CN1677115A

CN1677115A - 电容变化检测装置

Info

Publication number: CN1677115A
Application number: CNA2005100637097A
Authority: CN
Inventors: 井奈波恒; 仓地耕平; 波多野陆生
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2005286734A; EP1583236A1; KR100832410B1; EP1583236B1; US7098675B2; CN100470250C; KR20060044863A; JP4310695B2; US20050218913A1

Abstract

本发明涉及一种电容变化检测装置，包括传感器电极和电极电容测定装置，该电极电容测定装置用于在每个第一预定时间以基于基准电容的相关值为基础来测定该传感器电极电容。当电容的当前测定值变化了与在测量该当前测定值之前的第二预定时间获得的测定值相等或比其大于预定阈值时，则产生检测信号。该电容变化检测装置还包括用来产生与该传感器电极电容的特定变化量相等的电容变化的灵敏度补偿电容，并且该灵敏度补偿电容在连接状态和非连接状态之间切换。该阈值确定为在该连接状态和该非连接状态下所测定的该传感器电极电容的测定值之间的差值。该阈值在每个第三预定时间更新。

Description

电容变化检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测电容变化的电容变化检测装置。

背景技术

电容变化检测装置用作为控制例如汽车的车门开启和关闭的系统的开启操作(即解锁操作)检测触发器。尤其是，当由于用户接近车辆并且在用户设置在该车辆上的装置与该用户携带的遥控装置之间验证密码、所以设置在车辆上的装置的模式切换到解锁许可模式时，而且当该用户进一步接触设置在该车门的外部把手内侧的解锁传感器(即电极)时，设置在该车辆上的该装置检测该解锁传感器的该电极的电容变化并且执行解锁操作。也就是说，该电容变化检测装置将用户打开车门的意图作为解锁传感器的输出(即电容的变化)进行检测。

美国专利第5764145号描述了一种公知的电容变化检测装置，其利用电子电路和与该电子电路相连接的天线，在天线周围产生电场或电磁场，用于根据天线周围的该电场或该电磁场的变化来检测电容的微小变化。美国专利第5764145号描述的该公知电容变化检测装置是这样配置的，即：通过使来自经由天线接收到的外部电场和电磁场的信号经过高通滤波器，来避免温度和湿度对电容变化的影响。

根据美国专利第5764145号中描述的该公知的电容变化检测装置，通过提供高通滤波器，从检测对象排除由于温度变化和湿度变化而产生的电容变化。换句话说，利用美国专利第5764145号中描述的该公知的电容变化检测装置的结构，关于变化量的灵敏度没有发生改变。

在美国专利申请第10/951883号中，申请人提供了另一种电容变化检测装置。根据美国专利申请第10/951883号中描述的该电容变化检测装置，通过利用将被测量的未知电容对预放电的已知基准电容(reference capacitance)进行重复充电，计算充电的次数，直到该基准电容的两端的电压达到预定电压为止。当充电次数的减小等于或大于预定阈值时，随着将被测量的未知电容的增大而检测充电次数。

此外，按照美国专利申请第10/951883号中描述的电容变化检测装置，因为被测的电容根据周围环境的变化而变化(例如，与被测的电容等相连接的线束的电容由于环境的变化而变化)，所以充电次数依赖于环境而变化，直到该基准电容的两端的电压达到该预定电压为止。因此，当在不同的周围环境下以相同的阈值进行充电次数的判定时，即使被测电容的变化量相同，判定结果也可能彼此不同。换句话说，存在以下缺陷，即：关于被测电容的变化量的灵敏度取决于环境。

因此，需要一种以根据基准电容测定的被测电容的相关值的变化为基础、检测被测电容变化量的电容变化检测装置。

发明内容

根据如上所述，本发明提供一个电容变化检测装置，该装置包括：传感器电极，电容在该传感器电极处发生变化；以及电极电容测定器，用于在每个第一预定时间以基于预定基准电容的相关值为基础来测定该传感器电极电容。当由该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的当前测定值与在测量该当前测定值的时刻之前的第二预定时间获得的测定值相比的变化等于或大于预定的阈值时，产生检测信号。该电容变化检测装置还包括预定灵敏度补偿电容，用于产生与由于在该传感器电极电容上有特定对象的存在而产生的该传感器电极电容的特定变化相等的电容变化。形成该灵敏度补偿电容，以在该灵敏度补偿电容与该传感器电极相连接的连接状态和该灵敏度补偿电容与该传感器电极不相连接的非连接状态之间切换。该阈值确定为该连接状态下利用该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的测定值和在该非连接状态下利用该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的测定值之间的差值。形成该阈值以在每个第三预定时间更新。

