CN115380475A

CN115380475A - 包括用于感应极化的模块的电容检测装置

Info

Publication number: CN115380475A
Application number: CN202080098246.0A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·尼尔; 迪迪埃·罗齐埃; 斯特凡纳·大卫-格里戈诺特
Original assignee: Fagel Sensor
Current assignee: Fagel Sensor
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-11-22
Also published as: FR3106002B1; FR3106002A1; WO2021140043A1; EP4088381A1; US20230042257A1

Abstract

本发明涉及一种用于对物体(O)进行电容检测的装置(300)，包括：‑至少一个极化模块(306)，其被配置为在与接地电势(M)不同的称为工作电势的交流电势(V_g)下极化至少一个测量电极(302)；和‑测量电子器件(312)，其特征在于，至少一个极化模块(306)包括具有中心开口的称为激励环形元件的至少一个环形元件，所述至少一个环形元件被设置为在至少一个环形元件的输入和输出之间，在穿过其中并且与至少一个测量电极(302)电连接的至少一个电导体(110)中感应出等于所述交流工作电压(V_g)的交流电势差。本发明还涉及一种使用这种电容检测装置(300)的设备。

Description

包括用于感应极化的模块的电容检测装置

本发明涉及一种电容检测装置。其还涉及使用这种电容检测装置的设备。

本发明的领域是用于物体的电容检测的接口领域，特别是用于机器人领域的检测接口。

背景技术

一种用于对物体进行电容检测的装置包括测量电极和测量电子器件，根据众所周知的技术，所述测量电极和测量电子器件被布置成测量由一个或更多个测量电极看到的与物体-电极电容相关的电信号，在本申请中表示为C_oe。为此目的，一个或更多个测量电极必须在与待检测物体的电势不同的交流电势下被极化。因此，这需要向所使用的每个测量电极施加交流电势。

然而，当设备配备有电容检测装置时，有时难以在不修改所述设备的结构的情况下将极化电势施加到每个测量电极，例如通过添加电线、通过移动设备的某些电线或还通过添加装饰元件到设备来承载电极。当希望直接使用设备的部件例如测量电极时，这更加成问题。

此外，由于设备通常以与测量电极不同的电势为参考，因此设备的电导体或元件可能位于靠近测量电极的位置，它们在不同的电势下被极化，并且因此可能通过在测量电极上产生寄生电容来破坏电容检测，从而阻止或破坏物体的检测。通过将至少在电容检测器的工作频率下与测量电极具有相同电势的电势下极化的称为保护元件的元件插入到这些测量电极和设备在其他电势下极化的元件之间，这些干扰能够以已知方式限制或消除。然而，这并不总是可能的，或者需要对设备进行更重大的修改。

因此，将电容检测装置添加到设备可能证明是困难的、昂贵的和耗时的，尤其是在对现有设备进行回顾性实施时。

本发明的一个目的是克服上述缺陷中的至少一个。

本发明的另一个目的是提出一种电容检测装置，该电容检测装置更容易、成本更低且更便宜地在设备上实施，特别是在现有设备上实施。

本发明的另一个目的是提出一种允许更好地抑制寄生电容的电容检测装置。

发明内容

本发明使得能够利用一种用于对物体进行电容检测的装置来实现这些目标中的至少一个，该装置包括：

-至少一个极化模块，其被配置为在与接地电势不同的称为工作电势的交流电势下极化至少一个测量电极；和

-测量电子器件，被配置为在工作频率下测量与由所述至少一个测量电极看到的称为目标电极电容的电容相关的信号；

其特征在于，至少一个极化模块包括具有中心开口的称为激励环形元件的至少一个环形元件：

-所述至少一个环形元件设置为通过中心开口围绕电连接到所述至少一个测量电极的电导体放置，并且

-所述至少一个环形元件包括由交流电信号供电的至少一个电绕组，所述至少一个电绕组被布置成在所述激励环形元件中产生圆形磁场和在所述中心开口中产生轴向磁场矢量电势；

以便在所述电导体中在所述至少一个环形元件的输入和输出之间感应出等于所述工作交流电势的交流电势差。

电绕组尤其能够由交流电压供电。

因此，在根据本发明的电容检测装置中，通过使围绕与所述至少一个测量电极电连接的导体放置至少一个激励环形元件，通过感应产生至少一个测量电极的极化。激励环形元件在电导体的下游部分上，即导体的位于所述至少一个测量电极的一侧的部分上，将对应于工作交流电势的电势差(在下面表示为V_g)加到穿过所述激励环形元件的所述导体。将参考图1更详细地描述该原理。

因此，在根据本发明的装置中，所述至少一个测量电极的极化不需要建立电接触，或使用轨道或电线来极化每个测量电极。因此，为设备配备根据本发明的电容检测装置更容易、成本更低或耗时更少。

此外，除了所述至少一个测量电极之外，通过将所述至少一个激励环形元件围绕所述设备的合适部分定位，在对所述设备进行很小的修改(如果有的话)的情况下，所述至少一个激励环形元件能够用于极化设备的任何导电部分，该导电部分可以可选地破坏电容检测并且可能破坏整个设备。因此，本发明使得能够为设备配备电容检测装置，同时允许更好地抑制寄生电容。

此外，所述至少一个激励环形元件能够用于使设备的任何导电部件在工作电势V_g下被极化。因此，设备的每个导电部件都能够潜在地用作测量电极，这使得可以限制甚至避免在设备上添加附加测量电极以使其具有电容检测功能。因此，本发明使得能够以更简单、成本更低和更快的方式为设备配备电容检测装置。

在本文中，以下用M表示的术语“接地电势”表示测量电子器件的参考电势，其能够是例如电接地或一般地电势。该接地电势能够对应于地电势或者连接或不连接到地电势的另一个电势。

在本文中，两个交流电势在给定频率下是相同或相似的，当它们各自在该频率下包含相同的交流分量时；即具有相同的幅度和相同的相位。因此，在所述频率下的两个相同电势中的至少一个也能够包括例如直流分量，和/或具有与所述给定频率不同的频率的交流分量。

类似地，当两个交流电势不包括在该工作频率下相同的交流分量时，它们在工作频率下是不同的。

应该记住，电势是相对于参考电势、例如接地电势M定义的。因此，它对应于相对于该参考或接地电势的电势差。

本发明能够用任何类型的电导体来实施。特别地，与至少一个测量电极电连接的至少一个电导体能够是或包括：

-轨道、电线、电缆、数据总线，或

-装备有根据本发明的检测装置的设备的部件或一部分，例如装饰元件、框架元件、在机器人或机械臂的情况下的段、电缆或电缆束，等等，或

-装备有根据本发明的检测装置的设备的一部分或全部主体，例如在机器人或机械臂的情况下为机器人段或机器人的全部。

此外，根据本发明，电导体能够以任何方式与所述至少一个测量电极电连接，使得可以将由极化模块感应的电势传输到这个或这些电极。该电连接例如能够是直接的、通过接触的，或者通过或经由构件或电子电路产生。

在本文中，对于极化模块：

-“极化模块的输入”或“所述至少一个环形元件的输入”是指所述至少一个环形元件的位于与至少一个测量电极相对的一侧上的中心开口的端部，并且

-“极化模块的输出”或“所述至少一个环形元件的输出”是指所述至少一个环形元件的位于与至少一个测量电极侧的中心开口的端部；

-在由与所述至少一个测量电极连接的所述至少一个导体限定的方向上。

根据一个实施例，极化模块能够包括多个环形元件，所述多个环形元件中的每个包括由交流电压供电的至少一个电绕组，以便在穿过所有所述环形元件的任何导体中感应出等于工作交流电势的交流电势差。

换言之，极化模块的环形元件沿着穿过它们中的所有的每个电导体以级联、串联或对齐的方式放置。

该实施例使得可以用较低电压源产生高工作交流电势。事实上，对于总交流电势差ΔV，每个激励环形元件“i”在穿过它的每个电导体中产生所述交流电势差ΔV的一部分ΔV_i，使得工作交流电势对应于由所述激励环形元件沿相继穿过所有所述环形元件的每个导体产生的所有交流电势差的总和ΣΔV_i。

