Operación y optimización de acciones con sensores capacitivos

Hablamos en este artículo de los sensores capacitivos y sus características básicas. Unas ideas esenciales útiles en proyectos de diseño con sensores. Los sensores capacitivos sin contacto miden los cambios en una propiedad eléctrica llamada capacitancia. La capacitancia describe como dos objetos conductores como espacio entre ellos responderán a diferencias de voltaje aplicada a ellos. Un voltaje aplicado a los conductores crea un campo eléctrico entre ellos, causando que cargas positivas y negativas se colecten el objeto. Sí la polaridad del voltaje se invierte, las cargas también se invertirán. Los sensores capacitivos usan un voltaje alternante el cual causa que las cargas continuamente inviertan sus posiciones. El movimiento de las cargas crea una corriente eléctrica alternante que es detectada por el sensor. La cantidad del flujo de corriente es determinada por la capacitancia, y la capacitancia es determinada por el área de superficie y la proximidad de los objetos conductores. Los objetos más grandes y más cercanos causa mayor corriente que los más pequeños. La capacitancia está también afectada por el tipo de material conductor en el hueco entre los objetos. Técnicamente hablando, la capacitancia es directamente proporcional al área de superficie de los objetos y la constante dieléctrica del material entre ellos, e inversamente proporcional a la distancia. En las aplicaciones de sensores capacitivos típicos, la sonda o sensor eso de los objetos conductores y el objeto objetivo es el otro. El tamaño del sensor y el objetivo se asumen constantes, como es el material entre ellos. Por lo tanto, cualquier cambio en la capacitancia es un cambio en la distancia. La electrónica del sensor está calibrada para generar cambios de voltajes específicos para los correspondientes cambios en capacitancia. Los voltajes se escalan para representar cambios específicos en la distancia. La cantidad de cambio de voltaje para una cantidad dada de distancia se denomina sensibilidad. Un rango de sensibilidad común es 1.0 V/100 µm. Esto significa que para cada 100 µm en distancia, el voltaje de salida cambia exactamente 1.0 V. Con esta calibración, un cambio de 2 V en la salida significa que el objeto se ha movido 200 µm respecto a la sonda.

Enfocando el campo eléctrico

Cuando se aplica un campo eléctrico a un conductor, el campo eléctrico emana de cada superficie. En un sensor capacitivo, el voltaje del sensor sí aplica al área sensora de la sonda. Para medidas exactas, el campo eléctrico del área sensora necesita ser contenida dentro de la sonda y el objeto. se permite que el campo eléctrico se extienda a otros ítems –u otras áreas en el objeto – entonces el cambio en la posición de estos ítems se medirán como un cambio en la posición del objeto. Una técnica llamada “guarding” es utilizada para prevenir que esto ocurra Para crear un guard, la parte trasera y los lados del área sensora se rodean por otro conductor que se mantiene al mismo voltaje que el área sensora en sí misma. Cuando el voltaje se aplica al área sensora, un circuito separado aplica exactamente el mismo voltaje al guard, por lo que no hay campo eléctrico entre ellos. Cualquier otro conductor al lado o detrás de la sonda forma un campo eléctrico con el guard en vez de con el área sensora. Sólo se permite que el frente no protegido del área sensora forme un campo eléctrico.

Bibliografía:

• Capacitive Sensor Operation Part I: The Basics. Sensors
• Capacitive Sensor Operation Part II: System Optimization. Sensors