CN104781637A - 用于检测两个相邻物体的相对运动的容性传感器 - Google Patents

用于检测两个相邻物体的相对运动的容性传感器 Download PDF

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Abstract

用于检测两个相邻物体的相对运动的容性传感器，包括：第一电极(76)，该第一电极具有第一导电的电极面(78)并且设置在第一电极载体(74)上；与第一电极(76)对置的第二电极(86)，该第二电极具有第二导电的电极面(88)并且设置在第二电极载体(82)上。第二电极载体(82)构成为能复位的薄膜件(84)，该薄膜件在两个相互间隔对置的支撑部段(96)上在两个电极(76、86)两侧支撑在第一电极载体(74)上。该容性传感器还包括在第二电极载体(82)的背向第二电极(86)的侧上的按压体(92)。所述按压体(92)具有至少两个按压突出部(94)，该按压突出部在第二电极载体(82)的支撑部段(96)之间的区域中贴靠在第二电极载体的背向第二电极(86)的侧上，并且该按压突出部在第一电极载体(74)与按压体(92)相对运动时在第二电极载体(82)弯曲的情况下相对于该第二电极载体按压。该至少两个按压突出部(94)关于相同的空间方向相互具有间隔，沿该相同的空间方向第二电极载体(82)的支撑部段(96)间隔。第二电极(86)在第二电极载体(82)上仅固定在固定部段中，该固定部段基本上位于在第二电极载体(82)的按压区域之间的中间，其中按压突出部(94)贴靠在第二电极载体(82)上。

Description

用于检测两个相邻物体的相对运动的容性传感器
技术领域
本发明涉及一种用于检测两个相邻物体在接近或远离时的相对运动的容性传感器。
背景技术
容性传感器例如用作压力、力或位移传感器。为了可以借助于容性传感器探测两个相邻物体的微小相对于运动，需要在传感器内电极间隔的变化的可靠的区别，这特别是在相对小的运动和间隔变化时可能是有问题的。人们可以放大传感器的电信号，以便实现更好的区别。在非常小的变形位移的情况下，该变形位移应该以容性传感器检测，那么但是需要相当大的放大，其中人们随后触碰到电子装置的极限，这涉及电子装置的噪声性能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种改善的容性传感器，其中，无需过度大幅放大信号的情况下，也可以探测最小运动。
为了达到该目的，本发明提供一种用于检测两个相邻物体(例如在其接近或远离时)的相对运动的容性传感器，该容性传感器具有：
－第一电极，该第一电极具有第一导电的电极面并且设置在第一电极载体上；
－与第一电极对置的第二电极，该第二电极具有第二导电的电极面并且设置在第二电极载体上；
－其中第二电极载体构成为能复位的薄膜件，该薄膜件在两个相互间隔对置的支撑部段上在两个电极两侧支撑在第一电极载体上；以及
－在第二电极载体的背向第二电极的侧上的按压体；
－其中按压体具有至少两个按压突出部，该按压突出部在第二电极载体的支撑部段之间的区域中贴靠在第二电极载体的背向第二电极的侧上，并且该按压突出部在第一电极载体与第二按压体相对运动时在第二电极载体弯曲的情况下相对于该第二电极载体按压；
－其中该至少两个按压突出部关于相同的空间方向相互具有间隔，沿该相同的空间方向第二电极载体的支撑部段间隔；以及
－其中第二电极在第二电极载体上仅固定在固定部段中，该固定部段基本上位于在第二电极载体的按压区域之间的中间，其中按压突出部贴靠在第二电极载体上，从而在按压体与第二电极载体之间的运动行程可在两个电极之间相对于该运动行程更大的运动行程中转换。
