电容接近传感器
专利汇可以提供电容接近传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于检测附近对象的电容接近 传感器 采用用于检测附近对象靠近的正常操作模式以及用于检测传感器部和检测 电路 部之间的正确连接的 自诊断 模式。所述检测电路部提供有 缓冲器 控制器 ，其在所述正常操作模式中向保护 电极 提供具有与第一振荡 信号 相同 相位 和 电压 的第二振荡信号，并在所述自诊断模式中停止提供所述第二振荡信号。控制电路基于所述正常操作模式及所述自诊断模式中所述检测信号的改变来确定所述传感器部是否正确连接到所述检测电路部。，下面是电容接近传感器专利的具体信息内容。
1.一种用于检测附近对象的电容接近传感器，包括：
传感器部，其包括用作检测电极的第一电极，用作不同于所述检测 电极的第二电极，以及提供在所述第一和第二电极之间的保护电极，所 述保护电极与所述第一和第二电极绝缘；
检测电路部，其通过监视由所述第一电极产生的静电电容的变化来 检测所述附近对象，以输出检测信号；
连接线缆，其包括第一和第二导线以把所述传感器部耦合到所述检 测电路部，其中：
所述第一电极和所述保护电极分别耦合到所述第一和第二导线的 一端；
所述检测电路部从所述第一导线的另一端接收根据由所述第一电 极产生的所述静电电容的第一振荡信号，并向所述第二导线的另一端提 供具有与所述第一振荡信号相同相位和相同电压的第二振荡信号，所述 检测电路部采用正常操作模式来检测所述附近对象并采用自诊断模式 来进行对所述传感器部和所述检测电路部之间的正确连接的诊断。
2.如权利要求1中所述的电容接近传感器，其中所述检测电路部还包 括：
开关控制器，其在所述正常操作模式向所述第二导线的所述另一端 提供所述第二振荡信号，并在所述自诊断模式停止向所述第二导线的所 述另一端提供所述第二振荡信号；以及
控制电路，其通过将所述正常操作模式中的所述检测信号与所述自 诊断模式中的所述检测信号相比较，基于所述检测信号的改变在所述自 诊断模式检测所述传感器部和所述检测电路部之间的不正确连接。
3.如权利要求1中所述的电容接近传感器，其中所述检测电路部还包 括：
电压型式施加电路，其在所述自诊断模式向所述第二导线的所述另 一端提供预定电压型式，而不是所述第二振荡信号；以及
控制电路，当所述预定电压型式被施加到所述第二导线的所述另一 端时，其基于所述检测信号的改变在所述自诊断模式确定所述传感器部 和所述检测电路部之间的不正确连接。
4.一种用于操作电容接近传感器的方法，该电容接近传感器具有包括 分别耦合到第一信号线和第二信号线的检测电极和保护电极的传感器 部，所述方法包括：
通过所述第一信号线从所述检测电极接收第一振荡信号；
根据由所述检测电极产生的所述第一振荡信号中的静电电容的变化 来检测靠近所述检测电极的附近对象；
在正常操作模式通过所述第二信号线向所述保护电极提供具有与所 述第一振荡信号相同相位和电压的第二振荡信号；
在自诊断模式终止通过所述第二信号线向所述保护电极提供所述第 二振荡信号；
在所述终止提供所述第二振荡信号之前和之后，监视来自所述检测 电极的输入信号，以检测所述静电电容的基本改变；以及
当检测到所述基本改变时确定所述传感器部的不正确连接。
5.如权利要求4中所述的用于操作电容接近传感器的方法，还包括在 所述终止提供所述第二振荡信号之后通过所述第二信号线向所述保护 电极提供预定电压型式，其中所述监视所述输入信号包括检测对应于所 述预定电压型式的所述输入信号的改变。
6.如权利要求4中所述的用于操作电容接近传感器的方法，其中所述 检测所述附近对象包括把所述静电电容的量转换为一脉冲信号，该脉冲 信号具有对应于由所述检测电极产生的所述静电电容的所述量的占空 比。
技术领域
本发明涉及一种用于响应于静电电容的变化而检测附近对象的电容 接近传感器，并且更具体地涉及一种具有自诊断功能的电容接近传感器。
要求2004年7月15日提交的日本专利申请No.2004-208341的优先 权，其内容在此引入作为参考。
背景技术
为解决这个问题，在日本未审查的专利申请，第一公布No.H07-29467 (见段0006到0008及图1)中提出一种电容接近传感器。在该电容接近 传感器中，屏蔽电极被插入在检测电极和地电极之间以便与检测和地电极 两者绝缘。检测电极和屏蔽电极分别连接到屏蔽线缆的芯导线和涂覆导 线。在检测电路侧，所述芯导线和涂覆导线分别连接到缓冲器电路的输入 和输出端子，其中所述检测电极和屏蔽电极总是保持在相同的相位和相同 的电压。根据该结构，所述屏蔽线缆的芯导线和涂覆导线也保持在相同的 相位和相同的电压以使在芯和涂覆导线之间不发生充电或放电。因此，以 上结构防止了检测电路部受到线缆中所产生的静电电容的影响。
