压电振动元件实现无限可能的触觉效果

电子发烧友网报道（文/李宁远）触觉感应功能在各种智能设备中都十分常见，这种反馈增强了人机交互的“互动感”，让使用者在和机械设备、智能终端的交互中实现了更具操控感的体验。
 
实现这种触感的技术手段很多，通过偏转质量马达（ERM）或者线性共振传动器（LRA）都可以实现振动反馈效果。这两种技术手段都是马达型技术，而压电触觉则使用压电驱动器，通过压电振动元件变形并产生触觉反馈，拥有极短的启停响应时间和更高的效率，是一种新兴技术。
 
压电触觉的无限可能
 
任何技术手段，都需要触觉驱动发送模拟或数字输入信号，然后驱动器放大信号或从构件中调用波形，并输出到传动器以产生振动效果。达到峰值频率的快慢，触觉驱动可以覆盖的频率范围，对最终的触觉反馈效果影响甚大。
 
拥有极短的启停响应时间和更高的效率让压电式的触觉反馈更精准而且更清晰。压电器件内置的波形存储器，能够以最小的延迟保存并读取波形，同时通过高级波形合成器，以最少的存储空间构建复杂触觉波形，这种高清的触觉反馈也是其他技术不能实现的。这种硬件加速的触觉处理减少了整个触觉系统的工作量，能够将触觉回放启动时间做得更快。
 
同时，触觉驱动的带宽不大就很难创建不同的触觉效果，压电触觉的无限频率范围是ERM和LRA无法实现的，无限的频率范围意味着提供各种触觉效果的可能性。
 
实现压电触觉的振动元件
 
想要实现无限可能的触觉反馈，驱动频带宽、响应速度快的叠层压电振动片无疑是不可或缺的。这些压电振动元件受力后产生“压电效应”，也就是受力后产生电荷。同时压电振动元件具有受力被施加外部电压后伸缩振动的“逆压电效应”特点。压电振动元件这种独特的特性，根据施加的力兼顾了两种正逆效应。
 
以超声波频率驱动叠层压电振动片，会在面板表面激起驻波，通过改变驻波的振幅、频率、相位再现各种触感。以往的偏心转子马达或者线性谐振动片频率想要达到500Hz非常困难，响应时间缩短到接近1ms完全不可能。
 
而压电振动元件在材料和积层技术的加持下，已经可以做到全频域和1ms以内的响应能力。多层陶瓷电容器、多层陶瓷电感器是被动元件中常见的结构，同理，这种多层技术可以让叠层压电振动元件的多层构造得以达到最优化。
 
材料和积层技术自然是实现最优振动的两大关键技术，简单来说，压电振动元件的材料需要具有尽可能低的介电常数和尽可能高的机电耦合系数，同时在积层技术上尽可能在构造上展现细腻和高品质的触感。
 
压电振动元件在高频带和快响应速度上有着不可替代的领先优势，目前来看缺点在于需要贴附在面板上，相对繁琐，而且成本相比其他两种传统方案会略高一些。
 
目前车载类应用是比较契合压电振动发展的方向，车内开关类部件正在向平板化和接触式传感器化发展。就需重视安全性的汽车内部而言，在操作开关时提供反馈的必要性是毋庸置疑的。后视镜控制面板、方向盘控制面板、中控台控制面板、触摸板这些驾驶舱内的设备，都可以使用压电振动元件来实现及时的反馈。
 
小结
 
近乎瞬时反应且没有频率限制的压电触觉反馈更是为未来各种各样的触觉效果实现提供了无限的可能。尤其是现在的各种智能终端、HMI系统都需要实现高压快速响应，压电式技术在此类应用里更受欢迎。