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威藝彈簧小科普:觸摸彈簧
觸摸彈簧的介紹:
名稱—對于傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)而言是一種穩(wěn)健的電容式感應(yīng)替代方案。采用可伸縮式觸摸按鍵，無需更改殼模具即可實(shí)現(xiàn)觸摸按鍵控制產(chǎn)品，觸摸敏感度非常良好。
產(chǎn)品材料—琴碳鋼絲、低碳鋼絲，高碳鋼、錳鋼絲，鎳絲，60SizMNA，彈簧用不銹鋼絲等材料。
表面鍍層—環(huán)保鎳、鍍無鎳白K、直上金、底金、銀色、青古銅、古銀等。
適用范圍—適用于電磁爐，光波爐，電餅鐺，消毒柜，油煙機(jī)，熱水器，曖風(fēng)機(jī)，洗菜機(jī)，點(diǎn)鈔機(jī)，按摩器，電烤箱，電子酒柜，飲水機(jī)等一系列高檔智能觸摸小家電產(chǎn)品。
規(guī)格要求-觸摸按鍵產(chǎn)品,請?zhí)峁┮韵聨讉€參數(shù):A,圓形五金觸片直徑.B,彈簧線徑.C,彈簧高度.D,彈簧圈數(shù).E,彈簧外徑.F,若為中空觸摸按鍵需提供內(nèi)圓直徑。
觸摸彈簧（感應(yīng)彈簧）的應(yīng)用原理：利用彈簧構(gòu)建電容式感應(yīng)器電--容式感應(yīng)相對于傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)而言是一種穩(wěn)健的替代方案。不過，有些應(yīng)用不能在覆蓋層下直接安置印刷電路板，也不能將印制電路板連接到設(shè)備外殼上。這類應(yīng)用包括爐灶、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等家用電器以及收音機(jī)、電視調(diào)諧器、控制面板、座位上的乘員檢測系統(tǒng)等各種車輛電子裝置。
金屬彈簧感應(yīng)器-可用來替代固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器，這樣，PCB的位置就可以遠(yuǎn)離覆蓋層，并能在震動強(qiáng)烈或溫度急劇變化的工作條件下提供可靠的感應(yīng)器連接。此外，彈簧還可提供背光照明、融合機(jī)械和電容按鈕等其它功能。
觸摸彈簧的電場模擬:為了對比彈簧感應(yīng)器與固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器之間的行為，必須要對相關(guān)對象的電場進(jìn)行建模。在對固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器和彈簧感應(yīng)器建模時，我們假定以下情況：
·覆蓋層為無機(jī)玻璃：相對介電常數(shù)e=4.2；厚度=4 mm。
·將手指建模為金屬橢圓體：高度=20 mm；直徑=10 mm。
·固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器為固態(tài)金屬環(huán)：直徑=10 mm；厚度=0.1 mm。
·彈簧感應(yīng)器用中空的金屬圓筒建模：高度=20 mm；直徑=10 mm；金屬厚度=1mm。
彈簧的靈敏度稍優(yōu)于含有較厚覆蓋層的固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器，因?yàn)閺椈筛袘?yīng)器能形成較大的電場。
手指觸摸感應(yīng)電容的模擬:為了明確覆蓋層厚度對手指觸摸增加電容(FTC)的影響，我們?nèi)杂孟嗤墓虘B(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器和彈簧感應(yīng)模擬器進(jìn)行建模，但覆蓋層厚度從1毫米增加到了10毫米。
此外，為了明確彈簧的最佳物理尺寸，F(xiàn)TC的相關(guān)性將根據(jù)其高度、直徑和彈簧線粗細(xì)等參數(shù)進(jìn)行建模。當(dāng)手指放在感應(yīng)器上時，彈簧和固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器的靈敏度相同。當(dāng)手指位置稍偏感應(yīng)器中心時，這兩種感應(yīng)器的靈敏度都會下降，但彈簧感應(yīng)器的靈敏度略強(qiáng)于電導(dǎo)式感應(yīng)器。手指放置位置偏離時，彈簧感應(yīng)器上信號較強(qiáng)是彈簧感應(yīng)器的一大優(yōu)勢，尤其是在滑塊應(yīng)用），這種優(yōu)勢則更加明顯。如果覆蓋層厚度為2毫米或更厚，彈簧感應(yīng)器的靈敏度會更高。更適于獲得最佳電容特性的彈簧物理尺寸。
