導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇電容式傳感器，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

在生產(chǎn)科研活動(dòng)中，經(jīng)常要對(duì)溫度、壓力等非電量進(jìn)行測(cè)量，使得現(xiàn)代傳感器技術(shù)有了飛速的發(fā)展。電容式傳感器的檢測(cè)元件可將被測(cè)非電量變換為電容量，然后通過對(duì)電容值的測(cè)量得到相應(yīng)的非電量的值。由此可見對(duì)電容值進(jìn)行測(cè)量是有實(shí)際意義的。在數(shù)字化測(cè)量技術(shù)中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)電容所測(cè)值進(jìn)行數(shù)字顯示，通常是將被測(cè)電容Cx先轉(zhuǎn)換成與其成正比的直流電壓信號(hào)（稱C/U轉(zhuǎn)換）或時(shí)間信號(hào)（稱C/t轉(zhuǎn)換）。這里介紹一些具體的轉(zhuǎn)換方法，并詳細(xì)討論一個(gè)典型的C/U轉(zhuǎn)換電路。

1、測(cè)量電容的幾種轉(zhuǎn)換方法

⑴ 充電法測(cè)電容

圖1是這種方法的原理圖。集成運(yùn)放反向輸入端所加的基準(zhǔn)電壓Ur經(jīng)電阻R對(duì)被測(cè)電容Cx進(jìn)行充電，當(dāng)輸出電壓Uo達(dá)到預(yù)先設(shè)定的額定值時(shí)就停止充電。在Ur和R為定值的情況下，顯然充電時(shí)間t的長(zhǎng)短與Cx成正比。由圖1可寫出其關(guān)系式：

只要測(cè)出時(shí)間t的大小，就可得知Cx的值。利用這種C/t的轉(zhuǎn)換方法測(cè)電容，其可測(cè)范圍為10μf-999.9μf。

⑵ 充放電法測(cè)電容

圖2是這種方法的原理圖之一，它由窗口比較器對(duì)電容的充放電進(jìn)行控制?；鶞?zhǔn)Ur先對(duì)Cx進(jìn)行充電，當(dāng)兩端電壓達(dá)到額定值時(shí)就對(duì)地放電，當(dāng)電容兩端電壓降低到一個(gè)額定值時(shí)再次充電。Cx如此反復(fù)的充放電，就形成一個(gè)周期為T的震蕩電壓波形，T值與Cx成正比，因此通過測(cè)量時(shí)間T的大小就可得知Cx的值。這種通過C/t轉(zhuǎn)換測(cè)量電容若配上單片機(jī)電容量的分辯率可達(dá)（0.5-1）×10-3乘以電容滿度值，可測(cè)范圍為0-200μF。

和上述方法相似的另一種測(cè)量方式是稱為換向式的測(cè)量法，它也是先充電后放電，但放電到-Ur為止通過測(cè)量放電的持續(xù)時(shí)間Td得知Cx的大小，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)充電電源及放大器參數(shù)要求不嚴(yán)格，測(cè)量誤差小，分辨力可達(dá)0.1pF，能滿足電容傳感器的要求。

⑶ 脈寬調(diào)制法測(cè)電容

圖3是這種方法的原理圖。它是在如圖所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)端輸入一個(gè)脈寬為tw，周期為T的矩形波，在閾值為TH加被測(cè)電容Cx。通過Cx充放電在輸出端得到一個(gè)周期仍為T，但脈寬tw即占空比q=tw/T隨Cx成比例變化的矩形波（所以稱為脈寬調(diào)制）。如果能設(shè)法測(cè)出tw的值，則Cx也可得，這顯然也屬于用C/t轉(zhuǎn)換法測(cè)電容。由于q隨C/x改變是輸出的矩形波電壓平均值Uo值隨之而變，即表明Cx與Uo成正比，所以只要能Uo并測(cè)出它的數(shù)值，就可以得出Cx的值，顯然這屬于通過C/U轉(zhuǎn)換測(cè)電容。脈寬調(diào)制法測(cè)電容的范圍為0-20μF，最高分辨別率為1μF，它的缺點(diǎn)是測(cè)量前都要手動(dòng)調(diào)零，從而延長(zhǎng)了測(cè)量時(shí)間。

⑷ 容抗法測(cè)電容

圖4是這種方法的原理電路圖。運(yùn)放處于線性工作，Ui是幅度及頻率fo均恒定的正弦測(cè)試信號(hào)。電容中通過正弦交流信號(hào)時(shí)，其容抗為Xc=1/（2πfoCx），當(dāng)fo恒定時(shí)，Xc與Cx成反比。

2、按容抗法實(shí)現(xiàn)的C/U轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與分析

根據(jù)容抗法測(cè)量原理，為實(shí)現(xiàn)C/U轉(zhuǎn)換，必須有正弦信號(hào)發(fā)生器，C/ACU轉(zhuǎn)換電路，AC/DC轉(zhuǎn)換電路，濾波器及輔助電路等。

由集成運(yùn)放N1，電阻R1-R5和C1-C2組成RC橋式振蕩器，其中C1R1和C2R2組成RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，R3R4R5組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整R3R4R5 的值使略大于3滿足起振的條件，即R4+R5>2R3。運(yùn)放N2是一級(jí)反向輸入的緩沖放大器，其電壓增益為A = -（R7+RP1）/R6其中RP1為校準(zhǔn)電位器，調(diào)節(jié)RP1可改變N2的電壓增益。由運(yùn)放N3、電阻RS和電容Cx組成測(cè)量電容的主電路，其功能是實(shí)現(xiàn)C/ACU的轉(zhuǎn)換。由運(yùn)放N4、電阻R9- R11和電容C3- C4組成二階有源帶通濾波器，其中心頻率fo = 400HZ因此有源帶通濾波器只允許400HZ信號(hào)通過，這樣就得到一個(gè)純正的400HZ的正弦波。由集成運(yùn)放N5、二極管VD3-VD5電阻R13- R16和，電位器RP2和電容C5- C8組成精密整流電路，電路中的R12是N5的同向端輸入電阻，R13、 R14為負(fù)反饋電阻可將N5偏置在線性放大區(qū)并控制運(yùn)放的增益。

3、電容式傳感器的應(yīng)用

電容式傳感器的檢測(cè)元件將被測(cè)非電量變換為電容量變化后，用測(cè)量線路（C/U轉(zhuǎn)換電路）把電容容量的變化變換為電壓，再通過電壓與電容的關(guān)系得出非電量的值?？蓱?yīng)用在測(cè)氣體的濃度、油箱油量、導(dǎo)電液體液位等等。

這種電容式轉(zhuǎn)換電路具有線性度好、準(zhǔn)確度高、電路簡(jiǎn)單、成本小、功耗低等特點(diǎn)可應(yīng)用于一些小型、便攜式裝置中。例如數(shù)字萬用表就是利用容抗法實(shí)現(xiàn)C/U轉(zhuǎn)換輸出平均值電壓再配以高分辯率的液晶A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量來測(cè)量電容的。

參考文獻(xiàn)：

篇2

Abstract: This paper describes the capacitive sensor has good temperature stability, simple structure, good dynamic response, non-contact measurement can be achieved, with the average effect of the advantages of high output impedance, load capacity is poor, and shortcomings of the parasitic capacitance of the film, and Problems in the application.

Keywords: capacitors, sensors, load

1.電容式傳感器的特點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)

（1）溫度穩(wěn)定性好。電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系統(tǒng)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有電阻，供電后產(chǎn)生熱量：電感式傳感器有銅損、磁游和渦流損耗等，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測(cè)量；能工作在高溫，強(qiáng)車船及強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力、高沖擊、過載等；能測(cè)量超高溫和低壓差，也能對(duì)帶磁工作進(jìn)行測(cè)量。

（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很?。s幾個(gè)10-5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小、很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特別適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)。

（4）可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)。例如，非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減少工作表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。

電容式傳感器除了上上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所以輸入和輸入能量極小，因而可測(cè)極低的壓力，以及很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨率高，能敏感0.01µm甚至更小的位移；由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)連接成電橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。

2）缺點(diǎn)

（1）輸出阻抗高，負(fù)載能力差。電容式傳感器的容量受共電極的幾何尺寸等限制，一般只有幾pF到幾百pF，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時(shí)，輸出阻抗高達(dá)106―108Ω。因此傳感器的負(fù)載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計(jì)和使用帶來極大的不便。阻抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十MΩ以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周圍的環(huán)境如溫度、清潔度等。不采用高頻供電，可降低傳感器輸出阻抗，但高頻放大、傳輸遠(yuǎn)比低頻的復(fù)雜，且寄生電容影響大，不易保證工作的穩(wěn)定性。

（2）。電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其寢電容量都很?。◣譸F到幾十pF），而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容（1―2m導(dǎo)線可達(dá)800pF），電子線路的雜散電容，以及傳感器內(nèi)極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（職電纜電容）常常的隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都有要求。

隨著材料、工藝、電子技術(shù)，特別是集成技術(shù)的發(fā)展，使電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揚(yáng)，而缺點(diǎn)不斷地得到克服。電容式傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高精度，在動(dòng)態(tài)、低壓及一些特殊測(cè)量方面大有發(fā)展前途的傳感器。

