обзор, принцип действия, назначение. Сенсорный выключатель :: SYL.ru

Нередко в электронике находит свое применение такой радиоэлемент, как геркон. Его особенность состоит в способности замыкания контактов при облучении магнитным полем. Что это означает? Взяв простой магнит или разместив недалеко от геркона электромагнит, можно легко производить замыкание и размыкание контактов этого радиоэлемента. По своей сути он и является своеобразным бесконтактным датчиком.

Определение понятия

Что же такое бесконтактный датчик? Под ним понимают такой электронный прибор, который регистрирует присутствие определенного объекта в зоне своего действия и срабатывает без каких-либо механических или любых других воздействий.

Бесконтактные датчики применяются в самых различных сферах. Это создание бытовых приборов и системы охраны объектов, промышленные технологии и автомобилестроение. Кстати, в народе данный элемент называют «бесконтактным выключателем».

Преимущества

Среди основных достоинств бесконтактных датчиков выделяют их:

— компактные размеры;

— высокую степень герметичности;

— долговечность и надежность;

— небольшой вес;

— разнообразие вариантов установки;

— отсутствие контакта с объектом и обратного воздействия.

Классификация

Существуют различные типы бесконтактных датчиков. Они классифицируются по принципу действия и бывают:

— емкостными;

— оптическими;

— индуктивными;

— ультразвуковыми;

— магниточувствительными;

— пирометрическими.

Рассмотрим каждый из этих видов приборов отдельно.

Емкостные датчики

В основе этих приборов находится измерение электроконденсаторов. В их диэлектрике и находится тот объект, который подлежит регистрации. Назначение бесконтактных датчиков такого типа заключается в работе со множеством приложений. Это, например, распознавание жестов. Емкостными выпускают автомобильные датчики дождя. Такие приборы дистанционно измеряют уровень жидкости в процессе обработки различных материалов и т. д.

Емкостной бесконтактный датчик представляет собой аналоговую систему, работающую на расстоянии до семидесяти сантиметров. В отличие от других типов подобных приборов, он обладает большей точностью и чувствительностью. Ведь изменение в нем емкости происходит всего лишь в несколько пикофарад.

Схема бесконтактного датчика данного типа включает в себя пластины, состоящие из проводящей печатной платы, а также зарядку. В этом случае происходит формирование конденсатора. Причем это будет происходить в любое время либо в проводящем заземленном элементе, либо в каком-то объекте, диэлектрическая проницаемость которого отлична от воздуха. Такой прибор сработает и в случае появления в зоне действия устройства человека или части его тела, которая будет аналогична потенциалу земли. По мере приближения, например, пальца, изменится емкость конденсатора. И даже учитывая то, что система является нелинейной, обнаружить возникший в просматриваемых границах посторонний объект для нее не составит никакого труда.

Схема подключения такого бесконтактного датчика может быть усложнена. В устройстве могут быть задействованы сразу несколько независимых друг от друга элементов в направлениях влево/вправо, а также вниз/вверх. Это позволит расширить возможности прибора.

Оптические датчики

Такие бесконтактные выключатели на сегодняшний день находят свое широкое применение во многих отраслях человеческой деятельности, где работает оборудование, необходимое для обнаружения объектов. При подключении бесконтактного датчика используется кодирование. Это позволяет не допустить ложного срабатывания устройства при постороннем влиянии источников света. Работают подобные датчики и при низких температурах. В этих условиях на них надевают термокожухи.

Что представляют собой оптические бесконтрольные датчики? Это электронная схема, реагирующая на изменение того светового потока, который падает на приемник. Подобный принцип действия позволяет зафиксировать наличие или же отсутствие объекта в той или иной пространственной области.

В конструкции оптических бесконтактных датчиков имеется два основных блока. Один из них – источник излучения, а второй – приемник. Они могут находиться как в одном, так и в различных корпусах.

