CN112130002A - 电容感应装置及其工作方法、电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容感应装置及其工作方法、电子设备，该电容感应装置包括电路板，电路板上设置有弹片，弹片包括按压部，按压部的第一端延伸形成电容感应部，电容感应部与电路板之间形成间隙，且电容感应部平行于电路板；弹片还包括抵接部，抵接部抵接在电路板上；电路板上设置有电容感应件，电容感应件位于电容感应部的正下方；弹片与电容感应件均连接至电容感应芯片。本发明还提供上述电容感应装置的工作方法。该耳机包括上述电容感应装置。本发明能够提高电容感应装置对按压事件检测的准确性，并且，电容感应装置的结构简单，组装难度低，能够提高电子设备的生产效率，并且降低电子设备的生产成本。

Description

电容感应装置及其工作方法、电子设备

技术领域

本发明涉及电容感应领域，具体是涉及一种用于检测电容量变化的电容感应装置以及这种电容感应装置的工作方法、具有这种电容感应装置的电子设备。

背景技术

随机便携式电子设备的发展，便携式电子设备大多具有播放音视频的功能，因此，耳机也成为便携式电子设备最常见的配件。传统的耳机仅仅具有播放音频信号的功能，已经不能满足人们的需求，现有的一些耳机设置有按键，例如在耳机线上设置用于调节音量、播放曲目的按键，人们可以通过这些按键对播放音量进行调节，或者选择播放的曲目。

随着耳机技术的发展，现有的一些耳机在壳体内设置压力传感器，用于感应耳机壳体上的按压信号，例如当用户按压耳机的壳体时，通过压力传感器检测按压信号时，耳机根据按压力度、按压信号的时间长度、按压次数等执行相应的功能，例如调节音量或者更改播放的曲目等。

目前耳机内所使用的压力传感器通常是电阻式压力传感器，当用户按压壳体时，电阻式压力传感器通过感应壳体上的变形量来感知按压的力度。但是，电阻式压力传感器价格高，且装配复杂，通常需要焊接在电路板上，导致耳机的生产成本高、生产效率低下。

此外，现有的电阻式压力传感器只能根据壳体上的变形量来确定是否发生了按压事件，检测方式单一，容易出现误检测的情况发生，影响检测的准确性，一旦出现误检测的情况，要么导致耳机的音量被错误调整，要么导致用户按压后耳机没有响应，影响用户使用。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种生产成本低且对按压检测准确的电容感应装置。

本发明的第二目的是提供上述电容感应装置的工作方法。

本发明的第三目的是提供一种具有上述电容感应装置的电子设备。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的电容感应装置包括电路板，电路板上设置有弹片，弹片包括按压部，按压部的第一端延伸形成电容感应部，电容感应部与电路板之间形成间隙，且电容感应部平行于电路板；弹片还包括抵接部，抵接部抵接在电路板上；电路板上设置有电容感应件，电容感应件位于电容感应部的正下方；弹片与电容感应件均连接至电容感应芯片。

由上述方案可见，弹力的按压部可以抵接在耳机壳体内壁上，并且接收耳机壳体的压力，当耳机壳体被按压，按压部也被按压，这样，电容感应部与电路板之间的距离将改变，也就是电容感应部与电容感应件之间的距离发生变化。另一方面，电容感应芯片还接收弹片的电容变化量的信号，即检测弹片与手的电容量的变化，当人手触碰耳机壳体时，弹片上的电容值也会改变，因此，通过检测弹片、电容感应件的电容量的变化，可以确定是否发生按压事件，检测更加准确。

此外，弹片结构简单，安装弹片时，只需要使用贴片机将弹片的抵接部贴片在电路板上即可，电容感应装置的安装工艺简单，能够降低生产成本的同时，还能够提高电容感应装置的组装效率。

