TWI399542B - 一種運動傳感器及具有該運動傳感器的電子裝置 - Google Patents

Description

一種運動傳感器及具有該運動傳感器的電子裝置

本發明涉及一種運動傳感器以及具有該運動傳感器的電子裝置。

時下，越來越多的商家認識到，支持運動的特點和功能是使其產品設計別具特色的有效方式，它改變了消費者與其電子產品互動的方式，而其中的運動傳感器是其關鍵要素。蘋果公司的iPhone通過運動傳感器實現視圖縱向一橫向”轉換特色功能，任天堂Wii遊戲機通過運動傳感器來實現通過運動輸入控制遊戲動作等，使得運動傳感器在消費類電子產品中得到了廣泛應用，同時也為運動傳感器打開了一個巨大的消費市場。除了手機以外，目前運動傳感器據稱可支持數百種應用與產品，包括體育輔助器件、數碼相機與攝像機、筆記本主動硬碟保護等。

目前典型的運動傳感器一般包括壓阻式運動傳感器、電容式運動傳感器和壓電式運動傳感器等，其中壓阻運動傳感器利用單晶矽材料的壓阻效應製成，其受溫度影響較大、工藝較複雜且造價高；電容運動傳感器以具有可變參數的電容器為力敏感元件，其輸出有非線性，寄生電容和分佈電容對靈敏度和測量精度的影響較大，且聯接電路較複雜等。

針對以上存在的問題，本發明提供了一種新型運動傳感 器，該運動傳感器包括一腔體、若干個壓力感測單元及一重塊，該若干壓力感測單元與重塊均收容於腔體內，所述重塊放置於腔體內部中心區域，所述每個壓力感測單元一端與重塊相接觸，另一端固定於腔體側壁上，所述每一壓力感測單元包括：一平面元件，該平面元件一表面與所述重塊相接觸，另一表面設置有具有均勻電阻值的導電滑槽；彈性支撐架，該彈性支撐架由導電材料製成，包括與腔體側壁固定連接的固定端以及可在所述導電滑槽內滑動的自由端；其中，當該運動傳感器向某一方向運動時，由於慣性作用，該重塊壓迫相反方向上的壓力感測單元，使該方向上的壓力感測單元中彈性支撐架的自由端發生相對運動，導致彈性支撐架固定端之間的電阻發生改變，從而反映該運動的方向。

一種電子裝置，包括一運動傳感器及一處理單元，該運動傳感器包括一腔體、若干個壓力感測單元及一重塊，該若干壓力感測單元與重塊均收容於腔體內，所述重塊放置於腔體內部中心區域，所述每個壓力感測單元一端與重塊相接觸，另一端固定於腔體側壁上。所述每一壓力感測單元包括一平面元件以及一彈性支撐架，該平面元件一表面與所述重塊相接觸，另一表面設置有具有均勻電阻值的導電滑槽。該彈性支撐架由導電材料製成，包括與腔體側壁固定連接的固定端以及可在所述導電滑 槽內滑動的自由端。當該運動傳感器向某一方向運動時，由於慣性作用，該重塊壓迫相反方向上的壓力感測單元，使該方向上的壓力感測單元中彈性支撐架的自由端發生相對運動，導致彈性支撐架固定端之間的電阻發生改變。該處理單元與運動傳感器電連接，用於為彈性支撐架固定端之間提供固定電壓，並通過偵測各個方向上的彈性支撐架固定端之間的電流變化來感測電阻變化，從而判斷出當前運動方向，並根據該運動方向執行相應的動作。

本發明結構簡單，受環境因素影響小，且低功耗，成本低。

請參閱圖1，運動傳感器1包括一重塊2、若干壓力感測單元3、及一腔體4。該重塊2與若干壓力感測單元3均收容於腔體4內，在本實施方式中，腔體4為方形容置腔，所述若干壓力感測單元3的個數為四個，該重塊2為長方體結構，該重塊2的四個側面與腔體4的四個側壁分別平行，每一壓力感測單元3一端與重塊2的一個側面相接觸，另一端固定連接於腔體4的內側壁上。

請一併參閱圖2與圖3。每一壓力感測單元3均包括一平面元件31和彈性支撐架32。

該平面元件31為由絕緣材料製成的略小於腔體側壁的方形平面元件，該平面元件31的一個表面與重塊2的側面平行且相互接觸。該平面元件31未與該重塊2接觸的一面上設置有具有均勻電阻值的兩個相互交叉的導電滑槽311。 該導電滑槽311為向平面元件31內部凹進的半弧形凹槽結構，該凹槽的長度略小於平面元件31的對角長度，從而使得該導電滑槽的兩端形成封閉式結構。

該彈性支撐架32由導電材料製成，包括四個支架臂33、34、35、36，每個支架臂均為L形結構，其中支架臂33包括固定端331、彎曲部332以及自由端333，支架臂34包括固定端341、彎曲部342以及自由端343，支架臂35包括固定端351、彎曲部352以及自由端353，支架臂36分別包括固定端361、彎曲部362以及自由端363，所述每個支架臂的自由端與固定端藉由所述彎曲部連接，所述自由端均為一弧形翹起末端。其中，固定端331、341、351、361與腔體4的側壁固定連接，支架臂34、36的自由端343、363位於同一導電滑槽311內與該導電滑槽311相接觸並可在該導電滑槽311內滑動；支架臂33、35的自由端332、352位於另一導電滑槽311內與該導電滑槽311相接觸，並可在該導電滑槽311內滑動。

其中，當該運動傳感器1向某一方向運動時，由於慣性作用，該重塊2壓迫相反方向上的壓力感測單元3的彈性支撐架32，導致該方向上的彈性支撐架32受壓變形，支架臂33、34、35、36沿各自彎曲部彎曲，從而自由端343與363、333與353在該導電滑槽311內相向滑動，使得自由端位於同一導電滑槽311內的支架臂兩固定端341、361或者固定端331、351之間的電阻發生改變，從而反映運動的方向。該運動方向即為從重塊2到該發生形變的彈性支撐架32方向的反方向。

該平面元件31設置有滑槽的表面上還設置有若干保護柱312，該若干保護柱312用於保護該壓力感測單元3，避免彈性支撐架32發生過度形變。

在其他實施方式中，該運動傳感器1可根據需要，在相應方向上設置壓力感測單元3，例如該運動傳感器1可包括設置在X,Y,Z三個座標方向上的六個壓力感測單元3，從而實現三維方向上的運動感測。

請參閱圖4，本實施方式中，該運動傳感器1的腔體4為由絕緣材料製成的正立方體形結構，該腔體4的四個側壁均設置有四個導電通孔41，彈性支撐架32的四個固定端331、341、351以及361嵌入該導電通孔41中，從而該導電通孔41與所述固定端331、341、351、361電連接並固定彈性支撐架32；該腔體4還包括沿四個側壁外表面設置的傳導電路42，及設置於腔體底部的焊盤43。該傳導電路42用於連接該導電通孔41與該腔體4底部的焊盤43，所述焊盤43與導電通孔41一一對應，且該運動傳感器1藉由該焊盤43與外部電路相連接，外部電路藉由該焊盤43、傳導電路42及導電通孔41與壓力感測單元電連接，形成回路。

在其他實施方式中，該腔體4的表面可根據需要在相應方向上設置導電通孔41及傳導電路42，如該腔體4可在坐標軸X,Y,Z三個方向上的六個表面均設置導電通孔41及傳導電路42，從而實現三維方向上的運動檢測。

如圖5所示，為該運動傳感器1用於電子裝置5中的示意圖 。該電子裝置5包括一承載一處理單元(圖中未示出)的電路板51，該運動傳感器1承載於該電路板51。在電路板51上，該處理單元與該運動傳感器1通過腔體4底部的焊盤43相連接，從而該處理單元通過該焊盤43，傳導電路42及導電通孔41與每一壓力感測單元3的固定端電連接，該處理單元用於偵測位於同一導電滑槽311內的兩支架臂的固定端之間的電阻。其中，該處理單元通過腔體4每一側壁的傳導電路42與自由端位於同一導電滑槽311中的兩個支架臂的固定端連接，為該兩個固定端施加恒定電勢差U，並通過偵測各個方向上的彈性支撐架的兩個固定端之間的電流變化來感測電阻變化，並在判斷某一方向上的彈性支撐架的兩個固定端的電阻變化時，判斷該彈性支撐架發生了彈性形變。對於同一個壓力感測單元3，處理單元僅需偵測位於同一導電滑槽311的兩個支架臂的兩固定端之間電阻即可，例如，處理單元偵測固定端341、361之間的電阻即可。從而，該處理單元判斷某一彈性支撐架的兩個固定端之間的電阻發生變化時，判斷該彈性支撐架發生形變，繼而確定電子裝置5當前運動方向為從該發生形變的彈性支撐架32到重塊2的方向，並根據該運動方向執行相應的動作。

1‧‧‧運動傳感器

2‧‧‧重塊

3‧‧‧壓力感測單元

4‧‧‧腔體

5‧‧‧電子裝置

31‧‧‧平面元件

311‧‧‧導電滑槽

312‧‧‧保護柱

32‧‧‧彈性支撐架

33、34、35、36‧‧‧支架臂

331、341、351、361‧‧‧固定端

332、342、352、362‧‧‧彎曲部

333、343、353、363‧‧‧自由端

41‧‧‧導電通孔

42‧‧‧傳導電路

43‧‧‧焊盤

51‧‧‧電路板

圖1為本發明一實施例中運動傳感器的內部結構圖。

圖2為圖1所示的實施例中壓力感測單元的結構圖。

圖3為圖2所示的壓力感測單元中支架臂的示意圖。

圖4為圖1所示的實施例中腔體的結構圖。

圖5為具有圖1所示運動傳感器的電子裝置的示意圖。

1‧‧‧運動傳感器

2‧‧‧重塊

3‧‧‧壓力感測單元

4‧‧‧腔體

Claims (10)

