[發(fā)明專利]感應(yīng)加熱的相變盲文點(diǎn)顯器

在審

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• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111462591A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉本東;馬永昌;楊佳慧;李德勝;劉海濱
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G09B21/00
• 分類號: G09B21/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

感應(yīng)加熱的相變盲文點(diǎn)顯器屬于醫(yī)療、微驅(qū)動器和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，具體采用微加工技術(shù)制作的一種利用高頻交變電流產(chǎn)生交變磁場，使位于交變磁場的導(dǎo)電相變復(fù)合材料產(chǎn)生電渦流和焦耳熱，進(jìn)而相變材料熔化產(chǎn)生體積膨脹，并使腔內(nèi)的壓力增大，促使彈性薄膜向外突出變形推動驅(qū)動針向上移動，驅(qū)動針使PDMS薄膜變形而形成凸點(diǎn)的相變盲文點(diǎn)顯器。該盲文點(diǎn)顯器能夠集成到便攜式設(shè)備中，用于幫助視覺障礙者獲取信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種基于感應(yīng)加熱的相變式盲文點(diǎn)顯器，具體采用微加工技術(shù)制作的一種利用高頻交變電流產(chǎn)生交變磁場，使位于交變磁場的導(dǎo)電相變材料產(chǎn)生電渦流和焦耳熱，進(jìn)而相變材料熔化產(chǎn)生體積膨脹，并使腔內(nèi)的壓力增大，促使彈性薄膜向外突出變形推動驅(qū)動針向上移動，驅(qū)動針使PDMS薄膜變形而形成凸點(diǎn)的相變盲文點(diǎn)顯器。該盲文點(diǎn)顯器能夠集成到便攜式設(shè)備中，用于幫助視覺障礙者獲取信息，屬于醫(yī)療、微驅(qū)動器和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，盲文顯示裝置中主要采用的是壓電驅(qū)動和電磁驅(qū)動，采用這些驅(qū)動方法的盲文點(diǎn)顯裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且價格昂貴，不利于推廣應(yīng)用。因此，專家學(xué)者們研究更多的盲文驅(qū)動方式，其中，石蠟相變驅(qū)動也被應(yīng)用于盲文點(diǎn)顯器。2005年，英國倫敦帝國學(xué)院的Jun Su Lee等人研究了一種利用金作為加熱電阻的石蠟相變微致動器，并嘗試用于全頁盲文顯示裝置。2011年，羅馬尼亞克盧日·納波卡技術(shù)大學(xué)的等人開發(fā)了一種盲文點(diǎn)顯器，他們利用嵌于石蠟內(nèi)的電阻微型加熱器來加熱石蠟相變材料。然而，這些采用電阻加熱的盲文點(diǎn)顯器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝制作難度大、響應(yīng)時間慢等缺點(diǎn)，而且在盲文點(diǎn)的溫度較高，容易造成手指的輕微燙傷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的盲文點(diǎn)顯器結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本昂貴等缺點(diǎn)，提高相變微驅(qū)動器的傳熱速度，簡化制作工藝，減少響應(yīng)時間，降低觸點(diǎn)的溫度，從而提出了一種基于感應(yīng)加熱和導(dǎo)電復(fù)合材料的相變盲文點(diǎn)顯器。該相變盲文點(diǎn)顯器采用機(jī)械加工和微加工工藝制作，利用高頻電磁感應(yīng)在導(dǎo)電復(fù)合材料中形成電渦流，電渦流產(chǎn)生焦耳熱，進(jìn)而使得相變復(fù)合材料熔化產(chǎn)生體積膨脹和TPU薄膜變形，進(jìn)而推動驅(qū)動針向上移動和PDMS薄膜變形形成凸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)信息的表達(dá)。其中，驅(qū)動針可以把加熱的石蠟與手指直接接觸的薄膜進(jìn)行隔離，降低與手接觸的薄膜溫度。本發(fā)明所使用的導(dǎo)電相變復(fù)合材料由相變材料和導(dǎo)電材料兩種成分組成，其中導(dǎo)電材料占比為1-3％，其余為相變材料。復(fù)合材料的電阻率為100-500Ω·m，磁導(dǎo)率為0.0003-0.001H/m。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于感應(yīng)加熱和導(dǎo)電復(fù)合材料的相變式盲文點(diǎn)顯器為多層結(jié)構(gòu)，從上至下主要由PDMS薄膜1、驅(qū)動針芯片3、TPU薄膜4、PCM芯片5、導(dǎo)電相變復(fù)合材料6、基底7、勵磁線圈8和絕緣層9組成，其中，驅(qū)動針2與PDMS薄膜1是一體的。

所述PDMS薄膜1的厚度為50-60μm。驅(qū)動針2為圓柱體，共有6個，直徑為1-1.2mm，高為0.5-0.8mm，圓柱體之間中心間距為2.5-2.8mm。

所述驅(qū)動針芯片3的厚度為0.5-0.8mm，材料為有機(jī)玻璃(PMMA)。其中，驅(qū)動針芯片3上加工有驅(qū)動針腔11，驅(qū)動針腔11為圓形通孔，與驅(qū)動針2一一對應(yīng)，樣件組裝時，驅(qū)動針2位于通孔的中央。6個通孔的直徑為1.3-1.6mm，孔心間距為2.5-2.8mm。

所述TPU薄膜4的厚度為50-60μm。

所述PCM芯片5的厚度為0.5-1mm，材料為PCB。其中，PCM芯片5上加工有加熱腔12，加熱腔12為圓形通孔，與驅(qū)動針腔11一一對應(yīng)，加熱腔中填裝了已經(jīng)制備好的導(dǎo)電相變復(fù)合材料6。6個加熱腔的直徑均為2-2.2mm，孔心間距為2.5-2.8mm。

所述基底7的厚度為0.15-0.17mm，材料為玻璃。