TI传感器详解(五) — 电感型传感器(下)

我们再回到那个金属按键

那它的基本原理其实很简单

这个 PCB上面画一个线圈

上面有个金属

中间有两个支撑

当我手往下按的时候

这个金属会有一个形变

这个形变就代表了

这个金属距离线圈的距离变近了

这个时候芯片就可以测出

它的谐振频率的变化

从而去判断按键是否按下做一个判断

这个是我们做了很多版的设计

从1234这个版

这是我们在一个客户的洗碗机

在一个长期运行的照片

它在做六个按键，123456

这个应该算是第五版

然后结构那我们当时怎么解决

我们第一个考虑的是怎么样保证

在坚硬的金属上有一个足够的形变量

所以我们做了这样一个结构设计

我们在这个最上面的金属面板

就不锈光滑的铝材

然后最下面这个是 PCB

我们在 PCB 线上面画了很多线圈

然后我会在金属面板跟 PCB 的中间

放一层塑料的塑料片

然后这个塑料片的话我会在

线圈对应的位置开口

这样的话当我手往下压的时候

由于这个塑料片是中空的

所以说我就有留了空间

给这个金属做一个形变

然后第二个是怎么保证

我的那个按键

相邻按键不会有互相干扰

同样也是这个结构

因为两个按键中间

塑料片是有东西的

是有支撑的

所以当我按在这个按键的时候

这两边会有一个支撑

所以旁边的按键就不会受影响

所以这样就可以得到

实现一个比较可靠的结构

这种我们是可以用胶水或者双面胶粘合

如果大家不想垫塑料片不想挖孔

我们可以用一个更厚的金属

然后把它掏空

留出空间

这样子同样也可以实现

比较好的按键的方式

然后它生产方便吗，应该很方便的

就几层东西

你们自己可以画个 PCB

然后往上一粘就可以了

没有很严格的工艺的要求

然后这个是我们的经验

就如果大家做不锈钢

一般的建议是 0.4 到 0.8mm 的厚度

如果我们是用铝做面板

建议是 0.8 到 1.6 这样的厚度

线圈跟金属板最好尽量是小于 1mm

除了刚刚我们前面讲的两种粘合方式

如果大家为了方便维修

不想用胶水

也可以打螺丝

面板弄螺丝孔打过去

或者说做这样的结构

用弹簧顶把板子顶住

这样也是可以的

但如果各位有更好的想法

也可以跟我们一起讨论一下

有没有更好的安装方法

所以这个是结构

那算法那当时我们很多客户

都要求不能有误触发

所以算法其实很关键

为了解决客户的要求

我们做了很多努力

客户第一个是要求灵敏度

他要求我们按压力度要小于 200g

如果你按键力度太大的话

就影响了用户体验就不好

这是第一个

然后第二个

有很好的那个容错性

拿了风枪来吹

或者拿个冰块这么滑

它都不能够出错

那这怎么整

我们那里弄了三个算法

这我们就不详细说了

第一个是基于用神经网络思想的算法

这个算法的话可以把灵敏度提高一倍

然后把误触发降低了 50%

然后第二个是

我们加了一个判据就那个差分的判据

那这个进一步降低了误触发的比例

第三个是用动态基准值的算法

这样就可以完全解决温漂

还有误触发的影响

如果各位对这个算法有兴趣

可以待会来跟我们，和我一起讨论一下

然后经过这几个算法

结果是第一个 200g 力没问题

客户按了1万次

然后的话没有相邻误触发

在快速温度变化的时候

就拿着风枪吹

或者拿冰块去滑没问题

当我开机的时候

比如有些按键被人拿锤子把它打扁了

这样也不会有影响

所以当这些问题都解决了以后

还剩一个问题就是 EMI

其实 EMI 蛮难过的

因为我们这个是一个 LC 谐振

它本身就往外发射电磁波

所以这是一个比较难的问题

但是好是好在我们是金属按键

虽然线圈是往外发电磁波

但是我们是是金属是外壳

外壳是金属的

所以辐射应该不会有问题

因为全被屏蔽掉了

所以问题在于这个传导

那这是一个传导的结果

我们在线圈的谐振点

那么有很大的一个尖峰

当时就会有很大一个麻烦

那怎么解决

那第一个是

我们这个 LDC 可以调节谐振的幅度

那我可以把幅度减小

然后达到一个平衡点

然后第二个的话

我们发现它那个传导传输的路径

是从线圈然后传到这个金属外壳

然后由于我们按规定金属外壳必须接大地

所以的话这个干扰就传到大地那边去

然后再由大地传到我们传导测试仪器里面

所以我们就会在金属面板

跟副边地之间我们加一个 Y电容

然后再做一些优化就可以把这个解决

