电容传感器及使用电容传感器的方法与流程

[0001]
本发明涉及用于检测和识别纸张卷筒的更换时段的电容传感器、用于检测和识别物体的更换时段的电容传感器、以及使用电容传感器来检测和识别物体的更换时段的方法。


背景技术：

[0002]
电容式传感器通过检测驱动电极与感测电极之间形成的电容的变化进行工作。随着物体接近和/或移动通过两个电极之间产生的电场，感测电路可以识别物体并确定物体的位置、压力、方向、速度和加速度。
[0003]
互电容触摸传感器具有检测接近事件的能力，该接近事件中物体不接触感测表面，而是接近感测表面。因此，结合了电容式传感器的电子装置能够在物体相对于电容感测元件定位时检测到物体。互电容触摸传感器通过测量电容感测元件的电容并寻找指示导电物体存在的电容变化进行工作。当导电物体接近电容感测元件时，电容改变，并且导电物体被检测到。可利用电路测量电容触摸感测元件的电容变化，并且该电路可将电容感测元件的测出的电容转换为数字值。
[0004]
电容式传感器还可用于测量容器内的某些物质诸如流体的体积和/或水平。用于这类应用的电容式传感器可提供更加准确的测量值，并且可比常规机械指示器更加可靠。尽管有这些改进，但在一些应用中，电容式传感器可能经受诸如环境条件和电场内物体的物理放置/取向之类的因素所引起的误差。


技术实现要素：

[0005]
本发明涉及用于检测和识别纸张卷筒的更换时段的电容传感器、用于检测和识别物体的更换时段的电容传感器、以及使用电容传感器来检测和识别物体的更换时段的方法。
[0006]
本发明技术的各种实施方案可包括用于增大电容式接近传感器的灵敏度的方法和设备。该方法和设备可包括感测电极和驱动电极，该感测电极和驱动电极被配置为产生至少一个拐点，该至少一个拐点对应于电容式传感器的电场的一个或多个感测区域内的电容变化速率的增大或减小。在另选的实施方案中，该感测电极可被配置为形成多个区，该多个区可用于指示期望的信号，诸如即将到来的更换时段和立即更换时段。
[0007]
本发明解决的技术问题是常规检测方法使用机械检测手段来检测纸张的剩余量，这需要周期性地手动调整检测位置。此外，机械检测方法仅在纸张完全用完时进行检测，而不能在纸张量很低时进行检测。此外，机械手段可受到环境(诸如温度和湿度)的影响。
[0008]
根据第一方面，用于检测和识别纸张卷筒的更换时段的电容传感器包括：驱动电极；感测电极，所述感测电极至少部分地由所述驱动电极包封以限定响应于所述纸张卷筒的存在的感测场，其中所述感测场包括：第一感测区域，所述第一感测区域具有相对于所述纸张卷筒的最外边缘位置的第一电容变化速率；和第二感测区域，所述第二感测区域具有
相对于所述纸张卷筒的所述最外边缘位置的第二电容变化速率；其中在所述感测场中所述第一感测区域和所述第二感测区域相交的地方形成拐点，并且所述第二电容变化速率大于所述第一电容变化速率；和电介质，所述电介质设置在所述驱动电极与所述感测电极之间并且将所述驱动电极与所述感测电极分开。
[0009]
在一个实施方案中，所述感测电极被所述驱动电极完全包封。
[0010]
在一个实施方案中，所述感测电极的面向所述电介质的外边缘部分是圆形的；并且所述驱动电极的与所述感测电极的所述外边缘部分相对的内边缘是圆形的，以至少部分地符合所述感测电极的所述外边缘部分。
[0011]
根据第二方面，用于检测和识别物体的更换时段的电容传感器包括：驱动电极；和感测电极，所述感测电极至少部分地由所述驱动电极包封以限定响应于所述物体的感测场，其中所述感测电极包括：第一感测区域，所述第一感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第一电容变化速率；和第二感测区域，所述第二感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第二电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第一感测区域和所述第二感测区域相交的地方形成拐点。
[0012]
在一个实施方案中，所述电容传感器还包括第三感测区域，所述第三感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第三电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第二感测区域和所述第三感测区域相交的地方形成第二拐点。
[0013]
在一个实施方案中，所述感测电极还包括：上部部分，所述上部部分具有对应于所述第一感测区域的形状；和中间部分，所述中间部分具有对应于所述第二感测区域的第二形状。
[0014]
