CN106648275A - 一种触觉传感器织物结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于从具有导电性和非导电区域的纤维制成的触摸传感器的织物结构及制备方法。将纤维织成的织物连接到控制电子设备，纤维被分组并在一个组中的纤维的端部之前，为了降低传感器织物和控制电子之间所需的连接数量与控制电子连接在一起。控制电子驱动信号传感器结构和测量信号从传感器结构来确定触摸位置和接触点区域。

Description

一种触觉传感器织物结构及制备方法

技术领域

本发明涉及一种独特的纤维设计可织成的织物，其功能如同一个触摸传感器。

背景技术

触摸输入传感器和控制器正在变得普遍，用户输入设备来控制计算机和其它电子设备如手机。当触摸传感器是透明的，放置在一个显示器前面，传感器显示组件是一个触摸屏。没有显示器的触摸传感器可以是不透明的，并且是一个触摸板。

不同的技术利用层状材料的各种参数制作传感器。电阻传感器构造以保持两个线性电阻层除了在休息时，允许接触到在一个触摸事件的接触。从触摸导致的电阻分压器由控制电子控制装置读取及一个位置的计算方法。电容式传感器从由信号驱动以产生一个电场的导电层构成。当基电容由另一电场改变的（即某人的手指）的差异是由控制电子测量和位置被计算。感应传感器通过信号驱动以产生一个磁场。当磁场被另一个磁场改变的（即触针有线圈）的差异是由控制电子测量和位置被计算。表面声波传感器利用传感器来启动机械波在一个传感器，并处理该反射波图案以寻找引起的触摸点反射和/或吸收的波能的变化。 IR传感器闪耀横跨传感器表面波束的是相对侧监视的网格。一种触摸打破光束和控制电子设备确定位置。

这些传感器技术，电阻具有明显的优势。电阻式传感器是像机械开关，以便从所有驱动器的触摸做出反应，如手指（即使戴着手套）和公共用具（如铅笔，钢笔）。触摸一点也不含糊，因为，通知触摸的电子产品相同的压力通知淡淡的用户。电阻也有很高的信噪比允许高分辨率的可能性。

电阻的主要问题是光学透明度作为触摸屏中的任一触摸屏或触摸垫领域中应用的显示强大功能的前面时使用。本发明着眼于触摸板应用的技术，使光学透明度是不重要的，虽然本领域的技术人员可以应用本发明到触摸屏。传统的电阻传感器的稳定性的问题是由于需要保持在静止的传感器的层之间的空气间隙，但允许所述层接触到彼此接触时的触摸事件。

传感器保持空气间隙是特别大的困难。例如，当传感器被用作大屏幕投影显示在交互式白板应用程序。维护一个稀薄的空气差距也是一个问题,传感器需要顺应一个非平面表面叠加在用户的腿或施加到一个汽车轮廓表面时。

发明内容

本发明通过编织纤维组成的导电和非导电区域成织物的特定横截面制造传感器解决了上述和其它问题。所述纤维的端部连接到控制电子设备，然后分组。

本发明的第一个解决方案是一种纤维是如何构成的导电和非导电区域，其中两个交叉纤维的非导电区域保持分开时，没有力施加在纤维的导电区域，但允许该导电区域来接触时的外部压缩力被施加。

作为一种优选，所述该纤维可织成织物，使得重叠的纤维形成在横向纤维重叠垂直纤维的每个位置开关的阵列。

作为一种优选，所述纤维的横截面是长在一个方向上比在其它这样的纤维的方向保持整个织物常数。

作为一种优选，所述纤维的中间是传导而侧面是不导电的。

本发明的第二个解决方案是如何光纤端面处被分组，其中一组中的纤维被电连接到另一个控制电子器件，以减小传感器织物和控制电子元件之间的连接数。

为一种优选，被分组在一端相同的纤维被分组在另一端。

为一种优选，所有的纤维团含有的纤维的数相同。

本发明的第三个解决方案是用于检测所有交叉组经历包括以下步骤的触摸：驱动器的所有组中的第一取向到正电压和系的基团中的第二取向到地面的一端;读出在另一端的电压，以确定哪些在第二定向组遇到的触摸;反过来，驱动组中所经历的触摸到正电压在第一取向到地面配合的基团的一个端部的第二方向;读出在另一端的电压，以确定哪些组在第一方位，第二方位接触当前驱动组。

