触摸传感器|工作式,电容式和电阻式

在本教程中,我们将学习触摸传感器。今天,几乎所有的用户界面都是基于触摸。应用的范围是不可计数的,一些重要的是手机,平板电脑,笔记本电脑,汽车,电梯,自动取款机,相机等。触摸传感器是现代触摸屏应用的重要组成部分。

介绍

触觉是许多动物和一些植物的重要感官通道。当我们的手碰到东西时,我们的感官会告诉我们。计算机输入设备对人类的接触漠不关心,因为在进行、保持或中断像触摸或释放这样的身体接触时,软件没有反应。

因此,触摸感测输入设备为新颖的交互技术提供了许多可能性。触摸传感器技术正在慢慢取代鼠标和键盘等机械对象。

触摸传感器无需依赖身体接触就能检测到接触或接近。触摸传感器正在进入许多应用领域,如手机、遥控器、控制面板等。现在的触摸传感器可以取代机械按钮和开关。

带有简单旋转滑块、触摸板和旋转轮的触摸传感器为更直观的用户界面提供了显著优势。无需移动部件,触摸传感器使用更方便、更可靠。触摸传感器的使用为系统设计者提供了很大的自由度,并有助于降低系统的总体成本。系统的整体外观可以更吸引人,更现代。

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工作原理

触摸传感器也叫触觉传感器,对触摸、力或压力都很敏感。它们是最简单和有用的传感器之一。触摸传感器的工作原理类似于一个简单的开关。

当与触摸传感器表面有接触时,传感器内部的电路是闭合的,并有电流流动。当触点释放时,电路断开,没有电流流过。

触摸传感器工作的图示如下所示。

1.触摸传感器的工作

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电容式触摸感应器

电容式触摸传感器广泛用于移动电话和MP3播放器等大多数便携式设备中。即使在家用电器,汽车和工业应用中也可以找到电容式触摸传感器。这种发展的原因是耐用性,稳健性,有吸引力的产品设计和成本。

触摸传感器与机械设备不同,不包含移动部件。因此,它们比机械输入装置更耐用。触摸传感器是强大的,因为没有开口湿度和灰尘进入。

电容式触摸传感器的原理如下所述。

电容器最简单的形式是由由绝缘体隔开的两个导体制成的。金属板可以看作是导体。电容公式如下所示。

C =ε.0R.* A / d

在哪里

ε.0是自由空间的介电常数吗

ε.R.是相对介电常数还是介电常数

A是平板的面积,d是平板之间的距离。

电容与面积成正比,与距离成反比。

在电容式触摸传感器中,电极表示电容器的一个板。第二板由两个物体表示:一个是传感器电极的环境,其形成寄生电容器C.0而另一个是像人类手指一样形成触摸电容C的导电物体T

传感器电极连接到测量电路,并定期测量电容。如果导电物体接触或接近传感器电极,输出电容将增加。测量电路将检测电容的变化,并将其转换为触发信号。

电容式触摸传感器的工作原理如下图所示。

电容式触摸传感器原理

图片资源链接:www.fujitsu.com/downloads/MICRO/fme/articles/fujitsu-whitepaper-capacitive-touch-sensors.pdf

如果传感器电极的面积更大并且覆盖材料的厚度较小,则触摸电容C.T也大了。因此,触摸垫与非接触传感器垫之间的电容差异也很大。这意味着传感器电极和覆盖材料的尺寸会影响传感器的灵敏度。

电容的测量在许多应用中,如测量距离、压力、加速度等。电容式触摸传感器是另一个应用领域。测量电容的方法有很多种。其中包括幅度调制、频率调制、时延测量、占空比等。

在电容式触摸传感器的情况下,导电材料的存在足以触发负载,而不需要任何力量。因此,在电容式触摸传感器的情况下,错误或意外触发的风险更高。这个问题更多的是在存在水分或水,这是一个好导体。

