一種矩陣電路及傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種矩陣電路，包括復(fù)數(shù)根交叉分布的X電極和Y電極，每根所述X電極和Y電極均由復(fù)數(shù)根柔性保護(hù)體和至少一根導(dǎo)體組成，所述導(dǎo)體以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體中，且每根所述X電極和Y電極均呈壓縮狀。本發(fā)明還揭示了一種傳感系統(tǒng)，包括矩陣電路和驅(qū)動感應(yīng)控制單元，驅(qū)動感應(yīng)控制單元用于向矩陣電路發(fā)送驅(qū)動信號，且用于處理偵測到的矩陣電路上的電場變化信號，從而得到物體在矩陣電路上的接觸位置和其造成的電場變化信號。本發(fā)明的矩陣電路可彎曲任意角度，抗拉及抗彎曲性能強(qiáng)，可貼附在規(guī)則和不規(guī)則的設(shè)備表面上，對設(shè)備的微小觸摸、較大位移的碰撞或者是矩陣電路被破壞等多種情況進(jìn)行感應(yīng)。
【專利說明】
一種矩陣電路及傳感系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感技術(shù)，尤其是涉及一種矩陣電路和基于該矩陣電路的傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]觸摸屏(Touchpanel)又稱為觸控面板，是個可接收觸摸物體等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。
[0003]觸摸屏技術(shù)具有操作簡單，使用靈活的特點(diǎn)。觸摸屏的本質(zhì)是傳感技術(shù)，一般根據(jù)傳感器的類型，觸摸屏可分為:電容式觸摸屏和電阻式觸摸屏。
[0004]電容屏是一種通過固定的電場矩陣來接收感應(yīng)導(dǎo)體對其電場平衡破壞，從而來偵測是否有物體觸摸。電容屏表面通常由玻璃，亞克力等硬質(zhì)材料組成，對其下方的電場矩陣電路進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)應(yīng)用場所，矩陣電路可由氧化銦錫ΙΤ0，納米材料，金屬網(wǎng)格，有機(jī)導(dǎo)電物組成，形成透明或不透明的矩陣電路。電路的基材通常由玻璃或者薄膜材料組成。當(dāng)手指或者其他導(dǎo)體接近或觸摸到電容屏蓋板材料時，會破壞電容場的電場平衡，通過計(jì)算矩陣電路上電路的電場變化，即可得出觸摸的位置。
[0005]電阻屏是一種通過可形變基材上涂布的兩層矩陣電路受外力接觸，讓兩層矩陣電路之間有導(dǎo)通的接觸點(diǎn)，通過計(jì)算接觸點(diǎn)到驅(qū)動電路之間的電阻值來計(jì)算接觸的位置。
[0006]但是，現(xiàn)有電容屏受材料限制，針對一些特殊場合的應(yīng)用來說，無法進(jìn)行感應(yīng)，如智能腕表，當(dāng)腕表彎曲在變成直條形態(tài)的過程中，其導(dǎo)電材料的抗彎曲能力有限，無法經(jīng)久耐用。現(xiàn)有電阻屏本身是一個可形變材料組成，但是對于形變的力度、形變造成的位移都無法偵測，且材料容易受形變過度損壞，壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種矩陣電路和傳感系統(tǒng)，通過對矩陣電路的結(jié)構(gòu)和電極材質(zhì)的改進(jìn)，以形成抗拉性能強(qiáng)、偵測能力強(qiáng)的傳感系統(tǒng)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案:一種矩陣電路，包括復(fù)數(shù)根交叉分布的X電極和Y電極，每根所述X電極和Y電極均由復(fù)數(shù)根柔性保護(hù)體和至少一根導(dǎo)體組成，所述導(dǎo)體以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體中，且每根所述X電極和Y電極均呈壓縮狀。
[0009]優(yōu)選地，所述柔性保護(hù)體的材質(zhì)為不導(dǎo)電的纖維材料或聚合物材料。
[0010]優(yōu)選地，所述導(dǎo)體的材質(zhì)為可拉伸的導(dǎo)電材料，如金屬材質(zhì)，優(yōu)先為銅線。
[0011]優(yōu)選地，還包括電路基材，用于將矩陣電路附著在相關(guān)設(shè)備表面上。
