CN114467014A - 用于力传感器系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制力传感器系统以限定由至少一个力传感器实现的至少一个按钮的方法，所述方法包括：接收力传感器输入；确定所述力传感器输入的梯度；以及基于所述确定的梯度控制所述力传感器系统。

Description

用于力传感器系统的控制方法
技术领域
本公开涉及用于力传感器系统的控制方法，且具体地，涉及用于补偿温度对力感测系统的影响的系统和方法。
相关申请
本公开涉及2019年5月3日提交的美国临时专利申请序列号62/842821(代理人案号P3629USPROV)和2019年5月24日提交的美国专利申请序列号16/422543(代理人案号P3629US00)，所有这些专利申请以其全文引用的方式并入本文中。
背景技术
力传感器被称为电子系统的可能输入装置，并且可以用作传统机械开关的替代品。
许多传统移动装置(例如，移动电话、个人数字助理、视频游戏控制器等)包括机械按钮，以允许移动装置的用户与移动装置本身之间的交互。然而，此类机械按钮容易老化、磨损和撕裂，这可能会缩短移动装置的使用寿命，和/或可能在发生故障的情况下需要大量维修。此外，机械按钮的存在可能导致难以制造防水的移动装置。
因此，移动装置制造商正越来越多地寻求为移动装置配备虚拟按钮，所述虚拟按钮充当允许移动装置的用户与移动装置本身之间的交互的人机界面。类似地，移动装置制造商正越来越多地寻求为移动装置配备其他虚拟界面区域(例如，虚拟滑块、除触摸屏以外的移动装置主体的界面区域等)。理想情况下，为了获得最佳用户体验，此类虚拟界面区域在用户看来应该是机械按钮或其他机械界面，而不是虚拟按钮或虚拟界面区域。
目前，线性谐振致动器(LRA)和其他振动致动器(例如，旋转致动器、振动电机等)越来越多地用于移动装置中，以响应于用户与此类装置的人机界面的交互产生振动反馈。通常，传感器(传统上是力传感器或压力传感器)检测用户与装置的交互(例如，手指按压装置的虚拟按钮)，并且作为响应，线性谐振致动器可以振动以向用户提供反馈。例如，线性谐振致动器可响应于用户与人机界面的交互而振动，以向用户模仿机械按钮点击的感觉。
因此，力传感器检测装置上的力以确定用户交互，例如触摸、按压或挤压装置。需要提供处理此类传感器输出的系统，以平衡低功耗和响应性能。
行业中需要传感器来检测用户与人机界面的交互，其中此类传感器和相关传感器系统提供可接受水平的传感器灵敏度、功耗和大小。行业中还需要在一系列操作环境下为力传感器系统提供改进操作。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供一种用于限定至少一个虚拟按钮的力传感器系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：接收力传感器输入；确定力传感器输入的梯度；以及将确定的梯度与梯度阈值进行比较，以确定虚拟按钮的用户按压事件。
根据本公开的第二方面，提供一种用于限定至少一个虚拟按钮的力传感器系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：接收力传感器输入；确定力传感器输入的梯度；以及将确定的梯度与第一重新校准阈值进行比较，以确定力传感器系统的重新校准要求。
根据本公开的第三方面，提供一种用于限定至少一个虚拟按钮的力传感器系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：接收力传感器输入；确定力传感器输入的第一导数和第二导数，以提供速度值和加速度值；将速度值和加速度值映射到2D表示；以及对速度值和加速度值的2D表示执行象限跟踪或状态空间跟踪，以确定是否已发生用户按压事件。
根据本公开的第四方面，提供一种控制力传感器系统以限定由至少一个力传感器实现的至少一个按钮的方法，所述方法包括：接收力传感器输入；确定力传感器输入的梯度；以及基于确定的梯度控制力传感器系统。
可以组合使用上述任一方面。
根据本公开的第五方面，提供一种力传感器系统，其包括：至少一个力传感器；以及控制器，其连接至所述至少一个力传感器且被配置成执行前述方面中任一项所述的方法。
根据本公开的第六方面，提供一种主机装置，其包括根据前述第五方面所述的力传感器系统。
设想与方法方面相对应的计算机程序方面，以及存储计算机程序方面的计算机程序的(非暂时性)存储介质方面。
附图说明
现仅以示例的方式参考附图，在附图中：
图1示出示例移动装置的选定组件的框图；
图2是示出电阻式力传感器系统的示例输出的图表；
图3呈现示出电阻式力传感器系统的示例输出的图表；
图4是示出在一系列用户按压事件期间随时间来自力传感器的示例输入的图表；
图5呈现示出电阻式力传感器系统的示例输出的图表；
图6呈现与图5中的下部图表相对应的图表；
图7A是可由力传感器系统操作以确定何时重新校准的控制方法示意图；
图7B呈现示出电阻式力传感器系统的示例输出的图表，其有助于理解图7A的方法的应用；
图8呈现示出电阻式力传感器系统的示例输出的图表，其中力输入信号由受用户按压的力传感器产生；
图9是示出相互对应地描绘的图8的加速度信号和速度信号的图表；
图10是与图9的图表相对应，但示出“噪声框”概念的图表；
图11是可由力传感器系统操作以确定何时已发生按压事件的控制方法的示意图；以及
图12A至图12D是描述图11的控制方法的示例实现方式中的阶段的图表。
具体实施方式
以下描述阐述了根据本公开的示例实施方案。对于本领域的普通技术人员来说，进一步的示例实施方案和实现方式将是显而易见的。此外，本领域的普通技术人员将认识到，可以应用各种等效技术来代替或结合下文讨论的实施方案，并且所有此类等效技术应被视为包含在本公开中。
图1示出根据本公开的实施方案的示例移动装置102的选定组件的框图。
如图1所示，移动装置102可以包括外壳101、控制器103、存储器104、力传感器或力传感器系统105、麦克风106、线性谐振致动器(LRA)107、无线电发射器/接收器108、扬声器110以及集成触觉系统112。应理解，布置成提供触觉振动效果的任何合适的振动致动器(例如，如ERM的旋转致动器、振动电机等)都可以用作LRA 107的替代或补充。
外壳101可以包括用于容纳移动装置102的各种组件的任何合适的壳体、机壳或其他外壳。外壳101可以由塑料、金属和/或任何其他合适的材料制成。另外，外壳101可以进行调适(例如，设定尺寸和形状)，使得移动装置102方便地在移动装置102的用户个人身上携带。因此，移动装置102可以包括但不限于智能手机、平板计算装置、手持计算装置、个人数字助理、笔记本电脑、视频游戏控制器、头戴式耳机或耳机，或可以方便地在移动装置102的用户个人身上携带的任何其他装置。虽然图1示出了移动装置，但应理解，所示系统可用于其他装置类型，例如用户可交互显示技术、汽车计算系统等。
控制器103可以容纳在外壳101内，并且可以包括被配置成解释和/或执行程序指令和/或处理数据的任何系统、装置或设备，并且可以包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)，或配置成解释和/或执行程序指令和/或处理数据的任何其他数字或模拟电路。在一些实施方案中，控制器103解释和/或执行程序指令和/或处理存储在存储器104和/或控制器103可访问的其他计算机可读介质中的数据。
