CN111831151A - 适用于柔性数位板的数据采集处理及反馈显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于柔性数位板的数据采集处理及反馈显示系统，包括柔性数位板、数据采集模块、数据处理模块和数据图形化显示模块；柔性数位板包括传感器阵列单元，用于将二维分布的压力信息转化为模拟电压信息，数据采集模块包括模数转换器，用于将柔性数位板受力位置的模拟电压信号转换为数字电压信号，数据处理模块用于存储数字电压信号并对其进行压力解耦，得到压力‑电压信息；数据图形化显示模块用于将解耦后的压力‑电压信息进行压力分级、压力着色匹配以及图形显示。本发明针对柔性数位板提出了一套上层的软件数据采集，处理及显示系统，并提出了信息存储，压力解码，压力分级，压力着色等一系列技术方案。
Description
技术领域
本发明涉及柔性数位板，具体涉及一种适用于柔性数位板的数据采集处理及反馈显示系统。
背景技术
目前的签名数位板主要是基于电磁式感应原理，在笔触和数位板之间接触进行创新优化，以期达到更好的识别精度。数位板相对于传统的主要依赖于软件识别模式的手写板已经有了极大的性能提升，在签字，绘画等领域均有很大的应用前景，其主要参数有压感级别、分辨率、读取速度和板面大小。
但是，目前数位板的工作原理较为单一，主要是基于电磁式感应原理。除此之外，由于其全硬件外壳的设计，数位板的尺寸受限，大尺寸不易携带，而小尺寸在某些场景下又达不到应用的尺寸要求，即全硬壳设计使其移动便携性大大降低。
此外，现有的柔性数位板设计原理和结构只是将压力信息转化为电压信号，缺乏数据采集，处理以及反馈显示功能。目前对于柔性数位板的下层硬件电路及上级软件采集设计都没有相关研究。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于柔性数位板的数据采集处理及反馈显示系统，基于柔性电子下的压电、压阻、压容、阵列晶体管工作原理实现对压力的精确感知。
技术方案：一种适用于柔性数位板的数据采集处理及反馈显示系统，包括柔性数位板、数据采集模块、数据处理模块和数据图形化显示模块；
所述柔性数位板包括传感器阵列单元，用于将二维分布的压力信息转化为模拟电压信息，数据采集模块包括模数转换器，用于将柔性数位板受力位置的模拟电压信号转换为数字电压信号，数据处理模块用于存储数字电压信号并对其进行压力解耦，得到压力-电压信息；数据图形化显示模块用于将解耦后的压力-电压信息进行压力分级、压力着色匹配以及图形显示。
优选的，所述模数转换器为单通道。
进一步的，所述压力解耦采用类灵敏度公式：
UΔF＝(UF-UF0)./UF0
其中，./表示矩阵(UF-UF0)与矩阵UF0对应元素相除；UF0未施加压力时的电压，UF表示施加压力F时的电压，U△F表示施加压力F后电压的变化率。
进一步的，所述压力分级是将解耦得到的压力-电压信息编码到具体的压力级别上：
(1)对于T级压感识别，首先测出柔性数位板的传感器阵列单元能感知到的最大压力-电压信息
之后计算出T级压感识别对应的每级识别压力ΔUF：
(2)将压力解耦得到的压力-电压信息除以每级压力识别压力ΔUF，并取整得到相应的分级后的压力编码：
对于最大压力-电压信息
在计算压力级别时将其归为压力级别T-1。
进一步的，所述压力着色匹配用于将分级后的压力编码
其所对应位置处压力图形显示参数进行匹配。所述压力图形显示参数包括笔画粗细和颜色深浅，上述参数以LookUp Table查找表的形式存储在数据图形化显示模块中。
进一步的，所述图形显示按照压力着色匹配的参数，通过上层的语言框架实现笔画的显示。
可选的，所述柔性数位板采用阵列压电传感器结构，包括顶封装层、数据获取层和底封装层；
所述数据获取层包括行扫描器、顶电极、柔性有机压电层、列扫描器、和底电极，所述顶电极和行扫描器电连接，位于柔性有机压电层的上方，所述底电极和列扫描器电连接，位于柔性有机压电层的下方；所述柔性有机压电层采用阵列式压电传感器；所述阵列式压电传感器的压电单元为上表面电极、柔性压电材料和下表面电极组成的三层柔性结构；
