电容式传感器论文：基于FPC1011C电容式传感器指纹识别系统设计

合集下载

电容式指纹传感器FPC1011C的指纹识别系统

引言
指纹识别系统是日常生活中常见的一种识别方式, 其广泛应用于门禁、考勤和其他安防领域。本指纹识别系统, 采用双供电方式, 既可与电脑联机使用, 也可作为便携式设备使用。作为便携式时, 大约可存储 300~ 500 枚指纹, 同时系统有着很高的识别率。
指纹识别系统应用范围大、精度高、可以实时快速对指纹进行采集, 注册匹配, 广泛应用于安防领域中。
自动电源切换电路采用凌特公司的 L T C4414[4] , 电路如图 3 所示。LT C4414 通过控制 2 个 P 沟道 M OSFET , 实现一种用于电源切换的近似理想二极管的功能, 从而实现两个电源的高效/ 或0 操作。FDS6975 是一款双 P 沟道 M O SFET 芯片。
图 3 电源电池自动转换电路电平转换使用 LM 1085- 3. 3 V[ 5] 和 LM 1085- A DJ 可调输出电压, 输出电压 V OUT = 1. 25 @ ( 1 + R2 / R1 ) 。为产生 1. 6 V 电压, 使 R2 = 38. 3 8 , R1 = 110 8 , 电路如图 4 所示。
55 2010 年第 7 期 M icrocontrollers & Em bedded Syst ems
应用天地 APPLICAT ION NO T ES
1. 3 电源模块
电源模块由两部分构成, 分别是电源电池自动转换模块和 DC/ DC 电平转换模块。转换模块使系统在掉电的情况下可以自动转到电池供电, 使系统正常运行。 DC/ DC 电平转换为 DSP 外设提供 3. 3 V 电压, 为内核提供 1. 6 V 电压。

电容感应式指纹传感器工作原理和性能分析

电容感应式指纹传感器工作原理和性能分析交通运输1101 陈强 3110405027摘要：本文首先通过查找相关传感器历史资料，回顾了指纹传感器技术的发展历史。

从发展早期，现如今和未来三个角度分别介绍了指纹传感器技术的原理，发展过程和未来前景。

与此同时通过查阅相关文献资料和技术论文，详细解释了指纹传感器的工作原理，并着重介绍了目前几种现实生活中常见的传感器，如光学指纹传感器和半导体指纹传感器，在对两种传感器进行原理性剖析的基础上,通过列举现实生活中同型号不同产品的半导体指纹传感器，对传感器的主要性能参数进行对比研究，指出了它们的优缺点和应用情况。

最后，通过了解苹果公司最新发布的iPhone5s产品中新加入的指纹解锁技术，在阅读其专利图和技术使用说明的基础上，研究分析了实现该项功能所使用传感器的原理和技术细节，并对这一新鲜技术的未来产品中的运用做评估和预测。

1.引言：指纹是手指表面皮肤凸凹不平形成的纹路，由多种嵴状图形构成。

指纹特征即手指表面嵴和沟组成平滑纹理模式，其随机性很强。

研究表明：指纹特征具有唯一性、稳定性特点，据此可实现身份识别。

指纹表面积较小，且存在磨损，获取优质指纹图像较困难。

指纹传感器是获取指纹图像的专用器件,在自动指纹识别系统中起着关键作用。

本文回顾了指纹传感器技术的发展历史,并介绍了目前几种常见的传感器,在进行原理性剖析的基础上,指出了它们的优缺点和应用情况。

1.1. 早期:早期的指纹图像采集主要运用油墨按印等物理方式,如果油墨及纸张质量有问题,或按压压力不均,或按压位置、方向差异,或手指损伤、变形等,都会导致采集的指纹图像质量不理想,进而影响该技术应用。

