划线轴传感器
阅读说明：本技术 划线轴传感器 (Scribing axis sensor ) 是由 F.C.托马斯三世 J.安德森 O.理查德 于 2018-01-26 设计创作，主要内容包括：在根据本公开的一个示例中,描述了一种电子输入设备。所述电子输入设备包括被部署在壳体内的划线轴,该划线轴由于与基板接触而沿着纵向轴线平移。所述电子输入设备还包括输入传感器。输入传感器包括固定在壳体内的板。所述板响应于划线轴的平移而弹性变形。输入传感器的全桥应变仪被部署在板的表面上。所述全桥应变仪检测板的变形并且输出对应的信号,所述对应的信号取决于板的变形量而变化。输入传感器还包括故障保护设备,所述故障保护设备用于将板的变形限制在预定量内。(In one example in accordance with the present disclosure, an electronic input device is described. The electronic input device includes a scribe shaft disposed within the housing that translates along the longitudinal axis due to contact with the substrate. The electronic input device also includes an input sensor. The input sensor includes a plate secured within the housing. The plate elastically deforms in response to translation of the scribe axis. A full bridge strain gauge of input sensors is disposed on the surface of the plate. The full bridge strain gauge detects deformation of the plate and outputs a corresponding signal that varies depending on the amount of deformation of the plate. The input sensor further includes a fault protection device for limiting deformation of the plate to within a predetermined amount.)
背景技术
输入设备耦合到电子设备，诸如计算机、平板设备和其它电子设备。这些输入设备允许用户向电子设备输入信息。输入设备的一个示例是电子笔。电子笔的书写端包括可以按压在诸如触摸屏显示器之类的表面上的尖端。尖端与表面之间的接触力可以用于在应用内执行操作，诸如在应用内的按钮/图标上进行点击。在一些示例中，尖端跨表面移动，并且运动的视觉表示被显示在触摸屏显示器上。通过该方式，电子笔可以用于在电子设备上书写文本、绘制图像或与应用对接。
具体实施方式
输入设备耦合到电子设备，诸如计算机、平板设备和其它电子设备。这些输入设备允许用户向电子设备输入信息。输入设备的一个示例是电子笔。电子笔的书写端包括可以按压在诸如触摸屏显示器之类的表面上的尖端。输入设备或电子笔也可以与其它表面一起使用，所述其它表面诸如被设计成与电子笔一起使用的纸张。虽然具体参考了几种类型的表面，但是根据本文中描述的原理，可以实现任何数量的表面。
