[發明專利]一種檢測物體接近距離的方法

在審

• 申請號: 202010157222.X
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111220063A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 孫滕諶;張大華;莊瑋
• 申請（專利權）人: 北京他山科技有限公司
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍;耿慕白

一種檢測物體接近距離的方法，至少具有第一電極和第二電極，第一電極構成第一電容傳感器單元，第二電極構成第二電容傳感器單元；第一電極和第二電極布置成朝向待檢測物體接近的方向，所述第一電極與第二電極在物體接近方向上成相互有距離差的布置；還包括電容檢測電路和計算處理裝置，檢測電路分別連接至第一、第二電容傳感器單元，分別檢測第一、第二電容傳感器單元的電容值；計算處理裝置采用除法運算獲得二個電容傳感器單元電容值的比值，并計算出物體接近電容傳感器的基礎距離。采用此方法，可以完全消除電容檢測中介電常數等受到環境嚴重影響的問題，非常準確地檢測物體接近的距離，為低成本的電容測距方案開拓了廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種檢測物體接近距離的方法。

背景技術

低成本、低功耗的近距離物體接近距離傳感器有廣闊的應用市場，常用的技術路線有光電測距、超聲波測距，電容測距等，其中電容測距有成本低和功耗小的優勢，但依據電容基本公式C＝εS/d，電容值與介電常數ε成正比，而介電常數隨著測量環境的介質、溫度、濕度變化而變化，導致在實際應用中很難利用電容技術精確測量距離。現有技術大多利用布置在同一平面上的多個電容電極或電容電極點陣，測量物體在電容電極同一平面上水平方向的位置，例如電容式觸摸屏，采用的方法基本都是利用減法比較觸摸位置與附近位置電容的差計算出觸摸點的水平坐標。例如專利申請號201410640098.7，提出在平面上有多個電容觸摸傳感器情形下先求的多個電容的平均電容量再用觸摸點個電容量與平均電容比較大小以確定觸摸發生的水平位置的方法。

現有技術的這些方法，在測量電容值時，受到環境的介質、溫度、濕度變化的嚴重影響，為此，應用了現有技術中各種補償的辦法，但又同時帶來電路結構的復雜性；另外，對于垂直方法的接近距離的測量，也難以有比較準確的方法。而接近的測量、判斷在本領域內是急需解決的問題。

對于微小電容的測量，現有技術已經有比較成熟的方法，包括201320224960,7號專利中提到的U2AD7745芯片，還有AD7150D等CDC電容數字轉換電路芯片。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種不受測量環境介電常數變化影響的利用電容精確測量物體接近的方法。

本發明公開了一種檢測物體接近距離的方法，至少具有第一電極和第二電極，第一電極構成第一電容傳感器單元，第二電極構成第二電容傳感器單元；第一電極和第二電極布置成朝向待檢測物體接近的方向，所述第一電極與第二電極在物體接近方向上成相互有距離差的布置，并且該距離差大于1mm；還包括電容檢測電路和計算處理裝置，檢測電路分別連接至第一、第二電容傳感器單元，分別檢測第一、第二電容傳感器單元的電容值；計算處理裝置采用除法運算獲得二個電容傳感器單元電容值的比值，該比值與物體接近電容傳感器的距離成反比關系的單調函數關系，通過該比值依據下列公式即可計算出物體接近電容傳感器的基礎距離，其公式為：

其中d1為物體與第一電極之間的距離，△d為第一電極與第二電極的距離差，k為二個電極結構設置確定后的一個常數。

本發明還具有以下附加特征：

所述電容檢測電路可以采用CDC電容數字轉換電路，它可以用分立元件搭成，也可以采用AD7745或者AD7150等芯片，還可以與計算處理裝置更進一步集成在一起。

還包括第三電極構成第三電容傳感器單元，第三電極與所述的第一、第二電極在物體接近方向上有距離差，依據第三電極與第一、第二電極的電容值的比值，計算出物體接近的距離，再與上述基礎距離進行算術平均，以消除誤差。

第一電極與第二電極可以相鄰設置，也可以包容設置，即第一電極與第二電極在投影上，一個包容另外一個的方式設置。

上述任一電極可以是平面電極，也可以是曲面電極；在平面電極情況下，電極可以相對于物體接近方向傾斜設置。