專利名稱：電容傳感器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明指向一種用于生成關(guān)于其空間傳播而顯著成形的電場(chǎng)的布置。進(jìn) 一步，本發(fā)明指引包括上述布置的傳感器設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種使得能夠創(chuàng)建具有準(zhǔn)靜電(quasi-static )特性的 交變電場(chǎng)(alternating electric field)的解決方案，該具有準(zhǔn)靜電屬性的交流 電場(chǎng)將某種聚焦效果(focusing effect)傳播到監(jiān)督區(qū)。
才艮據(jù)本發(fā)明，通過一種電^各布置來實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，該電i 各布置包括 -場(chǎng)生成電極設(shè)備，其被并入LC-網(wǎng)絡(luò)中，并且以如下方式朝向場(chǎng)空間暴 露包括所述場(chǎng)生成電極的電容器系統(tǒng)的電容響應(yīng)于所述場(chǎng)空間內(nèi)出現(xiàn)的材 料的介電特性而變化，
陽絕緣體層，在所述場(chǎng)生成電極設(shè)備的后側(cè)延伸，并且背離(facing away from)所述場(chǎng)空間，
-屏蔽電極設(shè)備，在所述絕緣體層的后側(cè)延伸，并且背離所述場(chǎng)空間，以
及
-場(chǎng)消失電極設(shè)備，其包括面向消失區(qū)的電極區(qū)，其中以所述場(chǎng)空間和是 消失空間彼此部分重疊的方式來布置所述場(chǎng)生成電極設(shè)備和場(chǎng)消失電極設(shè)備 并向其施力口電壓。
基于該方法，能夠以優(yōu)勢(shì)方式來切斷由場(chǎng)生成電極生成的場(chǎng)的側(cè)向無關(guān) 緊要的邊緣區(qū)域，并能夠嚴(yán)格限制由場(chǎng)生成電極觀測(cè)的空間。
優(yōu)選地，以如下方式布置場(chǎng)消失電極設(shè)備并將其連接到各個(gè)電路通過 所述消失電極，消減掉由場(chǎng)生成電極設(shè)備生成的場(chǎng)的邊緣區(qū)域。
優(yōu)選地，在場(chǎng)生成電極設(shè)備和場(chǎng)消失電極設(shè)備之間提供分離電極設(shè)備。 該分離電極設(shè)備優(yōu)選位于兩個(gè)絕緣體材料層之間，并與屏蔽電極設(shè)備耦合。 分離電極設(shè)備可以直接與屏蔽電極設(shè)備耦合，并且具體地可以與所述屏蔽電 極設(shè)備整合地建立。根據(jù)本發(fā)明，場(chǎng)消失電極設(shè)備可以被施加具有相對(duì)于一皮施加到場(chǎng)生成電 極設(shè)備的電壓而相位偏移的電壓。優(yōu)選地相位偏移在71的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選
地電壓在場(chǎng)生成電極設(shè)備處的電壓的范圍內(nèi)。能夠以如下方式設(shè)計(jì)電路相
位偏移和電壓差可以以可調(diào)整的方式而變化。
可以成形(shape)分離電極設(shè)備使得其在場(chǎng)生成電極設(shè)備和場(chǎng)消失電極 設(shè)備之間實(shí)質(zhì)上條狀地延伸。可以與屏蔽電極設(shè)備整合地制成所述分離電極 設(shè)備。
基于根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，能夠提供以相對(duì)低頻工作并通過顯著的^^測(cè)方 向工作的電容傳感器。本發(fā)明允許通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)和通過顯著的方向 檢測(cè)特征進(jìn)行的適當(dāng)電子來提供電容傳感器。
場(chǎng)生成電極設(shè)備形成振蕩器的一部分，該振蕩器的頻率確定電容取決于 場(chǎng)生成電極設(shè)備前面的區(qū)域的介電特性。如果物體靠近場(chǎng)生成電極設(shè)備，則 所述場(chǎng)生成電極設(shè)備的電容增加，且頻率改變。為了防止在地電極的影響下 的靈敏度的減少，通過相同相位位置和相同電壓電平的信號(hào)來漸隱所述地電 極。(可以使用互阻抗轉(zhuǎn)換器(transimpedance converter)作為屏蔽驅(qū)動(dòng)器。)


從隨后結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)和特征將變得明顯。其
中
圖1示出了基于使用靜電相互作用(electro static interaction effect)的傳 感器系統(tǒng)的電路圖2示出了用于圖示沒有屏蔽的平坦傳感器的靈敏度的區(qū)域的示意圖； 圖3示出了用于圖示具有屏蔽的平坦傳感器電極的靈敏度的區(qū)域的示意
