導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇電容式傳感器，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

在生產科研活動中，經常要對溫度、壓力等非電量進行測量，使得現代傳感器技術有了飛速的發展。電容式傳感器的檢測元件可將被測非電量變換為電容量，然后通過對電容值的測量得到相應的非電量的值。由此可見對電容值進行測量是有實際意義的。在數字化測量技術中，為實現對電容所測值進行數字顯示，通常是將被測電容Cx先轉換成與其成正比的直流電壓信號（稱C/U轉換）或時間信號（稱C/t轉換）。這里介紹一些具體的轉換方法，并詳細討論一個典型的C/U轉換電路。

1、測量電容的幾種轉換方法

⑴ 充電法測電容

圖1是這種方法的原理圖。集成運放反向輸入端所加的基準電壓Ur經電阻R對被測電容Cx進行充電，當輸出電壓Uo達到預先設定的額定值時就停止充電。在Ur和R為定值的情況下，顯然充電時間t的長短與Cx成正比。由圖1可寫出其關系式：

只要測出時間t的大小，就可得知Cx的值。利用這種C/t的轉換方法測電容，其可測范圍為10μf-999.9μf。

⑵ 充放電法測電容

圖2是這種方法的原理圖之一，它由窗口比較器對電容的充放電進行控制。基準Ur先對Cx進行充電，當兩端電壓達到額定值時就對地放電，當電容兩端電壓降低到一個額定值時再次充電。Cx如此反復的充放電，就形成一個周期為T的震蕩電壓波形，T值與Cx成正比，因此通過測量時間T的大小就可得知Cx的值。這種通過C/t轉換測量電容若配上單片機電容量的分辯率可達（0.5-1）×10-3乘以電容滿度值，可測范圍為0-200μF。

和上述方法相似的另一種測量方式是稱為換向式的測量法，它也是先充電后放電，但放電到-Ur為止通過測量放電的持續時間Td得知Cx的大小，這種方法的優點是對充電電源及放大器參數要求不嚴格，測量誤差小，分辨力可達0.1pF，能滿足電容傳感器的要求。

⑶ 脈寬調制法測電容

圖3是這種方法的原理圖。它是在如圖所示的單穩態觸發器的觸發端輸入一個脈寬為tw，周期為T的矩形波，在閾值為TH加被測電容Cx。通過Cx充放電在輸出端得到一個周期仍為T，但脈寬tw即占空比q=tw/T隨Cx成比例變化的矩形波（所以稱為脈寬調制）。如果能設法測出tw的值，則Cx也可得，這顯然也屬于用C/t轉換法測電容。由于q隨C/x改變是輸出的矩形波電壓平均值Uo值隨之而變，即表明Cx與Uo成正比，所以只要能Uo并測出它的數值，就可以得出Cx的值，顯然這屬于通過C/U轉換測電容。脈寬調制法測電容的范圍為0-20μF，最高分辨別率為1μF，它的缺點是測量前都要手動調零，從而延長了測量時間。

⑷ 容抗法測電容

圖4是這種方法的原理電路圖。運放處于線性工作，Ui是幅度及頻率fo均恒定的正弦測試信號。電容中通過正弦交流信號時，其容抗為Xc=1/（2πfoCx），當fo恒定時，Xc與Cx成反比。

2、按容抗法實現的C/U轉換電路的設計與分析

根據容抗法測量原理，為實現C/U轉換，必須有正弦信號發生器，C/ACU轉換電路，AC/DC轉換電路，濾波器及輔助電路等。

由集成運放N1，電阻R1-R5和C1-C2組成RC橋式振蕩器，其中C1R1和C2R2組成RC串并聯網絡，R3R4R5組成負反饋網絡，通過調整R3R4R5 的值使略大于3滿足起振的條件，即R4+R5>2R3。運放N2是一級反向輸入的緩沖放大器，其電壓增益為A = -（R7+RP1）/R6其中RP1為校準電位器，調節RP1可改變N2的電壓增益。由運放N3、電阻RS和電容Cx組成測量電容的主電路，其功能是實現C/ACU的轉換。由運放N4、電阻R9- R11和電容C3- C4組成二階有源帶通濾波器，其中心頻率fo = 400HZ因此有源帶通濾波器只允許400HZ信號通過，這樣就得到一個純正的400HZ的正弦波。由集成運放N5、二極管VD3-VD5電阻R13- R16和，電位器RP2和電容C5- C8組成精密整流電路，電路中的R12是N5的同向端輸入電阻，R13、 R14為負反饋電阻可將N5偏置在線性放大區并控制運放的增益。

3、電容式傳感器的應用

電容式傳感器的檢測元件將被測非電量變換為電容量變化后，用測量線路（C/U轉換電路）把電容容量的變化變換為電壓，再通過電壓與電容的關系得出非電量的值。可應用在測氣體的濃度、油箱油量、導電液體液位等等。

這種電容式轉換電路具有線性度好、準確度高、電路簡單、成本小、功耗低等特點可應用于一些小型、便攜式裝置中。例如數字萬用表就是利用容抗法實現C/U轉換輸出平均值電壓再配以高分辯率的液晶A/D轉換器把模擬量轉換成數字量來測量電容的。

參考文獻：

篇2

Abstract: This paper describes the capacitive sensor has good temperature stability, simple structure, good dynamic response, non-contact measurement can be achieved, with the average effect of the advantages of high output impedance, load capacity is poor, and shortcomings of the parasitic capacitance of the film, and Problems in the application.

Keywords: capacitors, sensors, load

1.電容式傳感器的特點

1）優點

（1）溫度穩定性好。電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系統低的材料，又因本身發熱極小，影響穩定性甚微。而電阻傳感器有電阻，供電后產生熱量：電感式傳感器有銅損、磁游和渦流損耗等，易發熱產生零漂。

（2）結構簡單。電容式傳感器結構簡單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實現某些特殊的測量；能工作在高溫，強車船及強磁場等惡劣的環境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力、高沖擊、過載等；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量。

（3）動態響應好。電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小（約幾個10-5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小、很薄，即質量很輕，因此其固有頻率很高，動態響應時間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特別適用于動態測量。又由于其介質損耗小可以用較高頻率供電，因此系統工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數。

（4）可以實現非接觸測量，具有平均效應。例如，非接觸測量回轉軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應，可以減少工作表面粗糙度等對測量的影響。

電容式傳感器除了上上述的優點外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所以輸入和輸入能量極小，因而可測極低的壓力，以及很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨率高，能敏感0.01µm甚至更小的位移；由于其空氣等介質損耗小，采用差動結構連接成電橋式時產生的零殘極小，因此允許電路進行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。

2）缺點

（1）輸出阻抗高，負載能力差。電容式傳感器的容量受共電極的幾何尺寸等限制，一般只有幾pF到幾百pF，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當采用音頻范圍內的交流電源時，輸出阻抗高達106―108Ω。因此傳感器的負載能力很差，易受外界干擾影響而產生不穩定現象，嚴重時甚至無法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設計和使用帶來極大的不便。阻抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十MΩ以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周圍的環境如溫度、清潔度等。不采用高頻供電，可降低傳感器輸出阻抗，但高頻放大、傳輸遠比低頻的復雜，且寄生電容影響大，不易保證工作的穩定性。

（2）。電容式傳感器由于受結構與尺寸的限制，其寢電容量都很小（幾pF到幾十pF），而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容（1―2m導線可達800pF），電子線路的雜散電容，以及傳感器內極板與其周圍導體構成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（職電纜電容）常常的隨機變化的，將使儀器工作很不穩定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。

隨著材料、工藝、電子技術，特別是集成技術的發展，使電容式傳感器的優點得到發揚，而缺點不斷地得到克服。電容式傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高精度，在動態、低壓及一些特殊測量方面大有發展前途的傳感器。

2.應用中存在的問題

1）邊緣效應以上分析各種電容式傳感器進還忽略了邊緣效應的影響。實際上當極板厚度h與極距d之比相對較大時，邊緣疚的影響就不能忽略。這時，對極板半徑為r的變極距型電容傳感器。

邊緣效應不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產生非線性。為了消除邊緣效應的影響，可以采用帶有保護環的結構。保護環與定極板同心、電氣上絕緣且間隙越小越好，同時始終保持等曜，以保證中間工作區得到均勻的場強分布，從而克服邊緣效應的影響。為減小及板厚度，往往不用整塊金屬板做極板，而用石英或陶瓷等非金屬材料，蒸涂一薄層金屬作為極板。

2）靜電引力 電容式傳感器兩個極板間因存在靜電場，因而有靜電引力或力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數、極間距離有關。通常這種靜電引力很小，但在采用推動力很小的彈性敏感元件的情況下，必須考慮靜電引力造成的測量誤差。

3）溫度影響 環境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對被測輸入量的單值函數關系，從而引入溫度干擾誤差。這種影響主要有以下兩個方面。

（1）溫度對結構尺寸的影響：電容傳感器由于極間隙很小而對結構尺寸的變化特別敏感。在傳感器各零件料線膨脹系數不匹配的情況下，溫度變化將導致極間隙相對變化，從而產生很大的溫度誤差。在設計電容式傳感器時，適當選擇材料及有關，可以滿足溫度誤差補償要求。

（2）溫度對介質的影響：溫度對介電常數的影響隨介質不同而異，空氣數溫度系數看似為零：頁巖某些液體介質，如硅油、蓖麻油、煤油等，其介電常數的溫度系數較大。例如，煤油的介電常數的溫度可達0.07%/°C；若環境溫度變化加減50°C，則將帶來7%的溫度的誤差，故采用此類介質時必須注意溫度變化造成的誤差。

參考文獻：

1、王松林，魯高奇，電容式傳感器測量電路設計，電子質量，2011年第1

2、翟寶峰,梁清華，檢測糧食水分用的電容式傳感器，傳感器技術，2003年第22卷第2期

3、丁振榮,陳衛民，電容式傳感器測量油品中水的體積分數之新方法，傳感器技術，2004年第23卷第5期

4、楊三序，電容式傳感器在車輛檢測裝置中的應用，傳感器技術，2004年第23卷第9期

5、伊曉光,孫來軍,胡曉光，濕敏電容式傳感器測量SF6氣體濕度方法的研究，電力建設，2004年第25卷第8期

6、黎章,袁易君，基于AVR單片機的谷物水分檢測系統，農機化研究，2010年第32卷第6期

篇3

更大的溫度范圍；

更大的濕度范圍；

駕駛與乘客因長期接觸轉換器與按鈕所造成的臟污。

圖1：基本的電容式傳感器

今日車用的按鈕與轉換器不僅比過去多了許多，還要能具備輕易建置的特性，以符合日趨人性化控制接口的需求，另外，還必須具備成本效益，避免采用密封封閉式的機械開關。因此，電容式觸控接口（capacitive touch switches，或稱為cap sense）是一個非常具有潛力的取代方案。電容式觸控接口技術不僅無須采用機械式控制元器件，還具備整合人性化接口的功能，十分符合汽車工業對于可靠性與成本效應的需求。

如圖1所示，電容式接口主要是由兩片相鄰電路極板（traces）所構成的電容器：而依據物理法，電容效應是存在于兩片電鄰線路極板之間的。如果有任何導電性的物體（例如：手指尖）靠近這兩片極板時，平行式電容（parallel capacitance）就會與傳感器產生耦合(couple)效應。因此，整體電容會隨著手指尖觸碰電容傳感器而增加；當移開手指時，電容則會隨之減少。所以只要利用一套電路系統來測量電容的變化，就可以判斷手指尖是否有碰觸到兩片相鄰的電路極板。

電容式傳感器是由兩片電路極板與一個機板空間所構成。這些電路極板可為電路板的一部分，上面直接覆蓋著一層絕緣層。電容式傳感器也可以采用玻璃印刷電路技術植入車窗玻璃，并應用于后擋風玻璃的除霧器上。另外，電容式傳感器不僅可以隱藏在曝曬印制圖案的背面，還能夠順應各種曲面的弧度，廣泛地應用于汽車的各種功能上。

圖2：典型弛張振蕩器拓撲

建構電容式界面的要素：

一組電容器；

電容量測電路系統；

從電容值轉譯成接口狀態(switch state)的近端裝置。

通常電容式傳感器的電容值介于10pF～30pF之間。普遍來說，手指尖經由1mm絕緣層接觸到接口所造成的耦合電容是介于1pF～2pF的范圍。越厚的絕緣層所產生的耦合電容則愈低。若要感應手指的觸碰，則必須建置能夠偵測到1%以下電容變化的電容感測電路系統。

弛張振蕩器（relaxation oscillator）是一種非常有效且易于使用的電容量測電路。一般常見拓撲如圖2所示：

這個電路由以下四種元器件組成：

一組同步比較器(comparator)

一組電流源

一組放電開關(discharge switch)

一組電容式傳感器。

最初，放電開關呈現開啟的狀態，此時全數的電流會流向傳感器，造成傳感器電壓呈現直線上升的現象。此充電動作將持續至傳感器電壓達到比較器閥值為止。這時，比較器會從低電壓轉為高電壓，進一步關閉放電開關。如此一來，電容式傳感器便會快速經由低阻抗路徑放電至地電位。當比較器輸出電壓從高轉低時，整個電路周期則會重復進行。依據下列的方程式，輸出頻率（fout）與充電電流呈現正比的關系；與閥值電壓和傳感器電容則呈現反比的關系。因此借著量測輸出頻率，就可以得知傳感器電容的大小：

假設充電電流為5μA，比較器閥值電壓為1.3V，而傳感器電容為30pF，則會產生128KHz的輸出頻率將。花在量測輸出頻率的時間越長，則可獲得越高的頻率分辨率。由于更高的頻率分辨率會產生更佳的電容量測靈敏度，因此增加量測時間也會相對的提高電容量測分辨率。而設計業者可分別依據不同的應用層面、傳感器尺寸與覆蓋絕緣體厚度等因素，調整量測電容的時間。