为克服物理方式的缺点,发展光学传感器、半导体传感器、超声波传感器等对获取高质量指纹图像提供了良好的技术保障,具有很好实用价值。

同时,更先进的指纹图像传感器亦在研发,目的是获得足够的指纹细节,并使指纹图像达到较高分辨力,提高指纹识别准确性、可靠性。

基于电容式感应的手势识别系统设计

基于电容式感应的手势识别系统设计发布时间：2023-02-20T03:48:53.050Z 来源：《科学与技术》2022年19期作者：王展[导读] 目前，电容感应的手势识别系统闯入人们视野，因为这样的系统相对硬件要求小，而且功耗小，对环境光强不敏感，只需要手放在上面，便可通过电容传感实现识别解锁，这样的设计方案不仅大大的提高了工作效率，更为人们生活提供了方便，而且节约成本，减少成本输出，还遵循了绿色环保发展的特点。

王展天地（常州）自动化股份有限公司江苏常州 213000摘要：随着我国经济的不断发展、科技的不断进步，越来越多的高新科技产业融入人们的生活，给人们的生活带来了极大的帮助，不仅提高了人们的生活质量，还让人们的生活越来越简单便利。

手势识别系统就是一个全新的高新科技，为人们解锁开锁等方面提供了不少的便利，在传统的手势识别装置中，往往会需要大量的复杂的设备进行计算，从而增加手势识别系统生产成本，所以想要提高性价比，增加人们方便程度，就有团队不断改良手势识别系统。

目前，电容感应的手势识别系统闯入人们视野，因为这样的系统相对硬件要求小，而且功耗小，对环境光强不敏感，只需要手放在上面，便可通过电容传感实现识别解锁，这样的设计方案不仅大大的提高了工作效率，更为人们生活提供了方便，而且节约成本，减少成本输出，还遵循了绿色环保发展的特点。

本文主要对系统的硬件与软件设计进行了解说和分析，最后根据设计内容进行系统测试，将测试结果传达给各位，希望对有关部门有所帮助。

关键字：电容；感应；手势识别；系统设计引言：在目前的社会为了给操作者更加舒适的体验感，手势识别系统开始从二维向三维展开，让手势识别系统更加立体化、全面化，让手势识别系统更加完整化、稳定化、安全化。

这样不仅可以提高手势识别的安全性，更可以节省复杂步骤、方便快捷。

目前的社会上比较流行的手势识别方案主要是计算机视觉手势识别，这样的视觉效果可以通过肤色、手势分割、特征提取等判断手势进行分析，并针对皮肤内质进行体感测试，收集人体骨骼信息得出结果。

FPC1011C在指纹识别模块中的应用

FPC1011C在指纹识别模块中的应用引言生物识别技术，尤其是指纹识别技术，是近年来身份识别和认证领域内发展很迅速的一门新兴技术。

随着科技水平的不断提高，身份验证对于系统安全来说越来越重要，指纹的唯一性、终身不变性、难于伪造的特点，使它在身份识别和认证领域以及安全性能要求较高的行业中得到广泛应用。

指纹识别模块是集指纹图像的采集、识别以及身份验证结果的显示为一体，软硬件相结合的系统。

本文设计了一种基于DSP处理器和FPC 1011C电容式指纹传感器的嵌入式指纹识别模块，具有高性能、低功耗等特点。

1 FPC1011C的工作原理和性能特点 FPC101lC是瑞典FingerPrint Cards公司推出的电容式指纹传感器。

它利用了该公司的反射式探测技术(普通电容式指纹传感器采用的一般是直接式探测技术)，使指纹传感器的表面保护层厚度可以达到普通电容式指纹传感器的100倍左右，因此能够使指纹传感器具有更高的对干湿手指的适用性和更长的使用寿命。

