TWI335989B - Method for measuring speed of conductor slipping through capacitive sensor - Google Patents

Description

1335989 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種觸碰傳感器（touch sens〇r)相關 - 的技術，且特別是有關於一種導體滑過電容式傳感器的速 度之測量方法。 【先前技術】 近年來，由於科技的進步，許多控制按鈕，例如電梯 的按鈕或是電子遊樂器材的按鈕，也從以往的彈簧機械式 • 按鈕，改採用觸碰式傳感器。第1圖是習知電容式傳感器 之電路圖。請參考第1圖，此電路包括感應電極ι〇ι、電 阻102以及感測·控制端1〇3。感測電極1〇1在此電路中， 相當於一個接地的電容。 第2圖疋習知電容式傳感器在上述感應電極Μ〗與電 阻102的耦接節點A之操作波形。請同時參考第i圖與第 2圖，感測-控制端1 〇3 一開始會對節點a充電到一第一 額定電壓V20,並且使節點A處在高阻抗狀態。接下來， • 由於感應電極1〇1相當於一個接地的電容，因此感應電極 1 〇 1會開始透過電阻102進行放電。感測_控制端1 〇3會持 續偵測節點A的電壓。當節點A的電壓放電到一第二額 定電壓V21時，感測_控制端1〇3會根據節點a由第一額 定電壓V20放電到第二額定電壓V21的時間，來判斷是 否有手指接觸到感應電極1〇卜並且再次對節點A進行充 電。 請再參考第2圖，波形201是手指未碰觸感應電極1〇1 時，節點A的波形；波形202是手指碰觸感應電極ι〇ι 6 1335989 後’節點A的波形。由此波形圖可以看出，當手指碰觸到 感應電極101時，感應電極101的等效電容增加故波形 202的放電時間T2會大於波形2〇1的放電時間τι。因此γ 感測-控制端1〇3只要判斷出節點Α放電到第二額定電壓 V21的時間大於T1，便可以判定感應電極ι〇ι已經 觸。 哑 在某一些特定應用

