[發明專利]確定保護感測電容性傳感器的電容的電容測量電路和方法

有效

• 申請號: 201580057451.1
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN107148556B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: L·拉梅施
• 申請（專利權）人: IEE國際電子工程股份公司
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24
• 代理公司: 72002 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳松濤;王英<國際申請>=PCT/EP2

一種用于確定保護感測電容性傳感器(12)的電容的電容測量電路(10)，保護感測電容性傳感器(12)包括鄰近布置且彼此相互絕緣的導電感測電極和導電保護電極，該電路在對由接地對象的出現引起的位移電流進行測量的模式下運轉，并且電容測量電路(10)包括微控制器(48)。微控制器(48)被配置為使用若干同步PWM輸出的組合以用于通過對PWM輸出進行求和并對以求和的信號進行濾波來產生低失真正弦波。正弦波被用作為用于電容性傳感器(12)的保護電極(16)的保護電壓。未知電容器(76)的電容值通過由經修改的sigma?delta調制器單元(20)在電容性傳感器(12)的感測電極(14)上接上保護電壓來進行測量，其中，比較器(26)的參考輸入(30)由保護電壓驅動，并且其中，未知電容器(76)是sigma?delta調制器單元(20)的積分器單元(22)的一部分。未知電容器(76)處的電壓通過sigma?delta調制器回路對保護電壓進行追蹤。Sigma?delta調制器單元(20)的數字輸出在被傳送到抽取器/低通濾波器(36)中之前首先通過XOR門(38)進行相乘。XOR門(38)的第二輸入由來自具有與保護電壓相同頻率的方波發生器(46)的方波驅動，但具有實質上90°的相移。抽取器/低通濾波器(36)的輸出指示未知電容器(76)的電容值。

技術領域

本發明總體上涉及用于在負載模式下運轉(具體來說，用于交通工具應用)的保護感測電容性傳感器的電容測量電路、使用這種電容測量電路來測量這樣的電容性傳感器的電容的方法、以及用于執行該方法的軟件模塊。

背景技術

包括在負載模式下運轉的電容性傳感器的交通工具電容性檢測系統現今被廣泛使用，例如出于對交通工具座椅占用進行檢測的目的。電容性傳感器可以被設計為具有單個感測電極的僅感測電容性傳感器。替代地，電容性傳感器可以被設計為具有鄰近布置且彼此互相絕緣的感測電極和保護電極的保護感測電容性傳感器。

例如，文件JP-H11-78655描述了包括電場傳感器的交通工具座椅占用檢測裝置。頻率大約為100kHz的高頻率振蕩器經由電阻器連接到布置在汽車座椅上的天線電極。通過這樣，在天線電極與汽車地面之間產生差分AC電場，從而使與AC電場相對應的負載電流流經電阻器。AC負載電流由電阻器轉換成AC電壓，該AC電壓隨后由電壓緩沖器發送到包括帶通濾波功能的檢測器，該檢測器產生DC輸出電壓。

如果占用者坐在座椅上，則在天線電極與汽車地面之間流動的電流增加，指示座椅上的占用者的出現。

此外，在測量技術的領域中，采用sigma-delta調制器通常是已知的，并且關于該話題有許多相關文獻可用，例如“Sigma-Delta ADCs and DACs”,AN-283 ApplicationNote,Analog Devices,1993，該文獻可以從http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/292524291525717245054923680458171AN283.pdf下載。

專利US 8,570,053 B1描述了用于通過電容性傳感器測量未知電容值的sigma-delta調制器的應用。電容性傳感器包括開關電容器電路、比較器、以及電荷耗散電路。開關電容器電路在第一開關相位期間將感測電容器與調制電容器相互串聯耦合，并且在第二開關相位期間為感測電容器放電。比較器被耦合為將調制電容器上的電勢與參考物進行比較，并且作為響應產生調制信號。電荷耗散電路耦合到調制電容器以響應于調制信號來選擇性地使調制電容器放電。

技術問題

期望提供一種包括用于確定在負載模式下運轉的保護感測電容性傳感器的復合電容的低成本硬件部件的、特別是用在交通工具中并符合汽車電磁兼容性(EMC)需要的簡單電容測量電路。

如在本申請中使用的術語“交通工具”特別地應當被理解為包含客車、卡車和公共汽車。