附图说明

通过以下参照附图的详细说明，本发明的上述和其它特性和特征将更为明显，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的电容变化检测装置的电路图；

图2示出根据本发明的该实施例的图1的波形图；

图3示出根据本发明的该实施例的电容测定处理的流程图；

图4示出根据本发明的该实施例的判定处理的流程图；

图5示出根据本发明的该实施例的每个电容测定周期的测定结果坐标图；

图6示出根据本发明的该实施例的灵敏度修正处理的流程图；

图7示出根据本发明的该实施例的传感器电极电容变化检测处理的流程图；

图8示出根据本发明的该实施例在不同的环境下的电极电容变化和相关值的波动变化的坐标图；

图9示出由基于不同的基准电容的电极电容的变化所产生的相关值的波动的坐标图。

具体实施方式

下面参考附图解释本发明的实施例。

如图1所示，电容变化测定装置(用作电容变化检测装置)包括：设置在基准电容Cs的P1和P2端之间的第一开闭开关SW1，与该基准电容Cs的第一端P1相连接的第一电位源V1，连接该基准电容Cs的第二端P2和传感器电极电容Cx的第一端P3的第二开闭开关SW2，设置在该传感器电极电容Cx的第一端P3和第二端P4之间的第三开闭开关SW3，以及用作用于测定该基准电容Cs的第二端P2的电位Vx的电位测定器的比较器CMP。该传感器电极电容Cx的第二端P4连接至第二电位源V2及自由空间(free air)。在这种情况下，该第一电位源V1相当于恒压电路11的输出，该第二电位源V2接地，并且该自由空间相当于等同于地的低阻抗电位。基准电压Vref与该比较器CMP的正极端子相连接，并且该基准电容Cs的第二端P2与该比较器CMP的第一端相连接。

该电容变化测定装置还包含由微型计算机或硬件逻辑电路等构成的控制电路12。该比较器CMP的输出信号Vout输入到该控制电路12中，并且开闭开关SW1、SW2、SW3的驱动信号经过导线从该控制电路12输出。

该控制电路12包括开关控制器100、计数器200和判定器300。如图2所示，该开关控制器100对第一到第三开闭开关SW1、SW2、SW3执行开关控制，包括：用来使该第一开闭开关SW1切换至关闭状态(即如图2所示的高电平H)、然后回到打开状态(即如图2所示的低电平L)的第一开关操作，用来使该第二开闭开关SW2切换至关闭状态、然后回到打开状态的重复执行的第二开关操作，以及用来交替地使该第三开闭开关SW3切换至关闭状态、然后回到打开状态的第三开关操作。该计数器200计算该第二开闭开关SW2的操作的重复次数。该判定器300根据由该计数器200所计算的该第二开闭开关SW2的操作的重复次数N，判定该传感器电极电容Cx的电容的变化量ΔCx，直到通过该比较器CMP所测定的该基准电容Cs的第二端P2的电位Vx在该第一开闭开关SW1的操作之后从初始电位V1被改变了预定电位为止。

该电极电容测定器被视为前述结构的一部分，并且该电极电容测定器的测定值用作该计数器200的计数值N。换句话说，该判定器300根据该电极电容测定器的计数值N来判定该传感器电极电容Cx的电容的变化值ΔCx。

