一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置及设计方法

本发明涉及电数字数据处理，具体涉及一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置及设计方法。

背景技术：

1、目前工业及民用领域的记录设备主要分为两类：一是无源物理记录设备，该类设备依靠磁场驱动微珠翻转成像，无需供电、可反复擦写，但无法将记录内容电子化存档、同步传输，仅能实现物理层面的信息留存，无法满足数字化工业的需求。二是有源电子记录设备，该类设备需外接电源方可运行，可完成信息的电子采集与数据同步，但在断电状态下无法留存任何可见笔迹，在野外、断电、防爆等特殊场景下使用受限。

2、因此，当前记录装置无法同时实现无源物理显影与有源电子同步功能，适用范围受限，通用性差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置及设计方法，解决现有技术中记录装置适用范围受限，通用性差的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置的设计方法，该设计方法包括：将磁性微珠填充于基板的容纳腔中，将密封层覆盖在基板表面以封闭容纳腔，形成磁性微珠板层；在磁性微珠板层的密封层表面均匀涂覆胶体，形成贴合胶层；将电容基材和导电薄膜粘结，形成柔性电容屏层；将柔性电容屏层的电容基材贴合于未固化的贴合胶层表面并按压，以使柔性电容屏层与磁性微珠板层粘合，得到层状复合组件； 将同步传输模块与层状复合组件信号连接，同步传输模块用于采集笔迹坐标、压力信号，并用于信号的实时传输与存储。

4、在一些实施例中，在将柔性电容屏层的电容基材贴合于未固化的贴合胶层表面并按压，以使柔性电容屏层与磁性微珠板层粘合，得到层状复合组件之后，设计方法还包括：将边框包裹层状复合组件的边缘。

5、在一些实施例中，在将磁性微珠填充于基板的容纳腔中，将密封层覆盖在基板表面以封闭容纳腔，形成磁性微珠板层之后，设计方法还包括：对磁性微珠板层进行校验，磁场对磁性微珠施加的梯度驱动力大于所有阻碍磁性微珠运动的阻力之和，即：

6、；

7、将各力的物理表达式代入，得到完整的显影动力学方程：

8、；

9、其中，为梯度驱动力;为滑动摩擦阻力;为粘度阻力；为密封层弹性阻力；为单个磁性微珠的直径；为真空磁导率；为磁性微珠磁化率；为磁感应强度梯度；为动摩擦系数；为磁性微珠密度；为重力加速度；为填充介质粘度；为磁性微珠运动速度；为最大密堆积填充率；为磁性微珠体积填充率；为密封层杨氏模量；为密封层最大形变量；为密封层的厚度。

10、在一些实施例中，将电容基材和导电薄膜粘结，形成柔性电容屏层之后，设计方法还包括：对柔性电容屏层进行校验，电容变化量受压力形变、磁致介电效应和电路动态响应的共同影响，电容相对变化量可表示为：

11、；

12、展开后得到完整的采集精度方程：

13、；

14、；

15、；

16、其中，为理想电容相对变化量；为实际电容变化量；为磁致介电干扰修正系数；为动态响应修正系数；为柔性电容屏层的基底电容；为电容采集电路的最小可检测相对电容变化量阈值；为笔尖施加在柔性电容屏层上的法向压力；为处的时间的磁感应强度，为横坐标，y为纵坐标；为贴合胶层压缩形变；为贴合胶层的厚度；为贴合胶层的杨氏模量；为柔性电容屏层厚度；为笔尖有效接触面积；为贴合胶的磁致介电系数；为柔性电容屏电极线电阻。

17、在一些实施例中，在将柔性电容屏层的电容基材贴合于未固化的贴合胶层表面并按压，以使柔性电容屏层与磁性微珠板层粘合，得到层状复合组件之后，设计方法还包括：对磁性微珠板层和柔性电容屏层共同进行校验，磁场对电容采集的总干扰误差率为两者之和：

