CN101167000A

CN101167000A - 电容式传感器及生产方法

Info

Publication number: CN101167000A
Application number: CNA2006800066820A
Authority: CN
Inventors: 大卫·斯内尔; 安托尼·莫恩
Original assignee: AB Automotive Electronics Ltd
Current assignee: AB Automotive Electronics Ltd
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2008-04-23
Also published as: MX2007010790A; WO2006092627A1; EP1856559A1; GB0504467D0; BRPI0607582A2; GB2423822A; JP2008532034A; KR20080012259A

Abstract

本发明提供了一种电容式传感器，其包括传感器导体，在该传感器导体后方具有大的防护导体，其中，通过将特别是在竖直条带中的、形成传感器导体的导电材料面积最小化，提高对远距离物体的灵敏度，其中，竖直条带代表所述传感器上水的路径。从而降低对所述传感器上流过的如来自雨水的水滴流的灵敏度。

Description

电容式传感器及生产方法

技术领域

本发明涉及一种电容式传感器，该电容式传感器尤其附加到车辆上，用于感测该车辆与其它物体的接近程度，以便例如在操纵这种车辆时提供辅助。

背景技术

近来，汽车已经配备了传感器，尤其是在车辆尾部，以便警告驾驶员物体的情况。这样，当倒车时，可以避免与未看见的或模糊的物体碰撞，同时仍然能够将车辆置于诸如墙壁、桩等物体附近。在通常的实现中，当障碍物进入范围时，以一连串的“嘟嘟声”或音调发出可听见的警告。当接近障碍物时，这些音调变得更加急促；当障碍物很近时，例如35cm远，此时，音调达到实音，通知驾驶员停车。发出该停车音调的范围就是停车距离。

电容式传感器具有连接到控制单元的防护板和传感器板。在使用中，控制单元提供A.C.信号给传感器板和防护板。车辆附近的物体对地呈现出电容。该电容由两个电容串联形成，即由传感器板与物体之间的电容和该物体与地之间的电容串联形成。后者电容实际上是由物体与下述表面之间的电容以及该表面与车辆的电接地之间的电容形成的，其中，在所述表面上串联设置有该物体和车辆。但是该后者电容与其它电容相比非常大，因此可以将它视为该表面与车辆传感器中的电接地之间的直接连接。控制单元对传感器板与地之间的电容进行测量。当(对于后置系统)手动或以其它方式使用倒车档时，该单元可以被自动触发。

图1示出了一种用于跨车辆后保险杠安装的非常有用的传感器构造。如图所示，在传感器主体12的前侧是由导电材料制成的传感器装置或传感器板11。传感器板11包括宽度均匀的中央部，以及邻接末端的宽度较大的两个端部或凸起部。由于这些凸起部的表面面积增加，因此，它们在车辆边缘提供的灵敏度增加。这是因为，如果传感器板形成为均匀的条带，那么对于位于传感器板11的一侧的物体来说，由于该物体只能与传感器的该侧以电容方式耦合，因此，在边缘处，其灵敏度可能会降低，但是，位于传感器板正前方的物体将与传感器板11的两侧以电容方式耦合。该特征对于保证在车辆的整个宽度范围内停车距离大致均匀尤其重要。GB2,348,505对提供扩大的凸起部来提高车辆角落的灵敏度进行了描述。GB2,367,075描述了一种用于非均匀传感器板的改进的设置。其中，传感器的每单位长度的面积是变化的，以便在传感器的选定部分中提供同样的增高的灵敏度，同时提供传感器的可替选的设计，这在传感器在使用中为可见的情况下是有用的。

第一防护板(未示出)设置在传感器主体12的与传感器板11相对的一侧。该第一防护板用作防护物，以便降低该器件对传感器板后面的任何东西的灵敏度。第一防护板和传感器板通过衬底12相互隔离。

以均匀条带的形式示出的第二防护板13与传感器板11位于同侧。该第二防护板也由导电材料制成，并且在本示例中示出为在传感器板上方。但是，可替换地，第二防护板可以位于传感器板11下方，或者位于传感器板11的上方和下方，这取决于应用第二防护板的车辆的几何结构。第二防护板在PCT公布号WO 02/084875中进行了描述。

第二防护板13的目的是保护传感器板11不受干扰，其中，干扰可能诸如由落到车辆或车辆保险杠上并滚落而经过传感器板的水引起。第二防护板13上施加有信号，该信号对应于、或者基本上对应于施加到传感器板的信号。在这点上，施加到第二防护板上的电压具有与传感器板相同的相位和频率，并且优选是具有更大的幅度，如大约是施加到传感器板的电压的1.2倍。

这样的传感器10通常设置在车辆保险杠内，其中，传感器的具有传感器板11和第二防护板13的前侧被设置在相对于该车辆的最外面。相应地，传感器的具有防护板(未示出)的一侧在最里面，即最靠近车辆本身。

