專(zhuān)利名稱(chēng)：用于操作壓電陶瓷傳感器的方法以及用于執(zhí)行該方法的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作壓電陶瓷傳感器的方法以及一種執(zhí)行該方法的電路。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷傳感器發(fā)射依賴(lài)于施加到該傳感器的壓力的電壓。通過(guò)壓電陶瓷傳感器，可以例如，實(shí)施鍵控功能。壓電陶瓷傳感器所產(chǎn)生的電壓通常由阻抗轉(zhuǎn)換器提供，因?yàn)閴弘娞沾蓚鞲衅鞑贿m合驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載。然而，阻抗轉(zhuǎn)換器非常高的阻抗輸入所導(dǎo)致的結(jié)果是所引入的干擾脈沖具有歪曲評(píng)估的長(zhǎng)期影響。因此，必須確保這樣的干擾脈沖得到有效抑制。與此同時(shí)，盡管干擾得到抑制，也必須確保在較長(zhǎng)時(shí)間段(例如幾秒)內(nèi)，壓電陶瓷傳感器的致動(dòng)(actuation)能被可靠檢測(cè)。 WO 01/22587A1公開(kāi)了一種方法以及相關(guān)聯(lián)電路，其中，在非致動(dòng)狀態(tài)下，壓電陶瓷傳感器的評(píng)估電極(evaluation electrode)通過(guò)相當(dāng)?shù)妥杩沟碾娮杵鹘拥?，以便確保高干擾抑制。一旦檢測(cè)到對(duì)壓電陶瓷傳感器的致動(dòng)，就由高阻抗電阻器代替低阻抗電阻器將評(píng)估電極接地，以便提高評(píng)估靈敏度，并且因此，例如，甚至允許較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的致動(dòng)被可靠檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
問(wèn)題和解決方案本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種用于操作壓電陶瓷傳感器的方法以及一種執(zhí)行該方法的電路，使得可以對(duì)壓電陶瓷傳感器進(jìn)行可靠評(píng)估。本發(fā)明通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I的方法以及根據(jù)權(quán)利要求6的電路解決該問(wèn)題。在用于操作具有評(píng)估電極的壓電陶瓷傳感器的方法的情況下，通常評(píng)估由壓電陶瓷傳感器在評(píng)估電極處所產(chǎn)生的電信號(hào)以確定該壓電陶瓷傳感器的致動(dòng)狀態(tài)(actuatingstate)。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，還應(yīng)當(dāng)參照相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)。在相同或可變持續(xù)時(shí)間的周期性或非周期性循環(huán)時(shí)間間隔期間，評(píng)估電極經(jīng)受預(yù)定參考電勢(shì)，例如接地電勢(shì)，或大約相當(dāng)于相關(guān)聯(lián)評(píng)估電路的電源電壓的一半的電勢(shì)，以便在這些時(shí)間間隔期間使評(píng)估電極以參考電勢(shì)作為參考。在循環(huán)時(shí)間間隔以外，評(píng)估電極未經(jīng)受參考電勢(shì)。不會(huì)發(fā)生評(píng)估電極到參考電勢(shì)的持久耦合，例如，通過(guò)如WO 01/22587A1中的耦合電阻器。經(jīng)受參考電勢(shì)的結(jié)果是，可以例如補(bǔ)償充當(dāng)電容器的壓電陶瓷傳感器中的滯緩電荷(creeping charge)損失,其由漏電流引起，特別是當(dāng)傳感器沒(méi)有被致動(dòng)時(shí)。與WO 01/22587A1相比，傳感器沒(méi)有通過(guò)可變電阻器的持久放電，卻反而在所述時(shí)間間隔期間典型地增加了電荷，并且因此保持了傳感器處的電壓。