例如遊樂器的應用，可能會需 要感應導體滑過電容式傳感器的速度。帛3圖是習知導體 滑過電容式傳感器的感應電# 1〇1時，感應電極ι〇ι 效電谷變化波形。請參考第3圖，—般測量導體（例如手 =在感應電極ΠΗ上移動速度的方法是判斷導體接觸感 ?電極到導體離開感應電極1〇1的時間。而上述時間 疋由測量感應電極101上的等效電容Cx對時間的變化 判斷導體接觸感應電極1()1到導體離開感應電極⑻ 二:：般來說’等效電容Cx可以透過上述電壓對時間的 變來侍到。以往的作法會包括以下幾個步驟： 第一步驟：先預設好一第一門檻電容值c 檻電容值）與第-門捭雷容值T1 (較问門 Ί —門植電令值CT2 (較低門檀電容值）； 容值第 C;步驟:判斷所估測的電容值是否超過第一門檀電 第三步驟： 開始計時； 第四步帮： 停止計時並 的時間。 時， 時， 當等效電容值超過第一門檻電容值CT1 以及 S等效電谷值低於第-門把帝—祕η 布一 Π植電容值CT2 以總時間△ Τ來判斷壤執·具π β _ 导體滑過感應電極 7 101 1335989 然而，若以人的手指為例’每個人的手指情況不同， 手指壓力的輕重也可能不同，導致感應電極1〇1接觸到手 指的面積也大不相同。第4圖是習知手指以較輕力道滑過 電容式傳感器的感應電極101時，感應電極1〇1的等效電 合變化波形。請先參考第4圖，當手指輕輕滑過電容式傳 感器時’手指與感應電極1〇1因並未緊密接觸故等效電 谷Cx的變化量較小。若Cx恰好小於第一門檻電容值 CT1 ’則無法觸發上述第三步驟。另外，即使恰好大 於第一門裡電容值CT1，也可能因為等效電容Cx太小使 得測量時間失準。 另外’感應電極101的表面材質一般是以聚乙烯，聚 丙稀等等塑膠所構成。此種電容式傳感器的感應電極1〇1 較容易受到表面材質上所帶靜電的影響。而上述這類的塑 朦材質’例如說聚乙烯、聚丙烯等等，具有靜電荷累積後 不易消除的特性。第5圖是當習知電容式傳感器的感應電 極1 〇 1受到靜電影響後’感應電極丨0丨的等效電容變化波 形。請參考與第5圖，當手指在上述塑膠上面操作時，逐 漸的會將靜電荷以及電場導入或帶離塑膠，使感應電極 101的表面材質的電場效應改變。隨著帶的靜電的不同， 等效電容便有可能如同波形5 1或52的變動。故所測量到 的時間Τη也可能受到電荷的影響，變為ts或τι。 因此’僅用簡單的設定第一門檻電容值CT1以及第二 門襤電容值CT2顯然的會失去準確性。 8 1335989 【發明内容】 有鑑於此，本發明之一目的就是在提供一種導體滑過 電容式傳感器的速度之測量方法，用以感測導體滑過電容 式傳感器的速度，並增加感測準確度。 為達上述或其他目的，本發明提出一種導體滑過電容 式傳感器的速度之測量方法。此方法包括下列步驟：每一 預定時間’取樣一感應電極的一電容值；當電容值到達一 岭值時’根據此峰值’決定第一門襤值以及第二門檻值； 鲁 以及利用第一期間與第二期間，決定導體通過電容式傳感 器的速度’其中’電容值在第一門檻值的時間到電容值在 峰值的時間為第一期間’電容值在峰值的時間到電容值在 第二門檻值的時間為第二期間。 依照本發明的較佳實施例所述之導體滑過電容式傳 感器的速度之測量方法，上述方法還包括：提供放電元 件、感測-控制端以及輸入-輸出控制端，其中放電元件耦 接於感測-控制端以及輸入_輸出控制端之間，且感應電極 φ 耦接感測-控制端；當感測-控制端對感應電極充電到一第 一電壓時，輸入-輸出控制端設為第一共接電壓且感測控 制端設為高阻抗；當感測-控制端之電壓由第一電壓放電 至第二電壓時，感測_控制端設為第一共接電壓一預定時 間後，設為高阻抗，且輸入-輪出控制端設為一第二共接 電壓；當感測-控制端之電壓由第一共接電壓充電至—第 三電壓時，將感測-控制端對感應電極充電到第一電壓之 後i輪入-輪出控制端設為第一共接電壓且感測控制端設 為高阻抗；以及根據感應電極由第一電壓放電到第二電壓 9 1335989 共接.電壓充電到第三電壓的 能防止靜電荷對速度感測所 的時間加上感應電極由第— 時間，判斷電容值。如此，更 造成的影響。 本發明之精神是在於持續取樣感應電極的電容值，並 做紀錄，當上述電容值產纟峰值時嗜照比例提供第一門 檻值以及第二門植值，並且以電容值通過第—門檻值的時 間以及電容值從峰值下降m播值的時間來估測導 體滑過電容式傳感器的速度。因此，無論導體是否盥感應

