CN113253869A - 压电感测设备 - Google Patents

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CN113253869A CN202110190133.XA CN202110190133A CN113253869A CN 113253869 A CN113253869 A CN 113253869A CN 202110190133 A CN202110190133 A CN 202110190133A CN 113253869 A CN113253869 A CN 113253869A
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voltage
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Abstract

目的是提供一种用于感测和/或用于提供触觉效果的电子设备。根据实施例，一种设备包括触摸表面；机械地耦合到所述触摸表面的压电换能器；以及控制电路，其电耦合到所述压电换能器，被配置为：获得描述所述压电换能器的参考响应的至少一个参数；基于所述至少一个参数形成参考电压曲线；用驱动电压驱动压电换能器；测量所述压电换能器上的电压曲线；比较所述参考电压曲线和所述测量电压曲线；以及基于所述比较来检测所述触摸表面上的触摸。提供了一种设备、方法和计算机程序产品。

Description

压电感测设备
技术领域
本公开涉及一种设备，并且更具体地涉及一种用于感测和/或用于提供触觉效果的电子设备。
背景技术
压电换能器可用于为用户提供触觉效果、感测触摸或两者。然而，使用单个压电换能器执行这两种功能可能存在各种挑战。例如，如果同时用驱动电压驱动压电换能器，则可能难以检测由用户的触摸产生的信号。
发明内容
提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
目的是提供一种用于感测和/或用于提供触觉效果的电子设备。前述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步的实施形式是显而易见的。
根据第一方面，一种设备包括：触摸表面；机械地耦合到所述触摸表面的压电换能器；以及控制电路，其电耦合到所述压电换能器，被配置为：获得描述所述压电换能器的参考响应的至少一个参数；基于所述至少一个参数形成参考电压曲线；利用驱动电压驱动所述压电换能器；测量所述压电换能器上的电压曲线；比较所述参考电压曲线和测量电压曲线；以及基于所述比较来检测所述触摸表面上的触摸。例如，即使当利用驱动电压驱动压电换能器时，该设备也能够检测触摸表面上的触摸。
在第一方面的实施形式中，控制电路还被配置为基于比较来检测触摸表面上的触摸的时变特性。该设备例如能够检测由触摸施加的力是在增加还是在减小。
在第一方面的另一实施形式中，所述至少一个参数包括所述压电换能器的RC时间常数。例如，该设备能够使用单个参数形成参考电压曲线。
在第一方面的另一实施形式中，控制电路还被配置为通过计算参考电压曲线与测量电压曲线之间的差来比较参考电压曲线与测量电压曲线。该设备例如可以能够有效地比较参考电压曲线和测量电压曲线。
在第一方面的另一实施形式中，控制电路还被配置为通过以下操作来比较参考电压曲线和测量电压曲线：从测量电压曲线中减去参考电压曲线，产生差电压曲线；以及基于所述差电压曲线检测所述触摸。例如，即使在驱动压电换能器时，该设备也可以检测触摸。
在第一方面的进一步实施形式中，所述控制电路进一步经配置以：计算所述差电压曲线的积分；以及基于所述差电压曲线的积分来检测所述触摸。该设备例如可以能够有效地检测触摸。
在第一方面的进一步实施形式中，所述控制电路进一步经配置以：计算所述差电压曲线的振幅；以及基于所述差电压曲线的振幅来检测所述触摸。该设备例如可以能够使用由物体引起的振动来有效地检测触摸。
在第一方面的另一实施形式中，控制电路还被配置为通过以下操作来比较参考电压曲线和测量电压曲线：检测参考电压曲线的饱和时段；检测所述测量电压曲线的饱和时段；以及比较参考电压曲线和测量电压曲线的饱和时段。例如，即使当饱和限制了信号的检测时，该设备也能够有效地检测触摸。
在第一方面的进一步实施形式中，所述控制电路进一步经配置以：使用测试驱动电压来驱动所述压电换能器；测量由所述压电换能器上的测试驱动电压引起的响应电压曲线；以及基于响应电压曲线计算至少一个参数。所述设备可以例如更新所述至少一个参数。因此，如果压电换能器的电气和/或机械特性改变，则设备可以将这些改变考虑在内。
应当理解，上述第一方面的实施形式可以彼此组合使用。若干实施形式可以组合在一起以形成进一步的实施形式。