При рассмотрении принципа действия бесконтактного датчика можно выделить три типа оптических устройств:

1. Барьерный. Работа оптических выключателей такого типа (Т) осуществляется на прямом луче. При этом приборы состоят из двух отдельных частей – передатчика и приемника, располагающихся соосно друг относительно друга. Тот поток излучения, который испускается излучателем, должен быть направлен точно в приемник. При прерывании луча объектом выключатель срабатывает. Такие датчики имеют хорошую помехозащищенность. Кроме этого, им не страшны ни капли дождя, ни пыль и т. д.
2. Диффузный. Работа оптических выключателей типа D основана на использовании отраженного от объекта луча. Приемник и передатчик такого устройства располагают в одном корпусе. Излучателем направляется поток на объект. Луч, отражаясь от его поверхности, распределяется в различных направлениях. При этом часть потока возвращается назад, где и улавливается приемником. В результате выключатель срабатывает.
3. Рефлекторный. Такие оптические бесконтактные датчики относятся к типу R. В них используется луч, отраженный от рефлектора. Приемник и излучатель такого устройства также располагаются в одном корпусе. При попадании на рефлектор луч отражается, оказывается в зоне приемника, в результате чего и происходит срабатывание устройства. Такие приборы действуют при расстоянии до объекта не более 10 метров. Возможно, их применение для фиксации полупрозрачных предметов.

Индуктивные датчики

В основе работы данного прибора лежит принцип учета изменений индуктивности основных его составляющих – катушки и сердечника. Отсюда пошло и само название такого датчика.

Изменения индукции свидетельствуют о том, что в магнитном поле катушки появился металлический предмет, который изменил его и, соответственно, всю схему подключения, основная функция в которой возложена на компаратор. При этом происходит подача сигнала на реле и отключение электрического тока.

Исходя из этого можно говорить об основном предназначении такого прибора. Его используют для измерения перемещений части оборудования, которое должно быть отключено, если превышены пределы проходимости. Сами датчики имеют границы движения, варьируемые в пределах от одного микрона до двадцати миллиметров. В связи с этим такой прибор называют еще и индуктивным выключателем положения.

Обзор бесконтактных датчиков подобного типа позволяет выделить из них несколько разновидностей. Подобная классификация основана на различном количестве проводов подключения:

1. Двухпроводные. Такие индуктивные датчики подключают непосредственно в цепь. Это наиболее простой, но при этом достаточно капризный вариант. Он требует номинального сопротивления нагрузке. При снижении или увеличении данного показателя работа прибора становится некорректной.
2. Трехпроводные. Подобный вид индукционного датчика является самым распространенным. В таких схемах два провода следует подключить к напряжению, а один – непосредственно к нагрузке.
3. Четырех- и пятипроводные. В этих датчиках два провода подключают к нагрузке, а пятый используют для возможности выбора необходимого режима работы.

Ультразвуковые датчики

Эти устройства находят свое широкое применение в самых различных сферах производства, решая множество задач по автоматизации технологических циклов. Ультразвуковые бесконтактные датчики используются для определения местонахождения и удаленности различных объектов.

Например, они служат для обнаружения этикеток, причем даже и прозрачных, для измерения расстояния и осуществления контроля над передвижением объекта. С их помощью определяют уровень жидкости. Необходимость в этом возникает, например, для учета расхода топлива при выполнении транспортных работ. И это только некоторые из большого количества применений выключателей ультразвукового типа.

Такие датчики довольно компактны. Их отличает качественная конструкция и отсутствие различных подвижных деталей. Это оборудование не боится загрязнений, что достаточно актуально в условиях производств, а также почти не требует обслуживания.

В составе ультразвукового датчика находится пьезоэлектрический обогреватель, являющийся одновременно и излучателем, и приемником. Данная конструктивная деталь воспроизводит поток звуковых импульсов, принимая его и преобразуя полученный сигнал в напряжение. Далее оно подается на контроллер, который производит обработку данных и вычисляет то расстояние, на котором находится объект. Подобная технология называется эхолокационной.

Активный диапазон ультразвукового датчика является рабочим диапазоном обнаружения. Это то расстояние, в пределах которого ультразвуковой прибор может «увидеть» объект, и неважно, приближается ли тот к чувствительному элементу в осевом направлении или движется поперек звукового конуса.

В зависимости от принципа работы выделяют ультразвуковые датчики:

1. Положения. Такие устройства используют для исчисления временного промежутка, необходимого для прохождения звука от прибора к тому или иному объекту и назад. Бесконтактные ультразвуковые датчики положения применяют для контроля местоположения и наличия разнообразных механизмов, а также для их подсчета. Используются такие приборы и в качестве сигнализатора уровня различных жидкостей или сыпучих материалов.
2. Расстояния и перемещения. Принцип работы подобных приборов аналогичен тому, который используется в описанном выше устройстве. Разница имеется только в типе того сигнала, который присутствует на выходе. Он аналоговый, а не дискретный. Датчики подобного типа применяются для преобразования имеющихся показателей расстояния до объекта в определенные электрические сигналы.

