FR3083872A1 - INDUCTIVE AND CAPACITIVE SENSOR, AND DETECTOR PROVIDED WITH SUCH AN INDUCTIVE AND CAPACITIVE SENSOR - Google Patents
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Abstract
Un capteur inductif et capacitif (100) comporte une première électrode (105), par laquelle est injecté un signal électrique de référence, et un plan de masse (101). Le capteur inductif et capacitif (100) comporte en outre au moins une seconde électrode (102) concentrique avec la première électrode (105) et coplanaire avec le plan de masse (101), et au moins une ligne inductive (104) reliant chaque seconde électrode (102) à la première électrode (105) de sorte à fournir, en réponse au signal électrique de référence, un signal électrique de retour par la première électrode (105) représentatif d'une forme et d'une composition d'un objet placé dans une zone de sensibilité dudit capteur inductif et capacitif (100).An inductive and capacitive sensor (100) has a first electrode (105), through which an electrical reference signal is injected, and a ground plane (101). The inductive and capacitive sensor (100) further comprises at least a second electrode (102) concentric with the first electrode (105) and coplanar with the ground plane (101), and at least one inductive line (104) connecting each second electrode (102) to the first electrode (105) so as to provide, in response to the reference electrical signal, an electrical return signal by the first electrode (105) representative of a shape and a composition of an object placed in a sensitivity zone of said inductive and capacitive sensor (100).
Description
CAPTEUR INDUCTIF ET CAPACITIF, ET DETECTEUR EQUIPE D’UN TEL CAPTEUR INDUCTIF ET CAPACITIFINDUCTIVE AND CAPACITIVE SENSOR, AND DETECTOR EQUIPPED WITH SUCH AN INDUCTIVE AND CAPACITIVE SENSOR
La présente invention concerne le domaine des capteurs qui sont à la fois inductifs et capacitifs, et le domaine des détecteurs équipés de capteurs inductifs et capacitifs.The present invention relates to the field of sensors which are both inductive and capacitive, and to the field of detectors equipped with inductive and capacitive sensors.
Les capteurs inductifs sont aujourd’hui typiquement utilisés comme capteurs de proximité. Ces capteurs inductifs sont aptes à détecter la proximité, et donc la présence, d’un objet en matériau conducteur. Ces capteurs inductifs ne sont toutefois pas aptes à détecter la présence d’autres objets (en matériau non-conducteur).Inductive sensors are today typically used as proximity sensors. These inductive sensors are able to detect the proximity, and therefore the presence, of an object made of conductive material. However, these inductive sensors are not capable of detecting the presence of other objects (made of non-conductive material).
Pour permettre de détecter la proximité, et donc la présence, d’un objet en matériau conducteur ou pas, on utilise alors des capteurs capacitifs. Ils sont généralement constitués d’une électrode en forme de disque (ou plutôt en forme de cylindre plat) via laquelle un signal électrique est injecté. Ces capteurs capacitifs présentent un plan de masse présentant un disque évidé dont le rayon est supérieur au rayon de ladite électrode. Le disque formé par la première électrode et le disque évidé formé dans le plan de masse sont concentriques et coplanaires, et sont séparées par une fente en forme de couronne. Le signal injecté dans ladite électrode génère un champ dont les caractéristiques varient en présence d’objets dans une zone de sensibilité du capteur capacitif, et en fonction de la distance desdits objets par rapport au capteur capacitif.To enable the proximity, and therefore the presence, of an object made of conductive material or not, capacitive sensors are then used. They generally consist of an electrode in the form of a disc (or rather in the form of a flat cylinder) via which an electrical signal is injected. These capacitive sensors have a ground plane having a hollow disc whose radius is greater than the radius of said electrode. The disc formed by the first electrode and the hollow disc formed in the ground plane are concentric and coplanar, and are separated by a slot in the form of a crown. The signal injected into said electrode generates a field whose characteristics vary in the presence of objects in a sensitivity zone of the capacitive sensor, and as a function of the distance of said objects from the capacitive sensor.
Bien que ces capteurs capacitifs permettent de détecter des objets en matériau non conducteur, un inconvénient de ces capteurs capacitifs est leur consommation énergétique. Il est ainsi souhaitable de fournir une solution qui permette de réduire la consommation énergétique de systèmes à base de capteurs, tout en gardant la capacité de détection d’objets constitués de matériaux non conducteurs offerte par les capteurs capacitifs. Il est aussi souhaitable de fournir une solution qui permette en outre d’augmenter la sensibilité de ces capteurs. Il est aussi souhaitable de fournir une solution qui soit simple à implémenter et à faible coût.Although these capacitive sensors make it possible to detect objects made of non-conductive material, a drawback of these capacitive sensors is their energy consumption. It is therefore desirable to provide a solution which makes it possible to reduce the energy consumption of sensor-based systems, while retaining the capacity for detection of objects made of non-conductive materials offered by capacitive sensors. It is also desirable to provide a solution which also makes it possible to increase the sensitivity of these sensors. It is also desirable to provide a solution which is simple to implement and low cost.
A cet effet, l’invention concerne un capteur inductif et capacitif comportant une première électrode, par laquelle est destiné à être injecté un signal électrique de référence, et un plan de masse. Le capteur inductif et capacitif comporte en outre au moins une seconde électrode concentrique avec la première électrode et coplanaire avec le plan de masse. Le capteur inductif et capacitif comporte en outre au moins une ligne inductive reliant chaque seconde électrode à la première électrode de sorte à fournir, en réponse au signal électrique de référence, un signal électrique de retour par la première électrode représentatif d’une forme et d’une composition d’un objet placé dans une zone de sensibilité dudit capteur inductif et capacitif. Ainsi, grâce aux secondes électrodes et aux lignes inductives, le capteur est donc à la fois inductif et capacitif, et est sensible à la forme et à la composition des objets présentés dans la zone de sensibilité dudit capteur. De plus, l’agencement des secondes électrodes laisse apparaître des fentes, ce qui réduit la consommation énergétique dudit capteur par rapport aux capteurs capacitifs de l’état de la technique.To this end, the invention relates to an inductive and capacitive sensor comprising a first electrode, by which is intended to be injected an electrical reference signal, and a ground plane. The inductive and capacitive sensor further comprises at least a second electrode concentric with the first electrode and coplanar with the ground plane. The inductive and capacitive sensor further comprises at least one inductive line connecting each second electrode to the first electrode so as to provide, in response to the reference electrical signal, an electrical return signal by the first electrode representative of a shape and d 'a composition of an object placed in a sensitivity zone of said inductive and capacitive sensor. Thus, thanks to the second electrodes and the inductive lines, the sensor is therefore both inductive and capacitive, and is sensitive to the shape and the composition of the objects presented in the sensitivity zone of said sensor. In addition, the arrangement of the second electrodes reveals slots, which reduces the energy consumption of said sensor compared to the capacitive sensors of the prior art.
