RU2776858C2

RU2776858C2 - Conductor system for determining coordinates of geometric center of two-dimensional area (options)

Info

Publication number: RU2776858C2
Application number: RU2019117312A
Authority: RU
Inventors: Николай Дмитриевич Куликов
Original assignee: Николай Дмитриевич Куликов
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2022-07-28

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention is used for the determination of the coordinates of a geometric center of a two-dimensional area. A conductor system contains measuring conductors, wherein measuring conductors are located within a border of a measuring area. Each measuring conductor has a surface that is part of an almost smooth surface set within the border of the measuring area. A shape, dimensions, and location of the measuring area are given. Measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors of the measuring area, containing at least three measuring parts, measuring conductors in each of measuring parts are electrically interconnected and are connected to a corresponding output. At the same time, the system of measuring conductors implements a function of the determination of the coordinates of a geometric center of a two-dimensional area in an area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area in a system of coordinates of the measuring area, corresponding to the measuring area. Values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area are expressed in the form of a system of values of electric capacities of measuring conductors of measuring parts on outputs of measuring parts of the measuring area of the conductor system.

EFFECT: expansion of the area of application, provision of the possibility of increasing the accuracy and performance of the determination of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area.

22 cl, 31 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Изобретение относится к измерительным устройствам с использованием емкостных средств. Система проводников реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области. Изобретение может найти применение в составе различных устройств, где есть необходимость в определении координат геометрического центра двумерной области, в различных областях техники. Например, в измерительной технике, в автоматике, в робототехнике и сенсорных устройствах.The invention relates to measuring devices using capacitive means. The conductor system implements the function of determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. The invention can find application in various devices where there is a need to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, in various fields of technology. For example, in measuring technology, in automation, in robotics and sensor devices.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Известно телевизионное устройство для определения центра тяжести однородного тела изображений плоских фигур на основе телевизионного изображения. [Авторское свидетельство СССР 426144].A television device is known for determining the center of gravity of a homogeneous body of images of flat figures based on a television image. [USSR author's certificate 426144].

Известен способ измерения координат центра тяжести изображения и устройство для его осуществления. [Патент РФ SU - 2271145. 10.05.1994 г.]. Устройство, которое используется для реализации способа, относится к телевизионным системам. Способ относится к обработке изображения.A known method for measuring the coordinates of the center of gravity of the image and a device for its implementation. [Patent RF SU - 2271145. 10.05.1994]. The device used to implement the method refers to television systems. The method relates to image processing.

Недостатком телевизионных устройств является наличие погрешности в определении координат геометрического центра, связанной с оптическими искажениями формы объекта, а также повышенная стоимость в связи с наличием оптических и телевизионных компонентов в схеме устройств.The disadvantage of television devices is the presence of an error in determining the coordinates of the geometric center associated with optical distortions in the shape of the object, as well as an increased cost due to the presence of optical and television components in the device circuit.

Известно устройство [Авторское свидетельство СССР N427635] для определения координат центра тяжести однородного тела. Принцип действия устройства заключается в механическом уравновешивании тела.A device is known [USSR Author's certificate N427635] for determining the coordinates of the center of gravity of a homogeneous body. The principle of operation of the device is to mechanically balance the body.

Известен способ определения центра тяжести лопатки турбины [Патент РФ SU - 2224228 20.02.2004 г.]. Изобретение относится к статической балансировке конструкций. Способ основан на том, что лопатку укладывают на площадку с балансировочной опорой, определяют численное значение статического момента лопатки, затем положение центра тяжести.A known method for determining the center of gravity of a turbine blade [RF Patent SU - 2224228 20.02.2004]. The invention relates to static balancing of structures. The method is based on the fact that the blade is placed on a platform with a balancing support, the numerical value of the static moment of the blade is determined, then the position of the center of gravity.

Недостатком устройств для определения центра тяжести однородного тела путем механического уравновешивания является наличие в их конструкции механических компонентов, что определяет повышенную стоимость для цели измерения геометрического центра плоских тел.The disadvantage of devices for determining the center of gravity of a homogeneous body by mechanical balancing is the presence of mechanical components in their design, which determines the increased cost for the purpose of measuring the geometric center of flat bodies.

Известен электроемкостный преобразователь для измерения уровня, содержащий диэлектрическую пластину с размещенными на одной из ее поверхностей печатными электродами, образующими первую измерительную часть и выполненными в виде геометрических фигур, имеющих изменяющуюся суммарную ширину в функции расстояния вдоль направления высоты, общий электрод и дополнительные печатные электроды, размещенные на одной поверхности диэлектрической пластины с электродами первой измерительной части и образующими вторую измерительную часть. Суммарная ширина в функции расстояния вдоль направления высоты электродов первой измерительной части изменяется линейно. Электроды второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры электродов первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины в функции расстояния вдоль направления высоты. [Патент РФ RU 2087873 С1 20.08.1997]Known electrocapacitive transducer for level measurement, containing a dielectric plate placed on one of its surfaces printed electrodes, forming the first measuring part and made in the form of geometric shapes, having a varying total width as a function of distance along the height direction, a common electrode and additional printed electrodes placed on one surface of the dielectric plate with the electrodes of the first measuring part and forming the second measuring part. The total width as a function of distance along the height direction of the electrodes of the first measuring part varies linearly. The electrodes of the second measuring part are made in the form of geometric shapes that complement the geometric shapes of the electrodes of the first measuring part until a constant total width is formed as a function of the distance along the height direction. [Patent RF RU 2087873 C1 20.08.1997]

Анализ конструкции электроемкостного преобразователя для измерения уровня показал, что его можно использовать по другому назначению - для определения координаты геометрического центра части двумерной области по одной оси для плоских тел из однородного диэлектрического материала.An analysis of the design of an electrocapacitive transducer for level measurement showed that it can be used for another purpose - to determine the coordinates of the geometric center of a part of a two-dimensional region along one axis for flat bodies made of a homogeneous dielectric material.

Известен электроемкостный преобразователь для определения координат геометрического центра двумерной области, содержащий диэлектрическую пластину, общий электрод и измерительные электроды [Патент РФ RU 2685559 С1 22.04.2019 г.]. Система электродов электроемкостного преобразователя является наиболее близкой к данному изобретению.A known electrocapacitive transducer for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, containing a dielectric plate, a common electrode and measuring electrodes [RF Patent RU 2685559 C1 22.04.2019]. The electrode system of the electrocapacitive transducer is the closest to this invention.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND TO THE INVENTION

В 1994 г. был разработан электроемкостный преобразователь для измерения уровня с использованием печатных электродов с изменяющейся шириной вдоль направления высоты. В последствии на преобразователь был получен патент РФ RU 2087873 С1.In 1994, an electrocapacitive level transducer was developed using printed electrodes with varying width along the height direction. Subsequently, the RF patent RU 2087873 C1 was obtained for the converter.

Электроемкостный преобразователь предназначался для измерения уровня диэлектрических и электропроводящих жидкостей. Основной целью разработки преобразователя уровня являлось нахождение системы электродов, для которой выходной сигнал уровня пропорционален разности величин емкостей электродов первой и второй измерительных частей, деленной на величину, полученную путем сложения величин емкостей первой и второй измерительных частей, и вычитания суммы емкостей электродовов первой и второй измерительных частей в не погруженном состоянии.The electrocapacitive transducer was designed to measure the level of dielectric and electrically conductive liquids. The main goal of developing the level transducer was to find an electrode system for which the level output signal is proportional to the difference between the capacitances of the electrodes of the first and second measuring parts, divided by the value obtained by adding the capacitances of the first and second measuring parts, and subtracting the sum of the capacitances of the first and second measuring electrodes. parts not immersed.

Проведенный анализ показал, что выходной сигнал электроемкостного преобразователя для измерения уровня пропорционален координате геометрического центра по одной оси для двумерной области части плоской фигуры из однородного диэлектрического материала, расположенной на поверхности измерительной области преобразователя. Для варианта электроемкостного преобразователя уровня с изоляцией электродов выходной сигнал пропорционален координате по одной оси геометрического центра части области соприкосновения, образованной, например, в результате деформации электропроводящего тела при его соприкосновении с измерительной поверхностью преобразователя. В этих случаях область соприкосновения является двумерной областью.The analysis showed that the output signal of the electrocapacitive level measurement transducer is proportional to the coordinate of the geometric center along one axis for the two-dimensional region of a part of a flat figure made of a homogeneous dielectric material located on the surface of the measuring region of the transducer. For a variant of an electrocapacitive level transducer with electrode insulation, the output signal is proportional to the coordinate along one axis of the geometric center of a part of the contact area formed, for example, as a result of deformation of the electrically conductive body when it comes into contact with the measuring surface of the transducer. In these cases, the area of contact is a two-dimensional area.

Развитие темы нашло отражение в разработке электроемкостных преобразователей для определения координат геометрического центра двумерной области. В 2019 году был получен патент РФ RU 2685559 С1 на электроемкостный преобразователь для определения координат геометрического центра двумерной области. В этом изобретении для размещения измерительных электродов (измерительных проводников) предусмотрено использование диэлектрической пластины, в связи с чем, отсутствует возможность определения координат геометрического центра двумерной области на криволинейной поверхности. Также, в изобретении не выявлено свойство системы электродов, которое позволяет определять геометрический центр двумерной области в отсутствии контакта тела с поверхностью измерительной области. Эти особенности существенно ограничивают область использования электроемкостного преобразователя.The development of the topic was reflected in the development of electrocapacitive transducers for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. In 2019, a patent of the Russian Federation RU 2685559 C1 was obtained for an electrocapacitive transducer for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. In this invention, for placement of measuring electrodes (measuring conductors), the use of a dielectric plate is provided, and therefore, it is not possible to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region on a curved surface. Also, the invention does not reveal the property of the system of electrodes, which allows to determine the geometric center of the two-dimensional area in the absence of contact of the body with the surface of the measuring area. These features significantly limit the scope of use of the electrocapacitive converter.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В состав изобретения входит группа изобретений. Группа изобретений выражена в виде вариантов системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области.The invention includes a group of inventions. The group of inventions is expressed in the form of variants of a system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region.

Система проводников содержит систему измерительных проводников. Система измерительных проводников реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области в области пересечения двумерной области и измерительной области в соответствующей измерительной области системе координат. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных частей измерительных проводников. В варианте изобретения, в котором используется множество измерительных областей, система проводников способна определить координаты геометрических центров нескольких двумерных областей. Дополнительно, в состав системы проводников может входить общий проводник и экранирующий проводник.The system of conductors contains a system of measuring conductors. The system of measuring conductors implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area in the corresponding measuring area in the coordinate system. The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring parts of the measuring conductors. In an embodiment of the invention that uses a plurality of measurement regions, the conductor system is able to determine the coordinates of the geometric centers of several two-dimensional regions. Additionally, the conductor system may include a common conductor and a shield conductor.

Отличие изобретения от наиболее близкого изобретения [патент РФ RU 2685559 С1] - возможность использования системы измерительных проводников с их расположением на криволинейной поверхности. Сущность заключается в том, что группы измерительных проводников и измерительные области групп представляют собой полосы с постоянной и относительной небольшой шириной, по отношению к их длине. Если эти полосы проходят по гладкой криволинейной поверхности по касательной к поверхности, полосы практически не изгибаются в направлении ширины. Поэтому полосы с высокой степенью точности можно считать плоскими в направлении ширины. В связи с чем, признаки изобретения, касающиеся конструкции групп измерительных проводников и измерительных областей групп, являются применимыми для криволинейной поверхности. В формуле изобретения поверхность измерительных проводников задана в виде признака «каждый измерительный проводник имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области». Этот признак допускает использование измерительной области с криволинейной поверхностью. Возможность определения координат геометрического центра на криволинейной поверхности позволяет использовать данное изобретение для конструирования сенсорной системы манипуляторов роботов.The difference between the invention and the closest invention [RF patent RU 2685559 C1] is the possibility of using a system of measuring conductors with their location on a curved surface. The essence lies in the fact that the groups of measuring conductors and the measuring areas of the groups are strips with a constant and relatively small width, in relation to their length. If these strips run along a smooth curved surface tangential to the surface, the strips hardly bend in the width direction. Therefore, the strips can be considered flat in the width direction with a high degree of accuracy. In this connection, the features of the invention regarding the design of groups of measuring conductors and measuring areas of the groups are applicable to a curved surface. In the claims, the surface of the measuring conductors is specified in the form of the feature "each measuring conductor has a surface that is part of a practically smooth surface defined in the boundary of the measuring region". This feature allows the use of a measuring area with a curved surface. The ability to determine the coordinates of the geometric center on a curved surface makes it possible to use this invention for designing a sensory system of robotic arms.

В изобретения раскрыто новое свойство системы проводников. Анализ конструкции системы проводников показал, что система измерительных проводников в общем случае реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области с учетом весов участков двумерной области. Учет весов участков двумерной области означает, что система измерительных проводников способна определить геометрический центр двумерной области, координаты которого учитывают рельеф тела, в случае если тело находится на некотором удалении от поверхности измерительной области системы проводников. Это свойство может найти применение в сенсорной технике, например, для реализации бесконтактного ввода координат и выбора объектов на экране смартфона. Использование множества измерительных областей позволяет определять детали рельефа поверхности тела, приближенного к поверхности общей измерительной области. Что полезно при конструировании сенсорной системы манипуляторов роботов.The invention discloses a new property of the conductor system. An analysis of the design of the system of conductors showed that the system of measuring conductors in the general case implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, taking into account the weights of the sections of the two-dimensional region. Taking into account the weights of the two-dimensional area sections means that the system of measuring conductors is able to determine the geometric center of the two-dimensional area, the coordinates of which take into account the body relief, if the body is located at some distance from the surface of the measuring area of the conductor system. This property can be used in touch technology, for example, to implement contactless input of coordinates and selection of objects on the smartphone screen. The use of a plurality of measurement areas allows to determine the details of the relief of the surface of the body, close to the surface of the common measurement area. Which is useful when designing the sensory system of robotic arms.

Совокупность описанных свойств системы проводников с учетом высокого быстродействия и точности в определении координат геометрического центра двумерной области позволяет получить синергетический эффект с улучшением общих характеристик устройств, в которых используется система проводников. При этом новые свойства расширяют область использования изобретения.The combination of the described properties of the conductor system, taking into account the high speed and accuracy in determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, makes it possible to obtain a synergistic effect with an improvement in the general characteristics of devices that use the conductor system. At the same time, new properties expand the scope of the invention.

Изобретение может найти применение в составе различных устройств, где есть необходимость в определении координат геометрического центра двумерной области, в различных областях техники. Например, в измерительной технике, в автоматике, в сенсорных устройствах и робототехнике.The invention can be used in various devices where there is a need to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, in various fields of technology. For example, in measuring technology, in automation, in sensor devices and robotics.

Технический результат заключается в обеспечении возможности расширения области применения системы проводников, а также в увеличении точности и быстродействия при определении координат геометрического центра двумерной области.The technical result consists in providing the possibility of expanding the scope of the conductor system, as well as in increasing the accuracy and speed in determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region.

Технический результат достигается в результате проявления новых свойств системы проводников, за счет обеспечения возможности использования системы проводников для определения геометрического центра двумерной области на криволинейной поверхности и обеспечения возможности определения геометрического центра двумерной области без прикосновения тела к поверхности измерительной области системы проводников.The technical result is achieved as a result of the manifestation of new properties of the conductor system, by providing the possibility of using the conductor system to determine the geometric center of the two-dimensional region on a curved surface and providing the possibility of determining the geometric center of the two-dimensional region without touching the body to the surface of the measuring region of the conductor system.

Технический результат позволяет расширить использование изобретения в таких областях техники, как автоматика, сенсорная техника и робототехника.The technical result makes it possible to expand the use of the invention in such fields of technology as automation, sensor technology and robotics.

Перспективной областью применения изобретения является робототехника. Система проводников, которая способна работать на криволинейной поверхности, может использоваться при конструировании сенсорной системы манипуляторов роботов, поверхность «пальцев» которых является криволинейной. При этом на основе изобретения кончики «пальцев» манипулятора робота могут быть оснащены новой сенсорной системой. Также полезна функция, которая позволит роботу на небольшом расстоянии с помощью сенсорной системы «пальцев» уточнить положение предмета, определить рельеф поверхности предмета и величину сближения с предметом, перед тем, как его захватить.A promising field of application of the invention is robotics. A wire system capable of operating on a curved surface can be used in the design of a sensory system for robotic arms with a curved “finger” surface. At the same time, based on the invention, the tips of the “fingers” of the robot manipulator can be equipped with a new sensor system. Also useful is a function that will allow the robot at a short distance with the help of the “fingers” sensory system to clarify the position of the object, determine the surface topography of the object and the amount of proximity to the object before capturing it.

Увеличение быстродействия связано с тем, что система проводников реализует функцию определения координат геометрического центра с выполнением основного объема вычислений самой системой проводников в аналоговом виде. Увеличение точности связано с тем, что при определении координат геометрического центра двумерной области используется множество точек на поверхности измерительной области, параметры электрического поля в которых учитываются системой измерительных проводников, при этом нет необходимости в отдельных измерениях с помощью множества точных датчиков и обработке результатов этих измерений. Точность измерения координат геометрического центра ограничивается только точностью изготовления системы проводников, которая с использованием современной технологии фотолитографического нанесения проводников может быть высокой.The increase in speed is due to the fact that the system of conductors implements the function of determining the coordinates of the geometric center with the implementation of the bulk of the calculations by the system of conductors in analog form. The increase in accuracy is due to the fact that when determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, a plurality of points on the surface of the measuring region are used, the parameters of the electric field in which are taken into account by the system of measuring conductors, while there is no need for separate measurements using a plurality of precise sensors and processing the results of these measurements. The accuracy of measuring the coordinates of the geometric center is limited only by the manufacturing accuracy of the conductor system, which can be high using modern technology of photolithographic deposition of conductors.

В примере с манипулятором робота, совокупность свойства системы проводников позволяет отслеживать движение манипулятора относительно предметов в режиме реального времени, с высокой скоростью. При этом во время движения точно определять профиль поверхности предмета без прикосновения. Что обеспечивает улучшение выполняемых роботом функций.In the example with the robot manipulator, the set of properties of the conductor system allows you to track the movement of the manipulator relative to objects in real time, at high speed. At the same time, during movement, accurately determine the profile of the surface of an object without touching it. This provides an improvement in the functions performed by the robot.

Термины и определенияTerms and Definitions

Термин «геометрический центр» двумерной области означает среднее арифметическое положений всех точек фигуры. Другое название - «барицентр». Для тел из однородного материала в условиях постоянной гравитации геометрический центр эквивалентен центру тяжести фигуры. Для однородных тел геометрический центр совпадает с центром масс и с центром инерции. Во многих областях техники гравитационное поле на поверхности Земли считается постоянным, материал, из которого изготавливают изделия - однородным, поэтому правомерна замена геометрического центра на центр тяжести, барицентр или центр инерции. На практике, из всех терминов наиболее часто используется «центр тяжести», т.к. он более старый. Этот термин нашел широкое распространение в строительстве и в машиностроении. В связи с этим в число аналогов изобретения, помимо устройств для определения геометрического центра, входят устройства для определения «центра тяжести», «центра масс», «центра инерции» и «барицентра».The term "geometric center" of a two-dimensional region means the arithmetic mean of the positions of all points of the figure. Another name is "barycenter". For bodies made of homogeneous material under conditions of constant gravitation, the geometric center is equivalent to the center of gravity of the figure. For homogeneous bodies, the geometric center coincides with the center of mass and with the center of inertia. In many areas of technology, the gravitational field on the Earth's surface is considered constant, the material from which products are made is homogeneous, therefore it is legitimate to replace the geometric center with the center of gravity, barycenter or center of inertia. In practice, of all the terms, "center of gravity" is most often used, since. he is older. This term is widely used in construction and engineering. In this regard, the number of analogues of the invention, in addition to devices for determining the geometric center, includes devices for determining the "center of gravity", "center of mass", "center of inertia" and "barycenter".

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области содержит измерительные проводники, причем каждый измерительный проводник имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области. Измерительные проводники измерительной области образуют систему измерительных проводников, которая непосредственно реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области. Дополнительно, в состав системы проводников может входить общий проводник и экранирующий проводник. Взамен термина «проводник» может использоваться термин «электрод», в зависимости от области применения изобретения.The system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region contains measuring conductors, and each measuring conductor has a surface that is part of a practically smooth surface specified in the boundary of the measuring region. Measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors, which directly implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area. Additionally, the conductor system may include a common conductor and a shield conductor. Instead of the term "conductor", the term "electrode" may be used, depending on the scope of the invention.

Общий проводник - проводник, который формирует заданную конфигурацию электрического поля, окружающего измерительные проводники, а также выполняет функцию выравнивания электрического поля и экранирования измерительных проводников. Общий проводник в конструкции системы проводников может отсутствовать. В вариантах системы проводников функции общего проводника могут выполнять конструктивные элементы устройства, в котором используется система проводников.Common conductor - a conductor that forms a given configuration of the electric field surrounding the measuring conductors, and also performs the function of equalizing the electric field and shielding the measuring conductors. A common conductor in the design of the conductor system may be absent. In variants of the system of conductors, the functions of a common conductor can be performed by the structural elements of the device in which the system of conductors is used.

Измерительные проводники - это проводники, которые непосредственно предназначены для реализации функции определения координат геометрического центра двумерной области. Измерительные проводники расположены в границах измерительной области и образуют систему измерительных проводников. Каждый измерительный проводник имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области. Для варианта с множеством измерительных областей практически гладкая поверхность задана в границе общей измерительной области.Measuring conductors are conductors that are directly designed to implement the function of determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. Measuring conductors are located within the boundaries of the measuring area and form a system of measuring conductors. Each measuring conductor has a surface, which is part of a practically smooth surface defined in the boundary of the measuring area. For the variant with multiple measurement areas, a practically smooth surface is specified in the boundary of the common measurement area.

В варианте изобретения измерительные проводники выполнены тонкими. Для размещения измерительных проводников предусмотрена диэлектрическая подложка, которая может быть выполнена в форме плоской или изогнутой пластины, а также в форме оболочки с криволинейной поверхностью. Допустимы другие конструкции измерительных проводников, которые не противоречат признакам изобретения.In an embodiment of the invention, the measuring leads are thin. To accommodate the measuring conductors, a dielectric substrate is provided, which can be made in the form of a flat or curved plate, as well as in the form of a shell with a curved surface. Other constructions of measuring conductors are acceptable, which do not contradict the features of the invention.

Измерительная часть - часть измерительных проводников, в которой измерительные проводники электрически соединены между собой и имеют соответствующий вывод.Measuring part - part of the measuring conductors, in which the measuring conductors are electrically connected to each other and have a corresponding terminal.

Группа измерительных проводников - группа, состоящая из проводников разных измерительных частей, реализующая функцию определения координат геометрического центра части двумерной области.Group of measuring conductors - a group consisting of conductors of different measuring parts, which implements the function of determining the coordinates of the geometric center of a part of a two-dimensional area.

Измерительная область - это область с измерительными проводниками. Определение координат геометрического центра реализуется системой измерительных проводников, которые расположены в границе измерительной области. В системе проводников с использованием множества измерительных областей в границах общей измерительной области расположено множество измерительных областей с заданными промежутками, на подобии элементов мозаики. Форма и размеры измерительных областей могут быть произвольными. Внешние границы множества измерительных областей образуют общую измерительную область.The measurement area is the area with the measurement leads. The determination of the coordinates of the geometric center is implemented by a system of measuring conductors, which are located in the boundary of the measuring area. In a system of conductors using a plurality of measurement areas, within the boundaries of a common measurement area, a plurality of measurement areas are located with predetermined intervals, similar to mosaic elements. The shape and size of the measuring areas can be arbitrary. The outer boundaries of the plurality of measurement areas form a common measurement area.

Поверхность измерительной области может быть плоской, изогнутой или криволинейной. В варианте, поверхность измерительной области совпадает с поверхностью, на которой расположены измерительные проводники. В другом варианте, в случае наличия с наружной стороны измерительных проводников изолирующего элемента с постоянной толщиной, например, изолирующего слоя диэлектрической подложки, наружная поверхность изолирующего элемента условно считается поверхностью измерительной области. В этом случае поверхность смещена на небольшое расстояние во всех точках поверхности перпендикулярно поверхности, на которой размещены измерительные проводники. Как показано в описании изобретения характеристики изолирующего элемента не влияют на реализацию основного назначения системы проводников, поэтому наружную поверхность изолирующего элемента можно принять в качестве поверхности измерительной области.The surface of the measurement area can be flat, curved or curved. In a variant, the surface of the measuring region coincides with the surface on which the measuring conductors are located. In another variant, if there is an insulating element with a constant thickness on the outer side of the measuring conductors, for example, an insulating layer of a dielectric substrate, the outer surface of the insulating element is conditionally considered to be the surface of the measuring area. In this case, the surface is displaced by a small distance at all points of the surface perpendicular to the surface on which the measuring conductors are placed. As shown in the description of the invention, the characteristics of the insulating element do not affect the implementation of the main purpose of the conductor system, so the outer surface of the insulating element can be taken as the surface of the measurement area.

Двумерная область - область, которая образована на двумерной поверхности измерительной области в результате локального изменения параметров электрического поля вблизи этой поверхности под воздействием материального тела. В системе проводников для определения координат геометрического центра двумерной области для тел из однородного диэлектрического материала, поверхность плоского тела прикасается к поверхности измерительной области и образует на поверхности измерительной области двумерную область. В системе проводников для определения координат геометрического центра двумерной области для электропроводящего тела, область прикосновения, образованная в результате деформации тела в месте соприкосновения с измерительной областью, также представляет собой двумерную область. В случае приближения электропроводящего тела к поверхности измерительной области, на ее поверхности формируется сгущение силовых линий электрического поля, которое образует двумерную область.A two-dimensional region is a region that is formed on the two-dimensional surface of the measuring region as a result of a local change in the parameters of the electric field near this surface under the influence of a material body. In a system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for bodies made of a homogeneous dielectric material, the surface of a flat body touches the surface of the measurement region and forms a two-dimensional region on the surface of the measurement region. In the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region for the electrically conductive body, the touch region formed as a result of the deformation of the body at the point of contact with the measurement region is also a two-dimensional region. In the case of an electrically conductive body approaching the surface of the measuring region, a thickening of the electric field lines of force is formed on its surface, which forms a two-dimensional region.

Система проводников в описании изобретения рассматривается совместно с диэлектрической подложкой. Диэлектрическая подложка выполняет функцию крепления измерительных проводников и их изоляции. Для изоляции измерительных проводников используют изолирующий слой подложки. Диэлектрическая подложка может иметь произвольную форму. Для крепления и изоляции измерительных проводников может использоваться другой конструктивный диэлектрический элемент, имеющий практически гладкую поверхность в границе измерительной области, который, в зависимости от области использования системы проводников, может иметь другое название. Поэтому в независимых пунктах формулы изобретения характеристики расположения и конструкция системы проводников описаны без использования диэлектрической подложки или другого конструкционного элемента. Конкретные особенности конструкции системы проводников с применением диэлектрической подложки приведены в вариантах изобретения в зависимых пунктах формулы, а также в описании сущности вариантов системы проводников.The system of conductors in the description of the invention is considered together with the dielectric substrate. The dielectric substrate performs the function of fastening the measuring conductors and their insulation. An insulating substrate layer is used to insulate the measuring conductors. The dielectric substrate may have an arbitrary shape. To fix and insulate the measuring conductors, another constructive dielectric element can be used, which has an almost smooth surface in the boundary of the measuring area, which, depending on the area of use of the conductor system, may have a different name. Therefore, in the independent claims, the characteristics of the arrangement and the design of the conductor system are described without the use of a dielectric substrate or other structural element. Specific design features of the conductor system using a dielectric substrate are given in the variants of the invention in the dependent claims, as well as in the description of the essence of the variants of the conductor system.

Для упрощения изложения сущности изобретения в большинстве вариантов системы проводников использована диэлектрическая подложка с плоской поверхностью, которая выполнена в форме плоской пластины. Особенности принципа действия системы проводников с изогнутой и криволинейной поверхностью описаны в дополнительных вариантах системы проводников.To simplify the presentation of the essence of the invention, in most variants of the conductor system, a dielectric substrate with a flat surface is used, which is made in the form of a flat plate. Features of the principle of operation of the system of conductors with a curved and curved surface are described in additional variants of the system of conductors.

Термин «гладкая поверхность» используется в математическом смысле - поверхность, которая образованна непрерывно дифференцируемой функцией в границах области. Применительно к практике - гладкая поверхность это двумерная поверхность без резких изгибов, выступов и углублений.The term "smooth surface" is used in a mathematical sense - a surface that is formed by a continuously differentiable function within the boundaries of a domain. With regard to practice, a smooth surface is a two-dimensional surface without sharp bends, protrusions and recesses.

В изобретении для измерительной области используется система координат, связанная с множеством измерительных проводников. Ось абсцисс системы координат обозначена символом X, а ось ординат - символом Y. Ось Y расположена ортогонально оси X. Оси X и Y системы координат и координатная сетка расположены на практически гладкой поверхности, которая задана в границе измерительной области. Для измерительной области, поверхность которой является вогнутой или выпуклой, используется координатная сетка, которая получена путем деформации координатной сетки плоской поверхности.The invention uses a coordinate system for the measurement area associated with a plurality of measurement leads. The abscissa axis of the coordinate system is indicated by the symbol X, and the ordinate axis by the symbol Y. The Y axis is located orthogonally to the X axis. The X and Y axes of the coordinate system and the coordinate grid are located on an almost smooth surface, which is set in the boundary of the measurement area. For a measurement area whose surface is concave or convex, a coordinate grid is used, which is obtained by deforming the coordinate grid of a flat surface.

В измерительной области для каждого из множеств измерительных проводников определена выделенная система координат. В этой системе координат в сечении измерительных проводников множества осью абсцисс суммарная ширина измерительных проводников первой измерительной части равна суммарной ширине проводников второй измерительной части. Условие равенства суммарной ширины первой и суммарной ширины второй измерительных частей в сечении осью абсцисс должно соблюдаться также для каждой из групп множества измерительных проводников. Эта система координат обозначена как «локальная система координат множества измерительных проводников».In the measuring area, for each of the sets of measuring conductors, a dedicated coordinate system is defined. In this coordinate system, in the section of the measuring conductors of the set with the abscissa axis, the total width of the measuring conductors of the first measuring part is equal to the total width of the conductors of the second measuring part. The condition of equality of the total width of the first and total width of the second measuring parts in the cross section with the abscissa axis must also be observed for each of the groups of the plurality of measuring conductors. This coordinate system is referred to as the "local coordinate system of the plurality of test leads".

Системы координат множеств измерительных проводников измерительной области являются зависимыми и могут быть заменены одной системой координат. Эта система координат имеет название «система координат измерительной области». Начало этой системы координат может быть совмещено с точкой пересечения осей абсцисс локальных систем координат двух множеств измерительных проводников и с геометрическим центром измерительной области. Такая система координат в рамках изобретения обозначена как локальная система координат измерительной области.The coordinate systems of the sets of measuring conductors of the measuring area are dependent and can be replaced by one coordinate system. This coordinate system is called "measurement area coordinate system". The origin of this coordinate system can be aligned with the intersection point of the abscissa axes of the local coordinate systems of two sets of measuring conductors and with the geometric center of the measuring area. Such a coordinate system is referred to within the scope of the invention as the local coordinate system of the measurement area.

1. Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области.1. A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region.

Назначение системы проводников заключается в определении координат геометрического центра двумерной области. Система проводников соответствует п. 1 формулы изобретения.The purpose of the conductor system is to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. The conductor system corresponds to claim 1 of the claims.