按照本发明的容性传感器如此构造，使得两个物体运动的机械变换转换为两个电极的更大的接近或间隔变换，从而在小的电气放大比例的情况下仍然可以安全地探测小的行程。这在特别是第二电极载体构成为可回复的薄膜件中具有其原因，第二电极在该薄膜件上仅仅固定在唯一的(中间)部段。第二电极载体在此支撑在第一电极载体上，亦即在两个对置的支撑部段上，第一电极载体在其侧承载第一电极。这两个支撑部段位于在两个电极之外。在这些支撑部段之间并且在第二电极载体上第二电极的固定部段两侧，按压体相对于该第二电极载体按压，该按压体出于该目的具有两个按压突出部。如果按压突出部相对于第二电极载体按压，通过可回复的第二电极载体的弯曲，第二电极朝第一电极的方向前移，亦即以相比于第一电极载体相对于按压体的运动更大的程度。因此实现了如上所述的机械转换。
在本发明的较佳改进中，可以提供由第二电极载体的支撑部段构成的装置在第一电极载体和按压体的按压突出部上与第二电极载体的用于第二电极的固定部段相对称。
进一步地，如果第一电极载体具有在至少两个对置的侧上通过限制边缘部段限制的凹处，第一电极设置在该凹处内，其中第二电极载体以其支撑部段支撑在限制边缘部段上，那么可以是有利的。
在本发明的更佳实施方式中，提供了第一电极载体在其背向第一电极的侧上具有另一第一电极；并且设有具有另一第二电极以及另外的支撑部段的另一第二电极载体和具有另外的按压突出部的另一按压体，其设置相互相对间如此如在前述权利要求之一中那样。
最后还应该指出，特别是弹簧钢适用作为薄膜件。
本发明的容性传感器适合于，例如可以探测在用于特别是车辆构件的操作装置上按键体的运动。用于特别是车辆构件的操作装置通常具有前遮板或后遮板，在该前侧上设置多个如果可能也不同地设计的操作件，该操作件以例如旋钮、按钮、翻转开关或诸如此类形式。附加地也存在由后侧突出的按键体的形式的操作件，该操作件具有操作端部，该操作端部具有上侧和下侧。这样的操作件有时也称为条形按钮，因为其操作端部突出操作装置的前侧。
如果实施方式作为操作条，这样的按键体可以具有多个符号区域(例如多个设有连续数字的相互并排的区域)，其中整个按键体不依赖于该按键体在哪个区域中操作而运动。通过容性接近传感装置可以识别到在按键体的操作中以手指接触哪个符号区域。
此外已经被发现的是，如果按键体在操作中基本上仅仅不可察觉地运动，那么对于操作舒适性是有利的。通过听觉或触觉反馈随后可以对于操作者实现按键体的操作。
关于具有突出的按键体的操作装置，该按键体在其操作中执行准确的可重复的并且特别是保持不变的运动，可以合适的是，如果操作装置具有：
－具有前侧的壳体；
－具有纵向延伸的按键体，该按键体具有突出壳体前侧的操作端部和设置在壳体内的支承端部；
－其中操作端部具有上侧以及下侧，下侧以等于零度角的角度延伸突出前侧并且该下侧为了输入操作命令通过手动在上侧或下侧上实现的力施加是可操作的；
－支撑体，该支撑体具有轴承，通过该轴承按键体沿两个基本上垂直的空间轴线是可运动的；
－其中该轴承具有至少三个悬挂件，借助于该悬挂件按键体的支承端部在支撑体上保持可动，并且悬挂件设置在至少两个相互间隔的悬挂平面中，所述悬挂平面相互间以及与按键体的纵向延伸平行延伸。
按键体，其类似于计算机键盘的空格键具有伸长的操作条，突出壳体的前侧。具有轴承的支撑体位于在壳体内，该轴承用于沿两个相互基本上垂直的空间方向或轴线按键体(略微可动地)支承按键体。按键体的操作端部突出壳体的前侧。该操作端部(也就是操作条)具有上侧和下侧，其以等于零度角的角度突出前侧。通过手动施加力到上侧或下侧实现了按键体向下或向上的微小运动。
操作装置在轴承的设计方案中的特点在于，该轴承具有至少三个悬挂件。这三个悬挂件分布在两个悬挂平面上，所述悬挂平面基本上与前侧成角度地延伸并且相互基本上平行以及也基本上与按键体的纵向延伸平行。
通过悬挂件，该悬挂件是弯曲刚性的可回复的部件，例如以棒或诸如此类的形式——在按键体的操作中产生按键体相对于壳体前侧的微小的平行移动。在此决定性的是，悬挂件的设置和设计方案的类型用于按键体在支撑体上无间隙的支承。此外按键体的支承是低噪音的。
