RU2669089C2

RU2669089C2 - Емкостной датчик касания

Info

Publication number: RU2669089C2
Application number: RU2016143080A
Authority: RU
Inventors: Мэй Чжан; Хэн ЧЖАО; Инсюэ СЮЙ; Кай ШЭНЬ; Чэнцзюнь ЛЮ; Мэн ГЭ
Original assignee: Майкро Моушн, Инк.
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2018-10-08
Also published as: AU2014389333A1; KR101949914B1; RU2016143080A3; CN106464257B; EP3127242A1; WO2015149324A1; RU2016143080A; CA2944526C; AR099875A1; SG11201607892WA; US20170179952A1; AU2014389333B2; CN106464257A; EP3127242A4; JP2017517093A; CA2944526A1; EP3127242B1; BR112016021989A2; JP6422505B2; KR20160141817A

Abstract

Изобретение относится к датчикам касания. Технический результат заключается в повышении надежности работы емкостного датчика в широком диапазоне условий окружающей среды. Емкостный датчик касания содержит электрод, расположенный между пластиной и пружиной, при этом пружина прижимает электрод к пластине в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины, и электрод имеет плоскую сенсорную поверхность, параллельную пластине. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к датчикам касания и, более конкретно, к емкостным датчикам касания.

Уровень техники

Измерительные приборы применяются в промышленности для управления различными процессами. Например, для измерения удельного массового расхода, плотности и других характеристик материалов, протекающих по трубопроводу, используются расходомеры. Текучие материалы могут содержать жидкости, газы, смеси жидкостей и газов, твердые частицы, взвешенные в жидкостях, жидкости, содержащие газы и взвешенные твердые частицы, и т. п. Расходомер может использоваться для измерения удельного расхода (то есть путем измерения массового потока через расходомер), а также для определения относительных долей компонентов потока. Расходомер может предоставлять данные измерений, например, через доступный оператору интерфейс. Используя данные, предоставляемые расходомером, другие приборы, такие как клапаны и насосы, могут управлять материалами, протекающими через трубопровод.

Расходомер может использоваться в широком диапазоне промышленных применений. В связи с этим расходомер зачастую должен соответствовать широкому диапазону условий эксплуатации. Например, может потребоваться, чтобы расходомер надежно функционировал в условиях высокой влажности, подвергаясь при этом воздействию температурных циклов или коррозийных сред. Также может потребоваться, чтобы расходомер допускал ввод данных в этих условиях. То есть может потребоваться, чтобы оператор, работающий на трубопроводе, мог вводить данные в расходомер при различных условиях окружающей среды. Для ввода данных оператор, как правило, нажимает кнопки на интерфейсе. Ввиду условий окружающей среды кнопки в интерфейсах предшествующего уровня техники могут иметь склонность к проблемам функционирования. Например, в условиях высокой влажности механические кнопки могут быть подвергнуты коррозии. Инфракрасным кнопкам могут потребоваться процедуры поверки для надежной работы как при высокой, так и при низкой температурах. В результате данные, вводимые с помощью кнопок предшествующего уровня техники, могут содержать ошибки.

Несмотря на то что соответствующий интерфейс может быть выполнен для конкретных условий, такие специальные конструкции нерентабельны и могут быть источником дополнительных дефектов. В связи с этим существует потребность в таких датчиках касания, которые работают надежно в широком диапазоне условий окружающей среды.

Сущность изобретения

Обеспечивается емкостный датчик (100) касания. В соответствии с одним из вариантов осуществления емкостный датчик (100) касания содержит электрод (110), расположенный между пластиной (120) и пружиной (130), при этом пружина (130) прижимает электрод (110) к пластине (120) в направлении, по существу параллельном продольной длине пружины (130), и электрод (110) имеет плоскую сенсорную поверхность (112), параллельную пластине (120).

Обеспечивается способ изготовления емкостного датчика (100) касания. В соответствии с одним из вариантов осуществления способ включает в себя изготовление пластины (120), изготовление пружины (130) с продольной длиной (L), а также изготовление и размещение электрода (110) между пластиной (120) и пружиной (130), при этом пружина (130) прижимает электрод (110) к пластине (120) в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины (130), и электрод (110) имеет плоскую сенсорную поверхность (112), параллельную пластине (120).

Обеспечивается интерфейс (10) с емкостным датчиком (100) касания. В соответствии с одним из вариантов осуществления интерфейс (10) содержит операционный модуль (12), крышку (14) дисплея, передатчик (16), при этом крышка (14) дисплея соединена с передатчиком (16), а операционный модуль (12) располагается между крышкой дисплея (14) и передатчиком (16). Интерфейс (10) дополнительно содержит емкостный датчик (100) касания, в котором имеется электрод (110), прижатый к пластине (120), соединенной с крышкой (14) дисплея.