图1所示配置的传感器相当适合于屏蔽传感器板，使其不受雨水等的影响。在对来自传感器板的信号进行处理时，可以采取其它措施来减轻水的影响。但是，减少雨水的影响是重要的设计准则，并且，改进该特性将提供更好的总体性能。

在设计具有改进的抗近场干扰性能的传感器的过程中，需要牢记下面的电容公式：

C＝E_oE_rA/L (1)

其中

●C为两个物体如水滴和传感器板之间的电容

●E₀为自由空间的电容率(permittivity)

●E_r为材料的介电常数(dielectric constant)(对于空气，E_r＝1；对于大部分塑料，E_r在2到3.5的范围内)

●A为物体的(例如传感器板和水滴的)相对导电面积

●L为物体的间隔(例如水滴和传感器板之间的距离)。

在近场中，当水滴流经过传感器板时，其以电容方式耦合到该传感器板。这并非是所希望的，因为这些滴流的结果导致检测信号中有损真实检测信号的尖峰。因此，为了减小水滴与传感器板之间的电容，考虑到公式(1)，需要具有较小的传感器板面积。

但是，为了在远场中有效检测正在靠近的物体，需要物体与传感器之间的电容很大。为此，基于公式(1)，必须使用大传感器板面积。然而，这对近场干扰的影响相反，因为板尺寸的增加也使得在保险杠的靠近传感器板的表面上流过的水的影响增大。

公式(1)关于理想平行板电容器，并且仅仅是近似。当物体的面积A远远大于物体之间间隔的平方(L²)时，该公式非常适用。换句话说，当考虑与传感器附近物体(即“附近”场或“近”场中的物体)的相互作用时，可以使用公式(1)来估计这些物体与传感器之间的电容。但是，当考虑与距传感器远的物体(即“远距离”场或“远”场中的物体)的相互作用时，由于A远远小于L²，所以上述公式没有给出它们之间电容的准确值。

所以，总之，对于远场中的有效检测，认为需要大的传感器板面积。但是，传感器板面积的增加也会使得在传感器上流过的水的影响增加，这并非是所希望的。相反，为了使水的影响最小，应该保持小的板尺寸，进而保持小的电容。因此，这两个考虑因素(即良好的总灵敏度和水滴流引起的最小的尖峰)是矛盾的。

通过在放大级中选择电阻器值可以调节系统的总灵敏度。但是，在诸如停车辅助的实际应用中，远场范围受到对不平坦地面的灵敏度的限制，不平坦地面使得车辆“跳跃”，进而使得传感器“跳跃”，从而导致错误的触发。在这点上，由于该系统被设计成检测传感器与地之间电容的变化，所以，为了得到良好的灵敏度，当靠近障碍物时，传感器需要产生大百分比的电容变化。

总的来说，需要提供一种对电容式传感器的特定范围内远场物体具有良好灵敏度的传感器，所述远场物体是需要检测的物体，如车辆尾部附近的物体。这将与主要由在传感器上流过的水导致的近场干扰影响的最小化相结合，其中，所述水的检测是不期望有的。这特别适用于附着到车辆尾部的停车辅助传感器，具有所需的对大约50mm到2米远的远场物体的良好灵敏度，并且对通常发生在传感器的5mm范围内的近场干扰的灵敏度降低。

发明内容

一方面，本发明提供一种电容式传感器，其包括：衬底；该衬底表面上的以导电材料图案形成的伸长的传感器板，该传感器板具有中央部和两个外部，所述两个外部沿传感器板的长度方向轴设置在中央部的两侧，其中，导电材料被这样设置，使得多个假想条带(其宽度相似，沿传感器的长度方向轴并排设置，每个条带在衬底的宽度上延伸)中每个与导电材料的多个部分交叠，并且在传感器板的长度方向上的中央部分中，每一个条带所交叠的导电材料的总面积基本上是常数。

所述条带可以在与传感器板的长度方向轴垂直的第一方向上沿着衬底的表面延伸。

优选地，当传感器用于车辆保险杠上时，所述条带与在传感器上流过的水的预期路径相关。这样，可以对传感器板的布局进行设置，使得即使条带不平行，在条带中导电材料的分布也基本上是常数。换句话说，该条带采用的横穿传感器的方向可以沿传感器的长度方向变化，以便将车辆保险杠的整个长度上的水的不同流向考虑在内。传感器板被这样设置，使得保证这些条带中的每一个条带中的材料的均匀性。

与中央部相比，外部可以在每一个条带中具有不同的导电材料面积，以提供现有技术系统中具有凸起部的效果，以便例如在汽车角落的周围提供增加的近场和中场灵敏度。优选地，中央部在长度方向上比每个外部更长，以便保持车辆后方的均匀的感测区域，而且使得在表面上经过的水滴具有均匀的影响。这样，它们的影响与影响大小取决于沿传感器长度方向上的位置的情况相比更容易被虑除。