Магниточувствительные датчики

Эти выключатели применяются для осуществления контроля положения. Датчики срабатывают при приближении магнита, который расположен на движущейся части механизма. Такие устройства обладают расширенным температурным диапазоном (от -60 до +125 градусов по Цельсию). Подобная функциональность позволяет автоматизировать большое количество сложных производственных процессов.

Бесконтактный датчик температуры магниточувствительного типа применяют:

— на химических и металлургических производствах;

— в районах Крайнего Севера;

— на подвижном составе;

— в холодильных установках;

— на автокранах;

— в бульдозерах;

— в снегоуборочных машинах и т. д.

Свое применение они находят в охранных системах зданий, а также для автоматического открывания окон и входных дверей.

Самыми современными и быстродействующими являются магниточувствительные датчики, работающие на эффекте Холла. Они не подвержены механическому износу, так как обладают электронным выходным ключом. Ресурс таких датчиков практически неограничен. В связи с этим их применение является выгодным и практичным решением задач по измерению числа оборотов вала, фиксации расположения быстро движущихся объектов и т. д.

При измерении уровня жидкостей широко применяют поплавковые магниточувствительные датчики. Они являются оптимальным вариантом для определения необходимых показателей из-за недорогой цены и простоты конструкции.

Микроволновые датчики

Подобная разновидность бесконтактных выключателей является наиболее универсальным вариантом конструкции, чего позволяет добиться непрерывное сканирование обслуживаемой зоны. При этом стоит иметь в виду, что они находятся в более высокой ценовой категории, чем, например, ультразвуковые аналоги.

Функционирование подобного прибора происходит благодаря излучению электромагнитных волн, имеющих высокую частоту, значение которой несколько отличается в устройствах различных производителей. Микроволновые датчики настроены на сканирование и приемку отраженных волн. Это позволяет аппарату фиксировать даже самые малейшие изменения электромагнитного фона. Если это происходит, то сразу же срабатывает система оповещения, подключенная к датчику, в виде сигнализации, освещения и т. д.

Микроволновые приборы обладают повышенной точностью срабатывания и чувствительностью. Для них не являются преградами кирпичные стены, двери и предметы мебели. Данный факт следует учесть при установке системы. Уровень чувствительности прибора может быть изменен с помощью настройки датчика движения.

Применяют микроволновые выключатели для управления внутренним и наружным освещением, устройствами сигнализации, электроприборами и т. д.

Пирометрические датчики

Для организма любого живого существа характерно наличие теплового излучения, которое является пучком электромагнитных волн разной длины. При повышении температуры тела увеличивается и объем излучаемой им энергии.

На основе фиксации теплового излучения работают датчики, которые называются пирометрическими сенсорами. Они бывают:

— суммарного излучения, измеряющими полную тепловую энергию тела;

— частичного излучения, измеряющие энергию ограниченного приемником участка;

— спектрального отношения, выдающие показатель отношения энергии определенных участков спектра.

Бесконтактные датчики-сенсоры чаще всего применяются в приборах, фиксирующих движение объектов.

Сенсорные выключатели

Развивающиеся технологии затронули практически все сферы жизнедеятельности человека. Не обошли они стороной и вопросы обустройства дома. Одним из ярких примеров тому является сенсорный выключатель. Это устройство позволяет управлять освещением помещения с помощью легкого прикосновения.

Сенсорный выключатель сразу же срабатывает даже при самом слабом прикосновении к кнопке. В его конструкцию входит три основных элемента. Среди них:

1. Блок управления, обрабатывающий поступивший сигнал и передающий его нужным элементам.
2. Устройство коммутации. Эта деталь смыкает и размыкает цепь, а также изменяет силу тока, потребляемую светильником.
3. Управляющая (сенсорная) панель. С помощью этой детали выключатель воспринимает сигналы с пульта ДУ или от касания. Самые современные устройства срабатывают при проведении рядом с ними рукой.

Стандартные модели могут:

— включать и выключать свет;

— регулировать яркость;

— контролировать работу отопительных приборов, сообщая об изменениях температуры;

— открывать и закрывать жалюзи;

— включать и выключать бытовые устройства.

