电器用的操作装置以及用于这种操作装置的分析方法

专利名称：电器用的操作装置以及用于这种操作装置的分析方法
电器用的操作装置以及用于这种操作装置的分析方法 駄领域
本发明涉及一种用于电器的操作装置以及对其进行分析的方法，其中所述 操作装置具有形状可变的或者弹性的操作区，在操作区下布置至少一个压电传 感元件。
背景技术：
AADE 198 11 372 Al公知在烹调区中在其不锈钢框架下面布置压电传感元 件作为操作元件。利用所述压电传感元件可以检测操作人何时作为操作动作将 手指放在压电传感元件上方的区域上。但是将压电传感元件安装在操作区下侧 是比较耗费，其电接触同样也比较耗费。

发明内容
本发明所基于的任务在于，提供一种开头所述的操作装置以及一种用于此 的分析方法，利用其可以避免现有技术的缺陷，并且即使压电传感元件的数量 比较多，也能轻易、可靠地实现尤其布置和连接。
M具有权利要求1所述特征的装置以及具有权利要求27所述特征的用 于分析的方法来解决这一任务。其他权利要求的主题是本发明的有益以及， 的扩展方案，以下将对其进纟亍详细解释。以明确的援引方式使权利要求的字句 成为描述的内容。
按照本发明规定，至少一个压电传感元件布置在印刷电路板的背面，尤其 是固定在所述印刷电路板处。将印刷电路板利用相对的正面以平面的方式 (flachig)安装或者布置和固定在操作区的下面上。因此也即不直接地将压电 传感元件固定在操作区的下面，这尤 较大数量的压电传感元件时是耗费的， 而是非直接地将压电传感元件固定在操作区的下面。在此可以有利地规定，操 作区是电器的框架或者前隔板的一部分或者构 —部分。可以通过常规的在 大批量技术方面被证明的方法将至少一个压电传感元件固定在印刷电路板处，如正好在装备印刷电路板时所己知的。此外大体上还可以将具有至少一个压电 传感元件的印刷电路板预制成组合部件，从而在装配电器时仅仍必须将该组合 部件与电器的操作区或框架或者前隔板相连接或者固定在电器的操作区或框架 或者前隔板处。因此操作装置的精确结构是良好可能的，具有精确的功能，这 里机械结构对于所述精确功能是重要的。
有利地能够在印刷电路板上为多个操作元件设置多个压电传感元件。特别
有利的是，可能除了机械式接膨断开开关之外，M31这类、尤其是类似的压电 传感元件实5 作装置的所有操作元件。这可以减化制皿费。在此在充分准 确的可操作性盼瞎况下，可以将多个压电传感元件比较姐也相邻布置。甚至可 以使其相互间距保持得小于这种压电传感元件的长度或者宽度。因此也可以构 成线微作元件，其也称^"滑动器(Slider)"，例如利用电容性传感元件对其 的实现由这里在此方面明确参照的DE 102004024835 B3、 DE 102004044355或 者DE102005018298得知。
有利地将用于操作装置的压电传感元件构造成片状的，或者构造成薄的或 平的片。然后将传感元件利用其平的侧固定在印刷电路板上，例如固定粘接或 者焊接。在本发明的另一扩展方案中，压电传感元件可以具有压电陶瓷片 (RezoKeramikscheibe)。该压电陶瓷片可以与金属膜相连接，尤其是可以其 相互粘接。压电传感元件既在其上面、也在其下面均具有电连接。有利±也这是 平面的连接，这在两侧便于连接或电接触。压电传感元件的这种结构原则上是 公知的。
在印刷电路板上在应该是压电传感元件的部位设置接触区。这些接触区尤 其被构造为印刷电路板上的印制导线或者与所述印制导线相连，其中从中引出 的接触线路同样也可以被设置为印制导线。因此为了电接触，将压电传感元件 固定在接触区上，为此有禾哋可以〗柳能导电的粘合齐i」作为所谓的导电粘合剂，
可替代地也可以焊接。这种粘接既能实现可靠的固定，也易于te:电连接。
压电传感元件在背离印刷电路板的侧具有另一或第二电接触，例如可以通 过接触弓(KontaktBtigel)实现所述另一或第二电接触。这种接触弓可以从另 一电连接区(连同连接线，尤其是作为印刷电路板上的印制导线)伸展到压电 传感元件的暴露面或者上面。接合方法也是一种可能性，也就是使用接合线 (Bonding-Draht)作为接触弓。接触弓也可以是标准SMD器件，例如零欧姆SMD电阻。
可替代地，可以通过印刷的导电层来实现电接触，所述导电层通过事先同
样所印刷的绝缘层被印刷在载体上。
这里可以规定，在压电传感元件的暴露侧处的所述其它电连接分别是到对
于每一个压电传感元件^i虫存在的分析装置的连接。直接通过印刷电路板上的
接触区至u传感元件的另一连接于是可以是共同的地连接。当然也可以反其道而
