[發(fā)明專利]使用電容器的振動及動態(tài)加速度感測

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410426204.1
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104677484B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設計）人: 凱·格斯納
• 申請（專利權(quán)）人: 德州儀器德國股份有限公司
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01P15/125;G01L1/14;G01L3/00
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11287
• 代理人: 路勇

本發(fā)明涉及使用電容器的振動及動態(tài)加速度感測，其中所述控制器經(jīng)配置以從所述至少一個感測電容器接收指示所述感測電容器的電荷改變的信號，且其中所述控制器經(jīng)配置以基于所述至少一個感測電容器的所述電荷改變而確定施加到所述感測電容器的力的量、所述感測電容器的加速度、所述感測電容器的扭矩、所述感測電容器的振動或施加到所述感測電容器的拉力。

相關申請案

本申請案根據(jù)35 U.S.C.§119(e)主張2013年8月26日申請的第61/869,952號美國臨時專利申請案的權(quán)益，所述臨時專利申請案以全文引用的方式并入本文中。

技術領域

本發(fā)明涉及測量施加到力傳感器的力、振動或扭矩。更具體來說，本發(fā)明的實例涉及測量感測電容器的電荷并基于所述電荷改變而確定施加到感測電容器的力、振動或扭矩。

背景技術

經(jīng)配置以感測機械力的設備需要感測元件。目前工藝水平中已知使用壓電傳感器或微型光電機械系統(tǒng)傳感器(MEMS傳感器)來測量機械力。另外，在目前工藝水平中已知使用電容器來感測機械力。為了借助于已知感測電容器測量機械力，檢測電容改變且基于感測電容器的電容改變而確定所述機械力。根據(jù)一個實例，電容器的導體中的至少一者(如板型電容器的板)可響應于所施加的機械力而相對于電介質(zhì)移動。借此，電容器的電容改變，且基于所述電容改變，可確定所施加的機械力。

用于機械力的已知感測元件的一個缺點是，其必須針對每一類型的應用而個別化。此外，允許基于其電容改變而測量機械力的已知感測電容器與標準電容器相比為昂貴的。

此外，所述壓電及MEMS傳感器可能不能使用集成工藝技術而容易地安裝到印刷電路板。舉例來說，壓電傳感器對熱量為敏感的，且焊接電纜可能損壞壓電傳感器。此外，MEMS傳感器可能不能夠?qū)Ω哳l率做出響應。

因此，本發(fā)明的一個目標是通過可使用集成工藝技術容易地耦合到電路板且具有低成本的傳感器來克服測量機械力的問題。本發(fā)明的另一目標是提供一種允許以高頻響應測量機械力的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方面是一種包括至少一個感測電容器及一控制器的設備。所述控制器可經(jīng)配置以從所述至少一個感測電容器接收指示所述感測電容器的電荷改變的信號。所述控制器可經(jīng)配置以基于所述至少一個感測電容器的所述電荷改變而確定施加到所述感測電容器的力的量、所述感測電容器的加速度、所述感測電容器的扭矩、所述感測電容器的振動及/或施加到所述感測電容器的拉力。

使用來自感測電容器的指示所述感測電容器的電荷改變的信號來確定機械力允許提供較低功率消耗設備。此外，所使用的感測電容器與壓電傳感器或MEMS傳感器相比為極廉價的，且可通過使用集成工藝技術容易地耦合到電路板。

所述感測電容器的所述電荷改變基于壓電效應。一般來說，取決于電容器的DC電壓，由于電容的減小而辨識電容器的所述壓電效應。

因此，不具有可移動元件的如陶瓷或硅電容器的標準電容器可用作根據(jù)本發(fā)明的用于測量機械力的感測電容器。

電容器的壓電效應取決于其電介質(zhì)。舉例來說，具有Y5V或X7R作為其電介質(zhì)的電容器對所施加的機械力為高度敏感的，而(例如)具有NP0作為電介質(zhì)的電容器對所施加的機械力為較不敏感的。

根據(jù)本發(fā)明的一個實例，電容器可具有Y5V或X7R來作為電介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實例，電荷放大器可連接于所述至少一個感測電容器與所述控制器之間。

借此，提供針對低噪聲及高密度優(yōu)化的電荷放大器可為有利的。

根據(jù)本發(fā)明的一個實例，所述電荷放大器包括至少第一運算放大器。根據(jù)此實例，至少一個第一電容器可連接于所述運算放大器的輸出與所述第一運算放大器的反相輸入之間。