专利名称：电容传感器设备的制作方法
技术领域：
本发明指向一种用于生成关于其空间传播而显著成形的电场的布置。进 一步，本发明指引包括上述布置的传感器设备。
发明内容
本发明的目标是提供一种使得能够创建具有准静电(quasi-static )特性的 交变电场(alternating electric field)的解决方案，该具有准静电属性的交流 电场将某种聚焦效果(focusing effect)传播到监督区。
才艮据本发明，通过一种电^各布置来实现该目标，该电i 各布置包括 -场生成电极设备，其被并入LC-网络中，并且以如下方式朝向场空间暴 露包括所述场生成电极的电容器系统的电容响应于所述场空间内出现的材 料的介电特性而变化，
陽绝缘体层，在所述场生成电极设备的后侧延伸，并且背离(facing away from)所述场空间，
-屏蔽电极设备，在所述绝缘体层的后侧延伸，并且背离所述场空间，以
及
-场消失电极设备，其包括面向消失区的电极区，其中以所述场空间和是 消失空间彼此部分重叠的方式来布置所述场生成电极设备和场消失电极设备 并向其施力口电压。
基于该方法，能够以优势方式来切断由场生成电极生成的场的侧向无关 紧要的边缘区域，并能够严格限制由场生成电极观测的空间。
优选地，以如下方式布置场消失电极设备并将其连接到各个电路通过 所述消失电极，消减掉由场生成电极设备生成的场的边缘区域。
优选地，在场生成电极设备和场消失电极设备之间提供分离电极设备。 该分离电极设备优选位于两个绝缘体材料层之间，并与屏蔽电极设备耦合。 分离电极设备可以直接与屏蔽电极设备耦合，并且具体地可以与所述屏蔽电 极设备整合地建立。根据本发明，场消失电极设备可以被施加具有相对于一皮施加到场生成电 极设备的电压而相位偏移的电压。优选地相位偏移在71的范围内，并且优选
地电压在场生成电极设备处的电压的范围内。能够以如下方式设计电路相
位偏移和电压差可以以可调整的方式而变化。
可以成形(shape)分离电极设备使得其在场生成电极设备和场消失电极 设备之间实质上条状地延伸。可以与屏蔽电极设备整合地制成所述分离电极 设备。
基于根据本发明的构思，能够提供以相对低频工作并通过显著的^^测方 向工作的电容传感器。本发明允许通过适当的传感器结构和通过显著的方向 检测特征进行的适当电子来提供电容传感器。
场生成电极设备形成振荡器的一部分，该振荡器的频率确定电容取决于 场生成电极设备前面的区域的介电特性。如果物体靠近场生成电极设备，则 所述场生成电极设备的电容增加，且频率改变。为了防止在地电极的影响下 的灵敏度的减少，通过相同相位位置和相同电压电平的信号来渐隐所述地电 极。(可以使用互阻抗转换器(transimpedance converter)作为屏蔽驱动器。)
从随后结合附图的描述中，本发明的进一步细节和特征将变得明显。其
中
图1示出了基于使用静电相互作用(electro static interaction effect)的传 感器系统的电路图2示出了用于图示没有屏蔽的平坦传感器的灵敏度的区域的示意图； 图3示出了用于图示具有屏蔽的平坦传感器电极的灵敏度的区域的示意
图4示出了用于图示被提供有场消失(extinction)电极设备和屏蔽条电 极的"切断场传感器"的示意图5示出了用于图示用于施加于场消失电极的反相电压的、根据图4的 传感器的电极的连接的示意图(工作的切断场模式)；
图6示出了用于图示用于施加于场消失电极的同相电压的、根据图4的 传感器的电极的连接的示意图(工作的广阔场模式)。
具体实施例方式
图1示出了基于使用电场相互作用的传感器系统的电路图。通过该传感 器系统，可以观测场生成电极1前面的区域。这通过形成LC-网络的部分的
场生成电极1来实现。场生成电极1形成LC-网络的频率确定电容的部分。 该电容受空间RB中出现的材料的介电特性的变化的影响。
图2示出了在场生成电极设备1周围的哪些空间区域影响在包含场生成 电极设备之下形成的电容器系统的电容。如所示，相邻于场生成电极1的主 表面的那些空间段对于电容的影响比对在主表面以上和以下的前述空间段之 间延伸的边缘楔形部分的影响更大。
图3示出了场生成电极设备的单侧屏蔽布置。根据图3所示的实施例， 响应于朝向场生成电极的主体的粘附而导致的频率的改变越大，越多所述主 体呈现在与场生成电极的表面相反的位置。
随后结合图4具体描述的具体概念允许在已经相对低频("准静电"工作 的)传感器处获得在近场区域内显著的方向性。根据本发明的构思，能够划 分传感器前面的空间，并能够渐隐(fade out)所定义的空间段。由此获得方 向特性，其对于低频工作的电容传感器是非典型的。通过根据本发明的构思， 能够以优势方式对在相对严格有限的空间区域内发生的运动进行反应(检测、 切换、控制……)，并能够忽略在其他空间段内发生的那些运动。
