CN104123017B - 位置指针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种位置指针，设置滑动杠杆、凹凸配合的动定电极实现位置指针的侧向压力测量。

Description

位置指针

技术领域：

本发明涉及一种位置指针，可测量侧向压力。

背景技术：

现有的数位板系统比如点读机、数位板、手写平板电脑、电子白板、电容笔等系统中，都是IT设备的坐标输入装置，作为笔形输入设备都有检测笔尖压力的需要，而现有的系统中多数应用检测笔尖的轴向压力可以满足要求，而在一些情况下要求笔尖的轴向压力和侧向压力都检测。比如模拟铅笔的横向抹的笔法。

专利号为200910084874.9的发明专利“可测量侧向压力的手写输入装置”，提出了侧向压力位置指针，基本解决了侧向压力检测问题，专利号为200810092529.5的发明专利“位置指针器及坐标输入装置”，提出同样的侧向压力位置指针解决方案，还提出了模拟毛笔的方案，由于其考虑到了侧向压力时转向接触面需要较大的接触压力进而会产生较大的摩擦力，其还提出了滚珠方案，将滑动摩擦转换成滚动摩擦，但这样的设计过于复杂。

发明内容：

本发明的目的在于实现一种可测量侧向压力位置指针，是一种新的可侧向压力检测的位置指针的解决方案；

为了达到上述目的实现本发明提出以下方案，

一种位置指针，包括：

壳体，作为各个部件的容器；

芯体，可相对壳体运动，突出壳体之外，作为杠杆结构的杆；

所述杠杆包括滑动杠杆支点；

笔尖位于所述芯体前端；

压力传感器，包括动电极、定电极，将力变化转换成所述动电极、定电极之间的阻抗变化；

所述动电极位于所述芯体的末端；

所述定电极与所述壳体固定配置；

所述压力传感器的动、定电极的结合部，具有电极凹陷部和电极凸起部；

所述电极凹陷部和电极凸起部相互配合；

所述电极凹陷部具有内侧壁；

所述电极凸起部具有外侧壁。

可以配置成：

所述电极凹陷部具有底；

所述电极凸起部具有顶。

可以配置成：

所述滑动杠杆支点与壳体结合部配置为弧状结构(11)。

可以配置成：

所述压力传感器是电容式传感器；

所述电容式传感器包括定电极，所述定电极包括定电极导体(211)；所述电容式传感器包括软性电极；具有电介质位于定电极导体和所述软性电极之间。

所述定电极包括电介质(212)；

所述电介质包括凹陷部；

所述动电极包括芯体骨架。

可以配置成：

所述芯体骨架为导电体，所述软性电极位于所述定电极 导体和所述芯体骨架之间。

可以配置成：

所述芯体骨架为塑料材料表面电镀。

可以配置成：

所述芯体骨架与金属弹簧连接；

所述金属弹簧使笔芯始终保持与电介质保持接触的状态。

可以配置成：

所述软性电极配置成球形。

可以配置成：

所述凹陷部配置成筒形。

可以配置成：

所述凹陷部顶端配置成球冠形状。

可以配置成：

所述定电极 导体配置在所述电介质的外顶部。

可以配置成：

所述定电极 导体配置在所述电介质的外顶部和外侧壁部。

可以配置成：

所述软性电极配置成球形；

所述电介质外形为圆柱；

所述凹陷部配置成筒形；

所述凹陷部顶端配置成球冠形状。

可以配置成：

所述软性电极配置成圆柱加球冠顶；

所述电介质外形为圆柱加球冠顶；

所述凹陷部配置成筒形；

所述凹陷部顶端配置成球冠形状。

可以配置成：

所述软性电极配置成圆柱加球冠顶；

所述电介质外形为圆柱；

所述凹陷部配置成筒形。

可以配置成：

所述金属弹簧由挠性连接部与线路板连接。

可以配置成：

所述芯体包括可拆卸的伸出端子；

所述伸出端子配置有孔与所述芯体骨架伸出部分结合成所述芯体；

所述伸出端子靠近笔尖侧具有球冠形，使得所述笔尖可以几乎横向操作。

可以配置成：

所述压力传感器是电阻式传感器；

所述电阻式传感器包括至少两电极，可变电阻；

所述电极中第一电极为导电橡胶，同时起到可变电阻的功能；

所述电极中第二电极为硬性电极呈筒形。

