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[導(dǎo)讀]近日,一奶牛貓?jiān)谏衩貏?shì)力驅(qū)使下淪為工具貓,這到底是貓性的扭曲,還是道德的淪喪?敬請(qǐng)收看本期——會(huì)咬人的開關(guān)。 下面是記者從前方發(fā)回的報(bào)道—— ? 俗話說得好,養(yǎng)寵千日,用貓一時(shí)。哪里有肉點(diǎn)哪里,你就會(huì)發(fā)現(xiàn),你擁有的不僅是一只貓,還有一個(gè)手感超好


我拿你當(dāng)鏟屎官,你卻想把我做成開關(guān)?工具貓實(shí)錘了!

近日,一奶牛貓?jiān)谏衩貏?shì)力驅(qū)使下淪為工具貓,這到底是貓性的扭曲,還是道德的淪喪?敬請(qǐng)收看本期——會(huì)咬人的開關(guān)。


下面是記者從前方發(fā)回的報(bào)道——

我拿你當(dāng)鏟屎官,你卻想把我做成開關(guān)?工具貓實(shí)錘了!

 

俗話說得好,養(yǎng)寵千日,用貓一時(shí)。哪里有肉點(diǎn)哪里,你就會(huì)發(fā)現(xiàn),你擁有的不僅是一只貓,還有一個(gè)手感超好的活體開關(guān)。


我拿你當(dāng)鏟屎官,你卻想把我做成開關(guān)?工具貓實(shí)錘了!

貓爪下暗藏玄機(jī)

請(qǐng)注意上圖中貓腳放置位置的小心機(jī)——肉墊下面剛好是臺(tái)燈的觸摸開關(guān)。這種開關(guān)是觸摸傳感器的一種,是通過輕觸就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)的電子器件,用來代替我們過去常見的機(jī)械開關(guān)。現(xiàn)在很多家用電器的操縱界面都采用觸摸開關(guān)的方式,為我們提供更直觀簡(jiǎn)潔的用戶界面。


觸摸開關(guān)的工作原理與普通的機(jī)械開關(guān)其實(shí)很類似。由于觸摸開關(guān)對(duì)觸摸、壓力等外界影響很敏感,所以當(dāng)任何物理介質(zhì)與開關(guān)表面發(fā)生接觸時(shí),傳感器內(nèi)部電路就會(huì)閉合,允許電流流過。相反地,如果釋放觸點(diǎn),內(nèi)部電路斷開,也就沒有電流流過了。

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觸摸開關(guān)工作原理。| 圖源:fadly354.wordpress.com


根據(jù)觸摸傳感器的功能,可以大致將其分成兩類——電容式觸摸傳感器和電阻式觸摸傳感器,分別用于不同的環(huán)境和用途。


1.電容式觸摸傳感器,可以測(cè)量壓力、加速度、距離等參數(shù),憑借長(zhǎng)期可靠性高、安裝位置靈活、利于界面優(yōu)化以及制作成本非常低等優(yōu)點(diǎn),引無數(shù)英雄競(jìng)折腰,廣泛用于移動(dòng)電話、家用電器、汽車和許多其他工業(yè)領(lǐng)域。其原理是基于來自電容變化的電干擾來測(cè)量觸摸。人體甚至附屬物的存在都會(huì)影響附近的“裸露”(非屏蔽)電容器的電容,當(dāng)手指觸摸傳感器表面時(shí),會(huì)向開關(guān)傳遞少量的電荷,這些電荷干擾開關(guān)自身的電荷并引起電容發(fā)生變化。根據(jù)這種變化,開關(guān)就可以識(shí)別觸摸發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)等信息,并作出響應(yīng)。

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電容式觸摸傳感器的工作原理。| 圖源:specs.buho.ch


電容器可以看成是由絕緣體隔開的兩個(gè)導(dǎo)體(常稱極板)制成,電容公式為:

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式中ε是極板間介質(zhì)(絕緣體)的介電常數(shù),S是極板面積,d則為極板間距離。


