基于壓電馬達的觸覺(jué)響應解決方案

隨著(zhù)觸摸屏在手持式消費類(lèi)設備中逐步替代機械按鍵，由于缺乏觸覺(jué)響應，消費者開(kāi)始提出對實(shí)時(shí)響應的需求。用戶(hù)已經(jīng)習慣了按鍵按下時(shí)表示成功操作按鍵輸入的機械觸感，如圖1所示鍵盤(pán)。近來(lái)，由于缺乏好的觸覺(jué)反饋設計，從而帶動(dòng)了電子觸覺(jué)響應系統的需求。

圖1. 基于軟件的按下激活按鍵

　　使用壓電驅動(dòng)實(shí)現觸覺(jué)反饋是一種比較有前途的方法，這種方式已經(jīng)在少數消費類(lèi)設備中應用了很多年。壓電式觸覺(jué)反饋具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括：快速響應、超薄外觀(guān)、低功耗以及大量可以利用的壓電材料和組裝工藝。

　　壓電特性和比較

　　壓電材料有各種不同的形狀、尺寸、厚度、電壓范圍、作用力和額定電容，可以加工成特定形狀，以滿(mǎn)足特殊應用及封裝的需求，并可以提供單層和多層結構。多個(gè)壓電體可以實(shí)現較強的觸覺(jué)反饋和多種不同的觸感。

　　工作在諧振點(diǎn)及其附近的壓電驅動(dòng)應用包括：

　　●振動(dòng)激勵和消除

　　●微型泵

　　●微型雕刻系統

　　●超聲鉆孔/焊接/雕刻/解剖/計量

　　工作在諧振點(diǎn)以下的應用包括：

　　●觸覺(jué)響應

　　●圖像穩定

　　●自動(dòng)對焦系統

　　●纖維光學(xué)校準

　　●結構變形

　　●磨損補償

　　壓電工作原理

　　低于諧振頻率時(shí)，壓電體可以簡(jiǎn)單地用一個(gè)電容模擬。當直流電壓加在壓電體兩端，構造和物理形狀不同的壓電體會(huì )產(chǎn)生不同的形變（圖2）。

圖2. 簡(jiǎn)化壓電體模型

　　庫侖定律指出Q＝CV，但在壓電體中電容不是常數，這是因為電容極板間距會(huì )隨著(zhù)電壓變化而變化。

　　當對壓電體施加電壓時(shí)，由于極板間距離發(fā)生變化（圖3A），電容量也會(huì )隨之改變。壓電體位移正比于電場(chǎng)強度，而電場(chǎng)強度是極板間電壓和距離的函數。外加電壓和壓電驅動(dòng)器產(chǎn)生的作用力保持著(zhù)合理的正比關(guān)系（圖3C）。

　　在大多數壓電驅動(dòng)器移動(dòng)范圍內，壓電體等效電容的電荷與位移量都保持近似正比關(guān)系。如果等效電容極板間沒(méi)有漏電流，即使極板與電壓源斷開(kāi)，仍能夠保持位移量。

圖3. 位移量和作用力與外加電壓

　　作用力正比于壓電體外加電壓（圖3）。作用力（相對于時(shí)間）是影響觸覺(jué)響應的主要因素，它決定了用戶(hù)的感覺(jué)，使用多層壓電體可以改進(jìn)位移量。