TWI773780B - 壓電材料中的焦電性所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測電路及方法 - Google Patents

壓電材料中的焦電性所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測電路及方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於來自壓力薄膜之焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測電路及方法。更詳細而言，接受來自壓電薄膜之輸入訊號的輸入，為了分析輸入訊號之訊號成分，對輸入訊號進行微分，根據微分後的微分值，輸出輸入訊號之訊號成分之分析值，利用訊號成分分析值除去輸入訊號之偏移，對輸入訊號進行積分，輸出熱所致的輸入訊號之值被除去後的壓力所致的輸入訊號之值。依此，本發明比起先前技術，能夠一面大幅度地刪減對熱反應的影響，一面高速地檢測壓電訊號。並且，本發明可以輸出比起使用壓電薄膜製作時之熱吸收用的追加工程，熱反應衰減效果更優的訊號。

Description

壓電材料中的焦電性所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測電路及方法
本發明係關於壓力訊號檢測，具體而言，係關於以可以從被輸入至壓電材料之輸入訊號僅檢測出壓力所致的輸入訊號之方式，對輸入訊號進行微分，根據此而掌握訊號特性之後，僅將熱所致的輸入訊號被除去的輸入訊號予以區分並輸出的檢測電路及方法。
壓電材料(Piezoelectric material)具有與自重相比產生相對性大的力，迅速地響應於被供給之電壓的特性，被應用於各式各樣的業界。使用該些壓電材料之構件(換言之，壓電材料之型態)非常多樣，其中之壓電薄膜(Piezoelectric film)係當對薄膜之兩端施加力時，產生位移，與上述位移呈比例而產生電壓的素材，廣泛地被活用於壓電發電機、感測器或超音波發送機等。
圖1a係表示壓電薄膜(Piezoelectric film)的圖示，圖1b係表示壓力感測器前端部(front-end)的圖示，圖1c係表示因應輸入阻抗R之輸出電壓訊號的圖示。
當參照圖1a~圖1c時，利用壓電元件之壓力感測係前端部使用Impedance Adaptor或Miller's integrator而進行使在壓電薄膜產生的電荷放電或積分。其中，Impedance Adaptor具有因應輸入阻抗R，輸出波形變化的特性。而且，當積分因應上述輸入阻抗R之輸出電壓訊號時，可以取得以感測器所測定到的訊號資訊。但是，該些最終的訊號資訊包含壓力和熱所致之輸入資訊的雙方。以往，雖然使用僅測定無熱所致之壓力訊號的物理性壓力，或藉由使用特定物質吸收熱而縮小熱之影響的方式，但是此具有無法完全除去熱所致之輸入訊號的界限。
圖2a係表示溫度所致之壓電元件之特性的曲線圖，圖2b表示因應濕度之壓電元件之特性的曲線圖。圖3a表示熱所致之輸入訊號被除去後的壓力所致之輸入訊號的圖示，圖3b係一起表示熱所致之輸入訊號和壓力所致之輸入訊號的圖示。
雖然壓力感測主要被活用在使用人體之手指的觸控感測用途，但是此時，藉由手指和壓電元件之溫度差，熱所致之輸入資訊也一起被顯示之故。
圖3a~圖3b表示壓力所致之輸入訊號和熱所致之輸入訊號的更具體性特性。當參照圖3a時，壓力所致之輸入訊號具有觸碰之時的輸入訊號(touch down)以正值被輸出，離開觸碰之時的輸入訊號(touch up)以負值被輸出的特性。當參照圖3b時，壓力所致之輸入訊號和熱所致之輸入訊號在被輸出的速度出現差異。此係因為溫度所致之輸入訊號的傳導速度比起壓力所致之輸入訊號的傳導速度相對性較長(慢)之故。    [先前技術文獻]    [專利文獻]
[專利文獻1] 日本國特開第6098730號    　　[專利文獻2] 日本國特開第6106011號    　　[專利文獻3] 美國專利第2017/0033276號說明書
[發明所欲解決之課題]
在此，本發明係考慮上述般之諸多條件而提案，其目的係利用壓力所致之輸入訊號和熱所致之輸入訊號被輸入的速度差和微分資訊，除去熱所致之輸入訊號，僅輸出壓力所致之輸入訊號。
本發明係以比往先前技術，大幅度地降低對熱反應的影響，增加前端部之輸入端子之反應速度，能夠檢測出更高速的壓力訊號為目的。
本發明係以輸出製作壓電材料之時，使用熱吸收用的追加工程，熱反應之衰減效果更優良之訊號為目的。