Selon un mode de réalisation particulier, la première électrode a une forme de disque et chaque seconde électrode a une forme de couronne. Ainsi, la réalisation du capteur inductif et capacitif est simple et économique.According to a particular embodiment, the first electrode has a disc shape and each second electrode has a crown shape. Thus, the realization of the inductive and capacitive sensor is simple and economical.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur inductif et capacitif comportant une pluralité de lignes inductives, lesdites lignes inductives sont placées selon des axes respectifs passant par le centre de la première électrode et sont angulairement équiréparties. Ainsi, le capteur inductif et capacitif peut être aisément utilisé avec des objets à détecter de forme et de composition diverses.According to a particular embodiment, the inductive and capacitive sensor comprising a plurality of inductive lines, said inductive lines are placed along respective axes passing through the center of the first electrode and are angularly distributed. Thus, the inductive and capacitive sensor can be easily used with objects to be detected of various shape and composition.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur inductif et capacitif est de largeur D qui représente le diamètre d’un évidement pratiqué dans le plan de masse pour placer chaque seconde électrode, la largeur D étant telle que :According to a particular embodiment, the inductive and capacitive sensor is of width D which represents the diameter of a recess made in the ground plane for placing each second electrode, the width D being such that:
Λ/100 <D <2/10 où λ représente la longueur d’onde dans le vide correspondant à la fréquence la plus élevée d’excitation du capteur inductif et capacitif. Ainsi, le capteur inductif et capacitif est de petites dimensions et facilement intégrable dans des systèmes de détection d’objets d’applications variées.Λ / 100 <D <2/10 where λ represents the wavelength in vacuum corresponding to the highest frequency of excitation of the inductive and capacitive sensor. Thus, the inductive and capacitive sensor is small and easily integrated into object detection systems of various applications.
Selon un mode de réalisation particulier, le plan de masse comporte au moins un réseau de fentes réalisant un filtrage de compatibilité électromagnétique, et, dans chaque réseau de fentes, lesdites fentes sont de taille identique et angulairement équiréparties autour de l’ensemble formé par la première électrode et ladite au moins une seconde électrode. Ainsi, la compatibilité électromagnétique est aisément assurée.According to a particular embodiment, the ground plane comprises at least one network of slots performing electromagnetic compatibility filtering, and, in each network of slots, said slots are of identical size and angularly distributed around the assembly formed by the first electrode and said at least one second electrode. Thus, electromagnetic compatibility is easily ensured.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites fentes ont des formes circulaires, et, en considérant que Do représente le diamètre des fentes les plus proches de la plus grande seconde électrode, et que les réseaux de fentes sont ordonnés par un index m qui augmente en s’éloignant de la plus grande seconde électrode, les autres fentes ont un diamètre Dm tel que Dm= (m + 1) * Do, sachant que Do est défini comme suit :According to a particular embodiment, said slots have circular shapes, and, considering that Do represents the diameter of the slots closest to the largest second electrode, and that the networks of slots are ordered by an index m which increases in moving away from the largest second electrode, the other slots have a diameter D m such that D m = (m + 1) * Do, knowing that Do is defined as follows:
Dq < Λ/100 où λ représente la longueur d’onde dans le vide correspondant à la fréquence la plus élevée d’excitation du capteur inductif et capacitif, et au sein d’un même réseau de fentes, lesdites fentes sont espacées d’un pas Pm tel quePm = 2*Dm.. Ainsi, lesdites fentes sont aisément réalisées.D q <Λ / 100 where λ represents the wavelength in vacuum corresponding to the highest frequency of excitation of the inductive and capacitive sensor, and within the same network of slots, said slots are spaced from a step P m such that P m = 2 * D m. Thus, said slots are easily made.
Selon un mode de réalisation particulier, la première électrode, ladite au moins une seconde électrode et le plan de masse sont coplanaires. Ainsi, la réalisation du capteur inductif et capacitif est simple.According to a particular embodiment, the first electrode, said at least one second electrode and the ground plane are coplanar. Thus, the realization of the inductive and capacitive sensor is simple.
Selon un mode de réalisation particulier, la première électrode, ladite au moins une seconde électrode et le plan de masse sont formés sur une face d’une plaque de matériau diélectrique, et le capteur inductif et capacitif comporte un autre plan de masse, sur la face opposée de la plaque de matériau diélectrique, présentant un évidement dans lequel est réalisé un trou métallisé, dit « via », reliant la première électrode à un dispositif de couplage. Ainsi, le couplage entre le capteur inductif et capacitif et les objets à caractériser grâce audit capteur inductif et capacitif est parfaitement maîtrisé pour des mesures fines avec une très grande sensibilité.According to a particular embodiment, the first electrode, said at least one second electrode and the ground plane are formed on one face of a plate of dielectric material, and the inductive and capacitive sensor comprises another ground plane, on the opposite face of the plate of dielectric material, having a recess in which a metallized hole, called "via", is produced, connecting the first electrode to a coupling device. Thus, the coupling between the inductive and capacitive sensor and the objects to be characterized using said inductive and capacitive sensor is perfectly controlled for fine measurements with very high sensitivity.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite au moins une seconde électrode et le plan de masse sont formés sur une face d’une première plaque de matériau diélectrique où est placée une première partie de ladite au moins une ligne inductive, la première électrode est formée sur une face d’une seconde plaque de matériau diélectrique, une seconde partie de ladite au moins une ligne inductive est connectée à la première électrode, un via traverse ladite première plaque, et les première et seconde parties de ladite au moins une ligne inductive sont reliées grâce au via traversant ladite première plaque. Ainsi, la première électrode peut être placée sur une première carte électronique et chaque seconde électrode sur une autre carte électronique installée en superposition de la première carte électronique, ce qui permet d’aisément adapter la conception du capteur inductif et capacitif à de nouvelles contraintes de caractérisation d’objet en remplaçant uniquement la carte électronique où est localisée chaque seconde électrode.According to a particular embodiment, said at least one second electrode and the ground plane are formed on one face of a first plate of dielectric material where a first part of said at least one inductive line is placed, the first electrode is formed on a face of a second plate of dielectric material, a second part of said at least one inductive line is connected to the first electrode, a via passes through said first plate, and the first and second parts of said at least one inductive line are connected through via via said first plate. Thus, the first electrode can be placed on a first electronic card and each second electrode on another electronic card installed on top of the first electronic card, which makes it easy to adapt the design of the inductive and capacitive sensor to new constraints. object characterization by replacing only the electronic card where each second electrode is located.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur inductif et capacitif comporte un autre plan de masse, sur la face opposée de ladite seconde plaque à la face où se trouve la première électrode, ledit autre plan de masse présentant un évidement dans lequel est réalisé un via reliant la première électrode à un dispositif de couplage. Ainsi, le couplage entre le capteur inductif et capacitif et les objets à caractériser grâce audit capteur inductif et capacitif est parfaitement maîtrisé pour des mesures fines avec une très grande sensibilité.According to a particular embodiment, the inductive and capacitive sensor comprises another ground plane, on the opposite face of said second plate to the face where the first electrode is located, said other ground plane having a recess in which a via connecting the first electrode to a coupling device. Thus, the coupling between the inductive and capacitive sensor and the objects to be characterized using said inductive and capacitive sensor is perfectly controlled for fine measurements with very high sensitivity.
