(6) 电容传感

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那前面说的就是我们的电感传感 就电涡流 最后一个就是电容式传感 我们先看这个 这个大家都应该很熟悉的,是一个 iPad 或者我们手机 我们平时用的最多的电容的东西 可能就是手机跟平板 这种叫电容触摸 它的特点是什么 它通道数很多 一般十个手指,十点触摸都可以做到 但是分辨率其实并不是特别高 然后那个距离 感应距离会比较近 一般就 2 到 3 个毫米 甚至你要碰到上面才能够感应到 灵敏度的话就也不高 大概一千个 fF 的样子 那我们 TI 说的是另外一种 我们的叫电容传感 那它的特点是什么 就是通道数相对少一点 可能就四个通道或两个通道 但分辨率很高 能到一个 fF 的分辨率 感应距离的话能够到达 50 个厘米 就只要你的传感器做得足够大 最关键的是那个传感器免费 就你拿 PCB 也行 拿铜箔也可以 可以做出这样的一个设计 然后我们简单说下它原理 那我们你只需要拿两个金属片 材质没关系 作为一个电容的两个极板 然后在金属片外面 放置你希望检测的东西 人也行,金属也行,液体也行,什么都可以 当你要检测的物体发生变化的时候 就等于说电介质的介电常数变了 它就会导致这两个极板 跟这个电介质所形成的电容发生变化 我们的 IC 就可以把这个电容量给测出来 然后你就可以通过电容的变化 去做各种的计算 这个是原理的框图 这个是我们 IC 然后我们会放两个金属极板 那我们这个 IC 会驱动这两个极板 让它发一个电场线 当这边有物体 那我就会导致这个电容的变化 从而使得 IC 可以测出来 然后可以做相应的一些判断 这个是我们一些典型应用 第一个是液位的测量可以用 然后第二个是接近感应,碰撞避免 还有一些冰雪的感应 我们看这个液位测量 这个是个容器 上面有水 只要我们在外面放一个长条形的金属条 我们就可以测出这个水的高度 它怎么做的呢 这个是我们 sensor 的结构 我们有两个极板 然后我们的 IC 会推动这两个极板 让它发一个电场线 当水从零到满这么去变化的时候 电介质跟空气的比例是在变的 所以说这两个极板中间的电介质的介电常数 是一直在变化的 这就使得这个电容 会随着水位的变化成正比的变化 所以只要能够把这个电容量测出来 就可以把这个水位给测出来 它的好处是传感器不需要泡在水里面 只要这个容器是绝缘体 就非金属 就可以把这个传感器放在容器外面 我同样也能检测到 而且它测的是一个连续的值 比起传统那种干簧管或者什么的话 只能测几个点 会有更高的分辨率 那这个是一个产品设计的介绍 那如果可能有人会问它 你这个对液体浓度或者液体的不同材质 会不会有要求 其实我们是可以避免的 我们会放置三个这样的传感器 其实是 PCB 一个是跟总的水位高度一致 这个是测水的绝对电容 然后第二个放在杯子最下面 要测单位的电容 由于这两个传感器它所测到的液体是一样的 所以当水温变化 或者说液体成分有变化的时候 它们的变化是同样的 只要把那个读数除以这个小的读数 就会得到一个比例值 这样子的话就可以消除 这个温度以及成分的影响 这个是我们实测的一个结果 横轴是一个容量 从 0 到 1200ml 的一个容器 纵轴是一个电容 我们可以看到它从零开始往上走的话 它是一个线性的关系 我们可以得到一个很好的液位的读数 刚刚说这个液位 ,我们在那边有个demo 那各位如果 客户可以去那边去体验 除了刚刚我们说的那个液位以外 我们还有其他几个的应用 比如说手势检测 那只要我在机器上放置两个或者四个传感器 比如我放置两个传感器 那当我手在传感器上方的时候 它的读数就会,电容量会变大 所以当我手从右往左的时候 它这个转就先起来 这个会后起来 我就可以判断手的甩动的方向 如果你要判断上下左右四个方向 可以放四个传感器 就可以检测手是左往右还是右往左还是上下 这种变化 比如说可以做一些唤醒屏幕啊 接近感应 还有比如电磁炉可以用手甩一甩来控制火力 但这样有点危险 然后第二个是接近感应 那我们可以做到 50cm 的距离 我们最常见的一种第一种是 现在很多那种踢脚开后备箱 比如手搬着东西 就没没手去按那个钥匙 我说我拿脚这么扫一扫在车里 它就会把后备箱打开 然后第二种是那种感应的马桶跟龙头 然后第三种是这样的防碰撞的检测 比如说我在门上放一个传感器 当有物体靠近能感应到 然后防止碰撞 其中一个应用是我们在美国跟特斯拉 它有一款车是海鸥门的,就是那两边这么开 但是海欧门有个问题 就是它往侧面开的时候容易碰到墙壁 如果你车库比较窄的话 所以我们就是跟他们合作 在上面放一个这样的传感器 当门打开的时候 它会检测有没有障碍物 以免门碰到墙壁或其它的物体 这是防碰幢的 这个是我们目前的 FDC 的全系列产品 我们有两种不同的测量方式 第一种是 FDC1 系列 它是第一代产品 它是通过电容充放电的那个时间 测量这个电容 那它的特点是比较简单 但是因为电容充放电的话 它是个全通的系统 所以任何干扰都会对它有影响 所以抗干扰会稍微差一点 然后第二代是 FDC2 系列 它这个特点是 并不是用电容充放电的方式来测电容 是用一个谐振的方式测电容 它旁边还要放个电感 然后再把电容基本给摊到外面去 这样来做测量 它通过检测频率变化测电容 那由于这两个是处于谐振方式 所以说它的抗干扰会比传统方式要好 这个就是我们刚刚说液位检测的一个参考设计 大家只要在 TI 网上搜 TID00317 那就可以找到我们的全部设计的资料 然后这个是接近感应的 有个小灯的小屏幕 只要你手靠近它就会亮起来 对,所以最后总结一下 TI 在传感领域是一个先锋 是一个领先的地位 我们有很多的投入 目前我们有超过一百个关于传感器的参考设计 大家只要到 TI 网站 然后注册账号 然后到 TI Design 就可以找到对应的全部原理图PCB算法 所以说我们的除了做芯片 那还给各位提供全套方案 包括 TI Design,包括各种工具 还有我们那个论坛 所以大家有任何问题 都可以随时到我们的网上或找到我们的工程 这个是我们今天全部内容 谢谢
课程介绍 共计6课时,53分48秒

TI传感器详解

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智能设备,工业4.0,人工智能,在实现这些应用的最前端,离不开传感器。本系列课程向您介绍 TI 在传感器领域的最新产品及应用。
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