Autor Tema: Capaciflector como sensor de proximidad  (Leído 13371 veces)

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Desconectado gera

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Capaciflector como sensor de proximidad
« en: 22 de Julio de 2011, 11:11:12 »
Hola a todos!! Abro este hilo para compartir mis experiencias durante la construcción de un capaciflector. El tema comenzo en este hilo, donde veiamos una de las posibles tecncias para medir capacidad. Por temas de organizacion, nos trasladamos a este.
Antes de empezar, les quiero comentar que hay muy poca información sobre este tema (al menos en español). Por lo tanto yo tengo tantas dudas como ustedes. La idea de este hilo es compartir mis experiencias, tanto las buenas como las malas. Por lo tanto, lo que voy a escribir a continuación, no está 100% libre de errores.
Bueno, comencemos:

Qué es un capaciflector?
Es sabido que podemos medir la proximidad a un objeto midiendo la capacidad que forma éste con una plancha de un material conductor. Este principio es el que utilizan los teclados/pantallas táctiles. Pero si necesitamos aumentar la distancia de sensado, este método no es eficaz, ya que la distancia requerida para que comience a notarse la variación de capacidad es muy pequeña (algunos mm).
Aquí es donde aparece el capaciflector, que utiliza básicamente el mismo principio, sólo que agrega una pequeña modificación para aumentar el rango de sensado. Se trata de un "reflector" (de ahí el nombre), que hace que las lineas de campo lleguen mucho más lejos, siendo así más sensible. Este "reflector" consiste en otra plancha de material conductor que se coloca al mismo potencial eléctrico que el sensor. De este modo, las líneas de campo se ven obligadas a "salir" del sensor, como se muestra en la imagen:



La capacidad del sensor se verá afectada ante cualquier objeto con una constante dieléctrica distinta a la del aire, que penetre en el campo eléctrico.
Esta clase de sensores tiene aplicaciones en robótica, donde el robot debe evitar colisionar con objetos cercanos, y en dispositivos de estacionamiento asistido que miden la proximidad de nuestro vehículo con otro.

Cómo se hace la medición
Existen muchas formas de medir capacidad. Una de las más sencillas es construyendo un oscilador cuya frecuencia varíe en función de la capacidad. El siguiente circuito muestra un oscilador de relajación construido con un amplificador operacional (el de la derecha), y un seguidor de tensión (el de la izquierda) que se utiliza para colocar el reflector al mismo potencial que el sensor.



El período de oscilación aumentará conforme aumente la capacidad del sensor, la cual a su vez aumentará cuando se aproxime un objeto. Por lo tanto, el período es inversamente proporcional a la distancia del objeto (la variación es exponencial).

Construcción del sensor
Los materiales que utilice para construir el sensor son muy faciles de conseguir y baratos, estos son: una bandeja de telgopor, papel aluminio, cola vinilica, y un par de amplificadores operacionales (yo utilicé el LM358N).


Corté tres rectángulos de papel aluminio: uno de 13cm de largo y 6cm de alto que corresponde a la capa GND, otro de 8mm menos (tanto de largo como de alto) q el anterior para el reflector, y por ultimo otro de 8mm menos que el anterior para el sensor.


Luego intenté soldar un cable a cada plancha de aluminio, pero se me hizo muy dificil, el estaño no se adheria al aluminio. Asique lo mejor es perforar el papel con el cable, como si lo cosiéramos.
Después pegué todas las capas con cola vinílica como si fuera un sandwich, colocando las placas de la siguiente manera:
Telgopor - GND - Telgopor - Reflector - Telgopor - Sensor - Telgopor


Y listo!! A probarlo! Armé el oscilador de relajación, conecté todo y me puse a hacer pruebas. En principio funciona, al acercar mi mano se ve una variación en el periodo de oscilación (por lo tanto en la capacidad). Pero esta variación comienza a notarse cuando acerco mi mano a unos 5cm del sensor y no me convence. Los sensores de estacionamiento asistido tienen un alcance de 1 metro aproximadamente (aunque la superficie de estos son mucho mayores ya que se colocan detrás del parachoques)


Como ven en el segundo video, el aparato sólo es sensible en una de sus caras, ya que las líneas de campo son reflejadas en un solo sentido.
Calculo que puedo mejorar la distancia de sensado aumentando la superficie de las capas, probando con distintos materiales y formas.

Bueno, hasta aquí llego por hoy porque tengo q estudiar jeje. Después les cuento como me fue en las pruebas sucesivas.
Espero que les sea útil y a ver si alguien se anima a construir uno y experimentar :wink:
Saludos!!
« Última modificación: 22 de Julio de 2011, 11:20:10 por gera »

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Desconectado Nocturno

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #1 en: 22 de Julio de 2011, 11:32:32 »
Me suscribo al hilo. Gracias por la info, Gera.

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #2 en: 22 de Julio de 2011, 11:55:55 »
Me suscribo al hilo. Gracias por la info, Gera.

++; 

 :D
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Desconectado Suky

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #3 en: 22 de Julio de 2011, 11:57:41 »
Lindo proyecto! Felicidades por el logro  :)


Saludos!
No contesto mensajes privados, las consultas en el foro

Desconectado gera

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #4 en: 23 de Julio de 2011, 00:03:32 »
Continuando con las pruebas, se me ocurrió una forma muy sencilla y práctica para hacer experimentos: colocar las láminas de aluminio entre las páginas de una guía telefónica. De este modo puedo hacer pruebas con láminas de distintas dimensiones y a distintas distancias de separación de forma muy rápida sin tener que andar pegando y soldando. Asique ya no tienen excusa para no hacer sus propias pruebas!! jaja :D


Luego de muuuuchas pruebas, noté que la señal del oscilador es mucho más estable si las láminas tienen una distancia de separación relativamente grande, entre 5mm y 15mm (obvio q esto depende del dieléctrico, en este caso papel). A distancias menores, la señal comienza a tornarse ruidosa, y a mayores distancias disminuye la sensibilidad del sensor. También la sensibilidad aumenta si el área del reflector es bastante más grande que la del sensor (un poco menos del doble).
Les pongo otro mini video de una de las últimas pruebas:

Como ven, ahora la señal está linealizada. Esto lo hice sabiendo que la capacidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Por lo tanto para encontrar la distancia hacemos:
    d=k*sqrt(1/T)
Donde d es la distancia, k es una constante, y T es el período de oscilación. Aunque aplicar esta fórmula hace que para valores pequeños de T (distancias mayores), la resolución disminuya. En realidad la resolución es la misma, pero como la señal se amplifica, empezamos a notar "escalones" en la misma.
También se puede ver que por lo general, la distancia máxima de sensado es comparable con el tamaño del sensor. Si esto es cierto, explicaría por qué los sensores utilizados para estacionamiento asistido tienen tan buen alcance, teniendo en cuenta que el tamaño del sensor es del ancho del vehículo.

Por el momento esto es todo. Saludos!!

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Desconectado MLO__

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #5 en: 23 de Julio de 2011, 00:16:34 »
Muy bueno, si señor. Sigo el hilo amigo gera.

Saludos
El papel lo aguanta todo

Desconectado Nocturno

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #6 en: 23 de Julio de 2011, 01:25:18 »
Magnífico, Gera, enhorabuena.

¿A qué te refieres con esos sensores de aparcamiento asistido?

Desconectado samshiel_pic

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #7 en: 23 de Julio de 2011, 02:48:17 »
Será lo que implementan algunos coches actuales como el Ford Focus y el Nissan Micra que supuestamente aparcan solos.

Desconectado gera

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #8 en: 23 de Julio de 2011, 11:06:36 »
Muchas gracias por los buenos comentarios :)

Será lo que implementan algunos coches actuales como el Ford Focus y el Nissan Micra que supuestamente aparcan solos.
No exactamente. Me refiero a esos sistemas que te avisan qué tan cerca estás de un vehículo próximo.


Fijense que el rango de este sensor es de aproximadamente medio metro.

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Desconectado Tisco

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #9 en: 23 de Julio de 2011, 11:46:10 »
Los de los coches son por ultrasonidos, y llevan varios sensores independientes para no tener zonas muertas en las mediciones. Normalmente son 6 sensores dispuestos en las defensas, si te fijas veras como una especie de botones incrustados en las mismas.

Desconectado rivale

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #10 en: 23 de Julio de 2011, 12:53:51 »
Los de los coches son por ultrasonidos, y llevan varios sensores independientes para no tener zonas muertas en las mediciones. Normalmente son 6 sensores dispuestos en las defensas, si te fijas veras como una especie de botones incrustados en las mismas.

yo tengo entendido lo mismo, estos son ultrasonicos, pero valdria la pena ver si se puede mejorar con un capaciflector, en tu ultimo video ya tienes una muy buena distancia de sensado, y en un area relativamente pequeña

gera, una pregunta, a que frecuencia estas enviando los datos a graficar en tu programa?.
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Desconectado Nocturno

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #11 en: 23 de Julio de 2011, 13:48:37 »
Pero un capaciflector probablemente no serviría para detectar un árbol, una bici, un poste o un bolardo; con el ultrasonidos está garantizado.

Desconectado groundman

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #12 en: 23 de Julio de 2011, 16:06:56 »
supongo que el capaciflector funciona gracias a la caracteristica de derivacion a tierra.un cuerpo conductor como puede ser nuestra propia mano,si funciona.
pero me parece que si lo acercaramos a un cuerpo no conductor.no tendriamos medicion.
un coche mojado puede que si funcione.
pero si esta a pleno sol.y sin humedad en el ambiente,no creo que funcione.o se pierda mucha sensibilidad.
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Desconectado rivale

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #13 en: 23 de Julio de 2011, 16:15:08 »
se supone que funcina en base a la interrupcion de algun objeto en su campo, cualquier objeto que se acerque va a variar la frecuencia de respuesta del capaciflector.

en teoria es capaz de detectar cualquier objeto, pero la sensibilidad dependera del material del objeto.
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Desconectado gera

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Re: Capaciflector como sensor de proximidad
« Respuesta #14 en: 23 de Julio de 2011, 21:18:22 »
Como bien dice el amigo rivale, cualquier objeto, conductor o no conductor, altera el campo eléctrico, por lo tanto es sensado. Recuerden que el principio es distinto al de formar un capacitor entre una placa conductora y el objeto sensado (siendo este la masa). Aca el capacitor se forma entre el sensor y un plano de masa, y las lineas de campo son desviadas para que los objetos se "metan" en medio del capacitor y cambien su capacidad.

Los de los coches son por ultrasonidos, y llevan varios sensores independientes para no tener zonas muertas en las mediciones. Normalmente son 6 sensores dispuestos en las defensas, si te fijas veras como una especie de botones incrustados en las mismas.
Si, muchos de estos sensores son ultrasonicos, pero tambien los hay capacitivos utilizando este principio. Vean este sitio: http://www.parkingdynamics.co.uk/
Fijense que sensa arboles, postes, etc..

Saludos!!

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