列扫描器和行扫描器对整个压电阵列进行扫描，行译码器和列译码器分别译出地址(i,j)相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i,j)处压电单元的电压信息Uij，进而转化为压力信息Presij，1≤i≤N，1≤j≤M，N为顶电极的数目，M为底电极的数目。
可选的，所述柔性数位板采用阵列压阻传感器结构，包括顶封装层、数据获取层和底封装层；
所述数据获取层包括行扫描器、顶电极、柔性压阻层、列扫描器和底电极，所述顶电极和行扫描器之间通过反相器连接，位于柔性压阻层的上方，所述底电极和列扫描器之间通过放大器连接，位于柔性压阻层的下方，所述柔性压阻层采用阵列式压阻传感器；所述阵列式压阻传感器中的压阻单元为微结构化的上表面电极和微结构化的下表面电极组成的双层柔性结构；
处理器控制列扫描器和行扫描器对整个压阻阵列进行扫描，行译码器和列译码器分别译出地址(i,j)相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i,j)处压阻单元的电阻信息Rij，之后通过参考电阻Rf和放大器转换电路将电阻的变化转化为为电压信息Uij，1≤i≤N，1≤j≤M，N为顶电极的数量，M为底电极的数量。
可选的，所述柔性数位板采用阵列压容传感器结构，包括顶封装层、数据获取层和底封装层；
所述数据获取层包括行扫描器、顶电极、柔性阵列化压容层、列扫描器和底电极；所述顶电极和行扫描器电连接，位于柔性阵列化压容层的上方，所述底电极和列扫描器电连接，位于柔性阵列化压容层的下方，所述柔性阵列化压容层采用阵列式压容传感器，所述阵列式压容传感器的压容单元采用柔性平行板电容或者柔性双电子层电容，且均为上表面电极、柔性介质层和下表面电极组成的三层柔性结构；
列扫描器和行扫描器对整个压容阵列进行扫描，行译码器和列译码器分别译出地址(i,j)相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i,j)处的电容Cij，通过信息采集转换电路将输出的电容信号转化为电压信号Uij,进而转化为压力信息，1≤i≤N，1≤j≤M，N为顶电极的数量，M为底电极的数量。
本发明的有益效果是：1、本发明针对柔性数位板提出了一套上层的软件数据采集，处理及显示系统，并提出了信息存储，压力解码，压力分级，压力-着色等一系列技术方案。填补了目前柔性数位板数据采集，处理以及反馈显示功能的空缺；2、在工作原理上采用基于柔性压电、压容、压阻、晶体管感知压力的原理可以实现对压力的分级精确感知。3、相较于传统的基于电磁式感应原理的硬质数位板，在感应原理上提供了新的思路，通过阵列化设计还可以实现二维x/y坐标点的获取，并且通过电极间距实现不同的空间分辨率。4、在结构构造方面，相较于硬质数位板，本发明的柔性数位板更加便携，轻量；在未来可移植在人体等柔性多形状表面上，具有更广的可应用方向和前景。柔性这一特性为数位板的形式带来革新，若将现有的全硬模式转变为可弯曲的柔性模式，会给其带来更强的便携性和更轻的重量。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的解耦算法流程图；
图3为柔性数位板的结构示意图；
图4为阵列压电传感器基本压电单元的结构；
图5为阵列压电柔性数位板的数据获取层的工作原理；
图6为柔性数位板某一位置被选中时的压电信号采集转换电路图；
图7为阵列压阻传感器基本压阻单元的结构；
图8为阵列压阻柔性数位板的数据获取层的工作原理；
图9为柔性数位板某一位置被选中时的压阻信号采集电路图；
图10为基本压容单元采用柔性平行板电容器的结构示意图；
图11为基本压容单元采用柔性双电子层电容器的结构示意图；
图12为阵列压容柔性数位板的数据获取层的工作原理；
图13为柔性数位板某一位置被选中时的压容信号采集转换电路图。
具体实施方式
下面结合附图，并针对5×5，压感级别为10级，压力-着色匹配仅配置笔画宽度的柔性数位板数据采集、处理和显示系统，对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
如图1所示，本系统包括柔性数位板，数据采集模块，数据处理模块和数据图形化显示模块，其中，数据处理模块和数据图形化显示模块均可以是外接设备芯片。
1、数据采集模块
