CN106201063A - 一种触摸压力检测装置、显示屏及触控电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通讯技术领域，公开一种触摸压力检测装置。该压力检测装置包括受力板、传感器薄膜和位于两者之间的应力承载板，其中：受力板与应力承载板之间力耦合，应力承载板与传感器薄膜之间力耦合；传感器薄膜上设有多个阵列分布的传感器单元，传感器单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；四个电阻配合形成惠斯特电桥，其中，第一电阻与第三电阻串联，第二电阻与第四电阻串联，两个串联电路再并联；应力承载板设有贯穿其厚度的开孔；每一个传感器单元中，第二电阻和第三电阻对应于应力承载板的开孔区域内，且第一电阻和第四电阻对应于应力承载板开孔之外的区域。本发明的压力检测装置的灵敏度和精确性都得到了提高。

Description

一种触摸压力检测装置、显示屏及触控电子设备
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种触控移动终端的压力检测装置、显示屏及触控电子设备。
背景技术
为了提升用户与手机、手表、可穿戴设备等移动终端设备的互动，压力检测装置已经广泛地应用于触摸屏和外壳等部件以识别用户的触摸位置和压力，如压力传感器。现有的压力检测装置都是利用检测结构的形变来实现压力检测，但是用户在正常操作终端设备时产生的结构形变十分微小，因此对压力检测装置的检测精度、灵敏度提出了更高的要求。
现有技术中，一种较为常用的压力检测装置为电容式压力传感器，但是要保证其检测精度及灵敏度，就要求电极之间的距离足够大，导致终端设备厚度增大，而且电容间的介电常数容易受到温度和湿度的影响，进而引起检测误差，使压力检测装置的检测精度和灵敏度较低。
因此，如何提供一种检测精度和灵敏度较高的触控移动终端的压力检测装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。
发明内容
本发明提供了一种触控移动终端的压力检测装置、显示屏及触控电子设备，该压力检测装置的检测精度和灵敏度较高。
第一方面，提供一种触控移动终端的压力检测装置，包括受力板、传感器薄膜以及位于所述受力板与所述传感器薄膜之间的应力承载板，其中：
所述受力板与所述应力承载板之间力耦合，所述应力承载板与所述传感器薄膜之间力耦合；
所述传感器薄膜上形成有多个呈阵列分布的传感器单元，所述传感器单元包括由应变敏感材料制备的第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻配合形成惠斯特电桥，其中，所述第一电阻与所述第三电阻串联，所述第二电阻与所述第四电阻串联，并且，所述第一电阻与所述第三电阻串联后的电路和所述第二电阻与所述第四电阻串联后的电路并联，所述第一电阻与所述第四电阻为相对臂，所述第二电阻与所述第三电阻为相对臂；
所述应力承载板设有贯穿其厚度的开孔；每一个所述传感器单元中，所述第二电阻和所述第三电阻在所述应力承载板朝向所述传感器薄膜一侧表面上的投影位于所述开孔区域内，且所述第一电阻和所述第四电阻在所述应力承载板朝向所述传感器薄膜一侧表面上的投影位于所述应力承载板中所述开孔之外的区域。
结合上述第一方面，在另一种可能的实现方式中，所述受力板为触控电子设备的屏幕、电池盖、或中框，该触摸压力检测装置可以应用于不同的位置，适用范围广。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述应力承载板设有的开孔包括与所述传感器薄膜上设有的所述第二电阻一一对应的第一开孔、与所述传感器薄膜上设有的所述第三电阻一一对应的第二开孔。每一个传感器单元中，第二电阻由于第一开孔的存在可以在传感器单元受到应力承载板的应力作用时阻值不发生变化，同时，第三电阻由于第二开孔的存在可以在传感器单元受到应力承载板的应力作用时阻值不发生变化。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述应力承载板设有的开孔包括与所述传感器薄膜上设有的所述传感器单元一一对应的第三开孔，每一对相互对应的传感器单元和第三开孔中，所述传感器单元的所述第二电阻和所述第三电阻在所述应力承载板朝向所述传感器薄膜一侧表面上的投影位于所述第三开孔区域内。