CN111024281B - 一种压力传感装置、制备方法和压力传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种压力传感装置、制备方法和压力传感系统，该压力传感装置的第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构之间通过垫片支撑形成谐振腔。压力传感装置受到按压时，施加按压区域的谐振腔的腔长发生变化，影响第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构中的条形电路对光的吸收，进而影响条形电路中的光电流，实现压力信号到电信号的转换。本发明提供了一种通过谐振腔实现压力信号到电信号转换的实现原理，基于该实现原理提供了一种由简单的层结构组成的压力传感装置。另一方面，通过调节条形电路层中条形线路的条数，改变由条形电路层投影形成的网状图案的网格密集程度，从而可以对压力传感装置的器件灵敏度进行调节。

Description

一种压力传感装置、制备方法和压力传感系统

技术领域

本发明实施例涉及压力传感器技术领域，尤其是涉及一种压力传感装置、制备方法和压力传感系统。

背景技术

压力传感器根据传感原理可分为电容式、压电式和电阻式三种。电容式传感器的电学信号为瞬时信号需要外加信号转换电路，且其输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大，输出特性非线性。压电式传感器其传感器敏感层需要加入压电材料，这些压电材料需要较大压力才能实现电学信号的改变，使得最终的传感器件的灵敏度不佳，检测限较高。相较于上述两种传感器的缺陷电阻式的压力传感器具有独特的优势，它使用多级结构的敏感层材料，根据压力导致的电阻值的变化，可实现高灵敏度，最低检测压力小，检测范围大的压力传感器。

举例来说，电阻式压力传感器有如下几种，(1)基于石墨烯/六方氮化硼异质结构的压力传感器，所述传感器至少由硅/二氧化硅衬底层、石墨烯/六方氮化硼异质结构压力感应层、外壳组成。所述衬底层包含电极和空腔；述感应层采用石墨烯和六方氮化硼两种材料制备；所述感应层附着在衬底层的空腔上方；衬底层和感应层封装在外壳内。所述制备方法包括：刻蚀衬底层空腔，制备石墨烯/六方氮化硼异质结构压力感应层，刻蚀感应图案和封装。石墨烯/六方氮化硼异质结构压力传感器线性度好、成品率高、灵敏度较高、稳定性好、预期使用寿命长，且其制作成本低、工艺简易、过程可控，可用于流场压力感知等。(2)石墨烯电容式触摸屏。包括主屏体和安装块，安装块水平设置于主屏体的下方，所述主屏体的一侧固定连接有对称设置的两个支撑块，所述支撑块远离主屏体的一侧设有滑槽，所述滑槽内固定连接有滑杆，所述滑杆上滑动套接有滑块，所述滑杆上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与滑块和滑槽的内壁固定连接，所述安装块的顶部设有对称设置的两个安装槽，所述安装槽内固定连接有固定杆，所述固定杆上滑动套接有固定块，所述固定块和滑块之间通过连杆连接，所述连杆的两端分别与滑块和固定块转动连接。通过压杆、压力传感器和控制芯片的设置，使触摸屏拥有压力感应的功能，从而提高了触摸屏的适用范围。(3)基于电致发光器件和电阻层的压力传感器。所述压力传感器包括电致发光器件和电阻层，所述电阻层和电致发光器件的一个电极分别与电源的两极连接，形成回路。上述压力传感器将压力导致的形变转换为电致发光器件的亮度变化，并根据亮度的变化确定压力的大小，具有驱动电压低、高效率、结构简单、制程工艺简单等优点。而且电致发光器件可柔性化的特点，可以实现柔性化的压力传感器，能够应用于电子皮肤等对柔性有需求的电子器件上。

然而，现有的电阻式的压力传感装置的结构比较复杂，压力传感装置的灵敏度不可控，进而在将该压力传感装置用于触摸屏的过程中无法调节触摸屏的识别精度。由于压力传感装置的结构复杂，其制作流程也比较繁琐，成本较高。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的压力传感装置结构复杂，灵敏度不可控，在将其应用于触摸屏时无法调节触摸屏的识别精度。

