电容感测装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种电容感测装置，其包括用于响应于在天线电极中引起的交变电压而发射交变电场的天线电极、以及控制和评估电路，所述控制和评估电路被配置为通过将电流注入天线电极来保持交变电压等于交变参考电压并且被配置为测量所述电流。所述控制和评估电路包括具有用于提供数字信号的数字输出端的微控制器、以及低通滤波器，所述低通滤波器操作连接到所述数字输出端以用于通过对数字信号进行低通滤波来产生交变参考电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容感测装置
本专利技术总体上涉及电容感测装置，例如，用于检测坐在车辆座位上的乘员的存在或不存在。
技术介绍
也被称为一些电场传感器或接近传感器的电容传感器或电容感测装置表明如下传感器：其响应于电场上的被感测物(人、人体的一部分、宠物、物体等等)的影响而产生信号。电容传感器总体上包括至少一个天线电极，在传感器运行时，向该天线电极施加振荡电信号并且在天线电极上将电场发射到接近天线电极的空间区域中。传感器包括至少一个感测电极，在该感测电极处，电场上的物体或生物的影响被检测。在一些(所谓的“加载模式”)电容占用传感器中，一个或多个天线电极同时用作感测电极。在这种情况中，测量电路确定响应于施加到一个或多个天线电极的振荡电压而流入该一个或多个天线电极的电流。电压相对于电流的关系在一个或多个天线电极与地之间产生复阻抗。在电容传感器的替代的版本中(“耦合模式”电容传感器)，(多个)发送天线电极和(多个)感测电极相互分隔开。在该情况下，当发送天线电极运行时，测量电路确定在感测电极中感生的电流或电压。在计算机图形I/O装置(ComputerGraphicsI/ODevices)1998年5月/6月期中的第54-60页公布的J.R.Smith的标题为“ElectricFieldSensingforGraphicalInterfaces”的技术文献中解释了不同的电容感测机构。该文献描述了用于做出非接触三维位置测量的电场感测、并且更特别地用于出于向计算机提供三维位置输入的目的而感测人手的位置的概念。在电容感测的一般概念中，作者在其称为“加载模式”、“分流模式”以及“发送模式”的不同的机构之间进行区别，上述模式对应于各种可能的电流路径。在“加载模式”中，振荡电压信号施加到发送电极，其建立到地的振荡电场。待感测物体改变发送电极与地之间的电容。在“分流模式”中，振荡电压信号施加到发送电极，建立了到接收电极的电场，并且测量了在接收电极处感生的位移电流，该位移电流由此被待感测的人体改变。在“发送模式”中，发送电极被放置为与用户身体接触，其随后通过直接电连接或通过电容耦合而变为相对于接收器的发送器。“分流模式”替代地被称为上面提到的“耦合模式”。电容占用感测系统已经被广泛提出，例如，用于控制诸如驾驶员气囊、乘客气囊和/或侧气囊等一个或多个气囊的展开。Jinno等人的美国专利6161070涉及乘客检测系统，其包括安装在汽车中的乘客座位的表面上的单个天线电极。振荡器施加振荡电压信号到该天线电极上，从而在天线电极周围产生微小的电场。Jinno提出了基于流到天线电极的电流的幅值和相位来检测座位中乘客的存在或不存在。Stanley的美国专利6392542教导了电场传感器，其包括可安装在座位内并且操作耦合到感测电路的电极，感测电路施加振荡或脉冲信号到电极，该信号具有对座位潮湿的“最弱响应”的频率。Stanley提出测量流到电极的电流的相位和幅值来检测被占用的或空的座位并且来补偿座位潮湿。其他人有使用座位加热器的加热元件作为电容占用感测系统的天线电极的想法。WO92/17344A1公开了具有导体的电加热车辆座位，其可由位于座位表面的电流通道来加热，其中导体还形成双电极座位占用传感器的一个电极。WO95/13204公开了类似的系统，其中测量连接到加热元件的振荡器的振荡频率以得到车辆座位的占用状态。例如，在US7521940、US2009/0295199和US6703845中公开了座位加热器和电容传感器的更详细的组合。技术问题本专利技术的目的是提供电容感测装置(其可与加热元件结合或不与其结合)，其能够以具有竞争力的价格来制造。该目的是通过如权利要求1所述的电容感测装置来实现的。
技术实现思路
根据本专利技术的第一优选方面，电容感测装置包括用于响应于在天线电极中引起的交变电压而发射交变电场的天线电极、以及控制和评估电路，该控制和评估电路被配置为通过将电流注入天线电极来维持交变电压等于交变参考电压并且被配置为测量该电流。控制和评估电路包括具有用于提供数字信号的数字输出端的微控制器、以及低通滤波器，低通滤波器操作连接到该数字输出端以用于通过对数字信号进行低通滤波来产生交变参考电压。如将要理解的，本专利技术的优点在于控制和评估电路内的用于产生交变参考电压的微控制器的存在。由于当前的电容传感器无论如何通常都包括用于处理测量值和/或与其它装置通信的微控制器，对数字信号进行低通滤波以用于产生大体上正弦的交变参考电压代表现有方案(通常使用有源部件，例如振荡器或具有晶体管和运算放大器的电路)的非常经济有效的替代物。优选地，电容感测装置包括驱动屏蔽电极，其操作连接到低通滤波器以用于施加交变参考电压。