至少一个、特别是每个激励环形元件能够具有圆形、矩形、方形横截面或任何其他几何形状。

替代地或附加地，至少一个激励环形元件能够具有圆形形状，或更一般地具有转动对称的形状。这使得尤其可以在所述激励环形元件的中心开口中产生具有良好均匀性的磁场矢量电势。

至少一个激励环形元件可以不包括芯。在这种情况下，所述激励环形元件的至少一个电绕组能够围绕空的空间缠绕，例如围绕充满空气的空间缠绕。

在这种情况下，特别地，激励环形元件由至少一个电绕组组成。换言之，形成激励环形元件的所述至少一个电绕组具有带有中心开口的环形形状。然后磁场由电绕组本身引导。

替代地，至少一个激励环形元件能够包括芯，至少一个电绕组围绕该芯缠绕。

在这种情况下，芯是环形的并且包括中心开口。

芯能够具有与至少一个电绕组的横截面形状相同的横截面，或者具有不同形状的横截面。

芯能够具有与电绕组相同的形状或不同的形状。

特别地，芯能够具有圆形形状，并且更一般地具有转动对称的形状。

根据一个实施例，该芯能够由非铁磁材料制成，因此具有接近1或例如小于100的相对磁导率。在这种情况下，激励环形元件的所述至少一个电绕组是环形的，具有一匝或多匝，并且包括中心开口。如前所述，磁场则由电绕组本身引导。

根据替代且特别有利的实施例，至少一个激励环形元件能够包括铁磁芯，所述激励环形元件的至少一个电绕组围绕所述铁磁芯缠绕。

该铁磁芯能够由相对磁导率远大于1或例如大于100或1000的任何材料制成。它能够例如由铁磁陶瓷或铁氧体制成。它也能够由铁磁合金制成，例如mu金属或坡莫合金(permalloy)类型。

在这种情况下，激励环形元件的所述至少一个电绕组能够具有环形或非环形的形状。事实上，铁磁材料的环形磁芯，由于其较高的相对磁导率，允许在芯中引导和循环流动由围绕其缠绕的电绕组产生的磁场，即使电绕组不是环形的。

至少一个激励环形元件的所述至少一个绕组能够包括一匝或多匝。

特别是当它用铁磁芯实现时，它还能够包括部分匝，它在芯内部通过，但不完全围绕它。

根据一个实施例，至少一个激励环形元件能够包括单个电绕组。

替代地，至少一个激励环形元件能够包括多个不同的电绕组。该实施例允许更大的极化均匀性，这是因为工作交流电势在激励环形元件的体积中更均匀地产生。该实施例还允许电容检测装置的生产具有更大的灵活性，这是因为它允许用于定位电绕组的更大自由度。

例如，激励环形元件的电绕组能够沿激励环形元件以恒定的角节距分布。

激励环形元件的至少两个电绕组能够由同一个电源或由不同的电源供电。

激励环形元件的至少两个电绕组能够是相同的。在这种情况下，所述电绕组由同一个交流电压供电。

激励环形元件的至少两个电绕组能够不同。在这种情况下，优选地，所述电绕组由具有相同频率但不同幅度的交流电压供电，使得每个绕组单独地能够在穿过中心开口的导体中感应出一个相同的电势差。

根据一个特别有利的特征，极化模块对于激励环形元件的至少一个电绕组能够包括用于所述绕组的电源电路，所述电源电路与所述电绕组一起形成调谐到工作频率的谐振电路。

换言之，至少一个励磁环形元件的电绕组或每个电绕组通过由所述电绕组形成的谐振电路供电。这使得可以减少用于激励的电功率以产生工作交流电势V_g。事实上，使用调谐到工作频率f_g的谐振电路可以减少为电源电压消耗的电流，从而可以减少消耗的功率。

有利地，测量电子器件能够以工作电势为电参考。

为此，例如能够将测量电子器件放置在测量电极和极化模块之间，即极化模块的下游。在这种情况下，为测量电子器件供电或连接到测量电子器件的电线由极化模块在工作电势下被极化。然后能够通过测量电子器件将测量电极在工作电势下极化测量电极。

替代地，特别是当它们被放置在极化模块的上游时，测量电子器件能够以除了工作电势之外的电势，例如接地电势为参考。

能够通过任何方式生产测量电子器件。它们能够包括至少一个数字构件，或至少一个模拟构件，或者还包括至少一个数字构件和至少一个模拟构件的组合。此外，它们的功能能够通过物理构件和/或至少部分通过在微处理器或FPGA中实现的代码来执行。

根据本发明的装置能够包括与测量电子器件连接的感应传感器，所述感应传感器被配置为向所述测量电子器件提供电信号，该电信号作为由至少一个测量电极看到的电极-物体电容(表示为C_oe)的函数。

感应传感器可以包括具有中心开口的称为接收环形元件的至少一个环形元件，包括：

-所述至少一个环形元件设置为围绕与所述至少一个测量电极电连接的电导体放置，并且

-所述至少一个环形元件包括在其中感应出所述电信号的至少一个电绕组。

这种感应传感器对流过电导体的电流敏感，并且由测量电极和物体之间的电容耦合产生，从而导致电极-物体电容C_oe。因此，它根据该电流为测量电子器件提供电信号。

更一般地，感应传感器对在穿过其中心开口的电导体中流过的所有电流敏感，所述电流是由与这些导体电连接的元件(用作电容电极)与周围环境之间的电容耦合产生的。

应注意的是，感应传感器对在穿过其中心开口的电导体中流过的所有电流敏感。因此，一般而言，当感应传感器围绕电路的所有导体放置时，除由电容耦合产生的电流之外的电流，例如电源或电信号电流，在感应传感器中在两个方向上均等地流动，它们的贡献因此相互抵消。

通常，感应传感器能够具有以上针对极化模块列出的任何特性的任意组合，即，一个或更多个接收环形元件和对于每个接收环形元件：

-一个或更多个电绕组，无论是否为环形；和/或

-至少一个电绕组围绕其缠绕的芯，或者没有芯；和/或

-环形铁磁芯。

根据一个有利的实施例，感应传感器能够包括至少一个接收环形元件，包括：

-铁磁环或由铁磁材料制成的环，其设置为围绕与至少一个测量电极电连接的电导体放置；和

-围绕所述铁磁环定位的至少一个电绕组，其中，感应由感应传感器提供的电信号。

电绕组连接到测量电子器件并且为所述测量电子器件提供与电极-物体电容C_oe相关并由感应传感器接收的电信号。

当根据本发明的装置包括感应传感器时，测量电子器件能够包括电压放大器，相应地，跨阻抗放大器，连接到所述感应传感器并且输出与由所述感应传感器提供的、特别是由所述感应传感器的电绕组提供的电压或电流相关的电压。

当旨在连接到测量电极时，测量电子器件能够包括跨阻抗类型的放大器，所述放大器被配置为测量源自至少一个测量电极的电流或电荷，并输出分别作为所述电流或所述电荷的函数的电压。

