CN107636572B - 压力检测装置和触控笔 - Google Patents

Abstract

提供了一种压力检测装置和触控笔，该压力检测装置包括：检测头(210)、保护装置(220)和压力传感器(230)；该检测头(210)用于，接收第一压力；该保护装置(220)用于，在该检测头(210)接收该第一压力时，向该压力传感器(230)输出第二压力；其中，在该第一压力的值小于或等于第一阈值时，该第二压力等于该第一压力，该第一压力的值大于该第一阈值时，该第二压力小于该第一压力。本发明实施例中，通过保护装置能够有效保护压力传感器，提高压力传感器使用寿命，降低返修率，提升产品竞争力。

Description

压力检测装置和触控笔

技术领域

本发明实施例涉及触控设备领域，并且更具体地，涉及一种压力检测装置和触控笔。

背景技术

目前，随着智能手机及平板电脑的快速普及，触控技术进一步丰富了用户使用手机触控交互的层次及使用体验。例如，如图1所示的触控笔100，具体包括：笔尖组件101、笔尖支架102、压力传感器103、与该压力传感器103焊接的印制电路板(printed circuitboard，PCB)104以及PCB支架105，其中，笔尖组件101与压力传感器103之间进行硬连接，压力传感器103对按压力度进行感知，从而控制PCB 104进行反馈。

然而，随着技术的发展，一些专业用户及普通消费者对触控交互的要求越来越高，对压力触控的要求也更加精细，这就需要有配套的高精度的压力传感器，例如，微电子机械系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)压力传感器和电容式压力传感器。

但是，由于高精度的压力传感器本身属于精密部件，不能承受较大外力冲击。如果继续使用如图1所示的设计结构，笔尖组件101会将受到的外力大小不变地直接传递到压力传感器103上，如果受到跌落冲击等外力较大时，外力就会超过压力传感器103的承受能力，导致压力传感器103受到冲击力而损坏或者失效。

因此，在有压力检测的触控设备领域，亟需一种能够有效保护压力传感器的装置。

发明内容

提供了一种压力检测装置和触控笔，能够有效保护压力传感器。

第一方面，提供了一种压力检测装置，所述装置包括：

检测头210、保护装置220和压力传感器230；

所述检测头210用于，接收第一压力；

所述保护装置220用于，在所述检测头210接收所述第一压力时，向所述压力传感器230输出第二压力；

其中，在所述第一压力的值小于或等于所述压力传感器能够承受的第一阈值时，所述第二压力等于所述第一压力，所述第一压力的值大于所述第一阈值时，所述第二压力小于所述第一压力。

本发明实施例中，在采用同样的压力传感器情况下，通过保护装置能够有效保护压力传感器，提高压力传感器使用寿命，降低返修率，提升产品竞争力。

在一些可能的实现方式中，所述保护装置220包括弹性件240，在所述第一压力的值大于所述第一阈值时，所述弹性件240发生压缩，使得所述第二压力小于所述第一压力。

在一些可能的实现方式中，所述弹性件240为弹簧，所述弹簧的预压力由所述第一阈值确定。

在一些可能的实现方式中，所述保护装置220还包括：

芯轴250，设置有所述弹性件240的套接结构，所述弹性件240通过所述套接结构向所述压力传感器230传递压力。

本发明实施例的压力检测装置，能够有效保证压力传递的灵敏度。

在一些可能的实现方式中，所述套接结构为台阶结构。

本发明实施例的压力检测装置，能够有效节省保护装置的占用空间。

在一些可能的实现方式中，所述保护装置220还包括：

支架260和连接件270，所述连接件270与所述检测头210相连，且所述连接件270与所述支架260之间设置有第一间隔，在所述检测头210接收的所述第一压力的值大于所述第一阈值时，所述连接件270随着所述第一压力的增加向所述支架260移动，直到所述第一压力的值大于第二阈值时，所述支架260阻止所述连接件270的移动，使得所述第二压力等于所述第二阈值，其中，所述第二阈值大于所述第一阈值，所述第一间隔由所述第二阈值确定。

