KR102088607B1 - 검출 표면에 대한 물체의 압력 및 접근 및/또는 접촉을 검출하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

검출 표면에 대한 물체의 압력 및 접근 및/또는 접촉을 검출하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 검출 장치(300)에 관한 것으로서,
- 검출 표면(104) 상에서 물체(102)에 의해 가해지는 하중에 의해, 국소적으로 탄성적으로 변형가능한 거리(D)에 의해 서로로부터 분리되어 있는 제2 전극(108), 및 측정 전극(106), 및
- 접근 및 접촉을 나타내는 커패시턴스를 측정하기 위해 전극들(106, 108)을 교류 가드 전위(Vg)에 연결하기 위해; 또한
- 압력을 나타내는 커패시턴스를 측정하기 위해, 제2 전극(108)을 가드 전위(Vg)에 비례하고 다른 진폭을 가지는 제2 전위에, 또는 접지 전위(G)에 연결하기 위해
- 배치되는 제어 수단(116)을 포함한다.
이것은 또한 이러한 검출 장치를 이용하는 검출 방법에 관한 것이다.

Description

검출 표면에 대한 물체의 압력 및 접근 및/또는 접촉을 검출하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 한편으로는 검출 표면에 물체의 접근 및 접촉을, 다른 한편으로 이 표면 상의 이 물체의 압력을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다. 이것은 또한 이러한 장치를 이용하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술분야는 이에 한정되지는 않지만, 특히 로봇공학 분야에 있어서, 전자 장치가 이웃하는 물체들을 검출하는 것을 가능하게 해주는, 전자 장치에 대한 물체들의 용량성 검출을 위한 인터페이스들에 있다.
전자 장치들은 점점 자율적인 방식으로 그 환경과 상호작용한다. 이 자율적인 상호작용은 대부분, 특히 이 장치가 로봇일 때, 이동가능하든 아니든 간에, 장치에 접촉하거나 또는 그 근방에 위치되는 물체들/사람들을 검출할 가능성을 필요로 한다. 이러한 접촉 및 접근의 검출은 접촉 및/또는 접근을 검출하기 위한 센서들, 특히 용량성 센서들에 구비된 검출 표면을 이용해 수행된다.
이 상호작용을 완료하기 위해, 접촉 및 접근에 더하여, 이 장치의 검출 표면 상에 물체에 의해 가해지는 압력, 힘 또는 하중을 검출하는 것이 필요한 것처럼 보인다. 현재 장치의 검출 표면 상의 압력을 검출하기 위한 센서들이 존재한다.
하지만, 접근 및 접촉 센서들에 이미 구비된 검출 표면에 이러한 압력 검출 센서의 추가는 비용이 들고, 부피가 커지고 또 복잡하다는 것이 알려져 있다. 이에 더하여, 접근 및 접촉의 검출에 전용되는 센서들 및 압력의 검출에 전용되는 센서들의 병치(juxtaposition)는 이 센서들의 작동 및 효율성을 저하시키는 상호 간섭들을 생성한다.
본 발명의 목적은 상기에서 언급된 단점들을 극복하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 한편으로는 접근 및/또는 접촉을, 다른 한편으로는 검출 표면 상의 물체의 압력, 및/또는 이 검출 표면 상의 이 물체에 의해 가해되는 힘 또는 하중을 검출하는 것을 가능하게 해주는, 하나의 센서 장치를 제안하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 한편으로는 접근 및/또는 접촉을, 다른 한편으로는 압력, 힘 또는 하중을 검출하는 것을 가능하게 해주는, 접근 및 접촉의 검출에 전용되는 하나의 센서 및 압력, 힘 또는 하중의 검출에 전용되는 다른 하나의 센서인, 2 개의 현존하는 센서들의 병치에 비하여 부피가 더 작고, 비용이 덜 들고 덜 복잡한, 하나의 센서 장치를 제안하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 신뢰도(reliability) 및 좋은 신인성(dependability)을 가지는, 한편으로 접근 및/또는 접촉을, 다른 한편으로 압력, 힘 또는 하중을 검출하는 것을 가능하게 해주는, 하나의 센서 장치를 제안하는 데 있다.
이 목적들 중 적어도 하나는 검출 표면(detection surface)에 대하여 물체(object)를 검출하기 위한 장치로 달성되는데, 이 장치는
- 측정 전극으로 지칭되는, 적어도 하나의 전극, 및
- 상기 측정 전극을 향하여 배치되는, 적어도 하나의 제2 전극을 포함하고;
상기 전극들은 상기 검출 표면 상에 상기 물체에 의해 가해지는 하중에 의해, 특히 국소적으로, 탄성적으로 변형가능한, 거리에 의해 분리되고;
- 상기 전극들에 접지 전위(ground potential)와 다른,
- 가드 전위(guard potential)로 지칭되는, 하나의 동일한 교류 전위(alternating potential), 또는
- 실질적으로 동일한 교류 전위들을 적용하고, 이로써 상기 측정 전극과 상기 물체 사이의, 전극-물체 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스에 대한 제1 전기 신호를 측정하고, 상기 제1 신호, 및 결과적으로 상기 전극-물체 커패시턴스는 상기 검출 표면과 상기 물체의 접근 및/또는 접촉을 나타내고; 또한
- 상기 제2 전극에
- 상기 가드 전위에 비례하고 다른 진폭을 갖는 제2 전위, 또는
- 상기 접지 전위를 적용하고, 이로써 상기 측정 전극에 의해 보여지는, 총 커패시턴스(total capacitance)로 지칭되는, 상기 커패시턴스에 대한 제2 전기 신호를 측정하기 위해 배치되는 적어도 하나의 제어 수단을 포함하고, 상기 제2 신호 및 결과적으로 상기 총 커패시턴스는 상기 검출 표면에 상기 물체에 의해 가해지는 압력, 힘 또는 하중을 나타내는 것을 특징으로 한다.
그러므로, 본 발명에 따른 장치는 하나의 측정 전자부품 및 전극들의 하나의 세트로, 한편으로 상기 검출 표면에 물체의 접근 및 접촉인, 제1 정보 항목을 나타내는 제1 신호를, 다른 한편으로 상기 검출 표면 상에 상기 물체에 의해 가해지는 압력, 힘 또는 하중인, 제2 정보 항목을 나타내는 제2 신호를 측정하는 것을 가능하게 해준다.
결론적으로, 본 발명에 따른 장치는, 접근 및 접촉의 검출을 위한 하나의 센서, 및 압력의 검출을 위한 다른 하나의 센서인, 2 개의 전용 센서들의 병치에 비하여 사용되기에 비용이 덜 들고, 부피가 더 작고 덜 복잡하다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 장치는 서로 간섭할 수 있는 2 개의 독립적인 센서들을 이용하는 구성에 비하여 더 나은 검출 성능을 가진다.
실시예들에 따르면, 제어 모듈은 또한 상기 전극-물체 커패시턴스가 미리 결정된 임계 커패시턴스에 도달하거나, 또는 상기 물체와 상기 검출 표면 사이의 접촉을 나타내는, 임계 커패시턴스들의 미리 결정된 범위 내에 있을 때 상기 총 커패시턴스에 대한 상기 제2 전극 신호를 측정하도록 상기 제2 전위 또는 상기 접지 전위를 상기 제2 전극에 적용하기 위해 배치될 수 있다.
물론, 상기 제1 및 제2 전기 신호의 측정을 시작하는 것은 또한 다른 기준의 함수로서, 또는 단순히 주기적으로 또는 교대로 수행될 수 있다.
전기적 전위는 전극들에, 이에 한정되지는 않지만, 이 전극들을 이 전위에 전기적으로 연결하는 것에 의해, 또는 이 전극들을 직접 또는 전자적 구성요소들 및/또는 트랙들을 통해 종속시키거나 또는 배선들 및/또는 다른 전기적 커플링의 방식(전기장, 인덕션)으로 연결하는 것에 의해, 이 전기 전위에 또는 이 전기 전위를 생성하는 소스에 적용될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 맥락에서, 전기적 전위에서 전기적으로 편향하는 전극들은 예를 들어 이 전극들을 상기 전기적 전위에 종속하거나, 또는 이 전기적 전위를 상기 전극들에 적용하는 것을 의미할 수 있다.
"접지 전위"는 전자부품 또는 전자부품의 일부에 대한 기준 전위를 의미한다. 접지 전위는 또한 지면 또는 지면 전위(earth potential)에 대응할 수 있다.
전기적 전위들은, 일반성의 손실 없이, 이들을 생성하는 소스의 기준점일 수 있는 전기적 기준, 또는 접지 전위와 같은 일반적인 기준 전위에 대하여 정의될 수 있다.
"교류 전위"는 0가 아닌 주파수에서 적어도 하나의 주파수 성분을 가지고 시간에 따라 가변되는 전위를 의미한다.
