TW201716958A - 壓力感測信號處理方法及其系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種壓力感測信號處理方法及其系統。壓力感測信號處理方法包含以下步驟：獲取電阻值的步驟；對記錄的電阻值-時間曲線進行一階微分計算得到對應斜率值km的步驟；根據斜率值km與至少一預設值資料庫進行匹配，至獲得與斜率值km對應的按壓力階△Fn的步驟；及根據按壓力階△Fn計算獲得按壓力值Fn步驟，其系統包含電阻檢測模組、微分處理模組、比較參照模組及運算模組。

Description

壓力感測信號處理方法及其系統
本發明是關於感測信號處理，特別是關於一種壓力感測信號處理方法及其系統。
隨著近年來觸控面板技術不斷更新，觸控面板已經成為顯示裝置的必備組件。而具有壓力感測功能的觸控面板得到越來越多的關注。電阻型壓力感測元件通常採用壓阻材料製作成壓感電極，通過檢測壓感電極在受按壓前後的電阻值變化，再根據電阻值變化與按壓力大小的對應關係來判斷按壓力的大小。但是現有的壓力感測元件在受到環境的影響會產生信號的變異：例如壓力感測元件在溫度、結構、環境等變異因素的影響下，壓力感測元件的電阻也會發生變化，從而導致信號增加或減小，而由這些變異因素所帶來的信號變化會使壓力感測失真。
舉例來說，常用壓阻材料氧化銦錫(ITO)，受溫度等變異因素影響會產生電阻值變化，且此變化量相較於受壓形變引起的電阻值變化量而言，並不能被忽略。利用氧化銦錫製作而成的壓力感測元件可以檢測出受力前後產生的電阻值變化△R，但這個△R是溫度和形變共同作用的結果，形變程度與按壓力正相關，但因無法測出受壓 前後的溫度差異，即無法確知溫度所引起的電阻值變化量，因此，單純根據電阻變化量根本無法排除所述變異因素的影響而判斷按壓力的大小。
現有技術中為了解決上述的問題，採用包含有多層壓力感測電極層的壓力感測元件，通過多層壓力感測電極層相互之間進行溫度補償，並計算壓力感測電極層的電阻變化，從而判斷按壓力的大小。但此種設計需要增加電極材料、制程步驟，會造成材料浪費、良率降低，同時增大了壓力感測元件的厚度，也不符合觸控面板薄型化的發展趨勢。
為克服目前壓力感測信號失真的問題，本發明提供了一種可有效減少變異因素對電阻值影響的壓力感測信號處理方法及其系統。且本發明中可僅採用單層壓力感測電極層即可實現降低變異因素的影響而判斷按壓力的大小，節省材料、工藝，提高良率，且更符合壓力感測元件薄型化趨勢。
本發明為解決上述技術問題，提供一技術方案：一種壓力感測信號處理方法，提供一壓力感測元件，壓力感測信號處理方法至少包含以下步驟：Q11，獲取壓力感測元件的電阻值並記錄成電阻值-時間關係曲線；Q12，對記錄的壓力感測元件之電阻值-時間關係曲線進行一階微分計算得到對應斜率值km；Q13，根據斜率值km與至少一預設值資料庫進行匹配，獲得與斜率值km對應的按壓力階△Fn；及Q14，根據按壓力階情況及按壓力階△Fn計算獲得按壓力值Fn。
本發明還提供了一種壓力感測信號處理系統，其包含： 壓力感測組件，用於偵測按壓力值；電阻檢測模組，用於獲取壓力感測元件電阻值；微分處理模組，用於將所獲取的壓力感測元件之電阻值-時間關係曲線進行一階微分計算得到對應斜率值km；比較參照模組，用於將斜率值km與至少一預設值資料庫進行匹配獲得與斜率值km對應的按壓力階△Fn；及運算模組，用於根據按壓力階△Fn計算獲得按壓力值Fn。
Q10‧‧‧壓力感測信號處理方法
Q11~Q14‧‧‧步驟
A1~A4‧‧‧電阻值
B1‧‧‧斜率正峰值
C1~C4‧‧‧電阻值變化斜率
D1~D4‧‧‧斜率負峰值
E1~E4‧‧‧電阻值-時間關係曲線
F1~F4‧‧‧電阻值變化斜率值-時間關係曲線
G1‧‧‧正峰值
G2‧‧‧負峰值
G3‧‧‧正峰值
G4‧‧‧負峰值
I‧‧‧壓力感測組件之形變最大的點
II‧‧‧電阻值變化斜率值為0的點
H2‧‧‧手指輕按壓與手指較重按壓達到按壓力平衡的點
V‧‧‧輕按壓
Ⅵ‧‧‧小力度按壓
532‧‧‧數值分析模
Ⅶ‧‧‧中度按壓
Ⅷ‧‧‧重度按壓
S20‧‧‧壓力感測信號處理方法
S101~S109‧‧‧步驟
40‧‧‧壓力感測信號處理系統
41‧‧‧電阻檢測模組
42‧‧‧微分處理模組
43‧‧‧比較參照模組
44‧‧‧運算模組
50‧‧‧壓力感測信號處理系統
51‧‧‧電阻檢測模組