本发明实施例中，通过保护装置能够进一步有效保护压力传感器，进一步提高压力传感器使用寿命，进一步提高压力传递灵敏度，进一步提高整机可靠性，进一步降低返修率，进一步提升产品竞争力。

在一些可能的实现方式中，所述芯轴250在靠近所述支架260的一侧设置有与所述支架260匹配的台阶结构。

在一些可能的实现方式中，所述第一间隔的值为0.2mm-0.5mm，例如，所述第一间隔的值为0.3mm。

在一些可能的实现方式中，所述连接件270为套筒271；

其中，所述套筒271的两端设置有开口，内部设置有隔板，所述检测头210穿过所述套筒271的一端连接至所述隔板的一端，所述隔板的另一端通过所述弹性件240和所述芯轴250向所述压力传感器230传递压力，其中，所述套筒271能够沿所述套筒271的轴向方向进行移动，且所述芯轴250能够沿所述套筒271的轴向方向在所述套筒271内进行移动。

在一些可能的实现方式中，沿所述套筒271的轴向方向，所述套筒271和所述支架260之间的间隔为所述第一间隔，所述芯轴250和所述套筒271之间设置有第二间隔。

在一些可能的实现方式中，所述第二间隔大于或等于所述第一间隔，使得所述第一压力大于所述第二阈值时，所述支架260能够用于阻止所述套筒271的移动。

第二方面，提供了一种触控笔，包括：

第一方面中任一项所述的压力检测装置，其中，所述检测头210为笔尖，所述保护装置220为笔尖组件，所述笔尖组件用于，在所述笔尖接收所述第一压力时，向所述压力传感器230输出所述第二压力。

本发明实施例的触控笔，通过保护装置能够有效保护压力传感器，提高压力传感器使用寿命，降低返修率，提升产品竞争力。

在一些可能的实现方式中，所述触控笔还包括：

印制电路板PCB，所述PCB与所述压力检测装置连接，用于接收所述压力传感器230检测到的信号。

在一些可能的实现方式中，所述触控笔还包括：

固定件，用于在所述笔尖没有接收到第一压力时，阻止所述笔尖组件的移动。

附图说明

图1是现有技术中触控笔设计的示意性结构图。

图2是本发明实施例的压力检测装置的第一示意性框图。

图3是本发明实施例的压力传感器的示意图。

图4是本发明实施例的压力检测装置的第二示意性结构图。

图5是本发明实施例的压力检测装置的第三示意性结构图。

图6是本发明实施例的压力检测装置的第四示意性结构图。

图7是本发明实施例的触控笔设计的示意性结构图。

图8是本发明是实力的触控笔的保护装置的示意性结构图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

应理解，本发明实施例的压力检测装置有压力检测的控制设备领域，例如，电子压力测试设备、汽车、医疗、电气自动化设备等有压力检测的控制设备领域。换句话说，本发明实施例的压力检测装置适用于任何压力传感器，例如，通过任何材料形成的压力传感器，金属传感器、聚合物传感器、陶瓷传感器、混合物传感器。又例如，电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器、谐振式压力传感器等。尤其适用于高精度的压力传感器，例如，微电子机械系统压力传感器和电容式压力传感器。

本发明实施例中提供了一种压力检测装置，通过在压力传感器前端增加保护装置，在外力过大的情况下，该保护装置能够对外力进行分解，使得向压力传感器输出的压力值减小，进而保护压力传感器。

图2是本发明实施例的压力检测装置200的示意性框图。

如图2所示，该压力检测装置200包括：

检测头210、保护装置220和压力传感器230；该检测头210用于，接收第一压力；该保护装置220用于，在该检测头210接收该第一压力时，向该压力传感器230输出第二压力。其中，在该第一压力的值小于或等于压力传感器230能够承受的第一阈值时，该第二压力等于该第一压力，该第一压力的值大于该第一阈值时，该第二压力小于该第一压力。

