用于检测水平的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及用于检测水平的系统。为了使用成本有效的结构来提供增加的灵敏度，本实用新型专利技术公开了一种用于检测容器中物质的水平的系统。根据本申请的一个方面，所述用于检测水平的系统的特征在于包括：具有输入电极和驱动电极的基底；具有电极的容器，所述电极的至少一部分沿着所述容器的高度尺寸延伸，其中所述容器被布置成与所述基底相邻，使得所述电极被容性耦接到所述输入电极或所述驱动电极；以及电路，在所述电极被容性耦接到所述输入电极或所述驱动电极时，所述电路基于所述输入电极和所述驱动电极之间的有效电容来确定所述容器内物质的水平。

【技术实现步骤摘要】
用于检测水平的系统
本公开整体涉及电子换能器，并且更具体地讲，涉及用于检测液体水平的电容传感器。
技术介绍
在过去，半导体工业使用用于检测物理属性的变化并且生成指示这些变化的信号的各种方法和传感器。传感器可用于机械系统、化学系统和生物系统等等。例如，在机械系统中，传感器可用于基于速度、位置、移动、温度、高度等来提供输出信息；在化学系统中，传感器用于提供关于其环境的化学组成的信息；并且在生物系统中，传感器提供关于存在于生物环境中的分析物的信息。在电子工业中，触摸传感器已被用作电子设备(诸如移动电话、便携式音频设备、便携式游戏控制台、电视机和个人计算机)的输入接口。现有静电电容型触摸传感器的示例在TakayasuOtagaki等人于2013年12月31日公布的标题为“ElectrostaticCapacityTypeTouchSensor(静电电容型触摸传感器)”的美国专利8,618,818中有所公开。此类传感器的潜在缺点在于，不同传感器的灵敏度水平可能不同。
技术实现思路
为了使用成本有效的结构来提供增加的灵敏度，公开了用于检测容器中物质的水平的系统。根据本申请的一个方面，提供了用于检测水平的系统，该系统的特征在于包括：具有输入电极和驱动电极的基底；具有电极的容器，该电极的至少一部分沿着容器的高度尺寸延伸，其中容器被布置成与基底相邻，使得电极被容性耦接到输入电极或驱动电极；以及电路，在电极被容性耦接到输入电极或驱动电极时，该电路基于输入电极和驱动电极之间的有效电容来确定容器内物质的水平。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于容器和基底被电介质分开。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于电介质包括覆盖输入电极和驱动电极的保护层，或者分开容器和基底的间隙中的空气。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于容器被布置成与基底相邻以将电极容性耦接到输入电极。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于：容器还具有第二电极，第二电极的至少一部分沿着容器的高度尺寸延伸；并且容器被布置成与基底相邻以将电极容性耦接到输入电极，并且将第二电极容性耦接到驱动电极。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于容器内的物质包括流体、凝胶或粉末。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于基底包括印刷电路板(PCB)、金属板、碳板或氧化铟锡(ITO)板。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于电极位于容器内。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于电极的至少一部分沿着容器的内表面延伸。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于电极的至少一部分沿着容器的外表面延伸。在一个实施方案中，用于检测水平的系统的特征在于电极的至少一部分从容器的底部延伸到至少靠近容器的顶部。附图说明通过阅读以下结合附图的详细描述将更好地理解本技术的实施方案，在所述附图中，类似的参考标号指示类似的元件，并且其中：图1示出感测元件的示例的俯视图；图2A示出放置在输入焊盘和驱动焊盘之间的间隔中的物质(例如，耦接到地的导电元件)的俯视图；图2B示出放置在输入焊盘和驱动焊盘之间的间隔中的物质(例如，电介质)的俯视图；图3A和图3B示出表示设备的示例性电路的示意图；图4A和图4B示出根据至少一个实施方案的电容耦接的示例；图5A和图5B是图4B的系统的代表性电路模型；图6示出测量电压的值与有效电容的变化之间的关系；图7示出根据至少一个实施方案的电容耦接的示例；图8A和图8B示出根据至少一个实施方案的电容耦接的示例；并且图9是根据至少一个实施方案的检测水平的方法的流程图。为了图示的简单和清楚，图中的元件不一定按比例，并且不同图中的相同参考标号指示相同元件。此外，为使描述简单，省略了公知步骤和元件的描述和细节。