2.應(yīng)用中存在的問題

1）邊緣效應(yīng)以上分析各種電容式傳感器進(jìn)還忽略了邊緣效應(yīng)的影響。實(shí)際上當(dāng)極板厚度h與極距d之比相對(duì)較大時(shí)，邊緣疚的影響就不能忽略。這時(shí)，對(duì)極板半徑為r的變極距型電容傳感器。

邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產(chǎn)生非線性。為了消除邊緣效應(yīng)的影響，可以采用帶有保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)。保護(hù)環(huán)與定極板同心、電氣上絕緣且間隙越小越好，同時(shí)始終保持等曜，以保證中間工作區(qū)得到均勻的場(chǎng)強(qiáng)分布，從而克服邊緣效應(yīng)的影響。為減小及板厚度，往往不用整塊金屬板做極板，而用石英或陶瓷等非金屬材料，蒸涂一薄層金屬作為極板。

2）靜電引力 電容式傳感器兩個(gè)極板間因存在靜電場(chǎng)，因而有靜電引力或力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數(shù)、極間距離有關(guān)。通常這種靜電引力很小，但在采用推動(dòng)力很小的彈性敏感元件的情況下，必須考慮靜電引力造成的測(cè)量誤差。

3）溫度影響 環(huán)境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對(duì)被測(cè)輸入量的單值函數(shù)關(guān)系，從而引入溫度干擾誤差。這種影響主要有以下兩個(gè)方面。

（1）溫度對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的影響：電容傳感器由于極間隙很小而對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的變化特別敏感。在傳感器各零件料線膨脹系數(shù)不匹配的情況下，溫度變化將導(dǎo)致極間隙相對(duì)變化，從而產(chǎn)生很大的溫度誤差。在設(shè)計(jì)電容式傳感器時(shí)，適當(dāng)選擇材料及有關(guān)，可以滿足溫度誤差補(bǔ)償要求。

（2）溫度對(duì)介質(zhì)的影響：溫度對(duì)介電常數(shù)的影響隨介質(zhì)不同而異，空氣數(shù)溫度系數(shù)看似為零：頁巖某些液體介質(zhì)，如硅油、蓖麻油、煤油等，其介電常數(shù)的溫度系數(shù)較大。例如，煤油的介電常數(shù)的溫度可達(dá)0.07%/°C；若環(huán)境溫度變化加減50°C，則將帶來7%的溫度的誤差，故采用此類介質(zhì)時(shí)必須注意溫度變化造成的誤差。

參考文獻(xiàn)：

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篇3

更大的溫度范圍；

更大的濕度范圍；

駕駛與乘客因長(zhǎng)期接觸轉(zhuǎn)換器與按鈕所造成的臟污。

圖1：基本的電容式傳感器

今日車用的按鈕與轉(zhuǎn)換器不僅比過去多了許多，還要能具備輕易建置的特性，以符合日趨人性化控制接口的需求，另外，還必須具備成本效益，避免采用密封封閉式的機(jī)械開關(guān)。因此，電容式觸控接口（capacitive touch switches，或稱為cap sense）是一個(gè)非常具有潛力的取代方案。電容式觸控接口技術(shù)不僅無須采用機(jī)械式控制元器件，還具備整合人性化接口的功能，十分符合汽車工業(yè)對(duì)于可靠性與成本效應(yīng)的需求。

如圖1所示，電容式接口主要是由兩片相鄰電路極板（traces）所構(gòu)成的電容器：而依據(jù)物理法，電容效應(yīng)是存在于兩片電鄰線路極板之間的。如果有任何導(dǎo)電性的物體（例如：手指尖）靠近這兩片極板時(shí)，平行式電容（parallel capacitance）就會(huì)與傳感器產(chǎn)生耦合(couple)效應(yīng)。因此，整體電容會(huì)隨著手指尖觸碰電容傳感器而增加；當(dāng)移開手指時(shí)，電容則會(huì)隨之減少。所以只要利用一套電路系統(tǒng)來測(cè)量電容的變化，就可以判斷手指尖是否有碰觸到兩片相鄰的電路極板。

電容式傳感器是由兩片電路極板與一個(gè)機(jī)板空間所構(gòu)成。這些電路極板可為電路板的一部分，上面直接覆蓋著一層絕緣層。電容式傳感器也可以采用玻璃印刷電路技術(shù)植入車窗玻璃，并應(yīng)用于后擋風(fēng)玻璃的除霧器上。另外，電容式傳感器不僅可以隱藏在曝曬印制圖案的背面，還能夠順應(yīng)各種曲面的弧度，廣泛地應(yīng)用于汽車的各種功能上。

圖2：典型弛張振蕩器拓?fù)?/p>

建構(gòu)電容式界面的要素：

一組電容器；

電容量測(cè)電路系統(tǒng)；

從電容值轉(zhuǎn)譯成接口狀態(tài)(switch state)的近端裝置。

通常電容式傳感器的電容值介于10pF～30pF之間。普遍來說，手指尖經(jīng)由1mm絕緣層接觸到接口所造成的耦合電容是介于1pF～2pF的范圍。越厚的絕緣層所產(chǎn)生的耦合電容則愈低。若要感應(yīng)手指的觸碰，則必須建置能夠偵測(cè)到1%以下電容變化的電容感測(cè)電路系統(tǒng)。

弛張振蕩器（relaxation oscillator）是一種非常有效且易于使用的電容量測(cè)電路。一般常見拓?fù)淙鐖D2所示：

這個(gè)電路由以下四種元器件組成：

一組同步比較器(comparator)

一組電流源

一組放電開關(guān)(discharge switch)

一組電容式傳感器。

最初，放電開關(guān)呈現(xiàn)開啟的狀態(tài)，此時(shí)全數(shù)的電流會(huì)流向傳感器，造成傳感器電壓呈現(xiàn)直線上升的現(xiàn)象。此充電動(dòng)作將持續(xù)至傳感器電壓達(dá)到比較器閥值為止。這時(shí)，比較器會(huì)從低電壓轉(zhuǎn)為高電壓，進(jìn)一步關(guān)閉放電開關(guān)。如此一來，電容式傳感器便會(huì)快速經(jīng)由低阻抗路徑放電至地電位。當(dāng)比較器輸出電壓從高轉(zhuǎn)低時(shí)，整個(gè)電路周期則會(huì)重復(fù)進(jìn)行。依據(jù)下列的方程式，輸出頻率（fout）與充電電流呈現(xiàn)正比的關(guān)系；與閥值電壓和傳感器電容則呈現(xiàn)反比的關(guān)系。因此借著量測(cè)輸出頻率，就可以得知傳感器電容的大?。?/p>

假設(shè)充電電流為5μA，比較器閥值電壓為1.3V，而傳感器電容為30pF，則會(huì)產(chǎn)生128KHz的輸出頻率將。花在量測(cè)輸出頻率的時(shí)間越長(zhǎng)，則可獲得越高的頻率分辨率。由于更高的頻率分辨率會(huì)產(chǎn)生更佳的電容量測(cè)靈敏度，因此增加量測(cè)時(shí)間也會(huì)相對(duì)的提高電容量測(cè)分辨率。而設(shè)計(jì)業(yè)者可分別依據(jù)不同的應(yīng)用層面、傳感器尺寸與覆蓋絕緣體厚度等因素，調(diào)整量測(cè)電容的時(shí)間。

由上列的方程式，可以近一步推衍出下列電容方程式：

因此，顯然地我們還必須有輸出頻率周期的量測(cè)機(jī)制。圖3分別顯示周期量測(cè)方式的示意圖與波形圖。

圖3：周期量測(cè)方式示意圖

弛張振蕩器的輸出頻率在此代表脈沖寬度調(diào)變器（pulse width modulator, PWM）的頻率。PWM的輸出波形由低頻率與高頻率兩種脈波構(gòu)成，頻率的實(shí)際值端視不同應(yīng)用而定。PWM輸出信號(hào)則用來當(dāng)成計(jì)數(shù)器（counter）閘門（gate）的信號(hào)。當(dāng)此信號(hào)為高電位時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)以fref的頻率累積其數(shù)值，并于閘門信號(hào)下緣(falling edge)產(chǎn)生中斷的情況，此時(shí)則可進(jìn)行讀取或是重設(shè)計(jì)數(shù)器數(shù)值的動(dòng)作。之前曾假設(shè)充電電流為5μA，比較器閥值電壓為1.3V，而傳感器電容為30pF，則會(huì)產(chǎn)生128KHz的輸出頻率。假設(shè)計(jì)數(shù)器的參考頻率為6MHz，則計(jì)數(shù)器在一個(gè)周期中所累積數(shù)值為46，兩個(gè)周期為93，而十個(gè)周期的計(jì)數(shù)器數(shù)值則為468。由此可知，計(jì)數(shù)器累積數(shù)值越多，產(chǎn)生的分辨率或是靈敏度也就會(huì)越高。設(shè)計(jì)業(yè)者可運(yùn)用下列方法獲得更高的計(jì)數(shù)值：

提高計(jì)數(shù)器參考頻率

降低振蕩器頻率

增加閘門信號(hào)的周期次數(shù)