在一个实施方案中，所述感测电极还包括：第三感测区域，所述第三感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第三电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第二感测区域和所述第三感测区域相交的地方形成第二拐点；和下部部分，所述下部部分具有对应于所述第三感测区域的第三形状；其中所述第三电容变化速率小于所述第二电容变化速率。
[0015]
在一个实施方案中，所述第二电容变化速率大于所述第一电容变化速率。
[0016]
根据第三方面，使用电容传感器来检测和识别物体的更换时段的方法包括：将具有至少部分地由驱动电极包封的感测电极的感测元件定位为接近所述物体，其中所述感测元件产生感测场，并且所述物体被定位于所述感测场中；利用所述感测元件的第一感测区域检测第一电容变化速率，其中电容变化由所述感测场内的所述物体的位置变化引起；利用所述感测元件的第二感测区域检测第二电容变化速率；识别所述第一感测区域和所述第二感测区域之间的拐点；以及使用所述拐点来区分所述物体使用寿命的充足时段和所述物体的更换时段。
[0017]
在一个实施方案中，所述使用电容传感器的方法还包括：利用所述感测元件的第三感测区域检测第三电容变化速率；识别所述第二感测区域和所述第三感测区域之间的第二拐点；以及使用所述第二拐点来识别所述物体的所述更换时段；其中所述第三电容变化速率小于所述第二电容变化速率。
[0018]
本发明实现的技术效果是提供了一种灵敏度提高的检测纸张剩余量的检测方法。此外，本发明不需要机械检测方法，并且不受温度和湿度的影响。
附图说明
[0019]
当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式和权利要求书更全面地了解本发明技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图中的类似元件和步骤。
[0020]
图1a和图1b代表性地示出了根据本发明技术的第一示例性实施方案的电容式接近传感器；
[0021]
图2a代表性地示出了现有技术感测系统中的第一形式的误差；
[0022]
图2b代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测场内的拐点，该拐点用于补偿现有技术系统的第一种形式的误差；
[0023]
图3a代表性地示出了现有技术感测系统中的第二形式的误差；
[0024]
图3b代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测场内的拐点，该拐点用于补偿现有技术系统的第二种形式的误差；
[0025]
图4代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测元件；
[0026]
图5代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测元件的另选的实施方案；
[0027]
图6代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的定位为接近纸张卷筒的图4的感测元件；
[0028]
图7图示了根据本发明技术的示例性实施方案的图6的感测元件和两个拐点；
[0029]
图8代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的定位为接近纸张卷筒的图5的感测元件；
[0030]
图9a至图9c代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的根据图5的感测元件检测到的纸张卷筒外边缘的电容变化；
[0031]
图10代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测元件的第三实施方案；
[0032]
图11代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的定位为接近纸张卷筒的图10的感测元件；
[0033]
图12图示了根据本发明技术的示例性实施方案的图11的感测元件和两个拐点；
[0034]
图13代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测元件上产生电容的区域；
[0035]
图14代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的定位为接近纸张卷筒的图10的感测元件的另选的实施方案；
[0036]
