電容式接近度傳感器制造技術

本發明專利技術涉及一種用于探測位于檢測區域(E)內的物體(2)以及提供傳感器輸出電壓(V

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】電容式接近度傳感器


[0001]本專利技術涉及一種電容式接近度傳感器，這些電容式接近度傳感器所具有的測量電容尤其通過借助于轉換開關實現的循環充放電進行測量。

技術介紹

[0002]電容式接近度傳感器具有導電的探頭。探頭與待檢測的物體之間出現的測量電容取決于探頭與該物體之間的距離。為了簡化起見，假設該物體是能夠導電且接地的。可以對基于物體與探頭的距離而產生的測量電容進行測量，以便獲得關于物體的距離的信息。
[0003]在電容式接近度開關中，還將閾值與接近度傳感器的輸出進行比較，其中接近度開關的開關輸出的狀態指示探頭周圍的范圍內有無物體。
[0004]電容式接近度傳感器通常以開關電容器模式運行，在該模式下，測量電容通過開關循環充電到限定的電壓電位，然后放電至另外的電壓電位。充電電流和/或放電電流被視為測量電容的大小的量度。借助于轉換器可以將充電電流和/或放電電流轉換為測量電壓。
[0005]為了實現在測量電容的充電與放電之間進行切換，需要一種開關來作為構件，該開關通常作為集成式構件(所謂的模擬開關)來實現。然而，這樣的有源開關器件在開關觸點與電源電壓接口之間具有寄生電容。因此，當測量電容被反向充電時，寄生電容同樣被充電，從而增大了充電電流和放電電流。由此，接近度傳感器的靈敏度下降，原因是平行于測量電容布置的寄生電容顯著提升了總電容，而總電容的變化相對于待檢測物體的距離變化的靈敏度卻降低了。
[0006]因此本專利技術的目的在于，使以開關電容器模式進行設計的接近度傳感器的運行盡可能不受寄生電容的影響，并且尤其提高接近度傳感器在測量電容方面的靈敏度。

