CN105808009B - 一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置 - Google Patents

一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置，在压感传感器中，包括：第一基板、第二基板、封框胶，公共电极、压感检测电极和压感检测电路；其中封框胶密封且支撑第一基板和第二基板，可以保证在没有压力作用时压感检测电极与公共电极之间相互绝缘；压感检测电极与公共电极仅在当第一基板和/或第二基板受到压力作用时接触，从而保证压感检测电极仅在基板受压力作用时才有电压产生，从而保证压感检测电路通过检测各压感检测电极上的电压值来判断触控位置，实现一种结构简单的压感传感器。

Description

一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置
技术领域
本发明涉及压感触控技术领域，尤指一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置。
背景技术
压力感应技术是指对外部受力能够实施探测的技术，这项技术很久前就运用在工控，医疗等领域。压感传感器的种类繁多，如电阻应变片压感传感器、半导体应变片压感传感器、压阻式压感传感器、电感式压感传感器、电容式压感传感器、谐振式压感传感器及电容式加速度压感传感器等。
但是目前使用的压感传感器的结构比较复杂，因此如何设计一种结构简单的压感传感器是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置，用以实现一种结构简单的压感传感器。
本发明实施例提供的一种压感传感器，包括：相对设置的第一基板和第二基板；
密封连接所述第一基板和所述第二基板边缘且支撑所述第一基板与所述第二基板的封框胶；
位于所述第一基板面向所述第二基板一侧的公共电极；
位于所述第二基板面向所述第一基板一侧的多个相互独立的压感检测电极；且仅当对所述第一基板和所述第二基板中至少一个基板施加的压力满足预设条件时，与所述基板受力位置对应位置处的所述压感检测电极与所述公共电极接触；
用于向所述公共电极施加压感检测信号，并通过检测各所述压感检测电极上的电压值来判断触控位置的压感检测电路。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述压感检测电极与所述第二基板平行的横截面的面积随着所述横截面距离所述第二基板的距离的增大而减小。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述压感检测电极为锥状结构或圆台状结构。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述压感检测电极的材料为碳纳米管。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述压感检测电极包括位于所述第二基板面向所述第一基板一侧的第一电极部，以及位于所述第一电极部面向所述第一基板一侧的第二电极部；其中，
所述第一电极部在所述第二基板的正投影覆盖所述第二电极部在所述第二基板的正投影；
所述第二电极部与所述第二基板平行的横截面的面积随着所述横截面距离所述第二基板的距离的增大而减小。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述第二电极部为锥状结构或圆台状结构。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述第二电极部的材料为碳纳米管。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述公共电极包括位于所述第一基板面向所述第二基板一侧的第三电极部，以及位于所述第三电极部面向所述第二基板一侧，且与各所述压感检测电极一一对应的第四电极部；其中，
所述第三电极部为面状结构；
所述第四电极部与所述第一基板平行的横截面的面积随着所述横截面距离所述第一基板的距离的增大而减小。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述第四电极部为锥状结构或圆台状结构。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述第四电极部的材料为碳纳米管。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，所述第一基板和所述第二基板中至少一个基板为柔性基板。
