CN102868389B - 用于操作压电陶瓷传感器的方法以及用于执行该方法的电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操作压电陶瓷传感器的方法以及执行该方法的电路。在用于操作具有评估电极的压电陶瓷传感器的方法的情况下，评估由压电陶瓷传感器在评估电极处产生的电信号(Us)以确定压电陶瓷传感器的致动状态。在循环时间间隔(Za)期间，对评估电极施加预定参考电势(Uref)，以便在这些时间间隔(Za)期间使评估电极以参考电势(Uref)作为参考。

Description

用于操作压电陶瓷传感器的方法以及用于执行该方法的电路

技术领域

本发明涉及一种用于操作压电陶瓷传感器的方法以及一种执行该方法的电路。

背景技术

压电陶瓷传感器发射依赖于施加到该传感器的压力的电压。通过压电陶瓷传感器，可以例如，实施键控功能。

压电陶瓷传感器所产生的电压通常由阻抗转换器提供，因为压电陶瓷传感器不适合驱动较大的负载。然而，阻抗转换器非常高的阻抗输入所导致的结果是所引入的干扰脉冲具有歪曲评估的长期影响。因此，必须确保这样的干扰脉冲得到有效抑制。与此同时，尽管干扰得到抑制，也必须确保在较长时间段(例如几秒)内，压电陶瓷传感器的致动(actuation)能被可靠检测。

WO 01/22587A1公开了一种方法以及相关联电路，其中，在非致动状态下，压电陶瓷传感器的评估电极(evaluation electrode)通过相当低阻抗的电阻器接地，以便确保高干扰抑制。一旦检测到对压电陶瓷传感器的致动，就由高阻抗电阻器代替低阻抗电阻器将评估电极接地，以便提高评估灵敏度，并且因此，例如，甚至允许较长持续时间的致动被可靠检测。

发明内容

问题和解决方案

本发明解决的问题是提供一种用于操作压电陶瓷传感器的方法以及一种执行该方法的电路，使得可以对压电陶瓷传感器进行可靠评估。

本发明通过如下所述的方法以及电路解决该问题。

在用于操作具有评估电极的压电陶瓷传感器的方法的情况下，通常评估由压电陶瓷传感器在评估电极处所产生的电信号以确定该压电陶瓷传感器的致动状态(actuatingstate)。从这个意义上来说，还应当参照相关技术文献。在相同或可变持续时间的周期性或非周期性循环时间间隔期间，评估电极经受预定参考电势，例如接地电势，或大约相当于相关联评估电路的电源电压的一半的电势，以便在这些时间间隔期间使评估电极以参考电势作为参考。在循环时间间隔以外，评估电极未经受参考电势。不会发生评估电极到参考电势的持久耦合，例如，通过如WO 01/22587A1中的耦合电阻器。经受参考电势的结果是，可以例如补偿充当电容器的压电陶瓷传感器中的滞缓电荷(creeping charge)损失,其由漏电流引起，特别是当传感器没有被致动时。与WO 01/22587A1相比，传感器没有通过可变电阻器的持久放电，却反而在所述时间间隔期间典型地增加了电荷，并且因此保持了传感器处的电压。

在一种改进中，各个时间间隔具有时间间隔周期并且连续的时间间隔在时间上分隔开以时间间隔重复周期，该时间间隔周期选择为恒定的或可变的，和/或该时间间隔重复周期被选择为恒定的或可变的。

在一种改进中，还可以执行以下步骤：测量评估电极处的电压变化，特别是当评估电极未经受参考电势时；评估所测量的电压变化，以便在适用的情况下确定干扰脉冲，对于该评估可以考虑，例如，电压变化的上升率，电压变化的幅度或信号电平，和/或电压变化的脉冲周期，其是否具有基本上脉冲状的变化；以及在一时间间隔周期内使评估电极经受参考电势，当干扰脉冲已经被确定时，所述时间间隔周期特别地选择为大于平均时间间隔周期，以便有效抑制干扰脉冲的影响。对于评估所测量的电压变化，所述变化可以与典型致动的电压变化相比较，例如，关于上升率，上升的持续时间，总的持续时间，等等，每个不与典型致动的变化相对应的电压变化被归类为干扰脉冲。

在一种改进中，还执行以下步骤：测量评估电极处的电压变化以及评估所测量的电压变化，以便在适用的情况下确定压电陶瓷传感器的致动，对于可能确定的致动的情形，所述时间间隔重复周期被选择为至少与所确定的致动周期一样大，以使得在可能确定的致动期间评估电极不经受参考电势。

