Capteurs tactiles - Précautions d'utilisation

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Sensibilité de détection

Lors de la détermination de la sensibilité de détection du capteur, il est important de tenir compte des points suivants :

1. (1)Si la valeur de la sensibilité du capteur est ≦ capacité de l'électrode Cp + capacité de câblage de l'électrode Cw, le capteur fonctionne continuellement avant le contact, ce qui rend la détection impossible.
2. (2)Si la valeur de la sensibilité du capteur est ≤ capacité de l'électrode Cp + capacité de câblage de l'électrode Cw + capacité de contact Co, le capteur fonctionne.
3. (3)Si la valeur de la sensibilité du capteur est ≥ capacité de l'électrode Cp + capacité de câblage de l'électrode Cw + capacité de contact Co, le capteur ne fonctionne pas.

Données de référence pour la capacité de contact :

• Lorsqu'un adulte est assis sur une chaise et touche l'électrode de contact avec ses pieds sur le sol : Environ 200 pF
• Lorsqu'un adulte est assis sur une chaise non conductrice, avec ses pieds à environ 10 cm du sol et sans rien dans un rayon de 10 cm autour de lui, et qu'il touche une électrode de contact : environ 90 pF
• Lorsqu'un doigt touche une électrode de contact de 15 mm x 15 mm recouverte d'un vinyle de 50 µm d'épaisseur : environ 30 pF
• Lorsque la même électrode de contact susmentionnée est touchée du doigt, tout en portant des gants en coton de 350 µm d'épaisseur : environ 8 pF

Alimentation électrique

1. (1)Les électrodes de contact (de détection) du capteur tactile sont connectées au circuit de détection. Veillez donc à ce que la tension de tenue et l'isolation soient suffisantes pour assurer la sécurité entre l'alimentation du capteur et l'alimentation en courant alternatif.
2. (2)Si la capacité de couplage entre le primaire et le secondaire est inférieure à 1000 pF pour les alimentations de convertisseur CC/CC, couplez une capacité d'environ 1000 pF entre la ligne 0 V primaire et la ligne 0 V secondaire. Assurez-vous toutefois que la tension de tenue du condensateur est suffisante pour la valeur requise.
3. (3)Le capteur tactile détecte la capacité avec la terre. Par conséquent, si l'alimentation est une batterie, connectez le côté (+) ou (-) directement ou via un condensateur d'environ 1000 pF à quelque chose ayant une grande capacité par rapport à la terre (par exemple, un boîtier).
4. (4)Si le capteur est situé à proximité d'un émetteur de grande puissance ou si un onduleur de grande taille est utilisé et que l'alimentation en courant continu présente un bruit de mode commun important, ajoutez un condensateur de 0,1 µF ou plus sur la ligne 0 V afin de dévier le bruit vers la borne de terre du châssis.

Câblage

1. (1) Pour les capteurs tactiles autres que séries HPG et HLG
   Ne regroupez pas la ligne GND avec d'autres câbles, y compris les lignes VCC et OUT. Utilisez toujours un câblage séparé.
   Les charges électrostatiques appliquées aux électrodes de contact sont dissipées dans la terre par la ligne GND. Cependant, si d'autres lignes telles que VCC ou OUT se trouvent en parallèle et à proximité, la tension à haute fréquence associée au déplacement des charges électrostatiques peut être induite électrostatiquement dans ces lignes, ce qui peut détruire le capteur.
   La ligne GND doit être câblée de manière aussi courte et avec une impédance aussi faible que possible, en visant une longueur ne dépassant pas 30 cm jusqu'à un point présentant une grande capacité électrostatique par rapport à la terre.
   Un câblage plus long et à plus haute impédance risque de ne pas évacuer la charge électrostatique et d'endommager le capteur.
2. (2) Pour les séries HPG et HLG
   Ne regroupez pas la ligne GND et la ligne de terre du châssis avec d'autres câbles, y compris les lignes VCC et OUT. Utilisez toujours un câblage séparé.
   Les charges électrostatiques appliquées aux électrodes de contact sont dissipées dans la terre par la ligne GND. Cependant, si d'autres lignes telles que VCC ou OUT se trouvent en parallèle et à proximité, la tension à haute fréquence associée au déplacement des charges électrostatiques peut être induite électrostatiquement dans ces lignes, ce qui peut détruire le capteur.
   La ligne GND et la ligne de la terre du châssis doivent être câblée de manière aussi courte et avec une impédance aussi faible que possible, en visant une longueur ne dépassant pas 30 cm jusqu'à un point présentant une grande capacité électrostatique par rapport à la terre.
   Un câblage plus long et à plus haute impédance risque de ne pas évacuer la charge électrostatique et d'endommager le capteur.

