Емкостное измерение

редактировать

В электротехнике, емкостное определение (иногда емкостное измерение ) - это технология, основанная на емкостной связи, которая может обнаруживать и измерять все, что является проводящим или имеет диэлектрик, отличный от воздуха. Многие типы датчиков используют емкостное зондирование, включая датчики для обнаружения и измерения приближения, давления, положения и смещения, силы, влажности, уровень жидкости и ускорение. Устройства интерфейса пользователя на основе емкостного считывания, такие как трекпады, могут заменить компьютерную мышь. Цифровые аудиоплееры, мобильные телефоны и планшетные компьютеры используют в качестве устройств ввода емкостные сенсорные сенсорные экраны. Емкостные датчики также могут заменить механические кнопки.

Емкостный сенсорный экран обычно состоит из емкостного сенсорного сенсора и как минимум двух дополнительных металл-оксид-полупроводник (CMOS ) микросхемы (IC), специализированный контроллер интегральной схемы (ASIC) и процессор цифровых сигналов (DSP). Емкостное считывание обычно используется для мобильных multi-touch дисплеев, популяризированных Apple iPhone в 2007 году.

Содержание

  • 1 Дизайн
    • 1.1 Поверхностная емкость
    • 1.2 Предполагаемая емкость
  • 2 Конструкция схемы
  • 3 Сравнение с другими технологиями сенсорных экранов
  • 4 Ручные вычисления
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Дизайн

Емкостные датчики изготовлены из множества различных сред, таких как медь, оксид индия и олова (ITO) и печатные краски. Медные емкостные датчики могут быть реализованы на стандартных платах FR4, а также на гибких материалах. ITO позволяет емкостному датчику быть прозрачным до 90% (для однослойных решений, таких как сенсорные экраны телефонов). Размер и расстояние между емкостным датчиком очень важны для его работы. В дополнение к размеру датчика и его разнесению относительно заземляющей пластины очень важен тип используемой заземляющей пластины. Поскольку паразитная емкость датчика связана с путем электрического поля (электронного поля) к земле, важно выбрать заземляющую поверхность, ограничивающую концентрацию e -полевые линии без проводящего объекта.

Для разработки системы измерения емкости необходимо сначала выбрать тип чувствительного материала (FR4, Flex, ITO и т. Д.). Также необходимо понимать среду, в которой будет работать устройство, например, полный диапазон рабочих температур, какие радиочастоты присутствуют и как пользователь будет взаимодействовать с интерфейсом.

Существует два типа емкостных датчиков: взаимная емкость, при которой объект (палец, токопроводящий стилус) изменяет взаимную связь между электродами строки и столбца, которые сканируются последовательно; а также собственная или абсолютная емкость, когда объект (например, палец) нагружает датчик или увеличивает паразитную емкость относительно земли. В обоих случаях разница между предыдущим абсолютным положением и настоящим абсолютным положением дает относительное движение объекта или пальца в течение этого времени. Технологии подробно описаны в следующем разделе.

Поверхностная емкость

В этой базовой технологии только одна сторона изолятора покрыта проводящим материалом. К этому слою прикладывается небольшое напряжение , в результате чего возникает однородное электростатическое поле. Когда проводник, например человеческий палец, касается поверхности без покрытия, динамически образуется конденсатор. Из-за листового сопротивления поверхности каждый угол измеряется, чтобы иметь различную эффективную емкость. Контроллер сенсора может определять место касания косвенно по изменению емкости, измеренной по четырем углам панели: чем больше изменение емкости, тем ближе прикосновение находится в том углу. Без движущихся частей он умеренно долговечен, но имеет низкое разрешение, подвержен ложным сигналам из-за паразитной емкостной связи и требует калибровки во время производства. Поэтому он чаще всего используется в простых приложениях, таких как промышленные средства управления и интерактивные киоски.

Прогнозируемая емкость

Схема проецируемого емкостного сенсорного экрана

Технология проецируемого емкостного касания (PCT) - это емкостная технология, которая позволяет более точная и гибкая работа за счет травления проводящего слоя. Сетка XY формируется либо путем травления одного слоя с образованием сетки из электродов, либо путем травления двух отдельных параллельных слоев проводящего материала с перпендикулярными линиями или дорожками для формирования сетки. ; сравнимо с сеткой пикселей, присутствующей во многих жидкокристаллических дисплеях (LCD).

Более высокое разрешение PCT позволяет работать без прямого контакта, так что проводящие слои могут быть покрыты дополнительными защитными изолирующими слоями и работать даже под защитными пленками для экрана или за атмосферным и антивандальным стеклом. Поскольку верхним слоем РСТ является стекло, РСТ является более надежным решением по сравнению с резистивной сенсорной технологией. В зависимости от реализации вместо пальца или в дополнение к нему можно использовать активный или пассивный стилус. Это типично для устройств торговых точек, требующих захвата подписи. Пальцы в перчатках могут не распознаваться, в зависимости от реализации и настроек усиления. Электропроводящие пятна и подобные помехи на поверхности панели могут мешать работе. Такие токопроводящие пятна появляются в основном от липких или потных кончиков пальцев, особенно в условиях высокой влажности. Собранная пыль, которая прилипает к экрану из-за попадания влаги из кончиков пальцев, также может быть проблемой.

