Un capacitor sensor de fuerza es un material cuya capacitancia cambia cuando se aplica una fuerza , presión o tensión mecánica . También se conocen como "condensadores sensibles a la fuerza". Pueden proporcionar una mayor sensibilidad y repetibilidad en comparación con las resistencias sensibles a la fuerza [1], pero tradicionalmente requerían una electrónica más complicada. [2]
Principio de funcionamiento
Los condensadores típicos sensibles a la fuerza son ejemplos de condensadores de placas paralelas . Para pequeñas deflexiones, existe una relación lineal entre la fuerza aplicada y el cambio en la capacitancia, que se puede mostrar de la siguiente manera:
La capacitancia , es igual a , dónde es la permeabilidad , es el área del sensor y es la distancia entre placas paralelas. Si el material es linealmente elástico (por lo que sigue la Ley de Hook ), entonces el desplazamiento, debido a una fuerza aplicada, es , dónde es la constante del resorte . La combinación de estas ecuaciones da la capacitancia después de una fuerza aplicada como:
- , dónde es la separación entre placas paralelas cuando no se aplica fuerza.
Esto se puede reorganizar para:
Asumiendo que , que es cierto para pequeñas deformaciones donde , podemos simplificar esto a:
- C
Resulta que:
- C
- C dónde , que es constante para un sensor dado.
Podemos expresar el cambio de capacitancia. como:
Producción
SingleTact fabrica condensadores sensibles a la fuerza utilizando silicio moldeado entre dos capas de polimida para construir un sensor de 0,35 mm de espesor, con rangos de fuerza de 1 N a 450 N. [3] El SingleTact de 8 mm tiene una capacitancia nominal de 75 pF, que aumenta en 2,2 pF cuando se aplica la fuerza nominal. [3] Se puede montar en muchas superficies para medir la fuerza directa.
Usos
Los condensadores de detección de fuerza se pueden utilizar para crear botones sensibles a la fuerza de bajo perfil. Se han utilizado en imágenes médicas para mapear las presiones en el esófago [4] [5] y para obtener imágenes de cáncer de mama [6] [7] y de próstata. [8]
Referencias
- ^ Martinelli, L; Hurschler, C; Rosenbaum, D (1 de junio de 2006). "Comparación de sensores de estrés por contacto articulares resistivos y capacitivos". Ortopedia clínica e investigación relacionada . 447 : 214–220. doi : 10.1097 / 01.blo.0000218730.59838.6a . ISSN 0009-921X . PMID 16672899 .
- ^ 1943-, Bentley, John P. (1995). Principios de los sistemas de medición (3ª ed.). Harlow [Inglaterra]: Longman Scientific & Technical. ISBN 0470234458. OCLC 30781109 .CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
- ^ a b "Hoja de datos de SingleTact" (PDF) . SingleTact .
- ^ US Grant US10961981 , Pakrs, Thomas, "Sensor de presión de estado sólido de alta resolución", publicado el 14 de julio de 2015, asignado a Sierra Scientific Instruments Inc
- ^ "Uso de sensores de fuerza capacitivos en productos médicos de próxima generación" . Tecnología de diseño médico . 2016-03-01 . Consultado el 21 de junio de 2018 .
- ^ Egorov, V .; Sarvazyan, AP (1 de septiembre de 2008). "Imagen mecánica de la mama" . Transacciones IEEE sobre imágenes médicas . 27 (9): 1275-1287. doi : 10.1109 / tmi.2008.922192 . ISSN 0278-0062 . PMC 2581459 . PMID 18753043 .
- ^ "SureTouch" . SureTouch . Consultado el 21 de junio de 2018 .
- ^ "Artann Labs" . www.artannlabs.com . Consultado el 21 de junio de 2018 .