電容式接口傳感器采用可變更組態(tài)的混合信號(hào)數(shù)組（configurable mixed signal array），為設(shè)計(jì)業(yè)者提供一套具備成本優(yōu)勢(shì)的解決方案，請(qǐng)參考圖4所示：

圖4：Cypress 可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組CY8C21x34的示意圖

Cypress 可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組CY8C21x34器件不僅內(nèi)含建置弛張振蕩器所需的可變更組態(tài)模擬區(qū)塊，還具備作為建置周期量測(cè)裝置用的數(shù)字區(qū)塊。更重要的是，此器件還額外內(nèi)建一組I/O模擬多任務(wù)器。多任務(wù)器的每一組針腳都具備一個(gè)開關(guān)器，可直接連結(jié)到模擬總線上。I/O模擬多任務(wù)器是一套大型的交叉式開關(guān)（cross-switch），能夠讓每一組針腳直接連結(jié)到控制系統(tǒng)上的模擬數(shù)組。此外，可編程電流源與放電開關(guān)也可直接與總線連結(jié)。這套內(nèi)含多功能的可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組器件，可讓28個(gè)I/O針腳中的任何一個(gè)都能被當(dāng)成電容式傳感器的輸入端使用。圖5顯示完整的電容式感測(cè)系統(tǒng)。

圖5：Cypress推出型號(hào)為CY8C21x34的可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組

當(dāng)指尖同時(shí)放在兩組并列的電容式傳感器之間時(shí)，兩組傳感器很有可能皆會(huì)感測(cè)到指尖的碰觸。因此，設(shè)計(jì)業(yè)者可利用這樣的原理，近一步研發(fā)近似模擬的指尖位置感測(cè)裝置。

滑桿（slider）是由多個(gè)鄰近的傳感器所組成，在這樣的設(shè)計(jì)模式下，指尖接觸的范圍可以同時(shí)影響到多個(gè)傳感器。因此，受影響傳感器的電容值變化可用來計(jì)算質(zhì)心(center of mass)與形心(centroid)。而計(jì)算出來的數(shù)值可精確的顯示指尖所在位置。圖6顯示滑桿的構(gòu)成。

圖6：滑桿是由多個(gè)鄰近的傳感器所組成

如要達(dá)到多個(gè)傳感器同時(shí)感測(cè)出指尖碰觸的目的，設(shè)計(jì)人員在滑桿的設(shè)計(jì)上就必須考慮到傳感器的形狀。

恒速行駛操縱裝置（cruise control）為滑桿的應(yīng)用之一。舉例來說，我們?cè)诶锍逃?jì)速度值上放置一排透明的電容式傳感器，只要在55與60兩個(gè)數(shù)值之間輕輕的點(diǎn)一下，即可將行車時(shí)速設(shè)定為57 mph。此外，內(nèi)建電容式觸控傳感器的滑桿也可應(yīng)用在車燈、音響音量控制等任何測(cè)量用的應(yīng)用裝置上。

隨著車用自動(dòng)控制儀表板的設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，要將所有的控制鈕建置在其有限的空間中也變得更困難。由于許多車種的方向盤內(nèi)都已裝設(shè)安全氣囊，當(dāng)安全氣囊迅速膨脹時(shí)，可沒有人希望被一大堆機(jī)械器件砸在身上，因此，一般的汽車設(shè)計(jì)業(yè)者都會(huì)避免在方向盤的表面上裝置控制鈕。然而，電容式傳感器只是被電鍍?cè)诎踩珰饽疑w后方的電路極板，并沒有任何機(jī)械元器件。若是鍍裝有困難，也可以超薄電路板(flex circuit) 取代，并以鑲嵌的方式裝置在安全氣囊蓋后方。

車窗是另一項(xiàng)電容式觸控技術(shù)尚未觸及的領(lǐng)域。您是否想過直接把車窗除霧器的控制接口直接建置在車窗上？也許現(xiàn)在已經(jīng)有設(shè)計(jì)業(yè)者將雨刷控制器直接安裝在擋風(fēng)玻璃上了。也許未來設(shè)計(jì)人員會(huì)在位于門把上方的玻璃上加裝觸控式數(shù)字控鎖接口，車主只需要在車窗的傳感器上輸入正確的密碼，便可控制汽車門鎖。設(shè)計(jì)業(yè)者只要采用玻璃印刷電路技術(shù)或印制技術(shù)，就可將這類的電容式傳感器建置在物體的表面。設(shè)計(jì)人員不僅可將這些傳感器設(shè)計(jì)成常見的按鍵形式，也可自由發(fā)揮創(chuàng)意，將傳感器以品牌或是車款名稱，加裝在車窗上(如圖7所示)。

或許公司的營(yíng)銷人員會(huì)對(duì)圖7這樣的設(shè)計(jì)建議表示關(guān)切，因?yàn)橄M(fèi)者可能會(huì)質(zhì)疑當(dāng)他們搖下車窗時(shí)，是否仍能順利的打開車門？

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中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2012)02(c)-0000-00

0引言

傳感器原理及應(yīng)用是高職院校機(jī)電一體化專業(yè)的專業(yè)課程，主要研究機(jī)電控制系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用，根據(jù)課程性質(zhì)，該課程在理清傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，偏重其工業(yè)應(yīng)用，由于目前我院機(jī)電專業(yè)學(xué)生能力參差不齊，對(duì)偏重理論的傳感器原理理解難度較大，導(dǎo)致對(duì)其工業(yè)應(yīng)用把握不住，針對(duì)這一情況，我院傳感器檢測(cè)技術(shù)課程組老師改變了原有老師講解為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法，在課堂讓學(xué)生思維充分動(dòng)起來，從而使學(xué)生從要我學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槲乙獙W(xué)，本為以電容式傳感器的課堂教學(xué)為例，對(duì)偏重工作原理部分內(nèi)容的課堂設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索。

1 課程分析

課堂設(shè)計(jì)首先基于對(duì)課程的分析和合理的把握。根據(jù)機(jī)電專業(yè)學(xué)生將來的職業(yè)崗位進(jìn)行分析。其將來面臨的職業(yè)崗位主要有機(jī)電設(shè)備裝配與調(diào)試、機(jī)電設(shè)備維護(hù)與維修等。而在任何的機(jī)電設(shè)備中無疑都有控制系統(tǒng)，傳感檢測(cè)技術(shù)作為控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機(jī)電專業(yè)學(xué)生必須掌握的重要技術(shù)，所以，傳感器課程在機(jī)電專業(yè)的課程體系設(shè)計(jì)中，是一門重要的專業(yè)課程。

2 學(xué)情分析

對(duì)于不同的授課對(duì)象，理應(yīng)采用不同的授課方法及手段。本課程的授課對(duì)象為高職機(jī)電專業(yè)學(xué)生。根據(jù)高職學(xué)生的特點(diǎn)分析，學(xué)生具有以下特點(diǎn)：學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差，對(duì)理論性過強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)理解會(huì)存在一定困難；但這些學(xué)生喜歡動(dòng)手，喜歡探索實(shí)際應(yīng)用性的問題，具有較強(qiáng)的挑戰(zhàn)性和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

3對(duì)教材的分析及使用

傳感器本身是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)的目的就是為了能在實(shí)際的機(jī)電一體化系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。所以，在授課過程中，以夠用為尺度，教材僅僅作為參考，在每種傳感器的學(xué)習(xí)過程中，充分利用多媒體資源，給學(xué)生展示傳感器的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，使理論知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中慢慢滲入。

4 課程教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)的把握

教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生在理解傳感器工作原理的基礎(chǔ)上掌握其應(yīng)用方法和注意事項(xiàng)等。那么，本次課的教學(xué)目標(biāo)就是掌握電容式傳感器的工作原理以及它的應(yīng)用。

教學(xué)重點(diǎn)：學(xué)生通過本次課堂學(xué)習(xí)后，能夠根據(jù)電容的定義式推知電容式傳感器的工作原理；掌握電容式傳感器的應(yīng)用。

難點(diǎn)定位：通過分析，本次課的難點(diǎn)就在于它的應(yīng)用，也就是它的應(yīng)用功能與其他的傳感器有何區(qū)別，它在實(shí)踐中能夠解決哪些實(shí)際問題。

5 教學(xué)過程

“行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)”看似是要讓大家都真正的“動(dòng)”起來。但究其內(nèi)涵，并非如此。本次課重點(diǎn)在電容式傳感器的工作原理及應(yīng)用，所以本次課對(duì)于行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)的設(shè)計(jì)應(yīng)該注重學(xué)生“思維上的行動(dòng)”，在課堂上充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生積極思維，從思想上行動(dòng)起來，把課堂變成老師和學(xué)生共同學(xué)習(xí)，解決問題的場(chǎng)所。

接下是對(duì)這堂課具體的過程設(shè)計(jì)。

（1）回顧總結(jié)

在新課之前，設(shè)置問題，用懸念引導(dǎo)對(duì)已有相關(guān)知識(shí)的回顧，并導(dǎo)入新課。

如：“要想檢測(cè)位移，可以用哪些傳感器進(jìn)行檢測(cè)？”這個(gè)問題學(xué)生會(huì)有很多的答案，因?yàn)槲灰频臋z測(cè)用前面學(xué)過的傳感器都可以解決。

