一种电阻电容混合式压力传感器及其使用方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种压力式传感器，尤其涉及一种电阻电容混合式压力传感器及其使用方法。
【背景技术】
[0002]近几年来，投射电容式触控技术已经被广泛应用于各种消费性电子产品之中，其支持多点触控、灵敏度高、耐用性强、技术成熟。但是，电容式触控技术一直饱受抗水性差的困扰。同时，能够探测压力，作为一种新的附加功能，也已成为各品牌中高端智能手机(如iPhone 6s)的必备。触摸功能和压力探测功能分别作为独立的模块，集成于终端设备中，结构复杂，成本高昂。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种电阻电容混合式压力传感器及其使用方法，结构简单，使用方便，成本低廉。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术的缺陷，本发明提供一种电阻电容混合式压力传感器，包括压阻式材料层、导电电极层和衬底层，所述压阻式材料层由电阻对压力敏感的材料构成;所述导电电极层分为上导电电极层和下导电电极层，分别位于所述压阻式材料层的上下表面;所述衬底层位于上导电电极层的上表面和下导电电极层的下表面。
[0005]进一步地，所述压阻式材料层为导电颗粒填充的弹性非导电材料。
[0006]进一步地，所述压阻式材料层为弹性导电材料。
[0007]进一步地，所述导电电极层为透明导电金属氧化物，如ITO(铟锡氧化物)等。
[0008]进一步地，所述导电电极层为透明导电有机高分子材料，如PED0T(聚乙烯二氧噻吩)等。
[0009 ]进一步地，所述导电电极层为无机物材料。
[0010]进一步地，所述无机物材料为银纳米线、石墨稀或碳纳米管。
[0011 ]进一步地，所述衬底层为PET柔性材料或玻璃。
[0012]进一步地，所述导电电极层的图案为条状或菱形;在所述上导电电极层和所述下导电电极层的所述图案相互垂直。
[0013]本发明还提供一种电阻电容混合式压力传感器的使用方法，包括以下步骤:
[0014](I)提供上述的任一一种所述的电阻电容混合式压力传感器；
[0015](2)在无需探测压力和干燥无水环境下，测量所述压力传感器的上下两层导电电极层各交叉点之间的电容，得到随位置改变的电容阵列，计算出触控点位置。
[0016](3)在需要探测压力或者有水环境下，测量所述压力传感器的上下两层导电电极层各交叉点之间的电阻，得到随位置改变的电阻阵列，根据压阻式材料层的压阻特性得到随位置改变的压力阵列，通过前后压力阵列对比计算得到触控点位置和压力大小。
[0017]本发明提出的压力式传感器电阻式和电容式两种功能共用同一传感器结构，结构和原理简单，并可利用现有电容式触摸屏技术和设备，将压力传感器制成阵列用于触摸屏等电子设备中，可使其不仅具备电容式触摸屏灵敏度高、耐用性强、技术成熟等优点，而且具备电阻式触摸屏可探测压力、抗水性强等优点，成本低廉，适合大规模推广。
[0018]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的一个较佳具体实施例的压力式传感器结构和阵列图；
[0020]图2是本发明的一个较佳具体实施例的压力式传感器结构局部放大图。
【具体实施方式】
[0021]图1为本发明的一个较佳具体实施例的压力式传感器结构和阵列图，从图中可以看出，本发明提出的一种电阻电容混合式压力传感器阵列I，包括压阻式材料层10、导电电极层110和111、衬底层。压阻式材料层10是由电阻对压力敏感的材料构成，导电电极层110和111分为上下两层，分别位于压阻式材料层10的上下表面，在导电电极层110上表面和111的下表面分别有一层衬底层(图中未示出)，导电电极层110和111中导电电极数目和图案根据需要确定。导电电极层110和111可以是同一种材料，也可以分别是不同材料，可以是柔性材料，也可以是硬质材料。两层衬底层可以是同一种材料，也可以分别是不同材料，上层衬底层应是柔性材料，下层衬底层可以是柔性材料，也可以是硬质材料。本实施例中，压阻式材料层1的材料选为导电颗粒填充的弹性非导电材料，导电电极层110和111的材料都选为透明金属氧化物ITO，上层衬底层的材料选为PET，下层衬底层的材料选为玻璃，导电电极层110和111图案为相互上下垂直的条状电极。
