CN108008847B - 主动式电容笔及其压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动式电容笔及其压力传感器。其中，主动式电容笔包括：导电笔尖；压力传感器，连接于导电笔尖，用于检测导电笔尖受到的压力，并产生压感信号；控制处理单元，电性连接压力传感器，对压感信号进行处理后发送给导电笔尖；其中，压力传感器包括依次连接的活塞、导电橡胶及电介质层，活塞与导电笔尖联动，当导电笔尖处于初始位置时，导电橡胶与电介质层接触。借此，通过使导电橡胶与电介质层在初始状态下就接触，消除了导电橡胶与电介质层之间的空隙，从而使得压力传感器不再有空行程，使主动式电容笔的笔尖回缩行程减小，提升了用户体验。

Description

主动式电容笔及其压力传感器

技术领域

本发明涉及电容笔领域，具体地，涉及一种主动式电容笔及其压力传感器。

背景技术

主动式电容笔已经逐渐被大众所关注、接受和使用，平面电脑、手机及其它相关设备都开始使用主动式电容笔。主动式电容笔自身相当于信号发射源，触控屏的传感器接收电容笔发出的信号并且测算出X、Y坐标，从而在触控笔上显示出对应于笔尖轨迹的笔画。为了可以使笔能感测用户书写力度的变化，技术人员想到在电容笔中加入压力传感器，以根据书写力度的变化来改变笔迹的粗细，达到优异的用户效果体验。

然而，现有的主动式电容笔的压力传感器，由于传感器各元器件之间存在公差累计，为了便于组装，通常会将压力传感器设计成具有一定的空行程，这样导致用户在使用电容笔时，笔尖刚接触到触控屏时就会回缩，且笔尖的回缩行程很大，给用户的感觉就是还没有施加压力笔尖却朝后退，造成用户体验不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动式电容笔及其压力传感器，该主动式电容笔及其压力传感器能够减小主动式电容笔的笔尖与触控屏接触时产生的回缩行程，提升用户体验。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的第一方面，提供一种主动式电容笔，包括：导电笔尖；压力传感器，连接于所述导电笔尖，用于检测所述导电笔尖受到的压力，并产生压感信号；控制处理单元，电性连接所述压力传感器，对所述压感信号进行处理后传送给所述导电笔尖；其中，所述压力传感器包括依次连接的活塞、导电橡胶及电介质层，所述活塞与所述导电笔尖联动，当所述导电笔尖处于初始位置时，所述导电橡胶与所述电介质层接触。

优选地，当所述导电笔尖处于初始位置时，所述导电橡胶具有预压缩变形量。

优选地，所述预压缩变形量小于或等于0.1mm。

优选地，所述导电橡胶与所述电介质层接触的一端为具有倒角的圆柱体，所述倒角在61.7°～62.7°之间。

优选地，所述压力传感器还包括外壳及金属电极，所述金属电极与所述电介质层抵接，且一并固定地设置在所述外壳的一端，所述活塞可移动地滑设于所述外壳的另一端。

优选地，所述金属电极上形成有管脚，所述管脚连接至所述控制处理单元。

优选地，所述压力传感器还包括第一导电弹簧，所述外壳的内侧形成有卡抵所述电介质层的突出部，所述第一导电弹簧套设在所述导电橡胶外侧且弹性支撑在所述活塞和所述突出部之间。

优选地，所述第一导电弹簧的一端夹设在所述活塞和导电橡胶之间，另一端伸出所述外壳以连接至所述控制处理单元。

优选地，所述主动式电容笔还包括导电连接杆和第二导电弹簧，所述导电连接杆的一端与所述导电笔尖相连，另一端与所述活塞相连，所述第二导电弹簧套设在所述导电连接杆上，所述导电笔尖通过所述导电连接杆和第二导电弹簧与所述控制处理单元电连接。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种压力传感器，包括本发明实施例的第一方面所提供的主动式电容笔中的压力传感器。