存储器104可以容纳在外壳101内，可以通信地耦合至控制器103，并且可以包括被配置成将程序指令和/或数据保留一段时间的任何系统、装置或设备(例如，计算机可读介质)。存储器104可包括随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)卡、闪存、磁存储装置、光磁存储装置，或在移动装置102的电源关闭后保留数据的易失性或非易失性存储器的任何合适选择和/或阵列。
麦克风106可以至少部分地容纳在外壳101内，可以通信地耦合至控制器103，并且可以包括被配置成将入射在麦克风106处的声音转换成可由控制器103处理的电信号的任何系统、装置或设备，其中使用隔膜或薄膜将此类声音转换成电信号，所述隔膜或薄膜的电容基于在所述隔膜或薄膜处接收到的声音振动而变化。麦克风106可包括静电麦克风、电容麦克风、驻极体麦克风、微机电系统(MEMs)麦克风或任何其他合适的电容式麦克风。
无线电发射器/接收器108可以容纳在外壳101内，可以通信地耦合至控制器103，并且可以包括被配置成借助天线产生和传输射频信号以及接收射频信号并将由此类接收到的信号携载的信息转换成控制器103可用的形式的任何系统、装置或设备。无线电发射器/接收器108可以被配置成发射和/或接收各种类型的射频信号，包括但不限于蜂窝通信(例如，2G、3G、4G、5G、LTE等)、短距离无线通信(例如，蓝牙)、商业无线电信号、电视信号、卫星无线电信号(例如，GPS)、无线保真等。
扬声器110可以至少部分地容纳在外壳101内，或可以在外壳101外部，可以通信地耦合至控制器103，并且可以包括被配置成响应于电音频信号输入而产生声音的任何系统、装置或设备。在一些实施方案中，扬声器可包括动态扩音器，所述动态扩音器采用经由柔性悬架机械地耦合至刚性框架的轻质隔膜，所述柔性悬架约束音圈轴向移动通过圆柱形磁隙。当向音圈施加电信号时，音圈中的电流会产生磁场，使其成为可变电磁铁。音圈和驱动器的磁系统相互作用，产生机械力，所述机械力使音圈(以及连接的锥体)来回移动，从而在来自放大器的应用电信号的控制下再现声音。
力传感器105可以容纳在外壳101内、位于所述外壳上或形成所述外壳的一部分，并且可以通信地耦合至控制器103。装置105的每个力传感器可包括用于感测力、压力或触摸(例如，与人类手指的交互)并用于响应于此类力、压力或触摸而产生电信号或电子信号的任何合适的系统、装置或设备。在一些实施方案中，此类电信号或电子信号可以是施加至力传感器的力、压力或触摸的量值的函数。在这些和其他实施方案中，此类电子信号或电信号可包括与输入信号相关联的通用输入/输出信号(GPIO)，向所述输入信号提供触觉反馈。
示例力传感器105可包括或包含：电容式位移传感器、感应式力传感器、应变计、压电式力传感器、力感测电阻器、压阻式力传感器、薄膜力传感器以及基于量子隧道复合材料的力传感器。
在一些布置中，可以采用其他类型的传感器。出于本公开的清楚和说明的目的，本文使用的术语“力”不仅指力，还指指示力或类似于力的物理量，例如但不限于压力和触摸。
线性谐振致动器107可容纳在外壳101内，且可包括用于在单轴上产生振荡机械力的任何合适系统、装置或设备。例如，在一些实施方案中，线性谐振致动器107可依赖交流电压来驱动压在连接至弹簧的移动质量上的音圈。当以弹簧的谐振频率驱动音圈时，线性谐振致动器107可以以可感知的力振动。因此，线性谐振致动器107可用于特定频率范围内的触觉应用。
虽然出于清楚和说明的目的而关于线性谐振致动器107的使用描述了本公开，但应理解，代替或除了线性谐振致动器107，可以使用任何其他一种或多种类型的振动致动器(例如，偏心旋转质量致动器)。另外，还应理解，代替或除了线性谐振致动器107，可以使用布置成在多个轴上产生振荡机械力的致动器。基于从集成触觉系统112接收到的信号，线性谐振致动器107可以向移动装置102的用户呈现触觉反馈，用于机械按钮更换和电容式传感器反馈中的至少一种。
集成触觉系统112可以容纳在外壳101内，可以通信地耦合至力传感器105和线性谐振致动器107，并且可以包括被配置成从力传感器105接收指示施加至移动装置102的力(例如，人类手指施加至移动装置102的虚拟按钮的力)的信号并响应于施加至移动装置102的力产生用于驱动线性谐振致动器107的电子信号的任何系统、装置或设备。
尽管上文将特定示例组件描述为与移动装置102集成(例如，控制器103、存储器104、用户界面105、麦克风106、无线电发射器/接收器108、扬声器110)，但是根据本公开的移动装置102可以包括上文未具体列举的一个或多个组件。例如，尽管图1描绘了某些用户界面组件，但移动装置102可以包括除上图中描绘的那些组件之外的一个或多个其他用户界面组件，包括但不限于键盘、触摸屏和显示器，从而允许用户与移动装置102及其相关组件交互和/或以其他方式操纵所述移动装置及其相关组件。
另外，应理解，装置可以具有额外的输入传感器装置或换能器，例如加速计、陀螺仪、相机或其他传感器装置。
一些力传感器系统对温度(或工作环境的其他特性，例如压力)变化敏感。例如，对于向传感器施加偏置电压的电阻式力传感器系统，温度的变化会导致力信号的偏置发生变化，从而导致传感器系统的工作基线发生变化。
图2是示出电阻式力传感器系统在系统温度随时间升高时的示例输出的图表。输出信号被示为模拟电压信号，单位为mV。
上部线示出输出信号(力信号)，其中信号峰值指示传感器系统检测到的触摸事件的发生。下部线(基线跟踪)示出基线跟踪系统的输出，用于监测应用于电阻式力传感器系统的偏置的变化。可以看出，系统温度的升高导致系统的偏置(基线)稳步增加。
应注意，取决于力传感器系统设置(即实际实现方式)，并且例如取决于包括系统的移动装置102的类型/结构，系统温度升高可能导致系统(如上所述)偏置(基线)稳步增加，或相反导致系统偏置(基线)减少。将相应地理解本公开。在任一情况下，系统的偏置(基线)可能会随温度(或另一环境因素)而变化。
另外或替代地，传感器(例如力传感器105)本身的灵敏度可以随温度的变化而变化，其中温度的升高(或降低)导致灵敏度的降低。
当例如装置102的装置的一部分(例如移动装置的框架或机壳，例如外壳101)处于相对高温(例如60摄氏度)时，以及当用户在正常体温(例如，37摄氏度)下用手指触摸装置时，力传感器系统可能会出现问题。这可能会导致装置上各个位置之间的温差，所述温差可能会转化为力传感器系统中的温度变化。对于使用例如以Whetstone桥接配置或类似配置布置的电阻式力传感器的多个力传感器(例如，力传感器105)布置的传感器系统，在传感器的不同部分之间可能发生温度变化，从而产生临时基线漂移。
图3呈现示出电阻式力传感器系统(力传感器解决方案)的示例输出的图表，其中例如力传感器105的力传感器产生力输入信号(对应于图2中的输出信号)，所述力传感器由于上述热框架/冷手指用例而经受温度变化。
最上面的图表示出随时间变化的力输入信号。力输入信号被示为模拟信号，表示为以N(牛顿)为单位。应了解，从例如力传感器105的力传感器接收的模拟电压信号(例如，图2中的输出信号)可以被转换成以力单位表示的对应力输入信号(例如，图3中的力输入信号)。
将输入与固定阈值(上部图表中示为TH rise和TH fall)进行比较，以确定用户触摸或按压事件的上升沿(TH rise)和下降沿(TH fall)。