[0012]本發(fā)明還揭示了另外一種技術(shù)方案:一種基于矩陣電路的傳感系統(tǒng)，包括矩陣電路和與矩陣電路相連的驅(qū)動感應(yīng)控制單元，所述矩陣電路包括復(fù)數(shù)根交叉分布的X電極和Y電極，每根所述X電極和Y電極均由復(fù)數(shù)根柔性保護(hù)體和至少一根導(dǎo)體組成，所述導(dǎo)體以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體中，且每根所述X電極和Y電極均呈壓縮狀，所述矩陣電路用于在接觸到物體后，將接觸產(chǎn)生的電場變化信號傳送給所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元處理;所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元用于向矩陣電路發(fā)送驅(qū)動信號，且用于處理接觸產(chǎn)生的電場變化信號，得到物體在矩陣電路上的接觸位置和其產(chǎn)生的電場變化信號特征。
[0013]優(yōu)選地，所述物體為導(dǎo)體，當(dāng)物體接觸矩陣電路未發(fā)生物理形變時，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過對矩陣電路上觸碰點(diǎn)的電場變化信號進(jìn)行跟蹤，計(jì)算出物體在矩陣電路上的接觸位置；當(dāng)物體接觸矩陣電路發(fā)生物理形變時，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過矩陣電路上電場原始數(shù)據(jù)比對，得出電場變化位置，即物體在矩陣電路上的接觸位置。
[0014]優(yōu)選地，所述物體為非導(dǎo)體，當(dāng)物體接觸矩陣電路發(fā)生物理形變時，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過矩陣電路上電場原始數(shù)據(jù)比對，得出電場變化位置，即物體在矩陣電路上的接觸位置。
[0015]優(yōu)選地，所述矩陣電路通過引線與驅(qū)動感應(yīng)控制單元有線連接。
[0016]優(yōu)選地，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元還配置用于當(dāng)其驅(qū)動不到矩陣電路，且矩陣電路上相應(yīng)位置處的電場環(huán)境與原始電場環(huán)境發(fā)生較大偏差時，判斷出矩陣電路相應(yīng)位置的電極或矩陣電路附著的物體發(fā)生破損。
[0017]優(yōu)選地，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元用于向矩陣電路周期性地發(fā)送驅(qū)動信號并掃描矩陣電路傳輸過來的電場變化信號進(jìn)行處理，得到物體在矩陣電路上的接觸位置和其產(chǎn)生的電場變化信號。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的矩陣電路可彎曲任意角度，抗拉及抗彎曲性能強(qiáng)，可貼附在規(guī)則和不規(guī)則的設(shè)備表面上，對設(shè)備的微小觸摸、較大位移的碰撞或者是矩陣電路被破壞等多種情況進(jìn)行感應(yīng)，因此，應(yīng)用范圍廣泛，可應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如機(jī)器人、汽車、飛機(jī)等。
【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明矩陣電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明矩陣電路的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4a是本發(fā)明X軸方向?qū)w的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4b是本發(fā)明X電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5a是本發(fā)明Y軸方向?qū)w的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5b是本發(fā)明Y電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6a、圖6b是本發(fā)明矩陣電路不同角度的截面示意圖；