不管实施例如何，跨阻抗类型的放大器都可以包括运算放大器(OA)，其：

-第一输入，例如反相输入，连接到测量电极，或连接到感应传感器，更具体地连接到感应传感器的电绕组；和

-第二输入，例如非反相输入，连接到工作电势；和

-通过反馈电容器和可选的反馈电阻器馈送到其第一输入的输出。

在这些条件下，OA的输出提供输出电压，表示为V_s，它是连接到所述第一输入或感应传感器的一个或更多个测量电极看到的电极-物体电容C_oe的函数。

根据本发明的装置还能够包括同步解调由测量电子器件提供的输出电压，特别是OA提供的电压V_s的步骤。

这样的解调步骤能够由同步解调器形成，该同步解调器利用工作频率下的载波执行由测量电子器件提供的电压V_s的同步解调，特别是与工作交流电势V_g相同和/或同相。

根据本发明的另一方面，提出了一种设备，包括：

-根据本发明的电容检测装置，以及

-至少一个电容电极，其与穿过所述电容检测装置的极化模块的所述至少一个激励环形元件的中心开口的电导体电连接。

根据本发明，至少一个测量电极能够包括或由安装在设备的一部分上的附加电容电极组成。

在这种情况下，根据本发明的设备配备有附加测量电极，所述附加测量电极被添加到所述设备的组成元件，例如以外壳或装饰件的形式。

替代地或附加地，至少一个测量电极能够包括或由以下组成：

-所述设备的导电部件，例如所述设备的外壳或装饰元件，

-所述设备的组成部分，例如段，

-装备所述设备的功能头，特别是可互换的，或

-所述设备的全部。

在这种情况下，测量电极由设备的组成元件形成，而无需向所述设备添加附加部件。为了能够形成与设备的其他部分不同的电极，该组成元件必须与这些其他部分电绝缘并连接到穿过极化模块的电导体。相反，彼此电连接的设备的组成元件形成单个测量电极。

根据本发明的设备能够包括在工作频率下以与所述至少一个测量电极相同的电势下被极化的称为保护电极的至少一个电极。

该保护电极或这些保护电极使得可以避免一个或更多个测量电极与周围环境或设备之间的寄生耦合电容。

与测量电极一样，所述至少一个保护电极能够由安装在设备上的附加电极形成，例如在测量电极和设备的内部结构之间的外壳或装饰件中。

替代地或附加地，至少一个保护电极能够由根据本发明的设备的组成部件、部分或功能头形成并且与测量电极电绝缘。

至少一个保护电极能够通过专用于其的电源在工作交流电势下被极化。

根据一种有利的替代方案，至少一个保护电极能够通过根据本发明的设备配备的电容检测装置的极化模块在工作交流电势下被极化。在这种情况下，保护电极电连接到电导体，该电导体穿过一个或更多个激励环形元件的中心开口。如前所述，该电导体例如能够是轨道，或电线或电缆，或根据本发明的设备的导电部件。

在实践中，设备的由极化模块在工作交流电势下极化且未测量其耦合电容的所有元件都充当保护电极。同样，不同的测量电极彼此作为保护电极。因此，根据本发明的一个有利方面，将整个设备转换为保护电极是特别容易的，可选地甚至不添加专用电极，这使得可以非常简单且非常有效地实施电容测量。

应当注意，一个或更多个测量电极和/或一个或更多个保护电极能够在工作电势下通过穿过极化模块的同一个电导体、例如经由电子元件被极化。

根据本发明的设备的电容检测装置能够包括极化模块，所述极化模块定位为：

-围绕所述设备的用于将所述设备固定到外部支撑件的基座元件，例如段；或者

-在所述基座元件和所述外部支撑件之间，例如以中间部件或基座的形式，或

-围绕与设备连接的一个或更多个电缆。

在极化模块围绕基座元件定位的情况下，设备位于带有极化模块的基座元件下游的部分在工作电势下被极化。如果将极化模块放置在基座元件和外部支撑之间，则整个设备在工作电势下被极化。

在极化模块围绕与设备连接的电缆放置的情况下，与这些电缆连接的所有电气构件，因此可能是整个设备，以及位于极化模块下游的这些电缆的段都在工作电势下被极化。

通常，优选的是设备的在工作电势下被极化的部分与地绝缘，以确保电容测量的良好操作。然而，测量电极或设备的形成测量电极的部分与地之间的接触将可以被测量电子器件检测到。同样，设备的在工作电势下被极化但不用作测量电极的部分与地之间的接触将可以被相邻的测量电极检测到。

例如，当根据本发明的设备是机械臂时，所述机械臂的电容检测装置能够包括极化模块，该极化模块围绕位于基部段的一侧上的段放置，更具体地，围绕基部段放置，甚至更特别地放置在基部段和外部支撑之间。

根据本发明的设备的电容检测装置能够包括位于所述至少一个测量电极的任一侧上的第一极化模块和第二极化模块。

换言之，在这种情况下，所述至少一个测量电极被放置在两个极化模块之间。

如前所述，第一极化模块和/或第二极化模块能够围绕至少一个电导体放置，所述至少一个电导体与放置在极化模块之间的所述至少一个测量电极电连接。电导体尤其能够包括：

-直接或例如通过电子器件连接到所述测量电极的轨道或电线，或

-装备有根据本发明的检测装置的设备的部件或一部分，其与所述测量电极电连接，或形成所述测量电极，例如装饰元件、框架元件、机器人情况下的段或机械臂等，或

-装备有根据本发明的检测装置的设备的主体的一部分或全部。

第一极化模块和第二极化模块能够具有相同的结构或不同的结构。

根据第一实施例，第二极化模块能够布置成在所述第二极化模块位于所述第一极化模块输出侧的输入和所述第二极化模块的输出之间在穿过所述第二极化模块的至少一个电导体中感应出与工作交流电势具有相同值和相反符号的交流电势差。

换言之，在这种情况下，所述至少一个测量电极放置在两个极化模块之间，并且每个极化模块在朝向所述至少一个工作电极的方向上感应出等于工作交流电势的交流电势差。换句话说，在该第一实施例中，两个极化模块在它们之间限定了设备的一部分，该部分在工作电势下被电极化，并且位于极化模块的任一侧上的两个部分之间，所述两个部分位于相同的电势，例如地电势。这使得例如可以使位于两个极化模块之外并且在具有电容检测的中间部分之外的远端部分接地。因此，即使该远端部分与地面上的元件接触，沿中间部分的电容检测也不会中断。

在根据本发明的设备是机械臂的特定情况下，所述机械臂的电容检测装置能够包括第一极化模块，该第一极化模块围绕位于基部段侧的段放置，更特别地，围绕基部段放置，甚至更特别是在基部段和外部支撑之间。机械臂还能够包括第二极化模块，该第二极化模块放置在所述机械臂的远端段的一侧上，并且特别是围绕远端段放置，甚至更特别地在远端段和放置在所述远端段上的功能头之间。因此，第二极化模块使得可以使用功能头而没有破坏位于第一极化模块和第二极化模块之间的所述至少一个测量电极的极化的风险。例如，功能头能够与外部环境接触并在具有与工作交流电势不同的电势的外部物体/支撑件上操作，但是不会破坏至少一个测量电极的极化。

根据第二实施例，第二极化模块能够布置成在所述第二极化模块位于第一极化模块的输出侧上的输入和所述第二极化模块的输出之间在穿过它的至少一个电导体中感应出不同于工作交流电势的交流电势差。

在这种情况下，第二极化模块产生的不同于工作交流电势且优选为另一频率的电势差能够用作第二工作频率下的不同于地电势的第二工作交流电势。这使得可以使用同一个测量电极或不同的测量电极以不同于第一工作频率的第二工作频率执行电容检测。实际上：

-位于两个极化模块之间的中间部分并与穿过第一极化模块的导体电连接的测量电极，允许在第一工作频率下进行电容测量；

-位于两个极化模块之外的远端部分上并与穿过第二极化模块和可选地第一极化模块的导体电连接的测量电极，允许在第二工作频率下进行电容测量；

-既位于两个极化模块之外的远端部分上、又位于两个极化模块之间的中间部分上、并且与穿过第二和第一极化模块的导体连接、或由穿过第二和第一极化模块的导体构成的测量电极，允许独立地在远端部分的第二工作频率下进行电容测量和在中间部分的第一工作频率下进行电容测量；

-在所有情况下，远端部分的中断，例如通过将其连接到地面，不会中断中间部分的测量。

因此，该实施例可以在根据本发明的设备处获得对检测区域的更稳健的电容检测，或对根据本发明的设备的不同区域进行独立的电容检测。

如上所述，根据本发明的设备的电容检测装置能够包括至少一个感应传感器。

这种感应传感器能够围绕与至少一个测量电极电连接的一个或更多个电导体放置。

替代地或附加地，感应传感器能够放置为：

-围绕根据本发明的设备的用于将所述设备固定到外部支撑件的基座元件；

-在所述基座元件和所述外部支撑件之间，例如以中间部件或基座的形式；或者

-围绕与所述设备连接的一个或更多个电缆。

感应传感器能够定位在极化装置下游的电导体周围，在这些导体处于工作电势的部分中。感应传感器也能够定位在极化装置上游的电导体周围，在这些导体在工作电势下尚未被极化的部分中。

