【導(dǎo)讀】壓力感測(cè)，或壓力觸覺，使用戶能夠以更直觀的方式與設(shè)備進(jìn)行交互，同時(shí)擴(kuò)展一系列輸入功能。壓力感測(cè)或壓力反饋，可理解為輸入或控制功能，需要一定的外力即壓力（無(wú)論強(qiáng)弱）來(lái)觸發(fā)功能。這種方式可用來(lái)避免誤報(bào)，擴(kuò)大輸入可能性，例如與菜單選擇相結(jié)合。
傳統(tǒng)開關(guān)和按鈕不僅需要精確的定位操作，而且容易弄臟。例如，粘稠的液體或灰塵，在潮濕條件下，會(huì)堵塞傳統(tǒng)按鈕細(xì)小的空隙，從而縮短器件使用壽命或限制其功能。在各個(gè)總成之間存在額外壓差的空調(diào)環(huán)境下，這個(gè)問題更為嚴(yán)重。另一方面，壓力反饋解決方案不需要非常精確的工作點(diǎn)，也不需要任何類型的開口或間隙。
鍵盤等控制設(shè)備不一定能夠這樣識(shí)別，或者只有當(dāng)手接近操作時(shí)才能識(shí)別。這種情況下，采用壓力反饋解決方案可以減少誤報(bào)，消除不確定性。如果沒有定義的壓力，則不會(huì)觸發(fā)任何功能。因此，觸摸設(shè)備只是清潔或除塵時(shí)，不會(huì)造成功能誤觸發(fā)。
只有定義壓力或外力造成控制面板最小程度變形才會(huì)執(zhí)行所需的控制操作。
施加多大壓力或控制面板產(chǎn)生多大程度變形，取決于輸入設(shè)備或控制面板使用的材料，以及系統(tǒng)定義的觸發(fā)點(diǎn)。
實(shí)施方法的選擇
壓力感測(cè)解決方案可使用壓力傳感器或通過復(fù)雜的變形測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
不過，這兩種方法成本都很高，而且十分復(fù)雜，需要大量空間，且可靠性不足以防止故障乃至誤操作。
各種應(yīng)用要求解決方案所需空間盡可能小，并且必須能夠根據(jù)機(jī)械條件而變化，特別是傳感器到面板的距離，以及這一區(qū)域反射信號(hào)的強(qiáng)度。
使用 LED 或紅外 LED 等光源，以及簡(jiǎn)單光電晶體管或光電二極管等光接收器的簡(jiǎn)易解決方案通常無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的效果，因?yàn)檫@些器件公差太大，分辨率低。特別是檢測(cè)的最小變形為 100µm，甚至 50µm 的情況下，效果更不理想。此外，如果需要設(shè)計(jì)靈活性——以使解決方案滿足準(zhǔn)確距離或精確反射信號(hào)的微小變化，以及成品生產(chǎn)過程中面臨的公差要求——這種方法會(huì)很快表現(xiàn)出其局限性。
采用數(shù)字接近傳感器
持續(xù)改進(jìn)的小型 Vishay 數(shù)字接近傳感器可為這一問題提供易于實(shí)施、具有可觀收益的經(jīng)濟(jì)高效解決方案。
Vishay 已在這一領(lǐng)域推出多種接近傳感器。所有這些數(shù)字傳感器均基于反射工作原理，以數(shù)字方式測(cè)量光量并顯示數(shù)字值 (計(jì)數(shù))。Vishay 最新開發(fā)的汽車級(jí) VCNL3030X01，包括接收器和內(nèi)置紅外 LED，整個(gè)傳感器面積僅為 4 x 2.36 mm2。這款器件經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化，不含環(huán)境光傳感器通常使用的濾光片，因?yàn)榱Ψ答亼?yīng)用不需要濾光片。
這款傳感器不僅接收器靈敏度非常高，而且發(fā)射器信號(hào)極強(qiáng)，采用 Vishay 光電器件部研發(fā)的最新芯片技術(shù)。
同時(shí)，傳感器寄存器具有優(yōu)異的可變?cè)O(shè)置選項(xiàng)，可針對(duì)所有可能的機(jī)械條件進(jìn)行調(diào)整。這是發(fā)射器光束強(qiáng)，接收器分辨率高的主要原因。
這種情況下，傳感器發(fā)射器電流可以最低 2mA 精細(xì)調(diào)整，發(fā)射器脈沖寬度寬，接收器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率高達(dá) 16 位。
反射式傳感器典型距離曲線如下圖所示。
所示峰值大約為 1mm 至 3mm，主要由發(fā)射器-接收器距離，以及封裝中的光學(xué)元件決定。峰值右側(cè)計(jì)數(shù)值明顯下降 (大于二次方)。
為實(shí)現(xiàn)可能的最高分辨率并獲得可靠結(jié)果，檢測(cè)范圍應(yīng)選擇接近峰值處，留一定機(jī)械累積公差。本例中，傳感器與檢測(cè)輸入面之間的距離約為 3mm 至 5mm。
VCNL3030X = 1 時(shí)，傳感器與高反射物體之間的距離約為 3mm 至 4mm，可實(shí)現(xiàn) 50µm 分辨率。這樣，每 50um 步進(jìn)量程至少可以提供 200 到 400 個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)作為輸出值。這對(duì)于可靠檢測(cè)來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余了，并且可以適應(yīng)環(huán)境影響，如溫度波動(dòng)、材料變化或老化。
這款傳感器可用于各種高可靠性應(yīng)用，包括汽車電子控制面板、家居自動(dòng)化、嚴(yán)苛環(huán)境，以及增加靜電放電的密閉空間。傳感器可安裝在緊湊結(jié)構(gòu)中，并獨(dú)立于控制面板材料，因此也可以用于各種惡劣環(huán)境，如噴水環(huán)境。
作者：Reinhard Schaar
Reinhard Schaar 現(xiàn)任 Vishay 光電傳感器部門應(yīng)用工程經(jīng)理。此前，他曾先后在 Micronas 和 Freiburg 任職。
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