CN208653681U - 压力感应组件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于压力感应技术领域，涉及压力感应组件及电子设备。在传力层弯曲变形时，镂空区处的应变感应电阻产生较大形变，此时压力测量电路会产生输出信号。该压力感应组件制作与装配容易，结构紧凑，能实现压力识别和检测，灵敏度高，避免现有压力传感器组装方法要求极高、压力检测精度低及制作成本高昂的情况。将压力感应组件的传力层抵设在面板背面上，形成具有触摸位置检测和触摸压力检测能力的电子设备。具有压力感应组件的电子设备不需要高精度的安装要求，其本身结构简单，成本低，安装方便且适用范围广。

Description

压力感应组件及电子设备

技术领域

本实用新型属于压力感应技术领域，更具体地说，是涉及压力感应组件及电子设备。

背景技术

当今业界，已经存在部分压力传感器，如电阻应变片型、电容感应型、压电陶瓷型。这些压力传感器均是通过复杂的电路设计和结构设计来形成压力传感器本身的。比如电阻应变片型，需要在众多生产好的应变片中选用符合电阻及偏差要求的应变片，同时用应变片组合成一定的电路结构，并用胶体连接在感应结构上。应变片的压力变形量较低，所以感应结构需要精确定位，并仔细粘接。而电容感应型，需要通过严格控制各个电容点距离面板的距离，通过距离的改变来获得压力信息的。这种做法需要极高的加工精度及组装精度。而压电陶瓷型是通过瞬间冲击在压电陶瓷上获得短暂的电压变化来获得压力大小的；它的制作需要统一一致的压电陶瓷件，并需要通过特殊的安装方法安装在设定的结构上。这种做法大大增高了压力传感器的使用成本，为压力感应的大规模推广带来了困难，特别的，这些压力传感器抗外界环境干扰性较低，在温度变化等条件下，压力传感器会受到影响，从而造成压力测量的不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供压力感应组件及电子设备，以解决现有压力传感器需要精确定位并仔细粘接、加工精度及组装精度要求高或通过特殊安装方法安装引起使用成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供压力感应组件，包括压力传感器及相抵在所述压力传感器上的传力层，所述传力层包括若干间隔分布的传力块，所述传力块之间的区域形成镂空区，所述压力传感器包括压力测量电路，所述压力测量电路具有至少两个电阻器，其中至少一个所述电阻器对齐设置于所述镂空区，且至少一个对齐设置于所述镂空区的所述电阻器为用于检测所述传力层的形变的应变感应电阻。

进一步地，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由一个所述应变感应电阻与一个参考电阻串联形成的分压电路；

或者，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由两个所述应变感应电阻串联形成的分压电路；

或者，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由一个所述应变感应电阻与一个参考电阻并联形成的分流电路；

或者，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由两个所述应变感应电阻并联形成的分流电路；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由一个所述应变感应电阻与三个参考电阻电连接的惠斯通电桥；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由两个所述应变感应电阻与两个参考电阻电连接形成的半桥；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由四个所述应变感应电阻电连接形成的全桥；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由三个所述应变感应电阻与一个参考电阻电连接形成的电桥电路。

进一步地，所述应变感应电阻对齐设置于所述镂空区的区域的比例范围是 0％至100％。

进一步地，所述压力测量电路的数量至少为二，各个所述压力测量电路的电阻器分布于所述传力层的不同位置。

进一步地，同一所述压力测量电路中的所述电阻器相邻分布；或者，同一所述压力测量电路中的所述电阻器分布于不同的所述传力块或所述镂空区。

进一步地，所述传力块的截面呈规则图形。

进一步地，所述压力传感器包括基材、及设置在所述基材上且与所述电阻器电连接的线路层。

进一步地，所述压力传感器与所述传力层之间通过第一胶体粘接。

进一步地，所述传力层背离于所述压力传感器的一侧设有用于与面板粘接的第二胶体。

本实用新型提供电子设备，包括面板、上述压力感应组件及与所述压力传感器电连接的压力感应检测电路，所述传力层相抵在所述面板上。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：在传力层弯曲变形时，镂空区处的应变感应电阻产生较大形变，此时压力测量电路会产生输出信号。该压力感应组件制作与装配容易，结构紧凑，能实现压力识别和检测，灵敏度高，避免现有压力传感器组装方法要求极高、压力检测精度低及制作成本高昂的情况。