Сенсорные выключатели производят различных видов. Конкретная модель выбирается в зависимости от потребностей офиса или жилого дома. Например, желание приобрести и установить сенсорное устройство может возникнуть из-за расположения стационарного выключателя в неудобном месте с невозможностью его переноса. А может, в доме или в квартире живет человек, подвижность которого ограничена. Порой стационарные выключатели находятся на такой высоте, что недоступны для детей. Решение проблемы потребует выбора определенной модели. Некоторые хозяева предпочитают устанавливать сенсорные выключатели для изменения яркости света не вставая с кровати и т. д.

Выключатели и датчики сенсорные

Выключатель трехпозиционный сенсорный с диммером черный GTV

36.63 бел.руб

1222 рос.руб

Выключатель трехпозиционный сенсорный с диммером белый GTV

36.63 бел.руб

1222 рос.руб

Двухсенсорный IR — датчик открывания фасада врезной, 24W/12V, 40W/24V HW.005.074

94.05 бел.руб

3135 рос.руб

Двухсенсорный IR — датчик открывания фасада накладной, 24W/12V, 40W/24V HW. 005.075

94.05 бел.руб

3135 рос.руб

Выключатель клавишный круглый накладной G14932

12.88 бел.руб

430 рос.руб

Выключатель мини, врезной мебельный прямоугольный G11668

11.59 бел.руб

387 рос.руб

Выключатель врезной мебельный круглый

3.80 бел.руб

127 рос.руб

Выключатель бесконтактный для столешниц с миниконектором WE-CS-BI-V02

42.18 бел.руб

1406 рос.руб

Датчик движения CR-5 встраиваемый, белый CR-CR5000-00

19. 72 бел.руб

658 рос.руб

Датчик движения CR-3 накладной, белый CR-CR3000-00

17.71 бел.руб

591 рос.руб

Выключатель с зеленой подсветкой WAND ВАНД

47.12 бел.руб

1571 рос.руб

Выключатель сенсорный с регулируемой яркостью GTV AE-WBEZD-NB

51.38 бел.руб

1713 рос.руб

Датчик движения бесконтактный двухфункциональный GTV AE-WBEZDC-10

49.08 бел.руб

1636 рос.руб

Выключатель сенсорный бесконтактный белый GTV AE-WPDRW-00

49.08 бел.руб

1636 рос.руб

Клавишный выключатель AE-WLIP44-15

2.

15 бел.руб

72 рос.руб

Выключатель сенсорный для ленты LED AE-WLPR-60

28.01 бел.руб

934 рос.руб

Выключатель сенсорный с регулировкой яркости GTV белый AE-WDSB-10DIM

30.50 бел.руб

1017 рос.руб

Выключатель сенсорный с регулировкой яркости GTV черный AE-WDSC-10DIM

30.50 бел.руб

1017 рос.руб

Выключатель с розеткой Kombi-box 3

98.80 бел.руб

3294 рос.руб

Выключатель с розеткой Kombi-box 7

Уточняйте по наличию

Выключатель с розеткой Kombi-box 1

17. 10 бел.руб

570 рос.руб

Контролер освещения, светодиодный диммер с пультом GTV LD-DIMLED-10

42.41 бел.руб

1414 рос.руб

Диммер mini радио с пультом, HW.003.038

30.67 бел.руб

1023 рос.руб

Диммер 12В/24В, 300Вт/600Вт, пульт easy control, HW.003.037

182.86 бел.руб

6096 рос.руб

Сенсорный переключатель LT36

31.54 бел.руб

1052 рос.руб

Датчик движения одно скоростной

54.44 бел.руб

1815 рос.руб

Датчик движения двухскоростной

62. 43 бел.руб

2082 рос.руб

Выключатель WE,модель XC60

23.18 бел.руб

773 рос.руб

Выключатель-контроллер RGB с пультом

44.71 бел.руб

1491 рос.руб

Контроллер управления светодиодной лентой с пультом

39.25 бел.руб

1309 рос.руб

Бесконтактный выключатель IR-подсветка для шкафов DOOR

45.85 бел.руб

1529 рос.руб

Бесконтактный выключатель IR-подсветка на движение MOOVE

51.45 бел.руб

1716 рос.руб

Сенсорный переключатель с диммером TOUCH LED

45. 85 бел.руб

1529 рос.руб

Выключатель контактный с винтом AE-WBEZDK15-10

52.55 бел.руб

1752 рос.руб

Выключатель сенсорный беспроводной CCT AE-WDBP2CCT черный

95.38 бел.руб

3180 рос.руб

Выключатель сенсорный беспроводной CCT AE-WDBP2CCT белый

95.38 бел.руб

3180 рос.руб

Бесконтактное сенсорное распознавание для более безопасного взаимодействия

Ричард Берглинд, старший инженер-оптик, Neonode Inc.

