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2020/07/06
压电触觉致动器的机械原理
我们推出的低功耗 CapDriveTM压电触觉驱动器架构 CapDriveTM压电触觉驱动器架构重新激发了业界对基于压电触觉效果的兴趣。由于压电技术不同于ERM和LRA，因此我们需要分享一些机械原理以便优化与它们的集成。更换ERM或LRA可不仅仅是使用粘合剂将压电致动器固定在同一位置如果这样做了，所得到的的结果将会让你大失所望，并会使您的团队朝着错误的方向发展。
压电触觉在不同的机械概念下运行，因此需要采用不同的方法才能成功实现更好的触觉效果。让我们看看压电触觉如何与ERM和LRA区别开来，以及它们是如何影响其集成的。
使用LRA的开放式电话的图像 - 在此处集成压电致动器除了带来一些噪声之外，并无更多作用。
了解触觉致动器比较表 – 加速感应
即使触觉技术想要创造更先进的效果，它们也无法逃脱物理定律！要了解触觉致动器的工作原理，我们需要使用经典力学的一些最基本定律，即艾萨克·牛顿的运动定律：
第一定律
在惯性参考系中，除非受外力作用，否则对象不是保持静止，不是继续以恒定速度运动。
第二定律
在惯性参考系中，作用在物体上的力F的矢量和等于该物体的质量m乘以该物体的加速度a: F = ma。（这里假设质量m是恒定的）。
第三定律
当一个物体在第二物体上施加力时，第二物体同时在第一物体上施加大小相等且方向相反的力。
触觉比较表中有些瑕疵。我们感觉到的反馈力是来自致动器的运动力。业界为什么要用加速度来比较反馈强度？您在比较表中看到的加速度值是基于每个触觉致动器在相同质量（Mass）下的加速度计的测量结果。由于每个致动器是在相同质量基础上进行比较的，所以我们可以分别找出加速度值。因此，加速度值最高的致动器的确会产生最强的反馈，但其性能却不能以相同的方式精确测量。
将ERM或LRA放入一个质量上，可以确实移动它，但放到压电致动器上，是不能期望会得到相同的结果。量测压电致动器的加速度值，是量测致动器之上方质量。这可让我们了解为何会有所不同，以及为何需要使用不同的方法，才能成功的将压电触觉功能集成到产品设计中。
触觉致动器组件
我们已经看到，触觉是由牛顿运动定律定义的。为了产生力，触觉致动器需要两个组件：质量（Mass）和产生加速度的引擎。比较触觉技术时，您最终将比较它们用于产生加速度的引擎类型。
触觉致动器 = 引擎 + 质量（Mass）
让我们看一下每个触觉致动器后面的组件，并了解为什么不能用压电致动器直接替换ERM或LRA。
偏心旋转质量（ERM）致动器组件
ERM的振动是通过使用直流电动机（引擎）旋转偏心质量产生的。质量运动产生不平衡的力，因此产生振动。
尽管计算偏心质量的运动轴很复杂，但我们需要了解的是，不平衡质量的旋转所产生的力会传递给直流电动机。ERM致动器在直流电动机的基座处绑定到设备上，这样，感应到直流电动机的振动便会传递到设备上。
遵循牛顿的运动定律原则：偏心质量和发动机的旋转产生了一个移动力，该力从致动器传递到与其相连的设备。
线性谐振致动器（LRA）组件
LRA的振动是由音圈（引擎）驱动的悬浮磁性物质产生的。到音圈的驱动电流会产生一个磁场，该磁场可以使弹簧在与弹簧对齐的同一轴上移动。
磁性物质需要在其固有频率附近振荡，以产生谐振并产生最大的力。谐振频率取决于质量和悬架弹簧的刚度。
再次重申牛顿的运动定律：音圈（a）导致的悬浮磁质量（m）运动产生了一个动力，该动力通过弹簧传递到设备上。
压电致动器组件
在本示例中，我们将使用 TDK PowerHapTM 压电致动器 因为它们都具有相同的设计基础。这些压电致动器不像压电弯曲机那样工作。相反，PowerHapTMTM 致动器在受到拉力（高压）时会机械收缩。压电材料的收缩迫使金属钹片膨胀。这是致动器可以推压质量块的方式。如果要在致动器的一侧推动质量块，则另一侧需要靠在一个表面上，该表面会将力传递到具有质量的设备上。同样，如果您的设备受到重击并具有质量，则牛顿的第二定律规定您的设备最终将会振动。
压电致动器之所以不能直接替代传统技术，是因为它们不是触觉致动器，而是引擎。就像ERM的直流电动机和LRA的音圈一样，压电致动器没有内置质量。
如果我们看一下牛顿的运动定律原理，压电致动器就是引擎，它会产生加速度（a），但是我们缺少质量（m）来产生有影响力的运动力。
