CN211591654U - 一种具有压感信号输出的智能纸张 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有压感信号输出的智能纸张，包括具有书写表面的纸张以及依次设于纸张下方的压感材料层、电极阵列层，电极阵列层包括阵列设置的若干电极点位，每个所述电极点位包括一对相互靠近但不连接的第一导电条和第二导电条；压感材料层在每个电极点位分别同时与对应的第一导电条电、第二导电条连接，用于在受压时阻抗发生变化。本实用新型的智能纸张独立于硬件设备外，智能纸张能感知压力信号，实现纸上墨迹信息的重绘，其厚度比原始纸张仅稍微厚一点，压力各项指标仅由智能纸张决定，再通过将智能纸张标准化后，一个硬件设备即可适配多种规格的纸张，有利于适应多样化的应用需求。

Description

一种具有压感信号输出的智能纸张

技术领域

本实用新型涉及电子纸技术领域，尤其涉及一种具有压感信号输出的智能纸张。

背景技术

纸是中国的四大实用新型之一，它的一个重要用途就是书写记录，目前获取纸上墨迹信息电子档的主要方式主要有两种：一种是扫描，通过分析图像并按照某种方式对图像进行处理，得到纸上的墨迹信息；另一种是压力传感，通过监测纸上书写时压力位置及大小变化，重新组建纸上墨迹信息。

基于压力传感方式得到墨迹信息电子档，目前具有代表性的墨迹信息获取方法是将一张普通的书写纸裁剪成合适大小，铺在智能手写本上，并采用专用的笔芯在纸上书写，智能手写本将压力数据发送到手机，利用手机专用软件处理数据并重绘纸上的书写内容。然而，该现有技术中，纸是独立于传感器外的，压力传感各项指标都取决于硬件设备本身，难以适应多样化的应用需求。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种具有压感信号输出的智能纸张，可以准确定位按压位置及所受压力大小，从而重绘纸上墨迹信息。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种具有压感信号输出的智能纸张，包括位于表层的具有书写表面的纸张以及依次设于所述纸张下方的压感材料层、电极阵列层，所述电极阵列层包括阵列设置的若干电极点位，每个所述电极点位包括一对相互靠近但不连接的第一导电条和第二导电条；所述压感材料层在每个所述电极点位分别同时与对应的第一导电条、第二导电条电连接，用于在受压时阻抗发生变化。

作为其中一种实施方式，所述压感材料层为受压后有效电阻发生变化的电阻型传感材料或受压后有效电容发生变化的电容型传感材料。

作为其中一种实施方式，所述第一导电条和所述第二导电条的上表面裸露于所述电极阵列层表面，所述压感材料层在所述电极点位同时覆盖并接触所述第一导电条和所述第二导电条。

作为其中一种实施方式，所述第一导电条和所述第二导电条位于同一层，所述电极阵列层还包括将同一行第一导电条连接在一起的第一连接线和将同一列第二导电条连接在一起的第二连接线；所述第一连接线设于所述第二连接线上方，且所述第二连接线通过过孔分别与上方的各个第二导电条连接。

作为其中一种实施方式，所述第一导电条、所述第二导电条彼此正对的部分均呈S形或梳状。

作为其中一种实施方式，所述具有压感信号输出的智能纸张还包括防水绝缘层，所述防水绝缘层设于所述纸张背面，并完全覆盖所述压感材料层。

作为其中一种实施方式，所述具有压感信号输出的智能纸张还包括电极接口，每条所述第一导电条、每条所述第二导电条分别连接所述电极接口。

作为其中一种实施方式，所述具有压感信号输出的智能纸张还包括连接所述电极接口的电极阵列驱动电路，所述电极阵列驱动电路包括激励信号源、电阻，所述激励信号源的一端连接所述第一导电条，另一端通过所述电阻分别连接所述第二导电条和信号输出端。

作为其中一种实施方式，所述具有压感信号输出的智能纸张还包括模数转换单元，所述模数转换单元连接所述信号输出端，用于将输入的各电极点位的电压值变化量转换为压力值。

作为其中一种实施方式，所述模数转换单元转换后的压力值与转换前的电压值的均方根成正比。

本实用新型的智能纸张通过将纸张和压力传感功能集成在一起，独立于硬件设备外，智能纸张能感知压力信号，实现纸上墨迹信息的重绘，其厚度比原始纸张仅稍微厚一点，压力各项指标仅由智能纸张决定，再通过将智能纸张标准化后，一个硬件设备就可以适配多种规格的纸张，有利于适应多样化的应用需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的智能纸张的结构分解示意图；

图2为本实用新型实施例的电极点位的基本结构示意图；

图3为本实用新型实施例的电极阵列结构的等效电路示意图；

图4为激励信号作用在本实用新型的一种实施例的一个电极点的等效电路示意图；

图5为本实用新型实施例的电极阵列层的信号输出过程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。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。

