CN109690461A - 用于识别电容式传感器元件的接触的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于识别电容式传感器元件的接触的方法，其中传感器元件的电容值借助于连续使用的积分法来测量，其中分别将位于具有已知的电容值的积分电容器上的电压借助于A/D转换器测量并且处理成传感器幅值，根据本发明其特征在于，对传感器幅值的时间特性进行评估并且用于识别传感器元件的接触。

Description

用于识别电容式传感器元件的接触的方法
技术领域
本发明涉及一种用于识别电容式传感器元件的接触的方法，其中传感器元件的电容值借助于连续使用的积分法测量，其中分别将位于具有已知的电容值的积分电容器上的电压借助于A/D转换器(模拟/数字转换器)测量并且处理成传感器幅值。
背景技术
在此提到的这种方法用于，对电容式的接触或接近传感器进行评估。这种传感器能够探测在灵敏区域之内通过物体、如例如用户的手指或笔的接触或接近的存在和在相应的设计方案中还能探测所述接触或接近的位置。触敏区域在此例如能够与显示屏幕叠加。在显示应用中，接触或接近传感器能够为用户实现，直接与在屏幕上示出的内容相互作用，而不仅是间接地借助于鼠标或类似的输入设备来相互作用。
存在大量不同类型的接触传感器，如例如电阻式的接触传感器、具有声学表面波的接触传感器和电容式的接触传感器，其中最后提到的电容式的接触传感器现在已被最大程度地推广，利用其刚好尤其也能够检测单纯的接近。
如果物体接触或靠近电容式的接触传感器的表面，那么出现传感器元件的电容值的变化。相关联的传感器控制设备或由所述传感器控制设备使用的测量方法的任务是，对所述电容变化进行处理，以便检测触发所述电容变化的接触或接近。特殊的困难在此在于，传感器元件的电容值和尤其要检测的变化是非常小的。出于所述原因，为了测量乐于使用所谓的积分法，在所述积分法中，在多个彼此跟随的周期中，将传感器元件的小的电荷量传递到具有已知的固定的和明显更大的电容值的积分电容器上，所述传感器元件的电容值是相对小的并且是可变的。在预设数量的这种积分周期之后位于积分电容器上的电压那么借助于A/D转换器测量并且处理成传感器幅值。
通过德国公开文献DE 10 2010 041 464 A1已知根据权利要求1的前序部分的用于识别电容式传感器元件的接触的方法。
之前描述的传感器幅值在那里示出的方法期间连续检测并且与预设的幅值阈值比较。只要没有手指或其他要检测的物体接近传感器元件，传感器幅值就保持在基本上恒定的基本值上。反之，在手指接近传感器元件的情况下，传感器幅值明显升高。当传感器幅值已经超过之前确定的幅值阈值时，实际识别电容式传感器元件的接触。
实际上，传感器幅值与大量参数相关。因此，不仅操作者的进行操作的身体部分的形状或尺寸、即例如较细的或较粗的手指对所述传感器幅值产生影响，例如所述身体部分在传感器之上的定位也具有重要影响。因此，最高的灵敏度典型地直接在传感器元件的重心之上给出，并且朝向其边缘下降。所述影响仅能够少量地通过皮肤表面或手指的弹性补偿。
与识别接触关联的功能的可靠的触发尤其在机动车中典型地设置传感器表面和所述评估的情况下无法经由之前确定的幅值阈值确保。
在有手套的情况下实现传感功能的可能的操作额外地加重所述问题。在设计借助手套的操作能够实现的幅值阈值时，在不借助手套操作的情况下，在传感器表面之上若干毫米处已经进行假定接触的有错误的识别。
通过执行装置、如例如起升磁体、振动马达等实现的可能期望的主动的触觉反馈同样要求接触表面。对此，在现有技术中，电容式传感装置必须补充以力传感装置，这在技术上是明显更复杂和昂贵的。
发明内容