另一方面，压力传感装置的制作流程复杂，成本高。由于无法调节触摸屏的识别精度，因而无法将对触摸屏的操作进行更为精细的区分，限制了触摸屏技术的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决现有的压力传感装置结构复杂，灵敏度不可控，在将其应用于触摸屏时无法调节触摸屏的识别精度的问题。

针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种压力传感装置，包括第一薄膜集成结构、第二薄膜集成结构，以及由所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构形成的谐振腔；

所述第一薄膜集成结构由第一硬涂层、第一覆盖层、第一条形电路层和垫片组成，所述第一覆盖层设置在所述第一硬涂层上，所述第一条形电路层和所述垫片设置在所述第一覆盖层上；

所述第二薄膜集成结构由第二硬涂层、第二覆盖层和第二条形电路层组成，所述第二覆盖层设置在所述第二硬涂层上，所述第二条形电路层设置在所述第二覆盖层上；

所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构固定封装，使得所述第一条形电路层和所述第二条形电路层相对设置，所述第一条形电路层中的线路与所述第二条形电路层中的线路正交，且经所述垫片支撑形成谐振腔；

所述第一条形电路层和所述第二条形电路层均由具有吸光特性的材料形成。

本实施例提供了制备上述压力传感装置的方法，包括：

将厚度为第一预设厚度的二氧化硅薄片作为所述第一硬涂层，在所述第一硬涂层的一面旋涂厚度为第二预设厚度的聚酯材料并烘干，形成所述第一覆盖层；

在所述第一覆盖层上形成具有垫片图案的第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层上形成厚度为第三预设厚度的二氧化硅薄膜，去除所述第一光刻胶层，形成所述垫片；

在所述第一覆盖层上形成具有沿着第一方向的条形线路图案的第二光刻胶层，在所述第二光刻胶层上形成由具有吸光特性的材料形成的薄膜，去除所述第二光刻胶层，得到所述第一条形电路层，得到所述第一薄膜集成结构；

将厚度为所述第一预设厚度的二氧化硅薄片作为所述第二硬涂层，在所述第二硬涂层的一面旋涂厚度为所述第二预设厚度的聚酯材料并烘干，形成所述第二覆盖层；

在所述第二覆盖层上形成具有沿着第二方向的条形线路图案的第三光刻胶层，在所述第三光刻胶层上形成由具有吸光特性的材料形成的薄膜，去除所述第三光刻胶层，形成所述第二条形电路层，得到所述第二薄膜集成结构；

将所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构固定封装，使得所述第一条形电路层和所述第二条形电路层相对设置，所述第一条形电路层中的线路与所述第二条形电路层中的线路正交，得到具有经所述垫片支撑形成谐振腔的压力传感装置；

其中，垫片位于所述第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案的每一网格的中心位置处。

本实施例提供了一种压力传感系统，包括上述的压力传感装置、偏压及检测模块、运算处理模块和操作控制模块；

所述压力传感装置通过设置在所述第一条形电路层的每一条形线路端点处的电极和设置在所述第二条形电路层的每一条形线路端点处的电极连接所述偏压及检测模块；

所述压力传感装置用于将外部压力转换为光电流的变化，所述偏压及检测模块用于检测所述压力传感器中产生了光电流变化的线路，所述运算处理模块用于根据产生了光电流变化的线路定位施加所述外部压力的目标位置，所述操作控制模块用于确定与所述目标位置对应的操作控制信令，并执行所述操作控制信令。

