Конструкция емкостного датчика

[dementiy goga]

Здравствуйте!

У меня такой вопрос: может ли ктото подсказать конструкцию трёх електродного емкосного датчика которая обеспечит максимальную чувствительность к изменениям во внешней среде?

Коротко о конструкции (в общем случае): датчик имеет три контакта (пластины). Две из них приёмник, передатчик (антенна). Третья земля. Конструктивно: двусторонний текстолит, снизу земля, сверху две дорожки между которыми существует взаимная емкость. Я измеряю эту взаимную емкость (ну конечно с помощью спец. микрух с дельта - сигма АЦП и т.д.). эти две дорожки можно "закрутить" как угодно. При внесении в пространство сторонних предметов изменяется всзаимная емкость между дорожками. Я разрабатываю конструкцию этих дорожек чтобы взаимная емкость была максимально чувствительна к таким измененияс эффективной диэлектрической проницаемости.

Может ктонибуть встречал литературу по даному вопросу. Подкажите.

Просьба сообщать любую информацию по даному вопросу.

[BISHA]

dementiy goga в сообщении #562455 писал(а):

У меня такой вопрос:

Задача не четко сформулирована.
Емкость конденсатора определяется средой и площадью пластин.
Если ваши пластины параллельны земле, то земля почти играет роль пластины - проводника между обкладками плоского конденсатора. Но здесь нет эквивалентного разделения зарядов. Чем меньше взаимная емкость пластин тем лучше, т.е. их скручивать не нужно, параллельно развести подальше друг от друга, площади пластин увеличить.

[dementiy goga]

BISHA, я по началу тоже так дума и раздвигал пластины. Но заметил что чувствительность датчика ухудшается. Почитал книжки по емкостных датчика = все рекомендуют делать емкость датчика максимально возможной(т.е. пластины рядом). Тогда относительное изменение емкости при изменении эффективной диэл. проницаемости БОЛЬШЕ.

Микромхема AD7150, которую я использую, по документации работает с емкостями до 14 пФ. Вот и остается искать конструкцию емкость которой будет максимально чувствительна з именениям во внешней среде.

[BISHA]

dementiy goga в сообщении #562719 писал(а):

Почитал книжки по емкостных датчика = все рекомендуют делать емкость датчика максимально возможной(т.е. пластины рядом).

Нужен рисунок. Если пластины параллельны друг другу, то это и очевидно, но они у Вас параллельны земле? Для увеличения эффективной площади можно нарезать треугольные канавки на плоскостях. Будет больше силовых линий....

[dementiy goga]

Цитата:

нарезать треугольные канавки на плоскостях. Будет больше силовых линий....

еще сутра сделал. Значит в правильном направлении иду. Скоро дойду до этой конструкции по экспериментам.

А рисунок такой (в общем виде):

Только земля не между электродами а под ними (под обеими, аналогично как в микрополосковых линиях). Хотя сейчас опробую конструкции и при разделении землёй.

[Apet]

dementiy goga в сообщении #562455 писал(а):

Коротко о конструкции (в общем случае): датчик имеет три контакта (пластины). Две из них приёмник, передатчик (антенна). Третья земля. Конструктивно: двусторонний текстолит, снизу земля, сверху две дорожки между которыми существует взаимная емкость. Я измеряю эту взаимную емкость (ну конечно с помощью спец. микрух с дельта - сигма АЦП и т.д.). эти две дорожки можно "закрутить" как угодно. При внесении в пространство сторонних предметов изменяется всзаимная емкость между дорожками. Я разрабатываю конструкцию этих дорожек чтобы взаимная емкость была максимально чувствительна к таким измененияс эффективной диэлектрической проницаемости.

Может ктонибуть встречал литературу по даному вопросу. Подкажите.

Просьба сообщать любую информацию по даному вопросу.

Не получится у Вас таким образом емкостной датчик.
Во-первых, уберите "землю". Это ведь агграмадный шунт, т.е. емкость между пластинами значительно меньше, чем между пластиной и землей, которая, в данном случае и будет средой.
Во-вторых, зачем Вам здесь "передатчик" и "приемник"? Весьма эффективна конструкция емкостных датчиков с генерацией через взаимосвязанные контура на входе и выходе. На выходе - опорный, на входе - контур с Вашими полосками. Подстроечником подводите частоту выходного к частоте входного, вводите каскад в генерацию и... вуаля. Изменение емкости полосок от внешнего воздействия приводит к срыву генерации. Остальное - дело техники. Чувствительность - функция добротности контуров, остроты резонансных характеристик.
А вообще, как здесь отметили, ТЗ у Вас никакое.
Вы что, изменение среды-продукта намерены отслеживать или наличие-отсутствие? А на выходе? Аналоговый сигнал или ключевой режим?
Опишите поподробнее что Вам нужно. Может что-то подскажу. Если удастся. Я ведь на темы через дырочку захожу.
Но, хочу отметить, мне кажется Вы лисапет изобретаете. Всевозможных конструкций емкостных, индукционных датчиков - как блох на Трезорке - превеликое множество. Это не является технически сложной проблемой.

