触碰传感单元、传感阵列、智能设备及地毯制造技术

本发明专利技术提供了一种触碰传感单元、传感阵列、智能设备及地毯。该触碰传感单元采用柔性可弯曲可卷曲的材料作为基底层，采用柔性导电材料作为电极材料，整个触碰传感单元阵列构成柔性器件，且可弯曲可卷曲，制备工序简单，能够实现整体大面积使用。本发明专利技术在触碰传感单元的两电极之间增加了抗干扰电极，可以提高传感阵列的传输信息精度，提高识别分辨率。本发明专利技术可以实现图像采集，接触应力分布表征，物体示踪定位，运动轨迹实时追踪等功能，能够应用于触控面板、手写电子签名、指纹识别、安防、智能家居、公共安全等有图像采集、接触应力分布测绘或定位追踪等功能一种或多种需求的领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种触碰传感单元、传感阵列、及智能设备。
技术介绍
随着科技的快速发展，智能设备广泛应用于智能家居、公共安全等领域，出现了具有移动物体定位追踪需求的产品，如智能地毯等，也出现了具有图像采集、接触应力分布测绘需求的产品，如指纹采集等的图像采集仪，接触应力分布测绘仪。然而，目前尚未出现基于接触起电效应的触碰传感器件。并且，对于目前的传感器件而言，各种功能电极的结构设计不尽合理，占用面积大，单位面积可布置的触碰单元数量受限，并且阵列质地普遍较硬，限制了其大面积应用。此外，申请人在研制触碰传感单元的过程中还发现，因接触起电而产生的感生电荷将在空间中产生以接触位置为中心的电场分布，接触点处周围其他触碰传感单元的相应电极处于该电场中，也会产生感生电信号，这些产生的感生电信号会极大的影响接触点的识别精度，从而降低传感矩阵的识别效率。如何解决该问题已经成为触碰传感单元研制成功与否的关键。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对传统触碰传感阵列质地硬，无法实现大面积连续应用的缺点，本专利技术提供了一种触碰传感单元、传感阵列及智能设备。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种触碰传感单元。该触碰传感单元包括：基底10；设置在基底10上的互相绝缘的第一电极21和第二电极22；起电组件40，用于感应物体的触碰而产生感应电信号；其中，感应电信号在第一电极21和第二电极22产生感生电信号。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种触碰传感阵列。该触碰传感阵列包含m行n列的如上述的触碰传感单元，其中：沿第一方向的n个触碰传感单元的第一电极21通过串联起来，构成一路第一方向信号采集电路，该触碰传感阵列共计m路的第一方向信号采集电路，各路之间相互绝缘；沿第二方向的m个触碰传感单元的第二电极22串联起来，构成一路第二方向信号采集电路，该触碰传感阵列共计n路的第二方向信号采集电路，各路之间相互绝缘。根据本专利技术的再一个方面，还提供了一种触控面板。该触控面板采用上述的传感单元或触碰传感阵列。根据本专利技术的又一个方面，还提供了一种智能设备。该智能设备采用上述的触碰传感阵列。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种图案采集仪。该图案采集仪采用上述的智能设备。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种接触应力分布测绘仪。该应力分布表征仪采用上述的智能设备。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种地毯。该地毯采用上述的智能设备。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术触碰传感单元、传感阵列及智能设备具有以下有益效果：(1)传感单元为主动式无源传感单元，在工作时不需要外加电源，且为主动式激发电信号，克服了传统基于硅基等半导体传感器件需要有源供电的缺点，在降低器件能耗的同时并且扩大了器件应用的范围；(2)采用柔性可弯曲可卷曲的材料作为基底层，采用柔性导电材料作为电极材料，整个触碰传感单元阵列构成柔性器件，且可弯曲可卷曲，克服了传统基于硅基等半导体传感器件质硬的缺点；(3)所用到的材料易获取，价廉，制备过程中能耗低，工序简单，加工、操作、控制及使用简单，制备的传感阵列器件为柔性器件，可弯曲可卷曲，并且能够实现整体大面积使用同时保持较高的识别精度。