换句话说，电子笔是一种输入设备，其捕捉用户的笔迹或画笔笔触，并且将笔的移动转换成数字数据，从而使得所述移动能够在各种应用中被利用或者直接呈现给数字显示器。与输入设备对接的表面可以具有多种类型。例如，所述表面可以是电子设备上的显示屏，所述显示屏响应于触摸输入，诸如来自手指或诸如电子笔之类的其它设备的触摸输入。在另一示例中，表面可以是专门准备以用于支持电子输入的纸张表面。例如，所述专门准备的纸张可以包括对于人眼而言无法察觉的特征。在尖端经过这些特征时，其标识尖端在专门准备的纸张表面上的位置。
尖端与表面之间的接触力可以用于在应用内执行操作，诸如在应用内的按钮/图标上进行点击。在一些示例中，尖端跨表面移动，并且在触摸屏显示器或其它表面上显示运动的视觉表示。通过该方式，电子笔可以用于在电子设备上书写文本、绘制图像或与应用对接。
虽然这样的电子笔允许用户向电子设备提供输入，但是一些特性限制了它们的更彻底的实现。例如，这样的输入设备合并有传感器，以感测由抵靠划线表面的尖端所施加的压力水平。感测到的压力可以由对应的电子设备以多种方式使用。例如，它可以被用于1）使在显示器上呈现的笔触的厚度发生变化，或者2）如果输入设备正在画笔模式下使用，则使画笔笔触的宽度发生变化。还可以基于压力传感器的输出来执行其它操作。例如，传感器可以确定电子笔何时从悬停在划线表面之上转变为实际接触划线表面。在一些示例中，电子笔的电力管理——即笔是接通、处于待机模式还是关断——也与尖端压力传感器相关联。也就是说，如果没有检测到接触，则输入笔可以处于待机模式，但是一旦检测到接触就接通输入笔。在一些实现中，可以包括电力状态中的这些转变之间的时域（时间）延迟。
在一些示例中，这样的传感器不够敏感以至于不能检测作用力中的轻微变化。因此，交付了不太令人满意的用户体验，其没有准确地复制纸张环境上的笔。也就是说，为了利用电子笔忠实地呈现纸张上的笔，电子笔应该具有高的压力灵敏度、分辨率、并且是流畅的以及能够感测接近于零的力。
此外，这样的电子笔易于发生灾难性故障。也就是说，在这样的笔中使用的传感器是脆弱的，并且如果在某些定向上（例如尖端向下）掉落，则传感器可能被损坏，从而致使传感器不太有效，并且在某些情况下，完全不可操作。
因此，本说明书描述了一种输入传感器，所述输入传感器提供更高的灵敏度，并且保护传感器免受如当电子笔从高处（诸如从桌面）掉落时可能导致的灾难性故障。具体地，本说明书描述了一种电子设备输入传感器，其具有低启动压力、高分辨率和灵敏度，并且包括用于保护传感器免受由于掉落或其它故障机制所导致的灾难性故障的机构。
具体地，本说明书描述了一种电子输入设备。所述电子输入设备包括部署在壳体内的划线轴，所述划线轴由于与基板接触而沿着纵向轴线平移。所述电子输入设备还包括输入传感器。所述输入传感器包括固定在壳体内的板。该板响应于划线轴的平移而弹性变形。传感器的全桥应变仪部署在板的表面上，并且检测板的变形。应变仪输出对应的信号，所述对应的信号取决于板的变形量而变化。电子设备输入传感器的故障保护设备将板的变形限制在预定量内。
本说明书还描述了一种电子输入设备。所述电子输入设备包括部署在壳体内的划线轴。所述划线轴由于与基板接触而沿着纵向轴线平移。所述电子输入设备还包括用于保持传感器的环形壳体。传感器包括响应于划线轴的平移而弹性变形的板和用于检测板的变形并且输出对应信号的全桥应变仪。传感器还包括轴保持器，其用于1）保持划线轴并且与划线轴一起平移，以及3）当达到预定接触力时接触环形壳体，以将板的变形限制在预定量内。响应于划线轴的平移，设备的柱塞抵靠板并且使板变形。所述电子输入设备还包括弹簧，用于1）将轴向力从划线轴传导至板并且阻尼所述轴向力，以及2）使划线轴在不与基板接触的情况下返回到初始位置。
本说明书还描述了一种电子输入系统。所述系统包括壳体，所述壳体包括开口，划线轴穿过所述开口而伸出。所述系统还包括至少部分地部署在壳体内的电子输入设备。电子输入设备包括划线轴和传感器设备。传感器设备包括部署在环形壳体内的传感器。传感器包括1）响应于划线轴的平移而弹性变形的板，2）用于检测板的变形并且输出对应信号的全桥应变仪。传感器还包括轴保持器，用于1）保持划线轴并且与划线轴一起平移，以及2）当达到预定的接触力时接触环形壳体，以将板的变形限制在预定量内。响应于划线轴的平移，传感器的柱塞抵靠板并且使板变形。传感器还包括至少一个弹簧，用于1）将轴向力从划线轴传导至板并且阻尼所述轴向力，以及2）使划线轴在不与基板接触的情况下返回到初始位置。所述电子输入系统还包括用于将全桥应变仪的输出传递到控制器以用于基于轴向力执行操作的电路。