中间的图表示出力输入信号随时间与阈值TH rise和TH fall的比较结果，结果是当力输入信号上升到高于(或在向上方向上超过)阈值TH rise时针对上升标志的逻辑1的二进制输出，以及当力输入信号下降到低于(或在向下方向上超过)阈值TH fall时针对下降标志的逻辑1的二进制输出。否则，上升标志信号和下降标志信号为逻辑0。
最下面的图表示出基于标志信号随时间执行的状态检测逻辑的结果。此示例中所示的状态信号指示的可用状态是“单击”、“长推”、“双推”、“单推”和“空闲检测”，例如，对应于与例如智能手机的移动装置102相关的公共用户输入(或缺少输入)。在此示例中，状态信号指示“空闲检测”状态，除非检测到其他状态中的一个，在检测到其他状态中的一个的情况下指示所述状态。
在这种情况下，即使用户执行了五次单独的按压(如最上面图表中力输入信号的五个峰值所指示)，但由于温度变化引起的基线增加，也只检测到长按压(如最下面图表所指示)，而不是五次单独按压。
现在将考虑旨在解决上述问题的梯度释放阈值方法。综上所述，建议分析力输入信号的梯度，即其关于时间的变化率或其关于时间的一阶导数(一次导数)，并使用所述梯度来检测由可被视为虚拟按钮的一个或多个力传感器实现的按钮的释放，和/或触发力传感器系统的重新校准。
这里，按钮的释放可被视为用户从一个或多个力传感器测量施加力的表面收回手指(或触针或其他身体部位或类似物)，使得测量的施加力从相对较高水平(对应于按钮的按压或推动)降低到相对较低水平(对应于不再按压或推动按钮，即按压或推动结束)的过程。重新校准可以理解为将基线值设置为当前力输入值或基于当前力输入值设置基线值的过程。
图4是示出在一系列用户按压事件期间随时间来自力传感器的示例输入(即，力输入信号)的图表。因此，尽管图4中没有明确地示出，但可以假设图表中的轴与图3中最上面的图表中的轴相对应。
按下按钮时用户按压事件的梯度(由叠加在输入信号的第一上升沿上的上升线指示)与释放按钮时的梯度(由叠加在输入信号第一下降沿上的下降线指示)大致相同(在量值上)。
可以看出，推动事件的梯度(即，当施加的力从非推动状态增加时)为正，而释放事件的梯度(即，当施加的力减少回到非推动状态时)为负。因此，一旦检测到按压(或推动)(例如，基于输入与上升阈值，例如图3中的TH rise的比较，或基于梯度与正梯度阈值的比较)，就可以通过使用OR操作任选地将(负)梯度阈值应用于负梯度以及将力水平阈值应用于施加的力来检测释放。如果满足这些条件中的任一个，则可以触发释放标志。也就是说，如果施加的力下降至低于力水平阈值，或下降梯度下降至低于梯度阈值(即，变得比梯度阈值负值更大)，则虚拟按钮已被释放。一旦虚拟按钮已被释放，基线跟踪系统就会被激活。
图5呈现示出电阻式力传感器系统的示例输出的图表。
上部图表示出针对一系列用户按压事件与四个(虚拟)按钮有关的随时间变化的力传感器输入(力输入信号)，这些按钮中的两个按钮发生所述用户按压事件。力输入信号被示为模拟信号，根据图3表示为以N为单位。指示“基线已移除”指示不存在基线迹线，例如与图2相反。然而，应理解，由于例如与用户按压事件相关联的温度变化，基线正被移位(并且没有被校正)。
下部图表示出上部图表中所示的输入信号的瞬时梯度。因此，梯度信号被示为模拟信号，表示为以N/s为单位。选择梯度阈值(用于检测释放事件)，使得当瞬时梯度下降至低于梯度阈值时，检测到虚拟按钮的释放事件。在所示示例中，例如-5N/s的适当释放阈值将检测到虚拟按钮针对每个用户按压事件的释放。应理解，阈值可取决于装置底盘或框架的刚度。因此，对于不同的装置底盘或框架配置，可以将释放阈值设置为不同水平。
图6呈现与图5中的下部图表相对应的图表。在优选方面，将平滑滤波器应用于梯度信号，以提供平滑梯度并从信号中去除高频噪声，如图所示。然后，代替或除了非平滑的梯度信号，可以在本文公开的方法中使用平滑的梯度信号。可以通过应用梯度信号的低通滤波来提供这样的平滑梯度。
另外或替代地，下降梯度的分析可用作系统的一部分，以触发力传感器系统的重新校准。
在优选方面，如果梯度低于负阈值，则可触发重新校准。然而，重新校准系统的点不是梯度低于负阈值时，而是在梯度大于第二阈值时执行重新校准，以确保重新校准将在正确的点进行。
例如，一旦梯度变得比负阈值负值更大(释放事件的一部分)，然后上升到成为0(表示释放事件结束)，则可能需要重新校准。基线重新校准的效果可以是：重新校准回力输入信号，以指示所述点处的零值(0N)，即，对于来自力传感器的所述输入，在这种情况下，梯度也为零(0N/s)。
图7A是可由力传感器系统(或具有所述系统的装置102)操作以确定何时重新校准的控制方法的示意图。
最初，将标志gradHit设置为0，并从力传感器系统接收一系列样本。将样本(“力”)与噪声阈值TH_noise进行比较(力>TH_noise？)。噪声阈值TH_noise可能与图3中的阈值THrise相同，或被其取代。如果样本低于噪声阈值，则将标志gradHit设置为0，并重新开始所述过程。如果样本(即样本值)高于噪声阈值，则检查标志gradHit是否已设置为1。
如果gradHit为0，则将力信号的梯度(“梯度”)与下降梯度阈值gradLowTH进行比较(梯度<gradLowTH？)。如果力信号的下降沿的梯度低于下降梯度阈值，则表明需要重新校准，且将标志gradHit设置为1。在一个示例中，将下降梯度阈值设置为-5N/s的水平。此处的下降梯度可设置为低于用于检测释放事件，即检测可能指示需要重新校准的“非常”负的梯度的水平(即负值更大，且因此具有更大的绝对值)。
将力信号的下降沿的梯度与第二梯度阈值gradHighTh进行比较(梯度>gradHighTh？)，以确定是否可以执行重新校准。如果梯度高于(或处于)第二阈值，例如0N/s，则可以触发力传感器系统的重新校准。如果梯度低于第二阈值，则接收另一组样本，并且如果样本高于噪声阈值(TH_noise)且设置gradHit标志，则在梯度高于第二阈值的情况下，可触发重新校准。
将梯度与两个单独的阈值进行比较允许检测到所需的重新校准，并确保在力传感器系统操作的正确点(例如，当触摸事件后梯度为零时)执行重新校准。
在成功比较梯度与第二梯度阈值(梯度>gradHighTh？＝是)和触发重新校准之间，可以插入另一步骤。例如，可以在样本(“力”)与图3的下降阈值TH fall之间进行比较，以查看样本是否大于所述阈值(力>TH fall？)。如果样本大于所述阈值(力>TH fall？＝是)，则可以触发重新校准。否则(力>TH fall？＝否)，可能不会触发重新校准，因为当样本处于如此低的水平时，可不需要重新校准。
图7B呈现示出电阻式力传感器系统的示例输出的图表，其有助于理解图7A方法的应用。
上部图表对应于图5的上部图表，且下部图表对应于图6的图表。
因此，上部图表示出针对一系列用户按压事件与四个(虚拟)按钮有关的随时间变化的力传感器输入(力输入信号)，这些按钮中的两个按钮发生用户按压事件。下部图表示出上部图表中所示的输入信号的瞬时梯度，并用平滑滤波器进行了平滑处理。
然而，与图5和图6的图表不同，应用了图7A的方法。否则，所有这些图表对应于相同的原始数据(即，从一个或多个力传感器接收)。指示“基线已移除”再次指示不存在基线迹线，例如与图2相反。然而，应理解，尽管基线如图5所示正被移位，但它正根据图7A的方法进行校正。
如图7B的上部图表中所指示，在检测到释放事件的点附近，已触发重新校准，并重新校准相关力输入信号的值，以显示0N值(可以看到下降到0N的阶跃变化)。
此重新校准可仅应用于相关力输入信号(已触发重新校准的力输入信号)，或可同时应用于多个或所有力输入信号。
