CN100565208C - 导体滑过电容式传感器的速度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种导体滑过电容式传感器的速度的测量方法。此方法包括：每一预定时间，取样感应电极的电容值；当电容值到达峰值时，根据峰值，决定第一临界值以及第二临界值；定义电容值在第一临界值的时间到电容值在峰值的时间为第一期间；定义电容值在峰值的时间到电容值在第二临界值的时间为第二期间；利用第一期间与第二期间，决定导体滑过电容式传感器的速度。

Description

导体滑过电容式传感器的速度的测量方法

技术领域

本发明是有关于一种触碰传感器(touch sensor)相关的技术，且特别是有关于一种导体滑过电容式传感器的速度的测量方法。

背景技术

近年来，由于科技的进步，许多控制按钮，例如电梯的按钮或是电子游乐器材的按钮，也从以往的弹簧机械式按钮，改采用触碰式传感器。图1是现有技术电容式传感器的电路图。请参考图1，此电路包括感应电极101、电阻102以及感测-控制端103。感测电极101在此电路中，相当于一个接地的电容。

图2是现有技术电容式传感器在上述感应电极101与电阻102的耦接节点A的操作波形。请同时参考图1与图2，感测-控制端103一开始会对节点A充电到一第一额定电压V20，并且使节点A处在高阻抗状态。接下来，由于感应电极101相当于一个接地的电容，因此感应电极101会开始通过电阻102进行放电。感测-控制端103会持续检测节点A的电压。当节点A的电压放电到一第二额定电压V21时，感测-控制端103会根据节点A由第一额定电压V20放电到第二额定电压V21的时间，来判断是否有手指接触到感应电极101，并且再次对节点A进行充电。

请再参考图2，波形201是手指未碰触感应电极101时，节点A的波形；波形202是手指碰触感应电极101后，节点A的波形。由此波形图可以看出，当手指碰触到感应电极101时，感应电极101的等效电容增加，故波形202的放电时间T2会大于波形201的放电时间T1。因此，感测-控制端103只要判断出节点A放电到第二额定电压V21的时间大于T1，便可以判定感应电极101已经被碰触。

在某一些特定应用上，例如游乐器的应用，可能会需要感应导体滑过电容式传感器的速度。图3是现有技术导体滑过电容式传感器的感应电极101时，感应电极101的等效电容变化波形。请参考图3，一般测量导体(例如手指)在感应电极101上移动速度的方法是判断导体接触感应电极101到导体离开感应电极101的时间。而上述时间是由测量感应电极101上的等效电容Cx对时间的变化来判断导体接触感应电极101到导体离开感应电极101的时间。一般来说，等效电容Cx可以通过上述电压对时间的变化来得到。以往的作法会包括以下几个步骤：

第一步骤：先预设好一第一临界电容值CT1(较高临界电容值)与第二临界电容值CT2(较低临界电容值)；

第二步骤：判断所估测的电容值是否超过第一临界电容值CT1；

第三步骤：当等效电容值超过第一临界电容值CT1时，开始计时；以及

第四步骤：当等效电容值低于第二临界电容值CT2时，停止计时并以总时间ΔT来判断导体滑过感应电极101的时间。

然而，若以人的手指为例，每个人的手指情况不同，手指压力的轻重也可能不同，导致感应电极101接触到手指的面积也大不相同。图4是现有技术手指以较轻力道滑过电容式传感器的感应电极101时，感应电极101的等效电容变化波形。请先参考图4，当手指轻轻滑过电容式传感器时，手指与感应电极101因并未紧密接触，故等效电容Cx的变化量较小。若Cx恰好小于第一临界电容值CT1，则无法触发上述第三步骤。另外，即使Cx恰好大于第一临界电容值CT1，也可能因为等效电容Cx太小使得测量时间失准。

另外，感应电极101的表面材质一般是以聚乙烯，聚丙烯等等塑料所构成。此种电容式传感器的感应电极101较容易受到表面材质上所带静电的影响。而上述这类的塑料材质，例如说聚乙烯、聚丙烯等等，具有静电荷累积后不易消除的特性。图5是当现有技术电容式传感器的感应电极101受到静电影响后，感应电极101的等效电容变化波形。请参考与图5，当手指在上述塑料上面操作时，逐渐的会将静电荷以及电场导入或带离塑料，使感应电极101的表面材质的电场效应改变。随着带的静电的不同，等效电容便有可能如同波形51或52的变动。故所测量到的时间Tn也可能受到电荷的影响，变为Ts或Tl。

