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CN114365071A - 用于力感测的装置及电子设备 - Google Patents

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CN114365071A
CN114365071A CN202180004402.7A CN202180004402A CN114365071A CN 114365071 A CN114365071 A CN 114365071A CN 202180004402 A CN202180004402 A CN 202180004402A CN 114365071 A CN114365071 A CN 114365071A
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CN202180004402.7A
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谷内寛直
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Goertek Inc
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Goertek Inc
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Abstract

一种用于力感测的装置(10)及电子设备(1)。该电子设备(1)包括第一可变形部分(21)和第二可变形部分(22)。该装置(10)包括运算放大器(32，105)和连接为环路的四个分支(101‑104)。每个分支(101‑104)连接在运算放大器(32，105)的第一输入端子(VIN1)或第二输入端子(VIN2)与供应第一电压的第一端子或供应第二电压的第二端子之间。四个分支(101‑104)中的至少两个分支分别包括附接至第一可变形部分(21)的第一应变传感器(111)和附接至第二可变形部分(22)的第二应变传感器(112)。当第一可变形部分(21)发生应变时，第二可变形部分(22)发生应变。通过参考附接至相关可变形部分(21‑24)的传感器(111‑114)，使装置(10)相对于施加在电子设备的可变形部分(2，21‑24)上的力或应变的灵敏度得到提高。

Description

用于力感测的装置及电子设备
技术领域
本公开内容涉及人机交互的技术领域，并且特别地涉及用于力感测的装置和方法以及电子设备。
背景技术
近几十年来已经见证了在人们日常生活中的各种电子设备的快速发展。为了方便使用，开发了许多输入装置来帮助用户与电子设备进行交互。力敏感输入装置或应变敏感输入装置正变得越来越流行，这是因为它们为用户与各种类型的电子设备之间的交互提供了非常方便的力感测方法。例如，用户可以通过用手指或触控笔(stylus)简单地触摸、按压、敲击、抓握或拉伸操作界面向移动电话或计算机输入指令。
设置有力敏感输入装置或应变敏感输入装置的操作界面通常位于电子设备的可变形部分例如柔性显示器上的虚拟键盘或虚拟按钮、塑料外壳的弹性部分、金属壳体的变薄部分等处。力敏感输入装置或应变敏感输入装置对操作界面的变形进行检测，即，对由操作引起的力或应变进行检测，并且从而使得电子设备能够识别出这样的操作。图1是常规技术中电子设备的力敏感输入装置或应变敏感输入装置的示意性结构图。如图1所示，力敏感输入装置或应变敏感输入装置包括模数比较器4和位于电子设备1的操作界面2处的力感测电路3。力感测电路3被配置成生成电信号并且将该电信号传输至模数比较器4。模数比较器4被配置成将该信号与由预设阈值信号限定的阈值进行比较，并且输出其状态指示比较结果的信号。阈值指示由电子设备识别出的变形程度。然后，将该结果传输至控制器(或处理器)5，并且控制器(或处理器)5基于信号的状态确定操作区域是否变形。
用于对力敏感输入装置或应变敏感输入装置的性能进行评估的关键因素是灵敏度，该灵敏度是指能够引起从模数比较器4输出的信号状态的变化的力的最小变化。高度敏感的输入装置能够检测到力的较小变化，并且因此可以相应地给出更精确的响应。例如，高灵敏度意味着甚至操作界面2上的轻微的敲击或触摸也可以被控制器5检测到。如图1所示，输入装置的灵敏度基本上由力感测电路3的灵敏度和模数比较器4中的模数转换的分辨率确定。在实践中，模数转换所需的电流将随着分辨率的增加呈指数上升，从而导致高的功耗，这与电子设备的发展的最小化和便携化趋势不兼容。在一些应用场景中，控制器(或处理器)5可以直接基于从力感测电路输出的模拟信号来确定操作区域是否变形，并且在这种情况下，模数转换是非必要的。
因此，力感测电路的灵敏度对于提高电子设备的力敏感输入装置的性能或应变敏感输入装置的性能是非常重要的。
发明内容
为解决上述技术问题，根据本公开内容的实施方式提供了下述技术方案。
在第一方面，根据本公开内容的实施方式提供了一种用于力感测的装置。该装置被应用于电子设备，该电子设备包括第一可变形部分和第二可变形部分。该装置包括运算放大器、第一分支、第二分支、第三分支和第四分支。第一分支连接在运算放大器的第一输入端子与供应第一电压的第一端子之间。第二分支连接在第一输入端子与供应第二电压的第二端子之间，其中，第一电压不同于第二电压。第三分支连接在运算放大器的第二输入端子与第一端子之间。第四分支连接在第二输入端子与第二端子之间。第一分支、第二分支、第三分支和第四分支中的第一应变敏感分支包括附接至第一可变形部分的第一应变传感器。第一分支、第二分支、第三分支和第四分支中的第二应变敏感分支包括附接至第二可变形部分的第二应变传感器。当第一可变形部分发生应变时，第二可变形部分发生应变。
在一个实施方式中，第一应变敏感分支在第一端子、第二端子、第一输入端子或第二输入端子中的一者处与第二应变敏感分支连接。当第一可变形部分经受第一类型的应变时，第一应变传感器的电参数增加并且第二应变传感器的电参数减小。当第一可变形部分经受第二类型的应变时，第一应变传感器的电参数减小并且第二应变传感器的电参数增加。电参数为电阻或电容。第一类型的应变为压缩而第二类型的应变为拉伸，或者第一类型的应变为拉伸而第二类型的应变为压缩。
在一个实施方式中，当第一可变形区域经受第二类型的应变时，第二可变形部分经受第一类型的应变。当第一可变形区域经受第一类型的应变时，第二可变形部分经受第二类型的应变。
在一个实施方式中，第一应变敏感分支不与第二应变敏感分支连接。当第一可变形部分经受第一类型的应变时，第一应变传感器的电参数和第二应变传感器的电参数都增加。当第一可变形部分经受第二类型的应变时，第一应变传感器的电参数和第二应变传感器的电参数都减小。电参数为电阻或电容。第一类型的应变为压缩而第二类型的应变为拉伸，或者第一类型的应变为拉伸而第二类型的应变为压缩。
在一个实施方式中，当第一可变形区域经受第一类型的应变时，第二可变形部分经受第一类型的应变。当第一可变形区域经受第二类型的应变时，第二可变形部分经受第二类型的应变。
在一个实施方式中，电子设备还包括第三可变形部分。第一分支、第二分支、第三分支和第四分支中的第三应变敏感分支包括附接至第三可变形部分的第三应变传感器。第一应变敏感分支在第一端子、第二端子、第一输入端子或第二输入端子中的另一者处与第三应变敏感分支连接。当第一可变形部分经受第一类型的应变时，第三应变传感器的电参数减小。当第一可变形部分经受第二类型的应变时，第三应变传感器的电参数增加。
在一个实施方式中，当第一可变形区域经受第二类型的应变时，第三可变形部分经受第一类型的应变。当第一可变形区域经受第一类型的应变时，第三可变形部分经受第二类型的应变。
在一个实施方式中，电子设备还包括第三可变形部分。第一分支、第二分支、第三分支和第四分支中的第三应变敏感分支包括附接至第三可变形部分的第三应变传感器。第一应变敏感分支不与第三应变敏感分支连接。当第一可变形部分经受第一类型的应变时，第三应变传感器的电参数增加。当第一可变形部分经受第二类型的应变时，第二应变传感器的电参数减小。
在一个实施方式中，当第一可变形区域经受第一类型的应变时，第三可变形部分经受第一类型的应变。当第一可变形区域经受第二类型的应变时，第三可变形部分经受第二类型的应变。
在一个实施方式中，电子设备还包括第四可变形部分。第一分支、第二分支、第三分支和第四分支中的第四应变敏感分支包括附接至第四可变形部分的第四应变传感器。当第一可变形部分经受第一类型的应变时，第四应变传感器的电参数增加。当第一可变形部分经受第二类型的应变时，第四应变传感器的电参数减小。
在一个实施方式中，当第一可变形区域经受第一类型的应变时，第四可变形部分经受第一类型的应变。当第一可变形区域经受第二类型的应变时，第四可变形部分经受第二类型的应变。