在本发明的主动式电容笔及其压力传感器中，通过使导电橡胶与电介质层在初始状态下就接触，消除了导电橡胶与电介质层之间的空隙，使得压力传感器不再有空行程，从而使得在使用主动式电容笔进行书写时笔尖的回缩行程减小(笔尖回缩行程仅为导电橡胶的变形量)，提升了用户体验；且由于导电橡胶已经有了一定的预压缩变形量，使得导电橡胶在继续受压时形变量变化不会太快，由此能够提高压力传感器的检测精度。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种实施方式的主动式电容笔的立体分解图；

图2是图1的局部放大图；

图3是根据本发明的一种实施方式的压力传感器的立体图；

图4是根据本发明的一种实施方式的压力传感器的立体分解图；

图5是根据本发明的一种实施方式的压力传感器的一个剖视图；

图6是图5中所述压力传感器的另一剖视图。

附图标记说明

10主动式电容笔 11导电笔尖

12压力传感器 121活塞

1211滑块 122导电橡胶

123金属电极 1231管脚

124电介质层 125第一导电弹簧

126外壳 1261滑槽

1262突出部 13控制处理单元

14第二导电弹簧 15笔头

16上支架 17下支架

18按键 19电池

20笔筒 21笔尾

22导电连接杆

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指相应附图的图面方向的上、下，这些方位词的使用仅是为了便于描述，不能视为对本发明的限制。

图1为本发明的一种实施方式的主动式电容笔的结构示意图。如图1所示，该主动式电容笔10包括中空圆柱状的笔筒20、螺接于笔筒20两端的笔头15及笔尾21，设置于笔筒20内并依次连接的导电笔尖11、压力传感器12和控制处理单元13。导电笔尖11可伸出地设置在笔头15内，控制处理单元13与笔尾21之间设置有电池19，用于向主动式电容笔10中需供电的器件进行供电。

其中，压力传感器12用于检测导电笔尖11所受压力，并产生压感信号传递给控制处理单元13。

进一步地，如图3至图6所示，压力传感器12包括外壳126、固定地设置在外壳126一端的金属电极123、可滑动地设置在外壳126另一端的活塞121，及设置在金属电极123和活塞121之间的电介质层124、导电橡胶122和第一导电弹簧125。其中，电介质层124设置在导电橡胶122和金属电极123之间，活塞121与导电笔尖11联动，导电橡胶122与活塞121连接，导电橡胶122和金属电极123均与控制处理单元13电连接。对于第一导电弹簧125，及活塞121与导电笔尖11联动的具体设置形式将于后文详细说明。

由于活塞121与导电笔尖11联动，所以当主动式电容笔10处于未使用状态时，即活塞121处于初始位置，此时，导电橡胶122与电介质层124接触。

当用户使用主动式电容笔10进行书写时，导电笔尖11在与触控屏(未示出)接触时承受触控屏的反向压力。压力传感器12用于检测导电笔尖11所受的来自触控屏的反向压力，并产生压感信号，控制处理单元13对该压感信号进行处理。本实施例中，被控制处理单元13处理后的压感信号传送给导电笔尖11，后通过导电笔尖11发送至触控屏，以使触控屏根据导电笔尖11所受压力大小改变显示结果，例如改变书写笔迹粗细。具体实施时，被控制处理单元13处理后的压感信号还可以通过内置的蓝牙模块发送给具有蓝牙功能的触控屏等，具体不限于此。

其中，继续参阅图3至图6，由于活塞121与导电笔尖11联动，当使用主动式电容笔10进行书写时，触控屏对导电笔尖11的压力会传递到活塞121上，使得活塞121朝向金属电极123移动，导电橡胶122被压缩变形，与电介质层124的接触面积发生了变化，使得由导电橡胶122、电介质层124及金属电极123构成的可变电容组件的电容发生了变化，电容的大小与导电橡胶122的压缩变形量具有对应关系，因此，电容的大小可以反映出导电笔尖11所受压力的大小。也就是说压力传感器12感受到压力后产生的压感信号即为压力传感器12中可变电容组件的电容的变化信息，与压力传感器12电性连接的控制处理单元13通过对可变电容组件的电容变化信息进行处理得出导电笔尖11所受到的压力。