通过上述方案有利地可能的是，通过产生振动的执行器实现按键体的操作条或操作端部的操作的触觉反馈，该执行器使得按键体处于与该按键体的操作垂直定向的振动中。因为支承通过不仅在支撑体上而且在按键体上紧固的悬挂件允许按键体相对于操作装置前侧或相对于支撑体的平行移动。
在本发明的更佳的实施方式中，提供了轴承具有由支撑体突出的突出件，该突出件基本上沿与悬挂件相同的空间方向由支撑体突出并且设置在两个悬挂件之间，并且按键体如果必要贴靠在轴承的突出件上。
合适的是，存在四个悬挂件，所述四个悬挂件用于按键体在支撑体上的支承。在此那么分别两个悬挂件设置在一个共同的悬挂平面中。有利的是，在操作条或按键体的两个对置的端部区域上分别固定两个悬挂件，所述两个悬挂件设置在两个不同的悬挂平面中。
同样可以考虑的是，在一个悬挂平面中设置两个悬挂件二在另一悬挂平面中仅仅设置一个悬挂件。在每个悬挂平面中也可以设置两个以上的悬挂件。
通过悬挂件不仅在支撑体上而且在操作条上的紧固导致在操作条的操作中操作条的上述平行偏移。
作为悬挂件特别是弹簧钢棒适合，也就是一般而言，抗压力而且抗牵引并且弯曲刚性的特别是可回复的悬挂件。悬挂件例如是束形的部件(圆形或有角的棒)。在此悬挂件在其全部在支撑体与按键体之间沿两个基本上相互垂直走向的空间轴线的延伸上弯曲。但是也可以考虑悬挂件的如下方案，其中悬挂件的两个分开的部段用于沿两个空间轴线的分别另一空间轴线的可弯曲性。在该情况下，每个悬挂件可以具有可回复的扁平条材料，特别是弹簧钢带，该弹簧钢带绕其纵轴线旋转90°地相互相对地定向。备选地各部段中的每个可以构成为U形弯曲的可回复的扁平条材料，特别是弹簧钢带，并且两个U形条材料部段关于其两对边相互旋转90°以及从其基本部段开始沿相反的方向指向。
附图说明
以下根据实施例并参照附图进一步阐明本发明。其中详细示出：
图1示例性的操作装置的一部分的透视图；
图2用于按键体在支撑体上无间隙并低噪音支承的透视截面图(根据图3的截面线II-II)；
图3具有集成在轴承中的压力或力传感器的截面视图，该传感器作为运动传感器用于识别按键体或操作条操作；以及
图4和5在施加压力到按键体的操作条的下侧或上侧上时按键体相对于支撑体的运动；
图6和7用于构成悬挂件的第二实施例；以及
图8悬挂件的另一实施例。
附图标记
10   操作装置的壳体
12   操作装置
14   壳体前侧
16   按键
18   旋钮
20   显示单元
22   按键体的操作条
24   按键体的操作端部
26   按键体
28   支撑体
30   用于按键体的轴承
32   轴承的悬挂件
34   轴承的悬挂件
36   悬挂平面
38   悬挂平面
40   箭头
42   操作条的上侧
44   箭头
46   操作条的下侧
48   振动执行器
50   双箭头
52   位移传感器
54   位移传感器
56   分析处理单元
58   接近传感装置
60   接近传感装置的电极
62   接近传感装置的符号区域
64   突出件
66   用于突出件的容纳空间
68   隆起
70   间隔
72   间隔
74   第一电极载体
76   第一电极
78   第一电极的电极面
80   凹处
82   第二电极载体
84   弹簧钢薄膜件
86   第二电极
88   第二电极的电极面
90   固定点
92   按压体
94   按压体的按压突出部
95   凹处的限制边缘部段
96   第二电极载体的支撑部段
97   悬挂件
98   悬挂件的第一部段
98′ 该第一部段的片腿
98″ 该第一部段的片腿
99   悬挂件的第二部段
99′ 该第二部段的片腿
99″ 该第二部段的边
100  悬挂件
具体实施方式
图1为操作装置12的壳体10的透视图。壳体10具有前侧14，该前侧包括按键16、旋钮18、显示单元20以及操作条22。操作条22形成按键体26的操作端部24(参见图2)，该按键体支承在支撑体28上，该支撑体在其侧设置在壳体10内。