Смартфоны и другие портативные устройства сделали прикосновения человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ) предпочтительным для многих других продуктов. Сенсорный датчик прост в реализации, прост в использовании, надежен и экономичен. Однако существует множество приложений и ситуаций, когда физическое прикосновение к устройству нежелательно, а в некоторых случаях его следует избегать. Прежде чем обсуждать решение для этих более ограниченных приложений, необходимо немного рассказать о сенсорном распознавании.

Щекотливая тема

Согласно недавнему рыночному отчету, растет потребность в сенсорных датчиках [1]. В отчете прогнозируется, что к 2023 году мировой рынок сенсорных датчиков достигнет примерно 8,4 млрд долларов США, увеличившись на 12,8% среднегодового темпа роста (CAGR) в течение прогнозируемого периода 2018–2023 годов. Типичные сенсорные технологии включают в себя: резистивные, емкостные, поверхностные акустические волны (SAW), инфракрасные (IR), оптические изображения и, совсем недавно, распознавание акустических импульсов (APR). В своей наиболее распространенной реализации все эти подходы требуют фактического контакта с поверхностью. Однако существуют приложения, которые не хотят или должны избегать физического контакта и требуют более сложного подхода к распознаванию.

Одной из возможностей может быть использование технологии времени полета для идентификации взаимодействий в воздухе над сенсорным экраном [2]. Время пролета — это метод измерения дальности, который определяет расстояние между датчиком и объектом путем измерения времени, необходимого свету для прохождения к объекту и обратно к датчику. Точность составляет порядка 1 см, что делает его непригодным для сенсорного взаимодействия. Повышение точности обычно означает более низкую частоту кадров. Кроме того, этот тип датчика требует калибровки и чувствителен к изменениям температуры.

Другой альтернативой является инфракрасная технология. Традиционное инфракрасное касание требует рамки вокруг экрана с излучателями на двух соседних сторонах и приемниками на противоположных сторонах. Сенсорная интерактивная область поднимается над экраном, просто поднимая рамку вокруг экрана. Однако полученный в результате ободок вокруг экрана будет не только трудно эстетически вписать в устройство, но и затруднит очистку экрана, тем самым лишив его одной из целей его использования.

Решение проблемы с контактами

Инфракрасное прикосновение может быть реализовано с использованием отражающей технологии путем установки датчика вдоль одного края дисплея. Область взаимодействия состоит из светового листа, который проецируется из сенсора и располагается на желаемом расстоянии над поверхностью дисплея, как показано на Рис. 1 .

Рис. 1. У ИК-датчика касания, использующего отражающую технологию, область взаимодействия приподнята над экраном.

Инфракрасный сенсорный датчик состоит из чередующихся излучателей и приемников, как показано на рис. Рисунок 2 . Лазерные излучатели предпочтительнее светодиодов, поскольку их легче коллимировать и генерировать меньше внутреннего рассеянного света внутри сенсорного модуля. Любой внутренний рассеянный свет должен быть сведен к минимуму, чтобы он не мешал генерирующему сигнал свету, отраженному от объекта за пределами детектора. Лазеры с поверхностным излучением с вертикальным резонатором (VCSEL), работающие на длине волны 945 нм, используются в качестве излучателей, а кремниевые фотодиоды используются в качестве приемников. Литые линзы из поликарбоната используются для коллимации света от излучателей и сужения поля зрения приемников.

Рис. 2. Электрическая блок-схема сенсорного датчика с отражающей технологией показывает чередующиеся лазерные излучатели и фотодиодные приемники.

Использование общей оптики для излучателей и приемников заставляет поле зрения приемника формировать угол в направлении излучаемого света, как показано на Рис. 3 (a) . Этот угол обычно варьируется от 17 до 26 градусов в зависимости от соотношения сторон области обнаружения датчика.

Рис. 3. (a) Излучатель и приемник используют часть одной и той же оптики, заставляя поле зрения приемника формировать угол к излучаемому свету. (b) Каждый приемник смотрит на несколько лучей излучателя. Центральная часть каждой области перекрытия между исходящим лучом и полем зрения приемника отмечена закрашенным кружком.