可替换地，执行以下步骤：选择恒定的时间间隔重复周期，即，所述时间间隔是周期性重复的，测量评估电极处的电压变化，对所测量的电压变化积分以及评估积分的电压变化以确定压电陶瓷传感器的致动状态。对于这种情形，也对经致动的传感器执行参考。

用于执行前述方法的电路具有：用于在循环时间间隔期间使压电陶瓷传感器的评估电极经受预定参考电势的装置。

在一种改进中，该电路具有用于产生参考电势或参考电压的参考电压源。

在一种改进中，参考电势是接地电势或接地电势与电路的电源电压之间的电势，例如2.5V如果电源电压是5V的话。

在一种改进中，该电路具有：可激活的开关装置，其一个端子经受参考电势，另一端子被连接到评估电极并且依赖于激活信号，将评估电极连接到参考电势或将其与之断开，和用于产生激活信号的控制装置。

在一种改进中，该电路具有：具有高阻抗输入和低阻抗输出的阻抗转换器，该阻抗转换器在它的输入端接收在评估电极处产生的电信号以及在它的输出端以低阻抗发出所述信号；和评估装置，其评估在阻抗转换器的输出端发出的信号。

在一种改进中，该电路包括微处理器、参考电压源和/或集成在微处理器中的阻抗转换器。

附图说明

本发明的有利实施例将在下文中描述以及在附图中示意性地表示，其中：

图1示出了根据本发明的用于操作压电陶瓷传感器的电路，

图2示出了根据第一实施例的图1中所示电路的信号随时间的变化，

图3示出了根据另一实施例的图1中所示电路的信号随时间的变化，以及

图4示出了对于干扰脉冲的情形图1中所示电路的信号随时间的变化。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于操作压电陶瓷传感器1的电路，压电陶瓷传感器1具有评估电极1a，在电路的运行期间，评估由压电陶瓷传感器在评估电极1a处产生的电信号Us，以确定压电陶瓷传感器1的致动状态，例如按下(expressed)或未按下。

该电路包括具有高阻抗输入和低阻抗输出的阻抗转换器2，该阻抗转换器2在它的输入端接收评估电极1a处产生的电信号Us并且在它的输出端阻抗转换为信号Usi而发出该信号。

评估装置，例如具有模拟输入的微处理器3的形式，评估在阻抗转换器2的输出端发出的信号Usi，以确定压电陶瓷传感器1的致动状态。

对于干扰抑制，提供了用于在循环时间间隔(参见图2到4中的“Za”)期间使评估电极1a经受预定参考电势或预定参考电压Uref的装置。这些装置包括参考电压源4，用以产生参考电势或参考电压Uref，例如Vdd/2，其中Vdd表示电路的电源电压；可激活的开关装置5，其一个端子经受参考电势或参考电压Uref，另一端子被连接到评估电极1a并且依赖于激活信号Ua，将评估电极1a连接到参考电势或参考电压Uref或将其与之断开；和用以产生激活信号Ua的控制装置。该控制装置和评估装置可以被共同集成在微处理器3中，其实现控制功能和评估功能这二者。

图2示出了根据第一实施例的图1中所示电路的信号随时间的变化。

由评估装置或微处理器3的A/D转换器对由阻抗转换器2发出的电压Usi以采样频率进行周期性采样，这通过箭头表示。

在时间周期“A”内，采样电压Usi是恒定的并且对应于非致动状态。对于这种情形，激活信号Ua被如此产生以使得在循环时间间隔Za期间，评估电极1a经受参考电势Uref(对于这种情形，激活信号Ua的信号状态是“Uref’)。在时间间隔Za以外，作为控制信号Ua的状态的结果(对于这种情形，激活信号Ua的信号状态是“Z”)，开关装置5的开关位置使得评估电极1a不经受参考电势Uref。在时间周期“A”内时间间隔Za以时间间隔重复周期Tref周期性地循环并且具有恒定时间间隔周期Tp。

在时间周期“B”内，采样电压Usi具有与典型按键致动对应的变化，即采样电压最初以特定增量增加，然后在致动周期内保持大致恒定，以及然后，当不再按下传感器的按键1时，以略微下冲再一次降到时间周期“Α”的恒定值。该电压变化在评估装置或微处理器3中被评估，其然后根据存储的参数来检测按键致动。