所以经过最后我们还会优化一下

AC/DC 的 filter

那最终经过优化以后那我们整个

整机是能够通过 EMI 认证的

这个是我们一个客户的洗碗机

整机跑起来的时候的 EMI 结果

所以余量也是够的

也不会有问题

这个是我们另一个客户

他做的是那个电磁炉

然后他用我们的一个金属按键

做了一个在炉子上有六个按键

然后他同时也会做那些板卡

就他自己既做电磁炉也卖板卡

如果各位有兴趣

可以自己去设计我们刚刚说的金属按键

那如果你们想快速投入市场使用

也可以联系他们

去让他们直接可以卖那个模块

都是一种方案

刚刚我想播的视频就这两个视频

可能有些设备故障

所以我们回头可以再去播放

那往下就另外的一些应用了

我们就过一下

比如说那个测厚

这个是我们就是抛砖引玉的

看大家有没有更好的想法

那么刚刚我们说过

我们能够测到那个微米级金属的距离

所以我们现在把这个 IC 用在

那种点钞机，清分机上面去

就大概这样的结构

我们有一个齿轮

然后有个小金属片

然后上面有一个 PCB

当钱从这个齿轮下面滑过去的时候

齿轮会被顶起来

这个时候

金属片距离这个线圈的距离变近了

我就可以由此来测到这个钱的厚度

因为我们跟客户做过一个统计

如果一张新的一百块

它是大概是一百个微米

只有 0.1 个毫米的厚度

如果你用多了

它就会会翻倍那个厚度

就越旧越厚那个钞票

然后的话如果你缺了角

如果你缺了角就就零了

这就不会顶起来

如果你贴着胶纸就变得更厚

所以我们会我们会在那个 PCB 上

画一排的线圈就大概12个左右

然后让钱这么滑过去

然后因为快速采样

我们可以得到一张纸币的一个矩阵式厚度点

就可以分出来到底这个钱是新还是旧的还是残钞

这有什么用

比如说在高铁站卖火车票的地方

可能银行就需要把钱新旧钞给分开

那这个就可以用自动的方式去实现

第二个是锅材质检测

这个是由我们用在韩国一家很大厂商里面

它是用在电磁炉里面

因为大家都知道

电磁炉对锅材质是有要求的

好像是用生铁最好

然后铝啊什么的不太好

因为那我们就在那个电磁炉下面

放一个线圈

然后经过 LDC 去驱动

因为不同的那个金属材质

对谐振频率的影响是不一样的

所以的话只要客户往上面一放这个锅

不同锅的材质就会导致不同的频率

这样就可以通过检测频率来判断是什么材质的锅

然后告诉用户你这个锅非常好

或者这个锅效率不高

建议换一个做锅的检测

然后往下这个旋钮

比如在电磁炉上面

我们不希望，有一个旋钮

我不希望开孔

那我可以做一整块的玻璃不开孔

然后在这个玻璃下面放一个线圈

然后在上方的旋钮上

我就放一个渐变圆环

然后中间就用一个强力磁铁

旋钮上放一个

然后这个玻璃下面放一个

这样的话我就可以把轴心固定下来

这样的话

当这个旋钮旋转的时候

线圈上方的那个金属宽度就会发生变化

就可以判断出旋转的角度

这样有什么好处

这样的话电磁炉没有孔

清洁很方便

特别是那种如果是那种嵌入式的电磁炉

一大块玻璃没有孔

就显得就很高档也很漂亮

这是旋钮应用

目前我们在一个客户已经做了样品出来

然后今天我们也带了一个 demo 也在那边

各位待会可以去体验一下

这个也是类似的跟刚刚那个旋钮类似

通过线圈跟一个渐变金属环

我可以测量它的角度

可以到一度的精度

后面这个就是我们目前的一个产品了

我们有第一代的 1000

还有第二代的 16 系列

以及我们第三代那个 11 系列

那它们各有各的特点

那如果我们做按键的话

做按键或做角度测量

这种精度比较高的

我们就会用 16 这个系列或者 13

如果我们要做那种高速的应用

比如刚才我们说的点钞机那种速度比较高的

那我们用 101 这个系列

优先这两个系列

那前面说的东西可能都很复杂

又结构又算法又电路

那也不用担心

我们不是只做芯片

我们还会有很多参考设计

比如说这个是我们的金属按键的参考设计

有整套的方案

或者说如果各位有兴趣

我也可以分享给大家那个设计的方案

然后第二个是那个角度测量

以及那个旋钮的方案

大家在网上搜这个这个标题

也可以找到对应的那个资料

那第三个是称重

称重一个方案

那也是跟按钮类似了

我在线圈上面放一个金属片

当你有重物放在那边的时候

金属片会被往下压下去

这个时候它会引起频率变化

这样就可以把重量给算出来

目前这个 demo