每一个传感器单元中的第二电阻和第三电阻共用一个第三开孔，同样能够使第二电阻和第三电阻在传感器单元受到应力承载板的应力作用时电阻不会发生变化。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述应力承载板的杨氏模量大于所述传感器薄膜的杨氏模量，进而保证应力承载板的刚度满足要求。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述传感器薄膜设于所述应力承载板朝向所述受力板的一侧或者设于所述应力承载板背离所述受力板的一侧，产品生产时的灵活性较高，可以结合整个产品的结构来决定如何设置电阻单元的位置。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述传感器薄膜设有所述第二电阻和所述第三电阻的位置周边区域的厚度小于薄膜其他位置的厚度，减弱薄膜与所述第二电阻和所述第三电阻之间的连接，从而降低薄膜对于所述第二电阻和所述第三电阻形变的影响，提高检测精度。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述传感器薄膜在设有所述第二电阻和所述第三电阻的位置的周边区域设有不连续的开槽，减弱薄膜与所述第二电阻和所述第三电阻之间的连接，从而降低薄膜对于所述第二电阻和所述第三电阻形变的影响，提高检测精度。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述传感器薄膜在设有所述第一电阻和所述第四电阻的位置周边粘结于所述应力承载板，更加有利于将应力承载板产生的形变耦合到所述第一电阻和所述第四电阻上，提高压力检测的精度和灵敏度。
结合上述第一方面及上述各种可能的实现试，在另一种可能的实现方式中，所述传感器薄膜在设有所述第二电阻和所述第三电阻的位置周边通过泡棉粘结于所述受力板，是为了降低受力板对所述第二电阻和所述第三电阻形变的影响，将上述两个电阻的形变降到最低。
第二方面，提供一种显示屏，包括屏幕，还包括第一方面提供的任意一种压力检测装置。该显示屏可以利用上述触摸压力检测装置来精确的感应触摸压力。
第三方面，提供一种触控电子设备，包括存储器、处理器，还包括第一方面提供的任意一种压力检测装置，其中：所述处理器与所述压力检测装置以及存储器信号连接，用于根据所述压力检测装置检测的信号生成触控信号，并且根据所述存储器内预先存储的触控信号与相应操作的对应关系控制所述触控电子设备进行动作。利用处理器和存储器来处理触摸压力检测装置感应到的压力，可以更加精确的做出反应，提高触控电子设备的性能。
根据第一方面提供的压力检测装置，上述压力检测装置中包括受力板、传感器薄膜以及位于两者之间的应力承载板，上述应力承载板上设有开孔，所述传感器薄膜上设有由应变敏感材料制备的第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，上述第一电阻和第三电阻串联，第二电阻和第四电阻串联，然后上述两个串联电路并联，构成惠斯特电桥。为了检测受力板受到压力的位置和大小，将第二电阻和第三电阻对应于上述应力承载板的开孔区域，当有外力作用于所述受力板时，所述受力板产生形变并耦合到应力承载板上，应力承载板将形变传递到所述传感器薄膜，对应于应力承载板未开孔区域的电阻产生形变进而阻值发生变化，而对应于应力承载板开孔区域的电阻不会受到应力承载板形变的影响，因此，阻值变化为0或者极其微小，进而可以提高压力检测装置的灵敏度以及精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种触控移动终端的压力检测装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种触控移动终端的压力检测装置的传感器单元的放大图；
图3为本发明实施例提供的一种触控移动终端的压力检测装置中传感器单元的惠斯特电桥线路图；
图4为本发明实施例提供的触控电子设备示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种触控移动终端的压力检测装置，请参考图1～图3：
如图1所示，本发明一个实施例提供的触控移动终端的压力检测装置包括受力板1、传感器薄膜2以及位于受力板1与传感器薄膜2之间的应力承载板3，其中：
受力板1与应力承载板3之间力耦合，应力承载板3与传感器薄膜2之间力耦合；