一个优选的方案是，在垂直于电路板表面的方向，按压部位于弹片的最上端。

由此可见，按压部可以抵接在耳机壳体的内壁，从而灵敏的感应到耳机壳体的变形，提高检测的准确性。

进一步的方案是，沿垂直于电路板表面的方向，按压部设置有向上凸起的凸起部。

可见，设置凸起部可以提高按压部的强度，并且在用户按压壳体时弹片能够更好的相应响应壳体的变形，对按压事件的检测更加准确。

更进一步的方案是，按压部的第二端弯折形成连接部，抵接部连接在连接部的下端。

这样，当施加到弹片的压力消失后，在连接部的弹性恢复力的作用下，按压部可以恢复到初始的状态。

更进一步的方案是，抵接部向上延伸形成有限位部，限位部的上端设置有限位块，限位块抵接在电容感应部的上方。

由此可见，通过限位块可以避免电容感应部过分复位，对电容感应部的位移进行限制，避免弹片损坏。

更进一步的方案是，限位件的数量为两个，两个限位件分别位于电容感应部的两侧。

可见，电容感应部的两侧均通过限位块进行限位，对电容感应部的限位效果更好，且电容感应部两侧受力均匀。

为了实现上述的第二目的，本发明提供的电容感应装置的工作方法包括获取电容感应部与电容感应件之间的第二电容值，判断第二电容值是否大于第二阈值，如是，发出按压确认信号；其中，获取第二电容值时，弹片连接至接地信号。

一个优选的方案是，获取电容感应部与电容感应件之间的第二电容值前，还获取弹片的第一电容值；判断第二电容值是否大于第二阈值，如是，发出按压确认信号包括：判断第一电容值是否大于第一阈值，并且第二电容值是否大于第二阈值，如第一电容值大于第一阈值且第二电容值大于第二阈值，发出按压确认信号。

由上述方案可见，通过检测弹片与用户手指之间的第一电容值以及电容感应部与电容感应件之间的第二电容值的变化来确定是否出现按压事件，对按压事件的检测并不是仅仅依赖于单一一个检测值，能够提高检测的准确性。

更进一步的方案是，电容感应芯片在第一时间段内获取第一电容值，电容芯片在第二时间段内获取第二电容值，并且在第二时间段内，弹片连接至接地信号。

由此可见，在获取第二电容值时将弹片接地，也就是在检测电容感应件与电容感应部之间的电容值时，弹片接地，可以很好的将用户手指对电容感应件的干扰屏蔽，提高检测的准确性。此外，电容感应芯片实际上是通过时分复用的方式实现检测，即在第一时间段内通过弹片的第一电容值，在第二时间段内，将弹片接地，因此弹片在两个不同时间段内连接的电信号不相同。通过时分复用的方式不但能够提高检测的准确性，还能够简化电容感应装置的设计，降低电容感应装置是生产成本。

更进一步的方案是，获取第一电容值后，确认第一电容值的变化量大于预设变化量阈值时，才获取第二电容值。

可见，电容感应芯片并不是长时间获取第二电容值，而是在第一电容值的变化量大于预设变化量阈值时，才需要检测电容感应部与电容感应件之间的第二电容值。因此，电容感应芯片不需要将弹片长时间置于时分复用的方式，可以降低电容感应芯片的能耗。

为了实现上述的第三目的，本发明提供的电子设备包括壳体，壳体内设置有上述的电容感应装置，按压部抵接在壳体的内壁。

由上述方案可见，当用户按压耳机等电子设备壳体时，弹片的按压部将被按压，从而带动电容感应部向电路板方向运动，电容感应装置的设置非常简单，组装工艺简单。

附图说明

图1是本发明电子设备实施例的结构图。

图2是本发明电子设备实施例的结构分解图。

图3是本发明电容感应装置第一实施例的结构图。

图4是本发明电容感应装置第一实施例中弹片的结构图。

图5是本发明电容感应装置第一实施例中弹片另一视角的结构图。

图6是本发明电容感应装置第一实施例的剖视图。

图7是本发明电容感应装置工作方法实施例的流程图。

图8是本发明电容感应装置第二实施例中弹片的结构图。

图9是本发明电容感应装置第二实施例中弹片另一视角的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

电子设备实施例及电容感应装置第一实施例：

参见图1与图2，本实施例的电子设备是一个耳机，耳机是一个无线耳机，耳机具有壳体，壳体包括前壳体11以及后壳体10，在前壳体11的一端设置有橡胶塞12。在后壳体10的侧壁上设置有按压区域15，按压区域15是一个平整的区域。在后壳体10内设置有一块电路板13，电路板13设置有弹片20，弹片20正对按压区域15，当用户用手指按压在按压区域15时，弹片20将被按压。

