CN100447822C - 人体检测传感器 - Google Patents

Abstract

一种人体检测传感器包括：第一振荡电路和第二振荡电路；调谐电路，所述调谐电路将所述第一振荡电路和第二振荡电路的等效点彼此连接，所述调谐电路被构造成使所述第一振荡电路和第二振荡电路中的任何一个振荡电路的部分回馈电流流向所述第一振荡电路和第二振荡电路中的另一个振荡电路；天线电极，所述天线电极连接到所述第一振荡电路和第二振荡电路中的任何一个振荡电路，这样在人体靠近时电路状态发生改变；以及检波电路，用于检测所述第一振荡电路和第二振荡电路之间的振荡周期的平移。

Description

人体检测传感器

技术领域

本发明涉及检测人体任何形式的靠近或者接触的传感器。

背景技术

在传统的人体检测传感器中，通过振荡电路所产生的电信号被输入到包括检测电容的检测电路和参考电路中，并通过检测电路的输出和参考电路的输出进行比较，检测出检测电路的输出的波形或者相位的任何改变，所述检测电容由于人体的靠近而被设置使得其电容发生变化，所述参考电路等效于没有任何人体靠近检测电容条件下的检测电路，这样人体靠近检测电路就被检测。但是，使用这样的人体检测传感器，特别地，检测电容的电容越大且连接检测电容的连线较大，检测电容和连线的电容由于温度而发生较大改变。这样的结果是，产生了问题，即由于温度的缘故检测电路的输出中的改变，使得检测电路不能获得恒定的检测结果。

日本专利公开出版物JP07-189538公开了设有温度补偿电路的人体检测传感器，通过比较检测电路和参考电路输出之间的比较，根据热敏电阻所检测的温度，改变用作参考值的阀值、以确定人体接近检测电容。但是，在这种情况下，存在的问题是提供多个检测电容将使得提供多个参考电路和温度补偿电路成为必要。此外，日本专利公开出版物JP2002-295094公开了一种具有两个检测电容的传感器，通过他们的各自天线电路的比较输出，确定任何人体是否靠近。但是，问题在于，该传感器只是可以应用到任何人体只靠近两个检测电容之一的情况下。

发明内容

相应地，本发明的一个目的是提供一种能够在不被温度等的影响下稳定地检测任何人体靠近的人体检测传感器。

根据本发明，提供一种人体检测传感器，包括：

第一振荡电路和第二振荡电路；调谐电路，所述调谐电路将所述第一振荡电路和第二振荡电路的等效点彼此连接，所述调谐电路被构造成使所述第一振荡电路和第二振荡电路中的任何一个振荡电路的部分回馈电流流向所述第一振荡电路和第二振荡电路中的另一个振荡电路；天线电极，所述天线电极连接到所述第一振荡电路和第二振荡电路中的任何一个振荡电路，这样在人体靠近时电路状态发生改变；以及检波电路，用于检测所述第一振荡电路和第二振荡电路之间的振荡周期的平移。

在此人体检测传感器中，当没有人体靠近时，天线电极没有接地，不影响天线电极所连接的振荡电路的电阻，这样两个振荡电路具有相等的电路特征。当两个振荡电路彼此相位发生平移时，一部分电流从一个振荡电路通过调谐电路转移到另外一个振荡电路，用作稍微增加或者减小振荡频率，这样振荡电路彼此相位更靠近，并彼此调谐。当人体靠近天线电极时，在天线电极和地之间产生电容、电阻和/或者电感，振荡电路的振荡频率由于部分电路从天线电极被连接的振荡电路转移到天线电极。当由于天线电极而发生的振荡频率这种改变超过了通过调谐电路的调谐作用的功率时，两个振荡电路之间产生振荡频率的差异。两个波形检测电路通过检测两个振荡电路的输出之间的移动而能够检测任何人体靠近到天线电极。