根据第二方面，一种方法包括：获得描述压电换能器的参考响应的至少一个参数；基于所述至少一个参数形成参考电压曲线；用驱动电压驱动压电换能器；测量所述压电换能器上的电压曲线；比较参考电压曲线和测量电压曲线；以及基于所述比较来检测触摸表面上的触摸。
在第二方面的一种实现方式中，基于所述比较来检测触摸表面上的触摸包括：基于所述比较来检测所述触摸表面上的所述触摸的时变特性。
在第二方面的另一实施形式中，比较参考电压曲线与测量电压曲线包括从测量电压曲线减去参考电压曲线，产生差电压曲线；以及基于所述比较来检测触摸表面上的触摸包括基于所述差电压曲线来检测所述触摸。
在第二方面的另一实施形式中，所述方法还包括：计算所述差电压曲线的积分；其中基于所述比较来检测触摸表面上的触摸包括基于所述差电压曲线的所述积分来检测所述触摸。
在第二方面的另一实施形式中，所述方法还包括：使用测试驱动电压来驱动压电换能器；测量由所述压电换能器上的测试驱动电压引起的响应电压曲线；以及基于响应电压曲线计算至少一个参数。
应当理解，上述第二方面的实施形式可以彼此组合使用。若干实施形式可以组合在一起以形成进一步的实施形式。
根据第三方面，提供了一种计算机程序产品，包括程序代码，所述程序代码被配置为当在计算设备上执行所述计算机程序时执行根据第二方面的方法。
许多附带特征将更容易理解，因为通过参考结合附图考虑的以下详细描述，它们变得更好理解。
附图说明
下面，参考附图和附图更详细地描述示例实施例，其中：
图1示出了根据实施例的设备的截面表示；
图2示出了根据实施例的计算单元的示意性表示；
图3示出了根据实施例的设备的电路图表示；
图4示出了根据实施例的用于驱动压电换能器的电压脉冲和参考电压曲线的示意性表示；
图5示出了根据实施例的压电换能器上的测量电压曲线的示意性表示；
图6示出了根据实施例的差电压曲线的示意性表示；
图7示出了根据实施例的压电换能器上的测量电压曲线的示意性表示；
图8示出了根据实施例的差电压曲线的示意性表示；
图9示出了根据实施例的方法的流程图表示；以及
图10示出了根据实施例的控制电路所使用的电压的流程图表示。
在下文中，在附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。
具体实施方式
在以下描述中，参考附图，附图形成本公开的一部分，并且其中通过图示示出了可以放置本公开的特定方面。应理解，可利用其它方面，且可在不脱离本发明的范围的情况下作出结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的，因为本公开的范围由所附权利要求限定。
例如，应当理解，与所描述的方法有关的公开内容对于被配置为执行该方法的对应设备或系统也是适用的，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使这样的单元未在附图中明确地描述或图示。另一方面，例如，如果基于功能单元描述了特定装置，则对应的方法可以包括执行所描述的功能的步骤，即使这样的步骤未在附图中明确地描述或图示。此外，应当理解，除非另外特别指出，否则本文所述的各种示例性方面的特征可彼此组合。
图1示出了根据实施例的设备100的横截面的示意性表示。
设备100可以包括触摸表面101。
触摸表面101还可以被称为层、表面层、触摸接口表面或触摸接口层。触摸表面101可以是触摸用户接口的一部分。触摸表面101可以是例如笔记本电脑或触摸屏的触控板或按键/按钮的一部分。
触摸表面101可以包括第一侧和第二侧。第一侧可以至少部分地不被阻挡。用户可以用诸如手指的物体104触摸第一侧。
设备100可进一步包括压电换能器102。压电换能器102可以机械地耦合到触摸表面101。
在此，机械地耦合的两个元件可指在两个元件之间存在机械连接。这两个元件可以例如彼此接触，或者机械连接可以经由其它元件来实现。例如，压电换能器102可以与触摸表面101接触，或者在压电换能器102和触摸表面101之间可以存在一个或多个其他元件。因此，当通过物体104触摸触摸表面101而将力施加到触摸表面101时，该力可以被传递到压电换能器102。
设备100可进一步包括电耦合到压电换能器102的控制电路103。控制电路103可以被配置为获得描述压电换能器102的参考响应的至少一个参数。
参考响应也可以称为参考行为或类似术语。参考响应可以描述当用诸如预配置参考信号/电压的预配置信号/电压驱动压电换能器102时压电换能器如何响应。当压电换能器102由预配置的信号/电压驱动时，诸如由预配置的参考信号/电压驱动时，参考响应可对应于压电换能器102上的时间相关电压。
该至少一个参数可以对应于压电换能器102的参考响应。