Раскрытие изобретения

В соответствии с одним из аспектов емкостный датчик (100) касания содержит электрод (110), расположенный между пластиной (120) и пружиной (130), при этом пружина (130) прижимает электрод (110) к пластине (120) в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины (130), и электрод (110) имеет плоскую сенсорную поверхность (112), параллельную пластине (120).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором электрод (110) дополнительно содержит выступающую часть (114), выступающую от сенсорной поверхности (112).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором выступающая часть (114) состыковывается с панелью (150), которая предотвращает перемещение электрода (110) относительно пластины (120).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором выступающая часть (114) состыковывается с пружиной (130) для предотвращения перемещения электрода (110) относительно пружины (130).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором пружина (130) содержит первую периферийную часть (134), которая прижимает электрод (110) к пластине (120), и вторую периферийную часть (132), которая соединен с печатной платой (140).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором первая периферийная часть (134) состоит из участка в форме обратного конуса, прижимающегося к электроду (110).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором пружина (130) содержит проводник, обеспечивающий электрическое соединение электрода (110) с печатной платой (140).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором пружина (130) удерживает электрод (110), расположенный на расстоянии от печатной платы (140).

Предпочтительным является емкостный датчик (100) касания, в котором пружина (130) представляет собой винтовую пружину с продольной длиной (L).

В соответствии с одним из аспектов способ изготовления емкостного датчика (100) касания включает в себя изготовление пластины (120), изготовление пружины (130) с продольной длиной (L), а также изготовление и размещение электрода (110) между пластиной (120) и пружиной (130), при этом пружина (130) прижимает электрод (110) к пластине (120) в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины (130), и электрод (110) имеет плоскую сенсорную поверхность (112), параллельную пластине (120).

Предпочтительно электрод (110) дополнительно содержит выступающую часть (114), выступающую от сенсорной поверхности (112).

Предпочтительно выступающая часть (114) состыковывается с панелью (150), которая предотвращает перемещение электрода (110) относительно пластины (120).

Предпочтительно выступающая часть (114) состыковывается с пружиной (130) для предотвращения перемещения электрода (110) относительно пружины (130).

Предпочтительно пружина (130) содержит первую периферийную часть (134), которая прижимает электрод (110) к пластине (120), и вторую периферийную часть (132), которая соединен с печатной платой (140).

Предпочтительно первая периферийная часть (134) состоит из участка в форме обратного конуса, прижимающегося к электроду (110).

Предпочтительно пружина (130) содержит проводник, обеспечивающий электрическое соединение электрода (110) с печатной платой (140).

Предпочтительно пружина (130) удерживает электрод (110), расположенный на расстоянии от печатной платы (140).

Предпочтительно пружина (130) представляет собой винтовую пружину с продольной длиной (L).

В соответствии с одним из аспектов интерфейс (10) с емкостным датчиком (100) касания содержит операционный модуль (12), крышку (14) дисплея, передатчик (16), при этом крышка (14) дисплея соединена с передатчиком (16), а операционный модуль (12) располагается между крышкой дисплея (14) и передатчиком (16), при этом емкостный датчик (100) касания содержит электрод (110), прижатый к пластине (120), соединенной с крышкой (14) дисплея.

Предпочтительно интерфейс (10) дополнительно содержит пружину (130), при этом электрод (110) прижимается к пластине (120) пружиной (130).

Предпочтительным является интерфейс (10), в котором пружина (130) выступает от печатной платы (140), расположенной между операционным модулем (12) и передатчиком (16).

Предпочтительным является интерфейс (10), в котором электрод (110) прижимается к пластине (120) пружиной (130) в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины (130).

Предпочтительным является интерфейс (10), в котором электрод (110) соединен с панелью (150), которая соединена с операционным модулем (12).

Краткое описание чертежей

Одна и та же ссылочная позиция представляет один и тот же элемент на всех чертежах. Следует понимать, что чертежи не обязательно выполнены в масштабе.

Фиг.1 - вид спереди интерфейса 10 с емкостными датчиками 100 касания в соответствии с одним из вариантов осуществления.

Фиг.2 - подетальный вид в перспективе интерфейса 10 с емкостными датчиками 100 касания.

Фиг.3 - другой подетальный вид в перспективе интерфейса 10 с емкостными датчиками 100 касания.

Фиг.4 - подетальный вид в перспективе упрощенной модели емкостного датчика 100 касания в целях наглядности.