在一个实施方式中，电参数为电阻。第一应变传感器、第二应变传感器、第三应变传感器和第四应变传感器中的每个应变传感器包括应变仪。
在一个实施方式中，电参数为电容。第一应变传感器、第二应变传感器、第三应变传感器和第四应变传感器中的每个应变传感器包括电容器。当所述应变传感器经受拉伸时，电容器的电容增加，而当所述应变传感器经受压缩时，电容器的电容减小。或者，当所述应变传感器经受压缩时，电容器的电容增加，而当所述应变传感器经受拉伸时，电容器的电容减小。
在一个实施方式中，第一可变形部分和第二可变形部分分别位于电子设备的壳体的第一侧壁和第二侧壁处。第一侧壁与第二侧壁彼此连接。
在一个实施方式中，第一可变形部分和第二可变形部分分别位于电子设备的壳体的第一侧壁和第二侧壁处。第一侧壁与第二侧壁彼此平行。
在一个实施方式中，第一可变形部分、第二可变形部分和第三可变形部分分别位于电子设备的壳体的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁处。第一侧壁与第二侧壁连接。第一侧壁与第三侧壁连接。
在一个实施方式中，第一可变形部分、第二可变形部分和第三可变形部分分别位于电子设备的壳体的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁处。第一侧壁与第二侧壁连接。第一侧壁与第三侧壁平行。
在一个实施方式中，第一可变形部分、第二可变形部分、第三可变形部分和第四可变形部分分别位于电子设备的壳体的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁处。第一侧壁与第二侧壁连接。第一侧壁与第三侧壁连接。第一侧壁与第四侧壁平行。
在一个实施方式中，第一可变形部分和第四可变形部分位于第一侧壁处。第二可变形部分和第三可变形部分位于第二侧壁处。第一侧壁与第二侧壁连接。
在第二方面，根据本公开内容的实施方式还提供了一种电子设备。该电子设备包括上述装置中的任何装置、第一可变形部分、第二可变形部分以及硬件模块。该硬件模块被配置成接收从运算放大器的输出端子输出的信号。硬件模块的状态响应于信号状态改变而改变。
在一个实施方式中，硬件模块包括下述中至少一者：处理器、控制器、显示器、扬声器、开关或指示灯。
在一个实施方式中，电子设备包括下述中至少一者：移动电话、手表、眼镜、头戴式显示设备、耳塞式耳机、键盘或平板电脑。
根据本公开内容的实施方式，用于力感测的装置被应用于电子设备，该电子设备包括第一可变形部分和第二可变形部分。该装置包括运算放大器和连接为环路的四个分支。每个分支连接在运算放大器的第一输入端子或第二输入端子与供应第一电压的第一端子或供应第二电压的第二端子之间。四个分支中的至少两个分支分别包括附接至第一可变形部分的第一应变传感器和附接至第二可变形部分的第二应变传感器。当第一可变形部分发生应变时，第二可变形部分发生应变。通过参考附接至相关可变形部分的传感器，使装置相对于施加在电子设备的可变形部分上的力或应变的灵敏度得到提高。
附图说明
下文简要描述的是将应用于本公开内容的实施方式或常规技术的附图。本领域技术人员可以在无需创造性劳动的情况下基于所提供的附图获得其他附图。
图1是常规技术中电子设备的力敏感输入装置或应变敏感输入装置的示意性结构图；
图2是常规技术中应变仪及应变仪的操作状态的示意图；
图3是基于应变仪和惠斯通(Wheatstone)电桥的力敏感输入装置或应变敏感输入装置的示意性结构图；
图4a是根据本公开内容的实施方式的力感测装置的示意性结构图；
图4b是根据本公开内容的实施方式的另一力感测装置的示意性结构图；
图5是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图；
图6是根据本公开内容的实施方式的另一力感测装置的示意性结构图；
图7是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的另一电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图；
图8是根据本公开内容的实施方式的另一力感测装置的示意性结构图；
图9是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的另一电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图；
图10是根据本公开内容的实施方式的另一力感测装置的示意性结构图；
图11是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的另一电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图；
图12是根据本公开内容的实施方式的另一力感测装置的示意性结构图；
图13是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的另一电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图；
图14是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的另一电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图；
图15是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的另一电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图；以及
图16是根据本公开内容的实施方式的包括力感测装置的另一电子设备的壳体的一部分的示意性截面结构图。
具体实施方式
在下文中，结合本公开内容的实施方式中的附图对本公开内容的实施方式中的技术方案进行描述。应理解，所描述的实施方式仅是本公开内容的实施方式中的一些实施方式，而不是全部的实施方式。本领域技术人员在无需创造性劳动的情况下基于本公开内容的实施方式获得的任何其他实施方式都落入本公开内容的保护范围。
如背景技术中所描述的，力敏感输入装置或应变敏感输入装置的灵敏度取决于基于施加在电子设备上的力或应变输出模拟信号的力感测电路的灵敏度。通常，力感测电路或者用于力感测的装置包括力传感器，该力传感器被配置成将力或应变转换为电信号。在下文中，对上述技术问题的细节进行描述，其中以力传感器基于应变仪为例。本领域技术人员将理解，这样的技术问题加以必要的修改也可适用于其他类型的力传感器。
参照图2，其是常规技术中应变仪及应变仪的操作状态的示意图。应变仪被配置成测量物体上的应变。如图2所示，常见类型的应变仪可以由支承金属箔图案的绝缘柔性背衬组成。金属箔图案包括其厚度对应变敏感的绕组图案以及该绕组图案的两端处的两个端子。应变仪可以通过合适的粘合剂附接至物体上。当物体变形时，箔图案将进行变形，并且该箔图案的电阻相应地改变。通常，对物体的压缩将使金属箔图案变厚，并且从而减小应变仪的电阻。相反，对物体的拉伸将使金属箔图案变薄，并且从而增加应变仪的电阻。在实践中，可以将两个端子连接至惠斯通电桥的臂中，这是用于测量电阻的常用方法。
惠斯通电桥的典型结构包括上臂和下臂，所述上臂和下臂中的每个臂包括连接在公共节点处的两个电阻器。四个电阻器中的三个电阻器具有固定电阻，而另一个电阻器具有可变(或待测量)电阻。上臂的两端分别连接至下臂的两端，并且两个连接节点用作惠斯通电桥的两个输出端子。上臂和下臂中的两个公共节点用作对惠斯通电桥的电力供应端子。因此，在已知三个电阻器的电阻和跨两个电力供应端子的电压的情况下，可以根据两个输出端子之间的电压推导出待测量的电阻。本领域技术人员可以容易地获得惠斯通电桥电路的其他变型，本文不再对其进行详细描述。
然后参照图3，图3是基于应变仪和惠斯通电桥的力敏感输入装置或应变敏感输入装置的示意性结构图。如图3所示的结构是基于图1所示的结构，其中，力感测电路3包括惠斯通电桥电路30和运算放大器32。惠斯通电桥电路30的下臂包括应变仪31，该应变仪31用作可变(或待测量)电阻器，并且应变仪31设置在电子设备1的可变形部分(诸如操作界面)2上。惠斯通电桥电路30的两个输出端子分别耦接至运算放大器32的反相输入端子和非反相输入端子。运算放大器32的输出端子耦接至模数转换器(ADC)4的输入端子。在图3中，运算放大器32的反相输入端子、非反相输入端子和输出端子处的信号分别表示为VIN1、VIN2和VOUT。存在VOUT＝A*(VIN2-VIN1)，其中，A是运算放大器32的增益。
基于如图3所示的结构，ADC可以设置有用于确定变形部分2是否变形的算法。例如，该算法可以包括：将输出信号VOUT转换为数字信号；确定输出信号VOUT是否低于(或高于)阈值信号VTH；在肯定确定的情况下指示可变形部分变形；以及在否定确定的情况下指示可变形部分未变形。
