[發明專利]用于探測目標的運動的電容傳感器

有效

• 申請號: 201380032121.8
• 申請日: 2013-06-12
• 公開（公告）號: CN104412069B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 卡斯滕·馬夸斯;米夏埃爾·施泰因坎普;迪爾克·施呂特
• 申請（專利權）人: 貝爾-赫拉恒溫控制有限公司
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及一種用于探測目標的運動的電容傳感器，且所述的目標為尤其是專門提供用于車輛部件的，就像即空調控制設備、信息娛樂設備、導航設備、無線電或者一般地人機交互接口的操作單元的手動操作的按鍵。

背景技術

在大多數情況下，以被探測操作的手動操作按鍵的形式的目標的運動探測，將由包括機械耦合至所述的按鍵的開關器件的機械開關完成。因此，當所述的按鍵被操作，所述的開關器件將會被操作，且反過來所述的開關器件將建立開關接觸以發信號至所述的按鍵的操作。通過這樣的機械方法的替代，也存在電容系統，在其中，基于電容容量的變化，目標的運動被探測。因此，關于操作元件的按鍵的例子，按鍵的動作會導致即改變電容傳感器的電容器的兩個電極之間的距離，其可以在信號處理技術的幫助下估算。為了使兩個電極執行相對運動成為可能，介于所述的兩個電極之間的體積必須分別是可壓縮的和可膨脹的。作為這方面的電介質，氣體或者尤其是空氣是合適的。然而，在這方面，空氣，或者氣體在一般情況下僅僅具有一相對較低的電介質常數是不利的，以致于由介于所述的兩個電極之間的距離的變化造成的電容容量的改變只會產生小的信號變化。

在其中利用作為有效的力結果的所述的電極的電耦合變化的電容傳感器的不同設計在DE102007001086A1，EP1261845B1(以及US6683780B2)以及US5206785中描述過。根據DE102007001086A1的傳感器中，利用固定的電介質，與設置于此處的距離處的電導體、活動層產生。當加壓時，活塞會對該層起作用，并將其朝所述的電介質且或多或少的與所述的電介質相接觸的大的表面移動，從而影響了所述的傳感器的輸出信號的期望信號的變化。在根據US5206785的傳感器中，固定的電介質被應用。在EP1261845B1和EUS6683780B2中，描述了空氣作為電解質的電容式差動傳感器。

發明內容

本發明的一個目的是提供一用于探測目標運動的電容傳感器，其傳感器會產生易于探測且從而在小的運動的情況下也足夠大的測量信號的變化。

為了實現上述目標，本發明提供了用于探測目標運動的，尤其是探測操作單元的按鍵的操作的電容傳感器，其電容傳感器包括在權利要求1中所定義的特征。從屬權利要求涉及到本發明的個別的實施例。

本發明的電容傳感器包括具有第一和第二電極以及于其間體積的電容器。所述的兩個電極之一連接至目標或者機械耦合至此，且分別設置在其上，以使得當所述的目標運動時，所述的電極會運動。一旦所述的電極運動，其與另一個電極的距離會改變。因此，介于所述的兩個電極之間的體積也會改變。介于所述的兩個電極之間的體積被理解為在一方面由所述的電極自身，進一步地，由所述的電極側面的被劃定界限的那區域。所述的兩個電極連接至一用于探測所述的電容器的電容量變化的估算單元。

根據本發明，介于所述的兩個電極之間的所述的體積至少是部分地被可變形的、非氣態的第一電介質填充。介于所述的兩個電極之間的所述的體積另一部分被氣體填充。該氣體體積可以由所述的第一電介質形成或者介于所述的第一電介質和一或兩個所述的電極之間形成。所述的氣體體積由氣態第二電介質填充?，F在，當所述的兩個電極彼此接近時，氣態第二電介質會從所述的氣體體積溢出；相反地，介于所述的兩個電極之間的距離的增加會導致氣態第二電介質從周圍環境進入所述的氣體體積中。在介于所述的兩個電極之間的距離改變的情況下，因此，在一方面，介于所述的電極之間的體積的被所述的第一電介質占據的部分，并且，在另一方面，被所述的第二電介質占據的部分會產生變化。所述的部分的這些變化會影響在測量技術的幫助下會被探測到的電容容量的變化的放大，因此也使得所述的電極的，以及從而所述的目標的小的運動，也會通過可靠的方式且低成本的測量技術被但測到。

根據本發明的一優選的實施例，兩個電容器可以用于相反的方向以探測目標的運動。相關的設置以這樣一種方式選定，一旦所述的目標的運動發生，一電容器的電極的距離會減少，而另一電容器的電極的距離會增加。兩個電容器在設計上實質上是一樣的，即，每個包括一非氣態第一電介質和一氣態第二電介質。因此，影響是測量精度的以及，相應地，所述的目標的運動的探測的可靠性的進一步地增加。

在該實施例中，包括第一電極和供給連接或者機械耦合，或者設置于所述的目標上的第二電極的第二電容器被特定地提供，在其中，在所述的目標運動的情況下，介于所述的兩個電容器的電極之間的距離會沿相反的方向改變，在其中，兩個電容器包括介于它們之間的非氣態第一和氣態第二電介質，以及在其中兩個電容器的電極連接于所述的估算單元。