電容傳感器與相關技術及其應用

3、電容傳感器電場測量功效的應用

如今，工程師不必進行實際接觸便可以利用電場來探測是否有其他物體出現。這種電場傳感器或者電容傳感器越來越流行，成為廉價而又耐用的傳感技術。許多行業和消費類產品都使用了電容傳感器，例如計算機外設、病人監控設備、冰箱霜凍傳感器、銷售終端以及車庫大門安全傳感器等。最流行最直接的應用是觸摸屏和觸摸板。在開發觸摸板時，有三點是必須要考慮的：觸摸電極設計和布板；面板表面不同的絕緣材料；各種環境條件下對電場測量的影響。

電容傳感器還可以用于液面傳感。例如，一個簡單的設計將電極棒垂直放入水中，形成一個縱向電容，利用電場傳感來測量液面。沒有液體時只有一個電容，當裝入水后，電容被分成了兩部分：一個填充了空氣(介電常數為1)，另一個填充了水(介電常數為80)。通過簡單的計算，就可以確定液面高度。然而，在洗衣機等應用中，水中加入洗滌劑以及有其他雜質時，這一系統不能補償不同介質特性的影響，影響了精度。

更復雜的電容系統使用坡度電極；它采用厚度變化相同的兩個薄片，彼此重疊。當液面上升時，電極的不同區域和水“接觸”，從中可以提取出一定的比例。這一比例直接反映了液面變化，而區域的絕對值提供了介電常數信息，可以估算水中的肥皂等其他雜質。

電場傳感技術還常用于探測物體的靠近程度。電容模型方程(圖5(a))表明電容值和電容電極之間的距離(1/d)成反比。在典型應用中，電容的一個電極是導電電極的一端，另一個電極則在被測物體上。

由于距離和容值相互對應，這類傳感器適用于高精度接近測量(圖5(b))。在一般室內環境中，Freescale的MC34940使用1平方英尺的電極可以探測距離1 2英寸之外的手。這一技術還可以用于接觸控制、安全和安防以及接近喚醒等方面。

4、電容傳感器如何應用

傳感器的走線可以是任何尺寸、任何形式、以及任意數量的。按鈕、滾輪、卷動軸、游戲把手、以及觸控板的型態都可以走線方式在傳感器PCB上進行布局。

設計工程師有許多可以用來完成使用接口的選項，范圍從只是將機械按鈕換成電容按鈕傳感器，到完全不使用按鈕．而改以具有八個輸出位置的游戲把手，或是能夠提128個輸出位置的滾輪來代替。

單一傳感器組件所能完成的傳感器數量，必須視所需傳感器的型態而定。以AD7142為例，它具有14個電容輸入接腳以及12個轉換通道。AD7143有8個電容輸入接腳以及8個轉換通道。可以采用任意數量的傳感器加以組合，以最多不能超過可使用的輸入以及通道數量為限。

在所有相連的傳感器上，會采用依序循環(round-robin)的方式依序進行量測。所有的傳感器可以在36ms內完成量測，因此幾乎就是同時對每個傳感器的狀態進行偵測——極快速的使用者能夠在40ms內執行一個觸發或是關閉傳感器的動作。

5、結束語

在人機界面的應用上，電容傳感器與電容式開關及電容感應是一項新崛起的技術，并且很快的在廣泛而不同的產品與組件上成為受到歡迎的技術。電容傳感器可使得各種可攜式與消費性產品具有創新而且易于使用的接口。它們易于設計，使用標準的PCB生產技術，并且比機械式開關更加的可靠，并成為可以符合設計需要的高效能接口。