技術實現思路

[0007]該目的通過根據權利要求1所述的電容式接近度傳感器來實現。
[0008]其他的設計方案在從屬權利要求中給出。
[0009]根據第一方面，提出一種用于探測位于檢測區域內的物體以及提供傳感器輸出電壓的電容式接近度傳感器，該接近度傳感器包括：
[0010]?
能夠導電的探頭；
[0011]?
充電電路和/或放電電路，用于在充電階段期間將在探頭處出現的測量電容循環地充電到充電電位或用于在放電階段期間將在探頭處出現的測量電容放電到放電電位，其中充電電路和/或放電電路被設計用于根據到測量電容中的充電電流提供尤其第一輸出電壓和/或根據出自測量電容的放電電流提供尤其第二輸出電壓，其中根據該或這些輸出電壓、尤其第一輸出電壓和/或第二輸出電壓來提供傳感器輸出電壓；
[0012]?
有源切換裝置，該有源切換裝置用于將探頭與充電電路和放電電路交替進行電連接；
[0013]?
開關電源電壓源，該開關電源電壓源被設計用于與充電階段與放電階段之間的
切換同步地循環切換開關電源電位，從而為有源切換裝置供應電能。
[0014]用于實現開關電容器模式的常規設計方式在于，借助于(尤其呈模擬開關形式的)有源切換裝置在充電階段與放電階段之間實施對測量電容的切換。該模擬開關是具有控制輸入端的集成式構造單元，該控制輸入端根據控制接口處的電平使輸入接口與兩個輸出接口中的一個輸出接口相連接。這樣的模擬開關借助于晶體管、尤其場效應晶體管來實現其功能并且針對其運行需要電源電壓。
[0015]通過使用模擬開關，測量探頭除了下文中的放大器的輸入阻抗外還與模擬開關中的寄生電容相連接。在此，寄生電容的很大一部分施加在模擬開關的低電源電位或高電源電位與模擬開關的測量電容與之相連接的輸入接口之間。其他寄生電容施加在模擬開關的低電源電位或高電源電位與模擬開關的輸出接口之間。
[0016]這些寄生電容降低了接近度傳感器的靈敏度，原因是這些寄生電容與測量電容平行地布置或起作用。由此增加了充電和放電時的電荷流，因此當距離變化時，由于測量電容的變化而引起的電荷流變化比例變小。這導致接近度傳感器對物體距離的靈敏度降低。
[0017]為了實現充電和放電，通過切換裝置在測量電容處交替地施加充電電位和放電電位。如果充電電位被施加到測量電容，則除了測量電容之外還必須對施加在模擬開關的輸入接口與低電源電位或高電源電位之間的寄生電容進行充電。為了避免這種情況而提出的是，根據切換裝置的開關操作來改變用于切換裝置的高電源電位和低電源電位的電位，從而使反向充電的電流減小。尤其當充電電位被施加到輸入接口以用于對測量電容進行充電時，優選可以在充電電位與放電電位的差值方面使切換裝置的電源電壓的電位發生改變(提高)。相反，當放電電位被施加到輸入接口以用于對測量電容進行放電時，可以使用于切換裝置的電源電位重新改變(降低)到初始電位水平。
[0018]因此，無論開關狀態如何，在模擬開關的輸入接口(即與測量電容相連接的接口)與切換裝置的低電源電位和/或高電源電位之間的寄生電容上始終施加有降低了的電壓，當提高和降低模擬開關的電源電位與通過測量電容的充電狀態和放電狀態實現的切換同步地進行時，該降低了的電壓促使反向充電電流減小。
[0019]通過與充電階段與放電階段之間的切換同步地提高和降低切換裝置的低電源電位和高電源電位，寄生電容的影響在很大程度上被消除，因為減少了寄生電容上的電壓變化或者完全抑制了這種變化。由此減少或消除了流經寄生電容的電流，并且該電流在通過連接在下游的轉換器轉換為輸出電壓時不再存在或僅以較低的程度存在，該轉換器將來自測量電容的充電電流和/或放電電流轉換為傳感器輸出電壓。
[0020]此外，有源切換裝置可以具有有源電路，該有源電路設計有晶體管、尤其場效應晶體管并且該有源電路尤其被設計為模擬開關。切換裝置可以通過兩個交替切換的獨立開關來實現或者通過切換器模擬開關來實現。
[0021]根據一個實施方式，可以使用開關電源電位中的一個開關電源電位或從開關電源電位中的一個開關電源電位導出的信號來控制切換裝置。可以提出的是，充電電路具有充電電容和第一跨阻放大器，該第一跨阻放大器被設計用于至少在充電階段期間為測量電容的充電提供充電電位并且根據到測量電容中的充電電流提供相對應的輸出電壓；和/或其中放電電路具有放電電容和第二跨阻放大器，該第二跨阻放大器被設計用于至少在放電階段期間為測量電容的放電提供放電電位并且根據來自測量電容的放電電流提供相對應的
輸出電壓。
[0022]充電電容和放電電容各自所具有的值尤其可以大于測量電容的典型的電容值，在物體盡可能最接近探頭的情況下，充電電容和放電電容的電容值尤其是測量電容的至少十倍。
[0023]此外，開關電源電壓源可以與充電電路和/或放電電路相連接，以便以開關電源電位為它們供應電能。
[0024]根據一個實施方式，充電電容可以提供與開關電源電位相關的充電電位，和/或放電電容可以提供與開關電源電位相關的放電電位。
[0025]此外，探頭還可以與串聯電阻器串聯連接。由此限制流入或流出測量電容的電流，從而增加測量電容在通過切換裝置進行循環切換時的反向充電時間。這一點的優點是能夠避免接近度傳感器在循環切換時出現電流峰值。
[00本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種用于探測位于檢測區域(E)內的物體(2)以及提供傳感器輸出電壓(V
Sens
，V
out
)的電容式接近度傳感器(5)，所述接近度傳感器包括：
?
能夠導電的探頭(3)；
?
充電電路(13)和放電電路(14)，用于在充電階段期間將在所述探頭(3)處出現的測量電容(CM)循環地充電到充電電位(V
lad
)或用于在放電階段期間將在所述探頭(3)處出現的所述測量電容(CM)放電到放電電位(V
entlad
)，其中所述充電電路(13)和所述放電電路(14)被設計用于根據到所述測量電容(CM)中的充電電流(I1)提供第一輸出電壓(V(I1))和/或根據來自所述測量電容(CM)的放電電流(I2)提供第二輸出電壓(V(I2))，其中根據所述第一輸出電壓和/或所述第二輸出電壓(V(I1)，V(I2))提供所述傳感器輸出電壓(V
Sens
)；
?
有源切換裝置(11)，所述有源切換裝置用于將所述探頭(3)與所述充電電路(13)和所述放電電路(14)交替進行電連接；
?
開關電源電壓源(20)，所述開關電源電壓源被設計用于與所述充電階段與放電階段之間的切換同步地循環切換開關電源電位(V
vers1
，V
vers2
)，從而為所述有源切換裝置(11)供應電能。2.根據權利要求1所述的接近度傳感器(5)，其中所述有源切換裝置(11)具有有源電路(12)，所述有源電路設計有晶體管、尤其場效應晶體管，并且所述有源切換裝置尤其被設計為模擬開關。3.根據權利要求1至2之一所述的接近度傳感器(5)，其中所述開關電源電位(V
vers1
，V
vers2
)中的一個開關電源電位或者從所述開關電源電位(V
vers1
，V
vers2
)中的一個開關電源電位導出的信號(V
ST
)用來控制所述切換裝置(11)。4.根據權利要求1至3之一所述的接近度傳感器(5)，其中所述充電電路(13)具有充電電容(CH1)和第一跨阻放大器(13a)，所述第一跨阻放大器被設計用于至少在所述充電階段期間為所述測量電容(CM)的充電提供充電電位(V
lad
)并且根據到所述測量電容(CM)中的充電電流(I1)提供相對應的輸出電壓(V(I1))；和/或其中所述放電電路(14)具有放電電容(CH2)和第二跨阻放大器(14a)，所述第二跨阻放大器被設計用于至少在所述放電階段期間為所述測量電容(CM)的放電提供放電電位(V
entlad
)并且根據來自所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：哈迪，
申請(專利權)人：倍加福歐洲股份公司，
類型：發明
國別省市：