所述至少一个参数可以包括例如压电换能器102的RC时间常数。可替换地或附加地，该至少一个参数可以包括描述压电换能器102的参考响应的任何其他参数，诸如压电换能器102的电阻R、压电换能器102的电容C、和/或压电换能器102和/或触摸表面101的至少一个机械特性，诸如触摸表面101的刚度和/或压电换能器102的刚度。
控制电路103可进一步经配置以基于所述至少一个参数形成参考电压曲线。
例如，如果至少一个参数包括压电换能器的RC时间常数，则控制电路103可以形成压电换能器102的RC电压放电曲线。
替代地或另外，所述至少一个参数可包括多个参数。在这样的情况下，控制电路103可以被配置为形成更复杂的参考电压曲线。
控制电路103可以被配置为基于至少一个参数生成参考电压曲线。控制电路103可以被配置为基于至少一个参数来合成参考电压曲线。
在此，“电压曲线”可以指作为时间的函数的电压。电压曲线可以是连续的或离散的。电压曲线可以使用例如可以是时间的函数的数学表达式或者使用多个离散电压样本来表示。
控制电路103还可以被配置为利用驱动电压来驱动压电换能器。驱动电压也可以称为驱动电压曲线。
驱动电压可以是时间的函数。驱动电压可以包括例如电压脉冲。电压脉冲可以是例如基本上为高斯电压脉冲。
控制电路103还可以被配置为测量压电换能器上的电压曲线。这可以生成测量电压曲线。
控制电路103可以包括电连接到压电换能器102的至少一个电阻器。该至少一个电阻器可使压电换能器102放电。控制电路103可以被配置为在压电换能器102经由至少一个电阻器放电时测量压电换能器102上的电压曲线。
控制电路103还可以被配置为将参考电压曲线与测量电压曲线进行比较。这可以产生比较结果。控制电路103可以通过例如从测量电压曲线中减去参考电压曲线来比较参考电压曲线和测量电压曲线，反之亦然。
控制电路103可进一步经配置以基于所述比较来检测触摸表面101上的触摸。
控制电路103可以被配置为基于比较结果来检测触摸表面101上的触摸。
压电换能器102可以布置在表面101的第二侧上。设备100可包括多个压电换能器102。本文的公开内容可以应用于多个压电换能器中的每个压电换能器102。
如果设备100包括多个压电换能器102，则控制电路103可以被配置为基于在每个压电换能器102中检测到的力来推断物体104在触摸表面101上的位置。控制电路103可以使用例如加权平均或类似过程来执行这个操作。
压电换能器102可以紧邻第二侧、近贴第二侧或位于距第二侧一定距离处。多个压电换能器中的每个压电换能器102可以被配置为将由物体104施加到触摸表面101的第一侧上的力所引起的压电换能器102中的机械应力转换为电压。机械应力也可以称为应力。电压可以被称为电压、应力感应电压或相应的电压。电压可以与机械应力成比例。
压电换能器102可以被配置为经由压电效应将机械应力转换成电压，该转换也被称为压电效应。物体104可以是例如用户的手指、人的任何其他身体部位、指示笔、或用户所持有的某个其他物体。在物体104是手指的情况下，用户可以戴着手套，并且仅手套的织物可以与触摸表面101直接接触。
在压电换能器102上感应的电压以及因此测量的电压曲线可以与由物体104施加到触摸表面101的力/压力的变化率成比例。
压电换能器102还可以被配置为经由压电效应将施加在压电换能器上的电压转换成机械应力。因此，当在压电换能器102上施加驱动电压时，可以在触摸表面101中感应触觉效果。
尽管在图1的实施例中仅示出了一个物体104，但是可以存在同时触摸触摸表面101的多个物体104。本文描述的设备100的任何实施例可以被配置为定位触摸表面101上的多个物体104中的每个物体的位置。可以如本文所述执行每个物体104的定位。
图2示出了根据实施例的计算单元200的示意性表示。控制电路103可以包括计算单元200。
计算单元200可以包括至少一个处理器201。至少一个处理器201可以包括例如各种处理设备中的一个或多个，诸如协处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、具有或不具有附带DSP的处理电路、或各种其他处理设备，包括集成电路，诸如例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器单元(MCU)、硬件加速器、专用计算机芯片等。
计算单元200还可以包括存储器202。存储器可以被配置为存储例如计算机程序等。存储器可以包括一个或多个易失性存储器设备、一个或多个非易失性存储器设备、和/或一个或多个易失性存储器设备和非易失性存储器设备的组合。例如，存储器可以具体化为磁存储设备(例如硬盘驱动器、软盘、磁带等)、光磁存储设备和半导体存储器(例如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机存取存储器)等)。
