本文將探討壓力傳感技術(shù)能夠產(chǎn)生哪些更自然和更直觀(guān)的用戶(hù)體驗，并解釋您在為應用選擇正確的技術(shù)方案時(shí)需要注意哪些性能特征。

 

各種不同的壓力傳感技術(shù)已經(jīng)存在了數十年，但是蘋(píng)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(shù)，這的確提高了它的知名度。

 

智能手機和觸控板僅僅是冰山一角：壓力傳感技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，可以用來(lái)改進(jìn)我們與家用電器、醫療和工業(yè)領(lǐng)域等一系列設備的互動(dòng)。

 

除了與智能手機或筆記本電腦采用簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊互動(dòng)（每個(gè)互動(dòng)只是“開(kāi)”或 “關(guān)”）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(jìn)行控制。壓力傳感技術(shù)能夠使設備制造商和軟件開(kāi)發(fā)人員為用戶(hù)創(chuàng )造一種更自然、更直觀(guān)和身臨其境的用戶(hù)體驗。但是與集成的電容式傳感技術(shù)或傳統按鈕相比截然不同的是，壓力傳感器提供非線(xiàn)性模擬輸出，因而至關(guān)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(zhì)量生產(chǎn)能夠像現在的技術(shù)一樣簡(jiǎn)單可靠。

 

在本文中，我們將分析這些新興的應用案例，并解釋?zhuān)貏e是在中端和高端應用中，壓力傳感器在滿(mǎn)足所需性能要求時(shí)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(kāi)發(fā)出一種開(kāi)創(chuàng )性的數據主導測試系統，以確保傳感器達到客戶(hù)所需的性能指標并能達到其預期。

 

 

除了顯示屏外，手機和平板電腦制造商還可以通過(guò)將壓力傳感器集成到這些設備的其他部分，如主頁(yè)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(gè)壓力敏感區域，通過(guò)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(gè)最基本的改進(jìn)例子是，不必反復抬起手指離開(kāi)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(gè)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(chuàng )建全新的設備互動(dòng)方式，而不會(huì )遮擋屏幕。

 

個(gè)人電腦制造商正在探索如何將壓力傳感器集成到鍵盤(pán)等硬件的其他部分。這里想象一下，輕按鍵盤(pán)上的箭頭鍵逐字母地移動(dòng)光標，而加大按壓的力度則可以用來(lái)跳過(guò)一個(gè)單詞。這樣，通過(guò)一個(gè)刻意的、直觀(guān)的按壓，而不是通過(guò)按的次數，來(lái)確定在同一個(gè)按鈕上兩個(gè)不同的動(dòng)作。

 

圖2：將合適的力度傳感器集成到筆記本電腦，可以提供更加直觀(guān)的用戶(hù)體驗（來(lái)源：Peratech）

 

在幾乎所用的應用中壓力傳感器都可以代替機械開(kāi)關(guān)，因為模擬控制可以提供更直接用戶(hù)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(cháng)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(dòng)工具或電器、健身設備、家庭自動(dòng)化、自動(dòng)控制、生物識別特征、工業(yè)以及機器人系統等等。

 

 

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(chǎn)品的性能將受到影響。而如果性能指標要求過(guò)高，會(huì )在成本、復雜性和潛在的質(zhì)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(gè)傳感器受到的最大力度是100g，那么知道它在1kg的壓力時(shí)最多能提供10g變化度的價(jià)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(gè)指標就是您的傳感器應該滿(mǎn)足測量的對象。這個(gè)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(shí)際產(chǎn)品性能無(wú)關(guān)的東西。

 

與上述問(wèn)題密切相關(guān)的第二個(gè)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(chǎn)品，在每次使用時(shí)，每個(gè)產(chǎn)品都能按預期實(shí)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(chǎn)品中起到至關(guān)重要的安全作用，這種高可靠性就顯得尤為重要。從技術(shù)角度來(lái)看，這意味著(zhù)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(chǎng)的其它電子組件一樣，傳感器的最后一個(gè)基本要求是能夠根據需要進(jìn)行量產(chǎn)，同時(shí)達到我們已經(jīng)討論過(guò)的質(zhì)量保證。這意味著(zhù)所采用的測試技術(shù)不僅要準確和適用，而且要操作簡(jiǎn)單、快速，并且可擴展。所有這些都需要在一個(gè)具有高性?xún)r(jià)比的測試設備中體現出來(lái)。

 

 

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(shí)，要具有對傳感器的絕對信心，而達此目的唯一方法是進(jìn)行智能的和全面的測試。

 