52‧‧‧微分處理模組
53‧‧‧比較參照模組
54‧‧‧運算模組
55‧‧‧預設數值存儲模組
56‧‧‧觸控信號偵測模組
511‧‧‧按壓信號判斷模組
512‧‧‧電阻值獲取模組
531‧‧‧數值比較模組
圖1A是手指單次按壓壓力感測元件的電阻值-時間關係曲線圖。
圖1B是圖1A中所示電阻值-時間關係曲線的一階微分數值與時間的關係曲線圖。
圖2A是手指多次按壓壓力感測元件的電阻值-時間關係曲線圖。
圖2B是圖2A中所示電阻值-時間關係曲線的一階微分數值與時間的關係曲線圖。
圖3A是手指單次分階段按壓壓力感測元件的電阻值-時間關係曲線圖。
圖3B是圖3A中所示電阻值-時間關係曲線的一階微分數值與時間的關係曲線圖。
圖4是本發明第一實施例壓力感測信號處理方法的流程示意圖。
圖5是本發明第二實施例壓力感測信號處理方法的流程示意圖。
圖6是本發明第三實施例壓力感測信號處理系統的結構示意圖。
圖7是本發明第四實施例壓力感測信號處理系統的結構示意圖。
為了使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施實例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
請參閱圖1A-圖1B，系一壓力感測組件在一次受力過程的變化曲線圖，壓力感測組件的材料為透明導電氧化物，如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)等類似金屬氧化物。壓力感測元件隨溫度升高電阻增大，受按壓力作用拉伸形變之後，電阻值降低。具體地，圖1A中所示為壓力感測元件在一次受力過程中的電阻值-時間關係曲線圖，圖1B為圖1A中曲線進行一階微分運算後所獲得的電阻值變化斜率值-時間關係曲線圖。本領域技術人員可以明確得知的是，本發明中雖然僅表示的是電阻值與時間的關係曲線，及電阻值變化斜率值-時間關係曲線，但在實際電路處理中，並不單純只針對電阻值進行測量與微分計算，其在實際測量及微分計算過程中，可依照一定的對應關係即時對電流信號或電壓信號進行測量與微分計算而判斷電阻值變化情況，即本發明中關於電阻值情況的測量、記錄、計算同樣適用於對電流、電壓信號的測量、記錄、計算。從圖1B中可以看到手指按壓之後，會有一個明顯的斜率為負的峰值，施力越大，負峰值的絕對值越大，當手指撤回，壓力感測元件回彈，產生了較大的回彈力，產生一個明顯的斜率為正的峰值。
由於手指按壓後電阻值變化除了受到按壓力的影響，還受到其它變異因素影響。這些變異因素的影響可能會使壓力感測元件的電阻值變化呈上升或下降趨勢。當手指單次按壓壓力感測元件時，具體的電阻值-時間關係曲線與電阻值變化斜率值-時間的變化過程至 少包含：第一階段：在手指接觸壓力感測元件前，壓力感測元件具有一定的初始電阻R0；在手指接觸壓力感測元件到施加壓力前的過程中，壓力感測元件的電阻值如圖1A中A1段所示具有一電阻變化過程(在圖1A-圖1B中顯示為上升過程)，而相對應的電阻值變化斜率為如圖1B中C1段所示；此阻值上升過程主要是因為手指與壓力感測元件之間存在溫度差(在圖1A-圖1B中是手指溫度大於壓力感測元件溫度)，手指溫度帶動壓力感測元件升溫，引起電阻值增大。需要特別一提的是，圖1A及圖1B為了將接觸與按壓對電阻值的影響區分清楚，第一階段的時間特意延長，在實際按壓過程中，第一階段通常只作用很短的一段時間，且此階段可能還會摻雜其他影響因素產生的或正或負的斜率變化。
第二階段：在手指向壓力感測元件施加壓力後，壓力感測元件的電阻值如圖1A中A2段所示呈現為急速下降的過程；如圖1A中I點處所示為電阻值-時間關係曲線的最低點，此點為在手指對壓力感測組件施加壓力後，達到力平衡的點，在I點處壓力感測組件的形變最大；而相對應的電阻值變化斜率值變化則如圖1B中A2段所示的負峰值部分，其中，在圖1B中Ⅱ點出電阻值變化斜率值為0，其為在手指對壓力感測層施加壓力後，達到力平衡的點。
第三階段：即手指撤離壓力感測元件後，壓力感測元件的電阻值如圖1A中A3段所示有一個形變的恢復，即為壓力感測元件被按壓後的回彈力，其所引起的電阻值變化與手指按壓所引起的電阻值的變化相當。如圖1B中C3段所示電阻變化斜率值為正。