当计算单元200被配置成实现一些功能时，计算单元200的一些组件和/或多个组件，诸如至少一个处理器和/或存储器，可被配置成实现该功能。此外，当至少一个处理器被配置为实现一些功能时，该功能可以使用例如包括在存储器中的程序代码来实现。
存储器202可包括至少一个参数203。
计算单元200可以进一步包括例如升压转换器电路、微处理器和用于与压电换能器102交互的其他部件。升压转换器可在触觉反馈的情况下提供驱动压电换能器102可能需要的高电压。
当控制电路103被配置为执行计算操作时，计算单元200可以被配置为执行该计算操作。这样的计算操作可以包括例如获得至少一个参数、基于至少一个参数形成参考电压曲线、比较参考电压曲线和测量电压曲线、和/或基于比较检测触摸表面上的触摸。
图3示出了根据实施例的设备100的电路图表示。
尽管设备100的一些组件被示为控制电路103的部分，但这不是设备100可以被实现的唯一方式，并且控制电路103不需要被实现在单个单元中。相反，控制电路103可以指设备100中用于控制压电换能器102的各种部件。
压电换能器102可以被建模为电容器。压电换能器102的其他电/物理特性，例如电阻、电感、磁滞和LC谐振，也可以通过向压电换能器102的模型添加相应的电部件来建模。例如，可以添加电阻器以模拟压电换能器102中的电阻损耗。可以添加电感器以模拟压电换能器102的电感。在许多情况下，压电换能器102的电容行为可能是主要的，因此将压电换能器102建模为单个电容器可能是足够的。
设备100可包括分压器303，其包括第一电阻器301和第二电阻器302。
设备100还可以包括低通滤波器306，其包括第三电阻器304和电容器305。低通滤波器306可以被配置为滤除不想要的频率分量。
低通滤波器306的截止频率可以在例如50-300赫兹(Hz)的范围内，或者在其任何子范围内，例如50-200Hz、50-150Hz或70-130Hz。
设备100还可以包括第一二极管307和第二二极管308。
设备100还可以包括模数转换器(ADC)309。控制电路103可以例如包括ADC 309。
第一二极管307和第二二极管308可限制馈送到ADC 309中的电压。第一二极管307可以耦合在第一导体310和最大电压Vmax之间。第二二极管308可以耦合在第一导体310和最小电压-Vmax之间。第一导体310可电耦合到ADC 309。因此，经由第一导体310馈送到ADC 309中的电压可在-Vmax之间和Vmax之间受到限制。ADC 309的动态范围可以是2Vmax。
控制电路103可进一步包括参考电压电路330。参考电压电路330可以提供参考电压Vref。
ADC 309可以电耦合到第二导体311。第二导体311可以处于参考电压Vref。参考电压可以对应于例如地电压，1/2Vdd，等等。Vdd可以是电源电压。ADC309可以被配置为测量第一导体310和第二导体311之间的电压。
Vref可以包括ADC 309的动态范围内的任何实际电压，其允许读取高于和低于Vref的压电电压。Vref不需要在ADC 309的动态范围的中心，也不需要其上/其下的响应是线性的，或者其上/其下的响应具有类似动态。然而，对于Vref可能需要具有两个方向不同地测量的能力。
或者Vref可以对应于地电压。然而，ADC 309可能需要也能够读取负电压，这可能增加设备100的制造成本。
设备100还可以包括图中未示出的其他组件。
设备100可以包括多路复用器。多个压电换能器102可以经由复用器耦合到ADC309。
设备100还可以包括升压转换器320。升压转换器320可以被配置为驱动压电换能器102。当控制电路103被配置为驱动压电换能器102时，计算单元200可以电耦合至升压转换器320，并且计算单元200可以控制升压转换器320，使得升压转换器320为压电换能器102提供驱动电压/电流。升压转换器320可以经由多路复用器驱动多个压电换能器102。
在设备100中，升压转换器320和感测电路可以总是连接到压电换能器102，而不需要在感测和触觉驱动之间切换。这可以实现高响应性和改进的可用性。
当设备100空闲时，压电换能器102的每个端子可以处于参考电压。可以根据即将到来的感测系统来选择参考电压。在空闲状态下，该电压可以保持基本恒定。因此，在第一电阻器301和/或第二电阻器302上可能没有电压。
压电换能器102的连接到第一电阻器301的端子可以被称为测量端子。压电换能器102的连接到第二导体311的端子可以被称为参考端子。