本發明之目的並不限定於上述提及之目的，本技術領域者應該可以從下述記載明確地理解無提及到的其他目的。        [用以解決課題之手段]
如上述般，使用壓電材料之構成(換言之，壓電材料之型態)之例包含壓電薄膜(Piezoelectric film)。    　　之後，雖然針對壓電薄膜詳細說明本發明，但是該說明根據技術常識也適用於壓電薄膜以外之構件或型態。    　　為了達成上述般之目的，根據本發明之技術性思想，抑制來自壓電薄膜之焦電性(pyroelectric)所致之訊號的壓力訊號檢測電路之特徵在於，包含：訊號輸入部，其係接受來自壓電薄膜(Piezoelectric film)之輸入訊號的輸入；微分器，其係對上述輸入訊號之訊號成分分析用之輸入訊號進行微分；訊號處理部，其係根據上述微分器之微分值，輸出上述輸入訊號之訊號成分之分析值；及偏移除去部，其係使用上述訊號成分之分析值刪除上述輸入訊號之偏移(offset)；及積分部，其係對上述輸入訊號進行積分，輸出熱所致的輸入訊號之值被刪除後的壓力所致的輸入訊號之值。
此時，以為了除去從上述訊號輸入部被輸入的上述輸入訊號之雜訊，進一步具備濾波器部，其係由低通濾波器(LPF)和移動平均濾波器(MAF)所構成作為特徵。
以訊號處理部比較上述微分後的輸入訊號之值和事先被設定之臨界值，而區別上述輸入訊號為壓力所致的輸入訊號，或熱所致的輸入訊號作為特徵。若上述微分後的輸入訊號之值為上述被設定之臨界值以上之情況，將上述輸入訊號判斷成壓力所致之輸入訊號，實行上述積分部。另外，在上述微分後的輸入訊號之值小於上述事先被被設定之臨界值之情況，將上述輸入訊號判斷成熱所致之輸入訊號，實行上述偏移除去部。
訊號處理部係於從上述微分後的輸入訊號之值檢測出壓力所致之輸入訊號之後不再檢測出基準時間之間的壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部予以初期化的重置訊號。
訊號處理部係於從上述微分後的輸入訊號之值，在全區間無檢測出壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部予以初期化的重置訊號。
偏移除去部係輸出從上述輸入訊號減去上述熱所致的輸入訊號的值。
為了達成上述目的，根據本發明之技術性思想，抑制來自壓電薄膜之焦電性(pyroelectric)所致的訊號的壓力訊號之檢測方法之特徵在於，包含：訊號輸入階段，其係從訊號輸入部接受來自壓電薄膜(Piezoelectric film)之輸入訊號的輸入；微分階段，其係在微分器中，為了分析上述輸入訊號之訊號成分，對輸入訊號進行微分；訊號處理階段，其係在訊號處理部中，根據上述微分器之微分值，輸出上述輸入訊號之訊號成分之分析值；偏移除去階段，其係在偏移除去部中，使用上述訊號處理部之訊號成分之分析值刪除上述輸入訊號之偏移(offset)；及積分階段，其係以積分部對上述輸入訊號進行積分，輸出熱所致的輸入訊號之值被刪除後的壓力所致的輸入訊號之值。
以進一步包含濾波器階段，其係為了除去從上述訊號輸入階段被輸入的上述輸入訊號之雜訊，在濾波器部除去上述輸入訊號之雜訊。
以訊號處理階段比較上述微分後的輸入訊號之值和事先被設定之臨界值，而區別上述輸入訊號為壓力所致的輸入訊號，或熱所致的輸入訊號作為特徵。若上述微分後的輸入訊號之值為上述特定之臨界值以上之情況，將上述輸入訊號判斷成壓力所致之輸入訊號，實行上述積分階段。另外，在上述微分後的輸入訊號之值小於上述特定臨界值之情況，將上述輸入訊號判斷成熱所致之輸入訊號，實行上述偏移除去階段。
訊號處理階段係於從上述微分後的輸入訊號之值檢測出壓力所致之輸入訊號之後不再檢測出基準時間之間的壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部(積分階段)予以初期化的重置訊號。
訊號處理階段係於從上述微分後的輸入訊號之值，在全區間無檢測出壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部(積分步驟)予以初期化的重置訊號。
偏移除去階段係輸出從上述輸入訊號減去上述熱所致的輸入訊號的值。        [發明效果]
當根據上述說明般之壓電薄膜中的焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制壓力訊號檢測電路及方法時，    　　第一達到可以利用壓力所致的輸入訊號和熱所致的輸入訊號被輸入的速度差和微分資訊，除去熱所致的輸入訊號，僅輸出壓力所致的輸入訊號這樣的效果。