在一个示例中，使用这样的电子输入设备1）可以展现增强的力感测灵敏度；2）可以更好地响应于用户输入力和方向中的差异；3）可以提供更接近地类似于笔和纸张体验的用户体验；并且4）可以保护轴向传感器免受灾难性故障。然而，可以设想的是，本文中公开的设备可以解决在多个技术领域中的其它问题和不足。
如在本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“电子笔”指代模仿笔的电子输入设备。
进一步地，如在本说明书中和所附权利要求中使用的，术语“划线轴”指代接触表面以生成输出的电子输入设备的组件。例如，用户抵靠诸如纸张、数字显示器和/或触摸屏显示器之类的表面按压电子输入设备的划线轴。这样做使得划线轴沿着电子输入设备的轴线纵向平移。
再进一步地，如在本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“圆周应变仪导线”指代围绕圆形应变仪的边沿形成的应变仪导线，并且其中导线的应变感测部分具有径向定向。这是从圆形应变仪的内部朝向圆形应变仪的边缘的定向。
再进一步地，如在本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“径向应变仪导线”指代位于圆周导线内部的应变仪导线，并且其中导线的应变感测部分具有圆周定向。也就是说，其中导线弯曲并且平行于圆形应变仪边缘的定向。
再进一步地，如在本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“轴向”指代与电子输入设备的纵向轴线共线的力或方向。
更进一步地，如在本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“多个”或类似的语言意在被宽泛地理解为包括1到无穷大的任何正数。
现在转向各图，图1是根据本文中描述的原理的示例的具有输入传感器（108）的电子输入设备（100）的框图，该输入传感器（108）具有故障保护设备（106）。电子输入设备（100）包括划线轴（112），该划线轴（112）指代接触表面以生成输出的组件。例如，用户抵靠诸如纸张、数字显示器和/或触摸屏显示器之类的表面按压电子输入设备（100）的划线轴（112）。这样做导致划线轴（112）沿着电子输入设备的轴线纵向平移。该轴向力由输入传感器（108）来感测。
输入传感器（108）响应于划线轴（112）接触表面而产生输出。该轴向力由输入传感器（108）来感测，并且可以基于该输出执行多个操作。例如，可以使线宽度发生变化，可以执行或初始化应用操作，并且可以向电子输入设备提供电力。在一些示例中，可以基于不同的输出来执行不同的功能。
为了感测轴向力，输入传感器（108）包括各种组件。例如，输入传感器（108）包括板（102）。板（102）可以是圆形的，并且被形成为装配在电子输入设备（100）的壳体内。板（102）在其平移时响应于来自划线轴（112）的轴向力而弹性变形。也就是说，划线轴（112）抵靠表面的接触导致轴（112）在电子输入设备（100）内平移。该平移被直接或间接地传导至板（102），并且板（102）发生变形。然而，当力被移除时，即，轴（112）返回到其初始位置，并且板（102）返回到其未变形状态。为了发生变形，板（102）可以由薄的材料形成。