每当物体104触摸触摸表面101或者电压脉冲在压电换能器102上生成电势时，压电换能器102的较高阻抗测量端子的电势相对于更稳定、较低阻抗参考端子而增加，因此在端子之间引入电压差，控制电路103可以使用ADC309来测量该电压差。
该电势差可以通过第一电阻器301和第二电阻器302引入电流，并且该电流使压电换能器102中的电荷放电。这可以由控制电路103检测为第二电阻器302上的电压。由于压电换能器102的电阻以及第一电阻器301和第二电阻器302的电阻以及由于压电换能器102的电容，电压可以包括RC放电曲线。
第一电阻器301和第二电阻器302的电阻可以决定压电换能器102的内部电阻。第一电阻器301和第二电阻器302的电阻可以被选择为使得它们产生压电换能器102上的电压的合理衰减率以用于人机接口目的。
设备100可以包括计算单元200。控制电路103可以包括计算单元200。计算单元200可以电耦合到升压转换器320和/或ADC 309。计算单元200可经由ADC 309获得电压测量样本。计算单元200还可以控制升压转换器320。当升压转换器320被配置为执行某种操作时，计算单元200可以被配置为通过控制升压转换器320来执行该操作。
图4示出了根据实施例的用于驱动压电换能器102的驱动电压402和参考电压曲线401的示意性表示。
驱动电压402和参考电压曲线401的比例可以不同。举例来说，驱动电压402的振幅可介于50～500伏特(V)的范围内，或介于其子范围内，例如50～300V、100～300V或150～250V，同时，参考电压曲线401的最大值可受限于饱和电压电平403。饱和电压电平403可以小于10V，例如3.3V。
饱和电压电平403可能是由于例如ADC 309的有限动态范围。
参考电压曲线401可对应于驱动电压402。当用驱动电压402驱动压电换能器102时，参考电压曲线401可以对应于当压电换能器102未被物体104触摸时压电换能器102上的电压。
控制电路103可基于至少一个参数203形成参考电压曲线401。例如，当至少一个参数203包括压电换能器102的RC常数时，参考电压曲线401的时间特性可以遵循：
Figure BDA0002943717190000121
其中，t是时间，V0可以是t＝0时刻的某一最大电压，τ＝RC,并且其中，R可以是压电换能器102的电阻，并且C可以是压电换能器102的电容。电阻还可以包括第一电阻器301和/或第二电阻器302的电阻。
在典型的使用场景中，τ可以是例如5-10毫秒(ms)。
由于ADC309的有限动态范围，参考电压曲线401可能饱和，如图4的实施例所示，因此，参考电压曲线401仅在参考电压曲线401未饱和时，才会遵循上述行为。
应当理解，压电换能器102之外的其他部件可以影响参考电压曲线和/或至少一个参数。例如，一些组件可以包括可以影响参考电压曲线401和/或至少一个参数203的电容。因此，至少一个参数203可以包括电路的RC时间常数，该电路包括压电换能器102。
图5示出了根据实施例的压电换能器102上的测量电压曲线501的示意性表示。
在图5的实施例中呈现的测量电压曲线501可以对应于当触摸触摸表面101的物体104正在减小按压力时的情形。这可以作为参考电压曲线401和测量电压曲线501之间的差来观察。由于减小的力，当力减小时，测量电压曲线501的值大于参考电压曲线401的值。
应当理解，这里的讨论可以假设压电换能器102是反向极化的。如果压电换能器102不是反向极化的，则图5的实施例中呈现的情形可以对应于按压力增加的情形。
控制电路103还可以被配置为通过以下操作来比较参考电压曲线401和测量电压曲线501：检测参考电压曲线402的饱和时段502，检测测量电压曲线501的饱和时段503；以及比较参考电压曲线401和测量电压曲线501的饱和时段。
在此，“饱和时段”可以指所讨论的电压曲线处于饱和的时间间隔的长度。当电压曲线的值大于或等于饱和电压电平403时，电压曲线会处于饱和。
例如，参考电压曲线401的饱和时段可为图5的实施例中所绘示的时间间隔ts,r502的长度，同样地，测量电压曲线501的饱和时段可为图5的实施例中所绘示的时间间隔ts, m503的长度。
控制电路103可以计算例如502和503之间的时间差：
Δt＝ts,m-ts,r。
如果Δt是正的，则测量电压曲线501在比参考电压曲线401更长的时间段内处于饱和。这种情况的一个例子在图5的实施例中示出，这可以对应于触摸触摸表面101的物体104减小按压力的情况。
另一方面，如果Δt是负的，则测量电压曲线501在比参考电压曲线401更短的时间段内处于饱和。这可以对应于触摸触摸表面101的物体104增加按压力的情况。
图6示出了根据实施例的差电压曲线601的示意性表示。