第二達到比起先前技術能夠大幅度地降低對熱反應的影響，增加前端部輸入端子之反應速度，更高速檢測壓力訊號這樣的效果。
第三達成可以輸出比起使用製作壓電薄膜之時之熱吸收用的追加工程，熱反應衰減之效果更優良的訊號這樣的效果。
為了充分理解本發明和本發明之動作上之優點及藉由本發明之實施而達成的目的，參照例示本發明之較佳實施例之附件圖面及記載於附件圖面之內容。本發明之特徵和優點藉由根據附件圖面之下述詳細說明應更加明顯。在此之前，在本說明書及請求項中所使用之用語或單字係發明者為了以最佳之方法說明本身的發明，根據可以適當地定義用語之概念的原則，應解釋成與本發明之技術性思想一致的涵義和概念。再者，應注意對於與本發明關聯之眾知的功能及其構成的具體性說明，在判斷成會使本發明的要旨不必要地產生曖昧時(有成為曖昧之虞)之情況，省略其具體性說明。
在本發明中，壓電材料係具有焦電性之壓電材料，也有稱為焦電體之情況。再者，壓電材料即使為強介電體亦可。在本實施例中，壓電材料係壓電薄膜，但是不限定於此。圖4係作為本發明之一實施例，表示壓電薄膜中之焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測電路的構成圖。如圖4所示般，壓電薄膜中之焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測電路，其係由下述構件所構成：訊號輸入部(100)，其係以壓電薄膜(Piezoelectric film)和放大器(Amplifier)所構成而接受來自壓電薄膜之輸入訊號的輸入；微分器(300)，其係為了分析上述輸入訊號之訊號成分之分析，對輸入訊號進行微分；訊號處理部(400)，其係根據上述微分器(300)之微分值而輸出上述輸入訊號之訊號成分之分析值；偏移除去部(500)，其係使用上述訊號成分分析值而除去上述輸入訊號之偏移(Offset)；積分部(600)，其係對上述輸入訊號進行積分，輸出熱所致的輸入訊號之值被除去的壓力所致的輸入訊號之值，且為了除去從上述訊號輸入部(100)被輸入之上述輸入訊號之雜訊，進一步包含(被提供)濾波器部(200)，其係由低通濾波器(LPF)和移動平均濾波器(MAF)所構成。此時，以上述濾波器部(200)從上述輸入訊號除去50/60Hz power雜訊作為特徵。
上述訊號處理部(400)比較上述微分後之輸入訊號之值和事先被設定之臨界值，而區別上述輸入訊號為壓力所致的輸入訊號，或熱所致的輸入訊號。若上述微分後的輸入訊號之值為上述事先被設定之臨界值以上之情況，將上述輸入訊號判斷成壓力所致之輸入訊號，實行上述積分部。另外，在上述微分後的輸入訊號之值小於上述特定臨界值之情況，將上述輸入訊號判斷成熱所致之輸入訊號，實行上述偏移除去部。
並且，上述訊號處理部(400)係於從上述微分後的輸入訊號之值檢測出壓力所致之輸入訊號之後不再檢測出基準時間之間的壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部(600)予以初期化的重置訊號。上述訊號處理部(400)係於從上述微分後的輸入訊號之值，在全區間無檢測出壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部(600)予以初期化的重置訊號。
上述偏移除去部(500)係輸出從上述輸入訊號減去上述熱所致的輸入訊號的值。
圖5a至圖7b係用以具體性說明圖4之訊號處理部(400)之圖示。圖5a~圖5b係表示圖4之Touch_Input產生的壓力所致的輸入訊號和熱所致之輸入訊號的曲線圖。(在本發明中，雖然將事先被設定的臨界值設為100，但是此能夠根據熱所致的輸入訊號之微分值而容易變更)圖6係表示圖4之Rest_Period產生的壓力所致的輸入訊號之曲線圖。圖7a~圖7b係表示圖4之Touch_OFF產生的壓力所致的輸入訊號和熱所致之輸入訊號的曲線圖。
首先，圖4之訊號處理部(400)之中，Touch_Input使用微分後之輸入訊號的資訊，判斷壓力所致的輸入訊號，或熱所致的輸入訊號。最差(Worst)的熱所致的輸入訊號的微分值，較壓力所致的輸入訊號的微分值小。對此之具體曲線圖與圖5b相同。
在圖5a~圖5b之情況，作為各壓力所致的輸入訊號和熱所致的輸入訊號，包含輸入訊號(Input)和Balance_Ref訊號(MAF_LPF)和微分後之輸入訊號(Diff)。    　　當參照圖5a時，壓力所致之輸入訊號(Input)藉由較熱所致之輸入訊號(Input)相對快的傳導速度，被輸出成微分後的輸入訊號(Diff)大的值。此時，來自微分後之輸入訊號(Diff)之壓力所致的輸入訊號被輸入的正確區間(顯示紅色)之輸出。
