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LDCjiancebingyousuanfachuli。zhuruxianglinanniupianzhuanhuoqitahuanjingzaoshengzhileideqianzaiwuchayuankeyangaisuoxudexiangying。yinci
，anniujianceshijiandesuoxupianzhuanliangyinggaichanshengbixitongzaoshengda10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 GPa的(de)較(jiao)高(gao)楊(yang)氏(shi)模(mo)量(liang)，這(zhe)使(shi)其(qi)柔(rou)韌(ren)性(xing)比(bi)鋁(lv)低(di)三(san)倍(bei)。鋁(lv)是(shi)電(dian)感(gan)式(shi)傳(chuan)感(gan)的(de)理(li)想(xiang)材(cai)料(liao)選(xuan)擇(ze)，因(yin)為(wei)它(ta)既(ji)靈(ling)活(huo)又(you)可(ke)在(zai)電(dian)感(gan)式(shi)線(xian)圈(quan)上(shang)產(chan)生(sheng)高(gao)電(dian)感(gan)變(bian)化(hua)。材(cai)料(liao)如(ru)SS304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）是(shi)檢(jian)測(ce)正(zheng)確(que)按(an)鈕(niu)按(an)下(xia)事(shi)件(jian)的(de)最(zui)簡(jian)單(dan)方(fang)法(fa)。使(shi)用(yong)更(geng)薄(bo)的(de)金(jin)屬(shu)或(huo)選(xuan)擇(ze)具(ju)有(you)低(di)楊(yang)氏(shi)模(mo)量(liang)的(de)材(cai)料(liao)可(ke)確(que)保(bao)金(jin)屬(shu)更(geng)容(rong)易(yi)變(bian)形(xing)並(bing)且(qie)對(dui)相(xiang)鄰(lin)按(an)鈕(niu)的(de)影(ying)響(xiang)更(geng)小(xiao)。例(li)如(ru)，鋁(lv)比(bi)許(xu)多(duo)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)合(he)金(jin)更(geng)柔(rou)韌(ren)。

 

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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