一种传感器、触摸检测电路、方法和系统与流程

1.本文涉及传感器检测技术，尤指一种传感器、触摸检测电路、方法和系统。


背景技术：

2.两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。电容器的电容值等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。以平行板电容器为例，其电容c的计算公式为其中，u
a-ub为两平行板间的电势差，εr为相对介电常数，k为静电力常量，s为两板正对面积，d为两板间距离。
3.应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器。电阻应变片则是其最常采用的传感元件。它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。电阻应变片的基本构造如图1所示，它一般由敏感栅、基片、与敏感栅连接的引线、覆盖层等组成。所述敏感栅可以由金属丝做敏感栅或由箔式电阻做敏感栅。
4.压阻式传感器是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化。


技术实现要素：

5.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。
6.本技术实施例提供了一种传感器、触摸检测电路、方法和系统，能够通过该传感器同时实现电容和应变式、压阻式传感器的功能。
7.本技术实施例提供的传感器，包括：电容基材；
8.一个或多个间隔设置的极板对，极板对包含2个极板；极板对包含的2个极板分别设置在所述电容基材上下表面的相对位置，构成电容的一对极板，每个极板包括电阻值随外力作用变化的敏感栅。
9.本技术实施例提供的传感器同时实现电容和应变式、压阻式传感器的功能。
10.本技术实施例提供的触摸检测电路包括：
11.一个或多个如前实施例所述的传感器；
12.第一开关模块，与所述传感器、电阻变化量检测模块和电容变化量检测模块连接，设置为分时工作于第一通断状态和第二通断状态；在第一通断状态下将所述传感器的电阻接线端与电阻变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电阻检测模式；在第二通断状态下将所述传感器的电容接线端与电容变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电容检测模式；
13.电阻变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电阻变化量；
14.电容变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电容变化量。
15.本技术实施例提供的触摸检测电路能够提供电阻变化量检测和电容变化量检测的功能。
16.本技术实施例提供的基于前述实施例所述的触摸检测电路的触摸检测方法，所述传感器安装在触控设备上，所述方法包括：
17.控制所述第一开关模块处于第二通断状态，使所述触摸检测电路工作在电容检测模式；
18.在电容检测模式下，当根据所述触摸检测电路获取的电容变化量确定所述触控设备被触碰后，控制所述第一开关模块分时工作在第一通断状态和第二通断状态，使所述触摸检测电路分时工作在电阻检测模式和电容检测模式；
19.在电容检测模式下，根据所述电容变化量及电容位置确定触点位置；在电阻检测模式下，根据所述触摸检测电路获取的电阻变化量确定触碰的力度。
20.本技术实施例提供的触摸检测方法能够检测电阻变化量检测和电容变化量。
21.本技术实施例提供的触摸检测系统包括：
22.如前实施例所述的触摸检测电路；
23.与所述触摸检测电路连接的控制器，所述控制器执行如前实施例所述的触摸检测方法的步骤。
24.本技术实施例提供的另一触摸检测电路包括：
25.传感器，所述传感器包括由电阻值随外力作用变化的敏感栅组成的极板，所述极板构成电容的一个极板，与所述敏感栅两端连接的一对电阻接线端，以及与所述敏感栅一端连接的电容接线端；
26.开关模块，与所述传感器、电阻变化量检测模块和电容变化量检测模块连接，设置为分时工作于第一通断状态和第二通断状态；在第一通断状态下将所述传感器的电阻接线端与电阻变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电阻检测模式；在第二通断状态下将所述传感器的电容接线端与电容变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电容检测模式；
