Kapazitive Erfassungs

In der Elektrotechnik ist kapazitiven Erfassungs eine Technologie, basierend auf einer kapazitiven Kopplung, die die menschliche Körperkapazität nimmt als Eingabe. Kapazitive Sensoren, die etwas leitend ist oder eine dielektrische verschieden von der Luft.

Viele Arten von Sensoren kapazitive Sensoren, mit Sensoren zu erfassen und zu messen, die Nähe, die Position oder Verschiebung, Feuchtigkeit, Fluidpegel und Beschleunigung. Eingabegeräte basierend auf kapazitive Erfassungs wie Touchpads, können die Computer-Maus zu ersetzen. Digitaler Audio-Player, Mobiltelefone und Tablet-Computer verwenden kapazitive Erfassungs Touchscreens als Eingabegeräte. Kapazitive Sensoren können auch ersetzen mechanische Tasten. Es gibt auch ein Musikinstrument, das Theremin, das kapazitive Erfassungs verwendet, um einem menschlichen Spieler auf Lautstärke und Tonhöhe, ohne das Gerät physisch berühren steuern.

Design

Kapazitive Sensoren werden aus vielen verschiedenen Medien, wie etwa Kupfer, Indium-Zinnoxid und gedruckte Tinte ausgebildet ist. Kupfer kapazitiven Sensoren können auf Standard FR4 PCB sowie flexiblen Material eingeführt werden. ITO kann der kapazitive Sensor werden bis zu 90% transparent. Größe und Abstand des kapazitiven Sensors sind sowohl auf die Leistung des Sensors wichtig. Zusätzlich zu der Größe des Sensors und dessen Abstand zur Grundplatte, ist die Art der Grundebene verwendet sehr wichtig. Da die parasitäre Kapazität des Sensors auf den Weg des elektrischen Feldes auf Masse bezogen, ist es wichtig, eine Masseebene, die die Konzentration des E-Feldlinien ohne leitendes Objekt gegenwärtigen Grenzen wählen.

Entwerfen einer Kapazitätsmesssystem erfordert zunächst die Auswahl der Art des Sensormaterials. Man muss auch die Umwelt wird das Gerät arbeiten, wie beispielsweise die gesamten Betriebstemperaturbereich, welche Frequenzen vorhanden sind und wie der Benutzer mit der Schnittstelle interagieren, zu verstehen.

Es gibt zwei Arten von kapazitiven Erfassungssystem: gegenseitige Kapazität, wo der Gegenstand ändert die gegenseitige Kopplung zwischen Zeilen und Spaltenelektroden, die sequentiell abgetastet werden; und Selbst- oder absolute Kapazität, wo das Objekt lädt den Sensor oder erhöht die parasitäre Kapazität an Masse. In beiden Fällen wird der Unterschied eines vorangehenden Absolutposition von der gegenwärtigen Absolutposition ergibt die relative Bewegung des Objekts oder Fingers während dieser Zeit. Die Technologien werden im folgenden Abschnitt ausgearbeitet.

Oberflächenkapazität

In dieser Grundtechnik ist nur eine Seite des Isolators mit einem leitenden Material beschichtet ist. Eine kleine Spannung an diese Schicht angelegt wird, was zu einer gleichförmigen elektrostatischen Feldes. Wenn ein Leiter, wie ein menschlicher Finger, berührt die unbeschichtete Oberfläche wird ein Kondensator dynamisch gebildet. Wegen der Schichtwiderstand der Oberfläche, wird jede Ecke gemessen, um eine unterschiedliche effektive Kapazität aufweisen. Steuerung des Sensors kann den Ort der Berührung indirekt aus der Änderung der Kapazität zu bestimmen, wie von den vier Ecken des Panels gemessen: die Kapazitätsänderung umso größer ist, je näher die Note zu dieser Ecke. Ohne bewegliche Teile, ist es mäßig dauerhaft, sondern hat mit niedriger Auflösung, ist anfällig für falsche Signale von parasitären kapazitiven Kopplung, und muss die Kalibrierung bei der Herstellung. Daher ist es am häufigsten in einfachen Anwendungen wie Industriesteuerungen und interaktive Kiosks verwendet.

Projizierte Kapazität

Projiziert kapazitive Touch-Technologie ist eine kapazitive Technologie, die genaueren und flexibleren Betrieb ermöglicht, durch Ätzen der leitfähigen Schicht. Ein XY-Gitter entweder durch Ätzen einer Schicht auf ein Gittermuster von Elektroden zu bilden, oder durch Ätzen zwei getrennte, senkrecht Schichten aus leitfähigem Material mit parallelen Linien oder gebildeten Spuren, um das Gitter zu bilden; vergleichbar mit dem Pixelgitter in vielen Flüssigkristallanzeigen gefunden.

Die höhere Auflösung von PCT erlaubt Betrieb ohne direkten Kontakt, so dass die leitenden Schichten können mit weiteren Schutz-Isolierschichten beschichtet werden und arbeiten auch unter Display-Schutzfolien, oder hinter Wetter und vandal-proof Glas. Da die oberste Schicht einer PCT-Glas ist, ist PCT eine robustere Lösung im Vergleich zu resistiven Touch-Technologie. Abhängig von der Implementierung kann eine aktive oder passive Stift anstelle von oder zusätzlich zu einem Finger verwendet werden. Dies ist üblich, mit Point of Sale-Geräte, die Unterschriftenerfassung erfordern. Behandschuhten Fingern kann möglicherweise nicht erfasst werden oder, je nach Implementierung und Verstärkungseinstellungen. Leitfähigen Flecken und ähnliche Störungen auf der Plattenoberfläche kann mit der Leistung beeinträchtigen. Solche leitfähigen Flecken kommen überwiegend aus klebrig oder verschwitzte Fingerspitzen, vor allem in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Gesammelten Staub, der an den Bildschirm, da die Feuchtigkeit aus Fingerkuppen haften kann auch ein Problem sein.

