CN105930009A - 电容式压力传感器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容式压力传感器及电子设备，其中电容式压力传感器包括多个感应模块，设于所述电容式压力传感器的受压面的下方，用于在受到压力时产生形变，引起电容变化；多个感应模块采用阵列式分布，所述感应模块的面积与所述感应模块的第一参数有关，第一参数表示感应模块与受压面的中心位置之间的距离：第一感应模块的面积小于第二感应模块的面积，所述第一感应模块的第一参数小于第一阈值，所述第二感应模块的第一参数大于第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值。本发明弥补了现有技术中电容式压力传感器灵敏度差，检测压力不准确的不足，能够防止出现基准电容值过大和电容变化量过小而导致侦测不灵敏的情况。

Description

电容式压力传感器及电子设备
技术领域
本发明涉及电容式压力感应技术，尤其涉及一种电容式压力传感器及电子设备。
背景技术
为了提供新的人机交互方式，目前的很多电子设备都新增了压力感应功能，以检测用户施加的压力，实现三维操作(X、Y、Z坐标)应用。其中，电容式压力感应技术应用的较为广泛。传统的电容式压力传感器具有多个感应模块，该些感应模块通常大小相同。在电子设备的表面受压时，整个屏幕面中心的形变量往往大于边缘的形变量，不利于平衡基准电容值和算法设定，导致电容式压力传感器灵敏度差，检测压力不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电容式压力传感器灵敏度差，检测压力不准确的缺陷，提供一种电容式压力传感器及电子设备。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供一种电容式压力传感器，其特点是，包括多个感应模块，所述感应模块设于所述电容式压力传感器的受压面的下方，用于在受到压力时产生形变，引起电容变化；
所述多个感应模块采用阵列式分布，所述感应模块的面积与所述感应模块的第一参数有关，所述第一参数表示所述感应模块与所述受压面的中心位置之间的距离：
第一感应模块的面积小于第二感应模块的面积，所述第一感应模块和所述第二感应模块属于所述多个感应模块，所述第一感应模块的第一参数小于第一阈值，所述第二感应模块的第一参数大于第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值。
在电容式压力传感的表面受压时，整个受压面中心的形变量往往大于边缘的形变量，本技术方案的电容式压力传感器根据所述第一参数调整每个感应模块的面积：靠近或位于整个受压面的中心的感应模块的面积小于靠近或位于整个受压面的边缘的感应模块的面积。结合感应模块的面积越大检测压力的灵敏度和准确度越高的特性，即使靠近或位于整个受压面的边缘的感应模块受压时形变量较小，依旧可以保证灵敏、准确地检测到压力。
较佳地，所述多个感应模块呈中心对称，所述多个感应模块中任意一个感应模块的面积随着所述第一参数的增大而增大。
即感应模块距离所述受力面的中心位置越近，面积越小，感应模块距离所述受力面的中心位置越远，面积越大。
较佳地，所述阵列为m×n的阵列，m和n均为正整数，且m≥2，n≥2；
所述多个感应模块划分为至少两个第一模块组和至少两个第二模块组；其中，所述第一模块组中的感应模块位于所述阵列的同一行，所述第一模块组中相邻感应模块的中心距离相等；在第一方向上，所述第一模块组中各感应模块的面积递减，所述第一方向为所述第一模块组中各感应模块的所述第一参数由大到小的方向；
所述第二模块组中的感应模块位于所述阵列的同一列，所述第二模块组中相邻感应模块的中心距离相等；在第二方向上，所述第二模块组中各感应模块的面积递减，所述第二方向为所述第二模块组中各感应模块的所述第一参数由大到小的方向。
较佳地，在所述第一方向上，所述第一模块组中各感应模块的第一边长和第二边长均等步长减小；
在所述第二方向上，所述第二模块组中各感应模块的第一边长和第二边长等步长减小。
较佳地，所述第一模块组中：
第b列的感应模块的第一参数等于第n+1-b列的感应模块的第一参数，
第b列的感应模块的第一边长等于第n+1-b列的感应模块的第一边长，等于[1-(b-1)p]×L1，