诸如通过采用竖直高度小的导电材料线，使得与近场物体往往移动的方向(例如，竖直移动)相同的方向上的导电材料的量最小化或者至少使其减少，从而用来使水(其通常竖直运动)的影响最小。通过平行板电容公式(1)，可以计算水滴流与传感器板之间的电容。因此，由于滴流通常因重力而竖直运动，所以，通过减少滴流经过的导电材料的量，使得公式(1)中A的值变小。这意味着传感器板与滴流之间的耦合电容减小，并且滴流对传感器的影响也会减小。

传感器装置有效面积的减小可能导致远场灵敏度的降低。但是，这种降低不成比例地小于对近场灵敏度的影响，因此可以被补偿。所以，本发明的这个方面允许使近场灵敏度最小化而不会过度损害远场范围。

在远场方面，由导电材料限定的外周界在确定电容进而确定灵敏度方面比包含在该周界内的导电材料的实际面积更加重要。因此，只要由导电材料中形成传感器板的部分限定的外周界所围绕的面积包含适当大的面积，则内部为导电材料的区域的面积比例对传感器灵敏度的影响很小。优选地，周界内的形成传感器装置的导电材料以规则图案在该区域的长度方向上分布。此外，通过传感器装置的“适当大的面积”，通常假设与现有传感器有相同的周界面积，尽管其中减少了导电材料的使用。

应该理解，在使用中，术语“水平”和“竖直”旨在相对于置于车辆尾部保险杠上的伸长的传感器，使得水平方向对应于车辆保险杠的长度方向，而竖直是重力方向，即垂直于地。

近场干扰通常由在传感器或后方装有传感器的隔离表面上流过或者形成在其上的水滴流或水滴引起。由于天气原因或当地条件的原因，水可以来自降水、冷凝、融水等。

根据本发明的另一方面，提供了一种在有雨水的情况下检测传感器附近是否存在物体的方法，该方法包括提供一种电容式传感器，如上述电容式传感器。

本发明的又一方面说明在车辆保险杠中使用电容式传感器，用于减轻对保险杠上流过的水的灵敏度，所述保险杠包括外壳，在该外壳的内表面上设置有所述电容式传感器，该电容式传感器包括：衬底；该衬底表面上的以导电材料图案形成的伸长的传感器板，该传感器板被这样设置，使得在与传感器板的长度方向轴垂直的第一方向上沿衬底表面延伸的假想条带中每个包含被一个或多个无导电材料的区域分隔的导电材料的多个部分。

本发明的又一方面提供了一种电容式传感器，其包括：衬底；该衬底表面上的以导电材料图案形成的伸长的传感器板，该传感器板包括沿传感器的长度方向轴设置的多个间隔开的平行条带。

本发明的又一方面提供了一种电容式传感器，其包括：衬底；该衬底表面上的以导电材料图案形成的伸长的传感器板，该传感器板包括围绕衬底中沿传感器长度方向轴延伸的伸长区域的外周界设置的导电材料条带。

本发明的又一方面提供了一种电容式传感器，其包括：衬底；该衬底表面上的以导电材料图案形成的伸长的传感器板，该传感器板包括成形为沿传感器长度方向轴设置的相互连接的V形状的条带。

附图说明

现在，将参考附图对本发明的特定实施例进行描述，其中：

图1示出了现有技术中的传感器和防护板设置；

图2示出了与安装在车辆后保险杠之后的电容式停车辅助传感器相关联的电容；

图3示出了具有电容式传感器的车辆后保险杠的横截面图以及与正沿保险杠滚落的水滴流相关联的电容；

图4示出了当车辆沿着道路缓慢倒退160秒后，接着逼近大障碍物如另一车辆时，来自图1、6、8或9所示传感器的任何一个的典型输出。当接近该障碍物时，从传感器输出的电压上升。在到达障碍物以前，传感器输出中存在由于道路的起伏引起的小波动；

图5示出了当水滴到图1中现有技术传感器的保险杠上时的输出传感器响应；

图6示出了根据本发明第一实施例的传感器设置；

图7示出了根据本发明第一实施例的图6中传感器设置的输出传感器响应；

图8示出了根据本发明一可替选实施例的传感器设置；

图9示出了根据本发明又一可替选实施例的传感器设置；

图10示出了图9传感器的关于线AB的横截面图；

图11示出了在水滴流与图9传感器的传感器板之间发生的耦合；

图12为对图1(“实心”)、图6(“5-条”)和图9(“线”)的传感器的传感器板的面积进行比较的图，并示出了其在远场距离的相对灵敏度；以及

图13为对图1、6和9的传感器的传感器板的面积进行比较的图，并示出了其对雨水的相对灵敏度。

具体实施方式

为了说明本发明诸方面背后的理论，图2示出了当后部塑料保险杠之后安装有电容性停车辅助传感器1的汽车向障碍物3倒退时的工作电容。防护板2安装在传感器和车体之间。

当不存在障碍物时，传感器与地之间的电容由如下若干并联电容组成：

Ca，其为传感器与防护装置以上的车体之间的电容；

Cb，其为传感器与防护装置以下的车体之间的电容；

Cc，其为传感器与地之间的电容。

车体通过电容Cz以电容方式与地(地球)耦合，而传感器与地之间的电容实际为Cc，其与Cz串联。由于与Cc相比Cz相当大，因此Cz通常可以被忽略不计。因此，认为车辆主体与地球直接相连是合理的，并且，在这里谈及的地涉及车辆主体地和地球地两者。