在本发明中，当活塞121处于初始位置时，即导电笔尖11不受任何外在压力时，导电橡胶122可以与电介质层124刚好接触而无预压缩变形量。然而，在实际实施时，为了降低对压力传感器12中各元器件的加工精度要求，且提高压力传感器12的检测精度，当活塞121处于初始位置时，导电橡胶122可以具有预压缩变形量。在这种情况下，由于导电橡胶122与电介质层124之间存在的预压力，使得在导电笔尖11受到触控屏的反向压力很小时(例如，导电笔尖11刚接触到触控屏时)，导电笔尖11不会发生回缩现象，消除了用户没有施力导电笔尖11便回缩的感觉，减小了导电笔尖11的回缩行程，进一步提升了用户体验。

另外，由于导电橡胶122本身的材料特性，使得其刚受到压力时形变量变化很快，这也导致了现有技术的压力传感器在刚开始受压阶段检测精度较低。在本发明的上述实施方式中，由于导电橡胶122已经有了一定的预压缩变形量，使得导电橡胶122在继续受压时形变量变化不会太快，由此能够提高压力传感器的检测精度。

这里，预压缩变形量应当控制在合适范围内，如果预压缩变形量过大，会导致需要导电笔尖11向触控屏施加较大的压力才能显示笔迹。为此，可选地，导电橡胶122的预压缩变形量可以小于或等于0.1mm，进一步地，该预压缩变形量优选为0.05mm～0.08mm。

进一步地，如图5和图6所示，导电橡胶122靠近活塞121的一端可以具有任意适当的形状或结构，导电橡胶122与电介质层124接触的一端为具有倒角的圆柱体。如此，当活塞121受到压力作用而向金属电极123移动时，导电橡胶122被压缩变形，使得导电橡胶122正对电介质层124的接触面积发生变化，从而使可变电容组件的电容发生变化。

这里，上述倒角的角度不同会使导电橡胶122在受到压力时与电介质层124的正对面积发生不同的变化，可变电容组件的初始电容及电容变化率也会随之改变，影响检测精度。申请人通过大量研究发现，当上述倒角在61.7°～62.7°之间，尤其是在62.2°时，压力传感器12的检测精度最高。

可选地，如图3至图5所示，外壳126可以大体呈圆筒结构。为了使活塞121能够在外壳126内移动，外壳126的侧壁上可以设置有滑槽1261，活塞121的侧面可以形成有滑块1211，滑块1211滑动配合在滑槽1261中。具体地，如图5所示，当活塞121处于初始位置时，滑块1211位于滑槽1261的下端并由滑槽1261的下端面止挡。当导电笔尖11给活塞121压力时，活塞121朝金属电极123的方向挤压导电橡胶122，使导电橡胶122与电介质层124的正对接触面积变大，进而改变了可变电容组件的电容。其中，活塞121的材料可为绝缘材料，电介质层124的主体可为陶瓷材料，且满足电介质层124与导电橡胶122接触的一面涂有导电涂层，但电介质层124的主体材料不限于此。

进一步地，金属电极123可以形成为片状结构，通过卡扣的形式可拆卸地固定在外壳126远离活塞121的一端，并形成有管脚1231以连接到控制处理单元13上。电介质层124夹设在金属电极123和导电橡胶122之间且相对于外壳126固定。具体地，如图4至图6所示，外壳126的内侧形成有卡抵电介质层124的突出部1262，突出部1262可以使电介质层124被固定地设置在外壳126中，且与金属电极123抵接，即金属电极123与电介质层124一并被固定地设置在外壳126的一端。

在此，详细说明第一导电弹簧125，及活塞121与导电笔尖11联动的具体设置形式。

在本发明的实施例中，可变电容组件还包括上述第一导电弹簧125，第一导电弹簧125套设在导电橡胶122上且弹性支撑在活塞121和突出部1262之间，第一导电弹簧125的一端夹设在导电橡胶122和活塞121之间以与导电橡胶122电连接，如图6所示，第一导电弹簧125的另一端依次穿过电介质层124和金属电极123以与控制处理单元13连接。这里，第一导电弹簧125作为导电橡胶122与控制处理单元13之间的导线，导电橡胶122还可以通过其他任意适当的方式与控制处理单元13电连接，不限于此。