（2）導(dǎo)入新課

提出新的問題，并在幻燈片上用圖片進(jìn)行展示：指紋識(shí)別、汽車安全氣囊、飛機(jī)油量檢測(cè)、管道液位高度等等，這些問題用現(xiàn)有的知識(shí)能不能夠解決？學(xué)生通過思考，發(fā)現(xiàn)用這些知識(shí)還不能夠解決這些問題，所以，激發(fā)學(xué)習(xí)好奇心，開始新課的興趣學(xué)習(xí)。

（3）書寫標(biāo)題，并顧名思義，化繁為簡(jiǎn)

在黑板上寫下標(biāo)題“電容式傳感器”，并由“電容式”三個(gè)字的字面含意去猜測(cè)這種傳感器的工作原理：設(shè)法將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。

（4）帶著問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)

由電容的定義式可知，電容大小決定于：兩極板的正對(duì)面積、兩極板的間距、極板間介電常數(shù)三個(gè)量。所以，得出結(jié)論：電容式傳感器可以分為三種基本類型，變面積型、變極距型和變介電常數(shù)型。

（5）巧用動(dòng)畫，直觀形象

對(duì)于每種類型的電容式傳感器，提供幻燈片及動(dòng)畫演示，使學(xué)生能直觀生動(dòng)地認(rèn)知學(xué)習(xí)，切實(shí)理解掌握傳感器的工作原理。對(duì)于傳感器中關(guān)于靈敏度和非線性誤差的相關(guān)推導(dǎo)，由學(xué)生自己看書，只需得出結(jié)論，并知道解決矛盾的辦法?？傊?，在課堂上要教師講授和學(xué)生學(xué)習(xí)有效結(jié)合，提高學(xué)習(xí)的高效性。

（6）成果驗(yàn)收

以小組的形式基于該傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的檢測(cè)系統(tǒng)，小組進(jìn)行匯報(bào)，同學(xué)及教師給予評(píng)價(jià)，以此給學(xué)生學(xué)習(xí)的壓力及動(dòng)力，促使其主動(dòng)學(xué)習(xí)。

6 結(jié)語

根據(jù)高職教育特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已無法適應(yīng)高職院校學(xué)生的特點(diǎn)及就業(yè)要求，因此，高職專業(yè)教師要不斷的以就業(yè)為導(dǎo)向，實(shí)施行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)模式改革，以不斷提高課堂教學(xué)的趣味性和有效性，使高職的教學(xué)質(zhì)量上一個(gè)新臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜大源. 關(guān)于工作過程系統(tǒng)化課程結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)[J].職教通訊，2006（1）.

篇5

1 結(jié)構(gòu)及檢測(cè)原理

1.1 智能手機(jī)屏幕的結(jié)構(gòu)

如圖1，最上層為電路保護(hù)層，通常為透光性好的玻璃，最下方為L(zhǎng)CD（Liquid Crystal Display）液晶顯示屏，由于液晶顯示屏工作時(shí)常產(chǎn)生噪音，故在液晶顯示屏與感測(cè)層之間存在防干擾層，保護(hù)層與防干擾層之間為兩個(gè)內(nèi)容相同的核心感測(cè)層，這種感測(cè)層一般是由一種透明的導(dǎo)電材料制備的，比如真空淀積的錮錫氧化物(Indium-Tin-Oxide,ITO)，感測(cè)層通過改變電容值用來響應(yīng)手指的靠近，其中一層用來確定X方向的位置，另一層確定Y方向，兩個(gè)感測(cè)層使得電路得到兩個(gè)坐標(biāo)，進(jìn)而在二維平面上確定觸碰點(diǎn)。

1.2 感測(cè)層(ITO)形狀以及感測(cè)原理

1.2.1形狀

如圖2，菱形為ITO電極設(shè)計(jì)的一種常見圖案，其最早見于1980年代初，菱形圖案可對(duì)暴露在手指觸摸區(qū)域下的電極表面進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)把X和Y方向電極軌跡的交叉面積降至最小。這些電極的密度越高，觸摸的分辨率也越高。當(dāng)采用菱形圖案時(shí)，對(duì)角線長(zhǎng)通?？刂圃?4 到 6 毫米。電極最終通過光刻、蝕刻工藝形成多個(gè)水平和垂直方向的感應(yīng)電極和驅(qū)動(dòng)電極。

1.2.2感測(cè)原理

通常使用交互電容法進(jìn)行對(duì)觸電的探測(cè)，交互電容法以行列之間的電極耦合為初始條件，當(dāng)用戶觸摸屏幕表面時(shí)，自身的靜電會(huì)影響這個(gè)耦合電容的值，如圖3，當(dāng)驅(qū)動(dòng)某一行電極時(shí)，感應(yīng)芯片會(huì)依次掃描每一根列電極，測(cè)出每根列電極與該行電極交叉點(diǎn)處的交互電容。通過計(jì)算交互電容的變化值就可以確定每一個(gè)手指觸摸的精確位置。

2 感應(yīng)區(qū)電容工作原理

電容式傳感器實(shí)現(xiàn)觸摸點(diǎn)定位的工作原理中最主要的是獲得每個(gè)觸摸點(diǎn)所獨(dú)有的坐標(biāo)，獲得此坐標(biāo)的方法被稱為坐標(biāo)定位法，從宏觀角度分析，電容觸摸屏可以等效為一個(gè)由電阻組成的電路，根據(jù)等效電路可以對(duì)電容觸摸屏的原理進(jìn)行分析。下面以坐標(biāo)與電流信號(hào)之間的關(guān)系來闡述電容傳感器捕捉觸點(diǎn)坐標(biāo)的原理。

對(duì)于一維平面觸摸屏，通常有兩種模式：一種是從四個(gè)邊引出觸摸電流，另一種是從四個(gè)角引出觸摸電流，其中從四角引出觸摸電流的方式，坐標(biāo)定位的換算方式更為復(fù)雜。本文以從四邊引出電流的模式為代表性的實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹電路工作的情況。如圖4所示。

其中矩形為整個(gè)電容屏的等效形狀，中間相疊的環(huán)形為觸點(diǎn)位置，整個(gè)平面的坐標(biāo)系以I1、I3交點(diǎn)處為零坐標(biāo)，I1、I2、I3、I4為四邊檢測(cè)到的電流值，在捕捉觸點(diǎn)時(shí)，給電路一個(gè)高頻電壓源，四邊的電流與X0坐標(biāo)間的定位方程為：

X0=L1* ；

坐標(biāo)值可以用電流值的比例來表示，這個(gè)結(jié)果容易讓人聯(lián)想到電流大小與坐標(biāo)呈正比例的關(guān)系，這可以由等效電路來解釋，如圖5所示。

其中最上方的電阻絲為整個(gè)電容屏在X方向上的等效，T為觸點(diǎn)，r1與r2分別為觸點(diǎn)左右兩邊電阻絲的電阻值，i1、i2為電流，ε1、ε2為電源的電壓，Z為人體電阻，根據(jù)此電路由戴維寧定理可得：

ε1+ i1r1+(i1+i2)z=0

ε2+i2r2+(i1+i2)z=0

兩式相減，并由r2=R-r1，并取ε1=ε2

顯然可以得到R與任意一個(gè)r之間的比例關(guān)系與電流的比例之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系即r1/R=i1(i1+i2)，同時(shí)從硬件上又知道對(duì)于一個(gè)組成均勻的電阻絲來說，阻值與長(zhǎng)度成正比即r/R=Xo/L故可得到:

Xo=L*i2/(i1+i2)

同理可得Yo，從兩者的坐標(biāo)算法可以看出，微觀與宏觀上是一致的，只需要在計(jì)算橫坐標(biāo)時(shí)在宏觀上把坐標(biāo)所在行看做微觀中的電阻絲。

3 結(jié)束語

投射式電容屏傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，任何一個(gè)智能手機(jī)的開發(fā)人員選項(xiàng)中都有能使屏幕坐標(biāo)可視的功能，人們可以看到智能手機(jī)屏幕工作的坐標(biāo)。智能手機(jī)作為便攜式設(shè)備深入到人們生活之中，有著巨大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]Hal Philipp.觸摸屏設(shè)計(jì)日益簡(jiǎn)化投射式電容觸摸屏前景廣闊[J].中國(guó)電子商情（基礎(chǔ)電子）,2009(09).

[3]陳松生.投射式電容觸摸屏探究[D].江蘇省:蘇州大學(xué),2011.

[4]李兵兵.電容式多點(diǎn)觸摸技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2011.