在所有情况下，感应传感器都允许测量流过穿过它(也穿过极化装置)的一个或更多个电导体的电流，因此可以测量周围环境和设备的在工作电势下被极化并电连接到这些导电元件的部分之间的总耦合电容。

根据本发明的设备例如能够是机器人、机器人的一部分、可移动的或固定的，特别是机械臂。

替代地，根据本发明的设备能够是包括电子显示屏的显示设备。

在这种情况下，电容检测装置的所述极化模块或极化模块能够围绕与所述显示屏连接的一个或更多个电缆放置，并且如果需要，围绕所述屏幕的支撑臂或支柱放置。

通常，根据本发明的设备能够是能够配备有电容检测的任何设备。

根据实施方式，本发明能够包括至少两个设备，特别是至少两个机器人，它们使用：

-相同的工作交流电势，使得所述至少两个设备不会相互检测到；

-不同的工作交流电势，或具有不同的工作频率，使得所述至少两个设备相互检测。

附图说明和具体实施方式

通过阅读对非限制性实施例的详细描述和附图，其他优点和特征将变得明显，其中：

-图1是根据本发明的电容检测装置的极化模块的工作原理的示意图；

-图2a-2e是根据本发明的电容检测装置的极化模块的不同非限制性实施例示例的图解表示；

-图3a-5是根据本发明的电容检测装置的不同非限制性实施例示例的图解表示；

-图6a是能够在根据本发明的电容检测装置中实施的感应传感器的非限制性实施例示例的图解表示；

-图6b是能够在根据本发明的电容检测装置中实施的测量电子器件的非限制性实施例示例的图解表示；和

-图7-13是根据本发明的设备的不同非限制性实施例示例的图解表示。

当然可以理解，下文将描述的实施例绝非限制性的。特别地，可以设想本发明的变型仅包括与所描述的其他特征相隔离的下述特征的选择，如果这种特征选择足以赋予技术优势或使本发明相对于状态不同的现有技术。该选择包括至少一个、优选地功能性的特性，该特征没有结构细节或者仅具有结构细节的一部分，如果这部分单独就足以赋予技术优势或使本发明相对于现有技术的状态有所不同。

在附图中，几个附图共有的元件具有相同的附图标记。

图1是根据本发明的电容检测装置的极化模块的操作原理的图解表示。

图1表示根据等距视图和根据横截面视图的激励环形元件102。

激励环形元件102包括中心开口104。

激励环形元件102能够具有不同的结构，下文将描述其非限制性示例。在图1中，激励环形元件102由例如由铁氧体制成的具有圆形横截面和圆形形状的铁磁芯106形成，围绕该铁磁芯106缠绕包括单匝的绕组108。

电导体110穿过激励环形元件102的中心开口104。电导体110通过输入112进入中心开口104并通过输出114离开中心开口104。该电导体110例如能够是电缆或电轨道，用于连接测量电极或设备结构的导电部分。

电绕组108中的交流电流“i”的流动在激励环形元件102中产生磁场B。该磁场B围绕中心开口104流动，该空间是电导体110所在的空间。磁场B与磁场矢量电势A相关联，该磁场矢量电势由在磁场B包围的空间中的B＝Rot(A)定义。该磁场矢量电势A的时间变化产生电场E，其遵循相同的方向并根据关系

该电场E将沿着由矢量电势A定义的场线建立电势差ΔV。

因此，穿过包含场线的中心开口104的导电元件110将看到在其分别位于该空间上游和下游的部分之间，即在其位于中心开口104的输入112之前的部分及其位于中心开口104的输出114之后的部分之间出现电势差ΔV。换句话说，对于诸如地面之类的任何参考，如果导体110在中心开口104的输入112的水平处在电势V1下，那么同一导体110在环形元件102的输出114的水平处将在电势V2＝V1+ΔV。

应注意的是，该电势差ΔV叠加在通过环形元件102的导体110中存在的的所有电势上。因此，例如，如果电势V1是激励环形元件102上游的电子器件的参考电势或一般接地电势，那么交流电势V2＝V1+ΔV变成环形元件102下游的参考电势。

因此，通过选择ΔV＝V_g，可以在表示为V_g的工作交流电势下极化通过环形元件102的任何导体。

图1中表示的激励环形元件102的结构绝不是限制性的并且是作为示例给出的。

图2a是根据本发明的电容检测装置的极化模块的非限制性实施例的俯视示意图。

图2a中表示的极化模块200包括激励环形元件202。

激励环形元件202由环形的电绕组204形成。更具体地，电绕组204具有转动对称的形状，特别是圆形。

电绕组204具有具有圆形横截面的形状。替代地，电绕组204能够具有三角形、正方形、矩形等的横截面。

在图2a所示的示例中，激励环形元件202不包括围绕其缠绕有电绕组204的芯。换句话说，电绕组204围绕空气缠绕。

根据替代方案，激励环形元件202能够包括围绕其缠绕有电绕组204的芯。在这种情况下，芯能够由铁磁材料或非铁磁材料制成。

极化模块200还包括为电绕组204提供交流电压V的电源206。假设电绕组204包括“m”匝，为了在穿过所述激励环形元件202的任何电导体110中感应等于V_g的交流电势差，则在不考虑耦合损耗的情况下需要为电绕组204提供电压V＝m.V_g。

图2b是根据本发明的电容检测装置的极化模块的非限制性实施例示例的图解表示。

极化模块200包括激励环形元件212。

图2b的激励环形元件212包括围绕铁磁芯216缠绕的电绕组214。

在所示示例中，电绕组214包括单匝。当然，电绕组214能够包括多于一匝。

极化模块210还包括用于为电绕组214提供交流电压V的电源218。

在图2b所示的示例中，不考虑损耗，在包括单匝的电绕组214的端子处施加激励交流电势差V＝V_g。因此，极化模块200在通过激励环形元件212的任何电导体110中产生激励环形元件212的输入和激励环形元件212的输出之间的电势差ΔV＝V_g。

一般来说，如上所述，如果电压V施加在具有绕芯216缠绕“m”匝的电绕组的端子上，则在穿过激励环形元件212的电导体108上感应的电势差将为ΔV＝V/m。因此，如果希望利用包括围绕芯216缠绕的“m”匝的电绕组在导体110上产生电势差V_g，则必须为所述电绕组提供电压V＝m.V_g。

此外，根据一般定义，提供电压V的电压源206“看到”取决于电绕组的电感的阻抗，该阻抗随着匝数和随着由一匝或更多匝所包围的表面积而增加。因此，具有“m”匝的电绕组的电感L_m为L_m＝m²L，其中L是具有相同表面积的匝的电感。

图2c是根据本发明的电容检测装置的极化模块的另一个非限制性实施例示例的图解表示。

图2c的极化模块220包括激励环形元件222。

图2c的激励环形元件222包括围绕铁磁芯216缠绕的多个、特别是三个不同的电绕组224₁-224₃。

在所示示例中，每个电绕组224₁-224₃包括单匝。当然，电绕组224₁-224₃中的至少一个能够包含多于一匝。

图2c中表示的电绕组224₁-224₃是相同的。替代地，绕组224₁-224₃中的至少两个能够不同。在这种情况下，包括不同匝数的电绕组被供应不同的交流电压。

在图2c中，电绕组224₁-224₃以120°的恒定角节距放置，以确保磁场的更好分布。当然，根据替代方案，绕组之间的角节距可能不是恒定的。

此外，激励环形元件222能够包括不同于三个的多个电绕组。

在图2c所示的示例中，每个电绕组224₁-224₃被供应有电压V＝V_g，使得在穿过激励环形元件222的任何电导体110中产生等于V_g的交流电势差，这是因为每个电绕组224₁-224₃包括单匝。根据一般定义，在图2c的示例中，如果至少一个电绕组包括“m”匝，则需要向所述电绕组供应交流电压V＝V_g.m，以便在穿过激励环形元件222的任何电导体110中产生等于V_g的交流电势差。