L’invention concerne également un détecteur comportant un capteur inductif et capacitif tel que mentionné ci-dessus, le détecteur comportant un organe de contrôle apte à injecter le signal électrique de référence, ledit détecteur est configuré pour effectuer une comparaison entre une signature du signal électrique de retour avec une signature de référence prédéterminée et pour générer un signal représentatif de ladite comparaison.The invention also relates to a detector comprising an inductive and capacitive sensor as mentioned above, the detector comprising a control member capable of injecting the reference electrical signal, said detector is configured to perform a comparison between a signature of the electrical signal back with a predetermined reference signature and to generate a signal representative of said comparison.
Selon un mode de réalisation particulier, le détecteur est destiné à être utilisé dans un contexte de reconnaissance d’objets de forme et de composition prédéfinies, et la signature de référence est représentative du signal électrique de retour obtenu lorsqu’un objet ayant lesdites forme et composition prédéfinies est placé sur le capteur inductif et capacitif.According to a particular embodiment, the detector is intended to be used in the context of recognizing objects of predefined shape and composition, and the reference signature is representative of the electrical return signal obtained when an object having said shapes and predefined composition is placed on the inductive and capacitive sensor.
Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d’autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of at least one exemplary embodiment, said description being made in relation to the attached drawings, among which:
- la Fig. 1 illustre schématiquement une vue de dessus d’un capteur inductif et capacitif, dans un mode de réalisation particulier de l’invention ;- Fig. 1 schematically illustrates a top view of an inductive and capacitive sensor, in a particular embodiment of the invention;
- la Fig. 2 illustre schématiquement une vue de côté en coupe simplifiée du capteur inductif et capacitif de la Fig. 1 ;- Fig. 2 schematically illustrates a simplified sectional side view of the inductive and capacitive sensor of FIG. 1;
- la Fig. 3A illustre schématiquement la vue de côté en coupe simplifiée de la Fig. 2, dans une première situation d’utilisation du capteur inductif et capacitif ;- Fig. 3A schematically illustrates the side view in simplified section of FIG. 2, in a first situation of using the inductive and capacitive sensor;
- la Fig. 3B illustre schématiquement la vue de côté en coupe simplifiée de la Fig. 2, dans une seconde situation d’utilisation du capteur inductif et capacitif ;- Fig. 3B schematically illustrates the side view in simplified section of FIG. 2, in a second situation of using the inductive and capacitive sensor;
- la Fig. 4 illustre schématiquement un détecteur intégrant le capteur inductif et capacitif, dans un mode de réalisation particulier de l’invention ;- Fig. 4 schematically illustrates a detector integrating the inductive and capacitive sensor, in a particular embodiment of the invention;
- la Fig. 5 illustre schématiquement un autre agencement du capteur inductif et capacitif ;- Fig. 5 schematically illustrates another arrangement of the inductive and capacitive sensor;
- la Fig. 6A illustre schématiquement un agencement d’unité de contrôle du détecteur ; et- Fig. 6A schematically illustrates an arrangement of the detector control unit; and
- la Fig. 6B illustre schématiquement un organigramme d’un algorithme implémenté par l’unité de contrôle du détecteur.- Fig. 6B schematically illustrates a flow diagram of an algorithm implemented by the detector control unit.
La Fig. 1 illustre schématiquement une vue de dessus d’un capteur inductif et capacitif 100, dans un mode de réalisation particulier de l’invention. Le capteur inductif et capacitif 100 est un capteur qui est à la fois inductif et capacitif. On peut aussi parler de capteur inducto-capacitif.Fig. 1 schematically illustrates a top view of an inductive and capacitive sensor 100, in a particular embodiment of the invention. The inductive and capacitive sensor 100 is a sensor which is both inductive and capacitive. We can also speak of an inducto-capacitive sensor.
Le capteur inductif et capacitif 100 comporte une première électrode 105, préférentiellement en forme de disque (ou plutôt en forme de cylindre plat). Le capteur inductif et capacitif 100 comporte en outre au moins une seconde électrode 102 concentrique et coplanaire avec la première électrode 105, placée à une certaine distance de la première électrode 105. Lorsque le capteur inductif et capacitif 100 comporte plusieurs secondes électrodes 102, chaque seconde électrode 102 est concentrique et coplanaire avec la première électrode 105 et avec toute autre seconde électrode 102. Cela signifie que les secondes électrodes 102 ont des tailles différentes et sont placées de manière concentrique les unes dans les centres évidés des autres, comme schématiquement représenté sur la Fig. 1.The inductive and capacitive sensor 100 comprises a first electrode 105, preferably in the form of a disc (or rather in the form of a flat cylinder). The inductive and capacitive sensor 100 further comprises at least one second electrode 102 concentric and coplanar with the first electrode 105, placed at a certain distance from the first electrode 105. When the inductive and capacitive sensor 100 comprises several second electrodes 102, each second electrode 102 is concentric and coplanar with the first electrode 105 and with any other second electrode 102. This means that the second electrodes 102 have different sizes and are placed concentrically one in the hollow centers of the other, as schematically represented in the Fig. 1.
Les secondes électrodes 102, ainsi que la première électrode 105, peuvent prendre des formes variées, par exemple elliptiques ou pseudo-rectangulaires. Préférentiellement, chaque seconde électrode 102 est en forme de couronne. Chaque seconde électrode 102 a un rayon intérieur qui est supérieur au rayon du disque formé par la première électrode 105. En d’autres termes, en considérant une quantité TV, telle que N > 1, de secondes électrodes 102 et en considérant que chaque seconde électrode 102 est identifiée avec un ordre n dont la valeur augmente en s’éloignant de la première électrode 105, chaque seconde électrode 102 d’ordre //, tel que 1 <n<N, a un rayon intérieur qui est supérieur au rayon extérieur de la seconde électrode 102 d’ordre n-1.The second electrodes 102, as well as the first electrode 105, can take various forms, for example elliptical or pseudo-rectangular. Preferably, each second electrode 102 is in the form of a crown. Each second electrode 102 has an internal radius which is greater than the radius of the disc formed by the first electrode 105. In other words, by considering a quantity TV, such as N> 1, of second electrodes 102 and by considering that each second electrode 102 is identified with an order n whose value increases as it moves away from the first electrode 105, each second electrode 102 of order //, such that 1 <n <N, has an inside radius which is greater than the outside radius of the second electrode 102 of order n-1.
Le capteur inductif et capacitif 100 comporte en outre un plan de masse 101 coplanaire avec la première électrode 105 et chaque seconde électrode 102. Le plan de masse 101 présente un disque évidé dont le rayon est supérieur au rayon extérieur de toute seconde électrode 102 et qui est concentrique avec la première électrode 105 et chaque seconde électrode 102. Le plan de masse 101, de dimensions transversales finies, sert de blindage au capteur inductif et capacitif 100.The inductive and capacitive sensor 100 further comprises a ground plane 101 coplanar with the first electrode 105 and each second electrode 102. The ground plane 101 has a hollow disc whose radius is greater than the outside radius of any second electrode 102 and which is concentric with the first electrode 105 and each second electrode 102. The ground plane 101, of finite transverse dimensions, serves as shielding for the inductive and capacitive sensor 100.