27.电阻变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电阻变化量；
28.电容变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电容变化量。
29.本技术实施例提供的触摸检测电路能够提供电阻变化量检测和电容变化量检测的功能。
30.本技术实施例提供的基于前述实施例所述的触摸检测电路的触摸检测方法，所述传感器安装在触控设备上，所述方法包括：
31.控制所述开关模块处于第二通断状态，使所述触摸检测电路工作在电容检测模式；
32.在电容检测模式下，当根据所述触摸检测电路获取的电容变化量确定所述触控设备被触碰后，控制所述开关模块分时工作在第一通断状态和第二通断状态，使所述触摸检测电路分时工作在电阻检测模式和电容检测模式；
33.在电阻检测模式下，根据所述触摸检测电路获取的电阻变化量确定触碰的力度。
34.本技术实施例提供的触摸检测方法能够检测电阻变化量检测和电容变化量。
35.本技术实施例提供的触摸检测系统包括：
36.如前实施例所述的另一触摸检测电路；
37.与所述触摸检测电路连接的控制器，所述控制器执行如前实施例所述的触摸检测方法的步骤。
38.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
39.在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
40.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
41.图1为一些技术中电阻应变片的基本构造示意图；
42.图2为本技术实施例提供的传感器示意图；
43.图3为本技术实施例提供的传感器中由敏感栅组成的极板示意图；
44.图4为本技术实施例提供的当有外部物体触碰传感器安装所在的触碰设备时，极板的形变示意图；
45.图5为本技术实施例提供的第一开关模块在第一通断状态将敏感栅进行连接的示意图；
46.图6为本技术实施例提供的由2个极板对上的敏感栅连接成的电阻电桥示意图；
47.图7为本技术实施例提供的电阻变化量检测模块的示意图；
48.图8为本技术实施例提供的第一开关模块在第二通断状态将敏感栅进行连接的示意图；
49.图9为本发明实施例提供的第二开关模块在第一开关模块处于第二通断状态下，将不同电容的两极分时与所述电容变化量检测模块连接意图；
50.图10为本发明实施例提供的基于本发明实施例提供的触摸检测电路的触摸检测方法流程图；
51.图11为本技术实施例提供的触摸检测系统组成示意图；
52.图12为本技术实施例提供的另一种触摸检测电路的示意图；
53.图13为本技术实施例提供的另一种触摸检测系统组成示意图。
具体实施方式
54.本技术描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本技术所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
55.本技术包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本技术已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定
的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本技术中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
56.此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本技术实施例的精神和范围内。
57.本技术实施例提供了一种传感器，所述传感器包括：
58.电容基材；
59.一个或多个间隔设置的极板对，极板对包含2个极板；极板对包含的2个极板分别设置在所述电容基材上下表面的相对位置，构成电容的一对极板，每个极板包括电阻值随外力作用变化的敏感栅。
60.所述敏感栅可以是由金属导体组成的敏感栅，金属导体的电阻值随金属导体受外力产生机械形变而发生变化；所述敏感栅也可以由高分子电阻式半导体材料组成，半导体材料的电阻率随半导体材料受到的外力变化而发生变化。
61.所述传感器的极板对上还可以包括覆盖层，其工艺可以参照应变式传感器的生产工艺。