在一種改進(jìn)中，各個(gè)時(shí)間間隔具有時(shí)間間隔周期并且連續(xù)的時(shí)間間隔在時(shí)間上分隔開(kāi)以時(shí)間間隔重復(fù)周期，該時(shí)間間隔周期選擇為恒定的或可變的，和/或該時(shí)間間隔重復(fù)周期被選擇為恒定的或可變的。在一種改進(jìn)中，還可以執(zhí)行以下步驟測(cè)量評(píng)估電極處的電壓變化，特別是當(dāng)評(píng)估電極未經(jīng)受參考電勢(shì)時(shí)；評(píng)估所測(cè)量的電壓變化，以便在適用的情況下確定干擾脈沖，對(duì)于該評(píng)估可以考慮，例如，電壓變化的上升率，電壓變化的幅度或信號(hào)電平，和/或電壓變化的脈沖周期，其是否具有基本上脈沖狀的變化；以及在一時(shí)間間隔周期內(nèi)使評(píng)估電極經(jīng)受參考電勢(shì)，當(dāng)干擾脈沖已經(jīng)被確定時(shí)，所述時(shí)間間隔周期特別地選擇為大于平均時(shí)間間隔周期，以便有效抑制干擾脈沖的影響。對(duì)于評(píng)估所測(cè)量的電壓變化，所述變化可以與典型致動(dòng)的電壓變化相比較，例如，關(guān)于上升率，上升的持續(xù)時(shí)間，總的持續(xù)時(shí)間，等等，每個(gè)不與典型致動(dòng)的變化相對(duì)應(yīng)的電壓變化被歸類(lèi)為干擾脈沖。在一種改進(jìn)中，還執(zhí)行以下步驟測(cè)量評(píng)估電極處的電壓變化以及評(píng)估所測(cè)量的電壓變化，以便在適用的情況下確定壓電陶瓷傳感器的致動(dòng)，對(duì)于可能確定的致動(dòng)的情形，所述時(shí)間間隔重復(fù)周期被選擇為至少與所確定的致動(dòng)周期一樣大，以使得在可能確定的致動(dòng)期間評(píng)估電極不經(jīng)受參考電勢(shì)。
可替換地，執(zhí)行以下步驟選擇恒定的時(shí)間間隔重復(fù)周期，即，所述時(shí)間間隔是周期性重復(fù)的，測(cè)量評(píng)估電極處的電壓變化，對(duì)所測(cè)量的電壓變化積分以及評(píng)估積分的電壓變化以確定壓電陶瓷傳感器的致動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于這種情形，也對(duì)經(jīng)致動(dòng)的傳感器執(zhí)行參考。用于執(zhí)行前述方法的電路具有用于在循環(huán)時(shí)間間隔期間使壓電陶瓷傳感器的評(píng)估電極經(jīng)受預(yù)定參考電勢(shì)的裝置。在一種改進(jìn)中，該電路具有用于產(chǎn)生參考電勢(shì)或參考電壓的參考電壓源。在一種改進(jìn)中，參考電勢(shì)是接地電勢(shì)或接地電勢(shì)與電路的電源電壓之間的電勢(shì)，例如2. 5V如果電源電壓是5V的話。在一種改進(jìn)中，該電路具有可激活的開(kāi)關(guān)裝置，其一個(gè)端子經(jīng)受參考電勢(shì)，另一端子被連接到評(píng)估電極并且依賴(lài)于激活信號(hào)，將評(píng)估電極連接到參考電勢(shì)或?qū)⑵渑c之?dāng)嚅_(kāi)，和用于產(chǎn)生激活信號(hào)的控制裝置。在一種改進(jìn)中，該電路具有具有高阻抗輸入和低阻抗輸出的阻抗轉(zhuǎn)換器，該阻抗轉(zhuǎn)換器在它的輸入端接收在評(píng)估電極處產(chǎn)生的電信號(hào)以及在它的輸出端以低阻抗發(fā)出所述信號(hào)；和評(píng)估裝置，其評(píng)估在阻抗轉(zhuǎn)換器的輸出端發(fā)出的信號(hào)。在一種改進(jìn)中，該電路包括微處理器、參考電壓源和/或集成在微處理器中的阻抗轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的有利實(shí)施例將在下文中描述以及在附圖中示意性地表示，其中


