RU2776859C2 - Electrode system for determining coordinates of geometric center of two-dimensional area (options) - Google Patents
Electrode system for determining coordinates of geometric center of two-dimensional area (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776859C2 RU2776859C2 RU2019116677A RU2019116677A RU2776859C2 RU 2776859 C2 RU2776859 C2 RU 2776859C2 RU 2019116677 A RU2019116677 A RU 2019116677A RU 2019116677 A RU2019116677 A RU 2019116677A RU 2776859 C2 RU2776859 C2 RU 2776859C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- electrodes
- area
- measuring electrodes
- groups
- Prior art date
Links
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 110
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 208
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 95
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 57
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 31
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 17
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 230000000295 complement Effects 0.000 claims description 9
- 241000826860 Trapezium Species 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 39
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 13
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 238000004805 robotic Methods 0.000 description 6
- 230000001953 sensory Effects 0.000 description 6
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 206010043431 Thinking abnormal Diseases 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-BJUDXGSMSA-N lead-206 Chemical compound [206Pb] WABPQHHGFIMREM-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-IGMARMGPSA-N lead-207 Chemical compound [207Pb] WABPQHHGFIMREM-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic Effects 0.000 description 1
- 230000003094 perturbing Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Изобретение относится к измерительным устройствам с использованием емкостных средств. Система электродов 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 system of electrodes 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 2 685 559 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 [
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 электродов 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 capacitance values of the electrodes of the first and second measuring parts, divided by the value obtained by adding the capacitance values of the first and second measuring parts, and subtracting the sum of the capacitances of the electrodes of the first and second measuring parts. 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 2 685 559 С1 на электроемкостный преобразователь для определения координат геометрического центра двумерной области. В этом изобретении для размещения измерительных электродов 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 2 685 559 C1 was obtained for an electrocapacitive transducer for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region. This invention provides for the use of a dielectric plate for placement of measuring electrodes, 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 электродов 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 electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region.
Система электродов содержит систему измерительных электродов. Система измерительных электродов 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 электродов. В варианте изобретения, в котором используется множество измерительных областей, система электродов способна определить координаты геометрических центров нескольких двумерных областей. Дополнительно, в состав системы электродов может входить общий электрод и экранирующий электрод.The electrode system contains a system of measuring electrodes. The system of measuring electrodes 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 electrodes. In an embodiment of the invention that uses a plurality of measurement regions, the electrode system is able to determine the coordinates of the geometric centers of several two-dimensional regions. Additionally, the electrode system may include a common electrode and a shield electrode.
Отличие изобретения от наиболее близкого изобретения [патент РФ RU 2 685 559 С1] - возможность использования системы измерительных электродов с их расположением на криволинейной поверхности. Сущность заключается в том, что группы измерительных электродов 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 электродов и измерительных областей групп, являются применимыми для криволинейной поверхности. В формуле изобретения поверхность измерительных электродов задана в виде признака «каждый измерительный электрод 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 [
В изобретения раскрыто новое свойство системы электродов. Анализ конструкции системы электродов показал, что система измерительных электродов 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 электродов способна определить геометрический центр двумерной области, координаты которого учитывают рельеф тела, в случае если тело находится на некотором удалении от поверхности измерительной области системы электродов. 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 electrode system. An analysis of the design of the electrode system showed that the system of measuring electrodes 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 electrodes 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 electrode 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.
Технический результат изобретения – реализация назначения системы электродов.The technical result of the invention is the realization of the purpose of the electrode system.
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.
Перспективной областью применения изобретения является робототехника. Система электродов, 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. An electrode system that is capable of operating on a curved surface can be used in the design of a sensory system for robotic arms whose "finger" surfaces are curved. 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 to clarify the position of the object at a short distance using the “fingers” sensory system, determine the surface topography of the object and the amount of proximity to the object before capturing it.
В примере с манипулятором робота, совокупность свойства системы электродов 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 arm, the set of properties of the electrode 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области содержит измерительные электроды, причем каждый измерительный электрод имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области. Измерительные электроды измерительной области образуют систему измерительных электродов, которая непосредственно реализует функцию определения координат геометрического центра двумерной области. Дополнительно, в состав системы электродов может входить общий электрод и экранирующий электрод.The system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area contains measuring electrodes, each measuring electrode has a surface that is part of a practically smooth surface specified in the boundary of the measuring area. Measuring electrodes of the measuring area form a system of measuring electrodes, which directly implements the function of determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area. Additionally, the electrode system may include a common electrode and a shield electrode.
Общий электрод - электрод, который формирует заданную конфигурацию электрического поля окружающего измерительные электроды, а также выполняет функцию выравнивания электрического поля и экранирования измерительных электродов. Общий электрод в конструкции системы электродов может отсутствовать. В вариантах системы электродов функции общего электрода могут выполнять конструктивные элементы устройства, в котором используется система электродов.Common electrode - an electrode that forms a given configuration of the electric field surrounding the measuring electrodes, and also performs the function of equalizing the electric field and shielding the measuring electrodes. The common electrode in the design of the electrode system may be absent. In versions of the electrode system, the functions of the common electrode can be performed by structural elements of the device in which the electrode system is used.
Измерительные электроды - это электроды, которые непосредственно предназначены для реализации функции определения координат геометрического центра двумерной области. Измерительные электроды расположены в границах измерительной области и образуют систему измерительных электродов. Каждый измерительный электрод 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 electrodes are electrodes that are directly designed to implement the function of determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area. The measuring electrodes are located within the boundaries of the measuring area and form a system of measuring electrodes. Each measuring electrode 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 электроды выполнены тонкими. Для размещения измерительных электродов 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 электродов, которые не противоречат признакам изобретения.In an embodiment of the invention, the measuring electrodes are thin. To place the measuring electrodes, 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 the measuring electrodes are possible as long as they do not conflict with the features of the invention.
Измерительная часть - часть измерительных электродов, в которой измерительные электроды электрически соединены между собой и имеют соответствующий вывод.Measuring part - part of the measuring electrodes, in which the measuring electrodes are electrically connected to each other and have a corresponding output.
Группа измерительных электродов - группа, состоящая из электродов разных измерительных частей, реализующая функцию определения координат геометрического центра части двумерной области.Group of measuring electrodes - a group consisting of electrodes of different measuring parts, realizing the function of determining the coordinates of the geometric center of a part of a two-dimensional area.
Измерительная область - это область с измерительными электродами, которая предназначена для определения координат геометрического центра двумерной области. Определение координат геометрического центра реализуется системой измерительных электродов, которые расположены в границе измерительной области. В системе электродов 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 measuring area is the area with the measuring electrodes, which is designed to determine the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area. The determination of the coordinates of the geometric center is implemented by a system of measuring electrodes, which are located in the boundary of the measuring area. In the system of electrodes 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 электроды. В другом варианте, в случае наличия с наружной стороны измерительных электродов изолирующего элемента с постоянной толщиной, например, изолирующего слоя диэлектрической подложки, наружная поверхность изолирующего элемента условно считается поверхностью измерительной области, которая сопряжена с поверхностями электродов. Как показано в описании изобретения характеристики изолирующего элемента не влияют на реализацию основного назначения системы электродов, поэтому эту поверхность можно принять в качестве поверхности измерительной области, которая смещена на небольшое расстояние во всех точках поверхности перпендикулярно поверхности, на которой размещены измерительные электроды.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 electrodes are located. In another embodiment, if there is an insulating element with a constant thickness on the outer side of the measuring electrodes, for example, an insulating layer of a dielectric substrate, the outer surface of the insulating element is conditionally considered the surface of the measuring region, which is conjugated with the surfaces of the electrodes. 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 electrode system, so this surface can be taken as the surface of the measuring area, which is displaced by a small distance at all points of the surface perpendicular to the surface on which the measuring electrodes are placed.
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 электродов 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 электродов 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 the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area for bodies made of a homogeneous dielectric material, the surface of a flat body touches the surface of the measuring area and forms a two-dimensional area on the surface of the measuring area. In the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional area for the electrically conductive body, the touch area formed as a result of the deformation of the body at the point of contact with the measurement area is also a two-dimensional area. 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 электродов в описании изобретения рассматривается совместно с диэлектрической подложкой. Диэлектрическая подложка выполняет функцию крепления измерительных электродов и их изоляции. Для изоляции измерительных электродов используют изолирующий слой подложки. Диэлектрическая подложка может иметь произвольную форму. Для крепления и изоляции измерительных электродов может использоваться другой конструктивный диэлектрический элемент, имеющий практически гладкую поверхность в границе измерительной области, который, в зависимости от области использования системы электродов, может иметь другое название. Поэтому в независимых пунктах формулы изобретения характеристики расположения и конструкция системы электродов описаны без использования диэлектрической подложки или другого конструкционного элемента. Конкретные особенности конструкции системы электродов с применением диэлектрической подложки приведены в вариантах изобретения в зависимых пунктах формулы, а также в описании сущности вариантов системы электродов.The electrode system in the description of the invention is considered in conjunction with a dielectric substrate. The dielectric substrate performs the function of fixing the measuring electrodes and isolating them. An insulating substrate layer is used to isolate the measuring electrodes. The dielectric substrate may have an arbitrary shape. For fixing and insulating the measuring electrodes, another constructive dielectric element can be used, which has a practically smooth surface in the boundary of the measuring area, which, depending on the area of use of the electrode system, may have a different name. Therefore, in the independent claims, the location characteristics and the design of the electrode system are described without the use of a dielectric substrate or other structural element. Specific design features of the electrode 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 electrode system.
Для упрощения изложения сущности изобретения в большинстве вариантов системы электродов использована диэлектрическая подложка с плоской поверхностью, которая выполнена в форме плоской пластины. Особенности принципа действия системы электродов с изогнутой и криволинейной поверхностью описаны в дополнительных вариантах системы электродов.To simplify the presentation of the essence of the invention, in most variants of the electrode 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 electrodes with a curved and curved surface are described in additional versions of the system of electrodes.
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 электродов. Ось абсцисс системы координат обозначена символом X, а ось ординат - символом Y. Ось Y расположена ортогонально оси Х Оси Х и Y системы координат и координатная сетка расположены на поверхности 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 associated with a plurality of measurement electrodes for the measurement area. 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 orthogonal to the X axis. The X and Y axes of the coordinate system and the coordinate grid are located on the surface 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 электродов определена выделенная система координат. В этой системе координат в сечении измерительных электродов множества осью абсцисс суммарная ширина измерительных электродов первой измерительной части равна суммарной ширине электродов 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 электродов. Эта система координат обозначена как «локальная система координат множества измерительных электродов».In the measuring area, for each of the sets of measuring electrodes, a dedicated coordinate system is defined. In this coordinate system, in the section of the measuring electrodes of the set with the abscissa axis, the total width of the measuring electrodes of the first measuring part is equal to the total width of the electrodes 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 electrodes. This coordinate system is referred to as "local coordinate system of the plurality of measuring electrodes".
Системы координат множеств измерительных электродов 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 электродов и с геометрическим центром измерительной области. Такая система координат в рамках изобретения обозначена как локальная система координат измерительной области.The coordinate systems of the plurality of measuring electrodes of the measuring area are dependent and can be replaced by a single coordinate system. This coordinate system is called "measurement area coordinate system". The origin of this coordinate system can be aligned with the point of intersection of the abscissa axes of the local coordinate systems of the two sets of measuring electrodes 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области.1. System of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region.
Назначение системы электродов заключается в определении координат геометрического центра двумерной области. Система электродов соответствует п. 1 формулы изобретения.The purpose of the electrode system is to determine the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region. The electrode system corresponds to
Система электродов имеет следующие признаки формулы изобретения.The electrode system has the following features of the claims.
Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, содержащая измерительные электроды. Причем измерительные электроды расположены в границе измерительной области, каждый измерительный электрод имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области. Форма, размеры и расположение измерительной области заданы. Измерительные электроды измерительной области образуют систему измерительных электродов измерительной области содержащую, по меньшей мере, три измерительные части, измерительные электроды в каждой из измерительных частей электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом система измерительных электродов 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 электродов измерительных частей на выводах измерительных частей системы электродов.An electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, containing measuring electrodes. Moreover, the measuring electrodes are located in the boundary of the measuring area, each measuring electrode 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 electrodes of the measuring area form a system of measuring electrodes of the measuring area containing at least three measuring parts, the measuring electrodes 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 electrodes 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 to the coordinate system of the measuring 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 electrodes of the measuring parts at the leads of the measuring parts of the electrode 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 электроды расположены в границе измерительной области, каждый измерительный электрод 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 электродов по пп. 12-15 приведено в вариантах 1.11-1.14 системы электродов.Features of the invention "moreover, the measuring electrodes are located in the boundary of the measuring area, each measuring electrode 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 electrode system according to paragraphs. 12-15 are shown in options 1.11-1.14 of the electrode system.
Признак формулы изобретения «измерительные электроды измерительной области образуют систему измерительных электродов измерительной области содержащую, по меньшей мере, три измерительные части, измерительные электроды в каждой из измерительных частей электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу» объединяет признаки системы электродов, которые приведены в пп. 6-8 и п. 21 формулы изобретения. Описание системы электродов по пп. 6-8 и п. 21 приведено в вариантах системы электродов 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 электроды 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 feature of the invention formula "the measuring electrodes of the measuring area form a system of measuring electrodes of the measuring area containing at least three measuring parts, the measuring electrodes in each of the measuring parts are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal" combines the features of the electrode system, which are given in paragraphs . 6-8 and p. 21 of the claims. Description of the electrode system according to paragraphs. 6-8 and p. 21 are given in versions of the electrode system 1.4, 1.5, 1.6 and 2.3, in which there are three measuring parts, and in versions 1.3, 2.2, where four measuring parts are used. The measuring parts are characterized by the fact that the measuring electrodes of each of the measuring parts are interconnected and connected to the corresponding output. 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 irrational, because the number of withdrawals increases.
Функциональный признак «система измерительных электродов 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 электродов, приведенные в п. 2 формулы изобретения системы электродов 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 электродов под номером 1.1.The functional feature "measuring electrode system 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 measuring electrode system given in
1.1 Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области для тел из электропроводящего материала Приведенная в формуле изобретения по п. 2 система электродов позволяет использовать множество вариантов конструкции измерительных электродов. Общим для всех вариантов является то, что электроды 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 электродов. Поэтому, для доказательства реализации основного назначения для всех вариантов системы электродов достаточно рассмотреть математические зависимости, основанные на приведенных в формуле изобретения условиях для одного варианта с конкретной конструкцией электродов. Для доказательства реализации назначения выбран вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области для электропроводящих тел.1.1 Electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area for bodies made of electrically conductive material Common to all variants is that the electrodes 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 electrodes. Therefore, to prove the implementation of the main purpose for all variants of the electrode system, it is sufficient to consider mathematical dependencies based on the conditions given in the claims for one variant with a specific electrode design. To prove the implementation of the purpose, a variant of the electrode system was chosen to determine the coordinates of the geometric center of the 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 электродов в виде трапеций, пункт п. 5 - схему соединения электродов и подключения выводов, пункт п. 9 - конструкцию и расположение общего электрода, пункт п. 13 задает конструкцию диэлектрической подложки в форме плоской диэлектрической пластины.This option includes the features given in paragraphs of
Система электродов показана на фиг. 1 и фиг. 2. Фигуры фиг. 3 и фиг. 4 предназначены для пояснения принципа действия. Для графической иллюстрации варианта системы электродов использованы измерительные электроды в форме трапеций, в соответствии с п. 4 формулы изобретения. Особенности варианта системы электродов по п. 4 формулы изобретения рассмотрены дополнительно, в варианте под номером 1.2.The electrode 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 electrode system, measuring electrodes in the form of trapezoids were used, in accordance with paragraph 4 of the claims. Features of the variant of the electrode system according to claim 4 of the claims are considered additionally, in the variant numbered 1.2.