假设应变仪31的电阻等于R1v，并且惠斯通电桥电路30中的其他电阻器的固定电阻如图3所示分别为R2、R3和R4。在这种情况下，VOUT处的输出信号可以以如下表示，其中，ΔV＝Vcc-Vss。
Figure BDA0003451297130000081
由于力感测单元作为模拟元件工作，因此力感测单元3的灵敏度可以被定义为每单位力变化的输出信号VOUT的变化。由于施加在操作界面上的力被转换为应变仪的电阻，因此力感测电路3的灵敏度可以以输出信号VOUT相对于R1v的微分表示。
Figure BDA0003451297130000091
因此，力感测电路3的灵敏度可以通过三种方式来提高：增加运算放大器32的增益A；增加电力供应电压Vcc与Vss之间的差；或者减小包括应变仪的桥臂的电阻R1v+R2。然而，第一种方式也将放大输出信号中的噪声，并且将降低电路的稳定性因素。第二种方式和第三种方式将增加流过惠斯通电桥31的电流，因而使力感测电路的功耗增加。因此，所有三种方式都不令人满意，特别是在电子设备1为便携式电子设备或可穿戴电子设备的情况下。
根据本公开内容的实施方式，提出了用于力感测的装置的新型结构，其中，将附接至电子设备的不同可变形部分的至少两个应变传感器并入至惠斯通电桥中，以提高力感测的灵敏度。
参照图4a、图4b、图6、图8、图10和图12，图4a、图4b、图6、图8、图10和图12是根据本公开内容的实施方式的用于力感测的装置的示意性结构图。将用于力感测的装置10应用于电子设备。该装置包括第一分支101、第二分支102、第三分支103、第四分支104和运算放大器105。类似于图3中的放大器32，运算放大器105包括承载信号VIN1的第一输入端子和承载信号VIN2的第二输入端子。运算放大器105还包括承载信号VOUT的输出端子。第一端子和第二端子被配置成为装置10供应电力，其中，第一端子供应第一电压Vcc，并且第二端子供应第二电压Vss。
第一分支101连接在第一输入端子与第一端子之间。第二分支102连接在第一输入端子与第二端子之间。第三分支103连接在第二输入端子与第一端子之间。第四分支104连接在第二输入端子与第二端子之间。四个分支101至104中的至少两个分支用作应变敏感分支，即，被配置成检测施加在电子设备的可变形部分上的应变或力的分支。每个应变敏感分支包括附接至相应可变形部分的应变传感器。因此，存在至少两个传感器分别附接至电子设备的至少两个可变形部分。当至少两个可变形部分中的一个可变形部分发生应变时，另一个可变形部分或其他可变形部分也发生应变。同时应变可以以各种方式触发。在一个实施方式中，可以在可变形部分上同时施加与一个操作相关的力，例如当在手部中紧握移动电话时或者当用户捏住耳塞式耳机时。在另一实施方式中，可变形部分可以进行物理连接，使得应变可以从一个传导至另一个。
由于同时应变，每个应变传感器的电参数将同时漂移。当应变传感器被适当地设置时，与每个应变传感器对应的漂移可以使输出信号VOUT朝向相同方向(即，增加或减少)改变。在这种情况下，即使施加至任何可变形部分的力或应变不变，输出信号VOUT与如图3所示的仅依赖一个应变传感器和一个可变形部分的情况相比也将经受更大的变化。因此，通过参考另一传感器并且参考相关的可变形部分，装置10相对于施加在电子设备的可变形部分上的力或应变的灵敏度得到提高。此外，运算放大器的增益A、电力供应电压Vcc和Vss以及如图3所示电路中的电阻器的固定电阻可以不变，并且因此不需要降低稳定性因数或者增加功耗。
在下文中，结合附图提供五个实施方式，以说明本公开内容的实施方式。
第一实施方式
参照图4a。在第一实施方式中，第一分支101用作第一应变敏感分支，并且第二分支102用作第二应变敏感分支。第一应变敏感分支包括附接至电子设备的第一可变形部分21的第一应变传感器111。第二应变敏感分支包括附接至电子设备的第二可变形部分22的第二应变传感器112。第三分支和第四分支均包括具有固定电阻的电阻器。
假设第一应变传感器的电阻等于R1v，第二应变传感器的电阻等于R2v，第三分支中的电阻器的电阻等于R3，并且第四分支中的电阻器的电阻等于R4。类似于式(1)，输出信号VOUT可以以如下表示。
Figure BDA0003451297130000101
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000102
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000111
当假设R2v＝R2——即，在参考状态(诸如零应变状态)的第二应变传感器具有与对应的如图3所示的固定电阻器相同的电阻时——可以进行公平比较。明显的是，式(5)中的灵敏度将大于式(2)中的灵敏度，只要dR2v*dR1v＜0即可。即，当第一可变形部分经受应变时，R1v和R2v中的一者增加，而另一者减小。通常，应变是指压缩或拉伸，并且力传感器的电阻在压缩和拉伸中的一者的情况下将增加而在另一者的情况下将减小。例如，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v增加并且R2v减小，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v减小并且R2v增加。对于另一示例，在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v增加并且R2v减小，而在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v减小并且R2v增加。
上文将图4a中的四个分支作为电阻元件进行图示和计算，主要是为了与如图3所示的结构进行清楚的比较。注意，本公开内容不限于此，并且任何分支可以包括另一元件，诸如电容器。例如，图4a中的电阻器用电容器代替，并且应变传感器都是电容元件。
假设第一应变传感器的电容等于C1v，第二应变传感器的电容等于C2v，第三分支中的电容器的固定电容等于C3，并且第四分支中的电容器的固定电容等于C4。在这种情况下，式(3)可以被重写为如下。
Figure BDA0003451297130000112
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000113
类似地，装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000114
为了比较，图3中的电阻元件也用相应的电容元件代替，并且力感测电路3的灵敏度可以以输出信号VOUT相对于声称的C2v的微分表示。
Figure BDA0003451297130000121
明显的是，当满足下述条件时，对于电容情况可以使灵敏度增加。当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，C1v增加并且C2v减小，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，C1v减小并且C2v增加。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
此外，可以类似地获得装置10相对于施加在第二可变形部分22上的力的灵敏度，如式(10)和式(11)所示。关于第一可变形部分21的结论加以必要的修改适用于第二可变形部分22。即，当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，R1v增加并且R2v减小，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，R1v减小并且R2v增加。对于电容情况，当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，C1v增加并且C2v减小，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，C1v减小并且C2v增加。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
Figure BDA0003451297130000122
Figure BDA0003451297130000123
应当注意，第一实施方式旨在描述第一应变敏感分支和第二应变敏感分支“相邻”——即，第一应变敏感分支和第二应变敏感分支在第一端子、第二端子、第一输入端子和第二输入端子中的一者处连接——的情况。因此，可以存在两种可能性：一种可能性是第一应变敏感分支和第二应变敏感分支是连接第一端子和第二端子的两个分支；另一种可能性是第一应变敏感分支和第二应变敏感分支是连接第一输入端子和第二输入端子的两个分支。前一种情况可以是指如图4a所示的结构，而后一种情况可以是指如图4b所示的结构，讨论如下。