62.图2给出了本实施例所述的传感器示意图，图中201代表电容基材，202-1、202-2、202-3和202-4为4个极板，其中，202-1和202-2为一个极板对，202-3和202-4为一个极板对，每个极板对构成了电容的一对极板。
63.在一示例性实施例中，所述传感器还可以包括：
64.至少一对电容接线端，每对电容接线端连接到同一电容的一对极板，不同极板连接不同的电容接线端；
65.至少一对电阻接线端，每对电阻接线端连接到同一极板的敏感栅的两端，不同极板连接不同的电阻接线端对，其中，每一极板的敏感栅包括一个敏感栅或多个串联的敏感栅；
66.一所述极板连接的电容接线端共用该极板连接的一电阻接线端，或者不同于该极板连接的电阻接线端。
67.图3给出了本实施例所述传感器中由敏感栅组成的极板示意图，图中d表示两个极板之间的距离，l为敏感栅的长度，w为敏感栅的宽度。当有外部物体触碰传感器安装所在的触控设备时，由极板组成的电容的电容值会发生变化，可以将上述实施例中的电容接线端与电容变化量检测电路连接以测量电容值的变化，并根据电容值的变化判断是否有外部物体与所述传感器安装所在的触控设备发生了触碰。另外，当有外部物体触碰所述触控设备，极板上的敏感栅的长度发生形变(由接触碰前的lx变为触碰后的ly)，宽度基本不变，并且由极板组成的极板对之间的距离也会发生变化(由触碰前的dx变为触碰后的dy)，如图4所
示，可以将上述实施例中的电阻接线端与电阻变化量检测电路连接以测量电阻值的变化，并根据电阻值的变化判断受到的外力大小。
68.本技术实施例所述的上述传感器能够同时实现电容和应变式、压阻式传感器的功能。由于利用电容检测触点位置更加准确，利用应变传感器或压阻传感器测量触碰力度更加准确，基于本技术实施例提供的传感器为同时准确的进行触点位置判断和触碰力度检测提供可能。
69.本技术实施例还提供了一种触摸检测电路，所述触摸检测电路包括：
70.一个或多个如前实施例所述的包含电容接线端和电阻接线端的传感器；
71.第一开关模块，与所述传感器、电阻变化量检测模块和电容变化量检测模块连接，设置为分时工作于第一通断状态和第二通断状态；在第一通断状态下将所述传感器的电阻接线端与电阻变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电阻检测模式；在第二通断状态下将所述传感器的电容接线端与电容变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电容检测模式；
72.电阻变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电阻变化量；
73.电容变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电容变化量。
74.本技术实施例所述的触摸检测电路可以利用本技术实施例所述的传感器同时实现电容变化和电阻变化检测功能。
75.在一示例性实施例中，所述触摸检测电路包括2个极板对，所述2个极板对属于一个具有2个极板对的所述传感器，或者属于2个具有单个极板对的所述传感器；
76.所述第一开关模块设置为在第一通断状态下，将所述2个极板对的敏感栅连接成电阻电桥，且将所述电阻电桥的一对对角连接到电阻变化量检测模块，将另一对对角连接到直流电源的两极，所述电阻电桥两个相对桥臂上的敏感栅属于同一极板对；以及设置为在第二通断状态下，将所述2个极板对构成的2个电容的两极分别与所述电容变化量检测模块连接。
77.图5给出了第一开关模块在第一通断状态将敏感栅进行连接的示意图，图中r1和r3为一个极板对中的2个敏感栅，r2和r4为另一个极板对中的2个敏感栅；敏感栅r1的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口1和第一开关模块的端口6连接，敏感栅r4的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口11和第一开关模块的端口6连接，第一开关模块的端口6还与电阻变化量检测模块的一端连接，第一开关模块的端口1与电源vdd连接，第一开关模块的端口11与电源vee连接；敏感栅r2的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口3和第一开关模块的端口9连接，敏感栅r3的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口13和第一开关模块的端口9连接，第一开关模块的端口9还与电阻变化量检测模块的另一端连接，第一开关模块的端口3与电源vdd连接，第一开关模块的端口13与电源vee连接。按照图5连接后2个极板对的敏感栅连接成的电阻电桥如图6所示。图5和图6中的sr 和sr-为电阻变化量检测模块的两个输入端口。