板（102）的这样的变形在板（102）中引发拉伸应变和压缩应变。如将在下面描述的，可以测量板（102）中的拉伸应变和压缩应变的量，并且生成对应的输出信号。应变的量取决于包括材料类型和厚度的多个因素。例如，较薄的板（102）可能变形更多，并且因此对轴向力更灵敏，而较厚的板（102）可能变形更少，并且因此对轴向力更不灵敏。板（102）可以由包括弹簧钢或铝的任何数量的材料形成。
输入传感器（108）还包括全桥应变仪（104），全桥应变仪（104）用于检测板（102）的变形——板的拉伸和压缩这两者。例如，当对某些材料施加应变时或当这些材料被伸展时，这些材料的电阻改变。也就是说，当力被施加到金属导线时，金属导线的长度由于应变而增加。所施加的力越大，应变就越大，并且金属导线的长度就增加得越多。例如，如果
在一些示例中，全桥应变仪（104）在形状上是圆形的，并且被部署在板（102）的顶部上。当板（102）变形时，应变仪（104）中的导线被拉长且变细，使得它们的电阻改变。该电阻中的改变可以被映射到所施加的使板（102）变形的力以及相应地执行的操作。也就是说，全桥应变仪（104）输出对应于所述变形的信号，该变形是由施加到划线轴的轴向力来限定的。全桥应变仪（104）的输出值取决于板（102）的变形和划线轴抵靠表面的对应力而变化。也就是说，不同的输出值对应于不同的划线力。
在一些示例中，全桥应变仪（104）包括应变敏感导线，该应变灵敏导线被部署有诸如铜-镍-锰合金的材料，然后该材料被粘合到板（102）。用于将应变仪（104）联接到板（102）的粘合剂取决于输入传感器（108）的预期寿命。例如，在相当于多个星期的短期测量中，可以使用氰基丙烯酸酯胶，但在更长期的测量中，可以使用环氧胶。在另一示例中，形成全桥应变仪（104）的导线被直接印刷在板（102）上。
输入传感器（108）还包括故障保护设备（106），该故障保护设备（106）用于将板（102）的变形限制在预定量内。也就是说，如果轴向力足够大，则薄到由于划线压力而导致变形的板（102）也可以永久变形。例如，如果电子输入设备（100）掉落使得划线轴（112）尖端以很大的力接触地面，则在没有这样的故障保护设备（106）情况下，划线轴（112）可以以这样的力抵靠板（102）按压，从而使板（102）永久变形或以其它方式使板（102）破裂。这样做显然将妨碍输入传感器（108）的性能，并且在某些情况下，致使输入传感器（108）不可操作。故障保护设备（106）操作以防止这样的冲击接触，从而对板（102）进行保护。
故障保护设备（106）还保护全桥应变仪（104）。也就是说，全桥应变仪（104）可能具有被部署在精密基板上的精密电路，使得过大的力能够影响其操作。因此，故障保护设备（106）防止板（102）和全桥应变仪（104）的无约束变形，从而提高它们的性能和寿命。
通过具有高灵敏度的全桥应变仪（104），本说明书的电子设备输入传感器（108）可以是能够检测小于2.0克的轴向力的。此外，使用故障保护设备（106），可以提高电子设备输入传感器（108）和对应的电子输入设备的使用寿命。
图2A-2C是根据本文中描述的原理的示例的具有电子输入设备（图1，100）的电子输入系统（209）的示图，该电子输入设备（图1，100）具有带有故障保护设备（图1，106）的电子设备输入传感器（图1，108）。具体地，图2A是电子输入系统（209）的一部分的视图，其中壳体（110）被切掉以暴露至少部分部署在其内的电子输入设备（100）。图2B是处于非接触状态的电子输入系统（209）的横截面示图，并且图2C是处于接触状态的电子输入系统（209）的横截面示图，其中接合有故障保护设备（图1，106）以防止灾难性故障。在本说明书中并且在所附权利要求书中，电子输入系统（209）指代电子输入设备（100）连同电子输入设备被***其中的壳体（210）。
如图2A中所描绘，电子输入系统（209）包括外部壳体（210）。该外部壳体（210）保持包括电子输入设备（100）的电子输入系统（209）的其它组件。壳体（110）包括开口，划线轴（112）穿过该开口而伸出。