图15a至图15b代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测元件相对于纸张卷筒的取向变化；
[0037]
图16代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测元件的另一个实施方案；
[0038]
图17代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的与液体罐结合使用的感测元件；
[0039]
图18图示了根据本发明技术的示例性实施方案的图17的感测元件和两个拐点；
[0040]
图19代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的感测元件的另选的实施方案；并且
[0041]
图20图示了根据本发明技术的示例性实施方案的图19的感测元件和两个拐点。
[0042]
附图中的元件和步骤是为了简单和清楚而示出的，并且不必根据任何特定的顺序来呈现。例如，附图中示出了可同时或以不同顺序执行的步骤，以帮助改善对本发明技术的实施方案的理解。
具体实施方式
[0043]
本发明技术可按照功能块组件和电路图进行描述。这样的功能块和电路图可以通过被配置为执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件实现。例如，本发明技术可采用各种类型的电容器、放大器、功率源等，它们可执行各种各样的功能。根据本发明技术的各个方面的用于电容式接近传感器的方法和设备可结合任何电子装置和/或装置输入源一起运行，诸如打印装置、液体罐、干粉或颗粒容器、纸盘或具有可耗尽资源的任何其他装置，该可耗尽资源在用尽时被替换或再填充。
[0044]
参考图1a和图1b，在本发明技术的各种实施方案中，电容式传感器可以通过测量传感器的电容和/或输出电压(vout)的变化来检测物体。在各种实施方案中，电容式传感器可包括感测元件105和操作电路，该感测元件和操作电路联合运行以形成感测场125并测量感测场125的变化。
[0045]
电容式传感器可以在感测元件105的表面上方产生感测场125，诸如电场。在各种实施方案中，电容式传感器可以作为接近传感器来运行，用以检测感测场125内的物体的位置或位置变化。感测场125可在感测元件105的表面与感测元件105的表面上方的预定距离之间的区域中形成，其中，当物体120进入感测场125或在感测场125内移动时，感测元件105可检测到该物体，诸如人类指尖、笔尖、纸张卷筒的边缘、纸堆的顶部表面、液体的上表面、容纳粉末或其他干燥物品的容器的上表面等。同样地，物体120不需要物理接触感测元件105就可引起电容变化。
[0046]
在各种实施方案中，电容式传感器通过测量和/或检测由感测场125内物体120的位置变化引起的感测元件105的静息电容和输出电压的变化来检测物体120。
[0047]
感测元件105产生感测场125，并对感测场125内改变位置的物体作出响应。感测元件105可包括响应于感测场125的任何合适的装置或系统。感测元件105可以形成在绝缘基板(未示出)内，诸如电子装置(如，销售点(pos)机)中的印刷电路板基板。例如，在各种实施方案中，感测元件105可以包括多个电极135，该多个电极被适当地配置为形成感测场125。在各种实施方案中，至少一个电极135可以包括驱动电极110(即，传输电极)，并且至少一个电极135可以包括感测电极115(即，接收电极)，其中驱动电极110和感测电极115形成感测电容器cs。电极135可具有任意物理布置，并且可针对具体应用形成为具有任何形状或尺寸。
[0048]
在示例性实施方案中，感测元件105可包括一对共面电极。在本实施方案中，第一电极可以包括驱动电极110，并且第二电极可以包括感测电极115，其中第一电极和第二电极一起形成感测电容器cs。例如，现在参见图4至图6，感测元件105可包括表面区域，其中感测电极115至少部分地由驱动电极110包封或围绕。驱动电极110和感测电极115可由电介质402分开。
[0049]
现在参见图2a，用于检测打印纸卷筒上剩余纸张量(x轴)的现有技术感测元件可
经历由环境因素(诸如温度和湿度)引起的读数误差。在给定的温度和/或湿度水平下，可以在感测场125内的任何产生的电容水平(y轴)下产生读数偏移。例如，在大约30pf的电容水平下，现有技术感测系统可能会经历与实际剩余纸张量相关的相当大的误差，这取决于正在经历的当前环境条件和预测剩余纸张量。如果环境条件改变，则误差可能改变，从而给打印纸卷筒的实际剩余纸张量带来额外不确定性。随着纸张卷筒继续接近耗尽状态，读数中的误差可随着感测系统的检测到的电容减小而继续存在。
[0050]
