技术领域
[0001] 本
发明涉及一种按压式输入设备、采集用户录入信息的方法、监测用户情绪的方法和键盘。
背景技术
[0002] 随着计算机技术的发展，产生了很多按压式输入设备，例如键盘，通过键盘，用户可以
访问网络上的各类信息，并且大量的个人信息也通过键盘上传至网络。随着信息化深入人们生产生活的各个
角落，信息安全问题愈发受到重视。为了对信息安全进行有效的保护，通过
键盘输入的密码被广泛应用，例如QQ、微信、邮箱、网上个人
银行账户、支付宝、淘宝等与人们生产生活息息相关的各种需要密码登录的应用系统。这类系统与人们的隐私、财产等都关系密切，一个安全可靠的密码起到了很好的保护作用。为了降低密码被破解的可能性以提高密码的安全可靠性，现目前广泛使用的密码从最初简单的数字组合逐渐升级成大小写字母、数字乃至特殊字符的组合。但这类密码组合的安全等级实质上还是比较低，只需获悉了密码内容便可毫无阻碍的获取被保护信息。
[0003] 目前，为了增加信息安全的可靠性，随着
图像处理识别等技术的进步，指纹识别、
虹膜识别、面部识别等具有
生物特征的密码也逐渐被人们熟悉。
[0004] 但这类技术虽然存在可集成于键盘的可能，但将不可避免导致键盘成本的增加和用户使用习惯的改变。
发明内容
[0005] (一)要解决的技术问题
[0006] 目前，为了增加信息安全的可靠性，随着图像处理识别等技术的进步，指纹识别、虹膜识别、面部识别等具有生物特征的密码也逐渐被人们熟悉。
[0007] 但这类技术虽然存在可集成于键盘的可能，但将不可避免导致键盘成本的增加和用户使用习惯的改变。
[0008] (二)技术方案
[0009] 第一方面，本发明提供了一种按压式输入设备，包括：
自上而下依次排列的按键层、上盖、与所述按键层中的按键配套的
硅帽层、通过所述按键按压将
电流导通的导电层、和
底板；所述设备还包括：设置于所述硅帽层与所述导电层之间的摩擦纳米发电层；所述摩擦纳米发电层包括摩擦纳米发
电机，所述摩擦纳米发电机通过按压
接触产生电
信号。
[0010] 可选地，所述摩擦纳米发电机包括单
电极摩擦纳米发电机或双电极摩擦纳米发电机。
[0011] 可选地，所述单电极摩擦纳米发电机包括：第一衬底
薄膜，和附着于所述第一衬底薄膜表面上的摩擦电极；所述摩擦电极朝向所述硅帽层中的硅胶帽，并与所述硅胶帽的
位置相对应。
[0012] 可选地，所述双电极摩擦纳米发电机包括：正性摩擦薄膜、附着于所述正性摩擦薄膜第一表面上的第一电极、负性摩擦薄膜、附着于所述负性摩擦薄膜第二表面上的第二电极、以及位于所述正性摩擦薄膜和所述负性摩擦薄膜之间的第一隔膜；所述第一隔膜包括与所述硅帽层中的硅胶帽位置相对应的第一通孔；所述正性摩擦薄膜的第三表面与所述负性摩擦薄膜的第四表面经过所述第一通孔接触或分离。
[0013] 可选地，所述双电极摩擦纳米发电机还包括：位于所述硅帽层与所述正性摩擦薄膜或所述负性摩擦薄膜之间的屏蔽层；所述屏蔽层包括第二衬底薄膜，和附着于所述第二衬底薄膜的第五表面上的屏蔽电极；所述屏蔽电极朝向所述硅胶帽。
[0014] 可选地，所述导电层包括自上而下依次排列的第三衬底薄膜、第二隔膜和第四衬底薄膜，附着于所述第三衬底薄膜表面上的第三电极，与附着于所述第四衬底薄膜表面上的第四电极经过第二隔膜上的第二通孔接触和分离，所述正性摩擦薄膜、所述负性摩擦薄膜、所述第一隔膜、所述第三衬底薄膜、所述第四衬底薄膜、以及所述第二隔膜相互平行，并且各个边长长度相等。
[0015] 可选地，所述按键层的按键包括中空的凸起部，所述设备还包括：设置于所述凸起部中的永磁
铁，和设置于所述摩擦纳米发电层中的线圈。
[0016] 第二方面，本发明提供了一种通过上文所述的设备采集用户录入信息的方法，所述方法包括：通过所述设备获取用户录入信息过程中的习惯特征，所述习惯特征包括按键压
力值、按键时间间隔和/或按键接触时间；
[0017] 记录所述用户录入信息过程中的习惯特征，形成用户录入信息的习惯特征
数据库。
[0018] 第三方面，本发明提供了一种监测用户情绪的方法，其利用上文所述的设备，所述方法包括：通过所述设备获取用户按键压力值、用户按键时间间隔和/或用户按键接触时间；判断所述用户按键压力值、用户按键时间间隔和/或用户按键接触时间是否均落在预设数值区间内，若是，向用户发出用户情绪确认框，当用户确认所述用户情绪不正确，则记录不正确的次数，当所述次数大于预设值时，重新设置所述预设数值区间；其中，所述预设数值区间包括用户按键压力值预设区间、用户按键时间间隔预设区间、和用户按键接触时间预设区间，每个所述预设数值区间包含至少两个子区间，每个所述预设数值区间中的一个子区间对应同一种用户情绪。
[0019] 第四方面，本发明提供了一种键盘，所述键盘包括上文所述的设备。