外部壳体（210）还提供了用户可以抓握以操纵电子输入设备（100）的表面。在一些示例中，外部壳体（210）具有沿着其长度的至少一部分部署以提供握把的橡胶套或其它人体工程学特征。握把提供了更大的摩擦力，使得用户可以抓握外部壳体（210），并且更容易地操纵电子输入设备（100）以与表面进行交互。外部壳体（210）可以由诸如塑料或金属之类的任何材料形成。
电子输入系统（209）还包括至少部分地部署在外部壳体（210）内的电子输入设备（100）。例如，划线轴（112）的尖端可以穿过壳体（210）的开口而伸出，但是其它组件可以在壳体（210）内部。
电子输入设备（100）包括各种组件，以促进与诸如触摸屏显示器或上述专门准备的纸张之类的表面进行交互。例如，电子输入设备（100）包括划线轴（112），该划线轴（112）具有与表面对接的尖端。
电子输入设备（100）还可以包括用于检测划线轴（112）的轴向移动的传感器设备。也就是说，当划线轴（112）接触表面时，它在由箭头（222）指示的方向上平移。所述平移由传感器设备感测，并且被转换成信号，所述信号是计算设备的输入，以用于执行各种操作。
传感器设备包括环形壳体（216）。
传感器设备还包括输入传感器（图1，108）。在一些示例中，输入传感器（图1，108）包括轴保持器（224），该轴保持器（224）用于保持划线轴（112）并且至少部分地将力从其转换到板（图1，102）上。例如，轴保持器（224）可以响应于划线轴（112）的平移而移动抵靠板（图1，102）按压并且使板（图1，102）变形的柱塞（225）。在一些示例中，轴保持器（224）也形成故障保护设备（图1，106）的一部分。具体地，如下文至少在图2B和图2C中所描述的，当达到预定接触力时，轴保持器（224）接触环形壳体（216），以将板（图1，102）的变形限制在预定量内。因此，选择环形传感器壳体（216）与轴保持器（224）之间的间隔以及弹簧（218）的弹簧常数，以允许力的检测，但防止板（102）的永久变形。
电子输入设备（100）还包括至少一个弹簧（218）。弹簧（218）被偏置以对抗划线轴（112）的平移，使得它至少部分地阻尼箭头（222）方向上的轴向力，并且在没有划线轴（112）抵靠表面的接触力的情况下，使划线轴（112）返回到非接触位置。在一些示例中，如在图2A中所描绘的，弹簧（218）是诸如波形弹簧之类的压缩弹簧，其抵抗压缩并且最初与柱塞（224）和环形壳体（216）这两者接触。
电子输入系统（209）还包括电路（220）。电路（220）包括诸如处理器和存储器之类的硬件，以接收传感器设备的输出信号，并且将所述输出信号传递到控制器，在控制器中，可以基于所述输出信号执行不同的计算操作。例如，基于所述输出信号，可以调整线宽度，执行计算应用，执行应用内的操作，以及初始化电子输入设备（100）。
图2B是电子输入系统（209）的横截面示图，其中电子输入设备（100）处于非接触状态。图2B清楚地将轴保持器（224）描绘为其经由弹簧（218）抵靠板（102）按压柱塞（225）。在该示例中，由于没有接触力，因此板（102）和全桥应变仪（104）都未变形。在该示例中，故障保护设备（图1，106）包括1）保持划线轴（112）并且与划线轴一起平移的轴保持器（224），2）柱塞（225），以及3）保持板（102）和全桥应变仪（104）的环形壳体（216）。在该示例中，由于还没有达到阈值平移和阈值接触力，因此在轴保持器（224）与环形壳体（216）之间存在间隙（226）。注意，在一些示例中，柱塞（225）具有与板（102）的弯曲接触表面。这样做减小了板（102）上的接触应力，并且可以延长感测系统的寿命。
图2B还描绘了板（102）和全桥应变仪（104）被圆周地支撑在壳体（210）内。也就是说，它们在底部上由环形壳体（216）支撑，并且在顶部上由盖体（217）支撑，以将它们保持在位。如所指示的，由于在两侧上被支撑，所以板（102）和全桥应变仪（104）可以贯穿它们的整个相应表面而均匀地挠曲。