本发明的实施例提供了一种压力传感装置、制备方法和压力传感系统，该压力传感装置由第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构封装而成。第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构之间通过垫片支撑形成谐振腔。压力传感装置收到按压时，施加按压区域的谐振腔的腔长发生变化，影响第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构中的条形电路对光的吸收，进而影响条形电路中的光电流，实现压力信号到电信号的转换。本发明提供了一种通过谐振腔实现压力信号到电信号转换的实现原理，基于该实现原理提供了一种由简单的层结构组成的压力传感装置。另一方面，在该压力传感装置中通过条形电路层感应发生按压的区域，通过调节条形电路层中条形线路的条数，改变由条形电路层投影形成的网状图案的网格密集程度，从而可以对压力传感装置的器件灵敏度进行调节，进而在将其应用于触摸屏时能够实现对触摸屏识别精度的调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的压力传感装置的结构截面示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案和按压压力传感装置时按压位置和具有光电流变化的条形线路的示意图；

图3是本发明另一个实施例提供的第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案和按压压力传感装置时确定按压位置滑动轨迹的示意图；

图4是本发明另一个实施例提供的将压力传感装置应用于终端时，压力传感系统的结构示意图；

图5是本发明另一个实施例提供的压力传感系统的工作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

图1是本实施例提供的压力传感装置的结构截面示意图，参见图1，该压力传感装置包括第一薄膜集成结构、第二薄膜集成结构，以及由所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构形成的谐振腔03；

所述第一薄膜集成结构由第一硬涂层011、第一覆盖层012、第一条形电路层013和垫片014组成，所述第一覆盖层012设置在所述第一硬涂层011上，所述第一条形电路层013和所述垫片014设置在所述第一覆盖层012上；

所述第二薄膜集成结构由第二硬涂层021、第二覆盖层022和第二条形电路层023组成，所述第二覆盖层022设置在所述第二硬涂层021上，所述第二条形电路层023设置在所述第二覆盖层022上；

所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构固定封装，使得所述第一条形电路层013和所述第二条形电路层023相对设置，所述第一条形电路层013中的线路与所述第二条形电路层014中的线路正交，且经所述垫片014支撑形成谐振腔03；

所述第一条形电路层013和所述第二条形电路层023均由具有吸光特性的材料形成。

第一硬涂层和第二硬涂层可以为二氧化硅硬涂层，第一覆盖层和第二覆盖层可以为聚酯材料覆盖层，垫片可以是由二氧化硅材料形成的。第一条形电路层和第二条形电路层均由具有吸光特性的材料形成，例如，第一条形电路层和第二条形电路层均由石墨烯材料形成。谐振腔内为空气。二氧化硅硬涂层用来保护该压力传感装置并接收外界压力，聚酯材料形成的覆盖层用于贴合附着石墨烯薄膜，空气填充的谐振腔主要将屏幕发出的可见光进行谐振进而被石墨烯薄膜多次增强吸收，石墨烯薄膜将吸收的谐振光信号转换为电信号，垫片用于形成空气谐振腔。可理解的是，为了方便和外部器件连接，该压力传感装置上还设置有电极，例如，在该压力传感装置和显示屏幕结合时，该压力传感装置的电极分别与石墨烯薄膜和偏压检测模块相连形成电流回路，二氧化硅衬底层将该压力传感装置与下方显示屏隔离。

举例来说，该压力传感装置应用在智能手机、显示设备等互动终端，与下方显示模块相互集成。显示模块(如LED)一般会发出光谱不均匀的可见光，当光束进入由聚酯材料覆盖层组成的空气谐振腔时将发生谐振效应(根据谐振腔谐振原理，谐振腔长满足谐振光波长的整数倍，这里取n＝1)。谐振光被上下表面的石墨烯薄膜吸收，在偏置电压作用下形成一定光电流分布，从而实现了按压信号到电信号的转换。

本实施例提供了一种压力传感装置，该压力传感装置由第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构封装而成。第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构之间通过垫片支撑形成谐振腔。压力传感装置收到按压时，施加按压区域的谐振腔的腔长发生变化，影响第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构中的条形电路对光的吸收，进而影响条形电路中的光电流，实现压力信号到电信号的转换。本发明提供了一种通过谐振腔实现压力信号到电信号转换的实现原理，基于该实现原理提供了一种由简单的层结构组成的压力传感装置。另一方面，在该压力传感装置中通过条形电路层感应发生按压的区域，通过调节条形电路层中条形线路的条数，改变由条形电路层投影形成的网状图案的网格密集程度，从而可以对压力传感装置的器件灵敏度进行调节，进而在将其应用于触摸屏时能够实现对触摸屏识别精度的调节。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述第一条形电路层由沿着第一方向的条形线路形成，所述第二条形电路层由沿着第二方向的条形线路形成，且所述第一方向与所述第二方向正交；