電極緊密接觸，都可以達到準確的估測導體滑過電容式傳 感器的速度。 ▲為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易1，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 第6圖是根據本發明實施例所繪示之導體滑過電容式 傳感斋的速度之測量方法流程圖。電路圖的部份請參考習 知第1圖。如第6圖所示，此導體滑過電容式傳感器的速 度之測量方法包含有下列步驟： 步驟S600 :開始。 步驟S601 :每一預定時間，取樣感應電極1〇1的等 效電容值Cx。在此，被取樣的電容值以及取樣的時間將 會依照順序被記錄起來。 步弊S602:判斷感應電極101的電容值cx是否發生 一峰值。簡單的說，峰值就是電容值從上升到開始下降時 的期間中的最高值。當判斷峰值尚未發生時，回到第一步 1335989 驟 S601 。 步驟S603 :當被取樣的感應電極的等效電容值cx發 生一峰值時，根據此峰值的大小，依照比例決定一第一門 檻值以及一第二門檻值。一般來說，達到峰值時，通常是 導體與感應電極接觸面積最大的時候^.另外.，此步驟的實 奴條件通常是在電容式傳感器的韌體内部儲存有峰值、第 門檻值以及第一門檀值的比例關係。當擷取到峰值時， 便可以對應產生上述第一門檻值以及上述第二門檻值。