图2C是电子输入系统（209）的横截面示图，其中电子输入设备（100）处于接触状态。也就是说，在该示例中，划线轴（112）响应于划线轴（112）与表面之间的接触力而平移。该平移压缩弹簧（218）以抵抗接触力，从而阻尼所述接触力。该平移还导致柱塞（225）使板（102）和全桥应变仪（104）变形。这样的变形导致组成全桥应变仪（104）的导线拉长和变细，从而改变它们的电阻率。电阻率中的这些改变生成输出信号，所述输出信号被传递到用于外接以控制计算设备的电路（220）。
图2C还描绘了故障防止设备（图1，106）的操作，在该示例中，该故障防止设备（图1，106）包括环形壳体（216）和轴保持器（224）。与图2B相比，在该示例中，划线轴（112）和轴保持器（224）已经被充分移位，使得轴保持器（224）接触环形壳体（216），从而防止划线轴（112）的进一步平移以及板（102）和全桥应变仪（104）的进一步变形。因此，防止了板（102）和应变仪（104）的永久变形。允许板（102）变形的程度基于多个因素，其包括环形壳体（216）与轴保持器（224）之间的距离以及弹簧（218）的弹簧常数。基于应用和用途，这样的因素可以跨不同的输入设备（100）而变化。
图3A-3C是根据在本文中描述的原理的示例的具有输入传感器（图1，108）的电子输入设备（315）的示图，该输入传感器（图1，108）具有故障保护设备（图1，106）。具体地，图3A是处于非接触状态的电子输入设备（315）的横截面示图，图3B是处于接触状态的电子输入设备（315）的横截面示图，并且图3C是接合有故障保护设备（图1，106）的电子输入设备（315）的横截面示图。注意，作为参考，图3A-3C以虚线描绘了电子输入系统（图2，209）的壳体（210）。
如上所述，壳体（210）具有开口，划线轴（112）的尖端穿过该开口而伸出。划线轴（112）的尖端是划线轴（112）与表面对接的部分。也就是说，用户抓握壳体（210）并且使尖端开始与表面相接触。当尖端跨所述表面移动时，在显示器（例如，表面）上进行对应于尖端的移动的视觉表示。在一些示例中，尖端与表面的接触导致在与表面耦合的电子设备上执行功能。例如，用户可以利用尖端轻击表面的某一部分，以将光标定位在表面的该部分上。在另一示例中，用户可以轻击表面上的图标，并且可以在电子设备上执行操作。在一些示例中，划线轴（112）可以由金属和尖端形成。在其它示例中，尖端可以由诸如橡胶之类的另外的材料形成。在另外的其它示例中，尖端可以由复合材料形成。
在一些示例中，划线轴（112）是从外部壳体（210）可移除的。例如，随着时间推移和经常使用，尖端可能磨损。在另一示例中，尖端可能折断。在这些和其它示例中，具有磨损或以其它方式损坏的尖端的可移除划线轴（112）可以被移除并且利用另一划线轴（112）替换。
图3A-3C还描绘了板（102）和全桥应变仪（104）。然而，图3A-3C和其它图，例如板（102）和全桥应变仪（104）的某些元件未按比例绘制，并且为了简单起见被放大。
图3A-3C还描绘了具有故障保护设备（图1，106）的另一个示例的电子输入设备（315）。在该示例中，故障保护设备（图1，106）包括位于板（102）的第一侧上的磁环（328），以对抗轴向力将板（102）保持在位。在该示例中，故障保护设备（图1，106）还包括在板（102）的第二侧上——并且更具体地，在应变仪（104）的第二侧上——的泡沫环（330）。当磁环（328）的磁力被轴向力克服时，泡沫环（330）抓住板（102）和应变仪（104），并且一旦灾难性过载轴向力不再存在，就使板（102）返回以接触磁环（328）。泡沫环（330）将允许划线轴（112）退回到笔的主体中，从而保护板（102）、应变仪（104）和笔尖端免受灾难性故障。故障保护设备（图1，106）还包括抵靠其压缩泡沫环（330）的止动板（332）。如在图3A中所描绘的，当不存在轴向力时，划线轴（112）接触板（102），但不使其变形。
