[发明专利]提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置及方法

权利要求书

1.一种提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置，其特征在于：包括预应力检测电路、压电信号检测电路和信号采集单元；

所述信号采集单元包括压电材料层与电荷引出部分；

所述预应力检测电路包括微控制器、多路复用器、比较器；所述微控制器的控制引脚与多路复用器的开关控制引脚相连，微控制器的定时器输出引脚通过多路复用器与压电材料层相连，向压电材料层发出脉宽为Δt的脉冲；压电材料层通过多路复用器与比较器的正输入端相连，比较器的负输入端与微控制器的DAC引脚相连，比较器的输出端与微控制器的中断引脚相连；

所述压电信号检测电路包括电荷-电压转换电路，信号采集单元的输出端与电荷-电压转换电路的输入端相连；

所述电荷-电压转换电路通过模数转换器与微控制器的数字信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置，其特征在于：所述信号采集单元包括自上而下依次设置的第一保护层、第一电极层、压电材料层、地电极层和第二保护层，第一电极层、第二电极层作为信号采集单元的输出端。

3.一种提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的方法，采用权利要求1或2所述的提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置来实现，其特征在于：该方法按照以下步骤顺序进行，

一、检测预应力F_static

S1、微控制器的控制引脚通过多路复用器的开关控制引脚向多路复用器发出命令，将微控制器的定时器输出引脚与压电材料层接通，微控制器由定时器向压电材料层发送脉宽为Δt的脉冲，将压电材料层充电至V₀；

S2、微控制器的控制引脚通过多路复用器的开关控制引脚向多路复用器发出命令，将压电材料层与比较器的正输入端接通，压电材料层开始放电，同时微控制器开始计数，直至压电材料层的输出电压小于V₁，比较器输出极性翻转，触发微控制器的中断引脚；

S3、记录微控制器的计数值X₁，由计数值X₁计算得到放电时间τ₁；

S4、重复执行步骤S1-S3 n次，得到放电时间τ₂～τ_n；

S5、计算n次放电时间的平均值

S6、将代入时间常数与静态力关系曲线得到预应力值F_static；

其中，n≥0；

二、得出压电系数d₃₃(F_static)

将F_static代入压电系数与预应力关系曲线d₃₃-F_static，可确定在预应力F_static下的压电系数d₃₃(F_static)；

三、压电信号检测

P1、当有动态力加载在信号采集单元上时，压电材料层表面产生动态电荷Q，公式如下

Q＝d₃₃(F_static)·F

P2、动态电荷Q进入电荷-电压转换电路，以预先设定好的增益G将动态电荷Q转换为相应的正比于动态电荷量Q的模拟信号电压值V_Q，转换公式如下

V_Q＝GQ

并将转换结果输出至模数转换器；

P3、模数转换器将收到的模拟信号电压值V_Q转换成数字电压值并输出至微控制器；

四、计算动态力的大小F

微控制器根据收到的数字电压值，结合压电系数d₃₃(F_static)，根据公式F＝V_Q/(G·d₃₃(F_static))，即可计算出在所述预应力F_static下所加的动态力F的准确大小。