Comment utiliser les capteurs tactiles

1. (1)Lorsqu'un seul capteur est utilisé pour détecter un contact sur une seule électrode : Il s'agit d'un usage courant.
2. (2)Lorsqu'un seul capteur est utilisé pour détecter un contact sur deux électrodes :
   Utilisez un régulateur à découpage extrêmement petit ou équivalent avec une capacité de couplage entre le primaire et le secondaire d'environ 15 pF ou moins comme alimentation pour le capteur.
   Utilisez deux électrodes, une électrode de contact et une électrode 0 V, et emettez le signal par l'intermédiaire d'un photocoupleur.
   Par conséquent, la capacité de couplage mentionnée ci-dessus (environ 1000 pF) ne doit pas être utilisée.
   

   

3. (3)Lorsque deux capteurs sont utilisés pour détecter le toucher en deux points　:
   Le capteur tactile utilise un circuit d'oscillation à haute fréquence.
   Par conséquent, si deux capteurs identiques sont utilisés à proximité l'un de l'autre, il est impossible d'obtenir une détection correcte en raison d'interférences mutuelles.
   Dans ce cas, utilisez un HTSW muni de deux circuits de détection avec des fréquences différentes ou une combinaison de capteurs avec des fréquences mutuellement différentes.

Effets des hautes fréquences provenant des équipements environnants

Comme ce capteur tactile utilise de faibles ondes à haute fréquence, l'influence des ondes à haute fréquence provenant des équipements environnants, etc., doit être prise en compte avant l'utilisation.

Résistance à l'électricité statique

Pendant la saison sèche de l'hiver, le corps humain génère des milliers, voire des dizaines de milliers de volts d'électricité statique en raison de l'influence des vêtements en fibres synthétiques, des tapis en laine, etc.
Lorsqu'une personne chargée de cette électricité statique touche une électrode de contact, une décharge se produit.
Nos capteurs tactiles peuvent résister à des charges statiques de 15 kV à 20 kV (à 500 pF, 500 Ω) sans aucun composant externe ou autre connexion. Toutes les décharges d'électricité statique au niveau de l'électrode de contact sont dissipées via la ligne GND.
La ligne GND doit donc être aussi courte ou de faible impédance que possible.
Notez que la résistance statique varie en fonction des conditions de câblage et des circuits connectés. Veuillez vérifier cela dans votre propre système.
Il est plus efficace de décharger la ligne GND via un condensateur ou autre vers la terre du châssis.

Environnement d'utilisation

Évitez d'utiliser et de stocker le capteur dans un endroit où il est exposé à l'eau, à l'huile, aux produits chimiques, à la poussière, aux gaz corrosifs, etc. ou à des changements brusques de température ou à la lumière directe du soleil.
Il est plus efficace de décharger la ligne GND via un condensateur ou autre vers la terre du châssis.

Interférences mutuelles

Si plusieurs capteurs tactiles de même fréquence sont utilisés pour un système et qu'une même personne touche les électrodes de contact de ces capteurs, des interférences mutuelles se produisent entre les capteurs tactiles. La sortie de chaque capteur sera alors indéfinie.
Vous trouverez ci-dessous une explication détaillée de la manière dont les interférences mutuelles peuvent entraîner des sorties de capteurs indéfinies.