在图3B中，划线轴（112）被抵靠表面按压，使得划线轴（112）在由箭头（222）所指示的方向上平移。在该示例中，磁环（328）的磁力足够强来保持板（102）和全桥应变仪（104），而同时允许板（102）和全桥应变仪（104）中的每一个变形。这样的变形被应变仪（104）捕捉并且输出到电路（图2，220）以执行特定的操作。在该示例中，板（102）和应变仪（104）的变形可以导致泡沫环（330）抵靠止动板（332）压缩。照此，泡沫环（330）可以由当被压缩时缓慢回弹的材料形成，这可以导致泡沫环（330）抵靠板（102）/应变仪（104）的轮廓。这样的材料的示例是多孔聚氨酯形式。
在图3C中，施加了用于克服磁环（328）磁力的力。这样的力可能导致灾难性的故障。例如，当电子输入设备（315）掉落并且划线轴（112）撞击表面时。在该示例中，所述的力将板（102）和应变仪（104）推离磁环（328）。由于它们不再耦合到磁环（328），因此它们恢复到它们的原始形状，即它们不再变形。因此，可以选择具有与期望变形相对应的期望磁力的磁环（328）。例如，与具有更大磁力的磁环（328）相比，具有更小磁力的磁环（328）将被利用更小的轴向力（222）来克服。因此，可以基于板（102）的期望变形和/或板（102）材料的弹性极限来选择磁环（328）。
当导致磁环（328）与板（102）解耦的力被移除时，泡沫环（330）将返回到其在未被压缩时的原始形状。因此，板（102）/应变仪（104）返回到其抵靠磁环（328）的位置。因此，本示例允许板（102）直至预定量的变形，所述预定量基于磁环（328）的磁力来限定。在达到该点之后，板（102）被压入泡沫环（330）中，并且一旦力消散，然后就返回到其抵靠磁环（328）的位置。
图4A-4D是根据本文中描述的原理的示例的具有电子设备输入传感器（图1，108）的电子输入设备（417）的示图，该电子设备输入传感器（图1，108）具有故障保护设备（图1，106）。具体地，图4A是处于非接触状态的电子输入设备（417）的横截面示图，图4B是处于接触状态但不是灾难性接触的电子输入设备（417）的横截面示图，图4C是在接合有故障保护设备（图1，106）情况下处于接触状态的电子输入设备（417）的横截面示图，并且图4D是具有轴弹簧的电子输入设备（417）的横截面示图。
具体地，图4A是电子输入设备（417）的一部分的横截面示图，其具体地描绘了在划线轴（112）与接触表面之间接触之前的划线轴（112）、轴保持器（224）、环形壳体（216）、板（102）和应变仪（104）。在该示例中，传感器设备还包括与板（102）对接的杆（434）和至少部分地阻尼轴向力的压缩弹簧（436）。也就是说，当施加力时，压缩弹簧（436）阻尼该力。以该方式，基于压缩弹簧（436）的弹簧常数，可以定义期望的力-对-变形关系。
图4B描绘了在划线轴（112）尖端与表面之间进行接触时的电子输入设备（417）。该接触导致划线轴（112）和轴保持器（224），以及压缩弹簧（436）和杆（434）在由箭头（222）所指示的方向上平移。该平移导致杆（434）与板（102）和全桥应变仪（104）接触并且使板（102）和全桥应变仪（104）变形。
图4C描绘了在划线轴（112）尖端与表面之间进行接触时的电子输入设备（417），所述接触原本可以导致灾难性故障。在该示例中，轴保持器（224）与环形壳体（216）之间的接触防止划线轴（112）的附加平移，并且从而也防止板（102）和应变仪（104）的附加变形，所述附加变形可以足以导致板（102）的永久变形和/或对全桥应变仪（104）的损坏。
