本發(fā)明涉及一種電容傳感器以及一種用于電容感測(cè)的方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，電容傳感器用于種類繁多的各種應(yīng)用，例如，用于輸入裝置(例如，觸摸板、電容滑塊、觸摸轉(zhuǎn)盤(pán)等)、接近傳感器或乘客檢測(cè)系統(tǒng)。

被某些電場(chǎng)傳感器或接近傳感器調(diào)用的電容傳感器或電容感測(cè)裝置是指響應(yīng)于正被感測(cè)的事物(人、人體的部分、寵物、物體等)對(duì)電場(chǎng)的影響生成信號(hào)的傳感器。電容傳感器一般包括至少一個(gè)天線電極，在所述傳感器工作時(shí)，向所述天線電極施加振蕩電信號(hào)，所述天線電極將因此向接近所述天線電極的空間區(qū)域內(nèi)發(fā)射電場(chǎng)。所述傳感器包括至少一個(gè)感測(cè)電極，在所述感測(cè)電極處檢測(cè)物體或生物對(duì)所述電場(chǎng)的影響。在一些(所謂的“加載模式”)電容占用傳感器中，一個(gè)或多個(gè)天線電極同時(shí)用作感測(cè)電極。在這種情況下，測(cè)量電路響應(yīng)于向其施加的振蕩電壓而確定流入到所述一個(gè)或多個(gè)天線電極內(nèi)的電流。電壓與電流的關(guān)系產(chǎn)生所述一個(gè)或多個(gè)天線電極與地之間的復(fù)阻抗。在替代版本的電容傳感器(“耦合模式”電容傳感器)中，發(fā)射天線電極和感測(cè)電極彼此分隔開(kāi)。在這種情況下，測(cè)量電路確定在發(fā)射天線電極工作時(shí)在感測(cè)電極中感生的電流或電壓。

盡管本領(lǐng)域已知的電容傳感器在理論上是可靠的，但是存在感測(cè)電極同樣易受外部電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)(可以被視為“電磁噪聲”)影響的問(wèn)題。由于測(cè)量電路必須具有高靈敏度才能執(zhí)行其正常功能，因而這樣的em噪聲可能對(duì)其產(chǎn)生不利影響。這甚至可能導(dǎo)致對(duì)物體的錯(cuò)誤檢測(cè)或者檢測(cè)不到物體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

因此，本發(fā)明的目的在于提供用于實(shí)現(xiàn)更加魯棒的電容測(cè)量的手段。這一問(wèn)題是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容傳感器和根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法來(lái)解決的。

發(fā)明的總體描述

本發(fā)明提供了一種電容傳感器。本發(fā)明的傳感器的應(yīng)用不受任何限制，但是其尤其可以用于汽車(chē)系統(tǒng)，例如，作為車(chē)座占用傳感器或者用于智能后備箱開(kāi)啟器。

所述傳感器包括電容耦合至反電極(counterelectrode)以形成所要測(cè)量的電容的感測(cè)電極以及被配置為將交變電壓操作耦合至所述感測(cè)電極的交變電壓源。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述反電極由地形成，并且所述交變電壓源的交變電壓被施加至所述感測(cè)電極。在這一按照所謂的“加載模式”運(yùn)行的實(shí)施例中，感測(cè)電極具有相對(duì)于地的電容，該電容受到感測(cè)電極和地之間的對(duì)象的影響。因此，能夠通過(guò)感測(cè)電極的電容的變化來(lái)檢測(cè)對(duì)象的存在。

在不同的實(shí)施例中，所述反電極可以是用于響應(yīng)于從所述交變電壓源施加至所述反電極的交變信號(hào)發(fā)射交變電場(chǎng)的專用發(fā)射天線電極。在這種情況下，通過(guò)使所述交變電場(chǎng)耦合至所述感測(cè)電極內(nèi)而在所述感測(cè)電極中感生出交變電壓。在這一按照所謂的“耦合模式”運(yùn)行的實(shí)施例中，測(cè)量電路在所述發(fā)射天線電極工作時(shí)確定在所述感測(cè)電極中感生的電流或電壓。