尽管在如上所述的相关领域的电容接近传感器中改善了检测灵敏度， 但当所述传感器部和检测电路部不正确地连接时，其不能适当地工作并且 由于不能断定故障而不能看到原因。
发明内容
此外，根据本发明的第二方面的用于检测附近对象的电容接近传感器 具有：传感器部，其包括被用作检测电极的第一电极，被用作不同于检测 电极的第二电极，以及在该第一和第二电极之间所提供的保护电极，该保 护电极与该第一和第二电极绝缘；检测电路部，其通过监视由所述第一电 极产生的静电电容的变化来检测附近对象，以输出检测信号；连接线缆， 其包括第一和第二导线以连接所述传感器部和检测电路部，其中：所述第 一电极和保护电极分别连接到所述第一和第二导线的一端；检测电路部从 第一导线的另一端接收根据由第一电极产生的静电电容的第一振荡信号， 并向第二导线的另一端提供具有与第一振荡信号相同相位和相同电压的 第二振荡信号，所述检测电路部采用用于检测附近对象的正常操作模式以 及用于进行对传感器部和检测电路部之间正确连接的诊断的自诊断模式； 并且所述检测电路部还包括：电压型式施加电路(voltage pattern applying circuit)，其在自诊断模式向第二导线的另一端提供预定电压型式而不是第 二振荡信号；以及控制电路，其在所述预定电压型式被提供给第二导线的 另一端时，基于检测信号的变化在自诊断模式确定传感器部和检测电路部 之间的不正确连接。
附图说明
图1是块图，示出根据本发明第一示例实施例的电容接近传感器和用 于该电容接近传感器的检测电路部。
图2是沿图1中的线A-A’所取的横截面视图，示出根据本发明第一 示例实施例的电容接近传感器。
图3是电路图，示出根据本发明第一示例实施例的图1中所示的检测 电路部中的检测电路。
图4是时间图(time chart)，示出根据本发明第一示例实施例在正常 操作模式下图3所示的检测电路的操作。
图5是流程图，示出根据本发明第一示例实施例的图1中所示的检测 电路部中的控制电路的操作。
图6是块图，示出根据本发明第二示例实施例的电容接近传感器和用 于该电容接近传感器的检测电路部。
图7是流程图，根据本发明第二示例实施例的图6中所示的检测电路 部中的控制电路的操作。
具体实施方式
图1示出根据本发明第一示例实施例的用于检测附近对象的电容接 近传感器。
该电容接近传感器系统包括传感器部10，检测电路部20，以及用于 连接传感器部10和检测电路部20的屏蔽线缆30。
传感器部10由挠性印刷电路(FPC)，刚性印刷电路(RPC)等形成。 如作为沿图1中的线A-A’所取的横截面视图的图2中所示，传感器部10 包括用聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)，聚萘二 甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)，环氧树脂等制成的绝缘 基板11。亦可被称为“第一电极”并用铜、铜合金、铝等制成的检测电极 12由印刷在绝缘基板11上的图案形成。传感器部10还提供有地或大地电 极13，其还可以被称为“第二电极”；以及保护电极14。地电极13在形 状上是正方形或矩形。保护电极14具有U形配置以围绕地电极13的三侧。 检测电极12也具有U形配置以围绕保护电极14的外围。检测、地和保护 电极12、13和14彼此绝缘。
检测电路部20包括检测电路21，缓冲器22，缓冲器控制器23和控 制电路24。检测电路21从检测电极12接收输入信号Vin(该信号还可以 被称为“第一振荡信号”)并输出检测信号Vout，其对应于检测电极12和 地电极13之间所产生的静电电容的量。缓冲器22接收输入信号Vin并向 保护电极14输出具有与输入信号Vin相同相位和相同电压的第二振荡信 号。就是说，缓冲器22起到增益为“1”的电压跟随器的作用。缓冲器控 制器23控制缓冲器22的激励并使缓冲器22接通或关断。控制电路24从 检测电路21接收检测信号Vout以输出如随后所述的附近检测信号和连接 错误信号，并控制缓冲器控制器23。
