触摸传感器简介|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的。应用的范围是数不胜数的，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。

简介

触觉是许多动物和一些植物的重要感官通道。当我们的手接触到某样东西时，我们的感官会通知我们。计算机输入设备与人类的接触无关，因为软件在进行、维持或中断身体接触(如触摸或释放)时不会做出反应。

因此，触摸感应输入设备为新型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。

触摸传感器不依赖身体接触来检测触摸或接近。触摸传感器正被应用于许多领域，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的优势。触摸传感器使用更方便，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，并有助于降低系统的总体成本。系统的整体外观可以更有吸引力和当代性。

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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。

当与触摸传感器表面接触时，传感器内部电路闭合，有电流流动。当触点被释放时，电路被打开，没有电流流过。

触摸传感器工作的图示表示如下所示。

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电容式触摸感应器

电容式触控传感器广泛应用于手机、MP3等便携式设备中。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，触摸传感器不包含运动部件。因此，它们比机械输入设备更耐用。触摸传感器非常坚固，因为它没有允许湿度和灰尘进入的开口。

电容式触摸传感器的原理解释如下。

电容器的最简单形式是用绝缘体隔开两个导体制成的。金属板可以看作是导体。电容公式如下所示。

C =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是板块之间的距离。

电容与面积成正比，与距离成反比。

在电容式触摸传感器中，所述电极表示电容器的其中一个极板。第二极板用两个物体表示:一是环境中形成寄生电容C的传感器电极₀一是像人的手指一样的导电物体，形成触控电容C_T．

传感器电极连接到测量电路，并定期测量电容。如果一个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，则触摸电容C_T也大了。因此，触摸板与未接触传感器板之间的电容差也很大。这意味着传感器电极和覆盖材料的大小会影响传感器的灵敏度。

电容的测量在测量距离、压力、加速度等方面有着广泛的应用。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、延时测量、占空比等。

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

触控式传感器电容的测量方法需要一个位于传感垫附近的参考平面。在电容式触摸传感器中，手指跳闸形成传感电极和参考平面之间的电容。皮肤油脂或人体汗液可能会引起误触发。

为了区分有意触摸和虚假触摸，使用了额外的传感垫或软件算法。最好的解决办法是去掉参考接地电极。

有两种类型的电容式触摸传感器:表面电容式感知和投影电容式感知。

在表面电容感测中，绝缘体表面的一侧涂有导电涂层。在这个导电涂层的上面，应用了一层薄薄的绝缘体。电流被施加到导电涂层的所有角落。

当像人的手指这样的外部导体与表面接触时，它们之间就会形成电容，并从角落吸收更多的电流。每个角上的电流都被测量，它们的比率将决定触点在表面上的位置。

在投射式电容感测中，整个表面不带电，但导电材料的X - Y栅极被放置在两个绝缘材料之间。网格通常是由铜或金在PCB或铟锡氧化物在玻璃。集成电路用于对电网充电和监控。

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，集成电路计算出手指在触摸面上的位置。由投射式电容技术制成的触摸传感器可以用来感知没有接触到它表面的手指。它们充当近距离传感器。

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电阻式触控传感器

电阻式触摸传感器的使用时间比电容式更长，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性质。因此，电阻式触摸传感器可以适应非导电材料，如触笔和手套包裹的手指。

与电容式触摸传感器测量电容相比，电阻式触摸传感器感知表面压力。

电阻式触摸传感器由两个导电层组成，中间由小的间隔点隔开。底层由玻璃或薄膜组成，顶层由薄膜组成。导电材料涂覆金属薄膜，通常为氧化铟锡，其性质是透明的。在导体表面施加电压。

当任何探头，如手指，手写笔，钢笔等，用于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，顶部薄膜向内弯曲并与底部薄膜接触。这导致了电压下降，接触点在X - Y方向上创建了一个分压器网络。

这个电压和电压的变化被控制器检测到，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面的图来解释。

在电阻式触摸传感器的工作中，接触电极的物体的电阻将被考虑进来。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是用来保护晶体管不受任何可能的电极短路的影响。电阻Rb用于在电路开路(即没有手指)时保持基座在地面上。

当两个电极都接触时，小电流流过手指，晶体管打开，结果负载变得活跃。

一个简单的电阻式触敏电路如下所示。

它由两个电极、两个以达林顿结构连接的晶体管、一个电阻和一个LED组成。当手指放在电极上时，电路就完成了，电流就会放大。电阻器用来限制流向LED的电流。

电阻式触摸传感器有三种类型:4线、5线和8线。

4 -线电阻式触摸传感器是最经济有效的。5 -线电阻式触摸传感器最耐用。它们与四线传感器相似，只是这种类型的所有电极都在底层。在五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驱动器。

在8线电阻式触摸传感器中，传感器的每个边缘都提供一根感应线。这些传感线作为触摸控制器的稳定电压梯度。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，钢笔，戴手套的手指等，都是用来对电阻式触摸传感器施加压力，它们大多用于恶劣的环境。但是电阻式触摸传感器的响应时间比电容式触摸传感器短。因此，电容式触摸传感器正在慢慢取代它们。

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前身-红外传感器