第四階段：當手指撤離且壓力感測組件的形變完全回復 之後，壓力感測組件自然降溫的過程，由於壓力感測元件的電阻值與溫度成正比，因此，如圖1A中A4段所示，壓力感測元件的電阻值也隨時間增長而下降，而反映到圖1B中則如C4段所示，此斜率值在為較小的負值。
結合圖1A與圖1B，對比上述第一階段(如圖1A中A1段所示)與第二階段(如圖1A中A2段所示)電阻值變化斜率值的大小，可知，在以如溫度、材料、結構等變異因素為電阻值變化主導因素的第一階段中，所述變異因素對電阻值變化斜率值影響小於第二階段中按壓作用力對電阻值變化斜率值的影響。因此，通過微分計算後，所述變異因素對電阻值變化的影響就基本可忽略不計。
請參閱圖2A-圖2B，系若干次按壓的電阻值-時間關係曲線圖及其對應的電阻值變化斜率值-時間關係曲線圖。單次按壓分為四個按壓級別，分別為輕按壓(如圖2A中E1段所示)、小力度按壓(如圖2A中E2段所示)、中度按壓(如圖2A中E3段所示)及重度按壓(如圖2A中E4段所示)。
圖2A中所示的E1段、E2段、E3段與E4段的電阻值-時間關係曲線分別對應於圖2B中的F1段、F2段、F3段及F4段中所示的手指按壓後電阻值變化斜率值-時間關係曲線圖。從圖2A-圖2B中可以看出，所述的輕按壓、小力度按壓、中度按壓及重度按壓均包含如圖1A-圖1B中所示的四個階段。其中，以一次輕按壓過程為例，如圖2B中F1段中所示為：如前述，G1處所示主要受手指溫度影響(可能疊加了其他變異因素)引起電阻值呈上升趨勢(即斜率值為正)，G1處顯示為一正峰值；G2處為手指按壓後由於按壓作用力而使電阻值變化呈下降趨勢(即斜 率值為負)，G2處顯示為較大的負峰值；G3處為手指離開壓力感測組件後，壓力感測元件的形變的回復變化而使其電阻值變化呈上升趨勢(即斜率值為正)，G3處顯示為較大的正峰值；G4處為手指離開後由於溫度下降而使電阻值變化呈下降趨勢(即斜率值為負)，G4處顯示為較小的負峰值。
由圖2A-圖2B中可以明顯看出小力度按壓、中度按壓及重度按壓的變化過程也如上所述可分為四個階段，在此不再贅述。
如圖2B中F1段的G2處與F4段的H2處所示為手指輕按壓與手指較重按壓達到按壓力平衡的點，對應於此點，則壓力感測組件的形變值最大。從圖2B中可明顯看出，手指輕按壓後電阻值變化斜率值(如G2處所示)小於手指較重按壓後電阻值變化斜率值(如H2處所示)。
可見，不同大小的按壓力對應不同的電阻值變化斜率值，電阻值變化斜率值的絕對值與按壓力值的大小成正比。
請參閱圖3A-圖3B，圖3A中所示為壓力感測元件在一次按壓過程中的電阻值-時間關係曲線圖，圖3B為圖3A中曲線進行一階微分運算後所獲得的電阻值變化斜率值-時間關係曲線圖。與圖1A-圖1B不同的是，圖3A-圖3B系根據不同的給力狀態將單次按壓具體為分階段按壓，即手指與壓力感測元件所對應的觸控表面不分離，逐階增加按壓力道以分別達到不同的力平衡。與圖2A-圖2B的區別在於：圖3A-圖3B是將輕按壓、小力度按壓、中度按壓及重度按壓作為一次按壓的四個力階分時序體現，這個差別，在圖3B中體現為僅在重度按壓之後，才有一個因手指撤離、形變恢復引起的較大的斜率正峰值。圖3A中所 示V點處、Ⅵ點處、Ⅶ點處及Ⅷ點處分別依次對應輕按壓、小力度按壓、中度按壓及重度按壓四個力階，而從圖3B可以看出，四個力階的按壓同時分別帶來了四個斜率負峰值(依次如圖3B中D1處、D2處、D3處及D4處中所示)，與圖2B中所示多次按壓操作具有多個正峰值不同，圖3B中僅有一個明顯的正峰值(如圖3B中B1處所示)用以判斷一次按壓結束。而在四個力階的按壓結束之前的四個負峰值則分別對應的是與前一階段按壓力的差值大小。因此，從圖3A-圖3B可以看出，不同的電阻值變化斜率值與不同力階的按壓力量差值成正比，即負斜率對應的是按壓力階△F的大小。
採用對電阻值-時間關係曲線進行一階微分運算的方法，可以降低所述變異因素對電阻值變化的影響，更準確地計算出按壓力的大小。
請參閱圖4，本發明第一實施例提供了一種壓力感測信號處理方法Q10，提供一壓力感測元件，壓力感測信號處理方法Q10可包含如下步驟：Q11，獲取壓力感測元件的電阻值，並記錄成電阻值-時間關係曲線；Q12，對記錄的壓力感測元件之電阻值-時間關係曲線進行一階微分計算得到對應斜率值km；Q13，根據斜率值km與至少一預設值資料庫進行匹配，獲得與斜率值km對應的按壓力階△Fn(這一力平衡時刻相較於前一力平衡時刻的按壓力差值)；及Q14，根據按壓力階△Fn計算獲得按壓力值Fn。