另外，當參照圖5b時，當比較壓力所致的輸入訊號(Input)和熱所致的輸入訊號(Input)之時，熱所致的輸入訊號(Input)藉由溫度所致的輸入訊號之傳導速度較壓力所致的輸入訊號(Input)更順暢地(Smooth)反應。依此，對熱所致的輸入訊號(Input)進行微分後的訊號(Diff)被輸出成小值。被微分後後的輸入訊號(Diff)不超過事先被設定的臨界值亦即100。雖然此係即使給予最大熱變化也無法達到之程度的臨界值，但是能夠因應周圍之環境而容易變更設計。
在圖4之訊號處理部(400)中 Rest_Period係判斷從微分後的輸入訊號之值檢測出壓力所致的輸入訊號之後是否再次檢測基準時間之間的壓力所致的輸入訊號。對此的具體曲線圖如同圖6。
於圖6之情況，作為壓力所致的輸入訊號，包含輸入訊號(Input)和Balance_Ref訊號(MAF_LPF)和微分後的輸入訊號(Diff)。
如圖6所示般，若不再以微分後的輸入訊號(Diff)檢測出一定時間(參照藍色的顯示)之間的壓力所致的輸入訊號時，訊號處理部(400)輸出將積分部(600)予以初期化的重置訊號。
圖4之訊號處理部(400)中Touch_OFF係判斷是否從微分後的輸入訊號(Diff)之值在全區間檢測出壓力所致的輸入訊號。是否上述被檢測係從在負方向產生極大微分後的輸入訊號(Diff)之值之狀況來判斷。
如圖7a所示般，當顯示(紅色顯示)在負方向產生極大微分後之輸入訊號(Diff)之值之狀況時，訊號處理部(400)輸出將積分部(600)予以初期化的重置訊號。
在圖7b之情況，表示作為熱所致的輸入訊號，壓力所致的輸入訊號不在全區間被檢測出。
圖8係作為本發明之一實施例，表示利用壓力所致的輸入訊號的系統全體之動作的圖示，圖9係作為本發明之一實施例，表示利用熱所致的輸入訊號的系統全體之動作的圖示。如圖8~圖9所示般，輸入訊號(Input)係於作為從壓電薄膜被輸入之訊號，被輸入至訊號輸入部(100)之後，被傳達至濾波器部(200)。被傳遞的輸入訊號(Input)藉由低通濾波器(LPF)和移動平均濾波器(MAF)所構成之濾波器部(200)除去雜訊。此時，被輸出的訊號係Balance_Ref訊號(MAF_LPF)。Balance_Ref訊號(MAF_LPF)被輸入至微分器(300)且被微分，此時，被輸出之訊號係微分後的輸入訊號(Diff)。微分後的輸入訊號(Diff)被傳達至Touch_Input，Touch_Input判斷是熱所致的輸入訊號，或壓力所致的輸入訊號。
如圖8所示般，當Balance_Ref.判斷微分後的輸入訊號(Diff)係壓力所致的輸入訊號時，發揮固定上述輸入訊號的作用。相反地，如圖9所示般，當判斷微分後的輸入訊號(Diff)係熱所致的輸入訊號時，被判斷的輸入訊號被當作無意義的訊號藉由偏移除去部(500)被除去。(利用被判斷的輸入訊號，決定是否實行偏移除去部(500)。)無檢測出壓力所致的輸入訊號之時，輸入訊號(Input)和Balance_Ref訊號(MAF_LPF)同樣進行途中，來自微分後的輸入訊號(Diff)的壓力所致的輸入訊號被檢測出之時，僅在壓力所致的輸入訊號被輸入的正確區間做檢測。Balance_Ref訊號(MAF_LPF)僅保持壓力所致的輸入訊號即將被檢測出之前的訊號。此時，上述無意義的訊號之除去製程係輸出從濾波器部(200)被輸出的輸入訊號減去從Touch-Input被輸出的熱所致的輸入訊號之值亦即0的製程。在上述除去製程中，熱所致的輸入訊號之外，除了壓力所致的輸入訊號之各種訊號被除去。依此，偏移除去部(500)被輸出的訊號藉由偏移除去部(500)乾淨地(明確地)被輸出。圖9係從偏移除去部(500)被輸出的訊號為0。
如圖8所示般，積分部(600)係為了輸出傳達輸入訊號的製程而存在，積分上述輸入訊號，復原至壓力所致的輸入訊號。此係因為雖然能夠辨識來自壓電薄膜之壓力訊號檢測是否施加壓力，但是施加壓力的製程無法辨識之故。
圖10係表示作為本發明之一實施例，表示使用ADC轉換輸入的安裝有Simulink(Simulink)的數位系統的圖示，圖11a~圖11b係作為本發明之一實施例，表示壓電薄膜輸入部追加有類比放大器和濾波器電路的系統之圖示。圖10之濾波器部(200)、微分器(300)、積分部(600)即使在數位及類比電路中亦能夠安裝。在訊號處理部(400)之情況，能夠安裝於類比電路或微處理器，此時之記憶體亦能夠使用。此時，上述記憶體為了保存輸入訊號和輸入訊號之訊號成分之分析資料，此辨識壓力所致的輸入訊號，即時保存。並且，在訊號處理部(400)也有被追加用以因應溫濕度進行補償的感測器之情形。
