用于接觸開關的超聲和應變雙模傳感器的制作方法

本申請在35U.S.C.§119(e)下要求于2014年3月5日提交的標題為“用于接觸開關的超聲和應變雙模傳感器”的美國臨時申請No.61/948,312的優先權和權益，在此通過引用并入其全部公開用于所有目的，猶如在此提出它的全部。

技術領域

本發明一般涉及觸敏設備，更特別地涉及超聲接觸傳感器或手指壓力傳感器。

背景技術：

手指觸摸開關是用于各種類型的電子設備的重要輸入設備，包括但不限于計算機鍵盤、微波爐、復印機、電子卡讀卡器、ATM機等。用于識別受壓(被按壓)點或位置的基本感應機制通常包括金屬到金屬接觸、透明電極的電容或電導的變化、磁場檢測、光攔截、壓電應變效應等等。為了在受壓點檢測小的變形，經常利用一個或更多的薄層或隔膜或易曲的絕緣體。但是，這樣的結構經常遇到磨損和疲勞問題，并且/或者易受故意破壞行為的攻擊。

本領域已知的這樣的手指觸摸開關設備的例子包括反射模式超聲觸摸開關設備，如指派給測量專業公司并通過引用它的全部在這里被合并的美國專利No.5,673,041中說明的。這樣的設備基于基底(通常由低損耗材料如玻璃或金屬構成)的共振以及在基底后表面的檢測共振的壓電元件。共振在基底的半波長厚度的整數倍數的條件下構成非常尖銳的峰。這個共振由手指接觸基底的前表面衰減，該接觸由壓電元件檢測。

本領域已知的另一種類型的觸摸開關(壓電觸摸開關)在美國專利No.4,896,969和6,064,141中說明。這種類型的觸摸開關基于與上述超聲觸摸開關不同的機制。在這種情況下，由壓力導致的容納薄板(傳感器薄板)的彎曲應變由結合在薄板背面的壓電元件檢測到并用于控制電子裝置的開關。這樣的壓電觸摸開關的缺點包括：它們的缺乏對穩定接觸力的靈敏性，或者對緩慢增大或減小的力的很低敏感性，以及它們對外部振動或機械震動的不希望的高敏感性。

另一方面，反射模式超聲觸摸開關設備或傳感器對對外部振動或機械震動有很小或沒有敏感性。更進一步地，超聲觸摸傳感器展示了對穩定接觸的敏感性，以及當接觸力增大到給定點或閾值之上時，開關開始工作(即被激活)。但是，超聲觸摸開關操作期間，特別是在如用于廚房器具的應用中，表面污染物(由此手指上的污染物如黃油、調味蕃茄醬、油、油脂或者甚至純水等附著到傳感區域)具有與手指的穩定觸摸相同的效果，并且由此產生錯誤信號。

超聲反射模式觸摸開關的其它缺點包括它對戴手套的手指或軟織物的比希望的少(即，低)敏感性，同時對于壓電觸摸開關，這種類型的設備展示了對壓力基本相同的敏感性，它的敏感性基本上獨立于覆蓋在手指上的材料。

與傳統的傳感器(超聲或彎曲應變類型)相關聯的更進一步的缺點包括它們難于提供或者完全缺乏自我診斷功能。

期望可供選擇的系統和方法。

技術實現要素：

本發明的實施例涉及這樣的裝置，該裝置利用同一個傳感器元件合并了超聲觸摸開關和壓電觸摸開關的有利的特點，以及其中從兩個模式的兩種信號輸出分別由濾波器和放大器檢測。以這種方式，在超聲模式檢測到穩定的觸摸力，以及與傳感器相關聯的污染物的問題(例如，由于作用到傳感器的手指上的污染物的存在)在壓電應變模式中被緩解了。更進一步地，當手指由織物覆蓋時，配置裝置以檢測，同時也保持它對外部振動和機械震動的不敏感性。