Система проводников имеет следующие признаки формулы изобретения.The conductor system has the following features of the claims.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, содержащая измерительные проводники. Причем измерительные проводники расположены в границе измерительной области, каждый измерительный проводник имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности, заданной в границе измерительной области. Форма, размеры и расположение измерительной области заданы. Измерительные проводники измерительной области образуют систему измерительных проводников измерительной области содержащую, по меньшей мере, три измерительные части, измерительные проводники в каждой из измерительных частей электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом система измерительных проводников реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области в области пересечения двумерной области и измерительной области в соответствующей измерительной области системе координат измерительной области. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей на выводах измерительных частей системы проводников.A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, containing measuring conductors. Moreover, the measuring conductors are located in the boundary of the measuring area, each measuring conductor has a surface, which is part of a practically smooth surface specified in the boundary of the measuring area. The shape, dimensions and location of the measuring area are specified. Measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors of the measuring area containing at least three measuring parts, the measuring conductors in each of the measuring parts are electrically connected to each other and connected to the corresponding output. In this case, the system of measuring conductors implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area in the corresponding measuring area to the coordinate system of the measuring area. The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts at the leads of the measuring parts of the conductor system.

Признаки изобретения в независимом пункте формулы изобретения приведены в обобщенном виде.The features of the invention in the independent claim are summarized.

Признаки изобретения «причем измерительные проводники расположены в границе измерительной области, каждый измерительный проводник имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области» приведены в виде вариантов конкретных конструкций в пп. 12-15 формулы изобретения. Описание системы проводников по пп. 12-15 приведено в вариантах 1.11-1.14 системы проводников.Features of the invention "moreover, the measuring conductors are located in the boundary of the measuring area, each measuring conductor has a surface that is part of a practically smooth surface specified in the boundary of the measuring area" are given in the form of options for specific designs in paragraphs. 12-15 of the claims. Description of the conductor system according to paragraphs. 12-15 are shown in options 1.11-1.14 of the conductor system.

Признак формулы изобретения «измерительные проводники измерительной области образуют систему измерительных проводников измерительной области содержащую, по меньшей мере, три измерительные части, измерительные проводники в каждой из измерительных частей электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу» объединяет признаки системы проводников, которые приведены в пп. 6-8 и п. 21 формулы изобретения. Описание системы проводников по пп. 6-8 и п. 21 приведено в вариантах системы проводников 1.4, 1.5, 1.6 и 2.3, в которых имеются три измерительные части, и в вариантах 1.3, 2.2 где используются четыре измерительные части. Измерительные части характеризуются тем, что измерительные проводники каждой из измерительных частей соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом нет принципиальных ограничений в увеличении количества измерительных частей свыше четырех, в одной измерительной области. Следует отметить, что увеличение количества измерительных частей свыше восьми нерационально, т.к. увеличивается количество выводов.The attribute of the invention formula "measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors of the measuring area containing at least three measuring parts, the measuring conductors in each of the measuring parts are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal" combines the features of the system of conductors, which are given in paragraphs . 6-8 and p. 21 of the claims. Description of the conductor system according to paragraphs. 6-8 and p. 21 are shown in conductor system options 1.4, 1.5, 1.6 and 2.3, in which there are three measuring parts, and in options 1.3, 2.2, where four measuring parts are used. The measuring parts are characterized by the fact that the measuring conductors of each of the measuring parts are connected to each other and connected to the corresponding terminal. At the same time, there are no fundamental restrictions in increasing the number of measuring parts over four, in one measuring area. It should be noted that increasing the number of measuring parts over eight is not rational, because the number of withdrawals increases.

Функциональный признак «система измерительных проводников реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области в области пересечения двумерной области и измерительной области в соответствующей измерительной области системе координат» заменяет конструктивные признаки системы измерительных проводников, приведенные в п. 2 формулы изобретения системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области. Такая замена допустима в связи с тем, что реализация функции, приведенной в признаке формулы изобретения, доказана. Доказательство приведено в описании варианта системы проводников под номером 1.1.The functional feature "a system of measuring conductors implements the function of determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area in the corresponding measuring area of the coordinate system" replaces the design features of the system of measuring conductors given in clause 2 of the claims of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center two-dimensional area. Such a replacement is permissible due to the fact that the implementation of the function given in the feature of the claims has been proven. The proof is given in the description of the variant of the system of conductors under the number 1.1.

1.1 Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области для тел из электропроводящего материала1.1 A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for bodies made of electrically conductive material

Приведенная в формуле изобретения по п. 2 система проводников позволяет использовать множество вариантов конструкции измерительных проводников. Общим для всех вариантов является то, что проводники измерительных частей выполнены в соответствии с существенными признаками изобретения, в виде условий. Эти условия могут быть записаны в виде математических зависимостей для формы, размеров и взаимного расположения геометрических фигур измерительных проводников. Поэтому, для доказательства реализации основного назначения для всех вариантов системы проводников достаточно рассмотреть математические зависимости, основанные на приведенных в формуле изобретения условиях для одного варианта с конкретной конструкцией проводников. Для доказательства реализации назначения выбран вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области для электропроводящих тел.The system of conductors given in the claims according to claim 2 allows the use of many design options for measuring conductors. Common to all variants is that the conductors of the measuring parts are made in accordance with the essential features of the invention, in the form of conditions. These conditions can be written in the form of mathematical dependencies for the shape, size and relative position of the geometric shapes of the measuring conductors. Therefore, to prove the implementation of the main purpose for all variants of the conductor system, it is sufficient to consider mathematical dependencies based on the conditions given in the claims for one variant with a specific conductor design. To prove the implementation of the assignment, a variant of the system of conductors was chosen to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for electrically conductive bodies.

Этот вариант включает в себя признаки, приведенные в пунктах п. 1, п. 2, п. 4, п. 5, п. 9 и п. 13 формулы изобретения. Пункт п. 4 характеризует конструкцию измерительных проводников в виде трапеций, пункт п. 5 - схему соединения проводников и подключения выводов, пункт п. 9 - конструкцию и расположение общего проводника, пункт п. 13 задает конструкцию диэлектрической подложки в форме плоской диэлектрической пластины.This option includes the features given in paragraphs of paragraph 1, paragraph 2, paragraph 4, paragraph 5, paragraph 9 and paragraph 13 of the claims. Clause 4 characterizes the design of measuring conductors in the form of trapezoids, clause 5 - the connection diagram of conductors and connection of leads, clause 9 - the design and location of the common conductor, clause 13 specifies the design of the dielectric substrate in the form of a flat dielectric plate.

Система проводников показана на фиг. 1 и фиг. 2. Фигуры фиг. 3 и фиг. 4 предназначены для пояснения принципа действия. Для графической иллюстрации варианта системы проводников использованы измерительные проводники в форме трапеций, в соответствии с п. 4 формулы изобретения. Особенности варианта системы проводников по п. 4 формулы изобретения рассмотрены дополнительно, в варианте под номером 1.2.The wiring system is shown in Fig. 1 and FIG. 2. The figures of FIG. 3 and FIG. 4 are intended to explain the principle of operation. For a graphical illustration of a variant of the conductor system, measuring conductors in the form of trapezoids were used, in accordance with paragraph 4 of the claims. Features of the variant of the conductor system according to claim 4 of the claims are considered additionally, in the variant numbered 1.2.

Назначение варианта системы проводников заключается в определении координат геометрического центра двумерной области для тел из электропроводящего материала.The purpose of the conductor system variant is to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for bodies made of electrically conductive material.

Система проводников характеризуется следующими признаками изобретения.The conductor system is characterized by the following features of the invention.

Система проводников отличающаяся тем, что функция определения координат геометрического центра двумерной области в области пересечения двумерной области и измерительной области, в соответствующей для измерительной области системе координат реализуется за счет следующего. Измерительные проводники измерительной области образуют систему измерительных проводников, которая содержит два множества измерительных проводников, измерительные проводники каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Форма, размеры и расположение измерительных проводников каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам системах координат, причем координатная сетка каждой системы координат расположена на практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области, ось ординат системы координат измерительных проводников первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат измерительных проводников второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные проводники разделены на однообразные группы измерительных проводников, при этом группы измерительных проводников расположены в измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс. Каждая из групп содержит часть соответствующих множеству измерительных проводников первой и второй измерительных частей. В каждой из групп множества измерительные проводники первой измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, суммарная ширина которых вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат изменяется линейно, измерительные проводники второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных проводников первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат. Измерительные проводники групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных проводников первой измерительной части и суммарной ширины измерительных проводников второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных проводников первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных проводников в сечении. Измерительные проводники измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений проводников и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей измерительной области.A system of conductors characterized in that the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region in the area of intersection of the two-dimensional region and the measuring region, in the coordinate system corresponding to the measuring region, is implemented due to the following. Measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors, which contains two sets of measuring conductors, measuring conductors of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. The shape, dimensions and location of the measuring conductors of each of the sets are defined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the coordinate grid of each coordinate system is located on an almost smooth surface specified in the boundary of the measuring area, the y-axis of the coordinate system of the measuring conductors of the first set is located at a given non-zero angle to the y-axis of the coordinate system of the measuring conductors of the second set. For any given first or second plurality, the test leads are divided into uniform test lead groups, with the test lead groups located in the measurement area at regular intervals along the abscissa. Each of the groups contains a part of the first and second measuring parts corresponding to the plurality of measuring conductors. In each of the groups of the set, the measuring conductors of the first measuring part are made in the form of geometric shapes, the total width of which along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the ordinate axis changes linearly, the measuring conductors of the second measuring part are made in the form of geometric figures that complement the geometric shapes of the measuring conductors of the first measuring part until the formation of a constant total width along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the y-axis. The measuring conductors of the groups are made and arranged in such a way that in any section of the measuring conductors of the groups parallel to the abscissa axis, the difference between the total width of the measuring conductors of the first measuring part and the total width of the measuring conductors of the second measuring part, calculated within the framework of one complete group and one section, is a constant value in this section for other complete groups, in any section of the measuring conductors of groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within the framework of one complete group and one section, the total width of the measuring conductors of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other complete groups, and complete groups have a total the composition of the measuring conductors in the cross section. The measuring conductors of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the wiring and terminal connection diagram. The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts of the measuring region.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны основные элементы конструкции варианта системы проводников 101 для определения координат геометрического центра двумерной области для электропроводящего тела. Измерительные проводники расположены на диэлектрической подложке 102, которая выполнена в виде пластины с плоской поверхностью. Общий проводник 106 расположен на стороне диэлектрической подложки 102, которая противоположна стороне с измерительными проводниками. Измерительные проводники 103 расположены на диэлектрической подложке в границе измерительной области 110, форма, размеры и расположение которой заданы и образуют систему измерительных проводников измерительной области. Для изоляции измерительных проводников предусмотрен изолирующий слой 111, расположенный поверх измерительных проводников 103. Система измерительных проводников измерительной области содержит два множества измерительных проводников. Измерительные проводники каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. На фиг. 2 измерительные проводники первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 112, второй измерительной части первого множества цифрой 113, первой измерительной части второго множества цифрой 114, второй измерительной части второго множества цифрой 115. Форма, размеры и расположение измерительных проводников каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам, системах координат. На фиг. 2 первому множеству соответствует система координат 116, второму множеству - 117. Причем ось ординат системы координат 116 измерительных проводников первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат 117 системы координат измерительных проводников второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные проводники разделены на однообразные группы измерительных проводников. Одна из групп измерительных проводников первого множества обозначена цифрой 118. Группы измерительных проводников в границе измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс, в границах соответствующих измерительных областей групп 125 и 126 измерительных проводников.In FIG. 1 and FIG. 2 shows the main structural elements of an embodiment of a conductor system 101 for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for an electrically conductive body. The measuring conductors are located on a dielectric substrate 102, which is made in the form of a plate with a flat surface. The common conductor 106 is located on the side of the dielectric substrate 102 which is opposite to the side with the sense conductors. Measuring conductors 103 are located on a dielectric substrate in the boundary of the measuring area 110, the shape, dimensions and location of which are specified and form a system of measuring conductors of the measuring area. To isolate the sense leads, an insulating layer 111 is provided over the sense leads 103. The sense lead system of the measurement area comprises two sets of sense leads. Measuring conductors of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. In FIG. 2, the measuring conductors of the first measuring part of the first set are indicated by the number 112, the second measuring part of the first set by the number 113, the first measuring part of the second set by the number 114, the second measuring part of the second set by the number 115. The shape, dimensions and location of the measuring conductors of each of the sets are determined in separate, corresponding to sets, coordinate systems. In FIG. 2, the first set corresponds to the coordinate system 116, the second set - 117. Moreover, the ordinate axis of the coordinate system 116 of the measuring conductors of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the ordinate axis 117 of the coordinate system of the measuring conductors of the second set. For any given first or second plurality, the test leads are divided into uniform groups of test leads. One of the groups of measuring conductors of the first set is indicated by the number 118. Groups of measuring conductors in the border of the measuring area with uniform intervals along the abscissa axis, within the boundaries of the respective measuring areas of the groups 125 and 126 of the measuring conductors.

На фиг. 3 и фиг. 4 показана часть 121 системы измерительных проводников, для пояснения принципа действия в которой выделены две группы измерительных проводников 118 и 119, входящих в первое множество. Для удобства пояснения, группы измерительных проводников расположены в границах измерительной области 120, которая повернута таким образом, что ось ординат системы координат 116 расположена вертикально. Эта область не совпадает с измерительной областью 110, показанной на фиг. 2. При этом измерительные проводники 112 и 113 вписаны в границу измерительной области 120. На фиг. 3 показано тело 122 из электропроводящего материала, которое имеет плоскую поверхность соприкосновения с поверхностью измерительной области 120. Тело имеет емкостную связь С1 с общим проводником 106. На фиг. 4 на поверхности измерительной области 120 показана двумерная область 123 соприкосновения, которая образована поверхностью соприкосновения тела. Цифрой 124 обозначена граница двумерной области соприкосновения 123. Измерительные проводники групп 118 и 119 расположены в границах соответствующих измерительных областей 137 и 138 групп измерительных проводников. Группы измерительных проводников состоят из измерительных проводников 112 и 113, входящих в первую и вторую измерительные части первого множества, соответственно. Размеры измерительных проводников, измерительных областей групп и электропроводящего тела показаны без соблюдения масштаба по ширине. Система измерительных проводников 121 реализует функцию определения геометрического центра двумерной области по одной оси.In FIG. 3 and FIG. 4 shows part 121 of the test lead system, in order to explain the principle of operation, two groups of test leads 118 and 119 included in the first set are distinguished. For ease of explanation, groups of measuring conductors are located within the boundaries of the measuring area 120, which is rotated so that the y-axis of the coordinate system 116 is vertical. This area does not coincide with the measurement area 110 shown in FIG. 2. In this case, the measuring conductors 112 and 113 are inscribed in the boundary of the measuring region 120. In FIG. 3 shows a body 122 of electrically conductive material that has a flat contact surface with the surface of the measurement region 120. The body is capacitively coupled C1 to common conductor 106. FIG. 4, the surface of the measurement area 120 shows a two-dimensional contact area 123, which is formed by the body contact surface. Numeral 124 denotes the boundary of the two-dimensional area of contact 123. Measuring conductors groups 118 and 119 are located within the boundaries of the respective measuring areas 137 and 138 groups of measuring conductors. The test lead groups are composed of test leads 112 and 113 included in the first and second test portions of the first set, respectively. The dimensions of the measuring conductors, the measuring areas of the groups and the electrically conductive body are not shown to scale in terms of width. The system of measuring conductors 121 implements the function of determining the geometric center of the two-dimensional region along one axis.

Из состава системы измерительных проводников сначала рассмотрим отдельно взятую группу измерительных проводников, которая обозначена на фиг. 4 номером 118. Отдельно взятая группа измерительных проводников реализует функцию определения координаты геометрического центра части двумерной области по одной оси.From the composition of the system of measuring conductors, we first consider a single group of measuring conductors, which is indicated in Fig. 4 number 118. A single group of measuring conductors implements the function of determining the coordinates of the geometric center of a part of a two-dimensional region along one axis.

В каждой из групп измерительных проводников множества, измерительные проводники первой измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, суммарная ширина которых вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат изменяется линейно. Измерительные проводники второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных проводников первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат.In each of the groups of measuring conductors of the set, the measuring conductors of the first measuring part are made in the form of geometric figures, the total width of which along the direction of the abscissa axis as a function of distance along the direction of the ordinate axis varies linearly. Measuring conductors of the second measuring part are made in the form of geometric shapes that complement the geometric shapes of the measuring conductors of the first measuring part until a constant total width is formed along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the ordinate axis.

Для определения координат геометрического центра двумерной области на поверхность измерительной области части 121 диэлектрической подложки помещают тело 122, которое на поверхности измерительной области 120 образует двумерную область 123 соприкосновения с поверхностью измерительной области 120 и пересекает измерительную область 137 группы измерительных проводников 118. Двумерная область 123 приведена без соблюдения пропорций в относительных размерах.To determine the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, a body 122 is placed on the surface of the measurement region of the dielectric substrate part 121, which forms a two-dimensional region 123 of contact with the surface of the measurement region 120 on the surface of the measurement region 120 and intersects the measurement region 137 of the group of measuring conductors 118. The two-dimensional region 123 is shown without maintaining proportions in relative sizes.

В двумерной области соприкосновения между электропроводящей поверхностью тела и проводниками измерительных частей, входящих в группу измерительных проводников, образуются конденсаторы. При этом электрическая емкость измерительных проводников 112 первой измерительной части может быть рассчитана как сумма двух составляющих. Первая составляющая образована емкостью конденсатора, обкладками которого являются измерительные проводники 112 первой измерительной части и поверхность общего проводника 106. Эта составляющая является «пассивной» составляющей электрической емкости измерительных проводников. Емкость соответствует электрической емкости измерительных проводников первой измерительной части в отсутствии тела. Емкость второй составляющей образована конденсатором, одной из обкладок которого является проводящая двумерная поверхность соприкосновения электропроводящего тела, образующая двумерную область соприкосновения, вторая обкладка образована проводниками первой измерительной части. Эта составляющая емкости обозначена как «избыточная емкость».In the two-dimensional area of contact between the electrically conductive surface of the body and the conductors of the measuring parts included in the group of measuring conductors, capacitors are formed. In this case, the electric capacitance of the measuring conductors 112 of the first measuring part can be calculated as the sum of two components. The first component is formed by the capacitance of the capacitor, the plates of which are the measuring conductors 112 of the first measuring part and the surface of the common conductor 106. This component is the "passive" component of the electric capacitance of the measuring conductors. The capacitance corresponds to the electrical capacitance of the measuring conductors of the first measuring part in the absence of a body. The capacitance of the second component is formed by a capacitor, one of the plates of which is a conductive two-dimensional contact surface of the electrically conductive body, forming a two-dimensional contact area, the second plate is formed by the conductors of the first measuring part. This capacitance component is referred to as "excess capacitance".

Полная емкость измерительных проводников первой измерительной части равнаThe total capacitance of the measuring conductors of the first measuring part is equal to

Где:Where:

С₁ - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников первой измерительной части;C ₁ - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first measuring part;

С₀₁ - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников первой измерительной части в отсутствии тела;C ₀₁ - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first measuring part in the absence of a body;

S₁ - площадь измерительных проводников первой измерительной части в области пересечения двумерной области соприкосновения с измерительной областью группы измерительных проводников;S ₁ - the area of the measuring conductors of the first measuring part in the area of intersection of the two-dimensional area of contact with the measuring area of the group of measuring conductors;

К₁ - коэффициент пропорциональности между площадью и избыточной электрической емкостью измерительных проводников.K ₁ - coefficient of proportionality between the area and the excess electrical capacitance of the measuring conductors.

Для варианта системы проводников для определения координаты геометрического центра двумерной области с изолирующим проводники слоем диэлектрической подложки коэффициент K₁ равенFor a variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with a layer of a dielectric substrate insulating the conductors, the coefficient K ₁ is equal to

Где:Where:

ε₀ - диэлектрическая постоянная;ε ₀ - dielectric constant;

d₁ - толщина изолирующего измерительные проводники диэлектрического слоя в области соприкосновения;d ₁ - the thickness of the insulating measuring conductors of the dielectric layer in the area of contact;

ε₁ - относительная диэлектрическая проницаемость материала изолирующего измерительные проводники слоя.ε ₁ - relative permittivity of the material insulating the measuring conductors of the layer.

Аналогичную зависимость можно записать для емкости измерительных проводников 113 второй измерительной частиA similar dependence can be written for the capacitance of the measuring conductors 113 of the second measuring part

Где:Where:

С₂ - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников второй измерительной части;C ₂ - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the second measuring part;

С₀₂ - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников второй измерительной части в отсутствии тела.C ₀₂ - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the second measuring part in the absence of a body.

S₂ - площадь измерительных проводников второй измерительной части в области пересечения двумерной области тела с измерительной областью.S ₂ - the area of the measuring conductors of the second measuring part in the area of intersection of the two-dimensional area of the body with the measuring area.

Суммарная величина площади измерительных проводников первой измерительной части, ограниченная сверху и снизу двумя параллельными направлению оси абсцисс X отрезками линий 128 и 129, равнаThe total value of the area of the measuring conductors of the first measuring part, limited from above and below by two line segments 128 and 129 parallel to the direction of the abscissa axis X, is equal to

Где:Where:

- площадь ограниченной области измерительных проводников первой измерительной части;

- the area of the limited area of the measuring conductors of the first measuring part;

- длина трапеций измерительных проводников;

- length of trapezoid measuring conductors;

- суммарная ширина больших оснований трапеций измерительных проводников первой измерительной части;

- the total width of the large bases of the trapezoids of the measuring conductors of the first measuring part;

- суммарная ширина малых оснований трапеций измерительных проводников первой измерительной части;

- the total width of the small bases of the trapezoids of the measuring conductors of the first measuring part;

Δу=y₂-y₁.Δy \u003d y ₂ -y ₁ .

Координата y определена как координата центра ограниченной области по оси Y, относительно начала системы координат по оси Y. Начало системы координат 127 совпадает с положением нижних оснований трапеций измерительных проводников по оси Y, как показано на фиг. 4The y-coordinate is defined as the y-axis coordinate of the center of the bounded area, relative to the origin of the y-axis coordinate system. four

Величина площади измерительных проводников второй измерительной части, ограниченная сверху и снизу теми же отрезками линий, равнаThe value of the area of the measuring conductors of the second measuring part, limited from above and below by the same line segments, is equal to

Где:Where:

- площадь ограниченной области измерительных проводников второй измерительной части;

- the area of the limited area of the measuring conductors of the second measuring part;

- суммарная ширина больших оснований трапеций измерительных проводников второй измерительной части;

- the total width of the large bases of the trapezoids of the measuring conductors of the second measuring part;

- суммарная ширина малых оснований трапеций измерительных проводников второй измерительной части.

- the total width of the small bases of the trapezoids of the measuring conductors of the second measuring part.

На основе условия формулы изобретения, согласно которому измерительные проводники первой и второй измерительных частей дополняют друг друга до образования постоянной ширины, можно записать равенствоBased on the condition of the claims, according to which the measuring conductors of the first and second measuring parts complement each other until a constant width is formed, the equality can be written

Анализ выражений (4) и (6) с учетом (7) показывает, что координата центра ограниченной области по оси 7 может быть выражена через ограниченные площади измерительных проводников первой и второй измерительных частейAnalysis of expressions (4) and (6) taking into account (7) shows that the coordinate of the center of the limited area along the axis 7 can be expressed through the limited areas of the measuring conductors of the first and second measuring parts

В связи с тем, что суммарная фигура, составленная из ограниченных площадей измерительных проводников первой и второй измерительных частей, имеет постоянную ширину вдоль оси Х в функции расстояния вдоль оси Y и ограничена сверху и снизу по оси Y параллельными оси X отрезками линий 128 и 129, центр этой фигуры по оси Y совпадает с геометрическим центром ограниченной области.Due to the fact that the total figure, composed of the limited areas of the measuring conductors of the first and second measuring parts, has a constant width along the X axis as a function of the distance along the Y axis and is limited from above and below along the Y axis by line segments 128 and 129 parallel to the X axis, the center of this figure along the Y axis coincides with the geometric center of the bounded area.

Следовательно, для геометрического центра ограниченной области можно записать выражениеTherefore, for the geometric center of a limited area, we can write the expression

Где:Where:

Отрезки линий 128 и 129 являются отрезками кусочно-постоянной аппроксимации верхнего и нижнего участков границы 124 двумерной области 123 соприкосновения.The line segments 128 and 129 are segments of a piecewise constant approximation of the upper and lower portions of the border 124 of the two-dimensional area 123 of contact.

Анализ показывает, что такая аппроксимация, вследствие неточного совпадения с верхним и нижним участками границы двумерной области соприкосновения, является источником погрешности в определении координаты геометрического центра. Погрешность аппроксимации зависит от суммарной ширины системы измерительных проводников группы и стремится к нулю в случае относительного уменьшения ширины по отношению к высоте измерительных проводников. При этом верхний и нижний участки границы двумерного тела приближаются к отрезкам кусочно-постоянной аппроксимации. В связи с чем, для системы измерительных проводников с относительно небольшой суммарной шириной, погрешностью аппроксимации можно пренебречь и записать следующие равенстваThe analysis shows that such an approximation, due to inaccurate coincidence with the upper and lower sections of the boundary of the two-dimensional contact area, is a source of error in determining the coordinates of the geometric center. The approximation error depends on the total width of the system of measuring conductors of the group and tends to zero in the case of a relative decrease in the width with respect to the height of the measuring conductors. In this case, the upper and lower sections of the boundary of the two-dimensional body approach the segments of the piecewise-constant approximation. In this connection, for a system of measuring conductors with a relatively small total width, the approximation error can be neglected and the following equalities can be written

С учетом выражений (1), (3) и (12) площади измерительных проводников можно выразить в видеTaking into account expressions (1), (3) and (12), the areas of the measuring conductors can be expressed as

Подставляя

и

в выражение (9) получаем формулу для вычисления координаты геометрического центра по одной оси двумерной области в области пересечения измерительной области и двумерной области соприкосновения телаSubstituting

and

in expression (9) we obtain a formula for calculating the coordinates of the geometric center along one axis of the two-dimensional region in the area of intersection of the measuring region and the two-dimensional area of contact of the body

Где:Where:

G_Y - величина координаты геометрического центра двумерной области тела по оси ординат в области пересечения двумерной области с измерительной областью;G _Y - the value of the coordinate of the geometric center of the two-dimensional area of the body along the ordinate axis in the area of intersection of the two-dimensional area with the measurement area;

а ₁ - коэффициент, определяющий чувствительность системы проводников по оси ординат, зависящий от конструкции измерительных проводников; a ₁ is the coefficient that determines the sensitivity of the system of conductors along the ordinate axis, depending on the design of the measuring conductors;

а ₂ - коэффициент, определяющий расположение начала системы координат по оси ординат относительно измерительных проводников. and ₂ is the coefficient that determines the location of the origin of the coordinate system along the ordinate axis relative to the measuring conductors.

Для варианта системы проводников, в котором суммарные площади измерительных проводников первой и второй измерительных частей равны между собой, коэффициенты имеют следующие значенияFor a variant of the system of conductors, in which the total areas of the measuring conductors of the first and second measuring parts are equal to each other, the coefficients have the following values

В случае равенства площадей измерительных проводников первой и второй измерительных частей разность электрических емкостей C₀₂-С₀₁ равна нулю. Поэтому выражение (15) можно записать в видеIf the areas of the measuring conductors of the first and second measuring parts are equal, the difference in the electrical capacitances C ₀₂ -C ₀₁ is equal to zero. Therefore, expression (15) can be written as

илиor

Коэффициент а ₂, определяющий начало координаты геометрического центра относительно измерительных проводников по оси ординат Y, в выражениях (4) и (6) задан относительно расположения оси абсцисс X системы координат 127 множества измерительных проводников, проходящей через линию нижних оснований трапеций (см. фиг. 4). Выражения, аналогичные (4) и (6), могут быть записаны с началом системы координат по оси Y относительно верхних оснований трапеций или с заданным смещением от оснований трапеций. Такая запись не меняет вид формулы (15). Поэтому формула (15) отражает общий случай, когда выбрана система координат с произвольно заданным значением коэффициента a ₂.The coefficient a ₂ , which determines the origin of the coordinates of the geometric center relative to the measuring conductors along the ordinate axis Y, in expressions (4) and (6) is given relative to the location of the abscissa axis X of the coordinate system 127 of the plurality of measuring conductors passing through the line of the lower bases of the trapezoids (see Fig. four). Expressions similar to (4) and (6) can be written with the origin of the coordinate system along the Y axis relative to the upper bases of the trapezoids or with a given offset from the bases of the trapezoids. Such a notation does not change the form of formula (15). Therefore, formula (15) reflects the general case when a coordinate system with an arbitrarily given value of the coefficient a ₂ is chosen.

На практике удобно принять коэффициент а ₂ равным нулю. В этом случае ось абсцисс X проходит через сечение измерительных проводников, в котором суммарная ширина измерительных проводников первой измерительной части равна суммарной ширине измерительных проводников второй измерительной части. Эта система координат обозначена как «локальная система координат» множества измерительных проводников. Локальная система координат на фиг. 4 обозначена номером 116.In practice, it is convenient to take the coefficient a ₂ equal to zero. In this case, the abscissa axis X passes through the section of the measuring conductors, in which the total width of the measuring conductors of the first measuring part is equal to the total width of the measuring conductors of the second measuring part. This coordinate system is referred to as the "local coordinate system" of the plurality of test leads. The local coordinate system in Fig. 4 is numbered 116.

Таким образом, реализация группой измерительных проводников функции определения координаты геометрического центра части двумерной области по одной оси считается доказанной.Thus, the implementation by a group of measuring conductors of the function of determining the coordinates of the geometric center of a part of a two-dimensional region along one axis is considered proven.

При выводе формулы (15) для вычисления координаты геометрического центра части двумерной области использована кусочно-постоянная аппроксимация верхней и нижней границы двумерной области. Кусочно-постоянная аппроксимация является источником погрешности в определении координат геометрического центра. Величина погрешности стремится к нулю в случае относительного уменьшения ширины участков кусочно-постоянной аппроксимации по оси абсцисс. На фиг. 4 показаны отрезки линий 128 и 129 кусочно-постоянной аппроксимации соответствующие группе измерительных проводников 118 измерительных проводников, которые параллельны оси абсцисс и отрезки линий 131 и 132 соответствующие другой группе 119. Линии кусочно-постоянной аппроксимация заданы для измерительных областей 137 и 138 групп, внутри которых расположены измерительные проводники соответствующих групп. На фиг. 4 видно, что с помощью двух участков аппроксимации, аппроксимация границы двумерной области может быть выполнена более точно, чем с использованием одного участка. В практической реализации количество используемых измерительных областей групп измерительных проводников ограничено только разрешающей способностью фотолитографического процесса нанесения измерительных проводников на диэлектрическую подложку и может достигать в измерительной области нескольких сотен. При этом ширина измерительной области группы измерительных проводников может составлять несколько десятков микрометров. За счет использования множества групп измерительных проводников обеспечивается размещение всей двумерной области соприкосновения внутри измерительной области. Дополнительно снижается погрешность кусочно-постоянной аппроксимации.When deriving formula (15), to calculate the coordinate of the geometric center of a part of the two-dimensional region, a piecewise constant approximation of the upper and lower boundaries of the two-dimensional region was used. Piecewise constant approximation is a source of error in determining the coordinates of the geometric center. The error tends to zero in the case of a relative decrease in the width of the pieces of the piecewise-constant approximation along the abscissa. In FIG. 4 shows line segments 128 and 129 of the piecewise constant approximation corresponding to a group of test leads 118 of the test leads, which are parallel to the abscissa axis and line segments 131 and 132 corresponding to another group 119. the measuring conductors of the corresponding groups are located. In FIG. 4 it can be seen that with the help of two approximation sections, the approximation of the boundary of the two-dimensional region can be performed more accurately than with the use of one section. In practical implementation, the number of used measuring areas of groups of measuring conductors is limited only by the resolution of the photolithographic process of applying measuring conductors to a dielectric substrate and can reach several hundreds in the measuring area. In this case, the width of the measuring area of the group of measuring conductors can be several tens of micrometers. By using a plurality of groups of measuring conductors, the entire two-dimensional contact area is placed within the measuring area. Additionally, the error of the piecewise constant approximation is reduced.