根據(jù)公式我們可以知道,如果極板的面積更大,電容也更大;而兩個(gè)極板之間的距離越大,則電容越小。將傳感器電極連接到測(cè)量電路,用來測(cè)量總電容量的變化并將其轉(zhuǎn)換為觸發(fā)信號(hào)。我們常用靈敏度(ΔC/C)來表示電容的變化程度,當(dāng)發(fā)生觸摸動(dòng)作時(shí),系統(tǒng)總電容發(fā)生變化,將這個(gè)變化量記為觸摸電容ΔC,當(dāng)傳感器本身的寄生電容C越小,而觸摸電容ΔC越大時(shí),觸摸動(dòng)作就越容易被檢測(cè)到,也就是說,觸摸傳感器的靈敏度越高。

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假如手指觸摸時(shí)觸摸電容ΔC為5 pF,寄生電容C為20 pF時(shí),總電容變化率為25%。如果寄生電容C增大到了100 pF,則總電容的變化率僅為5%。| 圖源:github.com


對(duì)于電容式觸摸傳感器而言,外部的導(dǎo)電材料無需施加壓力,僅僅靠觸碰就足以使其發(fā)生響應(yīng),所以這種傳感器也存在誤觸的風(fēng)險(xiǎn)較高等缺點(diǎn)。


2. 電阻式觸摸傳感器與電容式觸摸傳感器不同,其感應(yīng)不取決于電氣特性,而是通過測(cè)量施加在表面上的壓力來工作。所以電阻式觸摸傳感器可以容納非導(dǎo)電材料,例如手寫筆和手套包裹的手指,并需要施加一定的力量才能操作,常用于腳前旋監(jiān)護(hù)儀、樂器、舊手機(jī)中的鍵盤以及電阻式觸摸板等器件中。

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電阻式觸摸傳感器的工作原理。| 圖源:bp.blogspot.com


電阻式觸摸開關(guān)需要兩個(gè)電極與導(dǎo)電物體(例如手指)物理接觸才能操作。當(dāng)具有某種電阻率的物體(例如我們的手指)觸摸表面的兩個(gè)電極時(shí),電極之間的電阻降低,形成閉合電路,從而使少量電流通過皮膚流到晶體管的基極。然后,晶體管將從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài),將電壓放大到某個(gè)有效值并使電流流過負(fù)載。圖中的電阻Rp用于保護(hù)晶體管免受短路時(shí)大電流的影響,電阻Rb則保證在電路斷開的情況下使基極保持在接地狀態(tài)。


電阻式觸摸傳感器不兼容多點(diǎn)觸摸,任何物體施加壓力也會(huì)造成誤觸,由于支持手套等包裹物下的操作,目前多用于惡劣環(huán)境中。


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活體開關(guān)有話說


上文中說道,這只貓右爪按到了臺(tái)燈的觸控開關(guān)上,貓的身體(除了毛的部分)是導(dǎo)電的,所以臺(tái)燈的觸摸開關(guān)+貓的身體就形成了一個(gè)新的系統(tǒng),貓就相當(dāng)于觸控開關(guān)的延伸,當(dāng)手觸碰貓的鼻子或者其他的肉墊部分(也就是沒毛的部分),改變了觸摸開關(guān)的電容,臺(tái)燈也就開了。

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貓爪爪的肉墊沒有毛哦~ | 圖源:kknews.cc


我們的身體都是導(dǎo)體,而且能存儲(chǔ)一定量的電荷。正是這些電荷影響了觸控開關(guān)的行為,導(dǎo)致電容發(fā)生變化。所以,除了手之外,其他存儲(chǔ)有電荷的物體,不管是水果、肥皂還是飲料,在靠近或接觸開關(guān)時(shí),也都會(huì)使開關(guān)打開或關(guān)閉。當(dāng)貓爪上沒有電荷時(shí),貓爪的觸碰也就不會(huì)影響臺(tái)燈的開關(guān),而是僅僅起到聯(lián)通的作用,需要借助人的觸碰來傳導(dǎo)電荷。但若是貓帶了電荷,那它們自己也會(huì)玩的很開心。

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這時(shí)候就沒你什么事兒了 | 圖源:k.sina.cn


那么,現(xiàn)在就差最后一個(gè)問題,臺(tái)燈我有,貓去哪兒領(lǐng)?



來源:中科院半導(dǎo)體所,作者:二花



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