CN115791917A - 圆形等面积单元划分方法及其在叉指电极分布中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆形等面积单元划分方法及其在叉指电极分布中的应用，属于叉指电极设计技术领域。本发明的圆形等面积单元划分方法，先设定一个单元面积，获得该单元面积所对应的中心圆半径r₀，再以单元面积的中心圆作为基础，按每层环状区域径向增量为两倍中心圆直径长度，依次确定n层环状区域，再对每层环状区域按K(n)＝8n的规律进行等角度分割成单元，直至最外层环状区域的外径与待划分圆形的外径相等，完成了圆形等面积单元划分。该方法用于圆形阵列传感器叉指电极分布设计，分割均匀，实现了精准的区域压力分布反馈，高效利用了所有采集点，提供了尽可能多的叉指密度，且避免了出现交叉干涉。

Description

圆形等面积单元划分方法及其在叉指电极分布中的应用

技术领域

本发明属于叉指电极设计技术领域，具体涉及一种圆形等面积单元划分方法及其在圆形阵列传感器叉指电极分布中的应用。

背景技术

柔性压力传感器是一种能够感知压力信号，并按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出电信号的装置或设备，且具备可弯曲、可变形的特点。柔性压力传感器的工作原理是吸附在基材上的应变电阻随机械变形而变化，俗称电阻应变效应。柔性压力传感器在增压缸、增压器、气液增压缸、气液增压器、压力机、压缩机、空调和制冷设备等领域应用广泛，近些年，在人机交互、医疗健康、机器人触觉等应用领域也展现出了巨大应用前景。

柔性压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。叉指电极是压力敏感元件的重要组成部分，影响整个器件的工作性能。对于阵列式叉指设计，通常要满足以下条件：

(1)在固定尺寸范围内提供尽可能多的单元阵列，从而实现精准的区域压力分布反馈；

(2)尽可能一致的单元面积，使得整体区域分割更加均匀，在相同压力下保持较为一致的响应曲线；

(3)尽可能多的叉指交叠，从而使各单元内部有足够的叉指密度来增大响应系数。

对于整体区域为圆形的情况，除了实现上述要求的区域划分，还要考虑实际可行的引线路径，避免出现交叉干涉，同时对于正交形数据采集方式，叉指电极应高效利用所有采集点，实现在有限采集点下，采集更多的单元区域。

现有技术中，尚没有一种很好的圆形阵列传感器叉指电极分布方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种圆形等面积单元划分方法及其在圆形阵列传感器叉指电极分布中的应用。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

本发明的圆形等面积单元划分方法，步骤如下：

步骤一、设定一个单元面积，获得该单元面积所对应的中心圆半径r₀，该中心圆的圆点与待划分圆形的圆点重合，且中心圆半径r₀能被待划分圆形的半径整除；

步骤二、以单元面积的中心圆作为基础，按每层环状区域径向增量为两倍中心圆直径长度，依次确定n层环状区域，再对每层环状区域按K(n)＝8n的规律进行等角度分割成单元，每个单元的面积和中心圆面积相等，直至最外层环状区域的外径与待划分圆形的外径相等，完成圆形等面积单元划分，其中，n层环状区域与中心圆均同心，K(n)代表每层环状区域按等面积原则分割成的单元的数量，中心圆设为第0层，径向增量为0。

本发明还提供上述圆形等面积单元划分方法在圆形阵列传感器叉指电极分布中的应用，步骤如下：

步骤一、将圆形阵列传感器的上表面圆形和下表面圆形按照圆形等面积单元划分方法分割，将圆形阵列传感器的上表面圆形和下表面圆形分别划分为n层环状区域，分别划分为(2n+1)²个等面积单元；

步骤二、将圆形阵列传感器上表面的(2n+1)²个等面积单元划分为2n+1个行，每行含有2n+1个等面积单元，中间行过中心圆，剩余2n行分别位于中间行的两侧，且相对于中间行对称；

再将圆形阵列传感器上表面和下表面的(2n+1)²个等面积单元分别划分为2n+1个列，每列含有2n+1个等面积单元，中间列过中心圆，剩余2n列分别位于中间列的两侧，且相对于中间列对称；