Назначение варианта системы электродов заключается в определении координат геометрического центра двумерной области для тел из электропроводящего материала.The purpose of the electrode system variant is to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for bodies made of an electrically conductive material.
Система электродов характеризуется следующими признаками изобретения.The electrode system is characterized by the following features of the invention.
Система электродов 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 электроды измерительной области образуют систему измерительных электродов, которая содержит два множества измерительных электродов, измерительные электроды каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Форма, размеры и расположение измерительных электродов каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам системах координат, причем ось ординат системы координат измерительных электродов первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат измерительных электродов второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные электроды разделены на однообразные группы измерительных электродов, при этом группы измерительных электродов расположены в измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс. Каждая из групп содержит часть соответствующих множеству измерительных электродов первой и второй измерительных частей. В каждой из групп множества измерительные электроды 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 электроды второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных электродов первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат. Измерительные электроды групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных электродов первой измерительной части и суммарной ширины измерительных электродов второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных электродов первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных электродов в сечении. Измерительные электроды измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений электродов и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных электродов измерительных частей измерительной области.An electrode system 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 electrodes of the measuring area form a system of measuring electrodes, which contains two sets of measuring electrodes, the measuring electrodes of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. The shape, dimensions and arrangement of the measuring electrodes of each of the sets are defined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the ordinate axis of the coordinate system of the measuring electrodes of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the ordinate axis of the coordinate system of the measuring electrodes of the second set. For any given first or second plurality, the measurement electrodes are divided into uniform measurement electrode groups, with the measurement electrode groups located in the measurement region at regular intervals along the x-axis. Each of the groups contains a part of the first and second measuring parts corresponding to the plurality of measuring electrodes. In each of the groups of the set, the measuring electrodes 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 electrodes of the second measuring part are made in the form of geometric figures that complement the geometric figures of the first measuring electrodes. 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 electrodes of the groups are made and arranged in such a way that in any section of the measuring electrodes of the groups parallel to the abscissa axis, the difference between the total width of the measuring electrodes of the first measuring part and the total width of the measuring electrodes of the second measuring part, calculated within one complete group and one section, is a constant value in this section for other complete groups, in any section of the measuring electrodes of the 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 electrodes of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other complete groups, and the full groups have a total the composition of the measuring electrodes in the cross section. The measuring electrodes of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the electrodes 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 electrodes of the measuring parts of the measuring region.
На фиг. 1 и фиг. 2 показаны основные элементы конструкции варианта системы электродов 101 для определения координат геометрического центра двумерной области для электропроводящего тела. Измерительные электроды расположены на диэлектрической подложке 102, которая выполнена в виде пластины с плоской поверхностью. Общий электрод 106 расположен на стороне диэлектрической подложки 102, которая противоположна стороне с измерительными электродами. Измерительные электроды 103 расположены на диэлектрической подложке в границе измерительной области 110, форма, размеры и расположение которой заданы и образуют систему измерительных электродов измерительной области. Для изоляции измерительных электродов предусмотрен изолирующий слой 111, расположенный поверх измерительных электродов 103. Система измерительных электродов измерительной области содержит два множества измерительных электродов. Измерительные электроды каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. На фиг. 2 измерительные электроды 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 электродов 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 электродов первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат 117 системы координат измерительных электродов второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные электроды разделены на однообразные группы измерительных электродов. Одна из групп измерительных электродов первого множества обозначена цифрой 118. Группы измерительных электродов в границе измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс, в границах соответствующих измерительных областей групп 125 и 126 измерительных электродов.In FIG. 1 and FIG. 2 shows the main structural elements of an embodiment of the
На фиг.3 и фиг.4 показана часть 121 системы измерительных электродов, для пояснения принципа действия в которой выделены две группы измерительных электродов 118 и 119, входящих в первое множество. Для удобства пояснения, группы измерительных электродов 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 электроды 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 электродом 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 электроды групп 118 и 119 расположены в границах соответствующих измерительных областей 137 и 138 групп измерительных электродов. Группы измерительных электродов состоят из измерительных электродов 112 и 113, входящих в первую и вторую измерительные части первого множества, соответственно. Размеры измерительных электродов, измерительных областей групп и электропроводящего тела показаны без соблюдения масштаба по ширине. Система измерительных электродов 121 реализует функцию определения геометрического центра двумерной области по одной оси.In Fig.3 and Fig.4 shows
Из состава системы измерительных электродов сначала рассмотрим отдельно взятую группу измерительных электродов, которая обозначена на фиг. 4 номером 118. Отдельно взятая группа измерительных электродов реализует функцию определения координаты геометрического центра части двумерной области по одной оси.From the composition of the system of measuring electrodes, we first consider a separate group of measuring electrodes, which is indicated in Fig. 4
В каждой из групп измерительных электродов множества, измерительные электроды 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 электроды второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных электродов 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 electrodes of the plurality, the measuring electrodes 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. Measuring electrodes of the second measuring part are made in the form of geometric shapes that complement the geometric shapes of the measuring electrodes of the first measuring part until a constant total width is formed along the abscissa axis as a function of distance along 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 электродов 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
В двумерной области соприкосновения между электропроводящей поверхностью тела и электродами измерительных частей, входящих в группу измерительных электродов, образуются конденсаторы. При этом электрическая емкость измерительных электродов 112 первой измерительной части может быть рассчитана как сумма двух составляющих. Первая составляющая образована емкостью конденсатора, обкладками которого являются измерительные электроды 112 первой измерительной части и поверхность общего электрода 106. Эта составляющая является «пассивной» составляющей электрической емкости измерительных электродов. Емкость соответствует электрической емкости измерительных электродов 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 электродами 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 electrodes of the measuring parts included in the group of measuring electrodes, capacitors are formed. In this case, the capacitance of the measuring
Полная емкость измерительных электродов первой измерительной части равнаThe total capacitance of the measuring electrodes of the first measuring part is equal to
Где:Where:
С1 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов первой измерительной части;C 1 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the first measuring part;
C01 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов первой измерительной части в отсутствии тела;C 01 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the first measuring part in the absence of a body;
S1 - площадь измерительных электродов первой измерительной части в области пересечения двумерной области соприкосновения с измерительной областью группы измерительных электродов;S 1 - the area of the measuring electrodes 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 electrodes;
К1 - коэффициент пропорциональности между площадью и избыточной электрической емкостью измерительных электродов.K 1 - coefficient of proportionality between the area and the excess electrical capacitance of the measuring electrodes.
Для варианта системы электродов для определения координаты геометрического центра двумерной области с изолирующим электроды слоем диэлектрической подложки коэффициент К1 равенFor a variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with a layer of a dielectric substrate insulating the electrodes, the coefficient K 1 is equal to
Где:Where:
ε0- диэлектрическая постоянная;ε 0 - dielectric constant;
d1 - толщина изолирующего измерительные электроды диэлектрического слоя в области соприкосновения;d 1 - the thickness of the insulating measuring electrodes of the dielectric layer in the area of contact;
ε1 - относительная диэлектрическая проницаемость материала изолирующего измерительные электроды слоя.ε 1 - relative permittivity of the material of the layer insulating the measuring electrodes.
Аналогичную зависимость можно записать для емкости измерительных электродов 113 второй измерительной частиA similar dependence can be written for the capacitance of the measuring
Где:Where:
С2 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов второй измерительной части;C 2 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the second measuring part;
С02 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов второй измерительной части в отсутствии тела.C 02 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the second measuring part in the absence of a body.
S2 - площадь измерительных электродов второй измерительной части в области пересечения двумерной области тела с измерительной областью.S 2 - the area of the measuring electrodes 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 электродов 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 electrodes of the first measuring part, limited from above and below by two
Где:Where:
S' 1 - площадь ограниченной области измерительных электродов первой измерительной части;S' 1 - the area of the limited area of the measuring electrodes of the first measuring part;
l1 - длина трапеций измерительных электродов;l 1 - the length of the trapezium of the measuring electrodes;
l12 - суммарная ширина больших оснований трапеций измерительных электродов первой измерительной части;l 12 - the total width of the large bases of the trapezium of the measuring electrodes of the first measuring part;
l13 - суммарная ширина малых оснований трапеций измерительных электродов первой измерительной части;l 13 - the total width of the small bases of the trapezium of the measuring electrodes 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 электродов 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 электродов второй измерительной части, ограниченная сверху и снизу теми же отрезками линий, равнаThe value of the area of the measuring electrodes of the second measuring part, limited from above and below by the same line segments, is equal to
Где:Where:
S'2 - площадь ограниченной области измерительных электродов второй измерительной части;S' 2 - the area of the limited area of the measuring electrodes of the second measuring part;
l22 - суммарная ширина больших оснований трапеций измерительных электродов второй измерительной части;l 22 - the total width of the large bases of the trapezium of the measuring electrodes of the second measuring part;
l23 - суммарная ширина малых оснований трапеций измерительных электродов второй измерительной части.l 23 - the total width of the small bases of the trapezium of the measuring electrodes of the second measuring part.
На основе условия формулы изобретения, согласно которому измерительные электроды 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 electrodes 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 Y может быть выражена через ограниченные площади измерительных электродов 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 Y axis can be expressed through the limited areas of the measuring electrodes of the first and second measuring parts
В связи с тем, что суммарная фигура, составленная из ограниченных площадей измерительных электродов первой и второй измерительных частей, имеет постоянную ширину вдоль оси Х в функции расстояния вдоль оси У 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 electrodes 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
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
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 электродов группы и стремится к нулю в случае относительного уменьшения ширины по отношению к высоте измерительных электродов. При этом верхний и нижний участки границы двумерного тела приближаются к отрезкам кусочно-постоянной аппроксимации. В связи с чем, для системы измерительных электродов 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 parts 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 electrodes 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 electrodes. 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 electrodes 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 электродов можно выразить в видеTaking into account expressions (1), (3) and (12), the areas of the measuring electrodes can be expressed as
Подставляя S' 1 и S' 2 в выражение (9) получаем формулу для вычисленияSubstituting S' 1 and S' 2 into expression (9) we obtain a formula for calculating
координаты геометрического центра по одной оси двумерной области в области пересечения измерительной области и двумерной области соприкосновения телаcoordinates of the geometric center along one axis of the two-dimensional area in the area of intersection of the measuring area and the two-dimensional area of contact of the body
Где:Where:
GY - 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;
a1 - коэффициент, определяющий чувствительность системы электродов по оси ординат, зависящий от конструкции измерительных электродов;a 1 - coefficient that determines the sensitivity of the system of electrodes along the y-axis, depending on the design of the measuring electrodes;
а2 - коэффициент, определяющий расположение начала системы координат по оси ординат относительно измерительных электродов.and 2 is the coefficient that determines the location of the origin of the coordinate system along the ordinate axis relative to the measuring electrodes.
Для варианта системы электродов, в котором суммарные площади измерительных электродов первой и второй измерительных частей равны между собой, коэффициенты имеют следующие значения For a variant of the electrode system, in which the total areas of the measuring electrodes of the first and second measuring parts are equal to each other, the coefficients have the following values
В случае равенства площадей измерительных электродов первой и второй измерительных частей разность электрических емкостей C02-C01 равна нулю. Поэтому выражение (15) можно записать в видеIf the areas of the measuring electrodes 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 а2, определяющий начало координаты геометрического центра относительно измерительных электродов по оси ординат Y, в выражениях (4) и (6) задан относительно расположения оси абсцисс X системы координат 127 множества измерительных электродов, проходящей через линию нижних оснований трапеций (см. фиг.4). Выражения, аналогичные (4) и (6), могут быть записаны с началом системы координат по оси Г 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 а2.The coefficient a 2 , which determines the origin of the geometric center relative to the measuring electrodes along the ordinate axis Y, in expressions (4) and (6) is given relative to the location of the abscissa axis X of the coordinate
На практике удобно принять коэффициент а2 равным нулю. В этом случае осьIn practice, it is convenient to take the coefficient a 2 equal to zero. In this case, the axis
абсцисс X проходит через сечение измерительных электродов, в котором суммарная ширина измерительных электродов первой измерительной части равна суммарной ширине измерительных электродов второй измерительной части. Эта система координат обозначена как «локальная система координат» множества измерительных электродов. Локальная система координат на фиг. 4 обозначена номером 116.the abscissa X passes through the section of the measuring electrodes, in which the total width of the measuring electrodes of the first measuring part is equal to the total width of the measuring electrodes of the second measuring part. This coordinate system is referred to as the "local coordinate system" of the plurality of measurement electrodes. The local coordinate system in Fig. 4 is numbered 116.
Таким образом, реализация группой измерительных электродов функции определения координаты геометрического центра части двумерной области по одной оси считается доказанной.Thus, the implementation by a group of measuring electrodes 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 электродов 118 измерительных электродов, 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 электроды 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 электродов ограничено только разрешающей способностью фотолитографического процесса нанесения измерительных электродов на диэлектрическую подложку и может достигать в измерительной области нескольких сотен. При этом ширина измерительной области группы измерительных электродов может составлять несколько десятков микрометров. За счет использования множества групп измерительных электродов 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
В соответствии с формулой изобретения измерительные электроды групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией 133 (фиг. 4) вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных электродов первой измерительной части и суммарной ширины измерительных электродов второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных электродов первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных электродов в сечении.In accordance with the claims of the invention, the measuring electrodes of the groups are made and located in such a way that in any section of the measuring electrodes of the groups parallel to the abscissa axis by line 133 (Fig. 4), the difference between the total width of the measuring electrodes of the first measuring part and the total the width of the measuring electrodes of the second measuring part is a constant value in this section for other full groups, in any section of the measuring electrodes of groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within one full group and one section, the total width of the measuring electrodes of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other full groups, and full groups have the full composition of the measuring electrodes in the cross section.
В связи с тем, что измерительные электроды расположены в границе измерительной области, которая не обязательно является прямоугольной, измерительные электроды 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 электродов. В этом случае, для нахождения сумм и разностей суммарной ширины измерительных электродов измерительных частей групп, группы с неполным составом измерительных электродов в сечении использовать нельзя. В тоже время, неполную группу измерительных электродов можно условно дополнить частями, которые были обрезаны, до образования полной группы в сечении. Дополненные таким образом группы измерительных электродов считают полными группами и используют для характеристики измерительных электродов групп в данном признаке изобретения.Due to the fact that the measuring electrodes are located in the boundary of the measuring area, which is not necessarily rectangular, the measuring electrodes of groups located near the boundary of the measuring area can be cut off along the boundary, while the group located on the edge in the section parallel to the abscissa axis by the line will have an incomplete the composition of the measuring electrodes. In this case, to find the sums and differences of the total width of the measuring electrodes of the measuring parts of groups, groups with an incomplete composition of the measuring electrodes in the cross section cannot be used. At the same time, an incomplete group of measuring electrodes can be conditionally supplemented with parts that have been cut off until a complete group is formed in the section. The groups of measuring electrodes thus completed are considered complete groups and are used to characterize the measuring electrodes of the groups in this feature of the invention.