类似地，现在参考图3a，现有技术感测元件可能会经历由打印装置内的打印纸卷筒的物理放置的轻微变化所导致的读数误差。例如，pos机壳体内的轻微位置变化可改变感测元件105和打印纸卷筒之间的倾角。同样，在任何给定的电容值下，倾斜的变化可在检测到的剩余纸张量和打印纸卷筒上的实际剩余纸张量之间引入显著量的误差。每种类型的误差可导致纸张卷筒的过早更换，或者导致纸张卷筒在检测系统指出是时候更换打印纸卷筒之前意外耗尽。
[0051]
现在参见图2b和图3b，感测元件105可被配置为通过产生具有至少两个不同感测区域的感测场125来减少误差，其中每个区域包括检测到的电容变化(增大或减小)速率，该电容变化速率对应于该感测区域内的打印纸卷筒上的剩余纸张量的变化。在一个实施方案中，感测场125可包括具有第一电容变化速率的第一感测区域202和具有第二电容变化速率的第二感测区域204。第二电容变化速率可大于或小于第一感测区域202的速率，并且可根据任何期望的标准来确定。
[0052]
第一感测区域202和第二感测区域204可对应于与检测到的物体120相关的任何期望的条件。例如，在物体120包括打印纸卷筒的实施方案中，第一感测区域202可对应于在卷筒上存在足够量的剩余纸张的充足时段，诸如在新的打印纸卷筒安装后的时段。第二感测区域204可对应于更换时段，诸如当纸张卷筒的剩余少于约5％-10％时。附加感测区域还可用于根据特定应用或期望的准确性来识别充足时段与更换时段之间的一个或多个中间时段。
[0053]
由于对应于每个感测区域202、204的电容变化速率的差异，在第一感测区域202和第二感测区域204之间形成拐点200。拐点200出现在沿x轴的同一点处，而不考虑在现有技术系统中引入误差的条件。这大大减少或消除了针对给定电容水平计算出的剩余纸张量的任何变化。感测元件105可被配置为具有任何合适数量的拐点200，这取决于任何期望的标准，诸如：期望数量的感测区域、感测区域的准确性、给定感测区域的期望时间长度等。
[0054]
现在参见图4，在一个实施方案中，感测元件105可被配置为使得感测电极115的尺寸和形状形成第一感测区域202和第二感测区域204的至少一部分。在一个实施方案中，第一感测区域202可具有被配置为产生第一电容变化速率的第一尺寸和形状，并且第二感测区域204可具有被配置为产生第二电容变化速率的不同尺寸和/或形状。类似地，第三感测区域404可包括与第二感测区域204不同的又一尺寸和形状，以产生第三电容变化速率。第三电容变化速率可以与第一电容变化速率相同或不同，使得在第二感测区域204和第三感测区域404之间形成第二拐点200。
[0055]
例如，感测电极115的形成第一感测区域202的上部部分408可具有大致为矩形的形状。该上部部分406可终止于感测电极115的中间部分408，该中间部分形成第二感测区域204并且具有比上部部分406宽的矩形形状。中间部分408可以终止于感测电极115的下部部
分410，该下部部分形成第三感测区域404并且具有比中间部分408窄的矩形形状。
[0056]
现在参见图6，如果完整的打印纸卷筒600覆盖在感测元件105上或设置为接近感测元件105，则完整的纸张卷筒600的外边缘(直径)完全覆盖感测电极115。随着使用纸张，打印纸卷筒的中心芯向下移动，同时打印纸卷筒的外径变小。因此，纸张卷筒的外边缘(600a、600b、600c、600d、600e、600f和600g)覆盖第一感测区域202的部分变少。第一感测区域202可被配置为产生在感测场125中检测到的电容的可预测的减小速率。现在参见图6和图7，随着纸张卷筒的外边缘(直径)变得越来越小，第一感测区域202被覆盖得越来越少，从而导致感测场125的电容曲线的基本上线性地减小。第一感测区域202中的变化速率可由以下公式表示：
[0057][0058]
随着更多的纸张被使用，外边缘继续减小，直到达到对应于第一拐点606的第一过渡直径602。因为第二感测区域204具有与第一感测区域202不同的形状和尺寸，所以第二感测区域204中的电容变化速率增加，从而导致电容曲线的斜率变得比第一感测区域202中的曲线更陡。第二感测区域204中的变化速率可由以下公式表示：
[0059][0060]
使得：
[0061][0062]
随着更多的纸张被使用并且纸张卷筒的外径变得更小，纸张卷筒(602a，602b)的外边缘覆盖更少的第二感测区域204，直到达到对应于第二拐点608的第二过渡直径604。第三感测区域404可具有被配置为产生电容变化速率的变化的又一尺寸和/或形状，该电容变化速率可增大或减小电容曲线的斜率。例如，第二拐点608可指示电容变化速率的减小，并且可由以下公式表示：
[0063][0064]
使得：