根据本发明的方法相对于在上文中描述的现有技术具有如下优点，在实现关于识别传感器元件的真正接触的同样高的灵敏度的情况下，实际上与所述影响参数、如例如手指的大小、形状和定位或甚至不同厚度的手套无关地确保所述关于识别传感器元件的真正接触。
这根据本发明通过如下方式实现：对传感器幅值的时间特性进行评估并且用于识别传感器元件的接触。
根据本发明的方法利用如下事实：在接近或接触传感器元件时，传感器幅值的时间特性与所述影响参数尽可能地无关。
在手指(或其他身体部分)从较远距离接近传感器元件时，传感器幅值持续变大。在接触传感器元件时，手指那么制动并且在其弹性范围中变形。所述过程在传感器幅值的时间特性中反映如下：所述传感器幅值首先明显较缓慢地升高，并且在手指完全安放的情况下随后保持近似恒定。
所述特性尽可能与手指的大小、手指在传感器表面上的定位和是否使用手套无关。因此如果识别到传感器幅值明显较缓慢地升高的时刻或者在此之后不久传感器幅值近似恒定的时刻，那么能够可靠地探测手指在传感器元件上的接触。
在根据本发明的方法的一个有利的设计方案中规定，确定传感器幅值的变化速度并且用于识别传感器的接触，其中变化速度尤其能够确定成上升时间，传感器幅值需要所述上升时间，以便从变化初始值上升到变化目标值。
尤其可靠地，当变化速度位于变化最小值和变化最大值之间并且传感器幅值在预设的等待时刻后位于幅值最小值和幅值最大值之间时，能够识别传感器元件的接触。
根据本发明的方法的其他有利的设计方案从其他从属权利要求中以及从下面对本发明的可行的实施方案的描述中得出。
附图说明
下面，本发明参照所附的附图阐述。
在此，唯一的附图示出针对两种不同的应用情况在接近和接触触敏的电容式传感器元件时传感器幅值A的随时间变化的曲线。
具体实施方式
因此，在上部的测量曲线中，示出在通过不具有手套的大的手指在传感器元件的中部接近和随后接触触敏的传感器元件的情况下检测的传感器幅值A1的时间变化曲线。相反地，下部的测量曲线示出在通过具有手套的小的手指在传感器元件的边缘操作相同的传感器元件的情况下传感器幅值A2的相应的曲线。
这两个测量曲线或传感器幅值A1和A2因此示出具有完全不同的条件的临界情况，但是所述两种情况都应借助相同的识别方法处理。
在手指接近之前，两个测量曲线的传感器幅值A保持在基本值AB上，所述基本值是基本上恒定的，或者仅缓慢地由于外部影响、如例如温度波动改变。只要手指接近传感器元件，那么传感器幅值A开始明显升高。为了得到用于识别传感器元件的实际接触的必需的标准，使用传感器幅值A的变化速度ΔA/Δt。所述变化速度ΔA/Δt在本实施例中具体地通过如下方式确定：确定上升时间ta，传感器幅值A需要所述上升时间，以便从时刻TS的变化初始值AS上升至时刻TZ的变化目标值AZ。所述上升时间ta＝TZ-TS与传感器幅值A的变化速度ΔA/ΔT成反比，因此能够用作所寻求的变化速度的标准。变化初始值AS和变化目标值AZ在该实施例中是如下参数，所述参数对于当前物理地实现传感器元件根据实验确定成，使得借此在如下区域中检测变化速度ΔA/Δt，在所述区域中，所述变化速度对于绝大部分应用情况是尽可能相似的。在具有传感器幅值A1和A2的两个测量曲线的示出的实例中，在所选择的区域中的变化速度ΔA/Δt甚至是相同的。
作为用于识别传感器元件的实际接触的必需的标准，传感器幅值A的变化速度ΔA/Δt必须位于变化最小值(ΔA/Δt)min和变化最大值(ΔA/Δt)max之间，或者确定的上升时间ta位于最小值tamin和最大值tamax之间的预设的区域中。
对信号变化曲线的动态做出反应的这种标准借此本身也非常灵敏地对信号的可能的干扰做出反应。出于所述原因，为了可靠地识别传感器元件的实际接触，需要其他标准。
为了规定这种标准，又观察传感器幅值A本身。与例如通过电磁脉冲造成的干扰相反地，在实际接触时，传感器幅值A必须具有如下值，所述值明显大于开始提到的基本值AB。另一方面，明显高于根据物理事实最大可预期的值的传感器幅值A也再次表明干扰，使得限定出最大幅值Amax，传感器幅值A必须低于所述最大幅值，从而能以不受干扰的信号为出发点。