在步驟Q11之前，還包含如下步驟： S101，提供一系統並持續對觸控電極進行掃描；S102，判斷是否偵測到單次觸控的位置信號；若是，則進入步驟Q11，偵測壓力感測元件的電阻值，若否，則進入重複步驟S101。
上述的步驟Q11中，獲取壓力感測元件的電阻值包含獲取壓力感測元件的初始電阻值R0及手指按壓過程的電阻值Rm。電阻值Rm的m值為1、2……m-1、m。
在上述步驟Q12中，時間t的取值及獲取、記錄壓力感測元件的電阻值Rm的時間間距可根據實際的壓力感測信號檢測及處理的需求進行調節，在此不做限定。
上述的步驟Q13中，按壓力階△Fn的n值為1、2……n-1、n。
在上述步驟Q11-Q14中，電阻值的獲取、此電阻值對應的電阻值-時間關係曲線段的一階微分運算及斜率值km與預設值資料庫的匹配的操作是連續且同時進行的，直至一按壓力計算週期結束時(即手指撤離壓力感測組件時)結束。
預設值資料庫為根據壓力感測元件的受到不同大小的按壓力時對應的電阻值及電阻值變化的斜率值km，模擬運算出與斜率值km相對應的按壓力階△Fn，並將上述km及與其對應的△Fn資料歸整並形成預設值資料庫。在一些更優的實施例中，預設值資料庫還可根據壓力感測模組整體的材料、結構和/或靈敏度的相關條件進行模擬運算，從而獲得針對性更強的預設值資料庫。
上述的步驟Q14中，按壓力值Fn通過式(1)計算獲得，具體如下：Fn=Fn-1+△Fn (1)； 其中，按壓力值Fn-1表示為按壓力值Fn的前一個時間對應的按壓力值，其中，n為1、2……n-1、n。當n=1時，上述式(1)為F1=F0+△F1，其中，F0=0，通過將獲得的斜率值km與預設值資料庫中的對應資料進行匹配，可分析獲得按壓力階△F1，從而通過上述式1計算獲得按壓力值F。
在一些實施例中，預設值資料庫還可具有資料校正的功能，在步驟Q12中的資料可進入預設值資料庫中，以便於校準的資料可用於後續的斜率值km的資料比較、匹配與分析。
在另一些實施例中，壓力感測組件可進一步與位置感測元件相結合，通過偵測位置信號，待獲得按壓的位置信號後，才開始壓力感測信號的處理，如此一來，除了可以實現一次觸壓同時偵測三維信號以外，以位置信號的獲得作為壓力信號啟動的開關，更可以節省能耗。
此外，為了實現對壓力感測信號進行更進一步的精准處理與分析，還可對獲取壓力感測元件的電阻值、一階微分計算得到斜率值km及對斜率值km的有效性進行進一步的判斷，還可對壓力感測信號處理方法Q10進行進一步的細化。
具體請參閱圖5，本發明第二實施例提供了一種壓力感測信號處理方法S20，提供一壓力感測元件，壓力感測信號處理方法S20可進一步包含如下步驟：S101，對觸控電極進行掃描；S102，判斷是否偵測到單點觸控的位置信號，若是則進入步驟S103，若否則重複步驟S101；S103，獲取壓力感測元件的電阻值R0並記錄； S104，獲取壓力感測元件的電阻值Rm並記錄下電阻值-時間關係曲線；S105，對記錄的壓力感測元件之電阻值-時間關係曲線進行一階微分計算得到相對應的斜率值km；S106，判斷上述斜率值km是否大於預設斜率值ka，若是則結束本次運算，若否則進入步驟S107；S107，判斷上述斜率值km是否小於預設斜率值kb，若是則進入步驟S108，若否則重複步驟S104，並獲取下一個電阻值Rm+1；S108，將獲取的斜率值km與預設值資料庫中相關數值進行匹配，從而獲得力變化值△Fn，並返回步驟S104；及S109，根據式(1)計算，獲得相對應的按壓力值Fn後，結束本次運算。
其中，在本實施例中，壓力感測元件的電阻值Rm、斜率值km、按壓力階△Fn及按壓力值Fn中n、m的取值範圍與上述第一實施例中相關內容一致，此外，預設值資料庫也與上述第一實施例中相關內容一致，在此不再贅述。此外，電阻值的獲取、此電阻值對應的電阻值-時間關係曲線段的一階微分運算及斜率值km與預設值資料庫的匹配等操作均是連續且同時進行的，直至一按壓力計算週期結束時結束。
預設斜率值ka、預設斜率值kb均為通過系統在設定不同變異因素條件下而模擬運算獲得的。預設斜率值ka為當變異因素影響壓力感測元件檢測獲得的電阻值變化斜率值為最大正值時對應的斜率值，預設斜率值ka為大於零。在具體的實施例中，預設斜率值ka可根據實際壓力感測模組的整體(包含材料、結構、靈敏度等變異因素)進行調 整。預設斜率值kb為當變異因素影響壓力感測元件檢測獲得的電阻值變化斜率值為最小負值時對應的預設斜率值kb，預設斜率值kb為小於零。