活塞121和导电笔尖11的联动可以通过多种方式实现，例如，活塞121可以直接或通过其他部件间接连接于导电笔尖11。在本发明的一种实施方式中，如图2所示，主动式电容笔还包括导电连接杆22，该导电连接杆22的一端与导电笔尖11相连，另一端与所述活塞121相连。

为了将控制处理单元13处理后的压感信号发送给导电笔尖11，如图2所示，本发明的主动式电容笔还可以包括第二导电弹簧14，其中，第二导电弹簧14套设在导电连接杆22上，第二导电弹簧14的一端连接于导电连接杆22，另一端连接至控制处理单元13，以使导电笔尖11依次通过导电连接杆22和第二导电弹簧14与控制处理单元13电连接。

进一步地，如图1所示，本发明的主动式电容笔10还包括上支架16、下支架17和按键18。上支架16和下支架17设置在笔筒20中，且两者可拆卸地上下扣接以形成可容纳导电笔尖11、导电连接杆22、第二导电弹簧14、压力传感器12及控制处理单元13的容纳腔。其中，按键18设置在笔筒20的侧面，笔筒20和上支架16的侧面均设置有供按键18穿过的开口，按键18连接在控制处理单元13上，通过操作按键18可以调节电容笔的工作模式，例如开启或关闭等。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所发明的内容。

Claims (9)

1.一种主动式电容笔，其特征在于，包括：

导电笔尖(11)；

压力传感器(12)，连接于所述导电笔尖(11)，用于检测所述导电笔尖(11)受到的压力，并产生压感信号；

控制处理单元(13)，电性连接所述压力传感器(12)，对所述压感信号进行处理后传送给所述导电笔尖(11)；

其中，所述压力传感器(12)包括依次连接的活塞(121)、导电橡胶(122)及电介质层(124)，所述活塞(121)与所述导电笔尖(11)联动，当所述导电笔尖(11)处于初始位置时，所述导电橡胶(122)与所述电介质层(124)接触；

所述导电橡胶(122)与所述电介质层(124)接触的一端为具有倒角的圆柱体，所述倒角在61.7°～62.7°之间。

2.根据权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，当所述导电笔尖(11)处于初始位置时，所述导电橡胶(122)具有预压缩变形量。

3.根据权利要求2所述的主动式电容笔，其特征在于，所述预压缩变形量小于或等于0.1mm。

4.根据权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述压力传感器(12)还包括外壳(126)及金属电极(123)，所述金属电极(123)与所述电介质层(124)抵接，且一并固定地设置在所述外壳(126)的一端，所述活塞(121)可移动地滑设于所述外壳(126)的另一端。

5.根据权利要求4所述的主动式电容笔，其特征在于，所述金属电极(123)上形成有管脚(1231)，所述管脚(1231)连接至所述控制处理单元(13)。

6.根据权利要求4所述的主动式电容笔，其特征在于，所述压力传感器(12)还包括第一导电弹簧(125)，所述外壳(126)的内侧形成有卡抵所述电介质层(124)的突出部(1262)，所述第一导电弹簧(125)套设在所述导电橡胶(122)外侧且弹性支撑在所述活塞(121)和所述突出部(1262)之间。

7.根据权利要求6所述的主动式电容笔，其特征在于，所述第一导电弹簧(125)的一端夹设在所述活塞(121)和导电橡胶(122)之间，另一端伸出所述外壳(126)以连接至所述控制处理单元(13)。

8.根据权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述主动式电容笔还包括导电连接杆(22)和第二导电弹簧(14)，所述导电连接杆(22)的一端与所述导电笔尖(11)相连，另一端与所述活塞(121)相连，所述第二导电弹簧(14)套设在所述导电连接杆(22)上，所述导电笔尖(11)通过所述导电连接杆(22)和第二导电弹簧(14)与所述控制处理单元(13)电连接。

9.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器为权利要求1-8中任一项所述的主动式电容笔中的压力传感器。