因此，仅用简单的设定第一临界电容值CT1以及第二临界电容值CT2显然的会失去准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的就是在提供一种导体滑过电容式传感器的速度的测量方法，用以感测导体滑过电容式传感器的速度，并增加感测准确度。

为达上述或其他目的，本发明提出一种导体滑过电容式传感器的速度的测量方法。此方法包括下列步骤：每一预定时间，取样一感应电极的一电容值；当电容值到达一峰值时，根据此峰值，决定第一临界值(threshold value)以及第二临界值；以及利用第一期间与第二期间，决定导体通过电容式传感器的速度，其中，电容值在第一临界值的时间到电容值在峰值的时间为第一期间，电容值在峰值的时间到电容值在第二临界值的时间为第二期间。

依照本发明的较佳实施例所述的导体滑过电容式传感器的速度的测量方法，上述方法还包括：提供放电元件、感测-控制端以及输入-输出控制端，其中放电元件耦接于感测-控制端以及输入-输出控制端之间，且感应电极耦接感测-控制端；当感测-控制端对感应电极充电到一第一电压时，输入-输出控制端设为第一共接电压且感测-控制端设为高阻抗；当感测-控制端的电压由第一电压放电至第二电压时，感测-控制端设为第一共接电压一预定时间后，设为高阻抗，且输入-输出控制端设为一第二共接电压；当感测-控制端的电压由第一共接电压充电至一第三电压时，感测-控制端对感应电极充电到第一电压之后，输入-输出控制端设为第一共接电压且感测-控制端设为高阻抗；以及根据感应电极由第一电压放电到第二电压的时间加上感应电极由第一共接电压充电到第三电压的时间，判断电容值。如此，更能防止静电荷对速度感测所造成的影响。

本发明的精神是在于持续取样感应电极的电容值，并做纪录，当上述电容值产生峰值时，依照比例提供第一临界值以及第二临界值，并且以电容值通过第一临界值的时间以及电容值从峰值下降到第二临界值的时间来估测导体滑过电容式传感器的速度。因此，无论导体是否与感应电极紧密接触，都可以达到准确的估测导体滑过电容式传感器的速度。

附图说明

图1是现有技术电容式传感器的电路图。

图2是现有技术电容式传感器在上述感应电极101与电阻102的耦接节点A的操作波形。

图3是现有技术导体滑过电容式传感器的感应电极101时，感应电极101的等效电容变化波形。

图4是现有技术手指以较轻力道滑过电容式传感器的感应电极101时，感应电极101的等效电容变化波形。

图5是当现有技术电容式传感器的感应电极101受到静电影响后，感应电极101的等效电容变化波形。

图6是根据本发明实施例所绘示的导体滑过电容式传感器的速度的测量方法流程图。

图7A是根据本发明实施例所绘示的电容式传感器的结构图。

图7B是根据本发明实施例所绘示的电容式传感器的操作波形。

图8是根据本发明实施例图7A所绘示的操作方法流程图。

图9A是根据本发明实施例的感应电极70不带电时的操作波形。

图9B是根据本发明实施例的感应电极70带正电荷时的操作波形。

图9C是根据本发明实施例的感应电极70带负电荷时的操作波形。

图10是根据本发明实施例的手指滑过电容式传感器的感应电极70时，感应电极70的等效电容变化波形。

附图标号：

101、70：感应电极

102：电阻

103、71：感测-控制端

73：放电元件

72：输入-输出控制端

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图6是根据本发明实施例所绘示的导体滑过电容式传感器的速度的测量方法流程图。电路图的部份请参考现有技术图1。如图6所示，此导体滑过电容式传感器的速度的测量方法包含有下列步骤：

步骤S600：开始。

步骤S601：每一预定时间，取样感应电极101的等效电容值Cx。在此，被取样的电容值以及取样的时间将会依照顺序被记录起来。

步骤S602：判断感应电极101的电容值Cx是否发生一峰值。简单的说，峰值就是电容值从上升到开始下降时的期间中的最高值。当判断峰值尚未发生时，回到第一步骤S601。