圖4示出了用于圖示被提供有場(chǎng)消失(extinction)電極設(shè)備和屏蔽條電 極的"切斷場(chǎng)傳感器"的示意圖5示出了用于圖示用于施加于場(chǎng)消失電極的反相電壓的、根據(jù)圖4的 傳感器的電極的連接的示意圖(工作的切斷場(chǎng)模式)；
圖6示出了用于圖示用于施加于場(chǎng)消失電極的同相電壓的、根據(jù)圖4的 傳感器的電極的連接的示意圖(工作的廣闊場(chǎng)模式)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了基于使用電場(chǎng)相互作用的傳感器系統(tǒng)的電路圖。通過該傳感 器系統(tǒng)，可以觀測(cè)場(chǎng)生成電極1前面的區(qū)域。這通過形成LC-網(wǎng)絡(luò)的部分的
場(chǎng)生成電極1來實(shí)現(xiàn)。場(chǎng)生成電極1形成LC-網(wǎng)絡(luò)的頻率確定電容的部分。 該電容受空間RB中出現(xiàn)的材料的介電特性的變化的影響。
圖2示出了在場(chǎng)生成電極設(shè)備1周圍的哪些空間區(qū)域影響在包含場(chǎng)生成 電極設(shè)備之下形成的電容器系統(tǒng)的電容。如所示，相鄰于場(chǎng)生成電極1的主 表面的那些空間段對(duì)于電容的影響比對(duì)在主表面以上和以下的前述空間段之 間延伸的邊緣楔形部分的影響更大。
圖3示出了場(chǎng)生成電極設(shè)備的單側(cè)屏蔽布置。根據(jù)圖3所示的實(shí)施例， 響應(yīng)于朝向場(chǎng)生成電極的主體的粘附而導(dǎo)致的頻率的改變?cè)酱螅蕉嗨鲋?體呈現(xiàn)在與場(chǎng)生成電極的表面相反的位置。
隨后結(jié)合圖4具體描述的具體概念允許在已經(jīng)相對(duì)低頻("準(zhǔn)靜電"工作 的)傳感器處獲得在近場(chǎng)區(qū)域內(nèi)顯著的方向性。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，能夠劃 分傳感器前面的空間，并能夠漸隱(fade out)所定義的空間段。由此獲得方 向特性，其對(duì)于低頻工作的電容傳感器是非典型的。通過根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思， 能夠以優(yōu)勢(shì)方式對(duì)在相對(duì)嚴(yán)格有限的空間區(qū)域內(nèi)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)(檢測(cè)、 切換、控制……)，并能夠忽略在其他空間段內(nèi)發(fā)生的那些運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了電極，該電極提供在期望空間內(nèi)抵消(neutralizing) 或真空(suctioning off)傳感器場(chǎng)的效果。因此在以下文中，將所述電極稱作 真空電極(suctioning electrode )。圖4至今示出了原理的傳感器構(gòu)造。也可以 改變?cè)撾姌O布置。例如，還可以在垂直方向上延伸傳感器，以增加其在X-方 向上的靈敏度。
圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的電子電路S的原理構(gòu)造。為了實(shí)現(xiàn)在不期望的 空間段中的良好的場(chǎng)抵消，與傳感器電極的反相地驅(qū)動(dòng)真空電極。
可以使用具有具體優(yōu)勢(shì)的本發(fā)明，其中明顯的方向性是必需的。這是例 如通過替換擋光板或光障柵(light barrier grid)或者結(jié)合4孚獲(trapping)保 護(hù)系統(tǒng)僅是必須觀測(cè)的危險(xiǎn)區(qū)域的情況。其也適合于在較窄空間中線形地排 列電容開關(guān)。
能夠設(shè)計(jì)各個(gè)傳感器電路為可經(jīng)由地址碼來控制。也能夠臨時(shí)改變它們 的工作模式。例如，對(duì)于某種數(shù)量或時(shí)間段的檢測(cè)場(chǎng)的周期，可以改變優(yōu)選地通過地址來控制的檢測(cè)場(chǎng)的限制的類型。由此可以進(jìn)行整個(gè)觀測(cè)區(qū)的組合 監(jiān)—見和在整個(gè)觀測(cè)區(qū)內(nèi)或在有限的或整個(gè)觀測(cè)區(qū)內(nèi)的目標(biāo)出現(xiàn)的識(shí)別。還能 夠利用允許使用所選電極交變地作為場(chǎng)生成電極和場(chǎng)消失電極的電路設(shè)計(jì)。
如從圖6很明顯地，能夠減少地電容，用于增加靈敏度。如果在傳感器 以外用屏蔽電極補(bǔ)償?shù)乇砻?，則通過使用傳感器幾何學(xué)(傳感器+屏蔽)這是 可能的。在較小的空間上，可以通過添加使用高于施加到傳感器電極的電壓、
同相地工作的另一電極來實(shí)現(xiàn)靈敏度的增力口。因此驅(qū)動(dòng)器的電壓Vu的放大因