行之。至U压电传感元件的暴露侦啲共同地连接的优点在于这里可以使用多重 接触弓。可以对所述多重接触弓如此进行构造，使得在印刷电路板处的一个或 两个固定点时，所述多重接触弓接触多个传感元件、尤其接触所有传感元件。可
以或者简单地通过利用施加的按压或者M利用能导电的粘合剂的粘接可以实
现这种接触弓到压电传感元件的暴露侧的电^i虫。
作为对接触弓或者多重接触弓(例如被构造为由金属丝或者平的金属板条
构成的简单金属夹)的替代方案，也可以ffi31放在其上的具有相应接触的另一 印刷电路板实现到压电传感元件的暴露侧的电接触。所述接触可以要么直接施 加在压电传感元件处，要么通过具有弹簧或弹性体的,装置来实现，可能也 MLh述能导电的粘合剂。
作为对在上侧和下侧接触传感元件的替代方案，也可以从一侧进行两个接 触，其方式是将压电传感元件如此布置在印刷电路板上，使得一方面压电传感 元件的压电陶瓷构件的连接面指向印刷电路板，并且直接与印刷电路板焊接或 者粘接。另一方面压电陶瓷元件所粘接在的金属膜的同样也指向印刷电路板的 突出的剩余环面同样也直接与印刷电路板焊接或者粘接并从而电接触。由此能 取消上侧的电接触。特别有利地可以由此在焊接或者粘接工作过程中执行整个 装配和接触压电传感元件。
在压电传感元件的背离印刷电路板的侧可以划分成多个能导电的面用于电 接触，其中所述能导电的面分别彼此分开地连接。这样可以将单个压电陶瓷构 件在功能上划分成多个传Sfl，例如两个、三个或者四个传liH。多个能导电 的面有禾哋鼬多具有与直线分开的圆形或魏形不同的微。在此如此形成的 部分面可以相互交织。因此可在不同的方向实现特别良好增强的灵敏性。
在具有其多个电部分面的压电陶瓷的上述指向印刷电路板的布置中，印刷 电路板印刷图的连接面或者焊盘理想地类似于部分面结构如此来设计，使得所有电部分面以及金属膜的突出的指向印刷电路板的剩余环能够直接与印刷电路板电接触。
原则上可以将压电传感元件作为操作元件自由地安装在操作装置处。压电传感元件有利地形成至少一个线，尤其是以便形成上述滑动器形式的总体微长的线形操作元件。压电传感元件行在简单的构造方式中呈直线，可替代地也可以是弯曲或者弧形的。
在本发明的有利改进方案中，可以将多个、尤其是所有压电传感元件布置成连续的和并行的多个行。特别有利地是两行，其中尤其是将传感元件分别相对地布置在所述行中。
如所述的，有利地在操作装置上设置多个压电传感元件。在本发明的有利扩展方案中，所有压电传感元件以相同的方式来构造。所述压电传感元件可以具有带有长侧和短侧的长矩形，其中在本发明的有利扩展方案中其长侧并排。结合上述的在压电传感元件之间的非常小的间距，这特别是适合于构成之前所述的滑动器。为此在本发明的另一扩展方案中可以规定，压电传感元件虽然以其长侧相邻，并且基本上彼此平行布置。但是这些长侧相对于某一线扭转以在
15° 90°之间的角度、优选在45° 60°和80°之间的角度旋转，其中压电传感元件大致g该线布置。如果3ffi^文置在该线上方以一定的面积移动手指用于操作，贝岫此能够实现可以由至少一个压电传感元件检测该手指或者其位置，因为科旨位于其上方。也就是说，手指不会下沉到两个传感元件之间的间距空隙中，或者不能被找到或确定。压电传感元件也可以可^Jt任意和不规则地布置在印刷电路板上。
在将操作装置布置在操作区处时规定，可以借助于双面粘合的粘合带将由印刷电路板和压电传感元件构成的组合部件利用其正面固定粘接和固定在操作区的背面上。这种双面粘合的粘合带可以按薄膜的方式来构造，且应当具有小的厚度，有利地大致为0.2 mm或者0丄mm或甚至更薄。可以fflil粘合带的厚度来均衡公差。这种双面粘合带在工厂方安装在操作驢上时鼬多实现固定或粘接的预装配。这里可替代地可以通过粘合剂施加利用平面施加的粘合膜进行粘接。粘接通常具有的优点在于保证以按键压力敏感的、刚性的方式将印刷电路板耦合在操作隔板上。
通过将压电传感元件布置在印刷电路板上和通过又将所述印刷电路板布置在操作区的背面，可以M充分利用由于在其上放置手指等而弓l起的操作区的即使微小的弯曲和将该弯曲传递到压电传感元件，而放弃传感元件用的支座，
而这否则对于这种操作装置是必要的。DE 198 11 372 Al形式的现有技术也即仍需要这种支座，这意味着另外的装配和构件耗费。传感元件的背离操作区的侧可以基本上是暴露，,完全暴露。由此g无可简化操作装置的结构，也便于安装到操作区。