Есть два типа PCT: собственная емкость и взаимная емкость.

Взаимные емкостные датчики имеют конденсатор на каждом пересечении каждой строки и каждого столбца. Например, массив 12 на 16 будет иметь 192 независимых конденсатора. К строкам или столбцам прикладывается напряжение. Поднесение пальца или токопроводящего иглы к поверхности датчика изменяет локальное электрическое поле, что снижает взаимную емкость. Изменение емкости в каждой отдельной точке сети можно измерить, чтобы точно определить место касания путем измерения напряжения на другой оси. Взаимная емкость позволяет работать с несколькими касаниями, когда можно одновременно точно отслеживать несколько пальцев, ладоней или щупов.

Датчики собственной емкости могут иметь ту же сетку XY, что и датчики взаимной емкости, но столбцы и строки работают независимо. Благодаря собственной емкости ток определяет емкостную нагрузку пальца на каждый столбец или строку. Это дает более сильный сигнал, чем измерение взаимной емкости, но он не может точно определить более одного пальца, что приводит к "двоению" или обнаружению неправильного местоположения.

Конструкция схемы

Емкость равна обычно измеряется косвенно, используя его для управления частотой генератора или для изменения уровня связи (или затухания) сигнала переменного тока.

Конструкция простого измерителя емкости часто основана на генераторе релаксации. Измеряемая емкость образует часть RC-цепи генератора или LC-цепи генератора. В основном этот метод работает путем зарядки неизвестной емкости известным током. (Уравнение состояния конденсатора: i = C dv / dt. Это означает, что емкость равна току, деленному на скорость изменения напряжения на конденсаторе.) Емкость можно рассчитать путем измерения времени зарядки, необходимого для достижения пороговое напряжение (релаксационного генератора) или, что то же самое, путем измерения частоты генератора. Оба они пропорциональны RC (или LC) постоянной времени схемы генератора.

Основным источником ошибок при измерениях емкости является паразитная емкость, которая, если не принимать меры против нее, может колебаться между примерно 10 пФ и 10 нФ. Паразитная емкость может быть относительно постоянной путем экранирования (высокого импеданса) сигнала электрической емкости, а затем подключить экран к ссылке (сопротивление низкой) заземления. Кроме того, чтобы минимизировать нежелательные эффекты паразитной емкости, рекомендуется располагать измерительную электронику как можно ближе к электродам датчика.

Другой метод измерения заключается в применении сигнала переменного напряжения фиксированной частоты через емкостной делитель. Он состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, один с известным значением, а другой с неизвестным значением. Затем выходной сигнал берется через один из конденсаторов. Значение неизвестного конденсатора может быть определено из отношения емкостей, которое равно отношению амплитуд выходного / входного сигнала, которое может быть измерено вольтметром переменного тока. Более точные инструменты могут использовать конфигурацию емкостного моста, аналогичную мосту Уитстона. Емкостной мост помогает компенсировать любую изменчивость, которая может существовать в подаваемом сигнале.

Сравнение с другими технологиями сенсорных экранов

Емкостные сенсорные экраны более отзывчивы, чем резистивные сенсорные экраны (которые реагируют на любой объект, так как емкость не требуется), но менее точны. Однако проективная емкость повышает точность сенсорного экрана, поскольку он формирует треугольную сетку вокруг точки касания.

Стандартный стилус не может использоваться для емкостного считывания, а специальный емкостный стилус, который является проводящим, существуют для этой цели. Можно даже сделать емкостный стилус, обернув проводящий материал, такой как антистатическая проводящая пленка, вокруг стандартного иглы или свернув пленку в трубку. Емкостные сенсорные экраны дороже в производстве, чем резистивные сенсорные экраны . Некоторые из них нельзя использовать в перчатках, и они могут работать неправильно даже при небольшом количестве воды на экране.

Взаимные емкостные датчики могут обеспечивать двумерное изображение изменений электрического поля. Используя это изображение, был предложен ряд приложений. Становятся возможными аутентификация пользователей, оценка ориентации пальцев, соприкасающихся с экраном, и различие между пальцами и ладонями. В то время как емкостные датчики используются для сенсорных экранов большинства смартфонов, емкостное изображение обычно не отображается на уровне приложений.

Источники питания с высоким уровнем электронного шума могут снизить точность.

Перьевые вычисления

Емкостный стилус

Многие конструкции стилуса для резистивных сенсорных экранов не регистрируются емкостными датчиками, потому что они не проводят ток. Стилусы, которые работают с емкостными сенсорными экранами, в основном предназначенными для пальцев, необходимы для имитации разницы в диэлектрической проницаемости человеческого пальца.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-14 06:10:56
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте