电容传感器与相关技术及其应用

3、电容传感器电场测量功效的应用

如今，工程师不必进行实际接触便可以利用电场来探测是否有其他物体出现。这种电场传感器或者电容传感器越来越流行，成为廉价而又耐用的传感技术。许多行业和消费类产品都使用了电容传感器，例如计算机外设、病人监控设备、冰箱霜冻传感器、销售终端以及车库大门安全传感器等。最流行最直接的应用是触摸屏和触摸板。在开发触摸板时，有三点是必须要考虑的：触摸电极设计和布板；面板表面不同的绝缘材料；各种环境条件下对电场测量的影响。

电容传感器还可以用于液面传感。例如，一个简单的设计将电极棒垂直放入水中，形成一个纵向电容，利用电场传感来测量液面。没有液体时只有一个电容，当装入水后，电容被分成了两部分：一个填充了空气(介电常数为1)，另一个填充了水(介电常数为80)。通过简单的计算，就可以确定液面高度。然而，在洗衣机等应用中，水中加入洗涤剂以及有其他杂质时，这一系统不能补偿不同介质特性的影响，影响了精度。

更复杂的电容系统使用坡度电极；它采用厚度变化相同的两个薄片，彼此重叠。当液面上升时，电极的不同区域和水“接触”，从中可以提取出一定的比例。这一比例直接反映了液面变化，而区域的绝对值提供了介电常数信息，可以估算水中的肥皂等其他杂质。

电场传感技术还常用于探测物体的靠近程度。电容模型方程(图5(a))表明电容值和电容电极之间的距离(1/d)成反比。在典型应用中，电容的一个电极是导电电极的一端，另一个电极则在被测物体上。

由于距离和容值相互对应，这类传感器适用于高精度接近测量(图5(b))。在一般室内环境中，Freescale的MC34940使用1平方英尺的电极可以探测距离1 2英寸之外的手。这一技术还可以用于接触控制、安全和安防以及接近唤醒等方面。

4、电容传感器如何应用

传感器的走线可以是任何尺寸、任何形式、以及任意数量的。按钮、滚轮、卷动轴、游戏把手、以及触控板的型态都可以走线方式在传感器PCB上进行布局。

设计工程师有许多可以用来完成使用接口的选项，范围从只是将机械按钮换成电容按钮传感器，到完全不使用按钮．而改以具有八个输出位置的游戏把手，或是能够提128个输出位置的滚轮来代替。

单一传感器组件所能完成的传感器数量，必须视所需传感器的型态而定。以AD7142为例，它具有14个电容输入接脚以及12个转换通道。AD7143有8个电容输入接脚以及8个转换通道。可以采用任意数量的传感器加以组合，以最多不能超过可使用的输入以及通道数量为限。

在所有相连的传感器上，会采用依序循环(round-robin)的方式依序进行量测。所有的传感器可以在36ms内完成量测，因此几乎就是同时对每个传感器的状态进行侦测——极快速的使用者能够在40ms内执行一个触发或是关闭传感器的动作。

5、结束语

在人机界面的应用上，电容传感器与电容式开关及电容感应是一项新崛起的技术，并且很快的在广泛而不同的产品与组件上成为受到欢迎的技术。电容传感器可使得各种可携式与消费性产品具有创新而且易于使用的接口。它们易于设计，使用标准的PCB生产技术，并且比机械式开关更加的可靠，并成为可以符合设计需要的高效能接口。