CN216817383U - 压阻传感器、触控装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种压阻传感器、触控装置和电子设备。压阻传感器包括相对设置的两个衬底层、以及设置在两个衬底层之间的敏感元件，敏感元件包括采用相同材质制成的检测单元和参考单元，检测单元和参考单元的一个电极连接形成公共电极并作为采样端，检测单元和参考单元的另一个电极均用作信号激励端。触控装置包括压阻传感器、触控板和支撑结构，压阻传感器固定在触控板上，支撑结构位于远离触控板的一侧，并支撑压阻传感器的检测区域，压阻传感器的参考区域的远离触控板的一端为自由端。压阻传感器通过设置与检测单元采用相同材质的参考单元，解决了静态电阻随温度漂移的问题，提高了压阻传感器的检测精度，且无需软件校准，能够适用于高低温环境。

Description

压阻传感器、触控装置和电子设备

技术领域

本文涉及但不限于触控技术领域，特别涉及但不限于一种压阻传感器、一种触控装置和一种电子设备。

背景技术

柔性薄膜压阻传感器的应用是一种基于新型材料采用纳米工艺制备而成的新型压力传感器，不同于传统的压力传感器，因其柔韧性好、可自由弯曲、厚度小、灵敏度高、易于大规模生产等优点，尤其适用于柔软表面接触应力的测量，在智能家居、智慧医疗、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。

柔性薄膜压阻传感器的一个显著缺点就是温度特性差。传感器的静态电阻随着温度的变化漂移较大，这就造成信号采样电路的基准随温度变化产生较大的漂移，影响力度测量精度，限制了传感器在高温/低温环境下的应用范围。

目前应对柔性薄膜压阻传感器的温度漂移的方法是使用与该压阻传感器型号对应的软件进行校准环节，该方法繁琐，采样电路设计复杂。

实用新型内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请实施例提供了一种压阻传感器，可解决电阻随着温度的变化发生漂移对测量精度的影响，避免了繁琐的软件校准环节，提高了压阻传感器的测量精度。

本申请实施例还提供了一种触控装置和电子设备。

本申请实施例的技术方案如下：

一种压阻传感器，包括：相对设置的两个衬底层、以及设置在两个所述衬底层之间的敏感元件，所述敏感元件包括采用相同材质制成的检测单元和参考单元，所述检测单元和所述参考单元的一个电极连接形成公共电极并作为采样端，所述检测单元和所述参考单元的另一个电极均用作信号激励端；

所述压阻传感器具有检测区域和参考区域，所述检测单元设置在所述检测区域，所述参考单元设置在所述参考区域。

一些示例性实施例中，所述检测单元和所述参考单元均设置为敏感栅状结构，两个所述敏感栅状结构的栅长相等，栅间距相等，且厚度相等；或者

所述检测单元和所述参考单元均设置为矩形结构，两个所述矩形结构的宽度相等，且厚度相等；或者

所述检测单元和所述参考单元均设置为包括多个圆形单元，所述圆形单元的直径相等，所述检测单元中的多个所述圆形单元和所述参考单元中的多个所述圆形单元的排布方式相同，且所述检测单元和所述参考单元的宽度相等，厚度相等。

一些示例性实施例中，两个所述敏感栅状结构的栅宽相等；或者

两个所述矩形结构的长度相等；或者

所述检测单元中的所述圆形单元和所述参考单元中的所述圆形单元的数量相等，使所述检测单元和所述参考单元的长度相等。

一些示例性实施例中，所述压阻传感器为薄膜压阻传感器，所述衬底层为柔性层。

一些示例性实施例中，所述检测区域的表面设有第一标识，和/或，所述参考区域的表面设有第二标识。

一种触控装置，包括：上述任一实施例所述的压阻传感器、触控板和支撑结构，所述压阻传感器固定在所述触控板的一板面上，所述支撑结构位于所述压阻传感器的远离所述触控板的一侧，并支撑所述压阻传感器的检测区域，所述压阻传感器的参考区域的远离所述触控板的一端为自由端，其中，所述压阻传感器的检测单元设置成用于触控力度检测，所述压阻传感器的参考单元设置成用于温度补偿。