还存在传感器与该传感器末端之外的车体之间的电容Cd(未示出)，以及在传感器与的车体之间通过防护板的小电容。后者电容是由于保护放大器中的非线性导致保护信号没有完全跟随传感器的信号而产生的。

因此，传感器与车体之间的总电容是所有这些并联电容之和：

Co＝Ca+Cb+Cc+Cd (2)

所有这些电容取决于传感器板的面积。因此，如果传感器板的面积增大，则所有这些电容都将增大。

当车辆接近障碍物3时，感测到附加的与Cz串联的电容Cp。如上所述，我们通常可以忽略Cz。传感器输出的变化与电容的增大近似成立比：

V＝K*(Cp+Co)/Co (3)

其中V是输出的电压(称为灵敏度)；

K是比例常数；

Cp是由于接近障碍物而引入的附加电容；

Co是传感器和地之间的背景电容，如(2)中所示。

电容Cp也会随着传感器面积的增加而增加。如果各要素(Ca、Cb、Cc、Cd、Cp)的电容随着传感器板的面积线性增加，那么电压V的变化将与传感器板的实际面积无关。

关于图12，对该理论进行测验，图12中示出了安装在同一防护装置上、具有不同导电材料面积的多个不同传感器板的可比较的远场灵敏度结果。该测试使用三种传感器布局来进行。第一种布局是横跨保险杠宽度延伸的单个窄条带或线。第二种布局是与图6中所示的传感器类似的、具有5个位于彼此上方的窄条带的传感器。最后一种传感器布局与具有横跨保险杠宽度延伸的宽条带的现有技术布局类似。该传感器具有与第二种布局类似的外周界，但是在该区域中具有的导电材料的量大很多。图12表明，输出(灵敏度)的变化确实随着导电材料的增加而增加，但增加不是很多。

下面考虑近场效应，参考图3，其示出了水滴流4正沿着保险杠5滚落。图3为穿过保险杠5的截面，保险杠5安装在金属车体3上，具有传感器1和防护装置2。滴流中处于防护装置上方的顶部以电容方式耦合到车体(Cx)。如果滴流足够长，那么还可以具有与处于防护装置下方的车体的耦合(未示出)。关于防护装置的这种耦合在PCT公布号WO02/084875中进一步进行了描述。

当滴流在传感器装置1上经过时，该滴流以电容方式以电容Cy与传感器装置1耦合。因此，当滴流经过传感器装置时，到车体(地)的电容增加到Cx与Cy的串联。

水滴流可以认为是在保险杠外壳上滚落的长度短的导体。虽然纯水不是良导体，但是相对于电容测量电路中的大阻抗，滴流中的水的电阻比较低，因此可以被忽略。

如果传感器紧挨着保险杠外壳而安装在其后，那么滴流经过时非常靠近该传感器。汽车保险杠的表面通常由聚丙烯(polypropylene)制成，大约为3mm厚，并且具有大约为3的介电常数。由于滴流接近传感器装置，所以，该滴流与传感器装置之间的电容耦合Cy可以利用平行板电容公式(1)来计算。因此，该耦合Cy依赖于传感器装置与代表滴流的导体的长度之间相对的面积。换句话说，有效面积是滴流与传感器板的导电部分之间交叠的面积。

因此，为了使Cy最小化，需要使传感器与滴流之间的接触面积最小化。由于滴流通常沿竖直(或接近竖直，依赖于气流)路径，因此，通过将传感器设置成在从顶到底横跨保险杠表面的竖直条带中具有小的导电材料横截面，可以使Cy最小化。

正如下文详细描述的那样，改变传感器板的形状对水滴流检测的影响相当大。图13针对与图12所示示例中使用的相同的三个传感器，示出了这种改变。

结合这些近场干扰考虑因素和远场物体灵敏度的考虑因素，本发明的一个实施例提供了横向长度大并且竖直高度小的传感器装置。换句话说，以上理论表明：由于传感器和地之间的电容Co与该传感器板的面积有关，因此，该电容的绝对值对于远场检测并不关键。当考虑远场物体时，灵敏度与传感器的暴露给障碍物的外周界内包含的总面积的相关度高于与传感器面积的相关度。