Рассмотренные признаки изобретения, по существу, ограничивают конструкцию измерительных электродов в группах и их взаимное расположение в рамках одного образа, в соответствии с которым для разных групп соответствующие коэффициенты а1 и a2 формуле (15) равны между собой для всех групп. Это означает, что измерительные электроды всех групп имеют одинаковую чувствительность, и что начало системы координат по оси ординат для всех групп измерительных электродов множества совпадает.The considered features of the invention, in essence, limit the design of the measuring electrodes in groups and their relative position within the same image, according to which for different groups the corresponding coefficients a 1 and a 2 to formula (15) are equal to each other for all groups. This means that the measuring electrodes of all groups have the same sensitivity, and that the origin of the coordinate system along the ordinate axis for all groups of measuring electrodes of the set is the same.
В формуле изобретения для характеристики расположения групп измерительных электродов приведен признак: «группы измерительных электродов расположены в измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс». Термин «равномерные интервалы» означает, что промежутки между группами измерительных электродов 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 electrodes, the sign is given: "groups of measuring electrodes are located in the measuring area at regular intervals along the abscissa axis." The term "even intervals" means that the intervals between groups of measuring electrodes 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 электродов 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 электродов на криволинейной поверхности, между границами измерительных областей групп измерительных электродов 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
В соответствие с признаками формулы изобретения суммарная ширина вдоль оси абсцисс в функции расстояния вдоль оси ординат для каждой группы измерительных электродов является постоянной величиной. Измерительные электроды всех групп в сечениях, параллельных оси абсцисс, имеют одинаковую ширину. Измерительные области каждой группы измерительных электродов имеют практически одинаковую ширину, которая также не изменяется вдоль оси абсцисс. Поэтому площадь пересечения измерительных электродов каждой группы с двумерной областью можно связать с площадью пересечения двумерной области с измерительной областью группы измерительных электродов, 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 electrodes is a constant value. The measuring electrodes of all groups in sections parallel to the abscissa axis have the same width. The measuring areas of each group of measuring electrodes have practically the same width, which also does not change along the abscissa. Therefore, the area of intersection of the measuring electrodes 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 electrodes, by introducing a proportionality factor
где:where:
S'' - площадь пересечения двумерной области с измерительной областью группы измерительных электродов;S'' - the area of intersection of the two-dimensional area with the measuring area of the group of measuring electrodes;
К2 - коэффициент пропорциональности;K 2 - coefficient of proportionality;
S1+S2 - площадь области пересечения двумерной области 123 с измерительными электродами первой и второй измерительных частей группы.S 1 +S 2 - the area of the area of intersection of the two-
В связи с тем, что системы измерительных электродов 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 electrodes 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:
GY - 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 электродов с номером i, по оси ординат Y; - the coordinate of the geometric center of the area of intersection of the two-dimensional area of
- площадь области пересечения двумерной области 123 с измерительными электродами первой и второй измерительных частей группы, для группы измерительных электродов с номером i. - the area of the area of intersection of the two-
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 электродов (1) и (3)Taking into account the expressions for the capacitances of the electrodes (1) and (3)
Суммы емкостей измерительных электродов измерительных частей групп измерительных электродов равны соответствующим суммам емкостей измерительных электродов измерительных частей измерительной области. Поэтому справедливы следующие равенстваThe sums of the capacitances of the measuring electrodes of the measuring parts of the groups of measuring electrodes are equal to the respective sums of the capacitances of the measuring electrodes 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 электродов, 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 electrodes, is considered proven.
В соответствии с формулой изобретения, измерительная область содержит два множества измерительных электродов. Измерительные электроды каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Форма, размеры и расположение измерительных электродов каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам системах координат, причем ось ординат системы координат измерительных электродов первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат измерительных электродов второго множества. Измерительные электроды измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений измерительных электродов и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных электродов измерительных частей на выводах системы электродов.In accordance with the claims, the measuring area contains two sets of measuring electrodes. The measuring electrodes of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. The shape, dimensions and location of the measuring electrodes of each of the sets are defined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the ordinate axis of the coordinate system of the measuring electrodes of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the ordinate axis of the coordinate system of the measuring electrodes of the second set. The measuring electrodes of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the measuring electrodes 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 electrodes of the measuring parts at the terminals of the electrode system.
В этом случае геометрический центр двумерной области находится на пересечении двух линий. Первая линия перпендикулярна оси ординат системы координат первого множества измерительных электродов и имеет измеренную с помощью первого множества измерительных электродов 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 электродов. 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 электродов 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 electrodes and has the coordinate of the geometric center measured using the first set of measuring electrodes, 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 electrodes. electrodes. 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 electrodes of the measuring parts.
Таким образом, назначение системы электродов, заключающееся в определении координат геометрического центра двумерной области, образованной соприкосновением электропроводящего тела с поверхностью измерительной области системы электродов, считается доказанным.Thus, the purpose of the electrode 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 electrode system, is considered proven.
Как показано в описании изобретения, использование различных вариантов выполнения диэлектрической подложки и общего электрода 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 electrode 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 электроды измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений измерительных электродов и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных электродов измерительных частей на выводах системы электродов. Система электродов допускает использование множества схем соединений электродов и подключений выводов. Варианты схем приведены в вариантах системы электродов. Координаты геометрического центра двумерной области связаны системой емкостей измерительных частей математическими зависимостями. Математические зависимости приведены в описании вариантов схем соединений электродов и подключений выводов.According to the invention, the measuring electrodes of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the measuring electrodes 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 electrodes of the measuring parts at the terminals of the electrode system. The electrode system allows for a variety of electrode connection patterns and lead connections. Scheme options are given in the options for the electrode system. 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 the options for the connection diagrams of the electrodes and the connection of the outputs.
В системе электродов, которая показана на фиг. 1, для определения геометрического центра двумерной области используются две системы координат 116 и 117, соответствующих первому и второму множествам измерительных электродов. 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 электродов и положения геометрического центра двумерной области из систем координат 116 и 117 отдельных множеств измерительных электродов в систему координат измерительной области выполняют по известным формулам. Соответственно, в системе координат измерительной области можно определить форму, размеры и расположение измерительных электродов.In the electrode system shown in FIG. 1, two coordinate
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 электродов 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
Анализ показывает, что существуют системы измерительных электродов, в которых электроды двух множеств, а также их выводы могут быть расположены на одной поверхности. Варианты этих систем электродов приведены в пунктах формулы изобретения п. 4, п. 5, п. 6, п. 7, п. 8. Варианты основаны на свойствах системы электродов, в которой измерительные электроды выполнены в форме трапеций. Для иллюстрации свойств на фиг.5 и фиг.6. показана группа 212 измерительных электродов в форме трапеций. Трапеции группы измерительных электродов 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 Г для измерительных электродов 202 или 203 измерительных частей не изменяются. С наклоном трапеций не изменяется также площадь трапеций. Для множества наклоненных групп измерительных электродов не изменятся система координат множества измерительных электродов. Поэтому наклоненные электроды для цели определения координаты двумерной области по одной оси эквивалентны не наклоненным электродам. Измерительные электроды измерительных частей входящих в группу, как показано на фиг. 6, могут быть вписаны в заданную измерительную область 214 группы измерительных электродов 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 электроды множества групп. При этом вписанные и удлиненные измерительные электроды в рамках заданной измерительной области соответствуют признакам изобретения. Обрезка и удлинение измерительных электродов не вносят изменения в признаки изобретения, не меняют систему координат множества измерительных электродов и величины коэффициентов в формуле (15), в связи с тем, что определение координаты геометрического центра ведется на основе избыточной электрической емкости измерительных электродов с использованием участков измерительных электродов только в области пересечения двумерной области с измерительной областью.The analysis shows that there are systems of measuring electrodes in which the electrodes of two sets, as well as their leads, can be located on the same surface. Options for these electrode systems are given in claims 4, 5, 6, 7, 8. The options are based on the properties of the electrode system, in which the measuring electrodes are made in the form of trapezoids. To illustrate the properties in Fig.5 and Fig.6. shows a group of 212 measuring electrodes in the form of trapezoids. The trapezoids of the measuring
Эти свойства позволяют создать системы электродов, состоящие из двух или большего количества множеств измерительных электродов, в которых измерительные электроды множеств, при расположении на поверхности, не пересекают друг друга. При этом системы измерительных электродов соответствуют признакам п. 2 формулы изобретения.These properties make it possible to create electrode systems consisting of two or more sets of measuring electrodes, in which the measuring electrodes of the sets, when located on the surface, do not cross each other. When this system of measuring electrodes correspond to the characteristics of
Одна из таких систем измерительных электродов используется в варианте 1.2 системы электродов, описание которого приведено ниже.One such measuring electrode system is used in the electrode system option 1.2, which is described below.
1.2 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с расположением измерительных электродов, соединительных проводников и выводов на одной поверхности слоя диэлектрической подложки1.2 Variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with the location of the measuring electrodes, connecting conductors and leads on one surface of the dielectric substrate layer
Вариант системы электродов соответствует п. 4 формулы изобретения. Сущность системы электродов рассмотрена на примере варианта системы электродов с четырьмя выводами от измерительных частей по п. 5 формулы изобретения. Конструкция системы электродов рассмотрена с учетом признаков вариантов по п. 9 и п. 13. Пункт п. 9 задает конструкцию и расположение общего электрода, пункт п. 13 - конструкцию диэлектрической подложки в форме плоской диэлектрической пластины. Вариант системы электродов показан на фиг. 9. Для пояснения сущности использованы чертежи фиг. 7 и фиг. 8.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 4 of the claims. The essence of the electrode system is considered on the example of a variant of the electrode system with four leads from the measuring parts according to claim 5 of the claims. The design of the electrode system is considered taking into account the features of the options according to clauses 9 and 13. Item 9 specifies the design and location of the common electrode, item 13 - the design of the dielectric substrate in the form of a flat dielectric plate. A variant of the electrode 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, отличающаяся тем, что с целью обеспечения расположения измерительных электродов, соединительных проводников и выводов на одной поверхности, измерительные электроды выполнены в форме трапеций. Для групп измерительных электродов 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 ϕ2 по отношению к оси ординат системы координат первого множества. Для групп измерительных электродов 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 α2 по отношению к оси ординат системы координат 217 второго множества, не равный первому углу ϕ1. Группы измерительных электродов (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. Электроды измерительных частей (см. фиг. 8 и фиг. 9) выполнены и расположены таким образом, что части геометрических фигур измерительных электродов, которые выступают за пределы измерительной области 110, обрезаны по границе измерительной области. Геометрические фигуры измерительных электродов, которые не доходят до границы измерительной области, удлинены путем продолжения линий боковых сторон трапеций до границы измерительной области, измерительные электроды расположены таким образом, что точка 221 пересечения осей абсцисс локальных систем координат 216 и 217 первого и второго множеств измерительных электродов совпадает с геометрическим центром измерительной области 110.An electrode system 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 electrodes, connecting conductors and leads on the same surface, the measuring electrodes are made in the form of trapezoids. For groups of measuring electrodes 218 (see Fig. 7) included in the first set located at the edges of the groups of the lateral sides of the trapezoids, by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis of the coordinate
Конструктивно измерительные электроды расположены на поверхности одного слоя диэлектрической подложки, которая имеет плоскую поверхность и выполнена в виде диэлектрической пластины.Structurally, the measuring electrodes 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 электродов. Измерительные области групп 214 и 215 составляют измерительную область 110, как показано на фиг. 9.Additionally, in FIG. 7 shows
Реализация назначения для варианта системы электродов обеспечивается тем, что для каждого множества измерительных электродов, находящиеся с краю групп измерительных электродов 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 электродов, находящиеся на краях групп боковые стороны трапеций расположены практически параллельно между собой. Поэтому ось ординат системы координат измерительных электродов первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат второго множества измерительных электродов, что соответствует существенному признаку пункта п. 2 формулы изобретения.The implementation of the assignment for the variant of the system of electrodes is ensured by the fact that for each set of measuring electrodes, the sides of the trapezoids located at the edge of the groups of measuring electrodes, 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 plurality of measuring electrodes are combined, the lateral sides of the trapezoids located at the edges of the groups are located almost parallel to each other. Therefore, the y-axis of the coordinate system of the measuring electrodes of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the y-axis of the coordinate system of the second set of measuring electrodes, which corresponds to the essential feature of
В варианте изобретения измерительные электроды 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 электродов первого множества и группы измерительных электродов второго множества расположены в границе измерительной области с чередованием и не пересекают друг друга, измерительные электроды 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 электродов в соответствии с признаками изобретения этих вариантов, позволяет расположить измерительные электроды, соединительные проводники и выводы на одной поверхности слоя диэлектрической подложки.In an embodiment of the invention, the measuring electrodes are located on the surface of one layer of the
Расположение измерительных электродов и соединительных проводников и выводов на одной поверхности слоя диэлектрической подложки позволяет увеличить точность системы электродов и уменьшить стоимость устройства, в котором используется система электродов. Повышение точности связано с тем, что в этом случае нет необходимости в совмещении измерительных электродов, расположенных на разных поверхностях слоев диэлектрической подложки, в результате может быть уменьшена ширина групп измерительных электродов и уменьшена погрешность кусочно-постоянной аппроксимации границы двумерной области. Уменьшение стоимости связано с упрощением технологического процесса изготовления, при котором необходимо наносить электроды только на одну поверхность слоя диэлектрической подложки.The arrangement of the measuring electrodes and the connecting conductors and leads on the same surface of the dielectric substrate layer makes it possible to increase the accuracy of the electrode system and reduce the cost of the device in which the electrode system is used. The increase in accuracy is due to the fact that in this case there is no need to combine the measuring electrodes located on different surfaces of the layers of the dielectric substrate, as a result, the width of the groups of measuring electrodes can be reduced and the error of the piecewise constant approximation of the boundary of the two-dimensional region can be reduced. The decrease in cost is associated with the simplification of the manufacturing process, in which it is necessary to apply electrodes to only one surface of the dielectric substrate layer.
В варианте изобретения измерительные электроды расположены таким образом, что точка пересечения осей абсцисс локальных систем координат первого и второго множеств измерительных электродов 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 электродов измерительных частей для каждого соответствующего множества. В результате увеличивается стабильность и помехоустойчивость системы электродов.In an embodiment of the invention, the measuring electrodes 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 electrodes 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 electrodes of the measuring parts for each corresponding set. As a result, the stability and noise immunity of the electrode 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 электродов 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 electrodes 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от измерительных частей1.3 Variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with four leads from the measuring parts
Вариант системы электродов соответствует п. 5 формулы изобретения. В этом варианте в дополнение к признакам системы электродов по п. 2 конкретизирована схема соединений электродов и подключений выводов. Особенности схемы соединений по варианту показаны на фиг. 9.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 5 of the claims. In this variant, in addition to the features of the electrode system according to
Вариант имеет следующие признаки изобретения.The variant has the following features of the invention.
Система электродов, отличающаяся тем, что в схеме соединений электродов и подключений выводов, измерительные электроды первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные электроды второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные электроды первой измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные электроды второй измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом измерительные электроды образуют систему измерительных электродов, состоящую из четырех измерительных частей.An electrode system, characterized in that in the connection diagram of electrodes and terminal connections, the measuring electrodes of the first measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal, the measuring electrodes of the second measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal, the measuring the electrodes of the first measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output, the measuring electrodes of the second measuring part of the second set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output. When this measuring electrodes form a system of measuring electrodes, consisting of four measuring parts.
В варианте с наличием общего электрода, выполненного по любому из пп. 9-11 формулы изобретения, схема соединений электродов и подключений выводов дополнительно содержит вывод от общего электрода.In the variant with the presence of a common electrode, made according to any one of paragraphs. 9-11 of the claims, the connection diagram of the electrodes and the connection of the leads additionally contains a lead from the common electrode.