一些示例性实施例中，所述压阻传感器通过粘接固定至所述触控板。

一些示例性实施例中，所述支撑结构与所述检测区域粘接固定。

一些示例性实施例中，所述检测单元的另一个电极形成的信号激励端设置成用于施加激励电压或激励电流，所述参考单元的另一个电极形成的信号激励端设置成接参考地。

一种电子设备，包括上述任一实施例所述的触控装置。

本申请实施例具有如下有益效果：

本申请实施例的压阻传感器，其相对设置的两个衬底之间设置有敏感元件，敏感元件对压力敏感，受到压力时电阻会发生变化，因此可用于压力测量。敏感元件的检测单元和参考单元采用相同材质制成，且检测单元和参考单元的一个电极连接形成公共电极并作为采样端，检测单元和参考单元的另一个电极均用作信号激励端，该压阻传感器用于压力测量时，可在两个信号激励端施加激励电压或激励电流，在采样端进行压力信号的采集。由于检测单元和参考单元采用相同材质制成，且检测单元和参考单元的尺寸已定，因此检测单元和参考单元之间的静态电阻的比值已定，即便温度发生变化，导致检测单元和参考单元的静态电阻值发生变化，但是检测单元和参考单元之间的静态电阻的比值保持不变，因此采样端采集的压力信号保持不变，当检测单元受到压力后，采样端采集的压力信号发生变化。

本申请实施例的压阻传感器，通过设置与检测单元采用相同材质的参考单元，解决了现有技术中由于温度变化造成的压阻传感器的静态电阻发生漂移、进而影响检测精度的问题，本申请实施例的压阻传感器的检测精度高，且无需软件校准，使用方便，能够适用于高温和低温环境，提高了压阻传感器的实用性和适用范围。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

图1为根据本申请一实施例所述的压阻传感器的结构示意图；

图2为根据本申请另一实施例所述的压阻传感器的结构示意图；

图3为根据本申请又一实施例所述的压阻传感器的结构示意图；

图4为根据本申请一实施例所述的触控装置的结构示意图。

附图标记：

100：压阻传感器；1、1’：衬底层；11：检测区域；12：参考区域；2：敏感元件；21：检测单元；22：参考单元；23：公共电极；24、24’：信号激励端；

200：触控板；300：支撑结构；400-壳体。

具体实施方式

下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

如图1所示，本申请实施例提供了一种压阻传感器100，包括：相对设置的两个衬底层1和1’、以及设置在两个衬底层1和1’之间的敏感元件2，敏感元件2包括采用相同材质制成的检测单元21和参考单元22，检测单元21和参考单元22的一个电极连接形成公共电极23并作为采样端，检测单元21和参考单元22的另一个电极分别用作信号激励端24和24’。

本申请实施例的压阻传感器100，其相对设置的两个衬底之间设置有敏感元件2，敏感元件2对压力敏感，受到压力时电阻会发生变化，因此可用于压力测量。敏感元件2的检测单元21和参考单元22采用相同材质制成，且检测单元21和参考单元22的一个电极连接形成公共电极23并作为采样端，检测单元21和参考单元22的另一个电极分别用作信号激励端24和24’，该压阻传感器100用于压力测量时，可在两个信号激励端24和24’施加激励信号(如激励电压)，在采样端进行压力信号的采集。由于检测单元21和参考单元22采用相同材质制成，且检测单元21和参考单元22的尺寸已定，因此检测单元21和参考单元22之间的静态电阻的比值已定，即便温度发生变化，导致检测单元21和参考单元22的静态电阻值发生变化，但是检测单元21和参考单元22之间的静态电阻的比值关系保持不变，因此采样端采集的压力信号保持不变，当检测单元21受到压力后，采样端采集的压力信号发生变化。

本申请实施例的压阻传感器100，通过设置与检测单元21采用相同材质的参考单元22，解决了现有技术中由于温度变化造成的压阻传感器100的静态电阻发生漂移、进而影响检测精度的问题，本申请实施例的压阻传感器100解决了温度对检测精度的影响，使得压阻传感器100的检测精度高，且无需软件校准，使用方便，能够适用于高温和低温环境，提高了压阻传感器100的实用性和适用范围。

一些示例性实施例中，如图1所示，检测单元21和参考单元22均设置成敏感栅状结构，两个敏感栅状结构的栅长和栅间距均分别相等，即检测单元21的敏感栅状结构的栅长L1＝参考单元22的敏感栅状结构的栅长L2，检测单元21的敏感栅状结构的栅宽W1＝参考单元22的敏感栅状结构的栅宽W2，且两个敏感栅状结构的厚度(即垂直于衬底层1和1’的方向的厚度)相等。进一步，两个敏感栅状结构的栅宽相等，即检测单元21的敏感栅的栅间距S1＝参考单元22的敏感栅的栅间距S2。