此外，为了使Cy最小化，有必要使传感器与滴流之间交叠的导电材料面积最小化，并且，这可以通过如此设置传感器装置来实现，即在雨水干扰通常流动的方向上使传感器装置具有小的横截面，其中，所述方向通常与传感器的长度垂直(即竖直)。理想地，传感器装置的横截面在偏离竖直的方向上也小，以便将沿着竖直以外的方向上流经传感器的水考虑在内。这在气流或风流压力、以及车辆后方的扰动气流施加到正沿车辆保险杠流下的雨水时可能会发生。该气流将迫使水偏离它的自然的竖直路径(由于重力的原因)，使得最终的水流将是倾斜的。

参照图6，其示出了根据本发明第一实施例的电容式传感器20。传感器20形成在衬底21上，该衬底优选为塑料膜。第一防护板(未示出)形成在传感器主体的后侧。可替选地，如果第一防护板与传感器装置24是电分离的，则为了简化制造，第一防护板可以形成在该传感器主体的前侧。

本实施例中的传感器装置24由多个导电条带构成。在图6中示出了5个导电条带。为了便于形成传感器板，导电条带优选为以平行的行形成，但是这不是必须的。例如，可以有这样的一个或多个行，每个行可以是波状的、弯曲的或者锯齿形的。而且优选的是，该导电条带尽可能窄，同时不损害其机械强度或电阻。因此，宽度取决于所选择的构造方法，但是优选地，该宽度应该为1mm或更小。此外，当使用不止一个行时，优选的是它们的间隔至少为5mm。

在图6的实施例中，传感器板还具有接近条带各端的凸起部。在本实施例中，通过在传感器条带的各端提供长度减小的一个或多个附加条带来形成该凸起部。在图6中，在传感器板的各端具有一个这样的条带(26a，26b)，每个具有与所需凸起部的长度相对应的长度。凸起部条带(26a，26b)不需要被安置成与传感器板的末端直接相邻，例如，凸起部条带可以向中央偏移。凸起部使车辆角落的灵敏度增加，以便提供对不在车辆正后方的物体的良好灵敏度，并且在车辆的整个宽度上提供基本上均匀的灵敏度。提供这种凸起部的原理在本领域是熟知的。

包括附加的凸起部条带的导电条带的各行通过第一导电互连部25a和第二导电互连部25b电连接，其中，第一导电互连部25a形成在条带行一端，并且第二导电互连25b形成在导电条带行的另一端。优选地，如图6所示，导电互连部斜跨导电条带的各行而设置，从凸起部条带角落端延伸到上导电条带。该导电互连部在与凸起部条带的长度相对应的位置电连接到上导电条带。通过用斜条带连接水平平行线，则无论滴流在哪里滚动，暴露给水滴流的面积总是最小的。如果连接是竖直的，那么沿保险杠表面流下并且强耦合该连接的滴流给出错误的读数。通过使连接成一角度，任何滴流将仅仅经过该连接的一小部分。此外，该额外的材料可以通过使与其连接的平行条带变薄而得到补偿。

还存在将线连接在一起的其它布置。例如，可以在传感器后方、甚至在远距离连接点对这些线进行连接。

在本实施例中，第二防护板22形成在衬底的前表面上，其中，前表面是相对于车辆的、其上设置有传感器20的最外面部分，如同图1中的传感器一样。第二防护板22也可以具有接近该板末端的凸起部(23a，23b)。防护板上的这些凸起部提供增强的保护，以抵抗由水滴引起的输出上的尖峰。这有助于对抗传感器凸起部呈现给水滴流的增加的面积。在这点上，由于斜线也对导电凸起部的有效面积有贡献，所以，对于横跨凸起部滚动而不是竖直向下滚动的滴流来说，越大的凸起部面积产生越坏的尖峰。使第二防护板在凸起部附近变得更宽可以对抗这种情况。

总的来说，本设计的目的是使所述面积最小化，进而在滴流沿保险杠的前面滚下时，使板与滴流之间的电容最小化。例如，将本设计与图1所示的现有技术设置进行比较，竖直经过图6中传感器板的中央区域的水滴将仅仅与传感器中对应于滴流宽度和传感器中每一个线的宽度相乘得出的面积相耦合。不会有与各线之间的间隔中的面积的耦合。但是在图1的设置中，由于没有间隔，所以，在传感器板的整个宽度上将有耦合。因此，该滴流将和传感器形成大得多的电容器，从而具有大得多的影响。

在本发明的该实施例中，已经选定了导电表面面积以及由传感器板24所限定的外边界内的面积，以便于提供所需要的范围，在该范围内，传感器指出已足够接近物体，需要停车。

如上所述，电容确实随着传感器板面积的增加而增加，但是对于较远距离的物体来说，灵敏度和传感器面积之间的关系是非线性的。例如，对于一米长的薄条带传感器板和20cm远的物体，1mm宽和2mm宽的条带之间的电容比例大约为1.5。因此，条带尺寸加倍只能导致电容增加到1.5倍，其中，考虑到标准电容公式(1)，对于平行板电容器，预期得到加倍。同样地，条带尺寸减半只能引起仅仅大约三分之一的下降，而根据公式(1)应该预期减半。

