電容傳感器與相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用

3、電容傳感器電場測量功效的應(yīng)用

如今，工程師不必進行實際接觸便可以利用電場來探測是否有其他物體出現(xiàn)。這種電場傳感器或者電容傳感器越來越流行，成為廉價而又耐用的傳感技術(shù)。許多行業(yè)和消費類產(chǎn)品都使用了電容傳感器，例如計算機外設(shè)、病人監(jiān)控設(shè)備、冰箱霜凍傳感器、銷售終端以及車庫大門安全傳感器等。最流行最直接的應(yīng)用是觸摸屏和觸摸板。在開發(fā)觸摸板時，有三點是必須要考慮的：觸摸電極設(shè)計和布板；面板表面不同的絕緣材料；各種環(huán)境條件下對電場測量的影響。

電容傳感器還可以用于液面?zhèn)鞲?。例如，一個簡單的設(shè)計將電極棒垂直放入水中，形成一個縱向電容，利用電場傳感來測量液面。沒有液體時只有一個電容，當(dāng)裝入水后，電容被分成了兩部分：一個填充了空氣(介電常數(shù)為1)，另一個填充了水(介電常數(shù)為80)。通過簡單的計算，就可以確定液面高度。然而，在洗衣機等應(yīng)用中，水中加入洗滌劑以及有其他雜質(zhì)時，這一系統(tǒng)不能補償不同介質(zhì)特性的影響，影響了精度。

更復(fù)雜的電容系統(tǒng)使用坡度電極；它采用厚度變化相同的兩個薄片，彼此重疊。當(dāng)液面上升時，電極的不同區(qū)域和水“接觸”，從中可以提取出一定的比例。這一比例直接反映了液面變化，而區(qū)域的絕對值提供了介電常數(shù)信息，可以估算水中的肥皂等其他雜質(zhì)。

電場傳感技術(shù)還常用于探測物體的靠近程度。電容模型方程(圖5(a))表明電容值和電容電極之間的距離(1/d)成反比。在典型應(yīng)用中，電容的一個電極是導(dǎo)電電極的一端，另一個電極則在被測物體上。

由于距離和容值相互對應(yīng)，這類傳感器適用于高精度接近測量(圖5(b))。在一般室內(nèi)環(huán)境中，F(xiàn)reescale的MC34940使用1平方英尺的電極可以探測距離1 2英寸之外的手。這一技術(shù)還可以用于接觸控制、安全和安防以及接近喚醒等方面。

4、電容傳感器如何應(yīng)用

傳感器的走線可以是任何尺寸、任何形式、以及任意數(shù)量的。按鈕、滾輪、卷動軸、游戲把手、以及觸控板的型態(tài)都可以走線方式在傳感器PCB上進行布局。

設(shè)計工程師有許多可以用來完成使用接口的選項，范圍從只是將機械按鈕換成電容按鈕傳感器，到完全不使用按鈕．而改以具有八個輸出位置的游戲把手，或是能夠提128個輸出位置的滾輪來代替。

單一傳感器組件所能完成的傳感器數(shù)量，必須視所需傳感器的型態(tài)而定。以AD7142為例，它具有14個電容輸入接腳以及12個轉(zhuǎn)換通道。AD7143有8個電容輸入接腳以及8個轉(zhuǎn)換通道?？梢圆捎萌我鈹?shù)量的傳感器加以組合，以最多不能超過可使用的輸入以及通道數(shù)量為限。

在所有相連的傳感器上，會采用依序循環(huán)(round-robin)的方式依序進行量測。所有的傳感器可以在36ms內(nèi)完成量測，因此幾乎就是同時對每個傳感器的狀態(tài)進行偵測——極快速的使用者能夠在40ms內(nèi)執(zhí)行一個觸發(fā)或是關(guān)閉傳感器的動作。

5、結(jié)束語

在人機界面的應(yīng)用上，電容傳感器與電容式開關(guān)及電容感應(yīng)是一項新崛起的技術(shù)，并且很快的在廣泛而不同的產(chǎn)品與組件上成為受到歡迎的技術(shù)。電容傳感器可使得各種可攜式與消費性產(chǎn)品具有創(chuàng)新而且易于使用的接口。它們易于設(shè)計，使用標(biāo)準(zhǔn)的PCB生產(chǎn)技術(shù)，并且比機械式開關(guān)更加的可靠，并成為可以符合設(shè)計需要的高效能接口。