检测单元21和参考单元22均设置成敏感栅状结构，且两个敏感栅状结构的栅长、栅宽、栅间距和厚度均分别相等，使得两个敏感栅状结构的形状和尺寸均相等，且两个敏感栅的材质相同，有利于确保检测单元21和参考单元22的静态电阻保持相等，且有利于简化压阻传感器100的制造工序。由于检测单元21和参考单元22的静态电阻保持相等，因此，检测单元21未受到压力时，采样端采集的压力值为激励电压值的一半，当检测单元21受到压力后，采样端采集的压力信号发生变化。当然，两个敏感栅状结构的栅宽可以设置成不相等，此时检测单元21和参考单元22的静态电阻不相等。

另一些示例性实施例中，如图2所示，检测单元21和参考单元22均设置为矩形结构，两个矩形结构的宽度相等，即W3＝W4，且两个矩形结构的厚度(即垂直于衬底层1和1’的方向的厚度)相等。进一步，两个矩形结构的长度相等即，L3＝L4。

检测单元21和参考单元22均设置成矩形结构，且两个矩形结构的长度、宽度和厚度均分别相等，使得两个矩形结构的形状和尺寸均相等，且两个矩形结构的材质相同，有利于确保检测单元21和参考单元22的静态电阻保持相等。当然，两个矩形结构的长度可以设置成不相等，此时检测单元21和参考单元22的静态电阻不相等。

又一些示例性实施例中，如图3所示，检测单元21和参考单元22均设置为包括多个圆形单元，圆形单元的直径相等，检测单元中的多个圆形单元和参考单元中的多个圆形单元的排布方式相同，且检测单元21和参考单元22的宽度相等(即W5＝W6)，厚度(即垂直于衬底层1和1’的方向的厚度)相等。进一步，检测单元21中的圆形单元和参考单元22中的圆形单元的数量相等，使检测单元21和参考单元22的长度相等，即L5＝L6。

检测单元21和参考单元22包括相同数量的圆形单元，圆形单元的直径相等，且排布方式相同，使得相邻圆形单元之间的交叠面积相同、排列间距等相同；检测单元21和参考单元22的长度和宽度相等(即排列成的检测单元21和参考单元22的形状相同)，厚度(即垂直于衬底层1和1’的方向的厚度)相等，且材质相同，使得检测单元21和参考单元22的静态电阻保持相等。当然，检测单元21中的圆形单元和参考单元22中的圆形单元的数量也可以设置成不相等，使得检测单元21和参考单元22的长度不相等，此时检测单元21和参考单元22的静态电阻不相等。

一些示例性实施例中，压阻传感器100为薄膜压阻传感器，衬底层1和1’为柔性层。

将衬底层1和1’设置为柔性层，使得压阻传感器100为薄膜压阻传感器，该薄膜压阻传感器的柔韧性好、可自由弯曲、厚度小、灵敏度高、易于大规模生产，且可适用于柔软表面接触应力的测量，提高了压阻传感器100的应用范围。

一些示例性实施例中，如图1所示，压阻传感器100具有检测区域11和参考区域12，检测单元21设置在检测区域11，参考单元22设置在参考区域12。

其中，检测区域11的表面设有第一标识，和/或，参考区域12的表面设有第二标识。

压阻传感器100具有检测区域11和参考区域12，检测单元21设置在该检测区域11，参考单元22设置在参考区域12，通过在检测区域11的表面上设置第一标识和/或在参考区域12的表面上设置第二标识，可以获知检测单元21和参考单元22的位置，以便在利用该压阻传感器100进行触控压力测量时，可利用支撑结构300支撑检测区域11，而不会对参考区域12进行支撑，即对检测单元21进行支撑，而不对参考单元22进行支撑，使得在触控板200上施加触控力时，检测单元21的电阻因触控力的作用而发生变化，参考单元22的电阻不因触控力的作用而发生变化，进而使得采样端采集的信号发生变化。

如图4所示，本申请实施例还提供了一种触控装置，包括：上述任一实施例的压阻传感器100、触控板200和支撑结构300，压阻传感器100固定在触控板200的一板面上，支撑结构300位于压阻传感器100的远离触控板200的一侧，并支撑压阻传感器100的检测区域11，压阻传感器100的参考区域12的远离触控板200的一端为自由端，使得压阻传感器100的检测单元21可用于触控力度检测，压阻传感器100的参考单元22可用于温度补偿。

