CN111936823B - 用于对象的电容性位置检测的传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对象(20)的电容性位置检测的传感器装置(1)。为了提供可靠且复杂度低的用于在方向盘上进行手检测的方式，该传感器装置包括：具有多个串联连接的传感器电极(3‑5)的传感器线路(2)，其中至少一个电阻元件(6，7)被有效地串联连接于每两个连续的传感器电极(3‑5)之间；经由线性无分支的第一连接(13)连接到传感器线路(2)的第一终端(8)的测量装置(10)；其中测量装置(10)被配置为向第一终端(8)施加时间相关的第一信号，并至少部分地基于第一终端(8)处的第一电压‑电流关系识别有对象(20)在其附近的被激活传感器电极(3‑5)。

Description

用于对象的电容性位置检测的传感器装置

技术领域

本发明整体涉及一种用于对象的电容性位置检测的传感器装置。本发明还涉及一种用于对象的电容性位置检测的方法。

背景技术

在现代车辆中，有必要检测检测驾驶员是否把其手放在方向盘上(例如，以便确定驾驶员是否准备好执行转向动作)。转向助力可以包括要在特定环境中使用的驾驶员主动校正的可能性。例如，可以提供转向助力系统，仅在驾驶员将手放在方向盘上时才激活。在大多数国家，都强制要求行驶中的车辆要在驾驶员控制之下，即使现代助力系统能够在某些状况下自主地安全操作车辆。

为了识别是否有至少一只手位于方向盘上，已经提出了若干个识别原理想。一个原理是依赖于EPS系统，并在方向盘中诱发低幅度振动。如果驾驶员的手在方向盘上，这会有阻尼效应，该效应可以被检测到。不过，振动可能会分散驾驶员的注意力或者会干扰驾驶员。其他系统使用专用传感器。一种这样的系统使用了电阻传感器元件，其中，将两个导体间隔开设置于方向盘表面下方。如果在该表面上施加一定压力，会使这两个导体接触。不过，激活传感器所需的压力量使得这种方式不太可靠。另一种方式使用电容式传感器，其通过手对传感器生成的电场的影响来检测手。尽管这些传感器更可靠，但它们相当大地增加了方向盘的复杂度，尤其是如果要检测手的位置的情况下，这使得必须提供多个传感器，即，针对每个表面位置都要设置一个传感器，连同用于每个个体传感器的检测电路。这种复杂度提高了成本，并使得系统更容易发生故障。

发明目的

因此本发明的目的是提供用于在方向盘上进行手检测的手段，这些手段是可靠的且复杂度低。

这个问题是由根据权利要求1所述的传感器装置和根据权利要求14所述的方法来解决的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于对象在设备上的电容性位置检测的传感器装置，包括：传感器线路，具有多个串联连接的传感器电极，其中，至少一个电阻元件有效地串联连接于每两个连续的传感器电极之间，每个传感器电极与相对于地或接地结构的电容相关联；以及测量装置，经由线性无分支的第一连接被连接到所述传感器线路的第一终端，且经由线性无分支的第二连接被连接到所述传感器线路的第二终端,并被配置用于检测在被激活的传感器电极附近的所述对象在所述设备上的位置，其中，所述第二终端被设置于两个传感器电极之间，并且所述第一终端和第二终端被不对称地设置于所述传感器线路上；其中，所述测量装置被配置为向所述第一终端施加时间相关的第一信号，并且至少部分地基于所述第一终端处的第一电压-电流关系，来识别有对象在其附近的被激活的传感器电极，其中，所述测量装置被配置为向所述第二终端施加时间相关的第二信号，并且至少部分地基于所述第二终端处的第二电压-电流关系，来识别有对象在其附近的被激活的传感器电极，其中，当所述对象在相应的传感器电极附近时，与所述相应的传感器电极相关联的电容被改变，在所述第一终端处的所述第一电压-电流关系和/或在所述第二终端处的所述第二电压-电流关系被相应地改变，并且所述测量装置将相应的传感器电极识别为所述被激活的传感器电极。

