電容式傳感器以及使用它的近程探測器的製作方法

2023-10-24 12:07:52 3

專利名稱：電容式傳感器以及使用它的近程探測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測電容變化的傳感器裝置以及使用這種傳感器裝置的近程探測器。 這種近程探測器可用於(例如)在開車時來探測障礙物，其通常作為當車輛倒車接近障礙 物時來警告公路車輛司機的系統的一部分。電容式傳感器裝置的構造可使諸如正弦波或方波之類的交變信號被輸入到阻容 (RC)網絡(例如，與信號通路串聯的電阻器後接從該信號通路進行分支的電容器)中。RC 網絡中的電容變化將改變其輸出端的信號振幅(並且可能改變相位)，因此這種電容變化 可被監測到。在實施過程中，也可能需要各種濾波器和緩衝放大器。
背景技術：
用作車輛障礙物探測系統中的近程探測器的電容式傳感器在W002/19524、EP 1720254、WO 2004/054105和WO 2005/012037中是已知的，上述專利以引用方式併入本專 利申請中。在這些裝置中，將交變方波信號輸入值RC(阻容)網絡中，該RC網絡包括傳感 器板(通常安裝在車輛後保險槓之上或之內)和地之間的電容。RC網絡將方波轉變成顯著 三角波。當由傳感器板形成的傳感電容器的電容由於(如)車輛接近障礙物而增加時，顯 著三角波的振幅降低，因此使用這種振幅改變來檢測電容變化並且進而檢測是否接近障礙 物。如W02004/054105中所述，可監測傳感器信號隨車輛移動進行改變的方式，從而能夠作 出關於車輛和障礙物之間的距離的判斷，儘管由不同材料製成的不同障礙物將會對於該傳 感器裝置的電容具有不同的影響。可通過探測車輪或動力火車某些方便部分的運動來監測 車輛的運動。

發明內容
檢測電容的較小變化可能是必需的。對於安裝障礙物探測器的車輛尤其如此。因 此，在本發明的一個方面，提供相同頻率的信號作為施加至RC網絡的信號，並且將該信號 加入到從RC網絡輸出端獲得的信號中或者從所獲得的信號中減去(優選在緩衝之後)。將 所得的合量或差值信號用於檢測RC網絡的電容變化。優選這種附加信號和與其進行相加 或相減的信號具有基本相同的波形，並且優選它們均為正弦波。合量或差值信號可使得更容易檢測電容的較小變化。例如，當兩個正弦波進行相 加或相減後，所得的信號還為正弦波。所得信號的相位將為以下相位進行合成的兩個信號 的各自相位之間的相位或從該相位偏移90°。所得信號的振幅將取決於兩個輸入信號的各 自振幅並且還取決於相位之差的正弦或餘弦。當RC網絡的電容變化時，從該網絡輸出的信 號的相位和振幅均將發生變化。當這種情況發生時，合量或差值信號的振幅將會受到從RC網絡輸出的信號的振幅變化以及該信號的相位變化的影響。可以設置進行相加或相減的信 號之間的全相位差值，以使得該相位差值的較小變化對於合量或差值信號的幅值具有巨大 影響。這樣，可使得合量或差值信號的振幅對於傳感器電容的變化非常敏感。優選的是，利用使相同的輸入信號通過第二 RC網絡來產生與從RC網絡獲得的信 號進行相加或相減的參考信號，所述第二 RC網絡與包括傳感器電容的RC網絡具有相同的 時間常數。優選的是，用於參考信號的RC網絡與用於傳感器信號的RC網絡相比具有較大 的電容以及較小的電阻，這樣使得參考信號更加穩定並且不易受到小電容變化以及射頻幹 擾的影響。通過使用第二 RC網絡的相同輸入信號產生參考信號的這種裝置可由相對較少 的電路元件製成並且可具有以下優點參考信號將總是與從傳感器RC網絡輸出的信號精 確地具有相同的平均頻率並且參考信號將跟隨輸入信號的振幅、頻率或相位的任何輕微變 化，這樣使得合量或差值信號不會受到用於產生輸入信號的電路的性能的任何輕微不穩定 性或變化的影響。
作為另外一種選擇，參考信號可與供給傳感器RC網絡的信號分別產生。例如，輸 入至傳感器RC網絡的信號可利用數位訊號處理器產生，而參考信號可利用上述的參考RC 網絡(接收由相同的數位訊號處理器產生的匹配信號)產生。這種裝置的優點為可使用控 制數位訊號處理器的軟體來設定輸入至傳感器RC網絡的信號和輸入至參考RC網絡的信號 之間的相位差，以便獲得參考信號和從傳感器RC網絡輸出端獲取的信號之間的所需相位 關係，其中考慮到由提供於傳感器RC網絡和執行加法和減法的電路之間的元件(例如緩衝 放大器)所引起的任何相移。如果兩個RC網絡接收相同的輸入信號，那麼可有必要提供移 相電路(優選在參考RC網絡的輸出端)以便提供所需的相位關係。儘管優選使用正弦波作為輸入信號，但其他信號也是可以的。例如，輸入信號可為 方波。在這種情況下，從RC網絡獲得的輸出將顯著地為三角波。在這種情況下，傳感器電 容的變化不會改變輸出信號的相位，而僅改變其振幅。調整參考信號以使其與從包括傳感 器電容器的RC網絡獲得的信號具有相同的相位，並且將一個信號從另一個信號中減去。通 過(例如)將兩個信號提供至差分放大器的輸入端而獲得的放大的差值信號，將對傳感器 電容的變化具有高度敏感性。根據本發明的第二方面(可結合第一方面進行提供或單獨進行提供)，將與從傳 感器RC網絡輸出的信號具有大致相同的波形、振幅和相位的信號電容耦合至傳感器RC網 絡的輸出端並且也電容耦合(與第一電容耦合平行)至地(在此上下文中，術語「地」涵 蓋任何固定的電壓)。只要此附加信號與由傳感器RC網絡輸出的信號相同，那麼在這兩個 信號之間的整個電容耦合上不存在壓降並且無電流從其流過。然而在一些情況中，傳感器 電容可易於產生噪聲。例如，就用於車輛的障礙物探測器系統而言，可通過具有基本尺寸 (如，車輛保險槓的整個寬度)的電導體提供傳感器電容，並且該電容可往往會改善射頻噪 聲。在另一方面，用於產生附加信號的裝置可被構造為使其對這種噪聲不太敏感。因此，在 傳感器RC網絡輸出端出現的這種高頻噪聲通過兩個串聯的電容耦合進行有效地接地。原則上，如果附加信號與傳感器信號完全相同，那麼該裝置除了移除高頻噪聲之 外對於傳感器操作無影響。在實施過程中，這兩種信號之間的相位和振幅的微小差異為可 容許的，但這將往往會降低該系統對於傳感器電容變化的敏感度。