觸摸彈簧物理尺寸的建議:彈簧的高度應(yīng)為5毫米或以上。超過這一范圍，敏感度則不會再隨著彈簧的高度增加而增強(qiáng)，但也不會導(dǎo)致性能下降；因此，電路板和覆蓋層之間的距離可以根據(jù)需要相應(yīng)延長。如果彈簧的高度低于5毫米，彈性、敏感度和側(cè)面敏感度等特性就會受到影響。對于4毫米厚的覆蓋層，為了獲得最佳的彈簧靈敏度，彈簧的直徑不得小于10毫米。在特定情況下，如果彈簧的靈敏度相對于選定的覆蓋層而言已經(jīng)足夠，則可選用直徑較小的彈簧。當(dāng)FTC的變動范圍僅介于數(shù)百分之一皮法之間時，彈簧線的粗細(xì)不會對電容特性產(chǎn)生太大的影響。因此，彈簧線的粗細(xì)應(yīng)由對彈簧所要求的強(qiáng)度來決定?？傮w來說，彈簧線的粗細(xì)應(yīng)介于0.3～1.5毫米之間。根據(jù)模擬的中間結(jié)果，彈簧感應(yīng)器的自身電容一般會大于相同直徑的固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器。當(dāng)采用CSD方法時，可通過保護(hù)電極來加以補(bǔ)償。
不同形狀觸摸彈簧的使用:在實(shí)際應(yīng)用中可以使用不同形狀的彈簧。每種形狀都有其優(yōu)缺點(diǎn)。常見的彈簧包括圓形彈簧、變直徑的圓形彈簧以及矩形彈簧等。
如下圖用于標(biāo)準(zhǔn)按鈕的圓形彈簧，這種圓形彈簧按鈕的制作非常簡單，中央的空間可用于背光或其它目的。
如下圖顯示的是敏感度更高的圓形彈簧。當(dāng)覆蓋層接觸并壓下彈簧時，較寬的一頭會縮進(jìn)，進(jìn)而形成一個固態(tài)感應(yīng)器，這不僅提高了感應(yīng)靈敏度，而且還允許使用更厚的覆蓋層。
如下圖顯示的是當(dāng)把幾個矩形彈簧排成一行時，就能更有效地覆蓋滑塊感應(yīng)區(qū)域。此外，矩形彈簧的寬度小于圓形彈簧，因此能構(gòu)建包含更多彈簧感應(yīng)器的滑塊。如前所述，彈簧有一個較高的側(cè)面靈敏度。這種敏感度在滑塊應(yīng)用中是一個優(yōu)勢。如果覆蓋層較厚且使用內(nèi)插法的話，在斷片數(shù)量和覆蓋層厚度相同的情況下，由彈簧構(gòu)成的滑塊比固態(tài)電導(dǎo)式滑塊具有更好的線性度。由于相鄰斷片電場相互重疊的情況較多，所以彈簧滑塊斷片信號分布的偏差更大。在使用形心算法時，不同斷片間的電場分布的偏差越小，接觸位置計算的線性度就越好。
觸摸彈簧的安裝要求：觸摸彈簧在PCB的安裝要求，由于彈簧的側(cè)邊靈敏度較高，因此相鄰彈簧感應(yīng)器彼此間的距離應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)一些，以避免錯誤檢測。如果感應(yīng)器間距較小，可增加一個比較層。彈簧感應(yīng)區(qū)域的要求與固態(tài)按鈕的要求一樣。如果覆蓋層較厚，彈簧直徑必須比覆蓋層的厚度大至少2至3倍，且PCB和覆蓋層之間的距離必須為5毫米或更多。請勿在彈簧下面安放固態(tài)接地，因?yàn)檫@會加大彈簧焊接的復(fù)雜度，并增加感應(yīng)器的原生電容。
摸彈簧的更多附加功能：利用彈簧還能開發(fā)出更多附加功能，包括：背光的使用感應(yīng)器通常需要背光。用彈簧作為感應(yīng)器能在內(nèi)部置入LED用于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的前面板照明。可以實(shí)現(xiàn)兩種類型的背光照明：
一、LED安裝在板的上部可提供擴(kuò)散的背光效果，
二、LED安裝在板的下部則能將光通過開口向上射出，實(shí)現(xiàn)聚光效果。
大范圍的散射光適用于前面板圖標(biāo)的背光設(shè)計，而較窄的聚光適用于狀態(tài)指示燈的設(shè)計。雙色LED非常適用于許多既需要背光又需要按鈕狀態(tài)指示的應(yīng)用。
觸摸這個按鈕僅能觸發(fā)感應(yīng)器，而按壓該按鈕則將同時觸發(fā)感應(yīng)器和機(jī)械按鈕。在此情況下，只有在感應(yīng)器工作時才能提供背光、提示等預(yù)備動作。在兩個按鈕同時觸發(fā)時才能執(zhí)行最終的動作。例如，在GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中，觸摸按鈕僅顯示提示信息，只有按壓按鈕才能進(jìn)行操作。
計算范例：顯示了家用電器應(yīng)用項(xiàng)目的演示范例。在板和覆蓋層之間的空隙處，可用彈簧替代固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器。在板的厚度大于幾毫米的情況下，彈簧的靈敏度并不低于標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)器。同時，使用彈簧具有以下優(yōu)勢：
·在PCB和覆蓋層之間提供空隙。
·可使安裝的按鈕與板之間保留不同的距離，從而更便于支持彎曲的覆蓋層。
·由于彈簧具有彈性，因而能在震動或覆蓋層與板之間的距離有所改變的情況下（比如洗衣機(jī)中出現(xiàn)的情況）提供可靠的感應(yīng)器功能。
·非常適合較厚的覆蓋層。
·在斷片數(shù)量和插值比率相同的情況下，可提供比固態(tài)導(dǎo)通滑塊更好的滑塊線性度。
·便于創(chuàng)建感應(yīng)器前面板背光。
·電容感應(yīng)能與機(jī)械按鈕組合使用，進(jìn)一步改善用戶界面。