当没有人靠近天线电极时，天线电极从振荡电路观察基本不存在，因为两个振荡电路以彼此相等的方式改变电路状态，两个振荡电路的输出即使温度改变也保持彼此调谐。因此，因为检测精度受温度影响较小，不需要温度补偿。同样，即使两个振荡电路的输出由于温度的改变、电路变化、电路结构差异等而彼此不同，两个振荡电路的输出即使具有差异也可以通过调谐电路彼此调谐，这样振荡电路之间的任何差异都可以被吸收。

此外，由于添加两个输出结果导致由于两个振荡电路之间的频率转移而发生振动(beat)，波形检测电路可以通过检测周期比振荡电路的振荡频率更短的周期的振动而检测任何人体靠近天线电极。这样，由于人体靠近可以从两个振荡电路之间的周期平移而检测，检测传感器由于温度变化或者电路变化所导致的振荡电路的输出的任何变化而敏感性发生任何变化，这样可以提高人体检测传感器的灵敏度。

在本发明的人体检测传感器中，调谐电路可以是通过至少一个元件而将两个振荡电路彼此连接的电路。

在此情况下，用于通过元件调谐两个调谐电路的调谐电路的功率可以被设置为任何值。使用较高的调谐功率的调谐电路，天线电极的稍微的状态改变不会出现作为两个振荡电路的输出之间的周期平移，这样人体检测传感器灵敏度较小。另一方面，使用小调谐功率的调谐电路，可以使人体检测电路的灵敏度变得很高。

在本发明的人体检测传感器中，天线电极可以多个设置。

在此情况下，可以检测人体靠近多个天线电极之一。同样，即使具有连接的多个天线电极，也不需要对应天线电极的参考电路，因此，振荡电路和波形检测电路的结构不需要变化。

在本发明的人体检测传感器中，敏感性控制电路可以设置在各天线电极和振荡电路之间。

在此情况下，很容易实现对每个天线电极设置敏感性。

在本发明的人体检测电路中，用于阻塞或者减小静电流从天线电极流入到振荡电路的保护电路可以设置在各天线电极和振荡电路之间。

在此情况下，存储在人体上的静电流从天线电极流入到振荡电路，从而有可能防止损坏所述电路。

如上所述，根据本发明，可以提供一种人体检测传感器，所述人体检测传感器能够在不受任何温度的影响下稳定地检测任何人体的靠近。

附图说明

本发明将参照附图对本发明进行详细的说明，其中相似的参考标记表示相似的部件，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的人体检测传感器的电路图；

图2是图1的人体检测传感器被简化的电路图；

图3包括显示两个振荡电路和在没有人体靠近图1的人体检测传感器的天线电极的条件下的输出波形；

图4包括显示两个振荡电路和波形检测电路在人体靠近图1的人体检测传感器的天线电极的条件下的输出波形的视图；

图5是根据本发明的第二实施例的人体检测传感器的电路图；

图6是根据本发明的第三实施例的人体检测传感器的电路图；

图7包括显示图6的人体检测电路的检波电路的输出以及输出电路中的信号波形的视图；以及

图8是根据本发明的第四实施例的人体检测传感器的电路图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的第一实施例的人体检测传感器的电路视图。此实施例的人体检测传感器具有两个振荡电路1A、1B，每个振荡电路1A、1B的输入侧被连接到调谐电路2，同时天线电极3A、3B被连接到振荡电路1A的输入侧。敏感性控制电路4被设置在天线电极3B和振荡电路1A之间，天线电极3A、3B通过保护电路5被连接到振荡电路1A。振荡电路1A和1B的输出侧被连接到检波电路6，检波电路6的输出侧被连接到输出电路7，输出电路7具有输出端子8。此人体检测传感器还具有用于将电源提供给振荡电路1A、1B的电源电路、波形检测电路6和输出电路7。