所述電壓源可以分別地直接連接至所述感測(cè)電極或所述發(fā)射天線電極，但是其間也可以存在其他元件。也可以根據(jù)傳感器的切換狀態(tài)來(lái)直接或間接連接，在下文中這將是很清楚的。所述交變電壓源生成的交變電壓優(yōu)選是周期性的，因而可以以(基本)頻率為特征。波形一般不受限制，并且可以例如包括正弦、三角、方形或者矩形波形，但是某些波形是優(yōu)選的，下文將對(duì)此進(jìn)行解釋。

所述傳感器還包括電容性第一轉(zhuǎn)移裝置以及被配置為測(cè)量感測(cè)電極的電容的測(cè)量電路。最后，所述傳感器包括切換裝置，其被配置為交替地：在第一切換狀態(tài)下，將第一轉(zhuǎn)移裝置連接至所述感測(cè)電極，從而實(shí)現(xiàn)從感測(cè)電極至所述第一轉(zhuǎn)移裝置的電荷轉(zhuǎn)移；以及在第二切換狀態(tài)下，將第一轉(zhuǎn)移裝置連接至測(cè)量電路，從而實(shí)現(xiàn)從第一轉(zhuǎn)移裝置至測(cè)量電路的電荷轉(zhuǎn)移。

所述第一轉(zhuǎn)移裝置具有電容，所述電容可以是作為所述轉(zhuǎn)移裝置的部分的一個(gè)或幾個(gè)電容元件的結(jié)果。一般而言，所述轉(zhuǎn)移裝置還可以包括其他非電容元件，當(dāng)然其可以出于連接目的而包括導(dǎo)線、導(dǎo)電通路等。

所述切換裝置通常包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)可以是本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)類型的開(kāi)關(guān)。具體而言，這些開(kāi)關(guān)可以是電子開(kāi)關(guān)，它們通過(guò)適當(dāng)電路進(jìn)行控制，從而同步工作。即使在各個(gè)開(kāi)關(guān)之間沒(méi)有連接(除了與公共受控電路的連接之外)，也可以將它們視為單個(gè)切換裝置的部分。

所述測(cè)量電路理論上可以是常規(guī)測(cè)量電路。其被配置為在第二切換狀態(tài)期間接受來(lái)自所述第一轉(zhuǎn)移裝置的電荷(即，電流)，并且采用這些電荷測(cè)量感測(cè)電極的電容。具體而言，所述測(cè)量電路可以采用與互阻抗放大器相結(jié)合的積分電容器。

本發(fā)明的基本思路是使測(cè)量電路與感測(cè)電極電分離。這是通過(guò)不使電荷直接從感測(cè)電極轉(zhuǎn)移至測(cè)量電路，而是經(jīng)由第一轉(zhuǎn)移裝置完成所述轉(zhuǎn)移而實(shí)現(xiàn)的。所述切換裝置交替采取第一和第二切換狀態(tài)，即，要么建立第一切換狀態(tài)的連接或者建立第二切換狀態(tài)的連接。在第一切換狀態(tài)中，所述轉(zhuǎn)移裝置連接至所述感測(cè)電極，從而能夠使電荷從感測(cè)電極轉(zhuǎn)移至所述轉(zhuǎn)移裝置，即，電流發(fā)生流動(dòng)。但是，在這一狀態(tài)下，所述轉(zhuǎn)移裝置未連接至所述測(cè)量電路。因此，在感測(cè)電極和測(cè)量電路之間沒(méi)有直接連接。在第二切換狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)移裝置連接至測(cè)量電路，因而能夠?qū)㈦姾赊D(zhuǎn)移至(即，電流能夠流至)測(cè)量電路。但是，在這一第二切換狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)移裝置未連接至所述感測(cè)電極，并且因此在感測(cè)電極和測(cè)量電路之間仍然不存在直接連接。

因此，在感測(cè)電極和測(cè)量電路之間從不存在直接連接。因而，通過(guò)感測(cè)電極接收到的電磁噪聲不能對(duì)測(cè)量電路造成影響。第一轉(zhuǎn)移裝置起著感測(cè)電極和測(cè)量電路之間的保護(hù)緩沖器的作用。因此，本發(fā)明的傳感器非常魯棒，即使在使用易受來(lái)自電磁噪聲的干擾影響的敏感測(cè)量電路時(shí)亦如此。還應(yīng)當(dāng)指出，通常所述測(cè)量電路從不連接至交變電壓源，借助于下文解釋的實(shí)施例，這一點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。具體而言，所述測(cè)量電路可以總是接收更易于操縱的直流電壓。但是，應(yīng)當(dāng)清楚，估算裝置不限于這樣的實(shí)施例，其他估算裝置也是可能的。