其中，在每一条形线路的端点处均设置有电极；通过改变沿着所述第一方向的条形线路的条数和沿着所述第二方向的条形线路的条数，调节所述压力传感器的灵敏度。

图2为本实施例提供的第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案和按压压力传感装置时按压位置和具有光电流变化的条形线路的示意图，参见图2，在本实施例提供的压力传感装置中，无论是在第一方向上还是在第二方向上，条形线路的条数均可以进行调节，进而改变由第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案的网格密度，网格密度越大，压力传感器的灵敏度越高。

电极设置在每一条形线路的端点处，用于与外部器件(例如，偏压及检测模块)连接。当将该压力传感装置应用于屏幕时，该压力传感装置中用于承受压力的面的尺寸与屏幕的尺寸相等。

本实施例提供了一种压力传感装置，可以通过对条形线路条数的控制改变压力传感装置的灵敏度，在将其应用于触摸屏时实现对触摸屏的精细识别。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述所述第一条形电路层和所述第二条形电路层均由石墨烯形成；

其中，按压所述压力传感装置，受到按压的区域的谐振腔长度发生改变，影响受到按压的区域的第一条形电路层和第二条形电路层023对谐振腔内光的吸收，导致传输在第一条形电路层和第二条形电路层内的光电流变化。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述第一硬涂层、所述第二硬涂层和所述垫片均由二氧化硅形成，所述第一覆盖层和所述第二覆盖层均由聚酯材料形成。

本实施例提供了一种压力传感装置，石墨烯具有良好的光电特性，通过石墨烯线路中的光信号变化能够灵敏的感应出压力的变化。

第二方面，本实施例提供了一种制备以上所述的压力传感装置的方法，包括：

将厚度为第一预设厚度的二氧化硅薄片作为所述第一硬涂层，在所述第一硬涂层的一面旋涂厚度为第二预设厚度的聚酯材料并烘干，形成所述第一覆盖层；

在所述第一覆盖层上形成具有垫片图案的第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层上形成厚度为第三预设厚度的二氧化硅薄膜，去除所述第一光刻胶层，形成所述垫片；

在所述第一覆盖层上形成具有沿着第一方向的条形线路图案的第二光刻胶层，在所述第二光刻胶层上形成由具有吸光特性的材料形成的薄膜，去除所述第二光刻胶层，得到所述第一条形电路层，得到所述第一薄膜集成结构；

将厚度为所述第一预设厚度的二氧化硅薄片作为所述第二硬涂层，在所述第二硬涂层的一面旋涂厚度为所述第二预设厚度的聚酯材料并烘干，形成所述第二覆盖层；

在所述第二覆盖层上形成具有沿着第二方向的条形线路图案的第三光刻胶层，在所述第三光刻胶层上形成由具有吸光特性的材料形成的薄膜，去除所述第三光刻胶层，形成所述第二条形电路层，得到所述第二薄膜集成结构；

将所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构固定封装，使得所述第一条形电路层和所述第二条形电路层相对设置，所述第一条形电路层中的线路与所述第二条形电路层中的线路正交，得到具有经所述垫片支撑形成谐振腔的压力传感装置；

其中，垫片位于所述第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案的每一网格的中心位置处。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述去除所述第二光刻胶层，得到所述第一条形电路层，得到所述第一薄膜集成结构，包括：

去除所述第二光刻胶层，得到所述第一条形电路层，在形成所述第一条形电路层的每一条形线路的端点处形成厚度为第四预设厚度的金属薄膜，作为电极，得到所述第一薄膜集成结构；且，