步骤S603：当被取样的感应电极的等效电容值Cx发生一峰值时，根据此峰值的大小，依照比例决定一第一临界值以及一第二临界值。一般来说，达到峰值时，通常是导体与感应电极接触面积最大的时候。另外，此步骤的实施条件通常是在电容式传感器的韧体内部储存有峰值、第一临界值以及第二临界值的比例关系。当撷取到峰值时，便可以对应产生上述第一临界值以及上述第二临界值。

步骤S604：定义第一期间为电容值Cx在第一临界值的时间到电容值Cx在峰值的时间。

步骤S605：定义第二期间为电容值Cx在峰值的时间到电容值Cx在第二临界值的时间。

步骤S606：利用上述第一期间与上述第二期间，决定导体通过电容式传感器的速度。

步骤S607：结束。

由上述实施例便可以看出，由于在本实施例中，有取样电容值以及记录其取样值以及取样时间。因此，只要得到峰值，便可以获知电容值达到第一临界值的时间点，也可以被认定为导体开始接触感应电极的时间。因此，只要取样到电容值通过第二临界值的时间点，便可以由电容值达到第一临界值的时间点与电容值通过第二临界值的时间点来判断导体滑过电容式传感器的速度。并且，此方法可以避免因为手指或导体与感应电极的接触面积的大小不同，使感应出的速度有所差异。

上述实施例已经提出了一种测量导体滑过电容式传感器的速度的方法。但是，由于感应电极与导体接触的部分的材质大部分是由塑料构成，其容易受到静电的影响。以下另外提出一种电容式传感器的电路结构，以及其操作方法的实施例以防止静电影响导体滑过电容式传感器的速度的测量结果。

图7A是根据本发明实施例所绘示的电容式传感器的结构图。请参考图7A，其包括感应电极70、感测-控制端71、输入-输出控制端72、放电元件73。其耦接关系如图所示。图7B是根据本发明实施例所绘示的电容式传感器的操作波形。请参考图7B，701是感测-控制端71的电压波形。702是输入-输出控制端72的波形。图8是根据本发明实施例图7A所绘示的操作方法流程图。请同时参考图7A、图7B与图8：

步骤S800：开始

步骤S801：提供如图7A中的电容式传感器。

步骤S802：由感测-控制端71对感应电极70充电。

步骤S803：判断感测-控制端71的电压是否到达第一电压V1。当判断为否时，回到步骤S802继续对感应电极70充电。

步骤S804：当感测-控制端71的电压到达第一电压V1时，输入-输出控制端72设为第一共接电压Vss且感测-控制端71设为高阻抗。

步骤S805：感应电极70通过放电元件73对输入-输出控制端72放电。

步骤S806：判断感测-控制端71的电压是否被放电到一特定电压V2。当判断为否时，回到步骤S805继续对输入-输出控制端72放电。

步骤S807：当感测-控制端71的电压放电到特定电压V2时，感测-控制端71会被设为第一共同电压Vss将感应电极70放电到共同电压Vss之后，感测-控制端71会被设为高阻抗状态。另外，输入-输出控制端72会被设为第二共同电压Vdd。

步骤S808：输入-输出控制端72通过放电元件73来对感应电极70进行充电。

步骤S809：判断感测-控制端71的电压是被否充电到电压V2。当感测-控制端71的电压由共接电压Vss充电至电压V2时，便回到上述步骤S802。

由于感应电极70在没有导体触碰的情况下，其等效电容是不会改变的，故在感测-控制端71所测量到的电压波形将会是一个周期性的波形。当有导体触碰到感应电极70时，其等效电容将会变大，在感测-控制端403所测量到的电压波形的周期也会变大。因此，只要根据步骤S802～步骤S809的时间以及在此期间的电压变化，便可以判断感应电极70的等效电容Cx的变化。

虽然上述实施例仅以图7A、图7B、图8的实施态样作举例，但是本领域具有通常知识者应知道，上述的电压V1、V2、Vss以及Vdd是可以依照不同情况而改变的，一般的情况下，Vdd通常是电源电压，Vss通常是接地。另外，上述对感应电极70的充电目标也并不一定要选择与放电目标V2相同的电压。故本发明不应以上述电压为限。另外，放电元件73一般是以电阻或与其等效的其他元件来实施。