与传统基于硅基等半导体材料的传感器相比，克服了其昂贵，制备工序复杂，能耗高，并且不能实现整体大面积使用的缺点；(4)本专利技术传感单元的连接方式为同行同列串联，不同行不同列之间绝缘的连接方式，极大的简化了传感单元矩阵的内部连接方式，也简化了传感器件的制作方式；(5)在触碰单元的两电极之间增加了抗干扰电极。该抗干扰电极可以降低以接触点位置为中心的周围触碰传感单元的两电极的感应电信号的强度，提高触碰位置点处传感单元中两电极的感生电信号与未触碰点传感单元中两电极的感生电信号的强度差别，从而可以提高传感阵列的传输信息精度，提高识别分辨率；(6)本专利技术传感单元的图案化设计集成了三种不同功能的电极模块，简化了器件的结构，实现根据单个传感单元所激发的电信号即可定位该传感单元位置及物体与该传感单元的接触应力大小、传感单元阵列采集接触物体的形状及测绘物体与传感单元的接触应力分布的功能，并且降低了传感单元内部电极之间以及传感单元之间电信号的相互影响。由于具有上述优点，本专利技术提出的触碰传感单元能够满足对于物体示踪定位，运动轨迹实时追踪，图像采集或接触应力分布测绘功能的一种或多种需求。可以广泛应用于触控面板、手写电子签名、指纹等图案识别、接触应力分布测绘等智能设备产品，具有广阔的应用前景。附图说明图1为根据本专利技术第一实施例触碰传感单元的横截面剖视图；图2为图1所示触碰传感单元的爆炸图；图3为根据本专利技术第二实施例触碰传感阵列中信号采集电路的示意图；图4为根据本专利技术第三实施例触碰传感阵列制备方法的流程图；图5为根据本专利技术第四实施例触碰传感单元的立体图；图6为根据本专利技术第七实施例触碰传感单元的爆炸图；图7为根据本专利技术第八实施例触碰传感单元的爆炸图。【主要元件】10-柔性基底；21-第一电极；21a-第一部分；21b-第二部分；21c-第三部分；22-第二电极；22a-第一部分；22b-第二部分；22c-第三部分；21′-电性连接部30-抗干扰电极；31-第一绝缘层；32-第二绝缘层；40-起电组件；41-第一起电层；42-第二起电层。具体实施方式本专利技术采用普通柔性材料作为基底，用柔性导电材料作为电极，以柔性起电材料作为起电层，在保证灵敏度的条件下，具有价廉、柔性可卷曲，轻、薄且能实现整体大面积应用。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。一、第一实施例在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种主动式无源触碰传感单元。该传感单元无需提供外加电源供电工作，而是利用触碰时产生的感生电信号作为识别电信号实现主动式工作。图1为根据本专利技术第一实施例触碰传感单元的横截面剖视图。图2为图1所示触碰传感单元的爆炸图。请参照图1和图2，本实施例触碰传感单元包括：柔性基底10；第一电极21，呈柱状，形成于柔性基底10上；电性连接部21′，形成于第一电极21沿第一方向的至少一侧，沿第一方向相邻的触碰传感单元的第一电极通过该电性连接部21′连接；第二电极22，形成于第一电极21的外侧，其与内侧的第一电极21绝缘，与下方的电性连接部21′绝缘；抗干扰电极30，形成于第一电极21的外侧，电性连接部21′和第二电极22之间，其与内侧的第一电极21绝缘，其下方通过第一绝缘层31与电性连接部21′绝缘，其上方通过第二绝缘层32与第二电极22绝缘；起电组件40，形成于第一电极21和第二电极22的上方，包括：第一起电层41和第二起电层42，其中，第二起电层42下表面电性连接至第一电极21和第二电极22的上表面；其中，电性连接部21′和第二电极22分别引出该触碰传感单元的第一方向信号采集端和第二方向信号采集端，第一电极21、电性连接部21′、第二电极22、抗干扰电极30、第一绝缘层31、第二绝缘层32均采用柔性材料制备。以下分别对本实施例触碰传感单元的各个组成部分进行详细说明。柔性基底10起到支撑起整个触碰传感单元(整个触碰传感阵列)的作用，采用可卷曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触碰传感单元，其特征在于，包括：基底(10)；设置在所述基底(10)上的互相绝缘的第一电极(21)和第二电极(22)；起电组件(40)，用于感应物体的触碰而产生感应电信号；其中，所述感应电信号在所述第一电极(21)和第二电极(22)产生感生电信号。