数据采集模块优选由单通道模数转换器组成。柔性数位板主要实现将二维分布的压力信息转化为电压信息；数据采集模块用于将5×5柔性数位板中某一特定行列(i,j)(1≤i,j≤5)的模拟电压信号转换为数字电压信号。
2、数据处理模块
数据处理模块包括压力二维分布存储和压力解耦两部分。其中，压力二维分布存储在外接设备芯片内存中。其中，压力二维存储的内存格式为5×5的矩阵格式，其第(i,j)位存储着数位板上第i行第j列的压力对应的电压信息。
如图2所示，压力解耦采用类灵敏度公式：
UΔF＝(UF-UF0)./UF0
其中./表示矩阵UF-UF0与矩阵UF0对应元素相除。具体地，对于第2行第3列的压力-电压信号
其处理后的值为
3、数据图形化显示模块
数据图形化显示模块包括压力分解，压力-着色匹配和图形化显示三部分。
压力分解主要是将解耦得到的某一位置(i,j)的压力-电压信息按照一定的规则编码为某一具体的压力级别上。
具体流程如下：
对于10级压感识别，首先测出数位板阵列单元能感知到的最大压力-电压信息
假设
则计算出10级压感识别对应的每级识别压力ΔUF，具体计算表达式为：
然后将压力解耦得到的压力-电压信息除以每级压力识别压力ΔUF，并向下取整即可得到相应的分解后的压力级别。压力分级表达式为:
特殊地，对于测得的压力-电压信息10V，在压力分级计算时会归为压力级别9。
具体地，假设测得第2行第3列的压力-电压信息为3.5V，则压力解耦的数据
所以位置(2,3)测得的压力级别为3。
压力着色匹配主要实现分级后的压力编码
与该位置压力图形显示时的笔画的粗细，颜色的深浅等参数信息进行匹配。即将某一位置上的压力进行压力编码，然后利用编码值查找该位置图形显示所需的参数，比如显示笔画的粗细，颜色的深浅。压力着色匹配的笔画的粗细，颜色的深浅等参数以LookUp Table查找表的形式存储在芯片内存储区内，输入具体位置(i,j)压力编码即可输出相应位置的显示参数信息；具体地，
简单化说明如下：
对于仅有笔画宽度的压力-着色匹配的LookUp Table其配置如下：
表1笔画宽度的压力-着色匹配
假设压感(压力等级)为9级时，笔画宽度为1mm。当压感为3时，笔画宽度为1mm×40％＝0.4mm。特殊地，当
时，此时无压力等级，相应地，也不存在笔画着色配置。
图形显示按照压力-着色匹配的参数，通过上层可以实现图像化编程的语言框架实现笔画的显示。所选语言框架可以是C++，java。Python等任意一种可以实现图像化编程的语言框架。具体显示时，新一帧的显示信息并不会覆盖上一帧的信息，而是添加在上一帧信息上，因此保留之前的显示信息。
对于5×5，压感级别为10级，压力-着色匹配仅配置笔画宽度的柔性数位板的数据采集、处理及显示反馈系统的工作流程如下：
步骤1、每次打开数位板前，据采集模块通过行列选择器依次将数位板的(i,j)位置上的压力-电压信息的模拟信号通过A/D转换器转化成数字信号，并利用(i,j)行列索引方式将转化后的数字信号存储在数据处理模块中的压力二维分布存储5×5的二维矩阵中，实现未施加压力二维分布UF0的获取；
步骤2、在使用数位板时，按照1中采集数据的流程，存储使用时的压力二维分布数据UF，并应用压力解耦公式(UF-UF0)./UF0解耦得到UΔF。
步骤3、数据图形化显示中的压力分解主要将解耦得到的某一位置(i,j)的压力-电压信息按照一定的规则编码为某一具体的压力级别上。详细地，对于10压感识别，将步骤2中得到的解耦后的UΔF除以预先计算存留的每级压力识别压力ΔUF＝1并向下取整即可得到相应的分解后的压力级别
即
步骤4、数据图形化显示中的压力-着色匹配主要实现分级后的压力编码
与该位置压力图形显示时的笔画的粗细，颜色的深浅等参数信息，具体地，压力-着色匹配参数以LookUp Table查找表的形式存储在芯片内存储区内。即，
按照表1中的笔画宽度的压力-着色匹配查找表，数据图形化显示通过输入具体位置(i,j)压力编码即可查找到相应位置的显示参数信息
步骤5、数据图形化显示中的图形显示按照压力-着色匹配的参数，通过上层的图像化编程的语言框架实现笔画的显示。具体显示时，新一帧的显示信息并不会覆盖上一帧的信息，而是添加在上一帧信息上。因此保留之前的显示信息