根据本发明的第二方面，提供了用于对象在设备上的电容性位置检测的方法，所述方法使用具有多个串联连接的传感器电极的传感器线路，其中，至少一个电阻元件有效地串联连接于每两个连续的传感器电极之间，每个传感器电极与相对于地或接地结构的电容相关联；其中，所述方法包括：经由线性无分支的第一连接向所述传感器线路的第一终端施加时间相关的第一信号；至少部分地基于所述第一终端处的第一电压-电流关系来识别在其附近有对象的被激活的传感器电极；经由线性无分支的第二连接向所述传感器线路的第二终端施加时间相关的第二信号；至少部分地基于所述第二终端处的第二电压-电流关系来识别在其附近有对象的被激活的传感器电极；以及检测在所述被激活的传感器电极附近的所述对象在所述设备上的位置，其中，所述第二终端被设置于两个传感器电极之间，所述第一终端和第二终端被不对称地设置于所述传感器线路上，其中，当所述对象在相应的传感器电极附近时，与所述相应的传感器电极相关联的电容被改变，在所述第一终端处的所述第一电压-电流关系和/或在所述第二终端处的所述第二电压-电流关系被相应地改变，并且所述相应的传感器电极被识别为所述被激活的传感器电极。

本发明提供了一种用于对象的电容性位置检测的传感器装置。该传感器装置被设计成检测对象的存在，尤其是用户的手或手指的存在，更具体而言是检测对象的位置。该传感器装置被设计用于电容性检测，这表示对象的检测是基于测量电容，或者相应为依赖于电容的量。

该传感器装置包括具有多个串联连接的传感器电极的传感器线路，其中，至少一个电阻元件有效地串联连接于每两个连续的传感器电极之间。优选地，传感器线路是传感器电极和至少一个电阻元件的串联连接。传感器电极可以由任何种类的导电材料制作，例如金属片、导电箔等。在一些实施例中，传感器电极可以由柔性材料制造。这些电极的尺寸和形状不受限于本发明的范围之内。它们可以沿着需要检测的附近对象位置上的装置的表面、在该表面上或在该表面下方设置。传感器电极可以是平坦的，其具有的厚度远小于长度和宽度。传感器线路中传感器电极的数量不受限于本发明的范围之内，但可以在例如2与10之间、或3与5之间。需要注意的是，只要与电极数量n相比，测量通道的数量为n-1，测量原理和精确度就是相似的。所有传感器电极都串联连接于传感器线路中，这表示从传感器线路的一端流到传感器线路的相对端的电流会流经所有的传感器电极。每个传感器电极可以与相对于地或接地结构的电容相关联。

至少一个电阻元件被有效地串联连接于每两个连续的传感器电极之间。当然，每个电阻元件都具有电阻。相对于传感器线路中的每对连续(或相邻)的传感器电极而言，至少一个电阻元件被有效串联连接于这两个传感器电极之间，这表示从一个传感器电极流到下一个传感器电极的电流会流经相应电阻元件。此外，由于至少一个电阻元件连接于每对连续的传感器电极之间，在这一系列的传感器电极之内两个电极分开越远，电流在其间必须流经的电阻元件数量就越大。例如，在从“第一”电极流到“第二”电极时，电流流经(至少)一个电阻元件，而在从“第一”电极流到“第五”电极时，电流流经(至少)四个电阻元件。