在每个振荡电路1A、1B中，CMOS变换器10、11串联连接，输出被反馈并通过电阻器12、13和电容14振荡，之后通过CMOS变换器15反向并放大，这样进行输出。通过调谐电路2，振荡电路1A的输入侧和振荡电路1B的输入侧通过调谐电容16彼此连接。敏感性控制电路4是串联连接到天线电极3B的敏感性控制电容17，保护电路5是静电屏蔽电阻器18。在检波电路6中，振荡电路1B的输出侧通过CMOS变换器19被连接到振荡电路1A的输出侧并通过电容器20输出。在输出电路7中，检波电路6的输出被输入到运算放大器21，在通过滤波电容器22接地之后，通过运算放大器23连接到晶体管24，晶体管24的集流器连接到输出端子8。

图2是图1的人体检测传感器的简化的电路图，与靠近天线电极3A的人体25等效的电路利用双点划线进一步示出。人体25可以作为其中天线电极3A通过电容26、电阻27和电感28接地的电路。

接着，将说明具有上述电路结构的人体检测传感器的操作。被称为矩形波振荡电路的振荡电路1A、1B具有根据电阻器12、13和电容14的值所确定的振荡频率。如果振荡电路1A、1B的振荡周期彼此相一致，振荡电路1A、1B的等效点电压彼此相同，这样调谐电路2的两端电压彼此相同。但是，如果振荡电路1A、1B的振荡周期彼此平移，那么调谐电路2的两端电压彼此不同，这样振荡电路1A、1B之一的回馈电流的一部分通过调谐电容16流动到振荡电路1A或者1B中的另一个电路。这样，通过对振荡电路1A、1B相互调谐，不管相位谁先，振荡电路1A或者1B周期变长，同时相位滞后的振荡电路1B或者1A的周期变短，这样调谐电路2的两端的电压彼此相等。

当此发生时，振荡电路1A、1B的输出如图3的波形所示。由于振荡电路1A、1B的输出波形是相同的矩形波，通过图1的变换器19变换振荡电路1B的输出并将所述结果和振荡电路1A的输出相加导致如图3所示的直流电流。不能通过图1的电容器20的直流电流将不从检波电路6输出。由于输出电路7没有输入，输出端子8保持电源电压。

但是，当人体25靠近天线3A以形成如图2所示的接地电路，振荡电路1A的回馈电流的一部分从人体25通过天线电极3A朝向地流动，导致振荡电路1A的振荡频率的改变。如果振荡频率的改变不是很大，就对振荡电路1A和振荡电路1B调谐以在周期上通过调谐电路2而彼此相一致。但是，当振荡频率变化更大，甚至对调谐电路2实现周期性调谐变得不可能。然后，从变换和将振荡电路1B的输出增加到振荡电路1A的输出所获得的波形导致不连续矩形波，如图4所示。包含在此波形中的交流电成分通过电容器20，所述电流从波监测器电路6输出到输出电路7。此交流输出通过输出电路7的运算放大器21放大，并通过滤波电容器22滤波为直流电流，并通过运算放大器23再次放大，这样使得晶体管24切换。这样，输出端子8被接地，通过这样电压被改变到接地水平。

在此实施例的人体检测传感器中，由于振荡电路1A、1B具有相同的结构，此振荡电路1A、1B的振荡频率甚至随着温度变化几乎相等地变化，振荡电路1A、1B彼此通过调谐电路2以振荡周期保持调谐，除非人体25靠近天线电极3A和3B。因此，此实施例的人体检测传感器能够在没有由于温度的变化所导致的错误检测的情况下检测人体的靠近。

尽管两个天线电极3A、3B在此实施例中被连接到振荡电路1A，天线电极3A、3B在没有人体靠近的条件下对于振荡电路1A、1B的振荡没有任何贡献。因此，即使任何额外的天线电极被并联连接，也不对振荡电路1A、1B上的调谐产生影响，这样人体25靠近额外的天线电极可以由于振荡电路1A、1B的振荡周期的转移而被检测。即，本发明的人体检测传感器允许天线电极在没有改变振荡电路1A、1B、检波电路6、输出电路7等的情况下增加或者减少。