本申请实施例的触控装置，其压阻传感器100安装在触控板200上，且检测区域11通过支撑结构300支撑，因此，在触控板200上施加触控力时，设置在检测区域11中的检测单元21因受到触控板200和支撑结构300的挤压而发生变形导致电阻值发生变化；参考区域12中的参考单元22的设置，是为了消除温度变化对压阻传感器100的检测精度的影响，而不是为了检测触控力度，因此，参考区域12不通过支撑结构300支撑，参考区域12的远离触控板200的一端为不受外力的自由端，参考单元22因为没有受到触控板200和支撑结构300的挤压因此电阻值不发生变化。

在压阻传感器100的两个信号激励端24和24’施加激励电压后，在压阻传感器100的采样端采集信号，当因温度变化时，采集的信号不会发生变化，当在触控板200上施加触控力时，采集的信号会发生变化，因此克服了温度变化对压阻传感器100的检测精度的影响，提高了压阻传感器100的检测精度，进而提高了触控装置的触控精度。

一些示例性实施例中，压阻传感器100通过粘接固定至触控板200。

压阻传感器100粘接至触控板200，使得压阻传感器100与触控板200能够保持相对位置固定。当然，压阻传感器100还可以通过其他方式固定至触控板200，如通过螺钉固定等方式。

一些示例性实施例中，支撑结构300与检测区域11粘接固定。

支撑结构300与压阻传感器100的检测区域11粘接，使得二者保持固定，以便支撑结构300能够对检测区域11提供稳定地支撑。当然，支撑结构300与检测区域11之间还可以通过其他方式固定，如螺钉固定或卡接固定等方式，或者支撑结构300与检测区域11之间不进行固定，支撑结构300仅仅是与检测区域11进行抵接、支撑。

一些示例性实施例中，检测单元21的另一个电极形成的信号激励端24设置成用于施加激励电压，参考单元22的另一个电极形成的信号激励端24’设置成接参考地。

检测单元21的电极形成的信号激励端24可施加激励电压，参考单元22的电极形成的信号激励端24’可接参考地，以实现在两个信号激励端24和24’之间施加激励电压。

当然，也可以在检测单元21的电极形成的信号激励端24施加正激励电压，在参考单元22的电极形成的信号激励端24’施加负激励电压；或者，在检测单元21的电极形成的信号激励端24施加负激励电压，参考单元22的电极形成的信号激励端24’接参考地；等。或者，可以在两个信号激励端24和24’中的一个上施加激励电流，另一个接参考地。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述任一实施例的触控装置。

一些示例性实施例中，如图4所示，电子设备还包括壳体400，触控装置的支撑结构300与电子设备的壳体400固定，或者触控装置的支撑结构300与电子设备的壳体400为一体式结构，即支撑结构300一体成型在电子设备的壳体400上。

一些示例性实施例中，该电子设备可为各种具有触控功能的电子设备，如笔记本电脑、手机、平板电脑等。

下面结合图1-图4具体说明本申请实施例的压阻传感器100和触控装置。

本申请实施例提供了一种柔性薄膜压阻传感器的设计和应用设计，该柔性薄膜压阻传感器是一种基于新型材料采用纳米工艺制备而成的新型压力传感器，可以很好地解决传感器的温度漂移问题。

如图1-图3所示，该压阻传感器100包括两个衬底层1&1’、敏感元件2，衬底层1&1’为柔性层，敏感元件3设置在相对设置的衬底层1&1’之间，敏感元件2包括采用相同材质制成的检测单元21和参考单元22，检测单元21和参考单元22的一个电极连接形成公共电极5并作为采样端，检测单元21的另一个电极作为信号激励端24，可施加激励电压，参考单元22的另一个电极用作信号激励端24’并接参考地，使得该压阻传感器具有三个引出电极。

如图1所示，检测单元21和参考单元22设置成敏感栅状结构，并且两个敏感栅状结构的栅长、栅宽和栅间距均分别相等，即L1＝L2，W1＝W2，S1＝S2。或者，如图2和图3所示，检测单元21和参考单元22可设置成矩形结构或包括多个圆形单元等。

检测单元21和参考单元22的敏感元件可为电阻式敏感元件，也可为金属材料(如合金等)制成的金属敏感元件，或者可为半导体材料制成的半导体敏感元件。敏感元件设置在柔性层的衬底层1&1’的绝缘面上，以免不影响敏感元件上的电信号的检测。

在衬底层1和/或衬底层1’上设定与检测单元21对应的区域为检测区域11，在检测区域11设置有第一标识；在衬底层1和/或衬底层1’上设定与参考单元22对应的区域为参考区域12，可选地，在参考区域12设置有第二标识。

使用该压阻传感器100测量应力的原理及过程为：

—对信号激励端24施加激励电压，作为传感器信号的激励端；将信号激励端24’接参考地，作为传感器另一激励端；将公共电极23作为传感器响应信号的感应端，输出测量结果；

