CN105008881A - 具有电容传感器的机械应力检测装置，检测装置组和具有电容传感器的触点定位装置 - Google Patents

Abstract

该机械应力检测装置具有电容传感器(10)，电容传感器具有：第一电极(12)，其具有第一主表面(14)；第二电极(16)，其具有第二主表面(18)，第二主表面布置成相对着第一电极(12)的第一主表面(14)；弹性电介质(20)，其延伸在第一电极(12)的第一主表面(14)与第二电极(16)的第二主表面(18)之间；以及，测量装置(22,24)，其测量第一电极和第二电极两个电极(12,16)的接线端子的电容。机械应力检测装置还具有机械应力补偿器(30)，其中，机械应力补偿器的固定部分(32)与所述第一电极和第二电极之一(16)连在一起，相对于固定部分(32)活动的机械应力补偿器的活动部分(34)配有可调配重(56,58,60,62,64,M)，活动部分与所述第一电极和第二电极中的另一个电极(12)连在一起。

Description

具有电容传感器的机械应力检测装置，检测装置组和具有电容传感器的触点定位装置

技术领域

本发明涉及一种具有电容传感器的机械应力检测装置。本发明也涉及一种具有电容传感器的应力检测装置组，以及一种具有这种检测装置组的定位触敏表面上的触点位置的触点定位装置。

涉及的应用是使用传感器用于提供触敏，不管什么样的表面，不管其是什么材料(木料、玻璃、塑料、灰泥涂层等等)，也不管其是什么形状(平的或凹凸不平的)。

背景技术

目前，所用技术主要是在表面上展开电容性膜片，使之触敏，或围绕该表面布置红外线框。前者，在表面上展开一个塑料薄膜，其中，蚀刻有电路，其连接于一个估算部件。在手指触及时，测得的电容产生局部干扰，从而可定位触点。但是，这种技术影响布有电路的膜片展开在其上的表面的穿透率，这种塑料薄膜展开在凹凸不平的表面上可能会出现问题。后者，红外线框由收发红外电致发光二极管组成，其分别相对于水平线和垂线布置，以产生表面的栅格图形。当手指或任何其他物体切断水平和垂直光束时，使之定位。但是，这种技术对日光非常敏感，日光充满红外线，如同周围环境(污物)那样。另外，表面必须呈平面。此外，在前述两种情况下，成本高，且随待触敏表面的尺寸而快速提高。

因此，另一个解决办法是在待触敏表面上布置一定数量的机械应力检测装置而不管其尺寸如何，应用以在触及时对每个检测装置分别施加的应力的测量为基础的方法，通过重心计算，得出触点定位。这种方法例如在专利US3657475中提出。相对于一条轴线进行一维触点定位，需要最少两个检测装置。进行二维定位需要最少三个检测装置，也就是说，四个检测装置布置于一个矩形表面的四角，以良好的检测装置组的稳定性可获得令人满意的测量结果。

专利US3657475提出四个传感器在一个触敏表面的四角布置于一个固定支承件与该表面之间。这些传感器是应力计或压电传感器。一方面，其必须承受触敏表面的自重，另一方面，对触及的作用力或压力加上该触敏表面的重量保持敏感。因此，触及力相对于表面的重量不能太小，以便不出现灵敏度和精度问题。另外，该文献中使用的传感器相当昂贵，特别是压电传感器对温度变化敏感。因此，更确切地说，本发明涉及具有电容传感器的机械应力检测装置。

专利US7148882 B2中提出一种具有电容传感器的机械应力检测装置，其由两个彼此保持一定距离的电极构成。电容传感器定位在待触敏表面之下，通过一个与上电极相连的点连接件与之保持接触。触及表面，使两个电极靠近，从而改变电容值。在触及传感器、使之在触及中断时恢复初始位置的情况下，是上电极的弹性变形改变电容。这种传感器的缺陷是其面对触敏表面的重量易损。实际上，表面重量越大，上电极的刚度系数越大，传感器对触及力越不敏感。因此，一个解决办法是作用于表面的重量，使之轻便，尽可能增大传感器的灵敏度。但是，当目的之一与触敏表面的构成材料的选择无关时，这个解决办法不令人满意。