篇6

為減小附加誤差，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的可比性，兩次測(cè)試均采用相同的標(biāo)準(zhǔn)器和測(cè)試設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)器為美國(guó)GE公司的精密冷鏡式露點(diǎn)儀，露點(diǎn)測(cè)量范圍為-60℃～40℃，測(cè)量誤差為±0.01℃；測(cè)試設(shè)備為國(guó)產(chǎn)SYSD型一等標(biāo)準(zhǔn)雙壓法濕度發(fā)生器，其產(chǎn)生相對(duì)濕度的范圍為10%～95%RH，最大允許誤差為±1%RH。1.3測(cè)試方法測(cè)試中選取-30℃，-10℃和20℃3個(gè)溫度點(diǎn)。-30℃時(shí)，選取20%、30%、40%、50%、75%、85%、95%7個(gè)濕度測(cè)試點(diǎn)。由于被試件技術(shù)指標(biāo)不同，-10℃和20℃時(shí)，1#、2#、7#、8#被試件選取20%為低濕測(cè)試點(diǎn)，其余被試件選取15%測(cè)試點(diǎn)，其他測(cè)試點(diǎn)與-30℃時(shí)相同。每個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)測(cè)試，每個(gè)濕度測(cè)試點(diǎn)有兩對(duì)不同濕度變化趨勢(shì)的數(shù)據(jù)。

2穩(wěn)定性分析方法

本文利用誤差年漂移量定量表征濕敏電容傳感器的穩(wěn)定性。文中定義誤差的年漂移量為使用后各濕度測(cè)試點(diǎn)誤差與使用前各濕度測(cè)試點(diǎn)誤差的差值，其中濕度測(cè)試點(diǎn)誤差為該測(cè)試點(diǎn)4次單次測(cè)量誤差的平均值。為研究誤差年漂移量的變化規(guī)律，文中分析了不同溫度條件下，誤差年漂移量的分布情況。討論了室溫（20℃）條件下誤差年漂移量隨濕度變化的規(guī)律以及同型號(hào)的兩被試件之間的一致性。為確定各種因素對(duì)誤差年漂移量的影響，文中采用方差分析法，分析了溫度、濕度以及觀測(cè)設(shè)備型號(hào)對(duì)誤差年漂移量的影響，并給出了顯著度。為檢驗(yàn)現(xiàn)行濕敏電容傳感器的檢定周期是否合理，文中以中國(guó)氣象局對(duì)濕敏電容傳感器的要求為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)使用后靜態(tài)測(cè)試中14支濕敏電容傳感器的合格率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

3穩(wěn)定性分析結(jié)果

3.1誤差年漂移量隨溫度變化情況測(cè)試時(shí)選取了-30℃，-10℃和20℃3個(gè)溫度點(diǎn)，圖1為各被試件在不同溫度點(diǎn)誤差年漂移量的箱形圖，每個(gè)箱形的數(shù)據(jù)為7個(gè)濕度測(cè)試點(diǎn)的誤差年漂移量。箱形圖中，線段的最高點(diǎn)為最大值，最低點(diǎn)為最小值，箱形的上框線為上4分位值，下框線為下4分位值，箱內(nèi)線為中位線，箱外“+”點(diǎn)為異常值。從圖中可以看出，對(duì)大多數(shù)被試件來說，低溫時(shí)中位線低，并且隨著溫度的降低，箱形和線段的長(zhǎng)度增加，由此可知誤差年漂移量在低溫時(shí)較低，并且其分布隨溫度降低而變得分散。為定量表征誤差年漂移量隨溫度的變化規(guī)律，文中計(jì)算了誤差年漂移量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，當(dāng)測(cè)量次數(shù)小于9次時(shí)，采用極差法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，如式（1）：表2給出了各被試件在不同溫度點(diǎn)時(shí)誤差年漂移量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差?？傮w來看，各被試件在-30℃時(shí)誤差年漂移量的區(qū)間為[-5.62，0.82]，-10℃時(shí)為[-3.73，0.95]，20℃時(shí)為[-1.85，1.07]，其中置信因子k=1。

3.220℃時(shí)誤差年漂移量的變化規(guī)律南京市年平均氣溫為15.4℃，因此分析20℃時(shí)誤差的漂移情況具有更重要的意義。為了便于分析不同型號(hào)的被試件的誤差漂移情況，按照觀測(cè)設(shè)備型號(hào)將14套被試件分為8組，圖2給出了20℃時(shí)8種型號(hào)的觀測(cè)設(shè)備濕度測(cè)量誤差的年漂移量。從誤差年漂移量曲線的變化趨勢(shì)來看，在全量程不同測(cè)量段，誤差年漂移量有很大的差異。除I、IV型觀測(cè)設(shè)備圖2中（a）和（d）外，其余被試件誤差的年漂移量隨濕度的升高向y軸負(fù)向移動(dòng)。在低濕點(diǎn)（≤40%RH），各被試件誤差年漂移量的平均值為-0.04%RH，在高濕點(diǎn)（＞80%RH），誤差年漂移量的平均值為-1.04%RH。從圖2（a）～（f）中兩條曲線的關(guān)系來看，II、III、V、VI型觀測(cè)設(shè)備（圖2中（b）、（c）、（e）、（f））的兩套被試件之間的誤差年漂移量具有較好的一致性，兩被試件間誤差年漂移量的差值平均為0.5%RH。IV型觀測(cè)設(shè)備的兩套被試件除50%RH測(cè)試點(diǎn)存在1.81%RH的差異外，其余測(cè)試點(diǎn)誤差年漂移量具有較好的一致性。I型觀測(cè)設(shè)備的兩套被試件一致性較差，兩被試件間誤差年漂移量曲線近似平行，其差值平均為3.2%RH。

3.3誤差年漂移量影響因素的方差分析事件的發(fā)生往往與多個(gè)因素有關(guān)，但各個(gè)因素對(duì)事件發(fā)生的影響可能是不同的。所謂方差分析就是利用試驗(yàn)觀測(cè)值總偏差的可分解性，將不同因素所引起的偏差與試驗(yàn)誤差分解開，以確定不同因素的影響程度[6]。文中對(duì)測(cè)試點(diǎn)溫度、測(cè)試點(diǎn)濕度、觀測(cè)設(shè)備型號(hào)進(jìn)行3因素方差檢驗(yàn)，得出3個(gè)因素及其交互作用對(duì)誤差年漂移量的影響。為確定結(jié)果是否是“統(tǒng)計(jì)上顯著的”，需要確定α值[7]，文中規(guī)定當(dāng)α值小于0.01時(shí)，結(jié)果是顯著的。表3為多因子方差分析表，可以看出，溫度、觀測(cè)設(shè)備型號(hào)以及溫度和濕度交互作用的α值均小于0.01，表明溫度、溫度和濕度的交互作用以及廠家的設(shè)計(jì)制造水平對(duì)誤差年漂移量有顯著影響。

3.4濕敏電容傳感器檢定周期合理性分析為保證氣象資料的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，要求氣象儀器具有較好的穩(wěn)定性。因此氣象儀器必須進(jìn)行周期檢定以保障其準(zhǔn)確性和氣象資料的可靠性，其中被試儀器的檢定周期則取決于它的穩(wěn)定性。中國(guó)氣象局對(duì)濕度測(cè)量最大允許誤差為±4%RH（≤80%RH），±8%RH（＞80%RH）。參加試驗(yàn)的14套被試件經(jīng)過一年的動(dòng)態(tài)比對(duì)試驗(yàn)，使用后的靜態(tài)測(cè)試中有3套被試件仍符合技術(shù)指標(biāo)要求，11套被試件不符合要求，不合格率為78.6%。儀器特性漂移產(chǎn)生的誤差可以通過檢定給出修正值予以解決，試行的GJB1758.26A《軍用氣象儀器檢定規(guī)程第26部分：地面氣象自動(dòng)觀測(cè)儀》中規(guī)定濕敏電容傳感器的檢定周期為1年。根據(jù)本文研究結(jié)果可以看出，經(jīng)過一年的使用，超過3/4的傳感器不能滿足技術(shù)要求。為保證濕敏電容傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，德國(guó)科學(xué)工作者建議幾周校準(zhǔn)一次[8]，我國(guó)也建議應(yīng)每半年采用兩種飽和鹽溶液對(duì)濕敏電容傳感器進(jìn)行兩點(diǎn)調(diào)校。

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中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）100-0209-02

光電傳感器因其靈敏輕便等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)裝置中。20世紀(jì)80年代，美國(guó)軍事領(lǐng)域開始應(yīng)用光電傳感器信息融合技術(shù)；2013年3月15日，美國(guó)國(guó)防先期計(jì)劃研究局（DARPA）公布了在阿靈頓召開的已進(jìn)入第二階段的MIST-LR項(xiàng)目會(huì)議，指出在未來的第三階段，將開發(fā)出能夠提升飛行器性能的原型系統(tǒng)傳感器，極大發(fā)揮其在民用和軍事兩個(gè)方面的助推器作用。

1 應(yīng)用必要

第一，光電傳感器獲取信息的過程實(shí)際是一個(gè)多對(duì)一的對(duì)應(yīng)抽樣過程，在將客觀世界空間的信息傳輸至傳感器這一過程中信息丟失的問題難以避免；第二，軍事領(lǐng)域中光電傳感器的數(shù)量龐大，急需處理的信息量也繁多冗雜，這些都會(huì)給人工處理帶來一定困擾，而光電傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用巧妙地解決了這一信息綜合處理的難題；第三，應(yīng)用環(huán)境決定了光電傳感器性能發(fā)揮的好壞，但截至目前尚未有一個(gè)國(guó)家可以開發(fā)出適用于任何環(huán)境下且性能優(yōu)于其他類型的光電傳感器。

2 概念優(yōu)點(diǎn)