第b列的感应模块的第二边长等于第n+1-b列的感应模块的第二边长，等于[1-(b-1)p]×L2，
L1为所述第一模块组第1列的感应模块的第一边长，L2为所述第一模块组第1列的感应模块的第二边长；
所述第二模块组中：
第a行的感应模块的第一参数等于第m+1-a行的感应模块的第一参数，
第a行的感应模块的第一边长等于第m+1-a行的感应模块的第一边长，等于[1-(a-1)p]×L3，
第a行的感应模块的第二边长等于第m+1-a行的感应模块的第二边长，等于[1-(a-1)p]×L4，
L3为所述第二模块组第1行的感应模块的第一边长，L4为所述第二模块组第1行的感应模块的第二边长；
其中，a和b均为正整数，且1≤a≤m，1≤b≤n，0＜p＜1。
较佳地，第1行第1列的感应模块的第一边长为M1，第1行第1列的感应模块的第二边长为N1；
M1等于N1等于x为所述电容式压力传感器的第一边长，y为所述电容式压力传感器的第二边长，d为所述电容式压力传感器的边缘的宽度。
较佳地，所述第一模块组中相邻的两个感应模块的中心之间的距离等于
所述第二模块组中相邻的两个感应模块的中心之间的距离等于
较佳地，所述感应模块具有第一区域，所述第一区域无导电感应。
较佳地，所述第一区域位于所述感应模块的中心。
较佳地，所述第一区域为正方形或矩形或圆形。
较佳地，所述感应模块包括感应电极层，所述感应电极层与控制芯片连接；
所述感应模块还包括参考地层或电势稳定的参考端。
较佳地，所述电容式传感器还包括端口，用于引出所述感应电极层与控制芯片之间的连线，还用于引出所述参考地层的地线或所述参考端的接线。
本发明还提供一种电子设备，其特点是，包括屏幕和上述各优选条件任意组合的一种电容式传感器，所述电容式传感器设于所述屏幕的有效显示区。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明有利于平衡基准电容，能够防止出现基准电容值过大和电容变化量过小而导致侦测不灵敏的情况。
附图说明
图1为本发明实施例1的电容式压力传感器的结构示意图。
图2为本发明实施例2的电容式压力传感器的结构示意图。
图3为本发明实施例3的电容式压力传感器的结构示意图。
图4为本发明实施例4的电容式压力传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种电容式压力传感器，如图1所示，包括多个感应模块，所述感应模块设于所述电容式压力传感器的受压面的下方，用于在受到压力时产生形变，引起电容变化；
所述多个感应模块采用阵列式分布，所述感应模块的面积与所述感应模块的第一参数有关，所述第一参数表示所述感应模块与所述受压面的中心位置O之间的距离：
第一感应模块101的面积小于第二感应模块102的面积，所述第一感应模块和所述第二感应模块属于所述多个感应模块，所述第一感应模块的第一参数小于第一阈值，所述第二感应模块的第一参数大于第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值。
其中，所述第一参数具体可以表示所述感应模块的中心与所述受压面的中心位置之间的距离，也可以表示所述感应模块的边界或所述感应模块上任意一点与所述受压面的中心位置之间的距离；
第一感应模块的第一参数小于第一阈值则表明所述第一感应模块靠近或位于整个受压面的中心，所述第二感应模块的第一参数大于第二阈值靠近或位于整个受压面的边缘100，其中，所述第一阈值和第二阈值可以结合整个受力面的尺寸、形状等参数自由设定。
在电容式压力传感的表面受压时，整个受压面中心的形变量往往大于边缘的形变量，本实施例的电容式压力传感器根据所述第一参数调整每个感应模块的面积，以使得所有感应模块遵循以下规律：靠近或位于整个受压面的中心的感应模块的面积小于靠近或位于整个受压面的边缘的感应模块的面积。结合感应模块的面积越大检测压力的灵敏度和准确度越高的特性，本实施例中即使靠近或位于整个受压面的边缘的感应模块受压时形变量较小，依旧可以保证灵敏、准确地检测到压力。
至于位于所述第一感应模块和所述第二感应模块之间的其它感应模块(在图1中用省略号表示)，即第一参数大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值的感应模块，可以遵循越靠近整个受压面的中心面积越大的规律，也可以面积均相等，或者遵循其它规律。所述电容式压力传感器可以应用于能够检测压力的电子设备，包括具有检测触控压力的手机、平板电脑等移动终端。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上对电容式压力传感器作进一步说明：
