CN111051837A - 力检测传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测输入力的传感器(102)，包括具有腔(201)的壳体(103)和被腔环绕的接触元件(105)。接触元件和腔具有沿着它们各自的表面(104、106)基本齐平的轮廓。腔包括壁(301、302、303)，该壁具有附接到其上的感测装置(304)，并且在对接触元件的表面施加机械相互作用时接触元件和感测装置之间形成物理接触。

Description

力检测传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月16日提交的英国专利申请号GB1713123.6的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于检测输入力的传感器和该传感器的制造方法，以及检测输入力的方法。
背景技术
众所周知，传感器可用于多种应用和工业中。可提供响应于诸如压力之类的机械相互作用的触摸性能的传感器通常作为电子设备的触摸屏、按钮或类似的部分使用，或者应用于诸如游戏中使用的操纵杆之类的输入装置中。
当在商业应用中使用传感器时，传感器具有吸引用户的触觉界面通常是很重要的。但在不影响功能的情况下实现人体工程学设计可能很困难。因此，为了满足商业用户的人体工程学要求，具有更多功能的传感器，特别是那些可提供三维测量的传感器，变得越来越复杂。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种根据权利要求1的用于检测输入力的传感器。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据权利要求13的检测输入力的方法。
根据本发明的又一方面，提供了一种根据权利要求18的用于检测输入力的传感器的制造方法。
附图说明
现在将参考附图，仅以举例的方式描述本发明，其中：
图1示出了可检测输入力的传感器；
图2示出了图1中的传感器的示意图；
图3示出了图1和2中的传感器的剖面示意图；
图4示出了用于前述传感器的感测装置的示例；
图5示出了图1中的传感器的剖面侧视图；
图6示出了组成感测装置的多个层的剖面示意图；
图7示出了图6中响应于机械相互作用的多个层；
图8示出了用于检测输入力的传感器的另一实施例；
图9示出了图8中的传感器在电子设备中使用；以及
图10示出了在车辆保险杠中装有传感器的车辆。
具体实施方式
图1
图1中示出了可检测输入力的传感器。图1示出了操纵杆101形式的装置，该装置包括用于检测输入力的传感器。
传感器102包括具有顶面104的壳体103和被壳体103的腔环绕的接触元件105。接触元件105包括被配置为接收机械相互作用的外表面106，以操作传感器102。如图所示，外表面106和顶面104具有从外表面延伸到顶面的基本齐平的轮廓，并且将在图5的描述中进一步说明。
在该实施例中，外表面106包括模制部分，该模制部分包括与使用者107的手指相吻合的指形轮廓。在该实施例中，接触元件105包括弹性体材料。
如图所示，使用时，当用户107通过将力从用户107的手指施加到外表面106上以实施机械相互作用时，传感器102可检测输入力。在该实施例中，传感器102被配置为检测响应于用户107的手指按压而产生的机械相互作用的特性，该特性例如为力的大小或力的位置。这样，传感器102作为操纵杆使用，从而提供了一种用户可通过少量的手指动作来控制的轻巧的操纵杆。
图2
图2示出了传感器102的示意图。壳体103包括设置在其中的腔201和如前所述的顶面104。接触元件105以分解图示出，以露出腔201。然而，应当理解的是，如在图5的描述中进一步说明，使用时，接触元件105被腔201环绕。
在该实施例中，腔201包括例如为侧壁202的四个侧壁和底壁203。接触元件105包括相互配合的轮廓，该轮廓包括相应的侧壁，因此允许接触元件105在使用时被腔201环绕。
图3
图3示出了传感器102的剖面侧视图。图中再次示出了与壳体103和腔201分开的接触元件105。如图所示，壳体103限定了腔201，并且感测装置设置在腔201中，以使得施加例如为力的机械相互作用时，感测装置可与接触元件105物理接触。
在该实施例中，侧壁301和302以及底壁303限定了V形或U形的剖面轮廓。壁301、302和303中的每一个均具有附接到其上的感测装置304。在该实施例中，感测装置304与每个壁的内表面对准，并且附接到各内表面。
在该实施例中，感测装置304为单个的感测装置，但是应当理解，在另一实施例中，每个壁上均可独立地附接感测装置。
因此，当将接触元件105设置在腔201内时，可以在接触元件105与一个或多个感测装置304之间形成接触。
图4
下面将根据图4描述感测装置304的一个实施例。图4示出了感测装置应用于前述腔201中之前的平面图。感测装置304包括中央部分401和四个延伸部分402、403、404和405。
在该实施例中，中央部分401被配置为与底壁303相同，延伸部分402、403、404和405被配置为附接到例如为侧壁301和302的侧壁上。每个延伸部分自中央部分401延伸，并包括可折叠的界面，该界面允许感测装置304在制造时折叠和弯曲，以适应腔201。例如，可折叠的界面406在延伸部分402和中央部分之间形成了一条可折叠的线，以使得延伸部分402可以图3所示的方式与侧壁301对准。应当理解的是，图4中的虚线示出了在感测装置304中的可折叠界面的位置。
