【導讀】壓力感測，或壓力觸覺(jué)，使用戶(hù)能夠以更直觀(guān)的方式與設備進(jìn)行交互，同時(shí)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(wú)論強弱）來(lái)觸發(fā)功能。這種方式可用來(lái)避免誤報，擴大輸入可能性，例如與菜單選擇相結合。
傳統開(kāi)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(gè)總成之間存在額外壓差的空調環(huán)境下，這個(gè)問(wèn)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(diǎn)，也不需要任何類(lèi)型的開(kāi)口或間隙。
鍵盤(pán)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(shí)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(méi)有定義的壓力，則不會(huì )觸發(fā)任何功能。因此，觸摸設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，以及系統定義的觸發(fā)點(diǎn)。
實(shí)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(guò)復雜的變形測量來(lái)實(shí)現。
不過(guò)，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，并且必須能夠根據機械條件而變化，特別是傳感器到面板的距離，以及這一區域反射信號的強度。
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(mǎn)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(guò)程中面臨的公差要求——這種方法會(huì )很快表現出其局限性。
采用數字接近傳感器
持續改進(jìn)的小型 Vishay 數字接近傳感器可為這一問(wèn)題提供易于實(shí)施、具有可觀(guān)收益的經(jīng)濟高效解決方案。
Vishay 已在這一領(lǐng)域推出多種接近傳感器。所有這些數字傳感器均基于反射工作原理，以數字方式測量光量并顯示數字值 (計數)。Vishay 最新開(kāi)發(fā)的汽車(chē)級 VCNL3030X01，包括接收器和內置紅外 LED，整個(gè)傳感器面積僅為 4 x 2.36 mm2。這款器件經(jīng)過(guò)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(shù)。
同時(shí)，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(jìn)行調整。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 精細調整，發(fā)射器脈沖寬度寬，接收器模/數轉換器分辨率高達 16 位。
反射式傳感器典型距離曲線(xiàn)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。峰值右側計數值明顯下降 (大于二次方)。
為實(shí)現可能的最高分辨率并獲得可靠結果，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(shí)，傳感器與高反射物體之間的距離約為 3mm 至 4mm，可實(shí)現 50µm 分辨率。這樣，每 50um 步進(jìn)量程至少可以提供 200 到 400 個(gè)數字計數作為輸出值。這對于可靠檢測來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余了，并且可以適應環(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用，包括汽車(chē)電子控制面板、家居自動(dòng)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 現任 Vishay 光電傳感器部門(mén)應用工程經(jīng)理。此前，他曾先后在 Micronas 和 Freiburg 任職。
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