在这种情况下，因为该基准电容Cs的第二端P2的初始电位相当于该电位源V1的电位，并且预先确定基准电压Vref的值比该初始电位V1小预定电位量(即，预定电位＝V1-Vref)，所以该比较器CMP的输出信号Vout在该第一开关操作之后变成低电平L。其后，因为该基准电容Cs的第二端P2的电位从该初始电位V1降低预定电位(V1-Vref)，还因为当该基准电容Cs的第二端P2的电位通过重复该第二和第三开关操作而变得低于该基准电压Vref时，该比较器CMP的输出信号从低电平L改变成高电平H，所以在该比较器CMP的输出信号Vout发生改变时的该计数器200的计数值被保持下来。由该电极电容测定器进行的前述处理被如图3所示的电极电容测定处理401所控制。

在每个预定时间T1由该电极电容测定器执行如图2所示的处理。在该比较器CMP的输出信号Vout从低电平L变为高电平H时，该判定器300保持计数值N作为该电极电容测定器的测定值；当波动量|ΔN|小于其内考虑了检测误差的预定阈值Th时，以及当在该比较器CMP的输出信号Vout从该低电平改变成该高电平H时的当前计数值N与以前的预定次数的计数值之间形成差值时，判定该传感器电极电容Cx的电容没有发生改变；当该计数值N的波动量|ΔN|改变了与该预定阈值Th相等或比其更大的量时，判定该传感器电极电容Cx的电容发生了改变。该控制装置12将检测到的信号(即检测信号)输出到外部装置。

下面参考图7所示的流程图解释在该控制电路12在每个预定时间T1进行的该传感器电极电容变化检测处理的执行过程。如图7所示，因为在该控制电路12进行的电极电容测定处理401是在每个传感器电极电容变化检测处理、即在每个预定时间T1进行，所以该预定时间T1相当于该传感器电极电容Cx的测定周期，同时也相当于该传感器电极电容Cx的电容变化量ΔCx的判定周期。

该电极电容测定处理401在每个预定测定周期T1进行，并且基于该传感器电极电容Cx的基准电容Cs的相关值、即该第二开关操作的重复次数N是由该电极电容测定器测定。通过如图4所示的判定处理301、根据该计数值N的波动量ΔN来判定该电极电容变化量ΔCx。因为该计数值N的波动量ΔN相当于测定时刻t1的计数值N_t1和作为以前的预定时间T2的时刻t2的测定值N_t2之间的差值(即ΔN＝N_t1-N_t2)，所以等于或大于在一时间间隔内产生的该电容变化量ΔCx的电容变化可被从检测对象排除，其中该时间间隔适当地短于该电容变化量ΔCx由于存在特定检测对象而产生于其间的时间间隔。例如，检测到因为用户接触该传感器电极而产生的传感器电极电容，但是不会检测到因为雨点的粘附而产生的传感器电极电容的变化。

在进行判定处理301之后，通过灵敏度修正处理501更新下一个判定处理301所涉及的阈值Th。其后，当该计数值N或该计数值N的波动量|ΔN|中的任一个小于各自的下限值Nmin或ΔNmin时，进行基准电容增量处理601。当基于通过该基准电容增量处理601而改变的基准电容的该计数值N或该计数值N的波动量|ΔN|大于各自的上限值Nmax或ΔNmax时，进行用来初始化该基准电容的基准电容初始化处理602。下面解释灵敏度修正器500和基准电容变化器600。

作为该电极电容测定器的测定值的计数值N根据测定该计数值N时环境中的传感器电极电容Cx而改变。通过重复该第二开关操作和该第三开关操作，该基准电容Cs的第二端P2的电位Vx根据该基准电容Cs的充电过程从该初始电位V1降低。倘若第n次第二开关操作完毕时该基准电容Cs的第二端P2的电位Vn改变成第n+1次第二开关操作完毕时的电位V_n+1，那么由于在第n+1次第二开关操作重新充电的电荷增量被增加到第n次第二开关操作完毕时该基准电容Cs所充的电荷之后的电荷，所以该第二端P2的电位Vx显示为V_n+1。因此，建立以下公式(公式1)。

Cx·V_n+1+Cs·(V1-Vn)＝Cs·(V1-V_n+1)

通过变换公式1可得V_n+1和Vn之间的关系，即得如下公式2。

V_n+1＝Vn·Cs/(Cx+Cs)

因为在该第二开关操作的第一操作完毕的时候，该第二端P2的电位Vx即V1如公式V1＝V1·Cs/(Cx+Cs)所示，所以根据公式2，在第n次第二开关操作完毕的时候，该基准电容Cs的该第二端P2的电位Vn如下面的公式3所示。