子的值必須大于1。結(jié)合真空電極，這也是可能的。電容變化的估計(jì)可以通 過普通的估計(jì)過程，像例如頻率分析過程、相位分析過程和幅度調(diào)制方法來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1. 一種電路布置，包括-場(chǎng)生成電極設(shè)備，其被并入LC-網(wǎng)絡(luò)中，并且以如下方式朝向場(chǎng)空間暴露包括所述場(chǎng)生成電極的電容器系統(tǒng)的電容響應(yīng)于所述場(chǎng)空間內(nèi)出現(xiàn)的材料的介電特性而變化，-絕緣體層，在所述場(chǎng)生成電極設(shè)備的后側(cè)延伸，并且背離所述場(chǎng)空間，-屏蔽電極設(shè)備，在所述絕緣體層的后側(cè)延伸，并且背離所述場(chǎng)空間，以及-場(chǎng)消失電極設(shè)備，其包括面向消失區(qū)的電極區(qū)，其中以所述場(chǎng)空間和消失空間彼此部分重疊的方式來布置所述場(chǎng)生成電極設(shè)備和場(chǎng)消失電極設(shè)備并向其施加電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路布置，其特征在于，以如下方式布置并驅(qū) 動(dòng)所述場(chǎng)消失電極設(shè)備切斷由所述場(chǎng)生成電極設(shè)備生成的并滲透到所述消 失場(chǎng)空間的場(chǎng)的邊緣區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路布置，其特征在于，在所述場(chǎng)生成電 極設(shè)備和所述場(chǎng)消失電極設(shè)備之間提供分離電極設(shè)備。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，在兩 個(gè)絕緣體材料層之間接收所述分離電極設(shè)備。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，所述 分離電極設(shè)備與屏蔽電極設(shè)備耦合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，所述 分離電極設(shè)備直接與屏蔽電極設(shè)備耦合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，將相 對(duì)于被施加到所述場(chǎng)生成電極設(shè)備的電壓而具有相位偏移量且具有更高的電 平的電壓施加到所述場(chǎng)消失電極設(shè)備。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，相位 偏移量實(shí)質(zhì)上是丌，并且電壓實(shí)質(zhì)上具有^L施加到所述場(chǎng)生成電極的電壓的 幅度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，相位 偏移量以可調(diào)整的方式可變。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，所 述場(chǎng)生成電極和所述場(chǎng)消失電極之間的電壓差以可調(diào)整的方式可變。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l到IO的至少一個(gè)所述的電路布置，其特征在于，分 離電極設(shè)備在所述場(chǎng)生成電極和所述場(chǎng)消失電極之間條狀地延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及產(chǎn)生關(guān)于其空間膨脹而受顯著影響的電場(chǎng)的布置和包括該布置的傳感器設(shè)備。本發(fā)明目標(biāo)是提供能生成準(zhǔn)靜電交變電場(chǎng)的方案，其中準(zhǔn)靜電交變電場(chǎng)以關(guān)于在實(shí)踐為監(jiān)視和信號(hào)傳輸區(qū)域的相關(guān)優(yōu)選區(qū)域中聚焦的精確方式而膨脹。通過包括以下的電路布置實(shí)現(xiàn)目標(biāo)場(chǎng)生成電極設(shè)備，連接到LC網(wǎng)絡(luò)，并以如下方式暴露到場(chǎng)的空間區(qū)包括電極設(shè)備的電容器系統(tǒng)的電容根據(jù)在場(chǎng)的空間區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的材料的介電特性而變化；絕緣體層，在場(chǎng)電極設(shè)備后側(cè)延伸，該場(chǎng)電極設(shè)備背離場(chǎng)的空間區(qū)；屏蔽電極設(shè)備，在絕緣層后側(cè)延伸，該絕緣層背離場(chǎng)電極設(shè)備；和場(chǎng)消失電極設(shè)備，包括朝向消失區(qū)的電極表面。以由場(chǎng)的空間區(qū)和消失區(qū)彼此部分重疊的方式布置場(chǎng)膨脹電極設(shè)備和場(chǎng)消失電極設(shè)備并使其經(jīng)受電壓。
文檔編號(hào)H03K17/955GK101449461SQ200780017223
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者克勞斯·卡爾特納 申請(qǐng)人:艾登特技術(shù)股份公司