为一种优选，该纤维中的第一组是在一个第二交叉组接触的纤维用于检测的装置是设置一个电压梯度向下所述第二组和读取第一组的电压。如果第一组中的所述边缘的纤维的电压通过事先校准过程已知，接触纤维在第一组的位置可以通过内插来计算。

本发明的第四个解决方案是如何确定触摸的接触面积，通过测量的电阻变化是由于纤维在触摸点被短接在一起来确定。

为一种优选，纤维的第一组的端部被驱动恒定电流源，而交叉的纤维的第二组的端部连接到地。由于两个纤维组之间的接触面积变大，更多的纤维在第二组中的第一组接触纤维，加入并联电流路径，从而减少导致在电流源与低电压的路径的总电阻。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

附图1是在触摸传感器织物中使用的纤维的等距视图；

附图2是织成的布的纤维的俯视立体图；

附图3是织成的织物表示出交叉纤维的导电区域的纤维被保持隔开当织物处于静止的横截面图；

附图4是织成的织物示出交叉纤维时的触摸事件进入合同的导电区域的纤维的横截面图；

附图5是纤维在织物的边缘被连接到外围柔性电路的俯视等距视图；

附图6是纤维在织物的边缘被连接到外围柔性电路的底部等距视图；

附图7是的传感器连接控制电子的示意图；

附图8是用于进行搜索的多个纤维组的识别光纤组经历的触摸点的方法的流程图；

附图9显示出了垂直组是由一个电压梯度拾取的水平组触摸点驱动的两个重叠的纤维团；

附图10是两个重叠的纤维团显示出纤维的电阻的示意图；

具体实施方式

图1-10和下面的描述描绘了本发明的特定实例以教导本领域的技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。为了教导发明原理的目的，本发明的一些常规方面已被简化或省略。那些本领域的技术人员将理解这些实例落入本发明的范围内的所有变化。那些熟练的技术人员将理解，下面描述的特征可以以各种方式来形成本发明的多种变型。其结果是，本发明并不限于下面描述的具体实施例，而是仅由权利要求及其等同物。

图1显示一段短的合成纤维100要被织成一个传感器织物。该纤维绘制三个区域：电绝缘外区域101和102，导电区域103区域103的导电性被控制以建立每单位长度所希望的电阻。在一个优选的实施方案中，纤维由聚合物（例如尼龙66）制成，该中心区域103由导电通过在碳黑混合。实现了由编织传感器分辨率高，纤维100的横截面可以做得很小。在一个优选的实施方案中，光纤100是0.16毫米宽和0.05毫米厚。

图2显示出一小块的传感器织物200由多个纤维织的。该图显示出了传感器的9×9的纤维段。这么多放大图仅代表一小块的传感器，因为即使相对小的64个毫米×32毫米传感器将需要320*160纤维。

纤维100外非导电区域101和102比中心导电区域103略厚。可以保持重叠的纤维100在织物200的导电区域从进入彼此接触，同时该织物处于静止。图3显示了一个横截面的织物200。导电区域301纤维运行页面不接触导电地区302运行的纤维垂直于页面。

在图4中，触摸实现404接触并压缩织物200的压缩压力从触摸执行导电区域401，402，而根据接触纤维403的实施与导电区域301接触。

检测接触事件，纤维织物200的100的端部连接到控制电子设备。在优选实施方案中，纤维连接到运行围绕织物的周边的柔性电路。反过来，所述柔性电路运行从纤维接触来控制电子电路迹线。

在一个优选的实施方案中，多根纤维被连接到一个单一的柔性电路接触并由此连接在一起。这是必要的，以减少大量接触，否则将被要求控制电子器件的触点。在一个优选的实施方案中，32纤维被连接在一起形成纤维团。因此，在320由160光纤传感器如上所述，320/32 +320/32 +160/32 +160/32 =30个连接将需要所有纤维的两端连接到控制电子设备。

图5显示连接到弯曲连接到顶部和柔性501底部之间501.纤维组备用织物200。图5显示具有连接到触头502和503。图2 3-光纤组的俯视立体图。图6是表示连接到接触器602通过交替顶层和底层柔性连接之间团的居间3-纤维组相同的组件的仰视等距视图，该接触垫可以是过大的不短路在一起。这简化了装配，因为它松懈了织物200和501弯曲之间保持一致的要求。

图7显示了柔性织物组件500如何被连接到控制电子设备706的示意图。701组的纤维经由挠性触点702在一端和703在另一端处被连接在一起。电路迹线704和705连接挠性触点702和703分别控制电子706以类似的方式，所有的柔性接触垫被分别连接到控制电子器件706。