在本发明的另一扩展方案中，操作区可以具有穿孔，在所述穿孔后布置发光显示器。可以利用LED实现这种发光显示器，且如果操作区由金属或者另一不透光的材料制成，贝條别是需要穿孔。例如LED形式的发光显示器或者七段显示器同样可以布置在也承载压电传感元件的印刷电路板上。本发明特别良好ite合于由金属、尤其是不W1或者铝制成的操作区。其厚度可以大致为一毫M者更薄，有时也可以更厚。有利地在压电传感元件的区域内材料厚度在无减少的情况下保持相同，使得由唯一的金属构件制成的这种操作区的制造简化。采用本发明所述的操作装置结构，即使在较厚且因此较硬的操作区情况下，利用不太大的力(例如1N或者甚至明显处于之下)方，手指也能借助于压电传感元件不仅一般性地被识别，而且在多个紧密相邻的压电传感元件情况下在方文置位置方面具体地被区分。但是也可以接受例如明显大于10 N的按键压力，例如用于防破坏 。
在本发明的另一扩展方案中，操作装置有利地具有信号分析装置，所述信号分析装置同时也可以是传感元件的控制装置。操作装置可以具有由压电传感元件所产生的信号的阻抗转换装置，或者对从中截取的信号的阻抗进行转换。这种阻抗转换装置有利地具有晶体管电路，并且连接到微控制器，所述微控制器同样也属于信号分析装置，也可以是控制器。在本发明的M方案中，在信号分析装置中可以设置形成两个相邻压电传感元件之间的信号差的差动装置。为此将差动装置(Differenziemiittel)分别与传感元件相连，其中这种差动^g的输出被输送给另一个处理或分析装置。有利地可以规定，操作装置具有至少三个压电传感元件，且分别两个直接相邻的压电传感元件与分别一个差动^S相连。因此第一和第二传感元件可以与第一差动體相连，第二和第三传感元件与第二差动装置相连，以此类推。然后相邻差动装置的输出被发给信号分析
装置，以便确定在哪一个传感元件或者明卜个部位处具有最大的信号变化。这里可以将运算放大器设置为差动装置，所MM算放大器可以具有后置的信号放大用于可靠识别。在本发明的可^f戈扩展方案中，可以不利用分立的器件(例
如OP放大器)、而是以也可用于信号分析的 制器来构成差动装置。如果不设置独立的OP放大器，贝何以将阻抗转换的结果正好直接发给微控制器的A/D转换器输入端。
这些以及其它特征除了来自于权利要求之外也来自说明书以及附图，其中各个4寺征分别单独地或者在本发明的一种实施形式中以子组合形式多个地并且在其它领域来实现，且有利地可以也能,这里要求保护的能保护的实施。将本申请分成M段以及中间标题并不限制在其下所作的说明的普遍有效性。


本发明的实施例在附图中示意性示出，以下将对其进1雅细解释。在附图
中
图1示出s^发明所纖作體的第一构成的侧面咅舰图，本发明操作装置具有在隔板背面处在印刷电路板上的压电传感元件，
图2示出图1中的操作装置的后视图，其中示出压电传感元件的电连接，图3根据图2以简化示图示出替代操作装置，
图4示出在图3的操作装置中在从左向右移动手指时信号行程关于接触路径的曲线图，
图5示出图3的操作装置的变型方案，具有相对于纵向斜置的传感元件，图6与图4类似针对图5的操作装置示出信号行程关于接触路径的相应曲线图，
图7示出用于对压电传感元件进行信号分析的接线，图8示出采用本发明差分分析方法用于对多个压电传感元件进行信号分析的接线，
图9示出类似于图3的又一替代操作装置，
图10与图4类似针对图9的操作装置示出信号行程关于接触路径的相应曲线图，
图11示出图3的操作装置的另一 方案，具有两行微长的传感元件，图12针对图11的操作装置示出信号4界呈关于接触路径的相应曲线图，图13示出两部分式传感元件的放大示意图，图14示出传感元件的构造的 方案，具有传麟面的特定划分，图15示出图11的操作装置的另一翅方案，具有两行传感元併乍为一类区域，
图16针对图15的操作装置示出信号行程关于接触路径的相应曲线图，以
及
图17-19示出图1的操作装置的另一变型方案，具有在隔板背面处在印刷电路板上的压电传感元件。
具体实施例方式
图1所示为本发明的操作装置11，如所述操作装置可以例如被用于之前所述的电器或者可以是所述电器的一部分。操作装置11具有隔板(Blende)13，例如作为电器的大面积隔板。隔板可以由塑料或者金属板(例如由不M)制成。所述隔板具有正面14，其中在所述正面14处在中间施加由箭头所示的力。操作人可以通31用手指放在正面14上或者用手指按压正面14产生该力。
在隔板13的背面15处可以说设置有操作装置11的功能性。为此利用粘合带17将作为压电传感元件22载体的印刷电路板19固定在隔板13上，其中所述粘合带是双面粘性的并且也可以用粘合层来代替。压电传感元件22a c安装在印刷电路板19的背面20处。原则上虽然也可以利用涂覆法(例如丝网印刷等)将所述压电传感元件作为厚层器件直接施加到印刷电路板19上。但也可以,地将所述压电传感元件制造成独立的器件，例如以上所述由压电陶瓷片和金属膜制成的器件，然后将其固定在印刷电路板19处。可采用粘接法作为固定，尤其利用肯g导电的粘合剂。