Фиг.5а и 5б - в увеличенном масштабе вид в перспективе электрода 110 и вид сбоку пружины 130 соответственно.

Фиг.6 – вид сбоку поперечного сечения емкостного датчика 100 касания по линии 6-6 на фиг.4.

На фиг.7 показана электрическая блок-схема емкостного датчика 100 касания в соответствии с одним из вариантов осуществления.

Подробное описание

Фиг.1-7 и последующее описание иллюстрируют конкретные примеры, поясняющие специалистам в данной области техники, как реализовать и использовать наилучший вариант осуществления емкостного датчика касания. В целях объяснения принципов настоящего изобретения некоторые стандартные аспекты были упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники будут очевидны различные варианты этих примеров, находящиеся в пределах объема настоящего описания. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что описанные ниже признаки могут быть использованы в различных сочетаниях для образования многочисленных вариантов емкостного датчика касания. Таким образом, варианты осуществления, излагаемые далее, не ограничиваются конкретными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

На фиг.1 показан вид спереди интерфейса 10 с емкостными датчиками 100 касания в соответствии с одним из вариантов осуществления. Как показано, интерфейс 10 содержит операционный модуль 12, находящийся за крышкой 14 дисплея. Кроме того, показаны емкостные датчики 100 касания. Интерфейс 10 используется вместе с измерительными приборами, такими как расходомеры, для управления процессами. Интерфейс 10 может быть прикреплен к стене или к опоре трубопровода и соединен с расходомером (не показан) для контроля за характеристиками материала, такими как расход, плотность или тому подобное. Интерфейс 10 также может быть установлен как одно целое с расходомером. Интерфейс 10 также может быть использован в широком диапазоне условий окружающей среды, включая опасные и неконтролируемые среды, например, в морских условиях. В дополнение к данным, получаемым от расходомера, интерфейс 10 может принимать данные, вводимые оператором. Для ввода данных в интерфейс 10 оператор нажимает на емкостный датчик 100 касания, который распознает палец или другой объект, например стилус, посредством пластины.

На фиг.2 показан подетальный вид в перспективе интерфейса 10 с емкостными датчиками 100 касания . Как можно видеть, интерфейс 10 содержит операционный модуль 12, крышку 14 дисплея и передатчик 16. Операционный модуль 12 расположен между крышкой 14 дисплея и передатчиком 16. Операционный модуль 12 может обрабатывать входной сигнал от оператора. Передатчик 16 тоже может получать данные с расходомера, как и операционный модуль 12. Крышка 14 дисплея соединяется с передатчиком 16 при помощи резьбового корпуса, хотя может быть использовано любое подходящее соединение. Соединение крышки 14 дисплея и передатчика 16 защищает операционный модуль 12 от широкого диапазона условий окружающей среды. Как будет описано далее, емкостный датчик 100 касания также способен надежно распознавать прикосновение оператора к передней стороне интерфейса 10.

На фиг.3 показан другой подетальный вид в перспективе интерфейса 10 с емкостными датчиками 100 касания. Крышка 14 дисплея и передатчик 16 не показаны для ясности. Емкостные датчики 100 касания содержат электроды 110, расположенные между пластиной 120 и пружинами 130. Хотя это и не показано на чертеже, пластина 120 соединена с крышкой 14 дисплея, которая описана выше со ссылкой на фиг.2. На чертеже показаны три электрода 110 с пружинами 130, однако в альтернативных вариантах осуществления может быть использовано большее или меньшее их количество. Емкостный датчик 100 касания также содержит печатную плату 140, которая обрабатывает сигналы, например электрические сигналы, от электрода 110. Печатная плата 140 соединена с панелью 150. В показанном варианте осуществления сигналы передаются печатной плате 140 посредством пружин 130, однако в альтернативных вариантах осуществления для передачи сигнала может использоваться отдельный тракт, например гибкий контур. Оператор вводит данные посредством прикосновения к передней стороне пластины 120, где расположены емкостные датчики 100 касания.

На фиг.4 в целях наглядности показан подетальный вид в перспективе упрощенной модели емкостного датчика 100 касания. Упрощенная модель иллюстрирует отдельный емкостный датчик 100 касания с дисками, представляющими части пластины 120 и печатной платы 140. Панель 150 не показана, поэтому электрод 110 и пружина 130 могут быть рассмотрены беспрепятственно. Однако в альтернативных вариантах осуществления панель 150 может и не использоваться. Как показано на фиг.4, емкостный датчик 100 касания содержит электрод 110, который расположен между пластиной 120 и пружиной 130. В показанном варианте осуществления пружина 130 может удерживать электрод 110, расположенный на расстоянии от печатной платы 140.