因此，可使用與傳感器RC 網絡具有相同時間常數的並且接收相同輸入信號的RC網絡來產生附加信號。在這種情況下，通過用於產生附加信號的RC網絡的電容將該信號耦合至地。這提供了一種產生附加信 號的簡單且有效的方法，但具有以下結果附加信號將不會隨傳感器電容的變化而改變並 且這樣兩個信號之間的相位和振幅的某些差異將會出現。通過利用由傳感器RC網絡輸出 的信號產生附加信號來降低這種相位和振幅差異。然而，這將需要提供附加電路(例如鎖 相環電路)以便確保附加信號跟隨由傳感器RC網絡輸出的信號的相位變化，並且這將增加 該系統的整體複雜性和成本。在輸入波形為正弦波以使得傳感器RC網絡僅改變信號的相位和振幅而不改變其 波形的情況中，附加信號可通過接收相同輸入信號並且減弱該信號的電路來產生，該電路 位於移相電路之前或之後，以便模擬傳感器RC網絡的相位和振幅效果。如同本發明的第一方面，附加信號可與供給傳感器RC網絡的信號進行獨立地產 生。例如，它們可均通過數位訊號處理器產生。本發明的此方面可使用正弦波但不限於它們。例如，輸入至傳感器RC網絡的信號 可為方波，以使得傳感器輸出信號為顯著三角波。儘管上述討論涉及包括傳感器電容的RC(阻容)網絡，但根據原理將可以使用 LC(電感-電容)網絡或LRC(電感-電阻-電容)網絡。僅有必要通過傳感器電容的變化 來改變從該網絡輸出的信號的相位和/或振幅。然而，為了節省成本和製造方便，優選避免 使用電感器。現在將參照附圖來描述本發明的實施例，所述實施例通過非限制性實例的方式給
出ο


圖1示出了根據本發明的第一實施例的電容式傳感器裝置。圖2示出了當RC電路的電容變化時RC電路對於輸入正弦波影響的變化。圖3為移相電路實例的電路圖。圖4示出了用於將數字輸出組合成偽正弦波的波形。圖5示出了根據本發明的第二實施例的電容式傳感器裝置。圖6示出了根據本發明的第三實施例的電容式傳感器裝置。圖7示出了障礙物以及配有障礙物報警系統的汽車後部。圖8為用於公路車輛的障礙物報警系統的示意性框圖。圖9示意性地示出了電容式傳感器的傳感器板在公路車輛的後保險槓內的位置。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的第一實施例的電容式傳感器。傳感器被布置用於檢測 傳感器電容器1的電容變化。在(例如)近程傳感器中，可將圖1中的傳感器用作裝配至 公路車輛的停車輔助系統的一部分，以便當車輛倒車而接近障礙物時給出報警。在這種裝 置中，傳感器的構造使得傳感器電容器1的電容隨距外部物體距離的變化而改變。在這種 情況下，傳感器本身將通常僅包括傳感器電容器1的一個板3，該板連接至傳感器的剩餘部 分，並且另一個板5將通過車輛後面的地面與任何鄰近的障礙物一起來提供。在圖1的傳感器中，傳感器電容器1被連接至傳感器電阻器7以形成傳感器RC電路。所選擇的傳感器電阻器7的電阻，與傳感器電容器1的靜電容相結合，使得RC電路具有合適的時間常數。為了檢測傳感器電容器1的電容變化，控制系統9使AC信號通過由傳 感器電容器1和傳感器電阻器7形成的傳感器RC電路，並利用以RC電路改變該信號的方 式進行的變化來檢測傳感器電容器1的電容變化。為了實現最佳的電路工作，通常優選AC 信號的周期與傳感器RC電路的時間常數具有相同的數量級。如圖1所示，控制系統9可包括數位訊號處理器11，但它不是必需的並且製造合 適控制系統的其他方法對本領域的技術人員將是顯而易見的。在圖1的實施例中，AC信號 為正弦波，但可以使用其他波形並且下文中將討論方波(其通過RC電路被轉換成顯著三角 波)的使用。如圖2所示，當正弦波通過RC電路時，該波的相位和振幅均改變。這些變化 的數量取決於RC電路的時間常數。傳感器電容器1的變化將產生傳感器RC電路的時間常 數的相應變化，因此傳感器電容器1的電容變化導致得自RC電路的輸出信號的變化。這如 圖2所示，其中對於恆定的輸入波形，給出了三種不同電容值的輸出波形。圖2示出的AC信號的頻率為25kHz。這種頻率適用於車輛障礙物探測器，因為該 頻率稍高於可聽聲頻(通常在20Hz至20kHz的範圍內)，這樣使得如果該信號在車輛音頻 設備(例如收音機)中接收為噪聲，那麼該噪聲是聽不到的。因此，至少在諸如車輛停車傳 感器之類的應用中，優選大於20kHz的信號頻率。然而另外優選的是，該頻率通常應低於約 100kHz，以使得由傳感器接收的任何高頻噪聲(如射頻信號噪聲)可在不顯著影響傳感器 的工作的情況下被濾除，並且還使得傳感器本身不會產生射頻噪聲。在用於車輛停車輔助系統的近程傳感器中，傳感器電容器1的靜電容(即在不存 在任何障礙物的情況下板3和地之間的電容)可典型地在0. 2pF至5pF的範圍內，更典型 地至少為0. 5pF並且通常不超過2pF，例如0. 8和0. 9pF之間的某個值。使用這些較低的 電容值以便使近程傳感器能夠探測到在可用距離處的物體。如果期望車輛停車輔助系統具 有任何的實際幫助，那麼其近程傳感器需能夠探測到遠超0. 1米的範圍處的物體(對於小 障礙物優選至少0. 5米並且對於較大的障礙物大於1米)。在這種情況下，傳感器電阻器7 的值的範圍可為2至50ΜΩ，例如至少5ΜΩ並且通常不超過20M Ω，例如約IOM Ω。因此，在 用於停車輔助系統中的傳感器內，RC電路的時間常數的範圍可通常為2至50μ s，優選至少 5 μ S並且還優選不超過20 μ S。大約為10 μ S或者或許稍小(或許為8至9 μ S)的值可能 是合適的。由於低數值的傳感器電容器1以及高數值的傳感器電阻器7，傳感器RC電路的輸 出端利用緩衝放大器13進行緩衝。優選地是，該放大器被構造具有反饋，以便增加傳感器 RC電路的電阻元件的有效阻抗。這又降低了構造傳感器電阻器7所需的物理電阻器的實際 數值，從而使得該電路更易於構建。在實施過程中，傳感器可需要檢測傳感器電容器1的電容的相對較小的變化。 例如，當傳感器被用作車輛停車輔助系統中的近程傳感器(傳感器電容器的靜電容為約 0. 85pF)時，該傳感器應優選能夠檢測僅約15fF至20fF(即大約為靜電容的2%)的電容 變化。因此，由電容變化引起的正弦波信號相位和振幅的變化可為非常小的並且難於利用 控制系統9進行檢測。