CN103380572A - 电容性传感器装置和用于操作电容性传感器装置的方法 - Google Patents

电容性传感器装置和用于操作电容性传感器装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于接近和/或接触检测的电容性传感器装置，所述装置可以与电路(10)耦合并且包括传感器电子元件(20)和用于电位分离的装置(30)，所述用于电位分离的装置与所述传感器电子元件(20)耦合，并且所述电容性传感器装置可以借助于所述用于电位分离的装置与所述电路(10)耦合。本发明还提供一种用于操作包括传感器电子元件的电容性传感器装置的方法，其中所述传感器电子元件可以与电路耦合，并且其中所述传感器电子元件相对于电位用可分离方式与所述电路耦合。

Description

电容性传感器装置和用于操作电容性传感器装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于接近和/或接触检测的电容性传感器装置，所述电容性传感器装置可以与电路耦合，所述电路例如是电手持式装置的微处理器。此外，本发明涉及一种用于操作用于接近和/或接触检测的电容性传感器装置的方法。
背景技术
电容性接近和/或接触传感器通过产生和测量交流电场来测量物体对于传感器电极的接近或物体对于传感器电极的触碰。从现有技术已知的电容性传感器装置尤其在其用于移动电装置中时具有以下不足之处：对于接近或接触的检测的质量和稳定性很大程度上取决于移动装置的接地参考或装置的接地与移动装置的操作人员之间的连接。
举例来说，移动装置处的外围设备的连接可能必然使得装置获得接地参考，这可能不利地影响对于接近和/或接触的测量或检测。装置的接地与装置的操作人员之间的连接举例来说可能通过电装置到人体上(举例来说通过累积器)的接地耦合而发生。
在这方面，特别不利的一点是，移动装置的接地参考或人体上的接地耦合可能在电装置的操作期间变化，举例来说，如果在操作期间，具有接地参考的外围设备连接到电装置。这可能必然使得起初正确的对于接近或接触的检测导致错误检测。举例来说，在操作期间移动装置的接地参考的形成可能必然使得(举例来说)手握紧移动装置不会因此被错误地辨识。
在从现有技术中已知的电容性传感器装置中，人们使用两个电极(发射电极和接收电极)通过传感器装置基本上可以在两个不同模式中操作的事实来尝试解决这个问题。如果已知所述装置被接地，则电容性传感器装置可以在所谓的吸收模式中操作，其中评估接收电极处的电信号的信号降低。所述信号降低基本上通过借助于接近电极的身体(其呈现接地参考)推导出发射电极与接收电极之间的交流电场而出现。另一方面，如果已知所述装置未接地，则电容性传感器装置可以在所谓的发射模式中操作。在发射模式中，可能被接地的导电物体的接近必然引起在接收电极处分接的电信号的上升。
然而，这种方法的不足之处在于，大部分时候并不知道电装置是否具有接地参考，或者电装置的接地耦合的强度如何。在从现有技术已知的方法中，为了在正确的操作模式中操作电容性传感器装置，首先确定是否存在电装置的接地参考。然而，为了检测接地参考或接地耦合的强度，必须采取额外措施，这必然导致电容性传感器装置的成本大幅上升。
发明内容
发明目的
因而，本发明的目的是提供一种电容性传感器装置以及一种用于电容性接近和/或接触检测的方法，其至少部分地避免了从现有技术已知的缺点并且保证对于接近或接触的可靠并且稳固的检测，尤其是独立于其中使用电容性传感器装置的电装置的接地参考并且独立于改变的接地耦合进行检测。
根据本发明的解决方案
根据本发明，通过根据独立权利要求的一种用于接近和/或接触检测的电容性传感器装置和一种用于操作电容性传感器装置的方法来解决这个目的。在相应的从属权利要求中指示了本发明的有利实施例和改进。
所述解决方案提供一种用于接近和/或接触检测的可以与电路耦合的电容性传感器装置，其中所述电容性传感器装置包括：
