[发明专利]电容式感测设备

说明书

一种电容式感测设备包括天线电极(12)，以用于响应于天线电极中引起的交变电压而发出交变电场，以及控制和评估电路(18)，所述控制和评估电路(18)被配置为通过向所述天线电极(12)注入电流来将天线电极中引起的交变电压维持为等于交变参考电压节点(22)上的交变参考电压，并且测量电流。控制和评估电路(18)包括微控制器(30)，微控制器(30)具有用于提供数字信号的数字输出端(28)，并且可以包括可操作地连接到数字输出端(28)的低通滤波器(26)，以用于通过对数字信号进行低通滤波来产生交变参考电压。控制和评估电路(18)还包括第一多路复用器(48)和第二多路复用器(200)。

技术领域

本发明总体上涉及一种电容式感测设备，例如用于检测存在或不存在坐在车辆座椅上的乘员。

背景技术

被称为某种电场传感器或接近传感器的电容式传感器或电容式感测设备指的是响应于在电场上感测到的事物(人、人体的一部分、宠物、物体等)的影响而生成信号的传感器。电容式传感器通常包括至少一个天线电极，在传感器进行操作的同时对天线电极施加振荡电信号，并且天线电极随后将电场发射到靠近天线电极的空间的区域中。传感器包括至少一个感测电极，在该感测电极处检测物体或生物对电场的影响。在一些(所谓的“加载模式”)电容式占用传感器中，一个或多个天线电极与感测电极同时进行操作。在这种情况下，测量电路确定响应于施加到天线电极的振荡电压而流入一个或多个天线电极的电流。电压与电流的关系在一个或多个天线电极与地之间产生复阻抗。在电容式传感器的替代形式(“耦合模式”电容式传感器)中，(多个)发射天线电极与(多个)感测电极彼此分隔开。在这种情况下，测量电路确定当发射天线电极进行操作时在感测电极中感应的电流或电压。

在J.R.Smith的题为“Electric Field Sensing for Graphical Interfaces”的技术文献(Computer Graphics I/O Devices出版，1998年5月/6月号，第54-60页)中解释了不同的电容感测机制。该文献描述了用于进行非接触三维位置测量的电场感测的概念，并且更具体地，用于出于向计算机提供三维位置输入的目的来感测人手的位置。在电容式感测的一般概念中，作者对他称为“加载模式”、“分流模式”和“发射模式”的对应于各种可能的电流通路的不同机制加以区分。在“加载模式”中，将振荡的电压信号施加到发射电极，这将建立到地的振荡电场。要感测的物体修改了发射电极与地之间的电容。在“分流模式”中，将振荡的电压信号施加到发射电极，建立到接收电极的电场，并且测量在接收电极处所感应的位移电流，由此可以由被感测的身体来修改位移电流。在“发射模式”中，发射电极通过直接电连接或经由电容式耦合与用户的身体进行接触，用户的身体继而成为相对于接收器的发射器。“分流模式”被替代地称为上述“耦合模式”。

已经提出了多种多样的电容式乘员感测系统，例如，用于控制一个或多个安全气囊的展开，例如，驾驶员安全气囊、乘客安全气囊和/或侧面安全气囊。Jinno等人的美国专利6,161,070涉及一种乘客检测系统，其包括安装在汽车中的乘客座椅的表面上的单个天线电极。振荡器将振荡电压信号施加到天线电极，由此在天线电极周围产生微小的电场。Jinno提出基于流向天线电极的电流的幅度和相位来检测座椅中存在或不存在乘客。

授予Stanley的美国专利6,392,542教导了一种电场传感器，其包括可安装在座椅内并可操作地耦合到感测电路的电极，感测电路向电极施加振荡或脉冲信号，该信号的频率对座椅的湿度“至多有微弱响应”。Stanley提出测量流向电极的电流的相位和幅度，以检测被占用的或空的座椅并补偿座椅湿度。

其他人的想法是使用座椅加热器的加热元件作为电容式占用感测系统的天线电极。WO 92/17344 A1公开了一种具有导体的电加热车辆座椅，其可以通过位于座椅表面的电流通过而被加热，其中，导体还形成了双电极座椅占用传感器的一个电极。