具体而言，压力传感器230可以如图3所示，在检测头210接收到该第一压力时，在该压力传感器230上的半圆形状位置，该保护装置220与该压力传感器230发生接触，进而将第一压力或者该第一压力中的部分压力传递至该压力传感器230。

本发明实施例中，在采用同样的压力传感器情况下，通过保护装置220能够有效保护压力传感器，提高压力传感器使用寿命，提高压力传递灵敏度，提高整机可靠性，降低返修率，提升产品竞争力。

可以理解，本发明实施例中的检测头210，可以是该压力检测装置200的一个端部(不一定是单设的一个部件)，即，用来承受外界压力的端部。本发明实施例对其具体体现形式不做限定。

作为一个实施例，该保护装置220包括弹性件240，在该第一压力的值大于该第一阈值时，该弹性件240发生压缩，使得该第二压力小于该第一压力。

例如，该第一阈值为450克力，当该第一压力的值为460克力时，该弹簧用于存储10克力，并向压力传感器230输出450克力。应理解，450、460以及10仅为示例性描述，本发明实施例不做具体限定。

在本发明实施例中，在第一压力较大的情况下，通过弹性件240可以对第一压力进行分解，并存储部分压力。此外，检测头210发生移动的过程中也需要第一应力做功，进一步对第一压力进行分解。

可选地，该弹性件240可以为弹簧，该弹簧的预压力可以根据该第一阈值确定。应理解，该弹性件240不限于弹簧，例如，也可以是弹性橡胶类材料制成的部件。本发明实施例不做具体限定。

具体而言，通过调节弹簧的预压力值，相当于给压力传感器设置一个压力调节、分流阀，将多余压力存储到该弹簧中。预压力可以理解为预压高度，具体指，弹簧设计为12长，安装高度为10长，此时我们就有了一个弹簧的预压高度。

由于预压高度，弹簧在安装之后本身就存储一定的能量，在受力所产生的能量小于本身存储的能量时，弹簧不会发生变形，相反，受力大于存储的能量时，弹簧发生变形。

应理解，本发明实施例中，该保护装置220可以只包括弹簧，但本发明实施例不限于此。

由于弹簧和压力传感器的接触可能会导致压力传感器的检测失准，为了进一步提高压力传感器的检测精度，作为一个实施例，如图4所示，该保护装置还220还可以包括芯轴250，用于将来自弹性件240的力传递给压力传感器230。

具体而言，该保护装置220可以包括弹性件240以及芯轴250；芯轴250设置有该弹性件240的套接结构，该弹性件240通过该套接结构向该压力传感器230传递压力。

即，通过芯轴250和弹性件240的充分接触，以及，芯轴250和压力传感器230的充分接触，使得检测头210收到该第一压力时，通过该弹性件240以及芯轴250将第一压力或者该第一压力中的部分压力传递至该压力传感器230。进而保证了压力传感器230的检测精度。

图5是本发明实施例的压力检测装置的另一示意性结构图。

为了固定芯轴250和弹性件240的相对位置，可选地，如图5所示，该套接结构为台阶结构。

具体而言，芯轴250的轴向方向上，芯轴250的中间部位的尺寸大于芯轴250的第一端部的尺寸，该第一端部为芯轴250靠近该检测头210的端部，该弹性件240套在该第一端部，芯轴250的第二端部用于向该压力传感器230传递压力，其中，芯轴250的被套部分的长度需要小于该弹性件240的长度。即，弹性件240的长度需要大于芯轴250的被套部分的长度。

此外，该台阶结构还可以节省空间。

由于弹性件240能够储存的能量受到弹性参数的影响，在第一压力非常大的情况下，仅仅通过弹性件240分解第一压力，并不能有效的保护压力传感器。为了进一步提高保护效果，作为另一个实施例，如图5所示，该保护装置220还可以包括：

