[发明专利]在电容性矩阵压力传感器中的电容性节点测量

说明书

技术领域

本发明涉及用于有效测量触点和支撑面之间的压力分布的方法和设备。

背景技术

当前，存在测量两个接触面的压力的多种技术。然而，当想要建立低成本的压力测量元件阵列以确定压力分布时几乎没有可用的选择。在这些情况中，最普遍的选择是基于建立电容性的、电阻性的或者压电元件的阵列。现有的电容性测量衬垫由横向传导条构造，该横向传导条由可压缩的绝缘体隔开以形成压敏电容性节点的矩阵。由微计算机顺序地反复扫描节点以测量它们各自的电容值，然后根据该测量值导出压力映射图。可以在彩色图形监视器上显示产生的压力映射图，以不同颜色表示不同压力。

从将电信号注入到阵列且在来自阵列的随后的输出信号上执行测量的角度来看，这些技术中的每一个都在类似地工作。同时，在每个方法中，考虑的特定节点必须和矩阵中的其他节点分开或者隔开。这通常被称为多路复用，且能够在阵列的输入或输出或者输入和输出上执行。因为存在解决该问题的可选择的解决方案，将该节点和其他节点隔开的实际处理可改变。

通过测量节点对已知电压的驱动信号的响应来查找节点电容。通过将节点的横向传导条(列)之一连接到驱动源并将节点的其他传导条(行)连接到感应放大器，从而完成该测量。为了将感兴趣的节点和环绕的节点的影响隔开，将除了与选择的节点相交的两个之外的全部列和行连接到地。然后将激励信号注入到期望的不接地的列上，且从期望的不接地的行测量收到的信号。对于行上的每个节点重复该测量步骤。一旦测量了沿着一行的每个节点，则改变期望的行且重复测量过程直到已经测量全部节点。这获得了被称为帧的测量数据的矩阵，其中测量元素的数目等于最大的[列]乘以最大的[行]。

通过在之前经由被称为校准的处理来确定压力和传感器的接收信号幅度之间的关系，从而能够对每个帧估计每个电容性节点或者传感器单元处的压力，由此获得在它们之间的与传感器接触的任意物体的压力图像。

然而，除非采用比如电流-感应放大器的零阻抗结构来测量矩阵的输出，未测量的列和行的接地不能完美地将所感兴趣的节点与其他节点的影响隔离开，如在美国专利No.5,010,772中的情况(将其内容完全包括于此并作为参考)。使得到感应放大器的地的输入阻抗相对于其他系统阻抗小到可以忽略。以这种方法，仅连接到驱动源的列具有施加在其上的电压，且系统中所有其他节点的其他行都维持在地电位，因此允许精确测量一个电容值。然而，即使将感应放大器接地，当其他节点具有改变的压力且由此改变电容值时，除非信号感应电路的输入阻抗等于零，否则所选择的节点测量仍然存在误差。匹配非零输入阻抗误差是这样的事实，即，误差的幅值根据将怎样的压力施加于其他不用的节点而动态可变。

因此，在现有技术中需要在压力映射系统中测量单独的节点电容的可选方法。

发明内容

本发明提供通过在每个行上设置固定值的基准电容来测量单个节点电容的新方法，能够好像其是另一个节点一样地测量该固定值的基准电容，并由此确定可变系统中固定电容的基本测量值。由此，能够将沿着该行的所有随后的节点电容的测量值与该基本测量值相比较。该比较处理包括确定当前传感器单元的测量值(在特定行和列处的节点，且其它线接地)与固定节点的测量值的比。一旦对于每个节点确定该比，则这些值能够用于估算电容且因此估算在每个单个节点处的压力。

因此，在一个方面中，本发明可以包括在所选区域之上测量压力分布的方法，包括步骤：

(a)在所选区域上设置传感器，该传感器具有多个线性导体列和多个线性导体行，其中，所述列不平行于所述行，且具有传感器单元的阵列，其中每一个传感器单元形成在列和行的交叉处，且其中，该列和行被分别配置在可压缩的电介质片的相反侧上，且其中，每个传感器单元具有根据在所述交叉处的绝缘材料的压缩而变化的电容；

(b)选择一列并向所选的列施加电压；

(c)选择一行；

(d)测量所选的行的电流以由此测量所选的列和行的交叉处的传感器单元的电容，同时将每个未选择的列和每个未选择的行接地以将感测的传感器单元与未感测的传感器单元的电容变化的影响分离；

(e)为所选行提供固定的基准电容；和

(f)通过将所感测的传感器单元的测量电容与固定基准电容进行比较，从而确定所感测的传感器单元的压力测量值。

在另一方面中，本发明可以包括用于监控表面上力的分布的系统，包括：