在一些實施例中，預設斜率值ka與預設斜率值kb表示為手指在適用溫差範圍內(這裡說的溫差是指按壓物體與壓力感測元件的溫差)，在最大溫差條件下，單純接觸(即為無手指按壓)壓力感測元件時，由於手指溫度傳遞到壓力感測元件而產生的電阻變化斜率值。當按壓物體溫度高於壓力感測元件時，所產生的斜率值為正時，則得出預設斜率值ka；而當按壓物體溫度低於壓力感測元件時，所產生的斜率值為負時，則得出預設斜率值kb。可以明顯得知的是，前述變異因素並不僅限於按壓物體與壓力感測元件的溫差，還可以包含檢測系統自身靈敏度原因引起的波動帶來的斜率正峰值、負峰值以及快速按壓引起感測元件反彈帶來的斜率異動等；在實際應用中，預設斜率值ka、kb可根據實際壓力感測模組的整體進行調整。
上述步驟S106與步驟S107具有對與手指按壓力對應的斜率值km的有效性進行判斷的功能，在一些實施例中，步驟S106與步驟S107之間的順序可根據實際變異因素的特點進行調整。在一些特殊的實施例中，如變異因素對壓力感測元件的電阻值的影響均為正向影響或均為負向影響，步驟S106與步驟S107可任選其一。
在本實施例中，由於手指施力方式的不同，其對應的壓力感測信號也不相同，因此其具體壓力感測信號偵測的步驟也不同。
根據按壓力的給力狀態的不同，可將按壓力的施力方式至少分為三種：單次按壓、若干次按壓及單次分階段按壓等。
本發明第二實施例的第一具體實施方式如下：當手指單次按壓壓力感測組件時，具體的施力方式如圖1A-圖1B 中所示。在本變形實施例方式中，壓力感測信號處理方法S20a的進程為：當手指接觸壓力感測元件時，壓力感測信號處理方法S20a被觸發，並通過觸控電極獲取手指接觸點的位置信號，獲取壓力感測元件的初始電阻值R0後，繼續獲取下一個電阻值R1，通過對壓力感測元件的電阻值R0及電阻值R1進行一階微分運算，獲得R0-R1的斜率值k1；判斷k1是否大於預設斜率值ka，若大於，即壓力感測元件的電阻值R1對應的點不在本次所需計算按壓力信號的區間內，可停止本次按壓的相應計算，若小於，則還進一步需要判斷k1是否小於預設斜率值kb；若k1大於預設斜率值kb，則不屬於本次按壓力信號所需計算的區間，需要重複取下一個電阻值Rm，若小於，則計算，並最終獲得F1。
在本變形實施方式中，最終輸出的信號中按壓力值F=F1，此時，按壓力值F1即為單次按壓相對應產生的按壓力。
此外，獲取壓力感測單元的電阻值Rm與電阻值Rm+1之間時間t的間距應相等，但具體的間距大小可根據實際壓力感測信號處理的實際需求進行調整，如可由系統運算頻率及其運算速度決定，在此不做限定。
本發明第二實施例的第二具體實施方式如下：當手指若干次按壓壓力感測元件，第二變形實施方式與第一變形實施方式的區別在於：重複第一變形實施方式至所有按壓結束。如圖2A中所示E1段、E2段、E3段及E4段均為一個單次按壓的週期。
每個單次按壓週期均滿足手指接觸-手指按壓-手指離開的過程，一個單次手指按壓週期均可獲得一個按壓力值Fn，如圖2A-圖2B中所示，四次不同按壓力大小的手指按壓分別獲得第一按壓力值F輕、第二按壓力值F小、第三按壓力值F中、第四按壓力值F重。系統可 通過所獲取的按壓力值Fn的大小或Fn值的時間間隔，再通過後續的相應處理從而獲得不同的壓力感測信號，以實現不同的操作。
本發明第二實施例的第三具體實施方式如下：當手指單次分階段按壓壓力感測元件，第三變形實施方式與上述第一變形實施方式的區別在於：手指以第一力階△F1按壓壓力感測組件至力平衡之後(此時按壓力F1=△F1)，手指不與壓力感測元件分離而是增加第二力階△F2至F2=F1+△F2，達到新的力平衡；之後，分別增加第三力階△F3至F3=F2+△F3、第四力階△F4至F4=F3+△F4，達到最終的力平衡之後，手指撤離壓力感測組件。如圖3A中所示，手指單次分階段按壓四段(如圖3A中V點處、Ⅵ點處、Ⅶ點處及Ⅷ點處所示)，最後輸出的按壓力值為F4。
為了更好地對壓力感測信號進行相關的處理，本發明中還可進一步對壓力感測信號處理系統進一步的限定。
請參閱圖6，本發明第三實施例提供了一種壓力感測信號處理系統40，其包含一壓力感測元件及依次連接的一電阻檢測模組41、一微分處理模組42、一比較參照模組43及一運算模組44。