Величины координат геометрического центра двумерной области связаны с системой величин электрических емкостей измерительных электродов измерительных частей на выводах системы электродов следующими зависимостями.The values of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region are associated with the system of values of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the measuring parts at the terminals of the electrode system by the following dependencies.
Где:Where:
GY1 - 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;
GY2 - 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;
a1,Yl - коэффициент, определяющий чувствительность системы электродов по оси ординат Y1 системы координат первого множества;a 1,Yl - coefficient that determines the sensitivity of the electrode system along the y-axis Y1 of the coordinate system of the first set;
а1,Y2 - коэффициент, определяющий чувствительность системы электродов по оси ординат Y2 системы координат второго множества;and 1,Y2 is the coefficient that determines the sensitivity of the electrode system along the ordinate axis Y2 of the coordinate system of the second set;
a2,Y1 - коэффициент, определяющий расположение начала системы координат первого множества относительно измерительных электродов 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 electrodes along the y-axis Y1;
a2,Y2 - коэффициент, определяющий расположение начала системы координат второго множества относительно измерительных электродов 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 electrodes along the Y2 y-axis;
C1,M1 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов первой измерительной части первого множества;C 1,M1 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the first measuring part of the first set;
С2,M1 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов второй измерительной части первого множества;C 2,M1 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the second measuring part of the first set;
С01,M1,С02,M1 - величины сумм электрических емкостей измерительных электродов 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 electrodes of the first and second measuring parts, respectively, of the first set in the absence of a body;
С1,M2 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов первой измерительной части второго множества;C 1,M2 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the first measuring part of the second set;
C2,М2 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов второй измерительной части второго множества;C 2,M2 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the second measuring part of the second set;
С01,М2 ,С02,М2 - величины сумм электрических емкостей измерительных электродов 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 electrodes of the first and second measuring parts, respectively, of the second set in the absence of a body.
Величины C01,M1, C02,M1, C01,М2 и C02,М2 находят в процессе калибровки системы электродов, сохраняют в блоке памяти микроконтроллера и, при необходимости, считывают. Эти величины соответствуют измеренным значениям электрических емкостей С1,M1, С2,М1, C1,М2 и C2,М2 в условиях отсутствия тела, для которого определяют геометрический центр двумерной области.The values of C 01,M1 , C 02,M1 , C 01,M2 and C 02,M2 are found during the calibration of the electrode system, stored in the microcontroller memory 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 электродов. Отличия касаются только обозначений емкостей измерительных частей и обозначений систем координат, с привязкой к множествам.Each of the dependences (25) and (26) is similar to dependence (15) for one of the two sets of measuring electrodes. 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 электродов из трех независимых измерительных частей может быть получена с использованием системы измерительных электродов состоящей из четырех измерительных частей путем использования схемы соединений измерительных электродов и подключений выводов, без изменения конструкции измерительных электродов этих частей. При этом образуется система измерительных электродов измерительной области, состоящая из трех измерительных частей, в которой в каждой измерительной части измерительные электроды 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 measuring electrode system of three independent measuring parts can be obtained using a measuring electrode system consisting of four measuring parts by using a connection diagram of measuring electrodes and terminal connections, without changing the design of the measuring electrodes of these parts. This forms a system of measuring electrodes of the measuring area, consisting of three measuring parts, in which in each measuring part the measuring electrodes are interconnected and connected to the corresponding output.
Особенностью вариантов этой схемы является то, что система измерительных электродов имеет три вывода. Схемы соединений измерительных электродов и подключений выводов приведены в вариантах 1.4, 1.5 и 1.6. В описании вариантов доказана реализация назначения системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, для системы измерительных электродов имеющей три измерительные части. При этом система измерительных электродов измерительной области имеет три вывода.A feature of the variants of this circuit is that the system of measuring electrodes has three outputs. Connection diagrams of measuring electrodes and leads connections are given in variants 1.4, 1.5 and 1.6. In the description of the options, the implementation of the assignment of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region, for the system of measuring electrodes having three measuring parts, is proved. In this case, the system of measuring electrodes of the measuring area has three outputs.
1.4 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и соединением измерительных электродов одной из измерительных частей первого множества и одной разноименной измерительной части второго множества измерительных электродов1.4 Variant of the system of electrodes 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 electrodes of one of the measuring parts of the first set and one different measuring part of the second set of measuring electrodes
Вариант системы электродов соответствует п. 6 формулы изобретения. Для этого варианта расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности, аналогично варианту, показанному на фиг. 7. На фиг. 10 приведены измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп измерительных электродов, как они расположены в измерительной области. На фиг. 11 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений электродов и подключений выводов. Вариант характеризуется следующими признаками изобретения.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 6 of the claims. For this option, the location of the measuring electrodes of the first and second sets separately, similar to the option shown in FIG. 7. In FIG. 10 shows the measuring electrodes in a combined form with alternating groups of measuring electrodes, as they are located in the measuring area. In FIG. 11 shows the measuring electrodes, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads. The variant is characterized by the following features of the invention.
Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области отличающаяся тем, что в схеме соединений электродов и подключений выводов измерительные электроды одной из измерительных частей первого множества электрически соединены между собой и с электродами разноименной измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу, измерительные электроды неподключенной измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные электроды неподключенной измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом измерительные электроды образуют систему измерительных электродов, состоящую из трех измерительных частей.The system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, characterized in that in the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads, the measuring electrodes of one of the measuring parts of the first set are electrically connected to each other and to the electrodes of the opposite measuring part of the second set and connected to the corresponding output, the measuring electrodes of the unconnected measuring the parts of the first set are electrically connected to each other and connected to the corresponding output, the measuring electrodes of the unconnected measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output. When this measuring electrodes form a system of measuring electrodes, consisting of three measuring parts.
В случае наличия общего электрода, выполненного по любому из пп. 9-11 формулы изобретения, схема соединений электродов и подключений выводов дополнительно содержит вывод от общего электрода.In the case of a common electrode, made according to any one of paragraphs. 9-11 of the claims, the connection diagram of the electrodes and the connection of the leads additionally contains a lead from the common electrode.
В рассматриваемом варианте системы электродов для определения координат геометрического центра также можно использовать выражения (25) и (26). При этом емкости измерительных электродов измерительных частей, для которых нет непосредственных измерений, можно выразить через сумму емкостей соединенных измерительных электродов и емкостей измерительных электродов, которые не соединены. Эта возможность связана с тем, что трапеции первой и второй измерительных частей любой группы измерительных электродов 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 электродов принимают условно одинаковой. Погрешность, связанная с этим допущением, относится к погрешности кусочно-постоянной аппроксимации границы двумерной области тела.In the considered version of the electrode system, expressions (25) and (26) can also be used to determine the coordinates of the geometric center. Here, the capacitances of the measuring electrodes 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 electrodes and the capacitances of the measuring electrodes 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 electrodes 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 electrodes 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 электродов C2,M1 C1,М2. При этом, для вычисления значений этих емкостей можно воспользоваться формуламиFor example, the electric capacitances of the measuring electrodes C 2,M1 C 1,M2 are interconnected and therefore unknown separately. At the same time, to calculate the values of these capacities, you can use the formulas
Где:Where:
C3=С2,M1+C1,M2 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов соединенных измерительных частей;C 3 =C 2,M1 +C 1,M2 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the connected measuring parts;
СΣ=C2,М2+C1,M1+C3 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов первого и второго множеств измерительных электродов.With Σ= C 2,M2 +C 1,M1 +C 3 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the first and second sets of measuring electrodes.
Необходимые для вычисления по формулам (25) и (26) величины C02,M1 и С01,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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и соединением измерительных электродов одной из измерительных частей первого множества и одной одноименной измерительной части второго множества измерительных электродов1.5 A variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and connecting the measuring electrodes of one of the measuring parts of the first set and one measuring part of the same name of the second set of measuring electrodes
Вариант системы электродов соответствует п. 7 формулы изобретения. На фиг. 12 показаны форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 13 показаны эти же измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области. На фиг. 14 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений электродов и подключений выводов.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 7 of the claims. In FIG. 12 shows the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets separately. In FIG. 13 shows the same measuring electrodes in combined form with alternating groups, as they are located in the measuring area. In FIG. 14 shows the measuring electrodes, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads.
Вариант имеет следующие признаки изобретения.The variant has the following features of the invention.
Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, отличающаяся тем, что в схеме соединений электродов и подключений выводов измерительные электроды одной из измерительных частей первого множества электрически соединены между собой и с электродами одноименной измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу, измерительные электроды неподключенной измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу, измерительные электроды неподключенной измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом измерительные электроды образуют систему измерительных электродов, состоящую из трех измерительных частей.The system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, characterized in that in the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads, the measuring electrodes of one of the measuring parts of the first set are electrically connected to each other and to the electrodes of the measuring part of the second set of the same name and connected to the corresponding output, the measuring electrodes 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 electrodes of the unconnected measuring part of the second set are connected to each other and connected to the corresponding output. When this measuring electrodes form a system of measuring electrodes, consisting of three measuring parts.
В случае наличия общего электрода, выполненного по любому из пп. 9-11 формулы изобретения, схема соединений электродов и подключений выводов дополнительно содержит вывод от общего электрода.In the case of a common electrode, made according to any one of paragraphs. 9-11 of the claims, the connection diagram of the electrodes and the connection of the leads additionally contains a lead from the common electrode.
В рассматриваемом варианте системы электродов для определения координат геометрического центра также можно использовать выражения (25) и (26). При этом величины электрических емкостей измерительных электродов, для которых нет непосредственных измерений, можно выразить через сумму емкостей соединенных измерительных электродов и емкостей измерительных электродов, которые не соединены. Например, соединены между собой и поэтому неизвестны по отдельности электрические емкости измерительных электродов С2,М1 и C2,М2. При этом, для вычисления значений емкостей можно воспользоваться формулами In the considered version of the electrode system, 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 electrodes, for which there are no direct measurements, can be expressed in terms of the sum of the capacitances of the connected measuring electrodes and the capacitances of the measuring electrodes that are not connected. For example, the electric capacitances of the measuring electrodes C 2,M1 and C 2,M2 are interconnected and therefore unknown separately. In this case, to calculate the capacitance values, you can use the formulas
Где:Where:
С4=C2,M2+C2,М1 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов соединенных измерительных частей;C 4 =C 2,M2 +C 2,M1 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the connected measuring parts;
СΣ=С1,M2+C1,M1+С4 - величина суммы электрических емкостей измерительных электродов первого и второго множеств измерительных электродов.CΣ=C 1,M2 +C 1,M1 +C 4 - the value of the sum of the electrical capacitances of the measuring electrodes of the first and second sets of measuring electrodes.
Необходимые для вычисления по формулам (25) и (26) величины C02,M1 и C02,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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и отключением одной из измерительных частей одного из множеств измерительных электродов1.6 A variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and turning off one of the measuring parts of one of the sets of measuring electrodes
Вариант системы электродов соответствует п. 8 формулы изобретения. На фиг. 15 показаны форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 16 показаны эти же измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области. На фиг. 17 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений электродов и подключений выводов, а также схема микроконтроллера.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 8 of the claims. In FIG. 15 shows the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets separately. In FIG. 16 shows the same measuring electrodes in combined form with alternating groups, as they are located in the measuring area. In FIG. 17 shows the measuring electrodes, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the electrodes and the connection of the leads, as well as the microcontroller circuit.
Вариант имеет следующие признаки изобретения.The variant has the following features of the invention.
Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области отличающаяся тем что, в схеме соединений электродов и подключений выводов измерительные электроды 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 электроды образуют систему измерительных электродов, состоящую из трех измерительных частей.The system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, characterized in that, in the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads, the measuring electrodes 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. When this measuring electrodes form a system of measuring electrodes, consisting of three measuring parts.
В случае наличия общего электрода, выполненного по любому из пп. 9-11 формулы изобретения, схема соединений электродов и подключений выводов дополнительно содержит вывод от общего электрода.In the case of a common electrode, made according to any one of paragraphs. 9-11 of the claims, the connection diagram of the electrodes and the connection of the leads additionally contains a lead from the common electrode.
В рассматриваемом варианте системы электродов не подключены измерительные электроды одной из измерительных частей одного множества, например, второй измерительной части второго множества, значение электрической емкости измерительных электродов неизвестно. Поэтому непосредственно использовать выражение (26) нельзя. В тоже время, значение электрической емкости измерительных электродов С2,М2 может быть вычислено исходя из значений электрических емкостей измерительных электродов других измерительных частейIn the considered version of the electrode system, the measuring electrodes 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 electric capacitance of the measuring electrodes is unknown. Therefore, expression (26) cannot be used directly. At the same time, the value of the electrical capacitance of the measuring electrodes C 2, M2 can be calculated based on the values of the electrical capacitances of the measuring electrodes of other measuring parts
Необходимую для вычисления по формулам (26) величину C02,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 электродов 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 электродов множества измерительных областей, что снижает погрешность определения геометрического центра.Options 1.4, 1.5 and 1.6 of the electrode system have the same positive properties as option 1.3. An additional positive property of the options is the reduction of 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 electrode system, which reduces the error in determining the geometric center.
На фиг. 18 показана схема микроконтроллера и схема подключений выводов системы электродов к микроконтроллеру.In FIG. 18 shows the microcontroller circuit and the connection diagram of the outputs of the electrode system to the microcontroller.
Микроконтроллер предназначен для преобразования координат геометрического центра двумерной области, которые выражены на выводах измерительных частей системы электродов, в виде цифрового кода. Конструктивно микроконтроллер может входить в состав устройства, в котором использована система электродов.The microcontroller is designed to convert the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area, which are expressed on the outputs of the measuring parts of the electrode system, in the form of a digital code. Structurally, the microcontroller can be part of a device that uses a system of electrodes.
Микроконтроллер 260 содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь 266 «электрическая емкость - цифровой код», блок памяти 269 и процессор 267. Причем выводы измерительных частей системы электродов подключены к соответствующим входам каналов аналого-цифрового преобразователя, вывод 211 общего электрода 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
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 электродов 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 electrode 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области для плоских тел из однородного диэлектрического материала1.7 Version of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for flat bodies made of a homogeneous dielectric material
Система электродов 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 электродов. Пункт п. 9 и п. 10 характеризуют конструкцию и расположение общего электрода, пункт п. 13 задает конструкцию диэлектрической подложки в форме пластины с плоской поверхностью.The system of electrodes according to the variant includes the features of the invention given in paragraphs of
Особенности варианта системы электродов показаны на фиг. 19. На фиг. 20 дополнительно показано твердое плоское тело 305 из однородного диэлектрического материала и схема соединений общего электрода для пояснения принципа действия с обозначением вывода 211 общего электрода.Features of the variant of the electrode system are shown in Fig. 19. In FIG. 20 additionally shows a solid
В варианте вместе с системой электродов 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 электродами 103. Общий электрод 106 содержит две части. Первая часть 303 общего электрода расположена со стороны диэлектрической подложки 102, которая противоположна стороне с измерительными электродами, причем общий электрод имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с постоянными расстояниями с поверхностью слоя диэлектрической подложки с измерительными электродами 103. Вторая часть 304 общего электрода, расположена со стороны диэлектрической подложки с измерительными электродами, причем часть общего электрода имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с постоянными расстояниями с поверхностью слоя диэлектрической подложки с измерительными электродами.In the embodiment, together with the system of
Принцип действия системы электродов заключается в следующем.The principle of operation of the electrode system is as follows.
