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前段时间给大家介绍了电容式触摸感应技术,今天给大家介绍另一种在穿戴类设备中很常见的交互技术方案--压力感应。
相较于电容触摸方案而言,压力感应最大的优势就是防误触,尤其是在湿手检测的抗干扰上。
目前压感技术在游戏手机、蓝牙耳机和XR眼镜等产品中被广泛使用。
01 原理
压感技术主要基于压阻材料的微应力原理。压感模组粘贴在目标面板上,当对面板施加一个力时,面板发生弯曲变形,并带着模组一起发生形变。由于发生形变,模组上的电桥阻值产生变化,对应着电压信号发生变化,最终经过公式算法,换算出按压位置和压力值大小。
02 设计注意点
由于压感模组是一个力敏感器件,所以一个良好的空间结构设计,是压感成功的关键。
1)面板材质及厚度
压感模组是粘贴在目标面板上,借助于面板的变形而检测压力的变化。不同的面板材质和厚度都会影响压感模组的信号。对于手机而言,目前压感只能适用于OLED屏,LCD不适用。对于AR设备而言,目前常见的材料有TR90,一般推荐的目标压力感应区域厚度不超过0.8mm,以保证足够的灵敏度。
当目标感应区域的材料、厚度、压力值确定后,可以让厂商进行仿真,通常会输出如下范围和压力值的仿真图。基于此,做进一步确认优化即可。
2)Z轴方向空间
按压的过程中,面板会向内凹陷变形。Z轴方向需要保证一定的安全间隙,才能满足特定压力范围的正常检测。比如对于0.8mm壁厚的TR90材料而言,在150g力的 按压条件下,通常需要预留0.3mm的间隙。对于更薄的壁厚、更大的力的话,预留间隙可能还要更大。该参数也可以求助厂商给出。
3)FPC冗余设计
对于FPC面贴装的压感模组而言,FPC的冗余和预粘胶面的设计尤为重要。可以避免在组装过程中,人为拉扯导致的残存应力问题,甚至模组脱胶。
4)PCB布局走线
压感模组前端信号是一个是有uV级别的模拟小信号,因此极容易受到干扰。在走线的时候,其电源和差分信号必须要立体包地,远离强干扰源(如buck、SPK等开关信号)。
03 组装和测试流程
1)保压
以FPC面贴装方案举例,在压感组装完之后,要对于模组进行保压设计。不同压敏胶参数略有不同,一般激活压强为0.5~1.5MPa,激活时间为5~10s。可以根据公式P=F/S(P是压强,F是保压夹具的力,S是粘胶面积)计算出压力值。
为了保证贴合完好且长期稳定,可以使用透明壳来确认保压是否到位,或者通过拉拔力测试看粘胶是否牢固。
2)校准
一般情况下,因为模组单体差异、模组贴合位置、壳体结构差异等因素的影响,在组装好的整机中,即使以相同的力去按压,整机压感的信号量也会存在一致性差异,不便于算法处理、影响用户体验。
因此需要对每一台机器做校准处理,直接上图,一目了然。
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