Analiza porównawcza wybranych parametrów użytkowych pojemnościowych przycisków dotykowych

• Autorzy: Mścichowski Mariusz , Bieszczad Grzegorz , Horbaczewski Paweł

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.2814

Warianty tytułu

EN

Comparative analysis of selected performance parameters of capacitive touch sensors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono przegląd różnych rodzajów przycisków dotykowych, a następnie porównano standardowe przyciski pojemnościowe typu self-capacitance z przyciskami Metal Over Cap Technology (MoCT), czyli działającymi przez ugięcie warstwy przewodzącej. Przeprowadzono symulację dwóch typów przycisków dotykowych. Przycisk typu self-capacitance został zasymulowany za pomocą modelu wbudowanego w oprogramowaniu CapExt, natomiast przycisk typu MoCT wymagał wykonania specjalnego modelu w celu uwzględnienia zjawisk zachodzących w tej technologii. zaprojektowano i wykonano dwa modele fizyczne przycisków pojemnościowych. zbadano ich parametry i porównano z wynikami symulacji. zaprojektowano i zbudowano przyrząd pozwalający z dużą dokładnością i powtarzalnością symulować dotyk. Przedstawiono wyniki badań siły nacisku wymaganej do aktywacji czujnika wykonanego w technologii MoCT oraz porównywano je z parametrami przycisków mechanicznych. z badań wynika, że detektory dotykowe w technologii MocT charakteryzują się dużą odpornością na fałszywą detekcję. opisane w artykule badania pozwalają na dobór skutecznie działających materiałów konstrukcyjnych dla przycisków MoCT w zależności od wymaganych parametrów użytkowych (jak siła nacisku) i konstrukcyjnych - wymagana grubość (wytrzymałość) materiału panelu dotykowego. analiza porównawcza danych empirycznych i wyników symulacji przeprowadzonych w dostępnym komercyjnie oprogramowaniu pozwala na przyspieszenie procesu projektowania tego typu przycisków i wprowadzenie odpowiednich poprawek do wyników symulacji w procesie projektowania docelowego urządzenia.

EN

In the article, various types of touch buttons are presented and compared, including standard self-capacitance buttons and Metal over cap Technology (MoCT) buttons which work through the deflection of the additional covering conductive layer. Two types of touch buttons have been simulated. standard self-capacitance buttons have been simulated using built-in CapExt software standard capacitive sensors models while for MoCT buttons, a specially designed simulation model has been developed, which has made a simulation of phenomena occurring in the sensors manufactured in this technology possible. Furthermore, two physical models of capacitive buttons have been designed and constructed. The parameters of both buttons have been tested and compared with the simulated results. There is a presentation of a specifically designed and constructed tool which allows simulating a touch event with high accuracy and repeatability. Test results of the touch force required to activate the sensor, created in the MoCT technology, are presented and the results are compared against the parameters of classic mechanical buttons. The research has shown that MoCT touch sensors have a high resistance to false detection. The research described in the article allows selecting the effective construction materials for MoCT buttons, depending on the required user parameters such as pressing force and construction parameters such as required panel thickness (strength). a comparative analysis of the empirical data and the results of simulations, conducted with commercially available software, allows accelerating the design process of such buttons and introducing appropriate corrections to the simulation results in the process of designing the final device.

Słowa kluczowe

PL

czujnik pojemnościowy dotykowy; pojemnościowy czujnik siły; skuteczność wykrywania

EN

capacitive touch sensor; parallel plate type capacitive pressure sensor; capacitive pressure sensors; sensing performance

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 71, nr 2
• Strony: 109--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mścichowski Mariusz

• student, Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-0079-1960

autor

Bieszczad Grzegorz

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, ul. gen. S. Kaliskiego 23a 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-8048-2609

autor

Horbaczewski Paweł

• inkBOOK EUROPE sp. z o.o., ul. A. Ostrowskiego 7, 53-238 Wrocław

Bibliografia

• [1] https://patents.google.com/patent/us2810066?oq=us2810066a [dostęp: 9.12.2022].
• [2] Anwer A.H., Khan N., Ansari M.Z., Baek S.-S., Yi H., Kim S., Noh S.M., Jeong C., Recent Advances in Touch Sensors for Flexible Wearable Devices, sensors, 22, 12, 2022, 4460, https://doi.org/10.3390/s22124460.
• [3] Malik M.S., Zulfiqar M.H., Khan M.A., Mehmood M.Q., Massoud Y., Facile Pressure-Sensitive Capacitive Touch Keypad for a Green Intelligent Human-Machine Interface, sensors, 22, 21, 2022, 8113, https://doi.org/10.3390/s22218113.
• [4] Oatley G., Choudhury T., Buckman P., Smart Textiles for Improved Quality of Life and Cognitive Assessment, sensors, 21, 23, 2021, 8008, https://doi.org/10.3390/s21238008.
• [5] Dontha B., Swearingen K., Swearingen S., Thrane S.E., Kiourti A., Wearable Sensors Based on Force-Sensitive Resistors for Touch-Based Collaborative Digital Gaming, sensors, 22, 1, 2022, 342, https://doi.org/10.3390/s22010342.
• [6] Volpe R., Ivlev R., A Survey and Experimental Evaluation of Proximity Sensors for Space Robotics, Proceedings of the 1994 IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol. 4, 1994, pp. 3466-3473, https://doi.org/10.1109/ROBOT.1994.351037.
• [7] Porins R., Apse-Apsitis P., Grinfogels E., Human Body Influence on a Parallel Plate Capacitance, 2019 International Symposium ELMAR, 2019, pp. 175-178, https://doi.org/10.1109/ELMAR.2019.8918657.
• [8] Curtis K., Peter D., mTouchTM Metal Over Cap Technology, Microchip Technology inc., 2010, https://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/01325a.pdf, [dostęp: 9.12.2022].
• [9] Atmel Data Visualizer, Microchip, https://www.microchip.com/en-us/tools-resources/debug/atmel-data-visualizer, [dostęp: 9.12.2022].
• [10] https://capext.com, [dostęp: 9.12.2022].
• [11] dielectric constant, omnexus, https://omnexus.specialchem.com/polymer-properties/properties/dielectric-constant, [dostęp: 9.12.2022].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).