78.上述实施例中，电阻变化量检测模块，设置为根据接收到的对角的电压差检测所述传感器的电阻变化量。图7给出了一种电阻变化量检测模块的示意图，δsr＝sr —sr-＝(vr -vr-)/rg，δsr代表因触碰传感器安装所在的触控设备引起的敏感栅电阻值变化量，根据δsr可计算出触碰的力度。rg表示可调电阻，用于调节灵明度；vr 、vr-表示电阻电桥
电路对角的正、负电压。
79.图8给出了第一开关模块在第二通断状态将敏感栅进行连接的示意图，图中r1和r3为一个极板对中的2个敏感栅，r2和r4为另一个极板对中的2个敏感栅；敏感栅r1的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口2和第一开关模块的端口7连接，敏感栅r4的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口5和第一开关模块的端口12连接，第一开关模块的端口5和端口7处于断开状态，第一开关模块的端口2与电容变化量检测模块连接，第一开关模块的端口12与电容变化量检测模块连接；敏感栅r2的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口4和第一开关模块的端口10连接，敏感栅r3的两个电阻接线端分别与第一开关模块的端口8和第一开关模块的端口14连接，第一开关模块的端口8和端口10处于断开状态，第一开关模块的端口4与电容变化量检测模块连接，第一开关模块的端口14与电容变化量检测模块连接。图7中与第一开关模块的端口2连接的电阻接线端和与第一开关模块的端口14连接的电阻接线端构成了一对电容接线端，该电容接线端与电容变化量检测模块连接测量电容c2的电容变化量；与第一开关模块的端口12连接的电阻接线端和与第一开关模块的端口4连接的电阻接线端构成了另一对电容接线端，该电容接线端与电容变化量检测模块连接测量电容c1的电容变化量。
80.在一示例性实施例中，所述触摸检测电路，还包括：
81.第二开关模块，连接在所述第一开关模块和所述电容变化量检测模块之间，设置为在第一开关模块处于第二通断状态下，将不同电容的两极分时与所述电容变化量检测模块连接，以使所述电容变化量检测模块分别检测出2个电容的电容变化量。
82.图9为本发明实施例给出的第二开关模块在第一开关模块处于第二通断状态下，将不同电容的两极分时与所述电容变化量检测模块连接示意图。当要测量c1的电容变化量时，通过第二开关模块将c1的两极与电容变化量检测模块连接，同时将c2的两极与电容变化量检测模块断开；当要测量c2的电容变化量时，通过第二开关模块将c2的两极与电容变化量检测模块连接，同时将c2的两极与电容变化量检测模块断开。本技术实施例可以将交变信号通过电容变化量检测模块，根据在电容c1或电容c2的作用下，电容变化量检测模块输出的交变信号1相对输入的交变信号的变化确定电容的变化量。
83.本技术实施例所述的触摸检测电路中的开关模块可以为模拟开关单元阵列。
84.本技术实施例还提供了一种基于任一前述触摸检测电路的触摸检测方法，所述触摸检测电路中的传感器安装在触控设备上，如图10所示，所述方法包括：
85.步骤s1001控制所述第一开关模块处于第二通断状态，使所述触摸检测电路工作在电容检测模式；
86.步骤s1002在电容检测模式下，当根据所述触摸检测电路获取的电容变化量确定所述触控设备被触碰后，控制所述第一开关模块分时工作在第一通断状态和第二通断状态，使所述触摸检测电路分时工作在电阻检测模式和电容检测模式；
87.在电容检测模式下，根据所述电容变化量及电容位置确定触点位置；在电阻检测模式下，根据所述触摸检测电路获取的电阻变化量确定触碰的力度。
88.在一示例性实施例中，根据所述电容变化量及电容位置确定触点位置，包括：
89.在电容检测模式下，通过所述第二开关模块轮流获取所述传感器中不同电容的电容变化量，当电容的变化量超过预设阈值时，将产生该变化量的电容的位置作为所述触点
位置。
90.在一示例性实施例中，所述方法还包括：在电容检测模式下，当根据所述电容变化量确定所述触碰已经释放后，控制所述第一开关模块工作在第二通断状态，使所述触摸检测电路工作在电容检测模式。
