影响传感器响应的因素及解决方法
导读：每一种因素都会影响传感器被物体接触时CDC测量到的变化幅度。若CDC输出变化很小，就很难区分传感器接触和传感器未接触的情况。本文详细说明每种因素对传感器响应的影响，可用作确定传感器配置尺寸和形式，以及覆盖材料规格的指导原则。
影响传感器响应取决于三大因素：
• 传感器元件的尺寸和类型
• 接触传感器的物体尺寸
• 覆盖材料的厚度和类型
传感器元件
传感器元件的尺寸决定了发射器和接收器之间感应电容场的大小。传感器元件越小，干扰的电容场也越小。如果传感器元件太小，传感器受到接触时，CDC测得的电容变化就会不够大。
传感器元件类型也很重要。对按钮传感器而言，只需要开/关或接触/不接触这些信息。按钮能够承受一些传感器响应的损失，只要能够确定是否接触到按钮。但是，滚动条传感器则必须输出与滚动条长度相关的位置数据。减少滚动条的传感器响应会减少CDC代码(用以描述滚动条的完整通过数据)的数量，因此会影响滚动条传感器位置数据的分辨率和精度。
接触传感器的物体
对所有应用而言，接触传感器的物体是接地的手指或手。然而，接触传感器的物体尺寸并不固定，手指尺寸因人而异，即使是同一个人也可能会用不同的手指来激活传感器。消费电子器件设计时必须考虑各种手指尺寸，以确保每个人都能顺利操作器件。任何接地物体都能激活ADI公司的传感器。本文在数据收集实验中采用接地金属探头来模拟手指，用直径5 mm、10 mm和15 mm的三种探头来模拟不同的手指。
覆盖材料
必须仔细检查覆盖传感器的材料属性。电容场在传感器PCB上方约4 mm至5 mm，它必须在任何覆盖材料上方，从而确保传感器正常工作。材料不能吸收太多的电容场。某些类型的塑料导电性较强，通过的电容场较多。表1列出了各种塑料聚合物的损耗因数。损耗因数是衡量材料损耗程度的指标。损耗因数越低，通过材料的电容场就越多。
玻璃也是一种合适的覆盖材料。但是，金属不能用作覆盖材料。
在本文中，传感器PCB的覆盖材料为厚度0.5 mm至4 mm的ABS。
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- 第一页：影响传感器响应的三大因素
- 第二页：按钮传感器及滚动条传感器的响应激活
按钮传感器
按钮传感器是最简单的传感器元件。按钮的形状可以是圆形、方形或定制形状。按钮传感器可以是5 mm × 5 mm以上的任何尺寸。图1所示为典型按钮传感器设计。
图1 按钮传感器
按钮传感器响应
收集典型按钮传感器响应数据采用10 mm × 10 mm的按钮传感器来实现。为了模拟用户的手指，采用了各种尺寸的接地金属探头来激活按钮。传感器PCB位于厚度为0.5 mm至4 mm的塑料下方。传感器响应定义为传感器接触和未接触状态下CDC输出代码的变化。
图2所示为从CDC测量到的输出数据。该数据表明，传感器响应随塑料厚度的增加而减少。CDC输出降至500个码以下时，按钮传感器的响应会不够。此时很难区分真正的传感器激励和CDC代码中的噪声。10 mm按钮可配合上方大至4 mm的塑料使用。传感器越小，响应越小。对5 mm的按钮而言，传感器响应可降至约500个码。对5 mm按钮而言，建议采用2 mm或以下的覆盖塑料来确保传感器正常工作。
另外值得注意的是探头尺寸对传感器响应的影响。较小的探头只能少量降低接收器上测得的电容。手指尺寸的影响也是一样，手指越小，传感器响应也越小。
图2 按钮传感器响应
滚动条传感器
滚动条传感器元件适合快速便捷滚动菜单或数据列表。滚动条传感器的长宽应分别大于25 mm和5 mm，以便获得足够响应，从而实现滚动功能。推荐最长约45 mm。图3所示为典型滚动条传感器设计。
图3 滚动条传感器
滚动条传感器响应
滚动条有两种可以测量的响应，即激活响应(是否接触滚动条？)和位置数据输出或滚动响应。本文收集的数据采用的滚动条宽为12 mm，长为28 mm。为了模拟用户的手指，采用各种尺寸的接地金属探头来接触滚动条。传感器PCB位于厚度为0.5 mm至4 mm的塑料下方。滚动条激活和滚动条位置响应都经过测量，滚动条响应定义为传感器接触和未接触状态下CDC码的变化。
图4所示为从滚动条收集到的数据，用来测量激活水平。这些数据清楚表明，塑料越厚，传感器的响应越小。激活测量结果显示何时接触到滚动条。通过这种方法，滚动条的功能类似于按钮的开/关功能，允许传感器响应存在一定程度的减少。
图5显示了滚动条滚动时的响应。这再次清楚表明，覆盖塑料越薄，探头越大，传感器响应就越好。滚动条的滚动或位置数据响应则不能适应传感器响应下降。若传感器响应良好，滚动条代码的差异为14000，这意味着滚动滚动条的长度时，代码变化较大。传感器响应下降时，滚动滚动条长度时，代码变化小得多。这会导致滚动条位置数据的分辨率或精度较低。
图4 滚动条传感器激活响应
图5 滚动条传感器位置数据响应
建议采用以下方法使各种传感器元件都能实现最佳响应：
• 覆盖塑料最大厚度应为2 mm。这是一条基本指导原则，基于采用ABS材料时的测量结果。其他材料可承受的厚度可能高于或低于这一数值。由于传感器尺寸和手指尺寸也会影响传感器响应，因此可以更改设计，以便在2 mm以上的塑料厚度工作。
• 传感器元件应和设计允许的尺寸相符。设计传感器元件时，元件应始终满足该传感器类型的最小尺寸要求。
• 应考虑目标市场，以确保传感器对该市场中手指尺寸的上下分布都能良好响应。设计玩具时，传感器应设计成最适合在儿童的平均手指尺寸下工作。
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