Vn＝V1·(Cs/(Cx+Cs))ⁿ

虽然严格来说，必须考虑在该传感器电极电容Cx上产生的泄漏电流和存在于通向该传感器电极的导线上的寄生电容，但是根据公式3，至少Vn包含了因子Cx/Cs。而且，根据公式3，该第二开关操作重复进行，该基准电容Cs的该第二端P2的电位Vx的每一单次第二开关操作的电位下降值|V_n+1-Vn|逐渐减小。

当第一次设定Vn小于Vref，作为该电极电容测定器的测定值的该计数器200的计数值N相当于n值，这意味着根据公式3，Vn具有因子Cx/Cs。所以，当该传感器电极电容Cx由于如图8所示的环境W的变化而发生变化时，即使该传感器电极电容的变化量ΔCx都相同，N值也发生变化。因此，倘若该判定器300在环境W、W’下基于阈值Th判定该电极电容测定器的测定结果，则判定结果可以是不同的，这是因为在某一环境W下电容变化量ΔCx的测定值为N，而在另一环境W’下电容变化量ΔCx的测定值为N’。

为了即使该传感器电极电容Cx通过环境W变成环境W’而改变成传感器电极电容Cx’、也能在不同的环境W’下可靠地检测该传感器电极电容Cx’的电容变化量ΔCx，根据电容变化检测装置10，当在环境W下在测定时间判定传感器电极电容Cx的计数值N时涉及的阈值Th，在每个预定时间T3通过灵敏度修正器500修正为适当值。该灵敏度修正器500在传感器电容Cx上产生电容变化量ΔCd，其由于特定检测对象的存在(例如，用户的接触)而与电容变化相等，并且该灵敏度修正器500在该判定器300涉及阈值Th的时候，更新该测定值N的波动量|ΔNd|。

如图1所示，该灵敏度修正器500包括第一端与该第二电位V2相连接的灵敏度补偿电容ΔCd、用来连接与该传感器电极电容Cx并联的灵敏度补偿电容ΔCd的两端的第四开闭开关SW4、以及在该控制电路12执行的灵敏度修正处理501(如图6所示)。

如图6所示，在该灵敏度修正处理501的过程中，首先，该第四开闭开关SW4关闭，从而使该灵敏度补偿电容ΔCd与该传感器电极电容Cx并联连接(连接状态)。在这种状态下，通过该电极电容测定器来测定传感器电极电容(Cx+ΔCd)，并且保存测定值Nd。在紧邻该灵敏度补偿电容ΔCd与该传感器电极电容Cx并联连接之前的状态(未连接状态)，该传感器电极电容Cx的测定值Nd和计数值N的结果之间的差值|ΔNd|确定为新的阈值Th。因此，更新了下一次判定涉及的阈值Th。

根据图7所示的流程图，虽然因为在每个测定周期T1进行的该传感器电极电容的每次测定中进行灵敏度修正处理501，所以该阈值Th的更新周期T3通过该灵敏度修正处理501设定成与该传感器电极测定周期T1相同的周期，但是该灵敏度修正处理501可以以较低频率进行，例如，在每几次传感器电极测定中进行一次。在这种情况下，通过确定用于更新阈值的周期T3与该环境变化周期相比足够小，在阈值Th发生变化之前环境变化对该测定值几乎没有影响。

根据公式3，如图8所示，因为该传感器电极电容Cx由于环境的变化而变化，所以基于该电容变化量ΔCx的该基准电容Cs的相关值的差值有机会变为与预定值相等或比其更小。例如，当在环境W下通过该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的测定值Cx和Cx+ΔCx之间的差值|ΔN|为50时，则在环境W’下通过该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的测定值Cx’和Cx’+ΔCx’之间的差值|ΔN’|可以设定为10。在这种情况下，虽然通过该灵敏度修正器500更新了该环境W’下的阈值Th，但是当|ΔN|很小时，基于该阈值Th可能会或者可能不会检测到计数次数的变化量|ΔN|，这不利于检测灵敏度。