该传感器装置还包括测量装置，该测量装置经由线性无分支的第一连接而连接到传感器线路的第一终端。更具体而言，测量装置可以包括经由第一连接而连接到第一终端的第一电源(例如，电流源或电压源)。在此以及在下文中，术语“测量装置”不应以任何限制性方式被理解为物理配置。例如，测量装置可以包括多个物理上分开的部件，它们可以不连接、或者以无线或有线方式连接。测量装置的至少一些方面可以是软件实现的。测量装置被连接(即电连接)到传感器线路的第一终端，其中，“第一终端”并非暗示任何种类的序列，而仅仅用于使第一终端区分于可能存在的其他终端。通常，第一终端可以位于传感器线路的任何部分中。第一终端也可以称为“连接点”，其充当测量装置和传感器线路之间的电连接。它可以由永久连接(例如，通过焊接)或通过可拆卸连接(例如，插头插座)实现。测量装置经由线性无分支的第一连接而连接到第一终端。换言之，没有电路或导线从测量装置和第一终端之间的第一连接分支出来。于是，第一电源处的电流等于第一终端处的电流。通常，但并非必要地，测量装置(以及尤其是第一电源)被直接连接到第一终端，其间没有电阻、电感或电容元件。

根据本发明，该测量装置被配置为向第一终端施加时间相关的第一信号，并至少部分地基于第一终端处的第一电压-电流关系来识别有对象在其附近的被激活的传感器电极。第一信号可以是电压信号，即，测量装置可以包括被配置为提供预定电压的电压源。不过，如果测量装置包括被配置为提供预定电流的电流源，第一信号也可以是电流信号。无论哪种方式，第一信号都是时间相关的，即，它是随着时间的变化而改变。具体而言，它可以是交替改变其极性的交变信号。该信号可以是脉冲信号，但通常是连续的信号。

测量装置向第一终端施加第一信号，并使用第一终端处的第一电压-电流关系，即第一终端处的电压和第一终端处的电流之间的关系，来识别被激活的传感器电极。电压-电流关系可以由例如阻抗或导纳来代表。不过，如果第一信号对应于预定电压(或相应为电流)，则通过测量电流(或相应为电压)来隐式地给出电压-电流关系。例如，测量装置可以施加预定电压并测量流动的电流，由此阻抗和导纳被隐式地给出，并可以任选地被显式地确定。要理解的是，阻抗和导纳是随着第一信号的频率而变化的，如果第一信号包含不同频率的叠加，则针对每个频率应用不同的阻抗/导纳。应该指出的是,通常在第一终端处的电压和电流之间存在相移，因此，电压-电流关系通常包含关于幅度和相位角、或者相应实部和虚部的信息。例如，如果测量电流，该测量必须包括相对于所施加电压的相移或者需要在电流的实部(与电压同相)和虚部(相对于电压具有90°相移)之间进行区分。

测量装置被配置为识别附近有对象的被激活传感器电极。换言之，它会识别在其附近有对象的(至少)一个电极。这里将附近有对象的电极称为“被激活”。对象在附近，包括对象实际接触相应电极的可能性，但电极通常与对象电隔离，例如通过一层隔离材料。通过识别被激活的传感器电极，知道了对象的位置。被激活传感器电极的识别至少部分地基于第一电压-电流关系。当对象在传感器电极附近时，电极和地之间的电场受到影响。换言之，与相应传感器电极相关联的电容被改变。这继而影响到相应传感器电极的个体阻抗，从而影响第一终端处的第一电压-电流关系。不过，仅仅这种效应通常不能在不同传感器电极之间进行区分。例如，如果所有传感器电极被设计得相似并相对于地具有相似位置，变化的电容会以(几乎)相同的方式改变总阻抗，无论哪个传感器电极是附近有对象的传感器电极。不过，由于电阻元件被有效连接于每两个连续的传感器电极之间，所以第一终端和被激活传感器电极之间流动的电流受到电阻元件的数量影响。这个数量随着第一终端和被激活传感器电极之间的传感器电极数量而增加。因此，第一终端和被激活传感器电极之间的电阻根据哪个传感器电极被激活而不同。在原理上，这样能够基于第一电压-电流关系来识别被激活的传感器电极。尽管在一些情况下结果可能不明确，但这样的不明确通常可以通过传感器装置的适当布局和/或下文论述的任选特征来避免。

本发明的传感器装置的巨大益处在于仅需要有限量的布线，即用于传感器线路之内的连接和用于测量装置到第一终端的连接。而且，仅需要一个测量装置，该测量装置只须施加单个信号。因此，通过简单和低成本的方式、以及紧凑的设计就可以实现本发明的概念。