[0020] (三)有益效果
[0021] 本发明通过在硅帽层与导电层之间设置摩擦纳米发电层，利用在按压该按压式输入设备中的按键时摩擦纳米发电机产生的
电信号，可以实现记录与按压动作相关的生物特征信息，该生物特征信息例如按压按键的时间、按压的压力数值等具有根据不同的使用者会得到不同的数据的情况。并且本发明加入的摩擦纳米发电层中的产生电信号的摩擦纳米发电机制作成本低，结构简单，易集成，不需要改变使用者使用按压式输入设备的输入习惯。
附图说明
[0022] 图1是本发明
实施例提供的按压式输入设备结构示意图；
[0023] 图2是本发明实施例提供的按压式输入设备中单个按键的结构示意图；
[0024] 图3是本发明实施例提供的按压式输入设备中单电极摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0025] 图4是本发明实施例提供的按压式输入设备中双电极摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0026] 图5是本发明实施例提供的按压式输入设备中导电层的结构示意图；
[0027] 图6是本发明另一个实施例提供的按压式输入设备中单个按键的结构示意图，[0028] 其中，附图标记为：
[0029] 1、按键层；2、上盖；3、硅帽层；4、摩擦纳米发电层；5、导电层；6、底板；7、永
磁铁；8、线圈；
[0030] 101、凸起部；301、硅胶帽；40、摩擦纳米发电机；40A、单电极摩擦纳米发电机；40B、双电极摩擦纳米发电机；401、第一衬底薄膜；402、摩擦电极；402a、第一感应电极部；402b、第一电极引线部；403、正性摩擦薄膜；403a、第一表面；403b、第三表面；404、第一电极；404a、第二感应电极部；404b、第二电极引线部；405、负性摩擦薄膜；405b、第二表面；405a、第四表面；406、第二电极；406a、第三感应电极部；406b、第三电极引线部；407、第一隔膜；
407a、第一通孔；408、屏蔽层；408a、第二衬底薄膜；408a1、第五表面；408b、屏蔽电极；501、第三衬底薄膜；502、第二隔膜；502a、第二通孔；503、第四衬底薄膜；504、第三电极；505、第四电极。
具体实施方式
[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0032] 本发明实施例提供了一种按压式输入设备，参见图1和图2，其包括：自上而下依次排列的按键层1、上盖2、与按键层1中的按键配套的硅帽层3、通过按键按压将电流导通的导电层5、和底板6；其中，上盖2与底板6配合将按键层1、硅帽层3和导电层5进行固定；所述设备还包括：设置于硅帽层3与导电层5之间的摩擦纳米发电层4；摩擦纳米发电层4包括摩擦纳米发电机40，摩擦纳米发电机40通过按压接触产生电信号。
[0033] 由此可知，本发明实施例通过在硅帽层3与导电层之间设置摩擦纳米发电层4，利用摩擦纳米发电机40在按压该按压式输入设备中的按键时产生的电信号，可以实现记录与按压动作相关的生物特征信息，该生物特征信息例如按压按键的时间、按压的压力数值等具有根据不同的使用者会得到不同的数据的情况。并且本发明加入的摩擦纳米发电层中的产生电信号的摩擦纳米发电机制作成本低，结构简单，易集成，不需要改变使用者使用按压式输入设备的输入习惯。
[0034] 本领域技术人员可以理解的是，按压式输入设备中的导电层5的作用为通过按键的按压将导电层中电流导通，该过程与摩擦纳米发电机40中的接触产生电信号原理不同，摩擦纳米发电机40是根据摩擦电效应和静电感应效应产生电信号，因此能根据按压按键的时间、压力数值等变化。而按压式输入设备中的导电层5为通过导体的连接将电流导通，该电流不会根据按压按键的时间、压力数值等变化。因此导电层5与摩擦纳米发电层4各自实现的功能和作用是不一样的。
[0035] 需要说明的是，上文所述的按压式输入设备可以为键盘、
门禁按键密码
锁、银行按键式密码输入器、银行自动取款机中设置的按键式输入设备等，本发明对该按压式输入设备不作具体限定。
[0036] 在本发明的一个实施例中，摩擦纳米发电机40包括单电极摩擦纳米发电机40A。参见图3，单电极摩擦纳米发电机40A包括：第一衬底薄膜401，和附着于第一衬底薄膜401表面上的摩擦电极402；第一衬底薄膜401的作用相当于承载摩擦电极402的载体。摩擦电极402朝向硅帽层3中的硅胶帽301，并与硅胶帽301的位置相对应，由此在外力作用于硅胶帽301时，摩擦电极402才能与该硅胶帽301进行接触或者分离。其中，第一衬底薄膜401由聚对苯二
甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)、聚乙烯等高分子薄膜材料制成。
[0037] 另外，参见图3，所述摩擦电极402包括第一感应电极部402a和第一电极引线部402b，第一感应电极部402a用于与硅胶帽301进行接触或者分离。
[0038] 其工作原理为：当按压按键层1中的按键时，由于硅帽层3与按键配套相抵，即硅帽层3中的硅胶帽301与按键配套，按键受到的压力作用于硅胶帽301上，在压力的作用下，硅胶帽301与摩擦电极402接触或者分离。摩擦电极402在此既作为
摩擦材料又作为导电电极，当用户按下按键时，硅胶帽301与摩擦电极402接触的时候，由于摩擦电极性的差别，根据摩擦电效应以及静电感应原理，使得两个接触面上带有等量异号的电荷。当用户不再按压按键，即外力作用消失，硅胶帽301与摩擦电极402分离，两个接触面之间会产生电势差。因此可将硅胶帽301与摩擦电极402接触或者分离产生的电势差，即电信号通过第一电极引线部402b进行输出。
[0039] 在本发明的另一个实施例中，摩擦纳米发电机40包括双电极摩擦纳米发电机40B。参见图4，双电极摩擦纳米发电机40B包括：正性摩擦薄膜403、附着于正性摩擦薄膜403第一表面403a上的第一电极404、负性摩擦薄膜405、附着于负性摩擦薄膜405第二表面405b上的第二电极406，即正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405背面附着感应电极，而第三表面403b和第四表面405a为正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405的
正面，即互相接触或分离的面。
以及位于正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405之间的第一隔膜407。第一隔膜407包括与硅帽层3中的硅胶帽301位置相对应的第一通孔407a；正性摩擦薄膜403的第三表面403b与负性摩擦薄膜405的第四表面405a经过第一通孔407a接触或分离。
[0040] 所述第一电极404包括第二感应电极部404a和第二电极引线部404b，第二电极406包括第三感应电极部406a和第三电极引线部406b。
[0041] 其中，正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405分别由正性或负性摩擦材料制成，例如尼龙、聚乙烯、聚
氨酯等正性摩擦材料，聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚酰亚胺薄膜Kapton、氟
聚合物Teflon等负性摩擦材料。第一隔膜407由聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)、聚乙烯等高分子薄膜材料制成，对第一隔膜407的正负性不作具体限定。
[0042] 另外，如图4所示的双电极摩擦纳米发电机40b中正性摩擦薄膜403位于负性摩擦薄膜405的上方，但本发明实施例对该两个薄膜的设置顺序不作具体限定，只需满足即正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405背面附着感应电极，正性摩擦薄膜403的薄膜表面和负性摩擦薄膜405的表面经过第一通孔407a接触或分离即可。例如正性摩擦薄膜403也可位于负性摩擦薄膜405的下方。
[0043] 其工作原理为：当按压按键层1中的按键时，由于硅帽层3与按键相抵，即硅帽层3中的硅胶帽301与按键相抵，按键受到的压力作用于硅胶帽301上，进而作用于位于硅胶帽301下方的正性摩擦薄膜403或负性摩擦薄膜405上，此处以正性摩擦薄膜403位于负性摩擦薄膜405的上方为例进行说明。在压力的作用下，正性摩擦薄膜403穿过或退出第一通孔
407a与负性摩擦薄膜405接触或者分离。当用户按下按键时，正性摩擦薄膜403与负性摩擦薄膜405发生物理接触的时候，由于两种摩擦材料电极性的差别，根据摩擦电效应以及静电感应原理，使得两个接触面上带有等量异号的电荷。当用户不再按压按键，即外力作用消失，正性摩擦薄膜403与负性摩擦薄膜405分离，两个接触面之间会产生电势差。因此可将正性摩擦薄膜403与负性摩擦薄膜405接触或者分离产生的电势差，即电信号通过第二电极引线部404b和第三电极引线部406b进行输出。
[0044] 由于正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405的作用是两种材料的接触和分离产生电动势，而第一电极404和第二电极406的作用为传导该电动势，因此正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405应该满足能够直接接触，而第一电极404和第二电极406则应避免互相接触。因此在本发明的又一个实施例中，所述第一电极404位于正性摩擦薄膜403内部，所述第二电极406位于负性摩擦薄膜405内部，即正性摩擦薄膜403和负性摩擦薄膜405包裹着感应电极。
[0045] 参见图4，上文所述双电极摩擦纳米发电机40B还包括：位于硅帽层3与正性摩擦薄膜403或负性摩擦薄膜405之间的屏蔽层408；屏蔽层408包括第二衬底薄膜408a，和附着于第二衬底薄膜408a的第五表面408a1上的屏蔽电极408b；屏蔽电极408b朝向硅胶帽301。通过屏蔽层408可以增强双电极摩擦纳米发电机40b的抗干扰能力。
[0046] 另外，参见图5，导电层5包括自上而下依次排列的第三衬底薄膜501、第二隔膜502和第四衬底薄膜503，附着于第三衬底薄膜501表面上的第三电极504，与附着于第四衬底薄膜503表面上的第四电极505经过第二隔膜502上的第二通孔502a接触和分离，即第三电极504与第四电极505接触时电流导通，分离时则不导通。第三电极504与第四电极505均包括接触电极部和电极引线。
[0047] 并且，正性摩擦薄膜403、负性摩擦薄膜405、第一隔膜407、第三衬底薄膜501、第四衬底薄膜503、以及第二隔膜502相互平行，并且各个边长长度相等，可以使加工和组装更加方便。本发明对各层薄膜的厚度不作具体限定。
[0048] 上文所述的摩擦电极402、第一电极404、第二电极406、屏蔽电极408b、第三电极504和第四电极505均可采用涂刷、蒸
镀、3D打印等工艺使
铜、
铝、银、ITO等电极材料依附于薄膜材料上制作而成。
[0049] 参见图6，所述按键层1的按键包括中空的凸起部101，在本发明的又一个实施例中，该设备还包括：设置于所述凸起部101中的永磁铁7，和设置于所述摩擦纳米发电层4中的线圈8，该线圈8为平面线圈。永磁铁7随着按键的上下运动对线圈8施加变化的
磁场，根据
电磁感应原理，线圈8感受该变化的磁场产生电动势输出，作为摩擦纳米发电机40的辅助电信号输出。
[0050] 本发明实施例还提供了一种通过上文所述的设备采集用户录入信息的方法，所述方法包括：通过所述设备获取用户录入信息过程中的习惯特征，所述习惯特征包括按键压力值、按键时间间隔和/或按键接触时间；记录所述用户录入信息过程中的习惯特征，形成用户录入信息的习惯特征数据库。
[0051] 该用户录入信息数据库可以应用于多个方面，本发明实施例对此不作具体限定，例如可以应用于用户身份认证方面。
[0052] 本发明实施例还提供了一种监测用户情绪的方法，利用上文所述的设备，所述方法包括：通过所述设备获取用户按键压力值、用户按键时间间隔和/或用户按键接触时间；判断所述用户按键压力值、用户按键时间间隔和/或用户按键接触时间是否均落在预设数值区间内，若是，向用户发出用户情绪确认框，当用户确认所述用户情绪不正确，则记录不正确的次数，当所述次数大于预设值时，重新设置所述预设数值区间；其中，所述预设数值区间包括用户按键压力值预设区间、用户按键时间间隔预设区间、和用户按键接触时间预设区间，每个所述预设数值区间包含至少两个子区间，每个所述预设数值区间中的一个子区间对应同一种用户情绪。
[0053] 例如，将用户情绪分为高兴、悲伤和愤怒三种，设置高兴情绪对应的用户按键压力值预设数值区间为50-90g，用户按键时间间隔预设数值区间为0.3-0.5s，用户按键接触时间预设数值区间为0.4-0.8s。设置悲伤情绪对应的用户按键压力值预设数值区间为小于50g，用户按键时间间隔预设数值区间为大于0.5s，用户按键接触时间预设数值区间为大于
0.8s，设置愤怒情绪对应的用户按键压力值预设数值区间为大于90g，用户按键时间间隔预设数值区间为小于0.3s，用户按键接触时间预设数值区间为小于0.4s。
[0054] 本发明实施例还提供了一种键盘，所述键盘包括上文所述的设备。
[0055] 综上所述，本发明通过获取密码输入过程中具有唯一性的输入习惯等生物特征能够显著提高密码的安全等级；由于输入习惯通常难以改变，从而与存在破坏可能的指纹识别、虹膜识别和面部识别相比也具有显著优势；通过监测输入信息时的按键压力、按键间隔、按键时间等参数能够对信息
健康状态进行有效监控；基于摩擦纳米发电机产生与输入习惯相关的
输出信号，具有自驱动特性；摩擦纳米发电层的薄膜特性且直接嵌入键盘内部使其具有很好的隐秘性，能够进一步提高安全等级。
[0056] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