且圆形阵列传感器上表面的2n+1个行与圆形阵列传感器上表面的2n+1个列正交；

步骤三、每个圆形阵列传感器上表面的等面积单元上均设有引线孔，且引线孔内填充有导电材料；

圆形阵列传感器上表面的每个行均设置一条正面引线，圆形阵列传感器下表面的每个列均设置一条背面引线；

圆形阵列传感器上表面的等面积单元上设有叉指分布的正面电极单元和背面电极单元，位于同一行上的正电极单元与位于该行上的正面引线连通，位于同一列上的背电极单元与位于该列上的背面引线通过引线孔内的导电材料连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的圆形等面积单元划分方法可把圆形区域划分成(2n+1)²个等面积单元，并从空间上提供了满足正交引线的单元分布，充分使用了两组2n+1条引线，高效利用了所有采集点。各单元区域内部以同心圆弧状交叠叉指，在满足FPC合理工艺尺寸的限制下，提供了尽可能多的叉指密度。每单元内叉指两级，分别从2n+1条正面引线和2n+1条背面引线上获得采样电位，背面引线利用工艺过孔实现连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。

图1为本发明的圆形等面积单元划分方法划分的圆形的示意图。

图2为应用本发明的圆形等面积单元划分方法设计的圆形阵列传感器的设计图。

图3为图2的局部放大图。

图4为应用本发明的圆形等面积单元划分方法设计的圆形阵列传感器的主视图。

图5为应用本发明的圆形等面积单元划分方法设计的圆形阵列传感器的后视图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明的圆形等面积单元划分方法，步骤如下：

步骤一、设定一个单元面积，获得该单元面积所对应的中心圆半径r₀，该中心圆的圆点与待划分圆形的圆点重合，且中心圆半径r₀能被待划分圆形的半径整除；

步骤二、以单元面积的中心圆作为基础，按每层环状区域径向增量为两倍中心圆直径长度，即每层环状区域的径向宽度均等于中心圆直径长度，依次确定n层环状区域，再对每层环状区域按K(n)＝8n的规律进行等角度分割成单元，每个单元的面积和中心圆面积相等，直至最外层环状区域的外径与待划分圆形的外径相等，完成圆形等面积单元划分，其中，n层环状区域与中心圆均同心，K(n)代表每层环状区域按等面积原则分割成的单元的数量，中心圆设为第0层，径向增量为0。

本发明的原理为：首先设定一个单元面积，进而确定该单元面积所对应的中心圆半径r₀，该中心圆的圆点与待划分圆形的圆点重合，且中心圆半径r₀能被待划分圆形的半径整除。然后按径向增量将中心圆进行环状拓展，每层环状区域的径向增量为两倍中心圆直径长度(4r₀)，同时，引入一个控制量K(n)，它是关于层数n的整数列，代表每层环状区域按等面积原则分割成的单元(小环扇)的数量(每个单元面积和中心圆面积相等)。其中，n为层数，中心圆为第0层，径向增量环状拓展的环状区域从内至外依次为第1层、第2层、…、第n层，S₀表示中心圆面积，S₁、S₂…S_n为每层中小扇环的单元面积。故而每层环的径向增量X(n)和K(n)存在如下关系：

当n＝0时，X(0)＝0，K(0)＝1(中心圆作为第0层，径向增量为0，单元数量(小环扇的数量)为1)；

当n≥1时，

对于径向分布均匀的情况，若保持径向增量一致，可利用待定系数令X(n)＝ar₀，a为常数，表示相对于中心圆半径，径向增量的长度与中心圆半径长度的比值，进而上式可化为：

进而得到，径向分布等距需按层数n遵循K(n)＝2a²n-a²+2a划分规律；

根据K(n)表达式，先求出总单元数M(n)：

M(n)＝K(0)+K(1)+…+K(n)

K(0)＝1,

K(1)＝a²+2a,

K(2)＝3a²+2a,

K(3)＝5a²+2a,

…

K(n)＝(2n-1)a²+2a,

为了可以高效利用采样点，圆形被划分后，最理想的总单元数应为一个整数平方数，若M(n)为整数平方数，则需要常数a为整数。

a＝1，K(n)＝2n+1

a＝2，K(n)＝8n

a＝3，K(n)＝18n-3

…

基于从小环扇的外弧长和小环扇的径向长度考虑，其比值越接近1，则小环扇实际形状更饱满，对于继续绘制叉指细节更加友好，比值越远离1，则小环扇实际形状越狭长，对于继续绘制叉指细节不友好，很容易在有限个a的不同整数取值内找到最佳合适的值a＝2，此时K(n)＝8n，故按此规律划分圆形，为圆形最佳划分方法。

本发明的圆形等面积单元划分方法在圆形阵列传感器叉指电极分布中的应用，步骤如下：

步骤一、将圆形阵列传感器的上表面圆形和下表面圆形按照圆形等面积单元划分方法分割，将圆形阵列传感器的上表面圆形和下表面圆形分别划分为n层环状区域，分别划分为(2n+1)²个等面积单元；

