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(yàn)，并解釋您在為應(yīng)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(shù)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(jī)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(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域等一系列設(shè)備的互動(dòng)。

 

除了與智能手機(jī)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(xiàn)在還可以根據(jù)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(shè)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(yàn)。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(xiàn)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(jì)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(jiǎn)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?zhuān)貏e是在中端和高端應(yīng)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(shù)據(jù)主導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)，以確保傳感器達(dá)到客戶(hù)所需的性能指標(biāo)并能達(dá)到其預(yù)期。

 

 

除了顯示屏外，手機(jī)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(shè)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(shè)備的側(cè)面或后部增加一個(gè)壓力敏感區(qū)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(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(gè)最基本的改進(jìn)例子是，不必反復(fù)抬起手指離開(kāi)按鈕就可以輕松地重復(fù)多次按下按鈕，這對(duì)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(jī)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(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(biāo)，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(shù)，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(yàn)（來(lái)源：Peratech）

 

在幾乎所用的應(yīng)用中壓力傳感器都可以代替機(jī)械開(kāi)關(guān)，因?yàn)槟M控制可以提供更直接用戶(hù)體驗(yàn)。超薄且高耐用性壓力傳感器的使用可以節(jié)省空間，延長(zhǎng)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(dòng)工具或電器、健身設(shè)備、家庭自動(dòng)化、自動(dòng)控制、生物識(shí)別特征、工業(yè)以及機(jī)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(biāo)應(yīng)用。如果傳感器性能指標(biāo)達(dá)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(biāo)要求過(guò)高，會(huì)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(biāo)定的力度使用范圍內(nèi)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(cè)精度變化對(duì)您的應(yīng)用很重要，那么這個(gè)指標(biāo)就是您的傳感器應(yīng)該滿(mǎn)足測(cè)量的對(duì)象。這個(gè)要求的另一方面就是，傳感器指標(biāo)必須能夠直接而準(zhǔn)確地與期望的性能相匹配，否則您就有可能在精確地測(cè)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(biāo)性能必須可預(yù)測(cè)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(yù)期實(shí)現(xiàn)所需的性能，對(duì)此您都需要有絕對(duì)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(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(jù)需要進(jìn)行量產(chǎn)，同時(shí)達(dá)到我們已經(jīng)討論過(guò)的質(zhì)量保證。這意味著所采用的測(cè)試技術(shù)不僅要準(zhǔn)確和適用，而且要操作簡(jiǎn)單、快速，并且可擴(kuò)展。所有這些都需要在一個(gè)具有高性?xún)r(jià)比的測(cè)試設(shè)備中體現(xiàn)出來(lái)。

 

 

包括上面強(qiáng)調(diào)的智能手機(jī)和高級(jí)筆記本電腦在內(nèi)，對(duì)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(shí)，要具有對(duì)傳感器的絕對(duì)信心，而達(dá)此目的唯一方法是進(jìn)行智能的和全面的測(cè)試。

 

當(dāng)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(cè)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(yīng)用完全匹配，僅僅在一個(gè)力點(diǎn)上測(cè)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，這通常意味著即使傳感器廠(chǎng)商已經(jīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了測(cè)試，設(shè)備制造商也必須自己進(jìn)行耗時(shí)且昂貴的測(cè)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(cè)試，Peratech開(kāi)發(fā)了一種嚴(yán)格的下一代產(chǎn)品測(cè)試和分析技術(shù)，能夠準(zhǔn)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(kāi)生產(chǎn)線(xiàn)后對(duì)其進(jìn)行有效地評(píng)估。

 

 

通過(guò)結(jié)合National Instruments（NI）公司提供的同類(lèi)最佳測(cè)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(jì)并開(kāi)發(fā)了一個(gè)全新且安全的自動(dòng)化測(cè)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(cè)試裝置能夠自動(dòng)地捕獲每條生產(chǎn)線(xiàn)上的測(cè)試數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)在云端，并可用于進(jìn)一步分析（來(lái)源：Peratech）