Es gibt zwei Arten von PCT: Eigenkapazität und die gegenseitige Kapazität.

Gegenseitigen kapazitiven Sensoren haben einen Kondensator an jedem Schnittpunkt jeder Zeile und jeder Spalte. Ein 12-mal-16-Array, beispielsweise, 192 unabhängige Kondensatoren haben würde. Eine Spannung wird an die Zeilen oder Spalten angelegt. Bringing einen Finger oder leitfähige Stift in der Nähe der Oberfläche des Sensors ändert das lokale elektrische Feld, das die gegenseitige Kapazität reduziert. Die Kapazitätsänderung in jedem einzelnen Punkt auf dem Gitter gemessen werden, um die Berührungsposition genau zu bestimmen, indem die Spannung in der anderen Achse ist. Betriebskapazität ermöglicht Multi-Touch-Bedienung, in denen mehrere Fingern, Handflächen oder Taster kann genau zur gleichen Zeit verfolgt werden.

Selbstkapazitätssensoren können den gleichen XY-Gitter als gegenseitige Kapazitätssensoren haben, aber die Zeilen und Spalten arbeiten unabhängig. Mit Eigenkapazität Strom mißt die kapazitive Last eines Fingers in jeder Spalte oder Reihe. Dies erzeugt ein stärkeres Signal als gegenseitige Kapazitätserfassung, aber es nicht in der Lage, mehr als einen Finger, der in "Geisterbild" oder verlegt Ortserfassungsergebnisse genau aufzulösen ist.

Schaltungsentwurf

Kapazität wird typischerweise indirekt durch sie, um die Frequenz eines Oszillators zu steuern, oder um das Niveau der Kopplung eines Wechselstromsignals variiert gemessen.

Die Gestaltung eines einfachen Kapazitätsmesser werden oft auf einem Relaxationsoszillator basiert. Die Kapazität zu erfassenden Formen eines Teils des Oszillators RC-Schaltung oder LC-Schaltung. Grundsätzlich funktioniert die Technik durch Aufladen der unbekannten Kapazität mit einem bekannten Strom. Die Kapazität kann durch Messen der Ladezeit benötigt, um die Schwellenspannung zu erreichen, oder äquivalent durch die Messung die Oszillatorfrequenz berechnet werden. Beide sind proportional zu der RC-Zeitkonstanten der Oszillatorschaltung.

Die Hauptquelle für Fehler bei der Kapazitätsmessung ist eine Streukapazität, die bei nicht vorgebeugt, kann zwischen ungefähr 10 pF und 10 nF schwanken. Die Streukapazität kann durch Abschirmen des Kapazitätssignal und dann den Anschluss der Abschirmung an Bezugsmasse relativ konstant gehalten werden. Auch, um die unerwünschten Wirkungen der Streukapazität zu minimieren, ist es ratsam, die Sensorelektronik, wie in der Nähe der Sensorelektroden wie möglich zu lokalisieren.

Weiteres Messverfahren besteht darin, eine Festfrequenz-Wechselspannungssignals über einen kapazitiven Teiler anwenden. Diese besteht aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren, von einem bekannten Wert und der andere einen unbekannten Wert. Ein Ausgangssignal wird dann von über einen der Kondensatoren übernommen. Der Wert des unbekannten Kondensators kann aus dem Verhältnis der Kapazitäten, der das Verhältnis der Ausgangs / Eingangssignal-Amplituden gleich, so kann von einem Voltmeter gemessen werden, gefunden werden. Genauer Instrumente einen Kapazitätsbrückenkonfiguration, ähnlich einer Wheatstone-Brücke zu verwenden. Die Kapazitätsbrücke trägt, für jede Variabilität, die in dem angelegten Signal existiert, auszugleichen.

Vergleich mit anderen Touchscreen-Technologien

Kapazitive Touchscreens sind stärker auf als resistive Touchscreens, aber weniger genau.

Ein Standard-Stift kann nicht für kapazitive Sensoren, aber spezielle kapazitive Taster, die leitfähig sind, gibt es für den Zweck verwendet werden. Man kann sogar einen kapazitiven Stylus indem sie irgendeine Form von leitfähigem Material, wie beispielsweise antistatisch leitfähigem Schaumstoff auf der Spitze eines Standard-Stift. Kapazitive Touchscreens sind teurer in der Herstellung als resistive Touchscreens. Einige können nicht mit Handschuhen verwendet werden und sind, nicht korrekt mit sogar einer kleinen Menge Wasser auf dem Bildschirm zu erfassen.

Netzteile mit einer elektronischen Rauschens hohem Niveau können die Genauigkeit verringern.

Styli

Ein Stylus für resistive Touchscreens ausgelegt erscheint nicht auf kapazitive Sensoren registrieren. Schreibköpfe, die auf kapazitive Touchscreens in erster Linie für den Fingern ausgelegt arbeiten erforderlich sind, um die Differenz der dielektrischen durch einen menschlichen stelligen angeboten simulieren.

Laut einem Bericht von ABI Research, Tastereinsätze sind vor allem in China wegen der Art seiner Schreibsystem benötigt für die Handschrifterkennung.

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