由上列的方程式，可以近一步推衍出下列電容方程式：

因此，顯然地我們還必須有輸出頻率周期的量測機制。圖3分別顯示周期量測方式的示意圖與波形圖。

圖3：周期量測方式示意圖

弛張振蕩器的輸出頻率在此代表脈沖寬度調變器（pulse width modulator, PWM）的頻率。PWM的輸出波形由低頻率與高頻率兩種脈波構成，頻率的實際值端視不同應用而定。PWM輸出信號則用來當成計數器（counter）閘門（gate）的信號。當此信號為高電位時，計數器會以fref的頻率累積其數值，并于閘門信號下緣(falling edge)產生中斷的情況，此時則可進行讀取或是重設計數器數值的動作。之前曾假設充電電流為5μA，比較器閥值電壓為1.3V，而傳感器電容為30pF，則會產生128KHz的輸出頻率。假設計數器的參考頻率為6MHz，則計數器在一個周期中所累積數值為46，兩個周期為93，而十個周期的計數器數值則為468。由此可知，計數器累積數值越多，產生的分辨率或是靈敏度也就會越高。設計業者可運用下列方法獲得更高的計數值：

提高計數器參考頻率

降低振蕩器頻率

增加閘門信號的周期次數

電容式接口傳感器采用可變更組態的混合信號數組（configurable mixed signal array），為設計業者提供一套具備成本優勢的解決方案，請參考圖4所示：

圖4：Cypress 可變更組態混合信號數組CY8C21x34的示意圖

Cypress 可變更組態混合信號數組CY8C21x34器件不僅內含建置弛張振蕩器所需的可變更組態模擬區塊，還具備作為建置周期量測裝置用的數字區塊。更重要的是，此器件還額外內建一組I/O模擬多任務器。多任務器的每一組針腳都具備一個開關器，可直接連結到模擬總線上。I/O模擬多任務器是一套大型的交叉式開關（cross-switch），能夠讓每一組針腳直接連結到控制系統上的模擬數組。此外，可編程電流源與放電開關也可直接與總線連結。這套內含多功能的可變更組態混合信號數組器件，可讓28個I/O針腳中的任何一個都能被當成電容式傳感器的輸入端使用。圖5顯示完整的電容式感測系統。

圖5：Cypress推出型號為CY8C21x34的可變更組態混合信號數組

當指尖同時放在兩組并列的電容式傳感器之間時，兩組傳感器很有可能皆會感測到指尖的碰觸。因此，設計業者可利用這樣的原理，近一步研發近似模擬的指尖位置感測裝置。

滑桿（slider）是由多個鄰近的傳感器所組成，在這樣的設計模式下，指尖接觸的范圍可以同時影響到多個傳感器。因此，受影響傳感器的電容值變化可用來計算質心(center of mass)與形心(centroid)。而計算出來的數值可精確的顯示指尖所在位置。圖6顯示滑桿的構成。

圖6：滑桿是由多個鄰近的傳感器所組成

如要達到多個傳感器同時感測出指尖碰觸的目的，設計人員在滑桿的設計上就必須考慮到傳感器的形狀。

恒速行駛操縱裝置（cruise control）為滑桿的應用之一。舉例來說，我們在里程計速度值上放置一排透明的電容式傳感器，只要在55與60兩個數值之間輕輕的點一下，即可將行車時速設定為57 mph。此外，內建電容式觸控傳感器的滑桿也可應用在車燈、音響音量控制等任何測量用的應用裝置上。

隨著車用自動控制儀表板的設計日趨復雜，要將所有的控制鈕建置在其有限的空間中也變得更困難。由于許多車種的方向盤內都已裝設安全氣囊，當安全氣囊迅速膨脹時，可沒有人希望被一大堆機械器件砸在身上，因此，一般的汽車設計業者都會避免在方向盤的表面上裝置控制鈕。然而，電容式傳感器只是被電鍍在安全氣囊蓋后方的電路極板，并沒有任何機械元器件。若是鍍裝有困難，也可以超薄電路板(flex circuit) 取代，并以鑲嵌的方式裝置在安全氣囊蓋后方。

車窗是另一項電容式觸控技術尚未觸及的領域。您是否想過直接把車窗除霧器的控制接口直接建置在車窗上？也許現在已經有設計業者將雨刷控制器直接安裝在擋風玻璃上了。也許未來設計人員會在位于門把上方的玻璃上加裝觸控式數字控鎖接口，車主只需要在車窗的傳感器上輸入正確的密碼，便可控制汽車門鎖。設計業者只要采用玻璃印刷電路技術或印制技術，就可將這類的電容式傳感器建置在物體的表面。設計人員不僅可將這些傳感器設計成常見的按鍵形式，也可自由發揮創意，將傳感器以品牌或是車款名稱，加裝在車窗上(如圖7所示)。

或許公司的營銷人員會對圖7這樣的設計建議表示關切，因為消費者可能會質疑當他們搖下車窗時，是否仍能順利的打開車門？

篇4

中圖分類號：G712文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)02(c)-0000-00

0引言

傳感器原理及應用是高職院校機電一體化專業的專業課程，主要研究機電控制系統中傳感器的應用，根據課程性質，該課程在理清傳感器工作原理的基礎上，偏重其工業應用，由于目前我院機電專業學生能力參差不齊，對偏重理論的傳感器原理理解難度較大，導致對其工業應用把握不住，針對這一情況，我院傳感器檢測技術課程組老師改變了原有老師講解為主的傳統教學方法，在課堂讓學生思維充分動起來，從而使學生從要我學轉變為我要學，本為以電容式傳感器的課堂教學為例，對偏重工作原理部分內容的課堂設計進行了探索。

1 課程分析

課堂設計首先基于對課程的分析和合理的把握。根據機電專業學生將來的職業崗位進行分析。其將來面臨的職業崗位主要有機電設備裝配與調試、機電設備維護與維修等。而在任何的機電設備中無疑都有控制系統，傳感檢測技術作為控制系統的重要環節，是機電專業學生必須掌握的重要技術，所以，傳感器課程在機電專業的課程體系設計中，是一門重要的專業課程。

2 學情分析

對于不同的授課對象，理應采用不同的授課方法及手段。本課程的授課對象為高職機電專業學生。根據高職學生的特點分析，學生具有以下特點：學生的學習主動性較差，對理論性過強的知識點理解會存在一定困難；但這些學生喜歡動手，喜歡探索實際應用性的問題，具有較強的挑戰性和競爭意識。

3對教材的分析及使用

傳感器本身是一門應用性較強的課程，學習的目的就是為了能在實際的機電一體化系統中進行應用。所以，在授課過程中，以夠用為尺度，教材僅僅作為參考，在每種傳感器的學習過程中，充分利用多媒體資源，給學生展示傳感器的實際應用場景，使理論知識在實際應用場合中慢慢滲入。

4 課程教學目標及重難點的把握

教學目標：使學生在理解傳感器工作原理的基礎上掌握其應用方法和注意事項等。那么，本次課的教學目標就是掌握電容式傳感器的工作原理以及它的應用。

教學重點：學生通過本次課堂學習后，能夠根據電容的定義式推知電容式傳感器的工作原理；掌握電容式傳感器的應用。

難點定位：通過分析，本次課的難點就在于它的應用，也就是它的應用功能與其他的傳感器有何區別，它在實踐中能夠解決哪些實際問題。

5 教學過程

“行動導向教學”看似是要讓大家都真正的“動”起來。但究其內涵，并非如此。本次課重點在電容式傳感器的工作原理及應用，所以本次課對于行動導向教學的設計應該注重學生“思維上的行動”，在課堂上充分發揮學生的主觀能動性，引導學生積極思維，從思想上行動起來，把課堂變成老師和學生共同學習，解決問題的場所。