应注意，例如图7B中所示的每个“力输入信号”表示相关按钮上的力，但所述按钮可使用多个力传感器实现。因此，如果按钮由多个力传感器(例如两个力传感器)实现并且需要重新校准，则可重新校准来自对应于所述按钮的力传感器的原始传感器信号。通常，每个按钮可使用两个力传感器(即力传感器与按钮的2:1映射)。也就是说，可以通过来自相关力传感器的两个原始传感器信号的加权平均值来创建每个按钮的信号(例如，图7B所描绘)。
在图7B中可以看出，重新校准已发生三次，并且图5和图7B的上部图表之间的差异在这方面很明显。
现在将考虑旨在解决前面提到的问题的压力动力学方法。此方法可被视为梯度释放阈值方法的一部分、补充或替代方法。
综上所述，建议尤其通过对一阶导数和二阶导数(即速度和加速度)的象限跟踪来分析力传感器信号的动力学，以检测用户按压事件。在这种方法中，无论信号的偏置如何，按压和轻击都是可跟踪的(即，可能不需要基线跟踪，或者至少不需要达到相同的精度)。
这里，将出于方便的目的使用术语“速度”和“加速度”(即通过类比基于位置的测量)以分别指示力传感器信号(关于时间)的一阶导数和二阶导数。
图8呈现示出电阻式力传感器系统(力传感器解决方案)的示例输出的图表，特别是当力输入信号(对应于图2中的输出信号)由受用户按压的力传感器产生时。
最上面的曲线图示出随时间变化的力输入信号。力输入信号被示为模拟信号，根据图3表示为以N为单位。中间的曲线图示出力输入信号的一阶导数(指示为“速度”)。最下面的曲线图示出力输入信号的二阶导数(指示为“加速度”)。
因此，从力传感器接收到一系列力信号样本，这些样本提供了用户按压的力分布，如图8的上部曲线图中所指示。计算一阶导数和二阶导数，以提供力分布的速度和加速度。
描绘按压信号以指示按压中发生的4个不同阶段：
1.按压的第一部分(第一阶段)指示为阶段1(象限I)。它表示信号从最小绝对速度到最大速度，加速度从最大值移动到零。
2.按压的第二部分(第二阶段)指示为阶段2(象限IV)。此部分显示信号从最大速度到零，且随后加速度移动到最小值。
3.按压的第三部分(第三阶段)指示为阶段3(象限III)。这里，速度由于力水平的减小而变为负，且加速度接近于零。
4.按压的第四部分(第四阶段)指示为阶段4(象限II)。这是最后一部分，其中最小速度接近零且加速度为正。
应理解，分析力传感器信号的速度和加速度与初始偏置水平无关，因此这种分析不会受到偏置水平例如由于温度变化而变化的负面影响。
图9是示出相互对应地描绘的图8的加速度(N/s2)信号和速度(N/s)信号的图表。也就是说，可以将速度和加速度投影到2D表示上，以限定象限跟踪方法来确定是否已发生有效的用户按压事件。
具体地，所提出的方法跟踪速度和加速度，以确认传感器信号实际上以正确的顺序连续地移动通过四种不同的状态(对应于上述四个阶段)。对于已发生的有效用户按压事件，系统被配置成确认组合的速度和加速度点从象限I(阶段1)到象限IV(阶段2)；然后从象限IV(阶段2)到象限III(阶段3)；最后从象限III(阶段3)到象限II(阶段4)。如果遵循这样的顺序，则相应地触发用户按压事件。
在一些情况下，可接受的是确认组合的速度和加速度点经过较少的阶段(即阶段的子集)。例如，从象限IV(阶段2)到象限III(阶段3)，或从象限I(阶段1)到象限II(阶段4)，或从象限I(阶段1)到象限IV(阶段2)再到象限II(阶段4)。应理解，本公开扩展到确认行进通过图8和图9所描绘顺序的任何子集(例如，省略一个或两个阶段可能是可接受的)。
当然，没有必要为了执行象限跟踪而实际生成此类2D表示；图9的图表就是为了有助于理解所述概念。可以相对于限定象限的值范围测试对应的速度值和加速度值对(如果基于图8的力输入信号绘制在图9的2D表示上，将生成图9的曲线图)，以确定任何此类对在哪个象限中。此外，图8的力输入信号是一个示例，其在图9中方便地以圆图呈现。然而，在实际实现方式中，力输入信号不太可能呈现如图9所示的真实圆图。
图10是与图9的图表相对应，但示出“噪声框”概念的图表。在另一方面，系统可限定“噪声框”，如图10中的矩形(正方形)所示，作为示例，其速度在+/-0.4N/s之间且加速度在+/-0.25N/s2之间。速度和加速度落在噪声框内的力传感器信号(力输入信号)可以被认为是噪声，而落在噪声框外的任何信号被认为是力事件的一部分。
虽然在图10中噪声框被示为以(0，0)为中心的矩形，但应理解，可以使用其他几何形状，例如椭圆或不规则形状。此外，应理解，噪声框可以以(0，0)为中心，也可以不以(0，0)为中心，并且噪声框的尺寸或边界可以根据系统特性而改变。
此外，应理解，尽管在图10的示例中，速度在+/-0.4N/s之间且加速度在+/-0.25N/s2之间的维度限定了中心的正方形(指示为不包括在内)，但是速度在+/-0.4N/s之间或(而不是且)加速度在+/-0.25N/s2之间的力传感器信号(力输入信号)可被视为噪声。在这种情况下，“噪声框”可以限定为十字形状(如也从图10显而易见，正方形位于其中心)，在此示例中，它也由速度在+/-0.4N/s之间且加速度在+/-0.25N/s2之间的维度限定。因此，速度和加速度落在(十字形)噪声框内的力传感器信号(力输入信号)可以被认为是噪声，而落在噪声框外的任何信号被认为是力事件的一部分。
另外，应理解，可以使用递归平均技术作为使用固定阈值的替代方案来动态地计算或估计“噪声框”的边界。在这种情况下，噪声框的限定可以是无监督的，因为它可以应用于电压域(不使用任何灵敏度值知识)并且不设置任何阈值。
图11是可由力传感器系统(或具有所述系统的装置102)操作以确定何时已发生按压事件的控制方法的示意图。
参考图11，对于每个新的力样本，计算一阶导数和二阶导数，以确定速度值和加速度值。然后用新样本更新噪声框。应用象限跟踪法检查样本是否遵循指示已发生用户按压事件的象限顺序，即样本依次从象限I移动到象限IV、从象限IV移动到象限III且最后从象限III移动到象限II。如果遵循所述顺序，则系统可以确定已发生用户按压事件。如果未遵循顺序，则系统可以确定已发生错误，或力传感器系统出现了异常输出。
此方法允许在无监督的情况下检测力事件，另外，所述方法被配置成与错误的灵敏度估计无关。
图12A至图12D是描绘图11的控制方法的示例实现方式中的阶段的图表。
图12A到图12D中的每一个都包括上部曲线图和下部曲线图。在上部曲线图中示出随时间变化的示例力输入信号。力输入信号被示为模拟信号，根据图3表示为以N为单位。下部曲线图示出相互对应地描绘的对应加速度(N/s2)信号和速度(N/s)信号，但所述曲线图是在离散采样时间绘制的(而不是像上部曲线图那样连续绘制)。因此，下部曲线图看起来是一系列单独的采样点(小圆点)，每个采样点代表上部曲线图中对应采样点的一对加速度值和速度值。下部曲线图中还示出噪声框，在确定是否检测到按压时，框内的采样点实际上被忽略。
图12A至图12D对应于按时间顺序完成曲线图的过程的四个快照。为了有助于比较图12A至图12D，完整的力输入信号在所有四个图中都不显眼地示出，就好像完成曲线图的过程已经进行了整整4.5秒。可以识别五个按压事件。然而，在图12A至图12D中的每一个中，迄今为止绘制的力输入信号的相关部分被放大显示。
因此，从图12A开始，绘图已达到第一按压事件的早期阶段。在下部曲线图中，采样点在象限I内从噪声框内沿对角线向上行进，快照的当前采样点示为十字。下部曲线图上方指示已检测到进入象限I的运动(数字1也用于指示对应阶段)。
