触摸传感器|工作，电容和电阻

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的。应用的范围是无数的，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中的重要组成部分。

介绍

触觉是许多动物和植物的重要感官通道。当我们的手碰到什么东西时，我们的感官会向我们发出信号。计算机输入设备对人类的接触是漠不关心的，因为在进行、保持或中断接触(如触摸或释放)时，软件都没有反应。

因此，触摸感应输入设备为新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设备。

触摸传感器无需依赖物理接触就能检测到触摸或接近。触摸传感器正在应用于许多领域，如手机、遥控器、控制面板等。现在，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的优势。触摸传感器使用起来更方便、更可靠，无需移动部件。触摸传感器的使用为系统设计者提供了很大的自由度，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

触摸传感器也被称为触觉传感器，对触摸、力量或压力敏感。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。

当与触摸传感器的表面接触时，电路在传感器内部闭合，并有电流流动。当触点松开时，电路断开，没有电流流过。

触摸传感器工作的图示如下所示。

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电容式触摸感应器

电容式触摸传感器广泛应用于大多数便携式设备，如手机和MP3播放器。电容式触摸传感器甚至可以在家用电器、汽车和工业应用中找到。这种发展的原因是耐用性、坚固性、有吸引力的产品设计和成本。

与机械设备不同，触摸传感器不包含活动部件。因此，它们比机械输入设备更耐用。触摸传感器是坚固的，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。

电容器最简单的形式是用绝缘体隔开两个导体。金属板可以看作是导体。电容的公式如下:

C =ε₀*ε_r* A / d

在哪里

ε₀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是板块的面积，d是它们之间的距离。

电容与面积成正比，与距离成反比。

在电容式触摸传感器中，电极代表电容器的一个极板。第二极板由两个物体表示:一是构成寄生电容器C的传感器电极的环境₀另一是类似于人的手指的导电物体，形成触控电容C_T．

传感器电极连接到测量电路，并周期性地测量电容。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。

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较大，覆盖材料的厚度较小，触摸电容C_T也大了。因此，触控板和非触控传感器板的电容差也很大。这意味着传感器电极和覆盖材料的大小将影响传感器的灵敏度。

电容的测量用于许多应用，如确定距离、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。其中包括:调幅、调频、延时测量、占空比等。

对于电容式触摸传感器，导电材料的存在就足以触发负载，而不需要任何力。因此，在电容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有水分或水的情况下，因为水是良导体。

测量触摸传感器电容的方法需要在传感板附近有一个参考平面。在电容式触摸传感器中，一个手指移动形成了感应电极和参考平面之间的电容。人体的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，使用了额外的传感板或软件算法。最好的解决办法是去掉参考接地电极。

电容式触摸传感器有两种类型:表面电容式触摸传感器和投影电容式触摸传感器。

在表面电容传感中，绝缘子表面的一侧涂有导电涂层。在这个导电涂层的顶部，一层薄薄的绝缘体被应用。电流被应用到导电涂层的所有角落。

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，并从边角吸收更多的电流。每个角落的电流被测量，它们的比率将决定触点在表面上的位置。

在投影式电容传感中，整个表面不带电，但在两个绝缘材料之间放置一个X - Y栅格的导电材料。栅格通常是由铜或金在PCB或铟锡氧化物玻璃。用集成电路对电网进行充电和监控。

当电荷被外部导电物体(如手指)从网格上的一个区域拉出时，IC计算手指在触摸表面的位置。由投射电容技术制成的触摸传感器可以用来感知没有触碰手指表面的手指。它们充当近距离传感器。

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电阻式触控传感器

由于电阻式触摸传感器是简单的控制电路，因此比电容式触摸传感器使用的时间更长。电阻式触摸传感器不依赖于电容的电学特性。因此，电阻式触摸传感器可以适应非导电材料，如触控笔和手套包裹的手指。

与测量电容的电容式触摸传感器相比，电阻式触摸传感器感知表面的压力。

电阻式触摸传感器由两个导电层由小间隔点隔开。底层由玻璃或薄膜组成，顶层由薄膜组成。导电材料被涂上金属薄膜，通常是铟锡氧化物，本质上是透明的。在导体表面施加电压。

当任何探头，如手指、手写笔、钢笔等，被用来在传感器的顶部薄膜上施加压力时，就会激活传感器。当施加足够的压力时，顶部薄膜向内弯曲并与底部薄膜接触。这导致电压下降和接触点在X - Y方向上创建一个电压分压器网络。

该电压和电压的变化由控制器检测，并根据触摸的X - Y坐标计算出施加压力的触摸位置。

电阻式触摸传感器的功能可以用下图来解释。

在电阻式触摸传感器的工作过程中，接触电极的物体的电阻会影响到传感器的工作。例如，当手指接触表面时，手指的小电阻允许一些电流流过，完成电路。晶体管起开关的作用。电阻Rp用于保护晶体管免受任何可能的电极短路。电阻器Rb用于在电路开路时保持底座在地，即没有手指。

当两个电极都被接触时，小电流流过手指，晶体管就会打开开关，这样负载就会活跃起来。

一个简单的电阻式触摸敏感电路如下所示。

它由两个电极、两个达林顿配置的晶体管、一个电阻和一个LED组成。当一根手指放在电极上，电路就完成了，电流就会放大。电阻器是用来限制电流的总量的LED。

有三种类型的电阻式触摸传感器:4线，5线和8线。

4线电阻式触摸传感器性价比最高。5 -线阻式触摸传感器最耐用。它们类似于四线传感器，除了所有的电极在这种类型是在底层。在5线传感器的顶层作为一个电压测量探头。由于这种类型的结构，5线电阻式触摸传感器允许更多的动作。

在8线电阻式触摸传感器中，传感器的每个边缘都提供一条传感线。这些传感线为触摸控制器提供稳定的电压梯度。触摸区域的实际基线电压水平由这些传感线报告给控制器。它们是最精确的电阻式触摸传感器。

任何物体，如手指、触控笔、笔、带手套的手指等，都可以用来对电阻式触摸传感器施加压力，它们通常用于恶劣的环境。但电阻式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取代它们。

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前一代红外传感器