接下是對這堂課具體的過程設計。

（1）回顧總結

在新課之前，設置問題，用懸念引導對已有相關知識的回顧，并導入新課。

如：“要想檢測位移，可以用哪些傳感器進行檢測？”這個問題學生會有很多的答案，因為位移的檢測用前面學過的傳感器都可以解決。

（2）導入新課

提出新的問題，并在幻燈片上用圖片進行展示：指紋識別、汽車安全氣囊、飛機油量檢測、管道液位高度等等，這些問題用現有的知識能不能夠解決？學生通過思考，發現用這些知識還不能夠解決這些問題，所以，激發學習好奇心，開始新課的興趣學習。

（3）書寫標題，并顧名思義，化繁為簡

在黑板上寫下標題“電容式傳感器”，并由“電容式”三個字的字面含意去猜測這種傳感器的工作原理：設法將被測量的變化轉換為電容量的變化。

（4）帶著問題引導學生學習

由電容的定義式可知，電容大小決定于：兩極板的正對面積、兩極板的間距、極板間介電常數三個量。所以，得出結論：電容式傳感器可以分為三種基本類型，變面積型、變極距型和變介電常數型。

（5）巧用動畫，直觀形象

對于每種類型的電容式傳感器，提供幻燈片及動畫演示，使學生能直觀生動地認知學習，切實理解掌握傳感器的工作原理。對于傳感器中關于靈敏度和非線性誤差的相關推導，由學生自己看書，只需得出結論，并知道解決矛盾的辦法。總之，在課堂上要教師講授和學生學習有效結合，提高學習的高效性。

（6）成果驗收

以小組的形式基于該傳感器設計一個簡單的檢測系統，小組進行匯報，同學及教師給予評價，以此給學生學習的壓力及動力，促使其主動學習。

6 結語

根據高職教育特點，傳統的教學模式已無法適應高職院校學生的特點及就業要求，因此，高職專業教師要不斷的以就業為導向，實施行動導向的教學模式改革，以不斷提高課堂教學的趣味性和有效性，使高職的教學質量上一個新臺階。

參考文獻

[1] 姜大源. 關于工作過程系統化課程結構的理論基礎[J].職教通訊，2006（1）.

篇5

1 結構及檢測原理

1.1 智能手機屏幕的結構

如圖1，最上層為電路保護層，通常為透光性好的玻璃，最下方為LCD（Liquid Crystal Display）液晶顯示屏，由于液晶顯示屏工作時常產生噪音，故在液晶顯示屏與感測層之間存在防干擾層，保護層與防干擾層之間為兩個內容相同的核心感測層，這種感測層一般是由一種透明的導電材料制備的，比如真空淀積的錮錫氧化物(Indium-Tin-Oxide,ITO)，感測層通過改變電容值用來響應手指的靠近，其中一層用來確定X方向的位置，另一層確定Y方向，兩個感測層使得電路得到兩個坐標，進而在二維平面上確定觸碰點。

1.2 感測層(ITO)形狀以及感測原理

1.2.1形狀

如圖2，菱形為ITO電極設計的一種常見圖案，其最早見于1980年代初，菱形圖案可對暴露在手指觸摸區域下的電極表面進行優化，同時把X和Y方向電極軌跡的交叉面積降至最小。這些電極的密度越高，觸摸的分辨率也越高。當采用菱形圖案時，對角線長通常控制在 4 到 6 毫米。電極最終通過光刻、蝕刻工藝形成多個水平和垂直方向的感應電極和驅動電極。

1.2.2感測原理

通常使用交互電容法進行對觸電的探測，交互電容法以行列之間的電極耦合為初始條件，當用戶觸摸屏幕表面時，自身的靜電會影響這個耦合電容的值，如圖3，當驅動某一行電極時，感應芯片會依次掃描每一根列電極，測出每根列電極與該行電極交叉點處的交互電容。通過計算交互電容的變化值就可以確定每一個手指觸摸的精確位置。

2 感應區電容工作原理

電容式傳感器實現觸摸點定位的工作原理中最主要的是獲得每個觸摸點所獨有的坐標，獲得此坐標的方法被稱為坐標定位法，從宏觀角度分析，電容觸摸屏可以等效為一個由電阻組成的電路，根據等效電路可以對電容觸摸屏的原理進行分析。下面以坐標與電流信號之間的關系來闡述電容傳感器捕捉觸點坐標的原理。

對于一維平面觸摸屏，通常有兩種模式：一種是從四個邊引出觸摸電流，另一種是從四個角引出觸摸電流，其中從四角引出觸摸電流的方式，坐標定位的換算方式更為復雜。本文以從四邊引出電流的模式為代表性的實例，簡要介紹電路工作的情況。如圖4所示。

其中矩形為整個電容屏的等效形狀，中間相疊的環形為觸點位置，整個平面的坐標系以I1、I3交點處為零坐標，I1、I2、I3、I4為四邊檢測到的電流值，在捕捉觸點時，給電路一個高頻電壓源，四邊的電流與X0坐標間的定位方程為：

X0=L1* ；

坐標值可以用電流值的比例來表示，這個結果容易讓人聯想到電流大小與坐標呈正比例的關系，這可以由等效電路來解釋，如圖5所示。

其中最上方的電阻絲為整個電容屏在X方向上的等效，T為觸點，r1與r2分別為觸點左右兩邊電阻絲的電阻值，i1、i2為電流，ε1、ε2為電源的電壓，Z為人體電阻，根據此電路由戴維寧定理可得：

ε1+ i1r1+(i1+i2)z=0

ε2+i2r2+(i1+i2)z=0

兩式相減，并由r2=R-r1，并取ε1=ε2

顯然可以得到R與任意一個r之間的比例關系與電流的比例之間的對應關系即r1/R=i1(i1+i2)，同時從硬件上又知道對于一個組成均勻的電阻絲來說，阻值與長度成正比即r/R=Xo/L故可得到:

Xo=L*i2/(i1+i2)

同理可得Yo，從兩者的坐標算法可以看出，微觀與宏觀上是一致的，只需要在計算橫坐標時在宏觀上把坐標所在行看做微觀中的電阻絲。

3 結束語

投射式電容屏傳感器技術已經相當成熟，任何一個智能手機的開發人員選項中都有能使屏幕坐標可視的功能，人們可以看到智能手機屏幕工作的坐標。智能手機作為便攜式設備深入到人們生活之中，有著巨大的發展前景。