公開了用于與壓電應變模式傳感器結合的超聲觸摸開關的系統和方法。傳感器結構可以實施為后表面帶有壓電元件的基底，前表面是觸敏表面。兩種操作模式都由使用帶有信號過濾的相同的傳感器元件實現，使得兩種不同模式的優點結合了，同時緩解了任何一種模式的缺點。由使用通過從輸出信號中過濾掉基本調制頻率的驅動信號的大范圍的頻率調制(FM)，由此只有對應于壓電元件的陡峭阻抗變化的尖銳脈沖被提取，改善了超聲觸摸模式的基底厚度的容限。尖銳脈沖的幅度隨著基底的前表面的觸摸降低。同時，施加到前表面的壓力導致基底經歷彎曲移位，并且導致壓電元件擴展應變以產生電壓。這兩種模式結合并用于控制器具或裝備的開關。

在實施例中，公開了用于這樣的超聲觸摸開關的系統和方法，該超聲觸摸開關的基底的后表面有壓電元件，前表面是觸敏表面。由使用驅動信號的大范圍的頻率離差以及從輸出信號中過濾掉基本調制頻率，使得只有對應于壓電元件的陡峭阻抗變化的尖銳脈沖被提取，改善了超聲觸摸開關的基底厚度的容限。系統過濾出高頻成分用于傳遞到判決電路。尖銳脈沖的幅度隨著觸摸基底的前表面降低。手指與基底表面的接觸以這種方式由峰值的減小檢測，并且產生開關信號操作以控制器具或裝備的開關。

在具有相對高程度的振動和機械震動的實際環境中，可以修改設計以減小壓電應變模式的靈敏度，以及在使用手套(在手上)的情況下，通常增強壓電應變模式的靈敏度。

根據本發明的一個方面，由在基底后表面的壓電元件檢測在共振的超聲阻抗變化。當厚度變得等于半波長條件的整數倍時，共振發生在基底材料中，其中壓電材料的阻抗在共振頻(例如，對0.5mm的不銹鋼在大約5MHz)陡峭地變化。共振頻率由基底厚度決定。依賴于基底材料的生產容限，厚度有一些變化。為檢測在對于不同厚度的不同頻率的這個阻抗變化，激勵信號的頻率是在相對寬的范圍上調制的頻率(FM，例如在大約500kHz的范圍)。由壓電元件上的電壓的幅度差別檢測阻抗的陡變，該壓電元件將FM信號轉變為幅度調制(AM)信號。FM的調制頻率是例如1kHz，并且阻抗的陡變產生AM信號的尖銳變化。配置系統以檢測AM信號的幅度，并且尖銳變化表現為尖銳的脈沖或尖。移除調制頻率成分(～1kHz)之后，信號只包含尖銳脈沖并用于檢測基底表面的觸摸與非觸摸。在這個系統中，設計的特點是基底厚度的寬容限。

超聲觸摸開關的結構包括壓電元件在后表面的基底，并且其中前表面適合手指觸摸。相同的結構用作壓電應變開關，在該壓電應變開關中來自前表面的壓力稍微使基底彎曲并提供平面擴展應變給壓電傳感器。用于超聲模式的FM的激勵信號可以由過濾移除，并且作為電信號可以提取只來自壓力的信號，使得壓電應變傳感器的響應信號不受超聲模式的激勵電壓的影響。

使用效果的組合可以在單個壓電元件中實現傳感器操作的自診斷。那些效果包括超聲觸摸效果、壓電應變效果以及電容檢查。在后面的情況中，確定壓電元件的電容，并且根據它的確定的電容值用于自診斷。另一方面，來自手指在接觸區域上的碰撞的以熱的形式的熱能影響壓電元件的溫度，因此導致電容的改變。這樣的電容改變導致產生類似于由手指觸摸導致的壓電應變效果的信號。