参阅图1，本实用新型实施例的具有压感信号输出的智能纸张主要包括位于表层的具有书写表面的纸张10以及依次设于纸张10下方的压感材料层20、电极阵列层30，纸张10提供了书写表面，压感材料层20用于在纸张10的对应位置被按压后发生阻抗变化，电极阵列层30可以根据阻抗变化实现压力信号到电信号的转化，以便分析出压力及对应的位置，实现墨迹信息的重绘。

如图2和图3所示，电极阵列层30包括阵列设置的若干电极点位300，其中，每个电极点位300包括一对相互靠近但不连接的第一导电条31和第二导电条32，电极阵列层30中还具有将同一行第一导电条31连接在一起的多条第一连接线33和将同一列第二导电条32连接在一起的多条第二连接线34，例如，每条第一连接线33将同一行的第一导电条31串在一起，每条第二连接线34将同一列的第二导电条32串在一起，第一连接线33位于第二连接线34上方且互不接触，二者在空间上交错设置，即，第一连接线33与第二连接线34在智能纸张的厚度方向上(即上下方向上)间隔布置，第一导电条31、第二导电条32在第一连接线33与第二连接线34的投影相交区域附近分别连接第一连接线33、第二连接线34，从而在相交区域附近形成电极点位300，特别优选地，第一导电条31、第二导电条32、第一连接线33、第二连接线34均为导电金属条，第一连接线33、第二连接线34相互垂直，第一导电条31、第二导电条32平行且正对。压感材料层20在每个电极点位300处分别同时与对应的第一导电条31、第二导电条32电连接，其在受压时阻抗发生变化，而当电极阵列层30的对应的电极点位300处的阻抗发生变化后，即可产生相应的电信号信息，从而转换为压力信号。

具体地，可以在第一连接线33上设有多个用于连接第一导电条31的节点，第二连接线34上设有多个用于连接第二导电条32的节点，第一导电条31和第二导电条32位于同一层，第一连接线33设于第二连接线34上方，第二连接线34的各节点分别通过过孔与上方的各个第二导电条32连接，从而保证每个电极点位300的第一导电条31、第二导电条32位于同一平面上而正对。

其中，纸张10可以是各种目前常用的纸张，并无特殊要求。在实际设计过程中，可以根据使用环境的不同，做成毛笔字智能纸、硬笔字智能纸等。压感材料层20即压力感应材料层，当纸上有按压时，对应位置下的传感材料的阻抗即发生变化。压感材料层20的材料主要可以分为两种，它可以是电阻型传感材料也可以是电容型传感材料，电阻型传感材料在受压后有效电阻发生变化，电容型传感材料在受压后有效电容发生变化。

作为其中一种实施方式，压感材料层20在电极点位300覆盖第一导电条31和第二导电条32，并与电极点位300通过接触导通。具体地，第一导电条31、第二导电条32的上表面裸露于电极阵列层30的上层表面，压感材料层20在该处覆盖并直接接触地贴合在第一导电条31和第二导电条32上，如果通过纸张10对压感材料层20施加压力，相应的电极点位300处的两导电条可以捕捉到阻抗变化，从而实现压力信号到电信号的转化。

如图3所示，“Z”表示电极点位的等效阻抗，每个电极点位300处由于连接有压感材料层20，因此阻抗可以发生变化，通过检测电极点位300处的第一导电条31、第二导电条32之间的阻抗变化即可检测到压力变化情况。

结合图1和图3所示，形成各电极点位300的所有行第一连接线33(如图3的m行)、所有列第二连接线34(如图3的n行)，共m+n(m、n均为大于1的整数)条连接线被分别引出至与电极接口301连接，电极接口301用于连接电极阵列驱动电路。

为了增大压力传感材料的按压效果，可以增大用于与压感材料层20接触的第一导电条31、第二导电条32的裸露面积，例如，可以将第一导电条31、第二导电条32在电极点位300处的宽度设计为大于第一连接线33、第二连接线34的宽度，还可以将第一导电条31、第二导电条32彼此正对的部分设计呈S形或梳状等，例如，第一导电条31、第二导电条32彼此正对的部分呈梳状，二者的梳齿相互交叉地间隔设置而保持一定的间距，压感材料层20直接覆盖在该处的第一导电条31、第二导电条32上，可以明显地增大第一导电条31、第二导电条32与压感材料层20的接触面积。

当然，增大面积也需要适度，由于相邻电极点位之间的距离及电极点位区域所占的面积直接决定了智能纸张的压感分辨率和灵敏度，在实际应用中，可以根据不同的应用场合适当调整这两项参数。

比较优选的是，智能纸张还包括防水绝缘层40，防水绝缘层40选用比较薄、软的材料，设于纸张10背面，并完全覆盖压感材料层20，这样，纸张10、防水绝缘层40、压感材料层20、电极阵列层30自上而下依次叠置，防水绝缘层40最好也完全覆盖纸张10背面，起到隔绝纸张水汽的作用。