因此，其他标准要求，传感器幅值A在等待时刻TW位于幅值最小值Amin和幅值最大值Amax之间，所述等待时刻对应于在超过变化目标值AZ的时刻TZ之后经过预设的时间间隔tw之后的时刻。对应于直至达到至少近似恒定的传感器幅值A的等待时间的时间间隔tw的预设在此通过将之前确定的上升时间ta与恒定的因数w相乘进行，所述因数又与传感器元件的物理实现方案相关并且必须根据实验确定，使得因此必须适用的是tw＝w*ta从而TW＝TZ+w*ta。
两个测量曲线在等待时刻TW的传感器幅值A1和A2虽然明显不同，这归因于应用情况的上述不同的物理条件。然而二者都位于通过幅值最小值Amin和幅值最大值Amax限定的区域中，使得在两种情况下确定传感器元件的有效的接触。
为了进一步地保证传感器评估，以便尤其更可靠地避免有错误的肯定识别，还可限定第三标准。所述第三标准的目标是，确定传感器幅值A在等待时刻Tw不仅位于幅值最小值Amin和幅值最大值Amax之间，而且也已经近似恒定。对此，在检查时刻TP检查，传感器幅值A是否在等待时刻TW以不大于其值的允许的正公差δA+或负公差δA-向上或下改变。
检查时刻TP在此应尽可能接近等待时刻TW，但是至少留出传感器幅值A在达到近似恒定的值之后占据去抖动状态所需要的时间。因此，确定检查时间间隔tp，所述检查时间间隔足以满足用于当前的传感器布置的需要，并且将检查时刻确定成TP＝TW+tp。
对于传感器幅值A，在所述时刻TP必须适用的是：A-δA-＜A＜A＝δA+.
传感器元件的根据上述标准识别成有效的接触在所述最后的步骤中在如下情况下再次作为无效的丢弃：传感器幅值A在检查时刻TP以大于允许的正公差δA+向上或以大于允许的负公差δA-向下偏离其在等待时刻TW的值。

Claims (5)

1.一种用于识别电容式传感器元件的接触的方法，其中所述传感器元件的电容值借助于连续使用的积分法来测量，其中分别将位于具有已知的电容值的积分电容器上的电压借助于A/D转换器测量并且处理成传感器幅值(A)，
其特征在于，
对所述传感器幅值(A)的时间特性进行评估并且用于识别所述传感器元件的接触。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
将所述传感器幅值(A)的变化速度(ΔA/Δt)确定并且用于识别所述传感器元件的接触。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
将所述传感器幅值(A)的变化速度(ΔA/Δt)确定成上升时间(ta)，所述传感器幅值(A)需要所述上升时间，以便从变化初始值(AS)上升至变化目标值(AZ)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，
其特征在于，
当变化速度(ΔA/Δt)位于变化最小值(ΔA/Δt)min和变化最大值(ΔA/Δt)max之间并且所述传感器幅值(A)在经过预设的时间间隔(tw)之后、在此之后在等待时刻(TW)位于幅值最小值(Amin)和幅值最大值(Amax)之间时，识别所述传感器元件的接触。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
当所述传感器幅值(A)在所述等待时刻(TW)之后的检查时刻(TP)以大于允许的正公差(δA+)向上或负公差(δA-)向下偏离其在所述等待时刻(TW)的值时，将所述传感器元件的识别的接触作为无效的丢弃。
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