附圖說明

圖1顯示根據本發明的實施例的雙模超聲反射模式和壓電應變開關設備的示意圖；

圖2根據本實施例說明結合在基底的后面的壓電元件的阻抗變化，并且進一步顯示用于檢測基底的后表面的壓電元件的阻抗變化的頻率調制信號；

圖2a和2b說明用于結合在相同基底的后面的不同厚度的PVDF材料元件的作為頻率的函數的輸入阻抗的變化；

圖3a和3b說明用于結合在相同基底的后面的不同厚度的陶瓷壓電材料元件的作為頻率的函數的輸入阻抗的變化；

圖4根據本發明的實施例顯示圖1中所示設備的一部分的更詳細的示意圖，說明設備的電容效果；

圖5說明來自圖4的峰值檢測器的DC輸出的測量數據，并且該測量數據展示隨著頻率變化一般不變的值，除了單個的不規則變化或尖；

圖5a顯示根據本發明實施例的未觸摸基底的表面時示波器波形；以及圖5b顯示手指觸摸的示波器波形；

圖6(a)根據本發明實施例顯示對于沒有手指觸摸情況，用于100Hz調制和脈沖信號的來自圖4的峰值檢測器的DC輸出的示波器波形；

圖6(b)根據本發明實施例顯示對于在基底手指觸摸情況，用于100Hz調制和脈沖信號的來自圖4的峰值檢測器的DC輸出的示波器波形；

圖6(c)根據本發明實施例顯示對于沒有信號情況以及對于表示手指按壓和手指松開的信號情況，用于100Hz調制和脈沖信號的來自圖4的峰值檢測器的DC輸出的示波器波形；

圖7根據本發明實施例顯示反射超聲觸摸檢測電路的實施例的示意圖；

圖8根據本發明實施例顯示用于執行的為檢測和處理信號A、B、C、D的每一個與圖1的判決電路相關聯的示范性處理和判決邏輯的示意圖；

圖9是根據本發明實施例顯示根據來自檢測系統的輸出信號的示范性情況和處理邏輯的表格。

具體實施方式

現在將詳細地參考本發明的本示范性實施例，它的例子在附圖中說明。

圖1顯示根據本發明實施例的設備100的橫截面視圖，該設備100被配置為與壓電應變開關設備結合的雙模超聲觸摸開關。壓電元件102，最好是薄膜形態的壓電聚合體材料如聚偏二乙烯氟化物(PVDF)或聚偏二乙烯氟化物-三氟胸苷(PVDF-TrFE)，包含安置在元件102相對(頂部和底部)表面的電極103、104。例如由不銹鋼或玻璃構成的基底101包含第一和第二相對的平行表面105和10。基底101的第一表面105上有定義好的大小最好近似等于操作者的手指108的接觸區域的觸摸區域。頂部電極103結合在基底101的后表面106，與觸摸區域相對。只是作為例子，觸摸區域可以定義為計算機產生的顯示器的一部分，其中基底101、壓電元件102和電極(103、104)可以相對透明，或者觸摸區域可以由前表面105上的標記定義。

控制器或產生器101激勵壓電元件102，并且超聲波131被發射到基底101。波在前表面105被反射(132)回到表面106，同時由手指皮膚108吸收，再反射(133)到向前的方向，如由三個垂直導向的方向箭頭表示的。波橫跨基底來回傳播。當厚度等于基底101的半波長的整數倍條件時，發生基底101的共振。當手指不在前表面105上(即，沒有東西在前表面105觸摸，使得對于無手指觸摸條件沒有空氣邊界)時，共振很強并且對壓電元件的阻抗變化影響很大。通過手指或任何其它吸收材料108的接觸的阻抗變化由檢測器電路113和115檢測。

當操作者的手指占用觸摸區域時，手指施加壓力并且基底101被向下壓。在這樣的情況下，在手指108下面的位置的應變最大。作為響應，壓電元件102在平面方向擴展(表示為水平箭頭H)，并且產生由電路116處理的電壓。來自壓電元件102的信號可以輸入到低頻應變檢測電路116，用于確定低頻信號成分的壓電應變。同時，壓電層102的阻抗變化隨著產生器111的頻率掃描(或調制)產生電極114的電壓變化，并且被輸入到峰值檢測器113，該峰值檢測器113運轉以執行信號幅度變化的峰值檢測。處理過的信號施加到下游的帶有AGC的檢測器電路115(超聲或高頻信號檢測)。從檢測器電路115和116輸出的信號輸入到區分無意義的噪聲和手指觸摸的判決電路117，并且提供輸出到控制器具或裝備設備(未顯示)的狀態的開關119。