本发明的传感器装置有各种可以设想的应用。根据一个优选实施例，该传感器装置适用于在车辆方向盘中进行手检测，车辆通常是陆地车辆，如汽车。不过，也可以设想应用于其他交通工具，例如海洋或天空交通工具。在这样的实施例中，沿方向盘的表面设置第一和第二电极和导电元件，由此可以检测用户手的位置。换言之，检测表面为方向盘的外表面。在这种语境中，传感器装置还可以被表征为用于手位置检测的传感器装置，因为主要目的是检测用户(驾驶员)的至少一只手在方向盘上的位置。应该指出的是，如果认为有利的话，可以在方向盘上配置超过一个本发明的传感器装置。

通常，第一终端可以被设置在沿传感器线路的任何位置。尽管如此，优选地，第一终端是传感器线路的线端。换言之，测量装置被连接到传感器线路的一端，所有传感器电极和电阻元件被相继地连接在第一终端的下游。这种设计通常有助于减小不明确，因为对于每个传感器电极，在这个传感器电极和第一终端之间都连接了独特的、特有数量的电阻元件。

可以设想，每个电阻元件是传感器电极的内阻。不过，这通常要求内阻显著高于例如现有技术已知的电容式传感器电极的典型值。如果电阻元件的电阻相当低，可能难以测量其对第一电压-电流关系的影响，从而使得难以识别被激活的传感器电极。优选地，至少一个电阻元件是传感器电极外部的电阻器。换言之，至少一个专用电阻器被连接于两个连续的传感器电极之间。通常，每个电阻元件都是电阻器。例如，可以选择电阻器的电阻，使得它与传感器电极的典型电抗值是相同数量级的。

优选地，所有电阻元件的电阻相差小于20％。这意味着，最小电阻和最大电阻之间的差值小于20％(相对于最大电阻值而言)。该差值甚至可以更低，例如，小于10％或小于5％。特别地，所有电阻元件的电阻可以相同。如果一个电阻元件的电阻远大于另一个电阻元件的电阻，则后一电阻元件的影响会仅对总电阻具有有限影响。通常，电阻元件的电阻应当在电压-电流-相移可以检测到的范围中。这些电阻器的差异不必非常精确，因为始终会有一个直接连接的测量通道，使得以上表述得到满足。

根据一个实施例，测量装置被配置为施加第一电压作为第一信号，并至少部分地基于第一终端处的第一电流的实部和虚部来识别被激活的传感器电极。在这种背景下，第一电压通常是由测量装置的第一电压源供应的预定电压。测量装置可以测量第一终端处或与之相当的某个其他位置处的第一电流。由于第一电压被给出，所以可以确定第一电流的实部(与第一电压同相)和虚部(相对于第一电压偏移90°)。在查看图中实部和虚部之间的关系时，某些区域可以与特定的传感器电极相关联。某一区域的外部界限可以由关于实部(或相应虚部)的一个或多个阈值描述，其通常是虚拟(或相应实部)的函数。可以由测量装置基于公式计算这些阈值，或者可以将这些阈值存储在查找表中。要理解的是，替代地，第一信号可以是电流信号，并可以至少部分地基于第一终端处第一电压的实部和虚部来识别被激活的传感器电极。

优选地，第一信号是正弦信号。这样的信号可以被描述为没有或仅有可忽略的上谐波的正弦波。换言之，第一信号具有单一频率，这使得电压-电流关系的评估更容易，因为这种关系通常是频率相关的。优选地，对于每次测量都保持频率相同。不过，针对不同测量应用不同频率是在本发明的范围之内。