가드 전위는 이로써 이에 한정되지는 않지만, 상기 접지 전위에 대하여, 정의(또는 이를 기준으로)될 수 있다. 이 경우에 있어서, 가드 전위는 또한 0으로 간주되는 상기 접지 전위에 대한 전위 차에 대응할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 가드 전위는, 어떠한 형태, 특히 사인파, 구형파, 삼각파 등일 수 있다. 이 전위는 직접, 또는 펄스 폭 변조(PWM) 기술을 이용해 생성될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, (측정 전극 및 제2 전극과 같은) 전극들에 적용되는 교류 전위들은 이들이 (이용되는 측정 전자부품으로) 이 전극들 사이의 이용가능한 커패시턴스 측정들을 생성되지 않을 때 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다. 이하는 특히 예를 들어 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 교류 전기적 전위들로 언급될 수 있다:
- 하나의 동일한 시간적인 형태(사인파, 구형파, 삼각파 등)을 갖는 교류 전위들, 하나의 동일한 변동 진폭 및 하나의 동일한 위상 (또는 다시 말하면 동시에 변하는);
- 적어도 하나의 작업 주파수에서 동일한 진폭 및 위상을 갖는 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 교류 전위들.
상기 전극들은 이용되는 측정 전자부품을 가지고 이용가능한 커패시턴스 측정을 생성하지 않지만 각각의 전극에 대하여 선택적으로 같지 않은 다른 성분들을 가지는 다른 전위들 및 각각의 전극에 대하여 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 "접지 전위"로 지칭되는 교류 전기적 전위의 중첩에 대응하는, 전역 전위(global potential)에 종속하거나, 또는 편향될 수 있다.
따라서, 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이 측정 전자부품들의 실시예들에 따르면, 물체-전극 커패시턴스는 DC 성분, 또는 측정 전자부품들의 검출을 위한 패스밴드 내에 있지 않은 주파수 성분, 또는 가드 전위의 스칼라 곱의 의미에서 직교하는(즉, 항목 간의 곱들의 합이 0) 파형을 갖는 다른 성분과 같이 서로 다른 성분들 및 동일한 교류 전기적 가드 전위를 포함하는 제2 전극 전역 전위들에 그리고 측정 전극에 각각 적용하는 것에 의해 측정될 수 있다.
제2 전위는 제2 전극에 적용될 때, (이용되는 측정 전자부품을 가지고) (가드 전위에서) 측정 전극과 이 제2 전극 사이의 커패시턴스의 측정을 생성하는 전위에 대응한다. 이를 위해, 가드 전위와 다른 진폭을 가져야 한다. 또한 가드 전위에 대응하는 경우에 있어서는, 0 진폭을 가질 수 있다.
제2 전위는 또한 가드 전위에 비례하는 것으로 정의된다. 이것은 상기에서 설명된 바와 같이, 다른 진폭을 가지지만, 가드 전위와 파형 및/또는 주파수 및 위상의 측면에서 동일한 성분을 포함하는 것을 의미한다.
이 진폭은 바람직하게 가드 전위의 진폭보다 작지만, 또한 더 클 수 있다. 그러므로, 특히 제2 전위들의 예들로서 언급하는 것이 가능하다:
- 하나의 동일한 시간적인 형태(사인파, 구형파, 삼각파 등)을 갖는 교류 전위들, 다른 변동 진폭을 가지지만 가드 전위와, 하나의 동일한 위상(또는 다른 말하면 동시에 변하는);
- 다른 진폭을 가지지만, 적어도 하나의 작업 주파수에서 동일한 위상을 갖는 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 교류 전위.
제2 전극에 접지 전위 대신 0가 아닌 진폭의 제2 전위를 적용하는 사실은 전극-물체 커패시턴스보다 훨씬 더 클 수 있는 총 커패시턴스의 측정의 민감도 또는 게인을 조정하는 것을 가능하게 해준다:
- 제2 전극에 접지 전위를 적용하는 것에 의해, 가드 전위에 대응하는 전위 차는 측정 전극과 이 제2 전극 사이에 획득되고;
- 제2 전극에 0가 아닌 진폭의, 가드 전위에 비례하는 제2 전위를 적용하는 것에 의해, 측정 전극과 이 제2 전극 사이에서, (진폭의 적절한 선택에 대하여) 가드 전위보다 작은 전위 차를 획득하는 것이 가능하다.
물론, 상기에서와 같이, 측정 전극들 및 제2 전극들이, 이용되는 측정 전자부품을 가지고 이용가능한 커패시턴스 측정을 생성할 수 없지만 각각의 전극에 있어서 선택적으로 같지 않은 다른 성분들을 가지고 다른 전위들 및 가드 전위 또는 제2 전위의 중첩에 각각 대응하는, 전역 전위에 편향되거나 또는 종속될 수 있음에 유의해야 한다.
본 발명에 따른 장치는 측정 전극에 연결되고 또한 총 커패시턴스에 대한 제2 신호 및 전극-물체 커패시턴스에 대한 제1 신호를 측정하는 것을 가능하게 해주는 측정 전자부품을 포함할 수 있다.
유리하게, 측정 전극에 의해 보여지는, 전극-물체 커패시턴스에 대한 이 제1 신호 및 총 커패시턴스에 대한 이 제2 신호는, 하나의 동일한 측정점에서 측정될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 장치의 구현은 단순해진다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 용량성 피드백 성분을 포함하는 임피던스를 갖는 연산 증폭기를 구현하는 회로를 가지는 측정 전자부품을 포함할 수 있는데, 측정 전극 또는 전극들은 이 연산 증폭기의 음의 입력에 연결된다.
측정 전자부품들은 이로써 예를 들어 피드백 커패시턴스를 갖는 전하 증폭기를 이용할 수 있다.
연산 증폭기를 이용하는 회로는 어떠한 형태로, 특히 아날로그 또는 디지털로 생성할 수 있는데, 연산 증폭기 기능을 수행하는 것을 가능하게 해준다.
연산 증폭기는 이상적인 무한대의 임피던스를 갖는 음의 입력 및 양의 입력을 갖는, 당업자에게 잘 알려진 성분 모델(component model)이고, 또한 이상적인 무한대의 게인을 가지고 증폭되는, 입력들에 적용되는 전위들의 차에 대응하는 신호를 출력에서 생성함을 기억해야 한다.
본 발명에 따른 장치는 또한 전하들을 전기적 또는 디지털 신호로의 변환을 위한 회로를 구현하는 회로(스위칭되는 커패시턴스 등)를 갖는 측정 전자부품들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 연산 증폭기를 구현하는 회로는 가드 전위를 기준으로 하는 전기 공급부에 의해 공급될 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 연산 증폭기를 구현하는 회로는 접지를 기주느로 하는 전기 공급부에 의해 공급될 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 이하의 요소들 중 적어도 하나를 이용하는 적어도 하나의 복조 수단을 갖는 측정 전자부품들을 포함할 수 있다:
- 동기화된 복조기;
- 진폭 검출기;
- 디지털 복조기.
일반적으로, 동기화된 복조기는 저대역통과 필터 및 캐리어 신호를 갖는 측정 신호의 곱셈을 수행하는 곱셈기(multiplier)에 의해 표현되거나, (또는 이를 포함)할 수 있다.
캐리어 신호는, 가드 전위(또는 접지와 가드 전위 사이의 적어도 전위 차로부터)이거나, 또는 이로부터 유도되거나, 또는 이를 포함할 수 있다.
진폭 검출기(또는 비동기화된 복조기)는 다이오드 정류기, 선택 스위치들 또는 2차 검출기, 및 저대역통과 필터와 같은 정류 요소(rectifying element)에 의해 표현되거나(또는 이를 포함)할 수 있다. 이것은 전류 검출기로부터 발생하는 변조된 측정 신호의 진폭을 획득하는 것을 가능하게 해준다.
복조 수단은 또한 복조 전에 배치되는 통과대역(pass band) 또는 앤티-앨리어싱(anti-aliasing) 저대역통과 필터들을 포함할 수 있다.
물론, 복조 수단은 디지털 및/또는 아날로그 형태로 생성될 수 있다. 이들은 특히 동기화된 복조, 진폭 검출 또는 다른 복조 연산을 디지털적으로 수행하는 아날로그-디지털 컨버터 및 마이크로프로세서 및/또는 FPGA를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 제어 모듈에 의해 제어되는, 차단기(contact breaker)와 같은, 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 포함할 수 있고, 이것은:
- 제1 위치에서: 적어도 하나의 제2 전극을 가드 전위에 연결하고; 및
- 제2 위치에서: 적어도 하나의 제2 전극을 접지 전위 또는 제2 전위에 연결한다.
수 개의 전극들을 이용하는 실시예들에 있어서, 제어가능한 스위치는
- 모든 제2 전극들을 가드 전위 또는 접지 전위 또는 제2 전위에 동시에 연결하거나; 또는
- 하나 또는 복수의 제2 전극들을 접지 전위 또는 제2 전위에 그리고 다른 제2 전극들을 가드 전위에 선택적으로 연결하도록 정렬될 수 있다.
실시예의 예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 유리하게도 가드 전위를 모든 전극들에 공급하는 하나의 소스를 포함할 수 있다.