在實施例中，如果事件判決電路117未能提供充分的輸出信號給開關119(例如，因為很小的觸摸力施加到敏感區域，過于緩慢增大的弱的施加力，下壓手指上的手套或軟織物，或者感應區域的污染物等)，那么指示器120被激活以輸出告警信號(例如，可見的發光器以及/或者聽得見的警告信號)給用戶/系統操作者。

來自峰值檢測器電路113的輸出也施加到電容檢測器電路118，該電容檢測器電路118為自診斷檢測壓電元件102的電容水平。由高頻幅度監測電容值，該高頻幅度由來自峰值檢測器113的DC輸出值感知。峰值檢測器輸出與高頻信號幅度成比例。電容值它自己由電路118檢測并用作自診斷。當手指觸摸表面105時，來自手指的熱傳遞到壓電元件102，這帶來電容的變化。這個改變或變化由電路118檢測，與從電路115輸出的超聲信號以及從電路116輸出的壓電應變信號一起用作自診斷。如果輸入不在閾值內或不是校準的/期望的值，那么判決電路117接收和處理這些輸入并且通過指示器控制120提供告警信號。

上面說明的功能可以依靠圖1、4和7中所示的示范性電路實現。頻率調制(FM)振蕩器產生FM信號，并且電流通過串聯電阻輸入到壓電元件。因為串聯電阻的效果，當頻率改變時，壓電元件中的電流幾乎不變。壓電元件的阻抗20是容性的并隨著頻率的減低減小，除了在步驟21。FM信號由壓電元件的阻抗變化轉換為幅度調制(AM)信號。AM信號具有對應于阻抗曲線20的阻抗變化20的幅度變化22(從圖2)，它的幅度變化由峰值檢測器檢測，并且轉換的低頻信號，該低頻信號的主要成分是1kHz信號，但是也包括高頻成分(在5kHz-25kHz范圍內)以及一些很低頻成分(在2Hz–10Hz范圍內)。合成信號(CS)輸入到帶通放大器電路，由該帶通放大器電路移除低頻成分，并且只選擇峰值和更快的變化信號24(圖2)。在說明的實施例中，帶通放大器包括自動增益控制(AGC)，該AGC穩定地調整增益以在“沒有觸摸”的條件下得到基本不變的輸出，使得閾值設置對于非常輕的觸摸檢測到小的快的信號變化，并且對于該非常輕的觸摸，阻抗變化21只是略微減小，并且脈沖幅度24的減小就更小了。增益控制的響應時間可以很慢(例如，在5分鐘的量級)，使得由手指觸摸輸出的減小的脈沖不由增益控制增大(即，應該產生小的輸出)。帶通放大器電路可以包括額外的組件，如額外的放大(例如，20-40dB放大器)和額外的帶通濾波。要理解濾波器-放大器-濾波器-AGC序列是示范性的，以及可以使用其它這樣的組件和序列而不超出本發明的范圍。AGC的另一個優點是通過使系統敏感性更一致或不變降低可變性，因為壓電元件的阻抗變化21對溫度變化敏感，以及更進一步地因為不同單元敏感度的差別。