當您需要每個(gè)產(chǎn)品都能夠滿(mǎn)足事先要求的質(zhì)量時(shí)，僅僅測試一個(gè)來(lái)自生產(chǎn)線(xiàn)的樣品并不能給予足夠的信心。同樣，除非某個(gè)力點(diǎn)與您的應用完全匹配，僅僅在一個(gè)力點(diǎn)上測試傳感器也沒(méi)有太大的意義。

 

因此，您需要了解每個(gè)傳感器都需要在合適的力度下工作，這通常意味著(zhù)即使傳感器廠(chǎng)商已經(jīng)對產(chǎn)品進(jìn)行了測試，設備制造商也必須自己進(jìn)行耗時(shí)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(hù)進(jìn)行這種不必要和昂貴的測試，Peratech開(kāi)發(fā)了一種嚴格的下一代產(chǎn)品測試和分析技術(shù)，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(kāi)生產(chǎn)線(xiàn)后對其進(jìn)行有效地評估。

 

 

通過(guò)結合National Instruments（NI）公司提供的同類(lèi)最佳測試硬件和軟件，并采用基于云端和商業(yè)智能/分析工具的定制數據基礎架構，Peratech設計并開(kāi)發(fā)了一個(gè)全新且安全的自動(dòng)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(dòng)地捕獲每條生產(chǎn)線(xiàn)上的測試數據，將其存儲在云端，并可用于進(jìn)一步分析（來(lái)源：Peratech）

 

該測試系統采用National Instruments設備和LabVIEW軟件，能夠自動(dòng)測試從生產(chǎn)線(xiàn)下線(xiàn)的每一個(gè)傳感器，在不到5秒的時(shí)間內便可完成針對一個(gè)傳感器在不同力點(diǎn)的測試，每秒鐘可收集多達50,000個(gè)數據點(diǎn)，以產(chǎn)生完整的力阻（force-resistance）曲線(xiàn)。 因此，除了能夠確保每個(gè)傳感器的質(zhì)量，Peratech還能夠可靠地向客戶(hù)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(xiàn)顯示，一個(gè)傳感器如何在不同的力度下工作（來(lái)源：Peratech）。

 

得益于采用了高度自動(dòng)化技術(shù)，每個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本只需增加幾分錢(qián)即可實(shí)現這種高水平的保證和測試。

 

 

測試數據經(jīng)過(guò)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(shí)時(shí)地進(jìn)行分析。這使得Peratech能夠在幾分鐘內而不是幾天的時(shí)間內識別和解決問(wèn)題，并提供即時(shí)和持續的質(zhì)量水平保證。

 

對于客戶(hù)而言，這種嚴格的工廠(chǎng)測試及其所產(chǎn)生的分析結果可以減少甚至消除客戶(hù)自己為尋找合適的傳感器而進(jìn)行的試錯（trial-and-error）測試，它還可以大大減少進(jìn)貨檢驗和最終產(chǎn)品檢測時(shí)間。如果出現不可預見(jiàn)的產(chǎn)品問(wèn)題，該系統將能夠提供產(chǎn)品的可追溯性，從而實(shí)現快速取證和解決問(wèn)題。因此，Peratech的傳感解決方案不僅能夠實(shí)現下一代人機接口（HMI）產(chǎn)品應用， Peratech的產(chǎn)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(zhì)量實(shí)現從概念開(kāi)發(fā)到批量生產(chǎn)，從而降低風(fēng)險和不確定性。

 

 

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

 

圖5：測試臺（來(lái)源：Peratech）

 

 

除了提供商用產(chǎn)品的質(zhì)量保證之外，Peratech還可以通過(guò)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(jìn)展信息。

 

Peratech可以使用多種數據可視化工具來(lái)分析數據，更快地完成實(shí)驗，并將資源更多地集中在分析和建議，從而通過(guò)采用最佳材料，以多種定制化的形狀和尺寸大小，實(shí)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(jìn)行快速修改以測試新的產(chǎn)品設計。因而，準備新傳感器的測試只需要幾周時(shí)間，而不是數月。

 

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

 

 

從廚房攪拌機到智能手機，從醫療設備到工業(yè)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(dòng)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(chǎn)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(shí)現上述兩個(gè)目的需要將傳感器在投放市場(chǎng)之前必須經(jīng)過(guò)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(jìn)行大量昂貴和耗時(shí)測試，而且這些測試往往并不能使傳感器的性能與產(chǎn)品性能要求完全匹配。

 

為了從根本上改進(jìn)模塊和產(chǎn)品測試，Peratech開(kāi)發(fā)了一種自動(dòng)化、可擴展和數據主導的測試方法，能夠確保生產(chǎn)的每一個(gè)傳感器在多個(gè)力點(diǎn)都經(jīng)過(guò)嚴格的測試，以便準確地滿(mǎn)足客戶(hù)的產(chǎn)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(mǎi)的每個(gè)傳感器模塊都能夠按照需要完好地運行。








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