Конструкция емкостной кнопки (варианты)

 

Полезные модели относятся к близостным переключателям (срабатывающим при приближении), выполненным с использованием емкостных детекторов и могут использоваться в измерительной технике, например, в датчиках давления, расхода и т.п. Задачей является повышение чувствительности кнопки. В первом варианте выполнения (фиг.1) конструкция емкостной кнопки содержит последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло 1 и чувствительный электрод 2, расположенный сверху на электронной плате 3. При этом защитное стекло 1 выполнено из материала с повышенной относительной диэлектрической проницаемостью, например, из ситалла или стекла, содержащего добавки солей тяжелых металлов. Во втором варианте выполнения (фиг.2, 3) конструкция емкостной кнопки содержит последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло 1 и чувствительный электрод 2, расположенный сверху на электронной плате 3. Защитное стекло 1 выполнено со вставками из материала с повышенной относительной диэлектрической проницаемостью, расположенными напротив кнопки. При этом вставки 4 или 4' могут быть выполнены из керамики полностью на всю толщину защитного стекла (фиг.2.) или частично со стороны кнопок (фиг.3). В третьем варианте выполнения (фиг.4) конструкция емкостной кнопки содержит последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло 1 и чувствительный электрод 2, расположенный сверху на электронной плате 3. Между защитным стеклом 1 и чувствительным электродом 2 расположена керамическая вставка 5. В первом варианте выполнение защитного стекла из материала с повышенной относительной диэлектрической проницаемостью, например из ситалла или стекла с добавлением солей тяжелых металлов, значительно повышает чувствительность кнопки. Во втором варианте выполнение защитного стекла со вставками из материала с повышенной относительной диэлектрической проницаемостью, расположенными напротив кнопки, и выполненными полностью из керамики или частично со стороны кнопок, обеспечивает повышение чувствительности кнопок. В третьем варианте наличие между защитным стеклом и чувствительным электродом керамической вставки позволяет минимизировать воздушный зазор между чувствительным электродом и защитным стеклом и повышает тем самым чувствительность кнопки. 7 н.ф., 4 ил.

Полезные модели относятся к близостным переключателям (срабатывающим при приближении), выполненным с использованием емкостных детекторов и могут использоваться в измерительной технике, например, в датчиках давления, расхода и т.п.

Известна конструкция емкостной кнопки, описанная в п.РФ 2368071 по кл. Н03К 17/955, з. 22.08.07, оп. 20.09.09.

Известная кнопка емкостного сенсорного устройства включает в себя чувствительные электроды, один из которых расположен под внешней приборной панелью кнопки из токонепроводящего материала и подключен к источнику переменного напряжения, а другой чувствительный электрод, расположенный ниже вышеуказанного чувствительного электрода, подключен к преобразователю емкости в цифровой код и отличается тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере, один, например, лазерный светодиод, внешнее управляющее устройство, выход которого подключен к схеме управления светодиодом, выход которой соединен со светодиодом, расположенным в прямоугольном вырезе обоих чувствительных электродов, под внешней приборной панелью кнопки из токонепроводящего материала, причем выход преобразователя емкости в цифровой код соединен со входом внешнего управляющего устройства.

Конструкция обеспечивает визуализацию состояния кнопки, что приводит к усложнению электронной части устройства.

Известна конструкция емкостной кнопки, представленная в статье «Решениях Microchip Technology для реализации сенсорного управления на емкостных датчиках» на сайте www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/sensor/microchip_sensor_gamma.htm (см. приложение к заявке) и выбранная в качестве прототипа.

Известная кнопка содержит печатную плату с нанесенным на нее сверху чувствительным токопроводящим покрытием - электродом, который заземлен, и расположенная сверху защитная пластина (шильд) из диэлектрика. Основным элементом, необходимым для реализации такой кнопки, является конденсатор переменной емкости. Он имеет простую конструкцию и чувствительность к прикосновениям. Так как чувствительный элемент построен как «открытый» конденсатор, электрическое поле может взаимодействовать с внешним емкостным объектом, в данном случае - пальцем.

Значение вносимой емкости С пропорционально:

- диэлектрической проницаемости вакуума 0;

- диэлектрической проницаемости е материала между токопроводящим покрытием и, например, пальцем;

- площади перекрытия S;

- обратно пропорционально расстоянию d между токопроводящим покрытием и чувствительным электродом.

Чувствительность кнопки зависит от расстояния между проводящим и заземляющим слоем. Рекомендованное расстояние - 0,5 мм. Кроме этого, общая чувствительность кнопки зависит от толщины защитной диэлектрической пластины: при уменьшении толщины повышается чувствительность. Рекомендованная толщина пластины 11,5 мм.

Емкость датчика без емкости пальца составляет около 510 пФ.

Заземляющий слой под кнопкой экранирует ее от других электронных компонентов системы. Он также способствует поддержанию постоянной базовой емкости, которая требуется как опорная при каждом измерении.

Недостатком известной конструкции является ее невысокая чувствительность, обусловленная использованием толстой защитной пластины, что часто требуется условиями эксплуатации, наличием воздушных зазоров между элементами кнопки, малой площадью контакта пальца с кнопкой.

В частности, при использовании такой кнопки в измерительном приборе, например, датчике давления, используется защитная пластина из стекла толщиной 10 мм, что критически снижает чувствительность кнопки. Кроме того, чувствительность ухудшают воздушные зазоры между различными слоями, т.к. воздух имеет низкую диэлектрическую проницаемость 1.