去除所述第三光刻胶层，形成所述第二条形电路层，得到所述第二薄膜集成结构，包括：

去除所述第三光刻胶层，形成所述第二条形电路层，在形成所述第二条形电路层的每一条形线路的端点处形成厚度为所述第四预设厚度的金属薄膜，作为电极，得到所述第二薄膜集成结构。

以下为本实施例提供的一种更为具体的制备压力传感装置的流程，具体包括：

(1)提供一块厚度为20～40μm的二氧化硅薄片，尺寸与显示屏的尺寸相同；

(2)在二氧化硅薄片的表面旋涂一层聚酯材料，厚度为5～10μm，加热烘干；

(3)在聚酯材料的表面旋涂一层光刻胶(如ZEP520)，使用紫外线将其曝光出垫片图案(每隔一段距离有一个支点，横截面积为1～9μm2，间距约1cm)；

(4)使用有机溶剂将曝光部分溶解，通过低压化学气相沉积法生长一层高度为400～600nm的二氧化硅薄膜，将剩余光刻胶溶解得到一系列间距约1cm、横截面积为1～9μm²、高度为400～600nm的垫片(用于形成空气的谐振腔)；

(5)通过化学气相沉积法在聚酯材料表面均匀生长一层石墨烯薄膜；

(6)在石墨烯薄膜上旋涂光刻胶，使用紫外线将其曝光成条形图案，条形宽度为50～100μm、间距为1～5μm(曝光图案与最终形成的条形电路层的图案互补)；

(7)将曝光部分溶解，形成条形电路层；

(8)旋涂一层光刻胶，使用紫外线将其曝光出电极图案(覆盖每个石墨烯条纹端点的正方形，边长为5～10μm，间距为50～100μm)；

(9)使用有机溶剂将曝光部分溶解，通过磁控溅射法生长一层厚度约为50nm的金属薄膜，将剩余光刻胶溶解得到一系列金属电极；

(10)重复步骤(1)、(2)、(5)～(9)，其中，步骤(6)的曝光图案与第一个薄膜集成结构中的条形图案相互正交，其他参数一致，得到第二个薄膜集成结构；

(11)将两个薄膜集成结构的石墨烯面相对进行固定封装，电极与偏压检测模块连接得到本提案所述基于石墨烯的压力传感装置。

本实施例提供了制备上述压力传感装置的方法，基于上述压力传感装置的简单层结构，该制备方法简单易行，成本低。

第三方面，本实施例提供了一种压力传感系统，包括以上所述的任一种压力传感装置、偏压及检测模块、运算处理模块和操作控制模块；

所述压力传感装置通过设置在所述第一条形电路层的每一条形线路端点处的电极和设置在所述第二条形电路层的每一条形线路端点处的电极连接所述偏压及检测模块；

所述压力传感装置用于将外部压力转换为光电流的变化，所述偏压及检测模块用于检测所述压力传感器中产生了光电流变化的线路，所述运算处理模块用于根据产生了光电流变化的线路定位施加所述外部压力的目标位置，所述操作控制模块用于确定与所述目标位置对应的操作控制信令，并执行所述操作控制信令。

如图2所示，相互正交的线路相当于坐标网格，通过两个方向上光电流发生了变化的线路可以定位出施加按压的区域的位置，再根据预先设定了按压位置对应的操作控制信令，确定执行的操作控制信令。

具体地，图4为本实施例提供的将压力传感装置应用于终端时，压力传感系统的结构示意图，参见图4，压力传感系统主要由石墨烯光电转换膜(压力传感装置)、偏压及检测模块、运算处理模块、操作控制模块等功能模块组成。各部分模块实现功能如下：

