[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

说明书

本发明公开了一种提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置，包括预应力检测电路、压电信号检测电路和信号采集单元；预应力检测电路包括微控制器；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，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、输出端与微控制器的中断引脚相连；压电信号检测电路包括电荷‑电压转换电路。本发明还公开了提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的方法。本发明结构简洁，确定了在压电薄膜上预应力的大小，并由此来矫正压电系数，提升了压电材料测力的准确度，适用于压电触屏设备技术领域。

技术领域

本发明属于触摸屏设备技术领域，用于提高触屏精度，具体地说是一种提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置及方法。

背景技术

从大众日常使用的手机到医疗设备，许多电子产品上正大规模使用触摸屏。传统的触摸屏定位与检测利用的是电容或电阻，而无论是电容屏还是压阻屏，它们都各有缺陷。随着人们对触摸屏交互的要求的提高，压电屏自身的结构优势和性能优势将使得压电材料在触摸屏上的广泛应用成为未来的必然趋势。

近年来，围绕着触摸屏的特性，许多科研人员开展了多方位的研究，证明了基于压电材料的触摸屏可以实现更高的检测精度。然而成功的压电屏商业应用还很少见，其中需要克服的一个重要的缺陷就在于输出电压值与加载在压电材料上的力之间不稳定的响应关系。已有研究表明，施加于压电材料上的预加静态力对该响应相关系数有重要影响，即不同预加静态力下，相同动态力将产生不同的输出的电荷变化。此外，在触摸屏的应用场景中，常出现用户对触摸屏施加阶梯变化力的情形，即在某一近似为稳定恒力的基础上再施加一定大小的力。因此，在不同预应力大小的情况下矫正压电系数将能显著提高用户施加阶梯压力的时候对力检测的准确性，对于触屏书写体验及某些娱乐交互体验有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置；以矫正压电材料在预应力(静态力)情况下压电系数；

本发明的另外一个目的是提供利用上述装置实现的提高提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的方法。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的装置，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。

作为限定：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。

一种提高压电触摸屏在阶梯力下测力准确度的方法，采用上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，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；