—如图4所示，将压阻传感器100的检测区域11的一个端面安装在触控板200的背面，将检测区域11的另一个端面用支撑结构300支撑；将压阻传感器100的参考区域12的一个端面采用与检测单元11相同的方式安装在触控板200的背面上，参考区域12的另一个端面则为自由状态，不受到支撑结构300或其他结构的支撑。即在压阻传感器100安装使用时，将压阻传感器100的一个端面(包括检测区域11和参考区域12的一个端面)整面安装在触控板200的背面(如通过胶粘等固定安装)，检测区域11的另一端面需要支撑结构300进行支撑，而参考区域12的另一端面设置为不受外力的自由状态；

—具有电阻变化特性的敏感元件(具体而言，为检测单元21的敏感元件)在外部触控力的作用下变形，公共电极23的采样端输出电信号，获得外部触控力度信号。

在不同温度下，该压阻传感器100测量应力的情况是：假设在温度T₁、触控力F₁条件下采用上述方法测量时公共电极23处采集的信号；保持该压阻传感器100的信号激励端24和24’施加的激励电压固定，在温度T₂(T₁不等于T₁)、外部触控力F₁不变的条件下，采用上述方法测量时公共电极23处采集的信号保持不变。即，在触控力F不变时，环境温度T变化，采集的信号不变，即测量结果与环境温度T无关。

综上所述，本申请实施例的压阻传感器，在检测单元的基础上增加了参考单元，且检测单元和参考单元的材质、形状、尺寸等相同，检测单元用于进行触控力度检测，参考单元用于抵消温度漂移对压阻传感器的检测精度造成的影响；相比于普通的具有两个电极的传感器，本申请实施例的压阻传感器具有三个电极，其中一个为检测单元和参考单元的公共电极，用于采样，另两个电极用作信号激励端用于施加激励信号。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种压阻传感器，其特征在于，包括：相对设置的两个衬底层、以及设置在两个所述衬底层之间的敏感元件，所述敏感元件包括采用相同材质制成的检测单元和参考单元，所述检测单元和所述参考单元的一个电极连接形成公共电极并作为采样端，所述检测单元和所述参考单元的另一个电极均用作信号激励端；

所述压阻传感器具有检测区域和参考区域，所述检测单元设置在所述检测区域，所述参考单元设置在所述参考区域。

2.根据权利要求1所述的压阻传感器，其特征在于，所述检测单元和所述参考单元均设置为敏感栅状结构，两个所述敏感栅状结构的栅长相等，栅间距相等，且厚度相等；或者

所述检测单元和所述参考单元均设置为矩形结构，两个所述矩形结构的宽度相等，且厚度相等；或者

所述检测单元和所述参考单元均设置为包括多个圆形单元，所述圆形单元的直径相等，所述检测单元中的多个所述圆形单元和所述参考单元中的多个所述圆形单元的排布方式相同，且所述检测单元和所述参考单元的宽度相等，厚度相等。

3.根据权利要求2所述的压阻传感器，其特征在于，两个所述敏感栅状结构的栅宽相等；或者

两个所述矩形结构的长度相等；或者

所述检测单元中的所述圆形单元和所述参考单元中的所述圆形单元的数量相等，使所述检测单元和所述参考单元的长度相等。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压阻传感器，其特征在于，所述压阻传感器为薄膜压阻传感器，所述衬底层为柔性层。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的压阻传感器，其特征在于，所述检测区域的表面设有第一标识，和/或，所述参考区域的表面设有第二标识。

6.一种触控装置，其特征在于，包括：权利要求1至5中任一项所述的压阻传感器、触控板和支撑结构，所述压阻传感器固定在所述触控板的一板面上，所述支撑结构位于所述压阻传感器的远离所述触控板的一侧，并支撑所述压阻传感器的检测区域，所述压阻传感器的参考区域的远离所述触控板的一端为自由端，其中，所述压阻传感器的检测单元设置成用于触控力度检测，所述压阻传感器的参考单元设置成用于温度补偿。

7.根据权利要求6所述的触控装置，其特征在于，所述压阻传感器通过粘接固定至所述触控板。

8.根据权利要求6所述的触控装置，其特征在于，所述支撑结构与所述检测区域粘接固定。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的触控装置，其特征在于，所述检测单元的另一个电极形成的信号激励端设置成用于施加激励电压或激励电流，所述参考单元的另一个电极形成的信号激励端设置成接参考地。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求6至9中任一项所述的触控装置。

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