驱动屏蔽电极可以尤其使用在天线电极被布置为相对靠近接地表面的应用中。在这种情况下，驱动屏蔽电极可以被布置在天线电极与接地表面之间，因此减小了天线电极与接地表面之间的电容，并且使得电容感测装置对例如由人的手或身体的接近所引起的该电容的较小变化更灵敏。如果天线电极被布置在与控制和评估电路相距某一距离处，电容感测装置优选包括屏蔽电缆，其包括芯导体和围绕芯导体的屏蔽导体，天线电极经由芯导体与控制和评估电路操作连接并且驱动屏蔽电极经由屏蔽导体而操作连接到低通滤波器。屏蔽导体防止天线电极与控制和评估电路之间的线路电容耦合到地，这在其它情况下会感生出取决于线路长度的不期望的测量值偏移。操作连接到数字输出端的低通滤波器优选地包括LC低通滤波器。根据本专利技术的优选实施例，电容感测装置包括可以利用开关来与天线电极并行受控切换的至少一个标准阻抗，开关与至少一个标准阻抗串联布置并且由微控制器控制。控制和评估电路优选地包括互阻抗放大器，互阻抗放大器具有操作连接到天线电极的电流输入端、操作连接到低通滤波器以用于接收交变参考电压的参考电压输入端、以及与电流输入端经由反馈网络而操作连接的输出端。互阻抗放大器优选地被配置用于通过引起流过参考网络并且流入天线电极的电流来防止电流输入端与参考电压输入端之间的电势差，该输出端被配置为输出指示电流的测量电压。微控制器有利地包括测量输入端，并且互阻抗放大器的输出端与测量输入端经由另一个低通滤波器(具有增益)而操作连接，另一个低通滤波器包括偏移校正电路。根据本专利技术的优选实施例，电流输入端经由多路复用器而操作连接到天线电极，多路复用器被配置为将天线电极交替地切换到电流输入端和参考电压输入端。优选地，多路复用器被配置为将天线电极在交变参考电压的第一半周期期间切换到电流输入端并且在交变参考电压的第二半周期期间切换到参考电压输入端。根据本专利技术的优选实施例，第一分流电容器连接在天线电极与互阻抗放大器的参考电压输入端之间并且第二分流电容器连接在参考电压输入端与电路接地之间。如将要理解的，第一和第二分流电容器提供从天线电极到电路接地的绕过互阻抗放大器和微控制器的路径。该路径具有用于注入天线电极的扰动或干扰电流的高频电流分量的低阻抗。根据本专利技术的第二优选方面，电容感测装置包括用于响应于在天线电极中引起的交变电压而发射交变电场的天线电极以及控制和评估电路，控制和评估电路包括互阻抗放大器，其被配置为通过将电流注入到天线电极中来保持交变电压等于参考电压节点上的交变参考电压并且被配置为测量该电流。控制和评估本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容感测装置(10)，包括天线电极，其用于响应于在所述天线电极中引起的交变电压而发射交变电场；控制和评估电路，其被配置为通过将电流注入到所述天线电极来保持所述交变电压等于交变参考电压，并且被配置为测量所述电流；其特征在于，所述控制和评估电路包括：具有用于提供数字信号的数字输出端的微控制器；以及低通滤波器，其操作连接到所述数字输出端以用于通过对所述数字信号进行低通滤波来产生所述交变参考电压，并且所述控制和评估电路包括互阻抗放大器，所述互阻抗放大器具有：操作连接到所述天线电极的电流输入端；参考电压输入端，其操作连接到所述低通滤波器以用于接收所述交变参考电压；以及经由反馈网络与所述电流输入端操作连接的输出端，所述互阻抗放大器被配置为用于通过引起流过所述参考网络并且流入所述天线电极的电流来防止所述电流输入端与所述参考电压输入端之间的电势差，所述输出端被配置为输出指示所述电流的测量电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.09 LU LU921781.一种电容感测装置(10)，包括天线电极，其用于响应于在所述天线电极中引起的交变电压而发射交变电场；控制和评估电路，其被配置为通过将电流注入到所述天线电极来保持所述交变电压等于交变参考电压，并且被配置为测量所述电流；其特征在于，所述控制和评估电路包括：具有用于提供数字信号的数字输出端的微控制器；以及低通滤波器，其操作连接到所述数字输出端以用于通过对所述数字信号进行低通滤波来产生所述交变参考电压，并且所述控制和评估电路包括互阻抗放大器，所述互阻抗放大器具有：操作连接到所述天线电极的电流输入端；参考电压输入端，其操作连接到所述低通滤波器以用于接收所述交变参考电压；以及经由反馈网络与所述电流输入端操作连接的输出端，所述互阻抗放大器被配置为用于通过引起流过参考网络并且流入所述天线电极的电流来防止所述电流输入端与所述参考电压输入端之间的电势差，所述输出端被配置为输出指示所述电流的测量电压。2.如权利要求1所述的电容感测装置，包括驱动屏蔽电极，所述驱动屏蔽电极操作连接到所述低通滤波器以用于施加所述交变参考电压。3.如权利要求2所述的电容感测装置，包括屏蔽电缆，所述屏蔽电缆包括芯导体以及围绕所述芯导体的屏蔽导体，其中所述天线电极经由所述芯导体而与所述控制和评估电路操作连接，并且其中，所述驱动屏蔽电极经由所述屏蔽导体而操作连接到所述低通滤波器。4...

【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