根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，第一轉(zhuǎn)移裝置包括具有第一端子和第二端子的第一轉(zhuǎn)移電容器，所述交變電壓源被配置為在第一節(jié)點(diǎn)處生成交變電壓，并且所述測(cè)量電路被連接至第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)。此外，在這一實(shí)施例中，所述切換裝置被配置為交替地：在第一切換狀態(tài)下，將第一端子連接至感測(cè)電極，將第二端子連接至第一節(jié)點(diǎn)；以及在第二切換狀態(tài)下，將第一端子連接至第二節(jié)點(diǎn)，將第二端子連接至第三節(jié)點(diǎn)。在此處以及下文中，“節(jié)點(diǎn)”是指具有給定電勢(shì)的點(diǎn)，即，如果兩個(gè)部件連接至同一節(jié)點(diǎn)，那么它們連接至同一電勢(shì)。但是，這一電勢(shì)可以是時(shí)間相關(guān)的。

應(yīng)當(dāng)理解，可以不采用單個(gè)第一轉(zhuǎn)移電容器，而是采用多個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)切換的電容器。在所描述的實(shí)施例中，在第一狀態(tài)期間，第一轉(zhuǎn)移電容器和感測(cè)電極相對(duì)于交變電壓源串聯(lián)。在第二切換狀態(tài)期間，第一轉(zhuǎn)移電容器的端子與感測(cè)電極和交變電壓源斷開(kāi)連接，而是經(jīng)由第二和第三節(jié)點(diǎn)連接至測(cè)量電路。所有上文提及的連接通常均為直接連接(即，沒(méi)有任何中間元件)。

所述測(cè)量電路還優(yōu)選包括連接至所述第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)的積分電容器(即，該電容器的端子的每者連接至這些節(jié)點(diǎn)之一)以及連接至所述第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)的互阻抗放大器。這樣的配置在理論上是本領(lǐng)域公知的。所述積分電容器通常具有被選擇為比第一轉(zhuǎn)移裝置的電容和感測(cè)電極的預(yù)期電容高得多的電容。所述積分電容器可以例如具有是感測(cè)電極的預(yù)期電容的100倍的電容。因此，當(dāng)在第一轉(zhuǎn)移裝置和測(cè)量電路之間建立了連接時(shí)，所述轉(zhuǎn)移裝置的一個(gè)或多個(gè)電容裝置將受到極大的有利于所述積分電容器的放電。

所述交變電壓源優(yōu)選被配置為生成正弦電壓。盡管在很多常見(jiàn)的電容傳感器中，采用矩形電壓，但是這樣的電壓除了含有基頻之外，還含有大量的較高頻率，其又會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的量的輻射。為了使電容傳感器保持低電磁發(fā)射，至少應(yīng)當(dāng)在很大程度上消除高次諧波分量。盡管在理想的正弦波中，總的諧波失真為0，但是從更廣的意義上來(lái)講，可以采用總諧波失真低于5％的交變電壓。

在這一背景下，所述切換裝置可以被配置為在電壓升高時(shí)處于第一切換狀態(tài)下，在電壓下降時(shí)處于第二切換狀態(tài)下。即，使所述切換裝置與所述交變電壓源同步。也可以結(jié)合非正弦電壓采用這樣的同步。如果這樣的非正弦電壓含有恒定部分，那么可能在這樣的恒定部分的開(kāi)始或結(jié)束處發(fā)生第一和第二切換狀態(tài)之間的變化。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第三節(jié)點(diǎn)連接至地。根據(jù)另一實(shí)施例，所述第三節(jié)點(diǎn)連接至恒定電壓源。這樣的恒定電壓源構(gòu)成了所述測(cè)量電路的偏置點(diǎn)。