石墨烯光电转换膜：将压力传感装置中谐振光信号转换为电信号；

偏压及检测模块：对上、下两表面的石墨烯条纹薄膜提供外加偏压，并检测、处理石墨烯条纹中电流变化信息；

运算处理模块：将检测模块发来的电流变化信息转换为压力坐标信息；

操作控制模块：将压力坐标信息与操作控制信令结合，与互动终端进行互操作。

图5为本实施例提供的压力传感系统的工作流程示意图，参见图5，该压力传感系统的工作流程包括：

(1)外部产生按压、滑动等压力信号；

(2)由二氧化硅衬底和聚酯材料外壳组成的谐振腔相应位置发生形变，腔长减小引起谐振模式改变，谐振光信号向短波方向偏移；

(3)检测模块检测到石墨烯光电转换膜上变化的电信号；

(4)检测模块将被放大、除噪等处理后的电信号传递给运算处理模块；

(5)将电流变化信息转换为压力坐标信息传送给操作控制模块；

(6)操作控制模块通过操作控制指令对终端进行相应互操作。

本实施例提供了一种压力传感系统，通过调节两个方向上条形线路的条数，调节由第一条形电路和第二条形电路投影形成的网状图案中网格密度，进而调节压力传感装置的感应灵敏度，实现对触摸屏的识别精度的调节，对触摸屏的操作进行了更为精细的区分。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述偏压及检测模块用于检测所述压力传感器中产生了光电流变化的线路，所述运算处理模块用于根据产生了光电流变化的线路定位施加所述外部压力的目标位置，包括：

所述偏压及检测模块用于检测所述压力传感器中沿着第一方向设置的条形线路中产生了光电流变化的第一目标线路，和沿着第二方向设置的条形线路中产生了光电流变化的第二目标线路；

所述运算处理模块根据所述第一目标线路和所述第二目标线路确定施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点。

当外界对聚酯材料外壳进行按压时，作用区域的谐振腔长度会发生变化，引起谐振模式(谐振波长)改变，相应的光电流也随之发生微扰。具体地，如图2所示，以10*10的压力传感装置为例，当检测模块检测到纵向4～7#线和横向6～8#线上电流发生变化时，对应到屏幕上(4,6)、(5,6)、(6,6)、(7,6)、(4,7)、5,7)、(6,7)、(7,7)、(4,8)、(5,8)、(6,8)和(7,8)等若干坐标点有压力信号，将此区域位置与系统的操作指令对应即可实现压力传感功能。

本实施例提供了一种压力传感系统，根据各线路上的电信号的变化，定位出位于按压区域内的坐标点，通过定位的坐标点确定相应的操作控制信令。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述运算处理模块根据所述第一目标线路和所述第二目标线路确定施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点，包括：

所述运算处理模块根据所述第一目标线路和所述第二目标线路确定施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点，由施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点，分别计算各方向上的坐标点的平均值，得到所述目标位置对应的中心坐标点，将以所述中心坐标点为圆心，以预设半径作圆确定的目标区域作为所述目标位置。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述操作控制模块用于确定与所述目标位置对应的操作控制信令，并执行所述操作控制信令，包括：

所述操作控制模块用于确定对应于所述目标位置轨迹变化的操作控制信令，并执行所述操作控制信令。

举例来说，图3为本实施例提供的第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案和按压压力传感装置时确定按压位置滑动轨迹的示意图，参见图3，在图2所示的定位外部压力的目标位置的方法外，还可将电流变化的若干坐标求中点，得到一个中心坐标点(例如，将图2中定位的所有坐标的横坐标求平均值得到中心坐标点的横坐标，所有纵坐标求平均值得到中心坐标点的纵坐标)。以中心坐标点为圆心、某数值(如0.2cm)为半径作为按压区域。

当外界对聚酯材料外壳进行滑动时，通过设置监测模块采样时间间隔(如0.2～0.5s)，根据前后按压区域做运动轨迹计算，将滑动轨迹与系统的操作指令对应即可实现压力传感功能。例如，图3中滑动区1(第一次按压的按压位置)到滑动区2(由第一次按压的按压位置滑动到第二个按压位置)的轨迹即为对屏幕的滑动操作。

