Конденсатор чувствительный к силе - Force-sensing capacitor

А сило-чувствительный конденсатор это материал, чей емкость меняется, когда сила, давление или механический стресс применяется. Они также известны как «силочувствительные конденсаторы». Они могут обеспечить улучшенную чувствительность и повторяемость по сравнению с силочувствительные резисторы^[1] но традиционно требовалась более сложная электроника.^[2]

Принцип работы

Типичные силочувствительные конденсаторы являются примерами параллельных пластин. конденсаторы. Для небольших прогибов существует линейная зависимость между приложенной силой и изменением емкости, которую можно показать следующим образом:

Емкость, ${ displaystyle C}$, равно ${ Displaystyle varepsilon A / d}$, куда ${ displaystyle varepsilon}$ является проницаемость, ${ displaystyle A}$ площадь датчика и ${ displaystyle d}$ расстояние между параллельными пластинами. Если материал линейно эластичный (так следует Закон крючков ), то смещение из-за приложенной силы ${ displaystyle F}$, является ${ Displaystyle х = F / k}$, куда ${ displaystyle k}$ это жесткость пружины. Объединение этих уравнений дает емкость после приложенной силы как:

${ Displaystyle C = varepsilon A / (d_ {номинальный} -F / k)}$, куда ${ displaystyle d_ {nominal}}$ это расстояние между параллельными пластинами без приложения силы.

Это можно изменить на:

${ Displaystyle C = ( varepsilon Ad_ {номинальный} + varepsilon AF / k) / (d_ {номинальный} ^ {2} -F ^ {2} / k ^ {2})}$

При условии, что ${ displaystyle d_ {номинальный} ^ {2} >> F ^ {2} / k ^ {2}}$, что справедливо для малых деформаций, когда ${ displaystyle d_ {nominal} >> x}$, мы можем упростить это до:

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

Следует, что:

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

C ${ displaystyle simeq C_ {номинальный} + BF}$ куда ${ displaystyle B = epsilon A / kd ^ {2}}$, которая постоянна для данного датчика.

Мы можем выразить изменение емкости ${ displaystyle Delta C}$ в качестве:

${ displaystyle Delta C = BF}$

Производство

SingleTact производит силочувствительные конденсаторы из формованных кремний между двумя слоями полимид построить 0,35 датчик толщиной мм, с диапазоном усилия от 1 N до 450 Н.^[3] 8-миллиметровый SingleTact имеет номинальную емкость 75 pF, который увеличивается на 2,2 пФ при приложении номинальной силы.^[3]

Использует

Сенсорные конденсаторы можно использовать для создания низкопрофильных кнопок, чувствительных к усилию. Они использовались в медицинской визуализации для отображения давления в пищеводе.^[4][5]и изображать грудь^[6][7] и рак простаты.^[8]

Рекомендации