在触摸传感器中,电容的测量方法要求在传感板附近有一个参考面。在电容式触摸传感器中,手指跳闸在传感电极和参考平面之间形成电容。人体皮肤油脂或汗液可能会引起错误的触发。

为了区分有意的触摸和错误的触摸,使用了额外的感应板或软件算法。最好的解决办法是去掉基准接地电极。

有两种类型的电容式触摸传感器:表面电容感应和投影电容感应。

在表面电容传感中,绝缘体在其表面一侧施加导电涂层。在该导电涂层之上,施加一层薄的绝缘体。电流施加到导电涂层的所有拐角。

当像人的手指这样的外部导体接触到表面时,它们之间就会形成电容,并从两个角吸收更多的电流。测量每个角落的电流,它们的比例将决定触摸在表面上的位置。

在投影电容式感测中,整个表面不充电,但是导电材料的X-Y网格放置在两个绝缘材料之间。电网通常由PCB或玻璃氧化铟锡上的铜或金制成。IC用于充电和监控网格。

当通过从网格上的区域的外部导电物体被外部导电物体拉动电荷时,IC计算手指在触摸表面上的位置。触摸传感器,由投影电容技术制成,可用于感知不触摸其表面的手指。它们充当接近接近传感器。

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电阻式触控传感器

电阻触摸传感器用于比电容解决方案更长的时间,因为它们是简单的控制电路。电阻式触摸传感器不依赖于电容的电特性。因此,电阻式触摸传感器可以容纳像触控笔和手套的非导电材料。

与测量电容的电容式触摸传感器相比,电阻触摸传感器感测表面上的压力。

电阻式触摸传感器由两个由小间隔点隔开的导电层组成。底层由玻璃或薄膜组成,顶层由薄膜组成。该导电材料表面涂有金属薄膜,一般为铟锡氧化物,性质透明。在导体表面施加电压。

当任何探头,如手指、触笔、笔等,被用来对传感器的顶部薄膜施加压力时,它激活传感器。当施加足够的压力时,顶部薄膜向内弯曲,与底部薄膜接触。这导致了电压下降和接触点在X - Y方向上创建一个分压器网络。

该电压和电压的变化由控制器检测,并计算基于触摸的X-Y坐标施加压力的触摸的位置。

电阻式触摸传感器的功能可以用下图解释。

3.电阻式触摸传感器工作

在电阻式触摸传感器的工作中,接触电极的物体的电阻将会进入画面。例如,当手指接触表面时,手指的小电阻允许一些电流通过它,完成一个电路。晶体管起开关的作用。电阻Rp是用来保护晶体管免受任何可能的电极短路。电阻Rb用于在电路开路时保持基极在地,即没有指。

当两个电极接触时,小电流流过手指,晶体管开关ON,因此负载成为活动。

简单的电阻式触敏电路如下所示。

4.电阻式触控传感器

它由两个电极组成,两个晶体管连接在达林顿配置,电阻器和LED中。当手指放置在电极上时,电路是完整的,并且发生电流放大。电阻用于将电流的量限制为LED。

电阻式触摸传感器有三种:四线式、五线式和八线式。

4 - 线电阻触摸传感器最具成本效益。5 - 线电阻触摸传感器最耐用。它们类似于4线传感器,除了这种类型的所有电极都在底层上。5 - 线传感器中的顶层充当电压测量探头。由于这种类型的结构,5线电阻触摸传感器允许较高的致动。

在8线电阻触摸传感器中,传感器的每个边缘提供传感线。这些传感线用作触摸控制器的稳定电压梯度。这些感测线向控制器报告触摸区域的实际基线电压电平。它们是最准确的电阻触摸传感器类型。

像手指,触笔,笔,手套手套等的任何物体都用于在电阻触摸传感器上施加压力,它们主要用于恶劣环境。但电阻触摸传感器的响应时间小于电容式触摸传感器。因此,电容式触摸传感器正在慢慢替换它们。

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2回复

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