 

該測(cè)試系統(tǒng)采用National Instruments設(shè)備和LabVIEW軟件，能夠自動(dòng)測(cè)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(nèi)便可完成針對(duì)一個(gè)傳感器在不同力點(diǎn)的測(cè)試，每秒鐘可收集多達(dá)50,000個(gè)數(shù)據(jù)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(yīng)用中的不同力度范圍內(nèi)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(xiàn)這種高水平的保證和測(cè)試。

 

 

測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理之后可以安全地存儲(chǔ)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(nèi)而不是幾天的時(shí)間內(nèi)識(shí)別和解決問(wèn)題，并提供即時(shí)和持續(xù)的質(zhì)量水平保證。

 

對(duì)于客戶(hù)而言，這種嚴(yán)格的工廠(chǎng)測(cè)試及其所產(chǎn)生的分析結(jié)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(cuò)（trial-and-error）測(cè)試，它還可以大大減少進(jìn)貨檢驗(yàn)和最終產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)間。如果出現(xiàn)不可預(yù)見(jiàn)的產(chǎn)品問(wèn)題，該系統(tǒng)將能夠提供產(chǎn)品的可追溯性，從而實(shí)現(xiàn)快速取證和解決問(wèn)題。因此，Peratech的傳感解決方案不僅能夠?qū)崿F(xiàn)下一代人機(jī)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(shí)現(xiàn)從概念開(kāi)發(fā)到批量生產(chǎn)，從而降低風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。

 

 

除了這些優(yōu)勢(shì)之外，Peratech測(cè)試系統(tǒng)還可以針對(duì)小量到批量生產(chǎn)而進(jìn)行擴(kuò)展，同時(shí)保持相同水平的嚴(yán)謹(jǐn)度。通過(guò)National Instruments工廠(chǎng)測(cè)試裝置的模塊化和易擴(kuò)展性、LabVIEW提供的高度自動(dòng)化、以及云端能夠經(jīng)濟(jì)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的巨大容量，可以實(shí)現(xiàn)這種可擴(kuò)展的測(cè)試。

 

圖5：測(cè)試臺(tái)（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(cè)試數(shù)據(jù)，提供新標(biāo)準(zhǔn)和定制傳感器等方面的進(jìn)展信息。

 

Peratech可以使用多種數(shù)據(jù)可視化工具來(lái)分析數(shù)據(jù)，更快地完成實(shí)驗(yàn)，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(xiàn)更加一致的傳感器性能。

 

此外，測(cè)試系統(tǒng)不需要復(fù)雜的低級(jí)編碼，即可以進(jìn)行快速修改以測(cè)試新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。因而，準(zhǔn)備新傳感器的測(cè)試只需要幾周時(shí)間，而不是數(shù)月。

 

所有這一切都表明，對(duì)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(jī)到智能手機(jī)，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(qiáng)我們與機(jī)器的互動(dòng)方式。這些應(yīng)用要求傳感器不僅要具有可預(yù)測(cè)的性能表現(xiàn)，在其特定的應(yīng)用案例中要達(dá)到所需的精度，而且還要為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和制造商提供一種絕對(duì)的信心：這些力度傳感器將按要求完好地運(yùn)行。

 

實(shí)現(xiàn)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(cè)試。傳統(tǒng)上，這通常需要設(shè)備制造商自己進(jìn)行大量昂貴和耗時(shí)測(cè)試，而且這些測(cè)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(cè)試，Peratech開(kāi)發(fā)了一種自動(dòng)化、可擴(kuò)展和數(shù)據(jù)主導(dǎo)的測(cè)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(yán)格的測(cè)試，以便準(zhǔn)確地滿(mǎn)足客戶(hù)的產(chǎn)品應(yīng)用需求。Peratech的智能化測(cè)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(gòu)買(mǎi)的每個(gè)傳感器模塊都能夠按照需要完好地運(yùn)行。








推薦閱讀：