18、；

19、将各误差项的物理表达式代入，得到磁-电耦合干扰抑制的临界条件：

20、；

21、其中，为磁致介电效应误差；为磁性微珠极化效应误差；为电容屏基材相对介电常数，为贴合胶层的相对介电常数；为真空介电常数；为电容屏驱动电场强度；为驱动电压，；为磁性微珠极化引起的局部电场强度。

22、第二方面，本发明还提供了一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置，采用上述的设计方法制造，该同步记录装置包括层状复合组件和同步传输模块，层状复合组件包括磁性微珠板层、柔性电容屏层以及位于柔性电容屏层与磁性微珠板层之间的贴合胶层，柔性电容屏层的侧边设有接线端子；同步传输模块与接线端子连接，同步传输模块用于接收触控采集的笔迹坐标与压力信号，并进行实时传输和存档。

23、在一些实施例中，同步记录装置还包括边框和擦除模块，边框用于包裹层状复合组件的边缘；擦除模块用于依靠磁场作用扰动磁性微珠排布。

24、在一些实施例中，磁性微珠板层包括基板、磁性微珠和密封层；基板内部设有均匀分布的容纳腔，容纳腔的直径在0.1mm-0.2mm之间，深度在0.05mm-0.15 mm之间；磁性微珠位于基板的容纳腔内，磁性微珠的直径在30μm-80μm之间；密封层用于封闭容纳腔，密封层的厚度在0.05mm-0.1mm之间。

25、在一些实施例中，柔性电容屏层包括电容基材和导电薄膜，柔性电容屏层的厚度在0.1mm-0.2mm之间，柔性电容屏层的基底电容在100pf-500pf之间。

26、在一些实施例中，贴合胶层采用光学透明胶，贴合胶层的厚度在0.1mm-0.3mm之间。‌

27、与现有技术相比，本发明提供的一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置的设计方法，该设计方法依次制作磁性微珠板层、粘合胶层及柔性电容屏层，复合构成层状组件，搭配同步传输模块实现信号的采集、传输与存储。该设计方法组装简便，通过分层复合设计，将无源物理显影的磁性微珠与有源电子采集的柔性电容屏层集成一体，使同步记录装置同时具备物理留痕、电子数据同步双重功能，装置通用性强，应用范围广。

1.一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在所述将所述柔性电容屏层的电容基材贴合于未固化的贴合胶层表面并按压，以使所述柔性电容屏层与所述磁性微珠板层粘合，得到层状复合组件之后，所述设计方法还包括：

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在所述将磁性微珠填充于基板的容纳腔中，将密封层覆盖在所述基板表面以封闭所述容纳腔，形成磁性微珠板层之后，所述设计方法还包括：

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述将电容基材和导电薄膜粘结，形成柔性电容屏层之后，所述设计方法还包括：

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，在所述将所述柔性电容屏层的电容基材贴合于未固化的贴合胶层表面并按压，以使所述柔性电容屏层与所述磁性微珠板层粘合，得到层状复合组件之后，所述设计方法还包括：

6.一种磁电耦合平衡无源双模同步记录装置，采用如权利要求1-5中任意一项所述的设计方法制造，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的记录装置，其特征在于，所述同步记录装置还包括边框和擦除模块，所述边框用于包裹所述层状复合组件的边缘；所述擦除模块用于依靠磁场作用扰动磁性微珠排布。

8.根据权利要求6所述的同步记录装置，其特征在于，所述磁性微珠板层包括基板、磁性微珠和密封层；

9.根据权利要求6所述的同步记录装置，其特征在于，所述柔性电容屏层包括电容基材和导电薄膜，所述柔性电容屏层的厚度在0.1mm-0.2mm之间，所述柔性电容屏层的基底电容在100pf-500pf之间。

10.根据权利要求6所述的同步记录装置，其特征在于，所述贴合胶层采用光学透明胶，所述贴合胶层的厚度在0.1mm-0.3mm之间。