能做到是 4.2g 的精度

我们再回到那个金属按键

那它的基本原理其实很简单

这个 PCB上面画一个线圈

上面有个金属

中间有两个支撑

当我手往下按的时候

这个金属会有一个形变

这个形变就代表了

这个金属距离线圈的距离变近了

这个时候芯片就可以测出

它的谐振频率的变化

从而去判断按键是否按下做一个判断

这个是我们做了很多版的设计

从1234这个版

这是我们在一个客户的洗碗机

在一个长期运行的照片

它在做六个按键，123456

这个应该算是第五版

然后结构那我们当时怎么解决

我们第一个考虑的是怎么样保证

在坚硬的金属上有一个足够的形变量

所以我们做了这样一个结构设计

我们在这个最上面的金属面板

就不锈光滑的铝材

然后最下面这个是 PCB

我们在 PCB 线上面画了很多线圈

然后我会在金属面板跟 PCB 的中间

放一层塑料的塑料片

然后这个塑料片的话我会在

线圈对应的位置开口

这样的话当我手往下压的时候

由于这个塑料片是中空的

所以说我就有留了空间

给这个金属做一个形变

然后第二个是怎么保证

我的那个按键

相邻按键不会有互相干扰

同样也是这个结构

因为两个按键中间

塑料片是有东西的

是有支撑的

所以当我按在这个按键的时候

这两边会有一个支撑

所以旁边的按键就不会受影响

所以这样就可以得到

实现一个比较可靠的结构

这种我们是可以用胶水或者双面胶粘合

如果大家不想垫塑料片不想挖孔

我们可以用一个更厚的金属

然后把它掏空

留出空间

这样子同样也可以实现

比较好的按键的方式

然后它生产方便吗，应该很方便的

就几层东西

你们自己可以画个 PCB

然后往上一粘就可以了

没有很严格的工艺的要求

然后这个是我们的经验

就如果大家做不锈钢

一般的建议是 0.4 到 0.8mm 的厚度

如果我们是用铝做面板

建议是 0.8 到 1.6 这样的厚度

线圈跟金属板最好尽量是小于 1mm

除了刚刚我们前面讲的两种粘合方式

如果大家为了方便维修

不想用胶水

也可以打螺丝

面板弄螺丝孔打过去

或者说做这样的结构

用弹簧顶把板子顶住

这样也是可以的

但如果各位有更好的想法

也可以跟我们一起讨论一下

有没有更好的安装方法

所以这个是结构

那算法那当时我们很多客户

都要求不能有误触发

所以算法其实很关键

为了解决客户的要求

我们做了很多努力

客户第一个是要求灵敏度

他要求我们按压力度要小于 200g

如果你按键力度太大的话

就影响了用户体验就不好

这是第一个

然后第二个

有很好的那个容错性

拿了风枪来吹

或者拿个冰块这么滑

它都不能够出错

那这怎么整

我们那里弄了三个算法

这我们就不详细说了

第一个是基于用神经网络思想的算法

这个算法的话可以把灵敏度提高一倍

然后把误触发降低了 50%

然后第二个是

我们加了一个判据就那个差分的判据

那这个进一步降低了误触发的比例

第三个是用动态基准值的算法

这样就可以完全解决温漂

还有误触发的影响

如果各位对这个算法有兴趣

可以待会来跟我们，和我一起讨论一下

然后经过这几个算法

结果是第一个 200g 力没问题

客户按了1万次

然后的话没有相邻误触发

在快速温度变化的时候

就拿着风枪吹

或者拿冰块去滑没问题

当我开机的时候

比如有些按键被人拿锤子把它打扁了

这样也不会有影响

所以当这些问题都解决了以后

还剩一个问题就是 EMI

其实 EMI 蛮难过的

因为我们这个是一个 LC 谐振

它本身就往外发射电磁波

所以这是一个比较难的问题

但是好是好在我们是金属按键

虽然线圈是往外发电磁波

但是我们是是金属是外壳

外壳是金属的

所以辐射应该不会有问题

因为全被屏蔽掉了

所以问题在于这个传导

那这是一个传导的结果

我们在线圈的谐振点

那么有很大的一个尖峰

当时就会有很大一个麻烦

那怎么解决

那第一个是

我们这个 LDC 可以调节谐振的幅度

那我可以把幅度减小

然后达到一个平衡点

然后第二个的话

我们发现它那个传导传输的路径

是从线圈然后传到这个金属外壳

然后由于我们按规定金属外壳必须接大地

所以的话这个干扰就传到大地那边去

然后再由大地传到我们传导测试仪器里面

所以我们就会在金属面板

跟副边地之间我们加一个 Y电容

然后再做一些优化就可以把这个解决

所以经过最后我们还会优化一下