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的用于操作壓電陶瓷傳感器的電路，圖2示出了根據(jù)第一實(shí)施例的圖I中所示電路的信號(hào)隨時(shí)間的變化，圖3示出了根據(jù)另一實(shí)施例的圖I中所示電路的信號(hào)隨時(shí)間的變化，以及圖4示出了對(duì)于干擾脈沖的情形圖I中所示電路的信號(hào)隨時(shí)間的變化。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的用于操作壓電陶瓷傳感器I的電路，壓電陶瓷傳感器I具有評(píng)估電極la，在電路的運(yùn)行期間，評(píng)估由壓電陶瓷傳感器在評(píng)估電極Ia處產(chǎn)生的電信號(hào)Us，以確定壓電陶瓷傳感器I的致動(dòng)狀態(tài)，例如按下(expressed)或未按下。該電路包括具有高阻抗輸入和低阻抗輸出的阻抗轉(zhuǎn)換器2，該阻抗轉(zhuǎn)換器2在它的輸入端接收評(píng)估電極Ia處產(chǎn)生的電信號(hào)Us并且在它的輸出端阻抗轉(zhuǎn)換為信號(hào)Usi而發(fā)出該信號(hào)。評(píng)估裝置3，例如具有模擬輸入的微處理器的形式，評(píng)估在阻抗轉(zhuǎn)換器2的輸出端發(fā)出的信號(hào)Usi，以確定壓電陶瓷傳感器I的致動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于干擾抑制，提供了用于在循環(huán)時(shí)間間隔(參見(jiàn)圖2到4中的“Za”)期間使評(píng)估電極Ia經(jīng)受預(yù)定參考電勢(shì)或預(yù)定參考電壓Uref的裝置。這些裝置包括參考電壓源4，用以產(chǎn)生參考電勢(shì)或參考電壓Uref，例如Vdd/2，其中Vdd表示電路的電源電壓；可激活的開(kāi)關(guān)裝置5，其一個(gè)端子經(jīng)受參考電勢(shì)或參考電壓Uref，另一端子被連接到評(píng)估電極Ia并且依賴(lài)于激活信號(hào)Ua，將評(píng)估電極Ia連接到參考電勢(shì)或參考電壓Uref或?qū)⑵渑c之?dāng)嚅_(kāi)；和用以產(chǎn)生激活信號(hào)Ua的控制裝置3。該控制裝置和評(píng)估裝置可以被共同集成在微處理器3 中，其實(shí)現(xiàn)控制功能和評(píng)估功能這二者。圖2示出了根據(jù)第一實(shí)施例的圖I中所示電路的信號(hào)隨時(shí)間的變化。由評(píng)估裝置或微處理器3的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)由阻抗轉(zhuǎn)換器2發(fā)出的電壓Usi以采樣頻率進(jìn)行周期性采樣，這通過(guò)箭頭表示。在時(shí)間周期“A”內(nèi)，采樣電壓Usi是恒定的并且對(duì)應(yīng)于非致動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于這種情形，激活信號(hào)Ua被如此產(chǎn)生以使得在循環(huán)時(shí)間間隔Za期間，評(píng)估電極Ia經(jīng)受參考電勢(shì)Uref (對(duì)于這種情形，激活信號(hào)Ua的信號(hào)狀態(tài)是“Uref’ )。在時(shí)間間隔Za以外，作為控制信號(hào)Ua的狀態(tài)的結(jié)果(對(duì)于這種情形，激活信號(hào)Ua的信號(hào)狀態(tài)是“Z”)，開(kāi)關(guān)裝置5的開(kāi)關(guān)位置使得評(píng)估電極Ia不經(jīng)受參考電勢(shì)Uref。在時(shí)間周期“A”內(nèi)時(shí)間間隔Za以時(shí)間間隔重復(fù)周期Tref周期性地循環(huán)并且具有恒定時(shí)間間隔周期Tp。在時(shí)間周期“B”內(nèi)，采樣電壓Usi具有與典型按鍵致動(dòng)對(duì)應(yīng)的變化，即采樣電壓最初以特定增量增加，然后在致動(dòng)周期內(nèi)保持大致恒定，以及然后，當(dāng)不再按下傳感器的按鍵I時(shí)，以略微下沖再一次降到時(shí)間周期“Α”的恒定值。該電壓變化在評(píng)估裝置或微處理器3中被評(píng)估，其然后根據(jù)存儲(chǔ)的參數(shù)來(lái)檢測(cè)按鍵致動(dòng)。對(duì)于這種情形，在由評(píng)估裝置或微處理器3檢測(cè)到的致動(dòng)期間產(chǎn)生具有信號(hào)狀態(tài)“Ζ”的激活信號(hào)Ua，以使得在所確定的致動(dòng)期間抑制使評(píng)估電極Ia經(jīng)受參考電勢(shì)Uref，即時(shí)間間隔重復(fù)周期Tref被選擇為至少與所確定的致動(dòng)周期一樣大。