В соответствии с формулой изобретения измерительные проводники групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией 133 (фиг. 4) вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных проводников первой измерительной части и суммарной ширины измерительных проводников второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных проводников первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных проводников в сечении.In accordance with the claims of the invention, the measuring conductors of the groups are made and arranged in such a way that in any section of the measuring conductors of the groups parallel to the abscissa axis by line 133 (Fig. 4), the difference between the total width of the measuring conductors of the first measuring part and the total the width of the measuring conductors of the second measuring part is a constant value in this section for other complete groups, in any section of the measuring conductors of groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within one complete group and one section, the total width of the measuring conductors of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other full groups, moreover, full groups have the full composition of the measuring conductors in the cross section.

В связи с тем, что измерительные проводники расположены в границе измерительной области, которая не обязательно является прямоугольной, измерительные проводники групп, находящиеся вблизи границы измерительной области могут быть обрезаны по границе, при этом находящаяся с краю группа в сечении параллельной оси абсцисс линией будет иметь неполный состав измерительных проводников. В этом случае, для нахождения сумм и разностей суммарной ширины измерительных проводников измерительных частей групп, группы с неполным составом измерительных проводников в сечении использовать нельзя. В тоже время, неполную группу измерительных проводников можно условно дополнить частями, которые были обрезаны, до образования полной группы в сечении. Дополненные таким образом группы измерительных проводников считают полными группами и используют для характеристики измерительных проводников групп в данном признаке изобретения.Due to the fact that the measuring conductors are located in the boundary of the measuring area, which is not necessarily rectangular, the measuring conductors of groups located near the boundary of the measuring area can be cut along the boundary, while the group located at the edge in the section parallel to the abscissa axis by the line will have an incomplete composition of measuring conductors. In this case, to find the sums and differences of the total width of the measuring conductors of the measuring parts of groups, groups with an incomplete composition of the measuring conductors in the cross section cannot be used. At the same time, an incomplete group of measuring conductors can be conditionally supplemented with parts that have been cut off until a complete group is formed in the section. The test lead groups thus completed are considered complete groups and are used to characterize the test lead groups in this feature of the invention.

Рассмотренные признаки изобретения, по существу, ограничивают конструкцию измерительных проводников в группах и их взаимное расположение в рамках одного образа, в соответствии с которым для разных групп соответствующие коэффициенты a ₁ и a ₂ в формуле (15) равны между собой для всех групп. Это означает, что измерительные проводники всех групп имеют одинаковую чувствительность, и что начало системы координат по оси ординат для всех групп измерительных проводников множества совпадает.The considered features of the invention, in essence, limit the design of the measuring conductors in groups and their relative position within the same image, according to which, for different groups, the corresponding coefficients a ₁ and a ₂ in formula (15) are equal to each other for all groups. This means that the measuring conductors of all groups have the same sensitivity, and that the origin of the coordinate system along the ordinate axis for all groups of measuring conductors of the set is the same.

В формуле изобретения для характеристики расположения групп измерительных проводников приведен признак: «группы измерительных проводников расположены в измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс». Термин «равномерные интервалы» означает, что промежутки между группами измерительных проводников могут быть не строго постоянными, но их непостоянство ограничено на некотором заданном интервале. При этом неточностью равномерного распределения на заданном интервале можно пренебречь.In the claims, to characterize the arrangement of groups of measuring conductors, the sign is given: "groups of measuring conductors are located in the measuring area at regular intervals along the abscissa axis." The term "even spacing" means that the spacings between groups of test leads may not be strictly constant, but their variability is limited to some given interval. In this case, the inaccuracy of the uniform distribution over a given interval can be neglected.

Уточнение функции равномерного распределения приведено в зависимых пунктах п. 3 и п. 18 формулы изобретения в виде следующего признака изобретения «каждая группа измерительных проводников расположена в измерительной области в границе соответствующей измерительной области группы, при этом измерительные области групп имеют практически одинаковую ширину в направлениях вдоль оси абсцисс и расположены практически без промежутков между границами групп в направлениях вдоль оси абсцисс.» Слово «практически» означает, что условие может быть неточным. При этом величина неточности связана с возникающими на практике погрешностями при определении координат геометрического центра двумерной области. Например, в случае расположения измерительных областей групп измерительных проводников на криволинейной поверхности, между границами измерительных областей групп измерительных проводников в отдельных местах могут существовать промежутки. Для плоской поверхности промежутки между границами измерительных областей групп отсутствуют.The specification of the uniform distribution function is given in the dependent claims of clause 3 and clause 18 of the claims in the form of the following feature of the invention “each group of measuring conductors is located in the measuring area at the boundary of the corresponding measuring area of the group, while the measuring areas of the groups have almost the same width in the directions along the abscissa axes and are located practically without gaps between the boundaries of the groups in directions along the abscissa axis. The word "practically" means that the condition may not be accurate. In this case, the magnitude of the inaccuracy is associated with errors that arise in practice in determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. For example, in the case of the location of the measuring areas of the groups of measuring conductors on a curved surface, between the boundaries of the measuring areas of the groups of measuring conductors in some places there may be gaps. For a flat surface, there are no gaps between the boundaries of the measuring regions of the groups.

В соответствие с признаками формулы изобретения суммарная ширина вдоль оси абсцисс в функции расстояния вдоль оси ординат для каждой группы измерительных проводников является постоянной величиной. Измерительные проводники всех групп в сечениях, параллельных оси абсцисс, имеют одинаковую ширину. Измерительные области каждой группы измерительных проводников имеют практически одинаковую ширину, которая также не изменяется вдоль оси абсцисс. Поэтому площадь пересечения измерительных проводников каждой группы с двумерной областью можно связать с площадью пересечения двумерной области с измерительной областью группы измерительных проводников, с введением коэффициента пропорциональностиIn accordance with the features of the claims, the total width along the abscissa as a function of the distance along the ordinate for each group of measuring conductors is a constant value. Measuring conductors of all groups in sections parallel to the abscissa axis have the same width. The measuring areas of each group of measuring conductors have almost the same width, which also does not change along the abscissa. Therefore, the area of intersection of the measuring conductors of each group with a two-dimensional area can be related to the area of intersection of the two-dimensional area with the measuring area of a group of measuring conductors, with the introduction of a proportionality factor

где:where:

S'' - площадь пересечения двумерной области с измерительной областью группы измерительных проводников;S'' - the area of intersection of the two-dimensional area with the measuring area of the group of measuring conductors;

К₂ - коэффициент пропорциональности;K ₂ - coefficient of proportionality;

S₁+S₂ - площадь области пересечения двумерной области 123 с измерительными проводниками первой и второй измерительных частей группы.S ₁ +S ₂ - the area of the area of intersection of the two-dimensional area 123 with the measuring conductors of the first and second measuring parts of the group.

В связи с тем, что системы измерительных проводников каждой из групп имеют одинаковую чувствительность и расположены в измерительной области в одной системе координат, с учетом выражения (20), для геометрического центра двумерной области по оси ординат Y можно записатьDue to the fact that the systems of measuring conductors of each of the groups have the same sensitivity and are located in the measuring area in the same coordinate system, taking into account expression (20), for the geometric center of the two-dimensional area along the Y axis, we can write

Где:Where:

G_Y - координата геометрического центра двумерной области по оси ординат Y;G _Y - coordinate of the geometric center of the two-dimensional region along the Y-axis;

- координата геометрического центра области пересечения двумерной области соприкосновения 123 тела и измерительной области группы измерительных проводников с номером i, по оси ординат Y;

- the coordinate of the geometric center of the intersection of the two-dimensional area of contact 123 of the body and the measuring area of the group of measuring conductors with the number i, along the y-axis;

- площадь области пересечения двумерной области 123 с измерительными проводниками первой и второй измерительных частей группы, для группы измерительных проводников с номером i.

- the area of the area of intersection of the two-dimensional area 123 with the measuring conductors of the first and second measuring parts of the group, for the group of measuring conductors with the number i.

На основе выражения (21), путем замены

правой частью выражения (21) с учетом выражений (9) и (12), для координаты геометрического центра двумерной области получаемBased on expression (21), by replacing

the right side of expression (21), taking into account expressions (9) and (12), for the coordinate of the geometric center of the two-dimensional region, we obtain

С учетом выражений для емкостей проводников (1) и (3)Taking into account the expressions for the capacitances of conductors (1) and (3)

Суммы емкостей измерительных проводников измерительных частей групп измерительных проводников равны соответствующим суммам емкостей измерительных проводников измерительных частей измерительной области. Поэтому справедливы следующие равенстваThe sums of the capacitances of the measuring conductors of the measuring parts of the groups of measuring conductors are equal to the corresponding sums of the capacitances of the measuring conductors of the measuring parts of the measuring area. Therefore, the following equalities are true

В результате подстановки этих сумм в выражение (23) получаем формулу для вычисления геометрического центра двумерной области, идентичную формуле (15).As a result of substituting these sums into expression (23), we obtain a formula for calculating the geometric center of a two-dimensional region, which is identical to formula (15).

В связи с этим, реализация функции определения координаты двумерной области по одной оси, с помощью двух измерительных частей множества измерительных проводников, считается доказанной.In this regard, the implementation of the function of determining the coordinates of a two-dimensional region along one axis, using two measuring parts of a plurality of measuring conductors, is considered proven.

В соответствии с формулой изобретения, измерительная область содержит два множества измерительных проводников. Измерительные проводники каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Форма, размеры и расположение измерительных проводников каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам системах координат, причем ось ординат системы координат измерительных проводников первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат измерительных проводников второго множества. Измерительные проводники измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений измерительных проводников и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей на выводах системы проводников.In accordance with the claims, the measuring area contains two sets of measuring conductors. Measuring conductors of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. The shape, dimensions and location of the measuring conductors of each of the sets are defined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the y-axis of the coordinate system of the measuring conductors of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the y-axis of the coordinate system of the measuring conductors of the second set. The measuring conductors of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the measuring conductors and terminal connections. The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts at the terminals of the conductor system.

В этом случае геометрический центр двумерной области находится на пересечении двух линий. Первая линия перпендикулярна оси ординат системы координат первого множества измерительных проводников и имеет измеренную с помощью первого множества измерительных проводников координату геометрического центра, вторая линия перпендикулярна оси ординат системы координат второго множества и имеет координату, равную измеренной величине координаты геометрического центра по оси ординат посредством второго множества измерительных проводников. Первая и вторая линии тождественны двум осям равновесия двумерной области, пересечение которых определяет расположение геометрического центра двумерной области. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей.In this case, the geometric center of the two-dimensional region is at the intersection of two lines. The first line is perpendicular to the ordinate axis of the coordinate system of the first set of measuring conductors and has the coordinate of the geometric center measured using the first set of measuring conductors, the second line is perpendicular to the ordinate axis of the coordinate system of the second set and has a coordinate equal to the measured value of the coordinate of the geometric center along the ordinate axis by means of the second set of measuring conductors. The first and second lines are identical to the two equilibrium axes of the two-dimensional region, the intersection of which determines the location of the geometric center of the two-dimensional region. The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts.

Таким образом, назначение системы проводников, заключающееся в определении координат геометрического центра двумерной области, образованной соприкосновением электропроводящего тела с поверхностью измерительной области системы проводников, считается доказанным.Thus, the purpose of the conductor system, which consists in determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region formed by the contact of the electrically conductive body with the surface of the measuring region of the conductor system, is considered proven.

Как показано в описании изобретения, использование различных вариантов выполнения диэлектрической подложки и общего проводника не меняет вид основных формул (15), (25) и (26) для определения координат геометрического центра двумерной области. Поэтому реализация назначения «определение координат геометрического центра двумерной области» распространяется на описанные в изобретении разновидности и их варианты.As shown in the description of the invention, the use of different versions of the dielectric substrate and the common conductor does not change the form of the basic formulas (15), (25) and (26) for determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region. Therefore, the implementation of the assignment "determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region" extends to the varieties described in the invention and their variants.

В соответствии с изобретением, измерительные проводники измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений измерительных проводников и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей на выводах системы проводников. Система проводников допускает использование множества схем соединений проводников и подключений выводов. Варианты схем приведены в вариантах системы проводников. Координаты геометрического центра двумерной области связаны системой емкостей измерительных частей математическими зависимостями. Математические зависимости приведены в описании вариантов схем соединений проводников и подключений выводов.According to the invention, the measuring conductors of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the measuring conductors and terminal connections. The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts at the terminals of the conductor system. The conductor system allows for a variety of conductor and pin connections. Circuit options are given in conductor system options. The coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are connected by a system of capacitances of the measuring parts by mathematical dependencies. Mathematical dependencies are given in the description of options for wiring diagrams of conductors and connections of outputs.

В системе проводников, которая показана на фиг. 1, для определения геометрического центра двумерной области используются две системы координат 116 и 117, соответствующих первому и второму множествам измерительных проводников. Системы координат являются зависимыми друг от друга, т.к. ось ординат системы координат 116 первого множества наклонена на заданный угол относительно оси ординат системы координат 117 второго множества. Эти системы можно преобразовать к одной системе координат, которая обозначена как система координат измерительной области. Перерасчет положений измерительных проводников и положения геометрического центра двумерной области из систем координат 116 и 117 отдельных множеств измерительных проводников в систему координат измерительной области выполняют по известным формулам. Соответственно, в системе координат измерительной области можно определить форму, размеры и расположение измерительных проводников.In the wiring system shown in FIG. 1, two coordinate systems 116 and 117 corresponding to the first and second sets of test leads are used to determine the geometric center of the two-dimensional region. Coordinate systems are dependent on each other, because the y-axis of the coordinate system 116 of the first set is inclined at a predetermined angle relative to the y-axis of the coordinate system 117 of the second set. These systems can be converted to one coordinate system, which is designated as the measurement area coordinate system. The recalculation of the positions of the measuring conductors and the position of the geometric center of the two-dimensional region from the coordinate systems 116 and 117 of individual sets of measuring conductors into the coordinate system of the measuring region is performed according to known formulas. Accordingly, in the coordinate system of the measuring area, it is possible to determine the shape, dimensions and arrangement of the measuring conductors.

Наиболее удобной для применения является система координат 135 измерительной области, в которой начало координат совпадает с точкой пересечения осей абсцисс 136 локальных систем координат 116 и 117 первого и второго множеств. Такая система координат системы проводников относится к «локальной системе координат измерительной области». При этом, в варианте, ось ординат системы координат, как показано на фиг. 1, повернута таким образом, что эта ось совпадает с направлением одной из сторон диэлектрической подложки 102 в виде пластины.The most convenient for use is the coordinate system 135 of the measuring area, in which the origin coincides with the point of intersection of the abscissa axes 136 of the local coordinate systems 116 and 117 of the first and second sets. Such a coordinate system of the conductor system refers to the "local coordinate system of the measurement area". Meanwhile, in a variant, the y-axis of the coordinate system, as shown in FIG. 1 is rotated so that this axis coincides with the direction of one of the sides of the plate-like dielectric substrate 102.

Анализ показывает, что существуют системы измерительных проводников, в которых проводники двух множеств, а также их выводы могут быть расположены на одной поверхности. Варианты этих систем проводников приведены в пунктах формулы изобретения п. 4, п. 5, п. 6, п. 7, п. 8. Варианты основаны на свойствах системы проводников, в которой измерительные проводники выполнены в форме трапеций. Для иллюстрации свойств на фиг. 5 и фиг. 6. показана группа 212 измерительных проводников в форме трапеций. Трапеции группы измерительных проводников 212 могут быть выполнены с наклоном на заданный угол ϕ₁ относительно оси ординат Y системы координат 216, как показано на фиг. 5. В случае наклона трапеций путем сдвига верхних оснований вдоль оси абсцисс X их суммарная ширина, определенная вдоль оси абсцисс, и зависимость изменения суммарной ширины вдоль направления оси ординат Y для измерительных проводников 202 или 203 измерительных частей не изменяются. С наклоном трапеций не изменяется также площадь трапеций. Для множества наклоненных групп измерительных проводников не изменятся система координат множества измерительных проводников. Поэтому наклоненные проводники для цели определения координаты двумерной области по одной оси эквивалентны не наклоненным проводникам. Измерительные проводники измерительных частей входящих в группу, как показано на фиг. 6, могут быть вписаны в заданную измерительную область 214 группы измерительных проводников путем их обрезки на границе измерительной области и удлинения путем продолжения линий боковых сторон трапеций до границы измерительной области группы. Также могут быть вписаны в заданную измерительную область измерительные проводники множества групп. При этом вписанные и удлиненные измерительные проводники в рамках заданной измерительной области соответствуют признакам изобретения. Обрезка и удлинение измерительных проводников не вносят изменения в признаки изобретения, не меняют систему координат множества измерительных проводников и величины коэффициентов в формуле (15), в связи с тем, что определение координаты геометрического центра ведется на основе избыточной электрической емкости измерительных проводников с использованием участков измерительных проводников только в области пересечения двумерной области с измерительной областью.The analysis shows that there are systems of measuring conductors in which the conductors of two sets, as well as their leads, can be located on the same surface. Variants of these conductor systems are given in claims 4, 5, 6, 7, 8. The variants are based on the properties of the conductor system, in which the measuring conductors are made in the form of trapezoids. To illustrate the properties in FIG. 5 and FIG. 6 shows a group 212 of trapezoid-shaped test leads. The trapezoid of the group of measuring conductors 212 can be made with an inclination at a given angle ϕ ₁ relative to the Y-axis of the coordinate system 216, as shown in FIG. 5. In the case of tilting the trapezoids by shifting the upper bases along the abscissa axis X, their total width determined along the abscissa axis and the dependence of the change in the total width along the y-axis direction for the measuring conductors 202 or 203 of the measuring parts do not change. With the slope of the trapezium, the area of the trapezium does not change either. For a set of inclined groups of measuring conductors, the coordinate system of the set of measuring conductors will not change. Therefore, tilted conductors are equivalent to non-tilted conductors for the purpose of determining the coordinate of a two-dimensional region along one axis. Measuring conductors of the measuring parts included in the group, as shown in Fig. 6 can be inscribed in the predetermined measuring area 214 of the group of measuring conductors by cutting them at the boundary of the measuring area and extending them by continuing the lines of the sides of the trapezoids to the boundary of the measuring area of the group. Measuring conductors of a plurality of groups can also be inscribed in a given measuring area. In this case, inscribed and elongated measuring conductors within a given measuring area correspond to the features of the invention. Cutting and elongation of the measuring conductors do not change the features of the invention, do not change the coordinate system of the plurality of measuring conductors and the values of the coefficients in formula (15), due to the fact that the coordinates of the geometric center are determined on the basis of the excess electrical capacitance of the measuring conductors using sections of the measuring conductors only in the area of intersection of the two-dimensional area with the measurement area.

Эти свойства позволяют создать системы проводников, состоящие из двух или большего количества множеств измерительных проводников, в которых измерительные проводники множеств, при расположении на поверхности, не пересекают друг друга. При этом системы измерительных проводников соответствуют признакам п. 2 формулы изобретения.These properties make it possible to create conductor systems consisting of two or more sets of test conductors, in which the test conductors of the sets, when located on the surface, do not intersect each other. At the same time, the systems of measuring conductors correspond to the features of claim 2 of the claims.

Одна из таких систем измерительных проводников используется в варианте 1.2 системы проводников, описание которого приведено ниже.One such test lead system is used in the lead system option 1.2, which is described below.

1.2 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с расположением измерительных проводников, соединительных проводников и выводов на одной поверхности слоя диэлектрической подложки1.2 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with the arrangement of measuring conductors, connecting conductors and leads on one surface of the dielectric substrate layer

Вариант системы проводников соответствует п. 4 формулы изобретения. Сущность системы проводников рассмотрена на примере варианта системы проводников с четырьмя выводами от измерительных частей по п. 5 формулы изобретения. Конструкция системы проводников рассмотрена с учетом признаков вариантов по п. 9 и п. 13. Пункт п. 9 задает конструкцию и расположение общего проводника, пункт п. 13 -конструкцию диэлектрической подложки в форме плоской диэлектрической пластины. Вариант системы проводников показан на фиг. 9. Для пояснения сущности использованы чертежи фиг. 7 и фиг. 8.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 4 of the claims. The essence of the system of conductors is considered on the example of a variant of the system of conductors with four leads from the measuring parts according to claim 5 of the claims. The design of the conductor system is considered taking into account the features of the options according to clause 9 and clause 13. Item 9 specifies the design and location of the common conductor, item 13 - the design of the dielectric substrate in the form of a flat dielectric plate. A variant of the conductor system is shown in Fig. 9. The drawings of FIG. 1 are used to explain the essence. 7 and FIG. eight.

Вариант характеризуется следующими признаками изобретения.The variant is characterized by the following features of the invention.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, отличающаяся тем, что с целью обеспечения расположения измерительных проводников, соединительных проводников и выводов на одной поверхности, измерительные проводники выполнены в форме трапеций. Для групп измерительных проводников 218 (см. фиг. 7) входящих в первое множество находящиеся на краях групп боковые стороны трапеций, путем смещения верхних оснований трапеций групп вдоль оси абсцисс системы координат 216 первого множества, выполнены с наклоном на первый заданный угол ϕ₁ по отношению к оси ординат системы координат первого множества. Для групп измерительных проводников 219 входящих во второе множество, расположенные с краю групп боковые стороны трапеций, путем смещения верхних оснований трапеций групп вдоль оси абсцисс системы координат 217 второго множества, выполнены с наклоном на второй заданный угол ϕ₂ по отношению к оси ординат системы координат 217 второго множества, не равный первому углу ϕ₁. Группы измерительных проводников (см. фиг. 8) первого и второго множеств расположены в границе измерительной области 110 с чередованием и не пересекают друг друга, при этом находящиеся на краях групп боковые стороны трапеций, расположены практически параллельно между собой. Проводники измерительных частей (см. фиг. 8 и фиг. 9) выполнены и расположены таким образом, что части геометрических фигур измерительных проводников, которые выступают за пределы измерительной области 110, обрезаны по границе измерительной области. Геометрические фигуры измерительных проводников, которые не доходят до границы измерительной области, удлинены путем продолжения линий боковых сторон трапеций до границы измерительной области, измерительные проводники расположены таким образом, что точка 221 пересечения осей абсцисс локальных систем координат 216 и 217 первого и второго множеств измерительных проводников совпадает с геометрическим центром измерительной области 110.A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, characterized in that in order to ensure the location of the measuring conductors, connecting conductors and leads on the same surface, the measuring conductors are made in the form of trapezoids. For groups of measuring conductors 218 (see Fig. 7) included in the first set located at the edges of the groups of the lateral sides of the trapezium, by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis of the coordinate system 216 of the first set, are made with an inclination at the first specified angle ϕ ₁ with respect to to the y-axis of the coordinate system of the first set. For groups of measuring conductors 219 included in the second set, the lateral sides of the trapezoids located at the edge of the groups, by shifting the upper bases of the trapeziums of the groups along the abscissa axis of the coordinate system 217 of the second set, are made with an inclination at the second specified angle ϕ ₂ with respect to the ordinate axis of the coordinate system 217 of the second set, not equal to the first angle ϕ ₁ . Groups of measuring conductors (see Fig. 8) of the first and second sets are located in the boundary of the measuring area 110 with alternation and do not intersect each other, while the sides of the trapezoids located at the edges of the groups are located almost parallel to each other. The conductors of the measuring parts (see Fig. 8 and Fig. 9) are made and arranged in such a way that the parts of the geometric shapes of the measuring conductors that protrude beyond the measurement area 110 are cut off at the border of the measurement area. The geometric figures of the measuring conductors, which do not reach the boundary of the measuring area, are elongated by continuing the lines of the sides of the trapezoid to the boundary of the measuring area, the measuring conductors are located in such a way that the point 221 of the intersection of the abscissa axes of the local coordinate systems 216 and 217 of the first and second sets of measuring conductors coincides with the geometric center of the measuring area 110.

Конструктивно измерительные проводники расположены на поверхности одного слоя диэлектрической подложки, которая имеет плоскую поверхность и выполнена в виде диэлектрической пластины.Structurally, the measuring conductors are located on the surface of one layer of a dielectric substrate, which has a flat surface and is made in the form of a dielectric plate.

Дополнительно на фиг. 7 показаны измерительные области 214 и 215 для групп измерительных проводников. Измерительные области групп 214 и 215 составляют измерительную область 110, как показано на фиг. 9.Additionally, in FIG. 7 shows measurement areas 214 and 215 for groups of measurement leads. The measurement areas of groups 214 and 215 constitute the measurement area 110 as shown in FIG. 9.

Реализация назначения для варианта системы проводников обеспечивается тем, что для каждого множества измерительных проводников, находящиеся с краю групп измерительных проводников боковые стороны трапеций, путем смещения верхних оснований трапеций групп вдоль оси абсцисс, выполнены с наклоном на заданные углы, которые не равны друг другу. При этом, при совмещении множеств измерительных проводников, находящиеся на краях групп боковые стороны трапеций расположены практически параллельно между собой. Поэтому ось ординат системы координат измерительных проводников первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат второго множества измерительных проводников, что соответствует существенному признаку пункта п. 2 формулы изобретения.The implementation of the assignment for the variant of the system of conductors is ensured by the fact that for each set of measuring conductors, the sides of the trapezoids located at the edge of the groups of measuring conductors, by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis, are made with an inclination at specified angles that are not equal to each other. At the same time, when the sets of measuring conductors are combined, the lateral sides of the trapezoids located at the edges of the groups are located almost parallel to each other. Therefore, the ordinate axis of the coordinate system of the measuring conductors of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the ordinate axis of the coordinate system of the second set of measuring conductors, which corresponds to the essential feature of paragraph 2 of the claims.

В варианте изобретения измерительные проводники расположены на поверхности одного слоя диэлектрической подложки 102, которая имеет плоскую поверхность и выполнена в виде диэлектрической пластины. В связи с тем, что группы измерительных проводников первого множества и группы измерительных проводников второго множества расположены в границе измерительной области с чередованием и не пересекают друг друга, измерительные проводники групп могут быть расположены на одной поверхности слоя диэлектрической подложки. Как показано на фиг. 9, 11, 14, 17, 29 и фиг. 31 в вариантах изобретения, выполнение системы проводников в соответствии с признаками изобретения этих вариантов, позволяет расположить измерительные проводники, соединительные проводники и выводы на одной поверхности слоя диэлектрической подложки.In an embodiment of the invention, the measuring conductors are located on the surface of one layer of the dielectric substrate 102, which has a flat surface and is made in the form of a dielectric plate. Due to the fact that the groups of measuring conductors of the first set and the groups of measuring conductors of the second set are located in the boundary of the measuring area with alternation and do not intersect each other, the measuring conductors of the groups can be located on the same surface of the dielectric substrate layer. As shown in FIG. 9, 11, 14, 17, 29 and Figs. 31 in embodiments of the invention, the implementation of the system of conductors in accordance with the features of the invention of these variants, allows you to arrange the measuring conductors, connecting conductors and leads on the same surface of the dielectric substrate layer.

Расположение измерительных проводников и соединительных проводников и выводов на одной поверхности слоя диэлектрической подложки позволяет увеличить точность системы проводников и уменьшить стоимость устройства, в котором используется система проводников. Повышение точности связано с тем, что в этом случае нет необходимости в совмещении измерительных проводников, расположенных на разных поверхностях слоев диэлектрической подложки, в результате может быть уменьшена ширина групп измерительных проводников и уменьшена погрешность кусочно-постоянной аппроксимации границы двумерной области. Уменьшение стоимости связано с упрощением технологического процесса изготовления, при котором необходимо наносить проводники только на одну поверхность слоя диэлектрической подложки.The location of the measuring conductors and connecting conductors and leads on the same surface of the dielectric substrate layer allows you to increase the accuracy of the conductor system and reduce the cost of the device in which the conductor system is used. The increase in accuracy is due to the fact that in this case there is no need to match the measuring conductors located on different surfaces of the layers of the dielectric substrate; as a result, the width of the groups of measuring conductors can be reduced and the error of the piecewise constant approximation of the boundary of the two-dimensional region can be reduced. The cost reduction is associated with the simplification of the manufacturing process, in which it is necessary to apply conductors to only one surface of the dielectric substrate layer.

В варианте изобретения измерительные проводники расположены таким образом, что точка пересечения осей абсцисс локальных систем координат первого и второго множеств измерительных проводников совпадает с геометрическим центром измерительной области. Расположение точки пересечения осей абсцисс локальных систем координат первого и второго множеств в геометрическом центре измерительной области, по существу, означает равенство площадей измерительных проводников измерительных частей для каждого соответствующего множества. В результате увеличивается стабильность и помехоустойчивость системы проводников.In an embodiment of the invention, the measuring conductors are located in such a way that the point of intersection of the abscissa axes of the local coordinate systems of the first and second sets of measuring conductors coincides with the geometric center of the measuring area. The location of the intersection point of the abscissa axes of the local coordinate systems of the first and second sets in the geometric center of the measuring area, in essence, means the equality of the areas of the measuring conductors of the measuring parts for each corresponding set. As a result, the stability and noise immunity of the conductor system is increased.

В случае использования локальной системы координат измерительной области признак изобретения «точка пересечения осей абсцисс локальных систем координат первого и второго множеств измерительных проводников совпадает с геометрическим центром измерительной области» может быть заменен признаком «начало локальной системы координат измерительной области совпадает с геометрическим центром измерительной области».In the case of using the local coordinate system of the measuring area, the sign of the invention "the point of intersection of the abscissa axes of the local coordinate systems of the first and second sets of measuring conductors coincides with the geometric center of the measuring area" can be replaced by the sign "the beginning of the local coordinate system of the measuring area coincides with the geometric center of the measuring area".

1.3 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от измерительных частей1.3 A variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with four leads from the measuring parts

Вариант системы проводников соответствует п. 5 формулы изобретения. В этом варианте в дополнение к признакам системы проводников по п. 2 конкретизирована схема соединений измерительных проводников и подключений выводов. Особенности схемы соединений по варианту показаны на фиг. 9.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 5 of the claims. In this variant, in addition to the features of the system of conductors according to clause 2, the connection diagram of the measuring conductors and the connections of the leads is specified. Features of the wiring diagram according to the variant are shown in Fig. 9.

Вариант имеет следующие признаки изобретения.The variant has the following features of the invention.

Система проводников, отличающаяся тем, что в схеме соединений проводников и подключений выводов, измерительные проводники первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные проводники второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные проводники первой измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные проводники второй измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом измерительные проводники образуют систему измерительных проводников, состоящую из четырех измерительных частей.A system of conductors, characterized in that in the connection diagram of conductors and terminal connections, the measuring conductors of the first measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal, the measuring conductors of the second measuring part of the first set are electrically interconnected and connected to the corresponding terminal, the measuring the conductors of the first measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal, the measuring conductors of the second measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal. In this case, the measuring conductors form a system of measuring conductors, consisting of four measuring parts.

В варианте с наличием общего проводника, выполненного по любому из пп. 9-11 формулы изобретения, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов дополнительно содержит вывод от общего проводника.In the variant with the presence of a common conductor, made according to any one of paragraphs. 9-11 of the claims, the connection diagram of the measuring conductors and terminal connections additionally contains a terminal from a common conductor.