电极配置，所述电极配置具有至少一个发射电极、至少一个补偿电极和至少一个接收电极，其中在所述发射电极和在所述补偿电极处每次可以发射交流电场，所述交流电场可以耦合到所述接收电极中，
传感器电子元件，所述传感器电子元件可以与所述电极配置耦合，并且至少在测量时间间隔期间向所述发射电极和所述补偿电极各自供应交流电信号并且在所述接收电极处分接电值，以及
用于电位分离的装置，所述用于电位分离的装置与所述传感器电子元件耦合，并且借助于所述用于电位分离的装置，所述电容性传感器装置可以与所述电路耦合。
所述电位分离确保电路的接地独立于传感器电子元件的接地。有利的是，不需要检测布置了根据本发明的传感器装置的装置或所述电路是否接地，或者使用哪种耦合所述装置或所述电路具有接地参考。此外，人与装置或电路的接地之间的参考是不相关的。传感器装置始终以相等的灵敏度工作。
所述用于电位分离的装置经布置以至少在测量时间间隔期间使电容性传感器装置与电路电流性分离。
如果用于电位分离的装置经布置以使用时分多路复用方法使电容性传感器装置与电路电流性分离，则是有利的。
已经展示，用于电位分离的装置可包含滤波器，用于优选地在测量时间间隔期间使电容性传感器装置与电路频率选择性分离。
所述用于电位分离的装置可包含以下装置中的至少一者：光学耦合装置、电容耦合装置和电感耦合装置，以便使所述电容性传感器装置与所述电路耦合。
在本发明的一个实施例中，所述用于电位分离的装置可能具有至少一个电开关，通过所述电开关，所述传感器电子元件可以与所述电路耦合。
所述传感器电子元件可以进一步经布置以向发射电极供应交流电信号，所述交流电信号相对于在所述补偿电极处馈入的交流电信号被相移。
所述电路可以是电手持式装置，尤其是移动电话、双向无线电、计算机鼠标、遥控装置、数码相机、游戏控制器、可移动迷你计算机或平板PC的一部分。
本发明还涉及一种用于操作电容性传感器装置的方法，所述电容性传感器装置包括传感器电子元件和可以与其耦合的电极配置，其中所述传感器电子元件可以与电路耦合，其中
所述电极配置的发射电极和补偿电极各自被供应交流电信号以便在其中的每一者处发射交流电场，所述交流电场可以耦合到所述电极配置的接收电极中，其中在所述接收电极处可以分接电值，并且
所述传感器电子元件用电位可分离的方式与所述电路耦合。
在本发明的一个实施例中，至少在所述测量时间间隔期间，所述电容性传感器装置可以与所述电路电流性隔离。
所述电容性传感器装置可以用时分多路复用方法与所述电路电流性隔离。
所述电位分离可以使用包括以下装置中的至少一者的装置进行：光学耦合装置、电容耦合装置、电感耦合装置和电开关。
此外，通过本发明提供一种电手持式装置，所述电手持式装置呈现至少一个电路和一个与其耦合的电容性传感器装置，其中所述电路可以与所述电容性传感器装置电位分离。
所述电位分离可能至少在测量循环期间使用优选地布置的用于电位分离的装置发生，其中检测或将检测接近或接触以使所述电路与所述电容性传感器装置电位分离。
所述电手持式装置可以是智能电话、双向无线电、计算机鼠标、遥控装置、数码相机、游戏控制器、PDA、平板PC、录音机或类似装置。
附图说明
通过以下描述结合图式，可以得出本发明以及本发明的具体实施例的进一步细节和特性，其中仅有的一个图示意性地展示了可以与电路(举例来说，双向无线电)耦合的根据本发明的电容性传感器装置的块方案。
具体实施方式
图1展示可以与电路10耦合的根据本发明的用于接近和/或接触检测的电容性传感器装置的框方案。举例来说，电路10可以是移动电话或另一装置(尤其是移动装置)的装置电子元件。
电容性传感器装置展示传感器电子元件20和与传感器电子元件20耦合的电极配置。电极配置包括发射电极SE、补偿电极KE和接收电极EE。为了检测接近或接触，所述电极配置的传感器电极举例来说布置在电手持式装置的外壳上。
传感器电极SE和补偿电极KE各自被供应交流电信号，其中被供应到补偿电极KE的交流电信号可以优选地相对于被供应到发射电极的交流电信号经相移。被供应到发射电极和接收电极的交流电信号还可各自具有不同振幅。