本实施例提供了一种压力传感系统，通过将定位的按压区域的坐标区域化迅速定位出按压区域，并追踪按压区域的运动轨迹，实现对滑动屏幕的操作进行控制。

本实施例提供的压力传感装置主要由聚酯材料外壳、石墨烯-ITO光电转换膜、垫片以及二氧化硅衬底等部分组成，石墨烯薄膜图案的坐标化设计可将外界压力或滑动信号进行位置对应和操作映射，可实现压力、滑动等传感功能。通过对石墨烯条纹图案的修改，可灵活、快速调节触摸屏识别精细度。压力传感系统主要由石墨烯光电转换膜、偏压及检测模块、运算处理模块、操作控制模块等功能模块组成。

通过对石墨烯薄膜图案的坐标化设计，可将外界压力或滑动信号进行位置对应和操作映射，不仅能实现压力和滑动等传感功能，而且具有精度可调、操作灵敏、成本低廉以及工艺简易等特点。可实现触摸屏的压力传感功能，将外界压力信号转换成系统操作指令；可实现触摸屏的滑动传感功能，将外界滑动信号转换成系统操作指令；极大程度上降低了制备工艺的难度和器件的复杂性；通过对石墨烯条纹图案的修改，可灵活、快速调节触摸屏识别精细度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种压力传感装置，其特征在于，包括第一薄膜集成结构、第二薄膜集成结构，以及由所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构形成的谐振腔；

所述第一薄膜集成结构由第一硬涂层、第一覆盖层、第一条形电路层和垫片组成，所述第一覆盖层设置在所述第一硬涂层上，所述第一条形电路层和所述垫片设置在所述第一覆盖层上；

所述第二薄膜集成结构由第二硬涂层、第二覆盖层和第二条形电路层组成，所述第二覆盖层设置在所述第二硬涂层上，所述第二条形电路层设置在所述第二覆盖层上；

所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构固定封装，使得所述第一条形电路层和所述第二条形电路层相对设置，所述第一条形电路层中的线路与所述第二条形电路层中的线路正交，且经所述垫片支撑形成谐振腔；

所述第一条形电路层和所述第二条形电路层均由具有吸光特性的材料形成；

当谐振腔接收到按压时，将屏幕发出的可见光进行谐振，使得第一薄膜集成结构和第二薄膜集成结构中的条形电路对光的吸收，将吸收的谐振光信号转换为电信号，实现压力信号到电信号的转换；

所述第一条形电路层和所述第二条形电路层均设有多条条形线路，通过调节所述第一条形电路层和所述第二条形电路层中条形线路的条数，改变由条形电路层投影形成的网状图案的网格密集程度，实现对压力传感装置的器件灵敏度的调节。

2.根据权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于，所述第一条形电路层由沿着第一方向的条形线路形成，所述第二条形电路层由沿着第二方向的条形线路形成，且所述第一方向与所述第二方向正交；

其中，在每一条形线路的端点处均设置有电极；通过改变沿着所述第一方向的条形线路的条数和沿着所述第二方向的条形线路的条数，调节所述压力传感装置的灵敏度。

3.根据权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于，所述第一条形电路层和所述第二条形电路层均由石墨烯形成；

其中，按压所述压力传感装置，受到按压的区域的谐振腔长度发生改变，影响受到按压的区域的第一条形电路层和第二条形电路层对谐振腔内光的吸收，导致传输在第一条形电路层和第二条形电路层内的光电流变化。

4.根据权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于，所述第一硬涂层、所述第二硬涂层和所述垫片均由二氧化硅形成，所述第一覆盖层和所述第二覆盖层均由聚酯材料形成。

5.一种制备如权利要求1-4任一项所述的压力传感装置的方法，其特征在于，包括：

将厚度为第一预设厚度的二氧化硅薄片作为所述第一硬涂层，在所述第一硬涂层的一面旋涂厚度为第二预设厚度的聚酯材料并烘干，形成所述第一覆盖层；

在所述第一覆盖层上形成具有垫片图案的第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层上形成厚度为第三预设厚度的二氧化硅薄膜，去除所述第一光刻胶层，形成所述垫片；