控制电路103可进一步经配置以通过计算参考电压曲线401与测量电压曲线501之间的差来比较参考电压曲线401与测量电压曲线501。
控制电路103可以进一步被配置为通过从测量电压曲线501减去参考电压曲线401产生差电压曲线601来比较参考电压曲线401和测量电压曲线501；以及基于差电压曲线601检测触摸。
例如，可以通过从测量电压曲线Vmeas(t)中减去参考电压曲线Vref(t)来获得差电压曲线Vdiff(t)601：
Vdiff(t)＝Vmeas(t)-Vref(t)。
例如，图6中所示的差电压曲线可以通过从图5中呈现的测量电压曲线501中减去参考电压曲线401来获得。
控制电路103可以被配置为检测差电压曲线的符号/极性。例如，在图6中呈现的差电压曲线601的情况下，控制电路103可以被配置成检测差电压曲线601主要为正。
控制电路103可以被配置为基于差电压曲线的符号/极性来检测触摸的时变特性。例如，在图6中呈现的差电压曲线601的情况下，控制电路103可以被配置为检测由触摸施加的力正在减小。
控制电路103可进一步经配置以基于所述比较来检测触摸表面101上的触摸的时变特性。
触摸表面101上的触摸的时变特性可以指触摸随时间变化的任何特性。例如，控制电路103可以被配置为检测由触摸施加的力/压力是增加、减小还是保持恒定。
控制电路103可进一步经配置以计算差电压曲线的积分且基于差电压曲线的积分检测触摸。
控制电路103可以被配置为计算例如以下积分：
Figure BDA0002943717190000151
t1可以是设备100开始用驱动电压驱动压电换能器的时刻。t2可以是t1之后的预先配置的时刻。
基于积分的结果，控制电路103可以推断出物体是否正在触摸表面101。例如在图6的实施例的情况下，主要是正的。因此，积分的结果是正的，并且控制电路103可以推断出物体可能正在以递减的力触摸表面101。
控制电路103可以通过对差电压曲线Vdiff的样本求和来近似上文呈现的积分：
Figure BDA0002943717190000152
其中Vdiff[i]可以指Vdiff第i个样本，N可以指样本的总数，并且T可以是获取样本的时间段的长度，例如T＝t2-t1。
或者，控制电路103可使用其它方法来评估积分值I。
控制电路103可以被配置为响应于积分I达到预配置的阈值而检测触摸表面101上的触摸。
时间分辨率T/N可以例如小于1ms。
T和/或N可以包括预先配置的值。替代地或另外，控制电路103可经配置以对差电压曲线进行取样直到达到某一预配置阈值为止。响应于达到预先配置的值，控制电路103可以检测触摸表面101上的触摸。
根据实施例，控制电路103还被配置为计算差电压曲线的振幅，并且基于差电压曲线的振幅来检测触摸。
当物体104触摸表面101时，物体104可以将振动引入到触摸表面101中。该振动可以经由压电换能器102来检测。
控制电路103可以使用例如下式来计算平均差值电压Vdiff,ave：
Figure BDA0002943717190000153
其中N是用于计算平均值的样本的数量。
对于每个样本Vdiff[i]，计算设备200可以使用例如下式来计算振幅Ai：
Ai＝|Vdiff[i]-Vdiff,ave|。
控制电路103可以使用例如下式来计算平均振幅Aave：
Figure BDA0002943717190000161
或
Figure BDA0002943717190000162
平均振幅Aave可以量化压电换能器102中的振动量。差电压的振幅可以包括平均振幅Aave。
由于元件102中的振动量可以与压电换能器102和物体104之间的距离成反比，所以计算单元200可以使用每个压电换能器102的振动分量来计算/估计物体104在表面101上的位置。
控制电路103可以例如将差电压的振幅与预先配置的阈值进行比较。如果该差值电压的振幅大于该预配置的阈值，则控制电路103可以推断出一个物体104正在触摸该触摸表面101。
图7示出了根据实施例的压电换能器102上的测量电压曲线701的示意性表示。
在图7的实施例中呈现的测量电压曲线701可以对应于触摸触摸表面101的物体104正在增加按压力的情形。这可以作为参考电压曲线401和测量电压曲线701之间的差来观察。由于增大的力，当力增大时，测量电压曲线701的值小于参考电压曲线401的值。
图8示出了根据实施例的差电压曲线801的示意性表示。
图8中所示的差电压曲线801可以通过从图7中呈现的测量电压曲线701中减去参考电压曲线401来获得。
控制电路103可以被配置为检测差电压曲线的符号/极性。例如，在图8中呈现的差电压曲线801的情况下，控制电路103可以被配置为检测差电压曲线801主要为负。