光電傳感器信息融合的過程正是為了完成目標(biāo)分類、識(shí)別及跟蹤等任務(wù)而進(jìn)行信息自動(dòng)分析綜合處理的過程。軍事領(lǐng)域中的目標(biāo)識(shí)別及跟蹤可以實(shí)現(xiàn)光電傳感器目標(biāo)屬性中的監(jiān)視功能，有利于精確定位與預(yù)估判決。我國(guó)航天技術(shù)的高速發(fā)展離不開當(dāng)前最熱門的技術(shù)之一——航天技術(shù)上光電傳感器信息融合技術(shù)，它能夠有效提高空間的分辨率和系統(tǒng)的可靠性，無疑成為我國(guó)GDP增長(zhǎng)的“助推器”。

3 工作原理

光電傳感器能夠有效檢測(cè)到光強(qiáng)度變化的情況并將光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化。通常情況下，光電傳感器這種小型電子設(shè)備由三部分組成：發(fā)送器、接收器與檢測(cè)電路。發(fā)送器負(fù)責(zé)向目標(biāo)發(fā)射來源于發(fā)光二極管、激光二極管及紅外射二極管等的光束，不間斷發(fā)射出的光束經(jīng)過像光圈、透鏡這種光學(xué)元件后達(dá)到由光電二極管、光電三極管及光電池構(gòu)成的接收器中，接收器接收到光束后會(huì)將其傳輸至能夠過濾該信號(hào)是否有效并決定是否應(yīng)用的檢測(cè)電路。詳細(xì)流程見下圖所示。

需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是發(fā)射板和光導(dǎo)纖維作為光電傳感器結(jié)構(gòu)元件的一種也獨(dú)具特色。眾所周知，三角形的結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定，因此由極細(xì)小的三角錐體反射材料組成的三角反射板是一種能保證光束可以準(zhǔn)確無誤地從反射板返回的發(fā)射裝置，其結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)固且具有極強(qiáng)的實(shí)用性。

4 應(yīng)用領(lǐng)域

4.1研制抄表系統(tǒng)

為及時(shí)結(jié)算用戶的電費(fèi)，一般由電力部門派專門的抄表人員到有關(guān)用戶處定期走家串戶地查看、抄寫設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的電能表，通過人工讀取、記錄、計(jì)算和收費(fèi)。這不僅浪費(fèi)人力，而且還會(huì)因人工讀取造成不必要的誤差，給用戶帶來不必要的麻煩和損失，甚至?xí)l(fā)生不法分子假冒抄表人員入室作案而影響社會(huì)治安。因此，無論是電力部門還是用戶們均迫切要求改變當(dāng)前的落后狀態(tài)。隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用光電傳感器來研制自動(dòng)抄表系統(tǒng)。

電能表的鋁盤受電渦流和磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，采用光電傳感器則可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤上局部涂黑，再配以反射式光電發(fā)射接收對(duì)管，則當(dāng)鋁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù)，并經(jīng)光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。采用光電耦合隔離器可以有效地防止干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)，再結(jié)合其它傳輸方式便可形成自動(dòng)抄表系統(tǒng)。目前自動(dòng)抄表系統(tǒng)沒有大規(guī)模使用與當(dāng)前的技術(shù)有莫大關(guān)系，這套技術(shù)還有很多需要改進(jìn)之處，相信在未來幾年隨著技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)抄表將在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

4.2節(jié)能燈具設(shè)計(jì)

光敏傳感器、紅外傳感器、顏色傳感器已進(jìn)入各種自控節(jié)能LED照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案之中，它們的自主控制、方便應(yīng)用使得不少公共照明LED燈具和居家照明燈具實(shí)現(xiàn)智能化。光電傳感器可以協(xié)助公共照明的LED燈具實(shí)現(xiàn)燈光的自動(dòng)開啟關(guān)閉，可以智能的感應(yīng)人和車輛進(jìn)出而自動(dòng)開關(guān)燈光，可以智慧的控制LED燈光開啟的時(shí)間和控制亮度，甚至按人類的意愿自動(dòng)調(diào)整光線的色溫，營(yíng)造人類想要的光氛圍。

4.2.1光敏傳感器應(yīng)用

光敏傳感器中最簡(jiǎn)單的電子器件是光敏電阻，它能感應(yīng)光線的明暗變化，輸出微弱的電信號(hào)，通過簡(jiǎn)單電子線路放大處理，可以控制LED燈具的自動(dòng)開關(guān)。對(duì)于遠(yuǎn)程的照明燈具，如街燈、庭院燈、草坪燈等都可經(jīng)濟(jì)而簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)節(jié)能自動(dòng)控制。太陽能路燈本身是利用太陽光發(fā)電、儲(chǔ)能的LED照明燈具，無需電網(wǎng)供電也就無需架設(shè)成本不菲的輸電線路，因此使用光敏傳感器可以實(shí)現(xiàn)極低成本、自動(dòng)開啟關(guān)閉的節(jié)能管理。

4.2.2紅外傳感器應(yīng)用

紅外熱釋電傳感器（PIR）在LED照明中的應(yīng)用已有近十年的歷史。紅外傳感器的視角有限，需要搭配菲涅爾透鏡才能擴(kuò)大探測(cè)區(qū)，才能監(jiān)視移動(dòng)的熱源（人或車）。菲涅爾透鏡有兩個(gè)作用：一是聚焦作用，將熱釋紅外信號(hào)折射在PIR上；二是將探測(cè)區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)的人能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)。

4.3航天技術(shù)應(yīng)用

我國(guó)神舟十號(hào)發(fā)射成功后到與天宮一號(hào)的自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，2000多項(xiàng)航天技術(shù)成果移植國(guó)民經(jīng)濟(jì)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展“倍增器”，其中光電傳感器技術(shù)發(fā)揮了重要作用。神舟十號(hào)和天宮一號(hào)對(duì)接機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，由上百個(gè)傳感器、上千軸承組合而成。對(duì)接任務(wù)要求嚴(yán)絲合縫且不能漏氣。另外考慮到飛行器在太空環(huán)境中失重要經(jīng)歷高低溫的變化，因此必須保證對(duì)接時(shí)不出現(xiàn)故障。手控交會(huì)對(duì)接時(shí)要有精確的傳感器測(cè)量設(shè)備，不斷測(cè)量?jī)蓚€(gè)飛行器之間的距離、相對(duì)速度和姿態(tài)等，稍有差池后果不堪設(shè)想。最后對(duì)接時(shí)，要求軸向誤差≤18cm。這些對(duì)航天員的身心都是極大的挑戰(zhàn)，要求他們具有極高的眼手協(xié)調(diào)性、操作精細(xì)性和過硬的心理素質(zhì)等。在交會(huì)對(duì)接的過程中，航天員需要緊盯電視圖像，根據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)讓兩個(gè)航天器一點(diǎn)點(diǎn)逼近，根據(jù)仔細(xì)計(jì)算決定速度變化方案完成交會(huì)對(duì)接，其中傳感器起到?jīng)Q定性作用，為實(shí)現(xiàn)航天夢(mèng)奠定最強(qiáng)基礎(chǔ)。

4.4工業(yè)自動(dòng)化裝置

光電傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，在工業(yè)上常用于非接觸測(cè)量物位、距離和條碼等信息，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了很多新型的光電傳感器，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。相關(guān)應(yīng)用行業(yè)的系列產(chǎn)品如下：

1）光電式煙霧報(bào)警器。沒有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號(hào)，沒有輸出；有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號(hào)輸出，發(fā)出報(bào)警。如今頻遭吐槽的霧霾天氣說明環(huán)境污染問題嚴(yán)重，而光電式煙霧報(bào)警器則可通過光在煙道里傳輸過程的變化檢測(cè)到煙道中的煙塵濁度；2）點(diǎn)鈔機(jī)的計(jì)數(shù)傳感器。具有結(jié)構(gòu)微型化、操作簡(jiǎn)便化、使用耐用型等特點(diǎn)的點(diǎn)鈔機(jī)在我們的日常生活中應(yīng)用頻繁，其不光在金融機(jī)構(gòu)中被大量使用，也逐漸成為一些大型企事業(yè)單位必備的辦公用品，成就其的正是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、精確度高的光電傳感器。點(diǎn)鈔機(jī)的技術(shù)傳感器采用兩組由一個(gè)紅外發(fā)光二極管和一個(gè)接收紅外光的光敏三極管組成的紅外光電傳感器，沒有鈔票時(shí)，接收管受光照導(dǎo)通而輸出為0；有鈔票時(shí)，接收管光通量不足而輸出為1且產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)檢測(cè)電路輸入至負(fù)責(zé)計(jì)數(shù)和顯示的單片機(jī)。只有不斷提升光電傳感器的性能，才能滿足商業(yè)經(jīng)濟(jì)和財(cái)務(wù)自動(dòng)化日新月異變化而產(chǎn)生的高要求。

參考文獻(xiàn)

[1]黃斌.基于多傳感器信息融合的節(jié)能控制系統(tǒng).測(cè)控技術(shù)，2013（4）.