1. 一種運動傳感器，包括一重塊、若干個壓力感測單元及一腔體，該若干壓力感測單元與重塊均收容於腔體內，所述重塊放置於腔體內部中心區域，所述每個壓力感測單元一端與重塊相接觸，另一端固定於腔體側壁上，其改良在於：所述每一壓力感測單元包括：一平面元件，該平面元件一表面與所述重塊相接觸，另一表面設置有具有均勻電阻值的導電滑槽；彈性支撐架，該彈性支撐架由導電材料製成，包括與腔體側壁固定連接的固定端以及可在所述導電滑槽內滑動的自由端；其中，當該運動傳感器向某一方向運動時，由於慣性作用，該重塊壓迫相反方向上的壓力感測單元，使該方向上的壓力感測單元中彈性支撐架的自由端發生相對運動，導致彈性支撐架固定端之間的電阻發生改變，從而反映該運動的方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之運動傳感器，其中，該運動傳感器腔體為方形容置腔，所述壓力感測單元的個數為四個，該重塊為長方體結構，該重塊的四個側面與腔體的四個側壁分別平行，每一壓力感測單元一端與重塊的一個側面相接觸，另一端固定連接於腔體的內側壁上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之運動傳感器，其中，該運動傳感器包括六個圍繞方形容置腔內表面設置的壓力感測單元，從而實現三維方向上的運動感測。
4. 如申請專利範圍第1項所述之運動傳感器，其中，所述平面元件為由絕緣材料製成的方形結構，其一表面上設置有兩個相互交叉的導電滑槽。
5. 如申請專利範圍第1項所述之運動傳感器，其中，所述每個壓力感測單元中的彈性支撐架均包括四個支架臂，該支架臂為L形結構，包括一固定端，一彎曲部及一自由端，該自由端為一弧形翹起末端，相隔的兩個支架臂位於同一導電滑槽內並可在所述導電滑槽內滑動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之運動傳感器，其中，該平面元件帶有導電滑槽的表面上還設置有若干個保護柱，用於保護該壓力感測單元。
7. 一種電子裝置，包括一運動傳感器及一處理單元，該運動傳感器包括一腔體、若干個壓力感測單元及一重塊，該若干壓力感測單元與重塊均收容於腔體內，所述重塊放置於腔體內部中心區域，所述每個壓力感測單元一端與重塊相接觸，另一端固定於腔體側壁上，其改良在於：所述每一壓力感測單元包括：一平面元件，該平面元件一表面與所述重塊相接觸，另一表面設置有具有均勻電阻值的導電滑槽；彈性支撐架，該彈性支撐架由導電材料製成，包括與腔體側壁固定連接的固定端以及可在所述導電滑槽內滑動的自由端；其中，當該運動傳感器向某一方向運動時，由於慣性作用，該重塊壓迫相反方向上的壓力感測單元，使該方向上的壓力感測單元中彈性支撐架的自由端發生相對運動，導致彈性支撐架固定端之間的電阻發生改變； 該處理單元與運動傳感器電連接，用於為彈性支撐架固定端之間提供固定電壓U，並通過偵測各個方向上的彈性支撐架固定端之間的電流變化來感測電阻變化，從而判斷出當前運動方向，並根據該運動方向執行相應的動作。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中，所述運動傳感器的腔體為由絕緣材料製成的方形容置腔，該腔體四個側壁設置有導電通孔及傳導電路，該腔體底部設置有與導電通孔一一對應的焊盤，該導電通孔用於固定彈性支撐架並與彈性支撐架進行電連接，該傳導電路連接該導電通孔與焊盤，該處理單元位於該焊盤上，該處理單元通過該傳導電路以及導電通孔與彈性支撐架的個定端連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中，當該運動傳感器向某一方向運動時，所述重塊壓迫該運動相反方向上的平面元件，同時使得該方向上的彈性支撐架自由端沿導電滑槽內向平面元件的中心區域方向滑動，從而兩彈性支撐架自由端之間的電阻發生改變，使得處理單元偵測的電流發生改變。
10. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中，該處理單元偵測到某一彈性支撐架的電流發生改變時，判斷該彈性支撐架發生形變，並確定電子裝置的運動方向為從該發生形變的彈性支撐架到重塊的方向，並根據該運動方向執行相應操作。