Embedded aplikace & taktilní senzory

Při průmyslové automatizaci je nutno měřit a regulovat kompresní síly, které se aplikují na objekty, s nimiž se vzájemně ovlivňují. Děje se tak během vývoje produktu nebo také při integraci komponenty vestavované do stroje nebo zařízení. Zdravotnické přístroje a rozhraní člověk-stroj (HMI) potřebují měřit také síly, i když v měřítku mnohem menším a přesnějším. V této oblasti embedded aplikací se v zahraničí začaly široce uplatňovat ultratenké a flexibilní senzory citlivé na dotyk známé pod pojmem taktilní senzory. Ať už jsou integrovány do nositelného zařízení, do kontaktních bodů přístroje, jako spouštěcí prvek v mechanickém systému, nebo i při jiných aplikací, tyto senzory nabízejí velkou flexibilitu pro konstruktéry, bez obětování velikosti, hmotnosti nebo výkonu stroje.

Jak taktilní senzor měří sílu. Jeden z nejosvědčenějších taktilních senzorů představuje design složený ze dvou vrstev tenkých polymerů s vodicími stopami (tzv. Thru-mode). Každá vrstva polymeru obsahuje polovodivý prvek citlivý na tlak vytištěný na vodiči a obě vrstvy jsou spojeny dohromady. V nezatíženém stavu je odpor senzoru velmi vysoký (řádově v MΩ). Při působení síly se prvky citlivé na tlak uvnitř senzoru vzájemně dotýkají a elasticky deformují. Při použití větší síly se sníží odpor snímače (obvykle až na kΩ). Naopak vodivost snímače se zvyšuje lineárně s rostoucí aplikovanou silou (viz obr. 1).

Výhody linearity taktilního senzoru. Thru-mode senzory udržují linearitu při velkém rozsahu vodivosti mezi zatížením 1 N až 44,428 N (4,536 tun). Senzory se pak standardně dodávají v různých tvarech a rozsahu zatížení.

Umožňují použití jednodušší elektroniky nevyžadující tolik filtrace a lze je snadno kalibrovat. Zatímco hydraulické, pneumatické nebo tenzometrické snímače síly (angl. Load Cell), mohou potřebovat po opakovaném použití kalibraci v továrně, tak Thru-mode senzory mohou mít kalibrační rutinu zabudovanou do firmwaru přístroje. Napájet je lze jednoduchým obvodem op-amp nebo děličem napětí. Výstupní data lze číst analogovým systémem nebo digitalizovat pomocí A/D převodníku pro korelaci zpětné vazby. Pro urychlení aplikace senzorů je k dispozici analogový obvod osazený do DPS, který funguje jako rozhraní mezi senzorem a obvodem (Quickstart Board).

Vlastní vývoj embedded aplikace. Pro vývojáře je užitečná rozšířená verze quickstart desky o firmware, tzv. OEM Development Kit. Ten umožňuje ekonomicky získat data o praktickém chování senzoru v prostředí vašeho produktu nebo aplikace v rámci Proof of Concept projektů. Sada umožňuje sběr a sledování dat v reálném čase, nahrávání, kalibrační funkce, export dat aj. (obr. 2).

Customizované taktilní senzory. Standardní senzory jsou vynikající pro prototypování a důkaz o koncepci projektu (PoC), protože nejsou nákladné. Pokud následně tvarově nevyhoví potřebám aplikace, výrobci mohou designovat tzv. customizované senzory síly, které specifické konstrukční specifikace splní (příklady na obr. 3).