同样在此实施例中，天线电极3B设有包括敏感性控制电容17的敏感性控制电路4。由于此电容器17的存在，当人体25靠近天线3B，通过人体25的接地电阻从振荡电路1A观察变得更高。因此，从振荡电路1A的反馈电路分流的电流变得更小，这样与天线电极3A相比，振荡频率的波动变得更小。即，除非人体25更靠近天线电极3B，振荡电路1A、1B的输出通过调谐电路2彼此调谐，输出端子8的电压没有改变。结果，当在多个天线电极中对人体的敏感性变化时，对于天线电极分别提供敏感性控制电路是可实施的，这样多个天线电极在它们之中敏感性彼此一致，或者在人体和天线电极之间的距离通过敏感性控制电路从天线电极至天线电极任何改变，由此，人体检测被输出。

此外，将使用在振荡电路1A、1B等中的CMOS或者其它元件由于静电或者其它的瞬态大电流的缘故而可能承受损坏的危险。但是，在此实施例中，由于天线电极3A、3B通过包括静电屏蔽电阻器18的保护电路5被连接到振荡电路1A，即使被释放到天线电极3A、3B，存储在人体中的静电也通过静电屏蔽电阻器17所消耗，这样没有较大的能量被输入到振荡电路1A。这样，通过保护电路5防止了此实施例的人体检测传感器由于静电的缘故所导致的错误。

图5显示了根据本发明的第二实施例的人体检测传感器。在此实施例中，除了输入侧调谐电路2之外，调谐电路2’也被设置在两个振荡电路1A、1B的输出侧上，并且进一步地包括敏感性控制电容器17’的敏感性控制电路4’也设置在振荡电路1A和两个天线电极3A、3B之间的连接点之间。此实施例的振荡电路1A、1B是正弦波振荡电路，其中线圈30和电容器31、32、33被连接到双极晶体管29。调谐电路2’用于通过调谐电阻器34连接到振荡电路1A、1B的晶体管29的输出。晶体管29的输出通过晶体管35被输出到检波电路6。在检波电路6中，连接到晶体管36的发射器的振荡电路1A、1B的输出被增加，晶体管36的集电极输出通过电容器37输入到晶体管38，并且进一步通过电容器39、20输入到输出电路7。输出电路7的结构与第一实施例的相似，所述输出电路7具有输出端子8。电源进一步设置电路9，这与第一实施例的相似。

将说明此实施例的人体检测传感器的操作特征。振荡电路1A、1B的振荡频率通过线圈30和电容器31、32、33来确定。调谐电路2’通过调谐电阻器34连接到晶体管29的输出侧，并且，根据振荡电路1A、1B之间的相位差，形成输入到它们的反馈电路的输出的一部分，这样实现了与调谐电路2相似的调谐振荡频率的功能。同样，尽管敏感性控制电路4’的敏感性控制电容器17’动作以降低天线电极3A和天线电极3B的敏感性，也可以对天线电极3A、3B分别提供敏感性控制电路，这样实现了相似的功能。

在检波电路6中，振荡电路1A、1B的输出相加并且切换晶体管36，这样产生矩形波，并且通过电容器37移除直流成分，通过晶体管38放大。在这种情况下，如果振荡电路1A、1B的周期彼此相一致，那么输入到晶体管36的波形是正弦波，并且因此晶体管38的输出产生具有周期等于振荡电路1A、1B的振荡频率的周期的规则矩形波。如果振荡电路1A、1B的周期彼此不一致，或者如果一侧振荡电路1A的振幅被改变到这样的程度：通过调谐电路2不能再实现调谐，那么晶体管38的输出产生不规则矩形波。只由比振荡电路1A、1B的振荡频率更高的频率成分所组成的规则矩形波通过电容器39接地，这样从检波电路6到输出电路7没有输出。另一方面，只有不规则波形的周期改变从检波电路6输出到输出电路7，而没有通过电容器39接地，因为不规则矩形波的周期变化频率较低。即，由于振荡电路1A和振荡电路1B之间的频率的差异或者一侧振荡电路1A的振幅改变的缘故，低频率的振动成分从检波电路6输出到输出电路7。输出电路7放大并滤波从检波电路6所输入的振动成分，并切换晶体管24，这样改变了输出端子8的电压。