步骤二、将圆形阵列传感器上表面的(2n+1)²个等面积单元划分为2n+1个行，每行含有2n+1个等面积单元，中间行过中心圆，剩余2n行分别位于中间行的两侧，且相对于中间行对称；

再将圆形阵列传感器上表面和下表面的(2n+1)²个等面积单元分别划分为2n+1个列，每列含有2n+1个等面积单元，中间列过中心圆，剩余2n列分别位于中间列的两侧，且相对于中间列对称；圆形阵列传感器上表面和下表面的划分一致；

且圆形阵列传感器上表面的2n+1个行与圆形阵列传感器上表面的2n+1个列正交；

步骤三、每个圆形阵列传感器上表面的等面积单元上均设有引线孔，且引线孔内填充有导电材料；

圆形阵列传感器上表面的每个行均设置一条正面引线，圆形阵列传感器下表面的每个列均设置一条背面引线；

圆形阵列传感器上表面的等面积单元上设有叉指分布的正面电极单元和背面电极单元，位于同一行上的正电极单元与位于该行上的正面引线连通，位于同一列上的背电极单元与位于该列上的背面引线通过引线孔内的导电材料连通。

本发明的圆形等面积单元划分方法，设定的单元面积为理想单元面积，主要考虑了柔性电路板制造工艺中的极限尺寸和使用力学参数，在最小的加工极限下，足够多的叉指可以提高柔性压力传感器的响应曲线。本实施方式的理想单元面积为100mm2，若柔性电路板制造工艺突破，可继续缩小，区域划分可以更精细。也可以根据实际工艺情况进行评估，确定最佳值。

本发明的圆形等面积单元划分方法，圆形的面积没有特殊限制，尤其适用于较大的圆，较大的圆，是相比较单点产品的尺寸说的，单点类产品直径一般都在10mm-20mm不等。本实施方式采用的是直径在300mm的圆，但是不限于此。

本发明的圆形等面积单元划分方法在圆形阵列传感器叉指电极分布中的应用，圆形阵列传感器、正面引线、背面引线、正面电极单元、背面电极单元和导电材料均没有特殊限制，采用本领域技术人员公知技术即可，本发明的创新点在于电极分布和引线走向。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (2)

1.圆形等面积单元划分方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、设定一个单元面积，获得该单元面积所对应的中心圆半径r₀，该中心圆的圆点与待划分圆形的圆点重合，且中心圆半径r₀能被待划分圆形的半径整除；

步骤二、以单元面积的中心圆作为基础，按每层环状区域径向增量为两倍中心圆直径长度，依次确定n层环状区域，再对每层环状区域按K(n)＝8n的规律进行等角度分割成单元，每个单元的面积和中心圆面积相等，直至最外层环状区域的外径与待划分圆形的外径相等，完成圆形等面积单元划分，其中，n层环状区域与中心圆均同心，K(n)代表每层环状区域按等面积原则分割成的单元的数量，中心圆设为第0层，径向增量为0。

2.权利要求1所述的圆形等面积单元划分方法在圆形阵列传感器叉指电极分布中的应用，其特征在于，步骤如下：

步骤一、将圆形阵列传感器的上表面圆形和下表面圆形按照圆形等面积单元划分方法分割，将圆形阵列传感器的上表面圆形和下表面圆形分别划分为n层环状区域，分别划分为(2n+1)²个等面积单元；

步骤二、将圆形阵列传感器上表面的(2n+1)²个等面积单元划分为2n+1个行，每行含有2n+1个等面积单元，中间行过中心圆，剩余2n行分别位于中间行的两侧，且相对于中间行对称；

再将圆形阵列传感器上表面和下表面的(2n+1)²个等面积单元分别划分为2n+1个列，每列含有2n+1个等面积单元，中间列过中心圆，剩余2n列分别位于中间列的两侧，且相对于中间列对称；

且圆形阵列传感器上表面的2n+1个行与圆形阵列传感器上表面的2n+1个列正交；

步骤三、每个圆形阵列传感器上表面的等面积单元上均设有引线孔，且引线孔内填充有导电材料；

圆形阵列传感器上表面的每个行均设置一条正面引线，圆形阵列传感器下表面的每个列均设置一条背面引线；

圆形阵列传感器上表面的等面积单元上设有叉指分布的正面电极单元和背面电极单元，位于同一行上的正电极单元与位于该行上的正面引线连通，位于同一列上的背电极单元与位于该列上的背面引线通过引线孔内的导电材料连通。

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