[發(fā)明專利]一種壓電纖維交錯排列的三維觸摸感知結(jié)構(gòu)及感知方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710322958.6
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN106970728A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張順琦;李仲
• 申請（專利權(quán)）人: 南京匯越光電科技有限公司
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司32112
• 代理人: 于忠洲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維觸摸感知結(jié)構(gòu)及感知方法，尤其是一種壓電纖維交錯排列的三維觸摸感知結(jié)構(gòu)的感知方法。

背景技術(shù)

目前，現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)三維感知的技術(shù)主要有，蘋果公司的依靠人體與電板形成的電容實現(xiàn)二維平面觸摸定位，采用柔性玻璃技術(shù)，受力后屏幕產(chǎn)生微小變形，使屏幕與形變感測器之間的距離變短，經(jīng)過復雜的數(shù)學計算得出第三維度，即壓力的大小。另外還有采用夾心型壓電觸摸屏、可折疊和柔性變形的壓電觸摸屏以及基于壓力傳感器的三維多點式觸摸屏等。但是，電容式觸摸屏是由一個模擬感應器和一個雙向智能控制器組成，其缺點是制作成本較高，使用時易受環(huán)境干擾，抗干擾能力差，操作物體的材質(zhì)必須是導電體，對于戴著手套和手指帶水進行觸控的情況或者雨、雪等天氣在室外使用時，難以準確捕獲發(fā)生的觸控行為；片式壓電元件因其尺寸限制，該元件柔性低易損壞、且對于微變形產(chǎn)生的電量少使得檢測的靈敏度不高；分布式壓電柔性低易損壞、微變形感應難，方案所涉整層壓電材料配合條形電極，對變形位置感應會失真。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中的三維感知無論是從硬件結(jié)構(gòu)還是從軟件開發(fā)來說都比較復雜，占用系統(tǒng)資源較大。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種壓電纖維交錯排列的三維觸摸感知結(jié)構(gòu)，包括由上至下依次層疊的上壓電保護層、上橫向電極引線層、上壓電纖維主動層、下橫向電極引線層、中壓電保護層、上縱向電極引線層、下壓電纖維主動層、下縱向電極引線層以及下壓電保護層；上壓電纖維主動層由橫向間隔設(shè)置的壓電纖維以及位于相鄰壓電纖維之間的聚酯隔離條組成；下壓電纖維主動層由縱向間隔設(shè)置的壓電纖維以及位于相鄰壓電纖維之間的聚酯隔離條組成；壓電纖維的極化方向垂直于壓電纖維的上下側(cè)面，并在壓電纖維的上下側(cè)面上分別設(shè)有正電極和負電極；上橫向電極引線層和下橫向電極引線層的引線橫向分布，并分別與上壓電纖維主動層上的正電極和負電極相連；上縱向電極引線層和下縱向電極引線層上的引線縱向分布，并分別與下壓電纖維主動層上的正電極和負電極相連。

采用交錯分布的雙層壓電纖維作傳感器，不僅可以感知觸點的位置，同時可以檢測作用點處力的大小、加速度等特征，極大地豐富了人機交互功能的可能性，對于高水平的游戲功能開發(fā)有很大的意義；采用壓電纖維和聚脂隔離條間隔排列的結(jié)構(gòu)，使顯示屏發(fā)生大變形情況下而不致?lián)p壞，產(chǎn)品柔性較高。

作為本發(fā)明感知結(jié)構(gòu)的進一步限定方案，上橫向電極引線層、下橫向電極引線層、上縱向電極引線層以及下縱向電極引線層上的引線均由主引線以及至少兩根分支引線構(gòu)成；分支引線由主引線引出，并與主引線相垂直；上橫向電極引線層和下橫向電極引線層上的主引線與上壓電纖維主動層上的壓電纖維相平行，分支引線與上壓電纖維主動層上對應位置處的正電極或負電極相連。采用在一根壓電纖維上有多條分段電極引線用于傳導檢測的電荷，防止壓電纖維或其中部分電極引線的損傷導致電荷測量不準，結(jié)構(gòu)設(shè)計的壽命較高，不易損壞。

本發(fā)明提供了一種壓電纖維交錯排列的三維觸摸感知結(jié)構(gòu)的感知方法，包括如下步驟：

步驟1，由上壓電纖維主動層和下壓電纖維主動層上呈橫向和縱向分布的壓電纖維實時感知按壓力，并由正電極和負電極通過上橫向電極引線層、下橫向電極引線層、上縱向電極引線層以及下縱向電極引線層將實時壓電信號傳輸出去；

步驟2，比較獲得橫向壓電信號最強的壓電纖維位置以及縱向壓電信號最強的壓電纖維位置，將橫向壓電信號最強的壓電纖維與縱向壓電信號最強的壓電纖維的交叉位置作為實際按壓的位置坐標；

步驟3，計算上壓電纖維主動層上壓電信號最強的壓電纖維的壓電信號變化率，根據(jù)壓電信號變化率判斷實際按壓力大小。

由于一個動作觸發(fā)時，不同位置的壓電纖維幾乎同時達到該點處的峰值，因此壓電電壓的變化率即實時反映了形變量的加速度特征，同時峰值大小也反映出按壓力的大小從而實現(xiàn)第三維參數(shù)的獲取。

作為本發(fā)明感知方法的進一步限定方案，步驟3中，壓電信號變化率由壓電信號的峰值除以信號上升時間獲得；峰值和信號上升時間由壓電纖維的響應曲線獲得。

作為本發(fā)明感知方法的進一步限定方案，步驟3中，根據(jù)壓電信號變化率判斷實際按壓力大小具體是：按照壓力閾值對實時采集的壓電信號變化率進行分級，并輸出相應的分級信號用于壓力控制。按照壓力閾值對實時采集的壓電信號變化率進行分級，從而將壓電信號變化率分級量化，實現(xiàn)利用壓力大小進行相應控制。