图5
制造传感器102时，接触元件105定位在壳体103的腔201中，以使得接触元件105被腔201环绕。
外表面106和壳体103的顶面104具有从外表面106延伸到顶面104的基本齐平的轮廓。
在使用中，接触元件105被配置为沿着箭头501的方向将机械相互作用施加到外表面106上时，在接触元件105和感测装置304之间形成物理接触。可以理解的是，在箭头501示出了沿着垂直于外表面106的方向上施加力的同时，在非垂直方向施加到外表面106的力仍能够在接触元件105和感测装置304之间形成物理接触。因此，当没有动作时，感测装置304和接触元件105处于静止位置，由此感测装置未激活(即，没有提供可读取的力)，并且当形成物理接触时，感测装置304通过施加的机械相互作用而被激活。这将在图6和图7中进一步更详细地描述感测装置304。
图6
图6示出了一个实施例中组成感测装置304的多个层的剖面分解示意图。
在该实施例中，感测装置304包括多个层，当通过接触元件105向感测装置304施加机械相互作用时，这些层组合在一起以检测机械相互作用的大小和位置。在图6中，多个层以分解图稍微分开地示出，但是，应当理解的是，这些层可在静止位置相互接触但保持未激活状态，直至施加诸如压力的机械相互作用时才激活。
在该实施例中，感测装置304包括基层601和602。基层601和602可包括PET(聚对苯二甲酸乙二酯)基层，但应当理解的是，其他基层也同样适用。感测装置304还包括导电层603，该导电层包括银，以及两个另外的导电层604和605，该另外的导电层包括碳印刷材料。包括压敏可变电阻材料的中心层606夹在两个碳层604和605之间。在该实施例中，压敏可变电阻材料包括量子隧道复合材料。
这种特殊的布置提供了一种单点压力传感器，该压力传感器在向外部基层之一施加力时，通过压敏可变电阻材料来减小电阻，从而提供了一种用于检测施加的机械相互作用的位置和大小的装置。这种类型的单点压力传感器可从申请人英国Brompton-on-Swale的Peratech Holdco Limited获得。在一个实施例中，感测装置可检测三维笛卡尔轴上机械相互作用的大小和位置，从而沿着x,y位置上施加的力的力本身在z方向上可被确定。
图7
图7中示出了图6的示意图，并且示出了接触元件105对机械相互作用的响应。当在接触元件105的外表面106上施加机械相互作用时，在接触元件105的底接触面701上发生物理接触。应当理解的是，在先前图5的描述中，这种物理接触可以在接触元件105的侧接触面上发生，并且感测装置附接在腔201的对应的侧壁上。
当发生这种物理接触时，如图所示感测装置304的每个层均被压缩，以提供穿过可变电阻层的导电路径。因此，可通过本领域已知的方式利用合适的电路来确定力的大小和力的位置。
图8
以下将参照图8描述根据本发明的用于检测输入力的传感器的另一实施例。出于说明的目的，传感器801以分解形式示出。
传感器801包括壳体802，该壳体具有顶面803和设置在其中的腔804。以与前述传感器102类似的方式，传感器801还包括接触元件805，接触元件包括外表面806，并且在使用时被腔804环绕。当被腔804环绕时，外表面806和顶面803具有从外表面806延伸到顶面803的基本齐平的轮廓。
在该实施例中，腔804包括长通道807，该长通道具有两个纵向侧壁808和809，以及底壁810，并且这些壁中的每一个上均设有感测装置，该感测装置可与先前图6和7中描述的感测装置基本相似。接触元件805具有与腔804相互配合的轮廓，因此在该实施例中，接触元件805也被拉长。在该实施例中，接触元件的剖面轮廓为V形或U形的轮廓，从而腔804也具有相应的倒V形或倒U形的剖面轮廓。
使用时，在将机械相互作用施加到外表面806上时，接触元件805同样在接触元件805和感测装置之间形成物理接触。
因此，应当理解的是，传感器801以与传感器102基本相似的方式起作用，不同之处在于腔被拉长，并且感测装置和接触元件也同样被拉长以与腔的改变相对应。
图9
传感器801可以以图9的方式应用于电子设备中。在该实施例中，传感器801形成了电子设备901的一部分，在该示例中，电子设备901为移动电话。
传感器801沿着电话901的边缘902延伸，并向用户提供输入装置以控制移动电话901。由于传感器801具有沿着边缘902基本齐平的轮廓，从而能够以基本上不影响设计的方式结合到电子设备中。因此，使用时，用户903可将传感器801作为人体工学输入装置使用。
在该实施例中，用户903提供的输入力被配置为沿着外表面806施加的滑动力。因此，感测装置被配置为检测该机械相互作用，并将相应的输出提供给电子设备901。例如，滑动力可用于控制电话的输出音量，或者在设备上播放视频或其他媒体的情况下，可通快速滑动实现快进或快退。在另一实施例中，传感器801被配置为具有沿着外表面切换功能，从而可以通过以向上或向下的方式提供力来选择或打开或关闭不同的功能。