通過(guò)這種方式，由于在評(píng)估電極Ia處不會(huì)發(fā)生電壓的復(fù)位，所以可以容易地且可靠地檢測(cè)到較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的致動(dòng)。在時(shí)間周期“。C”內(nèi)，采樣電壓具有再一次對(duì)應(yīng)于非致動(dòng)狀態(tài)的變化。然后，為了重新建立所定義的初始狀態(tài)，在預(yù)定時(shí)間間隔周期或復(fù)位時(shí)間周期Tp = Tres內(nèi)使評(píng)估電極Ia經(jīng)受參考電勢(shì)Uref。在這里復(fù)位周期Tres大于時(shí)間周期“A”內(nèi)的時(shí)間間隔Za的持續(xù)時(shí)間Tp。在復(fù)位后，接著是如前述時(shí)間周期“A”內(nèi)一樣的相同程序。圖3示出了根據(jù)另一實(shí)施例的圖I中所示電路的信號(hào)隨時(shí)間的變化，其中評(píng)估電極Ia被周期性地、獨(dú)立于致動(dòng)地參考，例如時(shí)間間隔重復(fù)周期Tref是恒定的。然而，為了能夠檢測(cè)到傳感器I的持久致動(dòng)，采樣電壓Usi在評(píng)估裝置3中被積分，該積分電壓最終描繪了致動(dòng)狀態(tài)并且被評(píng)估。在時(shí)間周期B’ _1內(nèi)，作為開(kāi)始致動(dòng)的結(jié)果，傳感器I處發(fā)生壓力上升。在時(shí)間周期B’_2內(nèi)，傳感器I處的壓力保持大致恒定。在時(shí)間周期B’_3內(nèi)，致動(dòng)結(jié)束。采樣電壓Usi的積分基本上與圖2所示采樣電壓Usi的變化相對(duì)應(yīng)，使得盡管在評(píng)估電極Ia處進(jìn)行獨(dú)立于致動(dòng)的、電壓的周期性復(fù)位，仍然能檢測(cè)到較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的致動(dòng)。圖4示出了對(duì)于瞬變干擾脈沖的情形圖I中所示電路的信號(hào)隨時(shí)間的變化。采樣電壓Usi的電壓變化在上升率、持續(xù)時(shí)間、幅度等方面，都與典型按鍵致動(dòng)的變化不相對(duì)應(yīng)，這樣可以推斷出瞬變干擾脈沖。因而，在時(shí)間周期“B”內(nèi)，在時(shí)間間隔周期或復(fù)位時(shí)間周期Tp = Tres內(nèi)使評(píng)估電極Ia經(jīng)受參考電勢(shì)Uref，以便可靠地抑制干擾脈沖。隨后，操作如以上關(guān)于時(shí)間周期“A”所述的那樣繼續(xù)。
所示實(shí)施例使得對(duì)壓電陶瓷傳感器進(jìn)行可靠且無(wú)干擾的評(píng)估成為可能，特別是對(duì)于較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的致動(dòng)的情形。
權(quán)利要求
1.用于操作具有評(píng)估電極(Ia)的壓電陶瓷傳感器(I)的方法，其中，評(píng)估由壓電陶瓷傳感器⑴在評(píng)估電極(Ia)處產(chǎn)生的電信號(hào)(Us)以確定壓電陶瓷傳感器⑴的致動(dòng)狀態(tài)， 其特征在于以下步驟 -在循環(huán)時(shí)間間隔(Za)期間，對(duì)評(píng)估電極(Ia)施加預(yù)定參考電勢(shì)(Uref)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 -所述時(shí)間間隔(Za)分別具有時(shí)間間隔周期(Tp)并且連續(xù)的時(shí)間間隔(Za)在時(shí)間上分隔開(kāi)以時(shí)間間隔重復(fù)周期(Tref)，所述時(shí)間間隔周期(Tp)被選擇為恒定的或可變的，和/或時(shí)間間隔重復(fù)周期(Tref)被選擇為恒定的或可變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于以下步驟 -測(cè)量評(píng)估電極(Ia)處的電壓變化， -評(píng)估所測(cè)量的電壓變化，以便在適用的情況下確定干擾脈沖，以及-在時(shí)間間隔周期(Tp = Tres)內(nèi)對(duì)評(píng)估電極(Ia)施加預(yù)定參考電勢(shì)(Uref),當(dāng)干擾脈沖已經(jīng)被確定時(shí)，所述時(shí)間間隔周期被特別地選擇為大于平均時(shí)間間隔周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于以下步驟 -測(cè)量評(píng)估電極(Ia)處的電壓變化， -評(píng)估所測(cè)量的電壓變化，以便在適用的情況下確定壓電陶瓷傳感器(I)的致動(dòng)，對(duì)于可能確定的致動(dòng)的情形，所述時(shí)間間隔重復(fù)周期(Tref)被選擇為至少與所確定的致動(dòng)周期一樣大，以使得在可能確定的致動(dòng)期間不對(duì)評(píng)估電極(Ia)施加參考電勢(shì)(Uref)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于以下步驟 -選擇恒定的時(shí)間間隔重復(fù)周期(Tref)， -測(cè)量評(píng)估電極(Ia)處的電壓變化， -對(duì)所測(cè)量的電壓變化積分，以及 -評(píng)估該積分的電壓變化以確定壓電陶瓷傳感器(I)的致動(dòng)狀態(tài)。
6.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I到5之一所述的方法的電路，其特征在于 -用于在循環(huán)時(shí)間間隔(Za)期間對(duì)壓電陶瓷傳感器(I)的評(píng)估電極(Ia)施加預(yù)定參考電勢(shì)(Uref)的裝置(3,4,5) 0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于 -用于產(chǎn)生參考電勢(shì)(Uref)的參考電壓源(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電路，其特征在于 -參考電勢(shì)是接地電勢(shì)或接地電勢(shì)與電路的電源電壓之間的電勢(shì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8之一所述的電路，其特征在于 -開(kāi)關(guān)裝置(5)，具有第一端子，對(duì)第一端子施加參考電勢(shì)(Uref)，并且具有第二端子，第二端子被連接到評(píng)估電極(Ia)，開(kāi)關(guān)裝置(5)響應(yīng)于激活信號(hào)(Ua)而將評(píng)估電極(Ia)連接到參考電勢(shì)(Uref)或?qū)⑵渑c之?dāng)嚅_(kāi)，和-用于產(chǎn)生激活信號(hào)(Ua)的控制裝置(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到9之一所述的電路，其特征在于 -具有高阻抗輸入和低阻抗輸出的阻抗轉(zhuǎn)換器(2)，該阻抗轉(zhuǎn)換器(2)在其輸入端接收在評(píng)估電極(Ia)處產(chǎn)生的電信號(hào)(Us)并且在其輸出端發(fā)出該信號(hào)，和-評(píng)估裝置(3)，其評(píng)估阻抗轉(zhuǎn)換器的輸出端發(fā)出的信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10之一所述的電路，其特征在于-微處理器，參考電壓源和/或阻抗轉(zhuǎn)換器被集成在微處理器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及操作壓電陶瓷傳感器的方法以及執(zhí)行該方法的電路。在用于操作具有評(píng)估電極的壓電陶瓷傳感器的方法的情況下，評(píng)估由壓電陶瓷傳感器在評(píng)估電極處產(chǎn)生的電信號(hào)(Us)以確定壓電陶瓷傳感器的致動(dòng)狀態(tài)。在循環(huán)時(shí)間間隔(Za)期間，對(duì)評(píng)估電極施加預(yù)定參考電勢(shì)(Uref)，以便在這些時(shí)間間隔(Za)期間使評(píng)估電極以參考電勢(shì)(Uref)作為參考。
文檔編號(hào)H03K17/296GK102868389SQ20121028887
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者H·弗盧雷爾, U·赫納 申請(qǐng)人:E.G.O.電氣設(shè)備制造股份有限公司