用于确定保护感测电容式传感器中的感测阻抗的方法技术

一种用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，所述传感器可操作地包括连接至感测节点的导电感测电极、连接至保护节点的导电保护电极、周期性保护电压源以及控制和评估电路。所述方法包括以下步骤：a.向保护电极提供周期性保护电压；b.使用参考周期性电压源经由具有预定值Zref的参考阻抗向所述感测节点依次提供一定数量的具有幅值Vrefi的不同周期性参考电压；c.针对每一所提供的参考电压，确定与通过所述电流测量电路施加至所述感测节点的电流的相应幅值Imi对应的值；d.确定使用所述参考周期性电压源提供给所述感测节点的感测参考电压Vs的幅值，所述幅值将导致通过所述控制和评估电路施加的电流具有零幅值；e.参考在步骤d中确定的感测参考电压Vs、周期性保护电压Vg和参考阻抗Zref来计算所述感测节点的未知感测阻抗Zx。

A Method for Determining Sensing Impedance in Protective Sensing Capacitive Sensors

A method for determining the sensing impedance of a protective sensing capacitive sensor operating in a loading mode is described. The sensor operatively comprises conductive sensing electrodes connected to the sensing node, conductive protection electrodes connected to the protective node, periodic protection voltage sources and control and evaluation circuits. The method comprises the following steps: a. Providing periodic protection voltage to the protection electrode; B. Providing a certain number of different periodic reference voltages with amplitude Vrefi to the sensing node sequentially by using a reference periodic voltage source via a reference impedance with a predetermined value Zref; C. Determining and applying the current measurement circuit to the inductance for each reference voltage provided; The corresponding magnitude Imi corresponding to the current of the measuring node; D. Determine the magnitude of the sensed reference voltage Vs supplied to the sensing node using the reference periodic voltage source, which will cause the current applied through the control and evaluation circuit to have a zero magnitude; E. Calculate with reference to the sensed reference voltage Vs, the periodic protection voltage Vg and the reference impedance Zref determined in step D. The unknown sensing impedance Zx of the sensing node.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定保护感测电容式传感器中的感测阻抗的方法
本专利技术总体上涉及用于确定保护感测电容式传感器中的感测阻抗的电容式感测电路的领域。更具体而言，本专利技术涉及用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法。
技术介绍