传感器薄膜2上形成有多个呈阵列分布的传感器单元4，传感器单元4包括由应变敏感材料制备的第一电阻41、第二电阻42、第三电阻43以及第四电阻44；所述第一电阻41、第一电阻42、第三电阻43以及第四电阻44配合形成惠斯特电桥(Wheatstone bridge)，如图3所示，其中，第一电阻41与第三电阻43串联，第一电阻42与第四电阻44串联，并且，第一电阻41与第三电阻43串联后的电路和第一电阻42与第四电阻44串联后的电路并联，第一电阻41与第四电阻44为相对臂，第一电阻42与第三电阻43为相对臂；
应力承载板3设有贯穿其厚度的开孔31；每一个传感器单元4中，第一电阻42和第三电阻43在应力承载板3朝向传感器薄膜2一侧表面上的投影位于开孔31区域内，且第一电阻41和第四电阻44在应力承载板3朝向传感器薄膜2一侧表面上的投影位于应力承载板3中开孔31之外的区域。
如图3所示为惠斯特电桥的原理图，其中：Ui为输入端，Uo为输出端，R1为第一电阻41的阻值，R2为第二电阻42的阻值，R3为第三电阻43的阻值，R4为第四电阻44的阻值。当两组相对臂的电阻阻值乘积相同时，即R1·R4＝R2·R3时，电桥平衡，输出为零，即Uo＝0，否则，Uo≠0。
上述压力检测装置中应力承载板3位于受力板1和传感器薄膜2之间，当受力板1受力以后产生相应的形变，并将产生的形变耦合到应力承载板3上，应力承载板3上设有开孔31，设于传感器薄膜2上的传感器单元为惠斯特电桥电路，其中，一组相对臂为第一电阻42和第三电阻43，对应于应力承载板3的开孔31区域，并不会受到应力承载板3的形变的影响，因此其阻值变化为0或者极其微小；另一组相对臂为第一电阻41和第四电阻44，对应于应力承载板3的非开孔区域，当应力承载板3发生形变时导致第一电阻41和第四电阻44也发生形变，其电阻阻值发生较大的变化，进而可以检测出受力板1受到的压力位置和大小。
因此，本发明提供的触控移动终端的压力检测装置的精确性和灵敏度较高。
上述实施例中的受力板1为触控电子设备的屏幕、电池盖或中框，可以是触控电子设备的任何受力部件。
应力承载板3上设有的开孔31包括与传感器薄膜2上设有的第一电阻42一一对应的第一开孔、与传感器薄膜2上设有的第三电阻43一一对应的第二开孔。也就是说，每一个传感器单元4中，第一电阻42由于第一开孔的存在可以在传感器单元4受到应力承载板3的应力作用时阻值不发生变化，同时，第三电阻43由于第二开孔的存在可以在传感器单元4受到应力承载板3的应力作用时阻值不发生变化。
应力承载板3设有的开孔31包括与传感器薄膜2上设有的传感器单元4一一对应的第三开孔，每一对相互对应的传感器单元4和第三开孔中，传感器单元4的第一电阻42和第三电阻43在应力承载板3朝向传感器薄膜2一侧表面上的投影位于第三开孔区域内。本实施例中传感器单元4对应于应力承载板3的开孔31区域的第一电阻42和第三电阻43位于一个开孔中，同样，在传感器单元4受到应力承载板3的应力作用时，第一电阻42和第三电阻43的阻值不会发生变化。
为了保证应力承载板3的刚度足够大，应力承载板3的杨氏模量大于传感器薄膜2的杨氏模量。
而且，本发明中的传感器薄膜2可以根据实际产品的需求设于应力承载板3朝向受力板1的一侧或者设于应力承载板3背离受力板1的一侧。
传感器薄膜2设有第一电阻42和第三电阻43的位置周边区域的厚度小于传感器薄膜2其他位置的厚度，进而将薄膜对第一电阻42和第三电阻43的形变影响减弱，以提高压力检测装置的检测精度和灵敏度。
另外，如图2所示，还可以在传感器薄膜2中设有第一电阻42和第三电阻43的位置的周边区域设置不连续的开槽21(图2中标号21所示的空白区域)，进而将薄膜2对第一电阻42和第三电阻43的形变影响减弱，以提高压力检测装置的检测精度和灵敏度。
传感器薄膜2在设有第一电阻41和第四电阻44的位置周边粘结于应力承载板3，有利于第一电阻41和第四电阻44接收到应力承载板3的形变，进而提高压力检测装置的灵敏度。
相反地，传感器薄膜2在设有第一电阻42和第三电阻43的位置周边通过泡棉粘结于受力板1，利用较软的材料连接第一电阻42和第三电阻43与受力板1，进而减少受力板1对上述两个电阻的影响，提高压力检测装置的灵敏度。
本发明的另一实施例中，提供了一种显示屏，包括屏幕，还包括上述压力检测装置。该显示屏可以利用上述触摸压力检测装置来精确的感应触摸压力。