对于这种情形，在由评估装置或微处理器3检测到的致动期间产生具有信号状态“Ζ”的激活信号Ua，以使得在所确定的致动期间抑制使评估电极1a经受参考电势Uref，即时间间隔重复周期Tref被选择为至少与所确定的致动周期一样大。通过这种方式，由于在评估电极1a处不会发生电压的复位，所以可以容易地且可靠地检测到较长持续时间的致动。

在时间周期“C”内，采样电压具有再一次对应于非致动状态的变化。然后，为了重新建立所定义的初始状态，在预定时间间隔周期或复位时间周期Tp＝Tres内使评估电极1a经受参考电势Uref。在这里复位周期Tres大于时间周期“A”内的时间间隔Za的持续时间Tp。在复位后，接着是如前述时间周期“A”内一样的相同程序。

图3示出了根据另一实施例的图1中所示电路的信号随时间的变化，其中评估电极1a被周期性地、独立于致动地参考，例如时间间隔重复周期Tref是恒定的。然而，为了能够检测到传感器1的持久致动，采样电压Usi在评估装置中被积分，该积分电压最终描绘了致动状态并且被评估。

在时间周期B’_1内，作为开始致动的结果，传感器1处发生压力上升。在时间周期B’_2内，传感器1处的压力保持大致恒定。在时间周期B’_3内，致动结束。采样电压Usi的积分基本上与图2所示采样电压Usi的变化相对应，使得尽管在评估电极1a处进行独立于致动的、电压的周期性复位，仍然能检测到较长持续时间的致动。

图4示出了对于瞬变干扰脉冲的情形图1中所示电路的信号随时间的变化。

采样电压Usi的电压变化在上升率、持续时间、幅度等方面，都与典型按键致动的变化不相对应，这样可以推断出瞬变干扰脉冲。

因而，在时间周期“B”内，在时间间隔周期或复位时间周期Tp＝Tres内使评估电极1a经受参考电势Uref，以便可靠地抑制干扰脉冲。

随后，操作如以上关于时间周期“A”所述的那样继续。

所示实施例使得对压电陶瓷传感器进行可靠且无干扰的评估成为可能，特别是对于较长持续时间的致动的情形。

Claims (11)

1.用于操作具有评估电极的压电陶瓷传感器的方法，其中，评估由所述压电陶瓷传感器在所述评估电极处产生的电信号以确定所述压电陶瓷传感器的致动状态，

其特征在于以下步骤：

-在循环时间间隔期间，对所述评估电极施加预定参考电势。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

-所述时间间隔分别具有时间间隔周期，并且连续的时间间隔在时间上以时间间隔重复周期被分隔开，所述时间间隔周期被选择为恒定的或可变的，和/或所述时间间隔重复周期被选择为恒定的或可变的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于以下步骤：

-测量所述评估电极处的电压变化，

-评估所测量的电压变化，以便确定干扰脉冲，以及

-在时间间隔周期内对所述评估电极施加所述预定参考电势，当干扰脉冲已经被确定时，所述时间间隔周期被选择为大于平均时间间隔周期。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于以下步骤：

-测量所述评估电极处的电压变化，

-评估所测量的电压变化，以便确定所述压电陶瓷传感器的致动，对于可能确定的致动的情形，所述时间间隔重复周期被选择为至少与所确定的致动周期一样大，以使得在可能确定的致动期间不对所述评估电极施加所述参考电势。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于以下步骤：

-选择恒定的时间间隔重复周期，

-测量所述评估电极处的电压变化，

-对所测量的电压变化积分，以及

-评估该积分的电压变化以确定所述压电陶瓷传感器的致动状态。

6.用于执行根据权利要求1到5之一所述的方法的电路，其特征在于所述电路包括：

-用于在循环时间间隔期间对压电陶瓷传感器的评估电极施加预定参考电势的装置。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于所述电路包括：

-用于产生参考电势的参考电压源。

8.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于：

-所述参考电势是接地电势，或接地电势与所述电路的电源电压之间的电势。

9.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于所述电路包括：

-开关装置，具有第一端子，对所述第一端子施加参考电势，并且具有第二端子，所述第二端子被连接到所述评估电极，所述开关装置响应于激活信号而将所述评估电极连接到所述参考电势或将所述评估电极与所述参考电势断开，和

-用于产生激活信号的控制装置。

10.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于所述电路包括：

-具有高阻抗输入和低阻抗输出的阻抗转换器，该阻抗转换器在其输入端接收在所述评估电极处产生的电信号并且在其输出端发出该信号，和

-评估装置，其评估所述阻抗转换器的输出端发出的信号。

11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于所述电路包括：

-微处理器，参考电压源和/或阻抗转换器被集成在所述微处理器中。