同样，因为由于环境变化该传感器电极电容Cx变得太大，所以有可能无法获得作为基于该基准电容Cs的相关值的有效值。例如，当传感器电极电容Cx在环境W下的测定值N为1000(N＝1000)、并且在由于检测对象的存在而引起电容变化之后传感器电极电容的测定值Cx+ΔCx为1050(N＝1050)的时候，环境W’下的测定值N’可以变成300(N＝300)，并且在由于检测对象而引起电容变化之后Cx+ΔCx的测定值N’可以变成305(N＝305)。

前述缺点来自于电容Cx的增加，即由于Cx的增加，应当被检测到的电容变化量ΔCx设定得相对小，处于低灵敏度状态下。根据本发明的实施例，为了克服前述缺点，提供基准电容变化器600，用来为恢复检测灵敏度而改变基准电容Cs。

如图1所示，该基准电容变化器600包括增值(value-added)基准电容Cop、基准电容增量处理601和在该控制电路12进行的基准电容初始化处理602。增值基准电容Cop的第一端经由第五开闭开关SW5与该第一电位源V1相连接，并且该增值基准电容Cop的第二端与该基准电容Cs的第二端P2相连接。当该电极电容测定器的测定值N的值或测定值N的差值|ΔN|小于各自的下限Nmin、ΔNmin时，在每个传感器电极测定周期T1进行该基准电容增量处理601，以关闭该第五开闭开关SW5。当测定值N或基于增加后的基准电容(Cs+Cop)的测定值N的差值|ΔN|大于各自的上限值Nmax、ΔNmax时，进行用来初始化基准电容的基准电容初始化处理602。

该基准电容增量处理601通过该控制电路12的控制信号关闭该第五开闭开关SW5，并且形成该增值基准电容Cop被设置为与该基准电容Cs并联连接的基准电容增加状态。该基准电容初始化处理602通过该控制电路12的控制信号打开该第四开闭开关SW4，从而形成该增值基准电容Cop不与该基准电容Cs连接的基准电容初始化状态。

假设该传感器电极电容Cx的测定值N和该测定值N的差值|ΔN|变成前述状态，通过由该基准电容变化器使该增值基准电容Cop与该基准电容Cs相连接来增加该基准电容的方式，如公式3所示的基准电容Cs增加，当测定该传感器电极电容Cx、并且当通过阈值的有效电平判定由于检测对象的存在而使该传感器电极电容从Cx改变到Cx+ΔCx时获得的测定值N的差值|ΔN|时，能够获得有效计数值N。因此，稳定了该电容变化测定装置的检测灵敏度。

根据本发明的第二实施例，该灵敏度修正器500可以包含以下所述的结构。也就是说，当没有检测到测定值的差值|ΔN|时，根据本发明第二实施例的该灵敏度修正器500通过基于该传感器电极电容的测定值N计算的值来更新阈值Th。在某一环境W下测定的该传感器电极电容Cx的测定值N根据公式3被以取决于该基准电容Cs的预定函数表示为N＝hcs(Cx)。因此，在该环境W下该传感器电极电容Cx的值通过来自该测定值N的相应的反函数被表示为Cx＝h^-1cs(N)。所以，当Cx改变成Cx+ΔCx时，测定值fc_s(Cx+ΔCx)设定为可知的。因此，可以确定适当的阈值Th以检测与希望被检测到的特定电容变化量相等或比其大的电容变化量。通过利用前述方式更新基于该测定值N的值，当在测定时间在该传感器电极电容Cx上产生该电容变化量ΔCx时，能够以适当的阈值执行该电容变化量的判定。

当在每个预定时间T3更新该阈值Th时，通过将该预定时间T3确定为可以忽略环境影响的程度，能够以适当的阈值Th来判定测定值的变化。而且，与分成预定类别的测定值相对应的阈值可以预先在存储器装置中保存为表格等，并且在为了获得适当的阈值Th而不用计算处理来获得测定值的时候，可以参照该表格来更新阈值。