[0027]圖7是本發(fā)明傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8是本發(fā)明驅(qū)動感應(yīng)控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖9是本發(fā)明矩陣電路表面有物體接觸但未發(fā)生形變的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖10是本發(fā)明矩陣電路表面有物體接觸但發(fā)生形變的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]附圖標(biāo)記為:1、X軸方向的導(dǎo)體，2、Y軸方向的導(dǎo)體，3、柔性保護(hù)體，4、信號掃描端，
5、驅(qū)動電路，6、電場信號。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0033]本發(fā)明揭示的一種矩陣電路，與現(xiàn)有矩陣電路的結(jié)構(gòu)相比，主要改進(jìn)點(diǎn)在以下幾點(diǎn):1、參照圖1所示，現(xiàn)有矩陣電路的導(dǎo)體材料一般是涂布或鍍層在電路基材上，而本發(fā)明是將導(dǎo)體以編織的方式混入到電路基材中；2、現(xiàn)有矩陣電路的導(dǎo)電電極都是呈直線狀，因此其抗拉性能不是很好，容易斷裂或損傷，壽命短，而本發(fā)明的電極為彎曲的，呈壓縮狀，因此其柔性和抗拉性能較現(xiàn)有技術(shù)強(qiáng)。
[0034]具體地，結(jié)合圖2和圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例所揭示的一種矩陣電路，包括橫向和縱向交叉分布的復(fù)數(shù)根X電極和復(fù)數(shù)根Y電極，即X電極和Y電極形成矩陣式分布，形成多個網(wǎng)格。每根X電極和Y電極均由復(fù)數(shù)根柔性保護(hù)體和至少一根導(dǎo)體組成，如由三根柔性保護(hù)體和一根導(dǎo)體組成，導(dǎo)體是以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體中，采用編織加工的方式，可以使導(dǎo)體和柔性保護(hù)體之間能夠均勻混合在一起，如圖4a為多根X軸方向的導(dǎo)體I，圖4b即為多根X電極，從圖里可以看出每根X電極是由多根柔性保護(hù)體3和一根導(dǎo)體I組成，且導(dǎo)體I是以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體3中。相對應(yīng)的，圖5a為多根Y軸方向的導(dǎo)體2，圖5b即為多根Y電極，從圖里可以看出每根Y電極同樣也是由多根柔性保護(hù)體3和一根導(dǎo)體2組成，且導(dǎo)體2是以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體3中。具體實(shí)施時，導(dǎo)體的材料可為柔性的可拉伸的金屬材質(zhì)，可彎曲任意角度，如優(yōu)選用銅線，柔性保護(hù)體的材料可為不導(dǎo)電的纖維材料或聚合物材料。
[0035]且X電極和Y電極均呈壓縮狀，結(jié)合圖2、圖4b和圖5b所示，每根電極都壓縮呈多個齒狀，而現(xiàn)有矩陣的電極是呈直線狀的，所以，本發(fā)明電極的彈性和抗拉性就增強(qiáng)了，例如彈簧，同樣材質(zhì)的彈簧就比直線狀金屬線的抗拉性能要強(qiáng)的多。
[0036]更進(jìn)一步地，結(jié)合圖6a和圖6b所示，本發(fā)明的矩陣電路還可包括電路基材(圖未示)和保護(hù)層，兩者分別位于矩陣電路的上端面和下端面上，可通過粘合劑粘貼在矩陣電路的表面。通過電路基材可將其貼附到需要感測外部接觸的相關(guān)設(shè)備上，設(shè)備表面可為規(guī)則或不規(guī)則物體表面，如機(jī)器人體表，汽車車身，飛機(jī)機(jī)身等設(shè)備表面。實(shí)施時，電路基材可以采用透明或者非透明材料，如有機(jī)化合聚合物薄膜，人造皮革，化纖材料，棉織品等。保護(hù)層則用于對矩陣電路的表面進(jìn)行保護(hù)，盡可能地避免電路表面出現(xiàn)摩損、刮傷等。