一方面在其上面23处进行到压电传ii^元件22的电接触(以下将对 fi^细解释)。另一方面M31在图2中以俯视图虚线g的接触区25c接触到下面，所述接触区转入印刷电路板19上的地接触印制导线26。 ^^f虫区25以及地接触印制导线26作为常规的铜导线施加至抑刷电路板19上，并且将所有压电传感元件22的地连接相互连接起来。然后将压电传感元件22施加、有利地粘贴到该接触区25上，该接触区的大小可以不同。
在压电传感元件22a c附ifi^侧分别设置分别具有连接印刷导线29a c的接触区28a c。这些接触区28连同连接印刷导线29和战接触区25连同印刷导线26 —样有利地作为铜导线也施加在电路板19上。通过接触弓31a c ^^触区28电接触到压电传感元件22的上面23。如图1所示，这些接触弓均是U形弯曲的，且由弹性薄铜板制成。将一端固定、例如固定地焊接在接触区28上。另一端则在预应力下施加在上面23上。这里也可以利用M焊接或者借助于粘接进行固定连接。M31^接印刷导线29a c可以对每一单个压电传感元件22a c进行控制或者分析。可以以自动化方式装配压电传感元件22以及接触弓31，兽,快速、精确的批量生产。
图3所示为另一操作装置111的俯视图，该另一操作装置同样具有三个压电传感元件122a c。为了简明起见，图中并未示出这些压电传感元件的电连接，但所述电连接可以与根据图1和2的操作装置ll的所述电连接相对应地来构造。此外在对该另一操作装置的变型方案中这里也可以为压电传感元件m设置矩形亂尤其这里操作體111不仅应当识别通过由于将手指在压电传感元件上方在相对中心放置到隔板正面而施加力而对操作功能的相应、可以说是点式的触发。而且也应该能够将被放置的和按压的手指在压电传感元件122区域上方拖动。这种操作装置恰好也称{乍滑动器(Slider)，并且例如从DE 102004024835 B3、 DE 102004044355或者DE 102005018298的原理中原则上是公知的。可以将这种线性的拖动移动与各种操作功能逻辑连接，但这对于本发明申请而言无用作。在本发明中更确切地说涉及这种操作装置的结构构造，以及洽好与多个并排布置的压电传感元件相关联地涉及对这种滑动器功能
的分析或首先还有分析。
显然，根据图1对隔板正面施加力也使得隔板弯曲，尽管这种弯曲可能非
常小，例如在Mm范围内。隔板的这种弯曲也导致印刷电路板以及压电传感元件弯曲，这可以良好地得以分析。但在此正好对于比较硬的隔板材料而言，无法完全避免的情况是不仅在可以说应该被操作的一个唯一压电传感元件上、而且也在相邻的传感元件上产生弯曲，并从而这里也产生信号fi^呈(SignaJhub)，尽管这种信号行程非常微小。正好如果对于如图3时的这种滑动器功能压电传感元件122相邻较近，贝何以说信号可肯謹叠。这从图4的曲线图中可以看出，其中信号行程S根据撤虫路径(Beriihrweg) B上的位置而被施加。可以看出，分别在每一压电传感元件122的点划线，的中轴处信号衍呈122最大。在其左侧或者右侧，信号行程S随着距离增大而减小。这里示出的线性特性曲线是一种简化并且在实际上不一定是线性的，而是近似地再现情况。
也可看出在手指沿途拖过时可以说经过接触路径B。总是再次存在以下区域，在所述区域中在压电传感元件122之间在两个传感元件处的信号行程S大致相同，也就是在两个三角形曲线相&处。在该区域内也有所谓的重叠区
域tJ，在该重叠区域中在两个传感元件奶言号s分别比较小。M:相互比较，
这里也可检测接触或者接触路径B的准确位置。以下还要对雌行详细解释。图5所示为图3的 方案，具有操作装置211连同印刷电路板213 。在此，具有上面223的在原理上以类似方式构造的压电传感元件222相比于在图中3以及在图5中传感元件所沿着的纵轴倾斜了大约30°。由于隔板在施加手指按压时的弯曲不仅是逐点的(punktuell)，而且在一定范围内伸展，且在沿着压电传感元件222的布置的纵向移动时，该区域可以说同样具有垂直于该移动方向的一定伸展，因此传感元件或者在传 1元件处所截取的信号行程S更强烈地重叠。这从图6所示的曲线图中可以看出，其中重叠i)分别明显宽于图4所示的重叠。这也即开头所述的斜置微长的或长矩形传感元件的优点。这里也即能够更好地检测在传感元件之间有压力的手指位置，因为在传感元件之间的间隙中、也就是在重叠tJ的区域中存在较大的信号tfl呈S。