在发射电极SE和补偿电极KE处，各自发射一交流电场，交流电场耦合到接收电极EE中。补偿电极K优选地用如下方式相对于发射电极SE和接收电极EE布置：在接近或接触有待检测的物体或由有待检测的物体接近或接触的情况下，发射电极SE处发射的交流电场的一部分借助于物体耦合到接收电极EE中。这意味着，通过接近或接触，发射电极与接收电极之间的电容耦合被放大，这必然引起在接收电极处分接的电信号的显著提高。
传感器电子元件20借助于用于电位分离的装置30与电路10耦合。提供用于电位分离的装置30以使传感器电子元件20在电位方面与电路10分离。根据本发明，用于电位分离的装置确保传感器电子元件20至少在测量循环期间与电路10电流性隔离，或者电路10与传感器电子元件20之间的连接至少在测量循环期间具有高电阻。
传感器电子元件20可能提供电荷存储装置，通过所述电荷存储装置，当传感器电子元件20与电路10电流性分离时，传感器电子元件20被供应能量。电荷存储装置可包含电容器CL。所述电容器的尺寸的设计方式使得至少在测量期间，传感器电子元件20被充分地供应能量，并且测量值保持存储在传感器电子元件20的存储装置中至少足够长的时间直到所述值可以被发射到电路10为止。
替代地，还可通过电池、累积器或太阳能电池提供用于传感器电子元件20的能量。
在本发明的一个实施例中，用于电位分离30的装置的布置方式使得至少在其中测量或检测到接近或接触的一个测量循环期间，传感器电子元件20可以在电位方面与电路10分离。这举例来说可以借助于电开关进行，所述电开关在测量循环开始时断开，并且在测量循环结束后再次闭合，举例来说用于对电路10的数据或信号发射。因此，在测量循环期间，传感器电子元件20与电路10电流性分离。
然而，电路10也可能通过用于电位分离的装置30与传感器电子元件20永久地电流性隔离。为此目的，举例来说，用于电位分离的装置30的形成方式可以使得电路10举例来说与传感器电子元件20电容性、电感性或光学耦合。以此方式，一方面传感器电子元件20可以被电路10供应能量。另一方面，还在测量循环期间确保传感器电子元件20与电路10电位相关分离。
然而，传感器电子元件20与电路10的电位相关分离也可能借助于频率选择性分离(举例来说借助于滤波器)进行。电路10与传感器电子元件20之间的连接仅对于传感器信号的频率范围具有高电阻，对于其余的频率范围，其具有低电阻。以此方式，在测量循环期间，电路10对于传感器电子元件20的电力供应以及传感器电子元件20与电路10之间的通信也是可能的。
通过电路10与传感器电子元件20的电位相关分离，传感器电子元件20的接地独立于电路10的接地或装置(举例来说电手持式装置，其中使用所述电容性传感器装置)的接地。因而，即使在接地主体接近的情况下，也不会发生在传感器电极之间形成的交流电场的吸收效应。这意味着，在物体接近传感器电极的情况下，形成为发射电极的电极SE和KE与接收电极EE之间的耦合变得更大，并且因而在接收电极EE处分接的电信号的电平上升。
因而，与从现有技术已知的测量方法相比，所述电容性传感器装置可以始终在所谓的发射模式中操作。所谓的吸收模式与发射模式之间的取决于电装置的接地耦合的变化不再是必需的。此外，不需要检测装置是否接地或者系统使用哪种耦合具有接地参考。此外，接近电容性传感器装置的人或传感器电极之间的参考是可忽略的。根据本发明的电容性传感器装置总体上确保了其始终以相同灵敏度操作，并且不同接地条件或改变的接地条件不会影响检测或检测结果。
根据本发明的电容性传感器装置可以用于电手持式装置，举例来说智能电话、双向无线电、计算机鼠标、遥控装置、数码相机、游戏控制器、PDA、平板PC、录音机或类似装置，以便独立于所述电手持装置的接地参考检测对于电手持式装置的接近或者电手持式装置的接触。

Claims (12)

1.一种用于接近和/或接触检测的电容性传感器装置，所述电容性传感器装置可以与电路(10)耦合，所述电容性传感器装置包括：