转至图12B，绘图已达到接近第一次按压事件的峰值。在下部曲线图中，采样点已向下行进并行进至象限IV中，快照的当前采样点示为十字。下部曲线图上方指示已检测到从象限I到象限IV的行进(数字1和2也用于指示对应阶段)。还应注意，根据图11，已基于速度值和加速度值(或力输入信号)自适应地更新噪声框。此外，尽管噪声框示为矩形，但本实现方式已基于结合图10解释的十字形噪声框原理进行操作，其中所示矩形形成十字形噪声框的中心。因此，下部曲线图中的采样点必须行进到所示矩形的下侧下方(即，在十字形噪声框或噪声区域之外)，才能行进到象限II中进行识别。
转至图12C，绘图已越过第一次按压事件的峰值，并且检测到的力正在减小。在下部曲线图中，采样点向左行进并进入象限III，快照的当前采样点示为十字。下部曲线图上方指示已检测到从象限I到象限IV然后再到象限III的行进(数字1、2和3也用于指示对应阶段)。根据图11，已基于速度值和加速度值(或力输入信号)自适应地少量更新噪声框。下部曲线图中的采样点必须行进到所示矩形的左侧向左，才能行进到象限III中进行识别。
最后，转至图12D，绘图已接近第一次按压事件结束。在下部曲线图中，采样点已向上行进并进入象限II，快照的当前采样点示为十字。下部曲线图上方指示已检测到从象限I到象限IV再到象限III然后再到象限II的行进(数字1、2、3和4也用于指示对应阶段)。根据图11，已基于速度值和加速度值(或力输入信号)自适应地再次少量更新噪声框。下部曲线图中的采样点必须行进到所示矩形的上侧上方，才能行进到象限II中进行识别。
在检测到按所述次序行进通过象限I、IV、III和II(阶段1、2、3和4)的情况下，已确定已检测到用户按压，并且这在图12D中的上部曲线图上方指示，并由上部曲线图本身中的当前采样点上标记的小圆点指示。
仅作为示例，自适应更新噪声框大小的一种可能机制或算法是限定矩形的尺寸(例如，如图12A至图12D所描绘)，以便矩形的宽度从-(vel_th[n]*headroom_vel)延伸至+(vel_th[n]*headroom_vel)，并且其高度从-(acc_th[n]*headroom_acc)延伸至+(acc_th[n]*headroom_acc)，其中headroom_vel和headroom_acc是选择的速度参数和加速度参数(其可以是常数)，并且其中：
vel[n]＝x[n]-x[n-1]
acc[n]＝vel[n]-vel[n-1]
vel_th[n]＝vel_th[n-1]λ+(1–λ)(abs(vel[n])
acc_th[n]＝acc_th[n-1]λ+(1–λ)(abs(acc[n])
其中n是样本号，x[n]是样本n处的力输入信号x的值，vel[n]和acc[n]是样本n处分别用于确定矩形的大小的信号x的一阶导数和二阶导数，abs指示绝对值且λ是遗忘因子。当然，技术人员已知其他自适应递归方法。
应理解，上述梯度释放阈值方法和按压动力学方法可在力传感器系统中独立使用，或者可组合使用以确定系统中用户按压事件的发生。另外应理解，这两种方法种的任一种或两种可与其他力传感器方法，例如基于固定或自适应阈值结合使用。
在优选方面，当力传感器系统的温度超过温度阈值，例如高于50摄氏度时，使用上述方法。因此，力传感器系统可被布置成例如从装置102中设置的温度传感器接收温度输入，以控制各种方法的操作。对于低于此阈值的温度，可以使用标准力传感器方法，但对于高于此阈值的温度，使用上述一种或两种方法可以防止处理错误的输入。应理解，对于高于温度阈值的温度，可以继续使用标准力传感器方法，例如使用固定或自适应阈值的方法。
应理解，上述方法可以在例如处理模块或DSP的专用控制模块中实现。控制模块可以作为力传感器系统的组成部分设置，或者可以作为例如中央处理器(CPU)或应用处理器(AP)的中央控制器的一部分设置。应理解，控制模块可配备合适的存储器存储模块，用于存储所测量和所计算的数据以用于所述过程。
技术人员将认识到，上文描述的设备(电路)和方法的一些方面可以例如在例如磁盘、CD-ROM或DVD-ROM的非易失性载体介质上、在例如只读存储器(固件)的编程存储器上、或者在例如光或电信号载体的数据载体上实现为处理器控制代码(例如，计算机程序)。
对于一些应用，这些方面将在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)上实现。因此，代码可以包括常规程序代码或微码，或者例如用于设置或控制ASIC或FPGA的代码。代码还可以包括用于动态地配置可重新配置设备的代码，例如可重新编程逻辑门阵列。类似地，代码可以包括用于例如Verilog TM或VHDL的硬件描述语言的代码。如技术人员将理解，代码可以分布在相互通信的多个耦合组件之间。在适当的情况下，还可以使用在现场可(重新)编程模拟阵列或类似装置上运行的代码以便配置模拟硬件来实现这些方面。
实施方案可在主机装置中实施，尤其是便携式和/或电池供电的主机装置，例如移动计算装置，例如膝上型或平板计算机、游戏控制台、远程控制装置、包括家庭温度或照明控制系统的家庭自动化控制器或家用电器、玩具、例如机器人的机器、音频播放器、视频播放器、头戴式耳机或耳机，或例如智能手机的移动电话。应理解，实施方案可以被实现为例如在家用电器上，或在车辆中或交互式显示器中的任何合适的人机界面系统的一部分。还提供了结合上文描述的系统的主机装置。
还提供了用于如上文所描述的传感器系统的控制方法。
尤其是受益于本公开的本领域普通技术人员应理解，本文尤其结合附图描述的各种操作可以由其他电路或其他硬件组件实现。可以改变执行给定方法的每个操作的次序，并且可以对本文所示的系统的各种元件进行添加、重新排序、组合、省略、修改等。本公开旨在包含所有此类修改和更改，并且相应地，以上描述应被视为说明性的而不是限制性的。
类似地，尽管本公开参考了特定实施方案，但在不脱离本公开的范围和涵盖范围的情况下，可以对这些实施方案进行某些修改和改变。此外，本文关于特定实施方案描述的任何益处、优点或问题的解决方案不意在被解释为关键的、必需的或基本的特征或元素。应注意，上述实施方案说明而不是限制本公开，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代实施方案。“包括”一词不排除除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在，“一个”或“一”不排除多个，且单个特征或其他单元可以实现权利要求中列举的多个单元的功能。权利要求书中的任何参考标号或标记不应被解释为限制其范围。
同样地，得益于本公开，其他实施方案对于本领域的普通技术人员将是显而易见的，并且此类实施方案应被视为包含在本文中。
可以通过以下编号的陈述来定义系统的各个方面：
1.提供一种用于限定至少一个虚拟按钮的力传感器系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
接收力传感器输入；
确定力传感器输入的梯度；以及
将确定的梯度与梯度阈值进行比较，以确定虚拟按钮的用户按压事件。
2.优选地，所述方法包括以下步骤：将确定的梯度与下降梯度阈值进行比较以确定虚拟按钮的释放事件。
3.在一个方面，基于具有所述力传感器系统的装置的特性，例如此装置的底盘或框架的刚度选择下降梯度阈值。在优选方面，下降梯度阈值设置为约为-5N/s。
4.另外或替代地，提供一种用于限定至少一个虚拟按钮的力传感器系统的第一控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