圖2(a)和圖2(b)顯示使用壓電聚合體元件102的頻率依賴阻抗200的Mason模型的仿真結果。圖2a顯示用于示范性的52um PVDF 9x8mm2材料的結果。圖2b顯示用于示范性的110um PVDF 9x8mm2材料的結果。兩種材料都結合在基底101的后表面106(顯示為0.5mm不銹鋼)。52um厚的PVDF在10.4MHz有它自己的共振，以及110um厚的PVDF在5.2MHz有共振。阻抗隨頻率增大逐漸降低，但是有PVDF材料的阻抗的陡變或尖201。在手指觸摸的情況下阻抗的陡變變得更小。在仿真曲線中，假定人類皮膚阻抗1.5x106kg/m2sec的手指的聲學阻抗是0％(沒有觸摸或空氣)、20％和40％。使用值20％和40％是因為手指印的凹槽，該凹槽因此造成與目標區域部分地接觸。應該注意：基底的共振和壓電元件的共振是不同的共振。不銹鋼在5.8MHz有它自己的共振。如果兩個共振頻率(對于壓電元件和基底)在數值上互相靠近，那么觸摸的效果小，如圖2(b)中所示，并且峰值受觸摸的影響不顯著。如果兩個共振頻率不互相靠近，圖29(a)，對基底共振的觸摸效果受手指強烈影響，并由壓電元件102檢測。

圖3(a)和3(b)顯示了分別具有300um和350um厚度的陶瓷壓電元件PZT5A的仿真結果。300um PZT的共振在6.7MHz，以及350um PZT的在5.4MHz。0.5mm不銹鋼基底的共振在5.8MHz，接近于350um PZT的。圖3(a)中所示的陡變301比在7.6MHz的主峰302相對較小。但是，由手指觸摸對在6.5MHz的小峰值的效果在那觀察。另一方面，對于350um PZT，在6.4MHz的峰值非常強，但是由手指接觸的效果比52um PVDF相對較小。通過稍微修改的電路的設計，這樣的阻抗變化的效果也用于相同的傳感器。

圖2(a)和圖2(b)中所示的PVDF的阻抗的逐漸減小是因為壓電元件102的阻抗主要是容性CP(容性CP的阻抗是1/ωCP)。現在結合圖4參考圖1和2，阻抗的陡變201來自基底薄板101(圖1)的共振。當高頻電流從電壓源400(圖4)通過耦合電容器401(CC)輸入到壓電元件102(CP)時，壓電元件102上的電壓405只由電容比值CC/CP確定，該電容比值不隨頻率變化而改變，即使阻抗200隨頻率變化，但是對應于陡變201的不規則變化或尖保持不變。從這樣的設計，在405的電壓幅度在基底共振201遇到突變。

圖5說明來自峰值檢測器413的DC輸出的測量數據，該測量數據在6-7MHz的頻率變化范圍上基本不變，除了不規則變化或尖501。當由手指觸摸前表面105時，不規則變化501變得更小(圖5中未顯示)。

當掃描頻率或者例如用100Hz的正弦頻率變化(這表示在100Hz調制的FM信號)，來自峰值檢測器413的DC輸出在尖501改變并且構成重復速率100Hz的脈沖。對應于在每半個周期頻率的增大或減小形成正的或負的脈沖。這些脈沖在圖6(a)中顯示，用于0.5mm不銹鋼基底105的前表面沒有觸摸的情況。圖6(b)顯示手指觸摸表面105時的輸出以及展示減小的脈沖高度。

圖6(c)顯示兩個示波器波形。上面的跡線顯示設備處于超聲模式時來自端點A的信號。當手指觸摸時，通常檢測到來自端點A的強信號。但是，在上面的跡線的情況下，按壓通過推尖銳的物體(例如，打入工具的輕擊)發生。沒有信號產生，因為小的點不影響基底的共振。下面的跡線604表示由壓電應變效果產生的帶通濾波器716(通過10-100Hz的低范圍)之后的信號。曲線604說明尖604a和604b，其中作為時間的函數，在基底上，604a表示手指按壓以及604b表示手指松開的情況。

高頻的示范性的例子是以6.6MHz為中心，以及它的頻率調制在100Hz，以及頻率偏離等于+-250kHz，以及圖6(a)中顯示了觀察到的脈沖。這是沒有東西觸摸不銹鋼的前表面105時的情況。當由手指108觸摸前表面時，脈沖降低，如圖6(b)中所示。