将压力感应组件的传力层抵设在面板背面上，形成具有触摸位置检测和触摸压力检测能力的电子设备。当按压面板时，面板将会检测到触按的位置信息；同时触按压力通过面板向内部传递，电阻器将随着面板的变形而变形，压力传感器将形变转换为电信号，通过压力感应检测电路获得压力值。在电子设备面板所获得的信息的基础上，增加精确识别触按压力的能力，使电子设备增加用户体验，扩展产品功能应用。具有压力感应组件的电子设备不需要高精度的安装要求，其本身结构简单，成本低，安装方便且适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)、图1(b)分别为本实用新型实施例提供的压力感应组件在压力测量电路包含一个应变感应电阻与一个参考电阻时的主视图、俯视图；图1(c)、图 1(d)分别为本实用新型另外两个实施例提供的压力感应组件在压力测量电路包含一个应变感应电阻与一个参考电阻时的俯视图；

图2为本实用新型实施例提供的压力感应组件中的压力测量电路为分压电路的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的压力感应组件中的压力测量电路为分流电路的示意图；

图4(a)、图4(b)分别为本实用新型实施例提供的压力感应组件在压力测量电路包含两个应变感应电阻时的主视图、俯视图；图4(c)、图4(d)分别为本实用新型另外两个实施例提供的压力感应组件在压力测量电路包含两个应变感应电阻时的俯视图；

图5(a)、图5(b)分别为本实用新型实施例提供的压力感应组件在压力测量电路包含四个应变感应电阻时的主视图、俯视图；图5(c)、图5(d)分别为本实用新型另外两个实施例提供的压力感应组件在压力测量电路包含四个应变感应电阻时的俯视图；

图6为本实用新型实施例提供的压力感应组件中的压力测量电路为惠斯通电桥的示意图；

图7(a)、图7(b)、图7(c)分别为本实用新型实施例提供的压力感应组件中的传力块截面呈不同图形时的示意图；

图8为本实用新型实施例提供的电子设备的装配示意图；

图9为图8的电子设备的立体分解图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请一并参阅图1及图2，先对本实用新型提供的压力感应组件进行说明。压力感应组件包括压力传感器10及相抵在压力传感器10上的传力层20，传力层20包括若干间隔分布的传力块21，传力块21之间的区域形成镂空区22，压力传感器10包括压力测量电路，压力测量电路具有至少两个电阻器R1、R0，其中至少一个电阻器对齐设置于镂空区22，且至少一个对齐设置于镂空区22 的电阻器R1为用于检测传力层20的形变的应变感应电阻。需要说明的是，压力传感器10包括基材11及设于基材11上的电阻器R1。

在传力层20弯曲变形时，镂空区22处的应变感应电阻产生较大形变，此时压力测量电路会产生输出信号。该压力感应组件制作与装配容易，结构紧凑，能实现压力识别和检测，灵敏度高，避免现有压力传感器组装方法要求极高、压力检测精度低及制作成本高昂的情况。

在布置多个传力块21时，将会形成多个镂空区22。传力块21为刚性板材，传力块21之间形成有镂空区22，镂空区22位于压力传感器10的上方。在传力层20受到压力产生弯曲变形时，镂空区22处的应变感应电阻产生较大形变，从而压力传感器10可以感应到施加在对应镂空区22上的压力，并对应转换为控制信息，通过线路等将控制信息传递至外部的控制电路等，进而通过控制电路控制电子设备等的相应操作，如控制开关动作、信息加密等等。

进一步地，请一并参阅图1、图2、图8，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，一压力测量电路具有两个电阻器，压力测量电路为由一个应变感应电阻R1与一个参考电阻R0串联形成的分压电路。

采用恒压源，在V+与V-两端加以输入电压Ui，检测Vo处的电势，或测量Vo与地之间的输出电压Uo，有输入输出电压公式：

在应变感应电阻R1发生形变，其电学特性的变化，压力测量电路得到输出电压Uo。通过压力感应检测电路50，得到相应的电学信号输出，实现压力识别和检测。在有参考电阻R0时，参考电阻R0可以设置在任意位置。应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例范围是0％至100％。

可以理解地，参阅图3、图4、图8，一压力测量电路具有两个电阻器，压力测量电路为由两个应变感应电阻R1、R2串联形成的分压电路。该方案也能通过压力感应检测电路50，得到相应的电学信号输出，实现压力识别和检测。两个应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例不同。应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例范围是0％至100％。