图4D描绘了包括轴弹簧（438）的电子输入设备（417）的另一示例。在该示例中，传感器设备的重量可能降低传感器设备的灵敏度。因此，轴弹簧（438）可以沿着划线轴（112）的长度被放置在轴保持器（224）的基部，以利用等于设备的重力的力来向上推动传感器设备，从而确保在尖端处经受的所施加的任何力被传导至传感器。
图5A-5C是根据本文中描述的原理的示例的具有电子输入传感器（图1，108）的电子输入设备（519）的示图，该电子输入传感器（图1，108）具有故障保护设备（图1，106）。具体地，图5A-5C描绘了具有多个弹簧（540）的传感器。在该示例中，电子输入设备（519）可以包括划线轴（112）、轴保持器（224）、柱塞（225）、环形壳体（216）、板（102）和应变仪（104）。在该示例中，双弹簧（540-1，540-2）设计被用于引起多个力/变形关系。具体地，对于可能更轻的初始力，第一弹簧（540-1）在第二弹簧（540-2）接合之前吸收全部力。也就是说，在静止时，第一弹簧（540-1）与轴保持器（224）和环形壳体（216）相接触，而在第二弹簧（540-2）与轴保持器（224）相接触时，第二弹簧（540-2）与环形壳体（216）之间存在间隙（542）。换句话说，这些弹簧（540-1，540-2）顺序操作以阻尼柱塞（224）抵靠板（102）/应变仪（104）界面的力。在该示例中，第一弹簧（540-1）和第二弹簧（540-2）可以具有不同的弹簧常数，使得存在不同的划线轴（112）平移对板（102）变形关系。例如，第一弹簧（540-1）可以具有更轻的弹簧常数，使得它更灵敏，并且在较低的力下提供较高的分辨率。相比之下，第二弹簧（540-2）可以更硬，使得它不太灵敏，并且在较高的力下提供较低的分辨率。
图5B描绘了电子输入设备（519），其中第一弹簧（540-1）被压缩，使得在第二弹簧（540-2）与环形壳体（216）之间不再存在间隙。在该示例中，第二弹簧（540-2）现在被接合。在该示例中，由于环形壳体（216）与轴保持器（224）之间的连续间隙（542），仍然存在可获得的变形。
图5C描绘了处于接触状态的电子输入设备（519），其接合有故障保护设备（图1，106）。也就是说，轴保持器（224）正在与环形壳体（216）相接触，使得划线轴（112）可以不再平移，并且板（102）可以不再变形。因此，这样的系统防止了板（102）的过度应变/挠曲，从在允许挠曲的同时保持其寿命，使得可以收集与电子笔划线轴（112）抵靠接触表面的轴向平移和接触力相关的准确、灵敏和高分辨率的信息。
图6是根据在本文中描述的原理的示例的用于在具有故障保护设备（图1，106）的电子设备输入传感器（图1，108）中使用的全桥应变仪（104）的示图。如上所述，应变仪（104）是检测应变中的改变并且将这样的检测转换成输出电阻的硬件组件。也就是说，电阻率基于所感应的应变而改变。在一个示例中，本说明书的全桥应变仪（104）在形状上是圆形的，以装配在电子输入设备（图1，100）的壳体（图2，210）中。全桥应变仪（104）包括围绕应变仪（104）的边沿形成的两个圆周应变仪导线（644-1，644-2），其中所述导线的应变感测部分具有径向定向。全桥应变仪（104）还包括位于圆周导线（644-1，644-2）内部的两个径向应变仪导线（644-3 644-4），其中所述导线的应变感测部分具有圆周定向。注意，如在图6中所描绘的，在一些示例中，应变仪（104）导线图案占据了应变仪（104）的中心和边缘部分这两者。
在一个示例中，使用这样的电子输入设备1）可以展现增强的力感测灵敏度；2）可以更好地响应于用户输入力和方向中的差异；3）可以提供更接近地类似于笔和纸张体验的用户体验；和4）可以保护轴向传感器免受灾难性故障。然而，可以设想的是，本文中公开的设备可以解决多个技术领域中的其它问题和不足。
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