Величины координат геометрического центра двумерной области связаны с системой величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей на выводах системы проводников следующими зависимостями.The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are related to the system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts at the terminals of the conductor system by the following dependencies.

Где:Where:

G_Y1 - величина координаты геометрического центра двумерной области по оси ординат Y1 системы координат первого множества в области пересечения двумерной области с измерительной областью;G _Y1 - the value of the coordinate of the geometric center of the two-dimensional area along the y-axis Y1 of the coordinate system of the first set in the area of intersection of the two-dimensional area with the measurement area;

G_Y2 - величина координаты геометрического центра двумерной области по оси ординат Y2 системы координат второго множества в области пересечения двумерной области с измерительной областью;G _Y2 - the value of the coordinate of the geometric center of the two-dimensional area along the Y2 ordinate of the coordinate system of the second set in the area of intersection of the two-dimensional area with the measurement area;

a _1,Y1 - коэффициент, определяющий чувствительность системы проводников по оси ординат Y1 системы координат первого множества; a _1,Y1 - coefficient that determines the sensitivity of the system of conductors along the y-axis Y1 of the coordinate system of the first set;

a _1,Y2 - коэффициент, определяющий чувствительность системы проводников по оси ординат Y2 системы координат второго множества; a _1,Y2 is the coefficient that determines the sensitivity of the system of conductors along the y-axis Y2 of the coordinate system of the second set;

a _2,Y1 - коэффициент, определяющий расположение начала системы координат первого множества относительно измерительных проводников по оси ординат Y1; a _2,Y1 - coefficient that determines the location of the origin of the coordinate system of the first set relative to the measuring conductors along the y-axis Y1;

a ₂,_Y2 - коэффициент, определяющий расположение начала системы координат второго множества относительно измерительных проводников по оси ординат Y2; a ₂ , _Y2 - coefficient that determines the location of the origin of the coordinate system of the second set relative to the measuring conductors along the y-axis Y2;

С_1,M1 - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников первой измерительной части первого множества;C _1,M1 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first measuring part of the first set;

С_2,M1 - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников второй измерительной части первого множества;C _2,M1 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the second measuring part of the first set;

С_01,М1, C_02,M1 - величины сумм электрических емкостей измерительных проводников первой и второй измерительной части соответственно, первого множества в отсутствие тела;C _01,M1 , C _02,M1 - the values of the sums of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts, respectively, of the first set in the absence of a body;

С_1,M2 - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников первой измерительной части второго множества;C _1,M2 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first measuring part of the second set;

С_2,М2 - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников второй измерительной части второго множества;C _2,M2 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the second measuring part of the second set;

С_01,М2, С_02,М2 - величины сумм электрических емкостей измерительных проводников первой и второй измерительной части соответственно, второго множества в отсутствие тела.C _01,M2 , C _02,M2 - the values of the sums of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts, respectively, of the second set in the absence of a body.

Величины C_01,М1, С_02,М1, С_01,М2 и С_02,М2 находят в процессе калибровки системы проводников, сохраняют в блоке памяти микроконтроллера и, при необходимости, считывают. Эти величины соответствуют измеренным значениям электрических емкостей С_1,М1, C_2,M1, С_1,M2 и С_2,М2 в условиях отсутствия тела, для которого определяют геометрический центр двумерной области.The values C _01,M1 , C _02,M1 , C _01,M2 and C _{02,M2 are} found in the process of calibrating the system of conductors, stored in the memory block of the microcontroller and, if necessary, read. These values correspond to the measured values of the electrical capacitances C _1,M1 , C _2,M1 , C _1,M2 and C _2,M2 in the absence of a body, for which the geometric center of the two-dimensional region is determined.

Каждая из зависимостей (25) и (26) аналогична зависимости (15) для одного из двух множеств измерительных проводников. Отличия касаются только обозначений емкостей измерительных частей и обозначений систем координат, с привязкой к множествам.Each of dependencies (25) and (26) is similar to dependency (15) for one of the two sets of measuring conductors. Differences concern only designations of capacities of measuring parts and designations of systems of coordinates, with a binding to sets.

Анализ показывает, что при определении координат геометрического центра двумерной области одна из четырех измерительных частей является зависимой от других измерительных частей. Для реализации назначения достаточно использования трех измерительных частей. При этом система измерительных проводников из трех независимых измерительных частей может быть получена с использованием системы измерительных проводников состоящей из четырех измерительных частей путем использования схемы соединений измерительных проводников и подключений выводов, без изменения конструкции измерительных проводников этих частей. При этом образуется система измерительных проводников измерительной области, состоящая из трех измерительных частей, в которой в каждой измерительной части измерительные проводники соединены между собой и подключены к соответствующему выводу.The analysis shows that when determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, one of the four measuring parts is dependent on other measuring parts. To implement the assignment, it is sufficient to use three measuring parts. At the same time, a system of measuring conductors from three independent measuring parts can be obtained using a system of measuring conductors consisting of four measuring parts by using a connection diagram of measuring conductors and connections of leads, without changing the design of measuring conductors of these parts. In this case, a system of measuring conductors of the measuring area is formed, consisting of three measuring parts, in which the measuring conductors are interconnected in each measuring part and connected to the corresponding output.

Особенностью вариантов этой схемы является то, что система измерительных проводников имеет три вывода. Схемы соединений измерительных проводников и подключений выводов приведены в вариантах 1.4, 1.5 и 1.6. В описании вариантов доказана реализация назначения системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, для системы измерительных проводников имеющей три измерительные части. При этом система измерительных проводников измерительной области имеет три вывода.A feature of the variants of this circuit is that the system of measuring conductors has three leads. Connection diagrams of measuring conductors and connection of outputs are given in options 1.4, 1.5 and 1.6. In the description of the options, the implementation of the purpose of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, for a system of measuring conductors having three measuring parts, is proved. In this case, the system of measuring conductors of the measuring area has three outputs.

1.4 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и соединением измерительных проводников одной из измерительных частей первого множества и одной разноименной измерительной части второго множества измерительных проводников1.4 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and the connection of the measuring conductors of one of the measuring parts of the first set and one different measuring part of the second set of measuring conductors

Вариант системы проводников соответствует п. 6 формулы изобретения. Для этого варианта расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности, аналогично варианту, показанному на фиг. 7. На фиг. 10 приведены измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп измерительных проводников, как они расположены в измерительной области. На фиг. 11 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений проводников и подключений выводов. Вариант характеризуется следующими признаками изобретения.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 6 of the claims. For this option, the location of the measuring conductors of the first and second sets separately, similar to the option shown in FIG. 7. In FIG. 10 shows the measuring conductors in a combined form with alternating groups of measuring conductors, as they are located in the measuring area. In FIG. 11 shows the measuring conductors, taking into account cutting and extension to the border of the measuring area, the connection diagram of the conductors and the connection of the leads. The variant is characterized by the following features of the invention.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области отличающаяся тем, что в схеме соединений проводников и подключений выводов измерительные проводники одной из измерительных частей первого множества электрически соединены между собой и с проводниками разноименной измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу, измерительные проводники неподключенной измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные проводники неподключенной измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом измерительные проводники образуют систему измерительных проводников, состоящую из трех измерительных частей.A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, characterized in that in the connection diagram of conductors and connections of leads, the measuring conductors of one of the measuring parts of the first set are electrically connected to each other and to the conductors of the oppositely named measuring part of the second set and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected measuring the parts of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output. In this case, the measuring conductors form a system of measuring conductors, consisting of three measuring parts.

В случае наличия общего проводника, выполненного по любому из пп. 9-11 формулы изобретения, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов дополнительно содержит вывод от общего проводника.In the case of a common conductor, made according to any one of paragraphs. 9-11 of the claims, the connection diagram of the measuring conductors and terminal connections additionally contains a terminal from a common conductor.

В рассматриваемом варианте системы проводников для определения координат геометрического центра также можно использовать выражения (25) и (26). При этом емкости измерительных проводников измерительных частей, для которых нет непосредственных измерений, можно выразить через сумму емкостей соединенных измерительных проводников и емкостей измерительных проводников, которые не соединены. Эта возможность связана с тем, что трапеции первой и второй измерительных частей любой группы измерительных проводников дополняют друг друга до образования постоянной ширины, величина которой известна, при этом величину воздействия тела, для которого определяют геометрический центр, на две ближайшие группы измерительных проводников принимают условно одинаковой. Погрешность, связанная с этим допущением, относится к погрешности кусочно-постоянной аппроксимации границы двумерной области тела.In the considered version of the system of conductors, expressions (25) and (26) can also be used to determine the coordinates of the geometric center. In this case, the capacitances of the measuring conductors of the measuring parts for which there are no direct measurements can be expressed in terms of the sum of the capacitances of the connected measuring conductors and the capacitances of the measuring conductors that are not connected. This possibility is due to the fact that the trapezoids of the first and second measuring parts of any group of measuring conductors complement each other until a constant width is formed, the value of which is known, while the magnitude of the impact of the body, for which the geometric center is determined, on the two nearest groups of measuring conductors is assumed to be conditionally the same . The error associated with this assumption refers to the error of the piecewise constant approximation of the boundary of the two-dimensional region of the body.

Например, соединены между собой и поэтому неизвестны по отдельности электрические емкости измерительных проводников С_2,М1, С_1,М2. При этом, для вычисления значений этих емкостей можно воспользоваться формуламиFor example, they are connected to each other and therefore the electrical capacitances of the measuring conductors C _{2, M1} , C _{1, M2} are not known separately. At the same time, to calculate the values of these capacities, you can use the formulas

Где:Where:

С₃=С_2,М1 + С_1,М2 - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников соединенных измерительных частей;C ₃ \u003d C _{2, M1} + C _{1, M2} - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the connected measuring parts;

С_∑=C_2,M2 + С_1,М1 + С₃ - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников первого и второго множеств измерительных проводников.C _∑ =C _2,M2 + C _1,M1 + C ₃ - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second sets of measuring conductors.

Необходимые для вычисления по формулам (25) и (26) величины C_02,M1 и C_01,М2 определяют в процессе калибровки, затем записывают в блок памяти микроконтроллера, а при вычислении геометрического центра, считывают из блока памяти микроконтроллера. Вычисление величин электрических емкостей по формулам (27) и (28) осуществляют в процессоре микроконтроллера, перед выполнением функции вычисления координат геометрического центра двумерной области по формулам (25) и (26). Для получения величин координат в локальной системе координат измерительной области, функции, выполняемые процессором микроконтроллера, могут быть дополнены функцией преобразования системы координат.The values C _02,M1 and C _01,M2 required for calculation by formulas (25) and (26) are determined during the calibration process, then they are written to the microcontroller memory block, and when calculating the geometric center, they are read from the microcontroller memory block. The calculation of the values of electrical capacitances according to formulas (27) and (28) is carried out in the microcontroller processor, before performing the function of calculating the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region according to formulas (25) and (26). To obtain coordinate values in the local coordinate system of the measuring area, the functions performed by the microcontroller processor can be supplemented with a coordinate system transformation function.

1.5 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и соединением измерительных проводников одной из измерительных частей первого множества и одной одноименной измерительной части второго множества измерительных проводников1.5 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and connecting the measuring conductors of one of the measuring parts of the first set and one measuring part of the same name of the second set of measuring conductors

Вариант системы проводников соответствует п. 7 формулы изобретения. На фиг. 12 показаны форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 13 показаны эти же измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области. На фиг. 14 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 7 of the claims. In FIG. 12 shows the shape and arrangement of the test leads of the first and second sets separately. In FIG. 13 shows the same test leads in a superimposed view with alternating groups, as they are located in the test area. In FIG. 14 shows the measuring conductors, taking into account cutting and extension to the border of the measuring area, the connection diagram of the measuring conductors and the connection of the leads.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, отличающаяся тем, что в схеме соединений проводников и подключений выводов измерительные проводники одной из измерительных частей первого множества электрически соединены между собой и с проводниками одноименной измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу, измерительные проводники неподключенной измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные проводники неподключенной измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом измерительные проводники образуют систему измерительных проводников, состоящую из трех измерительных частей.A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, characterized in that in the connection diagram of conductors and connections of leads, the measuring conductors of one of the measuring parts of the first set are electrically connected to each other and to the conductors of the measuring part of the second set of the same name and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected of the measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output. In this case, the measuring conductors form a system of measuring conductors, consisting of three measuring parts.

В рассматриваемом варианте системы проводников для определения координат геометрического центра также можно использовать выражения (25) и (26). При этом величины электрических емкостей измерительных проводников, для которых нет непосредственных измерений, можно выразить через сумму емкостей соединенных измерительных проводников и емкостей измерительных проводников, которые не соединены. Например, соединены между собой и поэтому неизвестны по отдельности электрические емкости измерительных проводников C_2,M1 и С_2,М2. При этом, для вычисления значений емкостей можно воспользоваться формуламиIn the considered version of the system of conductors, expressions (25) and (26) can also be used to determine the coordinates of the geometric center. In this case, the values of the electrical capacitances of the measuring conductors, for which there are no direct measurements, can be expressed in terms of the sum of the capacitances of the connected measuring conductors and the capacitances of the measuring conductors that are not connected. For example, they are connected to each other and therefore the electrical capacitances of the measuring conductors C _2,M1 and C _2,M2 are not known separately. In this case, to calculate the capacitance values, you can use the formulas

Где:Where:

С₄=C_2,M2+С_2,M1 - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников соединенных измерительных частей;C ₄ =C _2,M2 +C _2,M1 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the connected measuring parts;

C_∑=С_1,М2+C_1,M1+С₄ - величина суммы электрических емкостей измерительных проводников первого и второго множеств измерительных проводников.C _∑ =C _1,M2 +C _1,M1 +C ₄ - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second sets of measuring conductors.

Необходимые для вычисления по формулам (25) и (26) величины C_02,M1 и C_02,M2 определяют в процессе калибровки, затем записывают в блок памяти. При вычислении геометрического центра, считывают из блока памяти микроконтроллера. Вычисление величин электрических емкостей по формулам (29) и (30) осуществляют в процессоре микроконтроллера, перед выполнением функции вычисления координат геометрического центра двумерной области по формулам (25) и (26). Для получения величин координат в локальной системе координат измерительной области, функции, выполняемые процессором микроконтроллера, могут быть дополнены функцией преобразования системы координат.The values C _02,M1 and C _02,M2 required for calculation by formulas (25) and (26) are determined during the calibration process, and then recorded in the memory block. When calculating the geometric center, read from the memory block of the microcontroller. The calculation of the values of electrical capacitances according to formulas (29) and (30) is carried out in the microcontroller processor, before performing the function of calculating the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region according to formulas (25) and (26). To obtain coordinate values in the local coordinate system of the measuring area, the functions performed by the microcontroller processor can be supplemented with a coordinate system transformation function.

1.6 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и отключением одной из измерительных частей одного из множеств измерительных проводников1.6 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and disconnection of one of the measuring parts of one of the sets of measuring conductors

Вариант системы проводников соответствует п. 8 формулы изобретения. На фиг. 15 показаны форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 16 показаны эти же измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области. На фиг. 17 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов, а также схема микроконтроллера. Вариант имеет следующие признаки изобретения.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 8 of the claims. In FIG. 15 shows the shape and arrangement of the test leads of the first and second sets separately. In FIG. 16 shows the same test leads in a superimposed view with alternating groups, as they are located in the test area. In FIG. 17 shows the measuring conductors, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the measuring conductors and the connection of the leads, as well as the microcontroller circuit. The variant has the following features of the invention.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области отличающаяся тем что, в схеме соединений проводников и подключений выводов измерительные проводники любых трех измерительных частей первого и второго множеств для каждой измерительной части по отдельности соединены между собой и подключены к соответствующим выводам измерительных частей. При этом измерительные проводники образуют систему измерительных проводников, состоящую из трех измерительных частей.A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, characterized in that, in the connection diagram of conductors and connections of leads, the measuring conductors of any three measuring parts of the first and second sets for each measuring part are individually connected to each other and connected to the corresponding leads of the measuring parts. In this case, the measuring conductors form a system of measuring conductors, consisting of three measuring parts.

В рассматриваемом варианте системы проводников не подключены измерительные проводники одной из измерительных частей одного множества, например, второй измерительной части второго множества, значение электрической емкости измерительных проводников С_2,М2 неизвестно. Поэтому непосредственно использовать выражение (26) нельзя. В тоже время, значение электрической емкости измерительных проводников С_2,М2 может быть вычислено исходя из значений электрических емкостей измерительных проводников других измерительных частейIn the considered version of the system of conductors, the measuring conductors of one of the measuring parts of one set, for example, the second measuring part of the second set, are not connected, the value of the electrical capacitance of the measuring conductors C _2,M2 is unknown. Therefore, expression (26) cannot be used directly. At the same time, the value of the electrical capacitance of the measuring conductors C _{2, M2} can be calculated based on the values of the electrical capacitances of the measuring conductors of other measuring parts

Необходимую для вычисления по формулам (26) величину C_02,M2 определяют в процессе калибровки и записывают в блок памяти. При вычислении координат геометрического центра, считывают из блока памяти микроконтроллера. Вычисление электрической емкости исключенной измерительной части по формуле (31) осуществляется процессором микроконтроллера, перед выполнением функции вычисления координат геометрического центра двумерной области по формулам (25) и (26). Для получения величин координат в локальной системе координат измерительной области функции, выполняемые процессором микроконтроллера, могут быть дополнены функцией преобразования систем координат.The value C _02,M2 required for calculation by formulas (26) is determined during the calibration process and recorded in the memory block. When calculating the coordinates of the geometric center, they are read from the microcontroller memory block. The calculation of the electrical capacitance of the excluded measuring part according to the formula (31) is carried out by the microcontroller processor, before performing the function of calculating the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region according to the formulas (25) and (26). To obtain coordinate values in the local coordinate system of the measuring area, the functions performed by the microcontroller processor can be supplemented with a coordinate system transformation function.

Варианты 1.4, 1.5 и 1.6 системы проводников обладают теми же положительными свойствами, что и вариант 1.3. Дополнительное положительное свойство вариантов - сокращение выводов до трех, что позволяет упростить схему соединений и уменьшить расстояние между измерительными областями в случае использования в системе проводников множества измерительных областей, что снижает погрешность определения геометрического центра.Options 1.4, 1.5 and 1.6 of the conductor system have the same positive properties as option 1.3. An additional positive feature of the options is the reduction of the conclusions to three, which makes it possible to simplify the connection diagram and reduce the distance between the measuring areas in the case of using a plurality of measuring areas in the conductor system, which reduces the error in determining the geometric center.

На фиг. 18 показана схема микроконтроллера и схема подключений выводов системы проводников к микроконтроллеру.In FIG. 18 shows a diagram of the microcontroller and a diagram for connecting the leads of the system of conductors to the microcontroller.

Микроконтроллер предназначен для преобразования координат геометрического центра двумерной области, которые выражены на выводах измерительных частей системы проводников, в виде цифрового кода. Конструктивно микроконтроллер может входить в состав устройства, в котором использована система проводников.The microcontroller is designed to convert the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, which are expressed on the outputs of the measuring parts of the conductor system, in the form of a digital code. Structurally, the microcontroller can be part of a device that uses a system of conductors.

Микроконтроллер 260 содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь 266 «электрическая емкость - цифровой код», блок памяти 269 и процессор 267. Причем выводы измерительных частей системы проводников подключены к соответствующим входам каналов аналого-цифрового преобразователя, вывод 211 общего проводника подключен к соответствующему входу микроконтроллера, выход аналого-цифрового преобразователя связан с входом процессора. Сигналы 268 электрических емкостей в виде цифрового кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 266 поступают на вход процессора 267 микроконтроллера, процессор реализует функцию вычисления координат геометрического центра двумерной области, в вычислительном алгоритме которой используются формулы (25) и (26), а также формирует выходные сигналы 270 координат геометрического центра двумерной области, выраженные в виде цифрового кода на выходе микроконтроллера.The microcontroller 260 contains a multi-channel analog-to-digital converter 266 "electric capacitance - digital code", a memory unit 269 and a processor 267. Moreover, the outputs of the measuring parts of the conductor system are connected to the corresponding inputs of the channels of the analog-to-digital converter, the output 211 of the common conductor is connected to the corresponding input of the microcontroller, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the processor. The signals 268 of electrical capacitances in the form of a digital code from the output of the analog-to-digital converter 266 are fed to the input of the processor 267 of the microcontroller, the processor implements the function of calculating the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, in the computational algorithm of which formulas (25) and (26) are used, and also generates the output signals 270 of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, expressed as a digital code at the output of the microcontroller.

Для получения величин координат в локальной системе координат измерительной области, функции, выполняемые процессором микроконтроллера, могут быть дополнены функцией преобразования системы координат.To obtain coordinate values in the local coordinate system of the measuring area, the functions performed by the microcontroller processor can be supplemented with a coordinate system transformation function.

Схема микроконтроллера, показанная на фиг. 18, применима к вариантам 1.4, 1.5 и 1.6. Отличия связаны с тем, что схемы подключения выводов системы проводников для вариантов 1.4, 1.5 и 1.6 отличаются наличием трех выводов от измерительных частей. Поэтому к аналого-цифровому преобразователю подключены три вывода.The microcontroller circuit shown in Fig. 18 applies to options 1.4, 1.5 and 1.6. The differences are due to the fact that the connection diagrams of the leads of the conductor system for options 1.4, 1.5 and 1.6 differ in the presence of three leads from the measuring parts. Therefore, three outputs are connected to the analog-to-digital converter.

1.7 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области для плоских тел из однородного диэлектрического материала1.7 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for flat bodies made of a homogeneous dielectric material

Система проводников по варианту включает в себя признаки изобретения, приведенные в пунктах п. 1, п. 2, п. 4, п. 9, п. 10 и п. 13 формулы изобретения. Пункты п. 2 и п. 4 задают конструкцию измерительных проводников. Пункт п. 9 и п. 10 характеризуют конструкцию и расположение общего проводника, пункт п. 13 задает конструкцию диэлектрической подложки в форме пластины с плоской поверхностью.The system of conductors according to the variant includes the features of the invention given in paragraphs of paragraph 1, paragraph 2, paragraph 4, paragraph 9, paragraph 10 and paragraph 13 of the claims. Clauses 2 and 4 define the design of the measuring conductors. Clause 9 and clause 10 characterize the design and location of the common conductor, clause 13 specifies the design of a dielectric substrate in the form of a plate with a flat surface.

Особенности варианта системы проводников показаны на фиг. 19. На фиг. 20 дополнительно показано твердое плоское тело 305 из однородного диэлектрического материала и схема соединений общего проводника для пояснения принципа действия с обозначением вывода 211 общего проводника.Features of the variant of the conductor system are shown in Fig. 19. In FIG. 20 additionally shows a solid flat body 305 of a homogeneous dielectric material and a common conductor connection diagram to explain the principle of operation with the common conductor terminal 211 indicated.

В варианте вместе с системой проводников 302 для определения координат геометрического центра двумерной области используют диэлектрическую подложку 102, выполненную в форме пластины, с расположенными на поверхности стороны диэлектрической подложки 102 измерительными проводниками 103. Общий проводник 106 содержит две части. Первая часть 303 общего проводника расположена со стороны диэлектрической подложки 102, которая противоположна стороне с измерительными проводниками, причем общий проводник имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с постоянными расстояниями с поверхностью слоя диэлектрической подложки с измерительными проводниками 103. Вторая часть 304 общего проводника, расположена со стороны диэлектрической подложки с измерительными проводниками, причем часть общего проводника имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с постоянными расстояниями с поверхностью слоя диэлектрической подложки с измерительными проводниками.In a variant, along with the system of conductors 302, a dielectric substrate 102 made in the form of a plate is used to determine the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, with measuring conductors 103 located on the surface of the side of the dielectric substrate 102. The common conductor 106 contains two parts. The first part 303 of the common conductor is located on the side of the dielectric substrate 102, which is opposite to the side with the measuring conductors, and the common conductor has a surface facing the measuring conductors with constant distances from the surface of the layer of the dielectric substrate with the measuring conductors 103. The second part 304 of the common conductor is located with side of the dielectric substrate with the measuring conductors, and part of the common conductor has a surface facing the measuring conductors with constant distances from the surface of the layer of the dielectric substrate with the measuring conductors.

Принцип действия системы проводников заключается в следующем.The principle of operation of the conductor system is as follows.

Для определения геометрического центра двумерной области размещают на поверхности измерительной области плоское тело из однородного диэлектрического материала между измерительными проводниками и частью общего проводника 304. В этом случае в области пересечения двумерной области соприкосновения тела и измерительной области увеличиваются емкости конденсаторов, обкладки которых образованны измерительными проводниками 103 измерительных частей и частью общего проводника 304.To determine the geometric center of the two-dimensional region, a flat body made of a homogeneous dielectric material is placed on the surface of the measuring region between the measuring conductors and part of the common conductor 304. In this case, in the area of the intersection of the two-dimensional area of contact between the body and the measuring region, the capacitances of the capacitors increase, the plates of which are formed by the measuring conductors 103 of the measuring parts and part of the common conductor 304.

Для емкостей измерительных проводников измерительных частей справедливы выражения (1) и (3). Значение коэффициента K₁ при этом равноFor the capacitances of the measuring conductors of the measuring parts, expressions (1) and (3) are valid. The value of the coefficient K ₁ in this case is equal to

Где:Where:

d₂ - ширина воздушного зазора между частью общего проводника и поверхностью плоского тела;d ₂ - the width of the air gap between the part of the common conductor and the surface of a flat body;

d₃ - толщина плоского тела;d ₃ - thickness of a flat body;

ε_ПТ - относительная диэлектрическая проницаемость материала плоского тела;ε _PT - relative permittivity of the material of a flat body;

ε_В - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха.ε _B - relative dielectric constant of air.

Т.к. коэффициент К₁ в формулах (15), (25) и (26) для вычисления координат геометрического центра двумерной области сокращается, характер зависимости (32) не влияет на реализацию назначения системы проводников.Because the coefficient K ₁ in formulas (15), (25) and (26) for calculating the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region is reduced, the nature of dependence (32) does not affect the implementation of the purpose of the conductor system.

В остальном, описание принципа действия системы проводников аналогично рассмотренному принципу действия варианта системы проводников для определения геометрического центра двумерной области тел из электропроводящего материала, обозначенного номером 1.1.Otherwise, the description of the principle of operation of the system of conductors is similar to the principle of operation of the variant of the system of conductors for determining the geometric center of a two-dimensional region of bodies from an electrically conductive material, indicated by the number 1.1.

1.8 Вариант системы проводников, в котором система проводников дополнительно содержит общий проводник, поверхность которого расположена со стороны поверхности измерительных проводников, которая противоположна стороне измерительной области1.8 A variant of the conductor system, in which the conductor system additionally contains a common conductor, the surface of which is located on the side of the surface of the measuring conductors, which is opposite to the side of the measuring area

Вариант соответствует п. 9 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что система проводников дополнительно содержит общий проводник, причем общий проводник расположен со стороны поверхности измерительных проводников, которая противоположна поверхности измерительной области, общий проводник имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных проводников на соответствующих участках.The option corresponds to paragraph 9 of the claims. The variant is characterized in that the system of conductors additionally contains a common conductor, wherein the common conductor is located on the side of the surface of the measuring conductors, which is opposite to the surface of the measuring area, the common conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances from the surfaces of the measuring conductors in the respective sections.

Вариант показан на фиг. 1 и фиг. 2.The variant is shown in Fig. 1 and FIG. 2.

Измерительные проводники 103 имеют две поверхности. Одна поверхность, обращенная в сторону измерительной области 102, используется для определения координат геометрического центра двумерной области. Для того чтобы исключить влияние электрического поля на измерительные проводники с противоположной стороны поверхности измерительных проводников, в варианте изобретения предложено использовать общий проводник 106. Функция общего проводника заключается в выравнивании электрического поля, которое воздействует на измерительные проводники со стороны поверхности измерительных проводников, которая противоположна стороне измерительной области. Для обеспечения выравнивания электрического поля необходимо, чтобы поверхность общего проводника была расположена с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных проводников, на соответствующих участках. В этом случае электрическое поле со стороны общего проводника будет одинаково влиять на измерительные проводники и не внесет погрешности в определение геометрического центра. Дополнительно, общий проводник выполняет функцию экранирования измерительных проводников от помех.The measurement leads 103 have two surfaces. One surface facing the measurement area 102 is used to determine the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area. In order to eliminate the influence of the electric field on the test leads from the opposite side of the surface of the test leads, in an embodiment of the invention it is proposed to use a common conductor 106. The function of the common conductor is to equalize the electric field that acts on the test leads from the surface of the test leads, which is opposite to the areas. To ensure equalization of the electric field, it is necessary that the surface of the common conductor be located at practically constant distances from the surfaces of the measuring conductors, in appropriate areas. In this case, the electric field from the side of the common conductor will have the same effect on the measuring conductors and will not introduce errors into the determination of the geometric center. Additionally, the common conductor performs the function of shielding the measuring conductors from interference.

Общий проводник может быть выполнен, например, в виде плоской пластины или в виде тонкого печатного проводника 106 (фиг. 1).The common conductor can be made, for example, in the form of a flat plate or in the form of a thin printed conductor 106 (Fig. 1).

Общий проводник в конструкции системы проводников может быть заменен на конструктивные элементы устройства, в которых используется система проводников, которые выполняют функцию общего проводника. В отдельных приложениях, где не требуется высокая точность, функции общего проводника может выполнять внешнее окружение системы проводников. Например, устройство, в котором используется система проводников, со стороны, противоположной стороне измерительной области, может быть установлено на относительно большом расстоянии от электропроводящих предметов, или, например, на кирпичной стене без металлической арматуры. В результате функция экранирования измерительных проводников и выравнивания электрического поля может не потребоваться.The common conductor in the design of the conductor system can be replaced by the structural elements of the device, which use the system of conductors, which perform the function of a common conductor. In some applications where high accuracy is not required, the functions of the common conductor can be performed by the external environment of the conductor system. For example, a device that uses a system of conductors, on the side opposite to the measurement area, can be installed at a relatively large distance from electrically conductive objects, or, for example, on a brick wall without metal reinforcement. As a result, the function of shielding the test leads and equalizing the electric field may not be required.

1.9 Вариант системы проводников, в котором система проводников дополнительно содержит общий проводник, поверхность которого расположена со стороны измерительной области1.9 A variant of the conductor system, in which the conductor system additionally contains a common conductor, the surface of which is located on the side of the measuring area

Вариант соответствует п. 10 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что система проводников дополнительно содержит общий проводник, причем общий проводник расположен со стороны поверхности измерительных проводников, которая обращена в сторону поверхности измерительной области, общий проводник имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных проводников на соответствующих участках.The variant corresponds to paragraph 10 of the claims. The variant is characterized in that the system of conductors additionally comprises a common conductor, wherein the common conductor is located on the side of the surface of the measuring conductors, which faces the surface of the measuring area, the common conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances from the surfaces of the measuring conductors in the corresponding sections .

В варианте (фиг. 19) дополнительная часть 304 общего проводника расположена со стороны измерительной области 110, которая образована на наружной поверхности диэлектрической подложки 102, причем часть общего проводника имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с постоянными расстояниями с поверхностью измерительных проводников на соответствующих участках. В этом случае функция общего проводника дополняется функцией формирования однородного электрического поля в пространстве между измерительными проводниками 103 и частью общего проводника 304. Общий проводник может быть выполнен, например, в виде плоской пластины, а также в виде других конструкций.In the variant (FIG. 19), the additional common conductor part 304 is located on the side of the measuring area 110, which is formed on the outer surface of the dielectric substrate 102, and the common conductor part has a surface facing the measuring conductors with constant distances from the surface of the measuring conductors in the respective areas. In this case, the function of the common conductor is supplemented by the function of forming a uniform electric field in the space between the measuring conductors 103 and part of the common conductor 304. The common conductor can be made, for example, in the form of a flat plate, as well as in the form of other structures.