在所述第一覆盖层上形成具有沿着第一方向的条形线路图案的第二光刻胶层，在所述第二光刻胶层上形成由具有吸光特性的材料形成的薄膜，去除所述第二光刻胶层，得到所述第一条形电路层，得到所述第一薄膜集成结构；

将厚度为所述第一预设厚度的二氧化硅薄片作为所述第二硬涂层，在所述第二硬涂层的一面旋涂厚度为所述第二预设厚度的聚酯材料并烘干，形成所述第二覆盖层；

在所述第二覆盖层上形成具有沿着第二方向的条形线路图案的第三光刻胶层，在所述第三光刻胶层上形成由具有吸光特性的材料形成的薄膜，去除所述第三光刻胶层，形成所述第二条形电路层，得到所述第二薄膜集成结构；

将所述第一薄膜集成结构和所述第二薄膜集成结构固定封装，使得所述第一条形电路层和所述第二条形电路层相对设置，所述第一条形电路层中的线路与所述第二条形电路层中的线路正交，得到具有经所述垫片支撑形成谐振腔的压力传感装置；

其中，垫片位于所述第一条形电路层和第二条形电路层投影形成的网状图案的每一网格的中心位置处。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述去除所述第二光刻胶层，得到所述第一条形电路层，得到所述第一薄膜集成结构，包括：

去除所述第二光刻胶层，得到所述第一条形电路层，在形成所述第一条形电路层的每一条形线路的端点处形成厚度为第四预设厚度的金属薄膜，作为电极，得到所述第一薄膜集成结构；

且，

去除所述第三光刻胶层，形成所述第二条形电路层，得到所述第二薄膜集成结构，包括：

去除所述第三光刻胶层，形成所述第二条形电路层，在形成所述第二条形电路层的每一条形线路的端点处形成厚度为所述第四预设厚度的金属薄膜，作为电极，得到所述第二薄膜集成结构。

7.一种压力传感系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的压力传感装置、偏压及检测模块、运算处理模块和操作控制模块；

所述压力传感装置通过设置在所述第一条形电路层的每一条形线路端点处的电极和设置在所述第二条形电路层的每一条形线路端点处的电极连接所述偏压及检测模块；

所述压力传感装置用于将外部压力转换为光电流的变化，所述偏压及检测模块用于检测所述压力传感装置中产生了光电流变化的线路，所述运算处理模块用于根据产生了光电流变化的线路定位施加所述外部压力的目标位置，所述操作控制模块用于确定与所述目标位置对应的操作控制信令，并执行所述操作控制信令。

8.根据权利要求7所述的压力传感系统，其特征在于，所述偏压及检测模块用于检测所述压力传感装置中产生了光电流变化的线路，所述运算处理模块用于根据产生了光电流变化的线路定位施加所述外部压力的目标位置，包括：

所述偏压及检测模块用于检测所述压力传感装置中沿着第一方向设置的条形线路中产生了光电流变化的第一目标线路，和沿着第二方向设置的条形线路中产生了光电流变化的第二目标线路；

所述运算处理模块根据所述第一目标线路和所述第二目标线路确定施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点。

9.根据权利要求8所述的压力传感系统，其特征在于，所述运算处理模块根据所述第一目标线路和所述第二目标线路确定施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点，包括：

所述运算处理模块根据所述第一目标线路和所述第二目标线路确定施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点，由施加所述外部压力的目标位置对应的坐标点，分别计算各方向上的坐标点的平均值，得到所述目标位置对应的中心坐标点，将以所述中心坐标点为圆心，以预设半径作圆确定的目标区域作为所述目标位置。

10.根据权利要求9所述的压力传感系统，其特征在于，所述操作控制模块用于确定与所述目标位置对应的操作控制信令，并执行所述操作控制信令，包括：

所述操作控制模块用于确定对应于所述目标位置轨迹变化的操作控制信令，并执行所述操作控制信令。

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