電容指紋分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-02-09
電容指紋分析的實例教程
在大尺寸面板上掃描指紋是捕捉指紋上脊谷間的電容差異。為了加快計算執行速度，通過分布式計算對仿真區域進行劃分，并自動合并為包含指紋信息的結果。工程師可以通過快速精確的仿真算法，根據布局結果分析電勢分布和電容輪廓。
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在大尺寸面板上掃描指紋是捕捉指紋上脊谷間的電容差異。為了加快計算執行速度，通過分布式計算對仿真區域進行劃分，并自動合并為包含指紋信息的結果。工程師可以通過快速精確的仿真算法，根據布局結果分析電勢分布和電容輪廓。
分割模擬區域
指紋的電容
如今，市面上的手機都帶有指紋解鎖、指紋支付功能。這一類指紋手機采用的是什么原理呢？手機的指紋識別目前主要有三種技術：電容式，光學式和超聲波式，目前市面上看到最成熟的指紋手機基本都是電容式的，其主要利用了電容傳感器的原理。2017年在Science advances期刊上，研究人員研究出可以彎曲、拉伸的電容傳感器，通過觸摸即可實現信號的傳遞。
（圖片源于Science advances, 2017, 3(3): e1602200.）
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量或機械量轉換成為電容量變化的一種轉換裝置，廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方面的測量。典型的電容器由兩個導體加上它們之間的電介質構成。在這兩個導體之間施加電勢差會產生電場，形成電容效應。這一電場不僅直接存在于導體之間，還會擴展一段距離，為了準確預測電容器的電容量，在考慮邊緣效應前提下，用于模擬邊緣場的域還必須足夠大，并使用適當的邊界條件。
COMSOLMultiphysics是一款大型的高級數值仿真軟件。廣泛應用于各個領域的科學研究以及工程計算，模擬科學和工程領域的各種物理過程。COMSOL Multiphysics是以有限元法為基礎，通過求解偏微分方程（單場）或偏微分方程組（多場）來實現真實物理現象的仿真，COMSOL應用范圍涵蓋從流體流動、熱傳導、到結構力學、電磁分析等多種物理場，用戶可以快速的建立模型。
COMSOL中定義模型非常靈活，材料屬性、源項、以及邊界條件等可以是常數、任意變量的函數、邏輯表達式、或者直接是一個代表實測數據的插值函數等。能夠解決許多常見的物理問題。同時，用戶也可以自主選擇需要的物理場并定義他們之間的相互關系。
展開 指紋效應嚴重時會大幅降低成品的剛度、沖擊強度和穩定性。因此，若能有效抓取出易產生指紋效應的區塊，便能更正確的選擇氣針的入口處。
圖一 印表機進紙元件幾何示意圖
首先，進行實驗與模擬在流動波前的比較由于此產品為雙點進澆流道設計，所以熔膠流動波前會從澆口處以放射狀的方式，朝肉薄處流動，從圖二及圖三可發現流動波前在充填2秒及2.84秒之比對皆相當符合。
圖二 實驗(上排圖)和模擬(下圖)流動波前在充填2秒的比對
圖三 實驗(上圖)和模擬(下圖)流動波前在充填2.84秒的比對
從實驗及模擬的流動比對(圖四)中可發現，由于熔膠充滿后有三個氣體注入口，會分別形成三個區域的指紋效應掏空分支：氣針2位于底部中心形成分支2，另外兩個氣針1號及3號，則分別在左右側形成分支1及3。由于氣針2號最靠近熔膠入口，當氣體從此進入時，由于熔膠的溫度較高，流動阻力將降低，因此分支2的指紋效應明顯。反之，其余的氣針入口，熔膠的溫度較低，指紋效應不如分支2明顯。這樣的趨勢也可由圖五平均體縮率的等位面分布中發現，觀察到體積收縮率平均值等位面的分布，都集中在氣針2號處。
圖四 印表機進紙上蓋氣體掏空圖(a)實驗和(b)模擬結果比較
圖五 在輔助氣體注入時，體積收縮率等位面分布模擬結果