尤其是在僅采用單個(gè)轉(zhuǎn)移裝置時(shí)，所述切換裝置優(yōu)選被配置為在第二切換狀態(tài)下將所述感測(cè)電極連接至第一節(jié)點(diǎn)。這意味著，所述感測(cè)電極將在第二切換狀態(tài)期間直接連接至所述交變電壓源。如果將其與在第一狀態(tài)期間使所述切換裝置與所述交變電壓源同步的實(shí)施例相結(jié)合，那么僅所述感測(cè)電極由升高電壓充電，而在第二切換狀態(tài)下，則對(duì)所述感測(cè)電極與所述第一轉(zhuǎn)移裝置的電容的組合(串聯(lián))放電。

盡管可以相對(duì)于第一和第二切換狀態(tài)將那些僅采用第一轉(zhuǎn)移裝置的實(shí)施例表征為“不對(duì)稱”，但是還有更加“對(duì)稱”的實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，所述電容傳感器還包括電容式第二轉(zhuǎn)移裝置，并且所述切換裝置被進(jìn)一步配置為在第一切換狀態(tài)下將所述第二轉(zhuǎn)移裝置連接至所述測(cè)量電路，從而實(shí)現(xiàn)從所述第二轉(zhuǎn)移裝置到所述測(cè)量電路的電荷轉(zhuǎn)移，并且在第二切換狀態(tài)下，將所述第二轉(zhuǎn)移裝置連接至所述感測(cè)電極，從而實(shí)現(xiàn)從所述感測(cè)電極到所述第二轉(zhuǎn)移裝置的電荷轉(zhuǎn)移。

所述第二轉(zhuǎn)移裝置可以是按照與所述第一轉(zhuǎn)移裝置相同的方式設(shè)計(jì)的，因此將不再對(duì)其進(jìn)行解釋。在這樣的實(shí)施例中，總是存在一方面在感測(cè)電極和一個(gè)(第一/第二)轉(zhuǎn)移裝置之間實(shí)現(xiàn)的以及另一方面在另一(第二/第一)轉(zhuǎn)移裝置和測(cè)量電路之間實(shí)現(xiàn)的電荷轉(zhuǎn)移。

在這一背景下，第二轉(zhuǎn)移裝置優(yōu)選包括具有第三端子和第四端子的第二轉(zhuǎn)移電容器，并且所述切換裝置優(yōu)選被配置為在第一狀態(tài)下將所述第三端子連接至所述第三節(jié)點(diǎn)，將第四端子連接至第二節(jié)點(diǎn)，在第二切換狀態(tài)下將第三端子連接至感測(cè)電極，將第四端子連接至第一節(jié)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，從交變電壓源的觀點(diǎn)來(lái)看，第一和第二轉(zhuǎn)移電容器相對(duì)于測(cè)量電路反并聯(lián)連接。換言之，在切換裝置與交變電壓源同步時(shí)，第一轉(zhuǎn)移電容器接收所述電壓的上升側(cè)(第一切換狀態(tài))，同時(shí)第二轉(zhuǎn)移電容器接收下降側(cè)(第二切換狀態(tài))。這導(dǎo)致兩個(gè)轉(zhuǎn)移電容器被以相反極性充電。通過(guò)將所述電容器以反并聯(lián)方式連接至測(cè)量電路而對(duì)這些極性進(jìn)行整流。還應(yīng)當(dāng)指出，由于所述反并聯(lián)布置的原因，消除了任何直流電壓分量。

本發(fā)明還提供了一種用于采用電容耦合至反電極以形成所要測(cè)量的電容的感測(cè)電極、電容式第一轉(zhuǎn)移裝置和測(cè)量電路進(jìn)行電容感測(cè)的方法。根據(jù)所述方法，所述交變電壓操作耦合至感測(cè)電極。交替地，在第一切換狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)移裝置連接至感測(cè)電極，從而實(shí)現(xiàn)從感測(cè)電極到第一轉(zhuǎn)移裝置的電荷轉(zhuǎn)移，以及在第二狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)移裝置連接至測(cè)量電路，從而實(shí)現(xiàn)從第一轉(zhuǎn)移裝置到測(cè)量電路的電荷轉(zhuǎn)移。而且，所述測(cè)量電路測(cè)量感測(cè)電極的電容。