轴承30用于支承按键体26，该轴承在该实施例中具有四个悬挂件32、34(在图2中不可以考虑两个悬挂件之一34)，所述四个悬挂件设置为分布在两个相互平行的悬挂平面36、38上。悬挂件32、34成对地设置在按键体26的沿操作条22的纵向延伸设置的端部上。悬挂件不仅在支撑体28上而且在按键体26上保持紧固，从而在沿箭头40的方向施加力到操作条22的上侧42上时以及在沿箭头44的方向施加力到操作条22的下侧46上时产生操作条22相对于支撑体28的平行移动。如果操作操作条22，那么该平行移动阿辉高度精确、无间隙、低噪声并且最小的。
如根据图2标明的那样，如果操作按键体26的操作条22，那么在支撑体28与按键体26之间或者在按键体26上振动执行器48发生作用，该振动执行器使得按键体26沿双箭头50的方向处于振动。备选于震荡的振动执行器48也可以应用另一机构，该机构例如以电子或磁机械方式工作并且例如具有U形的磁轭，该磁轭具有线圈，该线圈用于脉冲式激励/产生用于吸引/推开衔铁的磁场，并且将按键体26沿横向运动，其中按键体26自动地又返回(当线圈无电流切换时)，亦即在悬挂件34中在其通过横向运动变形时机械回复电压之后。磁轭和衔铁安装在支撑体28或按键体26上，从而与衔铁连接的这样的物体相对于另一物体(或者反之亦然)前后运动。
操作条22的操作通过此外在下面还将描述的在该实施例中容性工作的压力或力或位移传感器52、54识别，该传感器与分析处理单元56连接，该分析处理单元此外也驱控振动执行器48。附加地按键体26包括以容性作用的电极60的形式的接近传感器装置58，所述电极配置给操作条22的不同符号区域62。通过这两个传感器52、54(其中仅仅一个传感器也将足够)那么可以识别，是否操作操作条22。除此之外，通过容性接近传感器装置58识别，手指在操作操作条22时贴靠在符号区域62中的哪个上。操作条22的操作的识别的回复随后通过振动执行器48或诸如此类的运动机构(参见上文)的驱控实现，这导致能触知的反馈并因此有用户识别。
如例如根据图2可见的那样，突出件64由支撑体28延伸，该突出件具有朝按键体26打开的容纳空间66。作为支撑体28的轴承端部该支撑体的隆起68突入到该容纳空间66中。两个间隔70、72(参见图3)位于在隆起68与突出件64之间，在这两个间隔之间分别设置传感器52、54中之一。在操作条22的操作中，隆起68在容纳空间66内在保持其定向的情况下(由于按键体26的上述平行移动)向上或向下移动，这通过两个传感器52、54(或者两个传感器中之一)识别。
传感装置的结构例如根据图3可见。隆起68形成第一电极载体74，该第一电极载体承载具有电极面78的第一电极76。该电极76设置在第一电极载体74的凹处80内。凹处80由第二电极载体82过压，该第二电极载体在该实施例中构成为弹簧钢薄膜件84。第二电极86位于在第二电极载体82上并且具有朝向第一电极76的电极面78的第二电极面88。第二电极86仅仅在中间区域与可回复的柔性可弯曲的弹簧钢薄膜件84连接，这在图3中的固定点90示出。
在第二电极载体82上，作为按压体92突出件64贴靠在其限制容纳空间66的内侧上。为此按压体92具有两个按压突出部94，这两个按压突出部基本上与在第二电极载体82上的第二电极86的固定点90对称地设置。两个按压突出部94贴靠在第二电极载体82的如下区域中，在该区域中第二电极载体82的弹簧钢薄膜件84过压第一载体74的凹处80。要提及的此外还有，弹簧钢薄膜件84支撑在第一载体74的凹处80的对置的限制边缘部段95上；凹处80的限制边缘部段95那么形成对于第二电极载体82的支撑部段96的贴靠。
通过前述构造，该构造此外也在——参考图3——第一电极载体74的下侧上与同样在图3中涉及的按压体92的下部分配合地构成(并且在那儿形成第二传感器54)，实现了：第一电极载体74或隆起68的在容纳空间66内实现的相对小的往复运动转换为两个电极76、86的相对更大的移动。这根据图3与图4和图5中的每个的比较变得显著，图4和图5示出了第一电极载体74相对于按压体92的运动，亦即根据是否施加操作力到操作条22的下侧46(图4)或上侧42(图5)上。第二电极86的移动b(参见图4和5并且在图3中标明)大于按照图3的间隔a，按键体26在操作时运动间隔a。