由此可见，例如由1mm厚、具有5mm间隔的5个线而不是仅由一个25mm厚(即与5个分隔的薄线的总厚度相当)的实心体来形成传感器板，仅会导致轻微降低远场灵敏度。如同从图12可以看出，图6中传感器的面积大约为图1传感器的面积的五分之一，但远场灵敏度大约为90％，对雨水的灵敏度大约为三分之一。

图6中所示导电传感器的构成的又一优点在于它减小了传感器板24与后防护板(未示出)之间的电容。由于太大的电容会对驱动防护板的放大器施加重负荷，因此需要减小电容。结果，在不超过传感器板与后防护板之间的最大允许电容的情况下，可以减小衬底20的厚度。作为其示例，图1中的传感器通常使用250微米厚的膜衬底，而图6中的传感器使用125微米厚的膜。减小衬底厚度的又一优点是减轻重量并且节省成本。

图8示出了根据本发明第二实施例的一种可替选形式的传感器板50。传感器板50具有衬底52以及位于背侧的第一防护板(未示出)。此外，在传感器板51上方，在传感器的前表面上还设置有第二防护板53。在本发明的该实施例中，传感器板51为轮廓线形式。该轮廓线是完全相连的，并且在靠近传感器板的末端处具有两个凸起部54a和54b。

测试中发现该轮廓线传感器在远场中具有与图1的现有技术传感器相似的灵敏度范围，并且在近场中具有提高的水性能(即对雨水等的灵敏度降低)。

图9示出了又一可替选形式的传感器，图10是图9实施例的关于线AB的横截面，因此，对于这两幅图，相同部分将使用相同的参考号。在本发明的该实施例中，在衬底62上形成有主防护板61。防护板61由导电材料如金属箔制成，并且衬底优选是塑料膜。第二防护板63如金属箔条带置于主防护板61上，但是通过隔离装置64与主防护板61电隔离，所述隔离装置64优选是另一塑料膜。塑料薄膜/第二防护板组合通过使用粘合剂65附着到主防护板的表面。

在本发明的该实施例中，导电材料以一系列竖直并相互连接的V形形式放置在上面。该导电材料是直径为0.2mm、可以被至少部分变平的铜线。该铜线具有瓷涂层67。该涂层用于当铜线放置在主防护板61上时使铜线与主防护板61隔离。瓷涂铜线利用粘合剂65固定到主防护板。然后，保护薄膜68覆盖在传感器顶部上，并且优选是通过层压固定。

如同图6实施例一样，该传感器板需要较少的导电材料来形成传感器板。减少使用形成传感器装置的导电材料使得能够减小衬底61的厚度，从而减轻了重量并节省了成本。另外，由于传感器装置66面积减小了，因此，有利地减小了传感器装置66与主防护板61之间的电容。

为了说明根据所述实施例形成传感器板所带来的优点，将提供一些可比较的示例。

首先，将图1和图6的传感器附着到车辆保险杠，并且进行水性能测试。在该测试中，车辆保险杠为大约3mm厚，并且水以每秒0.03ml的速率从滴定仪滴在车辆保险杠上。这样，就模拟了自然降雨，因为在保险杠上定期形成水，然后，滴流经过保险杠滚落。

图5和图7分别示出了针对图1和图6中传感器的所得到的传感器输出。每个滴流由于紧邻着传感器而与该传感器耦合，并且由于与传感器耦合而导致尖峰。应该理解，在每个被测试传感器中的第二防护导体导致许多尖峰变为反向。

通过比较图5和图7，明显看出，根据图6的传感器产生的尖峰的幅度减小了。由于公式(1)适用于近场水干扰，因此，与图1中现有技术的传感器相比，可以认为水对图6传感器的影响较小。也就是说，因为水如此接近于传感器(即3mm远)，所以，对于水滴流与传感器之间的耦合，平行板电容公式在近场中成立。

参考图13，其示出了可替选的曲线图，该曲线图将图1、图6和图9中的传感器的近场灵敏度与传感器的横截面积进行比较。为了得到该数据，将来自滴定仪的水滴到附着有所述传感器中的每一个的汽车保险杠上。每个滴流在传感器输出中产生大小不同的尖峰，并且该曲线图示出了在4分钟的间隔中记录的水滴尖峰的平均大小。图1中具有实心传感器装置的传感器具有最大的平均尖峰大小，为609个单位的量级。图1中传感器的平均横截面导电面积也最大，为40000mm²的量级。在这些曲线图中，应该理解，1024个单位对应于与传感器输出相关联的A-D转换器的5伏输出。而且，平均尖峰大小是利用尖峰的A-D输出对时间的曲线图的面积计算出的。A-D转换器每20ms测量一次该输出。

图6中传感器具有由5个导电材料条形成的传感器装置，该传感器的平均尖峰大小减小了相当多，变为211的量级。同样，图6传感器的平均横截面导电面积也减小了相当多，变为大约8850mm²。