接收力传感器输入；
确定力传感器输入的梯度；以及
将确定的梯度与第一重新校准阈值进行比较，以确定力传感器系统的重新校准要求。
5.优选地，第一重新校准阈值是负值。在优选方面中，如上文所描述，选择第一重新校准阈值作为下降梯度阈值。在一个方面，将第一重新校准阈值设置为约为-5N/s。
6.优选地，响应于确定需要重新校准，所述方法包括以下步骤：将确定的梯度与第二重新校准阈值进行比较，以触发力传感器系统的重新校准。
7.优选地，将第二重新校准阈值设置为高于第一重新校准阈值的水平。优选地，第二重新校准阈值约为零值，例如0N/s。替代地，第二重新校准阈值可以是正值，或接近零的负值，例如-1N/s。
由于第二阈值被定义为正值或零值，因此系统的重新校准将在正确的点执行，以实现准确的系统操作。
8.优选地，所述方法包括优选地通过对梯度信号执行低通滤波来确定力传感器输入的平滑梯度，其中使用平滑梯度执行比较的步骤。
提供平滑梯度能从梯度信号中去除高频噪声，以便更准确地比较梯度与相关阈值。
9.另外或替代地，提供一种用于限定至少一个虚拟按钮的力传感器系统的第二控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
接收力传感器输入；
确定力传感器输入的第一导数和第二导数，以提供速度值和加速度值；
将速度值和加速度值映射到2D表示；以及
对速度值和加速度值的2D表示执行象限跟踪或状态空间跟踪，以确定是否已发生用户按压事件。
10.优选地，所述方法包括以下步骤：如果象限跟踪遵循限定的顺序，则确定已发生用户按压事件。
11.优选地，所述方法包括以下步骤：如果速度值和加速度值依次行进通过第一、第二、第三和第四阶段，则确定已发生用户按压事件，其中所述阶段限定如下：
第一阶段：正速度、正加速度；
第二阶段：正速度、负加速度；
第三阶段：负速度、负加速度；以及
第四阶段：负速度，正加速度。
12.优选地，所述方法包括以下步骤：将噪声框限定为2D表示的一部分，其中具有落在噪声框之外的速度值和加速度值的力传感器输入被认为是用户按压事件的一部分。
13.优选地，噪声框被限定为2D表示的中心处的空间。
14.优选地，噪声框以2D表示的(0，0)为中心。
15.在一个方面，噪声框被限定为速度值在+/-0.4N/s之间且加速度值在+/-0.25N/s2之间的矩形。替代地，动态地计算噪声框。
16.在替代方面，噪声框被限定为替代形状，例如椭圆。
17.在一个方面，在力传感器系统中一起执行上文描述的控制方法。
18.优选地，上文描述的控制方法中的至少一个包括：
接收力传感器系统的温度水平；以及
当温度水平高于温度阈值时，执行所述控制方法。
19.优选地，温度阈值约为50摄氏度。
20.温度阈值可以从力传感器系统处设置的温度传感器接收，或可以从包括此力传感器系统的装置的温度传感器接收。
21.优选地，结合用于确定用户触摸事件的替代力传感器控制方法，例如使用绝对阈值或自适应阈值的力传感器控制方法执行上文描述的控制方法。
22.还提供一种力传感器系统，其包括至少一个力传感器和控制器，所述控制器被布置成实现上文描述的控制方法中的至少一种。
23.优选地，所述至少一个力传感器包括以下项中的一个或多个：
电容式位移传感器，
感应式力传感器，
应变计，
压电式力传感器，
力感测电阻器，
压阻式力传感器，
薄膜力传感器，以及
基于量子隧道复合材料的力传感器。
24.提供一种主机装置，其包括如上文描述的力传感器系统。
可以通过以下编号的陈述来定义本公开的各个方面：
S1.一种控制力传感器系统以限定由至少一个力传感器实现的至少一个按钮的方法，所述方法包括：
接收力传感器输入；
确定所述力传感器输入的梯度；以及
基于确定的梯度控制所述力传感器系统。
S2.根据陈述S1所述的方法，其中：
所述力传感器输入从所述至少一个力传感器接收；和/或
所述至少一个按钮是虚拟按钮，其可选地限定在装置上的位置，而不是所述至少一个力传感器的所述装置上的位置。
S3.根据陈述S1或S2所述的方法，其中所述梯度为：
关于时间的梯度；和/或
关于时间的一阶导数；和/或
一阶时间导数。
S4.根据前述陈述中任一项所述的方法，其中所述控制包括将所述确定的梯度：
与按压事件梯度阈值进行比较，以确定所述至少一个按钮的用户按压事件；和/或
与下降梯度阈值进行比较，以确定所述至少一个按钮的释放事件；和/或
与第一重新校准阈值进行比较，以确定所述力传感器系统的重新校准要求。
S5.根据陈述S4所述的方法，其中所述按压事件梯度阈值、所述下降梯度阈值和所述第一重新校准阈值中的至少一个为负梯度阈值或具有负值，并且可选地设置为与检测到的力关于时间的变化率相对应的值，约为-5N/s。
S6.根据陈述S4或S5所述的方法，其中所述按压事件梯度阈值、所述下降梯度阈值和所述第一重新校准阈值中的至少一个是基于具有所述力传感器系统的装置的特性，例如所述装置底盘或框架的刚度。
S7.根据陈述S4至S6中任一项所述的方法，其中所述按压事件梯度阈值、所述下降梯度阈值和所述第一重新校准阈值或这些阈值中的至少两个彼此相同。
S8.根据陈述S4至S7中任一项所述的方法，其中所述方法包括将所述确定的梯度与第二重新校准阈值进行比较，以触发所述力传感器系统的重新校准。
S9.根据陈述S8所述的方法，其中所述第二重新校准阈值的值被设置为比所述第一重新校准阈值的水平更高或正值更大的水平。
S10.根据陈述S8或S9所述的方法，其中：
所述第二重新校准阈值具有与检测到的力关于时间的变化率相对应的值，约为0N/s；或
所述第二重新校准阈值具有与检测到的力关于时间的变化率相对应的正值或负值，接近0N/s，例如1N/s或-1N/s。
S11.根据陈述S8至S10中任一项所述的方法，其中所述方法包括：如果所述确定的梯度超过所述第一重新校准阈值和所述第二重新校准阈值(可选地按所述顺序)，则触发所述重新校准。
S12.根据前述陈述中任一项所述的方法，其中：
所述确定所述力传感器输入的梯度包括优选地通过确定所述力传感器输入的非平滑梯度并执行所述非平滑梯度的低通滤波来确定所述力传感器输入的平滑梯度；并且
所述比较使用所述平滑梯度执行。
S13.根据前述陈述中任一项所述的方法，其包括：
确定所述力传感器输入的一阶导数和二阶导数，以提供对应的一阶导数值和二阶导数值；以及
基于所述一阶导数值和所述二阶导数值控制所述力传感器系统。
S14.根据陈述S13所述的方法，其中：
每个所述导数是关于时间的导数，或时间导数；和/或
所述二阶导数是所述一阶导数关于时间的变化率；和/或
所述一阶导数是一次导数且所述二阶导数是二次导数。
S15.根据陈述S13或S14所述的方法，其包括：
将所述一阶导数值和所述二阶导数值与阈值进行比较以控制所述力传感器系统。
S16.根据陈述S13至S15中任一项所述的方法，其包括：
将所述一阶导数值和所述二阶导数值与阈值进行比较，以确定是否已发生用户按压事件和/或确定所述力传感器系统的重新校准要求。
S17.根据陈述S13至16中任一项所述的方法，其中所述一阶导数值和所述二阶导数值被确定为连续的(瞬时)导数值对，每一对包括与所述力传感器输入的给定值或给定时间点相对应的一阶导数值和二阶导数值。
S18.根据陈述S17所述的方法，其包括：
将所述导数值对映射到2D表示；以及
关于所述连续导数值对的所述2D表示执行象限跟踪或状态空间跟踪，以确定是否已发生用户按压事件。