應(yīng)當(dāng)理解，可以采用交變電壓源施加交變電壓，并且可以采用所述切換裝置建立第一和第二切換狀態(tài)的連接。

本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的電容傳感器的那些優(yōu)選實(shí)施例。因此，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，將不對(duì)其再次討論。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖，通過(guò)舉例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中：

圖1是示出了本發(fā)明的電容傳感器的第一實(shí)施例的示意圖；

圖2是示出了本發(fā)明的電容傳感器的第二實(shí)施例的示意圖；

圖3是示出了交變電壓的時(shí)間演變的圖示；以及

圖4是示出了本發(fā)明的電容傳感器的第三實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1通過(guò)舉例方式示出了根據(jù)本發(fā)明的電容傳感器1的第一實(shí)施例。傳感器1可以作為占用傳感器被布置到車(chē)座當(dāng)中，作為智能后備箱開(kāi)啟器被布置在車(chē)輛減震器當(dāng)中，作為智能開(kāi)門(mén)器被布置到車(chē)門(mén)把手當(dāng)中，作為觸摸屏的部分被布置到移動(dòng)電子裝置當(dāng)中，或者被布置到其他已知的電容傳感器應(yīng)用當(dāng)中。傳感器1包括與相對(duì)于地的電容cx相關(guān)的感測(cè)電極2。電容cx是未知的，并且隨著接近或者觸摸感測(cè)電極2的對(duì)象的存在而變化。所述對(duì)象可以是人的身體、人的手指等。

感測(cè)電極2可以經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)10連接至交變電壓源3。交變電壓源3將優(yōu)選為正弦的電壓v1(圖3中所示)施加至第一節(jié)點(diǎn)7。在第一切換狀態(tài)(通過(guò)圈1表示)下，第一開(kāi)關(guān)10斷開(kāi)，因而在感測(cè)電極2和交變電壓源3之間沒(méi)有直接連接。在第二切換狀態(tài)(通過(guò)圈2表示)下，第一開(kāi)關(guān)10閉合，因而感測(cè)電極2連接至第一節(jié)點(diǎn)7，因而連接至交變電壓源3。

第一轉(zhuǎn)移電容器ct1以第一端子5連接至第二開(kāi)關(guān)11，以第二端子6連接至第三開(kāi)關(guān)12。第一轉(zhuǎn)移電容器ct1基本上構(gòu)成了第一轉(zhuǎn)移裝置4。在第一切換狀態(tài)下，如圖1所示，第一端子5通過(guò)第二開(kāi)關(guān)11連接至感測(cè)電極2，第二端子6通過(guò)第三開(kāi)關(guān)12連接至第一節(jié)點(diǎn)7。在第二切換狀態(tài)下，第一端子5連接至第二節(jié)點(diǎn)8，第二端子6連接到第三節(jié)點(diǎn)9。第二節(jié)點(diǎn)8和第三節(jié)點(diǎn)9是包括積分電容器ci和互阻抗放大器21的測(cè)量電路20的輸入節(jié)點(diǎn)?；プ杩狗糯笃?1是采用運(yùn)算放大器22和阻抗z按照已知方式構(gòu)建的，所述阻抗z可以通過(guò)并聯(lián)的電阻器和電容器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)算放大器22在其輸出處生成指示感測(cè)電極2的電容cx的電壓vout。

在圖示的實(shí)施例中，連接至運(yùn)算放大器22的非反相輸入端的第三節(jié)點(diǎn)9經(jīng)由直流電壓源15連接至地，所述直流電壓源生成恒定電壓v2作為測(cè)量電路20的偏置點(diǎn)。或者，第三節(jié)點(diǎn)9也可以直接連接至地。

所述第一、第二和第三開(kāi)關(guān)10、11、12是切換裝置的部分，并且按照同步方式從第一切換狀態(tài)變?yōu)榈诙袚Q狀態(tài)(如圖1中所指示的)。此外，使它們同步至如圖3中的編號(hào)所指示的交變電壓v1的時(shí)間演變。在電壓v1升高時(shí)，切換裝置采取第一切換狀態(tài)，在電壓v1下降時(shí)，切換裝置采取第二切換狀態(tài)。

在第一切換狀態(tài)下，如圖1所示，第一轉(zhuǎn)移裝置4與測(cè)量電路20分隔開(kāi)。第一轉(zhuǎn)移電容器ct1與未知電容cx串聯(lián)，因此在這兩個(gè)元件之間有電流流過(guò)。