為了避免在控制系統9中對於昂貴元件(例如，數位訊號處理器11 中的高解析度、快速模數轉換器)的需要，在圖1的電容式傳感器中提供了一種裝置來預處 理由緩衝放大器13輸出的信號，以便產生輸入至控制系統9的信號，其中傳感器電容器1的電容變化較容易檢測到。在這種裝置中，所產生的參考信號與從緩衝放大器13輸出的信號具有相同的振 幅，並且將這種參考信號與得自從緩衝放大器13的信號在減法器15內進行合成。參考信號 不會受到傳感器電容器1的電容變化的影響並且具有基本恆定的振幅和相位。優選地是， 設置的參考信號相對從緩衝放大器13輸出的信號的相位具有輕微的相位偏移。這種相位 偏移通常被設置成小於30°。將一個正弦波從另一個正弦波中減去的效果示於下述公式中，其中正弦波具有相 同的振幅並且具有相位差θ。sin(f) - sin(f-Θ) = 2sin(f)cos(f -1)可以看出，輸出差值信號的相位為從兩個輸入信號的相位之間的中間相位向前偏 移90° (因為它為餘弦函數)，並且將輸出差值信號的振幅與相位差θ的1/2的正弦相乘。當傳感器電容器1的電容變化時，這在從緩衝放大器13輸出的信號的振幅和相位 中均產生較小的變化。該振幅變化將對於通過減法器15輸出的信號的振幅具有影響，但由 於該因素導致的變化將仍為較小的。它也將在通過減法器15輸出的信號的相位中產生較 小的變化。較重要的是，得自緩衝放大器13的信號的相位變化必然使輸入至減法器15的 兩個信號之間的相位差θ發生相應的變化，這是因為參考信號的相位不會改變。這在減 法器15的輸出的相位中僅產生較小變化，因為由減法器15輸出的信號的相位為兩個輸入 信號之間的相位差的一半的函數，如上文列出的公式所示，這樣使得從減法器15輸出的信 號的相位變化甚至小於從緩衝放大器13輸出的信號的相位變化。然而，如上述公式所示， 使通過減法器15輸出的信號的振幅乘以sin( θ/2)。如果所選擇的相位差θ的數值使得 sin(0/2)的斜率為陡峭的(即θ適當地接近0° )，那麼θ的較小變化將從而在通過減 法器15輸出的信號的振幅中產生較大的變化。這樣，從通過緩衝放大器13輸出的信號中減去參考信號以用於產生以下信號，該 信號響應傳感器電容器1的僅僅較小的電容變化就具有較大的振幅變化。然而，正弦波在 該波形經過0的點處具有最陡的斜率，且具有以下結果如果相位偏移θ接近零，那麼差值 信號的振幅是非常小的。因此，選擇θ的數值以使其充分遠離零，這樣倍增因子sin (θ/2) 不會使總的信號振幅降至不可用的低水平，同時還具有足夠陡的斜率以使得由傳感器電 容器1的變化引起的θ的較小變化導致差值信號振幅的較大變化。因此，θ優選為至少 10° (以便sin( θ/2)不顯著小於0.1)。另外，為了補償根據上述列出的公式產生的低水 平的差值信號並且考慮到傳感器RC電路信號振幅的損耗，減法器15還優選具有放大功能。 在圖1中，示出了 8倍增益的減法器15。選擇的數值將取決於控制系統9的輸入電路的性 能，但通常5至20的增益將是合適的。為了產生輸入至減法器15的參考信號，將由參考電容器17和參考電阻器19組成 的參考RC電路並聯至具有傳感器電容器1和傳感器電阻器7的傳感器RC電路，以便接收相 同的輸入正弦波信號。設置的參考RC電路與傳感器RC電路具有基本相同的時間常數，以使 其輸出信號與傳感器RC電路的輸出信號基本相同。然而，參考RC電路與傳感器RC電路相 比，優選利用較大的電容器和較小的電阻器進行構造。例如，參考電容器17可具有大約InF 的電容並且參考電阻器19可具有大約IOkQ的電阻，也就是說參考電容器大約為傳感器電 容器的數值的一千倍並且參考電阻器大約為傳感器電阻器的電阻的千分之一。因此，由參考RC電路輸出的信號與由傳感器RC電路輸出的信號相比更加穩定，這樣參考RC電路就不 需要相當於放大器13的緩衝放大器。移相器21提供在參考RC電路與減法器15的輸入端 之間，目的在於根據由緩衝放大器13中的反饋引入至傳感器信號中的任何相移來調整參 考信號的相位並且在輸入至減法器15的兩個信號之間提供所需水平的相位差θ。多種可 能構造移相器21的方法對於本領域的技術人員將是顯而易見的。簡單的有源移相電路示 於圖3中，但這種特定電路的使用不是必需的並且任何合適的移相裝置均可進行使用。 作為從傳感器信號減去參考信號的另外一種選擇，相位差可改變至180° (實際 上對參考信號進行反相)並且可將這些信號進行相加。對信號進行求和的效果示於下述公 式中。sin(f) + sin(f-θ) = 2 cos(f)sin(f - f)在這種情況下，輸出信號的振幅取決於cos(e/2)並且應選擇Θ以使得 COS ( θ/2)的斜率為陡峭的(即θ適當地接近180° )。如圖1所示，控制系統9包括數位訊號處理器11。優選地是，這種類型的數位訊號 處理器具有模數轉換器(在圖1中示為ADC)，其輸出可在不幹擾數位訊號處理器的主處理 器單元的情況下被直接寫入存儲器。這釋放了用於進行數位訊號處理功能(例如數字濾波 和相關)的處理器單元。設計數位訊號處理器以使得時鐘模塊產生固定頻率的波形(或者 作為另外一種選擇產生適用於組合成所需的信號波形的多種波形)，該波形從數位訊號處 理器輸出並且施加至傳感器RC電路，任選地隨後進行濾波。時鐘模塊還觸發模數轉換器進 行工作，從而使得將由控制系統9接收的波形進行採樣以便與所產生的波形精確同步。數 字信號處理器11分析引入波形，在其已被數位化之後，使用絕對振幅和/或振幅變化(也 可能為相位)表示傳感器電容器1的電容和/或電容變化，並且通過連接23(用於在圖1 的傳感器和外部裝置之間進行聯繫)輸出代表電容和/或其中變化水平的信號。例如，數 字信號處理器11可使用鎖相放大器技術測量從減法器15接收的信號與相位和頻率鎖定的 理論或實際參考信號之間的精確相位和振幅差，其中數位訊號處理器11產生的波形提供 至傳感器RC電路。在圖1所示的裝置中，設計數位訊號處理器11以在四條單獨的輸出線路上提供四 種信號輸出，其進行合成以形成偽正弦波。偽正弦波的產生更詳細地示於圖4中。