RS20080063A - Horizontalni kapacitivni senzor - Google Patents

Description

Horizontalni kapachivni senzor

Oblast tehntkcna koju se pronalazak odnosi;

Pronalazak je iz oblasti elektronike i koristi se u kao dodatak elektronskim kolima za detekciju provodnika

.elektrolita kao 1 detekciju loših izolatora koji imaju ođređjenu provodnost na rastojanju od nekoliko ceađmetar&Sam uredjaj je nastao kao nadogradnja autorovog patenta P-2006/0439 podnetog kod Zavoda za iaietektualnu svojinu Srbije i W1PQ PCT/RS2007/000013 odnosno <WO-2008-MG739) MUSIC

FOR CH1LDREN<*>S EDUCATIONAL POTTV,

Tehnički problem:

Detekcija izazstno malih kapaciteta koji Sine dva redna kondenzatora elektoda - objekat koji se detektuje-objekat koji se đetektuje-druga elektroda, U zavisnosti od razdaljine objekta kao I od vrste objekta generisanje electing napona.

Kratak opis slika nacrta:

Slika LSlika izgleda senzora

Slika 2;Siika poprečni presele

Slika 3:S15ka poprečni presek za loše provodnike

SIik34:£icktricna šema uredjaja kao prasiđia

$lika5;Ekksrie«a šeraa uredjaja kao mernog instrumenta

Slika 6:B5ok Semauredjaja

Detaljan opis uredjaja

Horizontalni kapacMvni senzor se sastoji od dve elektrode koje su u jednoj ravni i najćsSčeje izveden na samoj Starapannoj pločici kao dva poršine od provodnika. Kad nema objekta za detekciju postoje razmak izmedju elektroda relativno veliki kapacitet koji Čine elektrode je približno jednak nulLPošlo su elektrode izuzetno ianke manje od 0.1 mm a razmak femedju njih relativno veliki reda veličine lem kapacitet koji čine elektrode se može smatrati nulom.Kud .-ema objekta površina ekvivalentnog kondezaloraje red veličine 0. i mm x lem a razmak izmedju elektroda reda veličine lem pa Csrazmento 0.0001 puta dija lektrična konstanta vazduha plus parazitivni konđezator koji čine dve ploče »tjednoj ravni koje sa jedne sirane imaju izolator (štampana pločica) a sa druge tanak lak kojima je premazan provodnik i vazduh Slika 1 i slika 2.Kada je objekat blizu elektroda reda veličine i em i manje formira se izmedju prve elektrode El i objekta kondenzator kao i tela i drage elektređe E2„ . Ukupan kapacitet izmedju E1 i E2 je redna veza ova dva kondenzatoraJCako je sad površina izmedju elektroda i objekta reda veličine lem x lem a rastojanje lem kapacitet ekvivalentnog kondenzatora je srazmeran 0.01 puta dijalektrična konstanta vazduha ili ili nekog drugog izolatora ako se elektrode nalaze u nekom izolatoru.

Sa Slike 1 i se vidi daje priraštaj kapaciteta reda veličine 100 puta.Priraštaj moze biti i veći ako je rastojanje izmedju objekta i elektroda manje reda veličine Imm onda je priraštaj kapaciteta 1000 puta .Ekvivalentan kapacitet Cx je reda veličine i pF. Taj ekvivalentni kondenzator vezuje se na lako pobudni oscilator koji osciluje frevencijom srazmernom sa 1/(R1 x Cx) ili l/(SQR(LCx)).U zavisnosti od frekvencije izlazim napon je logička 1 na slici 4 kad se senzor koristi kao prekidač, Vi analogni napon kad se senzor koristi kao merni instrument.

U zavisnosti od konfiguracije kola Horizontalni kapacitivni senzor se sastoji od nekog parazitivnog kondenzatora Co koji ako postoji uslov oscilovanja os»latora( 6) daje neku f max frekvenciju a kad se pojavi kapacitet daje neku frekvenciju koja je u opsegu NF filtra ili PLL-a i tako daje srazmeran kapacitet

Na slici 1 je prikazan izgled senzora u prostoru iznad koga se stavlja objekatNa slici je a! -Širina prve elektrodeEl ,a3 -širina druge elektrođeE2 ,a2- razmak izmedju elektroda,©- duzina elektroda, c-debljina nosećeg izolatoraHorizontalni kapacitivni senzor je opisan sa: d- (debljina Štampane pločice) reda veličine lmm»d -debljina elektrode od provodnoka ) bakar na štampanoj pločici reda veličine 0.1 mmte-tanak lak koji prekriva elektrode reda veličine 0. Imm.Debljine provođnika-c i nosećeg izolatora- d ne utiču bitno na rad senzora,Objekat O moze biti provodnik, elektrolit -tečnost ili loš izolator.

"Na slici 2 je prikazan poprečni presek senzora gde je L rastojanje izmedju objekta i elektroda koje je za provodnike reda veličine lem i manje.