Электрод 110 содержит сенсорную поверхность 112. Как показано, сенсорная поверхность 112 является плоской и параллельна пластине 120. Сенсорная поверхность 112 также показана круглой формы, однако в альтернативных вариантах осуществления может быть использована любая подходящая форма. Электрод 110 также содержит выступающую часть 114, которая выступает от сенсорной поверхности 112 в перпендикулярном направлении. Выступающая часть 114 имеет цилиндрическую форму, однако может быть использована любая подходящая форма. Плечо 116 находится на удаленном конце выступающей части 114. Несмотря на то, что сенсорная поверхность 112 показана на некотором расстоянии от пластины 120, она может быть вблизи или касаться пластины 120.

В показанном варианте осуществления пластина 120 выполнена из диэлектрического материала, например стекла. Данный материал может быть выбран как для электрических, так и механических характеристик. Например, пластина 120 может быть выполнена из стекла с требуемой диэлектрической проницаемостью. Диэлектрическая проницаемость может быть выбрана, например, относительно высокой, чтобы гарантировать надежную работу емкостного датчика 100 касания, когда оператор прикасается к пластине 120. Надлежащее стекло также может иметь механические характеристики (например, прочность, жесткость и т. п.), пригодные для использования в опасной и неконтролируемой среде, которая может приводить, например, к ударам пластины 120. Электрод 110 прижимается к пластине 120 пружиной 130.

Пружина 130 показана в виде винтовой пружины, которая расположена между электродом 110 и печатной платой 140. Однако в альтернативных вариантах осуществления пружина 130 может иметь различные формы и конфигурации. Например, альтернативная пружина может быть проводящим поролоном цилиндрической формы. Пружина 130 также содержит периферийную часть 132. Периферийная часть 132 может механически и электрически соединять пружину 130 с печатной платой 140. Однако в альтернативных вариантах осуществления периферийная часть 132 может механически соединять пружину 130 с чем-то отличным от печатной платы 140. Дополнительно или в качестве альтернативы электрод 110 может быть электрически связан с печатной платой 140 через проводник, например через гибкий контур. Периферийная часть 132 показан как включающий в себя опоры 132p, которые состыковываются с печатной платой 140.

Печатная плата 140 показана с парой отверстий 142a,b, однако может быть использовано большее или меньшее количество отверстий. Печатная плата 140 может содержать различные компоненты, такие как микросхемы памяти, процессоры, дорожки и тому подобное. Как показано, отверстия 142a,b выполнены так, чтобы принимать опоры 132p. В альтернативных вариантах осуществления вместо отверстий 142a,b могут быть использованы паяльные контакты. Опоры 132p могут проходить внутри отверстий 142a,b. Для механического и электрического соединения пружины 130 с печатной платой 140 может быть применена пайка. Электрод 110 и пружина 130 описаны далее более подробно со ссылкой на фиг.5а и 5б.

На фиг.5а и 5б в увеличенном масштабе показаны вид в перспективе электрода 110 и б вид сбоку пружины 130 соответственно. Как видно из фиг.5а, выступающая часть 114 выступающую перпендикулярно от сенсорной поверхности 112. В альтернативных вариантах осуществления выступающая часть 114 может простираться от сенсорной поверхности 112 в неперпендикулярных направлениях и иметь различные формы. Например, выступающая часть может выступать от сенсорной поверхности 112 как опора, которая выполнена с возможностью установки не снаружи, а внутри пружины 130. Пружина 130 показана с периферийными участками 132, 134. Между периферийными участками 132, 134 располагается участок 136 частичного конуса и цилиндрический участок 138. Пружина 130 также имеет продольную длину L. Как показано, периферийная часть 134 имеет участок в форме обратного конуса с более высоким отношением числа витков на длину, чем участок 136 частичного конуса и цилиндрический участок 138. Однако, могут быть использованы любые подходящие соотношения витков. Форма и размеры электрода 110 и пружины 130 могут быть выбраны так, чтобы электрод 110 не перемещался относительно пластины 120, как будет более подробно описано далее.