L’encombrement net du capteur inductif et capacitif 100 est représenté par la largeur D d’un évidement pratiqué dans le plan de masse 101 pour placer chaque seconde électrode 102. Préférentiellement, la largeur D est choisie telle que :The net size of the inductive and capacitive sensor 100 is represented by the width D of a recess made in the ground plane 101 to place each second electrode 102. Preferably, the width D is chosen such that:
Λ/100 <D <2/10 où λ représente la longueur d’onde dans le vide correspondant à la fréquence la plus élevée d’excitation du capteur inductif et capacitif 100.Λ / 100 <D <2/10 where λ represents the wavelength in vacuum corresponding to the highest excitation frequency of the inductive and capacitive sensor 100.
L’agencement formé par la première électrode 105, chaque seconde électrode 102 et le plan de masse 101 présente ainsi des fentes 103 entre la première électrode 105 et la seconde électrode 102 d’ordre 1 (Le. la seconde électrode 102 placée au plus près de la première électrode 105), entre le plan de masse 101 et la seconde électrode d’ordre N> 1, et lorsque le capteur inductif et capacitif 100 comporte plusieurs secondes électrodes 102, entre toute seconde électrode d’ordre n tel que 1 < n <N et toute autre seconde électrode 102 d’ordre n-1.The arrangement formed by the first electrode 105, each second electrode 102 and the ground plane 101 thus has slots 103 between the first electrode 105 and the second electrode 102 of order 1 (Le. The second electrode 102 placed closest of the first electrode 105), between the ground plane 101 and the second electrode of order N> 1, and when the inductive and capacitive sensor 100 has several second electrodes 102, between any second electrode of order n such that 1 < n <N and any other second electrode 102 of order n-1.
Le capteur inductif et capacitif 100 comporte en outre au moins une ligne inductive 104 reliant chaque seconde électrode 102 à la première électrode 105, de manière à lui conférer le caractère inductif recherché. Préférentiellement, chaque ligne inductive 104 est un ruban conducteur reliant toute seconde électrode 102 avec la première électrode 105. Lorsque le capteur inductif et capacitif 100 comporte une pluralité de lignes inductives 104, lesdites lignes inductives 104 sont préférentiellement placées selon des axes respectifs passant par le centre de la première électrode 105 et sont angulairement équiréparties, comme schématiquement représenté sur la Fig. 1.The inductive and capacitive sensor 100 further comprises at least one inductive line 104 connecting each second electrode 102 to the first electrode 105, so as to give it the desired inductive character. Preferably, each inductive line 104 is a conductive tape connecting any second electrode 102 with the first electrode 105. When the inductive and capacitive sensor 100 comprises a plurality of inductive lines 104, said inductive lines 104 are preferably placed along respective axes passing through the center of the first electrode 105 and are angularly distributed equally, as schematically shown in FIG. 1.
La première électrode 105, chaque seconde électrode 102 et le plan de masse 101 sont métalliques, par exemple obtenus par métallisation, c’est-à-dire par dépôt (« coating » en anglais) d’une couche de métal sur un matériau diélectrique sur lequel ont préalablement été placées les lignes inductives 104.The first electrode 105, each second electrode 102 and the ground plane 101 are metallic, for example obtained by metallization, that is to say by deposition ("coating" in English) of a layer of metal on a dielectric material on which the inductive lines 104 have previously been placed.
Grâce à l’agencement présenté ci-dessus, le capteur inductif et capacitif 100 présente une réponse capacitive et inductive agile en fonction de la forme et des propriétés diélectriques des objets placés dans une zone de sensibilité dudit capteur inductif et capacitif 100. A surface d’encombrement équivalente, la consommation énergétique du capteur inductif et capacitif 100 est moindre en comparaison à l’état de la technique, grâce à une impédance équivalente plus faible liée à une surface de métallisation moindre. De plus, la combinaison des secondes électrodes 102 et des lignes inductives 104 crée des dipôles électriques et magnétiques équivalents qui permettent d’augmenter la sensibilité du capteur inductif et capacitif 100 et donc son aptitude à discriminer des objets différents par leur forme et/ou leur composition. En effet, la combinaison des secondes électrodes 102 et des lignes inductives 104 forme des résonateurs qui sont équivalents à des systèmes LC à capacité et inductance en parallèle, et qui ont des fréquences de résonance différentes, ce qui permet d’augmenter significativement la sensibilité du capteur. A noter que la sensibilité du capteur inductif et capacitif 100 est en outre améliorée en augmentant la quantité de secondes électrodes 102 (pour une surface d’encombrement donnée).Thanks to the arrangement presented above, the inductive and capacitive sensor 100 has an agile capacitive and inductive response as a function of the shape and dielectric properties of the objects placed in a sensitivity zone of said inductive and capacitive sensor 100. 'equivalent footprint, the energy consumption of the inductive and capacitive sensor 100 is lower compared to the prior art, thanks to a lower equivalent impedance related to a lower metallization surface. In addition, the combination of the second electrodes 102 and the inductive lines 104 creates equivalent electric and magnetic dipoles which make it possible to increase the sensitivity of the inductive and capacitive sensor 100 and therefore its ability to discriminate different objects by their shape and / or their composition. Indeed, the combination of the second electrodes 102 and the inductive lines 104 forms resonators which are equivalent to LC systems with capacitance and inductance in parallel, and which have different resonant frequencies, which makes it possible to significantly increase the sensitivity of the sensor. Note that the sensitivity of the inductive and capacitive sensor 100 is further improved by increasing the amount of second electrodes 102 (for a given overall surface area).
Dans un mode de réalisation particulier, le plan de masse 101 comporte au moins un réseau de fentes 120 apte à effectuer un filtrage de compatibilité électromagnétique (CEM). Dans chaque réseau de fentes 120, les fentes 120 en question sont de taille identique et angulairement équiréparties autour de l’ensemble formé par la première électrode 105 et ladite au moins une seconde électrode 102.In a particular embodiment, the ground plane 101 comprises at least one network of slots 120 capable of performing electromagnetic compatibility (EMC) filtering. In each network of slots 120, the slots 120 in question are of identical size and angularly distributed around the assembly formed by the first electrode 105 and said at least one second electrode 102.
Lesdites fentes 120 peuvent prendre différentes formes. Lesdites fentes 120 ont préférentiellement des formes circulaires, comme illustré sur la Fig. 1, ce qui facilite leur réalisation. En considérant que Do représente le diamètre des fentes 120 les plus proches de la plus grande seconde électrode 102, et que les réseaux de fentes 120 sont ordonnés par un index m qui augmente en s’éloignant de la plus grande seconde électrode 102, les autres fentes 120 ont un diamètre Dm tel que Dm= (m + 1) * Do, sachant que Do est défini comme suit :Said slots 120 can take different forms. Said slots 120 preferably have circular shapes, as illustrated in FIG. 1, which facilitates their realization. Considering that Do represents the diameter of the slots 120 closest to the largest second electrode 102, and that the networks of slots 120 are ordered by an index m which increases with the distance from the largest second electrode 102, the others slots 120 have a diameter D m such that D m = (m + 1) * Do, knowing that Do is defined as follows:
Dq < Λ/100D q <Λ / 100
Et au sein d’un même réseau de fentes 120, les fentes 120 en question sont espacées d’un pas Pm tel que Pm = 2*Dm..And within the same network of slots 120, the slots 120 in question are spaced apart by a pitch P m such that P m = 2 * D m ..
Ce réseau de fentes 120 participe ainsi à une bonne maîtrise de couplages non souhaités, c’est-à-dire de couplages parasites, entre le capteur inductif et capacitif 100 et d’autres composants électroniques d’un détecteur dans lequel ledit capteur inductif et capacitif 100 est intégré et/ou de couplages non souhaités avec un autre capteur placé à proximité. Le dimensionnement du réseau de fentes 120 dépend des couplages parasites susceptibles d’être rencontrés et de la sensibilité recherchée au vu des objets destinés à être placés dans la zone de sensibilité dudit capteur inductif et capacitif 100.This network of slots 120 thus participates in a good control of unwanted couplings, that is to say parasitic couplings, between the inductive and capacitive sensor 100 and other electronic components of a detector in which said inductive sensor and capacitive 100 is integrated and / or unwanted couplings with another sensor placed nearby. The dimensioning of the network of slots 120 depends on the parasitic couplings likely to be encountered and on the sensitivity sought in view of the objects intended to be placed in the sensitivity zone of said inductive and capacitive sensor 100.
La Fig. 2 illustre schématiquement une vue de côté en coupe simplifiée du capteur inductif et capacitif 100 schématiquement représenté sur la Fig. 1. La vue en coupe simplifiée de la Fig. 2 passe par l’axe central du disque de la première électrode 105. Sur cet axe central se trouve un via 109 reliant la première électrode 105 à un dispositif de couplage 108 à travers une plaque de matériau diélectrique 106. Le dispositif de couplage 108 est adapté pour connecter un organe de contrôle 400 au capteur inductif et capacitif 100 de sorte que l’organe de contrôle 400 est apte à injecter un signal électrique de référence par le via 109 et pour recevoir en réponse un signal électrique de retour par ledit via 109.Fig. 2 schematically illustrates a simplified sectional side view of the inductive and capacitive sensor 100 schematically represented in FIG. 1. The simplified sectional view of FIG. 2 passes through the central axis of the disc of the first electrode 105. On this central axis is a via 109 connecting the first electrode 105 to a coupling device 108 through a plate of dielectric material 106. The coupling device 108 is adapted to connect a control member 400 to the inductive and capacitive sensor 100 so that the control member 400 is able to inject a reference electrical signal via via 109 and to receive a return electrical signal by said via 109 .
Préférentiellement, comme illustré sur la Fig. 2, le capteur inductif et capacitif 100 comporte un autre plan de masse 107 placé sur la face opposée de la plaque de matériau diélectrique 106 par rapport au plan de masse 101. Cet autre plan de masse 107 apporte un blindage complémentaire au capteur inductif et capacitif 100.Preferably, as illustrated in FIG. 2, the inductive and capacitive sensor 100 includes another ground plane 107 placed on the opposite face of the plate of dielectric material 106 relative to the ground plane 101. This other ground plane 107 provides additional shielding to the inductive and capacitive sensor 100.
La première électrode 105, chaque seconde électrode 102, le plan de masse 101 et l’autre plan de masse 107 sont obtenus par métallisation, c’est-à-dire par dépôt (« coating » en anglais) d’une couche de métal.The first electrode 105, each second electrode 102, the ground plane 101 and the other ground plane 107 are obtained by metallization, that is to say by deposition ("coating" in English) of a layer of metal .
Le signal électrique de référence peut prendre diverses formes en fonction des objets à caractériser grâce audit capteur inductif et capacitif 100, que ce soit dans le domaine fréquentiel ou temporel : ondes porteuses non modulées, ou modulées, ou train d’impulsions périodiques, etc.The reference electrical signal can take various forms depending on the objects to be characterized by said inductive and capacitive sensor 100, whether in the frequency or time domain: unmodulated, or modulated carrier waves, or periodic pulse train, etc.
Les Figs. 3A et 3B illustrent schématiquement la vue de côté en coupe simplifiée de la Fig. 2, respectivement dans des première et seconde situations d’utilisation du capteur inductif et capacitif 100. Par souci de simplification, la description est ici présentée uniquement pour le champ électrique. Le même principe s’applique pour en sus le champ électromagnétique, en présentant les lignes de forces des champs électrique et magnétique.Figs. 3A and 3B schematically illustrate the side view in simplified section of FIG. 2, respectively in first and second situations of use of the inductive and capacitive sensor 100. For the sake of simplification, the description is presented here only for the electric field. The same principle applies to the electromagnetic field in addition, by presenting the lines of force of the electric and magnetic fields.
Sur la Fig. 3A, un premier objet 301 est placé sur le capteur inductif et capacitif 100. En injectant le signal électrique de référence dans la première électrode 105 grâce au via 109, un premier champ électrique 311 est généré. Le premier champ électrique 311 dépend notamment des caractéristiques diélectriques du premier objet 301 et donc de sa forme et de sa composition. Le premier champ électrique 311 est donc différent du champ électrique obtenu en l’absence d’objet à proximité du capteur inductif et capacitif 100. Le signal électrique de retour ainsi obtenu dépend du premier champ électrique 311 généré, et est donc différent du champ électrique obtenu en l’absence d’objet à proximité du capteur inductif et capacitif 100.In Fig. 3A, a first object 301 is placed on the inductive and capacitive sensor 100. By injecting the reference electrical signal into the first electrode 105 through via 109, a first electric field 311 is generated. The first electric field 311 depends in particular on the dielectric characteristics of the first object 301 and therefore on its shape and its composition. The first electric field 311 is therefore different from the electric field obtained in the absence of an object near the inductive and capacitive sensor 100. The return electric signal thus obtained depends on the first electric field 311 generated, and is therefore different from the electric field obtained in the absence of an object near the inductive and capacitive sensor 100.
Sur la Fig. 3B, un second objet 302 est placé sur le capteur inductif et capacitif 100. Le second objet 302 est de forme et/ou de composition différentes du premier objet 301. En injectant le signal électrique de référence dans la première électrode 105 grâce au via 109, un second champ électrique 312 est généré. Le second champ électrique 312 dépend notamment des caractéristiques diélectriques du second objet 302 et donc de sa forme et de sa composition. Le second champ électrique 312 est donc différent du champ électrique obtenu en l’absence d’objet à proximité du capteur inductif et capacitif 100, et est aussi différent du champ électrique 311 obtenu avec le premier objet 301. Le signal électrique de retour ainsi obtenu dépend du second champ électrique 312 généré, et est donc différent du signal électrique de retour obtenu en l’absence d’objet à proximité du capteur inductif et capacitif 100, et est aussi différent du signal électrique de retour obtenu avec le premier objet 301.In Fig. 3B, a second object 302 is placed on the inductive and capacitive sensor 100. The second object 302 is of different shape and / or composition from the first object 301. By injecting the reference electrical signal into the first electrode 105 through via 109 , a second electric field 312 is generated. The second electric field 312 depends in particular on the dielectric characteristics of the second object 302 and therefore on its shape and composition. The second electric field 312 is therefore different from the electric field obtained in the absence of an object near the inductive and capacitive sensor 100, and is also different from the electric field 311 obtained with the first object 301. The return electrical signal thus obtained depends on the second electric field 312 generated, and is therefore different from the electric return signal obtained in the absence of an object near the inductive and capacitive sensor 100, and is also different from the electric return signal obtained with the first object 301.