参见图3，弹片20设置在电路板13的一个表面上，本实施例中，弹片20可以通过贴片的方式固定在电路板13的表面上。电路板13可以是单层电路板，也可以是多层电路板，且电路板13上还可以设置电容感应芯片等器件。在电路板13设置弹片20的表面上还设置有用于感应电容量的电容感应件18，本实施例中，电容感应件18为一片覆铜片，电容感应件18与电容感应芯片电连接。其中，电路板13、电容感应件18以及弹片20构成本实施例的电容感应装置。

参见图4与图5，弹片20是一体成型的结构，弹片20具有按压部21，按压部21呈U型，且开口端朝下，在垂直于电路板13表面的方向上，即在Z轴方向上，按压部21位于弹片20的最上端。并且，在按压部21的上端设置有朝上突出的凸起部22。凸起部22抵接在后壳体10按压区域15的内壁。在图4所示的Y轴方向上，凸起部22 的长度小于按压部21的长度，优选的，凸起部22的长度只有按压部 21长度的1/5，且凸起部22位于按压部21的中部。

按压部21的第一端设置有电容感应部25，从图4可见，电容感应部25位于X轴方向的第一端，电容感应部25从按压部21的第一端延伸形成，且电容感应部25为平直的平板部。

按压部21的下端设置抵接部35，在Z轴方向上，抵接部35位于按压部21的正下方。抵接部35为一块平直的平板部，可以通过贴片的方式固定在电路板13上。在按压部21的第二端延伸形成连接部30，连接部30连接按压部21以及抵接部35，本实施例中，连接部30包括与抵接部35平行的平直部31，连接部30还包括弯折部32，弯折部 32连接在平直部31与抵接部35之间，弯折部32大致成C型，弯折部32的上端连接在平直部31的一端，弯折部32的下端连接到抵接部 35。本实施例中弯折部32具有两个，两个弯折部32分别位于连接部 30在Y轴方向的两端，两个弯折部32之间具有间隙。

在抵接部35远离弯折部32的一端设置有限位部40，限位部40 包括自抵接部35沿Z轴方向向上延伸的延伸部41，延伸部41的上端延伸到电容感应部25的上方，在延伸部41的上端设置有限位块42，限位块42抵接在电容感应部25的上方。限位块42自延伸部41的上端沿Y轴方向向电容感应部25的轴线方向延伸。

从图4与图5可见，限位部40的数量为两个，两个限位部40分别位于抵接部25沿Y轴方向的两端，两个限位部40的结构相同，并且相对于XoZ平面对称，因此两个限位部40的限位块42相向延伸并分别抵接在电容感应部25的Y轴的两端。

参见图6，在电路板13的上表面设置有电容感应件18，电容感应件18位于电容感应部25的正下方，并且，在弹片20未被按压时，电容感应件18与电容感应部25相互平行，此时，电容感应件18与电容感应部25之间的电容值为一个固定值。另外，当用户的手指未触碰耳机的后壳体10时，尤其是未触碰按压区域15时，弹片20所感应电容值也是一个固定值。

在电路板13上设置有电容感应芯片，电容感应芯片与弹片20电连接，并且与电容感应件18电连接。优选的，电容感应芯片的两个引脚分别连接至弹片20与电容感应件18。当用户手指按压在按压区域 15时，一方面，用户的手指与弹片20形成一个电容，弹片20所形成的电容值将发生改变；另一方面，电容感应件18与电容感应部25之间的电容值也会发生改变，因此，通过检测弹片20与手指之间的电容值的变化以及电容感应件18与电容感应部25之间的电容值的变化可以准确的检测出是否发生按压事件。优选的，第一时间段与第二时间段是间隔的时间段，即检测弹片20与手指之间的电容值、检测电容感应件18与电容感应部25之间的电容值是交替进行的，第一时间段与第二时间段都是极短的时间段，例如分别是30毫秒。第一时间段的长度与第二时间段的长度可以相等，也可以不相等。