參考文獻

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為減小附加誤差，保證測試數據的可比性，兩次測試均采用相同的標準器和測試設備。標準器為美國GE公司的精密冷鏡式露點儀，露點測量范圍為-60℃～40℃，測量誤差為±0.01℃；測試設備為國產SYSD型一等標準雙壓法濕度發生器，其產生相對濕度的范圍為10%～95%RH，最大允許誤差為±1%RH。1.3測試方法測試中選取-30℃，-10℃和20℃3個溫度點。-30℃時，選取20%、30%、40%、50%、75%、85%、95%7個濕度測試點。由于被試件技術指標不同，-10℃和20℃時，1#、2#、7#、8#被試件選取20%為低濕測試點，其余被試件選取15%測試點，其他測試點與-30℃時相同。每個溫度點進行兩個循環測試，每個濕度測試點有兩對不同濕度變化趨勢的數據。

2穩定性分析方法

本文利用誤差年漂移量定量表征濕敏電容傳感器的穩定性。文中定義誤差的年漂移量為使用后各濕度測試點誤差與使用前各濕度測試點誤差的差值，其中濕度測試點誤差為該測試點4次單次測量誤差的平均值。為研究誤差年漂移量的變化規律，文中分析了不同溫度條件下，誤差年漂移量的分布情況。討論了室溫（20℃）條件下誤差年漂移量隨濕度變化的規律以及同型號的兩被試件之間的一致性。為確定各種因素對誤差年漂移量的影響，文中采用方差分析法，分析了溫度、濕度以及觀測設備型號對誤差年漂移量的影響，并給出了顯著度。為檢驗現行濕敏電容傳感器的檢定周期是否合理，文中以中國氣象局對濕敏電容傳感器的要求為標準，對使用后靜態測試中14支濕敏電容傳感器的合格率進行了統計。

3穩定性分析結果

3.1誤差年漂移量隨溫度變化情況測試時選取了-30℃，-10℃和20℃3個溫度點，圖1為各被試件在不同溫度點誤差年漂移量的箱形圖，每個箱形的數據為7個濕度測試點的誤差年漂移量。箱形圖中，線段的最高點為最大值，最低點為最小值，箱形的上框線為上4分位值，下框線為下4分位值，箱內線為中位線，箱外“+”點為異常值。從圖中可以看出，對大多數被試件來說，低溫時中位線低，并且隨著溫度的降低，箱形和線段的長度增加，由此可知誤差年漂移量在低溫時較低，并且其分布隨溫度降低而變得分散。為定量表征誤差年漂移量隨溫度的變化規律，文中計算了誤差年漂移量的平均值和標準偏差。根據JJF1001-2011《通用計量術語及定義技術規范》的規定，當測量次數小于9次時，采用極差法計算標準偏差，如式（1）：表2給出了各被試件在不同溫度點時誤差年漂移量的平均值和標準偏差。總體來看，各被試件在-30℃時誤差年漂移量的區間為[-5.62，0.82]，-10℃時為[-3.73，0.95]，20℃時為[-1.85，1.07]，其中置信因子k=1。

3.220℃時誤差年漂移量的變化規律南京市年平均氣溫為15.4℃，因此分析20℃時誤差的漂移情況具有更重要的意義。為了便于分析不同型號的被試件的誤差漂移情況，按照觀測設備型號將14套被試件分為8組，圖2給出了20℃時8種型號的觀測設備濕度測量誤差的年漂移量。從誤差年漂移量曲線的變化趨勢來看，在全量程不同測量段，誤差年漂移量有很大的差異。除I、IV型觀測設備圖2中（a）和（d）外，其余被試件誤差的年漂移量隨濕度的升高向y軸負向移動。在低濕點（≤40%RH），各被試件誤差年漂移量的平均值為-0.04%RH，在高濕點（＞80%RH），誤差年漂移量的平均值為-1.04%RH。從圖2（a）～（f）中兩條曲線的關系來看，II、III、V、VI型觀測設備（圖2中（b）、（c）、（e）、（f））的兩套被試件之間的誤差年漂移量具有較好的一致性，兩被試件間誤差年漂移量的差值平均為0.5%RH。IV型觀測設備的兩套被試件除50%RH測試點存在1.81%RH的差異外，其余測試點誤差年漂移量具有較好的一致性。I型觀測設備的兩套被試件一致性較差，兩被試件間誤差年漂移量曲線近似平行，其差值平均為3.2%RH。

3.3誤差年漂移量影響因素的方差分析事件的發生往往與多個因素有關，但各個因素對事件發生的影響可能是不同的。所謂方差分析就是利用試驗觀測值總偏差的可分解性，將不同因素所引起的偏差與試驗誤差分解開，以確定不同因素的影響程度[6]。文中對測試點溫度、測試點濕度、觀測設備型號進行3因素方差檢驗，得出3個因素及其交互作用對誤差年漂移量的影響。為確定結果是否是“統計上顯著的”，需要確定α值[7]，文中規定當α值小于0.01時，結果是顯著的。表3為多因子方差分析表，可以看出，溫度、觀測設備型號以及溫度和濕度交互作用的α值均小于0.01，表明溫度、溫度和濕度的交互作用以及廠家的設計制造水平對誤差年漂移量有顯著影響。

3.4濕敏電容傳感器檢定周期合理性分析為保證氣象資料的準確性和連續性，要求氣象儀器具有較好的穩定性。因此氣象儀器必須進行周期檢定以保障其準確性和氣象資料的可靠性，其中被試儀器的檢定周期則取決于它的穩定性。中國氣象局對濕度測量最大允許誤差為±4%RH（≤80%RH），±8%RH（＞80%RH）。參加試驗的14套被試件經過一年的動態比對試驗，使用后的靜態測試中有3套被試件仍符合技術指標要求，11套被試件不符合要求，不合格率為78.6%。儀器特性漂移產生的誤差可以通過檢定給出修正值予以解決，試行的GJB1758.26A《軍用氣象儀器檢定規程第26部分：地面氣象自動觀測儀》中規定濕敏電容傳感器的檢定周期為1年。根據本文研究結果可以看出，經過一年的使用，超過3/4的傳感器不能滿足技術要求。為保證濕敏電容傳感器的測量準確度，德國科學工作者建議幾周校準一次[8]，我國也建議應每半年采用兩種飽和鹽溶液對濕敏電容傳感器進行兩點調校。

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中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）100-0209-02

光電傳感器因其靈敏輕便等優勢而被廣泛應用于自動化設備檢測裝置中。20世紀80年代，美國軍事領域開始應用光電傳感器信息融合技術；2013年3月15日，美國國防先期計劃研究局（DARPA）公布了在阿靈頓召開的已進入第二階段的MIST-LR項目會議，指出在未來的第三階段，將開發出能夠提升飛行器性能的原型系統傳感器，極大發揮其在民用和軍事兩個方面的助推器作用。

1 應用必要

第一，光電傳感器獲取信息的過程實際是一個多對一的對應抽樣過程，在將客觀世界空間的信息傳輸至傳感器這一過程中信息丟失的問題難以避免；第二，軍事領域中光電傳感器的數量龐大，急需處理的信息量也繁多冗雜，這些都會給人工處理帶來一定困擾，而光電傳感器信息融合技術的應用巧妙地解決了這一信息綜合處理的難題；第三，應用環境決定了光電傳感器性能發揮的好壞，但截至目前尚未有一個國家可以開發出適用于任何環境下且性能優于其他類型的光電傳感器。