Pour comprendre comment se produisent les interférences mutuelles, il faut d'abord saisir le principe de fonctionnement de la détection du corps humain par les capteurs tactiles. Nous allons donc commencer par expliquer le principe de fonctionnement.

Principe de fonctionnement de la détection du corps humain

8-1. Configuration des capteurs tactiles
Les capteurs tactiles de Sensatec (séries HTS-30Y/HTF/HTG/HPG/HLG) sont composés des circuits illustrés ci-dessous (la seule différence avec la série HTS-30Z/HTS-30L est que les bornes de contact sur les raccords sont remplacées par des fils).

*1 : Empêche le courant continu de circuler vers l'électrode de contact. S'assure qu'aucun courant continu ne circule vers le corps humain et que celui-ci n'est pas affecté de quelque manière que ce soit.
　　Il sert également à empêcher la corrosion électrolytique de l'électrode de contact causée par le courant continu.
Figure 1 : Schéma du circuit

8-2. Principe de fonctionnement

1. (1)La tension sinusoïdale à haute fréquence (ci-après dénommée oscillation) produite par le circuit d'oscillation à haute fréquence de la figure 1 est connectée à l'électrode de contact par l'intermédiaire d'un condensateur anti-polarisation, d'une résistance de protection électrostatique et d'un circuit d'élimination de l'électricité statique, ainsi que d'une borne de contact.
2. (2)Si une personne touche l'électrode de contact, son oscillation s'arrête (0 V).
3. (3)Lorsque l'oscillation s'arrête, aucune tension de courant impulsionnel haute fréquence n'est extraite par le circuit de détection et la tension continue à lisser devient 0 V.
4. (4)La tension continue lissée est comparée par le circuit de comparaison avec une tension seuil fixée à une tension donnée, et un signal de commutation est émis par le discriminateur de niveau lorsqu'elle devient inférieure à la valeur seuil.
   
   La tension continue lissée est comparée par le circuit de comparaison avec une tension seuil fixée à une tension constante, et un signal de commutation est émis par le discriminateur de niveau lorsqu'elle devient inférieure à la valeur seuil.
5. (5)Ce signal de commutation est amplifié par un transistor de puissance et le capteur produit un signal de sortie de la détection tactile.

Circuit d'oscillation du capteur tactile

1. (1)La sélectivité de fréquence Q du circuit d'oscillation du capteur tactile est réglée sur une valeur extrêmement élevée.
   Comme le montre la figure 2 ci-dessous, un Q élevé augmente la valeur de crête du gain de la tension d'oscillation sinusoïdale dans la fréquence d'oscillation. En d'autres termes, un gain important augmente l'amplitude de la tension d'oscillation sinusoïdale (2-a) et réduit la largeur de bande de fréquence d'oscillation (2-b).



2. (2)Raisons pour lesquelles la sélectivité de fréquence Q du circuit d'oscillation est conçue pour être extrêmement élevée :
   ● Pour obtenir une sensibilité élevée de l'ordre de quelques dizaines de pF pour le capteur tactile.
   ● Pour éviter que le capteur tactile ne subisse un dysfonctionnement dû aux perturbations externes provenant de l'électrode de contact, de l'alimentation et de GND, en réduisant la bande de fréquence d'oscillation.
   Cela signifie que les fréquences qui s'écartent, même légèrement, de la fréquence d'oscillation du circuit d'oscillation haute fréquence ne sont pas acceptées et que le capteur peut fonctionner normalement sans en être du tout affecté.
3. (3)Un circuit d'oscillation avec un grand Q peut être en même temps un circuit récepteur très sensible.
   Ceci est dû au fait que, comme mentionné ci-dessus, "un Q élevé augmente la valeur de crête du gain de la tension d'oscillation sinusoïdale dans la fréquence d'oscillation. En d'autres termes, un gain important augmente l'amplitude de la tension d'oscillation sinusoïdale (2-a)."
   Lorsque du bruit ayant exactement la même fréquence que celle spécifiée dans l'oscillateur pénètre dans le circuit d'oscillation depuis l'extérieur du capteur tactile, le circuit d'oscillation amplifie fortement la tension d'oscillation, ce qui déclenche l'oscillation.
   Ce phénomène est d'autant plus prononcé que le Q est élevé.
   Cela provoque des "interférences mutuelles", comme expliqué ci-dessous.

Interférences mutuelles

Lorsque deux capteurs tactiles (par ex. ① et ②) sont utilisés pour un système, comme illustré dans la figure 3 ci-dessous, et que les fréquences d'oscillation des circuits d'oscillation haute fréquence de ces capteurs sont identiques (*2) (*2 : par exemple, une combinaison de capteurs ayant chacun une fréquence standard ou une combinaison de capteurs de type B ayant la même fréquence modifiée) :

1. (1)Si une personne touche l'électrode de contact du capteur tactile ①, l'oscillation du capteur ① s'arrête, la tension continue après détection et lissage devient 0 V, ce qui est inférieur à la valeur de seuil du circuit discriminateur, et le capteur émet un signal de sortie indiquant la détection d'un contact avec le corps humain et passe à l'état de fonctionnement de sortie.
2. (2)Si la même personne s'approche de l'électrode de contact du capteur tactile ② alors que l'état ci-dessus (1) est maintenu, la faible oscillation du capteur tactile ② entre dans le circuit d'oscillation du capteur tactile ① via le corps humain, ce qui force le circuit d'oscillation du capteur ①, qui a cessé d'osciller, à osciller depuis l’extérieur. En conséquence, le capteur ① revient à un état réinitialisé dans lequel il n'émet pas de signal de sortie malgré le fait qu'il soit touché par une partie du corps humain.
3. (3)Si l'électrode de contact du capteur tactile ② est touchée, le capteur tactile ② tente d'arrêter l'oscillation interne. Cependant, comme l'oscillation du capteur tactile ① est également transmise au circuit d'oscillation du capteur tactile ② par l'intermédiaire du corps humain, et la chute de tension de l'oscillation est évitée, la tension de l'oscillation ne devient pas inférieure à la valeur seuil dans le circuit de discrimination, de sorte que le signal de sortie n'est pas émis et que le capteur reste en état de réinitialisation.
   La situation dans laquelle les deux capteurs ① et ② ne se réinitialisent pas, c'est-à-dire ne produisent pas de sortie, est le résultat typique d'une "interférence mutuelle".
4. (4)Comme la sélectivité de fréquence Q du capteur tactile est conçue pour être extrêmement élevée, les fréquences d'oscillation des capteurs ① et ② peuvent être différentes (*3) en raison du facteur déjà mentionné en (2-b) "réduction de la largeur de bande de la fréquence d'oscillation", [Circuit d'oscillation du capteur tactile].
   Dans ce cas, il n'y a pas d'interférences mutuelles et les deux capteurs ① et ② fonctionnent normalement.
   *3 : Même les produits ayant la même fréquence dans leurs spécifications présenteront inévitablement des variations dans leur fréquence d'oscillation (en raison de variations des constantes des composants électroniques). Par conséquent, la mention "les fréquences d'oscillation peuvent varier" signifie qu'elles varient à l'intérieur de cette plage de variation. Les constantes des composants varient aussi légèrement en fonction de la température ambiante.
5. (5)Lorsqu'une persone touche uniquement l'électrode de contact du capteur tactile ①, le capteur tactile ② peut se comporter de manière anormale.
   En effet, les capteurs ① et ② partagent la même alimentation et le même GND, de sorte que lorsque le faible courant d'oscillation à haute fréquence du capteur ① est transmis au capteur ② via l'alimentation et le GND et que sa fréquence correspond à celle du capteur ②, le capteur ② est également affecté.
   
6. (6)Lorsqu'une personne touche l'électrode de contact, la capacité du corps humain entraîne une légère modification de la fréquence d’oscillation. Ainsi, certains capteurs ont une fréquence plus élevée et d'autres une fréquence plus basse, et l'ampleur de la différence de fréquence entre eux varie en fonction de la combinaison, et donc la manière dont la fréquence est affectée varie également.
7. (7)Lorsque deux tensions d'oscillation sinusoïdales (représentées par sin2πf1 et sin2πf2) se mélangent en raison d'une interférence mutuelle, la relation sin(2πf1) + sin(2πf2) = sin(2π(f1+f2)/2) + cos(2π(f1-f2)/2) est établie et un battement de basse fréquence (f1-f 2)/2 (fréquence de battement) se produit, ce qui peut affecter le comportement de la sortie du capteur en raison d'interférences mutuelles.
   * Pour plus de clarté, l'amplitude et la phase sont omises. f1 et f2 sont les fréquences d'oscillation.
8. (8)Pour résumer ce qui précède, si plusieurs capteurs tactiles ayant la même fréquence sont utilisés pour un seul système :

1. a) Les produits capteurs ayant la même fréquence peuvent naturellement avoir exactement la même fréquence d'oscillation, et si la même personne touche les électrodes de contact des deux capteurs, l'oscillation est transmise à travers le corps humain et des interférences mutuelles se produisent.
2. b) Même les produits capteurs ayant la même fréquence n'ont pas toujours exactement la même fréquence d'oscillation parce que la fréquence d'oscillation varie dans une certaine plage et que la sélectivité de fréquence Q est extrêmement élevée.
3. c) La fréquence d'oscillation n'est pas toujours maintenue à la même valeur parce que les constantes des composants électroniques qui déterminent la fréquence d'oscillation peuvent fluctuer légèrement en raison de variations de température.
4. d) Les capteurs peuvent s'affecter les uns les autres, même sans intervention humaine, par de faibles courants d'oscillation à haute fréquence causés par le partage de l'alimentation ou de GND.
5. e) La fréquence d'oscillation fluctue légèrement lorsque l'électrode de contact est touchée. Si les fréquences d'oscillation après la fluctuation correspondent entre les capteurs, des interférences mutuelles peuvent se produire.
6. f) En raison de variations des produits, certains capteurs ont une fréquence plus élevée et d'autres une fréquence plus basse en combinaison, et l'ampleur de la différence de fréquence entre eux peut également varier selon la combinaison.
7. g) Lorsque deux tensions d'oscillation s'additionnent pendant l'interférence mutuelle, elles provoquent une fréquence de battement (beat) égale à la moitié de la différence de fréquence entre les capteurs avant l'interférence, ce qui peut affecter les circuits internes des capteurs et modifier le comportement de leur sortie.

Conclusion

Lorsque plusieurs capteurs tactiles de même fréquence sont utilisés dans un seul système, la sortie des capteurs tactiles en cas d'interférences mutuelles est essentiellement libérée du signal de détection (la sortie du capteur ne fonctionne pas en dépit du toucher), même si le toucher est effectué dans la plupart des cas. Cependant, en raison des différentes conditions a) à g) décrites ci-dessus,　l'état post-interférence peut être divers et l'état de la sortie du capteur et de son oscillation peut être indéterminé.

Mesures contre les interférences mutuelles

Les interférences mutuelles peuvent être totalement évitées. Les produits ayant des spécifications de fréquence différentes sont conçus de manière à ce que leurs fréquences d'oscillation ne correspondent pas.
Nous disposons d'une gamme de modèles de capteurs avec différentes fréquences. Considérez donc ces modèles si vous souhaitez utiliser plusieurs capteurs tactiles dans un seul système.
Si vous souhaitez distinguer les différentes fréquences de vos capteurs tactiles en fonction de leur apparence dans votre processus de stockage ou d'assemblage, nous pouvons envisager également de modifier la couleur des connecteurs, etc.