其中，壓力感測組件，用於偵測按壓力值；電阻檢測模組41，用於獲取壓力感測元件的電阻值R0、電阻值Rm；微分處理模組42，用於將所獲取的壓力感測元件的電阻值R0、電阻值Rm與對應的時間t的曲線進行一階微分計算得到對應斜率值km；比較參照模組43，用於將斜率值km與至少一預設值資料庫進行匹配至獲得與斜率值km對應的按壓力階△Fn；例如以常見壓阻材料透明導電金屬氧化物-氧化銦錫(ITO)為例，將此材料製作出的壓力感測元件，先在其適用範圍內以最大溫差 (或其他變異因素)測出其預設斜率值ka、預設斜率值kb，再通過不同的按壓力對其進行按壓作用，測出按壓力階與斜率的對應關係，其中，在比較參照模組43中，當斜率值km大於預設斜率值kb時，則可以判斷△Fn=0N；而當斜率值km小於預設斜率值kb時，具體如表1中所示：
參閱表1可知，當斜率值km約為-1757430時，則表示與其對應的按壓力階△Fn約為0.5N；當斜率值km值約為-2615129時，則表示按壓力階△Fn的大小約為1.0N；當斜率值km值約為-3305719時，則表示按壓力階△F的大小約為1.5N；而當斜率值km大約為-4467252時，則表示按壓力階△Fn的大小約為2.0N；依此類推。
表1中所示按壓力階△Fn與斜率值對應的數值僅為示例，在實際應用中表1所示的資料存儲在預設值資料庫中，根據此預設值資料庫即可獲得與斜率值km的大小得出相應的按壓力階△Fn。
運算模組44，用於根據按壓力階△Fn計算獲得按壓力值Fn。其中，運算式及其相關的參數限定與本發明第一實施例中相同，在此不再贅述。
請參閱圖7，本發明第四實施例提供了一種壓力感測信號處理系統50，其包含依次連接的一電阻檢測模組51、一微分處理模組 52、一比較參照模組53及一運算模組54，還進一步包含一預設數值存儲模組55及一觸控信號偵測模組56。
更進一步地，電阻檢測模組51包含一按壓信號判斷模組511及一電阻值獲取模組512；比較參照模組53包含一數值比較模組531及一數值分析模組532。
其中，預設數值存儲模組55，用於存儲如本發明第一實施例中的預設數值如預設斜率值ka、預設斜率值kb、預設值資料庫等的存儲。
觸控信號偵測模組56，用於對手指觸控信號進行偵測。
按壓信號判斷模組511，按壓信號判斷模組，用於持續判斷觸控信號偵測模組是否偵測到手指觸控信號。所述電阻值獲取模組512，用於獲取手指觸控區域的壓力感測元件的初始電阻值R0及手指接觸後各階段所產生的Rm值。
數值比較模組531，用於將斜率值km與預設值資料庫中的對應資料進行匹配。
數值分析模組532，用於對比分析斜率值km與預設值資料庫的資料，從而獲得與斜率km對應的按壓力階△Fn。
本實施例中，壓力感測信號處理系統50中各模組的連接關係還可表示為：按壓信號判斷模組511與電阻值獲取模組512連接，電阻值獲取模組512與微分處理模組52連接；微分處理模組52與數值比較模組531連接並實現兩者間的資料的雙向傳輸；數值比較模組531與數值分析模組532連接，數值分析模組532與預設數值存儲模組55連接並實現兩者資料的雙向傳輸，在預設數值存 儲模組55中存儲的預設數位，當數值比較模組531或數值分析模組532需要與存儲在預設數值存儲模組55中預設值資料庫的預設值進行匹配或計算時，則可從預設數值存儲模組55中調取相關的數值進行比較、匹配或分析。
數值分析模組532還與運算模組54連接。運算模組54包含一求和運算電路(圖未示)。在求和運算電路中，將比較參照模組53最終獲得的按壓力階△Fn通過如本發明第一實施例中的式(1)進行運算，從而獲得最終的按壓力值Fn。
在一些實施例中，數值比較模組531、數值分析模組532還可為預設數值存儲模組55提供校準資料，校準資料還可存儲在預設數值存儲模組55中，以便於校準資料可用於後續的斜率值km的比較與分析。
在本發明一些較優的實施例中，採取電阻值-增量的計算方式，起始值可以是不固定的，如此的信號處理方式可以將制程的電阻值變異和環境造成的電阻值變化忽略。
本發明所提供的壓力感測信號處理方法及其系統具有如下的優點。
(1)本發明所提供的壓力感測信號處理方法，其通過將獲取得到的電阻值-時間關係曲線進行一階微分計算得到對應斜率值km，並根據斜率值km與預設值資料庫進行匹配，獲得與斜率值km對應的按壓力階△Fn後，根據按壓力階△Fn計算獲得按壓力值Fn。與現有技術相比，本發明可通過對電阻值-時間關係曲線進行一階微分運算，一定程度排除變異因素所產生的雜訊信號，從而準確選擇相應的按壓力值Fn，無需對壓力感測元件的材料或結構進行特殊的限定，也可實 現對壓力感測信號的有效精准檢測及處理。
