一种多单元模拟压力传感器及电子投射靶

技术领域

本发明涉及压力传感器设计领域，具体涉及一种多单元模拟压力传感器及电子投射靶。

背景技术

射击类和投射类体育运动历久不衰，如飞镖、汽步枪射击、弓箭等，皆是当今十分流行的游戏和体育项目。在游戏或比赛过程中，参与者或运动员皆处于离目标靶较远的距离，因而难以实时地准确判断投射物击中目标靶的某一特定区间。一种能于瞬间感应投射物击中目标靶的某一特定区间，从而实时计算出结果积分的设备，对这等游戏和体育项目是必须的。

一般拥有自动计算积分功能的电子射击靶和电子投射靶，其基本的设计原理一般遵循由机械能转换成逻辑电平(亦即电平开关量)形式，投射物击中靶区产生的动能推动机械开关，开关接触电路形成闭路电平。为了降低产品成本，这类开关和电路一般会使用导电的银/碳聚合物涂料印刷在三层软性基材上。此类设计产生的有效逻辑电平取决于其特定区域电路的低电阻值。然而低电阻值的銀/碳聚合物涂料成本仍是较高。此外，氧化作用和涂料的老化使电路的有效电阻值随着设备的日常使用逐渐上升。当电路的有效电阻值达到一定水平使其产生的闭路电平超过或低于系统可接受的有效逻辑电平时，设备的生命周期便告终结。

上述这类电子射击靶或電子投射靶为达至一体化多区间的投射物感应功能，一般采用复数个开关单元，以二维矩阵电路形式把感应讯号电平传输至微计分设备的输入输出端口。这类电路要求微计分设备设有

尽管业界在体育运动、游戏等项目的电子计分器范畴，提供了丰富的解决方案和设计，但针对降低功耗、降低成本、增强耐用性、以及增强传感器的准确性等方面，仍存在很大的改进空间。

发明内容

基于此，本发明提供了一种拥有低功耗、高准确性、低成本、耐用性高等有益效果的多单元模拟压力传感器及电子投射靶。

为实现上述目的，本发明提供了一种多单元模拟压力传感器，包括第一电极、第二电极，以及呈一列依次串连设置的若干压力传感器单元；

每个压力传感器单元包括一个串列嵌入式电阻器、一个行接地嵌入式电阻器和一个电气导通接点；

所有串列嵌入式电阻器以第一电极为起始端并按压力传感器单元的串连顺序依次相串联，每个串列嵌入式电阻器于远离起始端的一端各连接有按压力传感器单元的串连顺序依次设置的分支线路，所有分支线路呈并联结构连接到所述第二电极，且同一压力传感器单元的行接地嵌入式电阻器和电气导通接点串联于对应次序的同一分支线路中，电气导通接点用于控制对应分支线路的通或断。

作为本发明的进一步优选技术方案，当任意一个电气导通接点电接触闭合时，多单元模拟压力传感器的电路等效于可变电阻器。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述多单元模拟压力传感器还包括相对间隔设置的面层和底层，形成多单元模拟压力传感器的所有串列嵌入式电阻器和所有行接地嵌入式电阻器，以及连接该所有串列嵌入式电阻器和该所有行接地嵌入式电阻器的导电线路均布设在底层上，所有电气导通接点均布设在面层上且朝向底层的一侧，面层上任一电气导通接点所在区域受外界压力可使该电气导通接点趋向并与底层上与之对应的导电线路接触，从而实现控制该电气导通接点所在分支线路的导通。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述面层的表面于每个电气导通接点四周均凸起设有多个具有弹性的绝缘间隔点，面层与底层通过该绝缘间隔点分隔开，并且外界施加于面层的压力克服绝缘间隔点的弹力使得面层可与底层相贴合，从而实现电气导通接点控制分支线路的通或断。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述面层和所述底层均使用热塑性塑料薄膜作为基底。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述底层上形成多单元模拟压力传感器的所有串列嵌入式电阻器和所有行接地嵌入式电阻器均由涂布于对应基底上的碳聚合物导电涂料形成，面层上的电气导通接点也由涂布于对应基底上的碳聚合物导电涂料形成。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述串列嵌入式电阻器和行接地嵌入式电阻器由碳聚合物导电涂料按预设形状、长度及宽度的迹线涂布于基底上而成，迹线的两端等效于串列嵌入式电阻器及行接地嵌入式电阻器的连接端子，每段迹线的电阻值遵循以下公式：

其中：

R

R

L＝迹线长度，单位为mm；

W＝迹线宽度，单位为mm。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述多单元模拟压力传感器连接有用于自动计分的计分设备，所述计分设备包括至少一个微控制器，所述微控制器连接有模数转换模块，所述微控制器通过该模数转换模块与所述第一电极连接，所述第二电极连接到所述微控制器的信号地端口；所述模数转换模块的信号输入端设有上拉电阻，所述上拉电阻的一端与模数转换模块信号输入端连接，所述上拉电阻的另一端与所述计分设备提供的供电电压连接；当任意一压力传感器单元的电气导通接点电导通时，由第一电极输出相应的模拟信号到计分设备，从而由计分设备计算出对应的结果计分。

