电容式传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种电容式传感器，包括基板(14)和电极结构(10)，电极结构(10)包括至少第一电极(11)、第二电极(12)以及布置在第一电极(11)和第二电极(12)之间的感测层(15)。该传感器还包括测量电路(40，500，600)，该测量电路被配置为通过在第一测量阶段向第一电极(11)和第二电极(12)施加包括第一电极的第一电位和第二电极的第一电位的第一对电位并且通过在第二测量阶段向第一电极(11)和第二电极(12)施加包括第一电极的第二电位和第二电极的第二电位的第二对电位来测量电极结构的电容。第二电极的第一电位与第二电极的第二电位彼此不同。另一方面涉及一种用于电容感测的方法。不同。另一方面涉及一种用于电容感测的方法。不同。另一方面涉及一种用于电容感测的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容式传感器


[0001]本公开涉及一种电容式传感器，特别是电容式湿度传感器、电容式气体传感器和电容式颗粒物传感器。本公开的另外的方面涉及一种用于电容式感测的方法，特别是用于电容式湿度感测的方法。

技术介绍

[0002]电容式传感器例如可以被实施为湿度传感器，特别是作为用于感测环境空气的相对湿度的传感器，广泛用在环境感测应用中。
[0003]一种类型的湿度传感器是电容式湿度传感器，其包括一个或多个湿度敏感层，特别是聚合物层，其布置在两个电极之间并与环境空气相互作用。两个电极之间测得的容量与环境空气的湿度相关，因此建立了湿度测量。
[0004]电容式湿度传感器的一个问题是可能无法很好地定义传感层的环境。特别地，环境的阻抗可能以不受控制的方式改变。作为示例，在水或另一种液体凝结在湿度敏感层上或湿度敏感层被颗粒污染的情况下，测得的容量会下降到100％以下。这种饱和事件会导致错误的测量。特别地，对应的传感器可能无法区分凝结场景与相对湿度确实略低于100％的场景。