如以圖11a~圖11b所示般，能夠在利用壓電薄膜輸入部放大器(Amplifier)的電路安裝。此時，類比放大器可以將壓電訊號放大至適當訊號的大小，濾波器電路係以除去雜訊為目的。
圖12係作為本發明之一實施例，表示壓電薄膜中之焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測方法的流程圖。如圖12所示般，壓電薄膜中之焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測方法包含：訊號輸入階段(S100)，其係從訊號輸入部(100)接受來自壓電薄膜(Piezoelectric film)之輸入訊號的輸入；微分階段(S300)，其係在微分器(300)中，為了分析上述輸入訊號之訊號成分，對輸入訊號進行微分；訊號處理階段(S400)，其係在訊號處理部(400)中，根據上述微分器之微分值，輸出上述輸入訊號之訊號成分之分析值；偏移除去階段(S500)，其係在偏移除去部(500)中，使用上述訊號處理部(400)之訊號成分之分析值除去上述輸入訊號之偏移(offset)；及積分階段(S600)，其係從積分部(600)(以積分部(600))對上述輸入訊號進行積分，輸出熱所致的輸入訊號之值被除去的壓力所致的輸入訊號之值，為了除去從上述訊號輸入階段(S100)被輸入的上述輸入訊號之雜訊，包含除去來自濾波器部(200)之上述輸入訊號的雜訊的濾波器階段(S200)。此時，以上述濾波器之步驟(S200)從上述輸入訊號除去50/60Hz power雜訊作為特徵。
在上述訊號處理階段(S400)比較上述微分後之輸入訊號之值和事先被設定之臨界值，而區別上述輸入訊號為壓力所致的輸入訊號，或熱所致的輸入訊號。若上述微分後的輸入訊號之值為上述事先被設定之臨界值以上之情況，將上述輸入訊號判斷成壓力所致之輸入訊號，實行上述積分階段(S600)。另外，在上述微分後的輸入訊號之值小於上述特定臨界值之情況，將上述輸入訊號判斷成熱所致之輸入訊號，實行上述偏移除去階段(S500)。
並且，上述訊號處理階段(S400)係於從上述微分後的輸入訊號之值檢測出壓力所致之輸入訊號之後不再檢測出基準時間之間的壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分階段(S600)(積分部(600))予以初期化的重置訊號。上述訊號處理階段(S400)係於從微分後的輸入訊號之值，在全區間無檢測出壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分階段(S600)(積分部(600))予以初期化的重置訊號。
上述偏移除去階段(S500)係輸出從上述輸入訊號減去上述熱所致的輸入訊號的值。
圖13a係表示溫度環境所致的壓電元件之輸出訊號之變化的圖示，圖13b係作為本發明之一實施例，表示因應急遽的溫度環境之壓電元件之輸出訊號的圖示。以圖13a所示般，壓電元件之輸出訊號不僅壓力，熱(溫度)所致的環境也會受到影響。(上曲線表示在-10℃施加200kPa之一定壓力150秒期間之時的壓電感測器之輸出電壓，下曲線表示在50℃施加200kPa之一定壓力150秒期間之時的壓電感測器之輸出電壓)。
另外，以圖13b圖示般，與本發明之一實施型態有關之壓電元件之輸出訊號的變化，熱(溫度)所致的環境之變化不會對輸出造成影響。
另外，本發明之壓力訊號檢測電路即使被適用於追加有熱吸收物質之壓電薄膜，或具有使焦電性所致的訊號衰減的構造的壓電薄膜(雙壓電晶片型壓電薄膜等)亦可。依此，比以通常之壓電薄膜適用本發明之壓力訊號檢測電路的型態，可以提升SN比，檢測出更微弱的壓力。
以下，針對壓電薄膜之材料予以說明。
在本發明中所使用的壓電薄膜最佳為有機焦電薄膜，及更佳的有機強介電性薄膜。    　　如同本技術領域者一般理解般，有機壓電薄膜、有機焦電薄膜及有機介電性薄膜等之「有機薄膜」係由有機物亦即共聚物所形成的薄膜(共聚物薄膜)。    　　如同本技術領域者一般理解般「有機壓電薄膜」係具有壓電性的有機薄膜，「有機焦電薄膜」係具有焦電性(及壓電性)之有機薄膜，及「有機強介電性薄膜」係具有強介電性(以及，焦電性及壓電性)的有機薄膜。
以下，針對構成在本發明中使用的「有機焦電薄膜」的有機薄膜進行說明。
該「有機薄膜」最佳例包含偏二氟乙烯類聚合物薄膜、奇數鏈尼龍薄膜和偏二氰乙烯/乙酸乙烯酯共聚物。