如圖4 所示，在每條輸出線路上提供的信號可為具有50%的佔空比的簡單數位訊號。連續輸出的 信號，與先前輸出線路的信號相比，分別延遲八分之一的工作周期。如圖1和圖4所示，每 條輸出線路通過各自的電阻器25、27、29、31連接至求和點。如圖4所示，電阻器25 (連接 至具有首先達到高水平的信號的輸出)和電阻器31(連接至具有最後達到高水平的信號的 輸出)均具有相同的數值Rx。其他的兩個電阻器27、29也具有共同的數值Ry，該值不同於 K。信號數值的模擬求和發生在求和點，並且將每個信號利用其相連的電阻器值(艮或&) 進行除權，以便產生多水平的臺階狀波形，如圖4的下半部分所示。通過選擇合適的Rx和 Ry值，以便調整不同臺階的相對高度，可在求和點處產生偽正弦波。將這種臺階狀的多數值波形利用低通濾波器33 (例如有源Butterworth濾波器) 進行平滑，該低通濾波器被布置用於使主要的偽正弦波頻率通過同時阻止諧波。這產生了 足夠純的正弦波以提供給傳感器RC電路。可根據需要使用可供選擇的裝置產生提供至傳感器RC電路的正弦波，並且參照圖4進行論述的裝置僅提供作為一種產生合適信號的方法的實例。如果需要將除正弦波 之外的某些其他波形輸入RC電路，那麼信號產生裝置將因此需要進行修改。例如，為了產 生方波，可使用得自數位訊號處理器11的單一數字輸出，並且不需要求和點或低通濾波器 33。
為了避免模數轉換器工作期間的混疊，在減法器15的輸出端和控制系統9的輸入 端之間提供了另一個低通濾波器35，其截止頻率是根據數位訊號處理器11輸入端的模數 轉換器的採樣頻率進行選擇的。圖1所示的電路圖中的濾波器33、35，以及其他元件可能引入信號的相位和振幅 偏移。然而，這些相位和振幅偏移除了由傳感器電容器1的電容變化引起的變化之外將基 本上是恆定的，因此它們不會干擾數位訊號處理器11檢測和測量由傳感器電容器1的電容 變化引起的信號變化的能力。控制系統9的構造還可響應從外部連接23上接收的輸入，其可(例如)啟動或停 止傳感器工作。當將圖1中的傳感器用於車輛停車輔助系統來探測車輛後面的障礙物時， 對於該停車輔助系統，響應傳感器電容器1的電容變化通常比使用絕對電容值更加重要。 因此，當車輛最初置於倒檔齒輪中時可啟動該系統以將信號發送至圖1的電容式傳感器， 並且可設置數位訊號處理器11以響應這種輸入，響應方式為啟動傳感器工作並且測量該 時間的電容。隨後，只要倒檔齒輪嚙合，傳感器電路可在初始測量後繼續工作並且提供關於 電容變化的信息。作為另外一種選擇，圖1中的控制系統9可在傳感器的整個工作期間簡 單地輸出與傳感器電容器1的絕對數值對應的信號，並且停車輔助系統中的剩餘電路可被 布置用於監測電容相對當倒車齒輪嚙合時接收到得初始值的變化。在圖1的電容式傳感器可以進行多種修改。例如，可將移相器21布置在參考電阻 器19之前，以代替圖中所示的位置。可使用其他裝置代替由電容器17和電阻器19組成的 參考RC電路來產生輸入至減法器15的參考信號。例如，可利用與產生輸入至傳感器RC電 路相同的方式從得自數位訊號處理器的數字輸出(或輸出的組合)中產生參考信號。這將 具有以下優點參考信號的相位可由數位訊號處理器11直接控制，並且可在軟體控制下進 行改變，這樣使得移相器21將是不需要的。如上所述，可將諸如方波之類的其他波形輸入至傳感器RC電路，以代替上述的正 弦波。就方波而言，得自傳感器RC電路的輸出為顯著三角波，並且傳感器電容器1的電容 變化影響三角波的振幅但不會顯著影響其相位。因此在這種情況下，減法器15的用途在於 提供兩個輸入之間的信號振幅差的放大形式，並且參考信號應與得自緩衝放大器13的信 號同相。因此，移相器21將僅在緩衝放大器13引入相移的情況下是需要的。然而，與使用 輸入至RC電路的方波和三角波輸出相比，使用正弦波是優選的，因為依賴於傳感器電容器 1的電容變化的振幅效應而不是相位效應是指在緩衝放大器13和減法器15中精確的放大 是必需的，並且三角波的尖角需要放大器具有高帶寬，這使得該裝置更易受幹擾和噪聲影 響。如果使用正弦波，可濾除較高的頻率。例如，減法器15可被構造為具有特定帶寬的差 分放大器，所述帶寬除去了顯著高於正弦波頻率的頻率。這樣，傳感器電容器1接收到的任 何射頻噪聲不會顯著影響從減法器15輸出的信號。圖5示出了根據本發明的第二實施例的電容式傳感器。圖5中的傳感器的多個部 分與圖1中的傳感器相同，並且以相同的參考標號給出。除了關於圖5中與圖1不同的部分之外，上文參照圖1至4給出的描述同樣適用於圖5中的傳感器。在圖5中，未使用將得自緩衝放大器13的信號與參考信號進行相加或相減的裝 置，因此圖5不包括減法器15或用於產生參考信號的任何裝置，例如參考電容器17、參考電 阻器19和移相器21。如上所述，輸入至緩衝放大器13的信號可易受高頻噪聲影響，尤其是在傳感器電 容器1的電容非常小並且它具有大電容器板的情況中，在近程傳感器中(例如用於車輛輔 助系統的障礙物傳感器)往往是這種情況。在圖5的電容式傳感器中，提供了移除至少一 些高頻噪聲的裝置。提供電路來產生附加的「複製」信號，該信號被電容耦合至通過由傳感 器電容器1和傳感器電阻器7組成的傳感器RC電路輸出的信號中。就波形、相位和振幅而 言，附加信號與傳感器信號基本相同(但在實施過程中可容許微小的差異)。然而，附加信 號與傳感器信號相比不易受到噪聲影響，並且該電路也被布置用於在附加信號和地之間提 供電容耦合。在圖5的電容式傳感器中，通過提供由附加電阻器37和附加電容器39組成的另 一個RC電路來產生附加信號，該連接電路接收的輸入信號與提供給傳感器RC電路的信號 相同。設置的附加RC電路與傳感器RC電路具有相同的時間常數，但與圖1中的參考RC電 路相類似，圖5中的附加RC電路使用較大的電容和較小的電阻來獲得該時間常數，從而產 生對噪聲不太敏感的較穩定信號。附加信號和傳感器信號通過耦合電容器41進行耦合。理論上，如果附加信號和傳 感器信號完全相同，那麼在整個耦合電容器41上將從不存在任何壓降，因此無電流從它流 過並且它將對傳感器信號無影響。