Na slici 3 je prikazan poprečni pesek senzora za loše izolatoregđe je L rastojanje izmedju objekta i elektroda za provodnike oko 0.5 cm a za loše izolatore reda veličine Imm i manje (ljudsko telo ,drvo, keramika i slično) i (razne soli kao kuhinjska so NaCl -koja menja svoju provodnost u zavisnosti od vlage i slično).

Senzor ne detektuje tanku pastiku. staklo, vazduh i materijale koji imaju malu specifičnu provodnost ali različitu dijalektičku konstantu od vazduha .Senzor detektuje deblju plastiku u zavisnosti od geometrije i veličine.

Slika 4 prikazuje električnu šerou uredjaja kao prekiđača.El elektroda Cx je vezana za ulaz NOTI invertora i Rl otprnik.lzJaz NOTI je vezan za Ulaz NOT2 kao i za Rc.lzlaz NOT 2 je vezan za Ulaz NOT3 kao i za elektrodu E2 kondenzatora Cx.lzlaz NOT 3 je vezan za drugi kraj otpornika Rl.NQTl.NOT2,NOT3 su invertori i sa Rl i Cx čine astabilni multivibrator koji osciluje sa periodom srazmernim 1/R1 Cx.Kao invertoli se mogu koristiti logička kola svih familija CMOS koja imaju dovoljno pojačanje u prelaznom režimu izmedju logičkih nivoa.Otpornik R2 i kondenzator C2 sa invertorom NOT4 čine integrator ili NF fUterJzlaz R2je vezan za u!azNOT4 i za kondenzator ClDrugt kraj kondenzatora C2je vezan za izlaz invertora NOT4 i zaulazNOT5.Not. 5i NOT 6 su redno vezani i služe kao pojača vač da bi na izlazu kola bila logička 0 ili logička l.Kađ nema objekta O na izlazu je logička 0 a kad se pojavi objekat Cx raste i oscilator počinje da osciluje pa ako je period oscilacija manji od propusnog opsega integratora NF filtra reda veličine l\RC na kraju je logička 1 .Kad nema kapaciteta ili je on suviše mali oscilator osciluje sa velikom učestanošcu ali takav signal ne prolazi kroz NF filter.

Slika 5 prikazuje električnu šemu uredjaja kao memog uredjajn.Elektroda Cx je vezana za ulaz NOTI invertora i Ulaz PLL lažno kontrolisane petlje .izlaz NOTI je vezan za Ulaz NOT2 kao i za Rclzlaz NOT 2 je vezan za UlazNOT3 kao i za elektrodu E2 kondenzatora Cx.lzlaz NOT 3 je vezan za drugi kraj otpornika R1 .NOTI,NOT2,NOT3 su invertori i sa Rl i Cx čine astabilni multivibrator koji osciluje sa periodom srazmernim !. RlCx.Kao invsrtsii se mogu koristiti logička kola svihlamiiija CMOS koja imaju dovoljno pojačanje u prelaznom režimu izmedju logičkih nivoa.Centralna učestanost PLL petlje f je podešena Jaje u rangu l,RlCx kako bi na izlazu PLL petlje bio cd 0 do VccPromena frekvencije oscilovanja astabilnog muitivibratora uzrokovana pramenom kapaciteta Cx menja izlazni napon Vi na izlazu PLL petlje.

Na slici 6 predstavlja blok semu uredjaja..

Claims (5)

1. Horizontalni kapacitivni senzor Cx (1) je naznačen time sto se sastoji od đve elektrođeEl i E2 pločastog oblika koje nisu paralelne već su jednoj ravni koji bez objekta O (1) ima minimalni kapacitet a sa objektom 0 (2)daje određjem kapacitet koji pobuđjuje astabilni multivibrator (4)koji generiše fiksni (4)ili jeđnosmerni napon Vi(5).

2. Horizontdni kapacitivni senzor Cx (1) je naznačen itme što detektuje objekat od provodnika (2) na rastojanju na kome efektivni kapacitet Cx dovoljan da pobudi oscilator čime građi redni kondezator Cx (2) koji pobuđjuje oseilator{ 6)(4)(5) i time daje odredjeni napon Vi.

3..Horizontalni kapacitivni senzor Cx (3) je naznačen time što detektuje objekat Ood izolatora sačinjenog od od dr\~eta.plastike,keramike, ljudskog tela. (3) na rastojanju na kome efektivni kapacitet Cx dovoljan da pobudi oscilator Čime gradi redni kondezator Cx (2) koji pobuđjuje oscilator (6)(4)(5) i time daje odredjeni napon Vi.

4..Horizontalni kapacitivni senzor Cx (3) je naznačen time što detektuje objekat i na izlazu daje fiksni napon kad se koristi kao prekidač.

5.Horizontalni kapacitivni senzor Cx (3) je naznačen time što detektuje objekat i na izlazu daje promenljivi napon u slučaju kad sedetektuje promena frekvencije.