通过在图3至5中示出的机械构造那么实现一种类型的变速传动装置，用于将在第一电极载体74相对于按压体92之间的往复运动转换为两个电极76、86的相对更大的接近。
图6和7示出了悬挂件97的备选设计方案，该悬挂件具有两个U形弯曲的由弹簧钢带或冲压的弹簧钢扁平材料构成的部段98、99并且以示出的定向以部段98固定在支撑体28上以及以部段99固定在按键体26上。部段98在此沿箭头40和44(参见图1)的方向是可上下运动的，而部段99沿双箭头50的方向在侧面是可动的。图7示出两个部段98、99如何从交叉形的弹簧钢扁平材料开始通过片腿98′、98″的90°角(部段98的形成——在图7中通过由片腿98′、98″开始的箭头标明)并且通过片腿99′、99″的90°角(部段99的形成——在图7中通过由片腿99′、99″开始的箭头标明)形成。单个弹簧钢带——该弹簧钢带在其长度上或者在(中间)长度部段上居中地绕纵轴线旋转90°——同样可以很好地用作悬挂件97(参见图8中这样的悬挂件100的实施例)。

Claims (5)

1.用于检测两个相邻物体的相对运动的容性传感器，包括：
－第一电极(76)，该第一电极具有第一导电的电极面(78)并且设置在第一电极载体(74)上；
－与第一电极(76)对置的第二电极(86)，该第二电极具有第二导电的电极面(88)并且设置在第二电极载体(82)上；
－其中第二电极载体(82)构成为能复位的薄膜件(84)，该薄膜件在两个相互间隔对置的支撑部段(96)上在两个电极(76、86)两侧支撑在第一电极载体(74)上；以及
－在第二电极载体(82)的背向第二电极(86)的侧上的按压体(92)；
－其中按压体(92)具有至少两个按压突出部(94)，该按压突出部在第二电极载体(82)的支撑部段(96)之间的区域中贴靠在第二电极载体的背向第二电极(86)的侧上，并且该按压突出部在第一电极载体(74)与第二按压体(92)相对运动时在第二电极载体(82)弯曲的情况下相对于该第二电极载体(82)按压；
－其中该至少两个按压突出部(94)关于相同的空间方向相互具有间隔，沿该相同的空间方向第二电极载体(82)的支撑部段(96)间隔；以及
－其中第二电极(86)在第二电极载体(82)上仅固定在固定部段中，该固定部段基本上位于在第二电极载体(82)的按压区域之间的中间，其中按压突出部(94)贴靠在第二电极载体(82)上。
2.根据权利要求1所述的容性传感器，其特征在于，由第二电极载体(82)的支撑部段(96)构成的装置在第一电极载体(74)和按压体(92)的按压突出部(94)上与第二电极载体(82)的用于第二电极(86)的固定部段相对称。
3.根据权利要求1或2所述的容性传感器，其特征在于，第一电极载体(74)具有在至少两个对置的侧上通过限制边缘部段(95)限制的凹处(80)，第一电极(76)设置在该凹处内，其中第二电极载体(82)以其支撑部段(96)支撑在限制边缘部段(95)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的容性传感器，其特征在于，第一电极载体(74)在其背向第一电极(76)的侧上具有另一第一电极(76)；并且设有具有另一第二电极(86)以及另外的支撑部段的另一第二电极载体(82)和具有另外的按压突出部(94)的另一按压体(92)，其设置相互相对间如此如在前述权利要求之一中那样。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的容性传感器，其特征在于，薄膜件(84)具有弹簧钢。
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