电极阵列驱动电路通过为智能纸张提供信号源，把电极阵列的阻抗转化成电压，然后进行电压的模数转换，最后读取并输出电压转换结果。具体地，电极阵列驱动电路连接电极接口301，包括激励信号源1、电阻R以及模数转换单元，激励信号源1用于为智能纸张提供信号源，其一端连接第一导电条31，另一端通过电阻R分别连接第二导电条32和信号输出端Vout，模数转换单元连接在电阻R与信号输出端之间，用于将输入的各电极点位300的电压值变化量转换为压力值，转换后的该压力值与转换前的电压值的均方根成正比。

如图4所示，电极点位的等效阻抗转换成电压的过程可以这样简述，正弦交变信号直接作用在电极点位300的一端(如第一导电条31)，另一端(如第二导电条32)串联一个定值电阻R形成分压电路，信号输出端Vout的输出电压值随着电极点位300的等效阻抗Z的变化而变化，从而将阻抗变化直接转化成电压值的变化，而电阻型传感材料可以直接使用直流激励源作为激励信号源。

如图5所示，在电极阵列层，电压的模数转换过程采用逐行顺序扫描的方式，同一时刻只有一行第一导电条31连接激励信号源1，分别采集该行所有列的第二导电条32的输出电压值，再选通下一行的第一导电条31，如此顺序直至最后一行扫描完成，再通过计算每个电极点位300的输出电压值对应的均方根，得到对应一帧数据的m*n数据表并输出，该数据表上的m*n数据分别对应智能纸张上的m*n个电极点位300对应的位置信息和压力大小，按时序输出每一帧数据的m*n数据表，即可得出连续的墨迹信息。

还可以采取的做法是，将电极阵列驱动电路或者电极阵列驱动电路的一部分(如电阻R或者模数转换单元)集成在智能纸张内，也可以实现产品的模块化设计，使用时，只需搭建并连通整个电极阵列驱动电路即可实现完整的功能。

本实用新型的智能纸张通过将纸张和压力传感功能集成在一起，独立于硬件设备外，智能纸张能感知压力信号，实现纸上墨迹信息的重绘，其厚度比原始纸张仅稍微厚一点，压力各项指标仅由智能纸张决定，再通过将智能纸张标准化后，一个硬件设备就可以适配多种规格的纸张，有利于适应多样化的应用需求。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，包括位于表层的具有书写表面的纸张(10)以及依次设于所述纸张(10)下方的压感材料层(20)、电极阵列层(30)，所述电极阵列层(30)包括阵列设置的若干电极点位(300)，每个所述电极点位(300)包括一对相互靠近但不连接的第一导电条(31)和第二导电条(32)；所述压感材料层(20)在每个所述电极点位(300)分别同时与对应的第一导电条(31)、第二导电条(32)电连接，用于在受压时阻抗发生变化。

2.根据权利要求1所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，所述压感材料层(20)为受压后有效电阻发生变化的电阻型传感材料或受压后有效电容发生变化的电容型传感材料。

3.根据权利要求1所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，所述第一导电条(31)和所述第二导电条(32)的上表面裸露于所述电极阵列层(30)表面，所述压感材料层(20)在所述电极点位(300)同时覆盖并接触所述第一导电条(31)和所述第二导电条(32)。

4.根据权利要求1所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，所述第一导电条(31)和所述第二导电条(32)位于同一层，所述电极阵列层(30)还包括将同一行第一导电条(31)连接在一起的第一连接线(33)和将同一列第二导电条(32)连接在一起的第二连接线(34)；所述第一连接线(33)设于所述第二连接线(34)上方，且所述第二连接线(34)通过过孔分别与上方的各个第二导电条(32)连接。

5.根据权利要求1所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，所述第一导电条(31)、所述第二导电条(32)彼此正对的部分均呈S形或梳状。

6.根据权利要求1～5任一所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，还包括防水绝缘层(40)，所述防水绝缘层(40)设于所述纸张(10)背面，并完全覆盖所述压感材料层(20)。

7.根据权利要求6所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，还包括电极接口(301)，每条所述第一导电条(31)、每条所述第二导电条(32)分别连接所述电极接口(301)。

8.根据权利要求7所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，还包括连接所述电极接口(301)的电极阵列驱动电路，所述电极阵列驱动电路包括激励信号源(1)、电阻(R)，所述激励信号源(1)的一端连接所述第一导电条(31)，另一端通过所述电阻(R)分别连接所述第二导电条(32)和信号输出端。

9.根据权利要求8所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，还包括模数转换单元，所述模数转换单元连接所述信号输出端，用于将输入的各电极点位(300)的电压值变化量转换为压力值。

10.根据权利要求9所述的具有压感信号输出的智能纸张，其特征在于，所述模数转换单元转换后的压力值与转换前的电压值的均方根成正比。

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