相应地，本发明实施例还提供了一种触觉反馈装置，包括本发明实施例提供的上述任一种压感传感器和触觉反馈电路；其中，
所述触觉反馈电路位于所述第一基板背离所述第二基板一侧，或位于所述第二基板背离所述第一基板一侧，用于根据接收的终端设备发送的指令对接触所述触觉反馈电路的主体产生电压脉冲刺激；
所述压感传感器还用于将确定的触控位置信息发送给终端设备。
相应地，本发明实施例还提供了一种应用于虚拟现实系统中的手套，至少在所述手套的手心一侧包括本发明实施例提供的上述触觉反馈装置；其中，
所述触觉反馈装置中的所述压感传感器的第一基板和第二基板均为柔性基板；
所述触觉反馈电路为柔性电路，且位于所述手套的内侧。
相应地，本发明实施例还提供了一种应用于虚拟现实系统中的头盔，包括本发明实施例提供的上述触觉反馈装置；其中，
所述触觉反馈装置中的所述压感传感器的第一基板和第二基板均为柔性基板；
所述触觉反馈电路为柔性电路，且位于所述头盔的内侧。
相应地，本发明实施例还提供了一种虚拟现实系统，包括终端设备，还包括：本发明实施例提供的上述手套；和/或本发明实施例提供的上述头盔。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置，在压感传感器中，包括：第一基板、第二基板、封框胶，公共电极、压感检测电极和压感检测电路；其中封框胶密封且支撑第一基板和第二基板，可以保证在没有压力作用时压感检测电极与公共电极之间相互绝缘；压感检测电极与公共电极仅在当第一基板和/或第二基板受到压力作用时接触，从而保证压感检测电极仅在基板受压力作用时才有电压产生，从而保证压感检测电路通过检测各压感检测电极上的电压值来判断触控位置，实现一种结构简单的压感传感器。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的压感传感器的结构示意图；
图2a和图2b分别为本发明实施例二提供的压感传感器的结构示意图；
图3a和图3b分别为本发明实施例三提供的压感传感器的结构示意图；
图4为本发明实施例四提供的压感传感器的结构示意图；
图5a和图5b分别为本发明实施例五提供的压感传感器的结构示意图；
图6a至图6d分别为本发明实施例六提供的压感传感器的制备方法在执行各步骤后的结构示意图；
图7为本发明实施例七提供的触觉反馈装置的结构示意图；
图8为本发明实施例八提供的手套的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供的一种压感传感器，如图1所示，包括：相对设置的第一基板10和第二基板20；
密封连接第一基板10和第二基板20边缘且支撑第一基板10与第二基板20的封框胶30；
位于第一基板10面向第二基板20一侧的公共电极11；
位于第二基板20面向第一基板10一侧的多个相互独立的压感检测电极21；且仅当对第一基板10和第二基板20中至少一个基板施加的压力满足预设条件时，与该基板受力位置对应位置处的压感检测电极21与公共电极11接触；
用于向公共电极11施加压感检测信号，并通过检测各压感检测电极21上的电压值来判断触控位置的压感检测电路(图1中未示出)。
本发明实施例提供的上述压感传感器，包括：第一基板、第二基板、封框胶，公共电极、压感检测电极和压感检测电路；其中封框胶密封且支撑第一基板和第二基板，可以保证在没有压力作用时压感检测电极与公共电极之间相互绝缘；压感检测电极与公共电极仅在当第一基板和/或第二基板受到压力作用时接触，从而保证压感检测电极仅在基板受压力作用时才有电压产生，从而保证压感检测电路通过检测各压感检测电极上的电压值来判断触控位置，实现一种结构简单的压感传感器。
下面通过几个具体的实施例对本发明进行说明。
实施例一：
在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图1所示，压感检测电极21为柱状结构。这样当第一基板10和/或第二基板20受到压力作用时，就可以使压感检测电极21与公共电极接触。
实施例二：
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图2a和图2b所示，压感检测电极21与第二基板20平行的横截面的面积随着该横截面距离第二基板20的距离的增大而减小。即相当于将压感检测电极设置成“上细下粗”的结构，“上”是指远离第二基板的方向，“下”是指靠近第二基板的方向。这样“下粗”可以增大压感检测电极与第二基板的接触面积，从而增加黏着力，“上细”不仅可以减轻重量，还可以增大相邻压感检测电极之间的距离，从而避免互相干扰。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图2a所示，压感检测电极21为锥状结构，或如图2b所示，压感检测电极21为圆台状结构。