技术实现思路

[0005]因而，本专利技术要解决的一个问题是提供一种具有改进的灵敏度范围的电容式传感器，特别是一种能够检测凝结场景的湿度传感器。
[0006]根据本专利技术的第一方面的实施例，提供了一种包括基板和电极结构的电容式湿度传感器。电极结构包括至少第一电极和第二电极以及布置在第一电极和第二电极之间的感测层。感测层特别可以具有湿度敏感的介电常数并且因此可以被实施为湿度敏感层。该传感器还包括测量电路，该测量电路被配置为通过在第一测量阶段向第一电极和第二电极施加第一对电位来测量电极结构的电容。第一对电位包括第一电极的第一电位和第二电极的第一电位。测量电路还被配置为在第二测量阶段向第一电极和第二电极施加第二对电位。第二对电位包括第一电极的第二电位和第二电极的第二电位。第一方面的实施例的具体特征在于，第二电极的第一电位与第二电极的第二电位彼此不同。根据第一方面的实施例，施加第一对电位和第二对电位使得它们至少符合以下条件中的一个：
[0007]0＜＝(V
A1
‑
V
A2
)＜＝(V
B2
‑
V
B1
)*C
EE
/C
AE
；
ꢀꢀꢀ
(不等式1)
[0008]或
[0009](V
B2
‑
V
B1
)＊C
BE
/C
AE
＜＝(V
A1
‑
V
A2
)＜＝0。
ꢀꢀꢀ
(不等式2)
[0010]在上述公式/条件中，V
A1
表示第一电极在第一测量阶段的第一电位，V
A2
表示第一电极在第二测量阶段的第二电位。此外，V
B1
表示第二电极在第一测量阶段的第一电位，V
B2
表示第二电极在第二测量阶段的第二电位。C
AE
是第一电极与布置在感测层的表面上的虚拟电极之间的互电容，而C
BE
是第二电极与布置在感测层的表面上的虚拟电极之间的电容。
[0011]这种实施的电容式传感器被配置为借助于两相测量来测量其电极结构的电容。两阶段测量包括第一测量阶段和第二测量阶段，期间将特定的电位集合施加到第一电极和第二电极。特别地，第二电极的第一电位与第二电极的第二电位彼此不同。换句话说，第二电极的电位在第一测量阶段与第二测量阶段之间改变。这与其中第二电极的电位保持恒定以避免测出第二电极与地或其它参考电位之间的寄生电容的现有技术传感器相反。这种实施的传感器提供的优点是可以有利地使用第二电极的不同电位来针对特定测量场景调整传感器功能。
[0012]特别地，申请人的研究表明，通过在两个测量阶段之间改变第二电极的电位，根据本专利技术的实施例的传感器可以以如下方式来设计：感测层的表面上的凝结和/或感测层的污染不会导致错误的测量。
[0013]虚拟电极可以被认为是用于定义和/或测量电容C
AE
和C
BE
或更具体地是商C
AE
/C
BE
的电极。虚拟电极布置在感测层的表面上。感测层的表面是感测层与环境空气相邻的区域。换句话说，感测层的表面提供与环境空气的界面并与环境空气相互作用。
[0014]应当注意的是，虚拟电极在传感器的感测操作期间实际上并不存在。根据实施例，虚拟电极可以被施加在样本传感器的感测层的表面上以确定商C
AE
/C
BE
或者其可以被用于借助于模拟来确定商C
AE
/C
BE
。
[0015]商C
BE
/C
AE
可以以本领域技术人员一般已知的多种不同方式或方法确定。
[0016]根据实施例，商C
BE
/C
AE
可以根据有限元方法(FEM)通过模拟来确定。对于这种模拟，可以使用商业上可用的程序，例如，Comsol软件。
[0017]根据实施例，FEM模拟通过模拟包括第一电极、第二电极和虚拟电极的电极结构的几何形状来导出商C
BE
/C
AE
。根据实施例，商C
BE
/C
AE
仅取决于电极结构的几何形状，假设电极结构之间的介电材料的介电常数是同质的。
[0018]在对称电极结构的情况下，商C
BE
/C
AE
＝1。
[0019]根据其它实施例，商C
BE
/C
AE
可以通过测量来确定，例如，通过使用由电容C
AE
和C
BE
形成的电容分压器的测量。对于这种的测量，虚拟电极可以被提供为真实电极或换句话说，物理地在感测层的表面上提供，例如通过在感测层的表面上施加导电层。
[0020]应当注意的是，为了确保满足上面提到的条件(不等式1和2)，根据实施例，不必精确地确定商C
BE
/C
AE
。相反，可以执行商的粗略估计并且然后在如上面所提到的不等式中以如下方式选择第一和第二对电位：在粗略估计的最坏情况下也满足不等式。
[0021]根据实施例，电极结构的几何形状在测量期间保持恒定并且不改变。
[0022]根据实施例，测得的电容取决于感测层的特性或特点，特别是取决于感测层的材料的特性或特点，特别是取决于感测层的介电常数。
[0023]根据实施例，第一对电位和第二对电位被选择为使得感测层的表面与感测层的表面周围的电气结构之间的漏电流减少，特别是最小化，特别是在感测层的表面被污染的情情况下或感测层的表面上出现凝结的情况下。
[0024]这种电气结构一般可以是围绕感测层的任何电气结构。电气结构特别地可以是布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电容式传感器，包括基板(14)；电极结构(10)，包括至少第一电极(11)和第二电极(12)；以及感测层(15)，布置在第一电极(11)和第二电极(12)之间；以及测量电路(40，500，600)，被配置为通过以下来测量电极结构(10)的电容在第一测量阶段向第一电极(11)和第二电极(12)施加包括第一电极的第一电位和第二电极的第一电位的第一对电位；以及在第二测量阶段向第一电极(11)和第二电极(12)施加包括第一电极的第二电位和第二电极的第二电位的第二对电位；其特征在于第二电极(12)的第一电位与第二电极(12)的第二电位彼此不同；其中施加第一对电位和第二对电位，使得0＜＝(V
A1
‑
V
A2
)＜＝(V
B2
‑
V
B1
)＊C
BE
/C
AE
，或者(V
B2
‑
V
B1
)＊C
BE
/C
AE
＜＝(V
A1
‑
V
A2
)＜＝0；其中V
A1
是第一电极在第一测量阶段的第一电位；V
A2
是第一电极在第二测量阶段的第二电位；V
B1
是第二电极在第一测量阶段的第一电位；V
B2
是第二电极在第二测量阶段的第二电位；C
AE
是第一电极与布置在感测层的表面上的虚拟电极之间的电容；以及C
BE
是第二电极与布置在感测层的表面上的虚拟电极之间的电容。2.根据权利要求1所述的传感器，其中选择第一对电位和第二对电位，使得感测层(15)的表面(31)与感测层(15)的表面(31)周围的电气结构(50)之间的泄漏电流被最小化，特别是在感测层(15)的表面(31)被污染的情况下或在感测层(15)的表面(31)上发生凝结的情况下。3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器，其中施加第一对电位和第二对电位，使得0＜＝(V
A1
‑
V
A2
)＜＝(V
B2
‑
V
B1
)＊C
BE
/C
AE
；或者(V
B2
‑
V
B1
)＊C
BE
/C
AE
＜＝(V
A1
‑
V
A2
)＜0。4.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器，其中施加第一对电位和第二对电位，使得(V
A1
‑
V
A2
)＝(V
B2
‑
V
B1
)＊C
BE
/C
AE
。5.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器，其中第一对电位的平均电位与第二对电位的平均电位相同。6.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器，其中测量电路(40，700，800)被配置为在第二电极(12)处感测第一测量阶段与第二测量阶段之间的所得电荷差。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器，其中测量电路包括开关电容器电路系统和/或开关电流电路系统，用于生成第一对电位和第二对电位和/或用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：盛思锐股份公司，
类型：发明
国别省市：