В процессе разработки электронных устройств часто возникают задачи, когда нужно контролировать силу, приложенную к точке или плоскости. Одним из датчиков, решающих эту задачу является резистивный датчик давления - FSR402. Резистивный датчик давления FSR402 является преобразователем статического механического воздействия в электрический параметр (сопротивление) для последующей обработки и анализа выходного сигнала.
Параметры датчика FSR402:
Размеры датчика: длина 56 мм, окружность диаметром 18 мм, толщина 0,2 - 1,25 мм
Выходной сигнал: аналоговый
Диапазон чувствительности прикладываемой силы: 0,1 - 100 Н (0,01 - 10 кг)
Сопротивление датчика без приложенной силы: более 10 МОм
Повторяемость показаний: ± 2 - 6 %
Гистерезис: +10 %
Количество нажатий на датчик (время жизни датчика): более 10 млн раз
Диапазон рабочих температур: -30 - +70 градусов Цельсия
Как устроен резистивный датчик давления
Датчик состоит из слоев пленочных элементов: полупроводниковый резистивный слой, проводящий слой с взаимосвязанными электродами, слой, создающий зазор между резистивным слоем и слоем электродов, диэлектрические слои.
Таким образом, прикладывая некоторую силу к поверхности этого датчика резистивный слой, в зависимости от приложенной силы, начинает вступать в контакт с электродами противоположного слоя, преодолевая слой зазора, создавая больший контакт при большей прикладываемой силе. Это происходит из-за увеличения силы и площади контакта. При этом когда сила не действует на датчик, его сопротивление очень велико (противоположные слои не взаимодействуют), для начала получения сигнала с датчика необходимо приложить небольшую силу, чтобы резистивный и проводящий слой вступили в контакт (Break force - первая зона чувствительности резистивного датчика силы). Далее, наращивая прикладываемую силу на датчик можно выделить вторую зону чувствительности - Area Effect: в этой зоне при наращивании усилия контакт между двумя слоями также нарастает, что приводит к уменьшению сопротивления датчика. И третья зона чувствительности датчика Surface Effect: зона чувствительности, при в которой приложенная сила предельно велика для датчика (зона насыщения) и увеличение приложенной силы лишь незначительно повлияет на выходной сигнал.
Выходной сигнал датчика нелинейный особенной в начале и в конце графика. Так более менее можно использовать лишь среднюю часть характеристики. И, таким образом, в совокупности с разбросом показаний датчика точно измерить приложенную силу нельзя. Датчик не годится для точного измерения массы (весы). Но в устройствах, где точность измерения до грамм не нужна, этот датчик хорошо подойдет для измерения приблизительно приложенной силы. Это тактильные датчики для роботов и протезов (круглые датчики как будто уже повторяют очертания пальца), датчики присутствия пассажиров на сиденье автомобиля, различные кнопочные устройства и так далее.
Как получить данные с датчика
Есть несколько способов получить сигнал с резистивного датчика давления. Для этого нужно использовать делитель напряжения. Выходное напряжение зависит от соотношения сопротивления резисторов.
Используя закон Ома, можно вычислить выходное напряжение, это напряжение, которое падает на резисторе R2. Чем больше это сопротивление, тем большее напряжение падает на нем.
Используя такую схему, можно подключить точку Vout к цифровому выводу микроконтроллера. При достижении уровня напряжения логического нуля или единицы будет формироваться выходной сигнал от датчика "0" или "1". Аналогичного эффекта можно добиться, используя компаратор. Другой способ, более правильный, предусматривает подключение не к цифровому выводу, а к выводу АЦП, который выдаст пропорционально уровню напряжения число в цифровом виде.
FSR402 скачать PDF