Быстрый и точный емкостной датчик приближения

Electronic Design Europe

Александр Соколов

Две небольшие микросхемы и несколько пассивных компонентов – все, что требуется для создания емкостного датчика приближения с отличной чувствительностью и сверхмалым временем отклика.

Сделанный на инверторе с триггером Шмитта U1A и времязадающих элементах R1 и C1, высокочастотный генератор (см. схему) вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов. Две независимых RC цепочки – опорная R4, C2 и измерительная R3, CS (CS – емкость сенсорной площадки) обеспечивают задержку импульсов генератора, следующих по двум различным путям.

Этот емкостной датчик приближения имеет время отклика меньше микросекунды, а его чувствительность определяется размером сенсорной площадки.

Для настройки датчика вращайте подстроечный резистор R4 до тех пор, пока положительный фронт импульса на входе C микросхемы D-триггера U2 не начнет чуть-чуть запаздывать относительно фронта импульса на входе D. При этом на выходе триггера будет фиксироваться «лог. 1», и в таком состоянии выход будет находиться все время, пока в зоне обнаружения сенсора не появится какой-либо предмет.

При появлении предмета из проводящего или диэлектрического материала возле сенсорной площадки ее емкость относительно земли возрастает. Изменение емкости увеличивает время задержки сигнала по входу D. В результате, в тот момент, когда нарастающий фронт импульса достигнет входа C, на входе D будет «лог. 0», и, соответственно, на выходе схемы также установиться низкий логический уровень, сигнализирующий о присутствии объекта.

Диапазон обнаружения зависит, в основном, от размеров сенсорной площадки. При использовании металлического диска дальность обнаружения примерно равна его диаметру. Время отклика равно одному периоду генератора, и на практике может составлять доли микросекунды, но не может быть меньше постоянной времени R3, CS.

Схема может использоваться в качестве быстродействующего датчика приближения для промышленных применений, или элемента системы безопасности. Она может детектировать как открывание дверей или коробок, так и приближение человека. Схема обладает бóльшим быстродействием и лучшим диапазоном чувствительности, чем ультразвуковые датчики приближения.