图7以电路图方式示出在用于对压电传感元件22进行信号分析的本发明方法中可以如何构造阻抗转换。可以看出，地接触印制导线26经由电阻R3通向地，而直流电压源VI S31电阻Rl与其相连。M电阻R5连接地接触26和连接29。财卜，该连接^1向晶体管Tl的基极，并且也M电容器Cl接地。M31电阻R2将电源电压VI施加在晶体管Tl处，同时晶体1T1通过电阻R4接地。信号输出端Toud从电路通向控制器33的输入端Iim，其中该控制器33以微控制器来构造。此外，其它压电传感元件22的信号输出端同样也通向控制器33，如iTO:信号输出端Tout2所示。这种阻抗变换功能很容易理解。
由于信号产生基于压电传感元件22的压电效应，所以尽管比较高的信号电压，但是非常小的信号电流被输送回。因itLh^阻抗变换有利于电子分析。为此开发出了图7的能够比较成本低廉地实现的晶体管电路。信号输出端Tout于是可以直接连接到微控制器33的A/D转换器输入端。在图8中示出，可以如何脱离单个压电传感元件22处的信号处理，禾, 本发明所述的差分测量方法对信号进行分析。尤其无论在点式操作时，还是在 ±^滑动 作时均可改善分析。
为此，第一压电传感元件22a M3ii^接29a连接至UOP放大器35a的负输 入端。第二压电传感元件的连接29b不仅连接到同"OP放大器35a的正输入 端，而且连接至嗨二OP放大器35b的负输A^瑞。第三压电传感元件22c的连 接29c连接到OP放大器35b的正输入端。这可以为其它压电传感元件任意地 继续进行。
具有第二压电传感元件22b和第一压电传感元件22a的信号之差的输出 信号构成OP放大器35a的输出。对于OP放大器35b而言，则是第三压电传感 元件22c和第二压电传感元件22b的信号之差。这些信号差通向控制器33 的信号输A^ In(n)用于分析在哪一个部位或者在哪一个传感元件22上执行 了操作。
对于没有问题的和与干扰影响无关的操作，运行的主要特征是智能信号
处理。干扰影响可能是EMV影响，例如突发加载。由于这里所述的操作装
置基于压电技术，因此可以说所涉及的是也遭受声学干扰的声学单元。这些干
扰影响是多样化的，可能是电动机噪声引起的固体声加载、对操作板的敲击、 空气声等等。
可以理论上思考对各个传感元件的干扰施加或干扰量份额的时间特性，以 便找出补偿干扰量或干扰影响的可能性。如果认为在固体中(也即例如在由金 属制成的操作区的情况下)声速高于操作、也即放置手指的速度许多倍，因此 可以认为在每一压电传感元件上几乎同相(gleichphasig)地通过干扰耦合输 入而施加振幅变化，也就是所有传感元件的信号变化可以说均在相同的方向上 发生。
基于这一事实，可以使用用于消除干扰影响的方法，其方式是在相邻传感 元件之间形^^f述的信号差。在由干扰引起的相同信号变化时，信号和于是等 于零。但是如果按规定操作传感元i牛，则该传感元件获得不同于相邻传感元件 的信号纟ff呈，视传感元件被按下还是松开而定，信号差明确地变为正的或负的。
为了提高对干扰影响的补偿，也可以在多个相邻的传感元件之间任意执行 这种差形成。在ltkM用的是，相对于所有其它传感元件，被按下的该传感元件在差形成之后必须始终形成最大值，参见图8。
已经在试验结构中借助于具有后置的信号放大装置的运算放大电路验证了 Mil信号差形成的这种补偿的用作。可以在有用信号与干扰信号之间产生非常 好的间距，也就是信号干扰间距。由此一方面可以以压力十分敏感的方式设计 操作装置，另一方面表明，因为隔板的总体弯曲而几乎可以消除通过压力对相 邻传感元件引起的影响。
在以后的应用中，育巨够以成本低廉的方式在微控制器中有意义地通过差形 成来补偿干扰量。于是对于每一个传感元件仅需要根据图7的已经包含信号放 大装置的阻抗转换作为电子线路布置。
在按照图9所示的实施例中示出操作装置311，该操作装置基本上类似于 图3的操作装置。当然在这里，压电传感元件322a、 322b和322c利用其纵 向并非交叉于根据接触路径B的延伸方向，而是在所述接触路t劲的纵向Jl^ 准。也即所腿电传感器元件与图3相比旋转了 90°，且相互之间具有比较小 的间距。在根据图10的信号行程S关于接触路^B的相应曲线图中分别针对 Y方向和X方向示出信号行程S。由于沿着压电传感元件322的布置的线纵 向延伸，信号衍呈S的特性曲线比较宽或者比 胀，如上方所示的曲线。这 样就可以实现，压电传感元件322按键面之外的按键压力在交叉于接触路径B 的i!Y方向上变得比较不灵敏。由此能沿着或者在接触路径B的方向上实现 定向的灵敏性。