这是否意味着不可能用压电触觉代替LRA和ERM来振动整个设备？不，这意味着您需要找到一个与压电致动器一起移动的质量，我们相信这是这项技术的优势！它提供了更大的灵活性来调整压电触觉，从而根据您的目标获得最佳的触觉效果。将压电致动器与小质量结合起来，非常适合于局部反馈并取代机械按钮。压电致动器与较大质量相结合，可以产生足够的力来振动与其结合的整个设备。该设备也可以是质量本身，例如汽车显示器。传统的触觉技术没有这种灵活性。 (文章来源：Boréas 官网)
压电触觉在不同的机械概念下运行，因此需要采用不同的方法才能成功实现更好的触觉效果。让我们看看压电触觉如何与ERM和LRA区别开来，以及它们是如何影响其集成的。
使用LRA的开放式电话的图像 - 在此处集成压电致动器除了带来一些噪声之外，并无更多作用。
了解触觉致动器比较表 – 加速感应
第一定律
在惯性参考系中，除非受外力作用，否则对象不是保持静止，不是继续以恒定速度运动。
第二定律
在惯性参考系中，作用在物体上的力F的矢量和等于该物体的质量m乘以该物体的加速度a: F = ma。（这里假设质量m是恒定的）。
第三定律
当一个物体在第二物体上施加力时，第二物体同时在第一物体上施加大小相等且方向相反的力。
触觉比较表中有些瑕疵。我们感觉到的反馈力是来自致动器的运动力。业界为什么要用加速度来比较反馈强度？您在比较表中看到的加速度值是基于每个触觉致动器在相同质量（Mass）下的加速度计的测量结果。由于每个致动器是在相同质量基础上进行比较的，所以我们可以分别找出加速度值。因此，加速度值最高的致动器的确会产生最强的反馈，但其性能却不能以相同的方式精确测量。
将ERM或LRA放入一个质量上，可以确实移动它，但放到压电致动器上，是不能期望会得到相同的结果。量测压电致动器的加速度值，是量测致动器之上方质量。这可让我们了解为何会有所不同，以及为何需要使用不同的方法，才能成功的将压电触觉功能集成到产品设计中。
触觉致动器组件
触觉致动器 = 引擎 + 质量（Mass）
让我们看一下每个触觉致动器后面的组件，并了解为什么不能用压电致动器直接替换ERM或LRA。
偏心旋转质量（ERM）致动器组件
ERM的振动是通过使用直流电动机（引擎）旋转偏心质量产生的。质量运动产生不平衡的力，因此产生振动。尽管计算偏心质量的运动轴很复杂，但我们需要了解的是，不平衡质量的旋转所产生的力会传递给直流电动机。ERM致动器在直流电动机的基座处绑定到设备上，这样，感应到直流电动机的振动便会传递到设备上。
遵循牛顿的运动定律原则：偏心质量和发动机的旋转产生了一个移动力，该力从致动器传递到与其相连的设备。
线性谐振致动器（LRA）组件
LRA的振动是由音圈（引擎）驱动的悬浮磁性物质产生的。到音圈的驱动电流会产生一个磁场，该磁场可以使弹簧在与弹簧对齐的同一轴上移动。磁性物质需要在其固有频率附近振荡，以产生谐振并产生最大的力。谐振频率取决于质量和悬架弹簧的刚度。
再次重申牛顿的运动定律：音圈（a）导致的悬浮磁质量（m）运动产生了一个动力，该动力通过弹簧传递到设备上。
压电致动器组件
在本示例中，我们将使用 TDK PowerHapTM 压电致动器 因为它们都具有相同的设计基础。这些压电致动器不像压电弯曲机那样工作。相反，PowerHapTMTM 致动器在受到拉力（高压）时会机械收缩。压电材料的收缩迫使金属钹片膨胀。这是致动器可以推压质量块的方式。如果要在致动器的一侧推动质量块，则另一侧需要靠在一个表面上，该表面会将力传递到具有质量的设备上。同样，如果您的设备受到重击并具有质量，则牛顿的第二定律规定您的设备最终将会振动。压电致动器之所以不能直接替代传统技术，是因为它们不是触觉致动器，而是引擎。就像ERM的直流电动机和LRA的音圈一样，压电致动器没有内置质量。如果我们看一下牛顿的运动定律原理，压电致动器就是引擎，它会产生加速度（a），但是我们缺少质量（m）来产生有影响力的运动力。
这是否意味着不可能用压电触觉代替LRA和ERM来振动整个设备？不，这意味着您需要找到一个与压电致动器一起移动的质量，我们相信这是这项技术的优势！它提供了更大的灵活性来调整压电触觉，从而根据您的目标获得最佳的触觉效果。将压电致动器与小质量结合起来，非常适合于局部反馈并取代机械按钮。压电致动器与较大质量相结合，可以产生足够的力来振动与其结合的整个设备。该设备也可以是质量本身，例如汽车显示器。传统的触觉技术没有这种灵活性。 (文章来源：Boréas 官网)