2 硬件设计本文设计的指纹识别模块是由DSP、FPC1O11C、16MB的SDRAM和2 MB的NOR Flash、RS232接口，以及电源转换电路等组成。

系统结构框图。

其中，DSP选用的是ADSF-BF531型数字信号处理器。

它是由ADI和Intel公司合作，针对音频和视频信号的编解码、手持设备和移动通信设备而研发的16位定点处理器。

2．1 工作原理用户通过PC端软件发送命令给指纹识别模块，由电容式指纹传感器FPC1011C采集用户的指纹。

DSP通过SPI接口读取来自传感器的指纹图像，并将指纹图像存储到SDRAM中。

DSP运用指纹识别核心算法对图像进行运算，将运算出来的特征点和存储在Flash中的特征点进行比对，再通过指纹识别模块将比对结果输出至PC端显示比对结果。

2. 2 指纹传感器部分的硬件设计 DSP通过SPI口读取FPC1011C的指纹图像，并通过PF 口来控制片选控制信号。

指纹传感器 FPC 1011F

FPC指纹传感器介绍：指纹解决方案最重要的地核心部位就是---指纹传感器，传感器是整个系统优劣的基础。

大部分半导体传感器实际使用性能不稳定，传感器性能的主要因素是能否保证每次都取得稳定的指纹图象，一般的半导体传感器采用直接测量法，直接探测手指信号（电场，电容）由于直接探测的信号很微弱，甚至探测不到，所以造成无法稳定取得指纹图象，也就无法分析识别指纹。

瑞典FINGERPRINT CARDS AB（简称FPC）采取了独创的反射式测量法，就象回声原理一样，我们发出的声音越大，回声就越大，这就实现了增强探测信号。

保证取得稳定清晰的指纹图象，由于探测信号增强就带来了另一个好处，芯片表面的保护膜可以做得更厚（比同类厚10-25倍），拥有更厚的保护层这就意味着有更强，耐磨性（>100万次）和抗静电（大于15KV）甚至可达20KV，反之因为直接测量法探测到的信号本来就微弱，所以芯片表面的保护膜就无法做得很厚，抗静电性和耐磨性就无法达到实际需求。

瑞典FPC在日本，美国，欧洲都取得了技术专利，关于FPC指纹传感器独特的反射式测量法FPC的信号通过的路径:如下：信号主动从金属外框两边发射---探测指纹信号---穿过保护层---被接收指纹信号.仅一次信号穿过保护层,减少了信号因传递而减弱，信号再经独立的晶圆体放大后经过内部的A/D转换，从而输出高质量的数字指纹图像。

反射式测量法不仅提高了传感器的信号检测性能，不受保护层厚度增加而影响，并有效防止用户直接接触内部CMOS电路，造成损坏。

FPC指纹传感器特点：一、抗静电：大于15千伏，达到国际4 IEC 61000-4-2 标准二|、耐磨性：超过100万次，三|、采集图像清晰：初次采集图像，到100万次后采集图像依然清晰初次图像 100万次图像四、识别指纹时间短；五、高速的 SPI接口；六、环境湿度：0%到95%七、具有363dpi的分辨率；八、低功耗，3.3V或 2.5V的工作电压，7mA 工作电流，；九、符合国际标准高品质FR4材质；十、内置A/D转换，从而输出高质量的数字三维指纹图像；十一、活体指纹识别，探测真皮层，对干湿手指具有良好适应性；十二、8位模数转换器，可以方便与低成本接头接入系统中；十三、耐高低温：通常适用温度-20°～+85°，储存温度-40°～+85°；十四、一种全新的基于Certus传感器平台的领先级电容式指纹传感器，非电感、电压式；瑞典FPC目前是全世界唯一一家，专业只从事指纹传感器和处理器核心技术研发者，其他类似生产厂商，指纹传感器只是他们产品中的其中一项。

基于单片机的电容式指纹识别系统电路设计

78科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信息技术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.19.078基于单片机的电容式指纹识别系统电路设计①王晓芳(大连职业技术学院辽宁大连 116037)摘要：本文主要探讨一种基于STC89C51单片机的电容式指纹识别系统电路的设计。

在深入研究ATK-AS608指纹识别模块的基础上，对整体系统的硬件电路进行设计，主要包括外部晶振电路、电源电路、复位电路、液晶显示电路和指纹识别电路等模块。

搭建硬件电路平台，通过上位机编程控制，能够采集到指纹信息，并通过串口通过传递给指纹模块。

通过对指纹模块的控制，实现指纹的录入和识别。

该系统的传输速度高、精确度好，而且制造成本低，能够满足家庭或小型办公室对指纹识别的需求。

实验结果表明，该系统硬件电路设计的有效性和可行性。

关键词：STC89C51单片机串口通信指纹识别中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)07(a)-0078-02①作者简介：王晓芳（1973—），女，辽宁大连人，研究生，副教授，研究方向：电子电路设计。

在众多的用于身份验证的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最方便、可靠、非侵害和价格便宜的解决方案，对于广大市场的应用有着很大的潜力。

随着各主流手机厂商对指纹识别技术的搭载普及化，在可预见的未来，指纹识别将成为智能移动设备的标配，利用指纹的便捷性和安全性来进行移动应用的安全认证，从而提升客户体验，将是大势所趋。

为了满足家庭或小型办公对指纹识别的需求。

本文在研究ATK-AS608指纹识别模块的基础上，针对电容式指纹识别的问题，从应用角度出发，对硬件电路进行了设计并进行分析研究。

1 ATK-AS608指纹识别模块ATK-AS608指纹识别模块是ALIENTEK推出的一款高性能的光学指纹识别模块，如图1所示。

电容式传感器论文

电容式传感器湖南工业大学科技学院电气0801班23号刘超摘要：电子技术的发展，解决了电容式传感器存在的许多技术问题，使电容式传感器不但广泛应用于精确测量位移、厚度、角度、振动等物理量，还应用于测量力、压力、差压、流量、成分、液位等参数，在自动检测与控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。

Abstract：The development of electronic technology, capacitive sensor existence solve many of the technical problem, make capacitive sensor not only widely used in accurate measurement of the displacement, thickness, Angle, vibration, etc, also used in measuring physical force, stress and pressure, flow, composition, liquid level, the parameters such as in the automatic detection and control system is also often used to as position signal generator。

1 电容式传感器的工作原理和结构形式1.1电容式传感器的工作原理电容式传感器是一个具有可变参量的电容器，将被测非电量变化成为电容量。

多数情况下，电容式传感器是指以空气为介质的两个平行金属极板组成的可变电容器。

由两平行极板组成一个电容器，若忽略其边缘效应，则它的电容量可用下式表示C= єS/δ= є0єr S/δ式中 S ——极板相互遮盖面积（m2）；δ——两平行板间距离（m）；єr ——极板间介质的相对介电常数；电容式传感器结构є0 ——真空的介电常数（8.85×10－12F/m）。

基于STM32与FPC1011F的嵌入式指纹采集存储仪设计

基于STM32与FPC1011F的嵌入式指纹采集存储仪设计∗李多;叶桦【摘要】针对指纹识别算法研究、指纹库原始数据采集等实际需求,设计了一种嵌入式指纹采集存储仪。

本系统选用STM32F103RCT6作为主控制器,通过SPI接口操作指纹传感器FPC1011F实现指纹采集；通过移植嵌入式文件系统FatFS,使得采集的指纹能够以BMP格式存储于SD卡中,从而可以使用计算机直接浏览或处理；通过触摸屏实现了图形用户界面,提供了指纹浏览、添加和删除等管理功能。

对样机测试实验结果表明：本系统具有性价比高、采集速度快、图像质量高、存储容量大、界面友好、操作简单等特点,较好的满足了实际应用对于指纹采集和存储的需求。

%According to practical requirements in research of fingerprint recognition algorithm or raw data collection of fingerprint database, the design of an embedded fingerprint collection and storage device is introduced. STM32F103RCT6 is chosen as the microprocessor,which controls the fingerprint sensor FPC1011F through SPI in-terface to collect fingerprints. Besides,an embedded file system FatFS is ported to STM32 so the collected finger-prints are saved as BMP in SD card, making it easier to browse and process fingerprints directly on computers. What’s more,a friendly GUI is implemented using the touch screen,offering practical management functions such as browse addition and removal of fingerprints. The experimental results verify the low cost,fast collection speed,high image quality,abundant storage capacity and user-friendly GUI of the prototype developed,which satisfies the appli-cation needs for fingerprints.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P362-367)【关键词】嵌入式系统;指纹采集存储;STM32;FPC1011F指纹传感器;FatFS文件系统;SD卡【作者】李多;叶桦【作者单位】东南大学自动化学院，南京210096;东南大学自动化学院，南京210096; 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室，南京210096【正文语种】中文【中图分类】TP368.1随着微电子技术和传感器技术的发展，生物识别系统越来越广泛的应用于如门禁考勤、身份认证以及安全防恐等领域。

基于指纹传感器FPC1011C的智能安全访问控制系统设计

基于指纹传感器FPC1011C的智能安全访问控制系统设计摘要本文阐述了基于指纹传感器FPC -1011C智能设计的访问控制系统。

本设计采用TMS320VC5510A和S3C2410作为系统处理器。

指纹采集模块和无线报警模块设计分别采用指纹传感器FPC1011C和GPRS模块SIM100。

整个系统通过消息和GPRS-Internet在GSM / GPRS 网络实现无线报警。

为了实现简单而高效的实时系统，μC-Linux系统移植也得到应用。

关键词:指纹传感器、门禁控制系统、ARM、无线报警1.背景一般来说,传统的指纹门禁系统时基于计算机和单片机。

因其的高成本，计算机平台是不易搬运，对于单片机的平台那是更加困难,甚至是不可能的，它无法完成如，数据处理能力和存储容量的约束。

电路的无线警报是脆弱，安全系数低下同时维修成本很高;介于特殊网络的无线网络报警成本太高。

所有这些因素都阻碍着指纹的访问控制系统的发展。

该设计采用ARM+ DSP微处理器和先进性FPC1011C指纹传感器,同时采用GPRS无线\ GSM 网络报警。

在指纹门禁系统中,如果采用DSP微处理器缺乏控制，同时，采用ARM微处理器的话处理能力低下。

因而一个吸引人的做法是将ARM和DSP结合构建一个更完善的框架结合指纹访问控制平台。

指纹传感器FPC1011C因其采用反射检测技术同时适用于干、湿手指。

作为一个覆盖面广公众网络，GPRS / GSM支持实时传输,降低运行成本、短信服务与互联网[3]。

所以可广泛应用无线报警中的访问控制系统。

2.系统规则系统的原则是如图1所示。

该系统从指纹设备获取指纹信息。

然后它将被送到DSP处理器,在那里将指纹特征进行处理，并将有效的特征提取出来。

在ARM处理器中,特征将被记录到数据库或作为目标数据的触发事件:如果指纹的特征和一些样品到数据库匹配,即访问许可,否则将有报警[4]。

其中,报警器分为本地警报和无线网络的人。

本地报警包括声音和灯光。

基于FPC1 0 11 F的指纹识别系统

基于FPC1 0 11 F 的指纹识别系统1 指纹识别原理1684 年，植物形态学家Grew 发表了第一篇研究指纹的科学论文。

1809 年Bewick 把自己的指纹作为商标。

1823 年解剖学家Purkije将指纹分为九类。

1880 年，Faulds 在《自然》杂志提倡将指纹用于识别罪犯。

1891 年Galton 提出著名的高尔顿分类系统。

之后，英国、美国、德国等的警察部门先后采用指纹鉴别法作为身份鉴定的主要方法。

目前的指纹图像采集原理包括：光学技术、半导体硅技术、超声波技术。

其中光学的指纹采集设备有明显的优点。

但是由于要求足够长的光程，因此要求足够大的尺寸，而且过分干燥和过分油腻的手指也将使光学指纹产品的效果变坏。

在20 世纪90 年代后期发展起来的基于半导体硅电容效应的技术趋于成熟。

硅传感器成为电容的一个极板，手指则是另一极板，利用手指纹线的脊和谷相对于平滑的硅传感器之间的电容差，形成8 bit 的灰度图像。

硅技术优点是可以在较小的表面上获得比光学技术更好的图像质量，在1 cm×1．5 cm 的表面上获得200～300 线的分辨率(较小的表面也导致成本的下降和能被集成到更小的设备中)。

2 FPC1011F 指纹传感器FPC1011F 指纹传感器具有以下特点：(1)FPC1011F 芯片产自瑞典，采用独特的反射式测量法，抗静电可达正负15 kV，耐磨100万次，已被国内金融界公认为银行指定零件。

(2)采用专业的指纹识别芯片PS1802DSP 和最优化的指纹算法，指纹成像效果好。

(3)处理速度快，峰值能达到480MIPS，在1：1 000 模式下，时间小于1 s。

(4)功耗较同类产品低，正常工作主频120 MHz 下，只有120 mW。

(5)模块体积为35 mm×26mm×1mm，便于各种指纹产品的开发。

(6)对干湿手指有自动调节功能。

3 系统硬件设计整个系统如图1 所示。

(完整word版)指纹识别毕业设计

基于飞思卡尔X128的指纹采集识别系统目录1、摘要…………………………………………………………………。

.。

12、方案论证 (2)3、方案说明………..。

..。

.。

...……………………………………………。

24、硬件方案设计………………………………………………………….。

.. 35、软件方案设计..................................................................。

(5)6、调试 (12)7、技术小结（结束语)…………………………………………………。

.。

138、参考文献 (14)9、附录(源程序代码、电路图等）…………………………………………...。

..。

.。

..。

15摘要人的指纹具备唯一性、终身不变性、易获取和难以复制等特点，使得指纹识别很早就成为身份识别中的一种技术手段。

随着科学技术的发展，指纹识别已经成为目前最为实用、应用最为广泛的生物识别技术，指纹识别技术已经在金融、医疗、公安、门禁系统等领域得到了广泛的应用.人们注意到，指纹在图案、断点和交叉点上是唯一的。

根据这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来。

这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术,指纹识别是生物识别技术的一种.本文所设计的指纹识别系统由指纹图像采集、指纹图像预处理、指纹特征提取、指纹特征匹配、特征数据库等几部分组成。

由于指纹采集模块较贵,此处采用美国AuthenTec公司的AF—S2指纹传感器,首先由指纹采集设备采集到指纹图像并用16位的飞思卡尔X128单片机进行图像处理，转化为数字图像,然后对指纹数字图像进行预处理,再通过图像增强、分割、平滑、细化等处理过程得到便于指纹特征提取的数字图像.最后将提取到的特征与特征数据库中的特征数据进行匹配，并将识别结果送入STC89C52单片机中进行显示。

关键字指纹采集，AF-S2指纹传感器，图像处理，STC89C52单片机1方案论证指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。

电容式传感器的发展及应用报告、论文(电子系完整版

电容式传感器应用与发展姓名（系09级自动化专业，0905075015）摘要：随着传感器不断的发展与成熟，电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，在农业、工业等领域的发展作出突出贡献。

电容式传感器作为一项前途广阔的新型技术，日益受到人们的重视。

关键词：电容传感器粮食水分液位前景0 引言电容传感技术投入应用已长达一个世纪，它具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，具有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性。

1电容式传感器的应用1.1电容式传感器在农业上的应用在农业生产中，长期以来，粮食水分检测一直依靠手搓、嘴咬、眼观为主要的判别方法，人为影响很大。

但是国家在粮食收购过程中开始推行收购统一化、标准化，其中就包括粮食水分检测的标准化，因此设计一套粮食水分快速检测仪是十分必要的。

传统的电烘箱恒重法是利用电阻炉加热并根据失去的质量来测量粮食的含水量，因此可以实现粮食水分的在线测量，并可以作为其它水分仪标定的标准装置。

但它是一种间歇式的测量装置，测量周期较长，大约需要.40S，不能实现对粮食水分的连续测量，不利于提高控制指标。

在研究了粮食的导电浴盆效应的基础上提出了用电容式传感器测量粮食的水分。

这种方法把粮食作为电介质，通过测量粮食的介电常数来测量粮食的含水量。

由于用电容式传感器测量电容时，在电容两端还有一个并联的电导成分，因此总的变化是由电容（C）与电导（G）的比值来反映的，又由于C/G 的值与相角有确定的函数关系，因此只要测量出相角的值即可以测量出水分的含量。

用这种方法设计出的测量装置结构简单、成本低，并可以连续的在线测量。

在设计中采用电容式传感器作为测量器件。

该传感器是根据变介质型电容式传感器设计的。

被测粮食放入电容式传感器两极板间时，由于粮食的含水量不同，从而使电容式传感器的相对介电常数发生变化，即引起了电容值变化。

电容式传感器的设计与性能分析

电容式传感器的设计与性能分析电容式传感器是现代传感技术中最常见的一种。

它利用电容变化来检测物理量，如变形、重量、形状和温度等。

电容式传感器具有精度高、稳定性好、反应速度快和体积小等优点，因此在机械、电子、化工、航空、军事等多个领域得到广泛应用。

本文将介绍电容式传感器的设计和性能分析。

一、电容式传感器的基本原理电容式传感器的基本元件是由两个电极组成的电容器，当该电容器受到外力的作用时，其形状、大小和介电常数等物理量都会发生变化，进而改变电容值。

根据电容变化量和外力参数之间的关系，可以计算出外力参数的数值。

因此，电容式传感器是一种将机械量转换成电信号的传感器。

二、电容式传感器的设计电容式传感器的设计需要考虑多个因素，包括传感元件的形状、大小、材料、结构和电容测量电路的设计等。

下面将分别从这些方面进行介绍。

1. 传感元件的形状和大小传感元件的形状和大小直接影响传感器的测量精度和灵敏度。

一般情况下，传感元件的形状为圆形或矩形，大小在数毫米到数百毫米之间。

在设计时，需要考虑传感元件与被测物理量之间的匹配关系，以及传感元件与测量环境之间的适应性。

此外，传感元件的厚度也需要考虑，厚度过大会影响灵敏度，而厚度过薄则会影响结构的稳定性。

2. 传感元件的材料和结构传感元件的材料和结构对其灵敏度、精度和稳定性等性能也有很大影响。

常见的材料包括金属、陶瓷、聚合物等，而结构则有硬膜式、软膜式、刚性式和柔性式等多种。

在选择材料和结构时，需要考虑其特性匹配、热膨胀系数、老化和腐蚀等因素，以确保传感器的长期稳定性。

3. 测量电路的设计测量电路是电容式传感器的核心组成部分，其设计直接影响传感器的灵敏度、精度和可靠性等性能。

测量电路一般由电容测量器、信号放大器和滤波器等组成。

其中，电容测量器通常采用交流电桥电路或数字电容计测量电容值，信号放大器则用于放大电容变化引起的电压信号，滤波器则用于滤除杂声和干扰等。

三、电容式传感器的性能分析电容式传感器的性能可以从灵敏度、精度、响应速度和稳定性等多个方面来考虑。

电容式触觉传感器信号检测系统的设计_孙一心

Fig． 4
图 4 传感器单个触元的坐标系 Coordinate system of single tactile element of the sensor array
中都存在较大的寄生电容，所以上述方法只能求得单个触元电容的近似解．
2 信号检测系统的设计
2. 1 阵列触元的等效模型图 5 所示为本文所用的电容式触觉传感器的等效
电容式触觉传感器信号检测系统的设计
孙一心，钟莹，王向鸿，李醒飞
（精密测试技术及仪器国家重点实验室（天津大学），天津 300072）
摘要：信号检测系统对电容式触觉传感器的分辨力、稳定性和信噪比都有重要影响．设计了一种基于 PCap01 电
容数字转换芯片的电容式触觉传感器的信号检测系统，采用 FPGA 控制多路开关选通电容式触觉传感器的触觉单
元并进行阵列式扫描，通过 SPI 通信读取 PCap01 的测量结果后通过 USB 通信将数据传输给上位机，在上位机中以
三维柱状图和曲面图动态显示电容式触觉传感器表面的受力情况，系统的采样速率可达 15 帧 / 秒．实验结果表明，
设计的信号检测系统可以满足电容式触觉传感器的需求，通过采集的数据可以获取电容式触觉传感器表面的受力
Fig． 3
图 3 电容式触觉传感器实物照片 Photograph of the designed capacitive tactile sensor array
·30·
纳米技术与精密工程
第 13 卷第 1 期
1. 2 传感器的理论分析当传感器表面触点受力时，上电极层发生形变，且
形变量与厚度相比不能忽略，所以本文使用大挠度理论［14］建立物理模型，进行传感器电容输出值与受力输入值的理论分析．首先对传感器的单个触元建立如图 4 所示的坐标系．

电容传感器论文

自动检测技术论文论文名称：电容传感器的应用与发展系别班级：组员姓名：指导老师：摘要电子技术的发展，解决了电容式传感器存在的许多技术问题，使电容式传感器不但广泛应用于精确测量位移、厚度、角度、振动等物理量，还应用于测量力、压力、差压、流量、成分、液位等参数，在自动检测与控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。

关键字：传感器测量应用引言：用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。

通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量（如位移、力、速度等）转换成电容变化的传感器称为电容传感器。

从能量转换的角度而言，电容变换器为无源变换器，需要将所测的力学量转换成电压或电流后进行放大和处理。

力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的量；这些量又都是通过长度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。

另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，如果要求测量极小距离或位移时要有较高的分辨率，其他传感器很难做到实现高分辨率要求。

1电容传感器的工作原理电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化。

因此电容式传感器的基本工作原理可以用图1所示的平板电容器来说明。

当忽略边缘效应时．平板电容器的电容为d Ad AC r 0εεε==图1 平板电容器A ——极板面积；d ——极板间距离；r ε——相对介电常数；0ε——真空介电常数11201085.8--⨯=Fm ε；ε——电容极板介质的介电常数。

由上式可知，当d 、A 和r ε中的某一项或某几项有变化时，就改变了电容C 。

C 的变化，在交流工作时，就改变了容抗C X ，从而使输出电压或电流变化。

d 和A 的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映弹力、压力等变化；r ε的变化，则可反映液面的高度、材料的温度等的变化。

电容传感与指纹识别

电容传感和指纹识别摘要：生物识别技术是基于人的生物特征进行个体识别的一项认证技术，现在主要有虹膜，视网膜，声音，人脸识别和指纹识别。

其中指纹识别是生物识别技术中最为成熟的技术。

它的稳定性，鉴别的唯一性，一直都被视为身份鉴别的可靠手段之一。

本文章就当下比较流行的基于电容传感技术的指纹识别进行介绍并进行讨论。

关键字：电容传感技术，指纹识别。

Capacitance sensor and fingerprint recognition01081441 KaiDuAbstract：Biometric technology is based on the biological characteristics of human individual identification of a certification, and now there are iris, retina, voice, face recognition and fingerprint recognition. One fingerprint biometric technology is the most mature technology. Its stability, identification of unique, has long been regarded as a reliable means of identification. This article will introduces and discusses the more popular current capacitive fingerprint sensor technology .keywords：fingerprint biometric technology，fingerprint recognition0 引言随着社会的进步，我们认识到信息的保密越来越重要。

【系统】基于电容感应触摸式传感器设计

【关键字】系统基于电容感应触摸式传感器的设计摘要：电容感应防疲劳安全驾驶系统采用先进的电容感应触摸式传感器，通过微处理器判断驾驶员的注意力集中程度，通过音乐系统播放不同类型的音乐刺激司机，缓解驾驶员的压力，使其集中注意力。

关键词：电容感应触摸式传感器The design of capacitance sensor touch sensorsAbstract: capacitive sensing anti fatigue safe driving system adopts advanced capacitive sensing touch sensor, through the microprocessor to determine the driver's attention degree, played by music system of different types of music stimulate driver, alleviate the pressure of the driver, make its focus.Keywords: capacitive sensing touch sensors1引言随着社会经济的发展，商用长途货物运输车越来越多，随着人们生活水平提高，私家轿车数量与日俱增。

注意力不集中是许多司机经常遇到的一个问题，注意力分散的司机对驾驶环境的识别缓慢，产生相应驾驶操作需要较长的时间，这样带来较高的行车危险性。

防疲劳安全驾驶系统设计基于电容感应触摸式传感器设计，旨在使注意力分散驾驶的司机能随时通过系统发觉自己的驾驶状态，通过此系统刺激驾驶员集中注意力，降低道路伤害对国家社会经济造成的损害。

自主创新是当今社会的另一大主题。

防疲劳安全驾驶系统采用先进的电容感应触摸式传感器，通过微处理器判断驾驶员的注意力集中程度，通过音乐系统播放不同类型的音乐或语音来刺激警示司机，缓解驾驶员的压力，使其集中注意力。