[0022]如图2所示，将压力式传感器阵列I用于触摸屏等电子设备，在无需探测压力和干燥无水环境下，触摸屏的触摸控制器调整为测量上下两层导电电极110和111各交叉点之间的电容，得到随位置改变的电容阵列，实现现有投射电容式触摸屏的触摸功能。在需要探测压力或者有水环境下，触摸屏的触摸控制器调整为测量上下两层导电电极110和111各交叉点之间的电阻，得到随位置改变的电阻阵列，根据压阻式材料层10的压阻特性可得到随位置改变的外加压力12阵列，通过前后外加压力12阵列对比，从而得到触摸位置和外加压力12大小。因此，将此压力传感器制成阵列用于触摸屏等电子设备中，可使其不仅具备电容式触摸屏灵敏度高、耐用性强、技术成熟等优点，而且具备电阻式触摸屏可探测压力、抗水性强等优点。
[0023]本领域技术人员应该理解，本发明不仅仅限于本优选的具体实施例的设置，在另外一些优选实施例中压阻式材料层10的材料可以选为弹性导电材料，导电电极层110和111的材料可以选为除ITO之外的其他透明导电金属氧化物或者透明导电有机高分子材料，如PEDOT(聚乙稀二氧噻吩)等，还可以为无机物材料，如金属网格、银纳米线、石墨稀和碳纳米管等，导电电极层110和111的图案可以选为菱形电极等其他电极图案，上层衬底层的材料可以选为除PET以外的其他柔性材料，下层衬底层的材料可以选为除玻璃之外的PET等柔性材料。
[0024]本发明提出的压力式传感器电阻式和电容式两种功能共用同一传感器结构，结构和原理简单，并可利用现有电容式触摸屏技术和设备，成本低廉，适合大规模推广。
[0025]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种电阻电容混合式压力传感器，其特征在于，包括压阻式材料层、导电电极层和衬底层，所述压阻式材料层由电阻对压力敏感的材料构成;所述导电电极层分为上导电电极层和下导电电极层，分别位于所述压阻式材料层的上下表面;所述衬底层位于上导电电极层的上表面和下导电电极层的下表面。2.如权利要求1所述的，其特征在于，所述压阻式材料层为导电颗粒填充的弹性非导电材料。3.如权利要求1所述的，其特征在于，所述压阻式材料层为弹性导电材料。4.如权利要求1所述的，其特征在于，所述导电电极层为透明导电金属氧化物。5.如权利要求1所述的，其特征在于，所述导电电极层为透明导电有机高分子材料。6.如权利要求1所述的，其特征在于，所述导电电极层为无机物材料。7.如权利要求6所述的，其特征在于，所述无机物材料为银纳米线、石墨稀或碳纳米管。8.如权利要求1所述的，其特征在于，所述衬底层为PET柔性材料或玻璃。9.如权利要求1所述的，其特征在于，所述导电电极层的图案为条状或菱形;在所述上导电电极层和所述下导电电极层的所述图案相互垂直。10.—种电阻电容混合式压力传感器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)提供如权利要求1-9中的任一一种所述的电阻电容混合式压力传感器； (2)在无需探测压力和干燥无水环境下，测量所述压力传感器的上下两层导电电极层各交叉点之间的电容，得到随位置改变的电容阵列，计算出触控点位置； (3)在需要探测压力或者有水环境下，测量所述压力传感器的上下两层导电电极层各交叉点之间的电阻，得到随位置改变的电阻阵列，根据压阻式材料层的压阻特性得到随位置改变的压力阵列，通过前后压力阵列对比计算得到触控点位置和压力大小。
【专利摘要】本发明公开了一种电阻电容混合式压力传感器及其使用方法，包括压阻式材料层、导电电极层和衬底层，压阻式材料层是由电阻对压力敏感的材料构成，导电电极层分为上下两层,分别位于压阻式材料层上下表面，在导电电极层的上下表面各有一层衬底层。将此压力传感器制成阵列用于触摸屏等电子设备中，通过在不同应用环境下分别测量电容和电阻，可使其不仅具备电容式触摸屏灵敏度高、耐用性强、技术成熟等优点，而且具备电阻式触摸屏可探测压力、抗水性强等优点。本发明两种功能共用同一传感器结构，结构和原理简单，并可利用现有电容式触摸屏技术和设备，成本低廉，适合大规模推广。
【IPC分类】G06F3/041, G06F3/045, G06F3/044
【公开号】CN105607790
【申请号】CN201610074781
【发明人】刘诗雨, 陆建钢, 谢汉萍
【申请人】上海交通大学, 浙江星星科技股份有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月2日