解析概要
静電容量センサでは、電極と被検体との距離や位置関係によって電界分布が変化し、検出感度や容量値に大きな影響を与えます。
本解析例では、自社開発の電磁界解析ソフト「PHOTO‑Series」のうち、電界解析ソフト「PHOTO‑VOLT」を用いて、単一の電極形状を対象に電極位置を変化させた際の静電容量の変化を評価した事例をご紹介します。
電極の移動に伴う電界分布と容量値の変化を解析し、センサの感度特性を把握するための設計検討手法を解説します。
物体の有無を非接触で検出するセンサとして、金属・非金属を検出できる静電容量形近接スイッチがあります。
このセンサは静電容量の変化を電気信号に変換することにより、物体を検出します。
図１−１の概要図を示します。
図１−１．概要図
今回の事例では、接地された検出体(金属)とセンサ内の電極との間の静電容量を解析します。また、検出体から見た電極の相対位置を変化させたときの静電容量の変化を確認します。
使用ソフトウェア：PHOTO-VOLT もしくは VOLTjω
解析条件
図２−１に検出体の中心に電極が配置されたメッシュ図を示します。
図２−１．メッシュ図(空間のメッシュは非表示)
形状の対称性により、２分の１モデルとしました。
電極はΦ25の円板としました。
解析タイプ：３次元電界解析
●入力電位
センサの電極：1[V]
検出体：0[V]
●解析モジュール
電界解析ソフトウェア：PHOTO-VOLT もしくは VOLTjω
解析結果
検出体を基準に電極を移動させて解析していますが、例として移動距離が0mm、30mm、50mmの電位分布及び電界ベクトルの結果図を示します。
![静電容量センサの電位分布[V]のコンター図(位置:0mm)](http://photon-cae.co.jp/analysis_img/volt4/img/Fig3-1.png)
図３−１．電位分布[V](0mm)
![静電容量センサの電界[V/m]のベクトル図(位置:0mm)](http://photon-cae.co.jp/analysis_img/volt4/img/Fig3-2.png)
図３−２．電界ベクトル[V/m](0mm)
![静電容量センサの電位分布[V]のコンター図(位置:30mm)](http://photon-cae.co.jp/analysis_img/volt4/img/Fig3-3.png)
図３−３．電位分布[V](30mm)
![静電容量センサの電界[V/m]のベクトル図(位置:30mm)](http://photon-cae.co.jp/analysis_img/volt4/img/Fig3-4.png)
図３−４．電界ベクトル[V/m](30mm)
![静電容量センサの電位分布[V]のコンター図(位置:50mm)](http://photon-cae.co.jp/analysis_img/volt4/img/Fig3-5.png)
図３−５．電位分布[V](50mm)
![静電容量センサの電界[V/m]のベクトル図(位置:50mm)](http://photon-cae.co.jp/analysis_img/volt4/img/Fig3-6.png)
図３−６．電界ベクトル[V/m](50mm)
図３−７．静電容量と中心からの距離
解析ソフト導入・受託解析のご相談
静電容量センサの感度評価や電極配置の検討でお困りの際は、ぜひご相談ください。
弊社では、自社開発ソフト「PHOTO-Series」の提供に加え、専門エンジニアによる受託解析も承っております。開発元ならではの技術力とサポート体制で、お客様の課題解決を支援いたします。