Ich weiß, dass dies die allgemeine Weisheit ist und dass hier jemand eine ähnliche Frage gestellt hat: Wie kann ein kapazitiver Touchscreen ohne menschlichen Kontakt ausgelöst werden?
Ich habe jedoch die Schlussfolgerung nicht ganz verstanden, dass durch einfaches Erden von z. B. einer Karotte oder eines Stifts oder durch Anschließen an eine leitfähige Platte der Touchscreen aktiviert werden kann. Ist die Idee, dass der Boden oder die leitende Platte genug Strom in der Umgebung aufnehmen, dass sie als Ersatz für einen Menschen dienen können?
In diesem Zusammenhang hielt ich einen Stift durch viele Schichten eines zusammengeklappten, dicken Wollpullovers und konnte den Touchscreen immer noch aktivieren. Wurde das elektrische Signal meines Körpers definitiv durch den Pullover geleitet?
Entschuldigung, wenn meine Frage etwas unwissend klingt. Ich bin kein Elektriker, aber ich verstehe die Grundlagen der elektrischen Schaltung und wie Kondensatoren funktionieren. Der kapazitive Touchscreen des iPhones scheint mir dennoch eine Art Black Box zu sein.
Danke euch allen. Basierend auf Ihren Antworten und meiner Lektüre der von @gbarry referenzierten Fragen und Antworten ist mein Verständnis dafür jetzt fast vollständig. Es gibt noch folgende Fragen, bei denen ich mir nicht sicher bin:
Es scheint also ein sehr häufiges Missverständnis zu sein, dass es das elektrische Signal (Strom) eines Körpers ist, das erforderlich ist, um insbesondere den iPhone-Touchcren zu aktivieren. Vielmehr wird von den Elektroden der Touchscreen-Schaltung entweder eine Isolierung oder eine kapazitive Kopplung erfasst , aber angeblich keine Leitfähigkeit. Da ich Isolation und Leitfähigkeit immer als gleichwertig angesehen habe, könnte jemand dies vielleicht für mich klären, während er beleuchtet, ob dies hier mit "kapazitiver Kopplung" gemeint ist oder nicht?
Ich habe verstanden, dass eine große Oberfläche oft eine wichtige Determinante für die kapazitive Kopplung ist. Ist dies der einzige Grund, warum vorgeschlagen wird, den Kontaktkörper zu erden, oder ist dies aus einem anderen Grund erforderlich, z. B. um den vom iPhone initiierten "Stromkreis zu schließen"?
Ich werde das Kopfgeld gerne an jeden vergeben, der diese Fragen auf eine Weise beantworten kann, die ich verstehen kann! Danke nochmal.
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Antworten:
Der Grund, warum der Stift selbst durch Wollschichten gearbeitet hat, hängt mit der Art der Kapazität zusammen: Es geht nicht um die Leitung (außer an den Elektroden selbst), sondern um die Isolierung zwischen den Platten: Wolle ist ungefähr so gut wie trocken Luft, wenn sie nicht mit Metallfasern gewebt ist.
Die Art und Weise, wie kapazitive Touchscreens normalerweise funktionieren, besteht darin, dass sie die Kapazitätsänderung erfassen, die auftritt, wenn sich ein geerdeter Körper - im Wesentlichen jeder große leitende Körper wie ein Mensch - der Oberflächenelektrode nähert (r). Durch die Verwendung eines Metallstifts wird dieser "geerdete Körper" näher gebracht, nur die Wolle dazwischen.
Diese Kapazitätsänderung kann auf verschiedene Arten gemessen werden. Ein üblicher Ansatz besteht darin, ein Hochfrequenzsignal zwischen der Erfassungselektrode und der eigenen Masseebene des Geräts mit Luft (oder Glas oder einem anderen Material) als Dielektrikum zwischen diesen beiden "Elektroden" zu injizieren. Jeder andere Leiter, der in die Nähe kommt, ändert das dielektrische Muster (dh das Isolationsmuster), wodurch sich die Kapazität und damit das vom Kondensator über die native Kapazität gezeigte Lastmuster ändert.
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TL; DR: Die Erdung ist nicht unbedingt wichtig, damit Touchscreens funktionieren. Es beeinflusst jedoch einige Sensoren.