对于每个电绕组224₁-224₃，极化模块220包括分别专用于为所述电绕组供电的电源218₁-218₃。替代地，至少两个、特别是所有的电绕组224₁-224₃能够由所有所述电绕组共用的单个电源供电。

应注意的是，对于围绕同一个铁磁芯的“p”个不同的电绕组，由于互感耦合，每个电绕组的电感L_p由L_p＝pL给出，其中，L是当单独围绕所述铁芯时电绕组的电感。因此，由同一个电源供电的p个并联电绕组的电感对应于：p.L/p＝L，即与单个绕组的电感相同。因此，由“p”个电绕组消耗的功率与由单个电绕组消耗的功率相同。

图2d是根据本发明的电容检测装置的极化模块的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图2d的极化模块230包括激励环形元件232。

图2d的激励环形元件232包括图2b的激励环形元件212的所有构件。

激励环形元件232还包括与电绕组214并联的电容器234，使得电绕组214与所述电容器234一起形成谐振电路。选择电容器234的电容和电绕组214的电感值，使得谐振电路的谐振频率等于工作频率，表示为f_g，即工作电势频率V_g。

通过添加电容器234设置谐振使得能够增加阻抗并因此降低绕组214的供电电流。在这种情况下，电源206必须调谐到由以下关系式

中给出的频率f_g，其中，C为电容器234的电容，Leq为所得电感。

在图2d中所示的具有单个电绕组的这种配置当然可以用在图2a-2c中给出的每个示例中，其具有激励环形元件202、212和222中的每个。

如前面参考图2c所解释的，绕组中的每个的电感，具有“p”个绕组，是L_p＝p，其中，L是单独围绕环形磁芯时电绕组的电感。如果C是电容，为了用单个电感绕组L在激励频率f_g处获得谐振，则与p个耦合绕组中的每一个并联放置以获得相同谐振频率的电容C_p为C_p＝C/p，该关系式给出

刚刚描述的极化模块200、210、220和230中的每一个都包括单个激励环形元件。

替代地，极化模块能够包括以级联形式放置的多个相同或不同的激励环形元件。

图2e是根据本发明的电容检测装置的极化模块的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图2e中表示的极化模块240包括“n”个激励环形元件212₁-212_n，沿着穿过所述激励环形元件212₁-212_n中的每个的电导体110串联级联放置。

在极化模块240中，n个激励环形元件是相同的。替代地，极化模块240能够包括至少两个不同的环形激励元件。

极化模块240的n个激励环形元件212₁-212_n中的每一个都与图2b的激励环形元件212相同。替代地，激励环形元件中的至少一个能够是激励环形元件202、222或232中的任何一个。

每个激励环形元件212_i的电绕组由独立电源供电。替代地，至少两个、尤其是所有激励环形元件212₁-212_n的电绕组能够由单个电源供电。

一般来说，当极化模块包括多个级联的激励环形元件时，每个激励环形元件将助于目标电势增加ΔV＝V_g的一部分ΔV_i，其中，ΔV＝∑_nΔV_i。此外，每个具有一个或更多个“m”匝绕组的激励环形元件助于电势差ΔV_i＝V/m，而不考虑损耗。获得的总电势差是每个激励环形元件的电势差(V/m)的n倍。

因此，在图2e所示的示例中，每个激励环形元件212_i将贡献目标电势增加ΔV＝V_g的一部分ΔV_i。此外，由于每个激励环形元件212_i包括具有单匝的单个电绕组，因此每个电绕组被供应有交流电压V＝ΔV_i＝V_g/n。

当所有“n”个电绕组由单个电源供电时，考虑到所有“n”个电绕组具有相同的几何形状或至少相同的表面积并包括“m”个匝数，由同一个电压源“看到”的并联的所有电绕组的电感L_T是：L_T＝m²L/n或L_T＝nL，对于m＝n。因此，在这种配置中消耗的功率小于包括单个电绕组的激励环形元件。

图2e中所示的配置能够用对于每个环形元件并联的多个电绕组来实现，以便在不改变所产生的电势差ΔV和消耗的功率的情况下感应的电势差的更好均匀性。

图3a是根据本发明的电容检测装置的非限制性实施例示例的图解表示。

图3a中表示的电容检测装置300包括称为测量电极的至少一个电极302，以及可选地称为保护电极的至少一个电极304，以电保护测量电极302。该保护电极304例如能够是放置在测量电极302下方与检测区/表面相对的一侧。

检测装置300包括至少一个极化模块306，用于在适当的情况下，在表示为f_g的工作频率下以不同于接地电势(表示为M)的工作交流电势V_g极化测量电极302和保护电极304。极化模块306能够是图2a-2e的极化模块200、210、220、230或240中的任何一个。

极化模块306通过在电连接到所述测量电极302并穿过极化模块306的电导体308中感应等于工作交流电势V_g的交流电势差来执行测量电极302的极化。类似地，极化模块306通过在电连接到所述保护电极304并穿过极化模块306的电导体310中感应等于交流工作电势V_g的交流电势差来极化保护电极304。

通常，极化模块306在工作交流电势V_g下极化通过它的所有导体。因此，保护电极304能够代表设备在工作电势V_g下极化且不用作测量电极302的任何部分。

检测装置300还包括测量电子器件312，其连接到测量电极302并且被配置为输出与测量电极302和物体O(例如接近检测表面或与检测表面接触的手)之间的物体-电极耦合电容(表示为C_oe)成比例的信号。

在所示的电容检测装置300中，测量电子器件312在极化模块和测量电极之间放置在极化模块306的下游。测量电极302通过这些测量电子器件312在工作电势V_g下极化，而这些测量电子器件本身优选地以工作电势V_g为参考。测量电极302和保护电极304通过穿过极化模块306的相同电连接308在工作电势V_g下极化。测量电子器件312的输出也受到在相反方向上穿过极化模块306的电连接314的影响，这使得在进入极化模块306之后能够将以工作电势为参考的测量电子器件312的输出处的测量信号转换成以接电势M为参考的测量信号。

图3b是根据本发明的电容检测装置的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图3b中表示的电容检测装置350与装置300的不同之处在于测量电子器件312放置在极化模块306的上游，使得极化模块306位于测量电极302和测量电子器件312之间。在这种情况下，测量电极302在工作电势V_g下被极化，并通过穿过极化模块的导体308连接到测量电子器件312。测量电子器件312优选地以接地电势M为参考并且通过电连接314直接输出以接地电势M为参考的测量信号。

在图3a和3b所示的示例中，更一般地，在将要描述的所有示例中，分别穿过极化模块306并分别电连接到至少一个测量电极312、一个保护电极304的至少一个电导体308、310能够是：

-所述电极的轨道或电线，或

-装备有检测装置300的设备的与所述电极电接触的部件或一部分，例如装饰元件、框架元件、在机器人或机器人臂的情况下的段等，或

-装备有检测装置300的设备的一部分或全部主体。

在图3a和3b所示的示例中，更一般地，在将要描述的所有示例中，至少一个测量电极302和分别的一个保护电极304能够包括或由以下组成：

-安装在配备有检测装置300的设备的一部分上的附加电容电极；

-所述设备的导电部件，例如外壳或装饰元件，

-所述设备的组成部分，例如段，

-所述设备配备的功能头，特别是可互换的，或

-上述设备的全部。

图4是根据本发明的电容检测装置的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图4中表示的电容检测装置400包括图3b的检测装置350的所有构件。

电容检测装置400还包括放置在测量电子器件312和与测量电极302电连接的电导体308之间的感应传感器402。在所述电容检测装置400中，感应传感器402还位于测量电极302和极化装置306之间。