下面结合三种具体实施例，详细说明本发明的柔性数位板结构及原理。
如图3所示，柔性数位板的包括顶封装层1，数据获取层2和顶封装层3。其中，顶封装层1和底封装层3可采用PDMS，硅胶等高分子有机聚合物，主要对数据获取层起到电绝缘和保护的作用，优选采用PDMS。
数据获取层2的结构为典型的三层结构。
实施例1：
如图4-6所示，对于采用阵列压电传感器的柔性数位板，数据获取层2自上而下分别为行扫描器和顶电极21，柔性有机压电层23，列扫描器和底电极22，数据采集转换电路24。顶电极和行扫描器电连接，位于柔性有机压电层的上侧；底电极和列扫描器电连接，位于柔性有机压电层的下侧，顶电极用于获取行信号(x轴信号)，底电极用于获取列信号(y轴信号)。顶电极和底电极可以采用金属材料、液态金属、纳米导电材料。
本实施例的柔性数位板的数据获取层的结构设计是基于压电原理的，即数据获取层中的柔性压电层采用的是阵列式压电传感器，如图4所示为阵列压电传感器中基本的压电单元，由上表面电极231、柔性压电材料232和下表面电极233构成。
当压力F施加在压电单元两侧时，在压电片(即柔性压电材料232)内侧产生压电极化，之后等量的相反电荷聚集在两侧，两侧积聚电荷为：
Q＝dnmF
其中，dmn为压电系数，mn是压电片的内部不同方向上的压电系数，dmn一般情况下取为d33，F为施加的压力。
其中，上下电极表面集聚的电荷正负属性与压电极性方向有关。
由于电荷集聚在压电片两侧，也即在上表面电极和下表面电极上，所以上表面电极和下表面电极之间产生电压U：
其中，t为压电片的厚度，A为压电片两侧的接触面积，εrε0＝ε为介电常数，C为有机压电薄膜的电容，Q为有机压电薄膜两端集聚的电荷量。
因此，可以直接使用上表面顶电极和下面表面底电极两侧的电压来表征施加压力的大小。其中，柔性数位板的空间分辨率由压电单元的尺寸决定，压电单元越小，空间分辨率越高；柔性数位板的压力分级感应精度由压电性能决定，其灵敏度Ku为：
其中，t为压电片的厚度，A为压电片两侧的接触面积。
这显示，在较大的压力范围内，基于压电原理的柔性数位板的输出U随施加的力F成线性关系，这在数据处理中具有较大的优势，降低了运算量并且可以获得相对更高的数据精度。压电层中的柔性压电材料优选采用PVDF等有机压电材料，上表面电极和下表面电极采用Cu、Ag等金属导电材料或者碳纳米管、石墨烯等纳米导电材料
基于阵列压电传感器的数位板的数据获取层的工作原理如下：
对于N×M的压电阵列，处理器通过行列地址，控制列扫描器和行扫描器对整个阵列进行扫描，对于特定地址(i,j)，列扫描器扫描压电阵列y轴的第i列，同时，行扫描器扫描压电阵列x轴的第j行，行译码器和列译码器分别译出相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i,j)处压电单元的电压信息Uij，进而转化为压力信息Presij，其中，1≤i≤N，1≤j≤M。可通过电压信号的幅度来表征该位置施加压力的大小。
当数位板某一具体位置(b,5)被选中时，数据采集转换电路的电路结构图。对于(b,5)位置的压电单元，在压力作用下，在上下表面集聚数量相同，极性相反的电荷，电荷的电性与压电材料的压电极性有关。假设第b行上集聚为正电荷，则当第b行选中时，正电荷通过负载电阻Rload流向地电极，因而产生正脉冲电压V5；同理，对于第5列而言，集聚的负电荷也通过负载电阻Rload流向地电极，产生负脉冲电压Vb。之后通过减法器将两者电压相加，即可得到总的电压输出
比如对于5×5的压电阵列，将连续输出U11,U12,U13,U14,U15,U21…,U51,U52,U53,U54,U55。这些电压输出经由软件层面的处理转化为压力信息Presij，进而可以得到在这一时刻内整个数位板的压力分布情况。
实施例2：
如图7-9所示，对于采用阵列压阻传感器的柔性数位板，数据获取层2的结构为典型的三层结构，自上而下，第一层为行扫描器21和顶电极，柔性压阻层23，列扫描器22和底电极，数据获取层2还包括数据采集转换电路。
顶电极和行扫描器位于柔性压阻层的上侧，顶电极和行扫描器之间通过反相器连接，底电极和列扫描器位于柔性压阻层的下侧，底电极和列扫描器之间通过放大器放大电路连接。顶电极用于获取行信号(x轴信号)，底电极用于获取列信号(y轴信号)。顶电极和底电极可以采用金属材料、液态金属或者纳米导电材料。