上面說明的功能可以依靠圖7中所示的示范性電路實現。與圖1和4一起參考圖7，頻率調制(FM)振蕩器700產生FM信號，并且電流通過耦合電容器701輸入到壓電元件702(例如PVDF薄膜)。壓電元件702的FM信號的幅度不隨頻率變化而改變，除了不規則的尖，如分別在圖2和5中說明的21、201或501。這個幅度變化由峰值檢測器703檢測，并且轉換為與調制信號重復速率相同的脈沖信號。峰值檢測器的輸出輸入到頻率范圍5kHz-25kHz的帶通放大器705。由移除波形基波或噪聲成分進一步將波形整形為濾波的(更純的)脈沖形式。在說明的實施例中，帶通放大器705之后提供自動增益控制(AGC)706，該AGC調整增益以在“無觸摸”情況下得到基本不變的脈沖高度，使得由超過給定的預先確定的閾值條件檢測用于非常輕微觸摸的小信號。AGC的另一個優點是通過使系統敏感性更一致或不變降低可變性，因為壓電元件102的阻抗變化201對溫度變化敏感，以及更進一步地因為不同單元敏感度的差別。增益控制的響應時間最好設計得很低(例如，在分鐘的量級)，使得通過手指觸摸的脈沖輸出信號的減小不會由AGC補償，但是應該產生輸出。要理解圖7中來自帶通放大器電路705的信號被表示為信號A。更進一步地，帶有耦合電容器701的FM振蕩器700、壓電元件702、峰值檢測器703和帶通放大器電路705對應于圖1中所示的產生器111、壓電元件102、峰值檢測器113、帶通放大器115和判決電路117。

仍然參考圖7，配置峰值檢測器739以檢測來自AGC 706的脈沖序列的峰值，來自它的波形在圖6(a)(沒有觸摸)和圖6(b)(觸摸)中顯示。如果手指未觸摸表面105，那么輸出脈沖高度相對大，并且大的DC值從第二峰值檢測器739輸出。當手指觸摸表面105時，輸出脈沖高度低，并且小的DC值從739輸出。

為了區分表面105上的手指觸摸和污染物(例如，油、黃油、調味蕃茄醬、水等)，使用持續時間檢測器740。因為污染物的影響顯示比手指推(通常0.1–0.5sec)長得多的信號檢測的持續時間，所以持續時間檢測器740比較作為時間的函數的信號以確定是否信號表示手指推還是檢測到基底上的污染物，并且產生表示為信號A’的輸出。

配置電路717和718以依靠壓電元件702的容抗變化檢測熱能(例如，熱信號)。來自手指的熱相對快地傳遞到壓電元件，并且壓電元件702的容抗因為溫度變化而變化。這個快變在電路717(例如40dB)和通過濾波器功能中放大，使得可以以這種方式檢測到手指觸摸。這個信號用作自診斷功能。例如，壓電元件102可能變得與表面105剝離但是沒有完全分離或全部掉了(即，仍然與105接觸)，可以產生輸出信號，即使沒有來自端點A的超聲信號。另外，元件102的較低的壓電的問題(例如，由于過多的熱量施加到壓電材料)，來自端點A的超聲信號降低(即，變得很小)。但是，熱信號不會降低很多。電路718沒有增益并監視容抗值以檢測來自峰值檢測器703的信號。電路718有DC響應，由于檢查在703的信號的平穩變化。電路718以這種方式檢查振蕩器700、耦合電容701、壓電元件702和峰值檢測器703的正常工作。

作為非限制的例子，圖1中顯示的檢測器電路116可以使用帶通濾波器和放大器實現。圖7中提供了更明確的說明，其中顯示了由電路716描述的實現。如所顯示的，合成信號(CS)輸入到低通電路716。在示范性的實施例中，電路716具有10–100Hz的通帶范圍，使得合成信號的高頻成分被移除以及只有慢變的信號被選擇(例如，在頻譜范圍10–100Hz的信號)。在說明的實施例中低通放大器電路716包括信號放大(例如，40dB放大器)和濾波組件。由于來自手指的壓力從壓電元件702的輸出被感應并被表示為輸出信號D。當由尖銳工具(例如打入工具)的末端推感應區域時，圖6(c)顯示未觀測到超聲信號(上面的跡線)，但是觀測到了壓電應變信號(下面的跡線)。

