CN201765576U - 一种压电式触摸检测*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于触摸传感器技术领域，提供了一种压电式触摸检测***，包括顺次连接并形成一闭环结构的中央控制单元、驱动信号发生单元、触摸传感器以及触摸感应检测单元；触摸传感器依次包括驱动电极层、压电材料层、感应电极层；驱动电极层上包括一个或多个驱动电极，感应电极层上包括一个或多个感应电极；触摸感应检测单元包括一个或多个与感应电极连接的子检测单元，每一个子检测单元包括电容、阻抗元件、分压电阻和A/D转换器；电容通过阻抗元件与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与中央控制单元连接，分压电阻一端连接于阻抗元件与A/D转换器的输入端之间的节点，另一端接地。本实用新型不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置。
Description
技术领域
本实用新型属于触摸传感器技术领域，尤其涉及一种压电式触摸检测***。
背景技术
当前的触摸感应检测技术有很多种，例如电阻式、电容式、电感式、红外式、超声波以及压电式。
以上检测技术中除压电式外，都能对按键位置甚至个数达到比较好的检测精度，但由于其本身原理的缺陷，无法有效检测出按键的压力。
压电式检测技术虽然能够有效检测出按键的压力大小，但受制于压电材料在按键过程中产生的电荷被消耗后其检测信号也同时衰减至零，这样当手指在传感器表面滑动时，它难以实现坐标的准确定位，甚至在滑动过程中会使坐标的检测经常跳变。
总之，目前的触摸感应检测技术无法兼顾准确的位置检测和压力大小的检测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种压电式触摸检测***，旨在不增加传感器结构复杂度的情况下，使触摸传感器具有准确的位置检测和压力大小的检测功能。
本实用新型是这样实现的，一种压电式触摸检测***，包括顺次连接并形成一闭环结构的中央控制单元、驱动信号发生单元、触摸传感器以及触摸感应检测单元；
所述触摸传感器依次包括驱动电极层、压电材料层、感应电极层；所述驱动电极层上包括一个或多个驱动电极，所述感应电极层上包括一个或多个感应电极；
所述触摸感应检测单元包括一个或多个与所述感应电极连接的子检测单元，每一个子检测单元包括电容、阻抗元件、分压电阻和A/D转换器；所述电容通过所述阻抗元件与所述A/D转换器的输入端连接，所述A/D转换器的输出端与所述中央控制单元连接，所述分压电阻一端连接于所述阻抗元件与所述A/D转换器的输入端之间的节点，另一端接地。
进一步地，所述驱动电极层和所述感应电极层分别通过导电材料紧密粘贴于所述压电材料层的两侧。
进一步地，所述导电材料为导电胶。
进一步地，所述触摸传感器安装于触摸按键下方。
进一步地，所述触摸传感器还包括一位于所述驱动电极层外侧的保护层。
进一步地，所述保护层为玻璃板或亚克力板。
本实用新型中，通过设置一与感应电极连接的电容，可以防止按键过程中感应极端产生的电荷被中和，从而保证检测信号在整个按键过程中能够持续存在，使得触摸检测***不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置，区别于传统压电检测的检测信号只能在按键瞬间存在而位置检测不准确的缺陷。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的压电式触摸检测***的结构原理图；
图2是图1中的触摸传感器的纵截面侧视图；
图3是图2中的触摸传感器的俯视图；
图4是图1中的触摸传感器和触摸感应检测单元的具体电路结构图；
图5是根据图4所示电路结构扩展而成的多个驱动电极与一个感应电极之间的连接关系图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例中，由于感应极与驱动极之间存在压电材料，因而可以检测出按键压力大小，又通过设置一与感应电极连接的电容，可以防止按键过程中感应极端产生的电荷被中和，从而保证检测信号在整个按键过程中能够持续存在，使得触摸检测***不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置，区别于传统压电检测的检测信号只能在按键瞬间存在而位置检测不准确的缺陷。
图1示出了本实用新型实施例提供的压电式触摸检测***的结构原理，为了便于描述，仅是示出了与本实施例相关的部分。
参照图1，中央控制单元11、驱动信号发生单元12、触摸传感器13以及触摸感应检测单元14顺次连接并形成一闭环结构，其中，中央控制单元11控制驱动信号发生单元12输出驱动信号，该驱动信号对触摸传感器13进行驱动，而触摸传感器13可安装于触摸按键下方，当用户有触摸动作时，触摸传感器13上的压电信号会随之变化。触摸感应检测单元14对触摸传感器13上的压电信号进行检测并将检测结果输出至中央处理单元11，由中央处理单元11进行计算和处理。
图2是图1中的触摸传感器13的纵截面侧视图，触摸传感器13依次包括驱动电极层132、压电材料层133(如压电石英等)、感应电极层134。在驱动电极层132上又包括一个或多个驱动电极，在感应电极层134上包括一个或多个感应电极。另外，还可在驱动电极层132外侧设置一保护层131，以保护触摸传感器13内部的其余各层，保护层131可以为玻璃板或亚克力板或其他硬度较高的物质。驱动电极层132和感应电极层134需用导电胶等导电材料紧密粘贴在压电材料层133的两侧，因为压电材料属于半导体，本身不能导电，只有导电电极与其紧密贴合才能将它在按压时产生的电荷顺利导出。