또는, 본 발명에 따른 장치는
- 가드 전위를 적어도 하나의 측정 전극에 공급하는 제1 소스, 및
- 제1 신호의 측정 동안, 가드 전위를 적어도 하나의 제2 전극에 공급하고, 또한 적절하다면, 제2 신호의 측정 동안 제2 전위를 적어도 하나의 제2 전극에 공급하는 제2 소스를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 제2 소스는 제1 소스에 독립적이거나, 또는 제1 소스에 종속하거나 또는 구속될 수 있거나, 또는 제1 소스와 (진동기 또는 파 생성기와 같은) 공통 요소들을 공유할 수 있다.
제1 실시예의 예에 있어서, 제2 소스는 켜져서 제1 신호의 측정 동안 가드 전위를 공급하게 되고, 제2 신호의 측정 동안 제2 전위를 공급하게 된다. 특히, 제2 소스의 진폭은 제어 수단에 의해 제어될 수 있다.
제2 실시예의 예에 있어서, 제2 소스는 제1 신호의 측정 동안 켜지고 제2 신호의 측정 동안 꺼진다. 특히, 제2 소스는 제어 수단에 의해 켜지고 꺼질 수 있다.
다른 실시예의 예에 있어서, 제2 소스는 내내 전력이 지속적으로 공급될 수 있다. 이 경우에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 적어도 하나의 제2 전극을
- 제1 신호의 측정 동안 제2 소스에; 그리고
- 제2 신호의 측정 동안 접지에 연결하는 제어가능한 스위치를 포함할 수 있다.
이 제어가능한 스위치는 특히 제어 수단에 의해 제어될 수 있다.
제어 모듈은 설명되는 제어 동작들을 수행하기 위해 구성되는 프로세서 또는 전자 칩일 수 있다.
이러한 프로세서, 또는 이러한 전자 칩은 이 제어 동작들의 수행을 전용으로 하거나 또는 그렇지 않을 수 있다.
유리하게도, 본 발명에 따른 장치는 또한 상기 총 커패시턴스 및 상기 전극-물체 커패시턴스의 함수로서, 상기 측정 전극과 상기 제2 전극 사이의, 전극-간 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스를 계산하기 위해 구성되는 적어도 하나의 계산 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 계산 모듈은 이하의 관계:
Figure 112019068155470-pct00001
에 따라 총 커패시턴스(CT)로부터 상기 전극-물체 커패시턴스(Ceo)의 감산에 의해 전극-간 커패시턴스(Cie)를 계산하기 위해 구성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 전극-물체 커패시턴스는 이전의 측정으로부터 획득될 수 있다. 이것은 또한 기록된 측정일 수 있다.
총 커패시턴스 측정이 상기 전극-물체 커패시턴스와 임계 커패시턴스(Cs) 또는 미리 결정된 범위의 임계 커패시턴스들과의 비교의 함수로서 수행될 때, 이 임계 커패시턴스(Cs)는 전극-간 커패시턴스를 계산하기 위해 전극-물체 커패시턴스의 값으로서 이용될 수 있다.
이 임계 커패시턴스는 고정된, 예를 들어 공장에서 미리 결정된 것일 수 있다.
이 임계 커패시턴스는 또한 적응적일 수 있다. 이 경우에 있어서, 이것은 예를 들어 이전의 측정들, 히스토리 측정 및/또는 이후에 설명되는 것과 같은 측정 환경의 함수로서 결정되거나 또는 갱신될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한
- 상기 제1 신호(및/또는 속도, 경로, 움직임, 제스쳐 등)의 함수로서 상기 물체와 상기 검출 표면 사이의 거리 또는 접촉(또는 반-접촉(semi-contact))을 결정하고, 및/또는
- 상기 제2 신호의 함수로서 상기 검출 표면 상에 상기 물체에 의해 적용되는 하중, 힘 또는 압력을 결정하기 위해 구성되는 적어도 하나의 계산 모듈을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 계산 모듈은 계산에 의해 또는 이전에 설립된 기준 테이블과의 비교에 의해 상기 거리(또는 접촉), 각각의 상기 하중(또는 힘 또는 압력)을 결정할 수 있다.
적어도 하나의 계산 모듈은
- 상기 제1 측정된 신호 또는 상기 신호의 디지털화된 버전의 함수로서 직접; 또는
- 측정되거나 또는 디지털화된, 상기 제1 신호로부터 유도되는 전극-물체 커패시턴스 값으로부터
상기 거리 또는 접촉을 결정할 수 있다.
적어도 하나의 계산 모듈은
- 상기 제2 측정된 신호 또는 상기 신호의 디지털화된 버전의 함수로서 직접; 또는
- 측정되거나 또는 디지털화된, 상기 제2 신호로부터 추론되는 총 커패시턴스 값으로부터; 또는
- 상기 총 커패시턴스 및 상기 임계 커패시턴스의 함수로서 계산되는, 전극-간 커패시턴스 값으로부터
상기 부하(또는 힘 또는 압력)을 결정할 수 있다.
유리하게도, 상기 측정 전극 및 상기 제2 전극은 유전체 물질을 포함하거나 또는 이에 의해 형성되는 특히 국소적으로, 탄성적으로 압축가능한, 층(layer)에 의해 분리될 수 있다.
이 유전체 물질은 예를 들어
- 오일과 같은, 유전체 유체;
- 실리콘에 기반한 중합체와 같은, 유전체 중합체; 또는
- 폴리에스테르 또는 실리콘으로 만들어지는 발포제(foam)와 같은, 유전체 발포제를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어
- 유전체 물질의 표면 상에, 예를 들어 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프로세스로 증착되는, 전도성 잉크의 증착으로부터;
- 진공 증착 프로세스에 의해 증착되거나 또는 에칭 프로세스에 의해 식각되는, 탄소 또는 금속 산화물들(인듐 주석 산화물 또는 ITO, 아연 산화물 또는 ZnO))과 같은 구리, 은 또는 다른 전도성 물질들과 같은, 금속 물질들의 층들로부터;
- 금속 등의 하나의 또는 수 개의 층들을 갖는, 인쇄회로기판 또는 유사한, 강건한, 반-강건한 또는 유연한 (유전체 에폭시, 폴리이미드, PET 등)으로부터;
- 전도성 중합체들로;
- 직물(woven) 또는 편물(knitted) 등의 전도성 물질(금속 등)로부터 만들어지는 배선들을 갖는, 직물(fabric) 또는 직물의 층들의 형태로, 생성되는 하나 또는 그 이상의 측정 전극들 및/또는 제2 전극들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 하나 또는 그 이상의 투명한 측정 전극들 및/또는 제2 전극들을 포함할 수 있다. 이러한 전극들은 폴리에텔렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)와 같은 투명한 중합체 유전체의 층 상에, 예를 들어 인듐 주석 산화물(또는 ITO)와 같은, 예를 들어 투명한 전도성 산화물의 증착으로 생성될 수 있다.
측정 전극들 및 제2 전극들 중 적어도 하나의 연결 트랙들 또한 투명할 수 있다.
탄성적으로 압축가능한 분리 층 또한 투명한 유전체 물질로부터 생성될 수 있다. 이를 위해, 이것은 예를 들어 유연한 투명한 플라스틱으로부터 또는 폴리디메틸실록산(PolyDiMethylSiloxane, 또는 PDMS)로부터 생성될 수 있다.
대안적으로 또는 이에 더하여, 상기 측정 전극은 상기 제2 전극으로부터 소정의 거리에 그리고 그 위에 배치되는, 직물(예를 들어 직물 또는 편물 구조)과 같은, 유연한 물질로부터 생성되는, 지지부 상에 또는 그 안에, 또는 그 아래에 배치되고, 또한 하중이 상기 지지부 상에 가해질 때 적어도 국소적으로 변형된다.
이 경우에 있어서, 측정 전극 또는 전극들은 직물 또는 편물 등의 전도성 물질(금속 등)로부터 만들어지는 배선들을 갖는, 예를 들어 직물로, 또는 직물 또는 직물의 층들의 형태로 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 수 개의 측정 전극들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 특히 상기 검출 표면 평면 내에 분포되는 복수의 측정 전극들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는
- 수 개의, 특히 모든 상기 측정 전극들에 대향하여 배치되는 적어도 하나의 제2 전극;
- 적어도 하나의, 특히 각각의 측정 전극에 대하여, 상기 측정 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극;
- 적어도 하나의, 특히 각각의 측정 전극에 대하여, 상기 측정 전극에 대향하여 배치되는 수 개의 제2 전극들;
상기의 구성들 중 적어도 하나에 따라 배치되는 하나 또는 그 이상의 제2 전극들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 상기 가드 전위에서 편향되는 적어도 하나의 추가적인 가드 전극을 또한 포함할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제2 전극들은 가드 평면으로 지칭되는, 평면 내에, 또는 그 위에 배치될 수 있고, 상기 가드 평면은 상기 추가적인 가드 전극 또는 전극들을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는
- 행들과 열들로 구성되는, 측정 전극들의 어레이; 및
- 하나 또는 그 이상의 제2 전극(들)에 의해 구성되는, 적어도 하나의 행, 각각의 열에 대향하는, 각각의 행, 각각의 열의 측정 전극들을 포함할 수 있다.