在本發明中所使用的有機薄膜最佳為偏二氟乙烯類共聚物薄膜。
如同本技術領域者一般理解般，該「偏二氟乙烯類共聚物薄膜」係由偏二氟乙烯類共聚物所構成，含有偏二氟乙烯類共聚物。
在本說明書中，「偏二氟乙烯類共聚物」之最佳例包含聚偏二氟乙烯薄膜、偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物薄膜，和偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物薄膜。
在本說明書中之用語「聚偏二氟乙烯薄膜」、「偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物薄膜」及「偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物薄膜」分別意圖使用包含基於該些的薄膜。
在本發明中所使用的有機薄膜之上述共聚物之含有量以50質量%以上為佳，以70質量%以上為較佳，以80質量%以上為更佳，以85質量%以上為又更佳，以90質量%以上為特別佳，以95重量%以上為更特別佳。該含有量之上限並不特別限制，例如即使為例如100質量%亦可，即使為99質量%亦可。
上述「有機薄膜」只要不顯著損害本發明之效果，即使含有上述共聚物以外的成分亦可。該例包含一般被使用於樹脂薄膜的添加劑。
上述共聚物之較佳例包含偏二氟乙烯類共聚物。
作為該「偏二氟乙烯類共聚物」之例，可舉出(1)偏二氟乙烯和能夠與此共聚的1種以上之單體的共聚物，及(2)聚偏二氟乙烯。
作為該「(1)偏二氟乙烯和能夠與此共聚的1種以上之單體的共聚物」中之「能夠與此共聚的單體」之例，可以舉出三氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯和氟乙烯。    　　該「能夠與共聚的1種以上之單體」或其中之1種較佳為四氟乙烯。    　　作為該「偏二氟乙烯類共聚物」之較佳例，可舉出偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物。    　　上述「(1)偏二氟乙烯和能夠與此共聚的1種以上之單體的共聚物」以含有衍生自偏二氟乙烯的重複單元，例如5莫耳%以上、10莫耳%以上、15莫耳%以上、20莫耳%以上、25莫耳%以上、30莫耳%以上、35莫耳%以上、40莫耳%以上、45莫耳%以上、50莫耳%以上、或60莫耳%以上為佳。    　　上述「偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物」中之(衍生自四氟乙烯的重複單元)/(衍生自偏二氟乙烯的重複單元)之莫耳比，以5/95~90/10之範圍內為佳，以5/95~75/25之範圍內為較佳，以18/85~75/25之範圍內為更佳，以36/64~ 75/25之範圍內為又更佳。    　　偏二氟乙烯多的共聚物之溶劑溶解性優，及其薄膜之加工性優之點為佳。    　　上述「偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物」中之(衍生自四氟乙烯的重複單元)/(衍生自偏二氟乙烯的重複單元)之莫耳比，以5/95~37/63之範圍內為佳，以10/90~30/70之範圍內為較佳，以5/85~25/75之範圍內為更佳。    　　四氟乙烯更多之共聚物在其薄膜之耐熱性優之點為佳。    　　上述「偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物」中之(衍生自四氟乙烯的重複單元)/(衍生自偏二氟乙烯的重複單元)之莫耳比，以60/40~10/90之範圍內為佳，以50/50~25/75之範圍內為較佳，以45/55~30/70之範圍內為更佳。
上述「偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物」只要不顯著損害與本發明有關的性質，即使含有衍生自偏二氟乙烯/四氟乙烯以外之單體的重複單元亦可。通常，如此之重複單元之含有率可以係例如20莫耳%以下、10莫耳%以下、5莫耳%以下或1莫耳%以下。