现在，电容式感测在高科技领域很常用。例如，在机动车当中，电容式感测电路经常被安装到乘客检测系统中，以控制诸如气囊或安全带预紧器的安全装置的触发。现在，使用运行在加载模式下的被称为保护感测电容式电路的电容式感测电路是很常见的。术语“加载模式”用于描述用于实施无接触三维位置测量，更具体而言用于结合电极检测人体的存在和/或位置的电场感测的概念。所述检测是由电流的测量结果推导出的，所述电流是从电极或发射器板通过人体拉向地的电流。这一概念有别于作为另外两种常见的电容式感测模式的“分流模式”和“发射模式”。有关不同的电容式感测工作模式的进一步解释，请参考技术文献“ElectricFieldSensingforGraphicalInterfaces”,J.R.Smith,PublishedinComputerGraphicsI/ODevices,IssueMay/June1998,pages58-60。如本领域公知的，保护感测电容式传感器包括连接至感测节点的感测电极以及连接至保护节点的保护电极。所述传感器进一步包括连接至保护节点的用于在操作中向保护节点提供具有预定幅值的保护电压的周期性电压源。所述传感器进一步包括连接至所述感测节点和所述保护节点的控制和评估电路。所述控制和评估电路被配置为在操作中通过向感测节点注入对应于经由所要确定的未知感测阻抗从感测电极汲取的电流的电流而使感测电极保持在与保护电极相同的电势上。因而，两个电极之间的空间没有电场，并且感测电极变得对沿保护电极方向处于任何位置的身体不敏感。应当理解，在本申请的语境下，我们采用了常用的理论近似来断言感测电极和保护电极被保持在相同的电势上，并且所述两个电极之间的空间没有电场。在下文的描述当中将采用这种近似。所述控制和评估电路被配置为确定其正在向感测节点注入的电流并发出输出信号，所述指示信号指示向感测节点注入的电流并且因而指示所要确定的感测阻抗。为了执行这些任务，所述控制和评估电路通常包括跨阻放大器和模数转换器。跨阻放大器的负输入端和正输入端被分别连接至感测节点和保护节点。跨阻放大器的输出信号与所述放大器向其负输入端注入的电流成比例，从而保持其输入端之间的电势差等于零。所述模数转换器通常连接至所述放大器的输出端。所述保护感测电容式感测电路的优点在于具有方向性并且能够在不受非电解质周围物体干扰的情况下检测人体。然而，所述测量电路通常使用不理想的部件，从而在感测阻抗的确定当中引发不可忽视的错误，这样的错误在低阻抗上可能是非常关键的。一般而言，感测阻抗的确定方面的错误与各种未知阻抗相关联，所述未知阻抗的主要来源是感测到保护阻抗。应当理解，保护感测阻抗是保护节点和感测节点之间的阻抗。保护感测阻抗在下文中又被称为寄生阻抗。本领域有已知的解决方案用来通过抑制电容式测量电路中的寄生阻抗的影响测量时变非理想器件阻抗。例如，专利文献US4481464描述了一种改善非理想电容式测量电路中的阻抗测量的解决方案。所述电路包括具有脉冲发生器、正弦波发生器的输入部分，并且执行解调，从而分离测得信号的对应于寄生阻抗的干扰分量。然而，这样的解决方案仅适用于运行在耦合模式下的电容式感测系统，并不适用于本专利技术涉及的加载模式测量。因此，本专利技术的目的在于提出一种用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，所述方法与现有技术相比将改善传感器的测量。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法而克服了上文讨论的缺陷和不足。所述传感器包括连接至感测节点的导电感测电极、连接至保护节点的导电保护电极、用于向保护节点提供具有幅值Vg的周期性保护电压的周期性保护电压源以及操作连接至所述感测节点和所述保护节点的控制和评估电路。在本专利技术的语境下，除非另行明确表述，否则电流或电压的术语“幅值”是指所述电流或电压的复数幅值。所述控制和评估电路被配置为在操作中通过向所述感测节点施加电流而使所述感测节点和所述保护节点之间的电势差保持为零，并且确定对应于施加至所述感测节点的所述电流的幅值的值。所述方法包括以下步骤：a.使用所述周期性保护电压源提供周期性保护电压；b.使用参考周期性电压源经由具有预定值Zref的参考阻抗向所述感测节点依次提供具有幅值Vrefi的n个不同周期性参考电压，其中，i和n是正的自然数，并且1≤i≤n，其中n≥2；c.针对所提供的具有幅值Vrefi的参考电压中的每一个，确定对应于所述电流测量电路向所述感测节点施加的电流的相应幅值Imi的值；d.确定使用所述参考周期性电压源提供给所述感测节点的感测参考电压Vs的幅值，所述幅值将引起所述控制和评估电路施加的电流具有零幅值；e.参考在步骤d中确定的感测参考电压Vs、周期性保护电压Vg和参考阻抗Zref来计算所述感测电极的未知感测阻抗Zx。根据本专利技术的方法提供了一种在不受保护感测阻抗的影响的情况下确定感测电极的未知阻抗的方式。实际上，对未知感测阻抗的计算是通过虚拟地考虑控制和评估电路向感测电极施加具有零幅值的电流而做出的。这意味着，由于理论近似的原因，本专利技术的目标在于在没有电流流经保护节点和感测节点之间的寄生保护感测阻抗并因此从确定结果中消除保护节点和感测节点之间的保护感测阻抗的虚拟情况下确定所述未知阻抗。根据本专利技术的优选实施例，步骤e包括使用下述公式参考在步骤d中确定的感测参考电压来计算所述感测电极的未知感测阻抗Zx的步骤：这一公式采用了这样的电路简化，即，在施加Vs的虚拟操作点上，控制和评估电路施加至感测节点的电流具有基本上等于零的幅值。所述公式仅结合了预定值。在实施例中，步骤d包括使用下述公式通过内插计算感测参考电压Vs的幅值的步骤：其中，Vref1和Vref2是所述参考周期性电压源提供的两个不同参考电压，Im1和Im2分别是针对所提供的电压Vref1和Vref2所述感测测量电路向所述感测节点施加的电流的幅值。相应地，能够利用两次测量中的最小值确定感测参考电压Vs，所述两次测量与具有较大误差范围的典型现有技术阻抗测量相比只多了一次测量。测量结果的速度是一项重要特征，因为所测得的阻抗是时变的。在实施例中，步骤d包括利用控制环调整所述参考电压Vrefi的值，直到达到使得所述感测测量电路施加至所述感测节点的电流的幅值基本为零的感测参考电压Vs为止的步骤。为了减小用于确定所述感测参考电压的每次测量所表现出的误差范围，本专利技术的实施例采用了控制环，所述控制环对感测参考电压Vs加以调整，直到达到预定误差范围为止。