仍然與圖1中描述的說明一起參考圖7，分別從電路705和716(對應于圖1中的元件115和116)輸出的在端點A和D的每個的輸出信號施加到判決電路117(圖1)。根據特殊應用的要求可以不同地處理信號A和D。只作為非限制的例子，對于用于安靜房間中的辦公設備的一般觸摸平板的實現，信號A和D的至少一個輸入到判決電路117，該判決電路提供信號給控制開關19。對于需要安全的應用或設備如ATM或與銀行有關的應用，信號A和D兩個都輸入并在判決電路117中比較。在一些有很強振動噪聲的環境中，如重機械、叉式升降機或汽車，通過適當調整電路705和716的增益，增強信號A并降低信號D。對于表面污染物經常接觸感應區域的情況，如用于廚房器具或機器工具車間，通過適當調整電路705和716的增益(例如，圖8的117a)，降低信號A并增強信號D。對于某些情況，當輕輕觸摸感應區域時，判決電路117不觸發輸出，因為感應到的力太小，以及/或者增大施加的力(壓力)太慢，或者軟織物可能覆蓋手指，或者嚴重的污染可能存在于感應表面。在這樣的情況下，沒有從判決電路117的信號輸出的原因可以從比較信號A和D確定(例如，圖8的117b)，以及可以通過來自指示器控制器120的聽得見的信號和/或照明光提供帶有識別的原因的告警信號。

判決電路117進一步包括邏輯電路如一個或多個與邏輯電路，配置該邏輯電路以提供輸出，用于信號A和D兩個都存在的情況，或邏輯電路，配置該邏輯電路以提供輸出，用于信號A和D任何一個存在的情況(圖8的117a)。配置被編程的微處理器以確定與或者或電路的使用以及以什么樣的方式(例如，與/或混合或者任何一個以某種程度增強)，以及根據信號輸入做出判決(圖8的117b)。作為非限制的例子，可以配置系統用于經常易受高振動情況影響的應用。這里，可以配置系統邏輯電路以減輕錯誤的激活(例如，由于根據信號D的錯誤檢測將感應到的振動誤認為手指觸摸)。減輕這個可以通過給信號A輸出比信號D更大的權重，以及/或者當其間存在差別時，構造讓信號輸出A而不是D通過邏輯電路。

在另一個例子中，在表面污染物是成問題的應用中，通過給信號A輸出比信號D更小的權重，以及/或者當其間存在差別時，構造讓信號輸出D而不是A通過邏輯電路，電路可以減輕從電路705(信號A)輸出的錯誤檢測。根據使用的特殊條件和環境可以使用其它邏輯電路配置。

與圖1和7一起參考圖8-9，根據本發明的實施例，顯示示范性處理和判決邏輯電路，用于為執行檢測和處理信號A、B、C、D的每個。圖8-9示意性地顯示了與圖1的判決電路117相關聯的處理。

依賴特殊的應用，故障可能由圖9中所示的各種不同的原因產生。列I-VI描述來自圖7中端口或端點A、A’、B、C和D的每個的信號以及它們的測量的或確定的特征和情況。識別可以被識別并用作自診斷，并且如所指示的提供告警信號。關于圖9，下面說明示范性實現和處理邏輯方：

信號A：在超聲模式處理與設備相關聯。在手指觸摸期間，電壓減小(來自沒有觸摸情況)。

信號A’：處理包括檢查手指觸摸情況的持續時間。如果持續時間比預先確定的周期(例如，10秒)長，那么確定表面被污染。

信號B：處理包括傳感器元件的容抗檢查，該檢查可以通過確定傳感器元件上的電壓水平執行，以檢測故障或較大的穩定變化。

信號C：處理包括通過確定指示來自手指觸摸的熱量的容抗變化確定熱信號的水平。

信號D：處理包括確定由手指觸摸產生的壓電應變信號。

傳感器故障的確定原因可能包括下面的判決/確定：

條目I：太多暴露于非常高的溫度，使得薄膜(例如，PVDF)的壓電由脫芯降低。

條目II：太多暴露于非常高的溫度，使得壓電薄膜(例如，PVDF)的長度縮短，以及壓電薄膜完全或部分與基底分離(例如，不銹鋼或金屬或玻璃，或者由有缺陷的生產過程產生的剝離)。