在一些情况下，被激活的传感器电极的识别可能是没有结果或不明确(ambiguous)。这尤其适用于在一个以上的传感器电极被附近对象激活的情况下。不过，这样的不明确可以得到解决。根据优选实施例，该测量装置经由线性无分支的第二连接而连接到传感器线路的第二终端，并被配置为向第二终端施加时间相关的第二信号，以及至少部分地基于第二终端处的第二电压-电流关系来识别至少一个被激活的传感器电极。如同第一终端，第二终端可以由持久连接或非持久连接来实现。要理解的是，第二终端与第一终端不同，并且在第一和第二终端之间必须要有至少一个元件(传感器电极或电阻元件)。第二终端可以被视为用于确定(第二)电压-电流关系的不同参考点。测量装置经由线性无分支的第二连接而被连接到第二终端。换言之，没有电路或导线从测量装置与第二终端之间的第二连接分支出来。更具体而言，测量装置可以包括经由第二连接而连接到第二终端的第二电源(例如，电流源或电压源)。第二电源处的电流等于第二终端处的电流。通常，但并非必要地，测量装置(以及尤其是第二电源)直接连接到第二终端。当然，测量原理与相对于第一终端和第一信号是相同的。像第一信号那样，第二信号可以是电压信号或电流信号。优选地，它是正弦信号。尽管第一和第二信号被施加在两个不同终端，但两个信号可以是其它方面都相同的，具有相同的波形、频率、幅度、相位等。优选地，测量装置被配置为基于第一电压-电流关系和第二电压-电流关系来识别至少一个被激活的传感器电极。换言之，组合从测量获得的关于第一和第二终端的信息。

第二终端可以是设置于传感器线路的一个末端的线端。不过，尤其是在第一终端为线端的情况下，设置于信号线的另一末端的第二终端几乎无助于解决不明确。因此，优选将第二终端设置于两个传感器电极之间。即，第二终端电连接于这两个传感器电极之间。这尤其(但非唯一地)适用于第一终端为线端的情况。

还优选的是，第一和第二终端被不对称地设置于传感器线路上。这意味着，第一终端和信号线的一端之间的传感器电极的数量必须不同于第二终端和信号线的相对末端之间的传感器电极的数量。例如，如果第一终端为线端，则在它和传感器线路的一个末端之间有零个电极，因此在第二终端和相对末端之间必须要有至少一个电极。利用这样的配置，通常可以解决因同时激活两个传感器电极而发生的任何不明确之问题。

该测量装置可以被配置成顺序地和/或同时地施加第一信号和第二信号。在一个实施例中，测量装置被配置为施加第一信号，并在施加第二信号之前关闭第一信号。在另一个实施例中，同时施加两个信号，这当然会导致信号线之内的电流叠加。这继而使得第一和第二电压-电流关系的评估更复杂一些，但仍然是可行的。也可能有这样的实施例，其中，第一信号被激活，然后在撤销第一信号之前激活第二信号，并在撤销第一信号之后，撤销第二信号。当然，可以反转两个信号的顺序，使得在第一信号之前激活第二信号。在其他可能的实施例中，这两个信号也可以具有不同的频率。

当在第二终端处采用第二信号时，测量装置优选被配置为识别至少两个被激活的传感器电极。换言之，测量装置可以识别两个传感器电极，这两个传感器电极同时均在它们的附近有对象。例如，在传感器装置适用于在车辆的方向盘进行手检测时，可能是这种情况。在这种情况下，相当常见的是驾驶员利用一只手或两只手触摸方向盘，这需要被有把握地识别和区分。

优选地，测量装置被配置为施加第二电压作为第二信号，并至少部分地基于第二终端处第二电流的实部和虚部来识别被激活的传感器电极。如同第一电压，第二电压通常是由测量装置的第二电压源供应的预定电压。测量装置可以测量第二终端处或与之相当的某个其他位置处的第二电流。由于第二电压被给定，所以能够确定第二电流的实部和虚部。同样，图中涉及将实部与虚部相关的某些区域可以与特定的传感器电极(或若干个传感器电极的组合)相关联。通过将第二电流的实部和虚部的值与阈值进行比较，可以识别相应的传感器电极。尽管一些区域可以与单个传感器电极、以及若干个传感器电极的组合相关联，这会导致出现不明确。不过，在考虑相对于第一终端的测量时，通常可以解决这样的不明确。同样，在考虑第一电流的实部和虚部时，一些区域也可以与单个电极以及两个电极的组合相关联。通常可以通过考虑第二终端处的测量来解决这些不明确。要理解的是，替代地，第二信号可以是电流信号，并可以至少部分地基于第二终端处第二电压的实部和虚部来识别被激活的传感器电极。

