Error analysis and characterization of piezoresistive array touch sensors

Abstract

Numerous investigations and academic studies employ piezoresistive types of sensors. One of the main foundations of this thesis is to contribute to the literature by making a detailed error analysis and by proposing a new error reduction. In this thesis, piezoresistive touch sensors are designed and manufactured from scratch in accordance with the working principle of commercially available sensors. This thesis examines two different sensor configurations for single-touch applications. On these sensors, three different loads are tested statically with the same 61 test points located on the sensor, a single load at a time, and their Center of Pressure results are examined and compared to each other. As a result, it is observed that the 7x7 sensor array gives more successful results than the 5x5 sensor array at the same test points. Kadane's algorithm is introduced and implemented in experiments aimed to reduce the error values. As a result, success is achieved. Furthermore, with another proposed method, circle fitting, the centers of the theoretical circle formed by measurements are found, and it is examined whether the sensor measurements were considered as homogeneous. In other words, in each case, the levels of decentralization did not vary much. Finally, the multivariate linear regression method is examined through the system equations obtained from the randomly selected measurement points. It is seen that both the sensor outputs of the other points on the system can be predicted and the error metrics on the system can be reduced.

Çok sayıda araştırma ve akademik çalışma, piezorezistif sensör türlerini içermektedir. Bu tezin temel dayanaklarından biri, detaylı bir hata analizi yaparak ve yeni bir hata azaltma önerisinde bulunarak literatüre katkıda bulunmaktır. Bu tezde, piezorezistif dokunmatik sensörler, piyasada bulunan sensörlerin çalışma prensibine uygun olarak sıfırdan tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu tez, tek dokunuşlu uygulamalar için iki farklı sensör konfigürasyonunu incelemektedir. Bu sensörlerde, sensör üzerinde bulunan aynı 61 test noktası, bir seferde tek bir yük olmak üzere toplamda üç farklı yük altında statik olarak test edilmiş, bu noktaların basınç merkezi sonuçları incelenmiş ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak 7x7 sensör dizisinin aynı test noktalarında 5x5 sensör dizisinden daha başarılı sonuçlar verdiği gözlemlenmektedir. Kadane algoritması, sensörlerdeki hata değerlerini azaltma amacıyla deney verilerine uygulanmıştır. Sonuç olarak, başarı elde edilmiştir ve hataların azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca önerilen bir başka yöntem olan daire uydurma ile ölçümlerle oluşan teorik çemberin merkezleri bulunarak sensör ölçümlerinin homojen olarak kabul edilip edilmediği incelenir. Başka bir deyişle, her durumda, merkezden kaçıklık seviyelerinin çok fazla değişmediği deneyimlenmiştir. Son olarak, rastgele seçilen ölçüm noktalarından elde edilen sistem denklemleri üzerinden çok değişkenli doğrusal regresyon yöntemi incelenmiştir. Hem sistem üzerindeki diğer noktaların sensör çıkışlarının tahmin edilebildiği hem de sistem üzerindeki hata metriklerinin azaltılabildiği görülmektedir.