专利EP1350080 B1也提出一种具有电极的电容传感器，所述电极由一种电介质分开，但是，是电介质具有弹性，使传感器在不触及的情况下恢复初始位置。因此，更确切地说，该文献中提出的电容传感器具有一个第一电极、一个第二电极、一种弹性电介质和一些测量装置，所述第一电极具有一个第一主表面，所述第二电极具有一个第二主表面，其布置成相对于第一电极的第一主表面，所述弹性电介质布置在第一电极的第一主表面与第二电极的第二主表面之间，所述测量装置测量两个电极的端子的电容。因此，这种电容传感器由一个扁平电容器构成，其两个扁平电极之间的距离使其可变电容随在其两个电极之一上施加的作用力或压力而变化。但是，这种传感器在文献EP1350080 B1中用于车辆称重，即在待测量应力比接触面的重量大得多的情况下使用。

在对触及敏感的触敏表面的情况下，这种传感器可能存在前述灵敏度或精度的问题。实际上，在不存在任何触及对触敏表面因而对传感器本身施加应力的情况下，尽管如此，传感器仍必须承受触敏表面的一部分自重，其相对于检测触及来说往往是不可忽略的。这相应地会缩小可测值的范围。前述解决办法在于减轻触敏表面的重量，这显然是不令人满意的。

另外，电容传感器测得的应力在其表面正常。因此，其取决于倾斜度，使用中，如果电容传感器布置在其上的触敏表面改变倾斜度，那么，倾斜度可能变化很大。

最后，在振动情况下，产生惯性力，影响传感器的测量结果。

因此，理想的是采用一种至少可解决一部分前述问题和克服前述限制条件的具有电容传感器的机械应力检测装置。

发明内容

因此，本发明提出一种具有电容传感器的机械应力检测装置，其具有：

-第一电极，其具有一个第一主表面，

-第二电极，其具有一个第二主表面，所述第二主表面布置成相对着第一电极的第一主表面，

-弹性电介质，其布置在第一电极的第一主表面与第二电极的第二主表面之间，以及

-测量装置，其测量第一电极和第二电极两个电极的端子的电容，机械应力检测装置还具有机械应力补偿装置，其中，机械应力补偿器的固定部分与所述第一电极和第二电极之一连在一起，相对于固定部分活动的机械应力补偿器的活动部分配有可调配重，活动部分与所述第一电极和第二电极中的另一个电极连在一起。

因此，与电容传感器的两个电极之一连接的配重机构允许调节地补偿可能施加在该电极上的一些机械应力。因此，尤其可补偿具有电容传感器的检测装置被布置挨靠的触敏表面的自重，从而提高其触及灵敏度。但是另外，这种机构还使传感器防止振动或倾斜度的改变，因而提高其测量结果的精度。