 

 

 

 

 

При наличии нескольких излучателей преимущества такой геометрии становятся более очевидными. Каждый приемник смотрит на несколько излучателей, и для каждого излучателя существует область, в которой излучаемый свет и поле зрения приемника (FOV) перекрываются, как показано на рис. 3 (b) . Только в этой области детектор может принимать сигнал от объекта, освещенного конкретным излучателем. Вне этой области детектор вообще не будет принимать никакого сигнала.

Поскольку каждый приемник расположен между двумя излучателями, приемник также будет обнаруживать свет, поступающий через оптику, общую с другим соседним излучателем. Это позволяет генерировать 2D-сетку с перекрывающимися областями.

Принцип действия

При сканировании последовательно сканируется каждый излучатель, при этом одновременно записываются сигналы нескольких приемников. В отличие от ИК-детекторов приближения, которые полагаются на мощность сигнала для позиционирования объекта, конструкция датчика с отражающей технологией превратила позиционирование объекта в геометрический вопрос. Положение объекта определяется на основе того, какие комбинации излучатель-приемник генерируют сигнал во время сканирования. На рис. 4 показано обнаружение объекта вблизи датчика, а также обнаружение объекта, расположенного дальше от датчика. Каждое обнаружение основано на сигналах от двух излучателей и трех приемников. Излучатели одни и те же, а приемники разные, что позволяет различать два местоположения объекта.

 

Рис. 4. В зависимости от положения объекта отраженный свет улавливается разными приемниками.

 

 

 

 

 

 

Все датчики имеют общую ширину (14,5 мм) и толщину (3,46 мм) (см. боковую панель). На рис. 5 показан подробный вид датчика и его внутренних компонентов. Электрическая интеграция осуществляется через разъем на краю сборки печатной платы (PCBA). Имеется 8 контактных площадок, а контур печатной платы соответствует стандартному разъему гибкого плоского кабеля (FFC)/гибкой печатной платы (FPC) толщиной 0,3-0,33 мм с шагом 1 мм и разъемами, установленными сверху. Это соединение позволяет датчику обмениваться данными с хост-системой через стандартный порт USB или I 9.0089 2 Интерфейс С.

Рис. 5. Внутренняя структура отражающего ИК-сенсора показывает, как его компоненты объединяются в единую структуру.

Взаимодействовать, не касаясь

Для многих приложений было бы приятно или крайне желательно взаимодействовать с дисплеем или поверхностью, не касаясь их. Датчик, основанный на отражающей инфракрасной технологии, обеспечивает бесконтактное сенсорное взаимодействие. Управляя расстоянием между датчиком и дисплеем, световой лист, проецируемый датчиком, можно поднять над дисплеем. В результате область сенсорного взаимодействия парит над дисплеем и заставляет дисплей реагировать на прикосновения без какого-либо физического контакта между пользователем и дисплеем. Это бесконтактное сенсорное распознавание обеспечивает безопасное взаимодействие в медицинских приложениях, раздаче продуктов питания и, фактически, в любых общественных местах с частым взаимодействием с машинами, где существует риск передачи патогенов.

 

[1] «Отчет об исследовании рынка сенсорных датчиков — глобальный прогноз до 2023 года», https://www.marketresearchfuture.com/reports/touch-sensor-market-897. [2] Ричард Берглинд, «Бесконтактное касание — более безопасный метод взаимодействия», https://www.neonode.com/contactless-touch-a-safer-method-for-interaction/

 

---

Рубрики: Советы по датчикам
С тегами: neonodeinc
 

---

Датчик касания | Емкостные и резистивные датчики касания

В этом уроке мы узнаем о сенсорах касания. Сегодня почти весь пользовательский интерфейс основан на сенсорном управлении. Спектр приложений бесчисленен, и некоторые важные из них: мобильные телефоны, планшеты, портативные компьютеры, автомобили, лифты, банкоматы, камеры и т. д. Датчики касания являются важными компонентами современных приложений с сенсорным экраном.

Outline

Введение

Осязание является важным сенсорным каналом у многих животных и некоторых растений.

Наши чувства сообщают нам, когда наши руки что-то касаются. Компьютерные устройства ввода равнодушны к человеческому контакту, поскольку программное обеспечение не реагирует на установление, поддержание или прерывание физического контакта, такого как прикосновения или отпускания.

Таким образом, сенсорные устройства ввода предлагают множество возможностей для новых методов взаимодействия. Технология сенсорных датчиков постепенно заменяет механические объекты, такие как мышь и клавиатура.