根据本发明的实施例，当基于该基准电容的相关值在第二预定时间内的改变等于或大于预定阈值时，检测到了该传感器电极的电容变化量。在环境Wf下，通过由该电极电容测定器基于该基准电容Cs测定该传感器电极电容Cx而获得的相关值表示为fc_s(Cx)。在这种情况下，fc_s是Cx的函数，并且取决于该基准电容Cs。也就是说，当该传感器电极电容Cx在该环境Wf下改变ΔCx而变为C+ΔCx时，通过该电极电容测定器的测定值设定为fc_s(C+ΔCx)。在变化之前和变化之后该传感器电极电容Cx的相关值之间的差值Δf表示为Δf＝fc_s(Cx+ΔCx)-fc_s(Cx)。当具有该第二预定时间间隔的相关值之间的差值Δf改变了与阈值Th相等或比其更大的量时，即当|Δf|比大于该阈值Th(即|Δf|＞Th)时，就认为该传感器电极的电容发生改变并且输出了检测信号。

在另一方面，如图8所示，当环境W改变到另一环境W’时，该传感器电极电容Cx变成Cx’，并且通过该电极电容测定器的测定而获得的基于该基准电容Cs的相关值设定成fc_s(Cx’)。当该传感器电极电容改变了与该传感器电极电容在环境W下的变化量相同的电容变化量ΔCx时，通过该电极电容测定器所测定的测定值在环境W’下设定成fc_s(Cx’+ΔCx)。因此，当该传感器电极电容在环境W下改变了ΔCx时，在变化之前和变化之后的该传感器电极电容Cx的相关值之间的差值Δf’表示为Δf’＝fc_s(Cx’+ΔCx)-fc_s(Cx’)。

如前所述，即使该传感器电极电容的电容变化量ΔCx相同，在环境W、W’下相关值的变化量在Δf和Δf’(如图8所示)之间分别是不同的。因此，当利用共同的阈值Th判定相关值的变化量时，相对于相同的电容变化量ΔCx的判定结果根据环境而可以各不相同。换句话说，该判定结果取决于环境。然而，利用本发明的实施例的结构，通过利用该灵敏度补偿电容更新阈值Th，判定结果未必取决于环境。

该灵敏度补偿电容用来在与由于特定检测对象的存在而产生的该传感器电极电容的变化量相等的传感器电极电容上产生变化量ΔCd。在该灵敏度测定器与该传感器电极相连接的连接状态且在该灵敏度补偿电容不与该传感器电极相连接的非连接状态下，通过该电极电容测定器由基于该基准电容Cs的相关值来测定该传感器电极电容。因为测定值在该连接状态和该非连接状态之间的差值被确定为用于判定该传感器电极电容变化的新的阈值，并且在每个第三预定时间更新该阈值，所以利用与在进行测定时的环境近似的环境下的电容变化量相等的电容变化量ΔCd而获得的相关值的差值，能够判定由于该传感器电极的电容变化量ΔCx而形成的该相关值的变化量。

因此，通过将该灵敏度补偿电容与该传感器电极相连接的连接状态和该灵敏度补偿电容不与该传感器电极相连接的非连接状态的测定值之间的差值确定为阈值，并且通过在每个第三预定时间更新该阈值，当检测该传感器电极电容的变化量时的检测灵敏度设定为未必取决于环境。

所以，根据本发明的实施例的电容变化检测装置，基于根据在不同的周围环境下具有较小灵敏度波动的基准电容所测定的电容的相关值的变化量，检测被测电容的变化量。

根据本发明的实施例，当通过基于该基准电容Cs的相关值fcs(Cx)测定该传感器电极电容Cx并且通过基于该基准电容Cs的相关值的变化量来判定该传感器电极的电容变化量ΔCx时，通过该传感器电极电容的电容变化量ΔCx而形成的相关值的变化量表示为fcs(Cx+ΔCx)-fc_s(Cx)。当获得该传感器电极电容Cx的测定值作为相关值fcs(Cx)时，确定在环境Wf下该传感器电极电容Cx和该基准电容Cs之间的相关性。也就是说，函数fcs被唯一确定。因此，当在测定传感器电极的环境下由于有特定对象的存在而在该传感器电极上产生电容变化量ΔCt时，相关值fcs(Cx+ΔCt)变成可预知的。如上所述，因为在由于该特定检测对象而产生的电容变化之后，该传感器电极电容(Cx+ΔCt)的该相关值fcs(Cx+ΔCt)是可知的，所以相关值的变化量设定为可知的。因此，根据本发明的该实施例，通过基于从在每个第一预定时间所测定的相关值可知的变化量来确定该阈值的方式，通过基于该第二预定时间之前的环境下的相关值的阈值，能够判定在该第二预定时间之前的来自该相关值的变化量。所以，检测灵敏度能够跟随测定时间的转换，并且能够抑制检测灵敏度的波动。