S19.根据陈述S18所述的方法，其中所述2D表示包括一阶导数值针对二阶导数值的曲线图，反之亦然。
S20.根据陈述S18或S19所述的方法，其中所述方法包括：如果所述象限跟踪或状态空间跟踪遵循限定的顺序，则确定已发生用户按压事件。
S21.根据陈述S18至S20中任一项所述的方法，其中所述方法包括将噪声框限定为所述2D表示的一部分，
并且其中：
对具有落在所述噪声框之外的一阶导数值和二阶导数值的力传感器输入进行所述象限跟踪或状态空间跟踪，以确定是否已发生所述用户按压事件；和/或
从所述象限跟踪或状态空间跟踪排除落在所述噪声框内的导数值对。
S22.根据陈述S21所述的方法，其中所述噪声框被限定为所述2D表示中心处的空间。
S23.根据陈述S21或S22所述的方法，其中所述噪声框以所述2D表示的(0，0)或原点为中心。
S24.根据陈述S21至S23中任一项所述的方法，其中所述噪声框被限定为矩形，可选地具有+/-0.4N/s之间的一阶导数值和+/-0.25N/s2之间的二阶导数值。
S25.根据陈述S21至S24中任一项所述的方法，其中动态地计算所述噪声框。
S26.根据陈述S21至S25中任一项所述的方法，其中所述噪声框被限定为噪声形状，例如椭圆形或十字形。
S27.根据陈述S17至S26中任一项所述的方法，其中所述方法包括：如果连续的一阶导数和二阶导数值对依次行进通过第一、第二、第三和第四阶段(以所述次序)，则确定已发生用户按压事件，其中所述阶段限定如下：
第一阶段：正一阶导数值、正二阶导数值；
第二阶段：正一阶导数值、负二阶导数值；
第三阶段：负一阶导数值、负二阶导数值；以及
第四阶段：负一阶导数值，正二阶导数值。
S28.根据陈述S17至S27中任一项所述的方法，其中所述方法包括将一阶导数噪声范围限定为可归因于噪声的一阶导数值范围，并且如果一阶导数值和二阶导数值对中的所述一阶导数值在所述一阶导数噪声范围内，则不使用所述对来确定已发生用户按压事件。
S29.根据陈述S28所述的方法，其中所述方法包括可选地基于先前的一阶导数值动态地更新所述一阶导数噪声范围。
S30.根据陈述S17至S29中任一项所述的方法，其中所述方法包括将二阶导数噪声范围限定为可归因于噪声的二阶导数值范围，并且如果一阶导数值和二阶导数值对中的所述二阶导数值在所述二阶导数噪声范围内，则不使用所述对来确定已发生用户按压事件。
S31.根据陈述S30所述的方法，其中所述方法包括可选地基于先前的二阶导数值动态地更新所述二阶导数噪声范围。
S32.根据陈述S17至S31中任一项所述的方法，其中所述方法包括将噪声空间限定为由可归因于噪声的一阶导数值和二阶导数值对限定的空间，并且如果所述一阶导数值和二阶导数值对落在所述噪声空间内，则不使用所述一阶导数值和二阶导数值对来确定已发生用户按压事件。
S33.根据陈述S32所述的方法，其中所述方法包括可选地基于先前的一阶导数值、二阶导数值和/或一阶导数值和二阶导数值对动态地更新所述噪声空间。
S34.根据前述陈述中任一项所述的方法，其包括：
接收所述力传感器系统的温度水平；以及
(例如，仅)当所述温度水平高于温度阈值时执行所述方法，
可选地包括确定所述温度水平是否高于所述温度阈值。
S35.根据陈述S34所述的方法，其中所述温度阈值约为50摄氏度。
S36.根据陈述S34或S35所述的方法，其中所述温度水平从所述力传感器系统的温度传感器接收，或从包括所述力传感器系统的装置的温度传感器接收。
S37.根据陈述S34至S36中任一项所述的方法，其包括：
当所述温度水平高于所述温度阈值时，执行所述确定和控制；以及
当所述温度水平不高于所述温度阈值时，在不使用所述力传感器输入的梯度或不执行所述确定的情况下控制所述力传感器系统。
S38.一种力传感器系统，其包括：
至少一个力传感器；以及
控制器，其连接至所述至少一个力传感器，且被配置成执行如前述陈述中任一项所述的方法。
S39.根据陈述S38所述的力传感器系统，其中所述至少一个力传感器包括以下项中的一个或多个：
电容式位移传感器，
感应式力传感器，
应变计，
压电式力传感器，
力感测电阻器，
压阻式力传感器，
薄膜力传感器，以及
基于量子隧道复合材料的力传感器。
S40.一种主机装置，其包括根据陈述S38或S39所述的力传感器系统。

Claims (41)

1.一种控制力传感器系统以限定由至少一个力传感器实现的至少一个按钮的方法，所述方法包括：
接收力传感器输入；
确定所述力传感器输入的梯度；以及
基于所述确定的梯度控制所述力传感器系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述力传感器输入从所述至少一个力传感器接收；和/或
所述至少一个按钮是虚拟按钮，其可选地限定在装置上的位置，而不是所述至少一个力传感器的所述装置上的位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述梯度为：
关于时间的梯度；和/或
关于时间的一阶导数；和/或
一阶时间导数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述控制包括将所述确定的梯度：
与按压事件梯度阈值进行比较，以确定所述至少一个按钮的用户按压事件；和/或
与下降梯度阈值进行比较，以确定所述至少一个按钮的释放事件；和/或
与第一重新校准阈值进行比较，以确定所述力传感器系统的重新校准要求。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述按压事件梯度阈值、所述下降梯度阈值和所述第一重新校准阈值中的至少一个为负梯度阈值或具有负值，并且可选地设置为与检测到的力关于时间的变化率相对应的值，约为-5N/s。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述按压事件梯度阈值、所述下降梯度阈值和所述第一重新校准阈值中的至少一个基于具有所述力传感器系统的装置的特性，例如所述装置底盘或框架的刚度。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述按压事件梯度阈值、所述下降梯度阈值和所述第一重新校准阈值或这些阈值中的至少两个彼此相同。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中所述方法包括将所述确定的梯度与第二重新校准阈值进行比较，以触发所述力传感器系统的重新校准。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二重新校准阈值的值被设置为比所述第一重新校准阈值的水平更高或正值更大的水平。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中：
所述第二重新校准阈值具有与检测到的力关于时间的变化率相对应的值，约为0N/s；或
所述第二重新校准阈值具有与检测到的力关于时间的变化率相对应的正值或负值，接近0N/s，例如1N/s或-1N/s。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中所述方法包括：如果所述确定的梯度超过所述第一重新校准阈值和所述第二重新校准阈值(可选地按所述顺序)，则触发所述重新校准。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
