Sensor táctil | Sensores táctiles capacitivos y resistivos

Sensor táctil | Sensores táctiles capacitivos y resistivos

 

Introducción

El sentido del tacto es un canal sensorial importante en muchos animales y algunas plantas. Nuestros sentidos nos informan cuando nuestras manos tocan algo. Los dispositivos de entrada de computadora son indiferentes al contacto humano ya que no hay reacción por parte del software en caso de realizar, mantener o interrumpir un contacto físico como toques o liberaciones. Por lo tanto, los dispositivos de entrada de detección táctil ofrecen numerosas posibilidades para nuevas técnicas de interacción. La tecnología de sensor táctil está reemplazando lentamente a los objetos mecánicos como el mouse y el teclado.

Un sensor táctil detecta el contacto o la proximidad sin depender del contacto físico. Los sensores táctiles se abren paso en muchas aplicaciones, como teléfonos móviles, controles remotos, paneles de control, etc. Los sensores táctiles actuales pueden reemplazar los botones e interruptores mecánicos. Los sensores táctiles con deslizadores giratorios simples, almohadillas táctiles y ruedas giratorias ofrecen ventajas significativas para las interfaces de usuario más intuitivas. Los sensores táctiles son más convenientes y más confiables para usar sin partes móviles. El uso de sensores táctiles brinda gran libertad al diseñador del sistema y ayuda a reducir el costo total del sistema. El aspecto general del sistema puede ser más atractivo y contemporáneo.

Principio de trabajo

Los sensores táctiles también se denominan sensores táctiles y son sensibles al tacto, la fuerza o la presión. Son uno de los sensores más simples y útiles. El funcionamiento de un sensor táctil es similar al de un simple interruptor. Cuando hay contacto con la superficie del sensor táctil, el circuito se cierra dentro del sensor y hay un flujo de corriente. Cuando se libera el contacto, el circuito se abre y no fluye corriente.

La representación pictórica del funcionamiento de un sensor táctil se muestra a continuación.

 1. funcionamiento de un sensor táctil

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Sensor táctil capacitivo

Toque capacitivo los sensores son ampliamente utilizados en la mayoría de los dispositivos portátiles, como teléfonos móviles y reproductores de MP3. Los sensores táctiles capacitivos se pueden encontrar incluso en aplicaciones de electrodomésticos, automóviles e industriales. Las razones de este desarrollo son la durabilidad, la solidez, el atractivo diseño del producto y el costo. Los sensores táctiles, a diferencia de los dispositivos mecánicos, no contienen partes móviles. Por lo tanto, son más duraderos que los dispositivos de entrada mecánica. Los sensores táctiles son robustos ya que no hay aberturas para la entrada de humedad y polvo.

El principio de un sensor táctil capacitivo se explica a continuación.

La forma más simple de condensador se puede hacer con dos conductores separados por un aislador. Las placas de metal se pueden considerar como conductores. La fórmula de capacitancia se muestra a continuación.

C = ε0 * εr * A/d

Donde

ε0 es la permitividad del espacio libre

εr es permitividad relativa o constante dieléctrica

A es el área de las placas y d es la distancia entre ellas.

La capacitancia es directamente proporcional al área e inversamente proporcional a la distancia.

En sensores táctiles capacitivos, el electrodo representa una de las placas del condensador. La segunda placa está representada por dos objetos: uno es el entorno del electrodo sensor que forma el condensador parásito C0 y el otro es un objeto conductor como el dedo humano que forma el condensador táctil CT. El electrodo sensor está conectado a un circuito de medición y la capacitancia se mide periódicamente. La capacitancia de salida aumentará si un objeto conductor toca o se acerca al electrodo sensor. El circuito de medición detectará el cambio en la capacitancia y lo convertirá en una señal de disparo.

El funcionamiento de un sensor táctil capacitivo se muestra en la figura a continuación.

 Principio del sensor táctil capacitivo

Enlace de recursos de imágenes: www.fujitsu.com/downloads/MICRO/fme/articles/fujitsu-whitepaper-capacitive-touch-sensors.pdf

Si el área del electrodo sensor es más grande y el grosor del material de la cubierta es menor, la capacitancia táctil CT también es grande. Como resultado, la diferencia de capacitancia entre la almohadilla táctil y la almohadilla del sensor no tocada también es grande. Esto significa que el tamaño del electrodo sensor y el material de cobertura influirá en la sensibilidad del sensor.

La medición de la capacidad se utiliza en muchas aplicaciones, como la determinación de distancia, presión, aceleración, etc. Los sensores táctiles capacitivos son otra área de aplicación. Existen numerosos métodos para medir la capacitancia. Algunos de ellos son: modulación de amplitud, modulación de frecuencia, medición de retardo, ciclo de trabajo, etc.

En el caso de los sensores táctiles capacitivos, la presencia de un material conductor es suficiente para activar la carga y no requiere ningún fuerza. Por lo tanto, el riesgo de desencadenadores falsos o no deseados es mayor en el caso de los sensores táctiles capacitivos. Este problema es más en presencia de humedad o agua, que es un buen conductor. El método de medición de la capacitancia en sensores táctiles requiere un plano de referencia ubicado cerca de la almohadilla de detección. En los sensores táctiles capacitivos, un disparo con el dedo forma la capacitancia entre el electrodo sensor y el plano de referencia. Los aceites de la piel o el sudor del cuerpo humano pueden provocar un desencadenante falso. Para distinguir entre toques intencionados y falsos, se usan pads de detección o algoritmos de software adicionales. La mejor solución es deshacerse del electrodo de tierra de referencia.