支架260和连接件270，该连接件270与该检测头210相连，且该连接件270与该支架260之间设置有第一间隔，在该检测头210接收的该第一压力的值大于该第一阈值时，该连接件270随着该第一压力的增加向该支架260移动，直到该第一压力的值大于第二阈值时，该支架260阻止该连接件270的移动，使得该第二压力等于该第二阈值，其中，该第二阈值大于该第一阈值，该第一间隔由该第二阈值确定。

比如，第一阈值为450克力，第一应力大于第一阈值时，弹性件240压缩，压力传感器230检测到的第二压力实际小于第一压力，但大于第一阈值。直到连接件270顶在支架260时，压力检测器230检测到的第二压力恒定。

可以理解，在理想状态下(忽略检测头210和连接件270移动所消耗的力)，在该检测头210接收的第一压力的值大于该第二阈值时，该支架260用于接收来自芯轴250的第四压力，其中，该第四压力等于该第一压力减去以下压力：

该第二压力(压力传感器230受到的力)以及该第三压力(转化为弹性件240的弹性能的力)。

例如，该第一阈值为450克力，第二阈值为500克力，当该第一压力的值为660克力时，该弹性件240受到压缩可以存储10克力，直到连接件270顶在支架260时，向支架260输出100克力，并向压力传感器230输出500克力。应理解，上述数字仅为示例性描述，本发明实施例不做具体限定，此外，弹性件240存储的能量(克力)可以根据该弹簧属性决定。

在本发明实施例中，采用内置弹性件240、芯轴250以及连接件270，配合支架260设计，将检测头210受力实时传递给压力传感器230，同时当压力过大时通过保护装置220(弹性件240、芯轴250、支架260以及连接件270)将多余压力分解到弹性件240和支架260上，从而可以起到保护压力传感230器目的。

作为一个实施例，如图5所示，芯轴250在靠近该支架260的一侧设置有与该支架260匹配的台阶结构。

可选地，该第一间隔的值为0.2mm-0.5mm，例如，第一间隔的值为0.3mm。应理解，这里仅以0.3做示例性说明，本发明实施例不限于此，例如，0.4mm、5mm或者0.8m等等。应理解，该第一间隔由该第二阈值确定。

作为另一个实施例，如图6所示，该连接件270为套筒271；

其中，该套筒271的两端设置有开口，内部设置有隔板，该检测头210穿过该套筒271的一端连接至该隔板的一端，该隔板的另一端通过该弹性件240以及芯轴250向该压力传感器230传递压力，其中，该套筒271能够沿该套筒271的轴向方向进行移动，且，芯轴250能够沿该套筒271的轴向方向在该套筒271内进行移动。

例如，如图6所示，沿该套筒271的轴向方向，该套筒271和该支架260之间设置有第一间隔b，芯轴250和该套筒271之间设置有第二间隔a。

为了最大可能的分解第一压力，可选地，该第二间隔a大于或等于该第一间隔b，使得该第一压力大于该第二阈值时，该支架260能够用于阻止该套筒271的移动。

具体而言，本发明实施例中的第一间隔b和第二间隔a，使得压力传感器230和套筒271之间由支架260形成一个隔筋结构，隔离开压力传感器230和套筒271，并通过该隔筋结构限制套筒271的向右移动空间，在保护装置220起作用时，上述活动芯轴250和套筒271的内部间隙(第二间隔a)要大于套筒271和支架260隔筋之间的间隙(第一间隔b)，这样，套筒271移动微小距离后就被支架260隔筋阻挡，套筒271上的力就会传递到隔筋上，起到保护作用。

可选地，该压力检测装置200为触控笔，其中，该检测头210为笔尖，该保护装置220为笔尖组件，该笔尖组件用于，在该笔尖接收该第一压力时，向该压力传感器230输出该第二压力。