最后，图9中传感器具有由竖直V形设置的线形成的传感器装置，该传感器的平均水尖峰大小最小，为大约147。该传感器的平均横截面导电面积也最小，为1540mm²的量级。

因此，首先考虑图6的传感器，与图1的现有技术传感器相比，图6的传感器在其平均横截面导电面积方面小大约78％，并且由于近场水效应的原因，平均横截面导电面积减小78％相当于将传感器的性能提高65％。

图9的传感器比图1传感器小大约96％，并且该减小对应于将对于近场干扰的性能提高76％。因此，所需的近场灵敏度依赖于传感器装置的任何竖直横截面面积中的导电材料的面积。

接下来考虑图12，其以图表形式示出了图1、图6和图9中传感器的远场性能，并且对照所述传感器的平均横截面导电面积对远场性能进行比较。该远场灵敏度通过使竖直接地的直径为25mm钢柱从3米外的地方靠近车辆来测量。当该钢柱接近车辆时，传感器输出电压发生变化。当钢柱的移动使传感器的输出产生1伏的变化时，将此时钢柱距车辆的距离作为测得的灵敏度。

图1中的具有实心传感器装置的传感器具有最好的远场灵敏度，所述距离为310mm量级。图6中的5条传感器具有第二好的灵敏度，为大约276mm。图9中的线传感器的灵敏度大约为262mm。

因此，图6中传感器与图1中的现有技术传感器相比远场灵敏度降低11％。但是，应该记得近场灵敏度提高为65％量级。

图9中传感器的远场灵敏度降低大约15％，同时近场灵敏度提高了76％。

因此，容易看出，远场灵敏度降低远没有在诸如由雨水产生的近场干扰的提高那么显著。远场灵敏度确实随着传感器面积的增加而提高，但是这种改变不是很大并且是非线性的。例如，传感器面积增加到30倍使传感器的灵敏度仅仅提高20％。

通过增加电子装置中的放大率可以校正图6和图9中传感器灵敏度的少量下降。

尤其在图9的实施例中，认为增强的近场灵敏度是由于将耦合到沿车辆保险杠竖直下落的水滴的面积最小化引起的。这在图11中示出，在图11中，水滴流81经过图9传感器的竖直V形传感器装置82的表面。由于传感器装置82的形状的原因，滴流将与传感器耦合的面积83减小，相应地，由该滴流产生的电压尖峰形式的干扰也减小。

这幅图还表明，即使水流83下落而不是竖直跨过传感器装置82，该水流将仍然仅耦合到导电传感器82的一小部分。可以对锯齿形的角度进行调节，以便对预计的雨水角度进行补偿。例如，如果在给定的应用中，预计有严重偏离竖直的雨水流，则可以将锯齿形变平，以保证滴流总是斜着经过所述线。

因此，总的来说，通过为传感器装置选择适合尺寸的区域以产生所需远场灵敏度或至少在该所需远场灵敏度的容限内的灵敏度，以及通过在该区域周围分配导电材料来形成传感器装置，则基于导电材料的分布，也可以得到所需的近场灵敏度。例如，在导电材料的横截面面积被最小化的情况下，近场灵敏度也被最小化，原因是传感器最不易受近场干扰作用的影响。因此，本发明的实施例提出了传感器的远场性能与传感器的近场性能之间的平衡。

在本发明总的发明概念内可以进行变更和添加。本发明的实施例认为是本发明的示例，而不对所述总的发明概念进行限制。

例如，所述传感器导体的形状仅仅用作优选传感器导体形状的示例。也可以使用其它形状和结构。例如，为了解决由附着到保险杠的金属物体如车号牌引起的对传感器灵敏度的负面影响，在该金属物体区域，可以将传感器导体的竖直宽度做的较小。可替选地，传感器板可以具有宽度均匀的中央部，其两个端部的宽度逐渐增加。

本发明的传感器主要旨在用于安装在车辆的尾部，以便在倒车时为驾驶员提供辅助。但是，该传感器也适合于安装在前面，或者，甚至是安装在侧面，例如用于避免与引擎顶盖以下的看不清的低矮物体碰撞。此外，当操纵车辆前进或后退时，如果同时该车辆转弯，则存在侧翼可能碰撞物体的危险。

这里所述的传感器可以用于传感器外盖可能被打湿、并且又需要该传感器能够在这种情形中工作的应用中。在一些应用中包括传感器，用来检测当车门、引擎顶盖和后挡板被打开或关闭时是否很可能碰到障碍物。这在车门、引擎顶盖和后挡板由电动机来驱动的情况下尤其重要。另一组应用包括使用电容式传感器来监视开口，该开口可以由滑动板横断以便被关上。这包括被设计成在关闭车窗或顶篷时检测障碍物如人的手臂的系统。又一应用是一种在关闭敞篷汽车的顶蓬时检测障碍物的传感器系统。所有这些系统可能必须能在雨中工作。