在图4b中，以第一分支用作第一应变敏感分支并且第三分支用作第二应变敏感分支为例。第二分支112和第四分支114均包括具有固定电阻的电阻器。假设第一应变传感器的电阻等于R1v，第二应变传感器的电阻等于R3v，第二分支中的电阻器的电阻等于R2，并且第四分支中的电阻器的电阻等于R4。类似于式(6)，输出信号VOUT可以以如下表示。
Figure BDA0003451297130000131
在这种情况下，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000132
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000133
依然，当满足下述条件时可以使灵敏度增加。当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，R1v增加并且R3v减小，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，R1v减小并且R3v增加。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
类似地，装置10相对于施加在第二可变形部分22上的力的灵敏度可以被类似地推导，如式(12)所示。关于第一可变形部分21的结论加以必要的修改适用于第二可变形部分22，本文对其不再重复。
Figure BDA0003451297130000134
电容情况的灵敏度可以如式(16)和式(17)类似地推导。依然，当满足下述条件时，可以使灵敏度增加。当第一可变形部分21(或第二可变形部分22)经受第一类型的应变时，C1v增加并且C3v减小，以及/或者当第一可变形部分21(或第二可变形部分22)经受第二类型的应变时，C1v减小并且C3v增加。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
Figure BDA0003451297130000141
Figure BDA0003451297130000142
即，在第一应变传感器和第二应变传感器位于两个“相邻”分支中的情况下，装置10相对于施加在任一可变形部分上的力的灵敏度将得到提高，只要当这样的可变形部分发生应变时第一应变传感器的电参数和第二应变传感器的电参数朝向不同方向改变即可。电参数可以是电容或电阻。
上面情况下的第一应变传感器111和第二应变传感器112可以以各种方式设置在电子设备中。参照图5，其示出了根据本公开内容的实施方式的包括用于力感测的装置的电子设备的壳体的一部分的截面。第一可变形部分21位于电子设备的壳体的第一侧壁210处，并且第二可变形部分22位于壳体的第二侧壁220处。即，第一应变传感器111在第一可变形部分21处附接至第一侧壁210，并且第二应变传感器112在第二可变形部分22处附接至第二侧壁220。为了更好地说明，图5中未示出第一可变形部分21和第二可变形部分22。图中虚线框表示被电子设备的壳体包围的部件，其可以是印刷电路板、电池、重力传感器等。第一侧壁210和第二侧壁220可以连接。因此，当在第一可变形部分21上施加力(由空心箭头指示)时，包围电子设备的壳体可以沿力的方向被压缩，并且沿与力的方向垂直的方向被伸展(其中，侧壁的应变由实线箭头指示)。因此，第一可变形部分21经受拉伸而第二可变形部分22经受压缩。类似地，当在第一可变形部分21上施加相反的力时(例如当第一侧壁被向上拉或推时)，第一可变形部分21经受压缩而第二可变形部分22经受拉伸。在相同类型的应变(即，拉伸或压缩)的情况下，第一应变传感器111和第二应变传感器112两者的电参数可以朝向相同方向(即，增加或减小)改变。在这种情况下，上面的配置将确保第一应变传感器111的电参数和第二应变传感器112的电参数在任一可变形部分发生应变时朝向不同方向改变。
注意，图5所示的结构仅是示例性的，并且第一侧壁210和第二侧壁220可以以其他方式配置。例如，第一侧壁210与第二侧壁220可以不直接连接，而是经由可以传导应变的另一侧壁连接。对于另一示例，第一侧壁210与第二侧壁220可以不连接，但是在用户的一次操作中一者被伸展而另一者被压缩。此外，第一应变传感器111和第二应变传感器112可以以其他方式设置。例如，每个应变传感器可以附接在相应侧壁的另一侧处。对于另一示例，两个应变传感器可以附接至具有一定厚度的柔性部件的相对侧，使得当柔性部件弯曲时一者经受拉伸而另一者经受压缩。
第二实施方式
第二实施方式旨在描述第一应变敏感分支和第二应变敏感分支“相对”——即，第一应变敏感分支和第二应变敏感分支在惠斯通电桥结构中不连接——的情况。
参照图6，在第二实施方式中，第一分支101用作第一应变敏感分支，并且第四分支104用作第二应变敏感分支。类似于图4a和图4b，第一应变敏感分支包括附接至电子设备的第一可变形部分21的第一应变传感器111。第二应变敏感分支包括附接至电子设备的第二可变形部分22的第二应变传感器112。第二分支和第三分支均包括具有固定电阻的电阻器。
假设第一应变传感器的电阻等于R1v，第二应变传感器的电阻等于R4v，第二分支中的电阻器的电阻等于R2，并且第三分支中的电阻器的电阻等于R3。输出信号VOUT可以以如下表示。
Figure BDA0003451297130000151
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000152
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000153
当假设R4v＝R4——即，在参考状态(诸如零应变状态)的第二应变传感器112具有与对应的如图3所示的固定电阻器相同的电阻时——可以进行公平比较。明显的是，式(20)中的灵敏度将大于式(2)中的灵敏度，只要dR1v*dR4v＞0即可。即，当第一可变形部分经受应变时，R1v和R4v都增加或都减小。例如，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v和R4v都减小，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v和R4v都增加。对于另一示例，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v和R4v都增加，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v和R4v都减小。
如在第一实施方式中那样，对于电容情况可以获得类似的结论。假设第一应变传感器的电容等于C1v，第二应变传感器的电容等于C4v，第二分支中的电容器的固定电容等于C2，并且第三分支中的电容器的固定电容等于C3。在这种情况下，式(18)可以被重写为如下。
Figure BDA0003451297130000161
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000162
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000163
明显的是，当满足下述条件时，对于电容情况可以使灵敏度增加。当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，C1v和C2v都减小，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，C1v和C2v都增加。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
在如图6所示的电路拓扑中，Vcc和Vss是可互换的，并且VINl和VIN2是可互换的。因此，第一应变传感器111和第二应变传感器112在电路拓扑中是对称元件，并且上面的结论可以应用于施加在第二可变形部分22上的力。针对电阻情况的式和针对电容情况的式如下。
Figure BDA0003451297130000164
Figure BDA0003451297130000171
即，在第一应变传感器111和第二应变传感器位于两个“相对”分支中的情况下，装置10相对于施加在任一可变形部分上的力的灵敏度将得到提高，只要当这样的可变形部分发生应变时第一应变传感器的电参数和第二应变传感器的电参数朝向相同方向改变即可。电参数可以是电容或电阻。