特别地，感应传感器402包括称为接收环形元件的至少一个环形元件，所述至少一个环形元件包括由至少一个电导体308穿过的中心开口。

如下所示，在穿过感应传感器402的中心开口的电导体308中流动的电流在感应传感器402的接收环形元件的电绕组中感应出交流信号。该信号是由测量电极看到的电容C_oe的函数。然后能够通过连接到感应传感器402的测量电子器件312测量该信号。

下面参考图6a给出感应传感器402的非限制性示例。

图5是根据本发明的电容检测装置的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图5中表示的电容检测装置500包括图4的检测装置400的所有构件。

电容检测装置500与检测装置400的不同之处在于感应传感器402和测量电子器件312被放置在极化模块306的上游，使得极化模块306位于测量电极302与感应传感器402和测量电子器件312之间。

图6a是能够在根据本发明的电容检测装置中实施的感应传感器的非限制性实施例示例的图解表示。

图6的感应传感器600能够是图4和5的感应传感器402。

在所表示的示例中，并且以非限制性的方式，感应传感器600包括接收环形元件602，所述接收环形元件包括在所示示例中至少被连接到至少一个测量电极302的电导体308穿过的中心开口。

接收环形元件602与图2b的激励环形元件212相同或能够以相同的方式产生。其包括围绕铁磁芯606缠绕的电绕组604。电绕组604连接到测量电子器件312，其可以是图3a-5的测量电子器件312。

在所示示例中，电绕组604包括单匝。当然，电绕组604可以包括多于一匝。

通常，感应传感器600能够包括接收环形元件，或以级联形式放置的若干接收环形元件的组合，包括至少被连接到至少一个测量电极302的电导体穿过的中心开口。

以一种非限制性的方式，至少一个接收环形元件能够通过以下方式形成：

-至少一个环形形状的电绕组，特别是具有转动对称的形状，其横截面能够是圆形、正方形、矩形等形状，例如图2a的环形元件202，

-至少一个芯，特别是铁磁芯，每个包括围绕所述芯缠绕的一个或更多个电绕组，并且每个电绕组包括至少一匝，例如图2b-2d的环形元件212、222或232中的任何一个。

图6b是能够在根据本发明的电容检测装置中实施的测量电子器件的非限制性实施例示例的图解表示。

图6b中表示的测量电子器件610能够是图3-5的测量电子器件312，或者能够包括图3-5的测量电子器件312。

在所表示的示例中，并且以非限制性的方式，测量电子器件610包括例如跨阻抗放大器类型之类的电流或电荷检测器612，其测量在电势V_g的工作频率下通过测量电极302和物体O之间的电容耦合产生的电流。这个跨阻放大器能够包括运算放大器(OA)614，其具有：

反相输入端(“-”)，其连接测量电极302或感应传感器402，并且接收待测电流i；

非反相输入(“+”)，其连接到根据配置对应于工作电势V_g或接地电势M的参考电势V_ref；和

使用反馈电容器616和可选的电阻器(未示出)将输出反馈到其反相输入。

在这些条件下，OA 614的输出提供作为电流i的函数并且因此作为电容C_oe的函数的电压V_s。OA 614的输出能够连接一个同步检波步骤，使得通过与工作电势V_g对应的载波同步解调能够获得工作频率下的电容信号。

在电容检测装置300中，测量电子器件312利用具有连接到测量电极302的反相输入(“-”)和连接到工作电势V_g的非反相输入(“+”)的测量电子器件610。优选地，该测量电子器件312也通过其电源以工作电势V_g为参考，以避免内部泄漏电容。这些测量电子器件的输出如前面所解释的那样受到电连接件314的影响，该电连接件314也穿过极化模块306但方向相反，这使得可以将在测量电子器件312的以工作电势V_g为参考的输出处的测量信号V_s转换为在经过极化模块306之后以接地M为参考的测量信号V_s。应注意的是，穿过极化模块不会修改相对于所考虑的参考(V_g或M)的测量信号V_s。

在电容检测装置350中，测量电子器件312利用具有通过极化模块连接到测量电极302的反相输入(“-”)和连接到接地电势M的非反相输入(“+”)的测量电子器件610。这些测量电子器件的输出直接产生以接地电势M为参考的测量信号V_s。优选地，这些测量电子器件312还通过其电源来以接地电势M为参考。

在电容检测装置400和500中，测量电子器件312利用具有分别连接到感应传感器402的绕组的两端的反相输入(“-”)和非反相输入(“+”)的测量电子器件610，从而通过感应测量流过该绕组的电流。也能够在确定这些电子设备的参考电势的电势下，或者例如电容检测装置400中的工作电势V_g下和电容检测装置500中的接地电势M下，连接反相输入(“-”)，以限制寄生耦合电容。

替代地，当电容检测装置包括感应传感器时，测量电子器件能够是或包括连接到所述感应传感器并输出与由所述感应传感器提供的电压相关的电压的电压放大器。

图7是根据本发明的设备的非限制性实施例示例的部分图解表示。

图7中表示的设备700非常简化并且能够是任何类型的设备，例如机器人、机械臂、任何类型的机器等。

设备700包括一个或更多个电气构件。在所示示例中，设备700包括电动夹持构件702，例如电动夹持器，其由连接到电插头708的电线704-706供电。电插头708旨在连接到设备700的外部电接口，提供电能给夹持构件702。

设备700配备有根据本发明的电容检测装置，例如图4的装置400。如上所述，装置400包括测量电极302、可选的保护电极304、极化模块306、感应传感器402和测量电子器件312。极化模块306通过在穿过极化装置306并且连接到这些电极302和304的电导体308和310中感应等于工作电势V_g的交流电势差，在工作电势V_g下极化测量电极302和保护电极304。

在设备700中，在测量电极302附近或在与连接到它的任何电导体附近，以不同于保护电势V_g的电势极化的电气元件的存在可能通过产生寄生电容而破坏电容检测。然而，电插头708、导体704和706以及夹持构件702处于作为设备700的输入电势或外部电源的电势的参考电势M下，并且通常为一般接地电势。因此，这些电气构件702-708有破坏电容检测的风险。

为了避免这种破坏，极化模块306不仅围绕与电极302和304连接的电导体308和310放置，而且还围绕与夹持构件702连接的电导体704和706放置。因此，极化模块306在导体308和310两者中以及在导体704和706中都感应出等于保护电势V_g的交流电势差。换句话说，在位于极化模块306下游(即在极化模块306和电动夹持构件702之间)的这些导体704和706的所有部分上，极化模块306将工作电势V_g叠加在已经在导体704和706中存在的其他电势或信号上。

因此，导体704和706以及夹持构件702处于保护电势V_g。因此，在工作电势V_g的工作频率f_g下，导体704和706以及夹持构件702处于与测量电极302相同的电势，因此不会干扰电容检测。

应该注意，工作电势V_g叠加在导体704和706中存在的所有其他电势上，以及在导体704和706中循环的所有信号上，包括这些信号的参考电势。因此，这些信号不受导体704和706中的工作电势V_g的叠加影响，从而不影响夹持构件702的操作。

刚刚描述的使用单个电气构件的简化示能够潜在地应用于电气或电子设备的所有电气构件以及所有导电部件。根据本发明的电容检测装置的极化模块能够用于对设备的一个或更多个电气构件、一个或更多个导电部件，以及处于工作电势的设备的一部分或全部进行极化。

因此，根据一般定义，能够建立能够破坏电容检测的寄生电容的任何导电元件都可以在工作电势V_g下被极化，例如对于夹持构件702以及电导体704和706。以这种方式，被极化但不用于执行电容测量的所有这些元件作为保护电极304操作。

