出的输出光学信号并与存储单元内的输出光学信号集，输出对应该输出光学信号下遮挡层的受力情况。
7.一种压力检测电路，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述压力传感器，所述电路包括输入电压线、第一输出电压线、参考电压线和零电压线，以及开关，所述开关包括
第一开关组，控制第一元件的第一端连接至输入电压线或第一输出电压线；
第二开关组，控制第一元件的第二端连接至参考电压线或零电压线；
第三开关组，控制第二元件的第一端连接至输入电压线或第一输出电压线；和
第四开关组，控制第二元件的第二端连接至参考电压线或零电压线；
其中，
当第一元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光；当第二元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流。
8.根据权利要求7所述电路，其特征在于，所述电路进一步包括第二输出电压线，每个感应单元进一步包括第三元件，所述开关进一步包括第五开关组和第六开关组；
所述电路进一步包括：
控制第三元件的第一端连接至输入电压线或第二输出电压线的第五开关组、控制第三元件的第二端连接至参考电压线或零电压线的第六开关组；
所述第三元件被配置为：
当其第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流。
9.根据权利要求7所述电路，其特征在于，当第一元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；
当第二元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光。
10.一种压力检测方法，其特征在于，应用于如权利要求7-9任一项所述电路，包括：
感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号；
其中，所述输出光学信号具有基于所述遮挡层形状变化的强度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号包括：
输入第一控制信号至第一开关组，输入第二控制信号第二开关组，使第一开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第一端连接至输入电压线，同时使第二开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第二端连接至零电压线，同时，
输入第三控制信号至第三开关组，输入第四控制信号至第四开关组，使第三开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第一端连接至第一输出电压线，同时使第四开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第二端连接至参考电压线；
所述方法进一步包括：
电压检测元件记录输入控制信号时第一输出电压线的第一电压值；
计时元件记录电压值发生变化时的时间；
将记录的时间与每个感应单元接收控制信号的时间比对，确定受力的感应单元；和/或
将第一电压值与预存储的压力致第一电压值变化数据库比对，确定压力值。
12.根据权利要求10所述方法，其特征在于，当第一元件第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；
当第二元件第一端电压高于第二端电压时，该元件导通产生第一端至第二端的电流并发光；
所述感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号进一步包括：
输入第一控制信号至第三开关组，输入第二控制信号至第四开关组，使第三开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第一端连接至输入电压线，同时使第四开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第二元件的第二端连接至零电压线，同时，
输入第三控制信号至第一开关组，输入第四控制信号至第二开关组，使第一开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第一端连接至第一输出电压线，同时使第二开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第一元件的第二端连接至参考电压线；
所述方法进一步包括：
电压检测元件记录输入控制信号时第一输出电压线的第二电压值；
将第一电压值和第二电压值与预设的压力大小和位置致第一电压值和第二电压值变化数据库比对，确定压力位于感应单元上方的位置信息和压力值。
13.根据权利要求10所述方法，其特征在于，所述感应单元进一步包括第三元件、所述电路进一步包括控制第三元件第一端连接至第二输出电压线的第五开关组以及控制第三元件第二端连接至参考电压线的第六开关组；
当第三元件的第二端电压高于第一端电压并且感光时，该元件导通产生第二端至第一端的电流；
所述第一开关组接收第一控制信号时，所述感应单元中的所述感光元件通过接收所述发光元件发出的且经所述遮挡层反射的光产生输出光学信号进一步包括：
输入第五控制信号至第五开关组，输入第六控制信号至第六开关组，使第五开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第三元件的第一端连接至第二输出电压线，同时使第六开关组按照预设时间差依次使每个感应单元中的第三元件的第二端连接至参考电压线；
所述方法进一步包括：
电压检测元件进一步记录输入控制信号时第二输出电压线的第三电压值；
将第一电压值和第三电压值与预设的压力大小和位置致第一电压值和第三电压值变化数据库比对，确定压力位于感应单元上方的位置信息和压力值。
14.一种电子皮肤，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的压力传感器。
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