根据本发明，提供了电极，该电极提供在期望空间内抵消(neutralizing) 或真空(suctioning off)传感器场的效果。因此在以下文中，将所述电极称作 真空电极(suctioning electrode )。图4至今示出了原理的传感器构造。也可以 改变该电极布置。例如，还可以在垂直方向上延伸传感器，以增加其在X-方 向上的灵敏度。
图5图示了根据本发明的电子电路S的原理构造。为了实现在不期望的 空间段中的良好的场抵消，与传感器电极的反相地驱动真空电极。
可以使用具有具体优势的本发明，其中明显的方向性是必需的。这是例 如通过替换挡光板或光障栅(light barrier grid)或者结合4孚获(trapping)保 护系统仅是必须观测的危险区域的情况。其也适合于在较窄空间中线形地排 列电容开关。
能够设计各个传感器电路为可经由地址码来控制。也能够临时改变它们 的工作模式。例如，对于某种数量或时间段的检测场的周期，可以改变优选地通过地址来控制的检测场的限制的类型。由此可以进行整个观测区的组合 监—见和在整个观测区内或在有限的或整个观测区内的目标出现的识别。还能 够利用允许使用所选电极交变地作为场生成电极和场消失电极的电路设计。
如从图6很明显地，能够减少地电容，用于增加灵敏度。如果在传感器 以外用屏蔽电极补偿地表面，则通过使用传感器几何学(传感器+屏蔽)这是 可能的。在较小的空间上，可以通过添加使用高于施加到传感器电极的电压、
同相地工作的另一电极来实现灵敏度的增力口。因此驱动器的电压Vu的放大因
子的值必须大于1。结合真空电极，这也是可能的。电容变化的估计可以通 过普通的估计过程，像例如频率分析过程、相位分析过程和幅度调制方法来实现。
权利要求
1. 一种电路布置，包括-场生成电极设备，其被并入LC-网络中，并且以如下方式朝向场空间暴露包括所述场生成电极的电容器系统的电容响应于所述场空间内出现的材料的介电特性而变化，-绝缘体层，在所述场生成电极设备的后侧延伸，并且背离所述场空间，-屏蔽电极设备，在所述绝缘体层的后侧延伸，并且背离所述场空间，以及-场消失电极设备，其包括面向消失区的电极区，其中以所述场空间和消失空间彼此部分重叠的方式来布置所述场生成电极设备和场消失电极设备并向其施加电压。
2. 根据权利要求1所述的电路布置，其特征在于，以如下方式布置并驱 动所述场消失电极设备切断由所述场生成电极设备生成的并渗透到所述消 失场空间的场的边缘区域。
3. 根据权利要求1或2所述的电路布置，其特征在于，在所述场生成电 极设备和所述场消失电极设备之间提供分离电极设备。
4. 根据权利要求1到3的至少一个所述的电路布置，其特征在于，在两 个绝缘体材料层之间接收所述分离电极设备。
5. 根据权利要求1到4的至少一个所述的电路布置，其特征在于，所述 分离电极设备与屏蔽电极设备耦合。
6. 根据权利要求1到5的至少一个所述的电路布置，其特征在于，所述 分离电极设备直接与屏蔽电极设备耦合。
7. 根据权利要求1到6的至少一个所述的电路布置，其特征在于，将相 对于被施加到所述场生成电极设备的电压而具有相位偏移量且具有更高的电 平的电压施加到所述场消失电极设备。
8. 根据权利要求1到7的至少一个所述的电路布置，其特征在于，相位 偏移量实质上是丌，并且电压实质上具有^L施加到所述场生成电极的电压的 幅度。
9. 根据权利要求1到8的至少一个所述的电路布置，其特征在于，相位 偏移量以可调整的方式可变。
10. 根据权利要求1到9的至少一个所述的电路布置，其特征在于，所 述场生成电极和所述场消失电极之间的电压差以可调整的方式可变。
11. 根据权利要求l到IO的至少一个所述的电路布置，其特征在于，分 离电极设备在所述场生成电极和所述场消失电极之间条状地延伸。
全文摘要
本发明涉及产生关于其空间膨胀而受显著影响的电场的布置和包括该布置的传感器设备。本发明目标是提供能生成准静电交变电场的方案，其中准静电交变电场以关于在实践为监视和信号传输区域的相关优选区域中聚焦的精确方式而膨胀。通过包括以下的电路布置实现目标场生成电极设备，连接到LC网络，并以如下方式暴露到场的空间区包括电极设备的电容器系统的电容根据在场的空间区内出现的材料的介电特性而变化；绝缘体层，在场电极设备后侧延伸，该场电极设备背离场的空间区；屏蔽电极设备，在绝缘层后侧延伸，该绝缘层背离场电极设备；和场消失电极设备，包括朝向消失区的电极表面。以由场的空间区和消失区彼此部分重叠的方式布置场膨胀电极设备和场消失电极设备并使其经受电压。
文档编号H03K17/955GK101449461SQ200780017223
公开日2009年6月3日 申请日期2007年3月13日 优先权日2006年3月13日
发明者克劳斯·卡尔特纳 申请人:艾登特技术股份公司