Для определения геометрического центра двумерной области размещают на поверхности измерительной области плоское тело из однородного диэлектрического материала между измерительными электродами и частью общего электрода 304. В этом случае в области пересечения двумерной области соприкосновения тела и измерительной области увеличиваются емкости конденсаторов, обкладки которых образованны измерительными электродами 103 измерительных частей и частью общего электрода 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 electrodes and part of the
Для емкостей измерительных электродов измерительных частей справедливы выражения (1) и (3). Значение коэффициента К1 при этом равноFor the capacities of the measuring electrodes 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:
ε0 - диэлектрическая постоянная;ε 0 - dielectric constant;
d2 - ширина воздушного зазора между частью общего электрода и поверхностью плоского тела;d 2 - the width of the air gap between the part of the common electrode and the surface of a flat body;
d3 - толщина плоского тела;d 3 - thickness of a flat body;
εПТ - относительная диэлектрическая проницаемость материала плоского тела;ε PT - relative permittivity of the material of a flat body;
εB - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха.ε B - relative permittivity 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 электродов.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 realization of the purpose of the electrode system.
В остальном, описание принципа действия системы электродов аналогично рассмотренному принципу действия варианта системы электродов 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 electrodes is similar to the principle of operation of the variant of the system of electrodes 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 электродов, в котором система электродов дополнительно содержит общий электрод, поверхность которого расположена со стороны поверхности измерительных электродов, которая противоположна стороне измерительной области1.8 A variant of the electrode system, in which the electrode system additionally contains a common electrode, the surface of which is located on the side of the surface of the measuring electrodes, which is opposite to the side of the measuring area
Вариант соответствует п. 9 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что система электродов дополнительно содержит общий электрод, причем общий электрод расположен со стороны поверхности измерительных электродов, которая противоположна поверхности измерительной области, общий электрод имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных электродов на соответствующих участках.The option corresponds to paragraph 9 of the claims. The variant is characterized in that the system of electrodes additionally contains a common electrode, the common electrode being located on the side of the measuring electrode surface, which is opposite to the surface of the measuring area, the common electrode has a surface facing the measuring electrodes with practically constant distances from the surfaces of the measuring electrodes in the respective areas.
Вариант показан на фиг. 1 и фиг. 2.The variant is shown in Fig. 1 and FIG. 2.
Измерительные электроды 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 электроды с противоположной стороны поверхности измерительных электродов, в варианте изобретения предложено использовать общий электрод 106. Функция общего электрода заключается в выравнивании электрического поля, которое воздействует на измерительные электроды со стороны поверхности измерительных электродов, которая противоположна стороне измерительной области. Для обеспечения выравнивания электрического поля необходимо, чтобы поверхность общего электрода была расположена с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных электродов, на соответствующих участках. В этом случае электрическое поле со стороны общего электрода будет одинаково влиять на измерительные электроды и не внесет погрешности в определение геометрического центра. Дополнительно, общий электрод выполняет функцию экранирования измерительных электродов от помех.The measuring
Общий электрод может быть выполнен, например, в виде плоской пластины или в виде тонкого печатного электрода 106 (фиг. 1).The common electrode can be made, for example, in the form of a flat plate or in the form of a thin printed electrode 106 (Fig. 1).
Общий электрод в конструкции системы электродов может быть заменен на конструктивные элементы устройства, в которых используется система электродов, которые выполняют функцию общего электрода. В отдельных приложениях, где не требуется высокая точность, функции общего электрода может выполнять внешнее окружение системы электродов. Например, устройство, в котором используется система электродов, 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 электродов и выравнивания электрического поля может не потребоваться.The common electrode in the design of the electrode system can be replaced by structural elements of the device, which use the system of electrodes that perform the function of a common electrode. In certain applications where high accuracy is not required, the functions of the common electrode can be performed by the external environment of the electrode system. For example, a device that uses an electrode system, 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 measuring electrodes and equalizing the electric field may not be required.
1.9 Вариант системы электродов, в котором система электродов дополнительно содержит общий электрод, поверхность которого расположена со стороны измерительной области1.9 Variant of the electrode system, in which the electrode system additionally contains a common electrode, the surface of which is located on the side of the measurement area
Вариант соответствует п. 10 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что система электродов дополнительно содержит общий электрод, причем общий электрод расположен со стороны поверхности измерительных электродов, которая обращена в сторону поверхности измерительной области, общий электрод имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных электродов на соответствующих участках.The option corresponds to paragraph 10 of the claims. The variant is characterized in that the system of electrodes additionally comprises a common electrode, wherein the common electrode is located on the side of the surface of the measuring electrodes, which faces the surface of the measuring area, the common electrode has a surface facing the measuring electrodes with practically constant distances from the surfaces of the measuring electrodes in the corresponding areas .
В варианте (фиг. 19) дополнительная часть 304 общего электрода расположена со стороны измерительной области 110, которая образована на наружной поверхности диэлектрической подложки 102, причем часть общего электрода имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с постоянными расстояниями с поверхностью измерительных электродов на соответствующих участках. В этом случае функция общего электрода дополняется функцией формирования однородного электрического поля в пространстве между измерительными электродами 103 и частью общего электрода 304. Общий электрод может быть выполнен, например, в виде плоской пластины, а также в виде других конструкций.In the variant (FIG. 19), the additional
Общий электрод такой конструкции используется в варианте 1.7 системы электродов для определения координат геометрического центра плоского тела из диэлектрического материала.A common electrode of this design is used in version 1.7 of the electrode system to determine the coordinates of the geometric center of a flat body made of dielectric material.
1.10 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с экранирующим электродом1.10 Variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with a shielding electrode
Вариант соответствует п. 11 формулы изобретения.The option corresponds to
Вариант характеризуется тем, что система электродов дополнительно содержит экранирующий электрод, причем экранирующий электрод расположен со стороны поверхности измерительных электродов, которая противоположна поверхности измерительной области, экранирующий электрод имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных электродов на соответствующих участках.The variant is characterized in that the system of electrodes additionally contains a shielding electrode, wherein the shielding electrode is located on the side of the measuring electrodes surface, which is opposite to the surface of the measuring area, the shielding electrode has a surface facing the measuring electrodes with practically constant distances from the surfaces of the measuring electrodes in the respective areas.
Вариант системы электродов с экранирующим электродом показан на фиг. 21 на примере электроемкостного преобразователя 320. Электроемкостный преобразователь содержит плоскую диэлектрическую подложку 102 с изолирующим слоем 111, систему измерительных электродов 103, общий электрод 328, блок аналого-цифрового преобразователя 323 и экранирующий электрод 321. Экранирующий электрод выполнен в виде плоского электрода, расположенного со стороны измерительных электродов 103, которая противоположна стороне с измерительной областью 110, причем экранирующий электрод имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных электродов на соответствующих участках.A variant of the electrode system with a shielding electrode is shown in FIG. 21 on the example of an
Принцип действия экранирующего электрода 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 электродов. Для этой цели в систему электродов введен экранирующей электрод 321. Для измерения емкости измерительных частей измерительных электродов может быть использован аналого-цифровой преобразователь на основе измерения RC-параметров. При этом экранирующий электрод подключают к выводу источника возмущающего RC-цепь напряжения.The principle of operation of the shielding electrode 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, the passive capacitance of the measuring electrodes can be reduced with this method. For this purpose, a shielding
Экранирующий электрод, дополнительно реализует функцию экранирования электродов от помех со стороны блока электроники и выравнивания электрического поля. Возмущающее напряжение подается на электрод 321 по проводнику 324 от схемы аналого-цифрового преобразователя. Конструкция экранирующего электрода имеет множество вариантов.The shielding electrode additionally implements the function of shielding the electrodes from interference from the electronics unit and leveling the electric field. A disturbing voltage is applied to
1.11 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением измерительных электродов на гладкой поверхности диэлектрической подложки1.11 Variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the location of the measuring electrodes on the smooth surface of the dielectric substrate
Вариант системы электродов соответствует п. 12 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что измерительные электроды 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 electrode system corresponds to
В этом варианте поверхность каждого измерительного электрода принимает форму поверхности слоя диэлектрической подложки на соответствующем участке поверхности.In this embodiment, the surface of each measuring electrode takes the form of the surface of the dielectric substrate layer in the corresponding area of the surface.
Для системы электродов, выполненной в соответствии с п. 1 формулы изобретения, практически гладкая поверхность слоя диэлектрической подложки задана в границе измерительной области. Поэтому каждый измерительный электрод имеет поверхность, которая является частью практически гладкой поверхности заданной в границе измерительной области. Для системы электродов с использованием множества измерительных областей по п. 16 формулы изобретения практически гладкая поверхность слоя диэлектрической подложки задана в границе общей измерительной области.For the system of electrodes made in accordance with
Вариант конкретизирует конструкцию и расположение измерительных электродов.The variant specifies the design and location of the measuring electrodes.
Тонкими электродами считаются электроды, толщина которых много меньше ширины или высоты электродов. Например, тонкими являются печатные электроды. 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 electrodes are electrodes whose thickness is much less than the width or height of the electrodes. For example, printed electrodes 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением измерительных электродов на плоской поверхности1.12 Variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the location of the measuring electrodes on a flat surface
Вариант системы электродов соответствует п. 13 формулы изобретения. Вариант характеризуется тем, что диэлектрическая подложка выполнена в форме плоской пластины, а измерительные электроды расположены на плоской поверхности слоя пластины выполненной из диэлектрического материала.A variant of the electrode 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 electrodes are located on the flat surface of the plate layer made of a dielectric material.
Этот вариант показан на фиг.1. Измерительные электроды 103 расположены на плоской поверхности слоя диэлектрической подложки 102 в границе измерительной области 110. Для изоляции электродов предусмотрен изолирующий слой 111, расположенный поверх измерительных электродов 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 measuring
1.13 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением измерительных электродов на гладкой изогнутой поверхности диэлектрической подложки, имеющей форму изогнутой пластины1.13 A variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the location of the measuring electrodes on a smooth curved surface of a dielectric substrate in the form of a curved plate
Вариант системы электродов соответствует п. 14 формулы изобретения. Вариант отличается тем, что диэлектрическая подложка выполнена в форме частично или полностью изогнутой пластины, а измерительные электроды расположены на частично или полностью изогнутой поверхности слоя пластины выполненной из диэлектрического материала.A variant of the electrode system corresponds to
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 электродов 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 electrodes. 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 электродами. 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 электродов. Следовательно, не меняются признаки формулы изобретения, которые определяют форму, размеры и относительное расположение измерительных электродов.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 electrodes. 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 electrodes do not change. Therefore, the features of the claims that determine the shape, dimensions and relative position of the measuring electrodes do not change.
В зависимостях (1) и (3) между электрической емкостью и площадью измерительных электродов 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 электродов (1) и (3) не изменяется, при этом выражение для вычисления коэффициента К1 для варианта системы электродов для электропроводящих тел имеет видIn dependences (1) and (3) between the electric capacitance and the area of the measuring electrodes, 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 electrodes (1) and (3) does not change, while the expression for calculating the coefficient K 1 for the variant of the system of electrodes for electrically conductive bodies has the form
Где:Where:
ε0 - диэлектрическая постоянная;ε 0 - dielectric constant;
S1 - относительная диэлектрическая проницаемость материала слоя диэлектрической подложки, изолирующего измерительные электроды;S 1 - relative permittivity of the material of the layer of the dielectric substrate, insulating the measuring electrodes;
d1 - толщина изолирующего измерительные электроды диэлектрического слоя подложки;d 1 - the thickness of the insulating measuring electrodes of the dielectric layer of the substrate;
R1 - радиус цилиндрической поверхности, на которой расположены измерительные электроды диэлектрической подложки.R 1 is the radius of the cylindrical surface on which the measuring electrodes 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 электродов на цилиндрической поверхности не влияет на реализацию основного назначения системы электродов, 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 electrodes on a cylindrical surface does not affect the implementation of the main purpose of the electrode system in the corresponding field of application.
В связи с тем, что координатная сетка при изгибе не меняется в варианте системы электродов 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 electrode system.
1.14 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, с расположением системы измерительных электродов на гладкой криволинейной поверхности1.14 Variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, with the location of the system of measuring electrodes on a smooth curved surface
Вариант соответствует п. 15 формулы изобретения.The option corresponds to paragraph 15 of the claims.
Принцип действия варианта системы электродов пояснен на чертежах фиг. 22, фиг. 23, фиг. 24 и фиг. 25.The principle of operation of a variant of the electrode system 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 электродов расположена на гладкой криволинейной поверхности, например, диэлектрической подложки, имеющей форму оболочки. При этом в соответствии с изобретением, группы измерительных электродов 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 электродов 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 electrodes is located on a smooth curved surface, for example, a dielectric substrate having the shape of a shell. In this case, according to the invention, the groups of measuring electrodes 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 electrodes and the measuring areas of the groups are applicable to this surface variant.
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 X 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
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
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 электродов 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 электродов. На фиг. 23 показана одна из множества измерительных областей 329 групп измерительных электродов, 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 electrodes 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 curved in the direction of length, as in option 1.13 of the electrode system. In FIG. 23 shows one of the plurality of
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 электродов 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
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 электродов в виде полоски, локальная система координат 333 измерительной области и измерительная область 334 группы измерительных электродов. 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
Таким образом, реализация назначения варианта системы электродов с расположением измерительных электродов на криволинейной поверхности, считается доказанной.Thus, the implementation of the designation of a variant of the electrode system with the location of the measuring electrodes on a curved surface is considered proven.
1.15 Особенности принципа действия системы электродов для определения координат двумерной области полученной при приближении электропроводящего тела к поверхности измерительной области1.15 Features of the principle of operation of the system of electrodes 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 электродов показывает, что система измерительных электродов 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 electrode system shows that the system of measuring electrodes 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 электродами 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
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 электродов 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
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 электродами 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 electrodes, 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 электродов участка двумерной области с номером i; - coefficient of proportionality between the electrical capacitance of the section and the area of the measuring electrodes 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 электродов участка двумерной области с номером i; - the value of the excess electrical capacitance of the measuring electrodes of the section of the two-dimensional region with the number i;
- площадь измерительных электродов участка двумерной области с номером i; - the area of the measuring electrodes of the section of the two-dimensional region with the number i;
- среднеарифметическая величина избыточной электрической емкости электродов участков двумерной области; - arithmetic mean value of the excess electrical capacitance of the electrodes of the sections of the two-dimensional region;
- среднеарифметическая величина площади измерительных электродов участков двумерной области; is the arithmetic mean of the area of the measuring electrodes 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;
ε0 - диэлектрическая постоянная;ε 0 - dielectric constant;
εB - 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 выражения To 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:
GY1 - величина координаты геометрического центра двумерной области по оси ординат Y1 системы координат первого множества измерительных электродов в области пересечения двумерной области с измерительной областью;G Y1 - the value of the coordinate of the geometric center of the two-dimensional region along the y-axis Y1 of the coordinate system of the first plurality of measuring electrodes in the area of intersection of the two-dimensional region with the measurement region;
- 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 электродов первой и второй измерительных частей первого множества электродов для участка с номером i; - the amount of excess capacitances of the measuring electrodes of the first and second measuring parts of the first set of electrodes for section number i;
GY2 - 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;
- 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 электродов первой и второй измерительных частей второго множества измерительных электродов для участка с номером i. В правых частях выражений (37) и (38) площади измерительных электродов участков сокращаются, сумма средних величин по всей двумерной области заменена на равную этой сумме величину избыточной емкости суммы измерительных электродов первой и второй измерительной части соответствующего множества измерительных электродов, величина емкости участка . заменена на сумму избыточных емкостей измерительных электродов первой и второй измерительных частей соответствующего множества, в границах соответствующего участка с номером i. - the sum of the excess capacitances of the measuring electrodes of the first and second measuring parts of the second set of measuring electrodes for section number i. In the right parts of expressions (37) and (38), the areas of the measuring electrodes 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 electrodes of the first and second measuring parts of the corresponding plurality of measuring electrodes equal to this sum, the capacitance value of the section . replaced by the sum of the excess capacitances of the measuring electrodes 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 электродов в рамках данного изобретения. Поэтому, в случае введения весовых коэффициентов К для вычисления координат геометрического центра двумерной области, вид формул для вычисления координат геометрических центров для всех вариантов системы электродов не меняется. В связи с этим, система электродов 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 in 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 electrodes in the framework of this invention. Therefore, in the case of introducing weight coefficients K 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 electrode system does not change. In this regard, the system of electrodes 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области имеет следующие положительные свойства.The system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region has the following positive properties.