本发明还提供了一种使用传感器线路对对象进行电容式位置检测的方法，该传感器线路具有多个串联连接的传感器电极，其中，至少一个电阻元件被有效地串联连接于每两个连续的传感器电极之间。该方法包括：经由线性无分支的第一连接向传感器线路的第一终端施加时间相关的第一信号，并至少部分地基于第一终端处的第一电压-电流关系来识别有对象在其附近的被激活的传感器电极。所有这些术语已经在上文关于本发明的传感器装置所述内容提到过，因此将不会再次解释。本发明的方法的优选实施例对应于本发明的传感器装置的那些优选实施例。方法的步骤可以由如上所述连接到第一终端的测量装置来执行。具体而言，可以由测量装置的第一电源经由第一连接施加第一信号。

附图说明

从以下参考附图而不限制实施例的具体描述，本发明的更多细节和优点将显而易见，在附图中：

图1是本发明传感器装置的第一实施例的示意图；

图2是示出第一电流的实部和虚部之间关系的图示；

图3是本发明传感器装置的第二实施例的示意图；

图4是示出第一电流的实部和虚部之间关系的图示；以及

图5是示出第二电流的实部和虚部之间关系的图示。

具体实施方式

图1示意性示出了本发明的传感器装置1的第一实施例，例如，可以将其用于方向盘上的手位置的检测。传感器装置1包括传感器线路2，传感器线路2包括串联连接的第一传感器电极3、第二传感器电极4和第三传感器电极5。传感器电极3、4、5可以与方向盘表面的三个区域(“区域1”、“区域2”、“区域3”)相关联。第一电阻器6串联连接于第一传感器电极3和第二传感器电极4之间，而第二电阻器7串联连接于第二传感器电极4和第三传感器电极5之间。在图示的实施例中，第一电阻器6和第二电阻器7具有相同电阻R。

测量装置10经由线性无分支的第一连接13连接到传感器线路2的第一终端8。第一终端8是线端，即，设置于传感器线路2的第一末端2.1处。测量装置10包括第一电压源11，其适于将预定的正弦第一电压V₁作为第一信号施加到第一终端8。具体而言，第一电压源11经由第一连接13被连接到第一终端8。测量装置10还适于测量通过第一终端8的第一电流I₁。

在将第一电压V₁施加到传感器线路2时，传感器电极3、4、5被以交替极性充电，同时在每个传感器电极3、4、5和地(例如，车辆的接地结构)之间形成电场。如果对象20(如同用户的手)被放置于例如第三传感器电极5的附近，则电场被改变，因此第三传感器电极5的电容也被改变。更具体而言，这个第三传感器电极5与地的耦合得到相当大增强。这个第三传感器电极5现在被认为是“被激活的”传感器电极。

为了确定对象20的位置，测量装置10必须要识别被激活的传感器电极5。这种识别基于第一终端8处的电压-电流关系。由于在这种情况下第一电压V₁是由第一电压源11预先确定的，所以考虑通过第一终端8的第一电流I₁就足够了。如果第一电压V₁不是预先确定的，可以测量它并可以对第一电流I₁进行归一化(例如，通过第一电压V₁的幅度相除)。