在具体实施时，锥状结构可以是圆锥状结构，也可以是棱锥状结构，在此不作限定。
较佳地，在具体实施时，在本发明实施例一和实施例二提供的上述压感传感器中，压感检测电极的材料为碳纳米管。这是由于碳纳米管的导电性好，工艺生长相对简单，并且尺寸可以做到微米尺度。当然压感检测电极的材料也可以为其它导电材料，在此不作限定。
进一步地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，当压感检测电极的材料为碳纳米管时，压感检测电极可以通过喷墨打印设备通过喷墨打印的方式形成，在此不作限定。
实施例三：
在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图3a和图3b所示，压感检测电极21包括位于第二基板20面向第一基板10一侧的第一电极部211，以及位于第一电极部211面向第一基板10一侧的第二电极部212；其中，
第一电极部211在第二基板20的正投影覆盖第二电极部212在第二基板20的正投影；
第二电极部212与第二基板20平行的横截面的面积随着横截面距离第二基板20的距离的增大而减小。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图3a所示，第二电极部212为锥状结构，或，如图3b所示，第二电极部212为圆台状结构。
进一步地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，第一电极部的材料可以为金属、透明导电氧化物或其它导电材料，在此不作限定。
由于碳纳米管的导电性好，工艺生长相对简单，并且尺寸可以做到微米尺度。因此，较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，第二电极部212的材料为碳纳米管。在具体实施时，可以通过喷墨打印设备通过喷墨打印的方式形成，也可以通过在第一电极部上生长碳纳米管的方式形成第二电极部，在此不作限定。
进一步地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，第一电极部和第二电极部可以是采用相同的材料，也可以是采用不同的材料。
较佳地，在上述实施例提供的压感传感器中，第一电极部与第二电极部采用相同的材料，这样在制备时可以采用一次构图工艺就同时。
进一步地，在本发明实施例一至实施例三提供的上述压感传感器中，如图1至图3b所示，公共电极11为面状结构。这样压感检测电路只要通过一根导线就可以向公共电极施加电压，从而简化结构。当然，在具体实施时，也可以将公共电极切割成多块，但是这样不仅会增加Mask工艺，而且会增加导线。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，公共电极的材料可以为金属、透明导电氧化物或其它导电材料，在此不作限定。
实施例四：
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图4所示，公共电极11包括位于第一基板10面向第二基板20一侧的第三电极部111，以及位于第三电极部111面向第二基板20一侧，且与各压感检测电极21一一对应的第四电极部112；其中，
第三电极部111为面状结构；
第四电极部112为柱状结构。
这样当第一基板10和/或第二基板20受到压力作用时，就可以使压感检测电极21与第四电极部112接触。
实施例五：
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图5a和图5b所示，第四电极部112与第一基板10平行的横截面的面积随着该横截面距离第一基板10的距离的增大而减小。这样不仅可以增大第四电极部与第三电极部的接触面积，从而增加黏着力，而且可以减轻重量，增大相邻第四电极部之间的距离，从而避免互相干扰。
较佳地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图5a所示，第四电极部112为锥状结构，或如图5b所示，第四电极部112为圆台状结构。
在具体实施时，锥状结构可以是圆锥状结构，也可以是棱锥状结构，在此不作限定。
进一步地，在本发明实施例四和实施例五提供的上述压感传感器中，第三电极部和第四电极部可以是采用相同的材料，也可以是采用不同的材料。
