[发明专利]接近和接触传感器及传感元件

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测物体诸如人体的接近和接触的传感器。

背景技术

接近和接触传感器(proximity and contact sensor)已经开发用于诸如用于诊断或者治疗目的的医疗设备的装备。接近和接触传感器检测是否人体以非接触方法接近该装备。常规的接近和接触传感器包括由两个电极形成的检测板，并且通过检测板的电容的变化来检测人体的接近(参照专利文献1)。常规的接近传感器由振荡电路、VSWR桥路、相位比较电路和控制方法构成，该振荡电路产生具有预定频率的测量信号，VSWR桥路连接到该振荡电路，相位比较电路检测在桥路的输出信号和振荡电路的测量信号之间的相位差，该控制方法基于相位比较电路的输出而确定是否人体正在接近。

另一种常规的接近传感器由电容型接近和接触传感器的感测部分和导体构成，其中该导体的厚度和表面电阻被设置在预定的范围中(参照专利文献2)。在这种接近和接触传感器中，在导体面积以及电容型接近和接触传感器的感测部分范围之间的比值被调整为2倍或者更高的值，以便实现限制感测面积的扩大和扩宽检测范围两者。

[专利文献1]日本特开平专利公布号No.2001-203565

[专利文献2]日本特开平专利公布号No.2004-150869

发明内容

在专利文献1和2中描述的常规的接近传感器中，当将被检测的物体接近时，该检测板或者电容型接近传感器的感测部分检测在将被检测的物体和检测板或者感测部分之间的电容的变化。这些仅仅通过电容的变化检测物体的接近的常规方法具有以下的缺点，即，当该物体的接近速度较慢时，因为电容变化非常小，检测灵敏度降低，因而，该敏感度变低。电容的小变化由于噪声而很难检测，并且因此不能以稳固的精度检测。此外，常规的接近传 感器不能定量地检测接近速度，也不能可分辨地检测被检测的物体材料的特性。

本发明提供一种传感器，其以高灵敏度、高稳定度，该物体的接近速度定量地并且物体材料的特性可分辨地检测被检测的物体的接近和接触。

为了实现以上所述的目的，本发明的一种形式是一种用于检测被检测的物体的接近和接触的传感器。该传感器由传感器元件、一对电极、高频振荡电路和波形检测电路构成。传感器元件由模具(matrix)和散布在该模具中的线圈形状的碳纤维(coil-shaped carbon fiber)构成。该线圈形状的碳纤维具有取决于线圈形状的碳纤维的结构的电感(L)部件、电容(C)部件和电阻(R)部件，并且该线圈形状的纤维起LCR谐振电路的作用。一对电极被电连接到该传感器元件。高频振荡电路连接在一对电极之间。波形检测电路检测在LCR谐振电路中引起的信号变化。

本发明的其它形式是传感器的结构，其由传感器元件、一组电极、高频振荡电路和波形检测电路构成。该传感器元件由弹性地可变形的模具和散布在该模具中的弹性地可变形的线圈形状的碳纤维构成。该传感器元件具有取决于模具和线圈形状的碳纤维的弹性变形而变化的阻抗。一组电极由第一电极和第二电极构成，并且这些电极电连接到该传感器元件。高频振荡电路经由第一电极提供高频激励信号给该传感器元件。波形检测电路经由第二电极接收传感器元件的输出信号，并且产生一个对应于当该物体接近传感器元件时引起的传感器元件的阻抗的变化的检测信号。

本发明的其它形式是该传感器元件的结构。该传感器元件具有在模具或者该模具的一部分之内的空间部分。该空间部分允许该传感器元件容易地变形。

附图说明

图1是按照本发明的第一实施例的接近传感器的示意图；

图2是图1中示出的传感器元件的等效电路图；

图3是图1中示出的接近和接触传感器的方框电路图；

图4是示出在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；

图5是示出取决于线圈形状的碳纤维的数量的、在从手到传感器元件的 距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；

图6是示出取决于高频信号的频率的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；

图7是示出取决于模具的物质的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；

图8是示出取决于被检测的物体的材料的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；

图9是示出取决于被检测的物体的接近速度的、在从手到传感器元件的距离以及接近和接触传感器的输出电压之间的关系的图形；