图9A、图9B以及图9C分别是根据本发明实施例的感应电极70不带电、带正电荷与带负电荷时的操作波形。请先参考图9A与图9B，当感应电极70的表面带有正电荷时，感应电极70由电压V1放电到电压V2的时间会增加，但是感应电极70由共接电压Vss充电到电压V2的时间相对的会减少。接下来，请参考图9A与图9C，当感应电极70的表面带有负电荷时，感应电极70由电压V1放电到电压V2的时间会减少，但是感应电极70由共接电压Vss充电到电压V2的时间相对的会增加。因此，不论是感应电极70带正电荷或是负电荷，此时会有相对应时期的充放电时间增加，相对的另一时期的充放电时间则会缩短。换句话说，无论感应电极70带正电荷或带负电荷，其充电时间与放电时间的总和与感应电极70未带电荷的充放电时间的总和将会大致相同。故此结构以及此操作可减低静电对于电容估测的误差。使电容估测更加准确。

图10是根据本发明实施例的手指滑过电容式传感器的感应电极70时，感应电极70的等效电容变化波形。请同时参考图10与图3，在图10的电容变化波形显然的比图3要来的对称。也就是说，现有技术的结构所估测出的电容值受到了静电以及手指电场的影响，造成了所估测的等效电容Cx的波形不对称，因为电容式传感器的结构改为图7，使上述的影响得以消失。因此，此结构使得电容的估测更加准确。相对的，估测导体滑过电容式传感器的准确度也会大为提升。若配合上述图6的方法，根据波形最大值来依据百分比订定临界值，更可以避免因不同操作方式，所估测的电容值波形强弱不一致，造成的估测不准确，甚至无法估测的问题。

综上所述，本发明的精神是在于持续取样感应电极的电容值，并做纪录，当上述电容值产生峰值时，依照比例提供第一临界值以及第二临界值，并且以电容值通过第一临界值的时间以及电容值从峰值下降到第二临界值的时间来估测导体滑过电容式传感器的速度。因此，无论导体是否与感应电极紧密接触，都可以达到准确的估测导体滑过电容式传感器的速度。

另一方面，本发明的较佳实施例还可以避免静电的影响，使得估测导体滑过电容式传感器的速度更加的准确。

在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (5)

1.一种导体滑过电容式传感器的速度的测量方法，其特征在于，该测量方法包括：

每一预定时间，取样一感应电极的一电容值；

当所述的电容值到达一峰值时，根据该峰值，决定一第一临界值以及一第二临界值；以及

利用一第一期间与一第二期间，决定所述的导体通过电容式传感器的速度，

其中，所述的电容值在所述的第一临界值的时间到所述的电容值在所述的峰值的时间为所述的第一期间，所述的电容值在所述的峰值的时间到所述的电容值在所述的第二临界值的时间为所述的第二期间。

2.如权利要求1所述的导体滑过电容式传感器的速度的测量方法，其特征在于，该测量方法包括：

提供一放电元件、一感测-控制端以及一输入-输出控制端，其中该放电元件耦接于该感测-控制端以及该输入-输出控制端之间，且所述的感应电极耦接该感测-控制端；

当所述的感测-控制端对所述的感应电极充电到一第一电压时，该输入-输出控制端设为一第一共接电压且感测-控制端设为高阻抗；

当所述的放电元件的第一端的电压由所述的第一电压放电至一第二电压时，所述的感测-控制端设为所述的第一共接电压一预定时间后，设为高阻抗，且所述的输入-输出控制端设为一第二共接电压；

当所述的放电元件的第一端的电压由所述的第一共接电压充电至一第三电压时，所述的感测-控制端对所述的感应电极充电到一第一电压之后，所述的输入-输出控制端设为一第一共接电压且感测-控制端设为高阻抗；以及

根据所述的感应电极由所述的第一电压放电到第二电压的时间加上该感应电极由所述的第一共接电压充电到第三电压的时间，判断所述的电容值。

3.如权利要求2所述的导体滑过电容式传感器的速度的测量方法，其特征在于，所述的第一共接电压为接地电压。

4.如权利要求2所述的导体滑过电容式传感器的速度的测量方法，其特征在于，所述的第二电压与所述的第三电压介于所述的第一电压与所述的第一共接电压之间。

5.如权利要求2所述的导体滑过电容式传感器的速度的测量方法，其特征在于，所述的放电元件为一电阻。

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