[發(fā)明專利]電容接觸式傳感器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080006529.4
• 申請(qǐng)日: 2010-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN102265517A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德里亞斯·克拉姆里克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 普瑞有限公司
• 主分類號(hào): H03K17/96
• 分類號(hào): H03K17/96
• 代理公司: 北京中譽(yù)威圣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11279
• 代理人: 王正茂;彭曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有電容式近接傳感器的控制元件。這種傳感器包括至少一個(gè)電容器電極，用于在一個(gè)朝向操作者的相接區(qū)域內(nèi)在控制元件的控制表面處產(chǎn)生一個(gè)測量場，以及評(píng)價(jià)及控制電路，評(píng)價(jià)及控制電路與電容器電極相接。借助于評(píng)價(jià)及控制電路可以測定由電容器電極決定的電容。

背景技術(shù)

電容式近接傳感器或者電容式近接開關(guān)是一種無接觸(也就是不直接接觸)的傳感器，其在接近導(dǎo)電或者不導(dǎo)電的物體以及液體時(shí)產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。這種傳感器利用相對(duì)于環(huán)境或者參考電極而變化的電容器電極的電容。這樣的傳感器與振蕩器一起工作，振蕩器的頻率確定的電容由待檢測的介質(zhì)或者環(huán)境部分地構(gòu)成。

在通過非導(dǎo)體影響探針電容的測量場時(shí)，電容變化以測量場的區(qū)域內(nèi)的有效介電常數(shù)的變化為基礎(chǔ)；根據(jù)傳感器的大小，可達(dá)到的開關(guān)距離至大約40mm。在導(dǎo)電體影響到測量場時(shí)，開關(guān)距離可提高到大約60-80mm。基本上，電容式近接傳感器以及其控制及評(píng)價(jià)裝置具有校準(zhǔn)的可能性，以便靈敏度或者開關(guān)界限適合于使用條件。但是當(dāng)靈敏度較高時(shí)，干擾(例如，空氣濕度，塵埃)的影響也會(huì)增大。

已知的近接傳感器缺點(diǎn)是：開關(guān)距離非常強(qiáng)烈地取決于環(huán)境特征和進(jìn)入測量場中的物體的情況以及操作人員的手和接近角度。例如，當(dāng)皮膚表面潮濕時(shí)，開關(guān)距離增大。此外，通過磁滯現(xiàn)象表明電容式近接開關(guān)的反應(yīng)能力。此外，而且根據(jù)電磁兼容性的觀點(diǎn)，沿著操作人員方向反射的電磁測量場可以證實(shí)是否為臨界的，并且其磁場強(qiáng)度不是任意提高的。

如果用近接傳感器進(jìn)行接觸式檢測，則這絕對(duì)無法再現(xiàn)，因?yàn)榇_定的開關(guān)界限根據(jù)環(huán)境條件(如溫度，干擾場)而強(qiáng)烈波動(dòng)。

此外，電容式接觸傳感器都是眾所周知的。以其最簡單的形式中，電容接觸式傳感器是由兩個(gè)并排放置的導(dǎo)電板狀電極組成。這兩個(gè)電極構(gòu)成電容器，而電容器電容直接正比于板厚并且反比于板的間距。一旦導(dǎo)體例如手指近接這兩個(gè)板，所述布置的電容添加附加的并聯(lián)電容。為了確定這樣的開關(guān)元件的操作，必須測量電容變化。接觸式傳感器的缺點(diǎn)是，接觸表面附近電極的接觸相對(duì)地說比較復(fù)雜，并且靜電放電可以容易地干擾或者破壞電極。插入符號(hào)及其照明以及相關(guān)的表面形狀所涉及的可能性都是強(qiáng)制規(guī)定的，電極的操作面附近排列及其接觸受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容

在現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)背景下，本發(fā)明人的目的在于：提供具有上述特征的、操作可靠的而且制造簡單的操作元件。該目的通過符合權(quán)利要求1的操作元件實(shí)現(xiàn)。同樣有利的制造方法是并列的權(quán)利要求的主題。有利的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。應(yīng)注意，在這些權(quán)利要求中分別列出的特征能夠以任何技術(shù)上有意義的形式相互組合并且，表明本發(fā)明的其他實(shí)施方式。本申請(qǐng)?zhí)貏e結(jié)合附圖補(bǔ)充地說明并且詳述了本發(fā)明的特征。

本發(fā)明涉及一種具有電容式近接傳感器的控制元件，該傳感器具有至少一個(gè)電容器電極，用于在朝向操作者的接近區(qū)域內(nèi)在控制元件的控制表面處產(chǎn)生測量電磁場，且具有評(píng)價(jià)及控制電路。對(duì)于近接傳感器，所述評(píng)價(jià)及控制電路借助于導(dǎo)電體與所述至少一個(gè)電容器電極連接。評(píng)價(jià)及控制電路用于測定由電容器電極、例如針對(duì)環(huán)境或者對(duì)應(yīng)電極而確定的電容，并且在電容變化過程中執(zhí)行開關(guān)過程或者調(diào)節(jié)過程。這種近接傳感器是根據(jù)當(dāng)前已知的技術(shù)且相對(duì)節(jié)省空間而設(shè)計(jì)的。

根據(jù)本發(fā)明的控制元件，其特征是，在測量場內(nèi)布置至少一個(gè)可導(dǎo)電的，電隔離層，而其至少部分形成接觸面，作為控制面。在測量場內(nèi)布置導(dǎo)電層的優(yōu)點(diǎn)為：在避開傳感器的所述層一側(cè)上減小近接傳感器產(chǎn)生的電磁測量場，并且因此實(shí)現(xiàn)屏蔽。由此減小了控制區(qū)中由近接傳感器引起的電磁干擾。在本發(fā)明的意義中，“層”應(yīng)進(jìn)一步理解。例如涉及不封閉的表面，例如柵格。一般情況下，所述層至少具有符合近接傳感器膨脹的尺寸。根據(jù)對(duì)于該控制元件的光學(xué)要求可以成形所述層。例如，所述層要適應(yīng)控制元件的環(huán)境情況，以便在視覺上不引人注意或者是無法看得出來的。

由于所述層相對(duì)比來說非常引人注目并且與在哪個(gè)位置上接觸無關(guān)，因此可避免誤操作。所述層可以是任何形狀的，可以是平的或者彎曲的。優(yōu)選地，所述層限定的平面平行于由電容器電極限定的平面，以便根據(jù)本發(fā)明的控制元件的靈敏度盡可能少地取決于隔離的、導(dǎo)電層上的接觸點(diǎn)。

除此之外，操作表面中的導(dǎo)電層的布置導(dǎo)致在接觸所述層時(shí)，在其上通過感應(yīng)產(chǎn)生的載流子可以流出，并且可以通過評(píng)價(jià)以及控制單元很好地檢測由此產(chǎn)生的不穩(wěn)定的電容變化。因此可以提高開關(guān)過程的可靠性?？蓽p小環(huán)境和磁滯影響，因?yàn)樵诮佑|導(dǎo)電層時(shí)由此出現(xiàn)的電容相對(duì)強(qiáng)烈的突變最終會(huì)導(dǎo)致結(jié)束開關(guān)過程。