如此之單體只要係能夠與偏二氟乙烯單體、四氟乙烯單體共聚者，就不加以限定，作為其例可舉出：    　　(1)HFO-1234yf(CF3 CF=CH2 )、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛-1-烯(C6烯烴)、含氟單體(例，氟乙烯(VF)、三氟乙烯(TrFE)、六氟丙烯(HFP)、1-氯-1-氟-乙烯(1,1-CFE)、1-氯-2-氟-乙烯(1,2--CFE)、1-氯-2,2-二氟乙烯(CDFE)、三氟氯乙烯(CTFE)、三氟乙烯單體、1,1,2-三氟丁烯-4-溴-1-丁烯、1,1,2-三氟丁烯-4-矽烷-1-丁烯、全氟烷基乙烯基醚、全氟甲基乙烯基醚(PMVE)、全氟丙基乙烯基醚(PPVE)、全氟丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙酯、2-(全氟己基)丙烯酸乙酯)；以及    　　(2)烴類單體(例如乙烯、丙烯、馬來酸酐、乙烯基醚、乙烯基酯、烯丙基縮水甘油醚、丙烯酸類單體、甲基丙烯酸類單體、乙酸乙烯酯)。
在上述中，雖然做與用以例示本發明之技術性思想的較佳實施例關聯的說明和表示，但是本發明不限於如此圖示和說明般的構成及作用， 在不脫離技術性思想的範疇的情況下，本領域技術者當然可以理解能夠對本發明進行許多變更和修正。因此，如此所有適當的變更及修正也應視為屬於本發明之範圍。        [產業上之利用可行性]
本發明之壓力訊號檢測電路能夠適用於具備具有焦電性的壓電材料，和處理上述壓電材料之輸出訊號的電路的裝置。即是，具備處理壓電材料之輸出訊號的電路，和本發明之壓電訊號檢測電路之裝置也含在本發明之範疇。作為如此之裝置，可舉出例如觸控面板、生物活體感測器、振動感測器、壓敏感測器及資訊終端機器。
100:訊號輸入部200:濾波器部300:微分器400:訊號處理部500:偏移除去部600:積分部
圖1a係表示壓電薄膜(Piezoelectric film)的圖示。    　　圖1b係表示壓力感測器之前端部(front-end)的圖示。    　　圖1c係表示因應輸入阻抗R之輸出電壓訊號的圖示。    　　圖2a係表示溫度所致的壓電元件之特性的曲線圖。    　　圖2b係表示因應濕度之壓電元件之特性的曲線圖。    　　圖3a係表示熱所致的輸入訊號被除去之壓力所致的輸入訊號的圖示。    　　圖3b係一起表示熱所致的輸入訊號和壓力所致的輸入訊號的圖示。    　　圖4係作為本發明之一實施例，表示壓電薄膜中之焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測電路的構成圖。    　　圖5a係表示圖4之Touch_Input產生的壓力所致的輸入訊號的曲線圖。    　　圖5b係表示圖4之Touch_Input產生的熱所致的輸入訊號的曲線圖。    　　圖6係表示圖4之Rest_Period產生的壓力所致的輸入訊號的曲線圖。    　　圖7a係表示圖4之Touch_OFF產生的壓力所致的輸入訊號的曲線圖。    　　圖7b係表示圖4之Touch_OFF產生的熱所致的輸入訊號的曲線圖。    　　圖8係作為本發明之一實施例，表示利用壓力所致的輸入訊號的系統全體之動作的圖示。    　　圖9係作為本發明之一實施例，表示利用熱所致的輸入訊號的系統全體之動作的圖示。    　　圖10係作為本發明之一實施例，表示使用ADC轉換輸入的安裝有Simulink(Simulink)之數位系統的圖示。    　　圖11a係作為本發明之一實施例，表示在壓電薄膜輸入部追加類比放大器和濾波器電路之系統的圖示。    　　圖11b係作為本發明之一實施例，表示在壓電薄膜輸入部追加類比放大器和濾波器電路之系統的圖示。    　　圖12係作為本發明之一實施例，表示壓電薄膜中之焦電性(pyroelectric)所致的訊號被抑制的壓力訊號檢測方法的流程圖。    　　圖13a係表示溫度環境所致的壓電元件之輸出訊號之變化圖。    　　圖13b係作為本發明之一實施例，表示因應急遽之溫度環境的壓電元件之輸出訊號之變化圖。
100:訊號輸入部
200:濾波器部
300:微分器
400:訊號處理部
500:偏移除去部
600:積分部

Claims (18)

  1. 一種壓力訊號檢測電路，其係從來自壓電材料之輸入訊號，根據壓力所致的輸入訊號和熱所致的輸入訊號之輸入訊號的速度差，除去上述熱所致的輸入訊號，該壓力訊號檢測電路之特徵在於，包含：訊號輸入部，其係接受來自上述壓電材料之輸入訊號的輸入；微分器，其係為了分析上述輸入訊號之訊號成分，對上述輸入訊號進行微分；訊號處理部，其係根據上述微分器之微分值，輸出上述輸入訊號之訊號成分之分析值；偏移除去部，其係使用上述訊號成分之分析值除去上述輸入訊號之偏移(offset)；及積分部，其係對上述輸入訊號進行積分，輸出熱所致的輸入訊號之值被除去後的壓力所致的輸入訊號之值。
