【導讀】壓力感測，或壓力觸覺，使用戶能夠以更直觀的方式與設備進行交互，同時擴展一系列輸入功能。壓力感測或壓力反饋，可理解為輸入或控制功能，需要一定的外力即壓力（無論強弱）來觸發(fā)功能。這種方式可用來避免誤報，擴大輸入可能性，例如與菜單選擇相結(jié)合。
傳統(tǒng)開關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，會堵塞傳統(tǒng)按鈕細小的空隙，從而縮短器件使用壽命或限制其功能。在各個總成之間存在額外壓差的空調(diào)環(huán)境下，這個問題更為嚴重。另一方面，壓力反饋解決方案不需要非常精確的工作點，也不需要任何類型的開口或間隙。
鍵盤等控制設備不一定能夠這樣識別，或者只有當手接近操作時才能識別。這種情況下，采用壓力反饋解決方案可以減少誤報，消除不確定性。如果沒有定義的壓力，則不會觸發(fā)任何功能。因此，觸摸設備只是清潔或除塵時，不會造成功能誤觸發(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，取決于輸入設備或控制面板使用的材料，以及系統(tǒng)定義的觸發(fā)點。
實施方法的選擇
壓力感測解決方案可使用壓力傳感器或通過復雜的變形測量來實現(xiàn)。
不過，這兩種方法成本都很高，而且十分復雜，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)域反射信號的強度。
使用 LED 或紅外 LED 等光源，以及簡單光電晶體管或光電二極管等光接收器的簡易解決方案通常無法達到應有的效果，因為這些器件公差太大，分辨率低。特別是檢測的最小變形為 100µm，甚至 50µm 的情況下，效果更不理想。此外，如果需要設計靈活性——以使解決方案滿足準確距離或精確反射信號的微小變化，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)改進的小型 Vishay 數(shù)字接近傳感器可為這一問題提供易于實施、具有可觀收益的經(jīng)濟高效解決方案。
Vishay 已在這一領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)字方式測量光量并顯示數(shù)字值 (計數(shù))。Vishay 最新開發(fā)的汽車級 VCNL3030X01，包括接收器和內(nèi)置紅外 LED，整個傳感器面積僅為 4 x 2.36 mm2。這款器件經(jīng)過進一步優(yōu)化，不含環(huán)境光傳感器通常使用的濾光片，因為力反饋應用不需要濾光片。
這款傳感器不僅接收器靈敏度非常高，而且發(fā)射器信號極強，采用 Vishay 光電器件部研發(fā)的最新芯片技術。
同時，傳感器寄存器具有優(yōu)異的可變設置選項，可針對所有可能的機械條件進行調(diào)整。這是發(fā)射器光束強，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 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，以及封裝中的光學元件決定。峰值右側(cè)計數(shù)值明顯下降 (大于二次方)。
為實現(xiàn)可能的最高分辨率并獲得可靠結(jié)果，檢測范圍應選擇接近峰值處，留一定機械累積公差。本例中，傳感器與檢測輸入面之間的距離約為 3mm 至 5mm。
VCNL3030X = 1 時，傳感器與高反射物體之間的距離約為 3mm 至 4mm，可實現(xiàn) 50µm 分辨率。這樣，每 50um 步進量程至少可以提供 200 到 400 個數(shù)字計數(shù)作為輸出值。這對于可靠檢測來說已經(jīng)綽綽有余了，并且可以適應環(huán)境影響，如溫度波動、材料變化或老化。
這款傳感器可用于各種高可靠性應用，包括汽車電子控制面板、家居自動化、嚴苛環(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)構中，并獨立于控制面板材料，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 光電傳感器部門應用工程經(jīng)理。此前，他曾先后在 Micronas 和 Freiburg 任職。
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