[0065][0066]
在该示例中，第一感测区域202可对应于上述充足时段，并且第二感测区域204可对应于指示更换时段接近的时段。第三感测区域404可对应于向用户指示需要更换纸张卷筒但尚未完全用尽的更换时段。还应当理解，每个感测区域202、204、404的斜率(电容变化速率)可具有形成拐点200的任何合适的值。类似地，感测区域202、204、404也可被配置为产生电容的增大或减小。
[0067]
现在参见图5和图8，在另选的实施方案中，感测元件105的形状可被配置为提供更高的准确度。例如，驱动电极110和感测电极115的至少一部分可具有与被检测物体更加相似的形状。就打印纸卷筒而言，感测电极115可以是圆形的以更好地符合纸张卷筒的外边缘。类似地，驱动电极110的靠近中间部分408的内边缘也可是圆形的以更好地符合纸张卷
筒。
[0068]
通过使感测元件105的电极符合，可以识别被检测物体120的剩余量的较小变化，从而提高整个感测系统的准确性，或者提供更多离散的拐点200。例如，现在参见图9a、图9b和图9c，当完整的纸张卷筒600定位为接近感测元件105时，整个感测电极115被该纸张卷筒覆盖(图9a)。当纸张卷筒的外边缘达到等于对应于第一拐点606的第一过渡直径602的直径时，仅有感测电极115的中间部分408和下部部分410被覆盖。随着纸张卷筒的外边缘变小(602a)，感测电极115的中间部分408被覆盖得越少，但是因为中间部分408是圆形的，所以可以实现更准确的读取。
[0069]
感测元件105的电极的尺寸和形状也可至少部分地由用于形成电极的材料确定。例如，一个基板可以允许沿着感测电极115平滑弯曲的边缘，而另一个基板可以仅允许正交边缘的电极。
[0070]
现在参见图10，在另一个实施方案中，感测元件105可包括被驱动电极110完全包封的感测电极115。另外，感测元件105可相对于物体120设定一角度600，使得至少第一感测区域202和第二感测区域204由物体120与感测元件105之间形成的角度形成。例如，将感测元件105设定成相对于打印纸卷筒的外边缘成一角度将使外边缘与驱动电极110和感测电极115的不同部分相互作用，以形成电容变化速率变化的拐点。
[0071]
例如，现在参见图11和图12，在使用打印纸卷筒的实施方案中，感测元件105可相对于纸张卷筒的中心芯随着纸张的使用以及纸张卷筒的直径减小而移动的方向成一角度。这导致纸张卷筒的外边缘以不同的量接合驱动电极110和感测电极115两者，从而导致感测元件105整体的电容变化速率的拐点。当纸张卷筒的外边缘的直径减小到第一过渡直径1100时，可以看到这一点，该第一过渡直径对应于由纸张卷筒的外边缘在沿着驱动电极110的第一内边缘1120的单个点1101处和沿着驱动电极110的第二内边缘1122的第二点1102处接合驱动电极110所引起的第一拐点1200。
[0072]
当纸张卷筒的外边缘在沿着感测电极115的第一内边缘1124的单个点1111处接合感测电极115时，形成第二拐点1202。与上述示例一样，第一感测区域202和第二感测区域204位于第一拐点1200的相对侧上。类似地，第二感测区域204和第三感测区域404位于第二拐点1202的相对侧上。
[0073]
现在参见图13，当完整的纸张卷筒600在使用期间刚开始直径减小时，感测元件105中的电容变化由驱动电极110和感测电极115的仅沿第一方向δc1暴露的部分引起。在纸张卷筒的外边缘达到第一过渡直径1100之后，感测元件105中的电容变化由驱动电极110和感测电极115的沿着三个方向δc1、δc2和δc3暴露的部分引起。因为电容变化沿着感测元件105的多个部分发生，所以电容将以比第一过渡直径1100之前更高的速率变化(参见图12)。在纸张卷筒的外边缘达到第二过渡直径1110之后，感测元件105中的电容变化由驱动电极110和感测电极115的仅在单个方向δc4上暴露的部分引起，这再次改变感测元件105中的电容变化速率(参见图12)。
[0074]
现在参见图14，驱动电极110的内边缘和/或感测电极115的外边缘的形状可被配置为提供增加的准确性。例如，驱动电极110和感测电极115两者的一部分可为弯曲的，以在第一过渡直径1100处或附近更好地符合纸张卷筒的外边缘。类似地，感测电极115的第二部分可为弯曲的，以在第二过渡直径1110处或附近更好地符合纸张卷筒的外边缘。
[0075]
现在参考图15a和图15b，在使用期间，pos机1500可取向在各种位置，诸如台面(图15a)上或安装在墙壁(图15b)上。由于完整的纸张卷筒600在每个取向上的pos机1500内的定位方式，纸张卷筒可能不以完全相同的方式与感测元件105对齐。例如，重力可能倾向于将纸张卷筒更多地拉向pos机1500的前端。这可导致感测元件105的外边缘被定位成更靠近纸张卷筒的中心芯或潜在地与纸张卷筒的中心芯重叠。虽然感测元件105将仍然以上述方式起作用以形成至少一个拐点来减少误差，但是台面用途和墙壁安装用途之间的对齐差异可能引入新形式的误差。
