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的用戶體驗，并解釋您在為應(yīng)用選擇正確的技術(shù)方案時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(shù)十年，但是蘋果公司決定在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，可以用來改進我們與家用電器、醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域等一系列設(shè)備的互動。

 

除了與智能手機或筆記本電腦采用簡單的點擊互動（每個互動只是“開”或 “關(guān)”）外，我們現(xiàn)在還可以根據(jù)不同的按壓力度采用不同的方式進行控制。壓力傳感技術(shù)能夠使設(shè)備制造商和軟件開發(fā)人員為用戶創(chuàng)造一種更自然、更直觀和身臨其境的用戶體驗。但是與集成的電容式傳感技術(shù)或傳統(tǒng)按鈕相比截然不同的是，壓力傳感器提供非線性模擬輸出，因而至關(guān)重要的是，要有適當(dāng)?shù)墓ぞ呤箟毫鞲蟹桨傅脑O(shè)計和大規(guī)模高質(zhì)量生產(chǎn)能夠像現(xiàn)在的技術(shù)一樣簡單可靠。

 

在本文中，我們將分析這些新興的應(yīng)用案例，并解釋，特別是在中端和高端應(yīng)用中，壓力傳感器在滿足所需性能要求時所必須具備的特性。之后，我們將展示傳感器制造商Peratech如何開發(fā)出一種開創(chuàng)性的數(shù)據(jù)主導(dǎo)測試系統(tǒng)，以確保傳感器達到客戶所需的性能指標并能達到其預(yù)期。

 

 

除了顯示屏外，手機和平板電腦制造商還可以通過將壓力傳感器集成到這些設(shè)備的其他部分，如主頁按鈕、電源按鈕或音量控制等等。一些制造商正在設(shè)備的側(cè)面或后部增加一個壓力敏感區(qū)域，通過不再使用手指從而可以避免遮掩住顯示屏的部分區(qū)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最基本的改進例子是，不必反復(fù)抬起手指離開按鈕就可以輕松地重復(fù)多次按下按鈕，這對于單手音量控制是一個非常有用的功能。

 

圖1：在智能手機或平板電腦的側(cè)面或背面增加壓力傳感器可以創(chuàng)建全新的設(shè)備互動方式，而不會遮擋屏幕。

 

個人電腦制造商正在探索如何將壓力傳感器集成到鍵盤等硬件的其他部分。這里想象一下，輕按鍵盤上的箭頭鍵逐字母地移動光標，而加大按壓的力度則可以用來跳過一個單詞。這樣，通過一個刻意的、直觀的按壓，而不是通過按的次數(shù)，來確定在同一個按鈕上兩個不同的動作。

 

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

 

在幾乎所用的應(yīng)用中壓力傳感器都可以代替機械開關(guān)，因為模擬控制可以提供更直接用戶體驗。超薄且高耐用性壓力傳感器的使用可以節(jié)省空間，延長使用壽命，并降低傳統(tǒng)按鈕系統(tǒng)的總體成本。

 

基于力度的控制和傳感器的一些其他潛在應(yīng)用包括：可變速電動工具或電器、健身設(shè)備、家庭自動化、自動控制、生物識別特征、工業(yè)以及機器人系統(tǒng)等等。

 

 

正如上述這些應(yīng)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(yīng)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高，會在成本、復(fù)雜性和潛在的質(zhì)量方面形成不必要的挑戰(zhàn)。例如，傳感器的精確度可以根據(jù)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(nèi)提供的所需精度。如果一個傳感器受到的最大力度是100g，那么知道它在1kg的壓力時最多能提供10g變化度的價值就不大了。如果從10g到100g的感測精度變化對您的應(yīng)用很重要，那么這個指標就是您的傳感器應(yīng)該滿足測量的對象。這個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際產(chǎn)品性能無關(guān)的東西。

 

與上述問題密切相關(guān)的第二個基本要求是，指標性能必須可預(yù)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，每個產(chǎn)品都能按預(yù)期實現(xiàn)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)角度來看，這意味著傳感器輸出必須在具體力度范圍內(nèi)精確到特定的誤差范圍。

 

與面向大眾市場的其它電子組件一樣，傳感器的最后一個基本要求是能夠根據(jù)需要進行量產(chǎn)，同時達到我們已經(jīng)討論過的質(zhì)量保證。這意味著所采用的測試技術(shù)不僅要準確和適用，而且要操作簡單、快速，并且可擴展。所有這些都需要在一個具有高性價比的測試設(shè)備中體現(xiàn)出來。

 

 

包括上面強調(diào)的智能手機和高級筆記本電腦在內(nèi)，對于需要中等或高精度的設(shè)備而言，制造商在將力度傳感器集成到設(shè)備時，要具有對傳感器的絕對信心，而達此目的唯一方法是進行智能的和全面的測試。

 

當(dāng)您需要每個產(chǎn)品都能夠滿足事先要求的質(zhì)量時，僅僅測試一個來自生產(chǎn)線的樣品并不能給予足夠的信心。同樣，除非某個力點與您的應(yīng)用完全匹配，僅僅在一個力點上測試傳感器也沒有太大的意義。