另外，应该理解，所述与构建图9中的传感器相关的技术同样可以用于制造本发明其它实施例的传感器。

根据本发明实施例的电容式传感器可以被安装在任何打开和关闭部件上，以便该传感器可以用来检测是否存在由于打开或关闭部件的打开或关闭而可能碰到的物体。打开或关闭部件可以是车门、后挡板或引擎顶盖。可替选地，打开或关闭部件可以是在诸如敞篷汽车上的动力滑动窗、动力顶篷或动力开关车盖。

Claims

1.一种电容式传感器，其包括：

衬底；以及

在所述衬底的表面上的由导电材料图案形成的伸长的传感器板，所述传感器板具有中央部和两个外部，所述两个外部沿所述传感器板的长度方向轴设置在所述中央部的两侧，其中，所述导电材料被这样设置，使得

宽度相似、沿所述传感器的所述长度方向轴并排设置、每个都在所述衬底的宽度上延伸的多个假想条带中的每一个都与所述导电材料的多个部分交叠，并且

在所述传感器板的长度方向的中央部分中，所述条带中的每一个所交叠的所述导电材料的总面积基本上是常数。

2.如权利要求1所述的电容式传感器，其中，所述条带在与所述传感器板的所述长度方向轴垂直的第一方向上沿所述衬底的表面延伸。

3.如权利要求1所述的电容式传感器，其中，所述条带在这样的方向上沿所述衬底的表面延伸，该方向对应于使用中所述传感器表面上水流所期望的方向。

4.如权利要求1、2或3所述的电容式传感器，其中，所述导电材料形成为沿所述传感器板的长度方向轴延伸的一个或多个导电材料线。

5.如权利要求4所述的电容式传感器，其中，所述导电材料线是直线，并且互相平行。

6.如权利要求4所述的电容式传感器，其中，所述导电材料线沿其长度方向是成角度的和/或弯曲的。

7.如权利要求6所述的电容式传感器，其中，所述导电材料线成形为相互连接的V形状。

8.如权利要求7所述的电容式传感器，其中，每个V的尖是弯曲的。

9.如上述权利要求中任何一项所述的电容式传感器，其中，所述导电材料由附着到所述衬底表面的线构成。

10.如上述权利要求中任何一项所述的电容式传感器，其中，所述导电材料形成为一个或多个导电材料线，该导电材料线的宽度在0.2mm到2mm之间，并且更优选的是在0.5mm到2mm之间。

11.如上述权利要求中任何一项所述的电容式传感器，其中，所述中央部在长度方向上比所述外部中的每一个更长。

12.一种车辆保险杠，其结合了如权利要求1到11中的任何一项所述的电容式传感器。

13.一种接近度传感器，其被配置成安装在车辆上，以便在所述车辆和所述车辆附近的物体相互靠近时检测所述物体是否存在，所述接近度传感器包括如权利要求1到11中的任何一项所述的电容式传感器。

14.一种在有雨水的情况下检测传感器附近的物体是否存在的方法，其包括：

提供一种电容式传感器，其包括：

衬底；以及

在所述衬底的表面上的由导电材料图案形成的伸长的传感器板，所述传感器板具有中央部和两个外部，所述两个外部沿所述传感器板的长度方向轴设置在所述中央部的两端，其中

所述导电材料被这样设置，使得

在与所述传感器板的长度方向轴垂直的第一方向上沿所述衬底的表面延伸的假想条带中的每一个都与所述导电材料的多个部分交叠，并且

在所述传感器板的所述中央部，所述条带中的每一个所交叠的所述导电材料的总面积基本上是常数。

15.在车辆保险杠中的一种电容式传感器的用途，该电容式传感器用于减轻对流经所述保险杠的水的灵敏度，所述保险杠包括外壳，在该外壳的内表面设置有所述电容式传感器，所述电容式传感器包括：

衬底；以及

在所述衬底的表面上的由导电材料图案形成的伸长的传感器板，所述传感器板被这样设置，使得在与所述传感器板的长度方向轴垂直的第一方向上沿所述衬底的表面延伸的假想条带中的每一个与被一个或多个无导电材料的区域所分离的所述导电材料的多个部分交叠。

16.一种电容式传感器，其包括：

衬底；以及

在所述衬底的表面上的由导电材料图案形成的伸长的传感器板，所述传感器板包括多个间隔开的平行条带，每个沿所述传感器长度方向轴设置。

17.一种电容式传感器，其包括：

衬底；以及

在所述衬底的表面上由导电材料图案形成的伸长的传感器板，所述传感器板包括围绕所述衬底中沿传感器长度方向轴延伸的伸长区域的外周界设置的导电材料条带。

18.一种电容式传感器，其包括：

衬底；以及

在所述衬底的表面上的由导电材料图案形成的伸长的传感器板，所述传感器板包括成形为沿所述传感器长度方向轴设置的相互连接的V形状的条带。

19.一种在这里参考图2到图10所充分描述的方法。

20.一种在这里参照图2到图10所充分描述的装置。