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基于压电马达的触觉响应解决方案

导读: 随着触摸屏在手持式消费类设备中逐步替代机械按键,由于缺乏触觉响应,消费者开始提出对实时响应的需求。用户已经习惯了按键按下时表示成功操作按键输入的机械触感。近来,由于缺乏好的触觉反馈设计,从而带动了电子触觉响应系统的需求。

  随着触摸屏在手持式消费类设备中逐步替代机械按键,由于缺乏触觉响应,消费者开始提出对实时响应的需求。用户已经习惯了按键按下时表示成功操作按键输入的机械触感,如图1所示键盘。近来,由于缺乏好的触觉反馈设计,从而带动了电子触觉响应系统的需求。

  

  图1. 基于软件的按下激活按键

  使用压电驱动实现触觉反馈是一种比较有前途的方法,这种方式已经在少数消费类设备中应用了很多年。压电式触觉反馈具有很多优点,包括:快速响应、超薄外观、低功耗以及大量可以利用的压电材料和组装工艺。

  压电特性和比较

  压电材料有各种不同的形状、尺寸、厚度、电压范围、作用力和额定电容,可以加工成特定形状,以满足特殊应用及封装的需求,并可以提供单层和多层结构。多个压电体可以实现较强的触觉反馈和多种不同的触感。

  工作在谐振点及其附近的压电驱动应用包括:

  ●振动激励和消除

  ●微型泵

  ●微型雕刻系统

  ●超声钻孔/焊接/雕刻/解剖/计量

  工作在谐振点以下的应用包括:

  ●触觉响应

  ●图像稳定

  ●自动对焦系统

  ●纤维光学校准

  ●结构变形

  ●磨损补偿

  压电工作原理

  低于谐振频率时,压电体可以简单地用一个电容模拟。当直流电压加在压电体两端,构造和物理形状不同的压电体会产生不同的形变(图2)。

  

  图2. 简化压电体模型

  库仑定律指出Q=CV,但在压电体中电容不是常数,这是因为电容极板间距会随着电压变化而变化。

  当对压电体施加电压时,由于极板间距离发生变化(图3A),电容量也会随之改变。压电体位移正比于电场强度,而电场强度是极板间电压和距离的函数。外加电压和压电驱动器产生的作用力保持着合理的正比关系(图3C)。

  在大多数压电驱动器移动范围内,压电体等效电容的电荷与位移量都保持近似正比关系。如果等效电容极板间没有漏电流,即使极板与电压源断开,仍能够保持位移量。

  

  图3. 位移量和作用力与外加电压

  作用力正比于压电体外加电压(图3)。作用力(相对于时间)是影响触觉响应的主要因素,它决定了用户的感觉,使用多层压电体可以改进位移量。

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