进一步地，请参阅图1、图3、图8，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，压力测量电路具有两个电阻器，压力测量电路为由一个应变感应电阻R1与一个参考电阻R0并联形成的分流电路。

采用恒流源，在I+与I-两端加以输入电流I，测量R1支路上的输出电流I1，有输入输出电流公式：

在应变感应电阻R1发生形变，其电学特性的变化，压力测量电路得到输出电流I1。通过压力感应检测电路50，得到相应的电学信号输出，实现压力识别和检测。在有参考电阻R0时，参考电阻R0可以设置在任意位置。应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例范围是0％至100％。

可以理解地，参阅图3、图4、图8，压力测量电路具有两个电阻器，压力测量电路还可以为由两个应变感应电阻R1、R2并联形成的分流电路。该方案也能通过压力感应检测电路50，得到相应的电学信号输出，实现压力识别和检测。两个应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例不同。应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例范围是0％至100％。

进一步地，请参阅图5、图6、图8，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，一压力测量电路具有四个电阻器，压力测量电路为由四个应变感应电阻R1、R2、R3、R4电连接形成的全桥。其中，应变感应电阻 R1、R2互为相对桥臂，应变感应电阻R3、R4互为相对桥臂。在传力层20弯曲变形时，使镂空区22处的应变感应电阻R1、R2产生较大形变，而传力块 21处的应变感应电阻R3、R4形变较小或没有形变，即使得应变感应电阻R1 与R2、应变感应电阻R3与R4具有不同的形变量，此时电桥电路会产生电压差作为输出信号。

在由应变感应电阻R1与R2、应变感应电阻R3与R4组成的全桥中，输入电压Ui，在Vm+与Vm-两端得到输出电压Uo，有输入输出电压公式：

由于应变感应电阻的阻值是根据形变而变化的，故要得到两组电阻值不同的变化，必须使两组应变感应电阻有不同的形变。将此压力感应组件抵设在面板40(如手机屏)背面，当按压面板40时，应变感应电阻将随着面板40的变形而变形，而在面板40上空间位置相近的地方，其形变量也相近，应变感应电阻R1与R2、应变感应电阻R3与R4要产生不同的形变，各个应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例R1与R2之和不等于R3与R4之和，即可在按压面板40时应变感应电阻变化，进而得到输出电压Uo作为输出信号。

可以理解地，一压力测量电路具有四个电阻器，压力测量电路为由一个应变感应电阻与三个参考电阻R0电连接形成的惠斯通电桥；应变感应电阻对齐设置于镂空区22的区域的比例范围是0％至100％，参考电阻R0可以任意设置。或者，一压力测量电路具有四个电阻器，压力测量电路为由两个应变感应电阻与两个参考电阻R0电连接形成的半桥。两个应变感应电阻对齐设置于镂空区 22的区域的比例不同，参考电阻R0可以任意设置。或者，一压力测量电路具有四个电阻器，压力测量电路为由三个应变感应电阻与一个参考电阻R0电连接形成的电桥电路。以上方案均能在压力施加到面板40时，应变感应电阻跟随面板40的弯曲变形而产生测量信号，实现压力感应。

进一步地，互为相对桥臂的应变感应电阻R1、R2对齐设置于传力块21，另外一对互为相对桥臂的应变感应电阻R3、R4对齐设置于镂空区22。应变感应电阻对温度、湿度、震动、电磁干扰等环境因素是敏感的，环境因素的变化将导致阻值的变化。将需要变化的应变感应电阻R1与R2放置在镂空区22，将不变或少变的应变感应电阻R3与R4放置在传力块21或其附近。镂空区22 产生应变集中，电桥电路四个应变感应电阻放在相近位置能分别产生不同的形变，得到电信号。同时，这样的做法使得电桥两组应变感应电阻可以处于很近的位置，在相近的位置处，环境因素的变化也相近，两组应变感应电阻将会同时受环境因素影响，电阻值同时变大或同时变小，而不会影响到电压差的变化。因此，这样的设计既保证了电桥中两组应变感应电阻具有不同的形变量，又保证了温度、湿度、震动、电磁干扰等环境因素的变化对其的影响非常小，从而解决了环境因素的干扰问题。