На фиг.6 показан вид сбоку поперечного сечение емкостного датчика 100 касания по линии 6-6 на фиг.4. На чертеже показан упрощенный вариант панели 150. Выступающая часть 114 окружает часть пружины 130. Пружина 130 соединена с печатной платой 140 через опоры 132p. Хотя это и не показано на чертеже, для прикрепления пружины 130 к печатной плате 140 опоры 132p и печатная плата 140 могут быть спаяны. Паяное соединение также может электрически связывать пружину 130 с печатной платой 140. В показанном варианте осуществления внутренний диаметр выступающей части 114 может иметь такие размеры и габариты, которые позволяют состыковаться с пружиной 130. Например, внутренний диаметр выступающей части 114 может быть примерно таким же, как наибольший диаметр периферийной части 134. Электрод 110 соединен (например, с возможностью скольжения) с панелью 150. Дополнительно или в качестве альтернативы электрод 110 может быть вмонтирован в панель 150. Также для выступающей части 114 показано плечо 116, которое может упираться на часть панели 150.

Панель 150 показана в виде прямоугольного сечения цилиндра с отверстием. Электрод 110 может быть размещен в отверстии. Панель 150 также показана с концевой частью 152, которая имеет приблизительно такой же размер, как и плечо 116. Также могут использоваться и альтернативные формы и поперечные сечения. Например, в альтернативных вариантах осуществления может быть использован L-образный держатель, прикрепляемый к панели. Кроме того, панель 150 показана соединенной с печатной платой 140. Однако, электрод 110 может состыковываться и с альтернативными держателями, которые соединены, например, с крышкой 14 дисплея. Эти и другие стыковки могут предотвратить перемещения и изменения относительных положений в емкостном датчике 100 касания.

Перемещения в направлении, параллельном продольной длине L пружины 130, могут быть предотвращены. Например, пружина 130 может прижимать электрод 110 к пластине 120. Соответственно, может быть сформирована сила трения, параллельная сенсорной поверхности 112. Данная сила трения может предотвращать перемещения, перпендикулярные продольной длине L пружины 130. Стыковка между периферийной частью 134 и внутренним диаметром выступающей части 114 также может предотвращать перемещение электрода 110, перпендикулярное продольной длине L. Например, периферийная часть 134 может быть вмонтирована в выступающую часть 114. Эта стыковка может предотвращать электрод 110 от движения относительно пружины 130. Дополнительно или в качестве альтернативы панель 150 может предотвращать перемещение электрода 110 в направлении, перпендикулярном продольной длине L пружины 130. Выступающая часть 114, состыковывающаяся с панелью 150, может предотвращать электрод 110 от движения относительно панели 150.

Перемещение, параллельное продольной длине L, также может быть предотвращено. Например, электрод 110 может быть прижат к пластине 120 сенсорной поверхностью 112, параллельной пластине 120. Может быть приложена достаточная сила для предотвращения электрода 110 от смещения в сторону от пластины 120, например, при вибрации интерфейса 10. Плечо 116 показано как состыковывающееся с панелью 150, а электрод 110 как прижатый к пластине 120. Однако в альтернативных вариантах осуществления плечо 116 может не состыковываться с панелью 150. Например, когда электрод 110 прижат к пластине 120, между панелью 150 и плечом 116 может быть образован зазор. В качестве альтернативы плечо 116 может предотвращать перемещение электрода 110 в направлении, параллельном продольной длине L пружины 130. Соответственно, зазор может быть образован между электродом 110 и сенсорной поверхностью 112.

Изменения относительных положений в емкостном датчике 100 касания могут быть уменьшены. Например, при сборке интерфейса 10 электрод 110 может быть вставлен в панель 150, а пружина 130 - в электрод 110. Печатная плата 140 может быть соединена с пружиной 130 и панелью 150. Как должно быть понятно, выступающая часть 114 и плечо 116 могут состыковываться с панелью 150, выравнивая электрод 110. Соответственно, электрод 110 не перемещается в направлении, перпендикулярном к продольной длине L пружины 130. Это гарантирует, что относительное положение каждого электрода 110 по отношению к другим электродам и панели 150 не меняется при сборке на сборочной основе (т.е. положения воспроизводимы). Изменения других относительных положений в емкостном датчике 100 также могут быть уменьшены. Например, периферийный участок 134 может состыковываться с внутренним диаметром выступающей части 114. Это может предотвращать изменения относительных положений сенсорной поверхности 112 и пружины 130.

Предотвращение перемещений и уменьшение изменений относительных положений в емкостном датчике 100 касания могут уменьшить изменения электрических характеристик емкостного датчика 100 касания. Например, предотвращение перемещения сенсорной поверхности 112 относительно пластины 120 предотвращает перемещение сенсорной поверхности 112 относительно пальца оператора О (показан на фиг.7). Поэтому относительные положения сенсорной поверхности 112 и пальца оператора О сохраняются, когда оператор О прикасается пальцем в том же месте. Как результат, изменение емкости электрода 110 является одним и тем же каждый раз, когда оператор О нажимает на емкостный датчик 100 касания в том же месте. Аналогично, положения электрода 110 относительно других электродов, а также панели 150, не изменяются. Уменьшение изменений электрических характеристик в емкостном датчике 100 касания также может повысить надежность емкостного датчика 100 касания, как будет более подробно изложено далее.