电极配置，所述电极配置具有至少一个发射电极(SE)、至少一个补偿电极(KE)和至少一个接收电极(EE)，其中在所述发射电极(SE)处和在所述补偿电极(KE)处，各自可以发射一交流电场，所述交流电场可以耦合到所述接收电极(EE)中，
传感器电子元件(20)，所述传感器电子元件可以与所述电极配置耦合，并且至少在测量时间间隔期间向所述发射电极(SE)和所述补偿电极(KE)各自供应交流电信号并且在所述接收电极(EE)处分接电值，以及
用于电位分离的装置(30)，所述用于电位分离的装置与所述传感器电子元件(20)耦合，并且所述电容性传感器装置可以借助于所述用于电位分离的装置与所述电路(10)耦合。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述用于电位分离的装置(30)至少在所述测量时间间隔期间使所述电容性传感器装置与所述电路(10)电流性分离。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器装置，其中所述用于电位分离的装置(30)用时分多路复用方法使所述电容性传感器装置与所述电路(10)电流性分离。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器装置，其中所述用于电位分离的装置(30)包括用于优选地在所述测量时间间隔期间使所述电容性传感器装置与所述电路(10)频率选择性分离的滤波器。
5.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的传感器装置，其中所述用于电位分离的装置(30)包括以下装置中的至少一者：光学耦合装置、电容耦合装置和电感耦合装置，以便使所述电容性传感器装置与所述电路(10)耦合。
6.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的传感器装置，其中所述用于电位分离的装置(30)呈现至少一个电开关，所述传感器电子元件(20)可以通过所述电开关与所述电路(10)耦合。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器装置，其中所述传感器电子元件(20)进一步向所述发射电极(SE)供应交流电信号，所述交流电信号相对于在所述补偿电极(KE)处供应的所述交流电信号经相移。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器装置，其中所述电路(10)是电手持式装置尤其是移动电话、双向无线电、计算机鼠标、遥控装置、数码相机、游戏控制器、可移动迷你计算机或平板PC的一部分。
9.一种用于操作电容性传感器装置的方法，所述电容性传感器装置包括传感器电子元件(20)和可以与其耦合的电极配置，其中所述传感器电子元件(20)可以与电路(10)耦合，其中：
所述电极配置的发射电极(SE)和补偿电极(KE)每次被供应交流电信号，以便每次在其处发射一交流电场，所述交流电场可以耦合到所述电极配置的接收电极(EE)中，电值可以在所述接收电极(EE)处分接，并且
所述传感器电子元件(20)相对于电位用可分离方式与所述电路(10)耦合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中至少在所述测量时间间隔期间，所述电容性传感器装置与所述电路(10)电流性隔离。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述电容性传感器装置用时分多路复用方法与所述电路(10)电流性隔离。
12.根据权利要求9到11中任一权利要求所述的方法，其中所述电位分离是用包括以下中的至少一者的装置进行：光学耦合装置、电容耦合装置、电感耦合装置和电开关。
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