Hay dos tipos de sensores táctiles capacitivos: detección capacitiva de superficie y detección capacitiva proyectada.

En detección capacitiva de superficie, un aislador se aplica con un recubrimiento conductivo en un lado de su superficie. En la parte superior de este recubrimiento conductor, se aplica una capa delgada de aislante. La corriente se aplica a todas las esquinas del revestimiento conductivo. Cuando un conductor externo como un dedo humano entra en contacto con la superficie, se forma una capacitancia entre ellos y extrae más corriente de las esquinas. La corriente en cada esquina se mide y su relación determinará la posición del toque en la superficie.

En la detección capacitiva proyectada, toda la superficie no está cargada, pero se coloca una rejilla X-Y de material conductivo entre dos materiales aislantes. La rejilla a menudo está hecha de cobre u oro en una PCB u óxido de indio y estaño sobre vidrio. Un IC se usa para cargar y monitorear la grilla. Cuando se tira de una carga por un objeto conductor externo como un dedo (s) desde un área en la rejilla, el IC calcula la ubicación del dedo en la superficie táctil. Los sensores táctiles, hechos de tecnología proyectiva capacitiva, se pueden usar para detectar un dedo que no toca su superficie. Actúan como sensores de proximidad cercanos.

Sensor táctil resistivo

Los sensores táctiles resistivos se usan por más tiempo que las soluciones capacitivas, ya que son simples circuitos de control. Un sensor táctil resistivo no depende de la propiedad eléctrica de la capacitancia. Por lo tanto, los sensores táctiles resistivos pueden acomodar materiales no conductores como el lápiz óptico y el dedo envuelto en un guante. A diferencia de los sensores táctiles capacitivos que miden la capacitancia, los sensores táctiles resistivos detectan la presión en la superficie.

Un sensor táctil resistivo consiste en dos capas conductoras separadas por pequeños puntos espaciadores. La capa inferior está compuesta de vidrio o película y la capa superior está hecha de película. El material conductor está recubierto con una película metálica generalmente de óxido de estaño indio y es de naturaleza transparente. Se aplica un voltaje a través de la superficie del conductor. Cuando cualquier sonda, como un dedo, un lápiz óptico, un bolígrafo, etc., se usa para aplicar presión sobre la película superior del sensor, activa el sensor. Cuando se aplica una gran presión, la película superior se flexiona hacia adentro y hace contacto con la película inferior. Esto produce una caída de tensión y el punto de contacto crea una red de división de tensión en las direcciones X-Y. Este voltaje y los cambios en el voltaje son detectados por un controlador y calculan la posición del contacto donde se aplica la presión en función de las coordenadas X-Y del tacto.

El funcionamiento de un sensor táctil resistivo se puede explicar con la siguiente figura.

 3. Resistive Touch Sensor Working

La resistencia del objeto que toca los electrodos entrará en la imagen en el funcionamiento de la resistencia sensores táctiles. Por ejemplo, cuando el dedo toca la superficie, la pequeña resistencia del dedo permite que algo de corriente fluya a través de él, completando un circuito. El transistor actúa como un interruptor. La resistencia Rp se usa para proteger el transistor de cualquier posible cortocircuito de los electrodos. La resistencia Rb se usa para mantener la base en el suelo cuando el circuito está abierto, es decir, no hay dedo. Cuando se tocan ambos electrodos, fluye una pequeña corriente a través del dedo y el transistor se enciende, como resultado, la carga se activa.

A continuación se muestra un circuito resistivo sensible simple.

4.Resistive Touch Sensor

Consiste en dos electrodos, dos transistores conectados en configuración Darlington, una resistencia y un LED. Cuando se coloca un dedo sobre los electrodos, el circuito se completa y se produce la amplificación de corriente. La resistencia se usa para restringir la cantidad de corriente al LED.

Hay tres tipos de sensores táctiles resistivos: 4 cables, 5 cables y 8 cables.

El sensor táctil resistivo de 4 hilos es más rentable. Los sensores táctiles resistivos de 5 hilos son más duraderos. Son similares a los sensores de 4 cables, excepto que todos los electrodos de este tipo están en la capa inferior. La capa superior en sensores de 5 hilos actúa como una sonda de medición de voltaje. Debido a este tipo de construcción, los sensores táctiles resistivos de 5 alambres permiten un mayor número de actuaciones.

En sensores táctiles resistivos de 8 alambres, cada borde del sensor proporciona una línea de detección. Estas líneas de detección actúan como un gradiente de voltaje estable para el controlador táctil. Los niveles reales de tensión de línea de base en el área de contacto son informados por estas líneas de detección al controlador. Son el tipo más preciso de sensores táctiles resistivos.

Cualquier objeto como un dedo, un lápiz, un bolígrafo, un dedo enguantado, etc. se utilizan para aplicar presión sobre sensores táctiles resistivos, se utilizan principalmente en entornos hostiles.. Pero el tiempo de respuesta de los sensores táctiles resistivos es menor que los sensores táctiles capacitivos. Por lo tanto, los sensores táctiles capacitivos los están reemplazando lentamente.

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