控制电子设备发送的驱动电压和电流的传感器接触衬垫和措施的信号从所述传感器接触焊盘到来。驱动和测量允许控制电子检测和定位触摸到传感器。触摸信息然后经由连接707在优选实例传送到主计算机，与707是一个USB连接。

并行搜索是一种有效的技术，用于识别光纤组中被接触纤维组中的第二取向由于接触第一取向。 图8显示了用于进行多个光纤组，以识别所有纤维组交叉点正在经历触摸的并行搜索方法800的流程图。

在步骤802中控制电子706通吃纤维群体在织物200的第一取向上的电压，在步骤804，控制电子设备706探测光纤组是经历电压上升的第二取向。在步骤806控制电子设备706清除所有光纤组的电压。在步骤808，控制电子设备706引发确定在步骤804，在步骤810控制电子设备706检测到在第一取向经历的电压增加，以确定所述交叉纤维组经历触摸点纤维基的纤维组中的一个的电压。在步骤812中，如果有在804尚未处理确定的额外光纤组，则控制电子回路706通过方法800结束在确定所有纤维组交叉点经历的触摸到步骤806，否则，处理。

图9有助于解释该方法用于确定哪些内交叉纤维组纤维被接触的一另一个。控制电子驱动器702接触到一个电压V +，并连接703地面设置一个电压梯度在直线性纤维组701的纤维组701接触在组901的纤维由于处的触摸位置904的电压为Vn的，并在所述触摸点的纤维组701的六可以读取合同903，通过先前校准过程中，在组701的地方相交的顶部纤维组901的电压的值是已知的，其中它相交底部纤维组901被称为是V0，则该号组901的纤维的i是等于N *(Vi−V0)/(Vn−V0)，其中N是在群901的光纤数。

组内701接触纤维可以通过驱动组901和测量组701以类似的领域来确定。

一个单一的触摸可能会导致两个以上的交叉纤维接触。事实上，越纤维接触，接触面积就越大。知的接触面积可以是在确定什么正在触摸传感器，或者，在柔软的触感的情况下实现了如手指，确定触摸的压力是有用的。

图10有助于解释该方法用于确定许多交叉纤维如何相接触，由于触摸。它显示了纤维的电阻近似为交叉纤维组701和901如果接触702和703连接在一起，并与一个恒流源的“I”驱动，而接触902和903连接到地，电压“V”的在触点702和703成比例的电路电阻根据V = IR。触摸904使一个垂直纤维成与一个水平的纤维接触，从而在电路的电阻值等于(R1* R2 /(R1 + R2))+(R3 * R4 /(R3 + R4))。触摸1004引起两个垂直的纤维以与两个水平纤维收缩所以电路电阻将其中一半在904触摸的情况下的值的。这样读出在合约702和703用于触摸1004的电压将一半读出触摸904的价值。

虽然具体的实施方式在此描述了，本发明的范围不限于那些特定实施例。本发明的范围由以下权利要求及其任何等同限定在其中。

Claims (9)

1.一种触觉传感器织物的制备方法，与其中两个相交的纤维的非导电区域时保持导电区域分开处于静止状态，但允许导电区域接触到在施加外部压缩力接触于重叠区的导电和非导电区域的纤维。

2.根据权利要求1所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于多根纤维被织成织物2的纤维。

3.根据权利要求1所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于其中纤维的横截面比其它更广泛的在一个方向上的纤维，因此纤维的取向保持一致时，它被编织成的织物。

4.根据权利要求1所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于其中所述导电区域是在纤维和非导电区域的中间是在纤维的一侧。

5.根据权利要求2所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于其中纤维被分组，然后将每个组内的纤维连接在一起，在它们的端部，然后连接到控制电子设备的织物。

6.根据权利要求5所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于其中所有的基团具有纤维的数量相同。

7.根据权利要求5所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于其中识别所述交叉纤维组经历的触摸的组件包括导电纤维组的并行搜索。

8.根据权利要求5所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于识别所述纤维内的纤维组经历的触摸包括：施加电压梯度沿第一定向的纤维基;读取在第二取向的纤维组的端子上的电压;通过计算，其中已知的电压为纤维组的中的第二取向的第一和最后的纤维之间的读出的电压下降确定在接触的纤维。

9.根据权利要求5所述一种触觉传感器织物的制备方法，其特征在于其中在两个相交的纤维团的触摸的接触面积是通过测量纤维组的终端的路径的电阻在第一取向纤维组的端子，在第二取向确定的组件。