[dementiy goga]

Цитата:

Не получится у Вас таким образом емкостной датчик.
Во-первых, уберите "землю". Это ведь агграмадный шунт, т.е. емкость между пластинами значительно меньше, чем между пластиной и землей, которая, в данном случае и будет средой.

Ну пока както получалось . Из этих датчиком мы сделали неплохую конструкцию которая определяет местопожение человека в комнате (много мы их там используем ). Пришло время модернизовать систему: улучшить чувствительность за счёт геометрии и конфигурации пластин датчика.

Цитата:

А вообще, как здесь отметили, ТЗ у Вас никакое.

Ну что ж, наверное неумею обьяснять. Хотя с другой стороны ТЗ нужно исполнителю, а это я . От форумчан хотел бы узнать какуюто спец. литературу где можно почитать о расчетах конструкций емкостных датчиков. Сам уже немного перерыл, но везде общие принципы без конкретных расчётов. Возможно комуто попадала в руки такая литература, подскажите.

Цитата:

Остальное - дело техники

Мы используем преобразователь "емкость в код" AD7150.

Благодарю за ответ. Для себя нашёл над чем задуматься.

[Apet]

dementiy goga в сообщении #563218 писал(а):

Цитата:

Не получится у Вас таким образом емкостной датчик.
Во-первых, уберите "землю". Это ведь агграмадный шунт, т.е. емкость между пластинами значительно меньше, чем между пластиной и землей, которая, в данном случае и будет средой.

Ну пока както получалось . Из этих датчиком мы сделали неплохую конструкцию которая определяет местопожение человека в комнате (много мы их там используем ). Пришло время модернизовать систему: улучшить чувствительность за счёт геометрии и конфигурации пластин датчика.

Хм... Хотелось бы на схемку взглянуть.
Идейка интересная, но может здесь лучше допплер-датчики движения использовать (знакомы с идеей GPS-ГЛОНАСС?). Нужно будет всего 3 - 4 датчика.

Цитата:

Цитата:

А вообще, как здесь отметили, ТЗ у Вас никакое.

Ну что ж, наверное неумею обьяснять. Хотя с другой стороны ТЗ нужно исполнителю, а это я . От форумчан хотел бы узнать какуюто спец. литературу где можно почитать о расчетах конструкций емкостных датчиков. Сам уже немного перерыл, но везде общие принципы без конкретных расчётов. Возможно комуто попадала в руки такая литература, подскажите.

Не обижайтесь. Здесь ведь Вы выступили фактически как заказчик. И непонятно, что Вам требуется. Литературу подсказать не могу, я ведь если честно, ближе к электроэнергетике. Конечно и датчиками приходилось заниматься. В промышленности. И Ваша конструкция показалась неработоспособной.

Цитата:

Мы используем преобразователь "емкость в код" AD7150.

Так... Немного понятнее стало. Т.е. сам аналитический узел Вы берете готовый, с преобразованием в цифру? Я правильно понял? (К сожалению не знаком с этой многоножкой. Отстаю по элементной базе, никому сейчас это не нужно.)

Цитата:

Благодарю за ответ. Для себя нашёл над чем задуматься.

Да-да, подумайте. Вы должны контролирующую емкость максимально освободить от примесных емкостей.

ЗЫ. Если не надоел, то пишите по ЛС. Мне, кажется, заслоночку на форуме поставили. Напрямую темы не открываются. Захожу кружным путем - дырочку нашел. Но и она не всегда пропускает.

[Apet]

Почитал про Вашу десятиножку...
Ну да, емкостной датчик и АЦП в одном кульке.
Насколько понял, частота на датчике 32кГц. Это, по моему, доволно низковато. Я эксплуатировал датчики контроля продукта с частотой в районе 80 кГц. Электроды разные - штыри и плоскости площадью порядка ладони.
Короче: не знаю Ваших конечных целей, но, мне кажется, Ваша микросхемка туповата. Изменение емкости на несколько pF - это довольно серьезное воздействие на электроды. Геометрией электродов на такой частоте Вы ничего не добьетесь. Здесь важна площадь.
Но... дерзайте! Я всего лишь высказал свое мнение. Которое может быть и ошибочным.

[dementiy goga]

Сама взаимная емкость зависит как от площади электродов так и от расстояния между пластинами. Т.Е. если я раздвинул пластины то для того чтобы взаимная емкость осталась прежней я должен увеличивать площадь пластин. А вот что лучше небольшие платины с маленьким зазором между ними или большие пластины с большим зазором?

Цитата:

Я эксплуатировал датчики контроля продукта с частотой в районе 80 кГц. Электроды разные - штыри и плоскости площадью порядка ладони.

Могли бы Вы подробнее об этом написать? Что контроллировали (заполненность тары, присутствие чегото в упаковке, или плотность ...)?