AC/DC 的 filter

那最终经过优化以后那我们整个

整机是能够通过 EMI 认证的

这个是我们一个客户的洗碗机

整机跑起来的时候的 EMI 结果

所以余量也是够的

也不会有问题

这个是我们另一个客户

他做的是那个电磁炉

然后他用我们的一个金属按键

做了一个在炉子上有六个按键

然后他同时也会做那些板卡

就他自己既做电磁炉也卖板卡

如果各位有兴趣

可以自己去设计我们刚刚说的金属按键

那如果你们想快速投入市场使用

也可以联系他们

去让他们直接可以卖那个模块

都是一种方案

刚刚我想播的视频就这两个视频

可能有些设备故障

所以我们回头可以再去播放

那往下就另外的一些应用了

我们就过一下

比如说那个测厚

这个是我们就是抛砖引玉的

看大家有没有更好的想法

那么刚刚我们说过

我们能够测到那个微米级金属的距离

所以我们现在把这个 IC 用在

那种点钞机，清分机上面去

就大概这样的结构

我们有一个齿轮

然后有个小金属片

然后上面有一个 PCB

当钱从这个齿轮下面滑过去的时候

齿轮会被顶起来

这个时候

金属片距离这个线圈的距离变近了

我就可以由此来测到这个钱的厚度

因为我们跟客户做过一个统计

如果一张新的一百块

它是大概是一百个微米

只有 0.1 个毫米的厚度

如果你用多了

它就会会翻倍那个厚度

就越旧越厚那个钞票

然后的话如果你缺了角

如果你缺了角就就零了

这就不会顶起来

如果你贴着胶纸就变得更厚

所以我们会我们会在那个 PCB 上

画一排的线圈就大概12个左右

然后让钱这么滑过去

然后因为快速采样

我们可以得到一张纸币的一个矩阵式厚度点

就可以分出来到底这个钱是新还是旧的还是残钞

这有什么用

比如说在高铁站卖火车票的地方

可能银行就需要把钱新旧钞给分开

那这个就可以用自动的方式去实现

第二个是锅材质检测

这个是由我们用在韩国一家很大厂商里面

它是用在电磁炉里面

因为大家都知道

电磁炉对锅材质是有要求的

好像是用生铁最好

然后铝啊什么的不太好

因为那我们就在那个电磁炉下面

放一个线圈

然后经过 LDC 去驱动

因为不同的那个金属材质

对谐振频率的影响是不一样的

所以的话只要客户往上面一放这个锅

不同锅的材质就会导致不同的频率

这样就可以通过检测频率来判断是什么材质的锅

然后告诉用户你这个锅非常好

或者这个锅效率不高

建议换一个做锅的检测

然后往下这个旋钮

比如在电磁炉上面

我们不希望，有一个旋钮

我不希望开孔

那我可以做一整块的玻璃不开孔

然后在这个玻璃下面放一个线圈

然后在上方的旋钮上

我就放一个渐变圆环

然后中间就用一个强力磁铁

旋钮上放一个

然后这个玻璃下面放一个

这样的话我就可以把轴心固定下来

这样的话

当这个旋钮旋转的时候

线圈上方的那个金属宽度就会发生变化

就可以判断出旋转的角度

这样有什么好处

这样的话电磁炉没有孔

清洁很方便

特别是那种如果是那种嵌入式的电磁炉

一大块玻璃没有孔

就显得就很高档也很漂亮

这是旋钮应用

目前我们在一个客户已经做了样品出来

然后今天我们也带了一个 demo 也在那边

各位待会可以去体验一下

这个也是类似的跟刚刚那个旋钮类似

通过线圈跟一个渐变金属环

我可以测量它的角度

可以到一度的精度

后面这个就是我们目前的一个产品了

我们有第一代的 1000

还有第二代的 16 系列

以及我们第三代那个 11 系列

那它们各有各的特点

那如果我们做按键的话

做按键或做角度测量

这种精度比较高的

我们就会用 16 这个系列或者 13

如果我们要做那种高速的应用

比如刚才我们说的点钞机那种速度比较高的

那我们用 101 这个系列

优先这两个系列

那前面说的东西可能都很复杂

又结构又算法又电路

那也不用担心

我们不是只做芯片

我们还会有很多参考设计

比如说这个是我们的金属按键的参考设计

有整套的方案

或者说如果各位有兴趣

我也可以分享给大家那个设计的方案

然后第二个是那个角度测量

以及那个旋钮的方案

大家在网上搜这个这个标题

也可以找到对应的那个资料

那第三个是称重

称重一个方案

那也是跟按钮类似了

我在线圈上面放一个金属片

当你有重物放在那边的时候

金属片会被往下压下去

这个时候它会引起频率变化

这样就可以把重量给算出来

目前这个 demo

能做到是 4.2g 的精度