然而，耦合電容器41和附加電容器39利用緩衝放大器 13輸入端的傳感器信號提供了接地的通路，並且該通路可被布置為對於高頻信號具有低阻 抗，這是因為附加電容器39具有的(例如)電容可為傳感器電容器1的電容的一千倍，並 且耦合電容41也可被選擇為具有類似的大電容。因此，在傳感器信號中出現的任何高頻噪 聲(例如作為通過傳感器電容器1的物理上的大板3接收的射頻信號的結果)通過耦合電 容器41和附加電容器39被分流至地，並且未被輸入到緩衝放大器13中。除了存在附加RC電路和耦合電容器41並且省去參考RC電路、移相器21和減法 器15之外，圖5的電容式傳感器與圖1的電容式傳感器基本相同，並且圖1的描述完全適 用於圖5。在圖5中，已利用由附加電阻器37和附加電容器39組成的附加RC電路來產生附 加信號。這是產生附件信號的簡單且經濟有效的方式，但其不是必需的並且可使用產生附 加信號的替代方法。在圖5所示的電路中，附加信號可需要使其相位和/或振幅進行調整 以便匹配傳感器信號，例如在附加RC電路的時間常數與傳感器RC電路的時間常數不是完 全相同的情況中。這種調整可根據需要通過使用類似於圖1中的移相器21的移相器和/ 或放大器來實現。這些電路可布置在附加電阻器37之前或布置在附加RC電路至耦合電容 器41的線路中。然而，布置在至耦合電容器41的線路中的任何電路必需具有低輸出阻抗， 以使得通過耦合電容器41的高頻信號被分流至地。在這種情況下，可使高頻噪聲通過布置 在通向耦合電容器41的線路中的元件的內部電路、而不是通過附加電容器39分流至地。與圖1中的參考信號情況相同，圖5中的附加信號可利用得自數位訊號處理器11 的單獨輸出來產生，並且通過合適地選擇信號振幅和相位，在這種情況下完全可以省去附加RC電路。與圖1的電容式傳感器相同，在圖5的傳感器中優選使用正弦波，但可以使用諸如方波信號之類的其他波形。由於附加信號和傳感器信號為標稱相同的，並且流過耦合電容器41的僅有電流 為高頻噪聲的結果，因此耦合電容器41原則上可用電阻器代替，或者作為另外一種選擇可 設置電阻器與耦合電容器41串聯或並聯。優選電容耦合的原因在於附加信號和傳感器信 號之間的輕微差異的可能性。電容耦合對於高頻噪聲與對於傳感器信號相比將具有較低的 阻抗，這使得耦合對於傳感器信號的影響低於其對噪聲的影響。另外，與緩衝放大器13的 輸入並聯的電感器也將往往會降低進入緩衝放大器13的高頻噪聲量。用於產生附加信號的上述方法不會響應傳感器電容器1的電容變化。因此，附加 信號將不跟隨由傳感器電容器1的電容變化引起的傳感器信號的變化，並且這將在附加信 號和傳感器信號之間產生輕微的振幅和相位差異。因此，將附加信號耦合至傳感器信號稍 微改變了傳感器信號，從而降低了該信號對傳感器電容器1的電容變化的敏感度。如上所 述，在線路中將附加信號耦合至傳感器信號的耦合電容器41的使用中為該耦合提供了頻 變電阻，以便改善在信號的高頻噪聲和對於傳感器電容變化的敏感度損失之間的平衡。原 則上，通過在由鎖相環控制的專用信號發生器電路中(而鎖相環又接收傳感器信號作為相 控輸入)產生附加信號可以使該附加信號響應傳感器電容器1的電容變化。這將意味著附 加信號將跟隨傳感器信號的相位變化，同時鎖相環可被布置成不響應傳感器信號中的高頻 噪聲成分。然而，提供這種電路將是複雜的、困難的並且昂貴的。此外，除非鎖相環在接收 傳感器信號的終端具有非常高的輸入阻抗，否則整體效果可能為降低了輸入至緩衝放大器 13的信號質量，而不是增加信號質量。由於這些原因，目前優選用於產生附加信號的簡單裝 置不響應傳感器電容器1的電容變化。圖5示出了在輸入至緩衝放大器13之前被耦合至傳感器信號的附加信號。作為另 外一種選擇，可以將附加信號在緩衝放大器13之後耦合至傳感器信號，但這不是優選的， 因為在這種情況下用於產生附加信號的裝置不得不考慮緩衝放大器13對於傳感器信號的 相位和振幅的影響，這將增加用於產生附加信號的裝置的成本和複雜性並且還使得更加難 於保證附加信號具有正確的相位和振幅。如果需要，用於產生參考信號以及將其從傳感器信號中減去的裝置(如參照圖1 所述)和用於產生附加信號以及將其耦合至傳感器信號以減少高頻噪聲的裝置(如參照圖 5所述)可用於同一電容式傳感器中。這種裝置示於圖6中，該圖示出了根據本發明的第三 實施例的電容式傳感器。圖6中所示的各種元件的功能與上文參照圖1和圖5中所述的相 同並且在此不進行重複該論述。另外，圖6的電容式傳感器可按照與參照圖1和圖5所述 相同的方法進行修改。圖1、5和6中的實施例僅為實例，並且各種修改形式和替代形式均是可以的。例 如，可使用不同的電路裝置從輸入至傳感器RC電路的AC波形產生參考信號或附加信號或 者兩者，而不是使用圖中所示的RC電路裝置。例如，在AC波形為正弦波以使得傳感器RC 電路的效果在於僅改變相位和振幅而不改變波形的情況中，可使用衰減網絡(合適地改變 信號振幅)和移相器(合適地調整信號的相位)的組合來產生參考信號和/或附加信號。 另外，如果數位訊號處理器11包括數模轉換器，那麼它可以從該數位訊號處理器直接以模擬形式輸出用於傳感器RC電路的AC波形、和/或參考信號和/或附加信號(在提供這些 信號中的一者或兩者的情況中)。在示出的實施例中，控制系統9使用了數位訊號處理器11，但這不是必需的。可根 據需要使用模擬電路來產生施加至傳感器RC電路的信號以及檢測從傳感器RC電路接收的 信號的振幅和/或相位的變化。在示出的實施例中，信號的修改方式為使其通過包括單個電容器和單個電阻器的 C電路。可使用其他的RC電路裝置。另外，可將電感器與電阻器結合使用或者可利用電感 器代替電阻器。然而，使用電感器通常是不利的，因為傳感器電容器1將通常具有非常小的 電容，如上所述，因此具有匹配阻抗的電阻器將不得不具有難以實現的大號，除非電容式傳 感器在非常高的頻率下工作。如此前所述，實施本發明的電容式傳感器可形成用於車輛中的障礙物報警系統的 一部分，例如用作停車期間的倒車輔助系統。圖7示出了汽車的後部以及汽車後面的障礙 物。如果司機希望使汽車43倒退，可能難於判斷汽車與障礙物45之間的距離。另外，如果 障礙物45相對較小，如圖7所示，那麼當汽車43接近它時，它將從司機的視野中消失。