[адсенс1]

Датчик касания обнаруживает прикосновение или близость, не полагаясь на физический контакт. Сенсорные датчики используются во многих приложениях, таких как мобильные телефоны, пульты дистанционного управления, панели управления и т. д. Современные сенсорные датчики могут заменить механические кнопки и переключатели.

Сенсорные датчики с простыми вращающимися ползунками, сенсорными панелями и вращающимися колесиками предлагают значительные преимущества для более интуитивно понятных пользовательских интерфейсов. Сенсорные датчики удобнее и надежнее использовать без движущихся частей. Использование сенсорных датчиков дает большую свободу разработчику системы и помогает снизить общую стоимость системы. Общий вид системы может быть более привлекательным и современным.

НАВЕРХ

Принцип работы

Сенсорные датчики также называются тактильными датчиками и чувствительны к прикосновению, силе или давлению. Это один из самых простых и полезных датчиков. Работа сенсорного датчика аналогична работе простого переключателя.

При контакте с поверхностью сенсора прикосновения цепь внутри сенсора замыкается и протекает ток. Когда контакт размыкается, цепь размыкается и ток не течет.

Ниже показано графическое представление работы сенсорного датчика.

НАВЕРХ

Емкостный датчик касания

Емкостные датчики касания широко используются в большинстве портативных устройств, таких как мобильные телефоны и MP3-плееры. Емкостные сенсорные датчики можно найти даже в бытовой технике, автомобилях и промышленности. Причинами такой разработки являются долговечность, надежность, привлекательный дизайн продукта и стоимость.

Датчики касания, в отличие от механических устройств, не содержат движущихся частей. Следовательно, они более долговечны, чем механические устройства ввода. Сенсорные датчики надежны, так как нет отверстий для проникновения влаги и пыли.

Принцип работы емкостного сенсорного датчика описан ниже.

Конденсатор простейшей формы состоит из двух проводников, разделенных изолятором. Металлические пластины можно рассматривать как проводники. Формула емкости показана ниже.

C = ε ₀ * ε _R * A / D

, где

ε ₀ — проницаемость свободного пространства

ε _R — относительная достоверность или DEALECTRICTIONS DEASTECTRICTION

7777777777777777 годы _R — относительная достоверность или DEALECTRICTION. пластин, d — расстояние между ними.

Емкость прямо пропорциональна площади и обратно пропорциональна расстоянию.

В емкостных датчиках прикосновения электрод представляет собой одну из пластин конденсатора. Вторая пластина представлена ​​двумя объектами: один представляет собой среду электрода датчика, которая образует паразитный конденсатор С ₀ , а другой представляет собой проводящий объект, подобный человеческому пальцу, который образует сенсорный конденсатор C _T .

Электрод датчика подключается к цепи измерения, и емкость периодически измеряется. Выходная емкость увеличится, если проводящий объект коснется электрода датчика или приблизится к нему. Цепь измерения обнаружит изменение емкости и преобразует его в сигнал запуска.

[адсенс2]

Работа емкостного сенсорного датчика показана на рисунке ниже.

 Ссылка на ресурс изображения: www.fujitsu.com/downloads/MICRO/fme/articles/fujitsu-whitepaper-capacitive-touch-sensors. pdf 

Если площадь сенсорного электрода больше и толщина покрытия материал меньше, сенсорная емкость C _T тоже большая. В результате разница в емкости между сенсорной панелью и нетронутой сенсорной панелью также велика. Это означает, что размер электрода датчика и материала покрытия будут влиять на чувствительность датчика.

Измерение емкости используется во многих приложениях, таких как определение расстояния, давления, ускорения и т. д. Еще одной областью применения являются емкостные сенсорные датчики. Существует множество методов измерения емкости. Некоторые из них: амплитудная модуляция, частотная модуляция, измерение временной задержки, рабочий цикл и т.д.

В случае емкостных сенсорных датчиков достаточно наличия проводящего материала для срабатывания нагрузки и не требует приложения силы. Следовательно, риск ложных или непреднамеренных срабатываний выше в случае емкостных сенсорных датчиков. Эта проблема больше связана с наличием влаги или воды, которая является хорошим проводником.

Метод измерения емкости в сенсорных датчиках требует опорной плоскости, расположенной рядом с сенсорной площадкой. В емкостных сенсорных датчиках контакт пальца образует емкость между чувствительным электродом и эталонной плоскостью. Кожный жир или пот человеческого тела могут вызвать ложное срабатывание.

