Držitelem patentu FSR technologie je firma Interlink Electronics, která v roce 1985 jako první vyvinula senzor na dále popisované bázi FSR. FSR senzory vyrábí též firma LuSense, divize lucemburské firmy International Electronics & Engineering (IEE).

Struktura samotného senzoru se sestává z :

• Odporové polymerové vrstvy (Resistive Film or FSR Polymer Ink)
• Kontaktních vodičů a plošek (Conduktors)
• případně Distanční vložky

Základem odporového senzoru síly je tedy rezistivní element vyrobený technologií tlustých vodivých polymerových vrstev (Polymer Thick Film - PTF). Vrstva je založena z elektricky vodivých a nevodivých částic o rozměrech řádově zlomky mm. Působením síly na povrchu vrtsvy se částice vzájemně dotýkají, vytvářejí paralelně působící vodivé dráhy (můstky), takže odpor vrstvy s rostocí silou klesá. Výhodou je možnost výroby senzorů v různých tvarech (např. dlouhé proužky) nebo ve velkých senzorových polích.

Kontakní vodiče a plošky vytváří propojení vodičů s rezistivní (odporovou) vrstvou. Mohou být nejrůznějšího tvaru, ale často je využívá tzv. meandru.

Distanční vložka se převážně využívá u senzorů pracujících jako spínače, aby se zvýraznila změna odporu při sepnutí. Bez sepnutí se pak kontakní vodiče vůbec nedotýkají rezistivní vrstvy a odpor senzoru je řádově MΩ, zatímco po sepnutí klesne na hodnotu jednotek kΩ. Vzniká tak tzv. break effect při síle break force (více viz. dále - síla vs. odpor). Naopak snížení tohoto efektu lze provést předepnutím senzoru jeho instalací (přilepením) na vlnitou podložku.

Obr 1. Zjednodušená struktura senzoru

Obr. 2. Základní vrstvy FSR senzoru

Na charakteristiku závisloti odporu na síle lze rozdělit na 2 části. Strmou nelineární část pro nízké síly (hmotnosti), která se vyznačuje téměr skokovou změnou odporu při učité síle tzv. break force a Lineární část vyznačující se pomalým poklesem odporu s roustoucí silou. V prvním případě se oblast break force pohybuje od pro působící hmotnosti 10g až 100g, kdy se změní hodnota odporu z hodnot stovek kΩ na hodnoty okolo 10kΩ.Hodnota hmotnosti je zde závislostí fyzické struktury senzoru (tloušťky senzoru, vlastnostmi substrátu, velikostí, tvarem a mezerou mezi vodivými elementy). Lineární část převodní charalteristiky končí tzv. saturační silou (saturation force). Ten je v uvedeném případě na obrázku 3 až za hranicí 10kg, ale za touto mezí se již odpor s roustoucí silou nesnižuje. Tento saturační bod se pohybuje v závisloti na okolním tlaku. Obvykle maximální tlak okolí, pro který je senzor stále plně funkční, se pohybuje mezi 100 až 200 psi.

Vodivost, převrácená hodnota odporu, a to umožňuje dobrou interpretaci v lineárním měřítku. Příkladem je graf na obrázku 4. Zde je významná téměř ideální lineární závislost vodivosti na působící síle. Toho se dá využít v převodníkách proud-napětí, kde změna proudu je pak též lineární závislost a v případě ideálního převodníku pak i výstupní napětí.

Samotné rozlišení síly je lepší než 0,5 %. Problém, který zamezuje použití senzoru pro obecné přesné měření, je tolerance převodní charakteristiky mezi jednotlivými senzory 15 až 25 % . To je vyznačeno přerušovanými čarami v obrázku 4.

Obr. 4. Typická závislost vodivosti (mS) na síle (v gramech)

Převodník odpor FSR -> napětí Vout (Dělič napětí)

Měření odporu senzoru FSR se zde provádí pomocí nezatíženého děliče napětí. Operační zesilovač OZ je zde zapojen ve forme sledovače napětí a způsobuje oddělení děliče od meřícího zařízení. Tím se realizuje ono nezatížení děliče (na vstupu OZ je vysoký odpor) a převodní charakteristika děliče se pak blíží lenární závislosti. Rezistor RM je volen s ohledem na maximální povolený proud senzorem FSR.

Jako OZ lze volit například LM358, LM324, případně LM355.

Napěťový nastavitelný komparátor / přepínač

Tento jednoduchý obvod je ideální pro aplikace, které vyžadují on/off přepínání při dosažení specifické síly, jako jsou dotykové spínače, linitní přepínače apod. FSR senzor je zde součástí vstupního děliče napětí s rezistorem RM. OZ zesilovač U1 tvoří komparátor, který porovnává napětí na výstupu vstupního děliče s napětím na děliči tvořeném potenciometrem R1. Rezistor R2 vytváří hysterezi. Pro nulovou a malou sílu je výstup Vout roven zápornějšímu pólu napájecího napětí -> off.

Vhodné pro realizaci mohou být například OZ LM358 a LM324 nebo komparátory LM393 a LM339. Rezistory RM a R2 se zdůvodu omezení maximálního proudu senzorem FSR obvykle volí okolo 47kΩ.

Multikanálový FSR digitální interface

Tento princip převodníku vychází z měření doby nabití kondenzátoru přes zvolený rezistor (kanál = pin mikrokontroléru). Výběr měřeného rezistoru se provádí přepnutím příslušného pinu do stavu log.1, zatímco ostatní jsou v log.0. Například se vybere FSR senzor na pinu A3. Měření se odstartuje přepnutím pinu RESET do log.1. Kondenzátor C se nabíjí rychlostí, která je přímo úměrná odporu FSR. Když se C nabije na učitou hodnotu, která přesáhne hranici vstupu INPUT, opět se přepne pin RESET do log.0. Počet tiků časovače pak odpovídá hodnotě odporu FSR. Rezistory Rmax a Rmin jsou určeny pro kalibraci převodníku. Rmax odpovídá maximu rozsahu a Rmin minimu.

Převodník FSR/proud->napětí Vout

Zde převodník lze označit jako převodník proudu na napětí. Proud do zaporné svorky operačního zesilovače je dán podílem Vref / Rfsr. Celé zapojení lze tak označit jako proměnný invertující zesilovač vstupního napětí Vref, kde hodnota zesílení je dána poměrem - RG/Rfsr.

Jako operační zesilovače OZ lze například použít LM358 nebo LM324.

Schmittův klopný obvod / oscilátor

Tento obvod tvoří převodník změny odporu senzoru FSR na změnu frekvence překlápění oscilátoru. Při nulové síle působící na senzor je změtná vazba rozpojena a oscilátor nekmitá. Po doteku senzoru ( působící síle ) začne oscilátor kmitat a s rostoucí silou působící na senzor roste i frekvence kmitů. Rezistor 2MΩ zajistí spolehlivé nekmitání obvodu při nulové působící síle. Paralelní kombinace kondenzátoru 0,47 μF a rezistor 47 kΩ řídí převodní charakteristiku převodníku, zatímco kondenzátor 0,1 μ F určuje základní rezonanční frekvenci oscilátoru.

Jako hlavní součástku - Schmittův klopný obvod lze použít například IO CD401D6, CD4584 nebo 74C14.