控制电路103可以被配置为基于差电压曲线Vdiff(t)的符号/极性来检测触摸的时变特性。例如，在图8中呈现的差电压曲线801的情况下，控制电路103可以被配置为检测由触摸施加的力/压力正在增加。
图9示出了根据实施例的方法的流程图表示。
根据一个实施例，方法900包括901获得描述压电换能器的参考响应的至少一个参数。
方法900还可以包括902基于至少一个参数形成参考电压曲线。
方法900还可以包括903利用驱动电压驱动压电换能器。
方法900还可以包括904测量压电换能器上的电压曲线。
方法900还可以包括905比较参考电压曲线和测量电压曲线。
方法900还可以包括906基于该比较来检测触摸表面上的触摸。
图10示出了根据实施例的由控制电路103使用的电压的流程图表示。
控制电路103还可以被配置为使用测试驱动电压1001来驱动压电换能器102。
测试驱动电压1001可以类似于驱动电压402。测试驱动电压1001可以包括例如适于测试压电换能器102的电气和/或机械特性的任何预先配置的电压曲线。
控制电路103可以被配置为当不存在由物体104施加到触摸表面101的外力时，利用测试驱动电压1001来驱动压电换能器102。
控制电路103还可以被配置为测量由压电换能器102上的测试驱动电压1001引起的响应电压曲线1002。
由于控制电路103可以被配置为当不存在由物体104施加到触摸表面101的外力时利用测试驱动电压1001来驱动压电换能器102，因此响应电压曲线1002可以对应于参考电压曲线402。因此，控制电路103可以通过测量响应电压曲线1002来获得参考电压402曲线。
控制电路103可进一步经配置以1003基于响应电压曲线1002计算至少一个参数203。
控制电路103可进一步经配置以存储至少一个参数203。控制电路103可将所述至少一个参数203存储到(例如)存储器202中。
控制电路103可以例如基于响应电压曲线1002估计压电换能器102的RC时间常数。控制电路103可以使用例如曲线拟合和/或其他计算过程来从响应电压曲线1002获得至少一个参数203。
控制电路103可以例如周期性地执行用于计算至少一个参数203的前述操作。由于压电换能器102的电气和/或机械特性可随时间而改变，因此控制电路103可以此方式更新至少一个参数203以对应于压电换能器102的当前特性。因此，基于至少一个参数203形成的参考电压曲线401可以更准确地描述压电换能器102的参考行为。
控制电路103然后可以获得至少一个参数203，基于至少一个参数203形成参考电压曲线401，利用驱动电压402驱动压电换能器，测量压电换能器102上的电压曲线501，比较参考电压曲线401和测量电压曲线501，并且基于如本文所述的比较来检测触摸表面101上的触摸。
在不失去所寻求的效果的情况下，可以扩展或改变在此给出的任何范围或设备值。而且，任何实施例可以与另一实施例组合，除非明确地不允许。
尽管已经以特定于结构特征和/或动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不必限于上述特定特征或动作。相反，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例来公开的，并且其他等效特征和动作旨在落入权利要求的范围内。
应当理解，上述益处和优点可以涉及一个实施例或者可以涉及若干实施例。实施例不限于解决任何或所有所述问题的那些实施例，或具有任何或所有所述益处和优点的那些实施例。还将理解，对“一个”项目的引用可以指这些项目中的一个或多个。
本文所述方法的步骤可以以任何合适的顺序进行，或者在适当的情况下同时进行。另外，在不脱离本文所述主题的精神和范围的情况下，可以从任何方法中删除各个框。上述任何实施例的方面可以与所描述的任何其它实施例的方面组合以形成另外的实施例而不失去所寻求的效果。
术语“包括”在这里用来表示包括所标识的方法、块或元件，但是这样的块或元件不包括排他性列表，并且方法或装置可以包含附加的块或元件。
应当理解，上述说明仅作为示例给出，并且本领域技术人员可以进行各种修改。以上说明、示例和数据提供了对示例性实施例的结构和使用的完整描述。尽管以上以一定程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施例描述了各种实施例，但是本领域技术人员可以对所公开的实施例做出许多改变，而不脱离本说明书的精神或范围。

Claims (15)

1.一种设备(100)，包括：
触摸表面(101)；
机械地耦合到所述触摸表面(101)的压电换能器(102)；以及
控制电路(103)，其电耦合到所述压电换能器(102)，被配置为：