 

因此，您需要了解每個傳感器都需要在合適的力度下工作，這通常意味著即使傳感器廠商已經(jīng)對產(chǎn)品進行了測試，設(shè)備制造商也必須自己進行耗時且昂貴的測試，以確保他們選擇的傳感器是合適的。

 

為了減少客戶進行這種不必要和昂貴的測試，Peratech開發(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(yīng)用，并可在傳感器離開生產(chǎn)線后對其進行有效地評估。

 

 

通過結(jié)合National Instruments（NI）公司提供的同類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(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)，Peratech設(shè)計并開發(fā)了一個全新且安全的自動化測試和監(jiān)控系統(tǒng)，可以應(yīng)用于制造傳感器的任何設(shè)施。

 

圖3：該測試裝置能夠自動地捕獲每條生產(chǎn)線上的測試數(shù)據(jù)，將其存儲在云端，并可用于進一步分析（來源：Peratech）

 

該測試系統(tǒng)采用National Instruments設(shè)備和LabVIEW軟件，能夠自動測試從生產(chǎn)線下線的每一個傳感器，在不到5秒的時間內(nèi)便可完成針對一個傳感器在不同力點的測試，每秒鐘可收集多達50,000個數(shù)據(jù)點，以產(chǎn)生完整的力阻（force-resistance）曲線。 因此，除了能夠確保每個傳感器的質(zhì)量，Peratech還能夠可靠地向客戶展示其傳感器如何在各種具體應(yīng)用中的不同力度范圍內(nèi)工作。

 

圖4：該完整的力-阻曲線顯示，一個傳感器如何在不同的力度下工作（來源：Peratech）。

 

得益于采用了高度自動化技術(shù)，每個產(chǎn)品的生產(chǎn)成本只需增加幾分錢即可實現(xiàn)這種高水平的保證和測試。

 

 

測試數(shù)據(jù)經(jīng)過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時地進行分析。這使得Peratech能夠在幾分鐘內(nèi)而不是幾天的時間內(nèi)識別和解決問題，并提供即時和持續(xù)的質(zhì)量水平保證。

 

對于客戶而言，這種嚴格的工廠測試及其所產(chǎn)生的分析結(jié)果可以減少甚至消除客戶自己為尋找合適的傳感器而進行的試錯（trial-and-error）測試，它還可以大大減少進貨檢驗和最終產(chǎn)品檢測時間。如果出現(xiàn)不可預(yù)見的產(chǎn)品問題，該系統(tǒng)將能夠提供產(chǎn)品的可追溯性，從而實現(xiàn)快速取證和解決問題。因此，Peratech的傳感解決方案不僅能夠?qū)崿F(xiàn)下一代人機接口（HMI）產(chǎn)品應(yīng)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)量實現(xiàn)從概念開發(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(tǒng)還可以針對小量到批量生產(chǎn)而進行擴展，同時保持相同水平的嚴謹度。通過National Instruments工廠測試裝置的模塊化和易擴展性、LabVIEW提供的高度自動化、以及云端能夠經(jīng)濟地存儲數(shù)據(jù)的巨大容量，可以實現(xiàn)這種可擴展的測試。

 

圖5：測試臺（來源：Peratech）

 

 

除了提供商用產(chǎn)品的質(zhì)量保證之外，Peratech還可以通過分析大量的測試數(shù)據(jù)，提供新標準和定制傳感器等方面的進展信息。

 

Peratech可以使用多種數(shù)據(jù)可視化工具來分析數(shù)據(jù)，更快地完成實驗，并將資源更多地集中在分析和建議，從而通過采用最佳材料，以多種定制化的形狀和尺寸大小，實現(xiàn)更加一致的傳感器性能。

 

此外，測試系統(tǒng)不需要復(fù)雜的低級編碼，即可以進行快速修改以測試新的產(chǎn)品設(shè)計。因而，準備新傳感器的測試只需要幾周時間，而不是數(shù)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，他們可以通過比以前快得多的速度得到新的組件，同時傳感器的質(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(yī)療設(shè)備到工業(yè)設(shè)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方式。這些應(yīng)用要求傳感器不僅要具有可預(yù)測的性能表現(xiàn)，在其特定的應(yīng)用案例中要達到所需的精度，而且還要為產(chǎn)品設(shè)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。

 

實現(xiàn)上述兩個目的需要將傳感器在投放市場之前必須經(jīng)過特性表征和全面測試。傳統(tǒng)上，這通常需要設(shè)備制造商自己進行大量昂貴和耗時測試，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。

 

為了從根本上改進模塊和產(chǎn)品測試，Peratech開發(fā)了一種自動化、可擴展和數(shù)據(jù)主導(dǎo)的測試方法，能夠確保生產(chǎn)的每一個傳感器在多個力點都經(jīng)過嚴格的測試，以便準確地滿足客戶的產(chǎn)品應(yīng)用需求。Peratech的智能化測試系統(tǒng)使設(shè)備制造商能夠根據(jù)自己的需求選擇正確的傳感器，并使他們確信所購買的每個傳感器模塊都能夠按照需要完好地運行。








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