较佳地，在上述实施例提供的压感传感器中，第三电极部与第四电极部采用相同的材料，这样在制备时可以采用一次构图工艺就同时形成第三电极部和第四电极部的图形。
进一步地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，第三电极部的材料可以为金属、透明导电氧化物或其它导电材料，在此不作限定。
较佳地，由于碳纳米管的导电性好，工艺生长相对简单，并且尺寸可以做到微米尺度，在上述实施例提供的压感传感器中，第四电极部的材料可以为碳纳米管。
在具体实施时，当第四电极部的材料为碳纳米管时，第四电极部可以通过喷墨打印设备通过喷墨打印的方式形成，也可以通过在第三电极部上生长碳纳米管的方式形成，在此不作限定。
进一步地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，如图4至图5b所示，压感检测电极21为块状结构，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例四和实施例五提供的上述压感传感器中，压感检测电极的材料可以为金属、透明导电氧化物或其它导电材料，在此不作限定。
进一步地，在本发明实施例提供的上述压感传感器中，第一基板和所述第二基板中至少一个基板为柔性基板。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述压感传感器，压感检测电极在第二基板上呈矩阵排列。
具体地，本发明实施例提供的上述压感传感器，当压感检测电极呈矩阵排列时，压感检测电路逐行采集各压感检测电极的电压，并将采集的电压通过通用输入/输出(General Purpose Input Output，GPIO)接口输入给微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，MCU将模拟信号转换为记为0，1的数字信号并存储到存储器中，根据存储器中存储的数字信号就能够判断处触控的位置。在具体实施时，由于按压作用的时间以及材料形变后恢复原形的时间一般在1s左右，因此为了满足对各个接口的电压处理以和存储，采样的频率设置为10K以上。
下面通过一个实施例说明本发明实施例提供的上述压感传感器的制备方法。
实施例六：
(1)在第一基板10上形成公共电极的图形，如图6a所示；
在具体实施时，公共电极的材料为铟锡氧化物(ITO)、铜(Cu)等。
(2)在第二基板20上形成第一电极部211的图形，如图6b所示；
在具体实施时，补偿电极的材料选为ITO。
(3)在各第一电极部211上形成第二电极部212的图形，如图6c所示；
在具体实施时，压感检测电极的材料为碳纳米管，采用喷墨打印的方式或表面生长的形成。
(4)在第二基板20的周边涂一圈封框胶30，如图6d所示；
(5)将第一基板10与第二基板20进行对盒，并且对盒后采用紫外线对封框胶进行固化处理，从而形成如图3a所示的压感传感器。
以上仅是对其中一种结构的压感传感器的制备方法进行说明，其它结构的方法相似，在此不作详述。
实施例七：
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种触觉反馈装置100，如图7所示，包括触觉反馈电路2和本发明实施例提供的上述任一种压感传感器1；其中，
触觉反馈电路2位于第一基板10背离第二基板20一侧，或位于第二基板20背离第一基板10一侧，用于根据接收的终端设备发送的指令对接触该触觉反馈电路的主体产生电压脉冲刺激；
压感传感器1还用于将确定的触控位置信息发送给终端设备。
这样终端设备利用压感传感器确定人体触控的位置，终端设备利用触觉反馈电路对人体进行电压脉冲刺激，从而可以实现人机交互。
实施例八：
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种应用于虚拟现实系统中的手套，如图8所示，至少在手套的手心一侧包括本发明实施例提供的上述触觉反馈装置(图8中为具体示出，仅是示出压感检测电极21)；其中，
触觉反馈装置中的压感传感器的第一基板和第二基板均为柔性基板；
触觉反馈电路为柔性电路，且位于手套的内侧。
这样，例如当人握紧拳头或进行其它动作时，会使压感传感器受到压力作用，从而使压感检测电极与公共电极接触，因此当压感检测电路判断五个手指及手心上的压感检测电极上均有电压时，说明佩戴上述手套的人的动作为握拳，当压感检测电路判断食指关节部分的压感检测电极上有电压时，说明食指弯曲，因此根据上述手套可以判断出手的动作。而将触觉反馈电路设置在手套的内侧，触觉反馈电路根据接收的终端设备的指令产生电压脉冲以对人体皮肤进行刺激，从而实现人机交互。
进一步地，在具体实施时，可以将压感检测电路设置于手套靠近手腕位置处，或者设置于手套的手背侧。