屏蔽线缆30由芯导线31(其还可以被称为“第一线”)和围绕芯导 线31的涂覆导线32(其还可以被称为“第二线”)组成，其间涂覆有绝缘 材料。芯导线31的一端连接到检测电极12而另一端连接到检测电路21 的输入端子。涂覆导线32的一端连接到保护电极14而另一端连接到缓冲 器22的输出端子。
现在将参考图3在以下详细描述检测电路21。
对于检测电路21，可使用一电路以使其频率或占空比(duty ratio)依 照检测电极12和地电极13之间所产生的静电电容的量而改变。图3示出 检测电路21的一个例子，其占空比响应于静电电容C的变化而改变。
如图3所示，检测电路21包括触发信号产生电路211，定时器电路 212和低通滤波器(LPF)213。触发信号产生电路211产生频率恒定的触 发信号。定时器电路212产生脉冲信号Po，其占空比依照连接到其输入端 子的静电电容C而改变。LPF 213使从定时器电路212输出的脉冲信号Po 的直流成分通过，并将其作为检测信号Vout输出。
在该示例实施例中，定时器电路212由以下形成：比较器对2121和 2122；RS触发器(RS-FF)2123，其分别将比较器2121和2122的输出接 收到其R和S端子；缓冲器2124，其接收RS-FF 2123的输出DIS并将其 输出到LPF 213；以及晶体管2125，其由RS-FF 2123的输出DIS来控制 以接通或关断。
如图3所示，比较器2122将触发信号产生电路211所产生的触发信 号TG与由电阻器R1，R2和R3通过划分源电压VDD产生的预定阈值 Vth2相比较。作为比较结果，比较器2122产生设置脉冲(set pulse)，其频 率与触发信号TG同步。该设置脉冲设置RS-FF 2123的Q输出。该Q输 出起到放电信号DIS的作用，使晶体管2125关断。在此状态下，限定在 检测电极12和地电极13之间的电容器由源电压VDD以一充电速度充电， 该充电速度由根据检测与地电极12和13之间的电容C和输入端子和源电 压VDD之间所连接的电阻器R4的电阻的时间常数来确定。这样，如图4 所示，输入信号Vin的电压以静电电容的量所确定的充电速度增加。
当输入信号Vin超过由电阻器R1，R2和R3确定的阈值Vth1时，比 较器2121的输出被翻转，以重置RS-FF 2123并翻转Q输出(DIS)。然后 晶体管2125被接通以使检测电极12通过晶体管2125放出存储在其中的 电荷。这样，定时器电路212输出脉冲信号Po，其以在检测电极12和地 电极13之间形成的静电电容所确定的占空比振荡，如图4所示。如图4 所示，LPF 213使脉冲信号Po平滑，并输出具有直流电压的检测信号Vout。 当静电电容相对小时，输入信号Vin、脉冲信号Po和检测信号Vout的波 形以图4中的实线表示。当静电电容例如由于靠近待检测的对象而增加时， 输入信号Vin、脉冲信号Po和检测信号Vout的波形变为如图4所示的虚 线。
控制电路24采用正常操作模式或自诊断模式。在正常操作模式，控 制电路24通过缓冲器控制器23使缓冲器22能够处于on状态，并监视从 检测电路21输出的检测信号Vout。在自诊断模式，控制电路24使缓冲器 22处于off状态，并监视检测信号Vout的改变以确定传感器部10是否正 确连接到检测电路部20。
接下来将说明由此构造的电容接近传感器的操作。图5示出控制电路 24的操作。
首先操作者或上级装置把检测电路部20设置为处于正常操作模式或 自诊断模式。
当请求正常操作模式(S1)时，控制电路24经由缓冲器控制器23使 缓冲器22处于on状态(S2)并监视来自检测电路21的检测信号Vout(S3)。 当缓冲器22被激励时，具有与芯导线31中出现的输入信号Vin相同相位 和电压的第二振荡信号被施加于屏蔽线缆30的涂覆导线32。因此，到检 测电路21的输入信号Vin不受到存在于芯导线31和涂覆导线32之间的 静电电容的影响。这样，检测电路21所检测的静电电容仅依赖于检测电 极12与地电极13之间的静电电容以及待检测的附近对象与检测电极12 之间的静电电容。该结构使得有可能增加对附近对象的检测的灵敏度。
当检测信号Vout超过预定阈值TH时，控制电路24确定对象正在靠 近检测电极12并使附近检测信号on(S4)。否则，其保持附近检测信号 off(S5)。在该示例实施例中，所述附近检测信号仅具有两个值，即on和 off。但有可能当事先大体指定对象的种类时，附近检测信号具有不止两个 电平，其每个表示附近对象和检测电极12之间的距离。