На фиг.7 показана электрическая блок-схема емкостного датчика 100 касания в соответствии с одним из вариантов осуществления. Емкостный датчик 100 касания показан с сигнальным трактом 710, который соединен с электродом 110 и печатной платой 140. Здесь также показан импульсный сигнал 720, который генерируется печатной платой 140. Импульсный сигнал 720 передается электроду 110 по сигнальному тракту 710. Также показаны выборочный конденсатор Cs и выборочный тракт 730. Емкостный датчик 100 касания показан с силовыми линиями, которые изображают поле электрических зарядов электрода 110. Силовые линии проходят через пластину 120.

Когда оператор О перемещает палец (или другой объект) по лицевой поверхности пластины 120, силовые линии изгибаются к пальцу, соединяя посредством этого электрод с окружающей средой. Это приводит к изменению (например, к увеличению) емкости электрода 110, в результате чего импульсный сигнал 720 будет меняться. Данное изменение емкости измеряется печатной платой 140 через выборочный конденсатор Cs и выборочный тракт 730. Изменение емкости электрода 110 может быть небольшим и варьироваться в зависимости от таких факторов, как толщина и диэлектрическая проницаемость пластины 120, ширина и гладкость поверхности электрода 110, емкость конденсатора Cs, длина сигнального тракта 710 и ширина области соприкосновения пальца оператора О с пластиной 120.

Сигнальный тракт 710 может иметь физическую длину, пропорциональную продольной длине L пружины 130, и располагаться между электродом 110 и монтажной платой 140 на определенном расстоянии. Такое расположение может улучшить способность емкостного датчика 100 касания выносить опасные и неконтролируемые среды. Например, в варианте осуществления, описанном со ссылкой на фиг.1-6, печатная плата 140 расположена за пластиной 120 и за панелью 150. Это позволяет защитить печатную плату 140 от окружающей среды. Однако длинный сигнальный тракт может исказить форму импульсного сигнала 720, влияя тем самым на распознавание пальца оператора О.

Предотвращение изменения и движения в электроде 110 гарантирует по существу одинаковое изменение емкости каждый раз, когда палец оператора О касается пластины 120. Например, благодаря предотвращению перемещения электрода 110 относительно пластины 120 во время использования расстояние от сенсорной поверхности 112 до поверхности S пластины 120 остается постоянным. Соответственно, когда интерфейс 10 вибрирует, например, из-за колебаний в крепежном приспособлении, расстояние между пальцем оператора О и сенсорной поверхностью 112 остается постоянным. Аналогично, пружина 130 прижимает электрод 110 к пластине 120 с достаточной силой, чтобы предотвращать движение электрода 110 в направлении, перпендикулярном к продольной длине L пружины 130. Дополнительно или в качестве альтернативы для предотвращения движения электрода 110 в перпендикулярном направлении к продольной длине L выступающая часть 114 может состыковываться с пружиной 130 и панелью 150. Благодаря этому изменение электрических характеристик электрода 110 за счет движения электрода 110 относительно пластины 120 исключено.

Габариты наряду с электрическими и механическими характеристиками также могут быть выбраны так, чтобы гарантировать надежное обнаружение пальца оператора О емкостным датчиком 100 касания. Например, надежность емкостного датчика 100 касания может быть повышена за счет равномерного и плоского распределения зарядов в электроде 110. Заряды в электроде 110 могут быть распределены равномерно с помощью проводника с достаточной проводимостью. А плоское распределение заряды могут иметь за счет плоской сенсорной поверхности 112. Плоское распределение гарантирует, что в пределах диаметра сенсорной поверхности 112 силовые линии являются по существу однородными. Если бы в пределах ширины сенсорной поверхности 112 силовые линии варьировались, то уже небольшие изменения положения пальца оператора О в пределах диаметра сенсорной поверхности 112 могли бы приводить к другой емкости электрода 110.