第二实施方式中的第一应变传感器111和第二应变传感器112可以以各种方式设置在电子设备中。参照图7，图7示出了根据本公开内容的实施方式的包括用于力感测的装置的另一电子设备的壳体的一部分的截面。类似于图5，第一应变传感器111在第一可变形部分21处附接至第一侧壁210，并且第二应变传感器112在第二可变形部分22处附接至第二侧壁220。第一侧壁210与第二侧壁220可以是平行的。当在第一可变形部分21或第二可变形部分22上施加力(由任一空心箭头指示)时，包围电子设备的壳体可以沿力的方向被压缩，并且沿与力的方向垂直的方向被伸展(其中，侧壁的应变由实线箭头指示)。因此，第一可变形部分21和第二可变形部分22两者都经受拉伸。类似地，当在第一可变形部分21或第二可变形部分22上施加相反的力时(例如当相应侧壁被向上拉或推时)，第一可变形部分21和第二可变形部分22两者都经受压缩。类似于第一实施方式，在相同类型的应变(即，拉伸或压缩)的情况下，第一应变传感器111和第二应变传感器112两者的电参数可以朝向相同方向(即，增加或减小)改变。在这种情况下，上面的配置将确保第一应变传感器111的电参数和第二应变传感器112的电参数在任一可变形部分发生应变时朝向相同方向改变。
注意，图7所示的结构仅是示例性的，并且第一侧壁210和第二侧壁220可以以其他方式配置。例如，第一侧壁210与第二侧壁220可以不严格平行，而是形成一定的夹角，只要在用户的一次操作中第一侧壁210和第二侧壁220两者都被伸展或压缩即可。此外，第一应变传感器111和第二应变传感器112可以以其他方式设置。例如，两个应变传感器可以附接至同一侧壁，即，第一可变形部分21和第二可变形部分22位于同一侧壁处。
第三实施方式
第三实施方式基于第一实施方式，并且旨在描述第三应变敏感分支与第一应变敏感分支“相邻”且与第二应变敏感分支“相对”的情况。即，第三应变敏感分支经由第一端子、第二端子、第一输入端子和第二输入端子中的另一者与第一应变敏感分支连接而不与第二应变敏感分支连接。
参照图8，图8基于图4a。在第三实施方式中，电子设备还包括第三可变形部分23，并且第三分支103还用作第三应变敏感分支。第三应变敏感分支包括第三应变传感器113而不是如图4a所示的电阻器。第三应变传感器113附接至第三可变形部分23。假设第一应变传感器的电阻等于R3v。
输出信号VOUT可以以如下表示。
Figure BDA0003451297130000181
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000182
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000183
当假设R3v＝R3——即，在参考状态(诸如零应变状态)的第三应变传感器113具有与对应的如图4a所示的固定电阻器相同的电阻时——可以进行公平比较。明显的是，式(28)中的灵敏度将大于式(5)中的灵敏度，只要dR1v-dR3v＜0即可。即，当第一可变形部分经受应变时，R1v和R3v中的一者增加，而另一者减小。通常，应变是指压缩或拉伸，并且力传感器的电阻在压缩和拉伸中的一者的情况下将增加而在另一者的情况下将减小。例如，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v增加并且R3v减小，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v减小并且R3v增加。对于另一示例，在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v增加并且R3v减小，而在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v减小并且R3v增加。
如在第一实施方式中那样，对于电容情况可以获得类似的结论。假设第三应变传感器的电容等于C3v。在这种情况下，式(6)可以被重写为如下。
Figure BDA0003451297130000191
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000192
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000193
与式(8)相比较，明显的是，当满足下述条件时，对于电容情况可以使灵敏度增加。当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，C1v增加并且C3v减小，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，C1v减小并且C3v增加。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
即，在第一应变传感器111和第三应变传感器113位于两个“相邻”分支中的情况下，装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度将得到进一步提高，只要当第一可变形部分21发生应变时第一应变传感器111的电参数和第三应变传感器113的电参数朝向不同方向改变即可。电参数可以是电容或电阻。
本实施方式中的第三应变传感器113可以以各种方式设置在电子设备中。参照图9，图9示出了根据本公开内容的实施方式的包括用于力感测的装置的另一电子设备的壳体的一部分的截面。基于如图5所示的结构，第三可变形部分位于电子设备的壳体的第三侧壁230处。即，第三应变传感器113在第三可变形部分23处附接至第三侧壁230。与其他可变形部分类似，图9中未示出第三可变形部分23。第一侧壁210和第三侧壁230可连接。因此，当在第一可变形部分21上施加力(由空心箭头指示)时，第一可变形部分21经受拉伸，而第二可变形部分22和第三可变形部分23两者都经受压缩。类似地，当在第一可变形部分21上施加相反的力时(例如当第一侧壁被向上拉或推时)，第一可变形部分21经受压缩而第二可变形部分22和第三可变形部分23两者经受拉伸。在相同类型的应变(即，拉伸或压缩)的情况下，第一应变传感器111和第三应变传感器113两者的电参数可以朝向相同方向(即，增加或减小)改变。在这种情况下，上面的配置将确保第一应变传感器111的电参数和第三应变传感器113的电参数在第一可变形部分21发生应变时朝向不同方向改变。
注意，图5所示的结构仅是示例性的，并且第三侧壁230可以以其他方式配置。例如，第一侧壁210与第三侧壁230可以不直接连接，而是经由可以传导应变的另一侧壁连接。对于另一示例，第一侧壁210与第三侧壁230可以不连接，但是在用户的一次操作中一者被伸展而另一者被压缩。此外，第三应变传感器113可以以其他方式设置。例如，第三应变传感器113可以附接在第三侧壁230的另一侧处。对于另一示例，第三应变传感器113和第一应变传感器111可以附接至具有一定厚度的柔性部件的相对侧，使得当柔性部件弯曲时一者经受拉伸而另一者经受压缩。在一个实施方式中，第三应变传感器113可以附接至与第二应变传感器相同的侧壁，即，附接在第二侧壁220处。
第四实施方式
第四实施方式基于第一实施方式，并且旨在描述第三应变敏感分支与第一应变敏感分支“相对”且与第二应变敏感分支“相邻”的情况。即，第三应变敏感分支经由第一端子、第二端子、第一输入端子和第二输入端子中的另一者与第二应变敏感分支连接而不与第一应变敏感分支连接。
参照图10，图10基于图4a。在第三实施方式中，电子设备还包括第三可变形部分23，并且第四分支104还用作第三应变敏感分支。第三应变敏感分支包括第三应变传感器113而不是如图4a所示的电阻器。第三应变传感器113附接至第三可变形部分23。假设第一应变传感器的电阻等于R4v。
输出信号VOUT可以以如下表示。
Figure BDA0003451297130000211
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000212
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000213
当假设R4v＝R4——即，在参考状态(诸如零应变状态)的第三应变传感器113具有与对应的如图4a所示的固定电阻器相同的电阻时——可以进行公平比较。明显的是，式(34)中的灵敏度将大于式(5)中的灵敏度，只要dR1v*dR4v＞0即可。即，当第一可变形部分经受应变时，R1v和R4v都增加或都减小。通常，应变是指压缩或拉伸，并且力传感器的电阻在压缩和拉伸中的一者的情况下将增加而在另一者的情况下将减小。例如，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v和R4v都减小，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v和R4v都增加。对于另一示例，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v和R4v都增加，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v和R4v都减小。
