（本文編譯自Electronic Design）

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，傳感器連接器往往不受重視，常被當(dāng)作后期補(bǔ)充環(huán)節(jié)來考慮，但它對(duì)應(yīng)用性能有著至關(guān)重要的影響。連接器會(huì)增大測(cè)量電路的電阻，而其電氣性能的任何波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致傳感器測(cè)量精度出現(xiàn)偏差。

這種偏差的產(chǎn)生，可能源于生產(chǎn)容差的差異，也可能是不同設(shè)備中連接器的安裝與固定方式不同，最終造成不同設(shè)備的傳感器輸出數(shù)據(jù)不一致。在生產(chǎn)測(cè)試與質(zhì)量管控階段，這些元件偏差可通過傳感器校準(zhǔn)環(huán)節(jié)修正，借助元件補(bǔ)償或軟件補(bǔ)償?shù)姆绞?，?duì)傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整校準(zhǔn)。

此外，隨著使用時(shí)間推移，連接器的彎折、設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)或熱應(yīng)力，也可能引發(fā)性能偏差，在智能紡織品等“高頻彎折”應(yīng)用場(chǎng)景中，這種問題尤為突出。設(shè)計(jì)人員必須充分掌握這些潛在的元件容差特性：若這類容差對(duì)整體輸出偏差的影響在可接受范圍內(nèi)，可予以包容；若其已影響設(shè)備性能，則需嚴(yán)格管控以降低負(fù)面影響。許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員都曾低估傳感器連接器合理設(shè)計(jì)的重要性，直到產(chǎn)品投入實(shí)際應(yīng)用后出現(xiàn)故障，才追悔莫及。

連接器類型

傳統(tǒng)的ZIF連接器、tab連接器和pin連接器，通常借助機(jī)械壓力按壓在導(dǎo)電線路與基板上，這類連接器常用于實(shí)現(xiàn)傳感器導(dǎo)線與電路板電子元件的互聯(lián)。鑒于許多柔性印刷傳感器應(yīng)用場(chǎng)景存在產(chǎn)品種類多、產(chǎn)量低的特點(diǎn)，這類連接器往往采用人工方式裝配到傳感器基板與導(dǎo)體上，這就可能因人為操作失誤產(chǎn)生偏差。不過，這類偏差通?？稍谛?zhǔn)環(huán)節(jié)予以修正。

對(duì)于大批量生產(chǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景而言，投入資金購(gòu)置價(jià)格較高的自動(dòng)化連接器裝配設(shè)備并定制工裝夾具是經(jīng)濟(jì)的。這種做法既能降低單位產(chǎn)品成本，還能保障連接的一致性與穩(wěn)定性。若部分應(yīng)用場(chǎng)景中，傳感器會(huì)因磨損等原因需要定期更換，彈性pin連接器則能提供穩(wěn)定性和一致性較好的連接效果，但這類連接器需要預(yù)留足夠的安裝空間。

除機(jī)械連接器外，部分設(shè)計(jì)人員還會(huì)采用Z軸導(dǎo)電膠帶、導(dǎo)電膠或?qū)щ姯h(huán)氧樹脂，將導(dǎo)電線路與電路板上的其他電路元件粘合固定。這類膠粘劑若固化處理得當(dāng)，在機(jī)械應(yīng)力較小的環(huán)境中可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電連接，同時(shí)還能簡(jiǎn)化裝配流程，進(jìn)而降低連接器相關(guān)成本。這種連接方式在消費(fèi)級(jí)可穿戴設(shè)備中應(yīng)用也日益普遍，因?yàn)檫@類設(shè)備受空間限制且對(duì)小型化要求極高，無(wú)法使用機(jī)械連接器。

傳感器應(yīng)用場(chǎng)景

在各類場(chǎng)景中應(yīng)用印刷傳感器時(shí)，其外形可定制化且具備形態(tài)靈活性的特點(diǎn)，為諸多應(yīng)用帶來了優(yōu)勢(shì)。但這些優(yōu)勢(shì)背后，傳感技術(shù)也存在一些細(xì)微問題。不過，只要設(shè)計(jì)人員了解并掌握這些問題的特性，便能對(duì)其進(jìn)行有效管控。

若需傳感器長(zhǎng)期持續(xù)進(jìn)行傳感工作，可能需要定期校準(zhǔn)，以確保傳感器的輸出數(shù)據(jù)始終與預(yù)期測(cè)量值保持一致。在部分需重點(diǎn)關(guān)注差值的應(yīng)用場(chǎng)景中，如通過象限壓力差值來檢測(cè)撥桿方向與作用力的場(chǎng)景，校準(zhǔn)就無(wú)需過多顧慮，因?yàn)樗袀鞲衅髟睦匣俣韧ǔＺ呌谝恢隆?/p>