Ширина сенсорной поверхности 112 также может быть выбрана так, чтобы повысить надежность емкостного датчика 100 касания. Например, относительно широкая сенсорная поверхность 112 гарантирует, что оператор О может размещать палец в разных местах в пределах ширины сенсорной поверхности 112, не производя при этом разные значения емкости. Например, как показано на чертеже, у края сенсорной поверхности 112 силовые линии, как правило, изгибаются наружу. На расстоянии от края сенсорной поверхности 112 силовые линии однородны и ориентированы вертикально. Благодаря надлежащей ширине сенсорной поверхности 112 силовые линии изгибаются по существу одинаково при перемещении пальца оператора О от центра к краю сенсорной поверхности. Когда же палец оператора О заставляет изгибаться силовые линии, которые не являются однородными и вертикально ориентированными, значение емкости сенсорного электрода 110 отличается от значения, получаемого при нахождении пальца оператора О в центре сенсорной поверхности 112. Благодаря широкой сенсорной поверхности 112 изменение емкости электрода 110 может быть постоянным, даже если оператор О нажимает на поверхность S пластины 120 в разных местах.

Толщина t пластины 120 также может быть подобрана соответствующим образом для обеспечения желаемых электрических и механических свойств. Например, силовые линии зарядов сенсорной поверхности 112 могут быть по существу однородными для пластины 120 с относительно тонкой подобранной толщиной. Подобранная толщина также может иметь достаточную механическую прочность, чтобы выносить опасные и неконтролируемые среды. Поэтому подобранная толщина может обеспечивать надежное распознавание пальца оператора О емкостным датчиком 100 касания в широком диапазоне условий окружающей среды. Толщина t может быть подобрана вместе с диэлектрической прочностью материала так, чтобы гарантировать достаточно сильное поле на поверхности S.

При работе интерфейс 10 может быть установлен и соединен с расходомером, установленным на трубопроводе. Интерфейс 10 может быть установлен в различных местах, например, он может быть непосредственно соединен с расходомером, подсоединенным к трубопроводу, прикреплен к стене или тому подобное. Расходомер может измерять и предоставлять данные о характеристиках материалов в трубопроводе. Данные могут приниматься интерфейсом 10. Оператор О может контактировать с интерфейсом 10 для получения данных и контрольных параметров расходомера. Прикосновение оператора О может быть надежно распознано емкостным датчиком 100 касания в различных условиях окружающей среды.

Емкостный датчик 100 касания может обнаруживать палец оператора О путем распознавания изменения емкости электрода 110. Более конкретно, палец оператора О заставляет изгибаться силовые линии зарядов в электроде 110, что приводит к изменению емкости электрода 110. Изменение емкости может быть обнаружено печатной платой 140. Например, в одном из вариантов осуществления импульсный сигнал 720 может быть отправлен по сигнальному тракту 710. Изменение емкости электрода 110 и импульсного сигнала 720 может вызвать сигнал обратной связи, который будет послан через выборочный конденсатор Cs и выборочный тракт 730. Печатная плата 140 может обнаружить сигнал обратной связи и распознать палец оператора О.

Варианты осуществления, описанные выше, обеспечивают емкостный датчик 100 касания. Как было указано выше, емкостный датчик 100 касания может надежно работать в широком диапазоне условий окружающей среды. Например, силовые линии вдоль поверхности S пластины 120 могут быть по существу однородными. Поэтому изменение емкости, вызываемое пальцем оператора О, является одним и тем же в пределах ширины сенсорной поверхности 112. Кроме того, несмотря на то, что интерфейс 10 может подвергаться колебаниям, положение электрода 110 по отношению к поверхности S пластины 120 не изменяется. Относительное положение сохраняется, например, благодаря прижатию электрода 110 к пластине 120 пружиной 130. Относительное положение может также сохраняться за счет стыковки выступающей части 114 с пружиной 130 и/или с панелью 150. Сенсорная поверхность 112 также может иметь достаточно большую ширину для сохранения изменения емкости постоянным, даже если палец оператора О может касаться поверхности S пластины 120 в разных местах. Пластина 120 также обладает достаточной толщиной, чтобы выносить удары и другие неблагоприятные условия окружающей среды.

Подробные описания вышеуказанных вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, рассматриваемых авторами изобретения в пределах объема настоящего описания. Действительно, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут быть по-разному объединены или исключены для создания дополнительных вариантов осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления находятся в пределах объема и идеи настоящего описания. Для специалистов в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены в целом или частично для создания дополнительных вариантов осуществления в пределах объема и идеи настоящего описания.

Таким образом, несмотря на то что конкретные варианты осуществления описаны здесь в иллюстративных целях, в пределах объема настоящего описания возможны различные эквивалентные модификации, как будет понятно специалистам в данной области техники. Идеи, представленные здесь, могут быть применены и к другим датчикам касания, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на прилагаемых чертежах. Соответственно, объем вариантов осуществления, описанных выше, должен быть определен из следующей формулы изобретения.