配置成所述笔尖的侧向压力被所述杠杆反向通过所述动电极施加到所述定电极上。

透过上面的技术方案，可以看到本发明可以实现本发明的目的并且简化了设计；增加了可操作角度。

附图说明：

图1本发明的力学原理示意图

图2本发明的实施例结构剖面图

图3局部放大结构剖面图

图4电容传感器的可替换实施例结构示意图

图5电容传感器的可替换实施例结构示意图

图6电容传感器的可替换实施例结构示意图

图7电容传感器的可替换实施例结构示意图

图8本发明的坐标输入装置的实施方式示意图

图9本发明的电容传感器实施例的电路图

图10本发明的电阻传感器实施例的电路图

图中标号列表

1：壳体

11：滑动杠杆支点

2：芯体

21：定电极

211：电容传感器银浆电极

212：电容传感器电介质

22：动电极

221：电容传感器导电橡胶电极

222：芯体骨架

23：芯体伸出端子

24：防尘软垫

3：笔芯骨架

31：电极连接弹簧

32：笔芯骨架盖

4：电感线圈

5：主线路板

6：挠性电路板

7：坐标检测装置

C1、C3：电容

C2：力-电容传感器

L1：电感线圈

R1：损耗等效电阻

R2：力-电阻传感器

S1：开关

具体实施方式：

下面使用本发明的实施例说明系统原理、实现方法。

图1说明的是本发明的简化的实施例力学基本原理，芯体由伸出端、电极端组成，壳体的前端开孔形成滑动杠杆支点，芯体的电极端是传感器的动电极，定电极与壳体位置相对固定，动电极伸入定电极中，芯体与支点摩擦系数尽量做小，一般情况下芯体的伸出端受到的力分为轴向压力和侧向压力，轴向压力方向不变通过动电极施加到定电极上，侧向压力则被杠杆反向通过动电极施加到定电极上，从而改变传感器的阻抗。传统的平面电极接触面传感器笔倾斜角很大时，所有的侧向力被壳体抵消了并没有作用在传感器有效部位上，所以工作效果差或者基本不能工作，本发明则可以很好的工作。

图2是本发明的实施例结构剖面图，揭示了本发明的位置指针的基本构成，和主要部件的相对位置，如图2所示，本发明的力-阻抗转换传感器配置在笔的下端，电感线圈配置在传感器的靠上部分，主线路板配置在最上方。电感线直接焊接在主线路板上。

图3是本发明的实施例放大结构剖面图，电极连接弹簧与芯体骨架压接在一起，芯体骨架为导体(可以使用塑料表面电镀)，电极连接弹簧与挠性线路板环形焊盘压接在一起，挠性线路板焊接在主线路板上，这样传感器动电极通过挠性线路板与主线路板连接了一起；笔芯骨架盖起到支撑电极弹簧、限制笔芯向外运动距离的作用，电极弹簧还使笔芯始终保持与电介质保持接触的状态；定电极与挠性线路板圆形焊盘压接一起，挠性电路板焊接在主线路板上，这样定电极连接到了主线路板上；芯体伸出端子上设有孔洞，与芯体骨架的伸出部结合在一起，芯体伸出端子前端设有球冠状突起，芯体伸出端子的中间与框体结合部位设置防尘软垫；芯体与滑动杠杆支点的接触部分抛光处理，减小芯体轴向运动时的摩擦阻力，并且滑动杠杆支点设置弧状结构。

本发明的力学机构中的可替换配置有，将滑动支点上的弧形配置在芯体上；挠性电路板使用连线代替；电极弹簧使用软弹性导电体代替，比如导电橡胶；芯体伸出端子小型化、或者去掉；将防尘软垫去掉；改变不同杠杆结构力臂的长度等。

如图9本发明的电容传感器实施例的电路图，电容传感器将力的变换转换成电容的的变化，影响L1、C1组成的谐振电路的频率，如图8的坐标检测装置检测笔中谐振频率的变化从而计算出力的变化。

根据上面的原理，由于力转成电容的相对关系受到电介质、电极的距离形状、大小影响，其中距离和大小主要影响的是增益，通过实验可以非常容易确定，而对线性度影响较大的是形状，图4、图5、图6、图7列举了电极、电介质之间的不同形状配置方案，其中定电极有平面、立体桶装配置，电介质有平底、圆底配置，动电极有球形、柱形配置，图4-图7中只画出了这些特例，这些配置可以交叉排列组合使用；还可以将电介质的孔状凹陷深度降低甚至只剩球冠。另外可选配置是定电极使用局部增加孔、条纹改善不同部位的力-电容转换特性。