所述确定所述力传感器输入的梯度包括优选地通过确定所述力传感器输入的非平滑梯度并执行所述非平滑梯度的低通滤波来确定所述力传感器输入的平滑梯度；并且
所述比较使用所述平滑梯度执行。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括：
确定所述力传感器输入的一阶导数和二阶导数，以提供对应的一阶导数值和二阶导数值；以及
基于所述一阶导数值和所述二阶导数值控制所述力传感器系统。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
每个所述导数是关于时间的导数，或时间导数；和/或
所述二阶导数是所述一阶导数关于时间的变化率；和/或
所述一阶导数是一次导数且所述二阶导数是二次导数。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其包括：
将所述一阶导数值和所述二阶导数值与阈值进行比较以控制所述力传感器系统。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其包括：
将所述一阶导数值和所述二阶导数值与阈值进行比较，以确定是否已发生用户按压事件和/或确定所述力传感器系统的重新校准要求。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中所述一阶导数值和所述二阶导数值被确定为连续的导数值对，每一对包括与所述力传感器输入的给定值或给定时间点相对应的一阶导数值和二阶导数值。
18.根据权利要求17所述的方法，其包括：
将所述导数值对映射到2D表示；以及
关于所述连续导数值对的所述2D表示执行象限跟踪或状态空间跟踪，以确定是否已发生用户按压事件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述2D表示包括一阶导数值针对二阶导数值的曲线图，反之亦然。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述方法包括：如果所述象限跟踪或状态空间跟踪遵循限定的顺序，则确定已发生用户按压事件。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中所述方法包括将噪声框限定为所述2D表示的一部分，
并且其中：
对具有落在所述噪声框之外的一阶导数值和二阶导数值的力传感器输入进行所述象限跟踪或状态空间跟踪，以确定是否已发生所述用户按压事件；和/或
从所述象限跟踪或状态空间跟踪排除落在所述噪声框内的导数值对。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述噪声框被限定为所述2D表示的中心处的空间。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述噪声框以所述2D表示的(0，0)或原点为中心。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中所述噪声框被限定为矩形，可选地具有+/-0.4N/s之间的一阶导数值和+/-0.25N/s2之间的二阶导数值。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中动态地计算所述噪声框。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的方法，其中所述噪声框被限定为噪声形状，例如椭圆形或十字形。
27.根据权利要求17至26中任一项所述的方法，其中所述方法包括：如果连续的一阶导数和二阶导数值对依次行进通过第一、第二、第三和第四阶段，则确定已发生用户按压事件，其中所述阶段限定如下：
第一阶段：正一阶导数值、正二阶导数值；
第二阶段：正一阶导数值、负二阶导数值；
第三阶段：负一阶导数值、负二阶导数值；以及
第四阶段：负一阶导数值，正二阶导数值。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其中所述方法包括将一阶导数噪声范围限定为可归因于噪声的一阶导数值范围，并且如果一阶导数值和二阶导数值对中的所述一阶导数值在所述一阶导数噪声范围内，则不使用所述对来确定已发生用户按压事件。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括可选地基于先前的一阶导数值动态地更新所述一阶导数噪声范围。
30.根据权利要求17至29中任一项所述的方法，其中所述方法包括将二阶导数噪声范围限定为可归因于噪声的二阶导数值范围，并且如果一阶导数值和二阶导数值对中的所述二阶导数值在所述二阶导数噪声范围内，则不使用所述对来确定已发生用户按压事件。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述方法包括可选地基于先前的二阶导数值动态地更新所述二阶导数噪声范围。
32.根据权利要求17至31中任一项所述的方法，其中所述方法包括将噪声空间限定为由可归因于噪声的一阶导数值和二阶导数值对限定的空间，并且如果一阶导数值和二阶导数值对落在所述噪声空间内，则不使用所述一阶导数值和二阶导数值对来确定已发生用户按压事件。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述方法包括可选地基于先前的一阶导数值、二阶导数值和/或一阶导数值和二阶导数值对动态地更新所述噪声空间。
34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括：
接收所述力传感器系统的温度水平；以及
当所述温度水平高于温度阈值时执行所述方法，
可选地包括确定所述温度水平是否高于所述温度阈值。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述温度阈值约为50摄氏度。
36.根据权利要求34或35所述的方法，其中所述温度水平从所述力传感器系统的温度传感器接收，或从包括所述力传感器系统的装置的温度传感器接收。
37.根据权利要求34至36中任一项所述的方法，其包括：
当所述温度水平高于所述温度阈值时，执行所述确定和控制；以及
当所述温度水平不高于所述温度阈值时，在不使用所述力传感器输入的梯度或不执行所述确定的情况下控制所述力传感器系统。
38.一种用于限定至少一个虚拟按钮的力传感器系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
接收力传感器输入；
确定所述力传感器输入的一阶导数和二阶导数，以提供速度值和加速度值；
将所述速度值和加速度值映射到2D表示；以及
对所述速度值和加速度值的所述2D表示执行象限跟踪或状态空间跟踪，以确定是否已发生用户按压事件。
39.一种力传感器系统，例如主机装置，其包括：
至少一个力传感器；以及
控制器，其连接至所述至少一个力传感器且被配置成执行如前述权利要求中任一项所述的方法。
40.根据权利要求39所述的力传感器系统，其中所述至少一个力传感器包括以下项中的一个或多个：
电容式位移传感器，
感应式力传感器，
应变计，
压电式力传感器，
力感测电阻器，
压阻式力传感器，
薄膜力传感器，以及
基于量子隧道复合材料的力传感器。
41.一种主机装置，其包括根据权利要求39或40所述的力传感器系统。
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