이 경우에 있어서 하나의 동일한 행, 각각의 하나의 동일한 열의 상기 제2 전극들은 동일한 전위일 수 있다. 다시 말하면, 하나의 동일한 행, 하나의 동일한 열의 상기 제2 전극들의 전위는, 공통으로 조정/변형된다.
상기 제2 전극들이 가드 평면 내에, 또는 그 위에 배치된 때, 가드 평면은 상기 측정 전극의 전위로 설정될 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 측정 전자부품들에, "능동 전극(active electrode)"이라고 지칭되는, 하나의 측정 전극을 선택적으로 연결하는 것을 가능하게 해주는 하나의 전극 스위치 및 수 개의 측정 전극들을 포함할 수 있는데, 상기 전극 스위치는 또한 능동 전극과 동일한 전기적 전위에 있는 다른 측정 전극들을 편향시키기 위해 배치된다.
전극 스위치는 특히 순차적으로 복수의, 또는 모든 측정 전극들을 능동 전극으로서 선택하는 것을 가능하게 해줄 수 있다.
그러므로, 수 개의 측정 전극들로 순차적 측정을 수행하기 위해 측정 전자부품들을 이용하는 것을 가능하게 해준다.
그러므로, 복수의 측정 전극들을 갖는 본 발명에 따른 장치는
- 모든 측정 전극들 모두를 순차적으로 폴링하는 것을 가능하게 해주는(순차적 측정들), 전극 스위치 및 하나의 측정 채널을 갖는 측정 전자부품;
- 수 개의 측정 채널들을 이용하는 하나 또는 그 이상의 측정 전자부품들, 그 각각은 전극 스위치를 가지고 측정 전극들의 일 부분을 폴링하는 것을 가능하게 해줌(순차적인 병렬 측정들);
- 측정 전극들 모두를 동시에 폴링하기 위해(병렬 측정들), 전극 스위치 없이, 측정 전극들과 같은 수의 측정 전자부품들 또는 측정 채널들을 포함할 수 있다.
동일한 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 검출 장치를 이용해, 검출 표면에 대한 물체를 검출하기 위한 방법이 제안된다.
특히, 일반적인 정의에 따라, 본 발명에 따른 방법은
- 측정된 제1 신호의 함수로서 상기 적어도 하나의 측정 전극에 의해 보여지는, 전극-물체 커패시턴스로 지칭되는 커패시턴스를 결정하기 위해, 접지 전위와 다른
- 가드 전위로 지칭되는, 하나의 동일한 교류 전위, 또는
- 실질적으로 동일한 교류 전위들을 상기 전극들에 적용하는 것에 의해 수행되는 제1 검출 단계의 적어도 하나의 반복; 및
- 상기 적어도 하나의 제2 전극에
- 상기 가드 전위에 비례하고 다른 진폭을 갖는 제2 전위, 또는
- 상기 접지 전위를 적용하고;
- 측정되는 제2 신호의 함수로서, 상기 적어도 하나의 측정 전극에 의해 보여지는, 총 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스를 결정하는,
상기의 작동들을 포함하는, 제2 검출 단계의 적어도 하나의 반복을 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 또한, 단계들 또는 작동의 측면에서, 버전들/모드들/실시예 예들 각각에 있어서, 상기에서 설명되는 특성들에 따라, 본 발명에 따른 장치에 의해 구현되는 기능들을, 포함할 수 있다.
특히, 제2 검출 단계는 또한 상기 총 커패시턴스 및 상기 전극-물체 커패시턴스의 함수로서 상기 측정 전극과 상기 제2 전극 사이의, 전극-간 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 검출 단계는 상기 전극-물체 커패시턴스가 미리 결정된 임계 커패시턴스에 도달한 때, 또는 물체와 상기 검출 표면 사이의 접촉을 나타내는, 임계 커패시턴스들의 미리 결정된 범위 내에 있을 때 시작될 수 있다.
상기 검출 장치는 상기 검출 표면을 구비하는 복수의 측정 전극들을 포함하고, 상기 제2 검출 단계는 상기 물체가 상기 제1 검출 단계 동안 검출되었던 상기 검출 표면의 영역 내에서만 수행될 수 있다.
그러므로, 상기 제2 검출 단계 동안 전체 검출 표면을 스캔할 필요는 없다.
상기 검출 장치가 복수의 측정 전극들을 포함할 때, 상기 임계 커패시턴스는 적어도 2 개의, 특히 모든 측정 전극들에 대하여 동일할 수 있다.
대안적으로 또는 이에 더하여, 상기 검출 장치가 복수의 측정 전극들을 포함할 때, 적어도 2 개의 전극들에 대하여 사용되는 임계 커패시턴스들은 다를 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 또한, 임계 커패시턴스를 측정 및 기록하는 단계를 포함하는, 캘리브레이션 단계로 지칭되는, 단계를 포함할 수 있다.
이러한 캘리브레이션 단계는 예를 들어:
- 공장 내에서 검출 장치의 제조 동안;
- 특정 캘리브레이션 절차 동안, 이 장치의 이용 동안;
- 주기적으로 측정들의 실행 동안, 이 장치의 이용 동안 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 특히 상기 캘리브레이션 단계는 히스토리 측정, 측정 환경 중 적어도 하나의 요소를 고려하여 임계 커패시턴스의 결정을 포함할 수 있다.
그러므로, 상기 임계 커패시턴스는 특히 검출 표면 상을 누르는, 또는 이에 접촉하는 물체의 존재로 획득되는 전극-물체 커패시턴스 측정들의 히스토리 측정 또는 측정들을 이용해 갱신될 수 있다. 물체의 존재는 예를 들어 특정 캘리브레이션 절차 동안 획득되거나, 또는 총 커패시턴스 측정들로부터 자동적으로 결정될 수 있다.
수 개의 측정 전극들의 존재 시, 상기 임계 커패시턴스는 또한 검출되는 측정 환경의 함수로서 결정(및 조정)될 수 있다. 예를 들어 수 개의 전극들로 접근하는 물체의 크기를 검출하고 또한 예를 들어 접촉중인 물체가 측정 전극을 완전히 커버하는지 여부를 고려하기 위해, 상기 임계 커패시턴스 값을 이 크기의 함수로서 조정하는 것이 가능하다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 상기 장치의 기능을 확인하기 위해, 또한
- 상기 가드 전위를 상기 적어도 하나의 측정 전극에 적용하고;
- 상기 적어도 하나의 제2 전극에 상기 가드 전위에 비례하고 다른 진폭을 갖는 제2 전위, 또는 상기 접지 전위를 적용하고; 또한
- 제3 신호를 측정하는 것에 의해 상기 측정 전극과 상기 제2 전극 사이의, 전극-테스트 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스를 결정하고;
- 상기 전극-테스트 커패시턴스를 제2 미리 결정된 임계 커패시턴스와 비교하는,
상기의 작동들을 포함하는, 상기 물체의 부재시 수행되는, 테스트 단계로 지칭되는, 단계를 더 포함할 수 있다.
이 테스트 단계의 목적은 장치의 기능을 확인하기 위한 것이다.
본 출원서 내에서 제어 물체로 지칭되는, 검출되는 물체는, 예를 들어 장갑을 낀 또는 끼지 않은, 손, 인체의 다른 부분, 예를 들어 플라스틱 또는 금속으로부터 만들어지는, 스타일러스일 수 있다.
검출되는 물체는 또한 공구(tool), 벽 등과 같이, 검출 장치의 환경 내의 어떠한 물체일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 검출 장치를 포함하는 장비 품목(item of equipment)을 위한 검출 층이 제안된다.
본 발명에 따른 장치, 특히 전극들은 이 검출 층 내에 통합되어 있을 수 있다.
장비 품목은 특히 예를 들어 로봇 또는 로봇의 일 부분과 같은, 장치 또는 전자 장치를 포함할 수 있다.
검출 층은, 이 장치의 케이싱 또는 표면 상에 배치되거나, 또는 그 내에 통합되어 있을 수 있다.
대안적으로, 상기 검출 층은 상기 장치에 독립적인, 직물 절단(textile trim)과 같은, 절단 요소의 형태를 가질 수 있다.
상기 검출 층은 또한 예를 들어 휴머노이드 형태의 로봇의 전체 또는 일 부분을 커버할 수 있도록 하는 스킨(또는 민감한 스킨)의 형태를 가질 수 있다. 이 스킨은 인간 피부에 근접한 외관(색, 표면, 촉감 등)을 가지도록 디자인될 수 있다.
이 검출 층은 또한 예를 들어 로봇의 사지의 일 부분 또는 사지 주변에 배치되기에 적절한, 관형 형태인, 절단 부분 또는 요소의 형태를 가질 수 있다.
장비는 또한 침대, 매트리스, 의자 또는 의자 쿠션과 같은, 의료적 용도를 위한 장비 품목 또는 의료용 장비 품목을 포함할 수 있다.
이 경우에 있어서, 검출 층은 특히 시트(sheet) 또는 커버(cover)와 같은 절단 요소의 행태로 생성되거나, 또는 장비 품목의 통합 부분을 형성할 수 있다.