[0076]
现在参见图16，在一个实施方案中，感测元件105可具有被配置为在两个不同方向上检测纸张卷筒的外边缘的形状。例如，感测元件105可包括由驱动电极110完全包封的l形感测电极115。在这种配置中，可以检测感测区域125中的电容变化速率，并且不管在pos机1500内纸张卷筒的任何位置差异，都可以产生拐点。
[0077]
在又一个实施方案中，现在参见图17和图18，感测元件105也可以上述方式用于检测罐内容纳的液体何时从充足量消耗到接近用尽的量，并最终到罐在完全耗尽之前应被重新填充的时段。例如，驱动电极110和感测电极115可沿着罐1700的高布置。感测电极115可包括上部感测区域1702、中间感测区域1704和下部感测区域1706，其中每个感测区域包括根据罐1700中的液体高度的不同电容变化速率。
[0078]
现在参见图19和图20，感测电极115还可被配置为提供更平缓的拐点200。例如，中间感测区域1704可包括产生更平缓的电容变化速率的形状。
[0079]
所示和所述特定具体实施方式用于展示所述技术及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本技术的范围。实际上，为简洁起见，系统的常规制造、连接、制备和其他功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中可能存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。
[0080]
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。然而，可在不脱离所述的本发明技术的范围的情况下作出各种修改和改变。以示例性而非限制性方式考虑说明和附图，并且所有此类修改旨在包括在本技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体示例确定所述技术的范围。例如，可以任何适当的顺序执行任何方法或过程实施方案中列举的步骤，并且不限于具体示例中提供的明确顺序。另外，任何系统实施方案中列举的组件和/或元件可以多种排列方式组合，以产生与本发明技术基本上相同的结果，并且因此不限于具体示例中阐述的具体配置。
[0081]
上文已经针对具体实施方案描述了有益效果、其它优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使任何具体有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素都不应被解释为关键、所需或必要特征或组成部分。
[0082]
术语“包含”、“包括”或其任何变型形式旨在提及非排它性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品、组合物或设备不仅仅包括这些列举的要素，而且还可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物或设备固有的其它要素。除了未具体引用的那些，本技术的实施所用的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料或部件的其它组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其它方式特别适于具体环境、制造规范、设计参数或其它操作要求。
[0083]
上文已结合示例性实施方案描述了本技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情
况下对示例性实施方案作出改变和修改。这些和其他改变或修改旨在包括在本发明技术的范围内。
[0084]
根据第一方面，一种用于检测和识别纸张卷筒的更换时段的电容传感器，包括：驱动电极；感测电极，所述感测电极至少部分地由所述驱动电极包封以限定响应于所述纸张卷筒的存在的感测场，其中所述感测场包括：第一感测区域，所述第一感测区域具有相对于所述纸张卷筒的最外边缘位置的第一电容变化速率；和第二感测区域，所述第二感测区域具有相对于所述纸张卷筒的所述最外边缘位置的第二电容变化速率，并且其中在感测场中所述第一感测区域和所述第二感测区域相交的地方形成拐点；和电介质，所述电介质设置在所述驱动电极与所述感测电极之间并且将所述驱动电极与所述感测电极分开。