如在第一实施方式中那样，对于电容情况可以获得类似的结论。假设第三应变传感器的电容等于C3v。在这种情况下，式(6)可以被重写为如下。
Figure BDA0003451297130000214
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000221
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000222
与式(8)相比较，明显的是，当满足下述条件时，对于电容情况可以使灵敏度增加。当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，C1v和C3v都增加，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，C1v和C3v都减小。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
即，在第一应变传感器111和第三应变传感器113位于两个“相对”分支中的情况下，装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度将得到进一步提高，只要当第一可变形部分21发生应变时第一应变传感器111的电参数和第三应变传感器113的电参数朝向相同方向改变即可。电参数可以是电容或电阻。
第四实施方式中的第一可变形部分111可以被视为第三实施方式中的第二可变形部分112或第三可变形部分113，这是因为附接至其的应变传感器包括在连接至四个分支中的唯一“非应变敏感”分支的应变敏感分支中。即，装置相对于施加在第三实施方式中的第二可变形部分112或第三可变形部分113上的力的灵敏度将与该装置相对于施加在第四实施方式中的第一可变形部分111上的力的灵敏度相同。例如，可以根据式(34)和式(37)中通过简单地交换下标“1v”和“2v”得到装置相对于施加在第三实施方式中的第二可变形部分112上的力的灵敏度。
本实施方式中的第三应变传感器113可以以各种方式设置在电子设备中。参照图11，图11示出了根据本公开内容的实施方式的包括用于力感测的装置的另一电子设备的壳体的一部分的截面。图11中的结构的细节可以参照图9中的结构的细节，不同之处在于第一侧壁210与第三侧壁230是平行的而不是连接的。因此，当在第一可变形部分21或第三可变形部分23上施加力(由任一空心箭头指示)时，包围电子设备的壳体可以沿力的方向被压缩，并且沿与力的方向垂直的方向被伸展(其中，侧壁的应变由实线箭头指示)。因此，第一可变形部分21和第三可变形部分23两者都经受拉伸。类似地，当在第一可变形部分21或第三可变形部分23上施加相反的力时(例如当相应侧壁被向上拉或推时)，第一可变形部分21和第三可变形部分23两者都经受压缩。类似于第三实施方式，在相同类型的应变(即，拉伸或压缩)的情况下，第一应变传感器111和第三应变传感器113两者的电参数可以朝向相同方向(即，增加或减小)改变。在这种情况下，上面的配置将确保第一应变传感器111的电参数和第三应变传感器113的电参数在任一可变形部分发生应变时朝向相同方向改变。
注意，图11所示的结构仅是示例性的，并且第三侧壁230可以以其他方式配置。例如，第一侧壁210与第二侧壁220可以不严格平行，而是形成一定的夹角，只要在用户的一次操作中第一侧壁210和第二侧壁220两者都被伸展或压缩即可。此外，第三应变传感器113可以以其他方式设置。例如，第三应变传感器113可以附接在第三侧壁230的另一侧处。对于另一示例，第三应变传感器113可以附接至与第一应变传感器111相同的侧壁，即，附接在第一侧壁210处。
第五实施方式
第五实施方式基于第三实施方式，并且旨在描述所有四个分支都是应变敏感分支的情况。即，第四应变敏感分支经由第一端子、第二端子、第一输入端子和第二输入端子中的另外两者与第二应变敏感分支和第三应变敏感分支连接，而不与第一应变敏感分支连接。
参照图12，图12基于图8。在第五实施方式中，电子设备还包括第四可变形部分24，并且第四分支104还用作第四应变敏感分支。第四应变敏感分支包括第四应变传感器114而不是如图8所示的电阻器。第四应变传感器114附接至第四可变形部分24。假设第一应变传感器的电阻等于R4v。
输出信号VOUT可以以如下表示。
Figure BDA0003451297130000241
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000242
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000243
当假设R4v＝R4——即，在参考状态(诸如零应变状态)的第四应变传感器114具有与对应的如图8所示的固定电阻器相同的电阻时——可以进行公平比较。明显的是，式(40)中的灵敏度将大于式(28)中的灵敏度，只要dR1v*dR4v＞0即可。即，当第一可变形部分经受应变时，R1v和R4v都增加或都减小。通常，应变是指压缩或拉伸，并且力传感器的电阻在压缩和拉伸中的一者的情况下将增加而在另一者的情况下将减小。例如，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v和R4v都减小，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v和R4v都增加。对于另一示例，在第一可变形部分经受压缩的情况下R1v和R4v都增加，而在第一可变形部分经受拉伸的情况下R1v和R4v都减小。
如在第一实施方式中那样，对于电容情况可以获得类似的结论。假设第四应变传感器的电容等于C4v。在这种情况下，式(29)可以被重写为如下。
Figure BDA0003451297130000244
因此，输出信号VOUT的微分可以写成如下。
Figure BDA0003451297130000245
装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度可以推导如下。
Figure BDA0003451297130000251
与式(31)相比较，明显的是，当满足下述条件时，对于电容情况可以使灵敏度增加。当第一可变形部分21经受第一类型的应变时，C1v和C4v都增加，以及/或者当第一可变形部分21经受第二类型的应变时，C1v和C4v都减小。第一类型的应变和第二类型的应变分别是指拉伸和压缩，或者分别是指压缩和拉伸。
即，在所有四个分支都是应变敏感分支的情况下，装置10相对于施加在第一可变形部分21上的力的灵敏度将得到进一步提高，只要当第一可变形部分21发生应变时第一应变传感器111的电参数和第四应变传感器114的电参数朝向相同方向改变即可。电参数可以是电容或电阻。
在第五实施方式中，所有四个分支都是应变敏感分支并且在惠斯通分支结构中是对称的。因此，装置相对于施加在任何其他可变形部分上的力的灵敏度也将遵循该装置相对于施加在第一可变形部分111上的力的灵敏度的形式。
本实施方式中的第四应变传感器114可以以各种方式设置在电子设备中。参照图13，其示出了根据本公开内容的实施方式的包括用于力感测的装置的另一电子设备的壳体的一部分的截面。基于如图9所示的结构，第四可变形部分位于电子设备的壳体的第四侧壁240处。即，第四应变传感器114在第三可变形部分24处附接至第四侧壁240。与其他可变形部分类似，图13中未示出第四可变形部分24。第一侧壁210与第四侧壁240可以是平行的。因此，当在第一可变形部分21或第四可变形部分24上施加力(由任一空心箭头指示)时，包围电子设备的壳体可以沿力的方向被压缩，并且沿与力的方向垂直的方向被伸展(其中，侧壁的应变由实线箭头指示)。因此，第一可变形部分21和第四可变形部分24两者都经受拉伸。类似地，当在第一可变形部分21或第四可变形部分24上施加相反的力时(例如当相应侧壁被向上拉或推时)，第一可变形部分21和第四可变形部分24两者都经受压缩。在相同类型的应变(即，拉伸或压缩)的情况下，第一应变传感器111和第四应变传感器114两者的电参数可以朝向相同方向(即，增加或减小)改变。在这种情况下，上面的配置将确保第一应变传感器111的电参数和第四应变传感器114的电参数在任一可变形部分发生应变时朝向相同方向改变。
注意，图13所示的结构仅是示例性的，并且第四侧壁240可以以其他方式配置。例如，第一侧壁210与第四侧壁240可以不严格平行，而是形成一定的夹角，只要在用户的一次操作中第一侧壁210和第四侧壁240两者都被伸展或压缩即可。对于另一示例，第四侧壁240可以不与第二侧壁220和第三侧壁230中的一者或两者直接连接，而是经由能够传导应变的部件或另一侧壁连接。此外，第四应变传感器114可以以其他方式设置。例如，第四应变传感器114可以附接在第四侧壁240的另一侧处。对于另一示例，第四应变传感器114可以附接至与第一应变传感器111相同的侧壁，即，附接在第一侧壁210处。
