用于电容性地检测物体的方法和装置制造方法及图纸

人（ＢＯＤ１）的接近导致具有一对电容极板（１０ａ，１０ｂ）的传感器电容器（ＣＸ）的电容值的改变。所述改变通过以下方式检测：通过将传感器电容器（ＣＸ）耦合到电压源（４０）来为其充电，其中，在所述充电的期间，所述电压源（４０）与振荡回路电容器（Ｃ２）断开，把电荷从所述传感器电容器（ＣＸ）转移至振荡回路电容器（Ｃ２），其中，在所述电荷转移的期间，所述电压源（４０）与所述振荡回路电容器（Ｃ２）断开，重复所述充电和电荷转移若干次，监控所述振荡回路电容器（Ｃ２）的电压（ＶＸ），以及确定取决于所述振荡回路电容器（Ｃ２）的电压（ＶＸ）的变化率的至少一个值。电容传感器的电容通常是低的，通常大约为１００ｐＦ到１ｎＦ的量级。振荡回路电容器（Ｃ２）的电容可以高于传感器电容器（ＣＸ）若干个数量级。大振荡回路电容器（Ｃ２）作为有效滤掉信号噪声的低通滤波器的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电容性地检测物体(例如人)。
技术介绍
可以通过确定两个极板之间电容的改变来检测身体或物体的存在。物体的存在使 得两个极板之间的介电常数发生改变，其进而导致所述两个极板形成的电容的改变(与该 物体远离所述极板的情况相比时)。 例如，电容传感器可以在例如防盗警报系统中用来检测人们的移动。 电容传感器的电容的绝对值通常非常小。耦合到传感器和监控电路的电磁噪声使得难以检测到所述电容的微小改变。 已知可以通过耦合所述电容器作为RC电路的一部分，并通过确定所述RC电路的 时间常数来测量电容器的电容值。电阻器和电容器串联连接，并且通过电阻器从规定的电 压开始为该电容器充电。充电时间可以以时间常数来表征。通过测量到达预定电压电平的 时间，或通过测量预定加载时间之后的电压来确定由电容器和电阻器形成的电路的时间常 数。当时间常数和电阻已知时，电容可以被计算出来。 该方法可以用于测量电容传感器的电容。该方法的问题在于如果测量出的电容 低，则测量出的信号的能量非常低。因此，难以通过测量充电时间或预定加载时间之后获得 的电压来得到足够的精确性。此外，电磁辐射可以轻易干扰测量。实际上，传感器的电容太 低使得充电时间也短并且不能例如通过使用低成本的微控制器来足够精确地测量。此外， 基于该原理的测量不包括任何类型的低通滤波器，其允许混杂(aliased)的高频噪声出现 在待测量信号的上方。 已知可以通过把交流电压耦合到所述电容器，以及通过确定所述电容器的阻抗来 测量电容器的电容值。 电容器因其阻抗阻挡了交流电流的流动。该阻抗在频域内与电容成反比例。通过 使用例如诸如惠斯通电桥的桥式比较电路，未知电容器的阻抗可以与已知电容器的阻抗进 行比较。该方法需要复杂的电路并因此较昂贵。 已知可以通过耦合所述电容器作为调谐振荡电路的一部分来检测电容器的电容 值中的改变。 电容传感器装置可以包括由未知传感器电容器和已知线圈(电感)形成的谐振电 路。在传感器电容器的电容达到规定值时，电路开始谐振且振动幅度突然增加。可以容易 地测量电路是否在谐振。该方法极其灵敏，但仅在一定窄的电容范围内。在需要更宽的范 围时，该方法不可行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适于物体的电容性的检测的装置和方法。 在与当物体远离的情况相比时，物体的存在改变了电容传感器(即，传感器电容器)的电容。电容传感器附近的物体的移动改变了传感器电容器。 根据本专利技术的第一个方面，提供一种用于电容性地检测物体的装置，所述装置包 括-电容传感器，具有传感器电容器，该传感器电容器形成于至少一个第一电容元件 和至少一个第二电容元件之间，使得所述物体的存在能够改变所述传感器电容器的电容， _电压源，-第一开关，将所述传感器电容器耦合到所述电压源，以给所述传感器电容器充 电，-振荡回路电容器(tank c即acitor)，-第二开关，将所述传感器电容器耦合到所述振荡回路电容器，以把电荷从所述传感器电容器转移到所述振荡回路电容器，以及改变所述振荡回路电容器的电压，-至少一个开关驱动单元，以通过打开和闭合所述开关若干次使得所述开关不同时处于闭合状态，从而控制所述充电和电荷转移，-电压监控单元，监控所述振荡回路电容器的电压，以及-控制器，确定取决于所述振荡回路电容器的电压变化率的至少一个测量值。 根据本专利技术的第二个方面，提供一种用于通过使用电容传感器来电容性地检测物 体的方法，该电容传感器具有传感器电容器，该传感器电容器形成于至少一个第一电容元 件和至少一个第二电容元件之间，使得所述物体的存在能够改变所述传感器电容器的电容 值，所述方法包括-通过将所述传感器电容器耦合到电压源来为所述传感器电容器充电，其中，所述 电压源在所述充电期间从振荡回路电容器断开连接，-把电荷从所述传感器电容器转移到振荡回路电容器，其中，所述电压源在所述电 荷转移的期间从所述振荡回路电容器断开连接， _重复所述充电和电荷转移若干次， -监控所述振荡回路电容器的电压，以及-确定取决于所述振荡回路电容器的电压的变化率的至少一个测量值。 