图3为图2中的触摸传感器的俯视图，驱动电极层132上的驱动电极和感应电极层134上的感应电极均采用矩形长条，且它们之间的位置是垂直交叉的，应当理解，具体实施时驱动电极和感应电极的形状不限于此(例如可以是锯齿长条形)，而且它们之间的交叉关系也不必垂直，只要不平行即可。
图4示出了图1中的触摸传感器和触摸感应检测单元的具体电路结构，其中D表示驱动电极层上的驱动电极，M表示压电材料层，S表示感应电极层上的感应电极。具体连接关系为：电容C通过阻抗元件R1与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与中央控制单元11连接，分压电阻R2一端连接于阻抗元件R1与A/D转换器的输入端之间的节点，另一端接地。上述阻抗元件R1可以是设计需要加入的电阻，也可以是ITO的走线电阻，分压电阻R2参与和电容C、阻抗元件R1的分压，AD为模数转换器则将检测到的电压值最终送给中央控制单元11进行计算和处理。
应当理解，对于触摸传感器上包含多个感应电极的情形，需要多组电容C、阻抗元件R1、分压电阻R2以及A/D转换器，其中每一组电容C、阻抗元件R1、分压电阻R2以及A/D转换器组成了触摸感应检测单元14中的一个子检测单元，每个子检测单元与每个感应电极一一对应连接。
下面结合图1至图4，对本实用新型实施例提供的压电式触摸检测***如何检测得到被触摸按键的位置、数目及相应的压力大小进行说明，其中驱动信号使用任意形式的信号，以交流为佳，如方波、正弦波或三角波，图4中以方波作为示范。
当驱动信号的频率、阻抗元件R1、分压电阻R2和电容C的参数满足一定条件后，在各个器件的两端均会有一定的电压差。这时当被触摸按键产生压力后，驱动电极D和感应电极S上相当于再次叠加了一直流电压，从而使各器件两端的电压差变化(R2两端的电压也随之变化)，且压力越大，叠加的直流电压越高，最终各器件两端的电压变化也越大，AD转换器对应的检测电压也相应变化，从而中央控制单元11可以根据信号的强度感知按键压力的大小。
另外按键时，其按键中心的压力最大，依次往外呈现逐渐衰减的过程，再加上电容C的存在可使压电材料层M上的电荷不会被中和掉，所以按键后的检测信号可以保持一直稳定，最终使得中央控制单元11可以根据各个感应点上的数据大小、比例可以获得按键的具***置，检测精度和稳定性比传统技术要高。
在图2、图3中，驱动电极与感应电极的每一个交叉点就相当于图4中的一个电路。检测过程中，先将某一驱动电极施加驱动，其它驱动电极均断开，就能检测该驱动电极和与其交叉的各感应电极上是否存在按键压力。以此类推，就可以把整个传感器面上所有驱动电极与感应电极之间所有交叉点上的按键压力检测出来，从而得到被触摸按键的数目。显然驱动与感应电极的数目越多，理论上能达到的精度也将越高，具体的数目可以根据传感器的大小和所需精度综合决定。
本实施例中对具体的检测顺序不限，可以是先针对一个感应电极，检测所所有与它对应的驱动电极交叉点上的压力，如图5所示，检测之前，驱动电极D1～Dn与压电材料的一侧是完全断开的，当检测开始之后，各驱动电极分别先后与压电材料层M接通，对它们与感应电极S的交叠处的压力进行一一检测。当然，也可以多个驱动极一组的形式进行驱动检测，但对于没有进行检测的驱动电极需与压电材料断开，以防止它们在检测电路中加入其它的回路信号，对检测的精度造成影响。依次类推，通过上述方法可再一一检测出其它感应电极与各驱动电极之间的压力。
本实用新型实施例中，通过设置一与感应电极连接的电容，可以防止按键过程中感应极端产生的电荷被中和，从而保证检测信号在整个按键过程中能够持续存在，使得触摸检测***不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置，区别于传统压电检测的检测信号只能在按键瞬间存在而位置检测不准确的缺陷。该压电式触摸检测***的技术原理对单个驱动-感应电极对或矩阵式的多个驱动-感应电极对的情形均可适用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种压电式触摸检测***，其特征在于，包括顺次连接并形成一闭环结构的中央控制单元、驱动信号发生单元、触摸传感器以及触摸感应检测单元；
所述触摸传感器依次包括驱动电极层、压电材料层、感应电极层；所述驱动电极层上包括一个或多个驱动电极，所述感应电极层上包括一个或多个感应电极；
所述触摸感应检测单元包括一个或多个与所述感应电极连接的子检测单元，每一个子检测单元包括电容、阻抗元件、分压电阻和A/D转换器；所述电容通过所述阻抗元件与所述A/D转换器的输入端连接，所述A/D转换器的输出端与所述中央控制单元连接，所述分压电阻一端连接于所述阻抗元件与所述A/D转换器的输入端之间的节点，另一端接地。
2.如权利要求1所述的压电式触摸检测***，其特征在于，所述驱动电极层和所述感应电极层分别通过导电材料紧密粘贴于所述压电材料层的两侧。
3.如权利要求2所述的压电式触摸检测***，其特征在于，所述导电材料为导电胶。
4.如权利要求1所述的压电式触摸检测***，其特征在于，所述触摸传感器安装于触摸按键下方。
5.如权利要求1所述的压电式触摸检测***，其特征在于，所述触摸传感器还包括一位于所述驱动电极层外侧的保护层。
6.如权利要求5所述的压电式触摸检测***，其特征在于，所述保护层为玻璃板或亚克力板。
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