步驟S604 :定義第一期間為電容值Cx在第一門檻值 的時間到電容值Cx在峰值的時間。 步驟S605 :定義第二期間為電容值Cx在峰值的時間 到電容值Cx在第二門檻值的時間。 步驟S606 :利用上述第一期間與上述第二期間，決 定導體通過電容式傳感器的速度。 步驟S607 :結束。 由上述實施例便可以看出，由於在本實施例中，有取 樣電容值以及記錄其取樣值以及取樣時間。因此，只要p 到蜂值’便可以獲知電容值達到第_門摄值的時間點，: 可以被認定為導體開始接觸感應、電極㈣間。目此， 取樣到電容值通過第二⑽值的時間點，便可以由電_ 達到第-門檻值的時間點與電容值通過第二門檻 間點來判斷導體滑過電容式傳感器的速度。並且 = 可以避免因為手指或導體與感庫 方法 4應電極的接觸面積的大，丨 不同，使感應出的速度有所差異。 、 上述實施例已經提出了一種測量導體滑過電容式傳 11 1335989 感器的速度的方法。但是，由於感應電極與導體接觸的部 分的材質大部分是由塑膠構成，其容易受到靜電的影響。 以下另外提出一種電容式傳感器的電路結構，以及其操作 方法的實施例以防止靜電影響導體滑過電容式傳感器的 速度的測量結果。 第7A圖疋根據本發明實施例所繪示之電容式傳感器 的結構圖。請參考第7A圖，其包括感應電極7〇、感測_ 控制端71、輸入-輸出控制端72、放電元件73。其耦接關 • 係如圖所示。第7B圖是根據本發明實施例所繪示之電容 式傳感器的操作波形。請參考第7B圖，7〇1是感測控制 端71的電壓波形。702是輸入-輸出控制端72的波形。第 8圖是根據本發明實施例第7圖所繪示之操作方法流程 圖。請同時參考第7A圖、第7B圖與第8圖： 步驟S800 :開始 步驟S801 :提供如圖7中的電容式傳感器。 步驟S802 :由感測_控制端71對感應電極7〇充電。 φ 步驟S8〇L判斷感測-控制端71的電壓是否到達第一 電壓νι〇當判斷為否時，回到步驟S8〇2繼續對感應電極 70充電。 步驟S804:當感測_控制端71的電壓到達第一電壓 VI時，輸入-輸出控制端72設為第一共接電壓Vss且感 測-控制端71設為高阻抗。 步驟S805 :感應電極70透過放電元件73對輸入-輪 出控制端72放電。 步驟S806:判斷感測-控制端71的電壓是否被放電到 12 丄:卿 特定電壓V2。备判斷為否時，回到步驟s8〇5繼續對輸 入-輪出控制端72放電。 步驟S807.當感測_控制端71的電壓放電到特定電壓 V2時，感測·控制端71會被設為第一共同電壓Μ將感 應電極：〇放電到共同電壓Vss之後，感測_控制端71會 被設為高阻抗狀態。另外’輸入-輸出控制端72會被設為 第一共同電壓Vdd。 步驟S808 :輸入-輸出控制端72透過放電元件73來 鲁對感應電極70進行充電。 步驟S809 :判斷感測-控制端7丨的電壓是被否充電到 電壓V2。當感測-控制端71的電壓由共接電壓Vss充電 至電壓V2時，便回到上述步驟S802。 由於感應電極70在沒有導體觸碰的情況下，其等效 電容是不會改變的，故在感測-控制端7丨所測量到的電壓 波形將會是一個週期性的波形。當有導體觸碰到感應電極 70時’其等效電容將會變大’在感測_控制端7丨所測量到 _ 的電壓波形的週期也會變大。因此，只要根據步驟S802 〜步驟S809的時間以及在此期間的電壓變化，便可以判 斷感應電極70的等效電容Cx之變化。 雖然上述實施例僅以圖7A、圖7B、圖8的實施態樣 作舉例’但是本領域具有通常知識者應知道，上述的電壓 VI、V2、Vss以及Vdd是可以依照不同情況而改變的， 一般的情況下，Vdd通常是電源電壓，Vss通常是接地。 另外’上述對感應電極70的充電目標也並不一定要選擇 與放電目標V2相同的電壓。故本發明不應以上述電壓為 13 1335989 另外放電元件73 一般是4電阻或與其等效的其他 元件來實施。 、 第9A圖、第9B圖以及第9C圖分別是根據本發明實 施例的感應電極70不帶電、帶正電荷與帶負電荷時的操 作波形。請先參考第9A圖與第9B圖，當感應電極7〇的 表面帶有正電荷時，感應電極70由電壓V1放電到電壓 2的時間會增加，但是感應電極7〇由共接電壓vss充電 到電壓V2的時間相對的會減少。接下來，請參考第9a _ 圖與第9C圖，當感應電極7〇的表面帶有負電荷時，感應 電極70由電壓V1放電到電壓V2的時間會減少，但是感 應電極7G由共接電M Vss充電到電廢V2的時間相對的會 增加。因此，不論是感應電極7〇帶正電荷或是負電荷， 此時會有相對應時期的充放電時間增加，相對的另一時期 的充，電時間則會縮短。換句話說’無論感應電極7〇帶 正電荷或帶負電荷’其充電時間與放電時間的總和與感應 電極70未帶電荷的充放電時間的總和將會大致相同。故 i =結構以及此操作可減低靜電對於電容估測的誤差。使電 各估測更加準確。 。第10圖疋根據本發明實施例的手指滑過電容式傳感 器的感應電極70時，感應電極7G的等效電容變化波形。 睛同時參考第1G圖與第3圖，在第1G圖的電容變化波形 顯然的比第3圖要來的對稱。也就是說習知的結構所估 剛出的電容值受到了靜電以及手指電場的影響，造成了所 :測的等效電容。的波形不對稱，因為電容式傳感器的 構改為第7圖’使上述的影響得以消失。因此此結構 。奋的估測更加準確。相對的，估測導體滑過電容式 °的準確度也會大為提升。若配合上述帛6圖的方 、梗據波形最大值來依據百分比訂定門樓值，更可以避 f不同操作方式，所估測的電容值波形強弱不一致，造 成的估測不準確，甚至無法估測的問題。 综上所述，本發明之精神是在於持續取樣感應電極的 =容值，並做紀錄，當上述電容值產生峰值時，依照比例 曰/、第門檻值以及第二門襤值，並且以電容值通過第一 1檻值的蛉間以及電容值從峰值下降到第二門檻值的時 ，來估測導體滑過電容式傳感器的速度。因此，無論導體 是否與感應電極緊密接觸，都可以達到準確的估測導體滑 過電容式傳感器的速度。 另方面’本發明的較佳實施例還可以避免靜電的影 響，使得估測導體滑過電容式傳感器的速度更加的準確。 在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅 用以方便說明本發明之技術内容，而非將本發明狹義地限 制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利 範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範 圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界 定者為準。 1335989 【圖式簡單說明】 第1圖是習知電容式傳感器之電路圖。 第2圖是習知電容式傳感器在上述感應電極1〇1與電 阻102的耦接節點a之操作波形。 第3圖是習知導體滑過電容式傳感器的感應電極1〇 i 時，感應電極101的等效電容變化波形。 第4圖是習知手指以較輕力道滑過電容式傳感器的感 應電極101時’感應電極1〇1的等效電容變化波形。 第5圖是當習知電容式傳感器的感應電極ι〇1受到靜 電影響後’感應電極l〇i的等效電容變化波形。 第ό圖是根據本發明實施例所繪示之導體滑過電容式 傳感器的速度之測量方法流程圖。 第7Α圖疋根據本發明實施例所繪示之電容式傳感器 的結構圖。 第7Β圖疋根據本發明實施例所搶示之電容式傳感器 的操作波形。 第8圖是根據本發明實施例第7圖所繪 流程圖。 不之操作方法 不帶電時 第9 Α圖是根據本發明實施例的感應電極7〇 的操作波形。 第9B圖是根據本發明實施例的感應電極7〇 時的操作波形。 第9C圖是根據本發明實施例的感應電極7〇 帶正電荷 帶負電荷 時的操作波形 第10圖是根據本發明實施例的手指滑過電容式傳感 16 1335989 器的感應電極70時，感應電極7P的等效電容變化波形。 【主要元件符號說明】 101、70 :感應電極 102 :電阻 103、71 :感測-控制端 73 :放電元件 72 :輸入-輸出控制端