篇8

飛思卡爾推出的接近傳感器系列產(chǎn)――MPR03x器件被優(yōu)化設(shè)計(jì)為最適合管理具有兩個(gè)電極(帶中斷IRQ功能)或三個(gè)電極(IRQ功能被禁用)的應(yīng)用。由于其高靈敏度且?guī)в幸恍┙?jīng)優(yōu)化的特制功能，所以能適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)合。

MPR03x傳感器最多可以管理3個(gè)觸摸板電極，其中一個(gè)電極可選擇作為中斷輸出負(fù)責(zé)向主機(jī)通告電極狀態(tài)的變化。該中斷輸出與第3個(gè)電極輸出進(jìn)行復(fù)用，因此使用該中斷輸出將電極輸入數(shù)減為2個(gè)。MPR03x傳感器包括三級(jí)輸入信號(hào)過濾，以檢測(cè)由于觸摸而引起的觸摸板輸入條件變化，不需要應(yīng)用做任何算法處理。

所有MPR03x傳感器都作為I2C從動(dòng)器件操作，以高達(dá)400 kbit/s的數(shù)據(jù)速率，通過I2C雙線接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。雙線接口使用串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時(shí)鐘線(SCL)，實(shí)現(xiàn)主從器件之間的雙向通信。主器件(通常是微控制器)發(fā)起MPR03x傳感器的所有數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)生成同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟CL時(shí)鐘。

配置

MPR03x接近電容式觸摸傳感控制器擁有三級(jí)濾波器。第一級(jí)和第二級(jí)濾波器允許應(yīng)用程序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行調(diào)理，以防止意外狀態(tài)變化。第一級(jí)濾波器過濾高頻噪音，第二級(jí)濾波器過濾低頻噪音，第三級(jí)濾波器可以配置為觸摸信號(hào)基線的檢測(cè)。

另外，各個(gè)電極具有的獨(dú)立觸摸和釋放跳變閾值寄存器。這些濾波器還可以提供系統(tǒng)遲滯，具體說來，用戶可以對(duì)每個(gè)電極單獨(dú)進(jìn)行觸摸和釋放閾值寄存器配置，防止任何電極在某個(gè)閾值內(nèi)出現(xiàn)抖動(dòng)。觸摸閾值在電容增加時(shí)激活，釋放閾值在電容朝基線回降時(shí)激活。

MPR03x器件的一個(gè)獨(dú)特功能是擁有可設(shè)置的電容范圍，因而一個(gè)器件可以覆蓋各種不同的應(yīng)用。由于電容測(cè)量是基于電荷充放的模式，所以提供的電荷總和是影響電容范圍的唯一因素。在這種情況下、提供的電荷由電荷率(恒定電流)與充電時(shí)間共同決定。電流可以設(shè)為1～64μA，充電時(shí)間可以設(shè)為500ns-2μs，電壓測(cè)量范圍是0.7～2.0V，這樣電容測(cè)量值的范圍就是0.25～2900pF，只需修改兩個(gè)參數(shù)，這個(gè)范圍就足以涵蓋從很大的電極到只有指尖大小的觸摸按鍵。

MPR03x系列中MPR031(地址：0x4A)和MPR032(地址：0x4B)有不同的I2C設(shè)備地址。這意味著同一個(gè)I2C總線上可以使用兩個(gè)有不同地址的部件，從而在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)就能夠部署4～6個(gè)更多的電極。利用這一靈活性，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化，MPR03x器件可以在經(jīng)過配置后實(shí)現(xiàn)最大功能或能效。

MPR03x系列的應(yīng)用

MPR03x系列電容式觸摸傳感控制器為觸摸控制帶來了很多過去根本不可能的新機(jī)會(huì)?？偟膩碚f，這類應(yīng)用都具有下面的一個(gè)或多個(gè)特征：

1、外形小巧，通常是手持應(yīng)用；

2、電池使用壽命特別長(zhǎng)：

3、電子設(shè)計(jì)特別簡(jiǎn)單。

?藍(lán)牙耳機(jī)――藍(lán)牙耳機(jī)變得越來越小，因此對(duì)按鈕的大小和位置有一定限制。使用觸摸按鍵可以使設(shè)計(jì)變得更簡(jiǎn)單，用一兩個(gè)簡(jiǎn)單的多功能按鈕就能控制電源、配對(duì)和音量。對(duì)于空間更大的器件，可以用兩個(gè)按鈕完成這些任務(wù)、以實(shí)現(xiàn)更大的使用便利性。由于尺寸限制和電池很小，使得藍(lán)牙耳機(jī)成為MPR03x低功率傳感控制器的理想應(yīng)用。

?桌燈――使用簡(jiǎn)單金屬觸點(diǎn)開關(guān)(帶觸摸激活功能)的桌燈已經(jīng)上市多年了。但如果使用MPR03x，則可以實(shí)現(xiàn)更精確的控制，包括燈光調(diào)暗、開／關(guān)控制，甚至家庭自動(dòng)化智能等。使用更智能的傳感器，將為現(xiàn)代家庭的更多電器帶來更簡(jiǎn)單、更直觀的界面。

?瓶裝水飲水機(jī)――不用擺弄標(biāo)準(zhǔn)瓶裝水飲水機(jī)上的塑料把手，輕輕觸摸一下電容式觸摸傳感器，飲水機(jī)就自動(dòng)放水。舉例來說，MPR03x系列可以分別控制冷水和熱水出水的觸摸按鈕。

?遙控鑰匙――遙控鎖解決方案(RICE)有三個(gè)重要的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：超低功耗、外形小巧及使用簡(jiǎn)便。尺寸為2×2mm2的小型MPR03x電容式觸摸傳感器就能解決所有這3個(gè)問題，而且它支持設(shè)計(jì)人員在鑰匙的最終設(shè)計(jì)中，能夠更好地集成上鎖、開鎖、后備箱開鎖和緊急告警功能。

?帶LED手電和激光教鞭的多功能筆――MPR03x系列外形小巧，足以集成到只有鋼筆大小的應(yīng)用中，從而在能源預(yù)算有限的情況下，在以電池為電源的應(yīng)用中多增加一些功能。一個(gè)開／關(guān)按鍵可以既用來啟動(dòng)LED手電，給低光環(huán)境照明，也可以用作演講時(shí)的激光教鞭，而不妨礙筆的纖巧設(shè)計(jì)。

?手表或鬧鐘――尺寸僅為2×2mm2的小型MPR03x電容式傳感器非常適合于支持像腕表這樣的表面空間有限的、器件上的多功能觸摸按鈕。該傳感器的低功率特性還能夠延長(zhǎng)應(yīng)用的電池使用壽命。相同傳感器還能方便鬧鐘上的多功能觸摸按鈕的操作。對(duì)于鬧鐘來說，空間不是至關(guān)重要的，但低成本和低功耗仍是首要考慮的問題。

?計(jì)算機(jī)上的多媒體鍵――筆記本電腦有很多額外按鍵，來實(shí)現(xiàn)從無線網(wǎng)卡、演示模式到音量控制和基于硬件的DVD播放器等眾多功能。MPR03x可以用來簡(jiǎn)化機(jī)械設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單的觸摸按鈕，讓計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)簡(jiǎn)約的現(xiàn)代外觀。

?自動(dòng)調(diào)溫器――智能調(diào)溫器被越來越多地用于更有效的氣候控制。MPR03x電容式觸摸傳感器促進(jìn)了能效更高、使用更便利的自動(dòng)調(diào)溫器設(shè)計(jì)，在一個(gè)更優(yōu)雅的緊湊型設(shè)計(jì)中，它以觸摸板替代機(jī)械按鈕，來完成時(shí)間、溫度和菜單選擇。

?調(diào)光器――電容式觸摸傳感可以替代“一按即開”和“再按即關(guān)”的調(diào)光器開關(guān)，但這種開關(guān)很容易壞。而一個(gè)2×2mm2MPR03x電容式傳感器能夠同時(shí)支持兩個(gè)觸摸，其中一個(gè)用來調(diào)暗，另一個(gè)用來調(diào)亮，因而不需要移動(dòng)部件就能切換光線亮度。

?DVD驅(qū)動(dòng)器――這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的應(yīng)用，MPR03x電容式觸摸傳感器的外形小巧和功耗低特征允許設(shè)計(jì)人員使用一個(gè)可靠的觸摸按鈕就能打開或關(guān)閉光盤托架。

?網(wǎng)絡(luò)攝像頭――大部分網(wǎng)絡(luò)攝像頭都非常簡(jiǎn)單、緊湊，且價(jià)格便宜，無論是用于幀捕捉還是用于視頻流。外形小巧、功耗低的MPR03x電容式觸摸傳感器可以作為一個(gè)啟動(dòng)／停止按鈕，與網(wǎng)絡(luò)攝像頭集成，以降低復(fù)雜性，提高可靠性，保持開發(fā)成本和銷售價(jià)格的低水平。

?飛機(jī)座位――對(duì)于像商業(yè)飛機(jī)座位這樣的人流量大、容易違反操作流程的環(huán)境，觸摸按鈕尤其有效。經(jīng)濟(jì)、可靠的MPR03x電容式傳感器可以用于音頻／視頻信道及音量控制接口。由于沒有移動(dòng)部件，可以最大限度地降低使用期內(nèi)正常所需的維護(hù)。

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中圖分類號(hào)：TM451.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）14-0020-03