由于振荡电路1A和振荡电路1B之间的频率的差异或者一侧振荡电路1A振幅的改变的缘故，此实施例的检波电路6只提取低频振动频率，即使振荡电路1A和振荡电路1B之间周期输出波形或者振幅存在差异，输出端子8的电压也可以只在人体25靠近天线电极3A、3B时改变，而没有被这样的差异所影响，这样使得实现高检测精度和改良的检测敏感性成为可能。

图6显示了根据本发明的第三实施例的人体检测传感器的电路图。此实施例具有用于产生与第一实施例相似的矩形波的振荡电路1A、1B，但是检波电路6和输出电路7的结构存在差异。此实施例的检波电路6通过异或元件40所实施，所述异或元件40是逻辑运算元件之一，它在输入电压高于阀值时识别HI电平，当低于阀值时识别LO电平，并且基于输入值输出特定的电压，当不同的值(HI和LO)被给作其两个输入时异或元件40输出电压，并当相同的两个值被给予其两个输出时不输出电压。异或元件40的输出被输入到通过电容42和电阻器43接地的输出电路7的二极管41，并连接到异或元件44的输入之一，同时其它的异或元件44接地。然后，异或元件44的输出用作输出端子8。

下面将说明此实施例的人体检测传感器的操作过程。当振荡电路1A、1B的输出彼此调谐，异或元件40的两个输入在任何时候彼此相同，这样没有电压从检波电路6输出。然后，异或元件44的两个输入到达LO电平状态，在所述状态下没有任何输入，异或元件44在任何时候都不将电压输出到输出端子8。但是，当振荡电路1A、1B的振荡频率彼此移动，如图7所示，异或元件40输出矩形波。此输出通过二极管41、电容器42和电阻器43滤波，但是异或元件40、44的输入阻抗较高，输出阻抗较低，这样如图所示，输入到异或元件44的滤波电压在任何时候到达大于异或元件44的阀值的值。因此，当振荡电路1A、1B的振荡频率彼此平移时，异或元件44将电压连续地输出到输出端子8。

此外，根据本发明的第四实施例的人体检测传感器的电路图如图8所示。此实施例是其中第三实施例的检波电路6被微机45所替换的实施例。由于微机45用于控制根据人体检测传感器的检测结果而将要控制这些单元，不需要用于放大和输出信号的输出电路或者输出端子。

本发明的人体检测传感器可以应用到启动基于检测任何人靠近的系统的每种装置或者设备或者基于人是否出现而执行不同的控制过程，诸如家庭设备或者自动无钥进入系统。

尽管通过示例并结合附图对本发明进行了详细的说明，可以理解在不背离本发明的精神的情况下可以对本发明进行不同的修改，其范围落入权利要求所限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种人体检测传感器，包括：

第一振荡电路和第二振荡电路；

调谐电路，所述调谐电路将所述第一振荡电路和第二振荡电路的等效点彼此连接，所述调谐电路被构造成使所述第一振荡电路和第二振荡电路中的任何一个振荡电路的部分回馈电流流向所述第一振荡电路和第二振荡电路中的另一个振荡电路；

天线电极，所述天线电极连接到所述第一振荡电路和第二振荡电路中的任何一个振荡电路，这样在人体靠近时电路状态发生改变；以及

检波电路，用于检测所述第一振荡电路和第二振荡电路之间的振荡周期的平移。

2.根据权利要求1所述的人体检测传感器，其特征在于，

所述调谐电路是通过至少一个元件而将所述第一振荡电路和第二振荡电路彼此连接的电路。

3.根据权利要求1所述的人体检测传感器，其特征在于，

所述天线电极包括多个天线电极。

4.根据权利要求1所述的人体检测传感器，其特征在于，

在天线电极和所述第一振荡电路和第二振荡电路之间设置敏感性控制电路。

5.根据权利要求1所述的人体检测传感器，其特征在于，

用于阻止或者减小静电流从天线电极流入到所述第一振荡电路和第二振荡电路的保护电路设置在天线电极和所述第一振荡电路和第二振荡电路之间。

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