Claims

1. Емкостный датчик (100) касания, содержащий:

электрод (110), расположенный между пластиной (120) и пружиной (130), при этом пружина (130) прижимает электрод (110) к пластине (120) в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины (130), и электрод (110) имеет плоскую сенсорную поверхность (112), параллельную пластине (120),

причем электрод (110) состыковывается с панелью (150), которая предотвращает перемещение электрода (110) относительно пластины (120).

2. Емкостный датчик (100) касания по п.1, в котором электрод (110) дополнительно содержит выступающую часть (114), выступающую от сенсорной поверхности (112).

3. Емкостный датчик (100) касания по п.2, в котором выступающая часть (114) состыковывается с панелью (150), которая предотвращает перемещение электрода (110) относительно пластины (120).

4. Емкостный датчик (100) касания по п.2, в котором выступающая часть (114) состыковывается с пружиной (130) для предотвращения перемещения электрода (110) относительно пружины (130).

5. Емкостный датчик (100) касания по п.1, в котором пружина (130) содержит первую периферийную часть (134), которая прижимает электрод (110) к пластине (120), и вторую периферийную часть (132), которая соединена с печатной платой (140).

6. Емкостный датчик (100) касания по п.5, в котором первая периферийная часть (134) состоит из участка в форме обратного конуса, прижимающегося к электроду (110).

7. Емкостный датчик (100) касания по п.5, в котором пружина (130) содержит проводник, обеспечивающий электрическое соединение электрода (110) с печатной платой (140).

8. Емкостный датчик (100) касания по п.5, в котором пружина (130) удерживает электрод (110), расположенный на расстоянии от печатной платы (140).

9. Емкостный датчик (100) касания по п.1, в котором пружина (130) представляет собой винтовую пружину с продольной длиной (L).

10. Способ изготовления емкостного датчика (100) касания, содержащий:

изготовление пластины (120);

изготовление пружины (130) с продольной длиной (L); и

изготовление и размещение электрода (110) между пластиной (120) и пружиной (130), при этом пружина (130) прижимает электрод (110) к пластине (120) в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины (130), и электрод (110) имеет плоскую сенсорную поверхность (112), параллельную пластине (120),

причем электрод (110) состыковывают с панелью (150), которая предотвращает перемещение электрода (110) относительно пластины (120).

11. Способ по п.10, в котором электрод (110) дополнительно содержит выступающую часть (114), выступающую от сенсорной поверхности (112).

12. Способ по п.11, в котором выступающую часть (114) состыковывают с панелью (150), которая предотвращает перемещение электрода (110) относительно пластины (120).

13. Способ по п.11, в котором выступающую часть (114) состыковывают с пружиной (130) для предотвращения перемещения электрода (110) относительно пружины (130).

14. Способ по п.10, в котором пружина (130) содержит первую периферийную часть (134), которая прижимает электрод (110) к пластине (120), и вторую периферийную часть (132), которая соединена с печатной платой (140).

15. Способ по п.14, в котором первая периферийная часть (134) состоит из участка в форме обратного конуса, прижимающегося к электроду (110).

16. Способ по п.14, в котором пружина (130) содержит проводник, обеспечивающий электрическое соединение электрода (110) с печатной платой (140).

17. Способ по п.14, в котором пружина (130) удерживает электрод (110), расположенный на расстоянии от печатной платы (140).

18. Способ по п.10, в котором пружина (130) представляет собой винтовую пружину с продольной длиной (L).

19. Интерфейс (10) с емкостным датчиком (100) касания, содержащий:

операционный модуль (12), содержащий электрод (110) и панель (150);

крышку (14) дисплея, содержащую пластину (120);

передатчик (16), при этом:

крышка (14) дисплея соединена с передатчиком (16), а операционный модуль (12) располагается между крышкой (14) дисплея и передатчиком (16); и

электрод (110) прижимается к пластине (120) и состыковывается с панелью (150), которая предотвращает перемещение электрода (110) относительно пластины (120).

20. Интерфейс (10) по п.19, дополнительно содержащий пружину (130), при этом электрод (110) прижимается к пластине (120) пружиной (130).

21. Интерфейс (10) по п.20, в котором пружина (130) выступает от печатной платы (140), расположенной между операционным модулем (12) и передатчиком (16).

22. Интерфейс (10) по п.20, в котором электрод (110) прижимается к пластине (120) пружиной (130) в направлении, по существу параллельном продольной длине (L) пружины (130).

23. Интерфейс (10) по п.19, в котором электрод (110) соединен с панелью (150), которая соединена с операционным модулем (12).