一種電阻電容混合式壓力傳感器及其使用方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種壓力式傳感器，尤其涉及一種電阻電容混合式壓力傳感器及其使用方法。
【背景技術】
[0002]近幾年來，投射電容式觸控技術已經被廣泛應用于各種消費性電子產品之中，其支持多點觸控、靈敏度高、耐用性強、技術成熟。但是，電容式觸控技術一直飽受抗水性差的困擾。同時，能夠探測壓力，作為一種新的附加功能，也已成為各品牌中高端智能手機(如iPhone 6s)的必備。觸摸功能和壓力探測功能分別作為獨立的模塊，集成于終端設備中，結構復雜，成本高昂。
[0003]因此，本領域的技術人員致力于開發一種電阻電容混合式壓力傳感器及其使用方法，結構簡單，使用方便，成本低廉。
【發明內容】
[0004]鑒于現有技術的缺陷，本發明提供一種電阻電容混合式壓力傳感器，包括壓阻式材料層、導電電極層和襯底層，所述壓阻式材料層由電阻對壓力敏感的材料構成;所述導電電極層分為上導電電極層和下導電電極層，分別位于所述壓阻式材料層的上下表面;所述襯底層位于上導電電極層的上表面和下導電電極層的下表面。
[0005]進一步地，所述壓阻式材料層為導電顆粒填充的彈性非導電材料。
[0006]進一步地，所述壓阻式材料層為彈性導電材料。
[0007]進一步地，所述導電電極層為透明導電金屬氧化物，如ITO(銦錫氧化物)等。
[0008]進一步地，所述導電電極層為透明導電有機高分子材料，如PED0T(聚乙烯二氧噻吩)等。
[0009 ]進一步地，所述導電電極層為無機物材料。
[0010]進一步地，所述無機物材料為銀納米線、石墨稀或碳納米管。
[0011 ]進一步地，所述襯底層為PET柔性材料或玻璃。
[0012]進一步地，所述導電電極層的圖案為條狀或菱形;在所述上導電電極層和所述下導電電極層的所述圖案相互垂直。
[0013]本發明還提供一種電阻電容混合式壓力傳感器的使用方法，包括以下步驟:
[0014](I)提供上述的任一一種所述的電阻電容混合式壓力傳感器；
[0015](2)在無需探測壓力和干燥無水環境下，測量所述壓力傳感器的上下兩層導電電極層各交叉點之間的電容，得到隨位置改變的電容陣列，計算出觸控點位置。
[0016](3)在需要探測壓力或者有水環境下，測量所述壓力傳感器的上下兩層導電電極層各交叉點之間的電阻，得到隨位置改變的電阻陣列，根據壓阻式材料層的壓阻特性得到隨位置改變的壓力陣列，通過前后壓力陣列對比計算得到觸控點位置和壓力大小。
[0017]本發明提出的壓力式傳感器電阻式和電容式兩種功能共用同一傳感器結構，結構和原理簡單，并可利用現有電容式觸摸屏技術和設備，將壓力傳感器制成陣列用于觸摸屏等電子設備中，可使其不僅具備電容式觸摸屏靈敏度高、耐用性強、技術成熟等優點，而且具備電阻式觸摸屏可探測壓力、抗水性強等優點，成本低廉，適合大規模推廣。
[0018]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的一個較佳具體實施例的壓力式傳感器結構和陣列圖；
[0020]圖2是本發明的一個較佳具體實施例的壓力式傳感器結構局部放大圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1為本發明的一個較佳具體實施例的壓力式傳感器結構和陣列圖，從圖中可以看出，本發明提出的一種電阻電容混合式壓力傳感器陣列I，包括壓阻式材料層10、導電電極層110和111、襯底層。壓阻式材料層10是由電阻對壓力敏感的材料構成，導電電極層110和111分為上下兩層，分別位于壓阻式材料層10的上下表面，在導電電極層110上表面和111的下表面分別有一層襯底層(圖中未示出)，導電電極層110和111中導電電極數目和圖案根據需要確定。導電電極層110和111可以是同一種材料，也可以分別是不同材料，可以是柔性材料，也可以是硬質材料。兩層襯底層可以是同一種材料，也可以分別是不同材料，上層襯底層應是柔性材料，下層襯底層可以是柔性材料，也可以是硬質材料。本實施例中，壓阻式材料層1的材料選為導電顆粒填充的彈性非導電材料，導電電極層110和111的材料都選為透明金屬氧化物ITO，上層襯底層的材料選為PET，下層襯底層的材料選為玻璃，導電電極層110和111圖案為相互上下垂直的條狀電極。