條目III：由機械振動或由液體或氧化或其它物理或化學原因的侵蝕斷開導線。

條目IV：薄膜上的導線或電極電短路(各種原因)。

條目V：基底(例如，不銹鋼或金屬層)在傳感器部位局部變形。這可以指示損害(例如，由故意破壞的行為或意外的碰撞)，使得由觸摸的應變分布受影響(例如，確定在正常/閾值界限之外)。

因此，已經公開了雙模觸摸開關，結合超聲觸摸開關和壓電觸摸開關模式，檢測手在基底表面的手指觸摸以及在后表面有壓電元件。

當設備處于超聲模式時，FM驅動信號的頻偏足夠寬以檢測表示頻率變化的阻抗的陡變，使得確保基底厚度的大的容限。

包括陡變的阻抗變化可以由電路檢測到，該電路包括用于從FM轉換到AM的轉換器以及峰值檢測器，該峰值檢測器將AM信號轉換為包含尖銳脈沖的低頻信號，該尖銳脈沖對應于阻抗陡變，并且進一步包括只選擇尖銳脈沖的高通濾波器。

尖銳脈沖的幅度由AGC保持基本不變的值，以便增大用于不同壓電元件的敏感性的容限。在操作中，尖銳脈沖的幅度由在基底表面的手指觸摸減小，以及檢測到的信號控制器具或裝備的開關。

當在壓電觸摸開關模式操作設備時，由因為來自手指的壓力的壓電元件的平面擴展導致的信號被提取，同時工作在超聲模式。

如所示，在這里公開的系統和方法規定來自超聲模式和壓電觸摸模式的信號兩個都一起用于確定開關條件，并且/或者依賴于應用可以增強任何一個以及減弱另一個。

反射模式超聲開關設備也已經公開，該設備檢測在基底表面的手指觸摸并且在后表面帶有壓電元件。通過從輸出信號過濾掉基本調制頻率，由使用驅動信號的寬范圍的頻率偏離，改善這個超聲反射模式開關設備的基底厚度的容限，以及其中只有對應于壓電元件的阻抗陡變的尖銳脈沖被提取和處理以指示在表面手指的存在或不存在。

當已經參考上述實施例說明前面的發明時，可以進行各種修改和改變而不超出本發明的精神。因此，認為所有這樣的修改和改變在附加的權利要求的范圍內。因此，要在說明性而不是限制性的意義上看待說明書和附圖。構成這里一部分的附圖作為說明而不是限制顯示特殊的實施例，在該實施例中可以實踐主題。足夠詳細地描述說明的實施例以使那些本領域的技術人員能夠實踐這里公開的教導。可以使用并從其導出其它實施例，使得可以進行結構的和邏輯的替換和改變而不超出這個發明的范圍。因此，這個詳細的說明不是在限制的意義上做出，以及各種實施例的范圍只由附加的權利要求以及等價物的整個范圍定義，這樣的的權利要求被授權給該等價物。

只是為了方便以及不打算主動地限制這個申請的范圍到任何單個發明或發明的概念，如果實際上公開不止一個，在這里可以單獨地并且/或者共同地由術語“發明”涉及這樣的發明性主題的實施例。因此，雖然在這里已經說明和描述了特殊的實施例，應該意識到：任何為實現相同的目的考慮的安排可以被顯示的特殊實施例替代。這個公開打算覆蓋各種實施例的變種的所有修正的任何一個。回顧上面的說明時，上面實施例的組合以及在這里未特別說明的其它實施例對那些本領域的技術人員是顯然的。