获得描述所述压电换能器(102)的参考响应的至少一个参数(203)；
基于所述至少一个参数(203)形成参考电压曲线(401)；
利用驱动电压(402)驱动所述压电换能器(102)；
在利用所述驱动电压(402)驱动所述压电换能器(102)之后，测量所述压电换能器(102)上的电压曲线(501、701)；
将所述参考电压曲线(401)与测量电压曲线(501、701)进行比较；以及
基于所述比较来检测所述触摸表面(101)上的触摸。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述控制电路(103)还被配置为：
基于所述比较来检测所述触摸表面(101)上的所述触摸的时变特性。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(100)，其中，所述至少一个参数(203)包括所述压电换能器(102)的RC时间常数。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(100)，其中，所述控制电路(103)还被配置为通过计算所述参考电压曲线(401)与所述测量电压曲线(501、701)之间的差来比较所述参考电压曲线(401)与所述测量电压曲线(501、701)。
5.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述控制电路(103)还被配置为通过以下操作来比较所述参考电压曲线和所述测量电压曲线：
从所述测量电压曲线(501、701)中减去所述参考电压曲线(401)，产生差电压曲线(601、801)；以及
基于所述差电压曲线(601、801)来检测所述触摸。
6.根据权利要求5所述的设备(100)，其中，所述控制电路(103)还被配置为：
计算所述差电压曲线(601，801)的积分；以及
基于所述差电压曲线的所述积分来检测所述触摸。
7.根据权利要求5所述的设备(100)，其中，所述控制电路(103)还被配置为：
计算所述差电压曲线(601，801)的振幅；以及
基于所述差电压曲线的振幅来检测所述触摸。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(100)，其中，所述控制电路(103)还被配置为通过以下操作来比较所述参考电压曲线和所述测量电压曲线：
检测所述参考电压曲线(401)的饱和时段(502)；
检测所述测量电压曲线(501、701)的饱和时段(503)；以及
比较所述参考电压曲线的饱和时段和所述测量电压曲线的饱和时段。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(100)，其中，所述控制电路(103)还被配置为：
使用测试驱动电压(1001)来驱动所述压电换能器(102)；
测量由所述压电换能器(102)上的所述测试驱动电压(1001)引起的响应电压曲线(1002)；以及
基于所述响应电压曲线(1002)计算所述至少一个参数(203)。
10.一种方法(900)，包括：
获得(901)描述压电换能器的参考响应的至少一个参数；
基于所述至少一个参数形成(902)参考电压曲线；
利用驱动电压来驱动(903)所述压电换能器；
在利用所述驱动电压驱动所述压电换能器之后，测量(904)所述压电换能器上的电压曲线；
比较(905)所述参考电压曲线和测量电压曲线；以及
基于所述比较来检测(906)触摸表面上的触摸。
11.根据权利要求10所述的方法(900)，其中，基于所述比较来检测触摸表面上的触摸包括：
基于所述比较来检测所述触摸表面上的所述触摸的时变特性。
12.根据权利要求10所述的方法(900)，其中所述比较(905)所述参考电压曲线和测量电压曲线包括从所述测量电压曲线减去所述参考电压曲线，从而产生差电压曲线；以及
基于所述比较来检测(906)触摸表面上的触摸包括基于该差电压曲线来检测所述触摸。
13.根据权利要求12所述的方法(900)，还包括：
计算所述差电压曲线的积分；
其中，基于所述比较来检测(906)触摸表面上的触摸包括基于所述差电压曲线的积分来检测所述触摸。
14.根据权利要求10所述的方法(900)，还包括：
使用测试驱动电压来驱动压电换能器；
测量由所述压电换能器上的所述测试驱动电压引起的响应电压曲线；以及
基于所述响应电压曲线来计算所述至少一个参数。
15.一种计算机程序产品，包括程序代码，所述程序代码被配置为当所述程序代码在计算机上执行时执行根据权利要求10-14中任一项所述的方法。
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