阵列压阻传感器中的基本压阻单元结构如图7所示，由微结构化的上表面电极231和微结构化的下表面电极232组成。该基本压阻单元的一种制备流程如下：
通过将PDMS旋涂在80-300目砂纸上，之后在真空干燥炉中干燥形成，之后将配制而成的AgNFs/Mxene分散液喷涂在干燥的表面微结构的PDMS基地上，在恒温干燥炉上干燥只溶剂完全蒸发，制备而成AgNFs/Mxene-PDMS电极。之后将两片AgNFs/Mxene-PDMS电极通过隔片连接形成基本的压阻单元。
压力感知原理：上下电极的接触点随压力F的增加而增加，从而导致导电通路的增加，进而导致上下电极间的电阻减小。因此，可以使用顶电极和底电极两侧的电阻来表征施加压力的大小。
其中，柔性数位板的空间分辨率由压阻单元的尺寸决定，压阻单元越小，空间分辨率越高。
基于阵列压阻传感器的数位板的数据获取层的工作流程如下：
对于N×M的柔性压阻阵列，处理器控制列扫描器和行扫描器对整个阵列进行扫描，对于特定地址(i,j)，列扫描器扫描压阻阵列y轴的第i列，同时，行扫描器扫描压阻阵列x轴的第j行，行译码器和列译码器分别译出相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i,j)处压阻单元的电阻信息Rij，之后通过参考电阻Rf和放大器转换电路将电阻的变化转化为为电压信息Uij，其中，1≤i≤N，1≤j≤M，N为顶电极的数目，M为底电极的数目。
对于特定的行列选择(b,5)，当行列控制器选择第b行，第5列时，其具体的信息采集电路图如图8所示。再经过如附图9所示的特定的电路设计，将电阻变化转移到电压上，便于后续数据采集，对于(b,5)位置的压阻单元，其输出电压Ub5的具体的转换表达式如下：
此时，压阻阵列的灵敏度Ku为：
Vref为参考电压源，F是施加在柔性数位板上的力。
可以看出，柔性数位板的压力分级感应精度由压阻性能决定。
进一步的，以5×5的压阻阵列为例，将连续输出U11,U12,U13,U14,U15,U21…,U51,U52,U53,U54,U55。这些电压输出经由软件层面的处理，可以得到在这一时刻内整个数位板的压力分布情况。
实施例3：
如图10-13所示，对于采用阵列压容传感器的柔性数位板，数据获取层2的结构为典型的三层结构，自上而下分别为行扫描器和顶电极21，柔性阵列压容层23，列扫描器和底电极22，数据获取层2还包括数据采集转换电路。
顶电极和行扫描器位于柔性阵列压容层的上侧，且顶电极和行扫描器电连接，底电极和列扫描器位于柔性阵列压容层的下侧，且底电极和列扫描器电连接，顶电极用于获取行信号(x轴信号)，底电极用于获取列信号(y轴信号)。优选地，顶电极和底电极采用金属材料，液态金属或者纳米导电材料。
本实施例中，数位板的数据获取层的结构设计是基于压容原理的，即数据获取层中的柔性阵列化压容层采用的是阵列式压容传感器，其压容传感器单元按工作原理不同可分为柔性平行板电容器和柔性双电子层电容器。
具体地：
(1)对于平行板电容器单元，如图10所示，其由上表面电极231，介质层232和下表面电极233构成，所述上表面电极电极和下表面电极采用AgNFs/Mxene-PDMS材料，具有的良好的导电性和柔性。介质层采用PDMS组成，其电容式为：
其中A为上表面电极和下表面电极的正对面积，d为上表面电极和下表面电极的距离
当外力F施加在数位板上时，上表面电极和下表面电极的距离减小，从而导致电容增加。因此，可以使用上表面电极和下表面电极两侧的电容来表征施加压力的大小。
(2)对于双电子层电容器，如图11所示，其由上表面电极，介质层和下表面电极构成，所述下表面电极和下表面电极采用AgNFs/Mxene-PDMS材料，具有的良好的导电性和柔性，所述介电层采用PVDF/细菌纤维素-[EMIM]+[TFSI]-。其具体的制备流程为：将PVDF粉末和细菌纤维素按质量比1:3混合，干燥，之后浸入到[EMIM]+[TFSI]-中，制备成介质层，多纤维状细菌纤维素的加入增加[EMIM]+[TFSI]-的吸附量。
其具体的工作原理为：在上表面电极和介质层交界处，下表面电极和介质层交界处会形成两个双电子层电容，其中每个双电子层的电容表达式为:
每个双电子层电容可以看成是无数个小电容的并联，其中，
仍然遵循平行板电容器的表达式，由于d为微纳米级别，这样会导致总电容C1很大，从而增加数据获取准确率。
当外力F施加在数位板上时，上表面电极和介质层交界处距离d进一步降低，并且接触面积会进一步增大，从而导致电容C1增加。同样的，对于下表面电极和介质层形成的双电子层电容C2随压力变化情况与上述类似，两个电容为一种串联关系，即：
所以从表达式中可以清晰的看到，Ctotal会随着双电子层电容C1和C2的变化而变化。因此，可以使用上表面电极和下表面电极两侧的电容来表征施加压力的大小。
基于阵列压容传感器的数位板的数据获取层的工作原理如图12所示，信息采集转换电路如图13所示。
其中，柔性数位板的空间分辨率由压容单元的尺寸决定，压容单元越小，空间分辨率越高；具体地，如图12所示，对于特定的行列选择，比如(b,5)，经过如图13所示的特定的电路设计，将电容变化转化为电压变化，便于后续数据采集，其具体的转换表达式如下：
Vref为参考电压源。
此时，压阻阵列的灵敏度Ku为：
F是施加在柔性数位板上的力。
可以看出，柔性数位板的压力分级感应精度由压容性能决定。
基于阵列压容传感器的数位板的数据获取层的工作流程如下：
如图12所示，对于N×M的压容阵列，处理器通过行列地址,控制列扫描器和行扫描器扫描一遍整个阵列，对于特定的地址(i,j)，列扫描器扫描压容阵列y轴的第i列，同时，行扫描器扫描压容阵列x轴的第j行；行译码器和列译码器分别译出相应的第i行和第j列。顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线输出数位板二维平面位置(i,j)处的压容单元的电容信息Cij，之后通过信息采集转换电路将电容信息Cij转换为电压信息Uij((1≤i≤N，1≤j≤M))。
如图13所示，当数位板某一具体位置(b,5)被选中时，具体的数据采集转换电路的电路，即C/V转换和放大电路的结构如图5所示。对于(b,5)位置的压容单元,在压力作用下，压容单元的距离d，正对面积A等参数会发生改变，从而引起输出电容的改变Cb5。之后通过图5所示的信息采集转换电路，将电容信息转换为输出的电压信息Ub5，其中：
Ub5＝(R4/R1+1)·Cb5/C1·Vref
进一步的，以5×5的压容阵列为例，将连续输出U11,U12,U13,U14,U15,U21…,U51,U52,U53,U54,U55。这些电压输出经由软件层面的处理转化为压力信息Presij，进而可以得到在这一时刻内整个数位板的压力分布情况。
Claims (10)
1.一种适用于柔性数位板的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于：包括柔性数位板、数据采集模块、数据处理模块和数据图形化显示模块；
所述柔性数位板包括传感器阵列单元，用于将二维分布的压力信息转化为模拟电压信息，数据采集模块包括模数转换器，用于将柔性数位板受力位置的模拟电压信号转换为数字电压信号，数据处理模块用于存储数字电压信号并对其进行压力解耦，得到压力-电压信息；数据图形化显示模块用于将解耦后的压力-电压信息进行压力分级、压力着色匹配以及图形显示。
2.根据权利要求1所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于：所述模数转换器为单通道。
3.根据权利要求1所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于：所述压力解耦采用类灵敏度公式：
UΔF＝(UF-UF0)./UF0
其中，./表示矩阵(UF-UF0)与矩阵UF0对应元素相除；UF0未施加压力时的电压，UF表示施加压力F时的电压，UΔF表示施加压力F后电压的变化率。
4.根据权利要求3所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于，所述压力分级是将解耦得到的压力-电压信息编码到具体的压力级别上：
(1)对于T级压感识别，首先测出柔性数位板的传感器阵列单元能感知到的最大压力-电压信息
之后计算出T级压感识别对应的每级识别压力ΔUF：