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Claims (1)

1335989 毳 \ 十、申請專利範圍： 1. 一種導體滑過電容式傳感器的速度之測量方法，包括： 每一預定時間，取樣一感應電極的一電容值； 當該電容值到達一峰值時，根據該峰值，決定一第一門捏值以 及一第二門檻值；以及 利用一第一期間與一第二期間，決定該導體通過電容式傳感器 的速度， 其中，該電容值在該第一門檻值的時間到該電容值在該峰值的 • 時間為該第一期間，該電容值在該峰值的時間到該電容值 在該第二門檻值的時間為該第二期間。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之導體滑過電容式傳感器的速 度之測量方法，包括： 提供一放電元件、一感測-控制端以及一輸入-輸出控制端，其 中該放電元件耦接於該感測-控制端以及該輸入-輸出控制 端之間，且該感應電極耦接該感測-控制端； 當該感測-控制端對該感應電極充電到一第一電壓時，該輸入-^ 輸出控制端設為一第一共接電壓且感測-控制端設為高阻 抗； 當該感測-控制端之電壓由該第一電壓放電至一第二電壓時， 該感測-控制端設為該第一共接電壓一預定時間後，設為 高阻抗，且該輸入-輸出控制端設為一第二共接電壓； 當該感測-控制端之電壓由該第一共接電壓充電至一第三電壓 時，將該感測-控制端對該感應電極充電到一第一電壓之 後，該輸入-輸出控制端設為該第一共接電壓且感測-控制 端設為南阻抗，以及 18 1335989 Λ. 根據該感應電極由該第一電壓放電到該第二電壓的時間加上 該感應電極由該第一共接電壓充電到該第三電壓的時 ‘ 間，判斷該電容值。 3. 如申請專利範圍第2項所記載之導體滑過電容式傳感器的速 度之測量方法，其中該第一共接電壓為接地電壓。 4. 如申請專利範圍第2項所記載之導體滑過電容式傳感器的速 度之測量方法，其中該第二電壓與該第三電壓介於該第一電壓 與該第一共接電壓之間。 φ 5.如申請專利範圍第2項所記載之導體滑過電容式傳感器的速 度之測量方法，其中該放電元件為一電阻。

19 1335989 七、 指定代表圖·· (一） 、本案指定代表圖為：第6圖 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明： S600〜S607 :本發明實施例的步驟 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明 特徵的化學式：無

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