Система электродов имеет относительно высокое быстродействие. Высокое быстродействие связано с тем, что функция определения координат геометрического центра двумерной области реализуется непосредственно системой измерительных электродов, которые одновременно являются датчиками и аналоговым вычислительным устройством. При этом система измерительных электродов реализует основной объем вычислений координат геометрического центра двумерной области.The electrode 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 electrodes, which are simultaneously sensors and an analog computing device. In this case, the system of measuring electrodes implements the bulk of the calculations of the coordinates of the geometric center of the two-dimensional region.
Система электродов 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 электродов. Точность измерения координат геометрического центра ограничивается только точностью изготовления измерительных электродов, которая с использованием современной технологии фотолитографического нанесения электродов может быть высокой.The electrode system 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 electrodes. The accuracy of measuring the coordinates of the geometric center is limited only by the accuracy of manufacturing the measuring electrodes, which can be high using modern technology of photolithographic electrode deposition.
Система электродов 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 электроды.The electrode 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 interference acting on the electrodes are largely compensated.
Система измерительных электродов измерительной области может быть расположена на гладкой поверхности практически любой формы - на плоской, изогнутой или криволинейной поверхности. Что существенно расширяет область применения системы электродов.The system of measuring electrodes 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 electrode 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 электродов 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. 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 electrode system 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 электродов обладает относительно высокой чувствительностью. Высокая чувствительность связана с тем, что электрическое поле измерительных электродов направлено на объект, для которого определяют геометрический центр двумерной области.The electrode system has a relatively high sensitivity. The high sensitivity is due to the fact that the electric field of the measuring electrodes is directed to the object, for which the geometric center of the two-dimensional region is determined.
Использование системы электродов позволяет снизить стоимость устройства, в котором она используется. Снижение стоимости объясняется тем, что система измерительных электродов может быть размещена на одной поверхности слоя, например, диэлектрической подложки. Что значительно удешевляет технологический процесс изготовления.The use of an electrode system can reduce the cost of the device in which it is used. The cost reduction is explained by the fact that the system of measuring electrodes 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 электродов 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 electrodes makes it possible to use 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей2. Electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas
Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей соответствует п. 16 формулы изобретения. Варианты конструкции системы электродов показаны на фиг. 28-31. Назначение системы электродов заключается в определении координат геометрического центра двумерной области и в обеспечении возможности определения геометрических центров нескольких двумерных областей.The system of electrodes 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 electrode system are shown in Fig. 28-31. The purpose of the electrode 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 электродов характеризуется следующими признаками изобретения.In an independent claim, the features of the invention are summarized. The electrode system is characterized by the following features of the invention.
Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей, содержащая множество измерительных областей с измерительными электродами. Причем форма, размеры и расположение измерительных областей заданы. Измерительные области расположены с заданными промежутками друг относительно друга в границе общей измерительной области. Измерительные электроды расположены в границах соответствующих измерительных областей на практически гладкой поверхности, которая задана в границе общей измерительной области, при этом сопряженная с гладкой поверхностью поверхность измерительных электродов имеет форму этой поверхности на соответствующих участках. Измерительные электроды каждой измерительной области образуют систему измерительных электродов измерительной области содержащую, по меньшей мере, три измерительные части, измерительные электроды в каждой из измерительных частей электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу. При этом система измерительных электродов 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 электродов измерительных частей на выводах измерительных частей измерительных областей системы электродов.An electrode system 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 electrodes. 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 electrodes are located within the boundaries of the respective measuring areas on a practically smooth surface, which is defined in the boundary of the common measuring area, while the surface of the measuring electrodes conjugated with the smooth surface has the shape of this surface in the respective areas. The measuring electrodes of each measuring area form a measuring area measuring electrode system containing at least three measuring parts, the measuring electrodes in each of the measuring parts are electrically connected to each other and connected to the corresponding terminal. In this case, the system of measuring electrodes 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 the 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 electrodes of the measuring parts at the leads of the measuring parts of the measuring regions of the electrode system.
Функциональный признак «система измерительных электродов 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 электродов для измерительной области, приведенные в п. 2 или п. 17 формулы изобретения для системы электродов.The functional feature "measuring electrode system 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 measuring electrode system for the measuring area, given in
Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей отличается от системы электродов для определения координат геометрического центра с использованием одной измерительной области тем, что в этой системе использовано множество измерительных областей с измерительными электродами. 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 электродов измерительной области описаны в варианте 1.1 системы электродов для одной измерительной области. Для системы электродов с использованием множества измерительных областей применимы варианты системы электродов по пп. 4-15 формулы изобретения, которые описаны под номерами 1.2-1.14 в вариантах системы электродов для одной измерительной области.The electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region using a plurality of measurement regions differs from the electrode system for determining the coordinates of a geometric center using a single measurement region in that the system uses a plurality of measurement regions with measurement electrodes. 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
Описание разновидности системы электродов для множества измерительных областей касается, в основном, особенностей конструкции системы электродов, а также математических выкладок для сопряжения измерительных областей между собой. Принцип действия системы электродов с использованием множества измерительных областей описан для варианта под номером 2.2 с измерительными областями в виде прямоугольников.The description of the type of electrode system for a plurality of measuring areas mainly concerns the design features of the electrode system, as well as mathematical calculations for pairing the measuring areas with each other. The principle of operation of the electrode 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 электродов с измерительными областями в форме шестиугольников.Additionally, a variant of the system of electrodes with measuring areas in the form of hexagons is described.
Количество вариантов системы электродов описанными вариантами не ограничивается.The number of options for the electrode system is not limited to the described options.
2.1 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей2.1 Variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using multiple measurement areas
Вариант соответствует п. 17 формулы изобретения. Система электродов имеет следующие признаки изобретения.The option corresponds to paragraph 17 of the claims. The electrode system has the following features of the invention.
Система электродов, 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 электроды измерительной области образуют систему измерительных электродов, которая содержит два множества измерительных электродов, измерительные электроды каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Форма, размеры и расположение измерительных электродов каждого из множеств определены в отдельных, соответствующих множествам системах координат, причем ось ординат системы координат измерительных электродов первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат системы координат измерительных электродов второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные электроды разделены на однообразные группы измерительных электродов, при этом группы измерительных электродов расположены в измерительной области с равномерными интервалами вдоль оси абсцисс. Каждая из групп содержит часть соответствующих множеству измерительных электродов первой и второй измерительных частей. В каждой из групп множества измерительные электроды 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 электроды второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных электродов первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат. Измерительные электроды групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных электродов первой измерительной части и суммарной ширины измерительных электродов второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных электродов первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных электродов в сечении. Измерительные электроды измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений электродов и подключений выводов. Величины координат геометрического центра двумерной области выражены в виде системы величин электрических емкостей измерительных электродов измерительных частей измерительной области.The system of electrodes, 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 electrodes of the measuring area form a system of measuring electrodes, which contains two sets of measuring electrodes, the measuring electrodes of each of the sets form the first and second measuring parts corresponding to the set. The shape, dimensions and arrangement of the measuring electrodes of each of the sets are defined in separate coordinate systems corresponding to the sets, and the ordinate axis of the coordinate system of the measuring electrodes of the first set is located at a predetermined non-zero angle to the ordinate axis of the coordinate system of the measuring electrodes of the second set. For any given first or second plurality, the measurement electrodes are divided into uniform measurement electrode groups, with the measurement electrode groups located in the measurement region 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 electrodes. In each of the groups of the set, the measuring electrodes 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 electrodes of the second measuring part are made in the form of geometric figures that complement the geometric figures of the first measuring electrodes. 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 electrodes of the groups are made and arranged in such a way that in any section of the measuring electrodes of the groups parallel to the abscissa axis, the difference between the total width of the measuring electrodes of the first measuring part and the total width of the measuring electrodes of the second measuring part, calculated within one complete group and one section, is a constant value in this section for other complete groups, in any section of the measuring electrodes of the 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 electrodes of the first and second measuring parts is a constant value in this section for other complete groups, and the full groups have a total the composition of the measuring electrodes in the cross section. The measuring electrodes of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the electrodes 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 electrodes 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 электродов. 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 электродов 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 electrodes. 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 the groups of measuring electrodes or in the space of the measuring areas of the groups can also be a source of error. This error can be reduced by various methods. For example, by placing additional compensating conductors in the gaps.
В п. 19 формулы изобретения приведены признаки изобретения варианта системы измерительных электродов, который характеризует схему соединений электродов и подключений выводов в измерительной области, состоящей из четырех измерительных частей, в которой измерительные электроды 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 электроды соединены между собой и имеют соответствующий электрический вывод от измерительных электродов измерительной части. Данная система измерительных электродов получается с использованием вариантов схем соединений электродов 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 электродов.In paragraph 19 of the claims, there are features of the invention of a variant of the system of measuring electrodes, which characterizes the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads in the measuring area, consisting of four measuring parts, in which the measuring electrodes 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 electrodes are interconnected and have a corresponding electrical output from the measuring electrodes of the measuring part. This system of measuring electrodes is obtained using variants of electrode connection 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 electrode system.
2.2 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей в форме прямоугольников2.2 Variant of an electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measuring areas in the form of rectangles
Вариант системы электродов 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 электродов в виде трапеций, пункт п. 5 - схему соединения электродов и подключения выводов, пункт п. 13 задает конструкцию диэлектрической подложки в форме плоской диэлектрической пластины, п. 16 определяет взаимное расположение измерительных областей и измерительных электродов.A variant of the electrode 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 the measuring electrodes in the form of trapezoids, clause 5 - the scheme for connecting the electrodes and connecting the 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 electrodes.
Система электродов показана на фиг. 28 и фиг. 29. На фиг. 28 показано расположение измерительных областей и их выводов. На фиг. 29 приведена система измерительных электродов, схема их соединений и подключений для отдельно взятой измерительной области.The electrode 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 electrodes, the diagram of their connections and connections for a single measuring area.
Вариант имеет следующие признаки изобретения.The variant has the following features of the invention.
Система электродов 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 электроды расположены таким образом, что начало локальной системы координат измерительной области совпадает с ее геометрическим центром.The system of electrodes 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 electrodes 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 электродов 401 содержит систему измерительных электродов с четырьмя выводами от измерительных частей измерительной области, описанная в варианте 1.3 раздела «сущность изобретения». В варианте системы электродов 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 электроды расположены в границах соответствующих измерительных областей на практически гладкой поверхности слоя диэлектрической пластины, которая задана в границе общей измерительной области.This embodiment of the
В каждой измерительной области измерительные электроды 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 электродов обозначены цифрами 416 и 417, соответственно. Локальная система координат измерительной области обозначена цифрой 408.In each measuring region, the measuring electrodes are located in such a way that the origin of the local coordinate system of the measuring region coincides with its geometric center. In FIG. 29, the local coordinate systems of the first and second sets of measuring electrodes are denoted by 416 and 417, respectively. The local coordinate system of the measurement area is indicated by the
Измерительные электроды и их выводы расположены на одной поверхности слоя диэлектрической подложки 402. Схема соединений электродов может быть применена для любого количества измерительных электродов без пересечения электродов и выводов, с максимальным количеством проводников 409, проходящих вдоль одной стороны прямоугольника, равным трем. Выводы системы электродов 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 электродов, посредством проводников шлейфов 407, к микроконтроллеру устройства, в котором использована система электродов.The measurement electrodes and their leads are located on the same surface of the
Величины координат геометрического центра двумерной области или геометрических центров нескольких двумерных областей выражены в виде системы величин электрических емкостей электродов измерительных частей на выводах измерительных областей системы электродов.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 electrodes of the measuring parts at the leads of the measuring regions of the electrode system.
Принцип действия системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей заключается в следующем.The operating principle of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas 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 электродов 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 contact area with the surface. For each measuring area, based on the measurement of the capacitances of the measuring parts of the measuring electrodes, 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:
GY - величина координаты по оси Y геометрического центра двумерной области тела в системе координат общей измерительной области;GY - coordinate value along the Y axis of the geometric center of the two-dimensional area of the body in the coordinate system of the general 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 body area with the measuring area with the number i in the coordinate system of the general measuring area;
- площадь измерительных электродов измерительной области с номером i, в той части, где измерительная область пересекается с двумерной областью тела; - суммарная величина избыточной электрической емкости измерительных электродов измерительных частей измерительной области с номером i; - the area of the measuring electrodes of the measuring area with number i, in the part where the measuring area intersects with the two-dimensional area of the body; - the total value of the excess electrical capacitance of the measuring electrodes of the measuring parts of the measuring area with the number i;
GX - 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 электродов измерительных частей измерительной области с номером i связано с величиной площади пересечения измерительных электродов 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 electrodes of the measuring parts of the measuring area with the number i is associated with the size of the area intersection of the measuring electrodes 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 электродов.K 1 - coefficient of proportionality between the electric capacitance and the area of the measuring electrodes.
Для системы электродов измерительной области состоящей из четырех измерительных частей величина равнаFor a system of electrodes in the measuring area consisting of four measuring parts, the value is equal to
Где:Where:
- величины сумм электрических емкостей измерительных электродов 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 electrodes 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 электродов 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 electrodes 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 электродов первой и второй измерительной части соответственно, первого множества в отсутствие тела, для измерительной области с номером i; - the values of the sums of electrical capacitances of the measuring electrodes 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 электродов 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 electrodes 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 электродов 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 электродов. В связи с тем, что группы измерительных электродов, из которых состоит измерительная часть измерительной области, имеют постоянную ширину и содержат заданное количество однообразных измерительных групп измерительных электродов, расположенных в границах измерительных областей групп измерительных электродов, площадь измерительной области пропорциональна площади измерительных электродов измерительной области. В выражениях (39) и (40) коэффициент пропорциональности также сокращается. Поэтому, в формулах (39) и (40) использована площадь измерительных электродов 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 electrodes can be found by formula (2) for a flat dielectric substrate, or by formula (33) for a dielectric substrate curved in the form 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 electrode system. Due to the fact that the groups of measuring electrodes 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 electrodes located within the boundaries of the measuring areas of the groups of measuring electrodes, the area of the measuring area is proportional to the area of the measuring electrodes 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 electrodes 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 электродов.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 electrodes.
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 электродов 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 electrodes 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, имеющего множество измерительных областей, считается доказанной.Based on this, the implementation of the assignment of the electrode system 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей в форме шестиугольников2.3 Variant of an electrode 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 электродов соответствует п. 21 формулы изобретения. На фиг. 30 показано расположение измерительных областей и их выводов. На фиг. 31 приведена система измерительных электродов и схема соединений и подключений электродов для отдельно взятой измерительной области.A variant of the electrode 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 system of measuring electrodes and the connection and connection diagram of the electrodes for a single measuring area.