在一个实施方式中，第一应变传感器111和第四应变传感器114附接至第一侧壁(或第一部件)210，而第二应变传感器112和第三应变传感器113附接至第二侧壁(或第二部件)220，如图14所示。第一侧壁210与第二侧壁220彼此连接。
虽然图5、图7、图9、图11、图13和图14中的侧壁以直角连接，但是本公开内容的实施方式不限于此。所连接的侧壁之间的夹角可以替选地为锐角或钝角。参照图15和图16，图15和图16分别示出了可以应用于第三实施方式和第四实施方式的结构。
在一个实施方式中，每个应变传感器具有相同的类型，并且其他分支中的每个固定电阻器(或电容器)具有相同的电阻(或电容)，该电阻(或电容)等于参考状态下每个应变传感器的电参数。即，对于第一实施方式至第五实施方式，存在R1v＝R2v＝R3v＝R4v和R2＝R3＝R4，或者C1v＝C2v＝C3v＝C4v和C2＝C3＝C4。假设应变的变化在每个可变形区域中是均匀的(这意味着壳体或部件能够很好地传导应变)。在这种情况下，考虑力传感器的参考状态(诸如非应变状态)，当与图3所示的情况相比较时，灵敏度在第一实施方式和第二实施方式中加倍，在第三实施方式和第四实施方式中为三倍，并且在第五实施方式中为四倍。
如上面讨论的，装置10中的应变传感器可以是电阻元件或电容元件。在一个实施方式中，应变传感器中的至少一个是应变仪。应变仪的应变敏感方向可以与压缩或拉伸的方向——诸如图5、图7、图9、图11和图13至图16中所示的方向——对准。在另一实施方式中，应变传感器中的至少一个是电容器。电容器可以包括两个导电构件。导电构件可以与对应的可变形区域的表面平行或基本上平行设置。当可变形区域由于拉伸而变薄时，两个导电构件之间的距离可以减小，使得应变传感器的电容将增加。当可变形区域由于压缩而变厚时，两个导电构件之间的距离可以增加，使得应变传感器的电容将减小。替选地，导电构件可以与对应的可变形区域的表面垂直或基本上垂直设置。当可变形区域经受拉伸时，两个导电构件之间的距离可以增加，使得应变传感器的电容将减小。当可变形区域经受压缩时，两个导电件之间的距离可以减小，使得应变传感器的电容将增加。应变传感器可以以其他形式实施，本文不再对其进行列举。此外，应理解，应变传感器可以不全部是电阻性或电容性的。例如，在上述实施方式中，第一分支和第二分支可以是电阻性的，而第三分支和第四分支可以是电容性的。
根据本公开内容还提供了电子设备。电子设备包括任何上述装置、第一可变形部分、第二可变形部分以及硬件模块。从运算放大器的输出端子输出的模拟信号可以被输入至硬件模块中，并且硬件模块的状态响应于信号状态改变而改变。例如，硬件模块可以是开关晶体管，其中，开关晶体管在信号上升至高于阈值时导通并且在信号下降至低于阈值时关断。对于另一示例，硬件模块可以是模数转换器，其中，模数转换器在信号上升至高于阈值时输出高水平并且在第二信号下降至低于阈值时输出低水平。在一个实施方式中，硬件模块可以是控制器、处理器、显示器、扬声器、开关、指示灯等。应理解，硬件模块可以呈其他形式，只要该硬件模块能够根据信号改变其状态即可。在硬件模块需要数字信号作为输入的情况下，从运算放大器的输出端子输出的模拟信号需要在被输入至硬件模块中之前首先被转换为数字信号。
电子设备可以包括移动电话、手表、眼镜、头戴式显示设备、耳塞式耳机、键盘、平板电脑等。可变形部分(例如，第一可变形部分至第四可变形部分中的任一个)可以是移动电话的柔性显示器、手表的腕带、眼镜的弹性框架、头戴式显示设备的弹性框架、耳塞式耳机的金属或塑料壳体、键盘的膜、平板电脑的弹性主页键等。应理解，电子设备和可变形部分不限于上面的情况，并且为简明起见，本文不再列举具体示例。
在实践中，可以基于电子设备的结构来配置用于力感测的装置。例如，电子设备为耳塞式耳机，耳塞式耳机的壳体包括可变形帽(外壳)，并且用户可以通过挤压或按压可变形帽来操作耳塞式耳机。在这种情况下，用于力感测的装置可以位于壳体内部，并且应变传感器(例如，第一应变传感器至第四应变传感器中的任一个)附接至可变形帽的内侧。运算放大器可以独立于被壳体包围的一个或更多个印刷电路板(PCB)或者集成在被壳体包围的一个或更多个印刷电路板(PCB)上。对于另一示例，电子设备为可折叠显示设备，该设备的柔性显示面板设置有折叠轴，并且用户可以通过打开折叠显示面板来开启设备。在这种情况下，用于力感测的装置可以位于显示面板的可折叠区域内，并且应变传感器在可折叠区域处附接至显示屏的内侧。运算放大器可以独立于显示设备的一个或更多个处理器或者集成在显示设备的一个或更多个处理器中。
本公开内容的实施方式以渐进的方式描述，并且每个实施方式将重点放在与其他实施方式的区别上。因此，对于相同部分或类似部分，一个实施方式可以参考其他实施方式。由于实施方式中公开的电子设备与实施方式中公开的装置对应，因此对电子设备的描述是简单的，并且可以参考装置置的相关部分。
根据所公开的实施方式的描述，本领域技术人员可以实现或使用本公开内容。对这些实施方式进行的各种修改对于本领域技术人员可以是明显的，并且在不脱离本公开内容的精神或范围的情况下，可以在其他实施方式中实现本文限定的一般原理。因此，本公开内容不限于本文描述的实施方式，而是根据本公开内容中公开的原理和新颖特征确认到最广泛的范围。

Claims (22)

1.一种用于力感测的装置，所述装置被应用于电子设备，其中，所述电子设备包括第一可变形部分和第二可变形部分，并且所述装置包括：
运算放大器；
第一分支，所述第一分支连接在所述运算放大器的第一输入端子与供应第一电压的第一端子之间；
第二分支，所述第二分支连接在所述第一输入端子与供应第二电压的第二端子之间，其中，所述第一电压不同于所述第二电压；
第三分支，所述第三分支连接在所述运算放大器的第二输入端子与所述第一端子之间；以及
第四分支，所述第四分支连接在所述第二输入端子与所述第二端子之间；
其中，所述第一分支、所述第二分支、所述第三分支和所述第四分支中的第一应变敏感分支包括附接至所述第一可变形部分的第一应变传感器；
其中，所述第一分支、所述第二分支、所述第三分支和所述第四分支中的第二应变敏感分支包括附接至所述第二可变形部分的第二应变传感器；
其中，当所述第一可变形部分发生应变时，所述第二可变形部分发生应变。
2.根据权利要求1的装置，其中，
所述第一应变敏感分支在所述第一端子、所述第二端子、所述第一输入端子或所述第二输入端子中的一者处与所述第二应变敏感分支连接；
其中，
当所述第一可变形部分经受第一类型的应变时，所述第一应变传感器的电参数增加并且所述第二应变传感器的电参数减小；并且
当所述第一可变形部分经受第二类型的应变时，所述第一应变传感器的电参数减小并且所述第二应变传感器的电参数增加；
其中，所述电参数为电阻或电容；并且
其中，所述第一类型的应变为压缩而所述第二类型的应变为拉伸，或者所述第一类型的应变为拉伸而所述第二类型的应变为压缩。
3.根据权利要求2的装置，其中，
当所述第一可变形区域经受所述第二类型的应变时，所述第二可变形部分经受所述第一类型的应变；并且
当所述第一可变形区域经受所述第一类型的应变时，所述第二可变形部分经受所述第二类型的应变。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第一应变敏感分支不与所述第二应变敏感分支连接；
其中，
当所述第一可变形部分经受第一类型的应变时，所述第一应变传感器的电参数和所述第二应变传感器的电参数都增加；并且
当所述第一可变形部分经受第二类型的应变时，所述第一应变传感器的电参数和所述第二应变传感器的电参数都减小；并且
其中，所述电参数为电阻或电容；并且
其中，所述第一类型的应变为压缩而所述第二类型的应变为拉伸，或者所述第一类型的应变为拉伸而所述第二类型的应变为压缩。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，
当所述第一可变形区域经受所述第一类型的应变时，所述第二可变形部分经受所述第一类型的应变；并且
当所述第一可变形区域经受所述第二类型的应变时，所述第二可变形部分经受所述第二类型的应变。
6.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述电子设备还包括第三可变形部分，
其中，所述第一分支、所述第二分支、所述第三分支和所述第四分支中的第三应变敏感分支包括附接至所述第三可变形部分的第三应变传感器；
其中，所述第一应变敏感分支在所述第一端子、所述第二端子、所述第一输入端子或所述第二输入端子中的另一者处与所述第三应变敏感分支连接；并且
其中，