이 경우에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 이에 한정되지 않고, 사람 또는 인체의 존재를 검출하기 위해, 그 위치, (예를 들어 욕창(bedsores)을 방지하기 위해) 가해지는 하중; 움직임들, 그 생리학적 변수들(호흡, 심박수), 습도(소변)의 존재 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 검출 장치가 구비된 장비 품목이 제안된다.
이 검출 장치는 특히 측정 전극 또는 전극들 및 제2 전극 또는 전극들이 장비 품목의 둘레의 적어도 일 부분 상에 배치되도록 정렬될 수 있다.
상기 장비 품목의 실시예들에 따르면:
- 측정 전극 또는 전극들 및 제2 전극 또는 전극들은 상기 장치의 케이싱 또는 표면 상에, 또는 그 내에, 또는 그 아래에 배치될 수 있고;
- 측정 전극 또는 전극들 및 제2 전극 또는 전극들은 상기 장비 품목에 독립적인 절단 요소 내에 배치되고, 또한 상기 장비 품목 상에 장착될 수 있고;
- 제2 전극 또는 전극들은 상기 장치의 케이싱 또는 표면 상에, 또는 그 내에, 또는 그 아래에 배치될 수 있고; 또한 측정 전극 또는 전극들은 상기 장비 품목에 독립적인 절단 요소 내에 배치되고, 또한 상기 장비 품목 상에 장착될 수 있다.
다른 장점들 및 특징들은 첨부된 도면들로부터 한정적이지 않은 예들의 상세한 설명의 조사로 명백해질 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 장치의 제1 한정적이지 않은 실시예의 예의 전기적인 원리의 도면들이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제2 한정적이지 않은 실시예의 예의 전기적인 원리의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제3 한정적이지 않은 실시예의 예의 전기적인 원리의 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제4 한정적이지 않은 실시예의 예의 전기적인 원리의 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 장치 내에 구현될 수 있는 전극들의 서로 다른 구성들의 도면들이다.
도 9는 본 발명에 따른 방법의 한정적이지 않은 실시예의 예의, 흐름도의 형태인, 도면이다.
이하에서 설명되는 실시예들은 한정하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 본 발명의 변형들은 이 특징들의 선택이 종래 기술의 수준에 대하여 본 발명을 구별하거나 또는 기술적인 장점을 부여하기에 충분하다면, 설명되는 다른 특징들로부터 분리하여, 이하에서 설명되는 특징들의 선택 만을 포함하는 것으로 예상될 수 있다. 이 선택은 이 부분만으로도 종래 기술의 수준에 대하여 본 발명을 구별하거나 또는 기술적인 장점을 부여하기에 충분하다면, 구조적인 상세사항들 없이, 또는 구조적인 상세사항들의 일부만을 가지는, 적어도 하나의, 바람직한 기능적인, 특징을 포함한다.
특히, 설명되는 모든 변형들 및 모든 실시예들은 기술적인 관점으로부터 이러한 조합에 이의가 없다면 함께 결합될 수 있다.
도면들에서, 수 개의 도면들에 공통된 요소들은 동일한 참조부호를 유지한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 장치의 제1 한정적이지 않은 실시예의 예의 전기적인 원리의 도면들이다.
도 1a 내지 도 1c에 대략적으로 표현된, 장치(100)는, 접근, 접촉 및 검출 표면(104) 상에 제어 물체(102)에 의해 가해지는 압력을 검출하고자 하는 것이다.
이 물체(102)는 접근 중으로 도 1a에서 검출 표면(104)으로부터 소정의 거리에 있고, 도 1b에서 검출 표면(104)과 접촉하고 도 1c에서 검출 표면 상을 누르고 있다.
도 1a 내지 도 1c에 표현된 장치(100)는 검출 표면(104)에 따라 배치되는, 측정 전극으로 지칭되는, 적어도 하나의 전극(106), 및 이 측정 전극(106)으로부터 아래에 그리고 소정의 거리에 있는, 측정 전극(106)을 향하여 배치되는, 제2 전극으로 지칭되는, 전극(108)을 포함한다.
도시된 실시예들에 있어서, 검출 표면(104)은 제어 물체(102)와 단락을 피하기 위해, 바람직하게 전기적으로 절연 물질(폴리이미드, 절연 바니쉬 등)의 얇은 층으로 덮여 있는, 측정 전극 또는 전극들(106)의 면에 의해 표현된다.
장치(100)는 또한 그 출력이, 예를 들어 커패시터, 저항과 결합된 커패시터, 또는 리셋 또는 방전 스위치와 결합된 커패시터일 수 있는, 임피던스(112)에 의해 그 음의 입력으로 순환(loop)되는, 연산 증폭기(OA)(110)의 형태로 표현될 수 있는 전자 회로를 포함한다. 도시된 예에 있어서, 임피던스(112)는 커패시터(C)에 의해 형성된다.
OA(110)의 출력에 연결되는, 디지털 또는 아날로그 측정 모듈(114)은 OA(110)의 출력 상에서, Vs로 지시되는 신호 또는 전압을 측정 및 복조하는 것을 가능하게 해준다.
장치(100)는 또한 G로 지시되는, 전기적 접지와 다른, Vg로 지시되는, 가드 전위로 지칭되는, 교류 전위를 공급하는, 가드 전기적 소스로 지칭되는, 전기적 소스(E)를 포함한다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 예에 있어서:
- 측정 전극(106)은 OA(110)의 음의 입력에 연결되고, 및
- 전기적 소스(E)는 OA(110)의 양의 입력에 연결된다.
OA(110)의 매우 높은 임피던스 및 개루프 게인으로 인해, OA(110)의 음의 입력에 연결되는 측정 전극(106)이 OA(110)의 양의 입력에 존재하는 것과 동일한 전위에서 편향됨이 고려될 수 있다.
도시된 실시예들에 있어서, 연산 증폭기(OA)(110)는 가드 전위(Vg)를 기준으로 한다. 이를 위해 가드 전위(Vg)를 또한 기준으로 하는 전기 공급 소스(미도시)에 의해 공급된다.
대안적으로, 연산 증폭기(OA)(110)는 접지 전위를 기준으로 할 수 있는데, 전기적 접지 전위(G)를 기준으로 하는 전기적 공급 소스(미도시)에 의해 공급된다.
제어 물체(102)가, 정의에 의해, 저항성 또는 용량성 커플링에 의해 직접 또는 간접적으로 접지 전위(G)에서 보통 편향됨에 유의해야 한다. 물론, 물체가 이 접지 전위(G)에서 완벽하게 편향될 필요는 없다. 검출가능하기 위해, 단지 가드 전위(Vg)와 다른 전위에서 편향되어야 한다.
OA(110)의 출력에 존재하는 전압(Vs)은 가드 전위(Vg)를 기준으로 한다.
일반적인 접지 전위(G)를 기준으로 하는 전압(Vs)을 획득하기 위해, 처리 모듈(114)은 특히 일반적인 접지 전위(G)를 전기적으로 기준으로 하는 차분 증폭기를 포함할 수 있다. 이 차분 증폭기는 입력에서 OA(110)의 출력 및 가드 전위에 각각 연결되고 또한 출력에서 일반적인 접지 전위(G)를 기준으로 하는 Vs의 이미지 신호를 생성한다.
장치(100)는 또한 제2 전극(108)과 전기적 소스(E) 사이에 배치되는, 제어가능한 스위치(118)의 작동을 제어하는 제어 모듈(116)을 포함한다. 제어가능한 스위치(118)는
- 도 1a 및 도 1b에 표시된, 제1 위치에서, 제2 전극(108)을 가드 전위(Vg)에 연결하고; 또한
- 도 1c에 표시된, 제2 위치에서, 제2 전극(108)을 접지 전위(G)에 연결하도록 배치된다.
제어가능한 스위치(118)는, 특히 측정 전극(106)과 제어 물체(102) 사이에 형성되는, 전극-물체 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스(Ceo)가 미리 결정되고 또한 예를 들어 제어 모듈(116) 내, 기록 수단(미도시)에 기록되는, Cs로 지시되는, 미리 결정된 임계 커패시턴스에 도달한 때, 제1 위치에서 제2 위치로 가도록 제어된다. 이 임계 커패시턴스(Cs)는 미리 결정되고 또한 도 1b에 표시된 바와 같이, 제어 물체(102)와 검출 표면(104) 사이의 접촉을 나타낸다.
측정 전극(106)은 측정 전극(106)과 제2 전극(108) 사이의 거리(D)가 검출 표면(104) 상에서 제어 물체(102)에 의해 가해지는 하중에 의해, 국소적으로, 탄성적으로 변형될 수 있도록 배치된다. 특히, 하중이 검출 표면(104) 상에 적용된 때, 측정 전극(106)은 도 1c에 도시된 바와 같이, 제2 전극(108)에 더 근접하게 움직인다. 이를 위해, 측정 전극(106) 및 제2 전극(108)은 예를 들어 발포제 또는 실리콘과 같이, 탄성적으로 압축가능한 유전체 물질에 의해 형성되는 층(120)의 일 측 상에 배치된다.