本实施例的电容式压力传感器中，所述多个感应模块呈中心对称，所述多个感应模块中任意一个感应模块的面积随着所述第一参数的增大而增大。也就是说，本实施例中感应模块的第一参数的变化趋势与感应模块的面积的变化趋势相同，感应模块距离所述受力面的中心位置越近，面积越小，感应模块距离所述受力面的中心位置越远，面积越大。
具体地，所述阵列为m×n的阵列，其中，m和n均为正整数，且m≥2，n≥2。所述多个感应模块划分为至少两个第一模块组和至少两个第二模块组。
所述第一模块组中的感应模块位于所述阵列的同一行，所述第一模块组中相邻感应模块的中心距离相等；在第一方向上，所述第一模块组中各感应模块的面积递减，所述第一方向为所述第一模块组中各感应模块的所述第一参数由大到小的方向。
所述第二模块组中的感应模块位于所述阵列的同一列，所述第二模块组中相邻感应模块的中心距离相等；在第二方向上，所述第二模块组中各感应模块的面积递减，所述第二方向为所述第二模块组中各感应模块的所述第一参数由大到小的方向。
以图2示出的电容式压力传感器为例，图中的电容式压力传感器包括(4×3)个感应模块，构成4×3的阵列，每个感应模块均为矩形。(4×3)个感应模块划分为4个第一模块组和3个第二模块组。
其中，第一模块组211包括感应模块A11、感应模块A12和感应模块A13，感应模块A11的中心与感应模块A12的中心之间的距离等于感应模块A12的中心与感应模块A13的中心之间的距离，感应模块A11、感应模块A12和感应模块A13的第一参数的关系为：感应模块A11的第一参数等于感应模块A13的第一参数，且大于感应模块A12的第一参数，确定第一方向为由感应模块A11指向感应模块A12的方向以及由感应模块A13指向感应模块A12的方向，即由外向内，感应模块A11、感应模块A12和感应模块A13的面积的关系为：感应模块A11的面积等于感应模块A13的面积，且大于感应模块A12的面积。
感应模块A21、感应模块A22和感应模块A23，感应模块A31、感应模块A32和感应模块A33，感应模块A41、感应模块A42和感应模块A43还分别构成了另外三个第一模块组，它们中各感应模块的面积关系与第一模块组211中各感应模块的面积关系相似，具体不再赘述。
其中，第二模块组221包括感应模块A11、感应模块A21、感应模块A31和感应模块A41，感应模块A11的中心与感应模块A21的中心之间的距离等于感应模块A21的中心与感应模块A31的中心之间的距离，等于感应模块A31的中心与感应模块A41的中心之间的距离，感应模块A11、感应模块A21、感应模块A31和感应模块A41的第一参数的关系为：感应模块A11的第一参数等于感应模块A41的第一参数，感应模块A21的第一参数等于感应模块A31的第一参数，且感应模块A11的第一参数大于感应模块A21的第一参数，确定第二方向为由感应模块A11指向感应模块A21的方向以及由感应模块A41指向感应模块A31的方向，即由外向内，感应模块A11、感应模块A21、感应模块A31和感应模块A41的面积的关系为：感应模块A11的面积等于感应模块A41的面积，感应模块A21的面积等于感应模块A31的面积，且感应模块A11的面积大于感应模块A12的面积。
感应模块A12、感应模块A22、感应模块A32和感应模块A42，感应模块A13、感应模块A23、感应模块A33和感应模块A43还分别构成了另外两个第二模块组，它们中各感应模块的面积关系与第二模块组221中各感应模块的面积关系相似，具体不再赘述。
本实施例的电容式压力传感器中，感应模块距离所述受力面的中心位置越近，面积越小，感应模块距离所述受力面的中心位置越远，面积越大，充分考虑了整个受力面在受力时的变形量，为全部的感应模块做了面积调整，进一步有利于平衡基准电容，防止出现基准电容值过大和电容变化量过小而导致侦测不灵敏的情况。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上对电容式压力传感器作进一步说明：
本实施例的电容式压力传感器中，各感应模块除了符合实施例2中各感应模块的面积关系之外，还具有以下特征：
