本ben文wen介jie紹shao了le一yi種zhong多duo按an鈕niu拉la絲si鋁lv麵mian板ban的de設she計ji實shi例li
，該gai麵mian板ban常chang見jian於yu家jia用yong電dian器qi和he消xiao費fei類lei電dian子zi產chan品pin。這zhe種zhong方fang法fa也ye可ke以yi應ying用yong於yu其qi他ta材cai料liao，如ru不bu鏽xiu鋼gang或huo金jin屬shu合he金jin。它ta提ti供gong有you關guan機ji械xie係xi統tong和he傳感器設計的指導，並包含完整係統示例的測量性能結果。

  

用於觸摸金屬按鈕的電感式傳感技術  

 

電感式傳感技術能夠根據交流（AC）磁場的變化測量與金屬的接近程度。在電感器中流動的AC電流產生垂直於電流的AC磁場。LDC測量當導電目標進入傳感器的AC磁場附近時產生的感應線圈的電感偏移。測量的電感偏移可用於在目標接近傳感器線圈時精確定位目標。

 

 在感應式ToM係統（圖1）中，傳感器線圈位於每個按鈕下方。金屬表麵上的輕壓會導致微米的暫時偏轉。雖然無法看到或感覺到這種變化（除了故意提供的觸覺反饋）
，但高分辨率LDC很容易檢測到。然後，該事件被解釋為微控製器按下係統中的按鈕。

 

圖1：觸摸金屬實現的係統框圖

 

係統要求  

 

出於本討論的目的，示例家用電器具有帶有兩個相鄰按鈕的ToM控製麵板，每個按鈕的直徑為20mm

，間隔26mm（中心到中心）。麵板表麵是一個0.8毫米厚的扁平鋁板
，每個按鈕下方銑削至0.25毫米厚。音頻子係統需要聲音反饋，該子係統已經存在於係統中
，以便在按下按鈕時向用戶指示。

 為了在設計電感式傳感技術係統時獲得最佳結果
，需要考慮以下三種設計類別：

 

1.機械係統設計

 

了解影響係統響應的關鍵因素，例如按鈕的數量，大小和布置，以及傳感器間距和安裝技術的最佳目標。

 

2.傳感器設計係統的

 

最佳傳感器設計實踐和適當的線圈幾何形狀確保LDC可以檢測微觀金屬偏轉。

 

3.軟件算法和用戶反饋

 

數據處理和檢測算法用於確定按下按鈕的時間和力度。

 

機械係統設計

 

圖2顯示了此示例應用程序中的兩個相鄰按鈕。

 

圖2：使用相鄰按鈕

 

當輕微力施加到按鈕A時，金屬片在按鈕A處局部地朝向印刷電路板（PCB）傳感器偏轉。由按鈕按壓引起的偏轉量應足夠大，以引起LC傳感器中的顯著頻率偏移，其可由LDC檢(jian)測(ce)並(bing)由(you)算(suan)法(fa)處(chu)理(li)。諸(zhu)如(ru)相(xiang)鄰(lin)按(an)鈕(niu)偏(pian)轉(zhuan)或(huo)其(qi)他(ta)環(huan)境(jing)噪(zao)聲(sheng)之(zhi)類(lei)的(de)潛(qian)在(zai)誤(wu)差(cha)源(yuan)可(ke)掩(yan)蓋(gai)所(suo)需(xu)的(de)響(xiang)應(ying)。因(yin)此(ci)，按(an)鈕(niu)檢(jian)測(ce)事(shi)件(jian)的(de)所(suo)需(xu)偏(pian)轉(zhuan)量(liang)應(ying)該(gai)產(chan)生(sheng)比(bi)係(xi)統(tong)噪(zao)聲(sheng)大(da)10倍的響應，以確保檢測算法的餘量。例如，如果係統噪聲顯示為±0.5μm移動，則按鈕需要移動至少5μm才能輕鬆檢測到。

 

有許多因素會影響按鈕按壓產生的金屬偏轉量，例如金屬材料和厚度。通過良好的係統設計，典型按鈕的金屬偏轉約為20-50μm。

  

1.設計自然按鈕力  

 

提供內置觸覺反饋的典型機械按鈕，例如消費電子產品或家用電器中的觸覺反饋
，需要2 N到5 N的力。對於非移動部件的按鈕，消費者自然期望0.5N和2N之間的較小力。為了確定在施加期望的力時金屬板變形多少，需要考慮金屬成分，厚度和按鈕結構。

