接近和接触传感器及传感元件制造技术

接近和接触传感器（１０）提供有传感器元件（１１）和检测电路（１６）。该传感器元件提供有模具（１３），其中散布着线圈形状的碳纤维（１２）。该检测电路（１６）的高频振荡电路（１９）将一个高频信号提供给传感器元件。该检测电路（１６）中的检测器（２２）从传感器元件（１１）接收输出信号，并且检测物体（２４）的接近。在一个例子中，该线圈形状的碳纤维按重量１％至２０％包含在模具中。在另一个例子中，高频振荡电路产生１００至８００ｋＨｚ的高频信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于检测物体诸如人体的接近和接触的传感器。
技术介绍
接近和接触传感器(proximity and contact sensor)已经开发用于诸如用于 诊断或者治疗目的的医疗设备的装备。接近和接触传感器检测是否人体以非 接触方法接近该装备。常规的接近和接触传感器包括由两个电极形成的检测 板，并且通过检测板的电容的变化来检测人体的接近(参照专利文献1)。常规 的接近传感器由振荡电路、VSWR桥路、相位比较电路和控制方法构成，该 振荡电路产生具有预定频率的测量信号，VSWR桥路连接到该振荡电路，相 位比较电路检测在桥路的输出信号和振荡电路的测量信号之间的相位差，该 控制方法基于相位比较电路的输出而确定是否人体正在接近。另一种常规的接近传感器由电容型接近和接触传感器的感测部分和导体 构成，其中该导体的厚度和表面电阻被设置在预定的范围中(参照专利文献 2)。在这种接近和接触传感器中，在导体面积以及电容型接近和接触传感器 的感测部分范围之间的比值被调整为2倍或者更高的值，以便实现限制感测 面积的扩大和扩宽冲企测范围两者。日本特开平专利公布号No.2001_203565日本特开平专利7>布号No.20(M-l50869
技术实现思路
在专利文献1和2中描述的常规的接近传感器中，当将被检测的物体接检测板或者感测部分之间的电容的变化。这些仅仅通过电容的变化检测物体 的接近的常规方法具有以下的缺点，即，当该物体的接近速度较慢时，因为 电容变化非常小，检测灵敏度降低，因而，该敏感度变低。电容的小变化由 于噪声而很难检测，并且因此不能以稳固的精度检测。此外，常规的接近传 感器不能定量地检测接近速度，也不能可分辨地检测被检测的物体材料的特 性。本专利技术提供一种传感器，其以高灵敏度、高稳定度，该物体的接近速度为了实现以上所述的目的，本专利技术的一种形式是一种用于检测被检测的 物体的接近和接触的传感器。该传感器由传感器元件、 一对电极、高频振荡电路和波形检测电路构成。传感器元件由模具(matrix)和散布在该模具中的线 圏形状的碳纤维(coil-shaped carbon fiber)构成。该线圈形状的碳纤维具有取决 于线圈形状的碳纤维的结构的电感(L)部件、电容(C)部件和电阻(R)部件，并 且该线圈形状的纤维起LCR谐振电路的作用。 一对电极被电连接到该传感器 元件。高频振荡电路连接在一对电极之间。波形检测电路检测在LCR谐振电 路中引起的信号变化。本专利技术的其它形式是传感器的结构，其由传感器元件、 一组电极、高频 振荡电路和波形检测电路构成。该传感器元件由弹性地可变形的模具和散布 在该模具中的弹性地可变形的线圈形状的碳纤维构成。该传感器元件具有取 决于模具和线圏形状的碳纤维的弹性变形而变化的阻抗。 一组电极由第一电 极和第二电极构成，并且这些电极电连接到该传感器元件。高频振荡电路经 由第一电极提供高频激励信号给该传感器元件。波形一企测电路经由第二电极 接收传感器元件的输出信号，并且产生 一个对应于当该物体接近传感器元件 时引起的传感器元件的阻抗的变化的检测信号。本专利技术的其它形式是该传感器元件的结构。该传感器元件具有在模具或 者该模具的一部分之内的空间部分。