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Aufbau eines Messsystems mit kapazitiven Näherungssensoren

Simon Hehenberger

Simon Hehenberger

Die Firma Wimtec Sanitärprodukte GmbH entwickelt und vertreibt hochwertige Sanitäranlagen, welche zum Teil berührungslos gesteuert werden. Im Rahmen einer Dissertation und in Zusammenarbeit mit der Firma Wimtec untersucht Herr DI Leonhard Haslinger Methoden zur kapazitiven Positionsbestimmung und Erkennung von Hand- bzw. Fingergesten.
Die daraus hervorgehenden Erkenntnisse sollen benutzt werden, um die beräuhrungslose Steuerung von Sanitärarmaturen weiterzuentwickeln.

Im Bezug auf kapazitive Näaherungssensoren werden verschiedene Sensorprinzipien untersucht und darauf aufbauend ein Rapid Prototyping Toolkit namens OpenCapSense als Basis für ein Messsystem zur Positionserkennung von Objekten in Fingergröße gewählt. Durch die kleinen Objektgrößen stellt die Unterdrückung von Störeinflüssen ein essentielles Kriterium für die Qualität der Kapazitätsmessungen dar.

Durch Implementierung einer Schirmungsstrategie ist es möglich, die Auswirkungen dieser Störeinflüsse zu reduzieren und gleichzeitig eine höhere Symmetrie in den Kapazitätsverläufen zu erzielen. Dies gelingt durch Erweiterung der OpenCapSense Technologie. Damit wird vor allem auch der Kontaktierungsaufwand reduziert, was das Rapid Prototyping von komplexen Elektrodenstrukturen mit verschiedenen Materialien begünstigt.

Abbildung 1: OpenCapSense (OCS) ist ein Rapid Prototyping Toolkit, das aus Evaluierungsboard, Sensor und Sensorelektrode besteht.

Abbildung 1: OpenCapSense (OCS) ist ein Rapid Prototyping Toolkit, das aus Evaluierungsboard, Sensor und Sensorelektrode besteht.

Abbildung 2: Der aus Zuleitungsschirm (1), Sensorelektroden (2), Glasepoxidschicht FR4 (3) und Schirmelektrode (4) bestehende Aufbau der   Sensoranordnung.

Abbildung 2: Der aus Zuleitungsschirm (1), Sensorelektroden (2), Glasepoxidschicht FR4 (3) und Schirmelektrode (4) bestehende Aufbau der Sensoranordnung.

Für eine reproduzierbare Messung wir zur Positionierung des Messobjekts über der Sensoranordnung ein 3-Achssystem verwendet. Weiters werden mit einer Kalibrierung bauteilabhängige Unterschiede der Sensoren minimiert. Dazu wird das präzise Evaluierungsboard des Kapazitäts-Digital-Umsetzers AD7747 von Analog Devices benutzt.

Schlagworte: kapazitive Näherungssensoren, OpenCapSense, Schirmung,

11. Februar 2016