Ich denke, es sind einige Grundlagen erforderlich, um dies vollständig zu beantworten. Offensichtlich hat ein kapazitiver Touchscreen etwas mit Kapazität zu tun. Es erkennt Objekte durch die Änderung der Kapazität, die sie ermöglichen. Das Interessante ist nun: Welche Kapazität ändert sich genau und wie wird diese Kapazität vom Gerät gemessen?
Hier gibt es verschiedene Einstellungen. Ich werde mich für die entscheiden, die ich am besten kenne: die gegenseitig projizierte Kapazität, die auch für den iPhone-Touchscreen verwendet wird. Dieser Sensortyp verwendet eine Leitermatrix, die die transparente Oberfläche (normalerweise Glas mit geätzter und bedruckter Oberfläche) kreuz und quer durchquert und so Kreuzungen bildet. An diesen Kreuzungen wird keine elektrische Verbindung im Sinne eines niedrigen Widerstands hergestellt, aber die Leiter sind sehr nahe beieinander und bilden somit die Platten eines Kondensators mit dem Dielektrikum zwischen und um sie herum. In dieser Hinsicht ist das "um sie herum" auch die Luft vor dem Glas. Wenn sich Ihr Finger vor dem Glas befindet, ersetzt er somit einen Teil des Dielektrikums dieser kleinen Kondensatoren. Ihr Finger und auch Ihre Wolle haben eine andere Dielektrizitätskonstante (dies ist nur ein Vergleich, wie stark die Ladungen im Material auf äußere elektrische Felder reagieren) als Luft. Die Kapazität ist abhängig von der Dielektrizitätskonstante der Materialien in und um die Platten (in diesem Fall sind die Platten die geätzten, sich kreuzenden Linien auf der Rückseite des Glases). Auch Materialien im Bereich eines hohen elektrischen Feldes (näher am Schnittpunkt) sind wichtiger. Alles, was wir tun müssen, um zu wissen, wie nahe ein Finger oder ein Stück Wolle (die beide stärker auf elektrische Felder reagieren als Luft) an unserem Schnittpunkt liegt, ist, die Kapazität zwischen diesen Linien zu messen und diese mit der Kapazität zu vergleichen wir wissen aus dem Fall "nur Luft vor dem Glas". Die Kapazität ist abhängig von der Dielektrizitätskonstante der Materialien in und um die Platten (in diesem Fall sind die Platten die geätzten, sich kreuzenden Linien auf der Rückseite des Glases). Auch Materialien im Bereich eines hohen elektrischen Feldes (näher am Schnittpunkt) sind wichtiger. Alles, was wir tun müssen, um zu wissen, wie nahe ein Finger oder ein Stück Wolle (die beide stärker auf elektrische Felder reagieren als Luft) an unserem Schnittpunkt liegt, ist, die Kapazität zwischen diesen Linien zu messen und diese mit der Kapazität zu vergleichen wir wissen aus dem Fall "nur Luft vor dem Glas". Die Kapazität ist abhängig von der Dielektrizitätskonstante der Materialien in und um die Platten (in diesem Fall sind die Platten die geätzten, sich kreuzenden Linien auf der Rückseite des Glases). Auch Materialien im Bereich eines hohen elektrischen Feldes (näher am Schnittpunkt) sind wichtiger. Alles, was wir tun müssen, um zu wissen, wie nahe ein Finger oder ein Stück Wolle (die beide stärker auf elektrische Felder reagieren als Luft) an unserem Schnittpunkt liegt, ist, die Kapazität zwischen diesen Linien zu messen und diese mit der Kapazität zu vergleichen wir wissen aus dem Fall "nur Luft vor dem Glas". Auch Materialien im Bereich eines hohen elektrischen Feldes (näher am Schnittpunkt) sind wichtiger. Alles, was wir tun müssen, um zu wissen, wie nahe ein Finger oder ein Stück Wolle (die beide stärker auf elektrische Felder reagieren als Luft) an unserem Schnittpunkt liegt, ist, die Kapazität zwischen diesen Linien zu messen und diese mit der Kapazität zu vergleichen wir wissen aus dem Fall "nur Luft vor dem Glas". Auch Materialien im Bereich eines hohen elektrischen Feldes (näher am Schnittpunkt) sind wichtiger. Alles, was wir tun müssen, um zu wissen, wie nahe ein Finger oder ein Stück Wolle (die beide stärker auf elektrische Felder reagieren als Luft) an unserem Schnittpunkt liegt, ist, die Kapazität zwischen diesen Linien zu messen und diese mit der Kapazität zu vergleichen wir wissen aus dem Fall "nur Luft vor dem Glas".
