Vishay高精度压力感测技术

传统开关和按钮不仅需要精确的定位操作，而且容易弄脏。例如，粘稠的液体或灰尘，在潮湿条件下，会堵塞传统按钮细小的空隙，从而缩短器件使用寿命或限制其功能。在各个总成之间存在额外压差的空调环境下，这个问题更为严重。另一方面，压力反馈解决方案不需要非常精确的工作点，也不需要任何类型的开口或间隙。

键盘等控制设备不一定能够这样识别，或者只有当手接近操作时才能识别。这种情况下，采用压力反馈解决方案可以减少误报，消除不确定性。如果没有定义的压力，则不会触发任何功能。因此，触摸设备只是清洁或除尘时，不会造成功能误触发。

只有定义压力或外力造成控制面板最小程度变形才会执行所需的控制操作。

施加多大压力或控制面板产生多大程度变形，取决于输入设备或控制面板使用的材料，以及系统定义的触发点。

实施方法的选择

压力感测解决方案可使用压力传感器或通过复杂的变形测量来实现。

不过，这两种方法成本都很高，而且十分复杂，需要大量空间，且可靠性不足以防止故障乃至误操作。

各种应用要求解决方案所需空间尽可能小，并且必须能够根据机械条件而变化，特别是传感器到面板的距离，以及这一区域反射信号的强度。

使用 LED 或红外 LED 等光源，以及简单光电晶体管或光电二极管等光接收器的简易解决方案通常无法达到应有的效果，因为这些器件公差太大，分辨率低。特别是检测的最小变形为 100µm，甚至 50µm 的情况下，效果更不理想。此外，如果需要设计灵活性——以使解决方案满足准确距离或精确反射信号的微小变化，以及成品生产过程中面临的公差要求——这种方法会很快表现出其局限性。

采用数字接近传感器

持续改进的小型 Vishay 数字接近传感器可为这一问题提供易于实施、具有可观收益的经济高效解决方案。

Vishay 已在这一领域推出多种接近传感器。所有这些数字传感器均基于反射工作原理，以数字方式测量光量并显示数字值 (计数)。Vishay 最新开发的汽车级 VCNL3030X01，包括接收器和内置红外 LED，整个传感器面积仅为 4 x 2.36 mm2。这款器件经过进一步优化，不含环境光传感器通常使用的滤光片，因为力反馈应用不需要滤光片。

这款传感器不仅接收器灵敏度非常高，而且发射器信号极强，采用 Vishay 光电器件部研发的最新芯片技术。

同时，传感器寄存器具有优异的可变设置选项，可针对所有可能的机械条件进行调整。这是发射器光束强，接收器分辨率高的主要原因。

这种情况下，传感器发射器电流可以最低 2mA 精细调整，发射器脉冲宽度宽，接收器模/数转换器分辨率高达 16 位。

反射式传感器典型距离曲线如下图所示。

所示峰值大约为 1mm 至 3mm，主要由发射器-接收器距离，以及封装中的光学元件决定。峰值右侧计数值明显下降 (大于二次方)。

为实现可能的最高分辨率并获得可靠结果，检测范围应选择接近峰值处，留一定机械累积公差。本例中，传感器与检测输入面之间的距离约为 3mm 至 5mm。

VCNL3030X = 1 时，传感器与高反射物体之间的距离约为 3mm 至 4mm，可实现 50µm 分辨率。这样，每 50um 步进量程至少可以提供 200 到 400 个数字计数作为输出值。这对于可靠检测来说已经绰绰有余了，并且可以适应环境影响，如温度波动、材料变化或老化。

这款传感器可用于各种高可靠性应用，包括汽车电子控制面板、家居自动化、严苛环境，以及增加静电放电的密闭空间。传感器可安装在紧凑结构中，并独立于控制面板材料，因此也可以用于各种恶劣环境，如喷水环境。

作者：Reinhard Schaar

Reinhard Schaar 现任 Vishay 光电传感器部门应用工程经理。此前，他曾先后在 Micronas 和 Freiburg 任职。