CN105824472A - 一种矩阵电路及传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种矩阵电路，包括复数根交叉分布的X电极和Y电极，每根所述X电极和Y电极均由复数根柔性保护体和至少一根导体组成，所述导体以编织的方式均匀排布在柔性保护体中，且每根所述X电极和Y电极均呈压缩状。本发明还揭示了一种传感系统，包括矩阵电路和驱动感应控制单元，驱动感应控制单元用于向矩阵电路发送驱动信号，且用于处理侦测到的矩阵电路上的电场变化信号，从而得到物体在矩阵电路上的接触位置和其造成的电场变化信号。本发明的矩阵电路可弯曲任意角度，抗拉及抗弯曲性能强，可贴附在规则和不规则的设备表面上，对设备的微小触摸、较大位移的碰撞或者是矩阵电路被破坏等多种情况进行感应。

Description

一种矩阵电路及传感系统

技术领域

本发明涉及一种传感技术，尤其是涉及一种矩阵电路和基于该矩阵电路的传感系统。

背景技术

触摸屏(Touchpanel)又称为触控面板，是个可接收触摸物体等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

触摸屏技术具有操作简单，使用灵活的特点。触摸屏的本质是传感技术，一般根据传感器的类型，触摸屏可分为：电容式触摸屏和电阻式触摸屏。

电容屏是一种通过固定的电场矩阵来接收感应导体对其电场平衡破坏，从而来侦测是否有物体触摸。电容屏表面通常由玻璃，亚克力等硬质材料组成，对其下方的电场矩阵电路进行保护。根据应用场所，矩阵电路可由氧化铟锡ITO，纳米材料，金属网格，有机导电物组成，形成透明或不透明的矩阵电路。电路的基材通常由玻璃或者薄膜材料组成。当手指或者其他导体接近或触摸到电容屏盖板材料时，会破坏电容场的电场平衡，通过计算矩阵电路上电路的电场变化，即可得出触摸的位置。

电阻屏是一种通过可形变基材上涂布的两层矩阵电路受外力接触，让两层矩阵电路之间有导通的接触点，通过计算接触点到驱动电路之间的电阻值来计算接触的位置。

但是，现有电容屏受材料限制，针对一些特殊场合的应用来说，无法进行感应，如智能腕表，当腕表弯曲在变成直条形态的过程中，其导电材料的抗弯曲能力有限，无法经久耐用。现有电阻屏本身是一个可形变材料组成，但是对于形变的力度、形变造成的位移都无法侦测，且材料容易受形变过度损坏，寿命短。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种矩阵电路和传感系统，通过对矩阵电路的结构和电极材质的改进，以形成抗拉性能强、侦测能力强的传感系统。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种矩阵电路，包括复数根交叉分布的X电极和Y电极，每根所述X电极和Y电极均由复数根柔性保护体和至少一根导体组成，所述导体以编织的方式均匀排布在柔性保护体中，且每根所述X电极和Y电极均呈压缩状。

优选地，所述柔性保护体的材质为不导电的纤维材料或聚合物材料。

优选地，所述导体的材质为可拉伸的导电材料，如金属材质，优先为铜线。

优选地，还包括电路基材，用于将矩阵电路附着在相关设备表面上。

本发明还揭示了另外一种技术方案：一种基于矩阵电路的传感系统，包括矩阵电路和与矩阵电路相连的驱动感应控制单元，所述矩阵电路包括复数根交叉分布的X电极和Y电极，每根所述X电极和Y电极均由复数根柔性保护体和至少一根导体组成，所述导体以编织的方式均匀排布在柔性保护体中，且每根所述X电极和Y电极均呈压缩状，所述矩阵电路用于在接触到物体后，将接触产生的电场变化信号传送给所述驱动感应控制单元处理；所述驱动感应控制单元用于向矩阵电路发送驱动信号，且用于处理接触产生的电场变化信号，得到物体在矩阵电路上的接触位置和其产生的电场变化信号特征。

优选地，所述物体为导体，当物体接触矩阵电路未发生物理形变时，所述驱动感应控制单元通过对矩阵电路上触碰点的电场变化信号进行跟踪，计算出物体在矩阵电路上的接触位置；当物体接触矩阵电路发生物理形变时，所述驱动感应控制单元通过矩阵电路上电场原始数据比对，得出电场变化位置，即物体在矩阵电路上的接触位置。

优选地，所述物体为非导体，当物体接触矩阵电路发生物理形变时，所述驱动感应控制单元通过矩阵电路上电场原始数据比对，得出电场变化位置，即物体在矩阵电路上的接触位置。

优选地，所述矩阵电路通过引线与驱动感应控制单元有线连接。

优选地，所述驱动感应控制单元还配置用于当其驱动不到矩阵电路，且矩阵电路上相应位置处的电场环境与原始电场环境发生较大偏差时，判断出矩阵电路相应位置的电极或矩阵电路附着的物体发生破损。

优选地，所述驱动感应控制单元用于向矩阵电路周期性地发送驱动信号并扫描矩阵电路传输过来的电场变化信号进行处理，得到物体在矩阵电路上的接触位置和其产生的电场变化信号。