作为本发明的进一步优选技术方案，所有串列嵌入式电阻器具有相同的电阻值，所有行接地嵌入式电阻器具有相同的电阻值，所有串列嵌入式电阻器按压力传感器单元的串连顺序依次定义为RR1...至...RRn，所有行接地嵌入式电阻器按压力传感器单元的串连顺序依次定义为RC1...至...RCn，所有电气导通接点按压力传感器单元的串连顺序依次定义为CN-1...至...CN-n，其中，RR1、RC1和CN-1均位于靠近第一电极的一侧，当任意一压力传感器单元的电气导通接点受压闭合后，模数转换模块的输入端口的电平值通过以下公式计算：

其中：

V

VCC＝供电电压；

RR＝独立一个串列嵌入式电阻器的电阻值；

RC＝独立一个行接地嵌入式电阻器的电阻值；

R

N＝受压的电气导通接点的序号。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种电子投射靶，包括目标靶面板，上述任意一项所述的多单元模拟压力传感器贴合设置在所述目标靶面板的背面，所述目标靶面板划分为若干独立的计分区域，多单元模拟压力传感器具有与每个所述计分区域一一对应的压力传感器单元，当其中任意一所述计分区域被投射物击中后，产生的冲击力将作用到对应压力传感器单元的电气导通接点，以使该电气导通接点所在分支线路接通。

本发明的多单元模拟压力传感器及电子投射靶，其中，多单元模拟压力传感器具有多压力传感器单元，且只有第一电极和第二电极两个电极连接计分设备，具有低功耗、高准确性、低成本、耐用性高等有益效果；该多单元模拟压力传感器应用于电子投射靶，可实现自动投掷计分，性能稳定可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明多单元模拟压力传感器提供的一实例的电路等效图；

图2为多单元模拟压力传感器与计分设备通讯连接的结构框图；

图3为形成多单元模拟压力传感器的面层与底层的剖面图；

图4为面层的结构示意图；

图5为底层的结构示意图。

图中：1、第一电极，2、第二电极，3、压力传感器单元，4、串列嵌入式电阻器，5、行接地嵌入式电阻器，6、电气导通接点，7、面层，8、底层，9、绝缘间隔点，10、导电线路。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图5所示，多单元模拟压力传感器包括第一电极1、第二电极2，以及呈一列依次串连设置的若干压力传感器单元3；该压力传感器单元3对压力敏感，任意一压力传感器单元3受压后通过第一电极1输出与之对应的模拟信号。

参阅图2所示，多单元模拟压力传感器连接有用于自动计分的计分设备，所述计分设备包括至少一个微控制器，所述微控制器连接有模数转换模块，所述微控制器通过该模数转换模块与所述第一电极1连接，所述第二电极2连接到所述微控制器的信号地端口；所述模数转换模块的信号输入端设有上拉电阻，所述上拉电阻的一端与模数转换模块信号输入端连接，所述上拉电阻的另一端与所述计分设备提供的供电电压连接；当任意一压力传感器单元3的电气导通接点6电导通时，由第一电极1输出相应的模拟信号到计分设备，从而由计分设备计算出对应的结果计分。

计分设备根据输入的模拟信号计算出结果计分的原理：模数转换模块将从第一电极1传入的模拟信号(或称作模拟信号)转换成为数字信号，微控制器(MCU)使用其内置的硬件数字滤波器或使用运行于微控制器(MCU)内的数字信号处理软件，对该数字信号进行处理，并计算出该信号的实际“方根均电压”值(RMS Voltage Level)。在微控制器(MCU)的内存中预先储存了一份可被调用的对照表，对照表由一列信号电平的实际”方根均电压”阀值(RMS Voltage Level)组成。各阀值与所有压力传感器单元3的序列号一一对应。当微控制器(MCU)检测到由第一电极1传入的有效信号，并通过上述的信号处理后而得出实际”方根均电压”值，通过比较对照表上的“方根均电压”阈值，便可推导出该信号是经由哪个压力传感器单元3受压产生，从而计算出该压力传感器单元3所对应的计分结果。

参阅图1所示，每个压力传感器单元3包括一个串列嵌入式电阻器4、一个行接地嵌入式电阻器5和一个电气导通接点6，电气导通接点6对压力敏感，受压后电导通；

所有串列嵌入式电阻器4以第一电极1为起始端并按压力传感器单元3的串连顺序依次相串联，每个串列嵌入式电阻器4于远离起始端的一端各连接有按压力传感器单元3的串连顺序依次设置的分支线路，所有分支线路呈并联结构连接到所述第二电极2，且同一压力传感器单元3的行接地嵌入式电阻器5和电气导通接点6串联于对应次序的同一分支线路中，电气导通接点6用于控制对应分支线路的通或断。

