[发明专利]具有偏移补偿的电容式测量电路

说明书

一种用于电容式测量系统(10)的测量电路(12)包括DC电压源(16)、第一开关构件(34)、电荷转移电路(22)、积分电容器(38以及并联电连接至所述积分电容器(38)的电流吸收器(40)。所述电荷转移电路(22)包括有源半导体器件(24)以及用于操作点控制的直流偏置电压源(30)。结合参考电极形成具有未知电容的电容器(20)的至少一个导电电极(14)可电连接至DC电压源(16)以便进行充电，或者可电连接至电荷转移电路(22)，以便向所述积分电容器(38)放电。所述电荷转移电路(22)被配置为在输入端口(26)接收输入电流，并利用所述至少一个有源半导体器件(24)的电流‑电压特性在输出端口(28)给出输出电流，在横跨所述电荷转移电路(22)的输入端口(26)和输出端口(28)的预定电压范围内所述输出电流等于所述输入电流。在预定义次数的充电和放电循环之后横跨所述积分电容器(38)提供的电压表示所述未知电容器(20)的电容。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于电容式测量系统的测量电路、包括这样的测量电路的电容式测量系统以及操作这样的电容式测量系统的方法。

背景技术

电容式传感器和采用电容式传感器的电容式测量系统具有很宽范围的应用，尤其用于检测导电电极附近的导电体的存在和/或其位置。如本文所使用的，术语“电容式传感器”表示响应于所感测的对象(人、人体的部分、宠物、物体等)对电场所造成的影响而生成信号的传感器。电容式传感器一般包括至少一个导电电极，在所述导电电极处检测物体或者生物对由所述至少一个导电电极与具有参考电势的参考位置或物体形成的电容器的电场的影响。

电容式测量系统的示例性应用是车辆座位占用检测和/或分类系统，已知所述系统被用作评估所安装车辆乘客约束系统(例如，气囊)的可能启动的手段。座位占用检测和/或分类系统的输出信号通常被传送至车辆的电子控制单元，以充当(例如)向车辆座位部署气囊系统的决策的基础。

电容式传感器的另一应用是机动车的机动化后挡板的自动致动，如(例如)实用新型专利文献DE 2005 020 140 U1中所述。

电容式测量系统的令人满意的性能基本上取决于其在所有可能的环境条件和/或传感器周围条件下令人满意地工作的能力，例如，所述条件为空气湿度、潮湿、雨、雪和肮脏街道条件。在这些条件下，电容式传感器的导电电极的电容发生变化，并且对意在应用到具体应用中的电容式传感器的电容的影响将被电容偏移所遮蔽。

从信号测量技术的观点来看，这意味着挑战，因为必须在电容偏移所呈现的整个值范围内保持所需测量精确度。

作为满足这一要求的一种方式，已知采用参考电压对由所述导电电极形成的电容器充电，之后将所收集的电荷转移至抽样电容器，所述抽样电容器的电容通常是所述导电电极形成的电容器的电容的1000到100000倍。重复所述过程，直到抽样电容器处的电压达到阈值为止。达到阈值所需的转移周期的数量表示所述导电电极形成的电容器的电容。

例如，国际申请WO 2009/089872A1描述了一种电荷转移电容式传感器，其包括测量电容器、累积电容器、开关器件、比较器和微控制器。所述测量电容器起着在相继的周期性时间间隔内存储作为所要测量的参数的函数的电荷量的作用。提供累积电容器是为了在两个间隔之间对测量电容器内包含的电荷放电。累积电容器的电容比测量电容器的电容大得多，例如，是其1000倍。开关器件被配置为在各间隔期间将测量电容器要么电连接至电压源，要么电连接至累积电容器。提供比较器是为了将累积电容器的端子处的电信号与参考信号进行比较，并提供最终测量信号。微控制器被配置为在其接收到所述最终测量信号时确定所要测量的参数的值。为了降低电功耗，提供计数器和周期性信号发生器(两者均与所述微控制器分开)来执行测量程序的部分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有大偏移电容范围并且在整个偏移范围内具有高灵敏度的用于电容式处理系统的改进的电容式测量电路。