图2是将第一电流I₁的实部示为横坐标，将第一电流I₁的虚部视为纵坐标的图示。该图示出了分别涉及激活第一传感器电极3(实心菱形，“区域1”)、第二传感器电极4(实心正方形，“区域2”)和第三传感器电极5(空心圆形，“区域3”)的不同测量。这是由于第一终端8和相应被激活的传感器电极3、4、5之间流动的电流会流经不同数量的电阻器6、7之事实，该不同数量取决于哪个传感器电极3、4、5被激活。这继而影响了传感器线路2的总电阻，即使电阻或多或少地与激活哪个传感器电极3、4、5无关。这些测量是指在某一时间对象20仅位于一个传感器电极3、4、5附近的状况。在这种情况下，显然，可以清晰地区分涉及不同区域的测量，因为可以通过例如图2中的虚线分隔它们，虚线分别对应于虚部或实部的阈值。例如，虚部的阈值是实部的函数。可以由测量装置10根据某个公式计算这些阈值，或者可以从查找表读取它们。通过比较测量值与这些阈值，测量装置10可以识别出被激活的传感器电极3、4、5。

然而，如果同时激活了两个传感器电极3、4、5，对于识别激活的传感器电极3、4、5而言，测量可能会变得不明确。例如，涉及同时在第一电极3和第三电极5附近的对象20的测量，会导致电流类似于涉及在第二电极4附近的对象20的测量。

这些不明确可以通过图3所示的本发明的传感器装置1的第二实施例来解决。本实施例在很大程度上与图1中所示的实施例相同，但测量装置10还包括第二电压源12，第二电压源12经由线性无分支的第二连接14连接到传感器线路2的第二终端9。第二终端9位于第二传感器电极4和第三传感器电极5之间，或者更具体地在第二传感器电极4和第二电阻器7之间，使得第一终端8和第二终端9被不对称地设置在传感器线路2上。换言之，尽管在传感器线路2的第一终端8和第一末端2.1之间没有传感器电极，但在传感器线路2的第二终端9和第二末端2.2之间有一个传感器电极。

在一个步骤中，测量装置10可以向第一终端8施加第一电压V₁并如上所述测量第一电流I₁。图4中示出了涉及第一电流I₁的实部和虚部的对应图示。如上所述，例如，在考虑涉及单独激活第二传感器电极4的测量(实心方形，“区域2”)和涉及同时激活第一传感器电极3和第三传感器电极5的测量(空心菱形，“区域1和3”)时，结果可能是不明确的。

在可以在上述步骤之前、之后或与之同时执行的另一个步骤中，测量装置10将第二电压V₂作为第二信号施加到第二终端9，并测量通过第二终端9的第二电流I₂。第二电压V₂也是具有预定幅度和频率的正弦电压，其幅度和频率甚至可以与第一电压V₁的相同。图5中示出了涉及第二电流I₂的实部和虚部的图示。尽管单独看这幅图还包括一些不明确，但其解决了图4中图示的不明确，反之亦然。例如，在图5中清楚地分隔了涉及仅激活第二传感器电极4的测量(实心方形，“区域2”)和涉及同时激活第一传感器电极3和第三传感器电极5的测量(空心菱形，“区域1和3”)。另一方面，尽管涉及同时激活第一传感器电极3和第二传感器电极4的测量(实心三角形，“区域1和2”)和涉及同时激活第二传感器电极3和第三传感器电极5的测量(空心方形，“区域2和3”)在图5中的相同区域中，但它们在图4中被清晰地分隔。因此，图3中的实施例能够可靠地识别仅一个传感器电极3、4、5附近的对象20、以及同时在两个传感器电极3、4、5附近的对象20(或分别两个对象)。

附图标记列表

1 传感器装置

2 传感器线路

2.1 第一末端

2.2 第二末端

3,4,5传感器电极

6,7电阻器

8,9终端

10测量装置

11,12电压源

13,14连接

20对象

I₁,I₂电流

R电阻

V₁,V₂电压。

Claims (11)

1.一种用于对象(20)在设备上的电容性位置检测的传感器装置(1)，包括：

-传感器线路(2)，具有多个串联连接的传感器电极(3,4,5)，其中，至少一个电阻元件(6，7)有效地串联连接于每两个连续的传感器电极(3,4,5)之间，每个传感器电极与相对于地或接地结构的电容相关联；以及