為 了協助司機，設置電容式傳感器以使傳感器電容器1中由大金屬條(或一系列條)形成的 板3安裝在(例如)汽車43的後保險槓47內。該金屬條電容耦合至障礙物45，其用作傳 感器電容器1的另一個板5。當汽車43接近障礙物45時，傳感器電容器1的電容將改變， 並且這被障礙物探測器系統用於測定汽車43和障礙物45之間的距離以及當汽車43接近 障礙物45時向司機發出報警。障礙物探測系統的示意圖示於圖8中。距離探測模塊49控制電容式傳感器51並 且從其接收指示傳感器電容器的電容變化方式的信號。電容式傳感器51可如圖1、圖5或 圖6所示。距離探測模塊49還可控制運動傳感器53並且從其接收指示汽車運動的信號。 例如，運動傳感器53可探測到車輪的轉動或者車輛傳動系統的某些其他部分中的相應運 動。距離探測模塊49監測電容式傳感器的電容隨汽車43運動的變化方式，並且使用這種 方式來確定汽車43和障礙物45之間的距離。將運動數據與電容式傳感器數據進行結合使 用更詳細地論述於(例如)W0 2004/054105中。這種信息用於通過用戶界面55向司機提 供報警。一般來講，當在汽車43和障礙物45之間達到某種預定的距離時，將通過揚聲器57 提供報警聲(或預定的通知)。可提供額外的或可供選擇的警報，例如使用燈59，或者可提 供模擬或數字距離顯示。用戶界面55還可包括用於控制距離探測模塊49的輸入，例如可 存在開關以打開或關閉障礙物報警系統。另外，距離探測模塊49將通常與其他的輸入和輸 出61相連。通常，當倒車齒輪嚙合或分離時，與齒輪系統相連的傳感器將向距離探測模塊 49發送信號，並且這被用於控制障礙物報警系統的工作，以使得每當汽車43倒車時它就自 動工作，但當汽車處於前進齒輪狀態時，它不會工作。電容式傳感器51對於障礙物45的響 應將取決於諸如傳感器板3的尺寸和設計以及其安裝位置之類的因素，因此對於障礙物探 測系統的每種具體設計方式，通常將以實驗方式來確定電容、運動和距障礙物的距離之間 的關係。圖9示意性地示出了汽車43的保險槓47內的電容式傳感器的傳感器板裝置。形 成傳感器電容器1的一個板的傳感器板3設置在保險槓47材料和汽車43的車體63之間。 電容式傳感器工作的原因為板3和障礙物45之間的電容耦合產生了傳感器電容器1的至少一部分電容，且障礙物45用作傳感器電容器1的另一個電容器板5的一部分。然而，如 圖9中所見，傳感器板3不可避免地貼近通常將為金屬的車體63。板3和車體63之間的電 容耦具有兩個不利影響。首先，由金屬車體63接收到的任何電噪聲將強性耦合至傳感器板 3中。第二，傳感器板3和車體63之間的耦合將提供傳感器電容器1的總電容的一個顯著 部分，這降低了電容耦合對障礙物45的影響並且從而降低了電容式傳感器的近程感測效 果的敏感性。為了使傳感器板3和車體63之間的電容耦合的這些影響降至最低，在它們之間提 供防護板65。如圖9所示，防護板65相比傳感器板3通常延伸超出較大面積，以便屏蔽傳 感器板3的整個面積。如果將防護板65連接至基本上無噪聲的固定電壓，那麼它將會把傳 感器板3與由車體63接收到的任何電噪聲屏蔽開。然而，傳感器板3和車體63之間的緊 耦合現在被傳感器板3和防護板65之間的緊耦合所取代，這同樣可起到降低電容式傳感器 的敏感性的效果。為了使這種效果降至最低，優選將與得自傳感器板3的信號基本相同的 信號施加至防護板65。例如，可將防護板65連接至緩衝放大器13的輸出端。如(例如) W0 2005/012037中所述，可使用多個防護板。如果使用圖5和6中的噪聲降低裝置，那麼可 在傳感器板3和防護板65之間提供連接至附加RC電路輸出端的附加板。在這種情況下， 附加板和傳感器板3之間的電容耦合可用作耦合電容器41的全部或部分。在實施過程中，傳感器板3和防護板65可形成為包括合適絕緣層的層合結構的部 分，該層合結構可(如通過粘合劑)固定至後保險槓47的內表面或固定至車體63上。優 選地是，將它粘附至保險槓47材料處並且與車體63間隔開，以便降低防護板65和車體63 之間的耦合。電容式傳感器內除傳感器板3、防護板65 (如果使用的話)以及諸如上述的附加板 之類的任何其他外部板之外的部分可與這些板進行分離地提供。在這種情況下，所述剩餘 部分可提供為粘附至板並且優選與板分開的裝置的全部或部分，並且這種裝置實施了本發 明的一個方面。儘管本發明主要參照用於公路車輛的障礙物探測器實例進行描述，但多種其他用 途也是可能的。從上述障礙物傳感器的論述中將清楚，實施本發明的電容式傳感器可用於 近程傳感器，並且這可具有除用於車輛障礙物傳感器之外的應用。例如，實施本發明的近程 傳感器可用於運動物體(例如機械手)中以(如)控制運動以及避免碰撞，或者可用於響 應運動物體的探測器中，例如根據人或物體的靠近來控制自動門的傳感器。實施本發明的 電容式傳感器還可用於其他目的，例如探測是否佔據空間，例如可使用車輛內部(或許車 頂內)的傳感器來確定是否每個座位被佔據，並且結合傳感器來探測是否相應的安全帶已 扣上。另一個可能的用途為觸控傳感器，其中當人或物體直接或通過薄絕緣層觸摸它時，傳 感器板的電容發生改變。多種其他用途對於本領域的技術人員將是顯而易見的，並且這些 用途作為實例來提供。示出的實施例以及上述的其他特徵、修改形式和替代形式以非限制性實例的方式 進行提供，並且本發明的範圍之內的多種其他替代形式和修改形式對於本領域的技術人員 將是顯而易見的。
權利要求
一種電容式傳感器，包括傳感器電路，所述傳感器電路包括傳感器電容器的至少一個板或傳感器電容器的連接；控制裝置，所述控制裝置用於將第一交變信號施加至所述傳感器電路以使得所述傳感器電路對於所述信號的影響隨所述傳感器電容器的電容而變化，並且用於接收得自所述傳感器電路的輸出端的傳感器信號以及檢測所接收到的傳感器信號的參數，所述接收到的傳感器信號受所述傳感器電容器的電容影響，信號提供裝置，所述信號提供裝置用於提供與所述第一交變信號具有相同頻率的第二交變信號；以及合成裝置，所述合成裝置用於將所述第二交變信號與從所述傳感器電路接收的信號通過相加或相減進行合成以提供合成信號，所述控制裝置被連接以接收所述合成信號或源自它的信號作為所述傳感器信號。
