Voimaa tunnistava kondensaattori - Force-sensing capacitor

Voimantunnistuskatetri kondensaattori on materiaalia, jonka kapasitanssi muuttuu, kun voima , paine tai mekaanista rasitusta kohdistetaan. Ne tunnetaan myös nimellä "voimaherkät kondensaattorit". Ne voivat parantaa herkkyyttä ja toistettavuutta verrattuna voimaherkkiin vastuksiin, mutta perinteisesti vaativat monimutkaisempaa elektroniikkaa.

Toimintaperiaate

Tyypillinen voima herkkä kondensaattorit ovat esimerkkejä yhdensuuntaisten levyjen kondensaattoreita . Pienissä taipumissa käytetyn voiman ja kapasitanssin muutoksen välillä on lineaarinen suhde, joka voidaan osoittaa seuraavasti:

Kapasitanssi, on yhtä suuri , missä on läpäisevyys , on anturin pinta-ala ja on yhdensuuntaisten levyjen välinen etäisyys. Jos materiaali on lineaarisesti elastinen (niin seuraavasti Koukut laki ), sitten siirtymä, koska käytetylle voimalle , on , jossa on jousivakio . Näiden yhtälöiden yhdistäminen antaa kapasitanssin käytetyn voiman jälkeen seuraavasti: ${\ displaystyle C}$${\ displaystyle \ varepsilon A / d}$${\ displaystyle \ varepsilon}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle d}$${\ displaystyle F}$${\ displaystyle x = F / k}$${\ displaystyle k}$

${\ displaystyle C = \ varepsilon A / (d_ {nimellinen} -F / k)}$, missä on yhdensuuntaisten levyjen välinen etäisyys, kun voimaa ei käytetä.${\ displaystyle d_ {nominal}}$

Tämä voidaan järjestää uudelleen:

${\ displaystyle C = (\ varepsilon Ad_ {nominal} + \ varepsilon AF / k) / (d_ {nominal} ^ {2} -F ^ {2} / k ^ {2})}$

Olettaen, että mikä pätee pieniin muodonmuutoksiin, missä voimme yksinkertaistaa sitä: ${\ displaystyle d_ {nominal} ^ {2} >> F ^ {2} / k ^ {2}}$${\ displaystyle d_ {nominal} >> x}$

C ${\ displaystyle \ simeq (\ varepsilon Ad_ {nominal} + \ varepsilon AF / k) / (d_ {nominal} ^ {2})}$

Seuraa, että:

C ${\ displaystyle \ simeq C_ {nominal} + \ varepsilon AF / kd_ {nominal} ^ {2}}$

C missä , joka on vakio tietylle anturille.${\ displaystyle \ simeq C_ {nominal} + BF}$${\ displaystyle B = \ epsilon A / kd ^ {2}}$

Voimme ilmaista kapasitanssimuutoksen seuraavasti: ${\ displaystyle \ Delta C}$

${\ displaystyle \ Delta C = BF}$

Tuotanto

SingleTact valmistaa voimaherkät kondensaattorit käyttämällä muovattua piitä kahden polymidikerroksen väliin 0,35  mm paksuisen anturin rakentamiseksi, voiman ollessa 1  N - 450  N. 8 mm: n SingleTactin nimelliskapasitanssi on 75  pF, joka kasvaa 2,2  pF, kun mitoitettu voima. Se voidaan asentaa monille pinnoille suoraa voiman mittausta varten.

Käyttää

Voimaa tunnistavia kondensaattoreita voidaan käyttää matalaprofiilisten voimaherkkien painikkeiden luomiseen. Niitä on käytetty lääketieteellisessä kuvantamisessa ruokatorven paineiden kartoittamiseen ja rinta- ja eturauhassyövän kuvaamiseen.

Viitteet