電容傳感器與相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用

2.1電容檢測(cè)在汽中的應(yīng)用

如今汽車的開關(guān)和按鈕要多得多。不僅數(shù)量眾多．而且還必需能夠很容易地安裝到外形日益多樣化的操縱面之中。另外．它們還需具備成本效益性，以取代密封型開關(guān)。一種熱門的方法是轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎秒娙菔接|摸開關(guān)(CapSense)。由于未采用機(jī)械式部件而且能夠與成形操縱面相吻合，因此CapSense開關(guān)提供了汽車行業(yè)所需要的可靠性和價(jià)位。

*關(guān)于電容式開關(guān)

基于電容感測(cè)的技術(shù)而應(yīng)運(yùn)而生的組件逐漸問世，值此就電容式開關(guān)技術(shù)特征作分析介紹。

電容式開關(guān)基本上就是一個(gè)由兩根相鄰走線形成的電容器(見圖1(a))；根據(jù)物理定律在它們之間存在電容。如果把一個(gè)導(dǎo)體(比如：手指)放置在靠近這些極板的地方，則一個(gè)并聯(lián)電容將與該傳感器相耦合(見圖1(b))。當(dāng)把手放置于電容式傳感器之上時(shí)，電容將增加。拿開手指后，電容將減小。在增加了用于測(cè)量電容變化的電路之后，就可以確定手指的存在與否了。

構(gòu)造一個(gè)電容式開關(guān)需要：一個(gè)電容器和電容測(cè)量電路以及用于把電容值轉(zhuǎn)換成某種開關(guān)狀態(tài)的局部智能。

典型的電容式傳感器具有10pF-30pF的電容值。手指通過(guò)1mm的絕緣透明塑料膜耦合至傳感器的電容通常為1pF-2pF。當(dāng)采用較厚的透明塑料膜時(shí)，耦合電容減小。為了檢測(cè)手指的存在與否．需要設(shè)計(jì)能夠測(cè)量出由手指引起的1％電容變化幅度的電容式觸摸感應(yīng)電路。

弛張振蕩器是一種有效而簡(jiǎn)單的電容測(cè)量電路。典型的弛張振蕩器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示于圖4。該電路由4個(gè)元件組成，一開始．放電開關(guān)處于開路狀態(tài)。當(dāng)該開關(guān)開路時(shí)，全部電流均進(jìn)入傳感器。導(dǎo)致其電壓線性轉(zhuǎn)換。該充電操作持續(xù)進(jìn)行。直至傳感器電壓達(dá)到比較器的門限電平為止。比較器隨后從低電平變換至高電平，導(dǎo)致放電開關(guān)閉合。電容式傳感器通過(guò)該低阻抗路徑迅速放電至地。該過(guò)程將使比較器的輸出從高電平變換至低電平．然后重復(fù)這一循環(huán)。如下面的公式所示，輸出頻率(fout)與充電電流成正比，而與門限電壓和傳感器電容成反比。測(cè)量該頻率．以確定傳感器電容：

當(dāng)充電電流為5μA、比較器門限為1.3V且傳感器電容為30pf時(shí)，輸出頻率為128kHz。測(cè)量輸出頻率花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，獲得的分辨率就越高。頻率分辨率的提高將改善電容測(cè)量的靈敏度。增加測(cè)量時(shí)間將提升測(cè)量電容分辨率。在每種應(yīng)用中，可根據(jù)不同的傳感器尺寸和透明塑料膜厚度來(lái)相應(yīng)地調(diào)整測(cè)量時(shí)間的變化。

*關(guān)于電容式感應(yīng)技術(shù)

電容式感應(yīng)技術(shù)正在迅速成為面板操作和多媒體交互的全新應(yīng)用技術(shù)，其耐用性和降低BOM成本方面的優(yōu)勢(shì)，使這種技術(shù)在非接觸式操作界面上得到廣泛的應(yīng)用。如采用PSoC（Programmable System-on-Chip）器件系列片上系統(tǒng)芯片，實(shí)現(xiàn)了非接觸式、穩(wěn)定可靠的電容式感應(yīng)按鍵的設(shè)計(jì)。而1PSoC片上系統(tǒng)PSoC微處理器由處理器內(nèi)核、系統(tǒng)資源、數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)組成。

電容感應(yīng)在感應(yīng)有物體接近而非實(shí)際的觸摸時(shí)，尤為重要。這就是“接近探測(cè)”(proximity detection)的概念。汽車門鎖和門禁控制就是接近探測(cè)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。一旦授權(quán)用戶用手接近車門，車門即可打開或者啟動(dòng)引擎。當(dāng)然，還有很多其他產(chǎn)品功能與接近事件相關(guān)。“接近探測(cè)”的其他應(yīng)用還包括快速喚醒PC外設(shè)。例如，“接近探測(cè)”可集成在無(wú)線鼠標(biāo)或鍵盤中，從而能從休眠狀態(tài)中快速喚醒。通常情況下，無(wú)線設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)動(dòng)作后進(jìn)入休眠狀態(tài)后，再次喚醒就需要在PC主機(jī)和外設(shè)之間重新綁定。應(yīng)用了接近探測(cè)技術(shù)后，在進(jìn)行接觸前即可喚醒無(wú)線外設(shè)，從而可以省去綁定時(shí)間。

2.2電容感應(yīng)在便攜設(shè)備中的應(yīng)用

電容感應(yīng)是利用人體本身的電容或者導(dǎo)電鐵筆來(lái)產(chǎn)生接觸界面，以替代傳統(tǒng)的機(jī)械控制。這一技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)：工業(yè)設(shè)計(jì)差異化、內(nèi)部完全密封防水、界面壽命、允許接近探測(cè)及電容式觸摸屏應(yīng)用。

電容感應(yīng)已經(jīng)獲得了廣泛的工業(yè)支持。由于當(dāng)今的家電更注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)而非功能設(shè)計(jì)，可以預(yù)計(jì)電容感應(yīng)將應(yīng)用于更廣泛的家電控制領(lǐng)域。電冰箱、洗碗機(jī)、灶具等等，都有獨(dú)特的應(yīng)用環(huán)境，向電容感應(yīng)的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。由于感應(yīng)元件是完全密封在沒有運(yùn)動(dòng)部件的表面下面，噴濺在控制面板上的液體不會(huì)損壞系統(tǒng)，并很容易被清除。對(duì)于汽車和白色家電，由于更新速度不像消費(fèi)電子產(chǎn)品那么快，所以對(duì)控制界面的壽命提出了較高的要求。電容感應(yīng)很適合這兩類產(chǎn)品的需要。由于沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，也就沒有了磨損。從第一次到每一次觸摸，電容感應(yīng)都是十分完美的。