Кстати Вы дали интересную идею использовать разностно-дальномерный метод. Вспоминаю когда я брался за задачу конструирования датчика меня предупредили: "Смотри не сделай космический аппарат!" .

[Apet]

dementiy goga в сообщении #563641 писал(а):

Сама взаимная емкость зависит как от площади электродов так и от расстояния между пластинами. Т.Е. если я раздвинул пластины то для того чтобы взаимная емкость осталась прежней я должен увеличивать площадь пластин. А вот что лучше небольшие платины с маленьким зазором между ними или большие пластины с большим зазором?

Вы, извините, начинаете уже немного веселить. В том смысле, что молчите как белорусский партизан - что же вам нужно.
Поймите, Вам важна не взаимная емкость, а изменение емкости. Поэтому, по логике, желательно чтобы исследуемое вещество-продукт попадало между электродами.
Вот Вам примеры:
В принципе, Ваша микросхемка может считать конфеты на шоколадной фабрике (ключевой выход на счетчик). И даже браковать цифровым выходом (при уходе от стандарта).
Здесь электроды достаточны маленькие.
А можно Вашей микросхемкой считать тех же самых партизан при проходе через турникет, с уже большими электродами. И браковать тоже можно. По толщине. Цифровым выходом.
Надеюсь Вы поняли - Ваш вопрос с размерами электродов бессмысленен. И поняли, что расположенные как у Вас электроды, тоже будут работать, но менее эффективно.

Цитата:

Цитата:

Я эксплуатировал датчики контроля продукта с частотой в районе 80 кГц. Электроды разные - штыри и плоскости площадью порядка ладони.

Могли бы Вы подробнее об этом написать? Что контроллировали (заполненность тары, присутствие чегото в упаковке, или плотность ...)?

А что тут подробнее? Задачи на производствах очень разнообразны, всего не опишешь.
В принципе, емкостные датчики могут работать с тремя агрегатными состояниями вещества.

Цитата:

Кстати Вы дали интересную идею использовать разностно-дальномерный метод. Вспоминаю когда я брался за задачу конструирования датчика меня предупредили: "Смотри не сделай космический аппарат!" .

Ну тогда вот Вам еще одна (Вы кажется говорили о человеке в комнате) . Координатная, всего с двумя датчиками.
Натягиваете вдоль и поперек комнаты систему струн-электродов (внутри пола). Опрашиваете электроды кольцевыми синхронными счетчиками и обсчитываете АЛУ. Чел "засветится" в пределах сетки.
А можно еще проще. Ставите в комнате "спящий" видеорегистратор. При появлении динамики он просыпается и начинает записывать. Вам остается только грозно скомандовать грабителю: - Гюльчатай! Открой лицо!

[Apet]

Помните, ув. dementiy goga, я Вас предупреждал, что могу ошибаться. Ну вот и ошибся. (Ох уж эта моя внимательность.)
В Вашей чип-е действительно есть генератор с излучающим электродом и приемный электрод на входе приемника-усилителя. Имежду ними "земляной" электрод, являющийся экраном.
Следовательно, Ваше расположение "земли" под активными электродами концептуально неверно.
Позвольте рекомендации:
1. Расположите "земляной" электрод согласно ТУ на изделие. По возможности, в качестве подложки используйте материал с минимальной диэл. проницаемостью, к примеру, полистирол или полиэтилен. Чтобы уменьшить шунтирующую емкость подложки.
2. Мне кажется, размеры излучающего электрода неактуальны, а вот приемный должен собрать энергии побольше.
Попробуйте расположить электроды концентрически. Т.е. в центре излучающий диск, затем земляное кольцо и далее приемное кольцо.
3. Попробуйте вообще удалить землю и, разведением электродов, определите расстояние на котором приемник перестает чувствовать излучение. Вполне возможно Вы обнаружите впечатляющую чувствительность. Но здесь, мне кажется, могут возникнуть проблемы с помехозащищенностью.

Все. Извините за беспокойство. Спасибо за внимание. Приятно было общаться. Позвольте отключиться от темы.

[Simonov]

Может быть не совсем по теме, но конфигурацию и принципы расположения электродов можно подглядеть у Atmel.
Sensor Design Guide

[dementiy goga]

Apet
Спасибо за ответы. Обязательно проверю Ваши рекомендации на счет диэл проницаемости.
Simonov
Очень даже по теме! Спасибо, я на аналогичные документы натыкался и в них много полезного нашел.
Как ни странно пока по чувствительности выигрывает датчик с конструкцией:
прямоуголые полигоны (размером примерно 13 мм на 10 мм) соединённые через один, снизу земля.
Пробовал конструкции разные. Даже которых не встречал. Возможно фото выложу (Если потребуется для обяснения).
Есть ещё мысль включить большую индуктивность в сенсор. Для чего?: при этом возможно использовать большую взаимную емкость (у микосхемы ограничение по этой величине), а часть реактивности компенсировать индуктивностью.