[0085]
在一个实施方案中，所述第二电容变化速率大于所述第一电容变化速率。
[0086]
在一个实施方案中，所述电容传感器还包括第三感测区域，所述第三感测区域具有相对于所述纸张卷筒的所述最外边缘位置的第三电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第二感测区域和所述第三感测区域相交的地方形成第二拐点。
[0087]
在一个实施方案中，所述第三电容变化速率小于所述第二电容变化速率。
[0088]
在一个实施方案中，所述感测电极还包括：上部部分，所述上部部分具有对应于所述第一感测区域的形状；和中间部分，所述中间部分具有对应于所述第二感测区域的第二形状。
[0089]
在一个实施方案中，所述感测电极还包括：第三感测区域，所述第三感测区域具有相对于所述纸张卷筒的所述最外边缘位置的第三电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第二感测区域和所述第三感测区域相交的地方形成第二拐点；和下部部分，所述下部部分具有对应于所述第三感测区域的第三形状。
[0090]
在一个实施方案中，所述感测电极的所述中间部分的面向所述电介质的外边缘是圆形的；并且所述驱动电极的与所述中间部分的所述外边缘相对的内边缘是圆形的，以至少部分地符合所述中间部分的所述外边缘。
[0091]
在一个实施方案中，所述感测电极被所述驱动电极完全包封。
[0092]
在一个实施方案中，所述感测电极的面向所述电介质的外边缘部分是圆形的；并且所述驱动电极的与所述感测电极的所述外边缘部分相对的内边缘是圆形的，以至少部分地符合所述感测电极的所述外边缘部分。
[0093]
在一个实施方案中，所述驱动电极和所述感测电极形成l形。
[0094]
根据第二方面，用于检测和识别物体的更换时段的电容传感器包括：驱动电极；和感测电极，所述感测电极至少部分地由所述驱动电极包封以限定响应于所述物体的感测场，其中所述感测电极包括：第一感测区域，所述第一感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第一电容变化速率；和第二感测区域，所述第二感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第二电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第一感测区域和所述第二感测区域相交的地方形成拐点。
[0095]
在一个实施方案中，所述电容传感器还包括第三感测区域，所述第三感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第三电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第二感测区域和所述第三感测区域相交的地方形成第二拐点。
[0096]
在一个实施方案中，所述感测电极还包括：上部部分，所述上部部分具有对应于所
述第一感测区域的形状；和中间部分，所述中间部分具有对应于所述第二感测区域的第二形状。
[0097]
在一个实施方案中，所述感测电极还包括：第三感测区域，所述第三感测区域具有相对于所述感测场内的所述物体的位置变化的第三电容变化速率，并且其中在所述感测场中所述第二感测区域和所述第三感测区域相交的地方形成第二拐点；和下部部分，所述下部部分具有对应于所述第三感测区域的第三形状。
[0098]
在一个实施方案中，所述第三电容变化速率小于所述第二电容变化速率。
[0099]
在一个实施方案中，所述第二电容变化速率大于所述第一电容变化速率。
[0100]
根据第三方面，使用电容传感器来检测和识别物体的更换时段的方法包括：将具有至少部分地由驱动电极包封的感测电极的感测元件定位为接近所述物体，其中所述感测元件产生感测场，并且所述物体被定位于所述感测场中；利用所述感测元件的第一感测区域检测第一电容变化速率，其中电容变化由所述感测场内的所述物体的位置变化引起；利用所述感测元件的第二感测区域检测第二电容变化速率；识别所述第一感测区域和所述第二感测区域之间的拐点；以及使用所述拐点来区分所述物体使用寿命的充足时段和所述物体的更换时段。
[0101]
在一个实施方案中，所述使用电容传感器的方法还包括：利用所述感测元件的第三感测区域检测第三电容变化速率；识别所述第二感测区域和所述第三感测区域之间的第二拐点；以及使用所述第二拐点来识别所述物体的所述更换时段。
[0102]
在一个实施方案中，所述第三电容变化速率小于所述第二电容变化速率。
[0103]
在一个实施方案中，所述第二电容变化速率大于所述第一电容变化速率。