Wie messen wir die Kapazität? In der Schule habe ich gelernt, die Kapazität zu messen, indem ich den Kondensator mit einer bekannten Gleichspannung und einem Widerstand aufgeladen und die Zeit gemessen habe, die benötigt wird, um eine bestimmte Spannung an den Klemmen zu erreichen. Diese Methode wird obliviously nicht für diesen Fall geeignet , da es erfordern würde , genau messen viele von sehr kleinen Zeitintervallen, da die Kapazität der Kreuzung recht klein ist.
Wir verwenden also einen anderen Ansatz: Wir legen einfach eine Wechselspannung an die Kondensatoren an - 3 V bei 100 kHz oder so - und messen den Strom, der anscheinend durch den Kondensator fließt. Der gemessene Strom ist offensichtlich keine Nettoladung der Ladung, da keine galvanische Verbindung zwischen den Anschlüssen des kleinen Kondensators besteht. Es ist nur die Bewegung dorthin und das Fort der elastisch gebundenen Ladungen im Dielektrikum (stellen Sie sich vor, die einzelnen Elektronen bewegen sich 100000 Mal pro Sekunde einen halben Mikrometer in eine Richtung und zurück, das ist der "Strom", von dem wir hier sprechen). Dieser Strom nimmt mit zunehmender Dielektrizitätskonstante der umgebenden Materialien zu. Wenn Sie also Ihren Finger in Richtung einer dieser Kreuzungen bewegen, steigt der Strom, der anscheinend durch die Kreuzung fließt.
edit: Was ich zuerst vergessen habe ist, dass dies auch mit Leitern bis zu einem bestimmten Punkt funktioniert und nicht nur mit Dielektrika. Dies liegt daran, dass Sie durch Ersetzen von Luft durch einen Leiter "den Spalt schließen" und damit auch die Kapazität zwischen den Platten ein wenig erhöhen, obwohl der Leiter nicht einmal zwischen den kapazitiven Leitungen liegt. Sie können dies mit einem Löffelgriff zwischen zwei Plastikobjekten testen: Wenn die Außenseite des Löffels nahe genug an den Touchscreen heranreicht, erhalten Sie auch ein Berührungssignal.
Dies erklärt immer noch nicht das bisschen über die Erdung. Ihr Finger muss nicht geerdet sein, um diesen Stromanstieg zu bewirken. Wenn es jedoch geerdet ist, kann der Anstieg des Stroms etwas höher sein als erwartet, da eine zusätzliche Verbindung für den Strom hergestellt wird. Die Elektronen in Ihrem Finger werden nicht nur durch das von den Matrixlinien emittierte elektrische Feld beeinflusst, sondern auch durch das von Ihrem Körper selbst emittierte Feld. Wenn Sie das Gehäuse des Touchscreens berühren, erweitert die Leitfähigkeit Ihres Körpers das Feld des Gehäuses bis zu Ihrer Fingerspitze. Somit wird ein zusätzlicher Weg für den Wechselstrom durch Ihren Körper gebildet. Die Bedeutung dieses zusätzlichen Stroms wird stark vom Design des Sensors beeinflusst. Einige Sensoren reagieren möglicherweise nicht anders, wenn Sie mit dem Gehäuse in Kontakt kommen, als wenn Sie es nicht berühren. Ich habe gerade den kapazitiven Sensor eines Toshiba-Touchpads getestet und für dieses ist es ein und dasselbe Wetter, bei dem ich die stumpf gewordene Karotte, die ich für den Test verwendet habe, von meiner Hand isoliert habe oder nicht. Daher ist die Erdung in diesem Fall nicht wichtig. Bei Touchscreens und -pads muss jedoch noch ein anderer Effekt berücksichtigt werden: die Anzahl der von einem Objekt betroffenen Matrixkreuzungen. Die meisten kapazitiven Berührungssensoren signalisieren keine Berührung, wenn nur eine Kreuzung einen erhöhten Strom zeigt, oder tun dies nur, wenn der Strom viel höher als normal ist. Dies ist ein Trick, um die Fehlertoleranz des Sensors zu erhöhen, damit nicht jedes kleine Stück Schmutz oder Feuchtigkeitstropfen als Berührung angezeigt wird. Ihr Finger deckt