可以理解，本发明实施例中，触控笔的笔尖的作用是接收外部受力，笔尖组件的作用是在第一压力过大时，通过分流第一压力的方式保护压力传感器。也就是说，检测头可以为笔尖的形式，也可以为其它形式，触控笔的保护装置可以为笔尖组件的形式，也可以为其它形式，本发明实施例对具体体现形式不做限定。

下面结合图7和图8以触控笔的设计结构为例进行说明。

在图1所示的现有的触控笔的设计结构中，笔尖组件101和压力传感器103直接进行硬接触，笔尖组件101之间也属于硬连接。由于器件之间进行硬连接时缺乏弹性，会造成笔尖组件101受到的外力直接、大小不变传递到压力传感器103上，如果笔尖组件101受到跌落冲击等外力较大时，外力超过传感器103的承受能力，就会进一步导致传感器103受到冲击力而损坏、失效。

本发明实施例，基于上述问题，提供了一种触控笔，通过在触控笔中内置保护装置，该保护装置能够将外力进行分解，使得外力在压力传感器可承受范围内时，笔尖组件将外力完全传递到压力传感器上，保证传感器正常工作；当外力大于设定值时，该保护装置能够将多余外力转移传递到支架上，让支架承受多余外力，而压力传感器受力还在允许范围内，从而保护传感器不受超出允许范围的力冲击。

图7是本发明实施例的触控笔设计的结构性框图。

如图7所示，该触控笔包括：笔尖211、保护装置和压力传感器231；该笔尖211用于接收第一压力；该保护装置用于接收来自该笔尖211的该第一压力时，向该压力传感器231输出第二压力。

具体地，如图8所示，该保护装置可以包括第一弹簧241、内部芯轴251、塑胶壳261以及笔尖筒272。由此，在该第一压力的值大于该第一阈值时，第一弹簧241发生压缩，压力传感器231检测到的第二压力实际小于第一压力，但大于第一阈值。直到笔尖筒272顶在塑胶壳261时，压力检测器231检测到的第二压力恒定。

可选地，触控笔还可以包括：固定件，用于在所述笔尖没有接收到第一压力时，阻止所述笔尖组件的移动。例如，如图7所示，该固定件可以是第二弹簧242，用于在笔尖211没有接收到第一压力时，固定笔尖筒272的相对位置，进一步提高用户体验。应理解，本发明实施例中的固定件可以是弹簧，也可以是其它形式的部件，例如，由弹性橡胶制成的部件。

从保护装置工作的角度，换句话说，假设该第一压力大于内置的第一弹簧241的阈值，笔尖筒272就会向右移动，此时笔尖筒272接触到塑胶壳261，笔尖211上的力就直接通过笔尖筒272传递到塑胶壳261上，实现多余力被分解到塑胶壳261上，此时，压力传感器231受到第一弹簧241通过活动内部芯轴251传递过来的力。应理解，由于第一弹簧241存储的能量很小，因此，这个力是接近第一弹簧241的预压力阈值的力，不会再加大，从而实现保护传感器231。

在本发明实施例中，通过内置的由第一弹簧241、内部芯轴251、塑胶壳261以及笔尖筒272将笔尖211受力实时传递给压力传感器231，同时，当压力过大时通过保护装置(弹簧241、内部芯轴251、塑胶壳261以及笔尖筒272)将多余压力分解到第一弹簧241和塑胶壳261上，从而可以起到保护压力传感231器目的。

可选地，该触控笔还包括：印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，该PCB与该压力检测装置焊接连接，用于接收该压力传感器检测到的信号。

可以理解，本发明实施例中，该笔尖211属于检测头210的一种实现方式，但本发明实施例不限于此；压力传感器231和压力传感器230可以相同，也可以不同。此外，图7和图8中的第一弹簧241、内部芯轴251、塑胶壳261以及笔尖筒272，分别与图2、图4至图6中的压力检测装置中的弹性件240、芯轴250、支架260以及连接件270作用相同，其具体工作过程以及技术效果可以参见相应部分的说明，为避免重复，此处不再赘述，但本发明实施例对其具体体现的结构和形式不做具体限定，例如，本领域技术人员可以视不同的技术领域及应用对其结构做适应性变化。