(2)本發明所提供的壓力感測信號處理方法中，還包含在獲取相關電阻值R0及電阻值Rm前，對觸控電極進行掃描並判斷是否可偵測到位置信號，可實現以偵測位置信號為觸發壓力感測信號處理方法的觸發信號，從而實現對按壓力量電阻值及其對應信號的高靈敏度及精准度的獲取。
(3)本發明所提供的壓力感測信號處理方法中，進一步包含對與手指按壓力對應的斜率值km的有效性進行判斷。其中，對斜率值km有效性的判斷為將km值與預設值ka及預設值kb分別進行比較，從而準確獲得手指按壓所對應的區域及其按壓所產生的斜率值km的變化。具體可包含與斜率值km與預設值ka或預設值kb進行比較，或斜率值km依次與預設值ka、預設值kb進行比較，或斜率值km依次與預設值kb、預設值ka進行比較。上述對斜率值km有效性判斷的不同方法，根據變異因素對電阻值帶來的變化的不同，選擇對應的斜率值km有效性的判斷方法。壓力感測信號處理方法可適用於具有不同變異因素的壓力感測元件中，且可準確判斷出相應的按壓力值。
(4)本發明所提供的壓力感測信號處理方法中包含通過斜率值km與預設值資料庫進行匹配後獲得按壓力階△Fn，並進一步通過公式Fn=Fn-1+△Fn進行計算的過程，採用此方法，可以獲得與實際手指按壓力量大小相對應的按壓力值Fn，從而可提供具有較高精准度的壓力感測信號。
(5)本發明所提供的壓力感測信號處理系統40，包含電阻檢測模組41、微分處理模組42、比較參照模組43及運算模組44，各模組均具有不同的作用，且各模組之間連接緊密，與現有技術相比， 本發明中加入了微分處理模組42、比較參照模組43及與上述兩者對應的運算模組44，從而實現對壓力感測信號的有效精准檢測及處理。
(6)在本發明所提供的壓力感測信號處理系統50中，電阻檢測模組51包含按壓信號判斷模組511及電阻值獲取模組512，從而實現持續對觸控電極進行掃描並判斷是否偵測到手指觸控位置信號，進而獲取手指觸控區域的電阻值，從而實現對按壓力量電阻值及使與其對應的信號獲取具備高靈敏度及精准度。
(7)壓力感測信號處理系統50進一步包含一預設數值存儲模組55且比較參照模組53還包含數值比較模組531及數值分析模組532。預設數值存儲模組55分別與數值比較模組531及數值分析模組532連接並實現資料的雙向傳輸。上述的連接關係可實現數值比較模組531及數值分析模組532從對應的預設數值存儲模組55中調取相關的數值進行比較、匹配及分析，從而獲取與斜率值km相匹配的按壓力階△Fn。
(8)本發明所提供的壓力感測信號處理系統50中運算模組54進一步包含一求和運算電路(圖未示)，通過此求和運算電路可以獲得與實際手指按壓力量大小相對應的按壓力值Fn，從而可提供具有較高精准度的壓力感測信號。
(9)本發明所提供的壓力感測信號處理方法及其系統，可適用於含有壓力感測功能的裝置及設備中，使此裝置及設備具有較好的壓力感測靈敏度，可實現對手指按壓力度大小的精准檢測，最終提高壓力感測裝置的使用者使用滿意度。本發明所提供的壓力感測信號處理方法及其系統，具有較強的實用性。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制 本發明，凡在本發明的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本發明的保護範圍之內。
Q10‧‧‧壓力感測信號處理方法
Q11~Q14‧‧‧步驟

Claims (13)

  1. 一種壓力感測信號處理方法，包含：提供一壓力感測元件，該壓力感測信號處理方法至少包含以下步驟：Q11，獲取該壓力感測元件的一電阻值並記錄成一電阻值-時間關係曲線；Q12，對記錄的該壓力感測元件之該電阻值-時間關係曲線進行一階微分計算得到對應的一斜率值km；Q13，根據該斜率值km與至少一預設值資料庫進行匹配，獲得與該斜率值km對應的一按壓力階△Fn；及Q14，根據一按壓力階情況及該按壓力階△Fn計算獲得一按壓力值Fn。