[0022]如圖2所示，將壓力式傳感器陣列I用于觸摸屏等電子設備，在無需探測壓力和干燥無水環境下，觸摸屏的觸摸控制器調整為測量上下兩層導電電極110和111各交叉點之間的電容，得到隨位置改變的電容陣列，實現現有投射電容式觸摸屏的觸摸功能。在需要探測壓力或者有水環境下，觸摸屏的觸摸控制器調整為測量上下兩層導電電極110和111各交叉點之間的電阻，得到隨位置改變的電阻陣列，根據壓阻式材料層10的壓阻特性可得到隨位置改變的外加壓力12陣列，通過前后外加壓力12陣列對比，從而得到觸摸位置和外加壓力12大小。因此，將此壓力傳感器制成陣列用于觸摸屏等電子設備中，可使其不僅具備電容式觸摸屏靈敏度高、耐用性強、技術成熟等優點，而且具備電阻式觸摸屏可探測壓力、抗水性強等優點。
[0023]本領域技術人員應該理解，本發明不僅僅限于本優選的具體實施例的設置，在另外一些優選實施例中壓阻式材料層10的材料可以選為彈性導電材料，導電電極層110和111的材料可以選為除ITO之外的其他透明導電金屬氧化物或者透明導電有機高分子材料，如PEDOT(聚乙稀二氧噻吩)等，還可以為無機物材料，如金屬網格、銀納米線、石墨稀和碳納米管等，導電電極層110和111的圖案可以選為菱形電極等其他電極圖案，上層襯底層的材料可以選為除PET以外的其他柔性材料，下層襯底層的材料可以選為除玻璃之外的PET等柔性材料。
[0024]本發明提出的壓力式傳感器電阻式和電容式兩種功能共用同一傳感器結構，結構和原理簡單，并可利用現有電容式觸摸屏技術和設備，成本低廉，適合大規模推廣。
[0025]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種電阻電容混合式壓力傳感器，其特征在于，包括壓阻式材料層、導電電極層和襯底層，所述壓阻式材料層由電阻對壓力敏感的材料構成;所述導電電極層分為上導電電極層和下導電電極層，分別位于所述壓阻式材料層的上下表面;所述襯底層位于上導電電極層的上表面和下導電電極層的下表面。2.如權利要求1所述的，其特征在于，所述壓阻式材料層為導電顆粒填充的彈性非導電材料。3.如權利要求1所述的，其特征在于，所述壓阻式材料層為彈性導電材料。4.如權利要求1所述的，其特征在于，所述導電電極層為透明導電金屬氧化物。5.如權利要求1所述的，其特征在于，所述導電電極層為透明導電有機高分子材料。6.如權利要求1所述的，其特征在于，所述導電電極層為無機物材料。7.如權利要求6所述的，其特征在于，所述無機物材料為銀納米線、石墨稀或碳納米管。8.如權利要求1所述的，其特征在于，所述襯底層為PET柔性材料或玻璃。9.如權利要求1所述的，其特征在于，所述導電電極層的圖案為條狀或菱形;在所述上導電電極層和所述下導電電極層的所述圖案相互垂直。10.—種電阻電容混合式壓力傳感器的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)提供如權利要求1-9中的任一一種所述的電阻電容混合式壓力傳感器； (2)在無需探測壓力和干燥無水環境下，測量所述壓力傳感器的上下兩層導電電極層各交叉點之間的電容，得到隨位置改變的電容陣列，計算出觸控點位置； (3)在需要探測壓力或者有水環境下，測量所述壓力傳感器的上下兩層導電電極層各交叉點之間的電阻，得到隨位置改變的電阻陣列，根據壓阻式材料層的壓阻特性得到隨位置改變的壓力陣列，通過前后壓力陣列對比計算得到觸控點位置和壓力大小。
【專利摘要】本發明公開了一種電阻電容混合式壓力傳感器及其使用方法，包括壓阻式材料層、導電電極層和襯底層，壓阻式材料層是由電阻對壓力敏感的材料構成，導電電極層分為上下兩層,分別位于壓阻式材料層上下表面，在導電電極層的上下表面各有一層襯底層。將此壓力傳感器制成陣列用于觸摸屏等電子設備中，通過在不同應用環境下分別測量電容和電阻，可使其不僅具備電容式觸摸屏靈敏度高、耐用性強、技術成熟等優點，而且具備電阻式觸摸屏可探測壓力、抗水性強等優點。本發明兩種功能共用同一傳感器結構，結構和原理簡單，并可利用現有電容式觸摸屏技術和設備，成本低廉，適合大規模推廣。
【IPC分類】G06F3/041, G06F3/045, G06F3/044
【公開號】CN105607790
【申請號】CN201610074781
【發明人】劉詩雨, 陸建鋼, 謝漢萍
【申請人】上海交通大學, 浙江星星科技股份有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年2月2日