Для различения преднамеренных и ложных прикосновений используются дополнительные сенсорные площадки или программные алгоритмы. Лучшее решение — избавиться от эталонного заземляющего электрода.

Существует два типа емкостных сенсорных датчиков: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные.

При поверхностном емкостном зондировании на изолятор наносится проводящее покрытие на одну сторону его поверхности. Поверх этого токопроводящего покрытия наносится тонкий слой изолятора. Ток подается на все углы токопроводящего покрытия.

Когда внешний проводник, такой как человеческий палец, соприкасается с поверхностью, между ними образуется емкость, которая отводит больший ток от углов. Ток в каждом углу измеряется, и их соотношение будет определять положение касания на поверхности.

При проекционно-емкостном зондировании вся поверхность не заряжается, а между двумя изолирующими материалами размещается сетка из проводящего материала по осям X-Y. Сетка часто изготавливается из меди или золота на печатной плате или из оксида индия и олова на стекле. IC используется для зарядки и мониторинга сети.

Когда заряд вытягивается внешним проводящим объектом, таким как палец (пальцы), из области сетки, ИС вычисляет положение пальца на сенсорной поверхности. Сенсорные датчики, изготовленные по проекционно-емкостной технологии, могут использоваться для обнаружения пальца, который не касается его поверхности. Они действуют как датчики приближения.

НАВЕРХ

Резистивный датчик касания

Резистивные датчики касания используются дольше, чем емкостные решения, поскольку они представляют собой простые схемы управления. Резистивный сенсорный датчик не зависит от электрических свойств емкости. Следовательно, резистивные сенсорные датчики могут работать с непроводящими материалами, такими как стилус и палец, обернутый в перчатку.

В отличие от емкостных датчиков касания, которые измеряют емкость, резистивные датчики касания воспринимают давление на поверхность.

Резистивный сенсорный датчик состоит из двух проводящих слоев, разделенных небольшими точками-разделителями. Нижний слой состоит из стекла или пленки, а верхний слой состоит из пленки. Проводящий материал покрыт металлической пленкой, обычно оксидом индия и олова, и является прозрачным по своей природе. К поверхности проводника приложено напряжение.

Когда какой-либо зонд, такой как палец, стилус, ручка и т. д., используется для давления на верхнюю пленку датчика, он активирует датчик. При приложении достаточного давления верхняя пленка прогибается внутрь и входит в контакт с нижней пленкой. Это приводит к падению напряжения, и точка контакта создает сеть делителя напряжения в направлениях X – Y.

Это напряжение и изменения напряжения обнаруживаются контроллером и рассчитывают положение касания, в котором применяется давление, на основе координат X–Y касания.

Функционирование резистивного сенсорного датчика можно пояснить с помощью следующего рисунка.

Сопротивление объекта, касающегося электродов, будет учитываться при работе резистивных сенсорных датчиков. Например, когда палец касается поверхности, небольшое сопротивление пальца пропускает через него ток, замыкая цепь. Транзистор работает как переключатель. Резистор Rp служит для защиты транзистора от возможного короткого замыкания электродов. Резистор Rb используется для удержания базы на земле, когда цепь разомкнута, т.е. нет пальца.

При прикосновении к обоим электродам через палец протекает слабый ток и транзистор включается, в результате чего нагрузка становится активной.

Ниже показана простая резистивная сенсорная схема.

Состоит из двух электродов, двух транзисторов, соединенных по схеме Дарлингтона, резистора и светодиода. Когда палец помещается на электроды, цепь замыкается и происходит усиление тока. Резистор используется для ограничения величины тока светодиода.

Существует три типа резистивных сенсорных датчиков: 4-проводные, 5-проводные и 8-проводные.

4 – Проволочный резистивный сенсорный датчик наиболее экономичен. 5 – Проволочные резистивные датчики касания наиболее долговечны. Они аналогичны 4-проводным датчикам, за исключением того, что все электроды этого типа находятся на нижнем слое. Верхний слой в 5-проводных датчиках действует как датчик измерения напряжения. Из-за такого типа конструкции 5-проводные резистивные сенсорные датчики допускают большее количество срабатываний.

В 8-проводных резистивных сенсорах прикосновения, каждый край сенсора обеспечивает линию считывания. Эти сенсорные линии действуют как стабильный градиент напряжения для сенсорного контроллера. Фактические базовые уровни напряжения в области касания сообщаются контроллеру по этим сенсорным линиям.