控制环减慢了传感器的反应，但是提高了最终感测阻抗测量结果的灵敏度。根据本专利技术的控制环被配置为平衡感测阻抗测量的反应度和灵敏度，以提供最优化的测量结果。优选地，本专利技术的步骤d包括下述步骤：使用下述公式通过内插计算感测参考电压Vsc的幅值：其中，Vref1和Vref2是所述参考周期性电压源提供的两个不同参考电压，Im1和Im2分别是针对所提供的电压Vref1和Vref本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，所述传感器包括连接至感测节点的导电感测电极、连接至保护节点的导电保护电极、用于向所述保护节点提供具有幅值Vg的周期性保护电压的周期性保护电压源以及操作连接至所述感测节点和所述保护节点的控制和评估电路，所述控制和评估电路被配置为通过向所述感测节点施加电流而使所述感测节点和所述保护节点之间的电势差保持为零，并且确定与施加至所述感测节点的所述电流的幅值对应的值，所述方法包括以下步骤：a.使用所述周期性保护电压源提供周期性保护电压；b.使用参考周期性电压源经由具有预定值Zref的参考阻抗向所述感测节点依次提供具有幅值Vrefi的n个不同周期性参考电压，其中，i和n是正的自然数，并且1≤i≤n，其中n≥2；c.针对所提供的具有幅值Vrefi的参考电压中的每一个，确定与通过所述控制和评估电路施加至所述感测节点的电流的相应幅值Imi对应的值；d.确定使用所述参考周期性电压源提供给所述感测节点的感测参考电压Vs的幅值，所述幅值将导致通过所述控制和评估电路施加的电流具有零幅值；e.参考在步骤d中确定的所述感测参考电压Vs、所述周期性保护电压Vg和所述参考阻抗Zref来计算所述感测电极的未知感测阻抗Zx。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.14 LU 932111.一种用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，所述传感器包括连接至感测节点的导电感测电极、连接至保护节点的导电保护电极、用于向所述保护节点提供具有幅值Vg的周期性保护电压的周期性保护电压源以及操作连接至所述感测节点和所述保护节点的控制和评估电路，所述控制和评估电路被配置为通过向所述感测节点施加电流而使所述感测节点和所述保护节点之间的电势差保持为零，并且确定与施加至所述感测节点的所述电流的幅值对应的值，所述方法包括以下步骤：a.使用所述周期性保护电压源提供周期性保护电压；b.使用参考周期性电压源经由具有预定值Zref的参考阻抗向所述感测节点依次提供具有幅值Vrefi的n个不同周期性参考电压，其中，i和n是正的自然数，并且1≤i≤n，其中n≥2；c.针对所提供的具有幅值Vrefi的参考电压中的每一个，确定与通过所述控制和评估电路施加至所述感测节点的电流的相应幅值Imi对应的值；d.确定使用所述参考周期性电压源提供给所述感测节点的感测参考电压Vs的幅值，所述幅值将导致通过所述控制和评估电路施加的电流具有零幅值；e.参考在步骤d中确定的所述感测参考电压Vs、所述周期性保护电压Vg和所述参考阻抗Zref来计算所述感测电极的未知感测阻抗Zx。2.根据权利要求1所述的用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，其中，步骤e包括使用下述公式参考在步骤d中确定的所述感测参考电压来计算所述感测电极的未知感测阻抗Zx的步骤：3.根据权利要求1或2所述的用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，其中，步骤d包括使用下述公式通过内插来计算所述感测参考电压Vs的幅值的步骤：其中，Vref1和Vref2是通过所述参考周期性电压源提供的两个不同参考电压，Im1和Im2分别是针对所提供的电压Vref1和Vref2通过所述感测测量电路施加至所述感测节点的电流的幅值。4.根据权利要求1到3中的任一项所述的用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，其中，步骤d包括利用控制环调整所述参考电压Vrefi的值直到达到所述感测参考电压Vs的步骤，其中，对于所述感测参考电压Vs而言，通过所述感测测量电路施加至所述感测节点的所述电流的幅值基本为零。5.根据权利要求1或2所述的用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的方法，其中，步骤d包括以下步骤：使用以下公式通过内插来计算所述感测参考电压Vsc的幅值：其中，Vref1和Vref2是通过所述参考周期性电压源提供的两个不同参考电压，Im1和Im2分别是针对所提供的电压Vref1和Vref2通过所述感测测量电路施加至所述感测节点的电流；并且从所计算的感测参考电压Vsc的幅值开始，利用控制环调整所述参考电压的值，直到达到改善的感测参考电压Vs为止，针对所述改善的感测参考电压Vs，通过所述感测测量电路施加至所述感测节点的所述电流的幅值的测量结果基本为零。6.一种用于确定运行在加载模式下的保护感测电容式传感器的感测阻抗的阻抗测量电路，所述传感器包括连接至感测节点的导电感测电极、连接至保护节点的导电保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·拉梅施，
申请(专利权)人：IEE国际电子工程股份公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU