北京時間11月30日消息，中國觸摸屏網訊，各種不同的壓力傳感技術已經存在了數十年，但是蘋果公司決定在iPhone顯示屏、Watch、Magic Trackpad以及最新的MacBook電腦中引入壓力觸控技術，這的確提高了它的知名度。

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智能手機和觸控板僅僅是冰山一角：壓力傳感技術目前已經非常成熟，可以用來改進我們與家用電器、醫療和工業領域等一系列設備的互動。

除了與智能手機或筆記本電腦采用簡單的點擊互動（每個互動只是“開”或 “關”）外，我們現在還可以根據不同的按壓力度采用不同的方式進行控制。壓力傳感技術能夠使設備制造商和軟件開發人員為用戶創造一種更自然、更直觀和身臨其境的用戶體驗。但是與集成的電容式傳感技術或傳統按鈕相比截然不同的是，壓力傳感器提供非線性模擬輸出，因而至關重要的是，要有適當的工具使壓力傳感方案的設計和大規模高質量生產能夠像現在的技術一樣簡單可靠。

在本文中，我們將分析這些新興的應用案例，并解釋，特別是在中端和高端應用中，壓力傳感器在滿足所需性能要求時所必須具備的特性。之后，我們將展示傳感器制造商Peratech如何開發出一種開創性的數據主導測試系統，以確保傳感器達到客戶所需的性能指標并能達到其預期。

壓力觸摸傳感器如何改變我們與日常機器的互動

除了顯示屏外，手機和平板電腦制造商還可以通過將壓力傳感器集成到這些設備的其他部分，如主頁按鈕、電源按鈕或音量控制等等。一些制造商正在設備的側面或后部增加一個壓力敏感區域，通過不再使用手指從而可以避免遮掩住顯示屏的部分區域，這樣就提供了額外的交互方式。其中壓力傳感能夠提供的一個最基本的改進例子是，不必反復抬起手指離開按鈕就可以輕松地重復多次按下按鈕，這對于單手音量控制是一個非常有用的功能。

圖1：在智能手機或平板電腦的側面或背面增加壓力傳感器可以創建全新的設備互動方式，而不會遮擋屏幕。

個人電腦制造商正在探索如何將壓力傳感器集成到鍵盤等硬件的其他部分。這里想象一下，輕按鍵盤上的箭頭鍵逐字母地移動光標，而加大按壓的力度則可以用來跳過一個單詞。這樣，通過一個刻意的、直觀的按壓，而不是通過按的次數，來確定在同一個按鈕上兩個不同的動作。
 

 

在幾乎所用的應用中壓力傳感器都可以代替機械開關，因為模擬控制可以提供更直接用戶體驗。超薄且高耐用性壓力傳感器的使用可以節省空間，延長使用壽命，并降低傳統按鈕系統的總體成本。

基于力度的控制和傳感器的一些其他潛在應用包括：可變速電動工具或電器、健身設備、家庭自動化、自動控制、生物識別特征、工業以及機器人系統等等。

壓力觸控傳感器的主要特征

正如上述這些應用所展示的，壓力傳感器的用途多種多樣，但都具有共同的要求。

首先的要求是傳感器要適合目標應用。如果傳感器性能指標達不到要求，您的最終產品的性能將受到影響。而如果性能指標要求過高，會在成本、復雜性和潛在的質量方面形成不必要的挑戰。例如，傳感器的精確度可以根據施加的力量而變化，您需要了解您正在使用的傳感器模塊在所標定的力度使用范圍內提供的所需精度。如果一個傳感器受到的最大力度是100g，那么知道它在1kg的壓力時最多能提供10g變化度的價值就不大了。如果從10g到100g的感測精度變化對您的應用很重要，那么這個指標就是您的傳感器應該滿足測量的對象。這個要求的另一方面就是，傳感器指標必須能夠直接而準確地與期望的性能相匹配，否則您就有可能在精確地測量一些與實際產品性能無關的東西。

與上述問題密切相關的第二個基本要求是，指標性能必須可預測而且可靠。如果您要將力度傳感器集成到您的產品，在每次使用時，每個產品都能按預期實現所需的性能，對此您都需要有絕對的信心。如果傳感器需要在產品中起到至關重要的安全作用，這種高可靠性就顯得尤為重要。從技術角度來看，這意味著傳感器輸出必須在具體力度范圍內精確到特定的誤差范圍。

與面向大眾市場的其它電子組件一樣，傳感器的最后一個基本要求是能夠根據需要進行量產，同時達到我們已經討論過的質量保證。這意味著所采用的測試技術不僅要準確和適用，而且要操作簡單、快速，并且可擴展。所有這些都需要在一個具有高性價比的測試設備中體現出來。

增強對力度傳感器的信心

包括上面強調的智能手機和高級筆記本電腦在內，對于需要中等或高精度的設備而言，制造商在將力度傳感器集成到設備時，要具有對傳感器的絕對信心，而達此目的唯一方法是進行智能的和全面的測試。

當您需要每個產品都能夠滿足事先要求的質量時，僅僅測試一個來自生產線的樣品并不能給予足夠的信心。同樣，除非某個力點與您的應用完全匹配，僅僅在一個力點上測試傳感器也沒有太大的意義。

因此，您需要了解每個傳感器都需要在合適的力度下工作，這通常意味著即使傳感器廠商已經對產品進行了測試，設備制造商也必須自己進行耗時且昂貴的測試，以確保他們選擇的傳感器是合適的。

為了減少客戶進行這種不必要和昂貴的測試，Peratech開發了一種嚴格的下一代產品測試和分析技術，能夠準確地表征傳感器模塊是否適合具體的應用，并可在傳感器離開生產線后對其進行有效地評估。

下一代傳感器測試：增強客戶的信心

通過結合National Instruments（NI）公司提供的同類最佳測試硬件和軟件，并采用基于云端和商業智能/分析工具的定制數據基礎架構，Peratech設計并開發了一個全新且安全的自動化測試和監控系統，可以應用于制造傳感器的任何設施。
 

圖3：該測試裝置能夠自動地捕獲每條生產線上的測試數據，將其存儲在云端，并可用于進一步分析

該測試系統采用National Instruments設備和LabVIEW軟件，能夠自動測試從生產線下線的每一個傳感器，在不到5秒的時間內便可完成針對一個傳感器在不同力點的測試，每秒鐘可收集多達50,000個數據點，以產生完整的力阻（force-resistance）曲線。 因此，除了能夠確保每個傳感器的質量，Peratech還能夠可靠地向客戶展示其傳感器如何在各種具體應用中的不同力度范圍內工作。

圖4：該完整的力-阻曲線顯示，一個傳感器如何在不同的力度下工作

得益于采用了高度自動化技術，每個產品的生產成本只需增加幾分錢即可實現這種高水平的保證和測試。

由數據主導的決定

測試數據經過處理之后可以安全地存儲在云端，由此可以在世界的任何地方近乎實時地進行分析。這使得Peratech能夠在幾分鐘內而不是幾天的時間內識別和解決問題，并提供即時和持續的質量水平保證。

對于客戶而言，這種嚴格的工廠測試及其所產生的分析結果可以減少甚至消除客戶自己為尋找合適的傳感器而進行的試錯（trial-and-error）測試，它還可以大大減少進貨檢驗和最終產品檢測時間。如果出現不可預見的產品問題，該系統將能夠提供產品的可追溯性，從而實現快速取證和解決問題。因此，Peratech的傳感解決方案不僅能夠實現下一代人機接口（HMI）產品應用， Peratech的產品保證和可追溯性解決方案還能夠更快地以更低成本、更高質量實現從概念開發到批量生產，從而降低風險和不確定性。

針對批量生產的規模經濟效應

除了這些優勢之外，Peratech測試系統還可以針對小量到批量生產而進行擴展，同時保持相同水平的嚴謹度。通過National Instruments工廠測試裝置的模塊化和易擴展性、LabVIEW提供的高度自動化、以及云端能夠經濟地存儲數據的巨大容量，可以實現這種可擴展的測試。

圖5：測試臺

信息更新以及加快新產品開發

除了提供商用產品的質量保證之外，Peratech還可以通過分析大量的測試數據，提供新標準和定制傳感器等方面的進展信息。

Peratech可以使用多種數據可視化工具來分析數據，更快地完成實驗，并將資源更多地集中在分析和建議，從而通過采用最佳材料，以多種定制化的形狀和尺寸大小，實現更加一致的傳感器性能。

此外，測試系統不需要復雜的低級編碼，即可以進行快速修改以測試新的產品設計。因而，準備新傳感器的測試只需要幾周時間，而不是數月。

所有這一切都表明，對于那些想要為自己產品定制傳感器的客戶，他們可以通過比以前快得多的速度得到新的組件，同時傳感器的質量和適用性也能夠得到有效保證。

結論

從廚房攪拌機到智能手機，從醫療設備到工業設備，Peratech的力度觸控傳感器將能夠改變并加強我們與機器的互動方式。這些應用要求傳感器不僅要具有可預測的性能表現，在其特定的應用案例中要達到所需的精度，而且還要為產品設計人員和制造商提供一種絕對的信心：這些力度傳感器將按要求完好地運行。

實現上述兩個目的需要將傳感器在投放市場之前必須經過特性表征和全面測試。傳統上，這通常需要設備制造商自己進行大量昂貴和耗時測試，而且這些測試往往并不能使傳感器的性能與產品性能要求完全匹配。

為了從根本上改進模塊和產品測試，Peratech開發了一種自動化、可擴展和數據主導的測試方法，能夠確保生產的每一個傳感器在多個力點都經過嚴格的測試，以便準確地滿足客戶的產品應用需求。Peratech的智能化測試系統使設備制造商能夠根據自己的需求選擇正確的傳感器，并使他們確信所購買的每個傳感器模塊都能夠按照需要完好地運行。

作者：Peratech公司信號處理和分析工程師Tim Wiles博士