В электротехнике емкостное измерение ( 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 емкостные датчики, в том числе датчики для обнаружения и измерения приближения , давления, положения и смещения , силы , влажности , уровня жидкости и ускорения . Устройства с интерфейсом пользователя, основанные на емкостном восприятии, такие как сенсорные панели ,[1] может заменить компьютерную мышь . Цифровые аудиоплееры , мобильные телефоны и планшетные компьютеры используют емкостные сенсорные экраны в качестве устройств ввода. [2] Емкостные датчики также могут заменить механические кнопки.
Емкостной сенсорный экран обычно состоит из емкостного датчика касания, а также как минимум двух комплементарных микросхем интегральных схем (ИС) металл-оксид-полупроводник ( КМОП ) , контроллера специализированной интегральной схемы (АСИС) и процессора цифровых сигналов (DSP). Емкостное восприятие обычно используется для мобильных мультитач- дисплеев, популяризированных Apple iPhone в 2007 году. [3] [4]
Емкостные датчики изготавливаются из множества различных сред, таких как медь, оксид индия-олова (ITO) и печатные чернила. Медные емкостные датчики могут быть реализованы как на стандартных печатных платах FR4 , так и на гибких материалах. ITO позволяет емкостному датчику быть прозрачным до 90% (для однослойных решений, таких как сенсорные экраны телефонов). Размер и расстояние между емкостными датчиками очень важны для работы датчика. Помимо размера датчика и расстояния между ним и заземляющей пластиной , очень важен тип используемой заземляющей пластины. Поскольку паразитная емкость датчика связана с электрическим полемпути (электронного поля) к земле, важно выбрать плоскость заземления, которая ограничивает концентрацию линий электронного поля при отсутствии проводящего объекта.
Для проектирования системы емкостных датчиков необходимо сначала выбрать тип материала датчика (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 сенсорных систем: взаимная емкость, [5] где объект (палец, проводящий стилус) изменяет взаимную связь между электродами строки и столбца, которые сканируются последовательно; [6] и 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 текущим абсолютным положением дает относительное движение объекта или пальца в течение этого времени. Технологии подробно описаны в следующем разделе.
В этой базовой технологии только одна сторона изолятора покрыта проводящим материалом. К этому слою прикладывается небольшое напряжение , в результате чего создается однородное электростатическое поле. [7] Когда проводник , например человеческий палец, касается непокрытой поверхности, динамически формируется конденсатор . Из-за поверхностного сопротивления поверхности каждый угол имеет различную эффективную емкость. Контроллер датчика [ необходимы значения ] может определить место касания косвенно по изменению емкости .измеряется от четырех углов панели: чем больше изменение емкости, тем ближе прикосновение к этому углу. Не имея движущихся частей, он умеренно надежен, но имеет низкое разрешение, склонен к ложным сигналам из-за паразитной емкостной связи и требует калибровки во время производства. Поэтому он чаще всего используется в простых приложениях, таких как промышленные элементы управления и интерактивные киоски . [8]