所述感应模块的形状可以为正方形、矩形、圆形、椭圆形或其它形状。在确定感应模块的形状和面积情况下，可以利用面积公式推导出感应模块的形状参数，以确定感应模块的尺寸。如，感应模块的形状为正方形或矩形时，形状参数为正方形或矩形的边长；感应模块的形状为圆形时，形状参数为圆形的半径；感应模块的形状为椭圆形时，形状参数为椭圆形的长轴和短轴。
下面以感应模块为矩形为例，进一步说明感应模块的边长的设置：
在所述第一方向上，所述第一模块组中各感应模块的第一边长和第二边长均等步长减小；在所述第二方向上，所述第二模块组中各感应模块的第一边长和第二边长等步长减小。其中，减小的步长可自由设定。
具体地，所述第一模块组中：
第b列的感应模块的第一参数等于第n+1-b列的感应模块的第一参数，
第b列的感应模块的第一边长等于第n+1-b列的感应模块的第一边长，等于[1-(b-1)p]×L1，
第b列的感应模块的第二边长等于第n+1-b列的感应模块的第二边长，等于[1-(b-1)p]×L2，
L1为所述第一模块组第1列的感应模块的第一边长，L2为所述第一模块组第1列的感应模块的第二边长；
所述第二模块组中：
第a行的感应模块的第一参数等于第m+1-a行的感应模块的第一参数，
第a行的感应模块的第一边长等于第m+1-a行的感应模块的第一边长，等于[1-(a-1)p]×L3，
第a行的感应模块的第二边长等于第m+1-a行的感应模块的第二边长，等于[1-(a-1)p]×L4，
L3为所述第二模块组第1行的感应模块的第一边长，L4为所述第二模块组第1行的感应模块的第二边长；
其中，a和b均为正整数，且1≤a≤m，1≤b≤n，0＜p＜1。
第1行第1列的感应模块的第一边长为M1，第1行第1列的感应模块的第二边长为N1；
M1等于N1等于x为所述电容式压力传感器的第一边长，y为所述电容式压力传感器的第二边长，d为所述电容式压力传感器的边缘的宽度。
所述第一模块组中相邻的两个感应模块的中心之间的距离等于
所述第二模块组中相邻的两个感应模块的中心之间的距离等于
以图3示出的电容式压力传感器为例，图中的电容式压力传感器包括7×5个感应模块，构成7×5的阵列。
在由感应模块B11、感应模块B12、感应模块B13、感应模块B14和感应模块B15构成的第一模块组中，b依次取值1,2,3得到表1的结果：
表1
在由感应模块B11、感应模块B21、感应模块B31、感应模块B41、感应模块B51、感应模块B61和感应模块B71构成的第二模块组中，a依次取值1,2,3,4得到表2的结果：
表2
其中，0＜p＜1，如p＝0.05。M1等于N1等于为所述电容式压力传感器的第一边长，y为所述电容式压力传感器的第二边长，d为所述电容式压力传感器的边缘的宽度。通过确定M1和N1，即可推算出所有感应模块的第一边长和第二边长。
实施例4
本实施例是在实施例1的基础上对电容式压力传感器作进一步说明，同样可以与实施例2和3的电容式压力传感器结合：
如图4所示，所述感应模块具有第一区域5，所述第一区域5无导电感应。所述第一区域5位于所述感应模块的中心。所述第一区域5为正方形或矩形或圆形(图中示出的为正方形)。
所述感应模块包括感应电极层，所述感应电极层与控制芯片连接。图中电线6为所述感应电极层与控制芯片之间的连接用走线。
所述感应模块还包括参考地层或电势稳定的参考端。图中走线7为GND(地)走线，起到防护ESD(静电释放)作用。
所述电容式传感器还包括端口8，用于引出所述感应电极层与控制芯片之间的连线，还用于引出所述参考地层的地线或所述参考端的接线，即电线6和走线7。
实施例5
一种电子设备，包括屏幕和上述各优选条件任意组合的一种电容式传感器，所述电容式传感器设于所述屏幕的有效显示区。
所述电子设备可以任何能够检测压力的电子设备，包括具有检测触控压力的手机、平板电脑等移动终端。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括多个感应模块，所述感应模块设于所述电容式压力传感器的受压面的下方，用于在受到压力时产生形变，引起电容变化；
所述多个感应模块采用阵列式分布，所述感应模块的面积与所述感应模块的第一参数有关，所述第一参数表示所述感应模块与所述受压面的中心位置之间的距离：