Вариант имеет следующие признаки формулы изобретения.The variant has the following features of the claims.
Система электродов 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 электроды расположены таким образом, что начало локальной системы координат измерительной области совпадает с ее геометрическим центром.The system of electrodes is characterized in that the measuring areas are made in the form of geometric shapes of 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 electrodes are located in such a way that the origin of the local coordinate system of the measuring area 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 электродов с тремя выводами от измерительных частей по варианту 1.4. Принцип действия варианта системы электродов 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 electrodes with three leads from the measuring parts according to variant 1.4. The operating principle of the electrode system option is similar to option 2.2.
В сравнении с вариантом 2.2, в этом варианте использована система измерительных электродов 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 electrodes 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 электродов 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 purpose of the system of electrodes for determining the coordinates of a two-dimensional area obtained by approaching the 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 электродами 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 the measuring electrodes, 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 электродов измерительной области и площадью измерительной области под номером i; - coefficient of proportionality between the electrical capacitance of the measuring electrodes of the measuring area and the area of the measuring area under the number i;
- коэффициент пропорциональности между средней избыточной электрической емкостью измерительных электродов группы измерительных областей и средней площадью измерительных электродов группы измерительных областей. - coefficient of proportionality between the average excess electrical capacitance of the measuring electrodes of the group of measuring areas and the average area of the measuring electrodes of the group of measuring areas.
Где:Where:
- величина избыточной электрической емкости измерительных электродов - the value of the excess electrical capacitance of the measuring electrodes
двумерной области с номером г;a two-dimensional region with number r;
- площадь измерительных электродов измерительной области с номером г; - the area of the measuring electrodes of the measuring area with the number r;
- среднеарифметическая величина избыточных электрических емкостей электродов группы измерительных областей; - arithmetic mean value of excess electrical capacitances of the electrodes of a group of measuring areas;
- среднеарифметическая величина площадей измерительных электродов группы измерительных областей; - arithmetic mean of the areas of the measuring electrodes 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;
ε0- диэлектрическая постоянная;ε 0 - dielectric constant;
εB - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха.ε B - relative permittivity of air.
Для определения координат геометрического центра двумерной области по осям Y и X воспользуемся следующими выражениями To 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:
GY - 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.
GX - 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 электродов, 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 electrodes, 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 электродов 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 электродов 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 electrodes, 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 areas of the electrically conductive body to the surface of the common measuring area. As a result, the system of electrodes 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 электродов с использованием множества измерительных областей имеет следующие преимущества в сравнении с системой электродов с одной измерительной областью.An electrode system using multiple measurement areas has the following advantages over an electrode system with a single measurement area.
Система электродов 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 электродов измерительной области, которая шунтирует избыточную емкость от тела. Дополнительно, применение распределенных по всей измерительной области измерительных электродов 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 электродов 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 электроды 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 электродов с увеличенной чувствительностью преобразования. При этом высокая точность сохранятся при определении координат двумерной области с применением группы измерительных областей.The system of electrodes 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 related to the large passive electrical capacitance of the measuring electrodes in the measuring area, which shunts the excess capacitance from the body. Additionally, the use of measuring electrodes 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 electrode 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, electrodes 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 an electrode system with increased conversion 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 электродов на криволинейной поверхности, так как форма измерительных электродов 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 electrodes are located on a curved surface, since the shape of the measuring electrodes of the measuring region is less susceptible 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 электродов 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 электродов 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 electrodes 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 measuring electrode system 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 электродов 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 электроды и общий электрод. На фиг. 2 приведен вид спереди на диэлектрическую подложку со стороны измерительных электродов. Показаны форма и расположение измерительных электродов, расположение измерительной области, а также локальные системы координат множеств измерительных электродов и система координат измерительной области.Fig. 1 and FIG. 2 - a system of electrodes 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 electrodes and a common electrode. In FIG. 2 shows a front view of the dielectric substrate from the side of the measuring electrodes. The shape and location of the measuring electrodes, the location of the measuring area, as well as the local coordinate systems of the sets of measuring electrodes and the coordinate system of the measuring area are shown.
Фиг. 3 и фиг. 4 - чертежи для пояснения принципа действия для варианта системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области для тел из электропроводящего материала. На фиг. 3 показана система электродов с расположенным на поверхности измерительной области электропроводящим телом. На фиг. 4 приведен чертеж для пояснения математических выкладок, для доказательства реализации назначения системы электродов 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 electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region for bodies made of electrically conductive material. In FIG. 3 shows a system of electrodes 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 electrode system to determine the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region.
Фиг. 5 и фиг. 6 - чертежи конструкции измерительных электродов в виде наклоненных трапеций, с обрезкой и удлинением трапеций в границе заданной измерительной области, для пояснения конструкции измерительных электродов.Fig. 5 and FIG. 6 - drawings of the design of measuring electrodes 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 electrodes.
Фиг. 7 и фиг. 8 - чертежи к пояснению конструкции измерительных электродов для варианта системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от системы измерительных электродов. На фиг. 7 показаны форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 8 приведены эти же измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп измерительных электродов, как они расположены в границе измерительной области.Fig. 7 and FIG. 8 - drawings to explain the design of the measuring electrodes for a variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with four leads from the system of measuring electrodes. In FIG. 7 shows the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets separately. In FIG. 8 shows the same measuring electrodes in a combined form with alternating groups of measuring electrodes, as they are located in the boundary of the measuring area.
Фиг. 9 - система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от измерительных частей со схемой соединения электродов и подключения выводов.Fig. 9 - a system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with four leads from the measuring parts with a diagram for connecting the electrodes and connecting the leads.
Фиг. 10 и фиг. 11 - чертежи к пояснению конструкции измерительных электродов для варианта системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от системы измерительных электродов и соединением электродов одной из измерительных частей первого множества и одной разноименной измерительной части второго множества измерительных электродов. На фиг. 10 приведены измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в границе измерительной области. На фиг. 11 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений электродов и подключений выводов.Fig. 10 and FIG. 11 - drawings to explain the design of the measuring electrodes for a variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring electrode system and connecting the electrodes of one of the measuring parts of the first set and one different measuring part of the second set of measuring electrodes. In FIG. 10 shows the measuring electrodes in a combined form with alternating groups, as they are located in the boundary of the measuring area. In FIG. 11 shows the measuring electrodes, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads.
Фиг. 12, фиг. 13 и фиг. 14 - чертежи к пояснению конструкции измерительных электродов для варианта системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от системы измерительных электродов и соединением измерительных электродов одной из измерительных частей первого множества и одной одноименной измерительной части второго множества измерительных электродов. На фиг.12 показаны форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 13 показаны эти же измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп измерительных электродов, как они расположены в границе измерительной области. На фиг. 14 приведены измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений электродов и подключений выводов.Fig. 12, fig. 13 and FIG. 14 - drawings to explain the design of the measuring electrodes for a variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring electrode system and connecting the measuring electrodes of one of the measuring parts of the first set and one measuring part of the second set of measuring electrodes of the same name. Figure 12 shows the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets separately. In FIG. 13 shows the same measuring electrodes combined with alternating groups of measuring electrodes, as they are located in the boundary of the measuring area. In FIG. 14 shows the measuring electrodes, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads.
Фиг. 15, фиг. 16 и фиг. 17 - вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от системы измерительных электродов и отключением одной из измерительных частей одного из множеств электродов. На фиг. 15 показаны форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 16 показаны эти же измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп измерительных электродов, как они расположены в границе измерительной области. На фиг. 17 приведены измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений электродов и подключений выводов.Fig. 15, fig. 16 and FIG. 17 - a variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with three leads from the system of measuring electrodes and turning off one of the measuring parts of one of the sets of electrodes. In FIG. 15 shows the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets separately. In FIG. 16 shows the same measuring electrodes combined with alternating groups of measuring electrodes, as they are located in the boundary of the measuring area. In FIG. 17 shows the measuring electrodes, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, the connection diagram of the electrodes and the connections of the leads.
Фиг. 18 - на фигуре показан вариант системы электродов 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 electrode system with a microcontroller designed to generate output signals of the coordinates of the geometric center of the 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 электрода. 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 the dielectric substrate and the common electrode. In FIG. 20 additionally shows a flat body made of a homogeneous dielectric material to explain the principle of operation.
Фиг. 21 - вариант системы электродов с экранирующим электродом.Fig. 21 shows a variant of the electrode system with a shielding electrode.
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 электродов 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 electrode 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 электродов для определения координат двумерной области, полученной при приближении электропроводящего тела к поверхности измерительной области. На фиг. 26 показана система электродов 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 electrode system for determining 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 electrodes 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 электродов 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 электродов и схема их соединений и подключений для отдельно взятой измерительной области.Fig. 28 and FIG. 29 is an example of an electrode system for determining the coordinates of a geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measuring areas with rectangle-shaped measuring areas 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 electrodes and the diagram of their connections and connections for a single measuring area.
Фиг. 30 и фиг. 31 - система электродов 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 электродов и схема их соединений и подключений для отдельно взятой измерительной области.Fig. 30 and FIG. 31 shows an electrode 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. On Fig shows the location of the measuring areas and their conclusions. In FIG. 31 shows the system of measuring electrodes 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 электродов, составляющих группу изобретений. Номера разновидностей системы электродов 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 electrode system that make up the group of inventions. The numbers of varieties of the electrode system 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 электродов для определения координат геометрического центра двумерной области1. System of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region
Осуществление изобретения раскрыто на примере варианта системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области, для тел из электропроводящего материала. Система электродов 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 электродов приведено в варианте 1.1 Особенности конструкции системы измерительных электродов и схемы соединения электродов 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 the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region, for bodies made of an electrically conductive material. The system of electrodes according to the variant includes the features of the invention given in paragraphs of
Конструкция диэлектрической подложки, общего электрода и системы измерительных электродов показана на фиг. 1, на виде сбоку. На фиг.7 показаны форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 8 приведены измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп измерительных электродов, как они расположены в измерительной области на диэлектрической подложке. На фиг.9 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области и схема соединений электродов и подключений выводов.The design of the dielectric substrate, the common electrode, and the measurement electrode system is shown in Fig. 1, in side view. Figure 7 shows the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets separately. In FIG. 8 shows the measuring electrodes in a combined form with alternating groups of measuring electrodes, as they are located in the measuring region on a dielectric substrate. Figure 9 shows the measuring electrodes, taking into account cutting and elongation to the border of the measuring area, and the connection diagram of the electrodes and connections of the leads.
На фиг. 1 показаны основные элементы конструкции варианта системы электродов 101 для определения геометрического центра двумерной области для электропроводящего тела. Измерительные электроды выполнены тонкими. Для размещения измерительных электродов 103 использована диэлектрическая подложка 102, которая выполнена в виде диэлектрической пластины с плоской поверхностью. При этом поверхность измерительных электродов имеет форму плоской поверхности диэлектрической подложки. Для изоляции измерительных электродов предусмотрен изолирующий слой 111, расположенный поверх измерительных электродов 103. Общий электрод 106 расположен на диэлектрической подложке со стороны поверхности измерительных электродов, которая противоположна поверхности измерительной области 110. При этом общий электрод имеет обращенную в сторону измерительных электродов поверхность с практически постоянными расстояниями с поверхностями измерительных электродов на соответствующих участках.In FIG. 1 shows the main structural elements of an embodiment of an
Система измерительных электродов показана на фиг.9. Относительные размеры измерительных электродов искажены. Измерительные электроды расположены на диэлектрической подложке в границе измерительной области 110, форма, размеры и расположение которой заданы. Измерительная область 110 содержит два множества измерительных электродов. Измерительные электроды каждого из множеств образуют соответствующие множеству первую и вторую измерительные части. Измерительные электроды 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 электродов 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 электродов первого множества расположена под заданным не нулевым углом к оси ординат Y2 системы координат 217 измерительных электродов второго множества. Для любого отдельно взятого первого или второго множества измерительные электроды разделены на однообразные группы измерительных электродов, при этом группы измерительных электродов расположены на диэлектрической подложке в границах измерительных областей групп 214 и 215. Первая группа измерительных электродов первого множества обозначена номером 212. Каждая из групп содержит часть соответствующих множеству измерительных электродов первой и второй измерительных частей. В каждой из групп множества, измерительные электроды 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 электроды второй измерительной части выполнены в виде геометрических фигур, дополняющих геометрические фигуры измерительных электродов первой измерительной части до образования постоянной суммарной ширины вдоль направления оси абсцисс в функции расстояния вдоль направления оси ординат.The system of measuring electrodes is shown in Fig.9. The relative dimensions of the measuring electrodes are distorted. The measuring electrodes are located on a dielectric substrate in the boundary of the measuring
Для любого отдельно взятого множества измерительные электроды групп выполнены и расположены таким образом, что в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией 133 (см. фиг. 7) вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения разность суммарной ширины измерительных электродов первой измерительной части и суммарной ширины измерительных электродов второй измерительной части является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, в любом сечении измерительных электродов групп параллельной оси абсцисс линией вычисленная в рамках одной полной группы и одного сечения суммарная ширина измерительных электродов первой и второй измерительных частей является постоянной величиной в этом сечении для других полных групп, причем полные группы имеют полный состав измерительных электродов в сечении.For any individual set, the measuring electrodes of the groups are made and located in such a way that in any section of the measuring electrodes of the groups parallel to the abscissa axis, the line 133 (see Fig. 7) calculated within one complete group and one section, the difference in the total width of the measuring electrodes of the first measuring part and the total width of the measuring electrodes of the second measuring part is a constant value in this section for other full groups, in any section of the measuring electrodes of groups parallel to the abscissa axis, the line calculated within one full group and one section, the total width of the measuring electrodes 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 electrodes in the cross section.
В варианте изобретения конкретная конструкция системы измерительных электродов 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 electrode system is determined by the method of graphic constructions. This system fully complies with the features specified in
Измерительные электроды первой и второй измерительных частей первого и второго множеств выполнены в форме трапеций. Измерительные электроды совместно с соединительными проводниками и выводами расположены на одной поверхности слоя диэлектрической подложки.Measuring electrodes of the first and second measuring parts of the first and second sets are made in the form of trapezoids. Measuring electrodes together with connecting conductors and leads are located on one surface of the dielectric substrate layer.
На фиг. 5 приведена исходная группа 212 измерительных электродов. Трапеции группы измерительных электродов 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 электроды группы для цели определения координаты двумерной области по одной оси эквивалентны не наклоненным измерительным электродам. На фиг.6 приведен пример обрезки и удлинения группы измерительных электродов, при котором целевая функция системы электродов также не меняется.In FIG. 5 shows the initial group of 212 measuring electrodes. The trapezoids of the group of measuring
Как показано на фиг. 7, находящиеся на краях групп измерительных электродов боковые стороны трапеций, путем смещения верхних оснований трапеций групп вдоль оси абсцисс системы координат 216 первого множества измерительных электродов, выполнены с наклоном на первый заданный угол ϕ1 по отношению к оси ординат системы координат 216 первого множества. Для групп измерительных электродов 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 electrodes, by shifting the upper bases of the trapezoid groups along the abscissa axis of the coordinate
На фиг. 8 группы измерительных электродов 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 электродов совпадает с геометрическим центром измерительной области 110.In FIG. 8 the groups of measuring electrodes of the first and second sets shown in FIG. 7 are superimposed on the dielectric substrate at the location where the
На фиг. 9 показано, что эти измерительные электроды расположены в границе измерительной области 110, при этом части геометрических фигур измерительных электродов, которые выступают за пределы измерительной области, обрезаны по границе измерительной области 110. Геометрические фигуры измерительных электродов, которые не доходят до границы измерительной области, удлинены путем продолжения линий боковых сторон трапеций до границы измерительной области.In FIG. 9 shows that these measuring electrodes are located in the boundary of the measuring
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 электродов.In FIG. 9 additionally shows the local coordinate
Измерительные электроды измерительных частей подключены к соответствующим электрическим выводам в соответствии со схемой соединений электродов и подключений выводов. Схема соединений 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 электродов.The measuring electrodes of the measuring parts are connected to the corresponding electrical terminals in accordance with the connection diagram of the electrodes and terminal connections. The connection and connection diagram of the outputs has several options. Features of the options for the connection diagram and connections are given in the description of options 1.3,1.4,1.5 and 1.6 of the electrode system.