2 概念優點

光電傳感器信息融合的過程正是為了完成目標分類、識別及跟蹤等任務而進行信息自動分析綜合處理的過程。軍事領域中的目標識別及跟蹤可以實現光電傳感器目標屬性中的監視功能，有利于精確定位與預估判決。我國航天技術的高速發展離不開當前最熱門的技術之一——航天技術上光電傳感器信息融合技術，它能夠有效提高空間的分辨率和系統的可靠性，無疑成為我國GDP增長的“助推器”。

3 工作原理

光電傳感器能夠有效檢測到光強度變化的情況并將光強度的變化轉換為電信號的變化。通常情況下，光電傳感器這種小型電子設備由三部分組成：發送器、接收器與檢測電路。發送器負責向目標發射來源于發光二極管、激光二極管及紅外射二極管等的光束，不間斷發射出的光束經過像光圈、透鏡這種光學元件后達到由光電二極管、光電三極管及光電池構成的接收器中，接收器接收到光束后會將其傳輸至能夠過濾該信號是否有效并決定是否應用的檢測電路。詳細流程見下圖所示。

需要強調的一點是發射板和光導纖維作為光電傳感器結構元件的一種也獨具特色。眾所周知，三角形的結構最為穩定，因此由極細小的三角錐體反射材料組成的三角反射板是一種能保證光束可以準確無誤地從反射板返回的發射裝置，其結構極其穩固且具有極強的實用性。

4 應用領域

4.1研制抄表系統

為及時結算用戶的電費，一般由電力部門派專門的抄表人員到有關用戶處定期走家串戶地查看、抄寫設置在現場的電能表，通過人工讀取、記錄、計算和收費。這不僅浪費人力，而且還會因人工讀取造成不必要的誤差，給用戶帶來不必要的麻煩和損失，甚至會發生不法分子假冒抄表人員入室作案而影響社會治安。因此，無論是電力部門還是用戶們均迫切要求改變當前的落后狀態。隨著微電子技術、傳感器技術、計算機技術及現代通訊技術的發展，可以利用光電傳感器來研制自動抄表系統。

電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產生的轉矩驅動而旋轉，采用光電傳感器則可將鋁盤的轉數轉換成脈沖數。如在旋轉的光亮的鋁盤上局部涂黑，再配以反射式光電發射接收對管，則當鋁盤旋轉時在局部涂黑處便產生脈沖，并可將鋁盤的轉數采樣轉換為相應的脈沖數，并經光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進行計數處理。采用光電耦合隔離器可以有效地防止干擾信號進入微機，再結合其它傳輸方式便可形成自動抄表系統。目前自動抄表系統沒有大規模使用與當前的技術有莫大關系，這套技術還有很多需要改進之處，相信在未來幾年隨著技術的發展，自動抄表將在全國范圍內實現。

4.2節能燈具設計

光敏傳感器、紅外傳感器、顏色傳感器已進入各種自控節能LED照明系統的設計方案之中，它們的自主控制、方便應用使得不少公共照明LED燈具和居家照明燈具實現智能化。光電傳感器可以協助公共照明的LED燈具實現燈光的自動開啟關閉，可以智能的感應人和車輛進出而自動開關燈光，可以智慧的控制LED燈光開啟的時間和控制亮度，甚至按人類的意愿自動調整光線的色溫，營造人類想要的光氛圍。

4.2.1光敏傳感器應用

光敏傳感器中最簡單的電子器件是光敏電阻，它能感應光線的明暗變化，輸出微弱的電信號，通過簡單電子線路放大處理，可以控制LED燈具的自動開關。對于遠程的照明燈具，如街燈、庭院燈、草坪燈等都可經濟而簡單的實現節能自動控制。太陽能路燈本身是利用太陽光發電、儲能的LED照明燈具，無需電網供電也就無需架設成本不菲的輸電線路，因此使用光敏傳感器可以實現極低成本、自動開啟關閉的節能管理。

4.2.2紅外傳感器應用

紅外熱釋電傳感器（PIR）在LED照明中的應用已有近十年的歷史。紅外傳感器的視角有限，需要搭配菲涅爾透鏡才能擴大探測區，才能監視移動的熱源（人或車）。菲涅爾透鏡有兩個作用：一是聚焦作用，將熱釋紅外信號折射在PIR上；二是將探測區內分為若干個明區和暗區，使進入探測區的人能以溫度變化的形式在PIR上產生變化的熱釋紅外信號。

4.3航天技術應用

我國神舟十號發射成功后到與天宮一號的自動交會對接，2000多項航天技術成果移植國民經濟成為經濟發展“倍增器”，其中光電傳感器技術發揮了重要作用。神舟十號和天宮一號對接機構十分復雜，由上百個傳感器、上千軸承組合而成。對接任務要求嚴絲合縫且不能漏氣。另外考慮到飛行器在太空環境中失重要經歷高低溫的變化，因此必須保證對接時不出現故障。手控交會對接時要有精確的傳感器測量設備，不斷測量兩個飛行器之間的距離、相對速度和姿態等，稍有差池后果不堪設想。最后對接時，要求軸向誤差≤18cm。這些對航天員的身心都是極大的挑戰，要求他們具有極高的眼手協調性、操作精細性和過硬的心理素質等。在交會對接的過程中，航天員需要緊盯電視圖像，根據實時傳輸的數據讓兩個航天器一點點逼近，根據仔細計算決定速度變化方案完成交會對接，其中傳感器起到決定性作用，為實現航天夢奠定最強基礎。

4.4工業自動化裝置

光電傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，在工業上常用于非接觸測量物位、距離和條碼等信息，因此在工業自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。隨著現代檢測技術的發展出現了很多新型的光電傳感器，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創了新的一頁。相關應用行業的系列產品如下：

1）光電式煙霧報警器。沒有煙霧時，發光二極管發出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號，沒有輸出；有煙霧時，發光二極管發出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號輸出，發出報警。如今頻遭吐槽的霧霾天氣說明環境污染問題嚴重，而光電式煙霧報警器則可通過光在煙道里傳輸過程的變化檢測到煙道中的煙塵濁度；2）點鈔機的計數傳感器。具有結構微型化、操作簡便化、使用耐用型等特點的點鈔機在我們的日常生活中應用頻繁，其不光在金融機構中被大量使用，也逐漸成為一些大型企事業單位必備的辦公用品，成就其的正是結構簡單、響應速度快、精確度高的光電傳感器。點鈔機的技術傳感器采用兩組由一個紅外發光二極管和一個接收紅外光的光敏三極管組成的紅外光電傳感器，沒有鈔票時，接收管受光照導通而輸出為0；有鈔票時，接收管光通量不足而輸出為1且產生一個脈沖信號，經檢測電路輸入至負責計數和顯示的單片機。只有不斷提升光電傳感器的性能，才能滿足商業經濟和財務自動化日新月異變化而產生的高要求。

參考文獻

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飛思卡爾推出的接近傳感器系列產――MPR03x器件被優化設計為最適合管理具有兩個電極(帶中斷IRQ功能)或三個電極(IRQ功能被禁用)的應用。由于其高靈敏度且帶有一些經優化的特制功能，所以能適應各種應用場合。