设备700包括图4的检测装置400，其允许测量特别是测量电极302与周围环境之间的耦合电容。

当然，设备700能够配备有根据本发明的另一电容检测设备，例如装置300、350或500中的任何一个，或者它们的任何替代品。

图8a是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的部分图解表示。

图8a中表示的设备800包括图7的设备700的所有元件，除了保护电极304和导体310。

此外，与设备700不同，在设备800中，感应传感器402不仅围绕与测量电极302连接的电导体308放置，而且还围绕与夹持构件连接的电导体704和706放置。

根据一般定义，根据本发明，能够与另一个元件或周围环境建立电容的任何导电元件都能够穿过感应传感器402。

该实施例使得能够监测在工作电势V_g下极化的元件的一般状态，以便检测周围环境与导电元件之间的耦合电容，例如，导线704和706或测量电极302。事实上，在没有任何耦合电容的情况下，导体704和706中流动的电流在感应传感器402中相互抵消。类似地，当测量电极302没有检测到物体时，导体308中没有电流流动。因此，在没有与周围环境耦合电容的情况下，穿过传感器的中心开口的电流之和为零，感应传感器402不应检测到任何东西。然而，在物体与测量电极302或连接到导体704和706的元件之间的电容耦合的情况下，穿过感应传感器402的导体中流过所有电流不会相互抵消，这会导致该感应传感器402中的非零信号。

因此，该实施例使得能够执行整体电容检测，其中，所有元件在电势V_g下被极化并穿过感应传感器402，这能够涉及部分甚至整个设备。在这种情况下，在电势V_g下被极化并穿过感应传感器402的所有元件都表现得像测量电极302。

替代地，与每个元件相关联的检测电路也能够用于单独测量由耦合电容产生的电流，如利用电容检测装置400所示。

在设备800中，感应传感器402位于测量电极302和极化装置306之间，就像在电容检测装置400中一样。

图8b是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的部分图解表示。

图8b中表示的设备850包括图8a的设备800的所有元件。

设备850与设备800的不同之处在于感应传感器402和测量电子器件312被放置在极化模块306的上游，使得极化模块306位于测量电极302和感应传感器402以及测量电子器件312之间。感应传感器402不仅围绕与测量电极302连接的电导体308放置，而且围绕与夹持构件连接的电导体704和706放置。该配置还允许对在电势V_g下被极化并穿过感应传感器402的所有元件的电容耦合进行整体测量。其操作与电容检测装置500的操作相同。

图9a是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的部分图解表示。

图9a中表示的设备900包括图8a的设备800的所有元件。

在设备900中，电容检测装置除了极化模块306之外还包括第二极化模块902。第二极化模块902能够具有与极化模块306的结构相同或不同的结构。第二极化模块902能够是图2a-2e的极化模块200、210、220、230或240中的任何一个。

第二极化模块902围绕导体704和706放置，正好就在电动夹持构件702之前。

在图9a所示的示例中，第二极化模块902被布置为在其位于极化模块306和测量电极302的一侧的输入和其位于夹持构件702的一侧的输出之间感应等于工作电势V_g但具有相反符号的交流电势差，即等于-V_g的交流电势差。因此，每个导体704和706的位于极化模块306和902之间的部分在工作电势V_g下被极化，而这些导体704、706和夹持构件702的位于第二极化模块902的相对侧的部分从第一极化模块306之前被带到初始电势，例如接地电势。

因此，夹持构件702能够与处于接地电势M或处于任何其他电势的物体或表面接触，而不会破坏电导体704和706在位于极化模块306和902之间的部分中在电势V_g下的极化。感应传感器402在工作频率V_g下工作，因此使得能够测量与穿过它的所有导体的耦合电容，这些导体在极化模块306和902之间的部分中用作测量电极，而不受第二极化模块以外可能与地面接触的影响。

图9b是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的部分图解表示。

图9b中表示的设备950包括图9a的设备900的所有元件。

在该实施例中，第二极化模块902能够布置成在其位于极化模块306和电极302和304的一侧的输入和其位于夹持构件702的一侧输出之间感应出等于第二工作电势(表示为V_g2)的交流电势差，所述第二工作电势的频率f_g2不同于工作电势V_g的频率f_g。

因此，夹持构件702以及导体704和706位于第二极化模块902和夹持构件702之间的部分在不同于接地电势M且不同于第一工作电势V_g的第二工作电势V_g2下在第二工作频率f_g2下被极化。这使得可以使用夹持构件702作为测量电极以在第二工作频率f_g2下进行电容检测。此外，为了避免夹持构件702在第一工作频率f_g下也作为测量电极工作，还可以在电势V_g2上叠加第二极化模块902中的电势-Vg，如前所述。

在图9b所示的示例中，设备950包括两个感应传感器402₁和402₂，分别耦合到检测电子器件312₁和312₂，并分别布置成在第一工作频率f_g和第二工作频率f_g2下进行电容检测。感应传感器402₁和402₂能够围绕相同的导体定位，例如以地为参考的部分中，如图所示。作为测量电子器件的工作频率的函数，它们将对与两个极化模块306、902之间和/或第二极化模块902之外的导体的电容耦合敏感。

根据其他实施方式，同一个的感应传感器402和同一个测量电子器件312能够同时或依次用于在工作频率f_g下和在第二工作频率f_g2下的电容检测。替代地，可以使用感应传感器和/或带有或不带有感应传感器的测量电子器件，专用于在第二工作频率f_g2下的电容检测。

此外，图9a和9b中描述的实施例能够通过将感应传感器402仅围绕与测量电极302连接的导体308放置而与图7的实施例组合。

如上所述，在所有描述的示例中，保护电极304是可选的。或者更准确地说，所有在工作电势下被极化且不用作测量电极的元件都充当保护电极。

此外，在所有描述的示例中，感应传感器402的使用也是可选的。实际上，可以将测量电子器件直接连接到导体308，而不使用感应传感器。

图10是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图10中表示的设备1000是机械臂，包括基部段1002和配备有功能头的远侧段1004，功能头例如能够是图7、8a、8b、9a和9b的机动夹持构件702。机械臂包括放置在基部段1002和远侧段1004之间的两个其他中间段1006和1008。

特别地，机械臂1000能够是图7、8a、8b、9a和9b的设备700、800、850、900或950中的任何一种。

机械臂1000放置在表面1010上，表面1010处于接地电势M。

机械臂1000配备有根据本发明的电容检测装置，其能够是图3a、3b、4、5、7、8a、8b、9a或9b的检测装置中的任何一种。

在图10中，部分表示了电容检测装置。因此，在图10中只能看到极化模块306、测量电极302和导体308。

极化模块306围绕机械臂1000的基部段1002放置。因此，穿过极化模块306的所有电导体以及与其接触的所有电导体在极化模块306的下游在保护电势V_g下被极化。

特别地，位于极化模块306下游的机械臂1000的所有部分在保护电势V_g下被极化。

图11是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图11中表示的设备1100是机械臂，包括图10的机械臂1000的所有元件。

在图11的示例中，与图10的机械臂1000不同，极化模块306放置在表面1010和基部段1002之间。

在该示例中，极化模块306形成用于机械臂1100的基座。

因此，所有机械臂1100在保护电势V_g下被极化。

在另一个实施方式中，机械臂例如通过绝缘基板与地面绝缘，并且极化模块306定位为围绕与机器人连接的整个电源和数据电缆。

因此，以与之前相同的方式，所有机械臂都在保护电势V_g下被极化。

图12是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的图解表示。

在图12中表示的设备1200是机械臂，包括图11的机械臂1100的所有元件。

除了极化模块306之外，机械臂1200还包括第二极化模块，例如图9a和9b的极化模块902。

在所示示例中，第二极化模块902放置在设备1200的远端段1004和功能头702之间。

因此，除了功能头702，所有机械臂1200都在保护电势V_g下极化。功能头702能够用作在第二检测频率f_g2下的检测电极，如参考图9b所述，或被带到参考图9a描述的接地电势M。

替代地，对于图12中所表示的，第二极化模块902能够围绕机械臂1200的另一段放置，例如围绕远端段1004放置，而不是放置在远端段1004和功能头702之间。

当然，根据未表示示出的替代方案，可以在图10的机械臂1000或图11的机械臂1100中，在远端段1004和功能头702之间，或围绕机器人臂的一部分，例如远端部分1004，使用第二极化模块902。