(2)将压力解耦得到的压力-电压信息除以每级压力识别压力ΔUF，并取整得到相应的分级后的压力编码：
对于最大压力-电压信息
在计算压力级别时将其归为压力级别T-1。
5.根据权利要求4所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于，所述压力着色匹配用于将分级后的压力编码
其所对应位置处压力图形显示参数进行匹配。
6.根据权利要求5所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于：压力着色匹配中的压力图形显示参数包括笔画粗细和颜色深浅，所述压力图形显示参数以LookUp Table查找表的形式存储在数据图形化显示模块中。
7.根据权利要求5所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于，所述图形显示按照压力着色匹配的参数，通过上层的语言框架实现笔画的显示。
8.根据权利要求1所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于：所述柔性数位板采用阵列压电传感器结构，包括顶封装层、数据获取层和底封装层；
所述数据获取层包括行扫描器、顶电极、柔性有机压电层、列扫描器、和底电极，所述顶电极和行扫描器电连接，位于柔性有机压电层的上方，所述底电极和列扫描器电连接，位于柔性有机压电层的下方；所述柔性有机压电层采用阵列式压电传感器；所述阵列式压电传感器的压电单元为上表面电极、柔性压电材料和下表面电极组成的三层柔性结构；
列扫描器和行扫描器对整个压电阵列进行扫描，行译码器和列译码器分别译出地址(i，j)相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i，j)处压电单元的电压信息Uij，进而转化为压力信息Presij，1≤i≤N，1≤i≤M，N为顶电极的数目，M为底电极的数目。
9.根据权利要求1所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于：所述柔性数位板采用阵列压阻传感器结构，包括顶封装层、数据获取层和底封装层；
所述数据获取层包括行扫描器、顶电极、柔性压阻层、列扫描器和底电极，所述顶电极和行扫描器之间通过反相器连接，位于柔性压阻层的上方，所述底电极和列扫描器之间通过放大器连接，位于柔性压阻层的下方，所述柔性压阻层采用阵列式压阻传感器；所述阵列式压阻传感器中的压阻单元为微结构化的上表面电极和微结构化的下表面电极组成的双层柔性结构；
处理器控制列扫描器和行扫描器对整个压阻阵列进行扫描，行译码器和列译码器分别译出地址(i，j)相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i，j)处压阻单元的电阻信息Rij，之后通过参考电阻Rf和放大器转换电路将电阻的变化转化为为电压信息Uij，1≤i≤N，1≤j≤M，N为顶电极的数量，M为底电极的数量。
10.根据权利要求1所述的数据采集处理及反馈显示系统，其特征在于：所述柔性数位板采用阵列压容传感器结构，包括顶封装层、数据获取层和底封装层；
所述数据获取层包括行扫描器、顶电极、柔性阵列化压容层、列扫描器和底电极；所述顶电极和行扫描器电连接，位于柔性阵列化压容层的上方，所述底电极和列扫描器电连接，位于柔性阵列化压容层的下方，所述柔性阵列化压容层采用阵列式压容传感器，所述阵列式压容传感器的压容单元采用柔性平行板电容或者柔性双电子层电容，且均为上表面电极、柔性介质层和下表面电极组成的三层柔性结构；
列扫描器和行扫描器对整个压容阵列进行扫描，行译码器和列译码器分别译出地址(i，j)相应的第i行和第j列，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线对应输出数位板二维平面位置(i，j)处的电容Cij，通过信息采集转换电路将输出的电容信号转化为电压信号Uij，进而转化为压力信息，1≤i≤N，1≤j≤M，N为顶电极的数量，M为底电极的数量。
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