Considérons de manière illustrative que le second objet 302 est de même composition que le premier objet 301 mais de dimensions plus importantes. Du fait des dimensions du premier objet 301 comme illustré schématiquement sur la Fig. 3A, le résonateur correspondant à la seconde électrode 102 d’ordre n = 1 subit une excitation notablement plus forte qu’en l’absence d’objet, contrairement aux résonateurs d’ordre supérieur qui sont peu influencés par la présence dudit premier objet 301. Et du fait des dimensions du second objet 302 comme illustré schématiquement sur la Fig. 3B, ce sont les résonateurs correspondant aux secondes électrodes 102 d’ordre n = 1 et n = 2 qui pourraient subir une excitation notablement plus forte.Let us consider by way of illustration that the second object 302 is of the same composition as the first object 301 but of larger dimensions. Due to the dimensions of the first object 301 as illustrated schematically in FIG. 3A, the resonator corresponding to the second electrode 102 of order n = 1 undergoes a significantly stronger excitation than in the absence of an object, unlike higher order resonators which are little influenced by the presence of said first object 301 And because of the dimensions of the second object 302 as illustrated diagrammatically in FIG. 3B, it is the resonators corresponding to the second electrodes 102 of order n = 1 and n = 2 which could undergo a significantly stronger excitation.
Les différences dans le signal électrique de retour qui sont engendrées par la différence de forme et/ou de composition entre les objets présentés au capteur inductif et capacitif 100 peuvent alors être exploitées dans le cadre d’un détecteur, tel que décrit ci-après en relation avec les Figs. 4 à 6.The differences in the electrical return signal which are generated by the difference in shape and / or composition between the objects presented to the inductive and capacitive sensor 100 can then be exploited in the context of a detector, as described below in relationship with Figs. 4 to 6.
La Fig. 4 illustre schématiquement un détecteur 450 intégrant le capteur inductif et capacitif 100, dans un mode de réalisation particulier de l’invention.Fig. 4 schematically illustrates a detector 450 integrating the inductive and capacitive sensor 100, in a particular embodiment of the invention.
Le détecteur 450 comporte le capteur inductif et capacitif 100 et l’organe de contrôle 400, qui sont interconnectés par un lien 407 pour faire transiter le signal électrique de référence et le signal électrique de retour, ainsi que par un lien 408 pour partager une masse commune. Le capteur inductif et capacitif 100 est vu par l’organe de contrôle 400 comme un composant électronique à admittance variable Fe, dont la valeur diffère selon si un objet est présent dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100 et, lorsqu’un objet est présent dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100, de la forme et de la composition dudit objet.The detector 450 comprises the inductive and capacitive sensor 100 and the control member 400, which are interconnected by a link 407 for passing the reference electrical signal and the return electrical signal, as well as by a link 408 for sharing a mass. common. The inductive and capacitive sensor 100 is seen by the control unit 400 as a variable admittance electronic component Fe, the value of which differs depending on whether an object is present in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100 and, when object is present in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100, the shape and the composition of said object.
L’organe de contrôle 400 comporte une unité de contrôle UC 410, détaillée ciaprès en relation avec la Fig. 6A. L’organe de contrôle 400 comporte en outre un oscillateur OSC 411, un circulateur CIR 412, un compteur C 413 et un comparateur COMP 414. Le circulateur CIR 412 est un organe électronique qui permet d’assurer une circulation de signaux électriques entre différentes entrées et sorties (voire entrées-sorties), selon un schéma de circulation de courant prédéfini. Le circulateur CIR 412 est ainsi adapté à permettre d’injecter le signal électrique de référence et de recevoir le signal électrique de retour par une même ligne de transmission.The control unit 400 comprises a control unit UC 410, detailed below in relation to FIG. 6A. The control unit 400 further includes an OSC 411 oscillator, a CIR 412 circulator, a C 413 counter and a COMP 414 comparator. The CIR 412 circulator is an electronic unit which ensures the circulation of electrical signals between different inputs and outputs (or even inputs-outputs), according to a predefined current flow diagram. The CIR 412 circulator is thus adapted to allow the reference electrical signal to be injected and the return electrical signal to be received by the same transmission line.
L’unité de contrôle UC 410 génère une tension Ve injectée en entrée de l’oscillateur OSC 411 par un lien 402. En sortie de l’oscillateur OSC 411, un lien 403 fournit le signal électrique de référence en entrée du circulateur CIR 412. Un lien 407 relie une entrée-sortie du circulateur CIR 412 à la première électrode 105 du capteur inductif et capacitif 100 grâce au dispositif de couplage 108. Le circulateur CIR 412 est cadencé par un signal d’horloge fourni par exemple par l’unité de contrôle UC 410 via un lien 401. Le circulateur CIR 412 est configuré pour injecter le signal électrique de référence dans le capteur inductif et capacitif 100 par le lien 407 et pour recevoir, par ce même lien 407, le signal électrique de retour obtenu en réponse au signal électrique de référence. Le circulateur CIR 412 est configuré pour propager le signal électrique de retour en entrée du compteur C 413 par un lien 405. La sortie du compteur C 413 est connectée en entrée du comparateur COMP 414 par un lien 406. Le comparateur COMP 414 est configuré pour effectuer une comparaison entre le signal électrique présent sur le lien 407 et le signal électrique de référence, tel qu’injecté dans le capteur inductif et capacitif 100. En effet, comme le lien 407 est utilisé en transmission et en réception, le comparateur COMP 414 est utilisé pour retirer le signal électrique de référence du signal qui est capté sur le lien 407 et qui est mis en forme par le compteur C 413.The control unit UC 410 generates a voltage Ve injected at the input of the oscillator OSC 411 by a link 402. At the output of the oscillator OSC 411, a link 403 provides the reference electrical signal at the input of the circulator CIR 412. A link 407 connects an input-output of the CIR circulator 412 to the first electrode 105 of the inductive and capacitive sensor 100 thanks to the coupling device 108. The CIR circulator 412 is clocked by a clock signal supplied for example by the unit of UC 410 control via a link 401. The CIR 412 circulator is configured to inject the reference electrical signal into the inductive and capacitive sensor 100 by the link 407 and to receive, by this same link 407, the return electrical signal obtained in response to the reference electrical signal. Circulator CIR 412 is configured to propagate the electrical return signal at the input of counter C 413 by a link 405. The output of counter C 413 is connected to the input of comparator COMP 414 by a link 406. Comparator COMP 414 is configured to make a comparison between the electrical signal present on the link 407 and the reference electrical signal, as injected into the inductive and capacitive sensor 100. Indeed, as the link 407 is used in transmission and in reception, the comparator COMP 414 is used to remove the reference electrical signal from the signal which is picked up on the link 407 and which is shaped by the counter C 413.