目前，智能電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，其已成為全球能源發(fā)展和變革中的重大研究課題，其中各類電信號(hào)的測(cè)量技術(shù)及其傳感器是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、控制、分析和決策的基礎(chǔ)，也是智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。電壓互感器的準(zhǔn)確性、可靠性、便利性和快速性是電能計(jì)量和繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)診斷、電力系統(tǒng)故障分析中的關(guān)鍵技術(shù)要求。

電磁式電壓互感器（Potential Transformer，PT）和電容式電壓互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。雖然電網(wǎng)中普遍使用的電容式電壓互感器和電磁式電流互感器的技術(shù)成熟，而且擁有長(zhǎng)期的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，但它們的測(cè)量線性度較差、瞬變響應(yīng)速度較慢，且電磁式電流互感器的瞬態(tài)誤差特性也不理想。

傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器存重量大和體積大的特點(diǎn)，而且隨著特超高壓電網(wǎng)的發(fā)展，其絕緣強(qiáng)度要求難度越來越大，同時(shí)由于具有鐵芯，可能導(dǎo)致發(fā)生鐵磁諧振過電壓和由鐵磁飽和帶來的動(dòng)態(tài)范圍變小等缺點(diǎn)，已經(jīng)越來越不適應(yīng)當(dāng)前智能化電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

與電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器具有更多的優(yōu)點(diǎn)，其分壓結(jié)構(gòu)可以提高互感器的動(dòng)態(tài)范圍，使其更容易提高絕緣強(qiáng)度。但該互感器不能夠及時(shí)跟蹤電壓變化，不能滿足繼保系統(tǒng)中的要求，而且該互感器能夠捕捉到高頻的過電壓波形，也不能滿足電力系統(tǒng)故障診斷與在線監(jiān)測(cè)要求，而電容式電壓互感器中耦合電容、補(bǔ)償電抗器以及中間變壓器等內(nèi)部?jī)?chǔ)能元件構(gòu)成的RLC電路會(huì)使得電容式互感器的暫態(tài)特性會(huì)變差，使得當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生如電壓跌落故障時(shí)，電容式電壓互感器的輸出并不能立即跟隨一次側(cè)輸入變化，并且在高頻過電壓下，二次側(cè)輸出可能發(fā)生由鐵磁諧振導(dǎo)致的高頻振蕩，無法反映一次側(cè)輸入波形。在一些不易進(jìn)行直接測(cè)量的場(chǎng)合，如對(duì)高壓套管、被絕緣層包裹的變壓器繞組接頭處等進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器的使用也具受到了限制。

1 D-dot傳感器測(cè)量

3 結(jié) 語

D-dot傳感器是一種電場(chǎng)耦合的傳感器，工作原理上與通過傳遞能量實(shí)現(xiàn)測(cè)量的PT和CVT有所不同，可以實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)量，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有較大的測(cè)量帶寬和動(dòng)態(tài)范圍、能夠抑制非線性負(fù)載的感應(yīng)電壓過沖，為克服上述問題提供了新的途徑。但是傳統(tǒng)的D-dot傳感器由于傳遞函數(shù)限制與積分器、衰減器的使用，其工頻與高頻響應(yīng)會(huì)存在幅值與相位誤差的同時(shí)也存在傳感器體積與絕緣強(qiáng)度之間的矛盾，限制了其作為電力互感器的使用。通過分析D-dot傳感器的工作原理及其影響因素，指出一種通過差動(dòng)輸入和多重電極并聯(lián)的方式被引入以使互感器工作于自積分模式，使其能夠作為無接觸式電子式電壓互感器應(yīng)用于電力系統(tǒng)電壓測(cè)量領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便捷的特點(diǎn)，理論上分析其在額定電壓范圍內(nèi)線性擬合較高，而且具有很高的動(dòng)態(tài)范圍，幅值與相位誤差能夠達(dá)到計(jì)量要求，能夠快速反應(yīng)暫態(tài)電壓變化，是未來的發(fā)展方向。

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篇10

觸摸屏廣泛應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ罡鱾€(gè)領(lǐng)域，如手機(jī)、媒體播放器、導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相框、PDA、游戲設(shè)備、顯示器、電器控制、醫(yī)療設(shè)備等等。

通用的觸摸屏包括適用于移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品的電阻式觸摸屏和投射電容式(projected capacitive)觸摸屏以及用于其他應(yīng)用的表面電容式(surface capacitive)觸摸屏、表面聲波(SAW)觸摸屏和紅外線觸摸屏。

電阻式觸摸屏

應(yīng)用比較多的電阻式觸摸屏(圖1)具有空氣間隙和間隔層的兩層ITO(Indium TinOxide，銦錫氧化物)。電阻式觸摸屏是大量應(yīng)用、經(jīng)過驗(yàn)證、低成本的技術(shù)。其缺點(diǎn)是：薄弱的機(jī)械性能；堆疊厚，相對(duì)較為復(fù)雜；不能檢測(cè)多個(gè)手指的動(dòng)作；前面板實(shí)現(xiàn)方案易損壞；有限的工業(yè)設(shè)計(jì)選項(xiàng)；光學(xué)性能不良；需要用戶校準(zhǔn)。

投射電容式觸摸屏

觸摸屏的電容觸摸控制采用一個(gè)用傳導(dǎo)物質(zhì)(如ITO)做涂層的表面來存儲(chǔ)電荷。傳導(dǎo)物質(zhì)沿屏的X軸和Y軸傳導(dǎo)電流。當(dāng)傳導(dǎo)(如手指)觸摸時(shí)控制電場(chǎng)發(fā)生變化，而且可以確定沿水平軸和垂直軸觸摸的位置。在帶按鍵觸摸位置的應(yīng)用中，把分立的傳感器放置在特定按鍵位置的下面，當(dāng)傳感器的電場(chǎng)擾時(shí)系統(tǒng)記錄觸摸和位置。投射電容式觸摸屏示于圖2。

投射電容式觸摸屏比其他觸摸屏技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是：

?出色的信噪比；

?整個(gè)觸摸屏表面具有高精度；

?能夠支持多個(gè)觸摸；

?通過“厚的”電介質(zhì)材料進(jìn)行感應(yīng)；

?無需用戶校準(zhǔn)。

QTOUCh技術(shù)

QTouch技術(shù)是Atmel觸摸技術(shù)部前身Quantum(量研科技)的專利。所開發(fā)的集成電路技術(shù)是基于電荷一傳輸電容式感測(cè)。QTouch IC檢測(cè)用傳感器芯片和簡(jiǎn)單按鍵電極之間單連接來檢測(cè)觸摸(圖3)。QTouch器件對(duì)未知電容的感測(cè)電極充電到已知電位。電極通常是印刷電路板上的一塊銅區(qū)域。在1個(gè)或多個(gè)電荷一傳輸周期后測(cè)量電荷，就可以確定感測(cè)板的電容。在觸摸表面按手指，導(dǎo)致在該點(diǎn)影響電荷流的外部電容。這做為一個(gè)觸摸記錄。也可確定QTouch微控制器來檢測(cè)手指的接近度，而不是絕對(duì)觸摸。判斷邏輯中的信號(hào)處理使QTouch健全和可靠。可以消除靜電脈沖或瞬時(shí)無意識(shí)觸摸或接近引起的假觸發(fā)。

QTouch傳感器可以驅(qū)動(dòng)單按鍵或多按鍵。在用多按鍵時(shí)，可以為每個(gè)按鍵設(shè)置1個(gè)單獨(dú)的靈敏電平?？梢杂貌煌笮『托螤畹陌存I來滿足功能和審美要求。

QTouch技術(shù)可以采用兩種模式：正?；颉坝|摸”模式和高靈敏度或“接近”模式。用高靈敏電荷傳輸接近感測(cè)來檢測(cè)末端用戶接近的手指，用用戶接口中斷電子設(shè)備或電氣裝置來啟動(dòng)系統(tǒng)功能。

為了優(yōu)異的電磁兼容，QTouch傳感器采用擴(kuò)頻調(diào)制和稀疏、隨機(jī)充電脈沖(脈沖之間具有長(zhǎng)延遲)。單個(gè)脈沖可以比內(nèi)部串脈沖間隔短5％以上。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是較低的交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_，降低了RF輻射和極化率，以及低功耗。

QTouch器件對(duì)于慢變化(由于老化或環(huán)境條件改變)具有自動(dòng)漂移補(bǔ)償。這些器件具有幾十的動(dòng)態(tài)范圍，它們不需要線圈、振蕩器、RF元件、專門纜線、RC網(wǎng)絡(luò)或大量的分立元件。QTouch做為一個(gè)工程方案，它是簡(jiǎn)單、耐用、精巧的方案。

在幾個(gè)觸摸按鍵互相靠近時(shí)，接近的手指會(huì)導(dǎo)致多個(gè)按鍵的電容變化。Atmel專利的鄰鍵抑制(AKS)采用迭代技術(shù)重復(fù)測(cè)量每個(gè)按鍵上的電容變化，比較結(jié)果和確定哪個(gè)按鍵是用戶想要的。AKS抑制或忽略來自所有其他按鍵的信號(hào)，提供所選擇按鍵的信號(hào)。這可防止對(duì)鄰鍵的假觸摸檢測(cè)。

觸摸屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)