MPR03x傳感器最多可以管理3個觸摸板電極，其中一個電極可選擇作為中斷輸出負責向主機通告電極狀態的變化。該中斷輸出與第3個電極輸出進行復用，因此使用該中斷輸出將電極輸入數減為2個。MPR03x傳感器包括三級輸入信號過濾，以檢測由于觸摸而引起的觸摸板輸入條件變化，不需要應用做任何算法處理。

所有MPR03x傳感器都作為I2C從動器件操作，以高達400 kbit/s的數據速率，通過I2C雙線接口發送和接收數據。雙線接口使用串行數據線(SDA)和串行時鐘線(SCL)，實現主從器件之間的雙向通信。主器件(通常是微控制器)發起MPR03x傳感器的所有數據傳輸，同時生成同步數據傳輸的SCL時鐘。

配置

MPR03x接近電容式觸摸傳感控制器擁有三級濾波器。第一級和第二級濾波器允許應用程序對輸入信號進行調理，以防止意外狀態變化。第一級濾波器過濾高頻噪音，第二級濾波器過濾低頻噪音，第三級濾波器可以配置為觸摸信號基線的檢測。

另外，各個電極具有的獨立觸摸和釋放跳變閾值寄存器。這些濾波器還可以提供系統遲滯，具體說來，用戶可以對每個電極單獨進行觸摸和釋放閾值寄存器配置，防止任何電極在某個閾值內出現抖動。觸摸閾值在電容增加時激活，釋放閾值在電容朝基線回降時激活。

MPR03x器件的一個獨特功能是擁有可設置的電容范圍，因而一個器件可以覆蓋各種不同的應用。由于電容測量是基于電荷充放的模式，所以提供的電荷總和是影響電容范圍的唯一因素。在這種情況下、提供的電荷由電荷率(恒定電流)與充電時間共同決定。電流可以設為1～64μA，充電時間可以設為500ns-2μs，電壓測量范圍是0.7～2.0V，這樣電容測量值的范圍就是0.25～2900pF，只需修改兩個參數，這個范圍就足以涵蓋從很大的電極到只有指尖大小的觸摸按鍵。

MPR03x系列中MPR031(地址：0x4A)和MPR032(地址：0x4B)有不同的I2C設備地址。這意味著同一個I2C總線上可以使用兩個有不同地址的部件，從而在同一個系統內就能夠部署4～6個更多的電極。利用這一靈活性，根據應用系統的優化，MPR03x器件可以在經過配置后實現最大功能或能效。

MPR03x系列的應用

MPR03x系列電容式觸摸傳感控制器為觸摸控制帶來了很多過去根本不可能的新機會。總的來說，這類應用都具有下面的一個或多個特征：

1、外形小巧，通常是手持應用；

2、電池使用壽命特別長：

3、電子設計特別簡單。

?藍牙耳機――藍牙耳機變得越來越小，因此對按鈕的大小和位置有一定限制。使用觸摸按鍵可以使設計變得更簡單，用一兩個簡單的多功能按鈕就能控制電源、配對和音量。對于空間更大的器件，可以用兩個按鈕完成這些任務、以實現更大的使用便利性。由于尺寸限制和電池很小，使得藍牙耳機成為MPR03x低功率傳感控制器的理想應用。

?桌燈――使用簡單金屬觸點開關(帶觸摸激活功能)的桌燈已經上市多年了。但如果使用MPR03x，則可以實現更精確的控制，包括燈光調暗、開／關控制，甚至家庭自動化智能等。使用更智能的傳感器，將為現代家庭的更多電器帶來更簡單、更直觀的界面。

?瓶裝水飲水機――不用擺弄標準瓶裝水飲水機上的塑料把手，輕輕觸摸一下電容式觸摸傳感器，飲水機就自動放水。舉例來說，MPR03x系列可以分別控制冷水和熱水出水的觸摸按鈕。

?遙控鑰匙――遙控鎖解決方案(RICE)有三個重要的設計注意事項：超低功耗、外形小巧及使用簡便。尺寸為2×2mm2的小型MPR03x電容式觸摸傳感器就能解決所有這3個問題，而且它支持設計人員在鑰匙的最終設計中，能夠更好地集成上鎖、開鎖、后備箱開鎖和緊急告警功能。

?帶LED手電和激光教鞭的多功能筆――MPR03x系列外形小巧，足以集成到只有鋼筆大小的應用中，從而在能源預算有限的情況下，在以電池為電源的應用中多增加一些功能。一個開／關按鍵可以既用來啟動LED手電，給低光環境照明，也可以用作演講時的激光教鞭，而不妨礙筆的纖巧設計。

?手表或鬧鐘――尺寸僅為2×2mm2的小型MPR03x電容式傳感器非常適合于支持像腕表這樣的表面空間有限的、器件上的多功能觸摸按鈕。該傳感器的低功率特性還能夠延長應用的電池使用壽命。相同傳感器還能方便鬧鐘上的多功能觸摸按鈕的操作。對于鬧鐘來說，空間不是至關重要的，但低成本和低功耗仍是首要考慮的問題。

?計算機上的多媒體鍵――筆記本電腦有很多額外按鍵，來實現從無線網卡、演示模式到音量控制和基于硬件的DVD播放器等眾多功能。MPR03x可以用來簡化機械設計為簡單的觸摸按鈕，讓計算機呈現簡約的現代外觀。

?自動調溫器――智能調溫器被越來越多地用于更有效的氣候控制。MPR03x電容式觸摸傳感器促進了能效更高、使用更便利的自動調溫器設計，在一個更優雅的緊湊型設計中，它以觸摸板替代機械按鈕，來完成時間、溫度和菜單選擇。

?調光器――電容式觸摸傳感可以替代“一按即開”和“再按即關”的調光器開關，但這種開關很容易壞。而一個2×2mm2MPR03x電容式傳感器能夠同時支持兩個觸摸，其中一個用來調暗，另一個用來調亮，因而不需要移動部件就能切換光線亮度。

?DVD驅動器――這是一個很簡單的應用，MPR03x電容式觸摸傳感器的外形小巧和功耗低特征允許設計人員使用一個可靠的觸摸按鈕就能打開或關閉光盤托架。

?網絡攝像頭――大部分網絡攝像頭都非常簡單、緊湊，且價格便宜，無論是用于幀捕捉還是用于視頻流。外形小巧、功耗低的MPR03x電容式觸摸傳感器可以作為一個啟動／停止按鈕，與網絡攝像頭集成，以降低復雜性，提高可靠性，保持開發成本和銷售價格的低水平。

?飛機座位――對于像商業飛機座位這樣的人流量大、容易違反操作流程的環境，觸摸按鈕尤其有效。經濟、可靠的MPR03x電容式傳感器可以用于音頻／視頻信道及音量控制接口。由于沒有移動部件，可以最大限度地降低使用期內正常所需的維護。

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中圖分類號：TM451.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）14-0020-03

