導(dǎo)讀：每一種因素都會(huì)影響傳感器被物體接觸時(shí)CDC測(cè)量到的變化幅度。若CDC輸出變化很小，就很難區(qū)分傳感器接觸和傳感器未接觸的情況。本文詳細(xì)說(shuō)明每種因素對(duì)傳感器響應(yīng)的影響，可用作確定傳感器配置尺寸和形式，以及覆蓋材料規(guī)格的指導(dǎo)原則。
影響傳感器響應(yīng)取決于三大因素：
• 傳感器元件的尺寸和類型
• 接觸傳感器的物體尺寸
• 覆蓋材料的厚度和類型
傳感器元件
傳感器元件的尺寸決定了發(fā)射器和接收器之間感應(yīng)電容場(chǎng)的大小。傳感器元件越小，干擾的電容場(chǎng)也越小。如果傳感器元件太小，傳感器受到接觸時(shí)，CDC測(cè)得的電容變化就會(huì)不夠大。
傳感器元件類型也很重要。對(duì)按鈕傳感器而言，只需要開(kāi)/關(guān)或接觸/不接觸這些信息。按鈕能夠承受一些傳感器響應(yīng)的損失，只要能夠確定是否接觸到按鈕。但是，滾動(dòng)條傳感器則必須輸出與滾動(dòng)條長(zhǎng)度相關(guān)的位置數(shù)據(jù)。減少滾動(dòng)條的傳感器響應(yīng)會(huì)減少CDC代碼(用以描述滾動(dòng)條的完整通過(guò)數(shù)據(jù))的數(shù)量，因此會(huì)影響滾動(dòng)條傳感器位置數(shù)據(jù)的分辨率和精度。
接觸傳感器的物體
對(duì)所有應(yīng)用而言，接觸傳感器的物體是接地的手指或手。然而，接觸傳感器的物體尺寸并不固定，手指尺寸因人而異，即使是同一個(gè)人也可能會(huì)用不同的手指來(lái)激活傳感器。消費(fèi)電子器件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮各種手指尺寸，以確保每個(gè)人都能順利操作器件。任何接地物體都能激活A(yù)DI公司的傳感器。本文在數(shù)據(jù)收集實(shí)驗(yàn)中采用接地金屬探頭來(lái)模擬手指，用直徑5 mm、10 mm和15 mm的三種探頭來(lái)模擬不同的手指。
覆蓋材料
必須仔細(xì)檢查覆蓋傳感器的材料屬性。電容場(chǎng)在傳感器PCB上方約4 mm至5 mm，它必須在任何覆蓋材料上方，從而確保傳感器正常工作。材料不能吸收太多的電容場(chǎng)。某些類型的塑料導(dǎo)電性較強(qiáng)，通過(guò)的電容場(chǎng)較多。表1列出了各種塑料聚合物的損耗因數(shù)。損耗因數(shù)是衡量材料損耗程度的指標(biāo)。損耗因數(shù)越低，通過(guò)材料的電容場(chǎng)就越多。
玻璃也是一種合適的覆蓋材料。但是，金屬不能用作覆蓋材料。
在本文中，傳感器PCB的覆蓋材料為厚度0.5 mm至4 mm的ABS。
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按鈕傳感器
按鈕傳感器是最簡(jiǎn)單的傳感器元件。按鈕的形狀可以是圓形、方形或定制形狀。按鈕傳感器可以是5 mm × 5 mm以上的任何尺寸。圖1所示為典型按鈕傳感器設(shè)計(jì)。
圖1 按鈕傳感器
按鈕傳感器響應(yīng)
收集典型按鈕傳感器響應(yīng)數(shù)據(jù)采用10 mm × 10 mm的按鈕傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了模擬用戶的手指，采用了各種尺寸的接地金屬探頭來(lái)激活按鈕。傳感器PCB位于厚度為0.5 mm至4 mm的塑料下方。傳感器響應(yīng)定義為傳感器接觸和未接觸狀態(tài)下CDC輸出代碼的變化。
圖2所示為從CDC測(cè)量到的輸出數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)表明，傳感器響應(yīng)隨塑料厚度的增加而減少。CDC輸出降至500個(gè)碼以下時(shí)，按鈕傳感器的響應(yīng)會(huì)不夠。此時(shí)很難區(qū)分真正的傳感器激勵(lì)和CDC代碼中的噪聲。10 mm按鈕可配合上方大至4 mm的塑料使用。傳感器越小，響應(yīng)越小。對(duì)5 mm的按鈕而言，傳感器響應(yīng)可降至約500個(gè)碼。對(duì)5 mm按鈕而言，建議采用2 mm或以下的覆蓋塑料來(lái)確保傳感器正常工作。