当用户手指按压到后壳体10时，用户手指可能会对电容感应件 18造成干扰，因此，需要在检测电容感应件18与电容感应部25之间的电容值时进行屏蔽处理。因此，本实施例通过对弹片20的时分复用的方式进行电容检测。具体的，在第一时间段内，电容感应芯片检测弹片20与用户手指之间的电容值，此时，电容感应件18被连接至接地信号；在第二时间段内，电容感应芯片检测电容感应件18与电容感应部25之间的电容值，并且弹片20连接至接地信号，这样，在检测电容感应件18与电容感应部25之间的电容值时，由于弹片20已经接地屏蔽，通过这种方式屏蔽掉用户手指触碰到后壳体10时对电容值造成的干扰。

进一步的，电路板13上设置有接地屏蔽层，作为电容感应件18 的覆铜片形成在该覆铜片上，这样，当检测电容感应件18与电容感应部25之间的电容值时，不但弹片20接地，电容感应件18的下端也是接地层，能够更好的对外部的干扰信号进行屏蔽，提高检测的准确性。

电容感应装置工作方法实施例：

下面结合图7对电容感应装置的工作方法进行详细介绍。首先，执行步骤S1，获取第一电容值，第一电容值是弹片20与用户手指之间的电容值。然后，执行步骤S2，判断第一电容值的变化量是否大于预设的变化量阈值，如是，执行步骤S3，否则，返回执行步骤S1。当用户手指未触碰到后壳体10时，电容感应芯片获得的第一电容值为一个固定值，当用户的手指触碰后壳体10后，弹片20与用户手指之前的第一电容值将发生变化，因此，当步骤S2的判断结果为是，初步判断用户手指触碰到后壳体10。

步骤S3中，将弹片20连接至接地信号，即电容感应芯片不检测弹片20与用户手指之间的第一电容值，并且，执行步骤S4，检测电容感应部25与电容感应件18之间的第二电容值。可见，电容感应芯片同一时刻只获取一个电容值，即第一电容值或者第二电容值，并且通过时分复用的方式获取两个电容值。

在获取第一电容值与第二电容值后，执行步骤S5，判断第一电容值是否大第一阈值，并且，第二电容值是否大于第二阈值，如是，表示用户按压到后壳体10上，则执行步骤S6，发出按压确认信号，并且根据用户的按压信号执行相应的操作，例如调节耳机的音量，或者改变正在播放的曲目。

如果第一电容值不大于第一阈值，或者，第二电容值不大于第二阈值，都认为没有发生按压事件，则返回执行步骤S1，重新获取第一电容值，此时，弹片20不再接收接地信号，电容感应芯片接收弹片 20的电容信号。

可见，只有弹片20的电容值发生变化后，才会检测电容感应部 25与电容感应件18之间的第二电容值，这样，可以避免电容感应芯片长时间通过时分复用的方式检测第一电容值与第二电容值，可以节省电容感应芯片的能耗。

此外，由于检测第二电容值时，弹片20接地，且电容感应件18 也设置在接地层上，通过弹片20与电路板13上的接地层有效的对电容感应件18进行屏蔽，避免用户手指等外部的干扰源对电容感应件 18造成干扰，提高检测的准确性。

当然，确认是否发生按压事件，并不一定需要同时检测两个电容值，也可以只根据第二电容值进行判断，即只根据电容感应部25与电容感应件18之间的第二电容值的变化情况来判断是否发生按压信号，例如第二电容值大于第二阈值，则确认发生了按压时间。这样，不需要通过时分复用的方式对弹片20加载接地信号或者检测弹片20的第一电容值，为了提高检测的准确性，弹片20可以是直接接地，从而形成对电容感应件18的屏蔽。

电容感应装置第二实施例：

本实施例的电容感应装置包括一块电路板，在电路板上设置有弹片，且电路板上还设置有电容感应件。本实施例与第一实施例不同的是弹片的结构发生改变，参见图8与图9，本实施例的弹片50具有按压部51，按压部51呈U型，且开口端朝下，在按压部51的上端设置有朝上突出的凸起部52。