 與使用較厚的板材相比，使用更薄的金屬板可在給定的力下產生更大的變形（圖3）。例如，需要0.2N的力使0.25mm厚的鋁板暫時變形5μm。0.5mm板厚所需的等效力為1.5N。

 

圖3：Al-6061-T6示例板的力與平均偏差

 

材cai料liao選xuan擇ze可ke以yi顯xian著zhe影ying響xiang實shi現xian適shi當dang偏pian轉zhuan量liang所suo需xu的de力li的de大da小xiao
，即ji使shi兩liang種zhong材cai料liao的de金jin屬shu厚hou度du相xiang同tong。不bu同tong的de材cai料liao可ke以yi通tong過guo它ta們men的de楊yang氏shi模mo量liang進jin行xing比bi較jiao，楊yang氏shi模mo量liang是shi金jin屬shu彈dan性xing的de量liang度du
，以yi帕pa斯si卡ka（Pa）為單位測量。具有較低楊氏模量的材料通常更靈活。鋁（AL6061-T6）的楊氏模量為68.9 GPa，而不鏽鋼（SS304）的楊氏模量較高，為203 GPa，這使其柔韌性比鋁低三倍。鋁是電感式傳感的理想材料選擇，因為它既靈活又可在電感式線圈上產生高電感變化。諸如SS304的材料提供了穩健的結果
，但是對於給定的偏轉可能需要更大的力。

 

SS304具有203 GPadejiaogaoyangshimoliang，zheshiqirourenxingbilvdisanbei。lvshidianganshichuangandelixiangcailiaoxuanze，yinweitajilinghuoyoukezaidianganshixianquanshangchanshenggaodianganbianhua。cailiaoruSS304提供穩健的結果，但對於給定的偏轉可能需要更大的力。兩種材料之間給定壓力量的偏差差異如下所示圖4。

 

圖4：不同材料的力與平均偏差

 

通常
，需要更大的偏轉
，因為它為LDC傳感器提供了更大的電感偏移。

  

2.目標距離  

 

傳chuan感gan器qi和he金jin屬shu之zhi間jian的de標biao稱cheng距ju離li在zai用yong戶hu必bi須xu按an壓ya以yi產chan生sheng明ming顯xian的de電dian感gan偏pian移yi的de難nan度du方fang麵mian起qi著zhe重zhong要yao作zuo用yong。隨sui著zhe金jin屬shu靶ba接jie近jin傳chuan感gan器qi，電dian感gan偏pian移yi量liang迅xun速su增zeng加jia。因yin此ci
，最zui佳jia目mu標biao距ju離li是shi傳chuan感gan器qi靈ling敏min度du處chu於yu峰feng值zhi的de位wei置zhi，但dan仍reng具ju有you偏pian轉zhuan空kong間jian。為wei了le考kao慮lv製zhi造zao公gong差cha並bing確que保bao仍reng有you金jin屬shu偏pian轉zhuan的de空kong間jian，請qing保bao持chi金jin屬shu與yu傳chuan感gan器qi之zhi間jian的de標biao稱cheng間jian距ju大da於yu0.2 mm。可以通過在按鈕下方的金屬中創建凹陷區域來實現這種間距，或者通過在金屬和PCB傳感器之間使用具有切口的小間隔物來允許金屬偏轉。此外，靈敏度迅速下降超過線圈直徑的20％; 因此，圖5）。

 

圖5：最佳目標距離

  

3.機械隔離  

 

當係統中存在多個按鈕時，可能發生不同按鈕之間的不期望的交互。例如，當按下按鈕A時
，鄰接的金屬表麵可能以這樣的方式變形，即在相鄰的按鈕B傳感器上發生大量的移動，並且可能表現為按鈕B的非預期的按鈕按壓。在主動按壓期間
，這些三個原則可以幫助減少相鄰按鈕之間的機械串擾：

 

確保預定按鈕的物理偏轉更大。從電氣角度來看，真正的按鈕按下與不需要的檢測之間的大信噪比（SNR）shijiancezhengqueanniuanxiashijiandezuijiandanfangfa。shiyonggengbodejinshuhuoxuanzejuyoudiyangshimoliangdecailiaokequebaojinshugengrongyibianxingbingqieduixianglinanniudeyingxianggengxiao。liru
，lvbixuduobuxiuganghejingengrouren。

 

增加距離或在相鄰按鈕之間增加凹槽可改善機械隔離。為獲得最佳效果，請將按鈕到按鈕的間距設置為大於一個直徑的線圈。

 

按鈕或結構樞軸點之間的結構支撐可以促使按鈕上的金屬變形更強（圖2）。

 

 

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