请参考图4，本发明的另一实施例中，还提供了一种触控电子设备，包括存储器100、处理器200，还包括上述压力检测装置300，其中：处理器200与压力检测装置300以及存储器100信号连接，用于根据压力检测装置300检测的信号生成触控信号，并且根据存储器100内预先存储的触控信号与相应操作的对应关系控制触控电子设备进行动作。利用处理器200和存储器100来处理触摸压力检测装置300感应到的压力，可以更加精确的做出反应，提高触控电子设备的性能。
可以理解的是，来自压力检测装置300的原始信号一般比较弱，通常处理器并不直接连接压力检测装置输出的信号，而通过一些驱动电路(例如，可包括放大器，AD转换电路等)来进行连接，这些器件及实现方式都属于现有技术，本实施例并不进行具体说明。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例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 (12)

1.一种触摸压力检测装置，其特征在于，包括受力板、传感器薄膜以及位于所述受力板与所述传感器薄膜之间的应力承载板，其中：
所述受力板与所述应力承载板之间力耦合，所述应力承载板与所述传感器薄膜之间力耦合；
所述传感器薄膜上形成有多个呈阵列分布的传感器单元，所述传感器单元包括由压力敏感材料制备的第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻配合形成惠斯特电桥，其中，所述第一电阻与所述第三电阻串联，所述第二电阻与所述第四电阻串联，并且，所述第一电阻与所述第三电阻串联后的电路和所述第二电阻与所述第四电阻串联后的电路并联，所述第一电阻与所述第四电阻为相对臂，所述第二电阻与所述第三电阻为相对臂；所述四个电阻具有相同的压敏性质；
所述应力承载板设有贯穿其厚度的开孔；每一个所述传感器单元中，所述第二电阻和所述第三电阻在所述应力承载板朝向所述传感器薄膜一侧表面上的投影位于所述开孔区域内，且所述第一电阻和所述第四电阻在所述应力承载板朝向所述传感器薄膜一侧表面上的投影位于所述应力承载板中所述开孔之外的区域。
2.根据权利要求1所述的压力检测装置，其特征在于，所述受力板为触控电子设备的屏幕、电池盖或中框。
3.根据权利要求1或2所述的压力检测装置，其特征在于，所述应力承载板设有的开孔包括与所述传感器薄膜上设有的所述第二电阻一一对应的第一开孔、与所述传感器薄膜上设有的所述第三电阻一一对应的第二开孔。
4.根据权利要求1-3任一所述的压力检测装置，其特征在于，所述应力承载板设有的开孔包括与所述传感器薄膜上设有的所述传感器单元一一对应的第三开孔，每一对相互对应的传感器单元和第三开孔中，所述传感器单元的所述第二电阻和所述第三电阻在所述应力承载板朝向所述传感器薄膜一侧表面上的投影位于所述第三开孔区域内。
5.根据权利要求1-4任一所述的压力检测装置，其特征在于，所述应力承载板的杨氏模量大于所述传感器薄膜的杨氏模量。
6.根据权利要求1-5任一所述的压力检测装置，其特征在于，所述传感器薄膜设于所述应力承载板朝向所述受力板的一侧或者设于所述应力承载板背离所述受力板的一侧。
7.根据权利要求1-6任一所述的压力检测装置，其特征在于，所述传感器薄膜设有所述第二电阻和所述第三电阻的位置周边区域的厚度小于所述传感器薄膜其他位置的厚度。
8.根据权利要求1-7任一所述的压力检测装置，其特征在于，所述传感器薄膜在设有所述第二电阻和所述第三电阻的位置的周边区域设有不连续的开槽。
9.根据权利要求1-8任一所述的压力检测装置，其特征在于，所述传感器薄膜在设有所述第一电阻和所述第四电阻的位置粘结于所述应力承载板。
10.根据权利要求1-9所述的压力检测装置，其特征在于，所述薄膜在设有所述第二电阻和所述第三电阻的位置周边通过泡棉粘结于所述受力板。
11.一种显示屏，包括屏幕，其特征在于，还包括如权利要求1-10任一项所述的压力检测装置。
12.一种触控电子设备，包括存储器、处理器，其特征在于，还包括如权利要求1-10任一项所述的压力检测装置，其中：
所述处理器与所述压力检测装置以及存储器信号连接，用于根据所述压力检测装置检测的信号生成触控信号，并且根据所述存储器内预先存储的触控信号与相应操作的对应关系控制所述触控电子设备进行动作。
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