该空间部分允许该传感器元件容易地变附图说明图1是按照本专利技术的第一实施例的接近传感器的示意图； 图2是图1中示出的传感器元件的等效电路图； 图3是图1中示出的接近和接触传感器的方框电路图； 图4是示出在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电 压之间的关系的图形；图5是示出取决于线圈形状的碳纤维的数量的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；图6是示出取决于高频信号的频率的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；图7是示出取决于模具的物质的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；图8是示出取决于被检测的物体的材料的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；图9是示出取决于被检测的物体的接近速度的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；图10是示出按照本专利技术的第二实施例的接近和接触传感器的示意图11是图IO的传感器元件的制造例子的示意图12是图10中示出的传感器元件的制造例子的示意图13是图10中示出的传感器元件的制造例子的示意图14是图10中示出的传感器元件的应用例子的示意图15是示出图10中示出的传感器的输出信号的电压的图形，其取决于在物体和水面之间的距离而变化；图16是示出图10中示出的传感器的输出信号的电压的图形，其取决于 物体的位置和来自物体的压力而变化；图17是图16中示出的范围A的放大图； 图18是图10中示出的传感器的应用例子的示意图； 图19是图10中示出的传感器的应用例子的示意图； 图20是示出图10中示出的传感器的响应特性的图形； 图21是图10中示出的传感器的应用例子的示意图； 图22是图10中示出的传感器的应用例子的示意图；和 图23是图10中示出的传感器的应用例子的示意图。具体实施例方式按照本专利技术的 一次优选实施例的接近和接触传感器描述如下。 如图1所示，传感器元件11形成按照第一实施例的接近和接触传感器 10，其包括板形的模具13和散布在模具13中的线圈形状的碳纤维12。两个 电极14被电连接到传感器元件11的底面。两个电极14最好是由导体、诸如 铜制成的板。检测电路16通过第一连接线15连接在电极14之间。检测电路 16通过第二连接线17连接到处理器18。该处理器18是用于显示检测电路 16的输出信号的波形的示波器，或者用于处理检测电路16的输出信号的计 算机。该措词"电子地连接，，指的是其中从电极14到模具13感应的电流从 电极14流动到线圈形状的碳纤维12,或者经由模具13在线圈形状的碳纤维 12之间的连接。该传感器元件11的等效电路在图2中示出。如图2所示，该线圈形状的 碳纤维12具有对应于其线圈形状(螺旋形状)的电磁特性。该线圈形状的碳纤 维12的电磁特性是固有的电感(L)部件、电容(C)部件和电阻(R)部件，并且因 此称为LCR部件。在该模具13中散布的线圈形状的碳纤维12经由模具13 ^皮电连接，该模具13具有电容(C)部件。因此，不仅每个线圈形状的碳纤维 12独立地形成LCR谐振电路，而且该散布的线圏形状的碳纤维12和模具13 配合以形成谐振电3各网络。该接近和接触传感器10的电路参考图3详细描述。如图3所示，该检测 电路16由高频振荡电路(交流电路)19、；改大电路20、相位调整电路21、波形 检测电路22和输出电路23构成。该高频振荡电路19连接到在传感器元件 11和相位调整电路21之间的节点，并且将高频信号Sl提供给传感器元件11 和相位调整电路21。该放大电路20连接在传感器元件11和波形检测电路22 之间，并且放大传感器元件11的输出信号S2，和产生并且提供放大的输出 信号S2a给波形检测电路22。该相位调整电路21调整高频振荡电路19的高 频信号Sl的相位，并且将相位调整的高频信号(或者基准高频信号)Sla提供 给波形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测物体的接近和接触的传感器，该传感器包括：　包括模具和散布在模具中的线圈形状的碳纤维的传感器元件，该线圈形状的碳纤维具有取决于线圈形状的碳纤维的线圈形状的电感部件、电容部件和电阻部件，并且该线圈形状的纤维起ＬＣＲ谐振电路的作用；　电连接到传感器元件的一对电极；　连接在所述一对电极之间的高频振荡电路；和　用于检测由ＬＣＲ谐振电路改变的信号的波形检测电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：元岛栖二，杨少明，高木诚，河边宪次，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，株式会社CMC技术发展，
类型：发明
国别省市：JP[日本]