Принцип действия системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области приведен в разделе «сущность изобретения».The principle of operation of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area is given in the "Summary of the Invention" section.
1.3 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от измерительных частей1.3 Variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area with four leads from the measuring parts
Вариант системы электродов соответствует п. 4 формулы изобретения. Для этого варианта на фиг.9 показана конструкция и расположение измерительных электродов первого и второго множеств и схема соединений электродов и подключений выводов.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 4 of the claims. For this variant, FIG. 9 shows the design and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets and the connection diagram of the electrodes and the lead connections.
Описание конструкции системы измерительных электродов варианта приведено в описании варианта 1.2, дальнейшим развитием которого является вариант 1.3.A description of the design of the system of measuring electrodes of the variant is given in the description of variant 1.2, the further development of which is variant 1.3.
Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с четырьмя выводами от системы измерительных электродов, отличается особенностями схемы соединений электродов и подключений выводов измерительных электродов измерительных частей. В схеме соединений электродов и подключений выводов измерительные электроды первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 206, измерительные электроды второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 207, измерительные электроды первой измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 208, измерительные электроды второй измерительной части второго множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 209, дополнительный вывод 211 подключен к общему электроду.A variant of the electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with four leads from the system of measuring electrodes differs in the features of the electrode connection scheme and the connections of the measuring electrode leads of the measuring parts. In the electrode and lead connection diagram, the measuring electrodes of the first measuring part of the first set are electrically connected to each other and connected to the
Принцип действия варианта системы электродов 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 electrode system is given in the section "summary of the invention" in the description under the
1.4 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и соединением измерительных электродов одной из измерительных частей первого множества и одной разноименной измерительной части второго множества измерительных электродов1.4 Variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and connecting the measuring electrodes of one of the measuring parts of the first set and one different measuring part of the second set of measuring electrodes
Вариант системы электродов соответствует п. 6 формулы изобретения. Для этого варианта форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности, аналогичны варианту 1.3, показанному на фиг. 7. На фиг. 10 приведены измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области 110. Измерительные электроды первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 232, электроды второй измерительной части первого множества - цифрой 233, электроды первой измерительной части второго множества - цифрой 234, электроды второй измерительной части второго множества - цифрой 235. На фиг. 11 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области 110, и схема соединений электродов и подключений выводов.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 6 of the claims. For this option, the shape and location of the measuring electrodes of the first and second sets separately are similar to option 1.3 shown in Fig. 7. In FIG. 10 shows the measuring electrodes in a combined form with alternating groups, as they are located in the measuring
Схема соединений электродов и подключений выводов системы электродов 231 по варианту 1.4 отличается тем, что измерительные электроды 233 второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и с электродами 234 первой измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу 237. Измерительные электроды 232 первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 236, измерительные электроды 235 второй измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 238, дополнительный вывод 211 подключен к общему электроду. В варианте системы электродов, как показано на фиг.10, находящиеся на краях групп измерительные электроды 233 и 234, которые относятся к разным множествам, принадлежат к разноименным измерительным частям, соединены между собой путем соединения боковых сторон трапеций групп измерительных электродов. Выполнение такого соединения не обязательно. Измерительные электроды могут быть соединены с помощью соединительных проводников.The connection diagram of the electrodes and terminal connections of the
1.5 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и соединением измерительных электродов одной из измерительных частей первого множества и одной одноименной измерительной части второго множества измерительных электродов1.5 A variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and connecting the measuring electrodes of one of the measuring parts of the first set and one measuring part of the same name of the second set of measuring electrodes
Вариант системы электродов соответствует п. 7 формулы изобретения. Для этого варианта форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности показаны на фиг. 12. На фиг. 13 приведены измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области 110. Измерительные электроды первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 242, электроды второй измерительной части первого множества - цифрой 243, электроды первой измерительной части второго множества - цифрой 244, электроды второй измерительной части второго множества - цифрой 245. На фиг. 14 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области 110, схема соединений электродов и подключений выводов.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 7 of the claims. For this embodiment, the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets are shown separately in FIG. 12. In FIG. 13 shows the measuring electrodes in a combined form with alternating groups, as they are located in the measuring
Схема соединений электродов и подключений выводов системы электродов 241 по варианту 1.5 отличается тем, что измерительные электроды 243 второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и с электродами 245 второй измерительной части второго множества и подключены к соответствующему выводу 247, измерительные электроды 242 первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 246, измерительные электроды 244 первой измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 248, дополнительный вывод 211 подключен к общему электроду. В варианте системы электродов, как показано на фиг. 13, находящиеся на краях групп измерительные электроды 243 и 245, которые относятся к разным множествам, принадлежат к одноименным измерительным частям. При этом измерительные электроды 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 electrodes and terminal connections of the
Принцип действия варианта системы электродов приведен в разделе «сущность изобретения», в описании под номером 1.1 и 1.5.The principle of operation of the variant of the electrode system is given in the section "summary of the invention", in the description under the numbers 1.1 and 1.5.
1.6 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с тремя выводами от измерительных частей и отключением одной из измерительных частей одного из множеств измерительных электродов1.6 A variant of the system of electrodes for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional region with three leads from the measuring parts and turning off one of the measuring parts of one of the sets of measuring electrodes
Вариант системы электродов соответствует п. 8 формулы изобретения. На фиг. 15 показаны форма и расположение измерительных электродов первого и второго множеств в отдельности. На фиг. 16 показаны эти же измерительные электроды в совмещенном виде с чередованием групп, как они расположены в измерительной области 110 на диэлектрической подложке. Измерительные электроды первой измерительной части первого множества обозначены цифрой 252, электроды второй измерительной части первого множества - цифрой 253, электроды первой измерительной части второго множества - цифрой 254, электроды второй измерительной части второго множества - цифрой 255. На фиг. 17 показаны измерительные электроды с учетом обрезки и удлинения до границы измерительной области, схема соединений электродов и подключений выводов. Схема соединений электродов и подключений выводов системы электродов 251 по варианту 1.6 отличается тем, что в схеме соединений электродов и подключений выводов измерительные электроды 252 первой измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 256, измерительные электроды 253 второй измерительной части первого множества электрически соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 257, измерительные электроды 254 первой измерительной части второго множества соединены между собой и подключены к соответствующему выводу 258, дополнительный вывод 211 системы электродов подключен к общему электроду. Как показано на фиг. 15, измерительные электроды 255 второй измерительной части второго множества, обозначенные штриховой линией, не подключены к выводам системы электродов.A variant of the electrode system corresponds to paragraph 8 of the claims. In FIG. 15 shows the shape and arrangement of the measuring electrodes of the first and second sets separately. In FIG. 16 shows these same measurement electrodes in an interleaved array as they are located in
2. Система электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей2. Electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas
Осуществление изобретения раскрыто на примерах вариантов 2.2 и 2.3 системы электродов 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 electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measurement areas.
2.2 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей в форме прямоугольников2.2 Variant of an electrode system for determining the coordinates of the geometric center of a two-dimensional area using a plurality of measuring areas in the form of rectangles
Вариант системы электродов 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 электродов и схема соединений электродов и подключений выводов для отдельно взятой измерительной области.A variant of the electrode 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 system of measuring electrodes and the connection diagram of the electrodes and connections of the outputs for a single measuring area.
Система электродов 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 электродами 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
В данном варианте системы электродов для каждой измерительной области использована система измерительных электродов с четырьмя выводами от измерительной области, описанная в варианте 1.3. Измерительные электроды и их выводы расположены на одной поверхности слоя диэлектрической подложки 402. Схема соединений электродов может быть продолжена для любого количества измерительных электродов, без взаимного пересечения измерительных электродов и выводов, с максимальным количеством проводников 409, проходящих вдоль одной стороны прямоугольника, равным трем.In this version of the electrode system, for each measuring area, a system of measuring electrodes with four leads from the measuring area, described in option 1.3, is used. The measuring electrodes and their leads are located on one surface of the
Выводы системы измерительных электродов 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 электродов, посредством проводников шлейфов 407, к микроконтроллеру или к другому конечному устройству.The conclusions of the system of measuring electrodes of each measuring area in FIG. 28 and FIG. 29 are shown as
Как показано на фиг. 29 пересечение оси абсцисс локальной системы координат 416 первого множества измерительных электродов и оси абсцисс системы координат 417 второго множества измерительных электродов 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 электродов, 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
В варианте 2.2 системы электродов измерительные области могут быть выполнены с использованием любой системы измерительных электродов, описанной в вариантах 1.3, 1.4, 1.5 и 1.6. Принцип действия варианта системы электродов приведен в разделе «сущность изобретения» в описании варианта 2.2.In option 2.2 of the electrode system, the measurement areas can be made using any of the measurement electrode systems described in options 1.3, 1.4, 1.5 and 1.6. The principle of operation of the variant of the electrode system is given in the section "summary of the invention" in the description of variant 2.2.
2.3 Вариант системы электродов для определения координат геометрического центра двумерной области с использованием множества измерительных областей в форме шестиугольников2.3 Variant of the electrode 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 соответствует п. 21 формулы изобретения. Расположение измерительных областей и их выводов показано на фиг. 30. На фиг. 31 приведена система измерительных электродов и схема соединений 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 electrodes and the connection and connection diagram of the outputs for a single measuring area.
Вариант 2.3 системы электродов 411 отличается от варианта 2.2 тем, что измерительные области 420 выполнены в форме правильных шестиугольников. При этом в измерительных областях использована система измерительных электродов 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 электроды 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 электродов применима для любого количества измерительных электродов, 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
В варианте 2.3 системы электродов измерительные области могут быть выполнены с использованием любой системы измерительных электродов, описанной в вариантах 1.3,1.4, 1.5 и 1.6. Принцип действия варианта системы электродов приведен в разделе «сущность изобретения» в описании варианта 2.3.In option 2.3 of the electrode system, the measurement areas can be made using any of the measurement electrode systems described in options 1.3,1.4, 1.5 and 1.6. The principle of operation of the variant of the electrode system is given in the section "summary of the invention" in the description of variant 2.3.
Claims (22)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116677A RU2776859C2 (en) | 2019-05-29 | Electrode system for determining coordinates of geometric center of two-dimensional area (options) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116677A RU2776859C2 (en) | 2019-05-29 | Electrode system for determining coordinates of geometric center of two-dimensional area (options) |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019116677A3 RU2019116677A3 (en) | 2020-11-30 |
RU2019116677A RU2019116677A (en) | 2020-11-30 |
RU2776859C2 true RU2776859C2 (en) | 2022-07-28 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU133609A1 (en) * | 1960-02-03 | 1960-11-30 | А.А. Попов | A template for graphically determining the abscissa of the center of gravity of areas bounded by the curves y = x ^ n and the x axis |
JPS6037401B2 (en) * | 1980-04-16 | 1985-08-26 | 工業技術院長 | Method for detecting center of gravity position of surface pressure |
RU2087873C1 (en) * | 1994-12-19 | 1997-08-20 | Николай Дмитриевич Куликов | Electric capacitive converter for level measurement |
DE102005044807A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Daimlerchrysler Ag | Cavity center point determining method for measuring system, involves determining center point by measuring device and by laser tracker or optical measurements, where cavity for measuring object is provided with measuring geometry |
RU2550523C2 (en) * | 2013-06-18 | 2015-05-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of centre of gravity of image |
RU2685559C1 (en) * | 2017-11-23 | 2019-04-22 | Николай Дмитриевич Куликов | Capacitance transducer for determining coordinates of geometric center of two-dimensional region (variants) |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU133609A1 (en) * | 1960-02-03 | 1960-11-30 | А.А. Попов | A template for graphically determining the abscissa of the center of gravity of areas bounded by the curves y = x ^ n and the x axis |
JPS6037401B2 (en) * | 1980-04-16 | 1985-08-26 | 工業技術院長 | Method for detecting center of gravity position of surface pressure |
RU2087873C1 (en) * | 1994-12-19 | 1997-08-20 | Николай Дмитриевич Куликов | Electric capacitive converter for level measurement |
DE102005044807A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Daimlerchrysler Ag | Cavity center point determining method for measuring system, involves determining center point by measuring device and by laser tracker or optical measurements, where cavity for measuring object is provided with measuring geometry |
RU2550523C2 (en) * | 2013-06-18 | 2015-05-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of centre of gravity of image |
RU2685559C1 (en) * | 2017-11-23 | 2019-04-22 | Николай Дмитриевич Куликов | Capacitance transducer for determining coordinates of geometric center of two-dimensional region (variants) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8400431B2 (en) | Method to improve performance of a proportional area weighted sensor for two-dimensional locations on a touch screen | |
US8456443B2 (en) | Single-layer touch sensors | |
US9146644B2 (en) | Systems and methods for detecting multiple touch points in surface-capacitance type touch panels | |
US7548073B2 (en) | Capacitive sensing apparatus designs | |
CN102227705B (en) | Alternating, complementary conductive element pattern for multi-touch sensor | |
US8854333B2 (en) | Polar sensor patterns | |
KR101122875B1 (en) | Display device | |
JP2014503888A (en) | Linear projection type single layer capacitive sensor | |
Hu et al. | An annular planar-capacitive tilt sensor with a 360° measurement range | |
TWI640785B (en) | Matrix electrode design for three-dimensional e-field sensor | |
CN107229043B (en) | A kind of range sensor external parameters calibration method and system | |
US10677672B2 (en) | Displacement detection type force-detection structure and displacement detection type force sensor | |
KR101645099B1 (en) | Capacitive sensor with differential shield | |
KR20130018600A (en) | Systems and methods for detecting multiple touch points in surface-capacitance type touch panels | |
CN105960625B (en) | A kind of method and system for being responded from touch sensor compensating non-linear | |
RU2776859C2 (en) | Electrode system for determining coordinates of geometric center of two-dimensional area (options) | |
RU2776858C2 (en) | Conductor system for determining coordinates of geometric center of two-dimensional area (options) | |
BR102019026662A2 (en) | micromechanical redundant piezoresistive pressure sensor, monitoring system, and method for measuring system pressure | |
US9342197B2 (en) | Method for determining a position of a contact on a capacitive sensor field | |
RU2717143C1 (en) | Electric capacitance converter for determining coordinates of a geometric center of a two-dimensional region (versions) | |
RU2685559C1 (en) | Capacitance transducer for determining coordinates of geometric center of two-dimensional region (variants) | |
RU190509U1 (en) | ELECTRIC FIELD DENSITY SENSOR | |
CN108958559A (en) | The capacitance type sensor for being aligned row and column node when being arranged on three-dimensional objects | |
EP3584687B1 (en) | Capacitance sensor and input device | |
TWI543054B (en) | Sensing electrode and sensing capacitance estimation method and apparatus |