可以理解地，压力感应组件中应用的压力测量电路与传力板件可以任意组合。压力测量电路可采用分压电路、分流电路、惠斯通电桥、半桥、全桥或其它电桥电路中的任意一种方案或其它压力测量电路。

进一步地，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，压力测量电路的数量至少为二，各个压力测量电路的电阻器分布于传力层20的不同位置。该方案能在传力层20预定位置实现压力感应。优选地，传力块21呈阵列状分布形成多个镂空区22，配置多个压力测量电路，实现多位置压力感应。

进一步地，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，同一压力测量电路中的电阻器分布于相邻的两个传力块21或镂空区22；或者，同一压力测量电路中的电阻器分布于同一的传力块21或镂空区22；或者，同一压力测量电路中的电阻器分布于较远不同的传力块21或镂空区22。以上方案均能实现压力感应，具体按需选用。

进一步地，请参阅图7，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，传力块21的截面呈规则图形或不规则图形。规则图形可以是矩形、圆形、三角形等；不规则图形可以是由直线或曲线围合形成的各种图形。传力块21的截面可以是多种多样，并不限制形状。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，压力传感器10包括基材11、及设置在基材11上且与电阻器电连接的线路层。具体地，电阻器在成型于基材11上固化后印刷线路层，线路层用以连接各电阻器。在实际运用中，压力传感器10可以为印刷具有压力感应性能的聚合物涂层或者烧结的压电陶瓷涂层等等。或者，压力传感器10可采用量子隧道复合物、电容性传感器或其他压力敏感电阻器技术。压力传感器10呈膜状，压力传感器10与面板40层叠布置，该结构紧凑，容易安装。应变感应电阻可以为压敏电阻、应变片、FSR电阻式压力传感器10或其它应变感应电阻。应变感应电阻为印刷成型的电阻、印刷成型且具有压力感应性能的聚合物涂层或者烧结成型的压电陶瓷涂层。上述应变感应电阻均能根据形变改变阻值。基材11 为PET膜(耐高温聚酯薄膜)、PI膜(聚酰亚胺薄膜)或者柔性电路板。上述基材11均能用于支撑电阻器。

进一步地，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，压力传感器10与传力层20之间通过第一胶体31粘接。该配置容易装配，压力传感器10与传力层20连接牢固，还能传递形变。第一胶体31可以是为双面胶、 VHB亚克力发泡胶、AB胶、环氧树脂或其他类似物。这些胶材的材料选择及厚度根据力传力层20及压力传感器10的材质决定。

进一步地，请参阅图1、图8、图9，作为本实用新型提供的压力感应组件的一种具体实施方式，传力层20背离于压力传感器10的一侧设有用于与面板 40粘接的第二胶体32。第二胶体32为具有一定厚度双面胶、VHB亚克力发泡胶、UV胶、AB胶、硅胶或其他类似物。胶体的主要作用为连接面板40与传力层20，传递形变。传力层20与面板40之间整面相粘接。第二胶体32将面板40与传力层20整面结合，传力层20产生相应的形变，甚至将形变量放大，再将形变传递至压力传感器10，压力传感器10会将形变转换为电信号，输出此时压力值。

请参阅图1、图8、图9，本实用新型还提供电子设备，包括面板40、上述任一实施例压力感应组件及与压力传感器10电连接的压力感应检测电路50，传力层20相抵在面板40上。

在传力层20弯曲变形时，镂空区22处的应变感应电阻产生较大形变，此时压力测量电路会产生输出信号。该压力感应组件制作与装配容易，结构紧凑，能实现压力识别和检测，灵敏度高，避免现有压力传感器组装方法要求极高、压力检测精度低及制作成本高昂的情况。

将压力感应组件的传力层20抵设在面板40背面上，形成具有触摸位置检测和触摸压力检测能力的电子设备。当按压面板40时，面板40将会检测到触按的位置信息；同时触按压力通过面板40向内部传递，电阻器将随着面板40 的变形而变形，压力传感器10将形变转换为电信号，通过压力感应检测电路 50获得压力值。在电子设备面板40所获得的信息的基础上，增加精确识别触按压力的能力，使电子设备增加用户体验，扩展产品功能应用。具有压力感应组件的电子设备不需要高精度的安装要求，其本身结构简单，成本低，安装方便且适用范围广。

具体地，压力感应检测电路50对压力传感器10的电信号进行分析处理后结合面板40检测到的触按位置信息一起传递给电子设备的主控制器。从而实现在识别触按位置的同时获得触按的精确压力。