而對(duì)于一些對(duì)絕對(duì)值要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，如通過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)儲(chǔ)液罐接地接觸板的壓力來估算液位變化，傳感器漂移可能會(huì)成為一大難題，此時(shí)就需要進(jìn)行定期重新校準(zhǔn)。若傳感器的漂移情況隨使用時(shí)間變化具有較強(qiáng)的可預(yù)測(cè)性，且可借助基于使用時(shí)長(zhǎng)的補(bǔ)償表對(duì)其進(jìn)行估算，那么采用軟件校準(zhǔn)的方式便足以滿足需求。

在環(huán)境條件波動(dòng)較大的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中，可借助基準(zhǔn)傳感器獲取基準(zhǔn)測(cè)量值，再利用該基準(zhǔn)值對(duì)主傳感器或傳感器陣列進(jìn)行自動(dòng)重新校準(zhǔn)。例如，當(dāng)消費(fèi)者站上地面檢測(cè)臺(tái)的壓力墊時(shí)，可通過一款低漂移的壓力板傳感器，對(duì)整個(gè)腳墊壓力測(cè)繪陣列完成一次重新校準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)人員務(wù)必了解其設(shè)計(jì)的傳感器出現(xiàn)漂移的原因及特性。舉例來說，薄膜式壓力傳感器在承受持續(xù)恒定的靜載荷時(shí)，產(chǎn)生的漂移幅度可能會(huì)遠(yuǎn)大于承受交變載荷時(shí)的漂移幅度。

互聯(lián)傳感器：助力物聯(lián)網(wǎng)與預(yù)測(cè)性分析發(fā)展

海量來自本地或遠(yuǎn)程位置的傳感器所傳輸?shù)男盘?hào)，需借助Wi-Fi、藍(lán)牙或其他網(wǎng)絡(luò)傳輸方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)，這樣才能支撐物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的運(yùn)行。

對(duì)于通信速率受限的窄帶網(wǎng)絡(luò)而言，邊緣計(jì)算領(lǐng)域的近期技術(shù)突破，使得依托嵌入式計(jì)算在本地處理并解析傳感器圖像數(shù)據(jù)成為可能。如此一來，僅需向遠(yuǎn)程端發(fā)送少量關(guān)鍵數(shù)據(jù)即可觸發(fā)對(duì)應(yīng)操作，例如發(fā)送一個(gè)預(yù)警信號(hào)，提示電梯制動(dòng)器需在六個(gè)月內(nèi)進(jìn)行維修保養(yǎng)。

“傳感器無(wú)處不在”的趨勢(shì)日益凸顯，這正是積累海量傳感器特征數(shù)據(jù)的重要前提，而這些數(shù)據(jù)對(duì)于高效開展機(jī)器學(xué)習(xí)至關(guān)重要。隨著觸覺傳感器逐漸走向標(biāo)準(zhǔn)化并得到廣泛嵌入應(yīng)用，大規(guī)模采集與挖掘傳感器輸入輸出數(shù)據(jù)的契機(jī)隨之而來，這將為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的優(yōu)化帶來全新思路，進(jìn)而進(jìn)一步提升傳感器的實(shí)用價(jià)值。

以鞋墊壓力傳感器為例，該傳感器可捕捉人體行走時(shí)的壓力分布數(shù)據(jù)，如今借助支持Wi-Fi或藍(lán)牙功能的智能手機(jī)應(yīng)用，這些數(shù)據(jù)既能實(shí)時(shí)傳輸，也可批量上傳至云端數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。

若將這些壓力分布數(shù)據(jù)與定期采集的臨床數(shù)據(jù)相結(jié)合并展開深度挖掘，可為物理治療監(jiān)測(cè)提供諸多全新參考依據(jù)。例如，通過數(shù)據(jù)分析可提前發(fā)現(xiàn)一些健康隱患的早期征兆，像阿爾茨海默病引發(fā)的平衡能力衰退前兆，或是因步態(tài)異常而需要更換鞋墊等情況。

展望未來：觸覺傳感的發(fā)展前景

未來十年將成為觸覺傳感技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，創(chuàng)新突破與實(shí)際應(yīng)用將成為兩大核心驅(qū)動(dòng)力。一方面，各類新興技術(shù)將得到充分運(yùn)用，助力觸覺傳感技術(shù)解鎖全新功能，開啟充滿探索與創(chuàng)新的新階段；另一方面，行業(yè)將重點(diǎn)優(yōu)化部分性價(jià)比高的傳感技術(shù)，這類技術(shù)有望成為支撐主流市場(chǎng)與細(xì)分市場(chǎng)發(fā)展的核心力量。

在柔性印刷電子技術(shù)與增材制造技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的推動(dòng)下，上述技術(shù)融合趨勢(shì)有望催生出豐富多元的傳感器應(yīng)用生態(tài)。屆時(shí)，即便是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的傳感器，也能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，且無(wú)需承擔(dān)過高成本。

面對(duì)這些顛覆性變革，企業(yè)必須堅(jiān)定對(duì)未來發(fā)展的投入。行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)不僅要率先研發(fā)新型傳感器設(shè)計(jì)方案與制造工藝，還需在技術(shù)、市場(chǎng)及應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域構(gòu)建穩(wěn)固的合作關(guān)系。