이러한 상황 하에서, 검출 표면(104)과 제어 물체(102)의 접근 및 접촉은 측정 전극(106)과 제어 물체(102) 사이에 형성되는 커패시턴스(Ceo)의 값의 함수로서 검출된다. 커패시턴스(Ceo)가 임계 커패시턴스(Cs)에 도달한 때, 이것은 물체(102)가 검출 표면(104)과 접촉되어 있음을 지시한다. 이 경우에 있어서, 제어 물체(102)에 의해 가해지는 하중은 측정 전극(106)과 가드 전극(108) 사이에 형성되는, 전극-간 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스(Cie)의 함수로서 검출된다.
검출 표면(104)과 제어 물체(102)의 접근 및 접촉을 나타내는, 커패시턴스(Ceo)를 결정하기 위해, 제1 신호는 측정 전극(106)과 제2 전극(108)을 동일한 교류 전위로, 즉 소스(E)(도 1a)에 의해 공급되는 가드 전위(Vg)로 설정함으로써 주기적으로 측정된다. 이 구성에 있어서:
Figure 112019068155470-pct00002
이 관계 (1)은 측정된 제1 신호(Vs)로부터 전극-물체 커패시턴스(Ceo)의 값을 추론하는 것을 가능하게 해준다.
이 구성에 있어서, 제2 전극(108)은 측정 전극(106)과 함께 기생 커플링(parasitic coupling) 또는 누설 커패시턴스들(leakage capacitances)의 출현을 방지하는 가드 전극으로 행동함에 유의해야 한다.
제어 물체(102)가 검출 표면으로부터 소정의 거리에 있을 때, 전극-물체 커패시턴스(Ceo)는 측정될 필요가 있다.
제어 물체(102)가 검출 표면(104)과 접촉하거나 또는 이 표면에 매우 근접하게 된 때(반-접촉), 검출 표면(104) 상에서 제어 물체(102)의 압력을 나타내는, 전극-간 커패시턴스(Cie)를 측정할 필요가 있다. 이 전극-간 커패시턴스(Cie)는 이하의 방식으로 결정된다.
제어 물체(102)와 검출 표면(104) 사이의 접촉은 커페시턴스(Ceo)가 미리 결정된 임계 값(Cs)(또는 임계 커패시턴스들의 범위)에 도달한 때 결정된다(도 1b). 그 순간에, 제어가능한 스위치(118)는 도 1c에 도시된 바와 같이, 토글되어 가드 전극(108)을 접지 전위(G)에 연결하게 된다. 이 구성에 있어서, 제2 신호(Vs)는 OA(110)의 출력에서 측정된다. 이 제2 신호(Vs)는 측정 전극(106)에 의해 보여지는, 총 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스(CT)를 나타낸다:
Figure 112019068155470-pct00003
이 관계 (2)는 측정된 제2 신호(Vs)로부터 총 커패시턴스(CT)의 값을 추론하는 것을 가능하게 해준다.
그렇지만, 총 커패시턴스(CT)는
- 전극-물체 커패시턴스(Ceo), 및
- 측정 전극(106)과 제2 전극(108) 사이에서 이들의 전위 차로 인해 나타나는 전극-간 커패시턴스(Cie)의 합계에 대응한다.
물체(102)가 제어 표면(104)과 접촉함에 따라, 전극-물체 커패시턴스(Ceo)는 더 이상 변하지 않고 커패시턴스(Cs)와 동일(또는 이에 근접)한다. 결과적으로, 검출 표면(104) 상에서 물체(102)의 압력을 나타내는, 전극-간 커패시턴스(Cie)의 값은, 이하의 관계에 따라, 감산에 의해 획득된다:
Figure 112019068155470-pct00004
또는
Figure 112019068155470-pct00005
이때 CeoT는 접촉 시 물체로 측정되는 전극-물체 커패시턴스이다.
이 구성에 있어서, 제어 물체(102)가 검출 표면(104)에 여전히 접촉되어 있는지 주기적으로 확인할 필요가 있다. 이를 위해, 제어가능한 스위치(118)는 전극-물체 커패시턴스(Ceo)를, 이로써 전극-간 커패시턴스(Cie)을 측정하기 위해 주기적으로 토글되어 가드 전극(108)을 가드 전위(Vg)에 연결하게 된다. 이 Ceo 및 CT의 순차적인 측정들은 전극-물체 커패시턴스가 임계 커패시턴스보다 더 크기만 하면(Ceo≥Cs) 수행된다.
예를 들어 평행-판 커패시터 법칙(parallel-plate capacitor law)을 이용하면, 전극-물체 커패시턴스(Ceo)와 전극-간 커패시턴스(Cie)를, 측정 전극과 물체 사이의 거리, 및 측정 전극과 제2 전극 사이의 거리(D)에 각각 연결하는 것이 가능하다. 하중은 이로써 유전체 물질(120)의 측정되는 두께(D)에 있어서의 편차, 및 그 탄성률(modulus of elasticity)로부터 계산될 수 있다.
측정된 신호들로부터 이 커패시턴스들 각각의 결정은 측정 모듈(114)에 의해, 또는 제어 모듈, 또는 하나 또는 그 이상의 추가적인 계산 모듈들(미도시)에 의해서도 수행될 수 있다.
이를 위해, 가드 전위(Vg), 이후에 저대역통과 필터링에 대응하는 캐리어 신호와 OA(110)로부터 발생하는 신호(Vs)의 곱셈 기능을 수행하는 동기화된 복조기를 이용하는 것도 가능하다.
저대역통과 필터에 이어 정류(rectification)를 포함하는 비동기화된 복조기를 이용하는 것 또한 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 예의 전기적인 원리의 단순화된 도면이다.
도 2에 도시된, 장치(200)는 도 1a 내지 도 1c의 장치(100)의 모든 요소들을 포함한다.
장치(100)과 달리, 장치(200)는 제어가능한 스위치를 포함하지 않고 제2 전극(108)과 접지 전위(G) 사이에 배치되는 제2 소스(E')를 포함한다.
제2 소스(E')는 제어 모듈(116)에 의해 제어되어:
- 제2 소스(E')는 제1 신호의 측정 동안 가드 전위(Vg)와 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 전위(V1)를 공급한다: 이 경우에 있어서 제2 전극(108)은 가드 전위(Vg)에서 (측정 전극(106)과 같이) 편향되고;
- 제2 소스(E')는 제2 신호의 측정 동안 가드 전위(Vg)에 비례하고 이보다 작은 진폭을 갖는 제2 전위(Vg)(V1 = kVg, 여기서 k <1)를 공급한다: 이 경우에 있어서 제2 전극(108)은 전위(V1)에서 편향되고 측정 전극(106)은 가드 전위(Vg)에서 편향된다.
상기에서와 같이, 제2 소스(E')는 커패시턴스(Ceo)가 임계 커패시턴스(Cs)보다 작기만 하다면, 가드 전위(Vg)를 공급하기 위해 제어되고, 그후 커패시턴스(Ceo)가 커패시턴스(Cs)에 도달한 때, 제2 전위(V1 = kVg) 및 가드 전위(Vg)를 교대로 공급하기 위해 제어된다.
실제로, 소스(E) 및 제2 소스(E')는 동일한 형태, 같은 위상의, 그리고 단지 그 진폭만이 다른 신호들을 생성하기 위해 하나의 동일한 진동기 또는 하나의 동일한 함수 생성기로부터 생성된다.
제2 전위의 이용은 최적 상황 하에서 전극-물체 커패시턴스(Ceo) 및 총 커패시턴스(CT)를 검출할 수 있도록 하기 위해 검출의 게인의 조정을 허용하는 장점을 가진다. 사실, 대향하는 표면들 사이의 관계로 인해, 전극 간 커패시티(Cie) 및 이로써 총 커패시티(CT)는 전극-물체 커패시턴스(Ceo)보다 수 배 이상 더 큰 크기일 수 있다.
제2 전위(V1 = kVg)를 이용해, 상기에서 지시된 바와 같이 측정된 신호들은 각각
Figure 112019068155470-pct00006
및
Figure 112019068155470-pct00007
이 된다.
이로써 멀리 있는 물체들에 대응하는 전극-물체 커패시턴스(Ceo)를 검출하기 위해, 그리고 획득된 인자 (1-k)의 감쇠로 인한 포화 없이 총 커패시턴스들(CT)을 검출하기 위해 검출 게인을 최적화하는 것이 가능하다.
대안적으로, 제2 소스(E')는 가드 전위(Vg)를 공급하거나, 또는 제2 전극이 접지 전위(G)에서 편향되도록 꺼지도록 제어 모듈(116)에 의해 제어될 수 있다. 이 경우에 있어서, 도 2의 장치(200)에 있어서, 제어가능한 스위치를 가드 전극(106)과 제2 소스(E') 사이에 추가하는 것 또한 가능하고, 제2 소스(E')를 켜고 끄는 것을 방지하기 위해, 이러한 제어가능한 스위치는 제2 전극(108)을:
- 제1 신호를 측정하기 위해 제2 소스(E')에; 그리고
- 제2 신호를 측정하기 위해 접지 전위(G)에 연결한다.
물론, 제시된 모든 실시예들에 있어서, 총 커패시턴스(CT)의 측정은 전극-물체 커패시턴스(Ceo)가 임계 커패시턴스(Cs)에 도달하는 조건의 검출이 아닌 다른 기준에 따라 수행될 수 있다.
