Universität Bielefeld - Technische Fakultät - Neuroinformatik



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Aufbau eines Einzelsensors

Abb. 2.1 zeigt den Aufbau eines Sensors. Die graue Fläche (Abb. 2.1(a)) stellt die mit der Polymertinte bedruckte Seite der Folie dar. Auf diese Fläche wirkt eine Kraftverteilung , die den Widerstand der Folie lokal verändert. Die   Elektrode W (Abb. 2.1(b)) teilt die Fläche in streifenförmige Bereiche auf. Gemeinsam mit den Teilelektroden an A und B (Abb. 2.1(c)) teilen sie die Folie in parallel geschaltete Widerstände auf.

  
Figure 2.1: Aufbau eines FPSRs: (a) Druckempfindliche Halbleiterschicht mit Widerstandsverteilung auf der Fläche (hier nur wichtig: Verteilung entlang der x-Achse). (b) Kammförmige Elektrode W teilt in parallel geschaltete Widerstände auf. (c) Kohleschicht-Widerstand zwischen den Anschlüssen A und B mit Elektroden an äquidistanten Abgriffpunkten. (d)   Ersatzschaltbild der Anordnung; ist der Schwerpunkt der Leitwertverteilung .

Es sei für alle i, also der Betrag des Kohleschichtwiderstands zwischen A und B vernachlässigbar gegenüber jedem Einzelwiderstand der Folie. Der gemessene Widerstand zwischen A (oder B) und W soll mit bezeichnet werden.

Wenn der Kohleschichtwiderstand vernachlässigbar ist, wird zwischen A und W also die Summe der Einzelleitwerte gemessen.

Der Kohleschichtwiderstand bewirkt, daß bei Anlegen einer Spannung zwischen A und B die Teilelektroden einen linearen Potentialverlauf auf der Folie ergeben. Die an W abgegriffene Spannung kann dann zur Messung des Auflagepunktes herangezogen werden.

Die Spannung an A soll Null sein, die Spannung an B sei mit U bezeichnet. Dann ist die Spannung an der i-ten Teilelektrode (von A an gezählt)

wobei N die Gesamtzahl der Elektroden zwischen A und B ist. Unter der Voraussetzung, daß an der Elektrode W kein Strom entnommen wird (), ergibt die Knotenregel für W die Spannung an :

Die letzte Formel entspricht einer Mittelwertbildung von U mit der diskreten Verteilungsfunktion ; die Spannung kann also auch als Repräsentation des Schwerpunktes der Leitwertverteilung interpretiert werden:

wobei der Ort der i-ten Elektrode ist.

Das in Abb. 2.1(d) gezeigte Ersatzschaltbild   eignet sich zur Modellierung des Sensors. Die Kohlebahn ist durch das Potentiometer dargestellt, dessen Schleifer auf dem   Leitwertschwerpunkt steht. Der variable Widerstand ist an diesen Schleifer angeschlossen. Dieses Ersatzschaltbild wird in den folgenden Schaltplänen verwendet.

 

Es ist also möglich, mit dem gezeigten Sensor sowohl den   Gesamtleitwert der in Einzelwiderstände aufgeteilten Folie zu messen, als auch den Schwerpunkt der Leitwertverteilung entlang einer Achse. Im nächsten Abschnitt werden Schaltungen vorgestellt, die diese beiden Messungen ermöglichen. Wegen der Einsetzbarkeit des Sensors als Kraft- und Positionsmesser hat Interlink für diesen Typ die Bezeichnung  FPSR eingeführtgif (für Force and Position Sensing Resistor).



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Markus Jankowski Jan Jockusch Lars Jansen Michael Jandrey Marjan Tomas , 1996-Dec-06