面板40可以为具有刚性结构的触摸屏、显示器或其他电子设备。通过将压力感应组件与面板40连接，能够在实现精准识别触控位置的同时精准识别触控压力的大小，为电子设备在产品应用、人机交互及消费体验上扩展了应用空间。用户通过触按触摸屏、显示器或电子设备，可以直接获得精确地压力级别及量数。通过校正之后，可以获得按压的精确压力值。

具体地，面板40可以为1.1mm厚度的玻璃板，玻璃板自身设计有触摸屏的功能；或者，面板40可以为1.6mm厚的LCD液晶显示器或OLED显示屏；或者，面板40可以为具有触摸功能和显示功能的电子组件。

压力感应检测电路50是用于检测压力感应组件所获得的电信号，并对电信号进行处理分析。压力传感器10通过连接线51与该压力感应检测电路50连接，当然，该连接线51仅仅在于描述压力传感器10和压力感应检测电路50的结合方式，作为其它实施例，压力传感器10还可以通过其它方式直接或间接地与检测电路电性连接。

压力感应检测电路50可以作为控制中心，其接受压力传感器10传递的控制信息，进而对电子设备等进行控制，其通常被描述为具有多种处理方法的硬件、软件的组合。硬件、软件被配置成将压力传感器10输入的控制信息通过反馈或与客户相关联的系统进行通讯并执行附加的相关任务或功能。

压力感应检测电路50可实现为通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、数模转换开关、可编程逻辑器件、分立的硬件组成或其他组合；同时其内部还内嵌有与压力触摸屏/压力感应系统相关的算法、软件信息。

压力感应检测电路50中的硬件、软件被配置成执行多种功能、技术、反馈以及与客户系统相关联的处理任务。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.压力感应组件，其特征在于，包括压力传感器及相抵在所述压力传感器上的传力层，所述传力层包括若干间隔分布的传力块，所述传力块之间的区域形成镂空区，所述压力传感器包括压力测量电路，所述压力测量电路具有至少两个电阻器，其中至少一个所述电阻器对齐设置于所述镂空区，且至少一个对齐设置于所述镂空区的所述电阻器为用于检测所述传力层的形变的应变感应电阻。

2.如权利要求1所述的压力感应组件，其特征在于，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由一个所述应变感应电阻与一个参考电阻串联形成的分压电路；

或者，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由两个所述应变感应电阻串联形成的分压电路；

或者，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由一个所述应变感应电阻与一个参考电阻并联形成的分流电路；

或者，一所述压力测量电路具有两个电阻器，所述压力测量电路为由两个所述应变感应电阻并联形成的分流电路；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由一个所述应变感应电阻与三个参考电阻电连接的惠斯通电桥；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由两个所述应变感应电阻与两个参考电阻电连接形成的半桥；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由四个所述应变感应电阻电连接形成的全桥；

或者，一所述压力测量电路具有四个电阻器，所述压力测量电路为由三个所述应变感应电阻与一个参考电阻电连接形成的电桥电路。

3.如权利要求1所述的压力感应组件，其特征在于，所述应变感应电阻对齐设置于所述镂空区的区域的比例范围是0％至100％。

4.如权利要求1所述的压力感应组件，其特征在于，所述压力测量电路的数量至少为二，各个所述压力测量电路的电阻器分布于所述传力层的不同位置。

5.如权利要求1至4任一项所述的压力感应组件，其特征在于，同一所述压力测量电路中的所述电阻器相邻分布；或者，同一所述压力测量电路中的所述电阻器分布于不同的所述传力块或所述镂空区。

6.如权利要求1至4任一项所述的压力感应组件，其特征在于，所述传力块的截面呈规则图形。

7.如权利要求1至4任一项所述的压力感应组件，其特征在于，所述压力传感器包括基材、及设置在所述基材上且与所述电阻器电连接的线路层。

8.如权利要求1至4任一项所述的压力感应组件，其特征在于，所述压力传感器与所述传力层之间通过第一胶体粘接。

9.如权利要求1至4任一项所述的压力感应组件，其特征在于：所述传力层背离于所述压力传感器的一侧设有用于与面板粘接的第二胶体。

10.电子设备，其特征在于：包括面板、如权利要求1至9任一项所述的压力感应组件及与所述压力传感器电连接的压力感应检测电路，所述传力层相抵在所述面板上。