immer mehrere Kreuzungen ab, wenn Sie ihn über den Sensor bewegen. Daher ist es eine gute Idee, nach einem Kreuzungsfleck mit erhöhtem Strom zu suchen, um die genaue Position Ihres Fingers zu ermitteln. Dies erfolgt normalerweise in einer Software oder einem Mikrocontroller, der die Roheingaben aus der Matrix interpretiert. Die Stärke Ihrer Berührung wird normalerweise durch Betrachten des Durchmessers des Pflasters mit Hochstromkreuzungen ermittelt. Dies funktioniert, weil sich Ihr Finger etwas abflacht, wenn Sie ihn gegen die Oberfläche drücken. Ein Stift kann die Drucksignatur simulieren, indem er einen Resonator in ihm abstimmt, wodurch der Strom an einer kleinen Stelle stark erhöht wird. Ich glaube jedoch, dass es unterschiedliche Ansätze für die Stifteingabe gibt. Dies erfolgt normalerweise in einer Software oder einem Mikrocontroller, der die Roheingaben aus der Matrix interpretiert. Die Stärke Ihrer Berührung wird normalerweise durch Betrachten des Durchmessers des Pflasters mit Hochstromkreuzungen ermittelt. Dies funktioniert, weil sich Ihr Finger etwas abflacht, wenn Sie ihn gegen die Oberfläche drücken. Ein Stift kann die Drucksignatur simulieren, indem er einen Resonator in ihm abstimmt, wodurch der Strom an einer kleinen Stelle stark erhöht wird. Ich glaube jedoch, dass es unterschiedliche Ansätze für die Stifteingabe gibt. Dies erfolgt normalerweise in einer Software oder einem Mikrocontroller, der die Roheingaben aus der Matrix interpretiert. Die Stärke Ihrer Berührung wird normalerweise durch Betrachten des Durchmessers des Pflasters mit Hochstromkreuzungen ermittelt. Dies funktioniert, weil sich Ihr Finger etwas abflacht, wenn Sie ihn gegen die Oberfläche drücken. Ein Stift kann die Drucksignatur simulieren, indem er einen Resonator in ihm abstimmt, wodurch der Strom an einer kleinen Stelle stark erhöht wird. Ich glaube jedoch, dass es unterschiedliche Ansätze für die Stifteingabe gibt. das erhöht den Strom an einer kleinen Stelle sehr. Ich glaube jedoch, dass es unterschiedliche Ansätze für die Stifteingabe gibt. das erhöht den Strom an einer kleinen Stelle sehr. Ich glaube jedoch, dass es unterschiedliche Ansätze für die Stifteingabe gibt.
Bitte denken Sie daran, dass viele kapazitive Berührungssensoren mit verschiedenen Systemen arbeiten. Einige unterscheiden sich drastisch von dem, was ich hier beschrieben habe.
Wenn ich etwas nicht gut genug erklärt habe, sag es mir bitte.
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Wolle soll laut diesem Forschungsbuch eine Dielektrizitätskonstante von 1,5 haben, die mit dem Feuchtigkeitsgehalt zunimmt. http://tinyurl.com/nuxvydu (4.5.1). Wolle: Wissenschaft und Technologie, herausgegeben von WS Simpson, Geoff Crawshaw
Es gibt verschiedene Arten von kapazitiven Touchpad-Technologien. Eine beliebte Methode ist die von Analog Devices entwickelte Shunt-Kapazitätsmethode, bei der die Hand / der Körper mit dem Finger durch Streukapazität des Mobilgeräts geerdet werden muss. Wenn ein 100-kHz-Signal die isolierte Matrix von Berührungspunkten durchläuft, wird es durch Berühren dieser Punkte auf Masse umgeleitet, wodurch das Signal auf Masse verringert oder umgeleitet wird. Ältere Technologien beruhten darauf, die Kapazität zwischen den Schichten zu erhöhen, aber den Film niederzudrücken. Diese Methode erfordert einen präzisen Sigma-Delta-ADC zum Messen, führt jedoch zu einer genaueren Berührungsposition mit höherer Empfindlichkeit.
Weitere Details können hier gelesen werden. http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7142.pdf
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