특히, 상기에서 설명된 바와 같이, 동일한 방식으로 그리고 제어 물체(102)가 검출 표면(104)과 접촉하는지 아닌지의 사실을 고려하지 않고 전극-물체 커패시턴스(Ceo) 및 총 커패시턴스(CT)를 주기적으로 또한 순차적으로 측정하는 것이 가능하다.
이 시스템의 만족스러운 작동의 확인을 주기적으로 수행하는 것 또한 가능하다. 이를 위해:
- 물체들(102)의 부재 시 (또는 적어도 전극-물체 커패시턴스(Ceo)의 측정되는 값들이 물체들의 부재에 대응할 만큼 충분히 낮을 때), 총 커패시턴스(CT)의 측정이 수행되고, 이것은 이러한 상황들 하에서 전극-간 커패시턴스(Cie)의 측정에 대응해야 하고;
- 획득되는 전극-간 커패시턴스(Cie)의 값은 예상되는 전극-간 커패시턴스 값 또는 값들의 범위와 비교되고, 차이가 미리 설정된 기준을 만족하지 않으면, 시스템은 결함이 있는 것으로 간주되어 경고가 트리거된다.
예를 들어, 유전체 물질(120)의 노화 또는 비가역 변형들을 고려하고, 이로써 더 정확한 하중 또는 힘 측정들을 생성하기 위해 전극-간 커패시턴스 측정들을 캘리브레이션하는 것 또한 가능하다. 이를 위해:
- 검출 표면에 접촉되는 물체들(102)의 부재 시 (또는 적어도 전극-물체 커패시턴스(Ceo)의 측정되는 값들이 물체들의 부재 또는 검출 표면으로부터 소정의 거리에 있는 물체에 대응할 만큼 충분히 낮을 때), 총 커패시턴스(CT)의 측정이 수행되고, 이것은 이러한 상황들 하에서 전극-간 커패시턴스(Cie)의 측정에 대응해야 하고;
- 이 전극-간 커패시턴스(Cie)의 측정은 "무-하중(no-load)" 값인, 또는 함몰(depression) 없는, 기준 값으로서 이용되거나, 및/또는
- 유전체(120)의 명목상의 두께(즉, 적용되는 응력(stress) 없는)는 이로부터 추론된다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예의 예의 전기적인 원리의 도면이다.
도 3에 도시된, 장치(300)는 도 1a 내지 도 1c의 장치(100)의 모든 요소들을 포함한다.
장치(100)와 달리, 장치(300)는, 측정 전극(106)과 제2 전극(108)에 더하여, 추가적인 가드 전극들(302)을 포함한다.
이 추가적인 가드 전극들(302)은, 측정 전극들(106)과 유사하게, 가드 전위(Vg)에서 편향되고, 이로써 환경과 함께 기생 또는 누설 커플링 커패시턴스들을 제거하기 위해 능동적인 가드 전극들로서 기능한다. 이를 위해, 이들은 도시된 바와 같이, OA(110)의 양의 입력에 연결될 수 있다. 특히, 추가적인 가드 전극들(302)은 이 추가적인 가드 평면(302)의 개구부들에 배치되는 제2 전극들(108)을 갖는 추가적인 노출(openwork) 가드 평면의 형태로 생성될 수 있다.
그러므로, 제1 신호를 측정하기 위해, 모든 전극들(106, 108 및 302)은 가드 전위(Vg)에서 편향된다. 제2 신호의 측정에 있어서, 측정 전극(106) 및 추가적인 가드 전극(302)은 가드 전위(Vg)에서 유지되고 제2 전극(108)은 제어 모듈(116)에 의해 제어되는 스위치(118)에 의해, 접지 전위(G)에 설정된다.
장치(300)는 또한 하나의 동일한 전자 검출 유닛(및 특히 하나의 동일한 OA(110))으로 복수의 측정 전극들(106)을 순차적으로 관리하는 것을 가능하게 해주기 위해 배치된다. 이를 위해, 이것은 측정 전극들(106)을 선택적으로 측정들(능동적인 측정 전극(106))을 수행하기 위해 OA(110)의 음의 입력에 또는 예를 들어 OA(110)의 양의 입력에서 가드 전위(Vg)에 연결하는 것을 가능하게 해주는, 전극 스위치(304)를 포함한다. 전극 스위치(304)는 또한 측정 전극(106)이 OA(110)의 입력에 연결될 때, 이로써 능동적이 되면, 다른 측정 전극들(106)은 가드 전위(Vg)에서 편향되고 가드 요소들에 기여하게 된다.
복수의 측정 전극들(106)을 갖는 구성에 있어서, 제2 전극의 전위를 제어하는 스위치(118)는 다른 방법들로 구성될 수 있다.
제1 신호를 측정하기 위해, 제2 전극들(108) 모두는 가드 전위(Vg)에서 편향된다.
제2 신호를 측정하기 위해, 스위치(118)는
- 모든 제2 전극들(108)을 가드 전위(G)에 연결하거나;
- 또는 (OA(110)의 음의 입력에 연결되는) 능동적인 측정 전극(106)에 반대되는 제2 전극(108)을 가드 전위(G)에 연결하고 또한 다른 모든 제2 전극들(108)을 가드 전위(Vg)에 연결하여 이들이 가드 요소들에 기여하도록 구성될 수 있다.
물론, 대안적인 실시예의 예들은 도 3의 실시예의 예와 도 2를 결합하는 것에 의해, 즉 상기에서 설명된 바와 같이, 제2 신호의 측정에 대한 제2 전위에서 제2 전극들(108)을 편향시키기 위해 제2 소스(E')를 이용하여, 획득될 수 있다.
도 4는 이러한 대안적인 실시예의 예의 전기적인 원리의 도면이다.
복수의 전극들(106)을 관리하기 위해, 상기에서 설명된 바와 같이 전극 스위치(304)를 이용하는 것이 가능하다.
제2 전극 또는 전극들(108)의 전위를 가드 전위(Vg)로, 또는 제2 소스(E')에 의해 생성되는 것과 같은 제2 전위로 스위칭하기 위해 스위치(118)를 이용하는 것 또한 가능하다.
상기에서와 같이, 제2 신호를 측정하기 위해, 스위치(118)는 이로써
- 제2 전극들(108) 모두를 제2 소스(E')의 제2 전위에 연결하거나;
- 또는 (OA(110)의 음의 입력에 연결되는) 능동적인 측정 전극(106)을 향하는 제2 전극(108)을 제2 전위에 연결하고 또한 다른 모든 제2 전극들(108)을 가드 전위(Vg)에 연결하여 이들이 가드 요소들에 기여하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 장치에서 이용될 수 있는 전극들의 제1 구성의 도면이다.
도 5에 표시된, 구성(500)에 있어서, 장치는 복수의 측정 전극들(1061-106N), 및 측정 전극들(1061-106N) 모두에 공통되는 하나의 제2 전극(108)을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 장치에서 이용될 수 있는 전극들의 제2 구성의 도면이다.
도 6에 표시된, 구성(600)에 있어서, 장치는 복수의 측정 전극들(1061-106N), 및 각각의 측정 전극(1061-106N)에 대하여, 개별적인 제2 전극(각각 1081-108N)을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 장치에서 이용될 수 있는 전극들의 제3 구성의 도면이다.
도 7에 표시된, 구성(700)에 있어서, 장치는 복수의 측정 전극들(1061-106N), 및 각각의 측정 전극(1061-106N)에 대하여:
- 개별적인 제2 전극(각각 1081-108N); 및
- 개별적인 노출 추가적인 가드 전극(각각 3021-302N)을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 장치에서 이용될 수 있는 전극들의 제4 구성의 도면이다.
도 8에 표시된, 구성(800)에 있어서, 장치는 복수의 측정 전극들(1061-106N)을 포함할 수 있다.
이 장치는 또한 측정 전극들(1061-106N)의 세트에 공통되고 또한 가드 평면을 형성하는, 하나의 추가적인 가드 전극(302)을 포함한다.
이 장치는 각각의 측정 전극(1061-106N)에 대하여, 하나의 추가적인 가드 전극(302)에 의해 형성되는 가드 평면 내에 삽입되는, 개별적인 제2 전극(각각 1081-108N)을 포함한다.
도 9는 본 발명에 따른 검출 방법의 한정적이지 않은 실시예의, 흐름도의 형태인, 도면이다.
방법(900)은 제어 물체가 검출 표면에 접근할 때 수행되는, 제1 검출 단계(902)의 하나 또는 그 이상의 반복(들)을 포함한다.
이 제1 검출 단계(902)는 가드 전극 또는 테스트 전극일 수 있는, 측정 전극 및 제2 전극을 상기에서 설명되는 바와 같이 가드 전위로, 설정하는 단계 904를 포함한다.
그러므로, 단계 906는 전극-물체 커패시턴스(Ceo)를 나타내는 제1 신호를 측정한다.
측정되는 신호의 함수로서, 커패시턴스(Ceo)는 단계 908 동안 계산된다.
