¿Qué tan factible sería usar un detector capacitivo a través de un vidrio de 5 mm de espesor con un espacio entre la PCB y el vidrio?

Estoy investigando un proyecto que necesitaría algún tipo de detección táctil a través de una mesa de vidrio de 5 mm de espesor.

¿Sería posible usar una PCB con los patrones apropiados y un microcontrolador mTouch / QTouch / capSense con él en un lado del vidrio y esperar que pueda detectar el tacto en el otro lado del vidrio si hay un espacio entre la PCB y el vaso? Estoy pensando en tener LED SMD en el lado de la PCB cerca del vidrio. Las ideas para llenar el vacío también son bienvenidas.

Investigué un poco sobre esto y he visto que algunas personas aquí han logrado que los sensores sin espacios funcionen a través del vidrio, pero no estoy seguro de cómo funcionaría esto con el espacio en él.

La imagen debajo del tamaño de espacio seleccionado de 0,5 mm funciona bien para dirigir los campos de franjas a través de una capa de vidrio de 10 mm. Aquí el tamaño del botón = grosor del vidrio agrega 5 mm para una mejor respuesta. Necesitará soporte mecánico para el vidrio y ciertamente necesitará plexiglás o equivalente para acoplar las pistas del botón al vidrio. Por lo tanto, el grosor total de 10 mm es práctico, posiblemente un poco más.

Con espaciadores de plexiglás adecuados entre el tablero y el vidrio para llenar el espacio de aire sobre los botones, creo que es muy factible. pero sin eso sería muy arriesgado.

Sin huecos con vidrio y relleno de huecos de plexiglás sobre cada huella dactilar y es posible que haya más de 10 mm en el suelo, pero con un espacio de aire quizás solo ~ 1 mm es práctico con protección de tierra alrededor de la almohadilla de RF debido al bajo acoplamiento capacitivo del aire al vidrio.

El vidrio de 8 mm es equivalente al espacio de aire de 1 mm y necesita un espacio de aire de 5 mm más vidrio, por lo tanto, tenga en cuenta que las almohadillas de silicona para rellenar amplían la geometría, sostienen el vidrio y cierran el espacio para que la almohadilla del dedo pueda cerrar las almohadillas de plástico del condensador de RF debajo de la superficie. Siempre que la capacitancia de espacio sea mayor que el espacio para el dedo de <1pF. Por cierto, 1pF es de alrededor de 10KΩ a 24MHz

Las uniones internas de unión de alambre de oro SMD pueden estresarse por el vidrio. ¿Se puede usar vidrio ahumado o pintado con mascarilla con silicona para llenar el espacio sobre los sensores debajo del vidrio? eso puede funcionar elevando la constante dieléctrica sobre las almohadillas y dar la ventaja de la rigidez estructural y difundir el indicador LED sobre el punto del panel táctil o para usar como indicadores de retroalimentación.

Para el caso, tal vez pueda usar pares de refectores de emisor IR para puntos de almohadilla táctil para vidrio sin contacto simplemente apuntando cerca del par de emisor-detector establecido en el umbral de proximidad corta.

También puede usar espaciadores de plexiglás que extiendan la forma de la almohadilla al vidrio, que tienen valores epsilon similares de 8 y usan un adhesivo delgado en el lado del componente y espaciadores similares alrededor de los LED para proteger y el vidrio delgado de la tensión.

Esto es de una hoja de cálculo de Cypress

Parámetros de entrada Unidades de valor

Espesor de recubrimiento 2 mm de recubrimiento: constante dieléctrica 2.8 farad / m Capacitancia de traza por pulgada 2 pF

Diámetro mínimo de botón recomendado
(basado en una respuesta mínima de 0.25 pF del dedo)
Condiciones de ruido: bajo (ruido de 0.05 pF) Condiciones de ruido de 7 mm: medio (ruido de 0.075 pF) Condiciones de ruido de 9 mm: alto (ruido de 0.1 pF) 11 mm

Longitud máxima de traza
Condiciones de ruido: baja (0.05 pF de ruido) 400 mm Condiciones de ruido: media (0.075 pF de ruido) 387 mm Condiciones de ruido: alta (0.1 pF de ruido) 374 mm

Botón a distancia al suelo 2 mm

Los sensores táctiles capacitivos miden los cambios en la capacitancia. La capacitancia para un capacitor de placa paralela es aproximadamente C = A / d.

Si un dispositivo cap-sense funciona bien con un cambio de 1 pf en la capacitancia cuando la superficie superior del vidrio está a 1 mm de las almohadillas de metal, no puede notar la diferencia, y funcionará igual de bien si puede manipular las cosas para obtener el mismo cambio de 1 pf en la capacitancia cuando la superficie superior del vidrio está a 10 mm de distancia.

Una forma de hacerlo es con una escala simple. Si desea una distancia de vidrio + espacio de aire (d) es 64 veces más grande que en las placas de demostración capsense, use aproximadamente 64 veces el área (A): haga que las almohadillas de metal sean 8 veces más anchas y 8 veces más altas, y en su lugar de usar 1 yema del dedo, use toda su mano.

Debido a que cada 1 mm de espacio de aire adicional es tan malo como 5 mm de espesor de vidrio adicional (la permitividad relativa del vidrio es aproximadamente 5 veces mayor que la del aire), la mayoría de las personas intentan presionar las placas con sensor de tapa directamente contra el vidrio sin ningún tipo de espacio de aire Una forma de hacerlo es usar resortes de metal para conectar eléctricamente el metal en la parte posterior de las almohadillas de vidrio en la PCB. El metal del resorte en sí podría ser adecuado. Algunas personas sujetan placas de metal a los resortes y dejan que los resortes presionen las placas contra el vidrio. Otras personas pegan placas transparentes conductoras al vidrio. (Consulte la sección 3.5.3 de "AN2869: Directrices para diseñar aplicaciones de detección táctil" , sección 4.3.2 de "AN0040: Diseño de hardware para tacto capacitivo" , prototipos peligrosos:"Nota de la aplicación: Uso de resortes Philipp para crear teclas táctiles" , sección 3.3.1 de "QTAN0079: Botones, controles deslizantes y ruedas: Guía de diseño del sensor" , etc.)