本发明的有益效果是：本发明的矩阵电路可弯曲任意角度，抗拉及抗弯曲性能强，可贴附在规则和不规则的设备表面上，对设备的微小触摸、较大位移的碰撞或者是矩阵电路被破坏等多种情况进行感应，因此，应用范围广泛，可应用于多种领域，如机器人、汽车、飞机等。

附图说明

图1是现有触摸屏的结构示意图；

图2是本发明矩阵电路的结构示意图；

图3是本发明矩阵电路的立体结构示意图；

图4a是本发明X轴方向导体的结构示意图；

图4b是本发明X电极的结构示意图；

图5a是本发明Y轴方向导体的结构示意图；

图5b是本发明Y电极的结构示意图；

图6a、图6b是本发明矩阵电路不同角度的截面示意图；

图7是本发明传感系统的结构示意图；

图8是本发明驱动感应控制单元的结构示意图；

图9是本发明矩阵电路表面有物体接触但未发生形变的结构示意图；

图10是本发明矩阵电路表面有物体接触但发生形变的结构示意图。

附图标记为：1、X轴方向的导体，2、Y轴方向的导体，3、柔性保护体，4、信号扫描端，5、驱动电路，6、电场信号。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明揭示的一种矩阵电路，与现有矩阵电路的结构相比，主要改进点在以下几点：1、参照图1所示，现有矩阵电路的导体材料一般是涂布或镀层在电路基材上，而本发明是将导体以编织的方式混入到电路基材中；2、现有矩阵电路的导电电极都是呈直线状，因此其抗拉性能不是很好，容易断裂或损伤，寿命短，而本发明的电极为弯曲的，呈压缩状，因此其柔性和抗拉性能较现有技术强。

具体地，结合图2和图3所示，本发明实施例所揭示的一种矩阵电路，包括横向和纵向交叉分布的复数根X电极和复数根Y电极，即X电极和Y电极形成矩阵式分布，形成多个网格。每根X电极和Y电极均由复数根柔性保护体和至少一根导体组成，如由三根柔性保护体和一根导体组成，导体是以编织的方式均匀排布在柔性保护体中，采用编织加工的方式，可以使导体和柔性保护体之间能够均匀混合在一起，如图4a为多根X轴方向的导体1，图4b即为多根X电极，从图里可以看出每根X电极是由多根柔性保护体3和一根导体1组成，且导体1是以编织的方式均匀排布在柔性保护体3中。相对应的，图5a为多根Y轴方向的导体2，图5b即为多根Y电极，从图里可以看出每根Y电极同样也是由多根柔性保护体3和一根导体2组成，且导体2是以编织的方式均匀排布在柔性保护体3中。具体实施时，导体的材料可为柔性的可拉伸的金属材质，可弯曲任意角度，如优选用铜线，柔性保护体的材料可为不导电的纤维材料或聚合物材料。

且X电极和Y电极均呈压缩状，结合图2、图4b和图5b所示，每根电极都压缩呈多个齿状，而现有矩阵的电极是呈直线状的，所以，本发明电极的弹性和抗拉性就增强了，例如弹簧，同样材质的弹簧就比直线状金属线的抗拉性能要强的多。

更进一步地，结合图6a和图6b所示，本发明的矩阵电路还可包括电路基材(图未示)和保护层，两者分别位于矩阵电路的上端面和下端面上，可通过粘合剂粘贴在矩阵电路的表面。通过电路基材可将其贴附到需要感测外部接触的相关设备上，设备表面可为规则或不规则物体表面，如机器人体表，汽车车身，飞机机身等设备表面。实施时，电路基材可以采用透明或者非透明材料，如有机化合聚合物薄膜，人造皮革，化纤材料，棉织品等。保护层则用于对矩阵电路的表面进行保护，尽可能地避免电路表面出现摩损、刮伤等。

因此，相对现有的电容屏的矩阵电路来说，本发明的矩阵电路是柔性感应的，可以贴附在不规则物体表面，且矩阵电路是可以独立存在，不需要专用的保护盖板材料。相对电阻屏来说，可以测量不需要对矩阵电路接触产生形变的物体接触位置。

如图7所示，本发明揭示的一种传感系统，主要包括上述矩阵电路和驱动感应控制单元，通过驱动感应控制单元的计算处理，可以报告系统端(即相关设备)，有发生微小触摸，还是较大位移的碰撞，或者是感应矩阵电路被破坏。

具体地，矩阵电路的具体结构这里就不再赘述，可参见上述描述，矩阵电路通过引线与驱动感应控制单元相连，即矩阵电路上的每根电极均通过引线与驱动感应控制单元相连，矩阵电路主要用于感应物体的接触，并将接触产生的电场变化信号传送给驱动感应控制单元。