在第二切換狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)移裝置4與交變電壓源3和感測(cè)電極2斷開(kāi)連接，轉(zhuǎn)而連接至測(cè)量電路20。在這一點(diǎn)處，第一轉(zhuǎn)移電容器ct1被充電至某一量，所述量取決于電容cx。由于積分電容器ci的電容被選擇為比第一轉(zhuǎn)移電容器ct1的電容大得多，因而后者受到極大的有利于積分電容器ci的放電。同樣在第二切換狀態(tài)下，感測(cè)電極2通過(guò)第一開(kāi)關(guān)10直接連接至交變電壓源3。

由于測(cè)量電路20從不連接至感測(cè)電極2，因而保護(hù)其免受可能通過(guò)感測(cè)電極2接收到的電磁噪聲的影響。因此，電容傳感器1在電磁兼容性(emc)方面相對(duì)魯棒。此外，測(cè)量電路20從未暴露至交變電壓源3及其交變電壓v1。相反其僅連接至第一轉(zhuǎn)移電容器ct1，對(duì)于給定電容cx而言，所述第一轉(zhuǎn)移電容器ct1總是被充電至具有相同的量和極性的電壓。

此外，由于僅以(至少在理論上)不含有任何具有較高頻率的高次諧波的正弦電壓對(duì)感測(cè)電極2進(jìn)行充電，因而相對(duì)于例如矩形電壓而言極大地降低了其電磁發(fā)射。

圖2示出了本發(fā)明的電容傳感器1a的第二實(shí)施例，所述電容傳感器1a也包括感測(cè)電極2、交變電壓源3和測(cè)量電路20。這些部件與圖1所示的實(shí)施例相同，因此將不再對(duì)其予以描述。

仍然是將第一轉(zhuǎn)移裝置4的第一轉(zhuǎn)移電容器ct1連接于兩個(gè)開(kāi)關(guān)11、12之間，在第一切換狀態(tài)下，電容器ct1的第一端子5通過(guò)所述開(kāi)關(guān)連接至感測(cè)電極2，第二端子6通過(guò)所述開(kāi)關(guān)連接至第一節(jié)點(diǎn)7，所述第一節(jié)點(diǎn)7連接至交變電壓源3。在第二切換狀態(tài)下，第一端子5連接至第二節(jié)點(diǎn)8，第二端子6連接至第三節(jié)點(diǎn)9。象圖1中一樣，第二節(jié)點(diǎn)8連接至運(yùn)算放大器22的反相輸入端，第三節(jié)點(diǎn)9連接至非反相輸入端。與圖1中不同的是，第三節(jié)點(diǎn)9直接連接至地。

傳感器1a還包括第二轉(zhuǎn)移裝置4.1，所述第二轉(zhuǎn)移裝置包括第二轉(zhuǎn)移電容器ct2，所述第二轉(zhuǎn)移電容器ct2具有連接至兩個(gè)額外開(kāi)關(guān)13、14的第三端子5.1和第四端子6.1。在第一切換狀態(tài)下，如圖2所示，第三端子5.1連接至第三節(jié)點(diǎn)9，第四端子6.1連接至第二節(jié)點(diǎn)8。在第二切換狀態(tài)下，第三端子5.1連接至感測(cè)電極2，而第四端子6.1連接至第一節(jié)點(diǎn)7和交變電壓源3。

在這一實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)11、12、13、14同樣是切換裝置的部分，所述切換裝置按照?qǐng)D3中的編號(hào)指示的方式與交變電壓v1同步。在第一切換狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)移裝置4連接至感測(cè)電極2和交變電壓源3。在這一狀態(tài)下，交變電壓v1正在升高，這意味著第一轉(zhuǎn)移電容器ct1和電容cx兩者都通過(guò)正電流對(duì)其進(jìn)行充電。同時(shí)，第二轉(zhuǎn)移電容ct2與感測(cè)電極2和交變電壓源3斷開(kāi)連接，但是連接至作為測(cè)量電路20的輸入節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)8和第三節(jié)點(diǎn)9。轉(zhuǎn)移電容器ct1、ct2具有相等的電容，并且積分電容器ci具有大得多的電容。因此，在第一切換狀態(tài)下，使第二轉(zhuǎn)移電容器ct2發(fā)生有利于積分電容器ci的放電。