2.根據權利要求1所述的電容式傳感器，其中所述第一交變信號為正弦波。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的電容式傳感器，其中所述第二交變信號與從所 述傳感器電路通過所述合成裝置接收的信號具有相同的波形。
4.根據權利要求3所述的電容式傳感器，其中所述第二交變信號與從所述傳感器電路 通過所述合成裝置接收的所述信號相比，具有相位偏移。
5.根據前述權利要求中任一項所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置被連接以 接收所述第一交變信號並且從其產生所述第二交變信號。
6.根據前述權利要求中任一項所述的電容式傳感器，其中所述傳感器電路包括RC電 路，所述RC電路包括串聯的電阻器後接所述傳感器電容器的板支路或者用於它們的連接。
7.根據權利要求6所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置包括RC電路，所述RC 電路包括串聯的電阻器後接電容器支路。
8.根據權利要求7所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置的RC電路與預定參考 狀態下的所述電容式傳感器中的所述傳感器電路的RC電路具有相同的時間常數。
9.根據權利要求8所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置的RC電路中的電容器 具有至少十倍於所述參考狀態下的所述電容式傳感器中的傳感器電容器的電容。
10.根據權利要求9所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置的RC電路中的電容 器具有至少一百倍於所述參考狀態下的所述電容式傳感器中的傳感器電容器的電容。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置包括 在其所述RC電路之前或之後的移相器。
12.根據前述權利要求中任一項所述的電容式傳感器，其中所述合成裝置被布置用於 對所述第二交變信號與從所述傳感器電路接收的所述信號的和或差進行放大。
13.根據前述權利要求中任一項所述的電容式傳感器，其中所述合成裝置包括減法器， 所述減法器被連接以用於將所述第二交變信號和從所述傳感器電路接收的所述信號中的 一者從另一者中減去。
14.根據前述權利要求中任一項所述的電容式傳感器，包括緩衝放大器，所述緩衝放大 器被連接以在來自所述傳感器電路的信號輸入至所述合成裝置之前緩衝所述信號。
15.根據前述權利要求中任一項所述的電容式傳感器，包括信號提供裝置，所述信號裝置用於提供與由所述傳感器電路提供的信號基本相同且基 本同相的另一個交變信號，並且用於為頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻率的噪聲成 分提供從所述另一個交變信號至地的耦合；以及耦合裝置，所述耦合裝置用於將所述另一個交變信號耦合至從所述傳感器電路提供的 所述信號，從而通過所述信號提供裝置的耦合為噪聲成分提供至地的通路，所述噪聲成分 存在於從所述傳感器電路提供的所述信號中並且頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻 率。
16.一種電容式傳感器，包括傳感器電路，所述傳感器電路包括傳感器電容器的至少一個板或傳感器電容器的連接；控制裝置，所述控制裝置用於將第一交變信號施加至所述傳感器電路以使得所述傳感 器電路對於所述信號的影響隨所述傳感器電容器的電容而變化，並且用於接收得自所述傳 感器電路的輸出端的傳感器信號以及檢測所接收到的傳感器信號的參數，所述接收到的傳 感器信號受所述傳感器電容器的電容影響，信號提供裝置，所述信號裝置用於提供與由所述傳感器電路提供的信號基本相同且基 本同相的另一個交變信號，並且用於為頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻率的噪聲成 分提供從所述另一個交變信號至地的耦合；以及耦合裝置，所述耦合裝置用於將所述另一個交變信號耦合至從所述傳感器電路提供的 所述信號，從而通過所述信號提供裝置的耦合為噪聲成分提供至地的通路，所述噪聲成分 存在於從所述傳感器電路提供的所述信號中並且頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻 率。
17.根據權利要求16所述的電容式傳感器，其中所述第一交變信號為正弦波。
18.根據權利要求16或權利要求17所述的電容式傳感器，其中所述傳感器電路包括 RC電路，所述RC電路包括串聯的電阻器後接所述傳感器電容器的板支路或者用於它們的連接。
19.根據權利要求18或者根據權利要求15直接或間接從屬於權利要求6時所述的電 容式傳感器，其中所述信號提供裝置包括RC電路，所述RC電路包括串聯的電阻器後接電容 器支路。
20.根據權利要求19所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置的RC電路與預定參 考狀態下的所述電容式傳感器中的所述傳感器電路的RC電路具有相同的時間常數。
21.根據權利要求20所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置的RC電路中的電容 器具有至少十倍於所述參考狀態下的所述電容式傳感器中的傳感器電容器的電容。
22.根據權利要求21所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置的RC電路中的電容 器具有至少一百倍於所述參考狀態下的所述電容式傳感器中的傳感器電容器的電容。
23.根據權利要求15至22中任一項所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置被連 接以接收所述第一交變信號並且從其產生所述另一個交變信號。