由于實驗不易定量指紋效應的大小，為了有效量化氣體指紋效應的形狀大小，參考文獻[v]定義指紋投影面積比例如下：
Afingering為上視圖的氣體指紋效應掏空總投影面積。比對實驗和模擬在指紋面積比例的差異，可以發現實驗和模擬的結果有一致性的趨勢(圖六)。
分析結果顯示，氣體滲透行為的模擬分析與實際試模二次滲透行為的結果一致。
展開 這里包括了
包卷而形成的氣孔，表面氣孔直接肉眼可見，淺表層氣孔經過電鍍之后形成起皮、鼓包
流態末端導致的氧化、發黑
兩股金屬交接位置，形成了流痕
熔湯的堆疊產生后期起皮
現有的設計問題：
以這個指紋鎖的鑄件為例，至少存在以下的設計問題：
內澆口分布不合理：如果把鑄件分為左右兩個區域，則左側金屬少，右側金屬多，內澆口的面積應該左側小，右側大。才能獲得平衡的流態。
內澆口面積不對，而且厚度很薄，問及原因，主要是為了后期容易加工，方便直接掰斷。
流道的進澆方式不對，中間直充圓孔特征，容易導致包卷，右側光潔表面也形成了多股熔液交接的流痕。在交流過程中，得到的回復是，別人基本上都是這樣設計的。所以，形式上照抄，但卻不知道為什么要這樣設計？
流道的橫截面積控制不好。明顯導致了流道內部氣體卷入型腔。
面對這樣的情況，我們需要對此進行“大手術”
針對以上問題，改善建議：
1） 測量左右兩側的金屬量，正確分配左右兩個區域的內澆口面積
2） 重新使用正確的計算公式，獲得說需要的內澆口面積、厚度、進澆速度、加速比等關鍵鑄造工藝參數
3） 完全改變進澆方式，從直沖式進澆改為可控的進澆方式與位置
4） 控制橫截面積，要做到完全避免氣體卷入型腔
兩方案的對比：
詳細請完整觀看視頻。
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
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在大尺寸面板上掃描指紋是捕捉指紋上脊谷間的電容差異。為了加快計算執行速度，通過分布式計算對仿真區域進行劃分，并自動合并為包含指紋信息的結果。工程師可以通過快速精確的仿真算法，根據布局結果分析電勢分布和電容輪廓。
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在大尺寸面板上掃描指紋是捕捉指紋上脊谷間的電容差異。為了加快計算執行速度，通過分布式計算對仿真區域進行劃分，并自動合并為包含指紋信息的結果。工程師可以通過快速精確的仿真算法，根據布局結果分析電勢分布和電容輪廓。
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指紋的電容
在氣體輔助成型中，常遇到的問題之一就是氣體指紋效應，即為氣體不均勻地滲透入成品的中心部位，形成指紋狀分支；嚴重的指紋效應會顯著降低塑件的剛性[i]。根據氣體輔助射出成型的實驗研究，氣體指紋效應主要是由二次氣體滲透引起的[ii]。
短射法是氣體輔助射出成型早期的成型方法，透過輔助氣體來掏空成品，達到節省塑料及減輕重量。在使用氣體輔助成型加強薄板剛性時，通常會用肋作為氣體通道，并透過輔助氣體掏空進而產生空隙
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鋅合金，固液相線非常接近，以5號鋅為例，液相線389度，固相線380度。只相差不到10度，金屬液就從液態轉變成完全的固態。因此，在鋅合金的壓鑄中，金屬液的充型過程，顯得非常的重要。這里包括了
包卷而形成的氣孔，表面氣孔直接肉眼可見，淺表層氣孔經過電鍍之后形成起皮、鼓包
流態末端導致的氧化、發黑
兩股金屬交接位置，形成了流痕
電源往往是我們在電路設計過程中最容易忽略的環節。作為一款優秀的設計，電源設計應當是很重要的，它很大程度影響了整個系統的性能和成本。電源設計中的電容使用，往往又是電源設計中最容易被忽略的地方。
一、電源設計中電容的工作原理
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