本领域的技术人员将理解，本文所用的词语“期间”、“在…同时”和“当…时”不是意指在引发动作后即刻发生动作的确切词语，而是意指在初始动作所引发的反应与初始动作之间可能存在一些短暂但合理的延迟，诸如传播延迟。词语“大概”、“约”或“基本上”的使用意指元件的值具有预期非常接近陈述值或位置的参数。然而，如本领域所熟知，始终存在妨碍值或位置确切地为陈述值或位置的微小差异。本领域公认的是，至多约百分之十(10％)的偏差被认为是与确切如所述的理想目标相差的合理偏差。具体实施方式本申请要求专利技术人T.Otagaki和K.Ishikawa于2017年8月28日提交的标题为“Capacitivesensorforliquidsensing(用于液体感测的电容传感器)”的美国申请15/688,641的优先权。图1示出感测元件(或传感器)2100的示例的俯视图。感测元件2100包括输入焊盘2102和驱动焊盘2104。输入焊盘2102和驱动焊盘2104通过间隙2108彼此间隔开。例如，输入焊盘2102和驱动焊盘2104可通过间隙2108中的介电材料或空气彼此间隔开。驱动焊盘2104和输入焊盘2102形成电容器。当在驱动焊盘2104和输入焊盘2102之间施加电压时，电容器被充电。一个焊盘(例如，输入焊盘2102)获取负电荷，而另一个焊盘(例如，驱动焊盘2104)获取相等量的正电荷。因此，在两个焊盘之间存在电力线(例如，电场)。继续参考图1，焊盘2102、2104可被建模为两个板。电容器的电容C可等于εS/d，其中ε指示在两个板之间的间距或间隔(参见例如间隙2108)中的介电常数，S指示每个板的表面积，并且d指示两个板之间的距离。图2A示出放置在输入焊盘2102和驱动焊盘2104之间的间隔中的物质(例如，耦接到地的导电元件)的俯视图。当耦接到地的导电元件(例如，指状物2106)被放置在该间隔中时，电荷比在空气中流动更不容易。当耦接到地的导电元件填充间隔时，电容器的电容C减小量ΔC。因此，电容器的有效电容变为C-ΔC。作为另一个示例，图2B示出放置在输入焊盘2102和驱动焊盘2104之间的间隔中的物质(例如，电介质)的俯视图。虽然空气的介电常数为约1，但水2110具有的介电常数为约80。因此，当诸如水2110(而非空气)之类的电介质填充输入焊盘2102和驱动焊盘2104之间的间隔时，如使用公式C＝εS/d计算的C的值增加。图3A和图3B示出表示设备2300的示例性电路的示意图。设备2300包括传感器2100。设备2300可以是集成电路(IC)。节点2302表示传感器2100的驱动焊盘2104。节点2304表示传感器2100的输入焊盘2102。设备2300还包括开关2308和差分放大器2310。差分放大器2310具有输入端子2312和2314。设备2300还包括校正电容器(可变电容器)2316。在操作中，校正电容器2316的电容根据传感器2100的电容来调整。例如，校正电容器2316的电容调整为等于传感器2100的电容。传感器2100可在一种或多种情况中的每一种下进行校准。在每次校准期间，监测差分放大器2310的输出。如将在下文中更详细地描述，当差分放大器2310的输出变为逻辑低(例如，0V)时，记录校正电容器2316的电容。在设备2300处的校准现在将参考以下情况描述，其中缺少与输入焊盘2102和驱动焊盘2104之间的间隔相邻的材料(例如，指状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测水平的系统，其特征在于，包括：具有输入电极和驱动电极的基底；具有电极的容器，所述电极的至少一部分沿着所述容器的高度尺寸延伸，其中所述容器被布置成与所述基底相邻，使得所述电极被电容耦接到所述输入电极或所述驱动电极；以及电路，在所述电极被容性耦接到所述输入电极或所述驱动电极时，所述电路基于所述输入电极和所述驱动电极之间的有效电容来确定所述容器内物质的水平。

【技术特征摘要】
2017.08.28 US 15/688,6411.一种用于检测水平的系统，其特征在于，包括：具有输入电极和驱动电极的基底；具有电极的容器，所述电极的至少一部分沿着所述容器的高度尺寸延伸，其中所述容器被布置成与所述基底相邻，使得所述电极被电容耦接到所述输入电极或所述驱动电极；以及电路，在所述电极被容性耦接到所述输入电极或所述驱动电极时，所述电路基于所述输入电极和所述驱动电极之间的有效电容来确定所述容器内物质的水平。2.根据权利要求1所述的用于检测水平的系统，其特征在于，所述容器和所述基底被电介质分开。3.根据权利要求2所述的用于检测水平的系统，其特征在于，所述电介质包括：覆盖所述输入电极和所述驱动电极的保护层或者分开所述容器和所述基底的间隙中的空气。4.根据权利要求1所述的用于检测水平的系统，其特征在于，所述容器被布置成与所述基底相邻以将所述电极容性耦接到所述输入电极。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田垣贵康，石川和义，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US