另外值得注意的是探頭尺寸對(duì)傳感器響應(yīng)的影響。較小的探頭只能少量降低接收器上測(cè)得的電容。手指尺寸的影響也是一樣，手指越小，傳感器響應(yīng)也越小。
圖2 按鈕傳感器響應(yīng)
滾動(dòng)條傳感器
滾動(dòng)條傳感器元件適合快速便捷滾動(dòng)菜單或數(shù)據(jù)列表。滾動(dòng)條傳感器的長(zhǎng)寬應(yīng)分別大于25 mm和5 mm，以便獲得足夠響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)功能。推薦最長(zhǎng)約45 mm。圖3所示為典型滾動(dòng)條傳感器設(shè)計(jì)。
圖3 滾動(dòng)條傳感器
滾動(dòng)條傳感器響應(yīng)
滾動(dòng)條有兩種可以測(cè)量的響應(yīng)，即激活響應(yīng)(是否接觸滾動(dòng)條？)和位置數(shù)據(jù)輸出或滾動(dòng)響應(yīng)。本文收集的數(shù)據(jù)采用的滾動(dòng)條寬為12 mm，長(zhǎng)為28 mm。為了模擬用戶的手指，采用各種尺寸的接地金屬探頭來(lái)接觸滾動(dòng)條。傳感器PCB位于厚度為0.5 mm至4 mm的塑料下方。滾動(dòng)條激活和滾動(dòng)條位置響應(yīng)都經(jīng)過(guò)測(cè)量，滾動(dòng)條響應(yīng)定義為傳感器接觸和未接觸狀態(tài)下CDC碼的變化。
圖4所示為從滾動(dòng)條收集到的數(shù)據(jù)，用來(lái)測(cè)量激活水平。這些數(shù)據(jù)清楚表明，塑料越厚，傳感器的響應(yīng)越小。激活測(cè)量結(jié)果顯示何時(shí)接觸到滾動(dòng)條。通過(guò)這種方法，滾動(dòng)條的功能類似于按鈕的開(kāi)/關(guān)功能，允許傳感器響應(yīng)存在一定程度的減少。
圖5顯示了滾動(dòng)條滾動(dòng)時(shí)的響應(yīng)。這再次清楚表明，覆蓋塑料越薄，探頭越大，傳感器響應(yīng)就越好。滾動(dòng)條的滾動(dòng)或位置數(shù)據(jù)響應(yīng)則不能適應(yīng)傳感器響應(yīng)下降。若傳感器響應(yīng)良好，滾動(dòng)條代碼的差異為14000，這意味著滾動(dòng)滾動(dòng)條的長(zhǎng)度時(shí)，代碼變化較大。傳感器響應(yīng)下降時(shí)，滾動(dòng)滾動(dòng)條長(zhǎng)度時(shí)，代碼變化小得多。這會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)條位置數(shù)據(jù)的分辨率或精度較低。
圖4 滾動(dòng)條傳感器激活響應(yīng)
圖5 滾動(dòng)條傳感器位置數(shù)據(jù)響應(yīng)
建議采用以下方法使各種傳感器元件都能實(shí)現(xiàn)最佳響應(yīng)：
• 覆蓋塑料最大厚度應(yīng)為2 mm。這是一條基本指導(dǎo)原則，基于采用ABS材料時(shí)的測(cè)量結(jié)果。其他材料可承受的厚度可能高于或低于這一數(shù)值。由于傳感器尺寸和手指尺寸也會(huì)影響傳感器響應(yīng)，因此可以更改設(shè)計(jì)，以便在2 mm以上的塑料厚度工作。
• 傳感器元件應(yīng)和設(shè)計(jì)允許的尺寸相符。設(shè)計(jì)傳感器元件時(shí)，元件應(yīng)始終滿足該傳感器類型的最小尺寸要求。
• 應(yīng)考慮目標(biāo)市場(chǎng)，以確保傳感器對(duì)該市場(chǎng)中手指尺寸的上下分布都能良好響應(yīng)。設(shè)計(jì)玩具時(shí)，傳感器應(yīng)設(shè)計(jì)成最適合在兒童的平均手指尺寸下工作。