根据本发明的设备不限于机械臂并且能够是任何电气或电子设备。

图13是根据本发明的设备的另一非限制性实施例示例的图解表示。

图13中表示的设备1300是电子显示设备，包括由电源电缆1304、通信或数据电缆1305供电的显示屏1302和所述显示屏1302的支撑支柱1306。

显示设备1300包括根据本发明的电容检测装置，其能够是图3、4、5、7、8a、8b、9a或9b的检测装置中的任何一种。

在图13中，部分表示了电容检测装置。因此，在图13中只能看到极化模块306、测量电极302和导体308。

测量电极302例如以每侧一个测量电极302的比率放置在显示屏1302的框架上。

极化模块306围绕支撑支柱1306放置，并且围绕电源1304和数据1305电缆放置。因此，穿过极化模块306的所有电导体，以及与其接触的所有电导体，在极化模块306下游在保护电势V_g下被极化。

特别地，位于极化模块306下游的显示装置的所有部分在保护电势V_g被极化，而没有任何特定修改。

当然，根据替代方案，极化模块能够构成其上放置有显示设备1300的基座，类似于参考图11或12的机械臂所描述的。

在所描述的所有示例中，测量电极或每个测量电极由安装在设备上的附加电极形成。

根据未示出的替代方案，至少一个测量电极能够由设备的组成部分或整个设备形成。例如，在机械臂的情况下，至少一个测量电极能够由机械臂的装饰元件、机械臂的段、机械臂的全部等形成。在显示装置的情况下，至少一个测量电极能够例如由显示屏的导电框架或整个显示屏形成。

当然，本发明不限于以上详述的示例。

Claims

1.一种用于对物体(O)进行电容检测的装置(300；350；400；500)，包括：

-至少一个极化模块(200；210；220；230；240；306)，其被配置为在与接地电势(M)不同的称为工作电势的交流电势(V_g)下极化至少一个测量电极(302)；和

-测量电子器件(312)，其被配置为在工作频率下测量与由所述至少一个测量电极(302)看到的称为目标电极电容的电容(C_oe)相关的信号；

其特征在于，至少一个极化模块(200；210；220；230；240；306)包括具有中心开口的称为激励环形元件的至少一个环形元件(202；212；222；232；212₁-212_n)：

-所述至少一个环形元件设置为通过所述中心开口围绕与所述至少一个测量电极(302)电连接的至少一个电导体(110；380)放置，并且

-所述至少一个环形元件包括由交流电信号(V)供电的至少一个电绕组(204；214；224₁-224₃)，所述至少一个电绕组被布置成在所述激励环形元件(202；212；222；232；212₁-212_n)中产生圆形磁场(B)和在所述中心开口中产生轴向磁场矢量电势(E)；

以便在所述电导体(110；380)中在所述至少一个环形元件(202；212；222；232；212₁-212_n)的输入和输出之间感应出等于所述工作交流电势(V_g)的交流电势差。

2.根据权利要求1所述的装置(300；350；400；500)，其特征在于，所述极化模块(240)包括多个环形元件(212₁-212_n)，所述多个环形元件中的每个包括由交流电压(V)供电的至少一个电绕组，以便在穿过所有所述环形元件(212₁-212_n)的任何导体(110)中感应出等于所述工作交流电势(V_g)的交流电势差。

3.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300；350；400；500)，其特征在于，至少一个激励环形元件(212；222；212₁-212_n)包括铁芯(216)，所述激励环形元件(212；222；212₁-212_n)的所述至少一个电绕组(214；224₁-224₃)围绕所述铁芯缠绕。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300；350；400；500)，其特征在于，至少一个激励环形元件(222)包括多个不同的电绕组(224₁-224₃)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300；350；400；500)，其特征在于，所述极化模块(230)对于激励环形元件的至少一个电绕组(214)包括用于所述绕组的电源电路，所述电源电路与所述电绕组(214)一起形成调谐到所述工作频率的谐振电路。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置(400；500)，其特征在于，所述装置包括感应传感器(402)，所述感应传感器连接到所述测量电子器件(312)，并且被配置为向所述测量电子器件(312)提供电信号，该电信号作为由至少一个测量电极(302)看到的电极-物体电容的函数，所述感应传感器(402)包括具有中心开口的称为接收环形元件的至少一个环形元件：

-所述至少一个环形元件设置为围绕与所述至少一个测量电极(302)电连接的电导体(308)放置，并且

-所述至少一个环形元件包括在其中感应出所述电信号的称为接收电绕组的至少一个电绕组。

7.根据前一权利要求所述的装置(400；500)，其特征在于，所述测量电子器件(312)包括电压放大器，或跨阻抗放大器，其连接到所述感应传感器(402)并且输出与由所述感应传感器(402)提供的、特别是由所述感应传感器(402)的电绕组提供的电压或电流相关的电压(V_s)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300；350；400；500)，其特征在于，所述测量电子器件(312)包括跨阻抗类型的放大器(612)，所述放大器被配置为测量源自至少一个测量电极(312)的电流或电荷，并输出分别作为所述电流或所述电荷的函数的电压(V_s)。

9.一种设备(700；800；850；900；950；1000；1100；1200；1300)，包括：

-根据上述权利要求中任一项所述的电容检测装置(300；350；400；500)，以及

-至少一个测量电极(302)，其与穿过所述电容检测装置的极化模块的所述至少一个激励环形元件的中心开口的电导体(308)电连接。

10.根据前一权利要求所述的设备(700；800；850；900；950；1000；1100；1200；1300)，其特征在于，所述设备包括至少一个测量电极，所述至少一个测量电极包括或由以下组成：

-安装在所述设备的一部分上的附加电容电极(302)，

-所述设备的导电部件，例如所述设备的外壳或装饰元件，

-所述设备的组成部分，例如段，

-装备所述设备的功能头，特别是可互换的，或

-所述设备的全部。

11.根据权利要求9或10之一所述的设备(700；800；850；900；950；1000；1100；1200；1300)，其特征在于，所述设备包括极化模块(306)，所述极化模块定位为：

-围绕所述设备的用于将所述设备固定到外部支撑件的基座元件(1002)；或者

-在所述基座元件(1002)和所述外部支撑件之间，例如以中间部件或基座的形式，或

-围绕与所述设备连接的一个或更多个电缆。

12.根据权利要求9至11之一所述的设备(900；950；1200)，其特征在于，所述设备包括位于所述至少一个测量电极(302)的任一侧上的第一极化模块(306)和第二极化模块(902)。

13.根据权利要求12所述的设备(900；950；1200)，其特征在于，所述第二极化模块(902)布置成在所述第二极化模块(902)位于所述第一极化模块(306)输出侧的输入和所述第二极化模块(902)的输出之间在穿过所述第二极化模块的至少一个电导体(704、706)中感应出与所述工作交流电势(V_g)具有相同值和相反符号的交流电势差(-V_g)。

14.根据权利要求12所述的设备(950；1200)，其特征在于，所述第二极化模块(902)布置成在所述第二极化模块(902)位于所述第一极化模块(306)的输出侧的输入和所述第二极化模块(306)的输出之间在穿过所述第二极化模块的至少一个电导体(704、706)中感应出不同于所述工作交流电势(V_g)的交流电势差。

15.根据权利要求9至13中任一项所述的设备(700；800；850；900；950；1000；1100；1200；1300)，其特征在于，所述电容检测装置包括至少一个感应传感器(402)，所述感应传感器放置为：

-围绕与至少一个测量电极(302)电连接的一个或更多个电导体(308)，

-围绕所述设备的用于将所述设备固定到外部支撑件的基座元件，

-围绕与所述设备连接的一个或更多个电缆。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的设备(1000；1100；1200)，其特征在于，所述设备为机器人或机器人的一部分，可移动的或固定的。

17.根据权利要求9至15中任一项所述的设备(1300)，其特征在于，所述设备是包括电子显示屏的显示设备。