L’organe de contrôle 400 est configuré pour effectuer une comparaison du signal électrique de retour avec une signature de référence prédéterminée. Cette comparaison peut être effectuée au sein du comparateur COMP 414, ou préférentiellement au sein de l’unité de contrôle UC 410. Cette signature de référence est préalablement déterminée en fonction du contexte d’application du détecteur 450 et est stockée dans l’organe de contrôle 400 (par exemple dans une mémoire du comparateur COMP 414).The controller 400 is configured to compare the return electrical signal with a predetermined reference signature. This comparison can be made within the COMP 414 comparator, or preferably within the UC 410 control unit. This reference signature is determined beforehand according to the context of application of the detector 450 and is stored in the control 400 (for example in a memory of comparator COMP 414).
Selon un premier mode de réalisation du détecteur 450, le détecteur 450 est utilisé dans un contexte de simple détection de présence d’un objet dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100. Dans ce cas, la signature de référence est représentative du signal électrique de retour obtenu lorsqu’aucun objet n’est placé sur le capteur inductif et capacitif 100. Une différence entre la signature effective du signal électrique de retour et la signature de référence indique alors qu’un objet est présent dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100.According to a first embodiment of the detector 450, the detector 450 is used in the context of simple detection of the presence of an object in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100. In this case, the reference signature is representative of the electrical return signal obtained when no object is placed on the inductive and capacitive sensor 100. A difference between the effective signature of the electrical return signal and the reference signature then indicates that an object is present in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100.
Selon un second mode de réalisation du détecteur 450, le détecteur 450 est utilisé dans un contexte de reconnaissance d’objets de forme et de composition prédéfinies. Dans ce cas, la signature de référence est représentative du signal électrique de retour obtenu lorsqu’un objet ayant lesdites forme et composition prédéfinies est placé dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100. Une différence entre la signature effective du signal électrique de retour et la signature de référence indique alors soit qu’aucun objet n’est présent dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100, soit qu’un objet est effectivement présent dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100, mais de forme et/ou de composition différentes de ce qui est attendu.According to a second embodiment of the detector 450, the detector 450 is used in the context of recognizing objects of predefined shape and composition. In this case, the reference signature is representative of the electrical return signal obtained when an object having said predefined shape and composition is placed in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100. A difference between the effective signature of the electrical signal of return and the reference signature then indicates either that no object is present in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100, or that an object is actually present in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100, but of different shape and / or composition than what is expected.
Selon un troisième mode de réalisation du détecteur 450, les premier et second modes de réalisation du détecteur 450 sont combinés de sorte à faire effectuer deux comparaisons par le détecteur 450. Une première comparaison est faite selon le premier mode de réalisation du détecteur 450 pour détecter une présence d’objet, et si tel est le cas, une seconde comparaison est faite selon le second mode de réalisation du détecteur 450 pour vérifier si l’objet détecté est de forme et de composition attendues.According to a third embodiment of the detector 450, the first and second embodiments of the detector 450 are combined so as to make two comparisons made by the detector 450. A first comparison is made according to the first embodiment of the detector 450 to detect presence of an object, and if this is the case, a second comparison is made according to the second embodiment of the detector 450 to verify whether the object detected is of expected shape and composition.
En sortie du comparateur COMP 414 est fourni, sur un lien 404, un signal de résultat de détection qui est représentatif du résultat des opérations de comparaison effectuées par le comparateur COMP 414. Par exemple, ce signal de résultat de détection est transmis à des indicateurs lumineux et/ou sonores permettant d’indiquer à un utilisateur si un objet est détecté par le capteur inductif et capacitif 100 et/ou si un objet de forme et de composition prédéfinies est détecté par le capteur inductif et capacitif 100. Préférentiellement, ce signal de résultat de détection est transmis à l’unité de contrôle UC 410 par le lien 404 pour traitement. Un tel traitement peut par exemple consister à formater des messages dédiés pour envoi sur une interface 409 de communication adaptée pour communiquer avec une unité de traitement externe, comme un téléphone intelligent (« smartphone » en anglais) sur lequel est lancée une application reposant sur I’utilisation dudit détecteur 450.At the output of the comparator COMP 414 is supplied, on a link 404, a detection result signal which is representative of the result of the comparison operations carried out by the comparator COMP 414. For example, this detection result signal is transmitted to indicators light and / or sound allowing to indicate to a user if an object is detected by the inductive and capacitive sensor 100 and / or if an object of predefined shape and composition is detected by the inductive and capacitive sensor 100. Preferably, this signal of the detection result is transmitted to the control unit UC 410 by the link 404 for processing. Such processing can for example consist in formatting dedicated messages for sending on a communication interface 409 adapted to communicate with an external processing unit, such as a smart phone (“smartphone” in English) on which an application based on I is launched. use of said detector 450.
La Fig. 5 illustre schématiquement un autre agencement du capteur inductif et capacitif 100, dans un mode de réalisation particulier de l’invention.Fig. 5 schematically illustrates another arrangement of the inductive and capacitive sensor 100, in a particular embodiment of the invention.
Comparativement à l’agencement de la Fig. 2, chaque seconde électrode 102 de l’agencement de la Fig. 5 est toujours coplanaire avec le plan de masse 101, mais n’est pas coplanaire avec la première électrode 105, bien que restant concentrique avec la première électrode 105 (le centre de chaque seconde électrode 102 est sur un axe, perpendiculaire à la première électrode 105, passant par le centre de la première électrode 105). Chaque seconde électrode 102 et le plan de masse sont formés sur une face d’une plaque 106a de matériau diélectrique, et la première électrode est formée sur une face d’une autre plaque 106b de matériau diélectrique. Ces plaques 106a, 106b sont superposées l’une à l’autre de telle sorte que chaque seconde électrode 102 est apparente. Chaque ligne inductive est construite en plusieurs parties : une première partie 104a relie chaque seconde électrode 102 concernée à un via qui traverse la plaque 106a pour permettre à ladite ligne inductive d’atteindre la face opposée de la plaque 106a ; une seconde partie 104c relie ledit via à la première électrode 105, ladite seconde partie 104c étant préférentiellement réalisée sur ladite face opposée de la plaque 106a ; et une troisième partie 104b est constituée dudit via lui-même. La liaison inductive reliant chaque seconde électrode 102 avec la première électrode 105 est ainsi assurée. L’agencement de la Fig. 5 est en outre tel que le dispositif de couplage 108, et éventuellement l’autre plan de masse 107, sont réalisés sur la face de la plaque 106b opposée à celle où est placée la première électrode 105, de la même manière que précédemment décrit en relation avec la Fig. 2. L’agencement de la Fig. 5 permet de placer la première électrode 105 sur une première carte électronique et de placer chaque seconde électrode 102 sur une autre carte électronique installée en superposition de la première carte électronique, et donc de pouvoir aisément adapter la conception du capteur inductif et capacitif 100 à de nouvelles contraintes de caractérisation d’objet en remplaçant uniquement la carte électronique où est localisée chaque seconde électrode 102.Compared to the arrangement of Fig. 2, each second electrode 102 of the arrangement of FIG. 5 is always coplanar with the ground plane 101, but is not coplanar with the first electrode 105, although remaining concentric with the first electrode 105 (the center of each second electrode 102 is on an axis, perpendicular to the first electrode 105, passing through the center of the first electrode 105). Each second electrode 102 and the ground plane are formed on one side of a plate 106a of dielectric material, and the first electrode is formed on one side of another plate 106b of dielectric material. These plates 106a, 106b are superimposed on each other so that each second electrode 102 is visible. Each inductive line is constructed in several parts: a first part 104a connects each second electrode 102 concerned to a via which passes through the plate 106a to allow said inductive line to reach the opposite face of the plate 106a; a second part 104c connects said via to the first electrode 105, said second part 104c being preferably produced on said opposite face of the plate 106a; and a third part 104b consists of said via itself. The inductive link connecting each second electrode 102 with the first electrode 105 is thus ensured. The arrangement of FIG. 5 is further such that the coupling device 108, and possibly the other ground plane 107, are produced on the face of the plate 106b opposite that where the first electrode 105 is placed, in the same manner as previously described in relationship with Fig. 2. The arrangement of FIG. 5 makes it possible to place the first electrode 105 on a first electronic card and to place each second electrode 102 on another electronic card installed on top of the first electronic card, and therefore to be able to easily adapt the design of the inductive and capacitive sensor 100 to new object characterization constraints by replacing only the electronic card where each second electrode 102 is located.