24.根據權利要求15至23中任一項所述的電容式傳感器，其中所述信號提供裝置至地 的耦合包括電容耦合。
25.根據權利要求15至24中任一項所述的電容式傳感器，其中所述耦合裝置包括電容華禹合。
26.根據權利要求15至25中任一項所述的電容式傳感器，其中所述耦合裝置包括電阻華禹合。
27.根據權利要求15至26中任一項所述的電容式傳感器，包括緩衝放大器，所述緩衝 放大器被連接以用於緩衝從所述傳感器電路提供的信號，所述緩衝在所述信號耦合至所述 另一個交變信號之後進行。
28.—種近程傳感器，包括根據前述權利要求中任一項所述的電容式傳感器。
29.一種用於公路車輛的障礙物探測系統，包括根據權利要求1至27中任一項所述的 電容式傳感器。
30.根據權利要求28所述的近程傳感器或根據權利要求29所述的障礙物探測系統，其 中所述傳感器電路包括用於傳感器電容器的板的連接，所述近程傳感器或障礙物探測系統 被布置用於連接至作為所述傳感器電容器的板的外部板。
31.一種用於公路車輛的保險槓，所述保險槓包括或承載根據權利要求1至27中任一 項所述的電容式傳感器或根據權利要求29所述的障礙物探測系統，其包括所述傳感器電 容器的板。
32.一種電容感測方法，包括使第一交變信號通過包括傳感器電容器的至少一個板的傳感器電路，使得所述傳感器 電路對於所述信號的影響隨所述傳感器電容器的電容而變化；檢測得自所述傳感器電路的輸出端的傳感器信號的參數，所述參數受所述傳感器電容 器的電容影響，提供與所述第一交變信號具有相同頻率的第二交變信號；以及將所述第二交變信號與從所述傳感器電路接收的信號通過相加或相減進行合成以提 供合成信號，在所述檢測步驟中使用的所述傳感器信號為所述合成信號或源自它的信號。
33.根據權利要求32所述的電容感測方法，其中所述第一交變信號為正弦波。
34.根據權利要求32或權利要求33所述的電容感測方法，其中所述第二交變信號與從 所述傳感器電路接收的並且跟所述第二交變信號進行合成的所述信號具有相同的波形。
35.根據權利要求34所述的電容感測方法，其中所述第二交變信號與從所述傳感器電 路接收的並且跟所述第二交變信號進行合成的所述信號相比，具有相位偏移。
36.根據權利要求32至35中任一項所述的電容感測方法，包括從所述第一交變信號產 生所述第二交變信號。
37.根據權利要求32至36中任一項所述的電容感測方法，包括對所述第二交變信號與 從所述傳感器電路接收的所述信號的和或差進行放大。
38.根據權利要求32至37中任一項所述的電容感測方法，包括將所述第二交變信號和 從所述傳感器電路接收的所述信號中的一者從另一者中減去。
39.根據權利要求32至38中任一項所述的電容感測方法，包括提供與從所述傳感器電路提供的信號基本相同且基本同相的另一個交變信號，並且為 頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻率的噪聲成分提供從所述另一個交變信號至地的 耦合；以及將所述另一個交變信號耦合至從所述傳感器電路提供的所述信號，從而通過所述耦合 為噪聲成分提供至地的通路，所述噪聲成分存在於從所述傳感器電路提供的所述信號中並 且頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻率。
40.一種電容感測方法，包括使第一交變信號通過包括傳感器電容器的至少一個板的傳感器電路，使得所述傳感器 電路對於所述信號的影響隨所述傳感器電容器的電容而變化；檢測得自所述傳感器電路的輸出端的傳感器信號的參數，所述參數受所述傳感器電容 器的電容影響，提供與從所述傳感器電路提供的信號基本相同且基本同相的另一個交變信號，並且為 頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻率的噪聲成分提供從所述另一個交變信號至地的 耦合；以及將所述另一個交變信號耦合至從所述傳感器電路提供的所述信號，從而通過從所述另 一個交變信號至地的所述耦合為噪聲成分提供至地的通路，所述噪聲成分存在於從所述傳 感器電路提供的所述信號中並且頻率顯著高於所述另一個交變信號的頻率。
41.根據權利要求40所述的電容感測方法，其中所述第一交變信號為正弦波。
42.根據權利要求39至41中任一項所述的電容感測方法，包括從所述第一交變信號產 生所述另一個交變信號。
43.根據權利要求39至42中任一項所述的電容感測方法，其中從所述另一個交變信號 至地的所述耦合包括電容耦合。
44.根據權利要求39至43中任一項所述的電容感測方法，其中通過電容耦合將所述另 一個交變信號耦合至從所述傳感器電路提供的所述信號。
45.一種電容式傳感器，其基本由本文參照附圖所描述。
46.一種電容感測方法，其基本由本文參照附圖所描述。
47.一種用於公路車輛的障礙物探測系統，其基本由本文參照附圖所描述。
全文摘要
本發明涉及一種電容式傳感器，可用作公路車輛的障礙物報警系統中的近程探測器，如當所述車輛倒車時使用。數位訊號處理器(11)發送正弦波通過傳感器RC電路(1、7)。傳感器板(3)用作傳感器電容器(1)的一個板並且障礙物(45)用作另一個板(5)。所述汽車(43)和所述障礙物(45)之間的距離變化導致所述傳感器電容器(1)的電容變化，從而改變從所述傳感器RC電路(1、7)輸出的正弦波的振幅和相位。在減法器(15)中將由參考信號電路(17、19、21)產生的參考正弦波從所述傳感器輸出信號中減去。所述參考信號與所述傳感器信號具有相位差，使得所述差值信號的振幅對於所述傳感器信號的相位的變化具有高度敏感性。通過耦合電容器(41)將與所述傳感器信號基本相同的附加信號耦合至所述傳感器RC電路的輸出。
文檔編號G01D5/24GK101809415SQ200880108705
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月24日 優先權日2007年9月25日
發明者安東尼·穆恩 申請人:3M創新有限公司