При этом площадь контакта при нажатии пальцем не велика, что снижает площадь перекрытия для вносимой емкости (S1 см2)

Наличие дисплея в датчике ограничивает площадь емкостных кнопок в варианте с размещением кнопок на плате.

Задачей является повышение чувствительности кнопки. Поставленная задача решается тем, что:

- в первом варианте выполнения конструкции емкостной кнопки, содержащей последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло и чувствительный электрод, расположенный сверху на электронной плате, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, защитное стекло выполнено из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью. При этом защитное стекло может быть выполнено из ситалла.

Кроме того, защитное стекло может содержать соли тяжелых металлов. - во втором варианте выполнения конструкции емкостной кнопки, содержащей последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло и чувствительный электрод, расположенный сверху на электронной плате, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, защитное стекло выполнено со вставками из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, расположенными напротив кнопки.

При этом вставки могут быть выполнены из керамики. При этом вставки могут быть выполнены полностью на всю толщину защитного стекла или частично со стороны кнопок.

в третьем варианте выполнения конструкции емкостной кнопки, содержащей последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло и чувствительный электрод, расположенный сверху на электронной плате, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, между защитным стеклом и чувствительным электродом расположена керамическая вставка.

В первом варианте выполнение защитного стекла из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, например из ситалла или стекла с добавлением солей тяжелых металлов, значительно повышает чувствительность кнопки.

Во втором варианте выполнение защитного стекла со вставками из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, расположенными напротив кнопки, и выполненными полностью из керамики или частично со стороны кнопок, обеспечивает повышение чувствительности кнопок.

В третьем варианте наличие между защитным стеклом и чувствительным электродом керамической вставки позволяет минимизировать воздушный зазор между чувствительным электродом и защитным стеклом и повышает тем самым чувствительность кнопки.

Технический результат в первом и втором вариантах - повышение диэлектрической проницаемости защитного стекла.

Технический результат в третьем варианте - уменьшение воздушного зазора между чувствительным электродом и защитным стеклом.

Заявляемая конструкция емкостной кнопки обладает новизной в первом варианте ее выполнения, отличаясь от прототипа таким существенным признаком как выполнение защитного стекла из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, обеспечивающим достижение заданного результата.

Заявляемая конструкция емкостной кнопки обладает новизной во втором варианте ее выполнения, отличаясь от прототипа таким существенным признаком как выполнение защитного стекла со вставками из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, расположенными напротив кнопки, обеспечивающим достижение заданного результата.

Заявляемая конструкция емкостной кнопки обладает новизной в третьем варианте ее выполнения, отличаясь от прототипа таким существенным признаком как наличие между защитным стеклом и чувствительным электродом керамической вставки, обеспечивающим достижение заданного результата.

Заявляемая конструкция емкостной кнопки во всех трех вариантах е выполнения может найти широкое применение в измерительной технике, а потому соответствует критерию «промышленная применимость». Полезные модели иллюстрируются чертежами, где представлены на:

- фиг.1 - выполнение конструкции емкостной кнопки по первому варианту;

- фиг.2, 3 - выполнение конструкции емкостной кнопки по второму варианту;

- фиг.4 - выполнение конструкции емкостной кнопки по третьему варианту.

В первом варианте выполнения (фиг.1) конструкция емкостной кнопки содержит последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло 1 и чувствительный электрод 2, расположенный сверху на электронной плате 3. При этом защитное стекло 1 выполнено из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, например, из ситалла или стекла, содержащего добавки солей тяжелых металлов.

Во втором варианте выполнения (фиг.2, 3) конструкция емкостной кнопки содержит последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло 1 и чувствительный электрод 2, расположенный сверху на электронной плате 3.

Защитное стекло 1 выполнено со вставками 4 из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, расположенными напротив кнопки.

При этом вставки 4 или 4' могут быть выполнены из керамики полностью на всю толщину защитного стекла (фиг.2) или частично со стороны кнопок (фиг.3).

В третьем варианте выполнения (фиг.4) конструкция емкостной кнопки содержит последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло 1 и чувствительный электрод 2, расположенный сверху на электронной плате 3.

Между защитным стеклом 1 и чувствительным электродом 2 расположена керамическая вставка 5.

В первом и втором вариантах выполнения обеспечивается более высокая диэлектрическая проницаемость, обеспечивающая повышение чувствительности кнопки.

В третьем варианте уменьшение зазора между чувствительным электродом и защитным стеклом также повышает чувствительность кнопки.

В сравнении с прототипом заявляемая конструкция емкостной кнопки во всех вариантах ее выполнения имеет более высокую чувствительность.

1. Конструкция емкостной кнопки, содержащая последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло и чувствительный электрод, расположенный сверху на электронной плате, отличающаяся тем, что защитное стекло выполнено из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью.

2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что защитное стекло выполнено из ситалла.

3. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что защитное стекло содержит соли тяжелых металлов.

4. Конструкция емкостной кнопки, содержащая последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло и чувствительный электрод, расположенный сверху на электронной плате, отличающаяся тем, что защитное стекло выполнено со вставками из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, расположенными напротив кнопки.

5. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что вставки выполнены из керамики.

6. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что вставки выполнены полностью на всю толщину защитного стекла или частично со стороны кнопок.

7. Конструкция емкостной кнопки, содержащая последовательно расположенные по высоте и соприкасающиеся между собой защитное стекло и чувствительный электрод, расположенный сверху на электронной плате, отличающаяся тем, что между защитным стеклом и чувствительным электродом расположена керамическая вставка.



 

Наверх