CN101317330A - 用于检测操作者身体部位在传感器表面上按压的传感器结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测操作者身体部位(11)在传感器表面(13)上按压——例如用于检测手指在汽车门把手上的操纵位置处按压——的传感器结构。一个压电振荡器(4)被耦合到一个振荡电路(14)中，并且与传感器表面(13)相连接，使得在身体部位(11)按压在传感器表面(13)上时振荡状态发生变化。振荡电路与一个评估电路(15)相连接，使得振荡状态的变化可被检测出来，并且可产生一个指示这种变化的输出信号(17)。这样以简单的方法实现了在持续按压时可靠地获得在时间上不受限制的操作信号，从而在整个按压持续期间可靠地检测操作者身体部位的按压。

Description

用于检测操作者身体部位在传感器表面上按压的传感器结构
本发明涉及一种用于检测操作者身体部位在传感器表面上按压的传感器结构。
这种传感器结构例如安装在汽车的一个操纵位置(按键)上，特别是在汽车门把手的操纵位置上。在那里它检测操作者身体部位-例如手或手指-的触摸或按压，以由此触发例如打开或关闭门锁的功能。为了触发打开或关闭门锁的功能，要求传感器结构短时间输出脉冲，此传感器结构可以通过短时间用手触摸而起作用。为了检测短时间的触摸或检测触摸的开始，传统的电容传感器或检测力或形变的压电传感器是适用的。电容传感器具有下述缺点：它们易受环境条件(污染或下雨)变化或外来物体(薄板，树枝)的接触的影响。这些影响导致传感器检测到电容的改变，它可能导致错误触发相应的功能。因此，例如专利申请DE 102004019571建议将检测操作者身体部位接近的电容传感器与机械的辅助传感器结合起来使用，其中机械的辅助传感器借助压电效应将操作者身体部位施加在操纵位置上的力转换为一个短时间的电脉冲。这个短时间电脉冲与电容传感器的输出信号结合来被评估。这样在检测开始触摸操纵位置时实现了更高的可靠性。触摸的持续时间仍然像以前一样由电容传感器的输出信号确定。
利用一个不仅能可靠检测短时间的触摸或长时间触摸的开始、而且也能在整个持续期间检测操作-即由操作者身体部位触摸操纵位置-和操作者身体部位离开的传感器，在已知的门把手结构的情况下可以起动所谓的舒适功能。例如为了触发门锁关闭而对操纵位置进行较长的操作，同时使得已放下的车窗玻璃向上运动、汽车顶盖关闭和/或侧镜折叠，其中当操作者身体部位从操纵位置离开时，这些功能在必要时应中断。
但在上述专利申请所公开的传感器结构中，精确检测操作者身体部位的离开不总是能够实现的。因此已提出了相应电路和方法，以使得可以借助于一个电容传感器和一个机械的辅助传感器在整个操作持续期间可靠地检测操作者身体部位的触摸。例如专利申请DE102005035479.3(尚未公开)建议了一种传感器评估电路，当机械的(压电的)辅助传感器的输出信号指示操作者身体部位的触摸开始时，得到一个几乎同时由电容性接近传感器给出的输出信号值，作为以后对该接近传感器的输出信号变化进行分析的参考值，从而能够可靠地检测操作信号的离去。在这种已知结构中缺点是构造费用相对较高。
本发明的目的在于给出一种用于检测操作者身体部位在传感器表面上按压的传感器结构，它可以在整个持续期间可靠地检测到按压。
根据本发明，上述任务由具有权利要求1所述特征的传感器结构来实现。本发明基于以下认识：压电效应不适合于这种操作者身体部位按压的持续检测，因为压电传感器的输出信号取决于力的变化，并且特别是在操作者身体部位按压压力不稳定时不能可靠地评估操作者身体部位按压的持续时间。本发明建议将一个压电振荡器与传感器表面相连接，把它耦合到一个振荡电路中并使其振荡，从而使操作者身体部位在传感器表面上的触摸或按压导致振荡状态的变化(由此使参与振荡的质量减小或增大)，并且这种变化可借助于一个与振荡电路相连接的评估电路被检测出来。这种由操作者身体部位的触摸而产生的振荡状态变化可以相对简单和可靠地被检测出来，从而可以获得一个时间上不受限制的操作信号。
在一个优选的实施方式中，所述压电振荡器被放置在一个固定的支架与一个塑料膜或塑料层之间，其中塑料膜的上侧面构成传感器表面。通过塑料膜或塑料层，放置在其上的操作者身体部位(例如一个手指)与压电振荡器相耦合。
本发明所述传感器结构的一个具有优点的改进方案的特征在于，还附带地设置有一个接近传感器，它检测身体部位对传感器表面的接近，并且所述接近传感器与一个用于激活振荡电路的电路相连接，使得该振荡电路仅在操作者身体部位接近传感器表面时才被激活并且引起压电振荡器振荡。通过这种改进方案可以明显减小传感器结构的能量消耗。
从属权利要求给出了本发明具有优点的和/或优选的改进方案。
下面借助附图所示优选实施例详细说明本发明。附图中：
图1是根据本发明的传感器结构的一个实施例中门把手的示意性纵剖面图，以及
图2是根据本发明的传感器结构的一个实施例的方框图。