可以理解的是，尽管当前示例将电子设备描述为移动电话，任何其他合适的电子设备都可以利用本发明的传感器。例如，其他合适的电子设备可以是掌上电脑、笔记本电脑、平板电脑、音乐和/或视频播放器，或需要用户界面的其他非便携式电子设备。
图10
图10示出了利用图8的传感器801的又一实施例。图10示出了汽车形式的车辆1001，其在车辆保险杠1002中设置了传感器801。
在该实施例中，传感器801能够检测与传感器801接触的任何外部物体。这样，传感器801具有保护保险杠，并且对可能撞击车辆1001的任何物体作出反应。
应当理解的是，传感器801可以用在其他也需要检测外部物体以提供保护缓冲器的应用中。例如，机器人设备可包括与传感器801和/或传感器102基本相似的多个传感器，这些传感器设置在机器人设备的外部。这些传感器可用作碰撞检测器，以避免此类机器人设备受到来自任何撞击的损坏。

Claims (20)

1.一种用于检测输入力的传感器，包括：
壳体，具有腔和顶面；和
接触元件，被所述腔环绕，所述接触元件包括外表面；
所述腔包括具有内表面的至少一个壁，所述至少一个壁具有附接到其上并与所述至少一个壁的所述内表面对准的感测装置；
所述接触元件被配置为对所述外表面施加机械相互作用时，在所述接触元件和所述感测装置之间形成物理接触；其中
所述外表面和所述顶面具有从所述外表面延伸到所述顶面的基本齐平的轮廓。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述感测装置被配置为用于检测机械相互作用的大小和位置。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述感测装置被配置为检测三维笛卡尔轴上机械相互作用的大小和位置。
4.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中，所述感测装置为单点压力传感器。
5.根据权利要求4所述的传感器，其中，所述单点压力传感器包括量子隧道复合材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器，其中，所述腔包括四个侧壁和一个底壁，每个所述壁均具有一个附接到其上的所述感测装置。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器，其中，所述腔包括具有两个纵向侧壁和一个底壁的长通道，每个所述纵向侧壁和所述底壁均包括一个所述感测装置。
8.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中，所述接触元件和所述腔各自包括相互配合的轮廓。
9.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中，所述接触元件包括V形的剖面轮廓。
10.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中，所述接触元件包括弹性体材料。
11.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中，所述外表面包括模制部分，所述模制部分包括指形轮廓。
12.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中，所述传感器被配置为检测外部物体，以提供保护缓冲器。
13.一种检测输入力的方法，包括以下步骤：
提供传感器，该传感器具有在其中限定腔的壳体，以及被所述腔环绕的接触元件；
对所述接触元件的外表面施加机械相互作用，所述外表面和所述壳体的顶面具有从所述外表面延伸到所述顶面的基本齐平的轮廓；
在所述接触元件和感测装置之间形成物理接触，所述感测装置与所述腔的侧壁的内表面附接并对准；
响应于所述物理接触，检测所述机械相互作用的特性。
14.根据权利要求13所述的检测输入力的方法，其中，所述机械相互作用的特性包括沿着三个轴的力的大小和力的位置。
15.根据权利要求13或14所述的检测输入力的方法，还包括以下步骤：检测与所述传感器接触的外部物体，以提供保护缓冲器。
16.根据权利要求13或14所述的检测输入力的方法，其中，所述施加机械相互作用的步骤包括沿着所述外表面提供滑动力。
17.根据权利要求13或14所述的检测输入力的方法，其中，所述施加机械相互作用的步骤包括沿着所述外表面提供切换功能。
18.一种用于检测输入力的传感器的制造方法，包括以下步骤：
形成具有顶面的壳体；
在所述壳体上形成包括至少一个壁的腔；
将感测装置与所述至少一个壁的内表面对准；
将所述感测装置附接到所述至少一个壁的所述内表面上；以及
将接触元件定位在所述腔中，使得所述接触元件被所述腔环绕，并且使得所述接触元件的外表面和所述顶面具有从所述外表面延伸到所述顶面的基本齐平的轮廓；
向所述外表面施加机械相互作用时所述接触元件可在所述接触元件和所述感测装置之间形成物理接触。
19.根据权利要求18所述的制造方法，其中，在将所述接触元件定位到腔中的步骤中，所述接触元件的定位使得所述接触元件与所述腔相互配合。
20.根据权利要求19所述的制造方法，其中，所述接触元件被形成为具有V形的剖面轮廓。
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