另外可选配置将电介质、导电橡胶的位置、形状互换配置。

另外可选配置将定电极设置成突出形状、动电极设置成凹陷形状。

本发明的另一实施例，使用力-电阻传感器，其结构与力-电容基本相同，不同在于将电容传感器中的电介质更换成导体即可，其中动电极的导电橡胶本身电阻会随着力的变化而变化，接入如图10所示的原理图，当传感器电阻R2变化时，影响L1、C1组成的谐振电路的Q值，如图8的坐标检测装置检测笔中谐振电路的Q值的变化从而计算出力的变化。

注：说明书记载的具体实施方式，是优选的实施方案，其可以整体上说明发明的目的、手段和效果，并不是发明实例穷举。

Claims (19)

1.一种位置指针，其特征在于包括：

壳体，作为各个部件的容器；

芯体，可相对壳体运动，突出壳体之外，作为杠杆结构的杆；

所述杠杆包括滑动杠杆支点；

笔尖位于所述芯体前端；

压力传感器，包括动电极、定电极，将力变化转换成所述动电极、定电极之间的阻抗变化；

所述动电极位于所述芯体的末端；

所述定电极与所述壳体固定配置；

所述压力传感器的动、定电极的结合部，具有电极凹陷部和电极凸起部；

所述电极凹陷部和电极凸起部相互配合；

所述电极凹陷部具有内侧壁；

所述电极凸起部具有外侧壁。

2.根据权利要求1所述的位置指针，其特征在于：

所述电极凹陷部具有底；

所述电极凸起部具有顶。

3.根据权利要求1所述的位置指针，其特征在于：

所述滑动杠杆支点与壳体结合部配置为弧状结构(11)。

4.根据权利要求1所述的位置指针，所述压力传感器是电容式传感器；

所述电容式传感器包括定电极，所述定电极包括定电极导体(211)；所述电容式传感器包括软性电极；具有电介质位于定电极导体和所述软性电极之间， 其特征在于：

所述定电极包括电介质(212)；

所述电介质包括凹陷部；

所述动电极包括芯体骨架。

5.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述芯体骨架为导电体，所述软性电极位于所述定电极 导体和所述芯体骨架之间。

6.根据权利要求5所述的位置指针，其特征在于：

所述芯体骨架为塑料材料表面电镀。

7.根据权利要求5所述的位置指针，其特征在于：

所述芯体骨架与金属弹簧连接；

所述金属弹簧使笔芯始终保持与电介质保持接触的状态。

8.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述软性电极配置成球形。

9.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述凹陷部配置成筒形。

10.根据权利要求8所述的位置指针，其特征在于：

所述凹陷部顶端配置成球冠形状。

11.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述定电极 导体配置在所述电介质的外顶部。

12.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述定电极 导体配置在所述电介质的外顶部和外侧壁部。

13.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述软性电极配置成球形；

所述电介质外形为圆柱；

所述凹陷部配置成筒形；

所述凹陷部顶端配置成球冠形状。

14.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述软性电极配置成圆柱加球冠顶；

所述电介质外形为圆柱加球冠顶；

所述凹陷部配置成筒形；

所述凹陷部顶端配置成球冠形状。

15.根据权利要求4所述的位置指针，其特征在于：

所述软性电极配置成圆柱加球冠顶；

所述电介质外形为圆柱；

所述凹陷部配置成筒形。

16.根据权利要求7所述的位置指针，其特征在于：

所述金属弹簧由挠性连接部与线路板连接。

17.根据权利要求1所述的位置指针，其特征在于：

所述芯体包括可拆卸的伸出端子；

所述伸出端子配置有孔与所述芯体骨架伸出部分结合成所述芯体；

所述伸出端子靠近笔尖侧具有球冠形。

18.根据权利要求1所述的位置指针，其特征在于：

所述压力传感器是电阻式传感器；

所述电阻式传感器包括至少两电极，可变电阻；

所述电极中第一电极为导电橡胶，同时起到可变电阻的功能；

所述电极中第二电极为硬性电极呈筒形。

19.根据权利要求1所述的位置指针，其特征在于：

所述笔尖的侧向压力被所述杠杆反向通过所述动电极施加到所述定电极上。