根据本专利技术，由测量电路来确定传感器电容器的未知电容。根据本专利技术，通过使用传感器电容器把电荷从电压源转移到所述振荡回路电容器若干次来对已知的振荡回路电容器充电。充电以与传感器电容器的电容成比例的速率增加所述振荡回路电容器的电压。可以通过比较第一变化率和第二变化率来检测物体的移动，其中第一变化率更早地被测量。如果振荡回路电容器的电压的变化率增加，可以确定物体已经移动得更加靠近电容传感器。所述电压的变化率的改变(二阶导数)表示，物体已经移动到电容传感器的附近。 传感器电容器的电压代表低能量信号，振荡回路电容器的电压代表高能量信号。通过较小的传感器电容器向较大的已知电容器转移电荷使得可以在例如模数转换之前把低能量信号整合(integrate)到高能量信号中。因此，测量装置对电磁干扰的灵敏性明显减小了。 测量装置的操作参数还可以被优化，从而优化分辨率、测量范围和/或数据采集 速率。还可以通过软件调整所述操作参数。 测量装置固有地包括低通滤波器，其由较小的传感器电容器、电荷转移开关和较5大的振荡回路电容器形成。所述低通滤波器有效地减弱高频干扰导致的噪声。 已知，可以通过使用例如100V量级或更高的危险的高电压来精确地测量小电容。归功于本专利技术，可以通过使用例如24V或更小的较低的电压来精确地测量电容的改变。 对本领域人员来说，通过以下给出的描述和示例，以及通过所附的权利要求，本专利技术的实施例和其益处将变得更加明显。附图说明 在以下示例中，将参考附图更详细地描述本专利技术的实施例，其中 图1以三维视图示出了电容接近传感器； 图2示出了根据本专利技术的开关电容器测量电路的示意图； 图3示出了包括电压比较器的电容测量装置的电路图； 图4示出了图3的装置的时序图； 图5示出了包括模拟开关单元DG403DJ的电容测量装置的电路图； 图6作为示例示出了测量的输出； 图7a作为示例示出了测量参数的可能选择； 图7b示出了用于电容切换的截止频率； 图8示出了包括模数转换器的电容测量装置的电路图； 图9作为示例示出了图8的装置的时序图； 图10a作为示例示出了图3的装置的电容器电压的时间演变； 图10b作为示例示出了图8的装置的电容器电压的时间演变； 图11以三维视图示出了电容传感器阵列； 图12a以顶视图示出了传感器网； 图12b示出了图12a的网的横截面视图； 图13示出了差动电容测量装置的电路图； 图14a以三维视图示出了包括三个极板的电容接近传感器；以及 图14b以三维视图示出了包括两个极板的电容接近传感器，所述传感器布置在电学地上。 所有图都是示意性的。 具体实施例方式参考图1，电容传感器20可以包括第一导电元件10a，以及第二导电元件10b。元 件10a、10b彼此电绝缘。元件10a、10b可以具有任何形式。元件10a、10b中的一个或两个 可以是由几个部分构成的导电结构。电学地和大地也可以作为导电元件10a或10b(见图 14b)。第一元件lOa具有连接端TO，第二元件具有连接端Tl。 元件10a、10b最好是极板。极板10a、10b可以布置在电绝缘基板5之中或之上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电容性地检测物体（ＢＯＤ１）的装置（１００），所述装置（１００）包括：－电容传感器（２０），具有传感器电容器（ＣＸ），所述传感器电容器（ＣＸ）形成于至少一个第一电容元件（１０ａ）和至少一个第二电容元件（１０ｂ）之间，使得所述物体（ＢＯＤ１）的存在能够改变所述传感器电容器（ＣＸ）的电容，－电压源（４０），－第一开关（Ｓ１），将所述传感器电容器（ＣＸ）耦合到所述电压源（４０），以为所述传感器电容器（ＣＸ）充电，－振荡回路电容器（Ｃ２），－第二开关（Ｓ２），将所述传感器电容器（ＣＸ）耦合到所述振荡回路电容器（Ｃ２），以把电荷从所述传感器电容器（ＣＸ）转移到所述振荡回路电容器（Ｃ２），以及改变所述振荡回路电容器（Ｃ２）的电压（ＶＸ）。－至少一个开关驱动单元（９０），通过打开和闭合所述开关（Ｓ１，Ｓ２）若干次使得所述开关（Ｓ１，Ｓ２）不同时处于闭合状态来控制所述充电和电荷转移，－电压监控单元（５０，７０），监控所述振荡回路电容器（Ｃ２）的电压（ＣＸ），以及－控制器（６０），确定取决于所述振荡回路电容器（Ｃ２）的电压的变化率的至少一个测量值。

【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：P瓦利索，J弗塔嫩，K科一玛拉嫩，L巴纳，J梅基兰塔，
申请(专利权)人：马里米斯有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]