在按照图11的又一操作装置411中，设置有并行的两行压电传感元件， 其中所述行中的每一行均对应于图9的装置，只是略微窄一些。在上一行中 是压电传感元件422a、 422b和422c。并行的且具有小间距的下一行是压电传 感元件422a'、 422b'和422c'。通MS种布置在X方向上、也就是在接触路径 B的方向上实现与图9相比再次加强的定向灵敏性。所示的信号重叠tJ也有 点大。如果上面的压电传感元件和下面的压电传感元件的信号行程S相同或 者几乎相同，则再次加强的定向灵敏性导致能够特别好地定位和识别按键中间 的按鄉力。但是一旦信号衍呈相差比较明显，就丢弃信号或者按鄉力。于 是接角船各径B的位置随发展趋势在Y方向上偏离接触路径B的线太远，并且 于是不再对应于按规定的接触或者操作。
替代分别上下排列的两个独立的压电传感元件，也可以使用唯一的压电部件并且安置两W虫立的上面或者安装通常形成的这些电极作为信号抽头。这于 是在纯功能方面对应于两个压电传感元件，仅仅m减少了机械或者结构耗费。
在根据图13的图示中示出这种在一定程度上在功能方面分成两部分的压 电传感元件552的示例。直径略小的片状压电传感元件522刚好位于接触区 525上。该片TO电传感元件具有分成两部分的上面523a和523b，或者相应 的能导电的涂层或电极，其中然后根据图1和2分别未示出的接触弓作用在所 述涂层或电极上。由此可以利用，信号分析装置的耗费和方法由压电传感元 件制造分为两部分的元件，但是仅仅是唯一一个传感元件或压电陶瓷衬底的结 构耗费。上面523a和523b之间或者通常覆盖所^i:面的电极之间的分离线 524在根据图11的装置中对准接触路径B的方向，也就是X方向。这种实 施的优点主要在于能够实现十分精确的差测量，因为传感器可以说成对地在 相同的压电陶瓷衬底上。在此可以消除因为不同片厚度、极化、粘接、环境温 度等而可能出现的电压公差。当在沿着分离线524操作时相同的弯曲的情况 下，在两个上面523a和523b处产生相同的电压Uhx和U版。如果按键按压 正好发生在两个上面523a和523b之间的中间，也就是在分离线524上方， 则该弯曲相同。这对于在某一方向、即在分离线524的方向上对按键按压的线 一致的位置识别是最佳的。
可轻易设想，代替将压电传感元件的上面分成两部分，也可以进行更细的 划分。这例如可以是三或四分(Tetranten-oder Quadrantenaufteilung)，也就是 分成三或四个相同大小的圆弓。
在图14中示出分成三部分的这种压电传感元件的可以说优化的变型方 案。片,电传感元件622这里又布置在金属接触区625上。该片状压电传 感元件具有三个以相同方式构造且被分离线624a 624c分开的上面区域 623a、 623b和623c。上面623的走向难以描述。但基本上其构造是如此的， 使得该上面623首先逆时针几乎沿着压电传感元件622的外部，的三分之一 圆周运行，然后在相同的旋转方向向内伸展成为圆弓方式的一种内三分面。因 ltLt面623在一定程度上是非常短的、向内延伸且具有增大内部末端的螺旋线 段。由此可以增大有效直径以及也增大压电电压UH，而且分别在图14所示 的方向上。由于在传感元件处验收的或者在接触区625与上面623之间充满着 的电极电压与压电传感元件622的直径成比例，因此如果上面622的片段具有垂直于弯曲线的尽可能大的有效直径，则是有利的。当沿着这种弯曲线的弯曲
相同时，在两个相对的上面623、也即例如623a和623c处产生相同的电压 UH。如果正好在两个电极之间的中间发生按键按压，则弯曲相同。由于这可 以分别针对两个相对的上面对被分析，因此可以以分析三个电压的耗费来对按 键压力或者对操作和放置手指的位置进行位置精确的中心(zentrisch) ^S定位。 也可以用较少的或者更高的划分来实现这种实施。
图15所示为操作装置711的另一z，方案。该操作装置再次与图11所 示的操作装置大im应，其中ffl31四个传感元件上下排列的725a、 725a'和上 下排列的725b、 725b'形成一种平面的操作区。从图16可以看出，当所示的 按压点靠近压电传感元件725a时其信号行程S大于在其它处。因皿里也可 以通过四个单个信号电平或者各个压电传感元件的信号行程S的比来进行二 维定位。因此不仅可以附加地针对在某一方向或者沿着某条线的操作进行分 析，而且也可以M:某个面的操作进行分析。就第一可能性而言，例如相对于 图11的操作装置411可以iM省去压电传感元件而节约耗费。此外还可以为 扩展的操作可能性而添加另一操作方向。
图17所示为本发明所述的另一操作装置811，具有隔板813和正面814， 如其基本上类似于图1来构造。禾,粘合层817将印刷电路板819固定在隔 板813的背面815上，所述印刷电路板在其背面820处作为用于压电传感元 件822a、 822b和822c的载体来构造。在根据图18的操作装置811的俯视 图中可以看出:为^h压电传感元件822 —方面设置印制导线826或者相应的 铜区或接触区，另一方面设置826a'和826b'。在图19的大大放大的剖面视图 中，可看出精确的构造。在印刷电路板819的背面820处在在印制导线826和 826'上借助于焊锡827 (可替代地也可以是导电粘合剂)、也即能导电的粘合 剂固定压电传感元件822。这如下进行，即也可以禾,焊锡827将压电陶瓷片 837以机械方式固定在印制导线826'处，并且与之电连接。为了更好地焊接， 压电陶瓷片837有利地配备有薄的金属化，例如银层。
压电传感元件822的金属膜838通过粘接等以不可解的方式与压电陶瓷 片837连接，在其外部区域利用下面借助焊锡827与印制导线826电连接并 且以机械方式固定。这里可替代地也可以使用导电粘合剂。印制导线826可 以是例如按部分圆的方式来构造，并且在有中断的情况下基本上围绕印制导线826'或者接触区，使得这可以按照图18来实施。
利用在图17 19中所示的固定和首先是电接触(其中压电传感元件利用 陶瓷侧朝向印刷电路板安装)，可以放弃图1和2的接触弓31。由此在一侧、 而且雌地在指向印刷电路板的一侧上存在到压电传感器元件的所有电接触。 因此可以在唯一的过程中执行印刷电路板连同压电传感元件的整体装配和电接 触。
权利要求
1.电器用的操作装置，具有形状可变的或者弹性的操作区，尤其是作为电器的框架或前隔板，其中在操作区下布置至少一个压电传感元件，其特征在于，所述至少一个压电传感元件布置在印刷电路板的背面，其中所述印刷电路板利用相对的正面以平面的方式布置或者固定在操作区的下面。
2. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，在印刷电路板上布置多 个压电传感元件。
3. 根据权利要求1所述的操作，，其特征在于，压电传感元件以片状方 式或者作为薄的平的片来构造，且利用平的侧固定在印刷电路板上。
4. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，压电传感元件具有与金 属膜相连的压电陶瓷片，其中所述压电传感元件不仅在其上面、而且在其下面 具有平面电连接。
5. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，压电传感元件仅由压电 陶瓷片组成，其中在上面或下面各有一个电连接，其中上面或下面的电连接通 过压电陶瓷片的金属化通向另一侧，使得两个电接触仅在一侧上进行。
6. 根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，在印刷电路板上设置具 有与之连接的接触线路的接触区，且压电传感元件以平面方式为了在接触区处 电接触以能导电的方式固定在印刷电路板处。
7. 根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，通过接触弓设置到压电 传感元件的背离印刷电路板的侧的另一电接触，所述接触弓在压电传感元件旁 边从印刷电路板上的连同连接线路的另一电连接区伸展至所述压电传感元件的 暴露的侧，其中接触弓固定在印刷电路板上的连接区处，并且压向压电传感元 件。
8. 根据权利要求7所述的操作装置，其特征在于，接触弓是SMD器件。
9. 根据权利要求7所述的操作體，其特征在于，接触弓是以接合方法安 装的接合线。
10. 根据丰又利要求4所述的操作装置，其特征在于，通过放置在压电 传感元件上的第二印刷电路板实现到压电传感元件的暴露面的电接触，所述第 二印刷电路板尤其是固定在第一印刷电路板处，其中通过由能导电的塑料等制成的柔性接触连接器将第二印刷电路板电接触到压电传感元件或者第一印刷电 路板的电连接区。
11. 根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，在压电传感元件 的背离印刷电路板的侧上划分成多个能导电的面用于电接触，所述能导电的面 分别彼此分开地相连接。
12. 根据权利要求11所述的操作装置，其特征在于，多个能导电的面 具有不同于直线分开的圆形或^^形的，，其中部分面相互交织。
13. 根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，另一电接触^il 过所印刷的导电层引起的接触，所述导电层通过事先同样被印刷的绝缘层被印 刷在载体上。
14. 根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，压电陶瓷片指向 印刷电路板，并且直接与该印刷电路板相接触，作为单侧接触而不是两侧接触。
15. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，多个压电传感元 件以连续的行布置。
16. 根据权利要求15所述的操作装置，其特征在于，多个压电传感元 件以多个连续的和并行的行布置，其中压电传感元件分别相对地布置在所述行 中。 ，
17. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，设置多个压电传 感元件，且所述多个压电传感元件所有都以相同的方式来构造，具有带有长侧 和短侧的长矩形皿，其中压电传感元件以其长侧指向彼此地布置。
18. 根据权利要求17所述的操作，，其特征在于，压电传感元件利 用其长侧相互平行地布置，且这些长侧相对于布置压电传感元件所沿的线以 45°和80。之间的角度旋转。
19. 根据权利要求1所述的操作 ，其特征在于，借助于双面粘合 的粘合带将具有压电传感元件的印刷电路板利用正面固定粘接在操作区的背 面。
20. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，所,作装置以 无用于压电传感元件的支座的方式来构造，且其背离操作区的侧基本上是暴露 的。
21. 根据禾又利要求1所述的操作装置，其特征在于，操作区具有穿孔，且在之后布置发光显示器，其中所述发光显示器布置在具有压电传感元件的印 刷电路板上。
22. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，操作区由厚度约 为1 mm的金属制成，其中在压电传感元件的区域内具有不变的厚度，而无厚 度砂。
23. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，操作装置具有信 号分W^置，并且所述信号分析装置具有由压电传感元件所产生的信号的阻抗 转换装置，具有晶体管电路以及到微控制器的连接。
24. 根据^X利要求23所述的操作装置，其特征在于，在信号分析装置 中设置用于在两个相邻的压电传感元件之间形成信号差的差动装置，并且与所 述压电传感装置相连，其中所述差动装置的输出被输送给另一处理或分析装置; 其中在至少三个压电传感元件的情况下，分别两个直接相邻的压电传感元件与 分别一个差动装置相连，并且相邻差动装置的输出被输送给信号分析装置。
25. 根据禾又利要求24所述的操作装置，其特征在于，差动装置具有运 算放大器，其具有后置的信号放大，。
26. 根据权利要求24所述的操作装置，其特征在于，差动装置包含在 信号分析装置的鹏制器中。
27. 用于对权利要求1所述的操作装置进行分析的方法，其特征在于， 用于分析的压电传感元件的输出信号经历阻抗转换，其中将阻抗转换的结果直 接发给微控制器的A/D转换器输息
28. 根据^l利要求27所述的方法，其特征在于，在压电传感元件和分 别紧接直接在旁边相邻的压电传感元件之间形成其输出信号之间的信号差，其 中在每一个压电传感元件和其两个相邻的压电传感器元件之间分别形成信号 差，其中在微控制器中对所形成的信号差进行分析，以便确定在哪一个压电传 感元件处在差形成之后存在最大值，并且将该压电传感元件评价为己操作的， 用于ffl^作，触发给该压电传感元i牛所分配的功能。
全文摘要
本发明涉及电器用操作装置，具有形状可变或者弹性的操作区，例如作为电灶台的框架。在操作区下布置多个压电传感元件。所述压电传感元件布置在印刷电路板的背面上，其中所述印刷电路板利用相对的正面以平面的方式布置或者固定在操作区的下面上。通过相邻布置的传感元件的信号的差形成，能够非常良好地和可靠地分析手指以轻压力放置在操作区上的位置。
文档编号H03K17/96GK101640528SQ20091017331
公开日2010年2月3日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年7月8日
发明者H·弗卢勒 申请人:E.G.O.电气设备制造股份有限公司