Общий проводник такой конструкции используется в варианте 1.7 системы проводников для определения координат геометрического центра плоского тела из диэлектрического материала.A common conductor of this design is used in version 1.7 of the conductor system to determine the coordinates of the geometric center of a flat body made of dielectric material.

1.10 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с экранирующим проводником1.10 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with a shielding conductor

Вариант соответствует п. 11 формулы изобретения.The option corresponds to paragraph 11 of the claims.

Вариант характеризуется тем, что система проводников дополнительно содержит экранирующий проводник, причем экранирующий проводник расположен со стороны поверхности измерительных проводников, которая противоположна поверхности измерительной области, экранирующий проводник имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных проводников на соответствующих участках.The variant is characterized in that the system of conductors additionally contains a shielding conductor, wherein the shielding conductor is located on the side of the surface of the measuring conductors, which is opposite to the surface of the measuring area, the shielding conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances from the surfaces of the measuring conductors in the respective sections.

Вариант системы проводников с экранирующим проводником показан на фиг. 21 на примере электроемкостного преобразователя 320. Электроемкостный преобразователь содержит плоскую диэлектрическую подложку 102 с изолирующим слоем 111, систему измерительных проводников 103, общий проводник 328, блок аналого-цифрового преобразователя 323 и экранирующий проводник 321. Экранирующий проводник выполнен в виде плоского проводника, расположенного со стороны измерительных проводников 103, которая противоположна стороне с измерительной областью 110, причем экранирующий проводник имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных проводников на соответствующих участках.A variant of the conductor system with a shield conductor is shown in FIG. 21 on the example of the electrocapacitive converter 320. The electrocapacitive converter contains a flat dielectric substrate 102 with an insulating layer 111, a system of measuring conductors 103, a common conductor 328, an analog-to-digital converter block 323 and a shielding conductor 321. The shielding conductor is made in the form of a flat conductor located from the side measuring conductors 103, which is opposite to the side with the measuring area 110, and the shielding conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances from the surfaces of the measuring conductors in the respective areas.

Принцип действия экранирующего проводника следующий. В измерительной технике известен способ уменьшения «паразитной» емкости проводника измерительной цепи, за счет изоляции экранирующего проводника и его подключения к источнику возмущающего измерительную цепь напряжения. В этом случае потенциал на экранирующем проводнике синфазно изменяется с потенциалом в проводнике измерительной цепи, в результате уменьшается взаимная емкость. В данном случае, с помощью этого способа можно уменьшить пассивную емкость измерительных проводников. Для этой цели в систему проводников введен экранирующей проводник 321. Для измерения емкости измерительных частей измерительных проводников может быть использован аналого-цифровой преобразователь на основе измерения RC-параметров. При этом экранирующий проводник подключают к выводу источника возмущающего RC-цепь напряжения.The principle of operation of the shielding conductor is as follows. In measuring technology, a method is known to reduce the "parasitic" capacitance of the conductor of the measuring circuit, by isolating the shielding conductor and connecting it to a source of voltage that disturbs the measuring circuit. In this case, the potential on the shielding conductor changes in phase with the potential in the conductor of the measuring circuit, as a result, the mutual capacitance decreases. In this case, using this method, it is possible to reduce the passive capacitance of the measuring leads. For this purpose, a shielding conductor 321 is introduced into the conductor system. To measure the capacitance of the measuring parts of the measuring conductors, an analog-to-digital converter based on the measurement of RC parameters can be used. In this case, the shielding conductor is connected to the output of the source of the perturbing RC voltage circuit.

Экранирующий проводник, дополнительно реализует функцию экранирования проводников от помех со стороны блока электроники и выравнивания электрического поля. Возмущающее напряжение подается на проводник 321 по проводнику 324 от схемы аналого-цифрового преобразователя. Конструкция экранирующего проводника имеет множество вариантов.The shielding conductor additionally implements the function of shielding conductors from interference from the electronics unit and leveling the electric field. A disturbing voltage is applied to conductor 321 via conductor 324 from an analog-to-digital converter circuit. The design of the shield conductor has many options.

1.11 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением измерительных проводников на гладкой поверхности диэлектрической подложки1.11 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the location of the measuring conductors on a smooth surface of the dielectric substrate

Вариант системы проводников соответствует п. 12 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что измерительные проводники выполнены тонкими и расположены на практически гладкой поверхности слоя диэлектрической подложки, причем поверхность слоя диэлектрической подложки задана в границе измерительной области.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 12 of the claims. The variant is characterized by the fact that the measuring conductors are made thin and located on a practically smooth surface of the dielectric substrate layer, and the surface of the dielectric substrate layer is set at the boundary of the measuring region.

В этом варианте поверхность каждого измерительного проводника принимает форму поверхности слоя диэлектрической подложки на соответствующем участке поверхности.In this embodiment, the surface of each measuring conductor takes the form of the surface of the dielectric substrate layer on the corresponding surface area.

Для системы проводников, выполненной в соответствии с п. 1 формулы изобретения, практически гладкая поверхность слоя диэлектрической подложки задана в границе измерительной области. Поэтому каждый измерительный проводник имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области. Для системы проводников с использованием множества измерительных областей по п. 16 формулы изобретения практически гладкая поверхность слоя диэлектрической подложки задана в границе общей измерительной области.For a system of conductors made in accordance with claim 1 of the claims, a practically smooth surface of the dielectric substrate layer is specified at the boundary of the measurement area. Therefore, each measuring conductor has a surface, which is part of a practically smooth surface defined in the boundary of the measuring area. For a system of conductors using a plurality of measuring areas according to claim 16 of the claims, a practically smooth surface of the dielectric substrate layer is set at the boundary of the common measuring area.

Вариант конкретизирует конструкцию и расположение измерительных проводников.The variant specifies the design and arrangement of the measuring conductors.

Тонкими проводниками считаются проводники, толщина которых много меньше ширины или высоты проводников. Например, тонкими являются печатные проводники. Термин «гладкая поверхность» используется в математическом смысле - поверхность, которая образованна непрерывно дифференцируемой функцией в границах заданной области. Применительно к практике - гладкая поверхность это поверхность без резких изгибов, выступов и углублений.Thin conductors are conductors whose thickness is much less than the width or height of the conductors. For example, printed conductors are thin. The term "smooth surface" is used in a mathematical sense - a surface that is formed by a continuously differentiable function within the boundaries of a given region. With regard to practice, a smooth surface is a surface without sharp bends, protrusions and recesses.

1.12 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением измерительных проводников на плоской поверхности1.12 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the location of the measuring conductors on a flat surface

Вариант системы проводников соответствует п. 13 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что диэлектрическая подложка выполнена в форме плоской пластины, а измерительные проводники расположены на плоской поверхности слоя пластины выполненной из диэлектрического материала.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 13 of the claims. The variant is characterized by the fact that the dielectric substrate is made in the form of a flat plate, and the measuring conductors are located on the flat surface of the plate layer made of a dielectric material.

Этот вариант показан на фиг. 1. Измерительные проводники 103 расположены на плоской поверхности слоя диэлектрической подложки 102 в границе измерительной области 110. Для изоляции проводников предусмотрен изолирующий слой 111, расположенный поверх измерительных проводников 103. Поверхность измерительной области 110 образована на наружной поверхности изолирующей пластины 110. Диэлектрическая подложка выполнена в форме пластины с плоской поверхностью.This option is shown in Fig. 1. The measurement conductors 103 are located on the flat surface of the dielectric substrate layer 102 at the boundary of the measurement region 110. To isolate the conductors, an insulating layer 111 is provided over the measurement conductors 103. The surface of the measurement region 110 is formed on the outer surface of the insulating plate 110. The dielectric substrate is shaped plates with a flat surface.

1.13 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением измерительных проводников на гладкой изогнутой поверхности диэлектрической подложки, имеющей форму изогнутой пластины1.13 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the location of the measuring conductors on a smooth curved surface of a dielectric substrate in the form of a curved plate

Вариант системы проводников соответствует п. 14 формулы изобретения. Вариант отличается тем, что диэлектрическая подложка выполнена в форме частично или полностью изогнутой пластины, а измерительные проводники расположены на частично или полностью изогнутой поверхности слоя пластины выполненной из диэлектрического материала.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 14 of the claims. The variant differs in that the dielectric substrate is made in the form of a partially or fully curved plate, and the measuring conductors are located on the partially or completely curved surface of the plate layer made of dielectric material.

Вариант может найти применение для определения координат геометрического центра двумерной области для электропроводящих тел, в котором двумерная область в области соприкосновения образуется за счет деформации электропроводящего тела. В этом случае двумерная область принимает форму изогнутой поверхности. При этом, для расположения измерительных проводников может быть выбрана как вогнутая, так и выпуклая цилиндрическая поверхность. На практике целесообразно использовать диэлектрическую подложку, которая выполнена в виде части полого цилиндра. Также, этот вариант можно использовать, когда необходимо сгибать диэлектрическую подложку по типу открытия или закрытия книжки или сворачивать ее в свиток.The variant can be used to determine the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region for electrically conductive bodies, in which the two-dimensional region in the area of contact is formed due to the deformation of the electrically conductive body. In this case, the two-dimensional region takes the form of a curved surface. In this case, both a concave and a convex cylindrical surface can be chosen for the location of the measuring conductors. In practice, it is advisable to use a dielectric substrate, which is made in the form of a part of a hollow cylinder. Also, this option can be used when it is necessary to bend the dielectric substrate like opening or closing a book or folding it into a scroll.

Диэлектрическая подложка с цилиндрической поверхностью может быть получена путем изгибания подложки с плоской поверхностью по поверхности подложки с проводниками. Координатная сетка системы координат измерительной области подложки, оси координат которой связаны с поверхностью диэлектрической подложки, при таком изгибании поверхности не деформируется. Поэтому с изгибом поверхности подложки не изменяются геометрическая форма, размеры и расположение фигур измерительных проводников. Следовательно, не меняются признаки формулы изобретения, которые определяют форму, размеры и относительное расположение измерительных проводников.A dielectric substrate with a cylindrical surface can be obtained by bending a substrate with a flat surface along the surface of the substrate with conductors. The coordinate grid of the coordinate system of the measuring area of the substrate, whose coordinate axes are associated with the surface of the dielectric substrate, does not deform under such surface bending. Therefore, with the bending of the substrate surface, the geometric shape, dimensions and arrangement of the figures of the measuring conductors do not change. Therefore, the features of the claims that determine the shape, dimensions and relative position of the measuring conductors do not change.

В зависимостях (1) и (3) между электрической емкостью и площадью измерительных проводников использована формула для плоского конденсатора, с обкладками, имеющими плоскую поверхность. В случае использования подложки с цилиндрической поверхностью необходимо применять формулу для цилиндрического конденсатора. Общий вид зависимостей между емкостью и площадью измерительных проводников (1) и (3) не изменяется, при этом выражение для вычисления коэффициента К₁ для варианта системы проводников для электропроводящих тел имеет видIn dependences (1) and (3) between the electric capacitance and the area of the measuring conductors, the formula for a flat capacitor is used, with plates having a flat surface. In the case of using a substrate with a cylindrical surface, it is necessary to apply the formula for a cylindrical capacitor. The general view of the dependences between the capacitance and the area of the measuring conductors (1) and (3) does not change, while the expression for calculating the coefficient K ₁ for the variant of the system of conductors for electrically conductive bodies has the form

Где:Where:

ε₁ - относительная диэлектрическая проницаемость материала слоя диэлектрической подложки, изолирующего измерительные проводники;ε ₁ - relative permittivity of the material layer of the dielectric substrate, insulating the measuring conductors;

d₁ - толщина изолирующего измерительные проводники диэлектрического слоя подложки;d ₁ - the thickness of the insulating measuring conductors of the dielectric layer of the substrate;

R₁ - радиус цилиндрической поверхности, на которой расположены измерительные проводники диэлектрической подложки.R ₁ is the radius of the cylindrical surface on which the measuring conductors of the dielectric substrate are located.

В конечных формулах (15), (25) и (26) для вычисления координат геометрического центра двумерной области коэффициент K₁ сокращается, поэтому расположение измерительных проводников на цилиндрической поверхности не влияет на реализацию основного назначения системы проводников, в соответствующей области применения.In the final formulas (15), (25) and (26) to calculate the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, the coefficient K ₁ is reduced, so the location of the measuring conductors on a cylindrical surface does not affect the implementation of the main purpose of the conductor system in the corresponding field of application.

В связи с тем, что координатная сетка при изгибе не меняется в варианте системы проводников можно использовать любую поверхность, полученную путем изгиба.Due to the fact that the coordinate grid does not change during bending, any surface obtained by bending can be used in the version of the conductor system.

1.14 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением системы измерительных проводников на гладкой криволинейной поверхности1.14 A variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the arrangement of the system of measuring conductors on a smooth curved surface

Вариант соответствует п. 15 формулы изобретения.The option corresponds to paragraph 15 of the claims.

Принцип действия варианта системы проводников пояснен на чертежах фиг. 22, фиг. 23, фиг. 24 и фиг. 25.The operating principle of the conductor system variant is illustrated in the drawings of FIG. 22, fig. 23, fig. 24 and FIG. 25.

Сущность данного варианта изобретения заключается в том, что система измерительных проводников расположена на гладкой криволинейной поверхности, например, диэлектрической подложки, имеющей форму оболочки. При этом в соответствии с изобретением, группы измерительных проводников и измерительные области групп представляют собой полосы с относительно небольшой шириной, по отношению к их длине. Если эти полосы проходят по касательной к поверхности, то полосы практически не изгибаются в направлении ширины. Поэтому полосы с высокой степенью точности можно считать плоскими в направлении ширины. При этом изгиб полос в направлении длины не деформирует поверхность полос (см. вариант 1.13). Поэтому признаки изобретения, касающиеся конструкции групп измерительных проводников и измерительных областей групп, являются применимыми для данного варианта поверхности.The essence of this variant of the invention lies in the fact that the system of measuring conductors is located on a smooth curved surface, for example, a dielectric substrate having the shape of a shell. In this case, in accordance with the invention, the groups of measuring conductors and the measuring areas of the groups are strips with a relatively small width, in relation to their length. If these strips run tangentially to the surface, then the strips hardly bend in the width direction. Therefore, the strips can be considered flat in the width direction with a high degree of accuracy. In this case, the bending of the strips in the direction of length does not deform the surface of the strips (see variant 1.13). Therefore, the features of the invention regarding the design of the groups of measuring conductors and the measuring areas of the groups are applicable to this surface option.

Практический интерес представляют варианты криволинейной поверхности, имеющие простые формы, например форму части поверхности сферы, которая имеет поверхность с постоянным радиусом кривизны.Of practical interest are variants of a curved surface that have simple shapes, for example, the shape of a part of the surface of a sphere that has a surface with a constant radius of curvature.

На фиг. 22 показана криволинейная поверхность измерительной области 326 в форме сферического квадрата. Цифрой 327 обозначена поверхность сегмента сферы. Поверхность сферы имеет радиус кривизны r. Центр радиуса поверхности сферического квадрата расположен в нулевой точке прямоугольной системы координат X, Y, Z. Часть границы сферического квадрата между точками 1-2 образована сечением сферы с плоскостью, которая проходит через ось Х и отклонена на заданный угол относительно оси Y. Часть границы между точками 3-4 образована той же плоскостью, но повернутой на противоположный угол относительно оси Z. Аналогичным образом, с помощью другой плоскости, проходящей через ось Y, определены границы сферического квадрата между точками 1-3 и 2-4. На фиг. 22 также показана точка n, которая соответствует пересечению сферы и двух плоскостей, которые отклонены на углы ϕ₁ и ϕ₂ относительно оси Z.In FIG. 22 shows the curved surface of the measurement area 326 in the form of a spherical square. The number 327 indicates the surface of the segment of the sphere. The surface of a sphere has a radius of curvature r. The center of the surface radius of the spherical square is located at the zero point of the X, Y, Z rectangular coordinate system. points 3-4 is formed by the same plane, but rotated at the opposite angle relative to the Z axis. Similarly, using another plane passing through the Y axis, the boundaries of the spherical square between points 1-3 and 2-4 are determined. In FIG. 22 also shows point n, which corresponds to the intersection of a sphere and two planes that are deflected by angles ϕ ₁ and ϕ ₂ with respect to the Z axis.

На фиг. 24 показана картографическая проекция сферического квадрата 326 на плоскость Х-Y. Особенностью этой проекции является то, что расстояния по осям X и Y не искажены. На фиг. 23 также показана координатная сетка 328, полученная поворотами плоскостей на одинаковые фиксированные углы. Если ширина сферического квадрата составляет π/2 радиан, 6 сферических квадратов можно сшить, с образованием полного покрытия всей сферы.In FIG. 24 shows a map projection of a spherical square 326 onto the X-Y plane. A feature of this projection is that the distances along the X and Y axes are not distorted. In FIG. 23 also shows a coordinate grid 328 obtained by rotating the planes through the same fixed angles. If the width of the spherical square is π/2 radians, 6 spherical squares can be sewn together to form a complete coverage of the entire sphere.

Каждая линия показанной координатной сетки является геодезической линией на поверхности сферического квадрата. Геодезические линии являются аналогами прямых линий на криволинейной поверхности. Проходящие вдоль геодезической линии полосы измерительных областей групп измерительных проводников являются касательными к поверхности. Ввиду относительно малой ширины полос, измерительные области групп практически не деформированы искривлением поверхности сферы в направлении ширины, и эти полосы можно считать плоскими, с изогнутой в направлении длины поверхностью, как в варианте 1.13 системы проводников. На фиг. 23 показана одна из множества измерительных областей 329 групп измерительных проводников, которая проходит вдоль геодезической линии а-в.Each grid line shown is a geodesic line on the surface of the spherical square. Geodesic lines are analogous to straight lines on a curved surface. The strips of the measuring regions of the groups of measuring conductors running along the geodesic line are tangent to the surface. Due to the relatively small width of the strips, the measuring regions of the groups are practically not deformed by the curvature of the sphere surface in the width direction, and these strips can be considered flat, with a surface bent in the direction of length, as in option 1.13 of the conductor system. In FIG. 23 shows one of the plurality of measurement areas 329 of the measurement conductor groups which extends along the geodesic line a -b.

Расстояния между линиями координатной сетки в углах сферического квадрата немного уменьшаются с приближением к углам, что создает погрешность в определении геометрического центра. Эта погрешность относится к погрешности аппроксимации криволинейной поверхности плоскими фигурами. Погрешность аппроксимации можно существенно уменьшить, уменьшая размер измерительной области. Например, квадрат 326 можно разбить на четыре равных сферических квадрата 330, как показано на фиг. 24. Такая разбивка получается поворотом осей системы координат для каждого сферического квадрата на соответствующий угол и уменьшения размера квадрата. Каждый сферический квадрат в данном изобретении рассматривается как одна измерительная область из числа множества измерительных областей, границы которых расположены практически без промежутков друг к другу. Для каждой измерительной области 330 определена соответствующая локальная система координат 331, которая, в данном случае, совпадает с системой координат сферического квадрата. Система проводников для определения геометрического центра двумерной области, как показано в описании изобретения, способна определить геометрический центр двумерной области на основе данных измерений координат геометрических центров во множестве измерительных областей, составляющих систему.The distances between the lines of the coordinate grid at the corners of the spherical square decrease slightly as the corners are approached, which creates an error in determining the geometric center. This error refers to the error in the approximation of a curved surface by flat figures. The approximation error can be significantly reduced by reducing the size of the measurement area. For example, square 326 can be broken into four equal spherical squares 330 as shown in FIG. 24. Such a breakdown is obtained by rotating the axes of the coordinate system for each spherical square by the appropriate angle and reducing the size of the square. Each spherical square in the present invention is considered as one measurement area from a plurality of measurement areas, the boundaries of which are located almost without gaps to each other. For each measurement area 330, a corresponding local coordinate system 331 is defined, which, in this case, coincides with the coordinate system of the spherical square. A conductor system for determining the geometric center of a two-dimensional region, as shown in the description of the invention, is able to determine the geometric center of a two-dimensional region based on measurement data of the coordinates of geometric centers in a plurality of measurement regions constituting the system.

На фиг. 25 показана разбивка измерительной области 326 на полоски, которые обладают относительно небольшой величиной деформации поверхности (напоминающие полоски кожи, из которых сшит волейбольный мяч). На фиг. 25 показана измерительная область 332 системы проводников в виде полоски, локальная система координат 333 измерительной области и измерительная область 334 группы измерительных проводников. На практике, поверхность любой формы можно аппроксимировать с использованием множества фигур разных форм и размеров. Для аппроксимации поверхности в дополнение к квадратам используют треугольники, шестиугольники и другие фигуры в разных комбинациях, которые располагают на поверхности в виде мозаики. На отдельных участках поверхности с высокой степенью кривизны, с целью уменьшения погрешности аппроксимации, можно использовать фигуры для измерительных областей с относительно небольшими размерами. При этом погрешность определения геометрического центра двумерной области с криволинейной поверхностью можно уменьшить практически до любой заданной величины.In FIG. 25 shows a breakdown of the measurement area 326 into strips that have a relatively small amount of surface deformation (reminiscent of strips of leather from which a volleyball is sewn). In FIG. 25 shows the measurement area 332 of the stripe system of conductors, the local coordinate system 333 of the measurement area, and the measurement area 334 of the group of measurement conductors. In practice, a surface of any shape can be approximated using many figures of different shapes and sizes. To approximate the surface, in addition to squares, triangles, hexagons and other figures in various combinations are used, which are placed on the surface in the form of a mosaic. In some areas of the surface with a high degree of curvature, in order to reduce the approximation error, it is possible to use figures for measuring areas with relatively small dimensions. In this case, the error in determining the geometric center of a two-dimensional region with a curved surface can be reduced to almost any given value.

Таким образом, реализация назначения варианта системы проводников с расположением измерительных проводников на криволинейной поверхности, считается доказанной.Thus, the implementation of the assignment of a variant of the system of conductors with the location of the measuring conductors on a curved surface is considered proven.

1.15 Особенности принципа действия системы проводников для определения координат двумерной области полученной при приближении электропроводящего тела к поверхности измерительной области1.15 Features of the operating principle of the system of conductors for determining the coordinates of a two-dimensional area obtained by approaching an electrically conductive body to the surface of the measuring area

Анализ конструкции системы проводников показывает, что система измерительных проводников в общем случае реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области с учетом весов участков двумерной области. Определение координат геометрического центра двумерной области с помощью прикосновения является частным случаем общего способа определения координат геометрического центра двумерной области при приближении электропроводящего тела к поверхности измерительной области.An analysis of the design of the system of conductors shows that the system of measuring conductors in the general case implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, taking into account the weights of the sections of the two-dimensional region. Determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using touch is a special case of the general method for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region when an electrically conductive body approaches the surface of the measuring region.

Как показано на фиг. 26 и фиг. 27, в случае приближения электропроводящего тела 337 (электропроводящего шара) к поверхности измерительной области 110 на поверхности измерительной области образуется двумерная область 338 приближения электропроводящего тела к поверхности измерительной области. Двумерная область 338 приближения образуется в области сгущения силовых линий 336 электрического поля, которые распространяются между поверхностью общей измерительной области с измерительными проводниками и шаром. Максимальное сгущение силовых линий формируется в местах двумерной области, которые приближены на минимальное расстояние к поверхности тела. На фиг. 26 и фиг. 27 дополнительно показаны изолинии 339 одинаковой напряженности электрического поля 336 и геометрический центр 341 двумерной области. Нормаль от геометрического центра двумерной области при соприкосновении с поверхностью электропроводящего тела 337 образует точку, которая приблизительно соответствует геометрическому центру части двумерной поверхности тела, обращенной в сторону поверхности измерительной области.As shown in FIG. 26 and FIG. 27, when the electrically conductive body 337 (conductive ball) approaches the surface of the measurement region 110, a two-dimensional region 338 of the approach of the electrically conductive body to the surface of the measurement region is formed on the surface of the measurement region. The two-dimensional region 338 of the approximation is formed in the region of condensation of electric field lines 336 that propagate between the surface of the common measuring region with the measuring conductors and the ball. The maximum concentration of field lines is formed in the places of the two-dimensional region, which are close to the minimum distance to the surface of the body. In FIG. 26 and FIG. 27 additionally shows isolines 339 of the same electric field strength 336 and the geometric center 341 of the two-dimensional region. The normal from the geometric center of the two-dimensional region, in contact with the surface of the electrically conductive body 337, forms a point that approximately corresponds to the geometric center of the part of the two-dimensional surface of the body facing the surface of the measurement region.

Для математических выкладок поверхность измерительной области условно разобьем на множество квадратных участков 340 одинаковой площади. Величину площади каждого участка выберем такой величины малости, чтобы с заданной точностью можно принять веса точек в границах участка одинаковыми по всей поверхности участка. При этом веса участков пропорциональны электрической емкости соответствующих участков измерительных проводников измерительной области. В области сгущений силовых линий, где поверхность шара приближена на минимальное расстояние, избыточная электрическая емкость участков и их веса являются максимальными. Поэтому эта часть двумерной области приближения является доминирующей для нахождения координат геометрического центра. С другой стороны, в частях двумерной области, которые удалены от поверхности шара, избыточная емкость участков снижается, соответственно снижаются веса этих участков. Поэтому эти части не оказывают большого влияния на координаты геометрического центра и ими можно пренебречь. В связи с этим можно условно ограничить двумерную область приближения.For mathematical calculations, we conditionally divide the surface of the measuring area into many square sections 340 of the same area. We choose the value of the area of each section of such a value of smallness that, with a given accuracy, it is possible to accept the weights of points within the boundaries of the section as the same over the entire surface of the section. In this case, the weights of the sections are proportional to the electrical capacitance of the corresponding sections of the measuring conductors of the measuring area. In the area of field line concentrations, where the surface of the ball is close to the minimum distance, the excess electric capacitance of the sections and their weights are maximum. Therefore, this part of the two-dimensional approximation region is dominant for finding the coordinates of the geometric center. On the other hand, in parts of the two-dimensional region that are far from the surface of the ball, the excess capacity of the sections decreases, respectively, the weights of these sections decrease. Therefore, these parts do not have a great influence on the coordinates of the geometric center and can be neglected. In this regard, we can conditionally limit the two-dimensional region of approximation.

В данном варианте изобретения, используется величина, которая является обратной величиной расстояния и условно обозначена как приближение. Эта величина увеличивается в случае приближения. Для того чтобы учесть величину приближения электропроводящего тела к участкам поверхности измерительной области с проводниками введем для участков поверхности весовые коэффициенты.In this embodiment of the invention, a value is used that is the reciprocal of the distance and is conventionally designated as an approximation. This value increases as you get closer. In order to take into account the magnitude of the approach of the electrically conductive body to the surface areas of the measuring area with conductors, we introduce weight coefficients for the surface areas.

Где:Where:

- весовой коэффициент, учитывающий относительную величину приближения электропроводящего тела к участку поверхности двумерной области;

- weight coefficient that takes into account the relative magnitude of the approach of the electrically conductive body to the surface area of the two-dimensional region;

- коэффициент пропорциональности между электрической емкостью участка и площадью измерительных проводников участка двумерной области с номером i;

- coefficient of proportionality between the electrical capacitance of the section and the area of the measuring conductors of the section of the two-dimensional region with the number i;

- коэффициент пропорциональности между средней электрической емкостью участков и средней площадью участков двумерной области.

- coefficient of proportionality between the average electrical capacitance of the plots and the average area of the plots of the two-dimensional region.

Где:Where:

- величина избыточной электрической емкости измерительных проводников участка двумерной области с номером i;

- the value of the excess electrical capacitance of the measuring conductors of the section of the two-dimensional region with the number i;

- площадь измерительных проводников участка двумерной области с номером i;

- the area of the measuring conductors of the section of the two-dimensional region with the number i;

- среднеарифметическая величина избыточной электрической емкости проводников участков двумерной области;

- the arithmetic mean value of the excess electrical capacitance of the conductors of the sections of the two-dimensional region;

- среднеарифметическая величина площади измерительных проводников участков двумерной области;

is the arithmetic mean of the area of the measuring conductors of the sections of the two-dimensional region;

- обратная величина расстояния между участком двумерной области и поверхностью электропроводящего тела;

is the reciprocal of the distance between a section of a two-dimensional region and the surface of an electrically conductive body;

- средняя величина обратной величины расстояния между участками поверхности двумерной области и поверхностью электропроводящего тела;

- the average value of the reciprocal of the distance between the surface areas of the two-dimensional region and the surface of the electrically conductive body;

ε_B - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха.ε _B - relative permittivity of air.

Для определения координат геометрического центра двумерной области по осям Y1 и Y2 с введение весовых коэффициентов справедливы следующие выраженияTo determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region along the Y1 and Y2 axes with the introduction of weight coefficients, the following expressions are valid

Где:Where:

G_Y1 - величина координаты геометрического центра двумерной области по оси ординат Y1 системы координат первого множества измерительных проводников в области пересечения двумерной области с измерительной областью;G _Y1 - the value of the coordinate of the geometric center of the two-dimensional area along the y-axis Y1 of the coordinate system of the first set of measuring conductors in the area of intersection of the two-dimensional area with the measuring area;

- величина координаты геометрического центра по оси ординат Y1 участка двумерной области под номером i;

- the value of the coordinate of the geometric center along the y-axis Y1 of the section of the two-dimensional region under the number i;

- сумма избыточных емкостей измерительных проводников первой и второй измерительных частей первого множества проводников для участка с номером i;

- the sum of the excess capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts of the first set of conductors for section number i;

- величина координаты геометрического центра по оси ординат Y2 участка двумерной области под номером i;

- the value of the coordinate of the geometric center along the ordinate axis Y2 of the section of the two-dimensional region under the number i;

- сумма избыточных емкостей измерительных проводников первой и второй измерительных частей второго множества измерительных проводников для участка с номером i.

- the sum of the excess capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts of the second set of measuring conductors for section number i.

В правых частях выражений (37) и (38) площади измерительных проводников участков

сокращаются, сумма средних величин

по всей двумерной области заменена на равную этой сумме величину избыточной емкости суммы измерительных проводников первой и второй измерительной части соответствующего множества измерительных проводников, величина емкости участка

заменена на сумму избыточных емкостей измерительных проводников первой и второй измерительных частей соответствующего множества, в границах соответствующего участка с номером i.In the right parts of expressions (37) and (38), the areas of the measuring conductors of the sections

decrease, the sum of the average values

over the entire two-dimensional region is replaced by the value of the excess capacitance of the sum of the measuring conductors of the first and second measuring parts of the corresponding set of measuring conductors equal to this sum, the capacitance value of the section

replaced by the sum of the excess capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts of the corresponding set, within the boundaries of the corresponding section with the number i.

После подстановки правых частей выражений (25) и (26) для координат геометрического центра для участка двумерной области под номером i взамен

и

в соответствующие выражения (37) и (38) получим выражения для вычисления координат геометрического центра всей двумерной области, идентичные выражениям (25) и (26). В связи с чем, введение весовых коэффициентов не меняет вид формул (25) и (26) для вычислений координат геометрического центра. Выражения (25) и (26) используются для вычисления координат геометрических центров двумерной области для всех систем проводников в рамках данного изобретения. Поэтому, в случае введения весовых коэффициентов

для вычисления координат геометрического центра двумерной области, вид формул для вычисления координат геометрических центров для всех вариантов системы проводников не меняется. В связи с этим, система проводников в общем случае выполняет функцию определения координат геометрического центра двумерной области с учетом весовых коэффициентов участков двумерной области, которые приблизительно пропорциональны относительной величине приближения электропроводящего тела к поверхности измерительной области. При этом весовые коэффициенты имеют величину больше единицы в границе двумерной области, которая в наибольшей степени приближена к поверхности электропроводящего тела и меньше единицы в части двумерной области с наименьшим приближением. В случае если для всех участков двумерной области соблюдается равенство

весовой коэффициент равен 1.After substituting the right parts of expressions (25) and (26) for the coordinates of the geometric center for the section of the two-dimensional region under the number i, instead of

and

into the corresponding expressions (37) and (38) we obtain expressions for calculating the coordinates of the geometric center of the entire two-dimensional region, identical to expressions (25) and (26). In this connection, the introduction of weight coefficients does not change the form of formulas (25) and (26) for calculating the coordinates of the geometric center. Expressions (25) and (26) are used to calculate the coordinates of the geometric centers of the two-dimensional region for all systems of conductors in the framework of this invention. Therefore, in the case of introducing weight coefficients

to calculate the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, the form of the formulas for calculating the coordinates of the geometric centers for all variants of the conductor system does not change. In this regard, the system of conductors in the general case performs the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, taking into account the weight coefficients of the sections of the two-dimensional region, which are approximately proportional to the relative magnitude of the approach of the electrically conductive body to the surface of the measuring region. In this case, the weight coefficients have a value greater than one in the boundary of the two-dimensional region, which is closest to the surface of the electrically conductive body and less than one in the part of the two-dimensional region with the smallest approximation. If for all sections of the two-dimensional region the equality

the weight factor is 1.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области имеет следующие положительные свойства.The conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region has the following positive properties.

Система проводников имеет относительно высокое быстродействие. Высокое быстродействие связано с тем, что функция определения координат геометрического центра двумерной области реализуется непосредственно системой измерительных проводников, которые одновременно являются датчиками и аналоговым вычислительным устройством. При этом система измерительных проводников реализует основной объем вычислений координат геометрического центра двумерной области.The conductor system has a relatively high speed. High performance is due to the fact that the function of determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region is implemented directly by the system of measuring conductors, which are simultaneously sensors and an analog computing device. In this case, the system of measuring conductors implements the bulk of the calculations of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region.

Система проводников имеет относительно высокую точность определения координат геометрического центра двумерной области. Высокая точность связана с тем, что при определении координат геометрического центра двумерной области используется множество точек на поверхности измерительной области, параметры электрического поля в которых непосредственно учитываются системой измерительных проводников. Точность измерения координат геометрического центра ограничивается только точностью изготовления измерительных проводников, которая с использованием современной технологии фотолитографического нанесения проводников может быть высокой.The system of conductors has a relatively high accuracy in determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. The high accuracy is due to the fact that when determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, many points are used on the surface of the measuring region, the parameters of the electric field in which are directly taken into account by the system of measuring conductors. The accuracy of measuring the coordinates of the geometric center is limited only by the accuracy of manufacturing the measuring conductors, which can be high using modern technology of photolithographic deposition of conductors.

Система проводников обладает высокой помехоустойчивостью. Высокая помехоустойчивость объясняется тем, что координаты геометрического центра двумерной области вычисляют с помощью функции, в которой координата геометрического центра выражена как разность емкостей измерительных частей в виде относительной величины. В результате чего, в значительной степени компенсируются мультипликативная и аддитивная составляющие помехи, действующей на проводники.The conductor system has a high noise immunity. The high noise immunity is explained by the fact that the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are calculated using a function in which the coordinate of the geometric center is expressed as the difference in the capacitances of the measuring parts in the form of a relative value. As a result, the multiplicative and additive components of the noise acting on the conductors are largely compensated.

Система измерительных проводников измерительной области может быть расположена на гладкой поверхности практически любой формы - на плоской, изогнутой или криволинейной поверхности. Что существенно расширяет область применения системы проводников.The system of measuring conductors of the measuring area can be located on a smooth surface of almost any shape - on a flat, curved or curved surface. This significantly expands the scope of the conductor system.

Функция определения координат геометрического центра двумерной области реализуется с учетом весовых коэффициентов участков двумерной области. Весовые коэффициенты позволяют учесть рельеф поверхности тела, которое приближено к поверхности измерительной области. В результате, система проводников может использоваться для бесконтактного ввода координат места приближения тела к поверхности измерительной области посредством измерения координат геометрического центра двумерной области приближения тела.The function of determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region is implemented taking into account the weight coefficients of the sections of the two-dimensional region. The weight coefficients allow taking into account the relief of the surface of the body, which is close to the surface of the measuring area. As a result, the system of conductors can be used for non-contact input of the coordinates of the place of approach of the body to the surface of the measurement area by measuring the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area of approach of the body.

Система проводников обладает относительно высокой чувствительностью. Высокая чувствительность связана с тем, что электрическое поле измерительных проводников направлено на объект, для которого определяют геометрический центр двумерной области.The conductor system has a relatively high sensitivity. The high sensitivity is due to the fact that the electric field of the measuring conductors is directed to the object, for which the geometric center of the two-dimensional region is determined.

Использование системы проводников позволяет снизить стоимость устройства, в котором она используется. Снижение стоимости объясняется тем, что система измерительных проводников может быть размещена на одной поверхности слоя, например, диэлектрической подложки. Что значительно удешевляет технологический процесс изготовления.The use of a conductor system reduces the cost of the device in which it is used. The cost reduction is explained by the fact that the system of measuring conductors can be placed on one surface of a layer, for example, a dielectric substrate. This significantly reduces the cost of the manufacturing process.

Система измерительных проводников позволяет использовать измерительные области любой формы и размеров и объединять эти области по принципу объединения элементов мозаики. Такое объединение позволяет реализовать функцию определения геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей или определить координаты геометрического центра нескольких двумерных областей по отдельности. При этом такое объединение с математической точки зрения является очень естественным и опирается на определение геометрического центра как точки, которая является средним арифметическим положений всех точек фигуры.The system of measuring conductors allows the use of measuring areas of any shape and size and combine these areas according to the principle of combining mosaic elements. Such a union makes it possible to implement the function of determining the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measurement regions or to determine the coordinates of the geometric center of several two-dimensional regions separately. Moreover, such a union from a mathematical point of view is very natural and is based on the definition of the geometric center as a point, which is the arithmetic mean of the positions of all points of the figure.

2. Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей2. A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measuring regions

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей соответствует п. 16 формулы изобретения. Варианты конструкции системы проводников показаны на фиг. 28-31. Назначение системы проводников заключается в определении координат геометрического центра двумерной области и в обеспечении возможности определения геометрических центров нескольких двумерных областей.The conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measuring areas corresponds to paragraph 16 of the claims. Variants of the design of the conductor system are shown in Fig. 28-31. The purpose of the wire system is to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region and to enable the geometric centers of several two-dimensional regions to be determined.

В независимом пункте формулы признаки изобретения приведены в обобщенном виде. Система проводников характеризуется следующими признаками изобретения.In an independent claim, the features of the invention are summarized. The conductor system is characterized by the following features of the invention.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей, содержащая множество измерительных областей с измерительными проводниками. Причем форма, размеры и расположение измерительных областей заданы. Измерительные области расположены с заданными промежутками друг относительно друга в границе общей измерительной области, измерительные проводники расположены в границах соответствующих измерительных областей, каждый измерительный проводник имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе общей измерительной области. Измерительные проводники каждой измерительной области образуют систему измерительных проводников измерительной области содержащую, по меньшей мере, три измерительные части, измерительные проводники в каждой из измерительных частей электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом система измерительных проводников каждой измерительной области реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области в области пересечения двумерной области и измерительной области в соответствующей для каждой измерительной области системе координат измерительной области. Величины координат геометрического центра двумерной области или величины координат геометрических центров нескольких двумерных областей выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей на выводах измерительных частей измерительных областей системы проводников.A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measurement regions, containing a plurality of measurement regions with measurement conductors. Moreover, the shape, size and location of the measuring areas are given. The measuring areas are located at predetermined intervals relative to each other in the boundary of the common measuring area, the measuring conductors are located within the boundaries of the respective measuring areas, each measuring conductor has a surface that is part of a practically smooth surface specified in the boundary of the common measuring area. The measuring conductors of each measuring area form a system of measuring conductors of the measuring area containing at least three measuring parts, the measuring conductors in each of the measuring parts are electrically connected to each other and connected to the corresponding output. In this case, the system of measuring conductors of each measuring area implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area in the coordinate system of the measuring area corresponding to each measuring area. The values of the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region or the values of the coordinates of the geometric centers of several two-dimensional regions are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts at the leads of the measuring parts of the measuring regions of the conductor system.

Функциональный признак «система измерительных проводников реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области в области пересечения двумерной области и измерительной области в соответствующей измерительной области системе координат» заменяет конструктивные признаки системы измерительных проводников для измерительной области, приведенные в п. 2 или п. 17 формулы изобретения для системы проводников.The functional feature "the system of measuring conductors implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region in the area of intersection of the two-dimensional region and the measuring region in the corresponding measuring region of the coordinate system" replaces the design features of the system of measuring conductors for the measuring region, given in clause 2 or clause 17 of the claims for the wiring system.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей отличается от системы проводников для определения координат геометрического центра с использованием одной измерительной области тем, что в этой системе использовано множество измерительных областей с измерительными проводниками. Формула изобретения по п. 16 и п. 17 для каждой из измерительных областей включает в себя соответствующие признаки для одной измерительной области, которые приведены в п. 1 и п. 2 формулы изобретения, соответственно. Принцип действия и доказательство реализации назначения системы проводников измерительной области описаны в варианте 1.1 системы проводников для одной измерительной области. Для системы проводников с использованием множества измерительных областей применимы варианты системы проводников по пп. 4-15 формулы изобретения, которые описаны под номерами 1.2-1.14 в вариантах системы проводников для одной измерительной области.The conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measurement regions differs from the conductor system for determining the coordinates of the geometric center using one measurement region in that this system uses a plurality of measurement regions with measurement conductors. The claims according to claim 16 and claim 17 for each of the measurement areas include the corresponding features for one measurement area, which are given in claim 1 and claim 2, respectively. The principle of operation and the proof of the implementation of the purpose of the system of conductors of the measuring area are described in option 1.1 of the system of conductors for one measurement area. For a system of conductors using a plurality of measuring areas, the variants of the system of conductors according to paragraphs are applicable. 4-15 of the claims, which are described under the numbers 1.2-1.14 in variants of the conductor system for one measuring area.

Описание разновидности системы проводников для множества измерительных областей касается, в основном, особенностей конструкции системы проводников, а также математических выкладок для сопряжения измерительных областей между собой. Принцип действия системы проводников с использованием множества измерительных областей описан для варианта под номером 2.2 с измерительными областями в виде прямоугольников.The description of the type of conductor system for a plurality of measuring areas mainly concerns the design features of the conductor system, as well as mathematical calculations for pairing the measuring areas with each other. The principle of operation of the conductor system using a plurality of measuring areas is described for option number 2.2 with measuring areas in the form of rectangles.

Дополнительно описан вариант системы проводников с измерительными областями в форме шестиугольников.Additionally, a variant of the system of conductors with measuring areas in the form of hexagons is described.

Количество вариантов системы проводников описанными вариантами не ограничивается.The number of variants of the conductor system is not limited to the described variants.

2.1 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей2.1 A variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measuring regions

Вариант соответствует п. 17 формулы изобретения.The option corresponds to paragraph 17 of the claims.

Система проводников имеет следующие признаки изобретения.The conductor system has the following features of the invention.

Система проводников, отличающаяся тем, что в каждой измерительной области функция определения координат геометрического центра двумерной области в области пересечения двумерной области и измерительной области, в соответствующей для каждой измерительной области системе координат реализуется за счет следующего. Измерительные проводники измерительной области образуют систему измерительных проводников, которая содержит два множества измерительных проводников, измерительные проводники каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Форма, размеры и расположение измерительных проводников каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам системах координат, причем координатная сетка каждой системы координат расположена на практически гладкой поверхности заданной в границе общей измерительной области, ось ординат системы координат измерительных проводников первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат измерительных проводников второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные проводники разделены на однообразные группы измерительных проводников, при этом группы измерительных проводников расположены в измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс. Каждая из групп содержит часть соответствующих множеству измерительных проводников первой и второй измерительных частей. В каждой из групп множества измерительные проводники первой измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, суммарная ширина которых вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат изменяется линейно, измерительные проводники второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных проводников первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат. Измерительные проводники групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных проводников первой измерительной части и суммарной ширины измерительных проводников второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных проводников первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных проводников в сечении. Измерительные проводники измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений проводников и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных проводников измерительных частей измерительной области.A system of conductors, characterized in that in each measurement area, the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measurement area, in the coordinate system corresponding to each measurement area, is implemented due to the following. Measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors, which contains two sets of measuring conductors, measuring conductors of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. The shape, dimensions and location of the measuring conductors of each of the sets are defined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the coordinate grid of each coordinate system is located on an almost smooth surface specified in the boundary of the common measuring area, the y-axis of the coordinate system of the measuring conductors of the first set is located under the specified non-zero angle to the y-axis of the coordinate system of the measuring conductors of the second set. For any given first or second plurality, the test leads are divided into uniform test lead groups, with the test lead groups located in the measurement area at regular intervals along the abscissa. Each of the groups contains a part of the first and second measuring parts corresponding to the plurality of measuring conductors. In each of the groups of the set, the measuring conductors of the first measuring part are made in the form of geometric shapes, the total width of which along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the ordinate axis changes linearly, the measuring conductors of the second measuring part are made in the form of geometric figures that complement the geometric shapes of the measuring conductors of the first measuring part until the formation of a constant total width along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the y-axis. The measuring conductors of the groups are made and arranged in such a way that in any section of the measuring conductors of the groups parallel to the abscissa axis, the difference between the total width of the measuring conductors of the first measuring part and the total width of the measuring conductors of the second measuring part, calculated within the framework of one complete group and one section, is a constant value in this section for other complete groups, in any section of the measuring conductors of groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within the framework of one complete group and one section, the total width of the measuring conductors of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other complete groups, and complete groups have a total the composition of the measuring conductors in the cross section. The measuring conductors of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the wiring and terminal connection diagram. The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts of the measuring region.

В соответствии с изобретением отдельные измерительные области могут быть произвольной формы. Измерительные области расположены с заданными промежутками друг относительно друга, например, на поверхности диэлектрической подложки в границе общей измерительной области. Такое расположение напоминает расположение измерительных областей в виде элементов мозаики. Заданные промежутки между измерительными областями необходимы для размещения соединительных проводников. С промежутками связана погрешность в определении координат геометрического центра двумерной области, которая относится к погрешности кусочно-постоянной аппроксимации границы измерительной области, поэтому ширину промежутков необходимо выбирать минимально возможной. Промежутки между измерительными областями могут иметь постоянную ширину, например, с целью повышения симметрии расположения измерительных областей.According to the invention, the individual measurement areas can be of arbitrary shape. The measurement areas are located at predetermined intervals relative to each other, for example, on the surface of the dielectric substrate at the boundary of the common measurement area. This arrangement resembles the arrangement of measurement areas in the form of mosaic elements. The specified spacings between the measuring areas are necessary for the placement of the connecting conductors. The gaps are related to the error in determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, which refers to the error of the piecewise constant approximation of the boundary of the measurement area, so the width of the gaps must be chosen as small as possible. The gaps between the measurement areas can have a constant width, for example, in order to increase the symmetry of the arrangement of the measurement areas.

Возможен вариант, в котором соединительные проводники и выводы размещены внутри измерительных областей групп измерительных проводников. В этом случае границы измерительных областей расположены с промежутками практически нулевой величины. Вариант соответствует п. 22 формулы изобретения. Расположенные в промежутках между измерительными областями групп измерительных проводников или в пространстве измерительных областей групп соединительные проводники также могут быть источником погрешности. Эту погрешность можно уменьшить различными методами. Например, путем размещения в промежутках дополнительных компенсационных проводников.A variant is possible, in which the connecting conductors and leads are placed inside the measuring regions of the groups of measuring conductors. In this case, the boundaries of the measuring regions are located with intervals of almost zero value. The option corresponds to paragraph 22 of the claims. Connecting conductors located in the gaps between the measuring areas of groups of measuring conductors or in the space of measuring areas of groups can also be a source of error. This error can be reduced by various methods. For example, by placing additional compensation conductors in the gaps.

В п. 19 формулы изобретения приведены признаки изобретения варианта системы измерительных проводников, который характеризует схему соединений проводников и подключений выводов в измерительной области, состоящей из четырех измерительных частей, в которой измерительные проводники любых двух измерительных частей разных множеств электрически соединены между собой или любая одна измерительная часть исключена, образуя новую систему, состоящую из трех измерительных частей, в каждой из измерительных частей которой измерительные проводники соединены между собой и имеют соответствующий электрический вывод от измерительных проводников измерительной части. Данная система измерительных проводников получается с использованием вариантов схем соединений проводников и подключением выводов в соответствии с признаками п. 6, п. 7 и п. 8 формулы изобретения и описанными в вариантах 1.4, 1.5, 1.6 системы проводников.In paragraph 19 of the claims, there are features of the invention of a variant of the system of measuring conductors, which characterizes the connection diagram of conductors and connections of leads in the measuring area, consisting of four measuring parts, in which the measuring conductors of any two measuring parts of different sets are electrically connected to each other or any one measuring part is excluded, forming a new system consisting of three measuring parts, in each of the measuring parts of which the measuring conductors are interconnected and have a corresponding electrical output from the measuring conductors of the measuring part. This system of measuring conductors is obtained using variants of wiring diagrams and connecting leads in accordance with the features of clauses 6, 7 and 8 of the claims and described in options 1.4, 1.5, 1.6 of the conductor system.

2.2 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей в форме прямоугольников2.2 A variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas in the form of rectangles

Вариант системы проводников соответствует п. 20 формулы изобретения. Описание варианта учитывает признаки изобретения по п. 4, п. 5, п. 13 и п. 16 формулы изобретения. Пункт п. 4 характеризует конструкцию измерительных проводников в виде трапеций, пункт п. 5 - схему соединения проводников и подключения выводов, пункт п. 13 задает конструкцию диэлектрической подложки в форме плоской диэлектрической пластины, п. 16 определяет взаимное расположение измерительных областей и измерительных проводников.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 20 of the claims. The description of the option takes into account the features of the invention according to paragraph 4, paragraph 5, paragraph 13 and paragraph 16 of the claims. Clause 4 characterizes the design of measuring conductors in the form of trapezoids, clause 5 - the connection diagram of conductors and connection of leads, clause 13 specifies the design of the dielectric substrate in the form of a flat dielectric plate, clause 16 determines the relative position of the measuring areas and measuring conductors.

Система проводников показана на фиг. 28 и фиг. 29. На фиг. 28 показано расположение измерительных областей и их выводов. На фиг. 29 приведена система измерительных проводников, схема их соединений и подключений для отдельно взятой измерительной области.The wiring system is shown in Fig. 28 and FIG. 29. In FIG. 28 shows the location of the measuring areas and their outputs. In FIG. 29 shows the system of measuring conductors, the diagram of their connections and connections for a single measuring area.

Система проводников по п. 20, отличающаяся тем, что измерительные области выполнены в форме геометрических фигур прямоугольников и расположены в границе общей измерительной области в виде регулярной структуры из строк и столбцов, причем в каждой измерительной области измерительные проводники расположены таким образом, что начало локальной системы координат измерительной области совпадает с ее геометрическим центром.The system of conductors according to claim 20, characterized in that the measuring areas are made in the form of geometric shapes of rectangles and are located in the border of the common measuring area in the form of a regular structure of rows and columns, and in each measuring area the measuring conductors are located in such a way that the beginning of the local system coordinates of the measuring area coincides with its geometric center.

Данный вариант системы проводников 401 содержит систему измерительных проводников с четырьмя выводами от измерительных частей измерительной области, описанная в варианте 1.3 раздела «сущность изобретения». В варианте системы проводников использована диэлектрическая подложка 402, на которой расположены множество измерительных областей 410 в форме геометрических фигур прямоугольников. Измерительные области расположены на диэлектрической подложке в форме пластины, с заданными промежутками друг относительно друга, в границе общей измерительной области диэлектрической подложки 404. Измерительные проводники расположены в границах соответствующих измерительных областей на практически гладкой поверхности слоя диэлектрической пластины, которая задана в границе общей измерительной области.This variant of the conductor system 401 contains a system of measuring conductors with four leads from the measuring parts of the measuring area, described in option 1.3 of the section "summary of the invention". In an embodiment of the conductor system, a dielectric substrate 402 is used, on which a plurality of measuring regions 410 are located in the form of geometric shapes of rectangles. The measuring regions are located on a plate-shaped dielectric substrate, at predetermined intervals relative to each other, in the boundary of the common measuring region of the dielectric substrate 404. The measuring conductors are located within the boundaries of the respective measuring regions on a practically smooth surface of the dielectric plate layer, which is defined in the boundary of the common measuring region.

В каждой измерительной области измерительные проводники расположены таким образом, что начало локальной системы координат измерительной области совпадает с ее геометрическим центром. На фиг. 29 локальные системы координат первого и второго множеств измерительных проводников обозначены цифрами 416 и 417, соответственно. Локальная система координат измерительной области обозначена цифрой 408.In each measuring area, the measuring conductors are located in such a way that the origin of the local coordinate system of the measuring area coincides with its geometric center. In FIG. 29, the local coordinate systems of the first and second sets of test leads are designated 416 and 417, respectively. The local coordinate system of the measurement area is indicated by the number 408.

Измерительные проводники и их выводы расположены на одной поверхности слоя диэлектрической подложки 402. Схема соединений измерительных проводников может быть применена для любого количества измерительных проводников без пересечения проводников и выводов, с максимальным количеством проводников 409, проходящих вдоль одной стороны прямоугольника, равным трем. Выводы системы проводников каждой измерительной области на фиг. 28 и фиг. 29 показаны в виде групповых линий 406, состоящих из четырех проводников, которые объединены вблизи верхней и нижней границы диэлектрической подложки в общие групповые линии. Общие групповые линии предназначены для подключения выводов системы проводников, посредством проводников шлейфов 407, к микроконтроллеру устройства, в котором использована система проводников.The test leads and their leads are located on the same surface of the dielectric substrate layer 402. The test lead connections can be applied to any number of test leads without crossing the leads and leads, with a maximum of three leads 409 running along one side of the rectangle. The leads of the conductor system of each measurement area in FIG. 28 and FIG. 29 are shown as group lines 406 consisting of four conductors that are combined near the top and bottom boundaries of the dielectric substrate into common group lines. Common group lines are designed to connect the outputs of the conductor system, through the conductors of the loops 407, to the microcontroller of the device in which the conductor system is used.

Величины координат геометрического центра двумерной области или геометрических центров нескольких двумерных областей выражены в виде системы величин электрических емкостей проводников измерительных частей на выводах измерительных областей системы проводников.The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region or the geometric centers of several two-dimensional regions are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the conductors of the measuring parts at the leads of the measuring regions of the conductor system.

Принцип действия системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей заключается в следующем.The principle of operation of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measurement regions is as follows.

Для определения координат геометрического центра двумерной области на поверхность общей измерительной области помещают тело, которое образует с поверхностью двумерную область соприкосновения. Для каждой измерительной области на основе измерения емкостей измерительных частей измерительных проводников определяют геометрические центры в области пересечения двумерной области и измерительной области, в локальной для измерительной области системе координат. Затем, для вычисления координат геометрического центра двумерной области, координаты геометрических центров пересечения измерительных областей с двумерной областью переводят в общую систему координат общей измерительной области и вычисляют координаты геометрического центра двумерной области в этой системе координат, на основе следующих формул.To determine the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, a body is placed on the surface of the common measurement region, which forms a two-dimensional area of contact with the surface. For each measuring area, based on the measurement of the capacitances of the measuring parts of the measuring conductors, the geometric centers are determined in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area, in the local coordinate system for the measuring area. Then, to calculate the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area, the coordinates of the geometric centers of the intersection of the measurement areas with the two-dimensional area are converted into a common coordinate system of the common measurement area, and the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in this coordinate system are calculated based on the following formulas.

Где:Where:

G_Y - величина координаты по оси Y геометрического центра двумерной области тела в системе координат общей измерительной области;G _Y - the value of the coordinate along the Y axis of the geometric center of the two-dimensional area of the body in the coordinate system of the overall measurement area;

- величина координаты по оси Y геометрического центра области пересечения двумерной области тела с измерительной областью с номером i в системе координат общей измерительной области;

- the value of the coordinate along the Y axis of the geometric center of the area of intersection of the two-dimensional area of the body with the measuring area with the number i in the coordinate system of the general measuring area;

- площадь измерительных проводников измерительной области с номером i, в той части, где измерительная область пересекается с двумерной областью тела;

- the area of the measuring conductors of the measuring area with number i, in the part where the measuring area intersects with the two-dimensional area of the body;

-суммарная величина избыточной электрической емкости измерительных проводников измерительных частей измерительной области с номером i;

- the total value of the excess electrical capacitance of the measuring conductors of the measuring parts of the measuring area with the number i;

G_X-- величина координаты по оси X геометрического центра двумерной области тела в системе координат общей измерительной области;G _X -- the value of the coordinate along the X axis of the geometric center of the two-dimensional area of the body in the coordinate system of the overall measurement area;

- величина координаты по оси X геометрического центра области пересечения двумерной области тела с измерительной областью с номером i.

- the value of the coordinate along the X axis of the geometric center of the area of intersection of the two-dimensional area of the body with the measuring area with the number i.

Значение

емкости суммарной величины избыточной электрической емкости измерительных проводников измерительных частей измерительной области с номером i связано с величиной площади

пересечения измерительных проводников каждой измерительной области с двумерной областью тела выражением, аналогичным выражению (1) или (3)Meaning

capacitance of the total value of the excess electrical capacitance of the measuring conductors of the measuring parts of the measuring area with the number i is associated with the size of the area

intersection of the measuring conductors of each measuring area with a two-dimensional area of the body by an expression similar to expression (1) or (3)

Где:Where:

К₁ - коэффициент пропорциональности между электрической емкостью и площадью измерительных проводников.K ₁ - coefficient of proportionality between the electrical capacitance and the area of the measuring conductors.

Для системы проводников измерительной области состоящей из четырех измерительных частей величина

равнаFor a system of conductors of the measuring area consisting of four measuring parts, the value

is equal to

Где:Where:

- величины сумм электрических емкостей измерительных проводников первой и второй измерительной частей первого множества соответственно, для измерительной области с номером i;

- the values of the sums of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts of the first set, respectively, for the measuring area with the number i;

- величины сумм электрических емкостей измерительных проводников первой и второй измерительной частей второго множества соответственно, для измерительной области с номером i;

- the values of the sums of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts of the second set, respectively, for the measuring area with the number i;

- величины сумм электрических емкостей измерительных проводников первой и второй измерительной части соответственно, первого множества в отсутствие тела, для измерительной области с номером i;

- the values of the sums of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts, respectively, of the first set in the absence of a body, for the measuring area with number i;

- величины сумм электрических емкостей измерительных проводников первой и второй измерительной части соответственно, второго множества в отсутствие тела, для измерительной области с номером i.

- the values of the sums of the electrical capacitances of the measuring conductors of the first and second measuring parts, respectively, of the second set in the absence of a body, for the measuring area with number i.

Коэффициент пропорциональности К₁ между электрической емкостью и площадью измерительных проводников может быть найден по формуле (2) для плоской диэлектрической подложки, или по формуле (33) для диэлектрической подложки изогнутой в форме части цилиндра. При вычислении геометрического центра по формулам (39) и (40) этот коэффициент К₁ сокращается, поэтому использование вариантов диэлектрической подложки не оказывает влияния на реализацию назначения системы проводников. В связи с тем, что группы измерительных проводников, из которых состоит измерительная часть измерительной области, имеют постоянную ширину и содержат заданное количество однообразных измерительных групп измерительных проводников, расположенных в границах измерительных областей групп измерительных проводников, площадь измерительной области пропорциональна площади измерительных проводников измерительной области. В выражениях (39) и (40) коэффициент пропорциональности также сокращается. Поэтому, в формулах (39) и (40) использована площадь измерительных проводников измерительной области в области их пересечения с измерительной областью, взамен площади поверхности измерительной области в области пересечения измерительной области с двумерной областью.The coefficient of proportionality K ₁ between the electric capacitance and the area of the measuring conductors can be found by formula (2) for a flat dielectric substrate, or by formula (33) for a dielectric substrate curved in the shape of a part of a cylinder. When calculating the geometric center using formulas (39) and (40), this coefficient K ₁ is reduced, so the use of dielectric substrate options does not affect the realization of the purpose of the conductor system. Due to the fact that the groups of measuring conductors that make up the measuring part of the measuring area have a constant width and contain a given number of uniform measuring groups of measuring conductors located within the boundaries of the measuring areas of the groups of measuring conductors, the area of the measuring area is proportional to the area of the measuring conductors of the measuring area. In expressions (39) and (40), the proportionality factor is also reduced. Therefore, in formulas (39) and (40), the area of the measuring conductors of the measuring area in the area of their intersection with the measuring area is used, instead of the surface area of the measuring area in the area of intersection of the measuring area with the two-dimensional area.

Для определения геометрического центра одной двумерной области вычисление геометрического центра может осуществляться путем нахождения сумм в числителе и знаменателе в выражениях (39) и (40) по всем измерительным областям общей измерительной области. В тоже время, такое суммирование для небольшой двумерной области приводит к погрешности, обусловленной большой величиной пассивной емкости измерительных проводников.To determine the geometric center of one two-dimensional area, the calculation of the geometric center can be carried out by finding the sums in the numerator and denominator in expressions (39) and (40) over all measurement areas of the common measurement area. At the same time, such summation for a small two-dimensional region leads to an error due to the large passive capacitance of the measuring conductors.

Величину этой емкости можно уменьшить следующим способом.The value of this capacitance can be reduced in the following way.

На основе информации о величинах

суммарной избыточной емкости измерительных частей измерительных проводников измерительной области находят измерительные области с величиной избыточной емкости больше заданной пороговой величины. Эти измерительные области считают полностью или частично покрытыми двумерной областью тела. Из числа этих областей выделяют группу измерительных областей, связанных между собой границами. Затем, вычисляют координаты общего геометрического центра двумерной области для связанных измерительных областей по формулам (39), (40) с включением в суммы только измерительных областей входящих в группу измерительных областей.Based on information about the quantities

of the total excess capacitance of the measuring parts of the measuring conductors of the measuring area, measuring areas with an excess capacitance value greater than a predetermined threshold value are found. These measurement areas are considered wholly or partly covered by the two-dimensional area of the body. From among these areas, a group of measurement areas is distinguished, interconnected by boundaries. Then, the coordinates of the common geometric center of the two-dimensional area are calculated for the associated measuring areas according to formulas (39), (40) with the inclusion in the sums of only the measuring areas included in the group of measuring areas.

Для определения геометрических центров двумерных областей нескольких тел, тела размещают на поверхности общей измерительной области с промежутками. Ширину промежутков выбирают больше, чем максимальные размеры измерительных областей. В этом случае имеется возможность выделить несколько групп измерительных областей, которые покрывают двумерные области разных тел. Для этих групп измерительных областей, с использованием выражений (42), (43), определяют геометрические центры двумерных областей по отдельности. На основе координат геометрических центров отдельных измерительных областей каждой группы измерительных областей определяют координаты геометрического центра двумерной области.To determine the geometric centers of two-dimensional areas of several bodies, the bodies are placed on the surface of a common measurement area with gaps. The width of the gaps is chosen larger than the maximum dimensions of the measuring areas. In this case, it is possible to select several groups of measurement areas that cover two-dimensional areas of different bodies. For these groups of measuring regions, using expressions (42), (43), the geometric centers of two-dimensional regions are determined separately. Based on the coordinates of the geometric centers of the individual measuring areas of each group of measuring areas, the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area are determined.

