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(chǎng)測(cè)量功效的應(yīng)用

如今，工程師不必進(jìn)行實(shí)際接觸便可以利用電場(chǎng)來(lái)探測(cè)是否有其他物體出現(xiàn)。這種電場(chǎng)傳感器或者電容傳感器越來(lái)越流行，成為廉價(jià)而又耐用的傳感技術(shù)。許多行業(yè)和消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品都使用了電容傳感器，例如計(jì)算機(jī)外設(shè)、病人監(jiān)控設(shè)備、冰箱霜凍傳感器、銷(xiāo)售終端以及車(chē)庫(kù)大門(mén)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(kāi)發(fā)觸摸板時(shí)，有三點(diǎn)是必須要考慮的：觸摸電極設(shè)計(jì)和布板；面板表面不同的絕緣材料；各種環(huán)境條件下對(duì)電場(chǎng)測(cè)量的影響。

電容傳感器還可以用于液面?zhèn)鞲?。例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)將電極棒垂直放入水中，形成一個(gè)縱向電容，利用電場(chǎng)傳感來(lái)測(cè)量液面。沒(méi)有液體時(shí)只有一個(gè)電容，當(dāng)裝入水后，電容被分成了兩部分：一個(gè)填充了空氣(介電常數(shù)為1)，另一個(gè)填充了水(介電常數(shù)為80)。通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，就可以確定液面高度。然而，在洗衣機(jī)等應(yīng)用中，水中加入洗滌劑以及有其他雜質(zhì)時(shí)，這一系統(tǒng)不能補(bǔ)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(gè)薄片，彼此重疊。當(dāng)液面上升時(shí)，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(duì)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(chǎng)傳感技術(shù)還常用于探測(cè)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(gè)電極是導(dǎo)電電極的一端，另一個(gè)電極則在被測(cè)物體上。

由于距離和容值相互對(duì)應(yīng)，這類(lèi)傳感器適用于高精度接近測(cè)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(cè)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(dòng)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(jìn)行布局。

設(shè)計(jì)工程師有許多可以用來(lái)完成使用接口的選項(xiàng)，范圍從只是將機(jī)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(gè)輸出位置的游戲把手，或是能夠提128個(gè)輸出位置的滾輪來(lái)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(gè)電容輸入接腳以及12個(gè)轉(zhuǎn)換通道。AD7143有8個(gè)電容輸入接腳以及8個(gè)轉(zhuǎn)換通道。可以采用任意數(shù)量的傳感器加以組合，以最多不能超過(guò)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(huì)采用依序循環(huán)(round-robin)的方式依序進(jìn)行量測(cè)。所有的傳感器可以在36ms內(nèi)完成量測(cè)，因此幾乎就是同時(shí)對(duì)每個(gè)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行偵測(cè)——極快速的使用者能夠在40ms內(nèi)執(zhí)行一個(gè)觸發(fā)或是關(guān)閉傳感器的動(dòng)作。

5、結(jié)束語(yǔ)

在人機(jī)界面的應(yīng)用上，電容傳感器與電容式開(kāi)關(guān)及電容感應(yīng)是一項(xiàng)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(fèi)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(jì)，使用標(biāo)準(zhǔn)的PCB生產(chǎn)技術(shù)，并且比機(jī)械式開(kāi)關(guān)更加的可靠，并成為可以符合設(shè)計(jì)需要的高效能接口。