如上所述，根据本发明的实施例的该电容变化检测装置，能够通过基于在不同的周围环境下具有较低灵敏度波动的基准电容而测定的被测电容的相关值的变化，来检测该被测电容的变化量。

根据本发明的实施例，在该第一开关操作中，该基准电容Cs的电荷通过关闭该第一开闭开关SW1而放电，其中该基准电容Cs的第一端与该第一电位V1相连接，从而使该基准电容Cs的第二端的电位Vx变为与该第一电位V1的电位相等的初始电位V1。其后，该第二开关操作和该第三开关操作交替重复进行(即，该第二开关操作或该第三开关操作首先进行)。在该第二开关操作中，通过关闭该第二开闭开关SW2，该基准电容Cs与该传感器电极电容Cx串联连接，以在该第一电位V1和该第二电位V2之间或在该第一电位V1和自由空间之间施加电位差(V1-V2)，从而同时对该基准电容Cs和该传感器电极电容Cx进行充电。通过充电，在该基准电容Cs的第一和第二端之间的充电电压增加了根据该传感器电极电容Cx和该基准电容Cs之间的电容比而形成的电压，并且该基准电容Cs的该第二端的电位从该初始电位V1而发生改变。在该第三开关操作中，该传感器电极电容Cx所充的电荷通过关闭该第三开闭开关SW3而放电。其后，通过重复该第二开关操作和该第三开关操作，该基准电容的第一和第二端之间所充的电荷逐渐增加(即增加量逐渐减小)，并且该基准电容Cs的第二端的电位Vx从该初始电位逐渐减小。因此，当该基准电容Cs的第二端的电位Vx达到预定电位Vref时，获得该第二开关操作的重复次数。

在这种情况下，通过执行用于获得第二开关操作的次数N的处理，直到该基准电容Cs的第二端的电位在每个第一预定时间通过一系列第一到第三开关操作而从该初始电位改变了预定电位(V1-Vref)，当该传感器电极电容Cx在该第一预定时间间隔附近没有发生变化时，该第二开关操作的重复次数N不应该变化；并且当该传感器电极电容Cx发生变化时，该第二开关操作的重复次数N也发生变化。因此，当该重复次数N发生变化时，则判定该传感器电极电容Cx发生了变化；并且，当该重复次数N改变了与阈值Th相等或比其更大的量时，则判定该传感器电极电容Cx发生了变化。

因为该基准电容Cs的该第一端上的电位与该第一电位V1相连接，所以它作为测定该基准电容Cs的第二端的电位的基准是稳定的。而且，因为仅在通过该第二开关操作充电的过程中该基准电容Cs的第二端与该传感器电极电容Cx相连接，并且在测定电位的过程中该基准电容Cs的第二端通过不与该传感器电极电容Cx相连接的方式设定成高阻抗状态，所以通过使用作为电位测定器的放大器能够测定适当的电位，该电位测定器例如为运算放大器和比较器等，以此能够容易地输入高阻抗。

因此，测定该传感器电极电容Cx作为该第二开关操作的重复次数N，直到该基准电容Cs的充电电压达到预定值。也就是说，该传感器电极电容Cx基于该基准电容Cs被测定为相关值fcs(Cx)。

当基于该基准电容Cs的该传感器电极电容Cx的相关值fcs(Cx)被测定为该第二开关操作的次数N时，该相关值fcs(Cx)相当于不连续的整数。因此，即使该传感器电极电容Cx由于特定检测对象的存在而改变成Cx+ΔCx，该第二开关操作的测定次数可以表示为与在该传感器电极电容改变之前的值相同的值。而且，因为该传感器电极电容Cx由于环境的改变而增加，所以该传感器电极电容的变化量ΔCx可以变得较小，该相关值的变化量设定得非常小，并且可以不进行利用有效阈值的判定。