Разделение множества измерительных областей на группы может быть выполнено путем нахождения границ групп измерительных областей по замкнутым цепочкам измерительных областей, окружающих группы измерительных областей, избыточная емкость которых ниже заданного порога.The division of the plurality of measurement regions into groups can be performed by finding the boundaries of the groups of measurement regions along closed chains of measurement regions surrounding groups of measurement regions whose excess capacitance is below a predetermined threshold.

Возможен алгоритм вычисления геометрических центров двумерных областей нескольких тел, имеющих двумерные области в форме кругов приблизительно одинаковых размеров, которые могут быть расположены на поверхности общей измерительной области без промежутков относительно друг друга. Этот алгоритм заключается в том, что с использованием информации о положении геометрических центров всех двумерных областей строят двумерный сплайн избыточной емкости по всей поверхности общей измерительной области, определяют точки максимумов, которые, в первом приближении, считают центрами двумерных областей. Затем, измерительные области, лежащие в лощинах сплайна, с учетом того, что форма двумерных областей тел, как и форма и расположение измерительных областей известны, условно разделяют на части, для которых по отдельности вычисляют геометрические центры. С учетом координат геометрических центров частей разделенных областей и площадей этих частей, находят геометрические центры двумерных областей.An algorithm for calculating the geometric centers of two-dimensional regions of several bodies is possible, having two-dimensional regions in the form of circles of approximately the same size, which can be located on the surface of a common measurement region without gaps relative to each other. This algorithm consists in the fact that, using information about the position of the geometric centers of all two-dimensional regions, a two-dimensional spline of excess capacity is built over the entire surface of the common measurement region, the points of maxima are determined, which, in a first approximation, are considered to be the centers of two-dimensional regions. Then, the measuring areas lying in the hollows of the spline, taking into account the fact that the shape of the two-dimensional areas of the bodies, as well as the shape and location of the measuring areas are known, are conditionally divided into parts, for which the geometric centers are calculated separately. Taking into account the coordinates of the geometric centers of the parts of the divided regions and the areas of these parts, the geometric centers of the two-dimensional regions are found.

На основании этого, реализация назначения системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, имеющего множество измерительных областей, считается доказанной.Based on this, the implementation of the appointment of a system of conductors to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area having a plurality of measurement areas is considered proven.

2.3 Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей в форме шестиугольников2.3 Variant of a conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas in the form of hexagons

Вариант системы проводников соответствует п. 21 формулы изобретения. На фиг. 30 показано расположение измерительных областей и их выводов. На фиг. 31 приведена система измерительных проводников и схема соединений измерительных проводников и подключений выводов для отдельно взятой измерительной области.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 21 of the claims. In FIG. 30 shows the location of the measurement areas and their outputs. In FIG. 31 shows the test lead system and the connection diagram of the test leads and lead connections for a single measurement area.

Вариант имеет следующие признаки формулы изобретения.The variant has the following features of the claims.

Система проводников, отличающаяся тем, что измерительные области выполнены в форме геометрических фигур правильных шестиугольников и расположены в границе общей измерительной области в виде регулярной структуры из строк и столбцов, причем в каждой измерительной области измерительные проводники расположены таким образом, что начало локальной системы координат измерительной области совпадает с ее геометрическим центром.A system of conductors, characterized in that the measuring regions are made in the form of geometric figures of regular hexagons and are located in the boundary of the common measuring region in the form of a regular structure of rows and columns, and in each measuring region the measuring conductors are located in such a way that the origin of the local coordinate system of the measuring region coincides with its geometric center.

Вариант 2.3 отличается от варианта 2.2 тем, что измерительные области выполнены в форме геометрических фигур правильных шестиугольников и расположены в виде регулярной структуры из строк и столбцов. В дополнение к этому, в варианте использована система измерительных проводников с тремя выводами от измерительных частей по варианту 1.4. Принцип действия варианта системы проводников аналогичен варианту 2.2.Option 2.3 differs from Option 2.2 in that the measurement areas are made in the form of geometric figures of regular hexagons and arranged in a regular structure of rows and columns. In addition to this, the variant uses a system of measuring conductors with three leads from the measuring parts according to variant 1.4. The principle of operation of the variant of the conductor system is similar to variant 2.2.

В сравнении с вариантом 2.2, в этом варианте использована система измерительных проводников с тремя выводами от измерительных частей, в результате чего уменьшается количество выводов от измерительных областей, что позволяет уменьшить промежутки между измерительными областями, уменьшить количество проводников в шлейфах и количество каналов преобразования «емкость - цифровой код» в микроконтроллере устройства.In comparison with option 2.2, this option uses a system of measuring conductors with three leads from the measuring parts, as a result of which the number of leads from the measuring areas is reduced, which makes it possible to reduce the gaps between the measuring areas, reduce the number of conductors in the loops and the number of conversion channels "capacitance - digital code" in the microcontroller of the device.

2.4 Особенности реализации назначения системы проводников для определения координат двумерной области полученной при приближении электропроводящего тела к поверхности общей измерительной области, с использованием множества измерительных областей2.4 Features of the implementation of the appointment of a system of conductors to determine the coordinates of a two-dimensional area obtained by approaching an electrically conductive body to the surface of a common measurement area, using a plurality of measurement areas

Для вычисления координат геометрического центра двумерной области приближения можно воспользоваться выражениями с введением весовых коэффициентов для каждой измерительной области, по аналогии с выражениями (34), (35), (36). Для того чтобы учесть величину приближения электропроводящего тела к поверхности общей измерительной области с измерительными проводниками введем для группы измерительных областей, которые составляют двумерную область приближения, следующие весовые коэффициенты.To calculate the coordinates of the geometric center of a two-dimensional approximation region, one can use expressions with the introduction of weight coefficients for each measurement region, by analogy with expressions (34), (35), (36). In order to take into account the magnitude of the approach of the electrically conductive body to the surface of the common measuring area with measuring conductors, we introduce the following weight coefficients for the group of measuring areas that make up the two-dimensional area of approximation.

Где:Where:

- весовой коэффициент, учитывающий относительную величину приближения электропроводящего тела к поверхности измерительной области, для измерительной области с номером i;

- weight coefficient, taking into account the relative value of the approach of the electrically conductive body to the surface of the measuring area, for the measuring area with the number i;

- коэффициент пропорциональности между электрической емкостью измерительных проводников измерительной области и площадью измерительной области под номером i;

- coefficient of proportionality between the electrical capacitance of the measuring conductors of the measuring area and the area of the measuring area under the number i;

- коэффициент пропорциональности между средней избыточной электрической емкостью измерительных проводников группы измерительных областей и средней площадью измерительных проводников группы измерительных областей.

- coefficient of proportionality between the average excess electrical capacitance of the measuring conductors of the group of measuring areas and the average area of the measuring conductors of the group of measuring areas.

Где:Where:

- величина избыточной электрической емкости измерительных проводников

- the value of the excess electrical capacitance of the measuring conductors

двумерной области с номером i;two-dimensional region with number i;

- площадь измерительных проводников измерительной области с номером i;

- the area of the measuring conductors of the measuring area with the number i;

- среднеарифметическая величина избыточных электрических емкостей проводников группы измерительных областей;

- arithmetic mean value of excess electrical capacitances of conductors of a group of measuring areas;

- среднеарифметическая величина площадей измерительных проводников группы измерительных областей;

- arithmetic mean of the areas of the measuring conductors of the group of measuring areas;

- средняя величина обратной величины расстояния между поверхностью двумерной измерительной области с номером i, входящей в группу измерительных областей, и поверхностью электропроводящего тела;

- the average value of the reciprocal of the distance between the surface of the two-dimensional measuring area with the number i, included in the group of measuring areas, and the surface of the electrically conductive body;

- средняя величина обратной величины расстояния между поверхностью группы измерительных областей и поверхностью электропроводящего тела;

- the average value of the reciprocal of the distance between the surface of the group of measuring areas and the surface of the electrically conductive body;

Для определения координат геометрического центра двумерной области по осям Y и X воспользуемся следующими выражениямиTo determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region along the Y and X axes, we use the following expressions

Где:Where:

G_Y - координата по оси Y геометрического центра двумерной области приближения электропроводящего тела к поверхности общей измерительной области.G _Y - coordinate along the Y axis of the geometric center of the two-dimensional area of approach of the electrically conductive body to the surface of the common measurement area.

G_X - координата по оси X геометрического центра двумерной области приближения электропроводящего тела к поверхности общей измерительной области.G _X - coordinate along the X axis of the geometric center of the two-dimensional region of the approach of the electrically conductive body to the surface of the common measurement area.

В результате подстановки весовых коэффициентов

, определенных в соответствии с выражениями (43), (44) и (45), в правых частях выражений (46) и (47) площади

сокращаются. При этом правые части выражений (46) и (47) и выражений (39) и (40), в которых координаты геометрического цента выражены через емкости измерительных проводников, получаются соответственно одинаковыми.As a result of substitution of weight coefficients

, defined in accordance with expressions (43), (44) and (45), in the right parts of expressions (46) and (47) of the area

are shrinking. In this case, the right parts of expressions (46) and (47) and expressions (39) and (40), in which the coordinates of the geometric center are expressed through the capacitances of the measuring conductors, are respectively the same.

В отличие от выражений (39) и (40), предназначенных для случая вычисления координат геометрического центра двумерной области при прикосновении электропроводящего тела к поверхности измерительной области, в выражениях (46) и (47) используются полные площади измерительных областей, входящих в группу измерительных областей, которая образует двумерную область. При этом для каждой измерительной области введены весовые коэффициенты, которые учитывают соотношение между электрической емкостью и площадью измерительной области, как в случае приближения, так и в случае прикосновения электропроводящего тела с поверхностью измерительной области.Unlike expressions (39) and (40), intended for the case of calculating the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region when the electrically conductive body touches the surface of the measuring region, expressions (46) and (47) use the total areas of the measurement regions included in the group of measurement regions , which forms a two-dimensional region. At the same time, weight coefficients are introduced for each measuring area, which take into account the ratio between the electric capacitance and the area of the measuring area, both in the case of approaching and in the case of contact of the electrically conductive body with the surface of the measuring area.

В связи с этим, система проводников с использованием множества измерительных областей реализует функцию определения координат геометрического центра одной или нескольких двумерных областей с учетом весовых коэффициентов, которые учитывают величину приближения участков поверхности электропроводящего тела к поверхности общей измерительной области. В результате, система проводников обеспечивает реализацию функции определения координат одного или нескольких геометрических центров двумерных областей сформированных при прикосновениях и приближениях электропроводящих тел.In this regard, the system of conductors, using a plurality of measuring areas, implements the function of determining the coordinates of the geometric center of one or more two-dimensional areas, taking into account weight coefficients that take into account the magnitude of the approach of the surface sections of the electrically conductive body to the surface of the common measuring area. As a result, the system of conductors provides the implementation of the function of determining the coordinates of one or more geometric centers of two-dimensional regions formed by touching and approaching electrically conductive bodies.

Система проводников с использованием множества измерительных областей имеет следующие преимущества в сравнении с системой проводников с одной измерительной областью.A conductor system using multiple measurement areas has the following advantages over a conductor system with a single measurement area.

Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с одной измерительной областью, в случае определения координат геометрического центра для относительно небольшой по размерам двумерной области имеет относительно большую погрешность определения координат. Погрешность связана с большой величиной пассивной электрической емкости измерительных проводников измерительной области, которая шунтирует избыточную емкость от тела. Дополнительно, применение распределенных по всей измерительной области измерительных проводников снижает чувствительность преобразования, т.к. для определения геометрического центра необходимо использовать общую для всей измерительной области систему координат. В связи с этим снижается температурная стабильность и точность определения координат геометрического центра. Этот недостаток в данной разновидности системы проводников практически исключен за счет разбиения одной большой измерительной области на множество измерительных областей. При этом для каждой двумерной области имеется возможность определить геометрический центр с использованием группы измерительных областей. В этом случае используются проводники с минимальной площадью, что уменьшает величину их пассивной емкости. В связи с тем, что для каждой измерительной области используется своя локальная система координат, в этих областях имеется возможность выполнить систему проводников с увеличенной чувствительностью преобразования. При этом высокая точность сохранятся при определении координат двумерной области с применением группы измерительных областей.The conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with one measurement area, in the case of determining the coordinates of the geometric center for a relatively small two-dimensional area, has a relatively large error in determining the coordinates. The error is associated with a large passive electrical capacitance of the measuring conductors of the measuring area, which shunts the excess capacitance from the body. Additionally, the use of measuring conductors distributed over the entire measuring area reduces the conversion sensitivity, since to determine the geometric center, it is necessary to use a coordinate system common to the entire measurement area. In this regard, the temperature stability and the accuracy of determining the coordinates of the geometric center are reduced. This shortcoming in this type of conductor system is practically eliminated by dividing one large measurement area into a plurality of measurement areas. In this case, for each two-dimensional area, it is possible to determine the geometric center using a group of measurement areas. In this case, conductors with a minimum area are used, which reduces the value of their passive capacitance. Due to the fact that each measurement area uses its own local coordinate system, in these areas it is possible to make a system of conductors with increased transformation sensitivity. At the same time, high accuracy will be preserved when determining the coordinates of a two-dimensional area using a group of measurement areas.

Применение множества измерительных областей существенно повышает точность определения координат геометрического центра двумерной области при расположении измерительных проводников на криволинейной поверхности, так как форма измерительных проводников измерительной области меньше подвержена искажению при разбиении криволинейной поверхности на множество измерительных областей и уменьшении их размера.The use of a plurality of measuring regions significantly increases the accuracy of determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region when the measuring conductors are located on a curved surface, since the shape of the measuring conductors of the measuring region is less subject to distortion when the curved surface is divided into a plurality of measuring regions and their size is reduced.

Использование множества измерительных областей позволяет учесть детали рельефа тела, которое приближено к поверхности общей измерительной области. Это связано с тем, что на основе измерения суммарной избыточной емкости измерительных проводников и координат геометрического центра в каждой измерительной области, имеется возможность построить сплайн поверхности, который аппроксимирует поверхность тела. Построенный на основе этих данных сплайн будет более точно отображать рельеф поверхности, в сравнении с использованием другого набора данных, так как опорные вершины сплайна расположены в геометрических центрах измерительных областей, координаты которых учитывают множество точек рельефа поверхности тела. В примере с сенсорной системой робота, это свойство системы измерительных проводников позволяет сенсорной системе робота, с помощью «пальцев» манипулятора, чувствовать рельеф поверхности предметов без прикосновения.The use of a plurality of measurement areas allows taking into account the details of the relief of the body, which is close to the surface of the common measurement area. This is due to the fact that based on the measurement of the total excess capacitance of the measuring conductors and the coordinates of the geometric center in each measuring area, it is possible to construct a surface spline that approximates the body surface. The spline built on the basis of these data will more accurately display the surface topography, compared to using another data set, since the reference vertices of the spline are located in the geometric centers of the measurement areas, the coordinates of which take into account many points of the body surface topography. In the example with the sensory system of the robot, this property of the system of measuring conductors allows the sensory system of the robot, with the help of the "fingers" of the manipulator, to feel the relief of the surface of objects without touching.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 и фиг. 2 - система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области. На фиг. 1 приведен вид на диэлектрическую подложку сбоку. На фигуре показана конструкция диэлектрической подложки в форме плоской пластины, изолирующий слой, измерительные проводники и общий проводник. На фиг. 2 приведен вид спереди на диэлектрическую подложку со стороны измерительных проводников. Показаны форма и расположение измерительных проводников, расположение измерительной области, а также локальные системы координат множеств измерительных проводников и система координат измерительной области.Fig. 1 and FIG. 2 - a system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. In FIG. 1 shows a side view of the dielectric substrate. The figure shows the construction of a dielectric substrate in the form of a flat plate, an insulating layer, measuring conductors and a common conductor. In FIG. 2 shows a front view of the dielectric substrate from the side of the measuring conductors. The form and location of the measuring conductors, the location of the measuring area, as well as the local coordinate systems of the sets of measuring conductors and the coordinate system of the measuring area are shown.

Фиг. 3 и фиг. 4 - чертежи для пояснения принципа действия для варианта системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области для тел из электропроводящего материала. На фиг. 3 показана система проводников с расположенным на поверхности измерительной области электропроводящим телом. На фиг. 4 приведен чертеж для пояснения математических выкладок, для доказательства реализации назначения системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области.Fig. 3 and FIG. 4 - drawings to explain the principle of operation for a variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for bodies of electrically conductive material. In FIG. 3 shows a system of conductors with an electrically conductive body located on the surface of the measuring area. In FIG. 4 shows a drawing to explain the mathematical calculations, to prove the implementation of the purpose of the system of conductors to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region.

Фиг. 5 и фиг. 6 - чертежи конструкции измерительных проводников в виде наклоненных трапеций, с обрезкой и удлинением трапеций в границе заданной измерительной области, для пояснения конструкции измерительных проводников.Fig. 5 and FIG. 6 - drawings of the design of measuring conductors in the form of inclined trapezoids, with cutting and lengthening of the trapezoids in the boundary of a given measuring area, to explain the design of the measuring conductors.

Фиг. 7 и фиг. 8 - чертежи к пояснению конструкции измерительных проводников для варианта системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от системы измерительных проводников. На фиг. 7 показаны форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 8 приведены эти же измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп измерительных проводников, как они расположены в границе измерительной области.Fig. 7 and FIG. 8 - drawings to explain the design of the measuring conductors for a variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with four leads from the measuring conductor system. In FIG. 7 shows the shape and arrangement of the measuring conductors of the first and second sets separately. In FIG. 8 shows the same measuring conductors in a combined form with alternating groups of measuring conductors, as they are located in the boundary of the measuring area.

Фиг. 9 - система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от измерительных частей со схемой соединения проводников и подключения выводов.Fig. 9 - a system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with four leads from the measuring parts with a connection diagram of the conductors and the connection of the leads.

Фиг. 10 и фиг. 11 - чертежи к пояснению конструкции измерительных проводников для варианта системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от системы измерительных проводников и соединением проводников одной из измерительных частей первого множества и одной разноименной измерительной части второго множества измерительных проводников. На фиг. 10 приведены измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в границе измерительной области. На фиг. 11 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов.Fig. 10 and FIG. 11 - drawings to explain the design of the measuring conductors for a variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the system of measuring conductors and connecting the conductors of one of the measuring parts of the first set and one opposite measuring part of the second set of measuring conductors. In FIG. 10 shows the measuring conductors in a combined form with alternating groups, as they are located in the boundary of the measuring area. In FIG. 11 shows the measuring conductors, taking into account cutting and extension to the border of the measuring area, the connection diagram of the measuring conductors and the connection of the leads.

Фиг. 12, фиг. 13 и фиг. 14 - чертежи к пояснению конструкции измерительных проводников для варианта системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от системы измерительных проводников и соединением измерительных проводников одной из измерительных частей первого множества и одной одноименной измерительной части второго множества измерительных проводников. На фиг. 12 показаны форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 13 показаны эти же измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп измерительных проводников, как они расположены в границе измерительной области. На фиг. 14 приведены измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов.Fig. 12, fig. 13 and FIG. 14 - drawings to explain the design of the measuring conductors for a variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the system of measuring conductors and connecting the measuring conductors of one of the measuring parts of the first set and one measuring part of the same name of the second set of measuring conductors. In FIG. 12 shows the shape and arrangement of the test leads of the first and second sets separately. In FIG. 13 shows the same measuring conductors in a combined form with alternating groups of measuring conductors, as they are located in the boundary of the measuring area. In FIG. 14 shows the measuring conductors, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the measuring conductors and the connections of the leads.

Фиг. 15, фиг. 16 и фиг. 17 - вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от системы измерительных проводников и отключением одной из измерительных частей одного из множеств проводников. На фиг. 15 показаны форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 16 показаны эти же измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп измерительных проводников, как они расположены в границе измерительной области. На фиг. 17 приведены измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов.Fig. 15, fig. 16 and FIG. 17 - a variant of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the system of measuring conductors and turning off one of the measuring parts of one of the sets of conductors. In FIG. 15 shows the shape and arrangement of the test leads of the first and second sets separately. In FIG. 16 shows the same test leads in a combined view with alternating groups of test leads as they are located in the boundary of the measurement area. In FIG. 17 shows the measuring conductors, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the measuring conductors and the connections of the leads.

Фиг. 18 - на фигуре показан вариант системы проводников с микроконтроллером, предназначенным для формирования выходных сигналов координат геометрического центра двумерной области в виде цифрового кода.Fig. 18 - the figure shows a variant of the conductor system with a microcontroller designed to generate output signals of the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region in the form of a digital code.

Фиг. 19 и фиг. 20 - вариант для определения координат геометрического центра двумерной области для плоского тела из однородного диэлектрического материала. На фиг. 19 приведена конструкция диэлектрической подложки и общего проводника. На фиг. 20 дополнительно показано плоское тело из однородного диэлектрического материала, для пояснения принципа действия.Fig. 19 and FIG. 20 is a variant for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for a flat body made of a homogeneous dielectric material. In FIG. 19 shows the construction of a dielectric substrate and a common conductor. In FIG. 20 additionally shows a flat body made of a homogeneous dielectric material to explain the principle of operation.

Фиг. 21 - вариант системы проводников с экранирующим проводником.Fig. 21 - a variant of the conductor system with a shielding conductor.

Фиг. 22, фиг. 23, фиг. 24 и фиг. 25 - на фигурах показаны особенности измерительной области с криволинейной поверхностью, для пояснения принципа действия для варианта системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области на криволинейной поверхности в форме части поверхности сферы.Fig. 22, fig. 23, fig. 24 and FIG. 25 - the figures show the features of the measuring area with a curved surface, to explain the principle of operation for a variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area on a curved surface in the form of a part of the surface of a sphere.

Фиг. 26 и фиг. 27 - фигуры предназначены для пояснения реализации назначения системы проводников для определения координат двумерной области, полученной при приближении электропроводящего тела к поверхности измерительной области. На фиг. 26 показана система проводников и электропроводяще тело, которое приближено к измерительной области, но не прикасается к этой поверхности. На фиг. 27 показана двумерная область, образованная приближением к измерительной области электропроводящего тела.Fig. 26 and FIG. 27 - the figures are intended to explain the implementation of the purpose of the conductor system to determine the coordinates of the two-dimensional region obtained by approaching the electrically conductive body to the surface of the measuring region. In FIG. 26 shows a system of conductors and an electrically conductive body that is close to the measurement area, but does not touch this surface. In FIG. 27 shows a two-dimensional area formed by approaching the measuring area of the electrically conductive body.

Фиг.28 и фиг. 29 - вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей с измерительными областями в форме прямоугольников и четырьмя выводами от измерительной области. На фиг. 28 показано расположение измерительных областей и их выводов. На фиг. 29 приведена система измерительных проводников и схема их соединений и подключений для отдельно взятой измерительной области.28 and fig. 29 shows a variant of a conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measuring areas with measuring areas in the form of rectangles and four leads from the measuring area. In FIG. 28 shows the location of the measuring areas and their outputs. In FIG. 29 shows the system of measuring conductors and the diagram of their connections and connections for a single measuring area.

Фиг. 30 и фиг. 31 - система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей с измерительными областями в форме шестиугольников и тремя выводами от измерительной области. На фиг. 30 показано расположение измерительных областей и их выводов. На фиг. 31 приведена система измерительных проводников и схема их соединений и подключений для отдельно взятой измерительной области.Fig. 30 and FIG. 31 shows a conductor system for determining the coordinates of a geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas with hexagon-shaped measurement areas and three leads from the measurement area. In FIG. 30 shows the location of the measurement areas and their outputs. In FIG. 31 shows the system of measuring conductors and the diagram of their connections and connections for a single measuring area.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Осуществление изобретения раскрыто на примерах разновидностей и вариантов системы проводников, составляющих группу изобретений. Номера разновидностей системы проводников и их вариантов в разделе «осуществление изобретения» совпадают с номерами соответствующих разновидностей и вариантов, приведенных в разделе «сущность изобретения».The implementation of the invention is disclosed on the examples of varieties and variants of the system of conductors that make up the group of inventions. The numbers of varieties of the system of conductors and their variants in the "implementation of the invention" section coincide with the numbers of the corresponding varieties and variants given in the "summary of the invention" section.

1. Система проводников для определения координат геометрического центра двумерной области1. A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region

Осуществление изобретения раскрыто на примере варианта системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области, для тел из электропроводящего материала. Система проводников по варианту включает в себя признаки изобретения, приведенные в пунктах п. 1, п. 2, п. 4, п. 9 и п. 13 формулы изобретения. Описание принципа действия системы проводников приведено в варианте 1.1 Особенности конструкции системы измерительных проводников и схемы соединения проводников и подключения выводов приведены в вариантах 1.3 и 1.4 в разделе «сущность изобретения».The implementation of the invention is disclosed on the example of a variant of a conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, for bodies made of an electrically conductive material. The system of conductors according to the variant includes the features of the invention given in paragraphs of paragraph 1, paragraph 2, paragraph 4, paragraph 9 and paragraph 13 of the claims. The description of the operating principle of the system of conductors is given in option 1.1. The design features of the system of measuring conductors and the connection diagram of conductors and connection of leads are given in options 1.3 and 1.4 in the section "essence of the invention".

Конструкция диэлектрической подложки, общего проводника и системы измерительных проводников показана на фиг. 1, на виде сбоку. На фиг. 7 показаны форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 8 приведены измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп измерительных проводников, как они расположены в измерительной области на диэлектрической подложке. На фиг. 9 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области и схема соединений измерительных проводников и подключений выводов.The design of the dielectric substrate, the common conductor, and the system of measuring conductors is shown in Fig. 1, in side view. In FIG. 7 shows the shape and arrangement of the measuring conductors of the first and second sets separately. In FIG. 8 shows the measuring conductors in a combined form with alternating groups of measuring conductors, as they are located in the measuring region on a dielectric substrate. In FIG. 9 shows the measuring conductors, taking into account cutting and extension to the border of the measuring area, and the connection diagram of the measuring conductors and terminal connections.

На фиг. 1 показаны основные элементы конструкции варианта системы проводников 101 для определения геометрического центра двумерной области для электропроводящего тела. Измерительные проводники выполнены тонкими. Для размещения измерительных проводников 103 использована диэлектрическая подложка 102, которая выполнена в виде диэлектрической пластины с плоской поверхностью. При этом поверхность измерительных проводников имеет форму плоской поверхности диэлектрической подложки. Для изоляции измерительных проводников предусмотрен изолирующий слой 111, расположенный поверх измерительных проводников 103. Общий проводник 106 расположен на диэлектрической подложке со стороны поверхности измерительных проводников, которая противоположна поверхности измерительной области 110. При этом общий проводник имеет обращенную в сторону измерительных проводников поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных проводников на соответствующих участках.In FIG. 1 shows the main structural elements of an embodiment of a conductor system 101 for determining the geometric center of a two-dimensional region for an electrically conductive body. The measuring conductors are made thin. To accommodate the measuring conductors 103 used dielectric substrate 102, which is made in the form of a dielectric plate with a flat surface. In this case, the surface of the measuring conductors has the form of a flat surface of the dielectric substrate. To insulate the measuring conductors, an insulating layer 111 is provided, located on top of the measuring conductors 103. The common conductor 106 is located on the dielectric substrate on the side of the surface of the measuring conductors, which is opposite to the surface of the measuring region 110. In this case, the common conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances with the surfaces of the measuring conductors in the respective sections.

Система измерительных проводников показана на фиг. 9. Относительные размеры измерительных проводников искажены. Измерительные проводники расположены на диэлектрической подложке в границе измерительной области 110, форма, размеры и расположение которой заданы. Измерительная область 110 содержит два множества измерительных проводников. Измерительные проводники каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Измерительные проводники первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 202, второй измерительной части первого множества цифрой 203, первой измерительной части второго множества цифрой 204, второй измерительной части второго множества цифрой 205. Форма, размеры и расположение измерительных проводников каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам системах координат. Система координат первого множества обозначена цифрой 216, система координат второго множества цифрой 217. Причем ось ординат Y1 системы координат 216 измерительных проводников первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат Y2 системы координат 217 измерительных проводников второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные проводники разделены на однообразные группы измерительных проводников, при этом группы измерительных проводников расположены на диэлектрической подложке в границах измерительных областей групп 214 и 215. Первая группа измерительных проводников первого множества обозначена номером 212. Каждая из групп содержит часть соответствующих множеству измерительных проводников первой и второй измерительных частей. В каждой из групп множества, измерительные проводники первой измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, суммарная ширина которых вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат изменяется линейно, измерительные проводники второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных проводников первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат.The system of measuring conductors is shown in Fig. 9. The relative dimensions of the test leads are distorted. The measuring conductors are located on a dielectric substrate in the boundary of the measuring area 110, the shape, dimensions and location of which are specified. The measuring area 110 contains two sets of measuring conductors. Measuring conductors of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. Measuring conductors of the first measuring part of the first set are designated by the number 202, the second measuring part of the first set by the number 203, the first measuring part of the second set by the number 204, the second measuring part of the second set by the number 205. sets of coordinate systems. The coordinate system of the first set is indicated by the number 216, the coordinate system of the second set by the number 217. Moreover, the ordinate axis Y1 of the coordinate system 216 of the measuring conductors of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the ordinate axis Y2 of the coordinate system 217 of the measuring conductors of the second set. For any single first or second set, the test leads are divided into uniform groups of test leads, with the groups of test leads located on a dielectric substrate within the boundaries of the measurement areas of groups 214 and 215. The first group of test leads of the first set is designated by the number 212. Each of the groups contains a part corresponding to the plurality of measuring conductors of the first and second measuring parts. In each of the groups of the set, the measuring conductors of the first measuring part are made in the form of geometric shapes, the total width of which along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the ordinate axis changes linearly, the measuring conductors of the second measuring part are made in the form of geometric shapes that complement the geometric shapes of the measuring conductors the first measuring part until the formation of a constant total width along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the y-axis.

Для любого отдельно взятого множества измерительные проводники групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией 133 (см. фиг. 7) вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных проводников первой измерительной части и суммарной ширины измерительных проводников второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных проводников групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных проводников первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных проводников в сечении.For any individual set, the measuring conductors of the groups are made and located in such a way that in any section of the measuring conductors of the groups parallel to the abscissa axis by line 133 (see Fig. 7), the difference between the total width of the measuring conductors of the first measuring part calculated within one complete group and one section and the total width of the measuring conductors of the second measuring part is a constant value in this section for other full groups, in any section of the measuring conductors of groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within one full group and one section, the total width of the measuring conductors of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other complete groups, moreover, complete groups have the full composition of the measuring conductors in the section.

В варианте изобретения конкретная конструкция системы измерительных проводников определена методом графических построений. Эта система полностью соответствует признакам, которые заданы в п. 2 формулы изобретения.In an embodiment of the invention, the specific design of the measuring conductor system is determined by the method of graphic constructions. This system fully complies with the features specified in paragraph 2 of the claims.

Измерительные проводники первой и второй измерительных частей первого и второго множеств выполнены в форме трапеций. Измерительные проводники совместно с соединительными проводниками и выводами расположены на одной поверхности слоя диэлектрической подложки.Measuring conductors of the first and second measuring parts of the first and second sets are made in the form of trapezoids. Measuring conductors together with connecting conductors and leads are located on the same surface of the dielectric substrate layer.