在第二切換狀態(tài)下，在電壓v1處于下降當(dāng)中時(shí)，第一轉(zhuǎn)移電容器ct1斷開(kāi)與電壓源3和感測(cè)電極2的連接，轉(zhuǎn)而連接至第二和第三節(jié)點(diǎn)8、9。另一方面，第二轉(zhuǎn)移電容器ct2與第二和第三節(jié)點(diǎn)8、9斷開(kāi)連接，轉(zhuǎn)而連接于交變電壓源3和感測(cè)電極2之間?，F(xiàn)在電容cx和轉(zhuǎn)移電容器ct2遭受負(fù)電流，因此第二轉(zhuǎn)移電容器ct2受到極性與第一切換狀態(tài)下第一轉(zhuǎn)移電容器ct1的充電極性相反的充電。但是，由于第二轉(zhuǎn)移電容器ct2的端子5.1、6.1相對(duì)于第一轉(zhuǎn)移電容器ct1的端子5、6按照相反的方式連接至第二節(jié)點(diǎn)8和第三節(jié)點(diǎn)9，因而積分電容器ci在兩種切換狀態(tài)下以相同的極性被充電。

應(yīng)當(dāng)指出，在第二實(shí)施例中，電壓v1的上升側(cè)和下降側(cè)兩者用于對(duì)轉(zhuǎn)移電容器ct1、ct2之一充電，轉(zhuǎn)移電容器ct1和ct2兩者均用于對(duì)積分電容器ci充電。因此，根據(jù)第二實(shí)施例的電容傳感器1a的靈敏度大約高達(dá)第一實(shí)施例的二倍。象第一實(shí)施例中一樣，測(cè)量電路20從不連接至感測(cè)電極2，因此保護(hù)測(cè)量電路20不受可能通過(guò)感測(cè)電極2接收的電磁噪聲的影響。

圖1到圖3所示的本發(fā)明的實(shí)施例全部涉及按照所謂的“加載模式”工作的電容傳感器。但是，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的原理借助必要的變更也可以適用于按照“耦合模式”工作的電容傳感器。

圖4示出了處于“耦合模式”中的電容傳感器的實(shí)施例，其與圖1中所示的實(shí)施例類似。在圖4例示的實(shí)施例中，反電極是專用發(fā)射器電極16，并且所要確定的電容cx形成于感測(cè)電極2和專用發(fā)射器電極16之間。在這一實(shí)施例中，替代電壓源3耦合至天線電極16，而節(jié)點(diǎn)7則耦合至地。在運(yùn)行時(shí)，發(fā)射天線電極16響應(yīng)于從所述交變電壓源3施加至所述天線電極16的交變信號(hào)而發(fā)射交變電場(chǎng)。在這種情況下，通過(guò)使所述交變電場(chǎng)耦合至所述感測(cè)電極2中而在所述感測(cè)電極2中感生出交變電壓。在這一實(shí)施例中，測(cè)量電路確定在發(fā)射天線電極運(yùn)行時(shí)在感測(cè)電極中感生的電流或電壓。

應(yīng)當(dāng)指出，就電荷轉(zhuǎn)移而言，圖4的耦合模式傳感器的運(yùn)行與圖1的加載模式傳感器類似。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，將相對(duì)于圖3的交變電壓的時(shí)間演變使切換循環(huán)發(fā)生反轉(zhuǎn)。最后，還要認(rèn)識(shí)到也可以為所述耦合模式傳感器提供與圖2的實(shí)施例類似的第二轉(zhuǎn)移裝置。

附圖標(biāo)記列表

1,1a電容傳感器

2感測(cè)電極

3交變電壓源

4,4.1轉(zhuǎn)移裝置

5,5.1,6,6.1端子

7,8,9節(jié)點(diǎn)

10,11,12,13,14開(kāi)關(guān)

15直流電壓源

20測(cè)量電路

21互阻抗放大鏡

22運(yùn)算放大器

cx電容

ct1,ct2轉(zhuǎn)移電容器

ci積分電容器

z阻抗

16發(fā)射器電極