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測信號處理方法，其中該壓力感測信號處理方法在該步驟Q11之前，更包含以下步驟：S101，對一觸控電極進行掃描；以及S102，判斷是否偵測到觸控的一位置信號，若是則進入下一步驟，若否則重複該步驟S101。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測信號處理方法，其中該步驟Q11更包含以下步驟：S103，獲取該壓力感測元件的一電阻值R0；以及S104，獲取該壓力感測元件的一電阻值Rm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測信號處理方法，其中在該步驟Q12與該步驟Q13之間還包含以下步驟：對與手指按壓力對應的該斜率值km的有效性進行判斷。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之壓力感測信號處理方法，其中所述對與手指按壓力對應的該斜率值km的有效性進行判斷具體包含以下步驟：判斷該斜率值km是否大於一預設斜率值ka，其中，該預設斜率值ka>0，若是則結束本次運算，若否則進入下一該步驟Q13；或判斷該斜率值km是否小於一預設斜率值kb，其中，所述預設斜率值kb<0，若是則進入下一該步驟Q13，若否則重複該步驟Q11，並獲取下一電阻值Rm+1。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之壓力感測信號處理方法，其中所述對與手指按壓力值對應的該斜率值km的有效性進行判斷具體包含以下步驟：S106，判斷該斜率值km是否大於一預設斜率值ka，其中，該預設斜率值ka>0，若是則結束本次運算，若否則進入下一步驟S107；及S107，判斷該斜率值km是否小於一預設斜率值kb，其中，該預設斜率值kb<0，若是則進入下一該步驟Q13，若否則重複該步驟Q11，並獲取下一電阻值Rm+1。
  7. 如申請專利範圍第1-6項中任一項所述之壓力感測信號處理方法，其中該步驟Q14中該按壓力值Fn的計算過程如下：Fn=Fn-1+△Fn； 其中，一按壓力值Fn-1表示為該按壓力值Fn的前一個時間對應的按壓力值，其中，n為1、2……n-1、n，且F0=0。
  8. 一種壓力感測信號處理系統，包含：一壓力感測組件，用於偵測一按壓力值；一電阻檢測模組，用於獲取一壓力感測元件電阻值；一微分處理模組，用於將所獲取的一壓力感測元件之電阻值-時間關係曲線進行一階微分計算得到對應的一斜率值km；一比較參照模組，用於將該斜率值km與至少一預設值資料庫進行匹配獲得與該斜率值km對應的一按壓力階△Fn；及一運算模組，用於根據該按壓力階△Fn計算獲得一按壓力值Fn。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之壓力感測信號處理系統，其中該壓力感測信號處理系統更包含一觸控信號偵測模組，該觸控信號偵測模組用於對一手指觸控信號進行偵測；該電阻檢測模組更包含：一按壓信號判斷模組，用於持續判斷該觸控信號偵測模組是否偵測到該手指觸控信號；及一電阻值獲取模組，用於獲取一手指觸控區域的該壓力感測元件的該電阻值；其中該觸控信號偵測模組、該按壓信號判斷模組及該電阻值獲取模組依次連接。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之壓力感測信號處理系統，其中該壓力感測信號處理系統更包含一預設數值存儲模組，該預設數值存儲模組用於存儲一預設數值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測信號處理系統，其中該比較參照模組包含：一數值比較模組，用於將該斜率值km與該預設值資料庫中的一對應資料進行匹配；以及一數值分析模組，用於對比分析該斜率值km與該預設值資料庫的資料，從而獲得與該斜率km對應的該按壓力階△Fn。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之壓力感測信號處理系統，其中該預設數值存儲模組分別與該數值比較模組及該數值分析模組連接並實現資料的雙向傳輸。
  13. 如申請專利範圍8-12中任一項所述壓力感測信號處理系統，其中該運算模組包含一求和運算電路。
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