当所述第一可变形部分经受第一类型的应变时，所述第三应变传感器的电参数减小；并且
当所述第一可变形部分经受所述第二类型的应变时，所述第三应变传感器的电参数增加。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，
当所述第一可变形区域经受所述第二类型的应变时，所述第三可变形部分经受所述第一类型的应变；并且
当所述第一可变形区域经受所述第一类型的应变时，所述第三可变形部分经受所述第二类型的应变。
8.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述电子设备还包括第三可变形部分，
其中，所述第一分支、所述第二分支、所述第三分支和所述第四分支中的第三应变敏感分支包括附接至所述第三可变形部分的第三应变传感器；
其中，所述第一应变敏感分支不与所述第三应变敏感分支连接，并且
其中，
当所述第一可变形部分经受所述第一类型的应变时，所述第三应变传感器的电参数增加；并且
当所述第一可变形部分经受所述第二类型的应变时，所述第二应变传感器的电参数增加。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，
当所述第一可变形区域经受所述第一类型的应变时，所述第三可变形部分经受所述第一类型的应变；并且
当所述第一可变形区域经受所述第二类型的应变时，所述第三可变形部分经受所述第二类型的应变。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，所述电子设备还包括第四可变形部分，
所述第一分支、所述第二分支、所述第三分支和所述第四分支中的第四应变敏感分支包括附接至所述第四可变形部分的第四应变传感器；并且
其中，
当所述第一可变形部分经受所述第一类型的应变时，所述第四应变传感器的电参数增加；并且
当所述第一可变形部分经受所述第二类型的应变时，所述第四应变传感器的电参数减小。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，
当所述第一可变形区域经受所述第一类型的应变时，所述第四可变形部分经受所述第一类型的应变；并且
当所述第一可变形区域经受所述第二类型的应变时，所述第四可变形部分经受所述第二类型的应变。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的装置，其中，
所述电参数为电阻；并且
所述第一应变传感器、所述第二应变传感器、所述第三应变传感器和所述第四应变传感器中的每个应变传感器包括应变仪。
13.根据权利要求2至11中任一项所述的装置，其中，
所述电参数为电容；
所述第一应变传感器、所述第二应变传感器、所述第三应变传感器和所述第四应变传感器中的每个应变传感器包括电容器；并且
其中，
当所述应变传感器经受拉伸时，所述电容器的电容增加，而当所述应变传感器经受压缩时，所述电容器的电容减小；或者
当所述应变传感器经受压缩时，所述电容器的电容增加，而当所述应变传感器经受拉伸时，所述电容器的电容减小。
14.根据权利要求1至3和6至11中任一项所述的装置，其中，
所述第一可变形部分和所述第二可变形部分分别位于所述电子设备的壳体的第一侧壁和第二侧壁处；
所述第一侧壁与所述第二侧壁彼此连接。
15.根据权利要求1、4和5中任一项所述的装置，其中，
所述第一可变形部分和所述第二可变形部分分别位于所述电子设备的壳体的第一侧壁和第二侧壁处；
所述第一侧壁与所述第二侧壁彼此平行。
16.根据权利要求6、7、10和11中任一项所述的装置，其中，
所述第一可变形部分、所述第二可变形部分和所述第三可变形部分分别位于所述电子设备的壳体的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁处；并且
所述第一侧壁与所述第二侧壁连接，并且所述第一侧壁与所述第三侧壁连接。
17.根据权利要求8或9所述的装置，其中，
所述第一可变形部分、所述第二可变形部分和所述第三可变形部分分别位于所述电子设备的壳体的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁处；并且
所述第一侧壁与所述第二侧壁连接，并且所述第一侧壁与所述第三侧壁平行。
18.根据权利要求10或11所述的装置，其中，
所述第一可变形部分、所述第二可变形部分、所述第三可变形部分和所述第四可变形部分分别位于所述电子设备的壳体的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁处；并且
所述第一侧壁与所述第二侧壁连接，所述第一侧壁与所述第三侧壁连接，并且所述第一侧壁与所述第四侧壁平行。
19.根据权利要求10或11的装置，其中，
所述第一可变形部分和所述第四可变形部分位于第一侧壁处；
所述第二可变形部分和所述第三可变形部分位于第二侧壁处；并且
所述第一侧壁与所述第二侧壁连接。
20.一种电子设备，包括：
根据权利要求1至19中任一项所述的装置；
所述第一可变形部分；
所述第二可变形部分；
硬件模块，所述硬件模块被配置成接收从所述运算放大器的输出端子输出的信号；
其中，所述硬件模块的状态响应于所述信号状态改变而改变。
21.根据权利要求20所述的电子设备，其中，所述硬件模块包括下述中至少一者：处理器、控制器、显示器、扬声器、开关或指示灯。
22.根据权利要求20所述的电子设备，所述电子设备包括下述中至少一者：移动电话、手表、眼镜、头戴式显示设备、耳塞式耳机、键盘或平板电脑。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103162875A (zh) * 2011-12-16 2013-06-19 苹果公司 具有噪声消除力传感器的电子设备
CN106643463A (zh) * 2016-12-19 2017-05-10 华中科技大学 一种柔性全桥式电阻应变片
CN206818338U (zh) * 2016-12-19 2017-12-29 深圳纽迪瑞科技开发有限公司 压力感应组件及具有该压力感应组件的电子设备
CN207557909U (zh) * 2017-12-13 2018-06-29 南昌欧菲显示科技有限公司 压力感应模组、薄膜压感触控板及触控电子设备
WO2018124583A1 (ko) * 2016-12-26 2018-07-05 주식회사 하이딥 터치 입력 장치의 터치 압력 감도 보정 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130275058A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Google Inc. Apparatus and method for a pressure sensitive device interface
US9719871B2 (en) * 2014-08-09 2017-08-01 Google Inc. Detecting a state of a wearable device
CN105698980A (zh) * 2014-11-28 2016-06-22 英业达科技有限公司 电子装置及其外力侦测方法
CN108603799B (zh) * 2016-02-06 2020-09-04 深圳纽迪瑞科技开发有限公司 压力传感器、电子设备及该压力传感器的制作方法
WO2018043588A1 (ja) * 2016-08-30 2018-03-08 シャープ株式会社 圧力センサ内蔵静電容量型タッチパネル

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103162875A (zh) * 2011-12-16 2013-06-19 苹果公司 具有噪声消除力传感器的电子设备
CN106643463A (zh) * 2016-12-19 2017-05-10 华中科技大学 一种柔性全桥式电阻应变片
CN206818338U (zh) * 2016-12-19 2017-12-29 深圳纽迪瑞科技开发有限公司 压力感应组件及具有该压力感应组件的电子设备
WO2018124583A1 (ko) * 2016-12-26 2018-07-05 주식회사 하이딥 터치 입력 장치의 터치 압력 감도 보정 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
CN207557909U (zh) * 2017-12-13 2018-06-29 南昌欧菲显示科技有限公司 压力感应模组、薄膜压感触控板及触控电子设备

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