La Fig. 6A illustre schématiquement un agencement de Γ unité de contrôle UC 410, selon un mode de réalisation particulier. L’unité de contrôle UC 410 comprend alors, reliés par un bus de communication 510 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 500 ; une mémoire vive RAM (« Random AccessFig. 6A schematically illustrates an arrangement of UC control unit UC 410, according to a particular embodiment. The UC 410 control unit then comprises, connected by a communication bus 510: a processor or CPU ("Central Processing Unit" in English) 500; a random access memory RAM ("Random Access
Memory» en anglais) 501 ; une mémoire morte ROM («Read Only Memory» en anglais) 502, ou une mémoire réinscriptible EEPROM (« Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory » en anglais), ou une mémoire Flash ; une unité de stockage, telle qu’un disque dur HDD (« Hard Disk Drive » en anglais), ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur 503 de cartes SD (« Secure Digital » en anglais) ; et préférentiellement au moins une interface COM 504, par exemple de type USB (« Universal Serial Bus » en anglais), Bluetooth ou Wi-Fi, permettant à l’unité de contrôle UC 410 de communiquer avec l’unité de traitement externe susmentionnée.Memory ”in English) 501; a read-only memory ROM ("Read Only Memory" in English) 502, or a rewritable memory EEPROM ("Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory" in English), or a Flash memory; a storage unit, such as a hard disk drive (HDD), or a storage medium reader, such as a reader 503 SD cards ("Secure Digital" in English); and preferably at least one COM 504 interface, for example of the USB ("Universal Serial Bus"), Bluetooth or Wi-Fi type, allowing the control unit UC 410 to communicate with the above-mentioned external processing unit.
Le processeur 500 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la mémoire RAM 501 à partir de la mémoire ROM 502, d’une mémoire externe, d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque l’unité de contrôle UC 410 est mise sous tension, le processeur 500 est capable de lire de la mémoire RAM 501 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant une implémentation, par l’organe de contrôle 400, d’un algorithme de contrôle du capteur inductif et capacitif 100 tel que décrit ci-après en relation avec la Fig. 6B.The processor 500 is capable of executing instructions loaded in the RAM memory 501 from the ROM memory 502, from an external memory, from a storage medium (such as an SD card), or from a network. Communication. When the UC 410 control unit is powered up, the processor 500 is able to read and execute instructions from RAM memory 501. These instructions form a computer program causing an implementation, by the controller 400, of an algorithm for controlling the inductive and capacitive sensor 100 as described below in relation to FIG. 6B.
Tout ou partie de cet algorithme de contrôle du capteur inductif et capacitif 100 peut ainsi être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« FieldProgrammable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais).All or part of this control algorithm of the inductive and capacitive sensor 100 can thus be implemented in software form by execution of a set of instructions by a programmable machine, for example a DSP (“Digital Signal Processor” in English) or a microcontroller, or be implemented in hardware form by a dedicated machine or component, for example an FPGA ("FieldProgrammable Gate Array" in English) or an ASIC ("Application-Specific Integrated Circuit" in English).
D’une manière générale, l’organe de contrôle 400 comporte de la circuiterie électronique configurée pour implémenter tout ou partie de cet algorithme de contrôle du capteur inductif et capacitif 100.In general, the control unit 400 includes electronic circuitry configured to implement all or part of this algorithm for controlling the inductive and capacitive sensor 100.
La Fig. 6B illustre schématiquement un organigramme d’un algorithme de contrôle du capteur inductif et capacitif 100.Fig. 6B schematically illustrates a flow diagram of an algorithm for controlling the inductive and capacitive sensor 100.
Dans une étape 601, l’organe de contrôle 400 injecte le signal électrique de référence dans le capteur inductif et capacitif 100.In a step 601, the control unit 400 injects the reference electrical signal into the inductive and capacitive sensor 100.
Dans une étape 602, l’organe de contrôle 400 capte, en réponse au signal électrique de référence injecté, le signal électrique de retour correspondant. Comme précédemment indiqué, le signal électrique de retour capté a une signature qui dépend de la présence d’un objet dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100, et le cas échéant, de la forme et de la composition dudit objet.In a step 602, the control member 400 picks up, in response to the injected reference electrical signal, the corresponding return electrical signal. As previously indicated, the received electrical return signal has a signature which depends on the presence of an object in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100, and if necessary, on the shape and composition of said object.
Dans une étape 603, l’organe de contrôle 400 effectue une comparaison de la signature du signal électrique de retour capté avec une signature de référence 5 prédéterminée, comme déjà expliqué ci-dessus.In a step 603, the control unit 400 performs a comparison of the signature of the received electrical return signal with a predetermined reference signature 5, as already explained above.
Dans une étape 604, l’organe de contrôle 400 génère un signal, par exemple sous forme de message selon un protocole de communication prédéfini, représentatif du résultat de la comparaison effectuée à l’étape 603. Par exemple, ce signal indique si un objet est détecté dans la zone de sensibilité du capteur inductif et capacitif 100 10 et/ou si un objet détecté est de forme et de composition attendues.In a step 604, the control unit 400 generates a signal, for example in the form of a message according to a predefined communication protocol, representative of the result of the comparison carried out in step 603. For example, this signal indicates whether an object is detected in the sensitivity zone of the inductive and capacitive sensor 100 10 and / or if an object detected is of expected shape and composition.
L’algorithme de la Fig.The algorithm in Fig.
6B est préférentiellement exécuté de manière périodique. En variante de réalisation, l’algorithme de la Fig.6B is preferably executed periodically. As an alternative embodiment, the algorithm of FIG.
6B est exécuté sur événement déclencheur (i.e. à la demande), par exemple par détection d’un appui par un utilisateur sur un bouton dédié de l’organe de contrôle 400 ou sur réception par 15 l’interface 409 d’une commande en provenance de l’unité de traitement externe susmentionnée.6B is executed on a triggering event (ie on demand), for example by detection of a press by a user on a dedicated button of the control unit 400 or on reception by the interface 409 of a command from of the above-mentioned external processing unit.
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