[0037]因此，相對現(xiàn)有的電容屏的矩陣電路來說，本發(fā)明的矩陣電路是柔性感應(yīng)的，可以貼附在不規(guī)則物體表面，且矩陣電路是可以獨(dú)立存在，不需要專用的保護(hù)蓋板材料。相對電阻屏來說，可以測量不需要對矩陣電路接觸產(chǎn)生形變的物體接觸位置。
[0038]如圖7所示，本發(fā)明揭示的一種傳感系統(tǒng)，主要包括上述矩陣電路和驅(qū)動感應(yīng)控制單元，通過驅(qū)動感應(yīng)控制單元的計(jì)算處理，可以報(bào)告系統(tǒng)端(即相關(guān)設(shè)備)，有發(fā)生微小觸摸，還是較大位移的碰撞，或者是感應(yīng)矩陣電路被破壞。
[0039]具體地，矩陣電路的具體結(jié)構(gòu)這里就不再贅述，可參見上述描述，矩陣電路通過引線與驅(qū)動感應(yīng)控制單元相連，即矩陣電路上的每根電極均通過引線與驅(qū)動感應(yīng)控制單元相連，矩陣電路主要用于感應(yīng)物體的接觸，并將接觸產(chǎn)生的電場變化信號傳送給驅(qū)動感應(yīng)控制單元。
[0040]驅(qū)動感應(yīng)控制單元主要用于掃描矩陣電路上偵測到的電場變化信號，對接觸信號特點(diǎn)進(jìn)行儲存，同時對電場變化信號進(jìn)行處理計(jì)算得到物體在矩陣電路上的接觸位置和其產(chǎn)生的電場變化信號特征。驅(qū)動感應(yīng)控制單元除了用于處理矩陣電路的電場變化信號外，還用于周期性地向矩陣電路發(fā)送驅(qū)動信號。具體地，如圖8所示，驅(qū)動感應(yīng)控制單元主要包括信號掃描端4、控制邏輯、數(shù)據(jù)輸出端和驅(qū)動電路5，信號掃描端4用于周期性地掃描矩陣電路5上的信號;控制邏輯用于將從信號掃描端4接收到的脈沖信號經(jīng)過抗干擾處理、濾波后和原信號進(jìn)行比對，得到比對結(jié)果;數(shù)據(jù)輸出端用于輸出控制邏輯部分得出的比對結(jié)果；驅(qū)動電路5用于向矩陣電路的通道傳輸驅(qū)動信號。
[0041]通過驅(qū)動感應(yīng)控制單元發(fā)出的驅(qū)動信號，可以在矩陣電路表面形成一個原始的電場信號6，該電場信號6相對平衡，可有規(guī)律變化。當(dāng)有外部物體接觸在矩陣電路表面，如果是導(dǎo)體，即可破壞矩陣電路相應(yīng)位置的電場平衡，驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過對X電極和Y電極的掃描，檢測矩陣電路上電場變化位置，即可偵測到物體在矩陣電路上的接觸位置，隨后將偵測得到的接觸位置信號輸入給相關(guān)設(shè)備。
[0042]具體地，當(dāng)物體為導(dǎo)體時，可分為兩種情況，一種是輕微接觸無形變，如圖9所示，此時本發(fā)明的傳感系統(tǒng)等同于電容式觸摸屏，導(dǎo)體的接觸可以破壞矩陣電路上的電場平衡，驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過對矩陣電路上觸碰點(diǎn)的電場變化信號進(jìn)行跟蹤，計(jì)算出物體在矩陣電路上的接觸位置;另一種是接觸有形變，即物體和相關(guān)設(shè)備深入接觸，對矩陣電路覆蓋的設(shè)備外殼表面造成物理形變，如圖10所示，此時，驅(qū)動感應(yīng)控制單元根據(jù)矩陣電路上相鄰的通道間的電場變化值，判斷形變大小，得出電場變化位置，即物體在矩陣電路上的接觸位置。
[0043]如果是非導(dǎo)體，那只有一種情況才能被偵測到，就是產(chǎn)生形變。如圖10所示，具體地，當(dāng)物體接觸到矩陣電路表面時，針對形成的微小形變，通過驅(qū)動感應(yīng)控制單元對環(huán)境共模信號變量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)局部信號變量不統(tǒng)一，即可判斷接觸發(fā)生，進(jìn)而傳輸接觸位置和形變大小信號給到相關(guān)設(shè)備。
[0044]然而上述接觸均有意外情況發(fā)生，如物體接觸造成的形變超過矩陣導(dǎo)體材料本身極限，導(dǎo)致導(dǎo)體材料破裂，矩陣電路斷線。這樣，當(dāng)驅(qū)動感應(yīng)控制單元驅(qū)動不到矩陣電路，且矩陣電路上相應(yīng)位置處的電場環(huán)境與原始電場環(huán)境發(fā)生較大偏差，即可判斷矩陣電路相應(yīng)位置的導(dǎo)體材料或矩陣電路附著的相關(guān)設(shè)備破損。