第一感应模块的面积小于第二感应模块的面积，所述第一感应模块和所述第二感应模块属于所述多个感应模块，所述第一感应模块的第一参数小于第一阈值，所述第二感应模块的第一参数大于第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值。
2.如权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述多个感应模块呈中心对称，所述多个感应模块中任意一个感应模块的面积随着所述第一参数的增大而增大。
3.如权利要求2所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述阵列为m×n的阵列，m和n均为正整数，且m≥2，n≥2；
所述多个感应模块划分为至少两个第一模块组和至少两个第二模块组；其中，所述第一模块组中的感应模块位于所述阵列的同一行，所述第一模块组中相邻感应模块的中心距离相等；在第一方向上，所述第一模块组中各感应模块的面积递减，所述第一方向为所述第一模块组中各感应模块的所述第一参数由大到小的方向；
所述第二模块组中的感应模块位于所述阵列的同一列，所述第二模块组中相邻感应模块的中心距离相等；在第二方向上，所述第二模块组中各感应模块的面积递减，所述第二方向为所述第二模块组中各感应模块的所述第一参数由大到小的方向。
4.根据权利要求3所述的电容式压力传感器，其特征在于，在所述第一方向上，所述第一模块组中各感应模块的第一边长和第二边长均等步长减小；
在所述第二方向上，所述第二模块组中各感应模块的第一边长和第二边长等步长减小。
5.如权利要求4所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一模块组中：
第b列的感应模块的第一参数等于第n+1-b列的感应模块的第一参数，
第b列的感应模块的第一边长等于第n+1-b列的感应模块的第一边长，等于[1-(b-1)p]×L1，
第b列的感应模块的第二边长等于第n+1-b列的感应模块的第二边长，等于[1-(b-1)p]×L2，
L1为所述第一模块组第1列的感应模块的第一边长，L2为所述第一模块组第1列的感应模块的第二边长；
所述第二模块组中：
第a行的感应模块的第一参数等于第m+1-a行的感应模块的第一参数，
第a行的感应模块的第一边长等于第m+1-a行的感应模块的第一边长，等于[1-(a-1)p]×L3，
第a行的感应模块的第二边长等于第m+1-a行的感应模块的第二边长，等于[1-(a-1)p]×L4，
L3为所述第二模块组第1行的感应模块的第一边长，L4为所述第二模块组第1行的感应模块的第二边长；
其中，a和b均为正整数，且1≤a≤m，1≤b≤n，0＜p＜1。
6.如权利要求5所述的电容式压力传感器，其特征在于，第1行第1列的感应模块的第一边长为M1，第1行第1列的感应模块的第二边长为N1；
M1等于N1等于x为所述电容式压力传感器的第一边长，y为所述电容式压力传感器的第二边长，d为所述电容式压力传感器的边缘的宽度。
7.如权利要求6所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一模块组中相邻的两个感应模块的中心之间的距离等于
所述第二模块组中相邻的两个感应模块的中心之间的距离等于
8.如权利要求1-7中任意一项所述的电容式传感器，其特征在于，所述感应模块具有第一区域，所述第一区域无导电感应。
9.如权利要求8所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一区域位于所述感应模块的中心。
10.如权利要求9所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一区域为正方形或矩形或圆形。
11.如权利要求1-7中任意一项所述的电容式传感器，其特征在于，所述感应模块包括感应电极层，所述感应电极层与控制芯片连接；
所述感应模块还包括参考地层或电势稳定的参考端。
12.如权利要求11所述的电容式传感器，其特征在于，所述电容式传感器还包括端口，用于引出所述感应电极层与控制芯片之间的连线，还用于引出所述参考地层的地线或所述参考端的接线。
13.一种电子设备，其特征在于，包括屏幕和权利要求1-12中任意一项所述的电容式传感器，所述电容式传感器设于所述屏幕的有效显示区。
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