단계 910 동안, 측정되는 커패시턴스(Ceo)는 제어 물체와 검출 표면 사이에 접촉이 있을 때 획득되는 전극-물체 커패시턴스를 나타내는, 미리 결정된 임계 커패시턴스(Cs)에 비교된다.
커패시턴스가 Ceo<Cs 이면, 그때 단계 904는 예를 들어 미리 결정된 주파수에서 재반복된다.
커패시턴스가 Ceo≥Cs 이면, 그때 단계 904 이후에 제2 검출 단계(912)가 이어진다.
이 제2 검출 단계(912)는 제2 전극을 접지 전위로 또는 제2 전위로 설정하는 단계 914를 포함한다. 이 측정 전극은 접지 전위에서 유지된다.
그후, 단계 916는 측정 전극에 의해 보여지는 총 커패시턴스(CT)를 나타내는, 제2 신호의 측정을 수행한다.
측정되는 제2 신호의 함수로서, 커패시턴스(CT)는 단계 918 동안 계산된다.
그후, 단계 919는 전극-물체 커패시턴스(Ceo)를 나타내는, 제1 신호를 측정한다.
측정되는 신호의 함수로서, 커패시턴스(Ceo)는 단계 920 동안 계산된다.
단계 921 동안, 검출 표면 상에서 제어 물체의 압력을 나타내는, 전극-간 커패시턴스(Cie)는, 계산된 커패시턴스(CT)로부터 임계 커패시턴스(Cs)를 감산하는 것에 의해 계산된다.
커패시턴스가 Ceo≥Cs일 때 단계 912는 재반복된다. 그렇지 않다면, 방법(900)은 단계 902에서 재시작한다.
전극-간 커패시턴스(Cie)를 결정하기 위해 커패시턴스(Ceo)를 측정하는 단계는 제2 검출 단계(912)의 반복들 모두에서 수행되지 않을 수 있지만, 보다 더 드물게, 커패시턴스(Ceo)가 기록될 수 있음에 유의해야 한다.
물론, 본 발명은 단지 설명된 예들에 한정되지 않고 또한 수많은 조정들이 본 발명의 범위를 초과하지 않으면서 이 예들에 수행될 수 있다.

Claims (17)

  1. 검출 표면(104)에 대하여 물체(102)를 검출하기 위한 장치(100; 200; 300; 400)로서,
    - 측정 전극으로 지칭되는, 적어도 하나의 전극(106), 및
    - 상기 측정 전극(106)을 향하여 배치되는, 적어도 하나의 제2 전극(108)을 포함하고;
    상기 전극들(106, 108)은 상기 검출 표면(104) 상에 상기 물체(102)에 의해 가해지는 하중에 의해, 국소적으로 탄성적으로 변형가능한, 거리(D)에 의해 분리되고;
    - 상기 전극들(106, 108)에 접지 전위(G)와 다른, 가드 전위로 지칭되는, 하나의 동일한 교류 전위(Vg)를 적용하고, 이로써 상기 측정 전극(106)과 상기 물체(102) 사이의, 전극-물체 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스 (Ceo)에 대한 제1 전기 신호를 측정하고; 또한
    - 상기 제2 전극(108)에
    - 상기 가드 전위(Vg)에 비례하고 다른 진폭을 갖는 제2 전위, 또는
    - 상기 접지 전위(G)를 적용하고, 이로써 상기 측정 전극(106)에 의해 보여지는, 총 커패시턴스로 지칭되는, 상기 커패시턴스에 대한 제2 전기 신호를 측정하기 위해 배치되는 적어도 하나의 제어 수단(116)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 총 커패시턴스 및 상기 전극-물체 커패시턴스(Ceo)의 함수로서, 상기 측정 전극(106)과 상기 제2 전극(108) 사이의, 전극-간 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스(Cie)를 계산하기 위해 구성되는 적어도 하나의 계산 모듈(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 제1 전기 신호의 함수로서 상기 물체(102)와 상기 검출 표면(104) 사이의 거리 또는 접촉을 결정하고, 및/또는
    - 상기 제2 전기 신호의 함수로서 상기 검출 표면(104) 상에 상기 물체(102)에 의해 적용되는 하중, 힘 또는 압력을 결정하기 위해 구성되는 계산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 전극(106) 및 상기 제2 전극(108)은 유전체 물질을 포함하거나 또는 이에 의해 형성되는 탄성적으로 압축가능한, 층(120)에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 전극(106)은 상기 제2 전극(108)으로부터 소정의 거리에 그리고 그 위에 배치되는, 직물과 같은, 유연한 물질로부터 생성되는, 지지부 상에 또는 그 안에, 또는 그 아래에 배치되고, 하중이 상기 지지부 상에 가해질 때 적어도 국소적으로 변형되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 수 개의 측정 전극들(1061-106N)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    - 수 개의 측정 전극들(1061-106N)에 대향하여 배치되는 적어도 하나의 제2 전극(108);
    - 적어도 하나의 측정 전극(1061-106N)에 대하여, 상기 측정 전극(1061-106N)에 대향하여 배치되는 제2 전극(1081-108N);
    - 적어도 하나의 측정 전극(1061-106N)에 대하여, 상기 측정 전극(1061-106N)에 대향하여 배치되는 수 개의 제2 전극들(1081-108N);
    상기의 구성들 중 적어도 하나에 따라 배치되는 하나 또는 그 이상의 제2 전극들(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    - 행들과 열들로 구성되는, 측정 전극들(1061-106N)의 어레이; 및
    - 하나 또는 그 이상의 제2 전극(들)(1081-108N)에 의해 구성되는, 적어도 하나의 행, 각각의 열에 대향하는, 각각의 행, 각각의 열의 측정 전극들(1061-106N)을 포함하고,
    하나의 동일한 행, 각각의 하나의 동일한 열의 상기 제2 전극(들)은 동일한 전위인 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 검출 장치(100; 200; 300; 400)로 검출 표면(104)에 대한 물체(102)를 검출하기 위한 방법(900)에 있어서,
    상기 방법(900)은 측정된 제1 전기 신호의 함수로서 상기 적어도 하나의 측정 전극(106)에 의해 보이는, 전극-물체 커패시턴스로 지칭되는 커패시턴스(Ceo)를 결정하기 위해, 상기 전극들(106; 108)에 접지 전위(G)와 다른
    - 하나의 동일한 교류 전위인 가드 전위(Vg), 또는
    - 실질적으로 동일한 교류 전위들을 적용하는 것에 의해 수행되는, 제1 검출 단계(902)에 대한 적어도 한번의 반복을 포함하고;
    - 상기 적어도 하나의 제2 전극(108)에
    - 상기 가드 전위(Vg)에 비례하고 다른 진폭을 갖는 제2 전위, 또는
    - 상기 접지 전위(G)을 적용하고;
    - 측정되는 제2 전기 신호의 함수로서 상기 적어도 하나의 측정 전극(106)에 의해 보이는, 총 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스를 결정하는,
    상기의 작동들을 포함하는, 제2 검출 단계(912)에 대한 적어도 한번의 반복을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 검출 단계(912)는 상기 총 커패시턴스 및 상기 전극-물체 커패시턴스(Ceo)의 함수로서 상기 측정 전극(106)과 상기 제2 전극(108) 사이의, 전극-간 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스(Cie)를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 검출 단계(912)는 상기 전극-물체 커패시턴스(Ceo)가 미리 결정된 임계 커패시턴스에 도달한 때, 또는 물체(102)와 상기 검출 표면(104) 사이의 접촉을 나타내는, 임계 커패시턴스들의 미리 결정된 범위 내에 있을 때 시작되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 검출 장치(100; 200; 300; 400)는 상기 검출 표면(104)을 구비하는 복수의 측정 전극들(1061-106N)을 포함하고, 상기 제2 검출 단계(912)는 상기 물체(102)가 상기 제1 검출 단계(902) 동안 검출되었던 상기 검출 표면(104)의 영역 내에서만 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 임계 커패시턴스를 측정 및 기록하는 단계를 포함하는, 캘리브레이션 단계로 지칭되는, 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 단계는 히스토리 측정, 측정 환경 중 적어도 하나를 고려하여 임계 커패시턴스의 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 장치의 기능을 증명하고
    - 상기 가드 전위(Vg)를 상기 적어도 하나의 측정 전극에 적용하고;
    - 상기 적어도 하나의 제2 전극에 상기 가드 전위(Vg)와 상기 접지 전위(G) 사이의 제2 전위, 또는 상기 접지 전위(G)를 적용하고; 또한
    - 제3 신호를 측정하는 것에 의해 상기 측정 전극과 상기 제2 전극 사이의, 전극-테스트 커패시턴스로 지칭되는, 커패시턴스를 결정하고;
    - 상기 전극-테스트 커패시턴스를 제2 미리 결정된 임계 커패시턴스를 비교하는,
    상기의 작동들을 포함하기 위해,
    상기 물체의 부재시 수행되는, 테스트 단계로 지칭되는, 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제 1 항에 따른 검출 장치(100; 200; 300; 400)를 포함하는, 장비 품목을 위한, 검출 층.
  17. 제 1 항에 따른 검출 장치(100; 200; 300; 400)가 구비된 장비 품목.
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