目前，智能電網技術快速發展，其已成為全球能源發展和變革中的重大研究課題，其中各類電信號的測量技術及其傳感器是實現智能電網監測、控制、分析和決策的基礎，也是智能電網發展的關鍵。電壓互感器的準確性、可靠性、便利性和快速性是電能計量和繼電保護、電力系統監測診斷、電力系統故障分析中的關鍵技術要求。

電磁式電壓互感器（Potential Transformer，PT）和電容式電壓互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在電力系統中廣泛應用。雖然電網中普遍使用的電容式電壓互感器和電磁式電流互感器的技術成熟，而且擁有長期的運行維護經驗，但它們的測量線性度較差、瞬變響應速度較慢，且電磁式電流互感器的瞬態誤差特性也不理想。

傳統的電磁式電壓互感器存重量大和體積大的特點，而且隨著特超高壓電網的發展，其絕緣強度要求難度越來越大，同時由于具有鐵芯，可能導致發生鐵磁諧振過電壓和由鐵磁飽和帶來的動態范圍變小等缺點，已經越來越不適應當前智能化電網的發展趨勢。

與電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器具有更多的優點，其分壓結構可以提高互感器的動態范圍，使其更容易提高絕緣強度。但該互感器不能夠及時跟蹤電壓變化，不能滿足繼保系統中的要求，而且該互感器能夠捕捉到高頻的過電壓波形，也不能滿足電力系統故障診斷與在線監測要求，而電容式電壓互感器中耦合電容、補償電抗器以及中間變壓器等內部儲能元件構成的RLC電路會使得電容式互感器的暫態特性會變差，使得當一次系統發生如電壓跌落故障時，電容式電壓互感器的輸出并不能立即跟隨一次側輸入變化，并且在高頻過電壓下，二次側輸出可能發生由鐵磁諧振導致的高頻振蕩，無法反映一次側輸入波形。在一些不易進行直接測量的場合，如對高壓套管、被絕緣層包裹的變壓器繞組接頭處等進行測量時，電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器的使用也具受到了限制。

1 D-dot傳感器測量

3 結 語

D-dot傳感器是一種電場耦合的傳感器，工作原理上與通過傳遞能量實現測量的PT和CVT有所不同，可以實現無接觸測量，其結構簡單、具有較大的測量帶寬和動態范圍、能夠抑制非線性負載的感應電壓過沖，為克服上述問題提供了新的途徑。但是傳統的D-dot傳感器由于傳遞函數限制與積分器、衰減器的使用，其工頻與高頻響應會存在幅值與相位誤差的同時也存在傳感器體積與絕緣強度之間的矛盾，限制了其作為電力互感器的使用。通過分析D-dot傳感器的工作原理及其影響因素，指出一種通過差動輸入和多重電極并聯的方式被引入以使互感器工作于自積分模式，使其能夠作為無接觸式電子式電壓互感器應用于電力系統電壓測量領域，具有結構簡單、便捷的特點，理論上分析其在額定電壓范圍內線性擬合較高，而且具有很高的動態范圍，幅值與相位誤差能夠達到計量要求，能夠快速反應暫態電壓變化，是未來的發展方向。

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[8] 梁志遠.10 kV電子式互感器的應用[J].廣東輸電與變電技術，2008，（1）.

篇10

觸摸屏廣泛應用于我們日常生活各個領域，如手機、媒體播放器、導航系統、數碼相機、數碼相框、PDA、游戲設備、顯示器、電器控制、醫療設備等等。

通用的觸摸屏包括適用于移動設備和消費電子產品的電阻式觸摸屏和投射電容式(projected capacitive)觸摸屏以及用于其他應用的表面電容式(surface capacitive)觸摸屏、表面聲波(SAW)觸摸屏和紅外線觸摸屏。

電阻式觸摸屏

應用比較多的電阻式觸摸屏(圖1)具有空氣間隙和間隔層的兩層ITO(Indium TinOxide，銦錫氧化物)。電阻式觸摸屏是大量應用、經過驗證、低成本的技術。其缺點是：薄弱的機械性能；堆疊厚，相對較為復雜；不能檢測多個手指的動作；前面板實現方案易損壞；有限的工業設計選項；光學性能不良；需要用戶校準。

投射電容式觸摸屏

觸摸屏的電容觸摸控制采用一個用傳導物質(如ITO)做涂層的表面來存儲電荷。傳導物質沿屏的X軸和Y軸傳導電流。當傳導(如手指)觸摸時控制電場發生變化，而且可以確定沿水平軸和垂直軸觸摸的位置。在帶按鍵觸摸位置的應用中，把分立的傳感器放置在特定按鍵位置的下面，當傳感器的電場擾時系統記錄觸摸和位置。投射電容式觸摸屏示于圖2。

投射電容式觸摸屏比其他觸摸屏技術的優勢是：

?出色的信噪比；

?整個觸摸屏表面具有高精度；

?能夠支持多個觸摸；

?通過“厚的”電介質材料進行感應；

?無需用戶校準。

QTOUCh技術

QTouch技術是Atmel觸摸技術部前身Quantum(量研科技)的專利。所開發的集成電路技術是基于電荷一傳輸電容式感測。QTouch IC檢測用傳感器芯片和簡單按鍵電極之間單連接來檢測觸摸(圖3)。QTouch器件對未知電容的感測電極充電到已知電位。電極通常是印刷電路板上的一塊銅區域。在1個或多個電荷一傳輸周期后測量電荷，就可以確定感測板的電容。在觸摸表面按手指，導致在該點影響電荷流的外部電容。這做為一個觸摸記錄。也可確定QTouch微控制器來檢測手指的接近度，而不是絕對觸摸。判斷邏輯中的信號處理使QTouch健全和可靠。可以消除靜電脈沖或瞬時無意識觸摸或接近引起的假觸發。

QTouch傳感器可以驅動單按鍵或多按鍵。在用多按鍵時，可以為每個按鍵設置1個單獨的靈敏電平。可以用不同大小和形狀的按鍵來滿足功能和審美要求。

QTouch技術可以采用兩種模式：正常或“觸摸”模式和高靈敏度或“接近”模式。用高靈敏電荷傳輸接近感測來檢測末端用戶接近的手指，用用戶接口中斷電子設備或電氣裝置來啟動系統功能。

為了優異的電磁兼容，QTouch傳感器采用擴頻調制和稀疏、隨機充電脈沖(脈沖之間具有長延遲)。單個脈沖可以比內部串脈沖間隔短5％以上。這種方法的優點是較低的交叉傳感器干擾，降低了RF輻射和極化率，以及低功耗。

QTouch器件對于慢變化(由于老化或環境條件改變)具有自動漂移補償。這些器件具有幾十的動態范圍，它們不需要線圈、振蕩器、RF元件、專門纜線、RC網絡或大量的分立元件。QTouch做為一個工程方案，它是簡單、耐用、精巧的方案。

在幾個觸摸按鍵互相靠近時，接近的手指會導致多個按鍵的電容變化。Atmel專利的鄰鍵抑制(AKS)采用迭代技術重復測量每個按鍵上的電容變化，比較結果和確定哪個按鍵是用戶想要的。AKS抑制或忽略來自所有其他按鍵的信號，提供所選擇按鍵的信號。這可防止對鄰鍵的假觸摸檢測。

觸摸屏系統設計