  2. 如請求項1所記載之壓力訊號檢測電路，其中為了除去從上述訊號輸入部被輸入的上述輸入訊號之雜訊，進一步具備濾波器部，其係由低通濾波器(LPF)和移動平均濾波器(MAF)所構成。
  3. 如請求項1所記載之壓力訊號檢測電路，其中 上述訊號處理部係比較上述微分後的輸入訊號之值和事先被設定之臨界值，而區別上述輸入訊號為壓力所致的輸入訊號，或熱所致的輸入訊號。
  4. 如請求項3項所記載之壓力訊號檢測電路，其中上述微分後的輸入訊號之值為上述特定臨界值以上之情況，將上述輸入訊號判斷成壓力所致的輸入訊號，實行上述積分部，上述微分後的輸入訊號之值小於上述特定臨界值之情況，將上述輸入訊號判斷成熱所致的輸入訊號，實行上述偏移除去部。
  5. 如請求項1所記載之壓力訊號檢測電路，其中上述訊號處理部係於從上述微分後的輸入訊號之值檢測出壓力所致之輸入訊號之後不再檢測出基準時間之間的壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部予以初期化的重置訊號。
  6. 如請求項1所記載之壓力訊號檢測電路，其中上述訊號處理部係於從上述微分後的輸入訊號之值，在全區間無檢測出壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分部予以初期化的重置訊號。
  7. 如請求項1所記載之壓力訊號檢測電路，其中 上述偏移除去部輸出從上述輸入訊號減去上述熱所致的輸入訊號和雜訊訊號後的純粹壓力所致的值。
  8. 如請求項1~7中之任一項所記載之壓力訊號檢測電路，其中上述壓電材料為壓電薄膜(Piezoelectric film)。
  9. 一種壓力訊號檢測裝置，其具備壓電材料，和如請求項1至7中之任一項所記載之壓力訊號檢測電路。
  10. 如請求項9所記載之壓力訊號檢測裝置，其中該壓力訊號檢測裝置為觸控面板、生物活體感測器、振動感測器、壓敏感測器或資訊終端機器。
  11. 一種壓力訊號檢測方法，其係從來自壓電材料之輸入訊號，根據壓力所致的輸入訊號和熱所致的輸入訊號之輸入訊號的速度差，除去上述熱所致的輸入訊號，該壓力訊號檢測方法之特徵在於，包含：訊號輸入階段，其係從訊號輸入部接受來自上述壓電材料之輸入訊號的輸入；微分階段，其係在微分器中，為了分析上述輸入訊號之訊號成分，對上述輸入訊號進行微分；訊號處理階段，其係在訊號處理部中，根據上述微分 器之微分值，輸出上述輸入訊號之訊號成分之分析值；偏移除去階段，其係在偏移除去中，使用上述訊號處理部之訊號成分之分析值除去上述輸入訊號之偏移(offset)；及積分階段，其係以積分部對上述輸入訊號進行積分，輸出熱所致的輸入訊號之值被除去後的壓力所致的輸入訊號之值。
  12. 如請求項11所記載之壓力訊號檢測方法，其中進一步包含濾波器階段，其係為了除去從上述訊號輸入階段被輸入的上述輸入訊號之雜訊，在濾波器部除去上述輸入訊號之雜訊。
  13. 如請求項11所記載之壓力訊號檢測方法，其中上述訊號處理階段比較上述微分後的輸入訊號之值和事先被設定之臨界值，而區別上述輸入訊號為壓力所致的輸入訊號，或熱所致的輸入訊號。
  14. 如請求項13項所記載之壓力訊號檢測方法，其中上述微分後的輸入訊號之值為上述特定臨界值以上之情況，將上述輸入訊號判斷成壓力所致的輸入訊號，實行上述積分階段，上述微分後的輸入訊號之值小於上述特定臨界值之情況，將上述輸入訊號判斷成熱所致的輸入訊號，實行上述 偏移除去階段。
  15. 如請求項11所記載之壓力訊號檢測方法，其中上述訊號處理階段係於從上述微分後的輸入訊號之值檢測出壓力所致之輸入訊號之後不再檢測出基準時間之間的壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分階段予以初期化的重置訊號。
  16. 如請求項11所記載之壓力訊號檢測方法，其中上述訊號處理階段係於從上述微分後的輸入訊號之值，在全區間無檢測出壓力所致的輸入訊號之情況，輸出將上述積分階段予以初期化的重置訊號。
  17. 如請求項11所記載之壓力訊號檢測方法，其中上述偏移除去階段係輸出從上述輸入訊號減去上述熱所致的輸入訊號和雜訊訊號後的純粹壓力所致的值。
  18. 如請求項11至17中之任一項所記載之壓力訊號檢測方法，其中上述壓電材料為壓電薄膜(Piezoelectric film)。
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