当请求自诊断模式(S1)时，控制电路24经由缓冲器控制器23使缓 冲器22处于off状态(S6)。当缓冲器22不被激励时，屏蔽线缆30的涂 覆导线32处于浮置状态以便增加检测电极12和地电极13之间的电容耦 合。在传感器部10和检测电路部20正确连接的情况中，检测电路21的 输入信号Vin中的静电电容突然变化并且检测信号Vout也突然改变。另一 方面，在传感器部10与检测电路部20不正确连接时，检测电路21的输 入端子处于断开状态。在正常和自诊断操作模式，静电电容的任何基本变 化都不出现在输入信号Vin中。因此无论当缓冲器22处于on状态或off 状态时，检测信号Vout不改变。就是说即使缓冲器22从接通到关断，检 测信号Vout被维持以保持基本恒定的值。控制电路24监视在缓冲器22 从接通到关断之前和之后输入信号Vin的改变(S7)。如果有输入信号Vin 的基本改变，则控制电路24保持使连接错误信号off(S8)。如果没有输 入信号Vin的基本改变，则控制电路24使连接错误信号on(S9)并将其 输出以指示误连接。
如上所述，通过有效利用被提供用于增加附近对象检测传感器的灵敏 度的保护电极14而无需在传感器部上提供附加电极来检测误连接，根据 当前示例实施例的电容接近传感器可确定传感器部10是否正确连接到检 测电路部20。
接下来将参考图6描述根据本发明的第二示例实施例的电容接近传 感器。在该图中，与第一示例实施例类似或相同的结构单元具有相同的参 考数字并且其说明被省略。
如图6所示，第一和第二示例实施例之间的差异是检测电路部20’的 结构。在第二示例实施例中，检测电路部20’具有电压型式施加电路26， 其产生用于自诊断的预定电压型式。控制电路28控制开关27和电压型式 施加电路26以通过开关27使缓冲器22的输出和由电压型式施加电路26 产生的电压型式中的一个被施加到芯导线32，所述缓冲器输出与输入信号 Vin相同相位和电压的信号。在正常操作模式，控制电路28使开关27的 输出端子连接到缓冲器22的输出，而在自诊断模式，它使开关27的输出 端子连接到电压型式施加电路26的输出。
现在将参考图7描述检测电路部20’的操作。
操作者或上级装置以与在第一示例实施例中相同的方式将检测电路 部20’设置为处于正常操作模式或自诊断模式。
当请求正常操作模式(S1)时，控制电路28使开关27连接到缓冲器 22的输出端子(S11)。此后，以与在第一示例实施例中参考图5所说明的 相同方式，控制电路28监视由检测电路21产生的检测信号Vout，并输出 附近检测信号，并且因此省略其说明。
当请求自诊断模式(S1)时，控制电路28使检测电路21不激活 (inactive)(S12)并使开关27连接到电压型式施加电路26的输出端子 (S13)。在此状态下，控制电路28监视输入信号Vin。在传感器部10正 确连接到检测电路部20’的情况中，由电压型式施加电路26产生的电压型 式在输入信号Vin中被观察到，该输入信号Vin通过在检测电极12与保 护电极14之间的静电电容和在屏蔽线缆30的芯导线31与涂覆导线32之 间的静电电容而产生。另一方面，除非传感器部10正确连接到检测电路 部20’，否则电压型式施加电路26所施加的电压型式在输入信号Vin中不 被观察到。以此方式，控制电路28监视到检测电路21的输入端子的输入 信号Vin(S14)，当检测到所施加的电压型式时保持连接错误信号为off (S15)，并且当未检测到所施加的电压型式时使该连接错误信号on(S16)。
还是在第二示例实施例中，类似于在第一实施例中，传感器部10的 自诊断可以通过有效利用保护电极14来实现。
在第一和第二示例实施例中，尽管地电极13被用作第二电极，然而 除基板11上的检测电极之外的另一个电极可以被用作第二电极。而且， 尽管在第一和第二示例实施例中屏蔽线缆30被用于连接传感器部10和检 测电路部20或20’，其他配置的线缆，如FPC、FFC和并行线缆，也可以 被用于此。
如上所述，通过有效利用原先被提供用于增加电容接近传感器的灵敏 度的保护电极而无需提供附加的专门电极来检测误连接，根据本发明的示 例实施例的电容接近传感器可确定传感器部是否正确连接到检测电路部。
尽管本发明的示例实施例已在以上描述和说明，但应该理解这些是本 发明的示例而不应被认为是限制性的。可在本发明的精神和范围内做出添 加、省略、替换和其他修改。因此本发明不应被认为是由以上描述来限制， 并且仅由所属权利要求的范围来限制。
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