在具体实施中，当任意一个电气导通接点6电接触闭合时，多单元模拟压力传感器的电路等效于可变电阻器。

参阅图3至图5所示，所述多单元模拟压力传感器还包括相对间隔设置的面层7和底层8，形成多单元模拟压力传感器的所有串列嵌入式电阻器4和所有行接地嵌入式电阻器5，以及连接该所有串列嵌入式电阻器4和该所有行接地嵌入式电阻器5的导电线路10均布设在底层8上，所有电气导通接点6均布设在面层7上且朝向底层8的一侧，面层7上任一电气导通接点6所在区域受外界压力可使该电气导通接点6趋向并与底层8上与之对应的导电线路10接触，从而实现控制该电气导通接点6所在分支线路的导通。

在一具体实施中，所述面层7的表面于每个电气导通接点6四周均凸起设有多个具有弹性的绝缘间隔点9，面层7与底层8通过该绝缘间隔点9分隔开，并且外界施加于面层7的压力克服绝缘间隔点9的弹力使得面层7可与底层8相贴合，从而实现电气导通接点6控制分支线路的通或断。

优选地，所述面层7和所述底层8均使用热塑性塑料薄膜(如PET聚对苯二甲酸乙二酯)作为基底，这样形成的基底为柔性材质，便于贴附于应用，并使得面层7的任一点受压后，均可将压力作用到对应的电气导通接点6上，是电气导通接点6产生相应动作。

在另一具体实施中，所述底层8上形成多单元模拟压力传感器的所有串列嵌入式电阻器4和所有行接地嵌入式电阻器5均由涂布于对应基底上的碳聚合物导电涂料形成，面层7上的电气导通接点6也由涂布于对应基底上的碳聚合物导电涂料形成。

优选地，底层8上的串列嵌入式电阻器4和行接地嵌入式电阻器5为整个压力传感器电路绝大部分，涂布形成串列嵌入式电阻器4和行接地嵌入式电阻器5的碳聚合物导电涂料为中/高电阻值的碳聚合物导电塗料，中/高电阻值的碳聚合物导电塗料相对成本低，可降低压力传感器的整体制作成本；面层7的电气导通接点6，相对于整个压力传感器电路来说，占用的面积十分少，则涂布形成电气导通接点6的碳聚合物导电涂料为低电阻值的碳聚合物导电塗料，以确保运行稳定、可靠。

所述串列嵌入式电阻器4和行接地嵌入式电阻器5由碳聚合物导电涂料按预设形状、长度及宽度的迹线涂布于基底上而成，迹线的两端等效于串列嵌入式电阻器4及行接地嵌入式电阻器5的连接端子，每段迹线的电阻值遵循以下公式：

其中：

R

R

L＝迹线长度，单位为mm；

W＝迹线宽度，单位为mm。

在一实施例中，所有串列嵌入式电阻器4具有相同的电阻值，所有行接地嵌入式电阻器5具有相同的电阻值，所有串列嵌入式电阻器4按压力传感器单元3的串连顺序依次定义为RR1...至...RRn，所有行接地嵌入式电阻器5按压力传感器单元3的串连顺序依次定义为RC1...至...RCn，所有电气导通接点6按压力传感器单元3的串连顺序依次定义为CN-1...至...CN-n，其中，RR1、RC1和CN-1均位于靠近第一电极1的一侧，当任意一压力传感器单元3的电气导通接点6受压闭合后，模数转换模块的输入端口的电平值通过以下公式计算：

其中：

V

VCC＝供电电压；

RR＝独立一个串列嵌入式电阻器4的电阻值；

RC＝独立一个行接地嵌入式电阻器5的电阻值；

R

N＝受压的电气导通接点6的序号。

本发明还提供了一种电子投射靶，包括目标靶面板，上述任意一实施例所述的多单元模拟压力传感器贴合设置在所述目标靶面板的背面，所述目标靶面板划分为若干独立的计分区域，多单元模拟压力传感器具有与每个所述计分区域一一对应的压力传感器单元3，当其中任意一所述计分区域被投射物击中后，产生的冲击力将作用到对应压力传感器单元3的电气导通接点6，以使该电气导通接点6所在分支线路接通。

根据上述的模数转换模块的输入端口的电平值通过以下公式计算：

当微控制器(MCU)检测到由第一电极1传入的有效信号，并通过信号处理后而得出实际”方根均电压”值，通过比较对照表上的”方根均电压”阈值，便可推导出该信号是经由哪个压力传感器单元3受压产生，从而推断出投射物击中了目标靶面板的某一个计分区域，进而计算出与该计分区域相对应的计分结果。

本发明通过单一个高阻抗模拟信号接口(第一电极1)，提供准确的信号以表达投射物击中目标靶面板的某一计分区域，从而实时计算出结果计分。其压力传感器单元3均由较高电阻值的电路组成，而且多单元模拟压力传感器的总体电阻值的有效工作范围宽阔(1Kohm至2M ohm)。概括上述特点，高电阻值的传感器电路配合单一高阻抗模拟信号接口，可大幅降低设备的功耗和制造成本；其次，宽阔的电阻值有效工作范围极大地延长设备的寿命。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。