На фиг. 5 приведена исходная группа 212 измерительных проводников. Трапеции группы измерительных проводников 212 могут быть выполнены с наклоном на заданный угол относительно оси ординат Y системы координат 216 первого множества, путем сдвига верхних оснований трапеций вдоль оси абсцисс, как показано в правой части фиг. 5. При этом, как показано в разделе сущность изобретения, наклоненные измерительные проводники группы для цели определения координаты двумерной области по одной оси эквивалентны не наклоненным измерительным проводникам. На фиг. 6 приведен пример обрезки и удлинения группы измерительных проводников, при котором целевая функция системы проводников также не меняется.In FIG. 5 shows an initial group of 212 test leads. The trapeziums of the group of measuring conductors 212 can be made with a predetermined angle relative to the Y-axis of the first set of coordinates 216 by shifting the upper bases of the trapezoids along the abscissa axis, as shown on the right side of FIG. 5. In this case, as shown in the summary of the invention, the inclined test leads of the group for the purpose of determining the coordinate of the two-dimensional region along one axis are equivalent to not tilted test leads. In FIG. Figure 6 shows an example of trimming and lengthening a group of measuring conductors, in which the objective function of the conductor system also does not change.

Как показано на фиг. 7, находящиеся на краях групп измерительных проводников боковые стороны трапеций, путем смещения верхних оснований трапеций групп вдоль оси абсцисс системы координат 216 первого множества измерительных проводников, выполнены с наклоном на первый заданный угол ϕ₁ по отношению к оси ординат системы координат 216 первого множества. Для групп измерительных проводников 219 входящих во второе множество, расположенные с краю групп боковые стороны трапеций, путем смещения верхних оснований трапеций групп вдоль оси абсцисс системы координат 217 второго множества, выполнены с наклоном на второй заданный угол ϕ₂ по отношению к оси ординат системы координат второго множества, не равный первому углу ϕ₁.As shown in FIG. 7, the sides of the trapezoids located at the edges of the groups of measuring conductors, by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis of the coordinate system 216 of the first set of measuring conductors, are made with an inclination at the first given angle ϕ ₁ with respect to the ordinate axis of the coordinate system 216 of the first set. For groups of measuring conductors 219 included in the second set, the lateral sides of the trapezoids located at the edge of the groups, by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis of the coordinate system 217 of the second set, are made with a slope at the second specified angle ϕ ₂ with respect to the ordinate axis of the coordinate system of the second set, not equal to the first angle ϕ ₁ .

На фиг. 8 группы измерительных проводников первого и второго множеств, показанные на фиг. 7, наложены на диэлектрическую подложку в месте, где расположена измерительная область 110, с чередованием. При этом находящиеся на краях групп боковые стороны трапеций, расположены практически параллельно между собой. Точка 221 пересечения осей абсцисс локальных систем координат 216 и 217 первого и второго множеств измерительных проводников совпадает с геометрическим центром измерительной области 110.In FIG. 8 the groups of test leads of the first and second sets shown in FIG. 7 are superimposed on the dielectric substrate at the location where the measurement region 110 is located, in an interleaved manner. At the same time, the lateral sides of the trapezoids located at the edges of the groups are located almost parallel to each other. The point 221 of the intersection of the abscissa axes of the local coordinate systems 216 and 217 of the first and second sets of measuring conductors coincides with the geometric center of the measuring area 110.

На фиг. 9 показано, что эти измерительные проводники расположены в границе измерительной области 110, при этом части геометрических фигур измерительных проводников, которые выступают за пределы измерительной области, обрезаны по границе измерительной области 110. Геометрические фигуры измерительных проводников, которые не доходят до границы измерительной области, удлинены путем продолжения линий боковых сторон трапеций до границы измерительной области.In FIG. 9 shows that these test leads are located at the boundary of the measurement area 110, while parts of the geometric figures of the test leads that protrude beyond the measurement area are cut off at the boundary of the measurement area 110. The geometric shapes of the test leads that do not reach the boundary of the measurement area are elongated. by continuing the lines of the sides of the trapezoids to the border of the measuring area.

На фиг. 9 дополнительно показана локальная система координат 220 измерительной области 110, начало которой совпадает с геометрическим центром измерительной области 110 и с точкой 221 пересечения осей абсцисс локальных систем координат 216 и 217 множеств измерительных проводников.In FIG. 9 additionally shows the local coordinate system 220 of the measurement area 110, the beginning of which coincides with the geometric center of the measurement area 110 and with the intersection point 221 of the abscissa axes of the local coordinate systems 216 and 217 of the sets of measurement conductors.

Измерительные проводники измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений проводников и подключений выводов. Схема соединений измерительных проводников и подключений выводов имеет несколько вариантов. Особенности вариантов схемы соединений и подключений приведены в описании вариантов 1.3, 1.4, 1.5 и 1.6 системы проводников.The measuring conductors of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the wiring and terminal connection diagram. The connection diagram of the measuring conductors and the connection of the outputs has several options. The features of the variants of the connection diagram and connections are given in the description of variants 1.3, 1.4, 1.5 and 1.6 of the conductor system.

Принцип действия системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области приведен в разделе «сущность изобретения».The principle of operation of the system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area is given in the "Summary of the Invention" section.

Вариант системы проводников соответствует п. 4 формулы изобретения. Для этого варианта на фиг. 9 показана конструкция и расположение измерительных проводников первого и второго множеств и схема соединений измерительных проводников и подключений выводов. Описание конструкции системы измерительных проводников варианта приведено в описании варианта 1.2, дальнейшим развитием которого является вариант 1.3.A variant of the conductor system corresponds to claim 4 of the claims. For this variant in Fig. 9 shows the construction and arrangement of the test leads of the first and second sets and the connection diagram of the test leads and lead connections. A description of the design of the system of measuring conductors of the variant is given in the description of variant 1.2, the further development of which is variant 1.3.

Вариант системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от системы измерительных проводников, отличается особенностями схемы соединений проводников и подключений выводов измерительных проводников измерительных частей. В схеме соединений проводников и подключений выводов измерительные проводники первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 206, измерительные проводники второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 207, измерительные проводники первой измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 208, измерительные проводники второй измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 209, дополнительный вывод 211 подключен к общему проводнику.A variant of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with four leads from the system of measuring conductors, differs in the features of the connection diagram of the conductors and the connections of the leads of the measuring conductors of the measuring parts. In the connection diagram of conductors and terminal connections, the measuring conductors of the first measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal 206, the measuring conductors of the second measuring part of the first set are electrically interconnected and connected to the corresponding terminal 207, the measuring conductors of the first measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output 208, the measuring conductors of the second measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output 209, the additional output 211 is connected to a common conductor.

Принцип действия варианта системы проводников приведен в разделе «сущность изобретения» в описании под номерами 1, 1.1, 1.2 и 1.3.The principle of operation of the variant of the conductor system is given in the section "summary of the invention" in the description under the numbers 1, 1.1, 1.2 and 1.3.

Вариант системы проводников соответствует п. 6 формулы изобретения. Для этого варианта форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности, аналогичны варианту 1.3, показанному на фиг. 7. На фиг. 10 приведены измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области 110. Измерительные проводники первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 232, проводники второй измерительной части первого множества - цифрой 233, проводники первой измерительной части второго множества - цифрой 234, проводники второй измерительной части второго множества - цифрой 235. На фиг. 11 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области 110, и схема соединений измерительных проводников и подключений выводов.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 6 of the claims. For this option, the shape and arrangement of the measuring conductors of the first and second sets separately are similar to option 1.3 shown in Fig. 7. In FIG. 10 shows the measuring conductors in a combined form with alternating groups, as they are located in the measuring area 110. The measuring conductors of the first measuring part of the first set are indicated by the number 232, the conductors of the second measuring part of the first set - by the number 233, the conductors of the first measuring part of the second set - by the number 234, conductors of the second measuring part of the second set - the number 235. In Fig. 11 shows the sense leads with regard to cutting and extension to the boundary of the sense area 110, and a diagram of the sense leads and lead connections.

Схема соединений измерительных проводников и подключений выводов системы проводников 231 по варианту 1.4 отличается тем, что измерительные проводники 233 второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и с проводниками 234 первой измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу 237. Измерительные проводники 232 первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 236, измерительные проводники 235 второй измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 238, дополнительный вывод 211 подключен к общему проводнику. В варианте системы проводников, как показано на фиг. 10, находящиеся на краях групп измерительные проводники 233 и 234, которые относятся к разным множествам, принадлежат к разноименным измерительным частям, соединены между собой путем соединения боковых сторон трапеций групп измерительных проводников. Выполнение такого соединения не обязательно. Измерительные проводники могут быть соединены с помощью соединительных проводников.The connection diagram of the measuring conductors and connections of the terminals of the conductor system 231 according to option 1.4 differs in that the measuring conductors 233 of the second measuring part of the first set are electrically connected to each other and to the conductors 234 of the first measuring part of the second set and connected to the corresponding terminal 237. The measuring conductors 232 of the first measuring parts of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output 236, measuring conductors 235 of the second measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output 238, additional output 211 is connected to a common conductor. In an embodiment of the conductor system as shown in FIG. 10, the measuring conductors 233 and 234 located at the edges of the groups, which belong to different sets, belong to different measuring parts, are connected to each other by connecting the sides of the trapezoids of the measuring conductor groups. Such a connection is not required. The test leads can be connected using connection leads.

Вариант системы проводников соответствует п. 7 формулы изобретения. Для этого варианта форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности показаны на фиг. 12. На фиг. 13 приведены измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области 110. Измерительные проводники первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 242, проводники второй измерительной части первого множества - цифрой 243, проводники первой измерительной части второго множества - цифрой 244, проводники второй измерительной части второго множества - цифрой 245. На фиг. 14 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области 110, схема соединений измерительных проводников и подключений выводов.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 7 of the claims. For this variant, the shape and arrangement of the measuring leads of the first and second sets are shown separately in FIG. 12. In FIG. 13 shows the measuring conductors in a combined form with the alternation of groups, as they are located in the measuring area 110. The measuring conductors of the first measuring part of the first set are indicated by the number 242, the conductors of the second measuring part of the first set - by the number 243, the conductors of the first measuring part of the second set - by the number 244, conductors of the second measuring part of the second set - the number 245. In Fig. 14 shows the test leads, taking into account cutting and extension to the border of the measurement area 110, the connection diagram of the test leads and the connection of the leads.

Схема соединений измерительных проводников и подключений выводов системы проводников 241 по варианту 1.5 отличается тем, что измерительные проводники 243 второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и с проводниками 245 второй измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу 247, измерительные проводники 242 первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 246, измерительные проводники 244 первой измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 248, дополнительный вывод 211 подключен к общему проводнику. В варианте системы проводников, как показано на фиг. 13, находящиеся на краях групп измерительные проводники 243 и 245, которые относятся к разным множествам, принадлежат к одноименным измерительным частям. При этом измерительные проводники одноименных измерительных частей групп соединены путем соединения боковых сторон трапеций групп. Выполнение такого непосредственного соединения полезно с точки зрения уменьшения ширины групп, но не обязательно.The connection diagram of the measuring conductors and connections of the terminals of the conductor system 241 according to option 1.5 is characterized in that the measuring conductors 243 of the second measuring part of the first set are electrically connected to each other and to the conductors 245 of the second measuring part of the second set and connected to the corresponding terminal 247, the measuring conductors 242 of the first measuring parts of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output 246, measuring conductors 244 of the first measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output 248, additional output 211 is connected to a common conductor. In an embodiment of the conductor system as shown in FIG. 13, the measuring leads 243 and 245 located at the edges of the groups, which belong to different sets, belong to the measuring parts of the same name. In this case, the measuring conductors of the measuring parts of the groups of the same name are connected by connecting the sides of the trapezoids of the groups. Performing such a direct join is useful in terms of reducing the width of the groups, but is not required.

Принцип действия варианта системы проводников приведен в разделе «сущность изобретения», в описании под номером 1.1 и 1.5.The principle of operation of the variant of the conductor system is given in the "Summary of the Invention" section, in the description under the numbers 1.1 and 1.5.

Вариант системы проводников соответствует п. 8 формулы изобретения. На фиг. 15 показаны форма и расположение измерительных проводников первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 16 показаны эти же измерительные проводники в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области 110 на диэлектрической подложке. Измерительные проводники первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 252, проводники второй измерительной части первого множества - цифрой 253, проводники первой измерительной части второго множества - цифрой 254, проводники второй измерительной части второго множества - цифрой 255. На фиг. 17 показаны измерительные проводники с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений проводников и подключений выводов. Схема соединений измерительных проводников и подключений выводов системы проводников 251 по варианту 1.6 отличается тем, что в схеме соединений проводников и подключений выводов измерительные проводники 252 первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 256, измерительные проводники 253 второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 257, измерительные проводники 254 первой измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 258, дополнительный вывод 211 системы проводников подключен к общему проводнику. Как показано на фиг. 15, измерительные проводники 255 второй измерительной части второго множества, обозначенные штриховой линией, не подключены к выводам системы проводников.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 8 of the claims. In FIG. 15 shows the shape and arrangement of the test leads of the first and second sets separately. In FIG. 16 shows these same sensing conductors in an interleaved superimposed view as they are located in the sensing region 110 on a dielectric substrate. Measuring conductors of the first measuring part of the first set are designated by 252, conductors of the second measuring part of the first set by 253, conductors of the first measuring part of the second set by 254, conductors of the second measuring part of the second set by 255. In FIG. 17 shows the measuring conductors, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the conductors and the connections of the leads. The connection diagram of the measuring conductors and the terminal connections of the conductor system 251 according to option 1.6 differs in that in the connection diagram of the conductors and the terminal connections, the measuring conductors 252 of the first measuring part of the first set are electrically interconnected and connected to the corresponding terminal 256, the measuring conductors 253 of the second measuring part of the first the sets are electrically interconnected and connected to the corresponding output 257, the measuring conductors 254 of the first measuring part of the second set are interconnected and connected to the corresponding output 258, the additional output 211 of the conductor system is connected to a common conductor. As shown in FIG. 15, the sense leads 255 of the second sense portion of the second set, indicated by the dashed line, are not connected to the leads of the lead system.

Осуществление изобретения раскрыто на примерах вариантов 2.2 и 2.3 системы проводников для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей.The implementation of the invention is disclosed on the examples of variants 2.2 and 2.3 of the conductor system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas.

Вариант системы проводников соответствует п. 20 формулы изобретения. В описании осуществления изобретения включены признаки пункта формулы п. 17. На фиг. 28 показано расположение измерительных областей и их выводов. На фиг. 29 приведена система измерительных проводников и схема соединений измерительных проводников и подключений выводов для отдельно взятой измерительной области.A variant of the conductor system corresponds to paragraph 20 of the claims. In the description of the invention, the features of claim 17 are included. FIG. 28 shows the location of the measuring areas and their outputs. In FIG. 29 shows the test lead system and the connection diagram of the test leads and lead connections for a single measurement area.

Система проводников 401 для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей содержит диэлектрическую подложку 402, на которой расположено множество измерительных областей 410 с проводниками в форме геометрических фигур прямоугольников, в виде регулярной структуры. Измерительные области 410 расположены на диэлектрической подложке с заданными промежутками друг относительно друга, в границе общей измерительной области диэлектрической подложки 404.The conductor system 401 for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measurement regions includes a dielectric substrate 402 on which a plurality of measurement regions 410 are located with conductors in the form of geometric shapes of rectangles, in the form of a regular structure. Measurement areas 410 are located on the dielectric substrate at predetermined intervals relative to each other, in the boundary of the common measurement area of the dielectric substrate 404.

В данном варианте системы проводников для каждой измерительной области использована система измерительных проводников с четырьмя выводами от измерительной области, описанная в варианте 1.3. Измерительные проводники и их выводы расположены на одной поверхности слоя диэлектрической подложки 402. Схема соединений измерительных проводников может быть продолжена для любого количества измерительных проводников, без взаимного пересечения измерительных проводников и выводов, с максимальным количеством проводников 409, проходящих вдоль одной стороны прямоугольника, равным трем.In this version of the conductor system for each measuring area, the system of measuring conductors with four leads from the measuring area, described in option 1.3, is used. The test leads and their leads are located on the same surface of the dielectric substrate layer 402. The test lead connections can be continued for any number of test leads, without mutual intersection of the test leads and leads, with a maximum of three leads 409 running along one side of the rectangle.

Выводы системы измерительных проводников каждой измерительной области на фиг. 28 и фиг. 29 показаны в виде групповых линий 406, состоящих из четырех проводников, которые объединены вблизи верхней и нижней границ диэлектрической подложки в общие групповые линии. Общие групповые линии предназначены для подключения выводов системы проводников, посредством проводников шлейфов 407, к микроконтроллеру или к другому конечному устройству.The conclusions of the system of measuring conductors of each measuring area in FIG. 28 and FIG. 29 are shown as group lines 406 consisting of four conductors that are combined near the upper and lower boundaries of the dielectric substrate into common group lines. General group lines are designed to connect the outputs of the conductor system, through the conductors of the 407 loops, to the microcontroller or to another end device.

Как показано на фиг. 29 пересечение оси абсцисс локальной системы координат 416 первого множества измерительных проводников и оси абсцисс системы координат 417 второго множества измерительных проводников измерительной области совпадает с геометрическим центром измерительной области. Также показана локальная система координат 408 измерительной области, начало которой совпадает с пересечением осей абсцисс систем координат 416 и 417. При этом координаты геометрического центра, определенные в системах координат 416 и 417 двух множеств измерительных проводников, могут быть пересчитаны в рамках локальной системы координат измерительной области 408.As shown in FIG. 29, the intersection of the abscissa axis of the local coordinate system 416 of the first set of measurement leads and the abscissa axis of the coordinate system 417 of the second set of measurement leads of the measurement area coincides with the geometric center of the measurement area. The local coordinate system 408 of the measuring area is also shown, the origin of which coincides with the intersection of the abscissa axes of the coordinate systems 416 and 417. In this case, the coordinates of the geometric center defined in the coordinate systems 416 and 417 of the two sets of measuring conductors can be recalculated within the local coordinate system of the measuring area 408.

В варианте 2.2 системы проводников измерительные области могут быть выполнены с использованием любой системы измерительных проводников, описанной в вариантах 1.3, 1.4, 1.5 и 1.6. Принцип действия варианта системы проводников приведен в разделе «сущность изобретения» в описании варианта 2.2.In option 2.2 of the conductor system, the measurement areas can be made using any of the measurement conductor systems described in options 1.3, 1.4, 1.5 and 1.6. The principle of operation of the variant of the conductor system is given in the section "summary of the invention" in the description of variant 2.2.

Вариант соответствует п. 21 формулы изобретения. Расположение измерительных областей и их выводов показано на фиг. 30. На фиг. 31 приведена система измерительных проводников и схема соединений измерительных и подключений выводов для отдельно взятой измерительной области.The option corresponds to paragraph 21 of the claims. The location of the measurement areas and their outputs is shown in Fig. 30. In FIG. 31 shows the system of measuring conductors and the connection diagram of the measuring and connecting leads for a single measuring area.

Вариант 2.3 системы проводников 411 отличается от варианта 2.2 тем, что измерительные области 420 выполнены в форме правильных шестиугольников. При этом в измерительных областях использована система измерительных проводников с тремя выводами, аналогично варианту 1.4 (фиг. 11). Отличие измерительной области в форме шестиугольника, от показанной на фиг. 11 в том, что в данном случае измерительные проводники вписаны в границу шестиугольной измерительной области. В этом варианте групповые линии 414 от каждой измерительной области содержат три проводника. Групповые линии 414 объединены в групповые линии шлейфов 415. Показанная на фиг. 31 схема соединений измерительных проводников применима для любого количества измерительных проводников, без увеличения количества выводов и с максимальным количеством соединительных проводников 419, проходящих вдоль одной стороны шестиугольника, равным двум. Начало локальной системы координат 418 измерительной области расположено в геометрическом центре соответствующей измерительной области.Option 2.3 of the system of conductors 411 differs from option 2.2 in that the measuring areas 420 are made in the form of regular hexagons. In this case, a system of measuring conductors with three leads was used in the measuring areas, similar to option 1.4 (Fig. 11). The difference between the measuring area in the form of a hexagon and that shown in Fig. 11 in that in this case the measuring conductors are inscribed in the boundary of the hexagonal measuring region. In this embodiment, the group lines 414 from each measurement area contain three conductors. Branch lines 414 are combined into group stub lines 415. Shown in FIG. 31, the test lead connections are applicable to any number of test leads, without increasing the number of leads, and with a maximum of two test leads 419 running along one side of the hexagon. The origin of the local coordinate system 418 of the measurement area is located at the geometric center of the corresponding measurement area.

В варианте 2.3 системы проводников измерительные области могут быть выполнены с использованием любой системы измерительных проводников, описанной в вариантах 1.3, 1.4, 1.5 и 1.6. Принцип действия варианта системы проводников приведен в разделе «сущность изобретения» в описании варианта 2.3.In option 2.3 of the conductor system, the measurement areas can be made using any of the measurement conductor systems described in options 1.3, 1.4, 1.5 and 1.6. The principle of operation of the variant of the conductor system is given in the section "summary of the invention" in the description of variant 2.3.

Claims

1. A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, which is formed on the two-dimensional surface of the measuring region of the conductor system as a result of a local change in the parameters of the electric field near this surface under the influence of a material body, containing measuring conductors, and the measuring conductors are located in the boundary of the measuring region, each the measuring conductor has a surface on the side of the measuring area, which is part of a practically smooth flat surface, or a practically smooth curved surface, or a practically smooth curved surface specified in the boundary of the measuring area, the shape, dimensions and location of the measuring area are given, the dielectric substrate, the common conductor, measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors of the measuring area, containing at least three measuring parts, measuring conductors in each of the measuring parts are electrically connected to each other and connected to the corresponding output, while the system of measuring conductors implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region in the area of intersection of the two-dimensional region and the measuring region in the corresponding measuring region, the coordinate system of the measuring region, the coordinate values of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts at the terminals of the measuring parts of the measuring area of the conductor system.

2. The system of conductors according to claim 1, characterized in that the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area in the coordinate system corresponding to the measuring area is realized due to the fact that the measuring conductors of the measuring area form a system of measuring conductors, which contains two sets of measuring conductors, the measuring conductors of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set, the shape, dimensions and location of the measuring conductors of each of the sets are determined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the coordinate grid of each coordinate system is located on an almost smooth surface specified in the boundary of the measuring area, the ordinate axis of the coordinate system of the measuring conductors of the first set is located at a given non-zero angle to the ordinate axis of the coordinate system of the measuring wires bottoms of the second set, for any individual first or second set, the measuring conductors are divided into uniform groups of measuring conductors, while the groups of measuring conductors are located in the measuring area at regular intervals along the abscissa axis, each of the groups contains a part of the first and second measuring conductors corresponding to the set of measuring conductors parts, in each of the groups of the set, the measuring conductors of the first measuring part are made in the form of geometric figures, the total width of which along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the ordinate axis changes linearly, the measuring conductors of the second measuring part are made in the form of geometric figures that complement the geometric figures of the measuring conductors of the first measuring part until the formation of a constant total width along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the ordinate axis, the measuring conductors of the groups are made The difference between the total width of the measuring conductors of the first measuring part and the total width of the measuring conductors of the second measuring part is a constant value in this section for others of full groups, in any section of the measuring conductors of the groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within the framework of one full group and one section, the total width of the measuring conductors of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other full groups, and the full groups have a complete composition of the measuring conductors in cross section, the measuring conductors of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the measuring conductors and terminal connections, the values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region They are expressed as a system of values of electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts of the measuring area at the terminals of the conductor system.

3. The system of conductors according to claim 2, characterized in that for any individual first or second plurality of measuring conductors of the measuring area, each group of measuring conductors is located in the measuring area at the boundary of the corresponding measuring area of the group, while the measuring areas of the groups have almost the same width in directions along the abscissa and are located almost without gaps between the boundaries of the groups in the directions along the abscissa.

4. The system of conductors according to claim 2, characterized in that, in order to ensure the location of the measuring conductors, connecting conductors and leads on the same surface, the measuring conductors are made in the form of trapezoids, for the groups of measuring conductors included in the first set, the sides located at the edges of the groups trapezoids, by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis of the coordinate system of the first set, are made with an inclination at the first given angle with respect to the ordinate axis of the coordinate system of the first set, for the groups of measuring conductors included in the second set, the sides of the trapezoids located at the edge of the groups , by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis of the coordinate system of the second set, are made with an inclination at the second specified angle with respect to the ordinate axis of the coordinate system of the second set, not equal to the first angle, the groups of measuring conductors of the first and second sets are located in the boundary of the measurement of the body area with alternation and do not intersect each other, while the lateral sides of the trapezoids located at the edges of the groups are located almost parallel to each other, the measuring conductors of the measuring parts are made and arranged in such a way that the parts of the geometric shapes of the measuring conductors that protrude beyond the measuring area are cut off along the boundary of the measuring area, the geometric shapes of the measuring conductors that do not reach the boundary of the measuring area are extended by continuing the lines of the sides of the trapezoids to the boundary of the measuring area, the measuring conductors are located in such a way that the point of intersection of the abscissa axes of the local coordinate systems of the first and second sets of measuring conductors coincides with the geometric center of the measurement area.

5. The system of conductors according to claim 2, characterized in that in the connection diagram of the measuring conductors and the connections of the leads, the measuring conductors of the first measuring part of the first set are interconnected and connected to the corresponding terminal, the measuring conductors of the second measuring part of the first set are electrically interconnected and connected to the corresponding terminal, the measuring conductors of the first measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal, the measuring conductors of the second measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal.

6. The system of conductors according to claim 2, characterized in that in the connection diagram of the measuring conductors and the connections of the leads, the measuring conductors of one of the measuring parts of the first set are electrically connected to each other and to the measuring conductors of the opposite measuring part of the second set and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output.

7. The system of conductors according to claim 2, characterized in that in the connection diagram of the measuring conductors and the connections of the leads, the measuring conductors of one of the measuring parts of the first set are electrically connected to each other and to the measuring conductors of the measuring part of the second set of the same name and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output, the measuring conductors of the unconnected measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output.

8. The system of conductors according to claim 2, characterized in that in the connection diagram of the measuring conductors and connections of the leads, the measuring conductors of any three measuring parts of the first and second sets for each measuring part are individually interconnected and connected to the corresponding leads of the measuring parts.

9. The system of conductors according to claim 1, characterized in that it additionally contains a common conductor, and the common conductor is located on the side of the surface of the measuring conductors, which is opposite to the surface of the measuring area, the common conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances from the surfaces of the measuring conductors in the respective areas.

10. The system of conductors according to claim 1, characterized in that it additionally contains a common conductor, and the common conductor is located on the side of the surface of the measuring conductors, which faces the surface of the measuring area, the common conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances with surfaces of the measuring conductors in the respective areas.

11. The system of conductors according to claim 1, characterized in that it additionally contains a shielding conductor, and the shielding conductor is located on the side of the surface of the measuring conductors, which is opposite to the surface of the measuring area, the shielding conductor has a surface facing the measuring conductors with practically constant distances from the surfaces of the measuring conductors in the respective areas.

12. The system of conductors according to claim 1, characterized in that the measuring conductors are made thin and located on a practically smooth surface of the dielectric substrate layer.

13. The conductor system according to claim 12, characterized in that the dielectric substrate is made in the form of a flat plate, and the measuring conductors are located on the flat surface of the plate layer made of dielectric material.

14. The system of conductors according to claim 12, characterized in that the dielectric substrate is made in the form of a partially or completely curved plate, and the measuring conductors are located on a partially or completely curved surface of the plate layer made of dielectric material.

15. The system of conductors according to claim 12, characterized in that the dielectric substrate is made in the form of a shell having a smooth curved surface, and the measuring conductors are located on the curved surface of the shell layer made of dielectric material.

16. A system of conductors for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measuring regions, which is formed on the two-dimensional surface of the common measuring region of the conductor system as a result of a local change in the parameters of the electric field near this surface under the influence of a material body, containing a plurality of measuring regions with measuring conductors, moreover, the shape, dimensions and arrangement of the measuring regions are given, the measuring regions are located at predetermined intervals relative to each other in the boundary of the common measuring region, the measuring conductors are located within the boundaries of the corresponding measuring regions, each measuring conductor has a surface on the side of the measuring region, which is part of an almost smooth flat surface, or a practically smooth curved surface, or a practically smooth curved surface, specified in the boundary of a common measuring volume the measuring conductors of the measuring area, containing at least three measuring parts, the measuring conductors in each of the measuring parts are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal, while the system of measuring conductors each measuring area implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area, in the coordinate system of the measuring area corresponding to each measuring area, the values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area or the values of the coordinates of the geometric centers of several two-dimensional areas are expressed as a system of quantities electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts at the terminals of the measuring parts of the measuring areas of the conductor system.

17. The system of conductors according to claim 16, characterized in that in each measuring area the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area in the area of intersection of the two-dimensional area and the measuring area, in the coordinate system corresponding to each measuring area is implemented due to the fact that the measuring conductors of the measuring areas form a system of measuring conductors, which contains two sets of measuring conductors, the measuring conductors of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set, the shape, dimensions and location of the measuring conductors of each of the sets are defined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the coordinate grid of each coordinate system is located on a practically smooth surface specified in the boundary of the common measuring area, the ordinate axis of the coordinate system of the measuring conductors of the first set is located at a given non-zero angle to o si ordinates of the coordinate system of the measuring conductors of the second set, for any separately taken first or second set, the measuring conductors are divided into uniform groups of measuring conductors, while the groups of measuring conductors are located in the measuring area with uniform intervals along the abscissa axis, each of the groups contains a part corresponding to the set of measuring conductors of the first and second measuring parts, in each of the groups of the set the measuring conductors of the first measuring part are made in the form of geometric figures, the total width of which along the abscissa axis direction as a function of distance along the direction of the ordinate axis changes linearly, the measuring conductors of the second measuring part are made in the form of geometric figures , complementing the geometric shapes of the measuring conductors of the first measuring part until a constant total width is formed along the direction of the abscissa axis as a function of the distance along the direction of the axis ordinates, the measuring conductors of the groups are made and arranged in such a way that in any section of the measuring conductors of the groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within one complete group and one section, the difference between the total width of the measuring conductors of the first measuring part and the total width of the measuring conductors of the second measuring part is a constant value in this section for other complete groups, in any section of the measuring conductors of groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within the framework of one complete group and one section, the total width of the measuring conductors of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other complete groups, and full groups have a complete composition of the measuring conductors in the cross section, the measuring conductors of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the measuring conductors and connections of the terminals, the values the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are expressed as a system of values of the electrical capacitances of the measuring conductors of the measuring parts of the measuring region.

18. The system of conductors according to claim 17, characterized in that for any individual first or second plurality of measuring conductors of the measuring area, each group of measuring conductors is located in the boundary of the corresponding measuring area of the group, while the measuring areas of the groups have almost the same width in directions along the axis abscissa and are located almost without gaps between the boundaries of the groups in directions along the abscissa axis.

19. The system of conductors according to claim 17, characterized in that in the connection diagram of the measuring conductors and the connections of the leads in the measuring area, consisting of four measuring parts, the measuring conductors of any two measuring parts of different sets are electrically connected to each other or any one measuring part is excluded, forming a new system of measuring conductors, consisting of three measuring parts, in each of the measuring parts of which the measuring conductors are interconnected and have a corresponding electrical output from the measuring conductors of the measuring part.

20. The system of conductors according to claim 16, characterized in that the measuring areas are made in the form of geometric shapes - rectangles and are located in the border of the common measuring area in the form of a regular structure of rows and columns, and in each measuring area the measuring conductors are located in such a way that the origin of the local coordinate system of the measuring area coincides with its geometric center.

21. The system of conductors according to claim 16, characterized in that the measuring areas are made in the form of geometric shapes - regular hexagons and are located in the border of the common measuring area in the form of a regular structure of rows and columns, and in each measuring area the measuring conductors are located in such a way that the origin of the local coordinate system of the measuring area coincides with its geometric center.

22. The system of conductors according to claim 16, characterized in that the gaps between the measuring areas are set to zero, while the connecting conductors for connecting the measuring conductors of the measuring parts and the leads of the measuring parts are located within the boundaries of the measuring areas of the groups of measuring conductors.