【技术特征摘要】
1.一种触碰传感单元，其特征在于，包括：基底(10)；设置在所述基底(10)上的互相绝缘的第一电极(21)和第二电极(22)；起电组件(40)，用于感应物体的触碰而产生感应电信号；其中，所述感应电信号在所述第一电极(21)和第二电极(22)产生感生电信号。2.根据权利要求1任一项所述的触碰传感单元，其特征在于，还包括：抗干扰电极(30)，形成于所述第一电极(21)和第二电极(22)之间，并与所述第一电极(21)和第二电极(22)绝缘。3.根据权利要求1或2所述的触碰传感单元，其特征在于，所述第一电极(21)，呈柱状，形成于所述基底(10)上；该触碰传感单元还包括电性连接部(21′)，形成于第一电/极(21)沿第一方向的至少一侧；所述第二电极(22)，形成于第一电极(21)的外侧，其与内侧的第一电极(21)绝缘，并与下方的电性连接部(21′)绝缘；以及所述电性连接部(21′)和第二电极(22)分别引出该触碰传感单元的第一方向信号采集端和第二方向信号采集端。4.根据权利要求3所述的触碰传感单元，其特征在于，所述电性连接部(21′)呈平面状或沿所述第一方向延伸的条带状，所述电性连接部(21′)呈条带状，其厚度小于第一电极(21)的厚度，其宽度小于第一电极(21)宽度。5.根据权利要求3或4所述的触碰传感单元，其特征在于，包括抗干扰电极(30)时，所述抗干扰电极(30)形成于第一电极(21)的外侧，电性连接部(21′)和第二电极(22)之间，其与内侧的第一电极(21)绝缘，其下方通过第一绝缘层(31)与电性连接部(21′)绝缘，其上方通过第二绝缘层(32)与第二电极(22)绝缘。6.根据权利要求5所述的触碰传感单元，其特征在于，所述第二电极(22)与内侧的第一电极(21)之间，抗干扰电极(30)与内侧的第一
\t电极(21)之间，通过空气或者绝缘介质进行绝缘。7.根据权利要求1或2所述的触碰传感单元，其特征在于，将所述基底(10)的上方分为四个区域-第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，第一区域和第三区域为对角的区域，第二区域和第四区域为对角的区域；所述第一电极(21)包括：位于第二区域的第一部分(21a)、位于第四区域的第二部分(21b)和连接该第一部分和第二部分的呈条带状的第三部分(21c)；所述第二电极(22)包括：位于第一区域的第一部分(22a)、位于第三区域的第二部分(22b)和连接该第一部分和第二部分的呈条带状的第三部分(22c)；其中，第一电极和第二电极分别引出该触碰传感单元的第一方向信号采集端和第二方向信号采集端；第一电极的第三部分(21c)与第二电极的第三部分(22c)之间绝缘。8.根据权利要求7所述的触碰传感单元，其特征在于，包括抗干扰电极(30)时，通过第一绝缘层(31)和第二绝缘层(32)分别与所述第一电极(21)和第二电极(22)绝缘，其中，所述第一绝缘层(31)、抗干扰电极(30)和第二绝缘层(32)在触碰传感单元的中间位置自下而上形成，该三层位置对应，形状相同，均呈十字形状，从而将基底(10)的上方分为所述的四个区域；所述抗干扰电极(30)形成于第一电极的第三部分(21c)与第二电极的第三部分(22c)之间，其下方通过第一绝缘层(31)与第一电极的第三部分(21c)实现绝缘，其上方通过第二绝缘层(32)与第二电极的第三部分(22c)实现绝缘。9.根据权利要求7或8所述的触碰传感单元，其特征在于，所述第一电极的第一部分(21a)、第二部分(21b)、第三部分(21c)与第二电极的第一部分(22a)、第二部分(22b)形成于基底(10)的同一表面上。10.根据权利要求9所述的触碰传感单元，其特征在于，所述抗干扰电极(30)与外侧的第一电极的第一部分(21a)、第二部分(21b)以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓枭，朱光，孟宪松，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11