实施例九：
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种应用于虚拟现实系统中的头盔，包括包括本发明实施例提供的上述触觉反馈装置；其中，
触觉反馈装置中的压感传感器的第一基板和第二基板均为柔性基板；
触觉反馈电路为柔性电路，且位于头盔的内侧。
具体头盔实现人机交互的原理与手套相似，在此不作赘述。
实施例十：
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种虚拟现实系统，包括终端设备，还包括本发明实施例提供的手套；和/或本发明实施例提供的头盔。
进一步地，在具体实施时，终端设备用于向触觉反馈装置中的柔性触觉反馈电路发送指令，从而柔性触觉反馈电路根据接收的指令对人体产生电压脉冲刺激；终端设备根据接收的触觉反馈装置中的压感传感器反馈的触控位置的信息确定出人体的动作，从而实现人机交互
本发明实施例提供的一种压感传感器、触觉反馈装置及相关装置，在压感传感器中，包括：第一基板、第二基板、封框胶，公共电极、压感检测电极和压感检测电路；其中封框胶密封且支撑第一基板和第二基板，可以保证在没有压力作用时压感检测电极与公共电极之间相互绝缘；压感检测电极与公共电极仅在当第一基板和/或第二基板受到压力作用时接触，从而保证压感检测电极仅在基板受压力作用时才有电压产生，从而保证压感检测电路通过检测各压感检测电极上的电压值来判断触控位置，实现一种结构简单的压感传感器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种压感传感器，其特征在于，包括：相对设置的第一基板和第二基板；
密封连接所述第一基板和所述第二基板边缘且支撑所述第一基板与所述第二基板的封框胶；
位于所述第一基板面向所述第二基板一侧的公共电极；
位于所述第二基板面向所述第一基板一侧的多个相互独立的压感检测电极；且仅当对所述第一基板和所述第二基板中至少一个基板施加的压力满足预设条件时，与所述基板受力位置对应位置处的所述压感检测电极与所述公共电极接触；
用于向所述公共电极施加压感检测信号，并通过检测各所述压感检测电极上的电压值来判断触控位置的压感检测电路；
所述压感检测电极包括位于所述第二基板面向所述第一基板一侧的第一电极部，以及位于所述第一电极部面向所述第一基板一侧的第二电极部；其中，
所述第一电极部在所述第二基板的正投影覆盖所述第二电极部在所述第二基板的正投影；
所述第二电极部与所述第二基板平行的横截面的面积随着所述横截面距离所述第二基板的距离的增大而减小；
所述压感检测电极在所述第二基板上呈矩阵排列。
2.如权利要求1所述的压感传感器，其特征在于，所述压感检测电极与所述第二基板平行的横截面的面积随着所述横截面距离所述第二基板的距离的增大而减小。
3.如权利要求2所述的压感传感器，其特征在于，所述压感检测电极为锥状结构或圆台状结构。
4.如权利要求2或3所述的压感传感器，其特征在于，所述压感检测电极的材料为碳纳米管。
5.如权利要求1所述的压感传感器，其特征在于，所述第二电极部为锥状结构或圆台状结构。
6.如权利要求5所述的压感传感器，其特征在于，所述第二电极部的材料为碳纳米管。
7.如权利要求1-3、5或6任一项所述的压感传感器，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板中至少一个基板为柔性基板。
8.一种触觉反馈装置，其特征在于，包括触觉反馈电路和如权利要求1-7任一项所述的压感传感器；其中，
所述触觉反馈电路位于所述第一基板背离所述第二基板一侧，或位于所述第二基板背离所述第一基板一侧，用于根据接收的终端设备发送的指令对接触所述触觉反馈电路的主体产生电压脉冲刺激；
所述压感传感器还用于将确定的触控位置信息发送给终端设备。
9.一种应用于虚拟现实系统中的手套，其特征在于，至少在所述手套的手心一侧包括如权利要求8所述的触觉反馈装置；其中，
所述触觉反馈装置中的所述压感传感器的第一基板和第二基板均为柔性基板；
所述触觉反馈电路为柔性电路，且位于所述手套的内侧。
10.一种应用于虚拟现实系统中的头盔，其特征在于，包括如权利要求8所述的触觉反馈装置；其中，
所述触觉反馈装置中的所述压感传感器的第一基板和第二基板均为柔性基板；
所述触觉反馈电路为柔性电路，且位于所述头盔的内侧。
11.一种虚拟现实系统，包括终端设备，其特征在于，还包括：如权利要求9所述的手套；和/或如权利要求10所述的头盔。
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