最后，还需要说明的是，在本发明实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明实施例。

又例如，在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

又例如，在本发明实施例中可能采用术语第一部件和第二部件，但这些部件不应限于这些术语。这些术语仅用来将部件彼此区分开。

又例如，取决于语境，如在此所使用的词语“在……时”可以被解释成为“如果”或“若”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的部件，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和部件，可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部部件来实现本发明实施例的目的。

以上内容，仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种压力检测装置，其特征在于，包括：

检测头(210)、保护装置(220)和压力传感器(230)；

所述检测头(210)用于接收第一压力；

所述保护装置(220)用于，在所述检测头(210)接收所述第一压力时，向所述压力传感器(230)输出第二压力，所述保护装置(220)包括弹性件(240)、具有套接结构的芯轴(250)、支架(260)和连接件(270)，所述芯轴(250)通过所述套接结构与所述弹性件(240)套接，所述弹性件(240)通过所述套接结构向所述压力传感器(230)传递压力，所述连接件(270)与所述检测头(210)相连，且所述连接件(270)与所述支架(260)之间设置有第一间隔，所述支架(260)位于所述芯轴(250)与所述压力传感器(230)之间；

其中，在所述第一压力的值小于或等于所述压力传感器能够承受的第一阈值时，所述第二压力等于所述第一压力，所述第一压力的值大于所述第一阈值时，所述弹性件(240)发生压缩，所述连接件(270)随着所述第一压力的增加向所述支架(260)移动，直到所述第一压力的值大于第二阈值时，所述支架(260)阻止所述连接件(270)的移动，使得所述第二压力等于所述第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值，所述第一间隔由所述第二阈值确定。

2.根据权利要求1所述的压力检测装置，其特征在于，所述弹性件(240)为弹簧，所述弹簧的预压力由所述第一阈值确定。

3.根据权利要求1或2所述的压力检测装置，其特征在于，所述套接结构为台阶结构。

4.根据权利要求1或2所述的压力检测装置，其特征在于，所述芯轴(250)在靠近所述支架(260)的一侧设置有与所述支架(260)匹配的台阶结构。

5.根据权利要求1或2所述的压力检测装置，其特征在于，所述第一间隔的值为0.2mm-0.5mm。

6.根据权利要求1或2所述的压力检测装置，其特征在于，所述连接件(270)为套筒(271)；

其中，所述套筒(271)的两端设置有开口，内部设置有隔板，所述检测头(210)穿过所述套筒(271)的一端连接至所述隔板的一端，所述隔板的另一端通过所述弹性件(240)和所述芯轴(250)向所述压力传感器(230)传递压力，其中，所述套筒(271)能够沿所述套筒(271)的轴向方向进行移动，且所述芯轴(250)能够沿所述套筒(271)的轴向方向在所述套筒(271)内进行移动。

7.根据权利要求6所述的压力检测装置，其特征在于，沿所述套筒(271)的轴向方向，所述套筒(271)和所述支架(260)之间的间隔为所述第一间隔，所述芯轴(250)和所述套筒(271)之间设置有第二间隔。

8.根据权利要求7所述的压力检测装置，其特征在于，所述第二间隔大于或等于所述第一间隔，使得所述第一压力大于所述第二阈值时，所述支架(260)能够用于阻止所述套筒(271)的移动。

9.一种触控笔，其特征在于，包括：

权利要求1至8中任一项所述的压力检测装置，其中，所述检测头(210)为笔尖，所述保护装置(220)为笔尖组件，所述笔尖组件用于，在所述笔尖接收所述第一压力时，向所述压力传感器(230)输出所述第二压力。

10.根据权利要求9所述的触控笔，其特征在于，所述触控笔还包括：

固定件，用于在所述笔尖没有接收到第一压力时，阻止所述笔尖组件的移动。

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