图1示出汽车门把手1的示意性纵剖面图。汽车门把手1位于例如汽车的驾驶员车门或乘客车门上。它被安装在一个(图1中未示出的)支座上，所述支座位于车门内，即在车门板3的后面。门把手1例如在一侧通过一个接头可旋转地与支座相连接，并且在另一侧具有穿过车门板3的臂，当门把手1被摇动时这个臂以机械方式操纵门锁。
在图1中示出的门把手1在其内部具有一空间2，在这个空间中安放控制电路5，它是一个电子访问系统的组成部分。至控制电路5的导线7通过空间2和穿过车门板3的门把手的一部分内的孔8，并且从门把手进入车门内。在那里导线与电源的连接端、地端和用于控制信号的连接端相连接。
在门把手1内部除了用于检测操作者的手的接近的控制电路传感器之外，还可包括用于检测操纵位置被操作者的手指触摸的传感器和/或用于在汽车的一个控制装置与操作者的ID发射器(“钥匙”)之间进行无线通信的天线以及相应的控制和评估电路。为了检测操作者的手的接近，门把手1例如具有电容传感器的电极10。这种电容传感器例如被描述在DE19617038A1中。此电极(也可以有多个电极和附加的补偿电极)通过导线与控制电路5相连接。
按照图1，门把手内具有一个压电振荡器4，此压电振荡器由具有激励电极的压电晶体构成。压电振荡器4固定在(例如粘在)支架8上。在相反的一侧上，压电振荡器4被一个薄的塑料膜或塑料壁6覆盖，其上侧面构成操纵位置的传感器表面13。压电振荡器4通过导线9同样与控制电路5相连接。控制电路5包括一个振荡器，压电振荡器被耦合到此振荡电路中，使得它被激励振荡(最好在其谐振频率上振荡)。当一个操作者身体部位，例如手指11，被放到传感器表面13上时，这个操作者身体部位11通过塑料膜6与压电振荡器相耦合，使得其振荡状态受到影响。例如由于附加的参与振荡的质量，整个系统的谐振频率降低。此外衰减增大。
图2示出一个方框图，它示出压电振荡器4和电容传感器的电极10与控制电路5的对于本发明来说重要的元件之间的耦合。压电振荡器4被耦合到振荡电路14中，这个振荡电路激励压电振荡器以预定的频率和振幅振荡。振荡电路14与一个评估电路15相连接，使得振荡状态的变化可以被检测出来，并且可在输出端17上产生一个指示变化情况的输出信号。例如评估电路15监测振荡电路14的振荡频率和/或振荡器的振荡幅度。例如表征这种振荡状态的参数(例如频率、周期持续时间、电压)的变化与预定的门限值比较，其中超过或低于一个或多个预定的门限值被判别为对操作者身体部位放置在传感器表面13上的指示。
电容性接近传感器的电极10与一个控制和评估电路16相连接，借助于它电极10被控制且电容变化被评估。此外，电路16还用于根据电容性接近传感器的输出信号起动和关断振荡电路。当借助于电容性接近传感器检测出一个操作者身体部位位于门把手1附近时，振荡电路14被起动，并且压电振荡4被激励振荡。同时评估电路15由电路16起动，从而它可供用来检测操作者身体部位放置在传感器表面13上的情况。相反，如果没有操作者身体部位位于门把手1附近，则电路16可关断振荡电路14和评估电路15，从而明显降低能量消耗。
在图1中一个安装在门把手1的内侧面上的金属电极10作为电容传感器的电极10示出。此外另一个电容性接近传感器的电极也可以安放在传感器表面13的附近或其上，它专门用于检测操作者身体部位(手指)对传感器表面13的接近。压电振荡器4的电极之一也可用作电容传感器的电极。压电振荡器4可以是弯曲振荡器、厚度振荡器和/或剪切振荡器，其中振动方向和电极排列按照结构性条件来选择。

Claims (4)

1.一种用于检测操作者身体部位(11)在传感器表面(13)上按压的传感器结构，
其中压电振荡器(4)被耦合到振荡电路(14)中，并且与传感器表面(13)相连接，使得在身体部位(11)按压时振荡状态发生变化；
其中振荡电路(14)与评估电路(15)相连接，使得振荡状态的变化可被检测出来，并且可产生一个指示这种变化的输出信号(17)。
2.如权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述压电振荡器(4)被设置在一个固定支架(8)与一个塑料膜(6)之间，并且所述塑料膜(6)的上侧面构成所述传感器表面(13)。
3.如权利要求1或2所述的传感器结构，其特征在于，还附带地设置有接近传感器(10)，所述接近传感器检测身体部位(11)对传感器表面(13)的接近，并且与一个用于激活振荡电路(14)的电路(16)相连接，使得当操作者身体部位接近传感器表面时振荡电路(14)被激活且压电振荡器(4)被激励振荡。
4.如权利要求1至3中任一项所述的传感器结构，其特征在于，所述压电振荡器(4)被安装在汽车门把手(1)中，使得传感器表面被设置在门把手的操纵位置处。
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