按压部51的第一端设置有电容感应部55，电容感应部55从按压部51的第一端延伸形成，且电容感应部55为平直的平板部。按压部 51的下端设置抵接部57，抵接部57位于按压部51的正下方。抵接部 57为一块平直的平板部，可以通过贴片的方式固定在电路板上。在按压部51的第二端延伸形成连接部56，连接部56包括平直部58以及弯折部，连接部56连接按压部51以及抵接部57。在抵接部57上设置有两个限位部60，每一个限位部60的上端设置有限位件62，限位件62抵接在电容感应部55的上方，电容感应件位于电容感应部55的正下方。

相比起第一实施例的弹片，本实施例的弹片50增加了导向部70，导向部70的下端连接到连接部56的平直部58的一侧，导向部70自连接部56的平直部58向上延伸，导向部70具有连接片71以及位于连接片71上方的导向片72，连接片71与导向片72之间形成的夹角为钝角，且导向片72自连接片71向靠近弹片50轴线的方向倾斜。

弹片50安装到电路板后，电路板安装到后壳体时，弹片50的按压部51最高点可能会超过后壳体的高度。设置导向部70可以让导向片72抵接到后壳体的内壁上，因此，电路板安装到后壳体时，由于导向片72可以抵接在后壳体的内壁上并且受力向按压部51的方向变形，并使得按压部51向下运动，避免因弹片50的高度过高而影响电路板的安装。如果不是设置导向部70，则有可能因后壳体抵压在弹片50 上而导致弹片在水平方向上发生倾斜，并可能会导致弹片50的损坏。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如限位件的数量仅仅设置一个，或者在按压部的顶端不设置凸起部，又或者，连接部的形状设置成其他的形状，这些微小的变化也应该包括在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.电容感应装置，包括：

电路板，所述电路板上设置有弹片；

其特征在于：

所述弹片包括按压部，所述按压部的第一端延伸形成电容感应部，所述电容感应部与所述电路板之间形成间隙，且所述电容感应部平行于所述电路板；

所述弹片还包括抵接部，抵接部抵接在所述电路板上；

所述电路板上设置有电容感应件，所述电容感应件位于所述电容感应部的正下方；

所述弹片与所述电容感应件均连接至电容感应芯片。

2.根据权利要求1所述的电容感应装置，其特征在于：

在垂直于所述电路板表面的方向，所述按压部位于所述弹片的最上端。

3.根据权利要求1或2所述的电容感应装置，其特征在于：

沿垂直于所述电路板表面的方向，所述按压部设置有向上凸起的凸起部。

4.根据权利要求1或2所述的电容感应装置，其特征在于：

所述按压部的第二端弯折形成连接部，所述抵接部连接在所述连接部的下端。

5.根据权利要求1或2所述的电容感应装置，其特征在于：

所述抵接部向上延伸形成有限位部，所述限位部的上端设置有限位块，所述限位块抵接在所述电容感应部的上方。

6.根据权利要求5所述的电容感应装置，其特征在于：

所述限位件的数量为两个，两个所述限位件分别位于所述电容感应部的两侧。

7.如权利要求1至6任一项所述的电容感应装置的工作方法，其特征在于，包括：

获取所述电容感应部与所述电容感应件之间的第二电容值，判断所述第二电容值是否大于第二阈值，如是，发出按压确认信号；

其中，获取所述第二电容值时，所述弹片连接至接地信号。

8.根据权利要求7所述的电容感应装置的工作方法，其特征在于：

获取所述电容感应部与所述电容感应件之间的第二电容值前，还获取所述弹片的第一电容值；

判断所述第二电容值是否大于第二阈值，如是，发出按压确认信号包括：判断所述第一电容值是否大于第一阈值，并且所述第二电容值是否大于第二阈值，如所述第一电容值大于第一阈值且所述第二电容值大于第二阈值，发出所述按压确认信号。

9.根据权利要求8所述的电容感应装置的工作方法，其特征在于：

所述电容感应芯片在第一时间段内获取所述第一电容值，所述电容芯片在第二时间段内获取所述第二电容值，并且在所述第二时间段内，所述弹片连接至接地信号。

10.电子设备，包括壳体，其特征在于：

所述壳体内设置有如权利要求1至6任一项所述的电容感应装置，所述按压部抵接在所述壳体的内壁。

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