-测量装置(10)，经由线性无分支的第一连接(13)被连接到所述传感器线路(2)的第一终端(8)，且经由线性无分支的第二连接(14)被连接到所述传感器线路(2)的第二终端(9)，并被配置用于检测在被激活的传感器电极(3,4,5)附近的所述对象(20)在所述设备上的位置，其中，所述第二终端(9)被设置于两个传感器电极(3,4,5)之间，并且所述第一终端(8)和第二终端(9)被不对称地设置于所述传感器线路(2)上；

其中，所述测量装置(10)被配置为向所述第一终端(8)施加时间相关的第一信号，并且至少部分地基于所述第一终端(8)处的第一电压-电流关系，来识别有对象(20)在其附近的被激活的传感器电极(3,4,5)，

其中，所述测量装置(10)被配置为向所述第二终端(9)施加时间相关的第二信号，并且至少部分地基于所述第二终端(9)处的第二电压-电流关系，来识别有对象(20)在其附近的被激活的传感器电极(3,4,5)，

其中，当所述对象在相应的传感器电极附近时，与所述相应的传感器电极相关联的电容被改变，在所述第一终端(8)处的所述第一电压-电流关系和/或在所述第二终端(9)处的所述第二电压-电流关系被相应地改变，并且所述测量装置(10)将相应的传感器电极识别为所述被激活的传感器电极。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，它适用于在车辆的方向盘中进行手检测；其中，所述设备是所述车辆的方向盘，所述对象(20)是用户的手。

3.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第一终端(8)是所述传感器线路(2)的线端。

4.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，至少一个电阻元件(6，7)是所述传感器电极(3,4,5)外部的电阻器。

5.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所有电阻元件(6，7)的电阻相差少于20％。

6.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述测量装置(10)被配置为施加第一电压(V₁)作为所述第一信号，并至少部分地基于所述第一终端(8)处的第一电流(I₁)的实部和虚部来识别所述被激活的传感器电极(3,4,5)。

7.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第一信号是正弦信号。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述测量装置(10)被配置为顺序地和/或同时地施加所述第一信号和所述第二信号。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述测量装置(10)被配置为识别至少两个被激活的传感器电极(3,4,5)。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述测量装置(10)被配置为施加第二电压(V₂)作为所述第二信号，并至少部分地基于所述第二终端(9)处的第二电流(I₂)的实部和虚部来识别所述被激活的传感器电极(3,4,5)。

11.一种用于对象(20)在设备上的电容性位置检测的方法，所述方法使用具有多个串联连接的传感器电极(3,4,5)的传感器线路(2)，其中，至少一个电阻元件(6，7)有效地串联连接于每两个连续的传感器电极(3,4,5)之间，每个传感器电极与相对于地或接地结构的电容相关联；其中，所述方法包括：

-经由线性无分支的第一连接(13)向所述传感器线路(2)的第一终端(8)施加时间相关的第一信号；

-至少部分地基于所述第一终端(8)处的第一电压-电流关系来识别在其附近有对象(20)的被激活的传感器电极(3,4,5)；

-经由线性无分支的第二连接(14)向所述传感器线路(2)的第二终端(9)施加时间相关的第二信号；

-至少部分地基于所述第二终端(9)处的第二电压-电流关系来识别在其附近有对象(20)的被激活的传感器电极(3,4,5)；以及

-检测在所述被激活的传感器电极附近的所述对象(20)在所述设备上的位置，

-其中，所述第二终端(9)被设置于两个传感器电极(3,4,5)之间，所述第一终端(8)和第二终端(9)被不对称地设置于所述传感器线路(2)上，

-其中，当所述对象(20)在相应的传感器电极附近时，与所述相应的传感器电极相关联的电容被改变，在所述第一终端(8)处的所述第一电压-电流关系和/或在所述第二终端(9)处的所述第二电压-电流关系被相应地改变，并且所述相应的传感器电极被识别为所述被激活的传感器电极。