Kapazitive Sensorik

Ein Sensor verfügt über einen Sender und einen Empfänger. Der Sender versorgt die Last (z. B. einen Kondensator, der aus einer leitenden Platte und einer menschlichen Hand besteht) mit einem Wechselspannungssignal. Der Sensor erfasst den reaktiven Laststrom.

Das resultierende Signal wird in eine elektrische Spannung umgewandelt und dann I/Q-demoduliert. Nach Filterung und Umwandlung ist das Ergebnis die Lastimpedanz (kapazitive und ohmsche Informationen). Das heißt, je näher die menschliche Hand an die Leiterplatte kommt, desto mehr Kapazität wird gemessen.

Das ermöglicht nicht nur die Erkennung von idealen Situationen, sondern auch von Fällen, in denen Umgebungsänderungen (z. B. eine nasse Hand, Handschuhe, ...) eine parallele Widerstandskomponente zusammen mit einer Änderung der Kapazität hinzugefügt haben.

Funktionsprinzip

• Der Transmitterblock erzeugt eine Sinusspannung an der Last
• Der Empfängerblock erfasst das erzeugte Signal der Last
• Das Signal wird in eine elektrische Spannung umgewandelt und in In-Phase- (I) und Quadratur-Komponenten (Q) demoduliert
• I/Q-Signale wurden gefiltert und offset-kompensiert
• Ein 10-Bit-ADC wird von I- und Q-Pfad gemeinsam genutzt und digitalisiert die Messungen automatisch
• 14 Bit Ausgangsdaten sind über SPI verfügbar

Fakten

• Die Messung der Sensorimpedanz wird mit einer Transceiver-Architektur realisiert, die zwischen 45 und 125kHz arbeitet
• Bis zu 16 Proben können auf dem Chip gespeichert werden
• Die Messung von Z und die Ableitung von C hilft, äußere Einflüsse (Lederhandschuhe, Feuchtigkeit usw.) auszugleichen