[0045]本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種矩陣電路，其特征在于，包括復(fù)數(shù)根交叉分布的X電極和Y電極，每根所述X電極和Y電極均由復(fù)數(shù)根柔性保護(hù)體和至少一根導(dǎo)體組成，所述導(dǎo)體以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體中，且每根所述X電極和Y電極均呈壓縮狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣電路，其特征在于，所述柔性保護(hù)體的材質(zhì)為不導(dǎo)電的纖維材料或聚合物材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣電路，其特征在于，所述導(dǎo)體的材質(zhì)為可拉伸的導(dǎo)電材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣電路，其特征在于，還包括電路基材，用于將矩陣電路附著在相關(guān)設(shè)備表面上。5.—種傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括矩陣電路和與矩陣電路相連的驅(qū)動感應(yīng)控制單元，所述矩陣電路包括復(fù)數(shù)根交叉分布的X電極和Y電極，每根所述X電極和Y電極均由復(fù)數(shù)根柔性保護(hù)體和至少一根導(dǎo)體組成，所述導(dǎo)體以編織的方式均勻排布在柔性保護(hù)體中，且每根所述X電極和Y電極均呈壓縮狀，所述矩陣電路用于在接觸到物體后，將接觸產(chǎn)生的電場變化信號傳送給所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元處理;所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元用于向矩陣電路發(fā)送驅(qū)動信號，且用于處理接觸產(chǎn)生的電場變化信號，得到物體在矩陣電路上的接觸位置和其產(chǎn)生的電場變化信號。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述物體為導(dǎo)體，當(dāng)物體接觸矩陣電路未發(fā)生物理形變時，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過對矩陣電路上觸碰點(diǎn)的電場變化信號進(jìn)行跟蹤，計(jì)算出物體在矩陣電路上的接觸位置;當(dāng)物體接觸矩陣電路發(fā)生物理形變時，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過矩陣電路上電場原始數(shù)據(jù)比對，得出電場變化位置，即物體在矩陣電路上的接觸位置。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述物體為非導(dǎo)體，當(dāng)物體接觸矩陣電路發(fā)生物理形變時，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元通過矩陣電路上電場原始數(shù)據(jù)比對，得出電場變化位置，即物體在矩陣電路上的接觸位置。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述矩陣電路通過引線與驅(qū)動感應(yīng)控制單元有線連接。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元還配置用于當(dāng)其驅(qū)動不到矩陣電路，且矩陣電路上相應(yīng)位置處的電場環(huán)境與原始電場環(huán)境發(fā)生較大偏差時，判斷出矩陣電路相應(yīng)位置的導(dǎo)體材料或矩陣電路附著的相關(guān)設(shè)備發(fā)生破損。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動感應(yīng)控制單元用于向矩陣電路周期性地發(fā)送驅(qū)動信號并掃描矩陣電路傳輸過來的電場變化信號進(jìn)行處理，得到物體在矩陣電路上的接觸位置和其產(chǎn)生的電場變化信號。
【文檔編號】G06F3/044GK105824472SQ201610154362
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】張正, 葉伏秋, 程芹
【申請人】蘇州椒圖電子有限公司