91.根据所述电容变化量确定所述触碰已经释放可以包括：当所述电容变化量恢复到初始上电状态后，确定所述触碰已经释放。
92.下面以一个具体的应用示例对上述实施例所述的方法进行说明。
93.步骤一，控制触摸检测电路中的第一开关模块处于第二通断状态，使所述触摸检测电路工作在电容检测模式；
94.步骤二，在电容检测模式下，以一定频率切换第二开关模块的连接端口，使所述触摸检测电路中不同电容与电容变化量检测模块分时连接；
95.步骤三，当检测到经过电容变化量检测模块输出的交变信号相对输入电容变化量检测模块的交变信号的变化量大于预设阈值，则确定所述触控设备被触碰，触点的位置为此时电容变化量检测模块连接的电容对应的极板所在的位置，执行步骤四；当检测到经过电容变化量检测模块输出的交变信号相对输入电容变化量检测模块的交变信号的变化量小于或等于预设阈值，则确定所述触控设备没有被触碰，返回执行步骤二；
96.步骤四，控制第一开关模块工作在电阻检测模式，在电阻检测模式下根据电阻值的变化量计算触碰的力度，如果返回步骤一；
97.通过重复执行步骤一至步骤四，可以判断外部物体与触控设备接触的触点位置和触碰力度是否发生了变化。
98.本发明实施例还提供了一种触摸检测系统，如图11所示，所述触摸检测系统包括：
99.如前任一实施例所述的触摸检测电路；
100.与所述触摸检测电路连接的控制器，所述控制器执行如前任一实施例所述的触摸检测方法的步骤。
101.本发明实施例还提供了一种触摸检测电路，所述触摸检测电路包括：
102.传感器，所述传感器包括由电阻值随外力作用变化的敏感栅组成的极板，所述极板构成电容的一个极板，与所述敏感栅两端连接的一对电阻接线端，以及与所述极板连接的电容接线端；
103.开关模块，与所述传感器、电阻变化量检测模块和电容变化量检测模块连接，设置为分时工作于第一通断状态和第二通断状态；在第一通断状态下将所述传感器的电阻接线端与电阻变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电阻检测模式；在第二通断状态下将所述传感器的电容接线端与电容变化量检测模块连接，使所述触摸检测电路工作于电容检测模式；
104.电阻变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电阻变化量；
105.电容变化量检测模块，设置为检测所述传感器的电容变化量。
106.在本实施例中，传感器中由敏感栅组成的极板构成电容的一个极板，当所述传感器安装在的触碰设备被外部物体(如人体)触碰后，所述外部物体构成电容的另一个极板。
107.图12提供了一种本技术实施例所述部分触摸检测电路的示意图，开关模块中的开关s1控制传感器与电容变化量检测模块的通断，开关模块中开关s2-1和s2-2控制传感器与
电阻变化量检测模块的通断。在开关s1闭合、s2-1和s2-2断开的状态下，通过电容变化量检测模块检测电容变化量，进而可以基于所述电容变化量确定是否有外部物体与所述传感器安装所在的触控设备发生触碰；在开关s1断开、s2-1和s2-2闭合的状态下，通过电阻变化量检测模块确定电阻的变化量，进而可以基于所述电阻变化量确定触碰力度。
108.本发明实施例还提供了一种基于前述触摸检测电路的触摸检测方法，所述传感器安装在触控设备上，所述方法包括：
109.控制所述开关模块处于第二通断状态，使所述触摸检测电路工作在电容检测模式；
110.在电容检测模式下，当根据所述触摸检测电路获取的电容变化量确定所述触控设备被触碰后，控制所述开关模块分时工作在第一通断状态和第二通断状态，使所述触摸检测电路分时工作在电阻检测模式和电容检测模式；
111.在电阻检测模式下，根据所述触摸检测电路获取的电阻变化量确定触碰的力度。
112.在一示例性实施例中，根据所述触摸检测电路获取的电容变化量确定所述触控设备被触碰，包括：
113.在电容检测模式下，根据所述触摸检测电路获取电容变化量，当电容变化量超过预设阈值时，则确定所述触控设备被触碰。
114.在一示例性实施例中，所述方法还包括：在电容检测模式下，当根据所述电容变化量确定所述触碰已经释放后，控制所述开关模块工作在第二通断状态，使所述触摸检测电路工作在电容检测模式。
115.本发明实施例还提供了一种触摸检测系统，如图13所示，所述系统包括：
116.如前所述的触摸检测电路；
117.与所述触摸检测电路连接的控制器，所述控制器执行如前实施例所述的触摸检测方法的步骤。
118.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。