因为相关函数fcs是取决于该基准电容Cs的函数，所以当该基准电容Cs通过该基准电容变化器而从Cs1改变到Cs2时，如图9所示，相关函数fcs1可以变成gcs2。因此，当该传感器电极电容Cx由于该特定检测对象的存在而变成Cx+ΔCx时，该相关值的变化量fc_s1(Cx+ΔCx)-fc_s1(Cx)可以变成gc_s2(Cx+ΔCx)-gc_s2(Cx)(即从Δf变成图9中的Δg)。所以，当相关值的变化量太小而不能以有效阈值来执行判定操作时，或者当相关值本身不是具有有效电平的值时，通过利用该传感器电极电容的变化量ΔCx使相关函数改变成该相关值的增量变化量，该电容变化量ΔCx的判定可以在有效阈值下进行。因此，能够防止用于该传感器电极电容Cx的电容变化量的判定的灵敏度降低。

如上所述，利用根据本发明的实施例的该电容变化检测装置的结构，当依照基于该基准电容的被测电容的相关值的变化来检测该被测电容的电容变化量时，与该被测电容的变化量相关的灵敏度保持在有利状态下。

Claims

1、一种电容变化检测装置，包括：

传感器电极，电容在该传感器电极处发生变化；

电极电容测定器(N)，用于在每个第一预定时间以基于预定基准电容的相关值为基础来测定该传感器电极电容；其中

当由该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的当前测定值与在测量该当前测定值的时刻之前的第二预定时间获得的测定值相比的变化等于或大于预定的阈值时，产生检测信号；

其特征在于，还包括：

预定灵敏度补偿电容(ΔCd)，用于产生与由于在该传感器电极电容上有特定对象的存在而产生的该传感器电极电容的特定变化相等的电容变化；其中形成该灵敏度补偿电容，以在该灵敏度补偿电容与该传感器电极相连接的连接状态和该灵敏度补偿电容与该传感器电极不相连接的非连接状态之间切换；以及

该阈值确定为该连接状态下利用该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的测定值和在该非连接状态下利用该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的测定值之间的差值；以及

形成该阈值以在每个第三预定时间更新。

2、一种电容变化检测装置，包括：

传感器电极，电容在该传感器电极处发生变化；

当由该电极电容测定器所测定的该传感器电极电容的当前测定值与在测量该当前测定值的时刻之前的第二预定时间获得的测定值相比的变化等于或大于预定的阈值时，产生检测信号；以及其中

该阈值确定为基于该测定值而确定的值，该测定值是在该测定时间之前的该第二预定时间测定的。

3、根据权利要求1或2所述的电容变化检测装置，还包括：

第一开闭开关(SW1)，设置在该基准电容的第一和第二端之间；

第一电位源(V1)，与该基准电容的该第一端相连接；

第二开闭开关(SW2)，成形为连接该基准电容的该第二端和该传感器电极的第一端；

第三开闭开关(SW3)，设置在该传感器电极电容的该第一和第二端之间，该传感器电极的该第二端与第二电位相连接或与自由空间接触；

电位测定器(CMP)，用于测定该基准电容的该第二端的电位；

开关控制器(100)，用于执行开关控制，以重复第二开关操作和第三开关操作，在该第二开关操作中，该第二开闭开关切换到关闭状态然后回到打开状态；在该第三开关操作中，在执行完使该第一开闭开关切换到关闭状态然后回到打开状态的第一开关操作之后，该第三开闭开关交替切换到关闭状态然后回到打开状态；

计数器(200)，用于计算该第二开关操作的重复次数；

该电极电容测定器包括该电位测定器、该开关控制器和该计数器；其中

该电极测定器测定该第二开关操作的重复次数作为该相关值，该相关值由该计数器计算，直到通过该电位测定器所测定的该基准电容的该第二端的电位在该第一开关操作后从初始电位改变了预定电位为止；以及

基准电容变化器(600)，用于改变该基准电容。