驱动感应控制单元主要用于扫描矩阵电路上侦测到的电场变化信号，对接触信号特点进行储存，同时对电场变化信号进行处理计算得到物体在矩阵电路上的接触位置和其产生的电场变化信号特征。驱动感应控制单元除了用于处理矩阵电路的电场变化信号外，还用于周期性地向矩阵电路发送驱动信号。具体地，如图8所示，驱动感应控制单元主要包括信号扫描端4、控制逻辑、数据输出端和驱动电路5，信号扫描端4用于周期性地扫描矩阵电路5上的信号；控制逻辑用于将从信号扫描端4接收到的脉冲信号经过抗干扰处理、滤波后和原信号进行比对，得到比对结果；数据输出端用于输出控制逻辑部分得出的比对结果；驱动电路5用于向矩阵电路的通道传输驱动信号。

通过驱动感应控制单元发出的驱动信号，可以在矩阵电路表面形成一个原始的电场信号6，该电场信号6相对平衡，可有规律变化。当有外部物体接触在矩阵电路表面，如果是导体，即可破坏矩阵电路相应位置的电场平衡，驱动感应控制单元通过对X电极和Y电极的扫描，检测矩阵电路上电场变化位置，即可侦测到物体在矩阵电路上的接触位置，随后将侦测得到的接触位置信号输入给相关设备。

具体地，当物体为导体时，可分为两种情况，一种是轻微接触无形变，如图9所示，此时本发明的传感系统等同于电容式触摸屏，导体的接触可以破坏矩阵电路上的电场平衡，驱动感应控制单元通过对矩阵电路上触碰点的电场变化信号进行跟踪，计算出物体在矩阵电路上的接触位置；另一种是接触有形变，即物体和相关设备深入接触，对矩阵电路覆盖的设备外壳表面造成物理形变，如图10所示，此时，驱动感应控制单元根据矩阵电路上相邻的通道间的电场变化值，判断形变大小，得出电场变化位置，即物体在矩阵电路上的接触位置。

如果是非导体，那只有一种情况才能被侦测到，就是产生形变。如图10所示，具体地，当物体接触到矩阵电路表面时，针对形成的微小形变，通过驱动感应控制单元对环境共模信号变量计算，发现局部信号变量不统一，即可判断接触发生，进而传输接触位置和形变大小信号给到相关设备。

然而上述接触均有意外情况发生，如物体接触造成的形变超过矩阵导体材料本身极限，导致导体材料破裂，矩阵电路断线。这样，当驱动感应控制单元驱动不到矩阵电路，且矩阵电路上相应位置处的电场环境与原始电场环境发生较大偏差，即可判断矩阵电路相应位置的导体材料或矩阵电路附着的相关设备破损。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种矩阵电路，其特征在于，包括复数根交叉分布的X电极和Y电极，每根所述X电极和Y电极均由复数根柔性保护体和至少一根导体组成，所述导体以编织的方式均匀排布在柔性保护体中，且每根所述X电极和Y电极均呈压缩状。

2.根据权利要求1所述的矩阵电路，其特征在于，所述柔性保护体的材质为不导电的纤维材料或聚合物材料。

3.根据权利要求1所述的矩阵电路，其特征在于，所述导体的材质为可拉伸的导电材料。

4.根据权利要求1所述的矩阵电路，其特征在于，还包括电路基材，用于将矩阵电路附着在相关设备表面上。

5.一种传感系统，其特征在于，包括矩阵电路和与矩阵电路相连的驱动感应控制单元，所述矩阵电路包括复数根交叉分布的X电极和Y电极，每根所述X电极和Y电极均由复数根柔性保护体和至少一根导体组成，所述导体以编织的方式均匀排布在柔性保护体中，且每根所述X电极和Y电极均呈压缩状，所述矩阵电路用于在接触到物体后，将接触产生的电场变化信号传送给所述驱动感应控制单元处理；所述驱动感应控制单元用于向矩阵电路发送驱动信号，且用于处理接触产生的电场变化信号，得到物体在矩阵电路上的接触位置和其产生的电场变化信号。

6.根据权利要求5所述的传感系统，其特征在于，所述物体为导体，当物体接触矩阵电路未发生物理形变时，所述驱动感应控制单元通过对矩阵电路上触碰点的电场变化信号进行跟踪，计算出物体在矩阵电路上的接触位置；当物体接触矩阵电路发生物理形变时，所述驱动感应控制单元通过矩阵电路上电场原始数据比对，得出电场变化位置，即物体在矩阵电路上的接触位置。

7.根据权利要求5所述的传感系统，其特征在于，所述物体为非导体，当物体接触矩阵电路发生物理形变时，所述驱动感应控制单元通过矩阵电路上电场原始数据比对，得出电场变化位置，即物体在矩阵电路上的接触位置。

8.根据权利要求5所述的传感系统，其特征在于，所述矩阵电路通过引线与驱动感应控制单元有线连接。

9.根据权利要求5所述的传感系统，其特征在于，所述驱动感应控制单元还配置用于当其驱动不到矩阵电路，且矩阵电路上相应位置处的电场环境与原始电场环境发生较大偏差时，判断出矩阵电路相应位置的导体材料或矩阵电路附着的相关设备发生破损。

10.根据权利要求5所述的传感系统，其特征在于，所述驱动感应控制单元用于向矩阵电路周期性地发送驱动信号并扫描矩阵电路传输过来的电场变化信号进行处理，得到物体在矩阵电路上的接触位置和其产生的电场变化信号。