可选地，活动部分围绕固定部分的轴在转动方面是活动的，且活动部分具有：

-第一摆臂部分，第一摆臂部分的一端用于与触敏表面接触，以及

-第二配重臂部分，其具有可调配重，该第二配重臂部分相对于第一摆臂部分延伸在固定部分的轴的另一侧。

也是可选地，可调配重具有：

-杆部，其一部分具有螺纹，

-质量体，其由螺旋连接件固定于该杆部，以及

-调节端头，通过驱动杆部围绕其轴线旋转，调节端头允许将质量体沿杆部移动，以便使质量体通过滑动接近或远离固定部分的轴。

也是可选地，调节端头具有受控电动机。

也是可选地，弹性电介质材料包括聚硅酮或聚氨酯。

也是可选地，第一电极和第二电极两个电极呈圆柱形，具有圆形横截面，相对于彼此同轴地加以布置，相对的两个主表面为平面。

也是可选地，本发明的机械应力检测装置还可具有估算部件，其根据测得的电容估算施加在两个电极之一上的应力。

本发明也提出机械应力检测装置组，其具有：

-多个本发明的机械应力检测装置，

-信号处理电子模块，其处理来自多个机械应力检测装置的信号，以及

-有线或无线的信号传输装置，其从每个检测装置向信号处理电子模块传输信号。

本发明也提出一种定位触及表面上的触点位置的触点定位装置，其具有：

-本发明的机械应力检测装置组，

-触敏表面，所述机械应力检测装置组的检测装置挨靠触敏表面布置，所述机械应力检测装置组的机械应力补偿器的活动部分与触敏表面接触，以及

-定位触敏表面上的触点位置的触点定位部件，其借助于所述机械应力检测装置组的信号处理电子模块，处理借助由机械应力检测装置提供的信号估算出的应力，进行触点定位。

可选地，触敏表面具有条带，条带中呈线性分布可激活的光源，所述触点定位装置具有：

-机械应力检测装置，其布置在条带的每个端部，以及

-光源的选择装置，其利用触点定位选择光源。

附图说明

借助于下面仅作为例子给出、参照附图所作的说明，本发明将得到更好的理解，附图如下：

－图1以剖面图示意地示出根据本发明的一实施方式的机械应力检测装置的一般结构；

－图2以剖面图示意地示出图1的检测装置的电容传感器的一个实施变型的一般结构；

－图3示意地示出根据本发明第一实施方式的定位触敏表面上的触点位置的触点定位装置的一般结构；

－图4示意地示出根据本发明第二实施方式的定位触敏表面上的触点位置的触点定位装置的一般结构；以及

－图5示出由图3和4所示装置中一个或另一个装置使用的触点定位方法的连续步骤。

具体实施方式

图1示意地示出的机械应力检测装置具有电容传感器10，电容传感器具有第一电极12，第一电极12具有第一主表面14。电容传感器具有第二电极16，第二电极16具有第二主表面18，第二主表面18布置成相对着第一电极12的第一主表面14。电容传感器具有弹性电介质20，弹性电介质20例如是聚硅酮或聚氨酯的，弹性电介质20在第一电极12的第一主表面14与第二电极16的第二主表面18之间延伸。该弹性电介质20主要起两个作用。第一个作用是隔离彼此相对的两个主表面14和18。第二个作用是构成复位件，在应力施加于两个电极之一时复位件压缩，在不存在应力时复位件恢复初始息止位置。最后，电容传感器10具有测量装置22、24，其测量两个电极12和16的端子的电容。这些测量装置22、24至少具有两根导线22，在其接线端子，借助于可能的阻抗测量装置24，可测量电容。

实际上，两个电极12和16可呈一般圆柱形。更确切地说，为使制造简化起见，两个圆柱形电极12和16具有圆形横截面，相对于彼此同轴地加以布置，相对的两个主表面14和18为平面。

当应力施加于两个电极的任一自由面上、例如第一电极12的自由面上时，由于电介质20的弹性，两个相对的主表面14和18彼此靠近。因此，电容传感器10表现为如同具有可变电容的平板电容器。

这种可变电容可为：

$C=f\left(d\right)={\mathrm{\ϵ}}_1\frac{A}{d},$

其中，ε₁是电介质20的介电常数，A是相对的两个主表面14和18的公共面积，d是分开两个主表面的间距，所述间距随施加在第一电极12上的应力而变化。

因此，如果两个电极12和16在应力作用下靠近，那么，d减小，因而C增大。反之，如果两个电极12和16在应力消失时在电容传感器10的息止位置的弹性回复作用下远离，那么，d增大，因而C减小。

实际上，应当指出，相应于电容传感器10的息止位置的间距d₀必须足够小，使得即使在息止时也具有足够大的电容，以便通过测量装置24是可测量的(约10皮法)，以及使得当两个电极12和16些微靠近时具有尽可能大的变化。

实际上，为使施加在电极12上的应力对电容传感器10产生足够的作用力或压力，相对的两个主表面14和18的公共面积A应被限制。

实际上，应当指出，C的变化不是线性地随d的变化。应该考虑使电容传感器10的响应尽可能呈线性。

实际上，根据选用的弹性电介质20，其最大压缩力受限制，应该使，在间距d的变化和电容C的变化之间的前述关系式C＝f(d)，与对电极12施加的应力P和由变量d定义的所用材料固有的变形之间的关系式d＝g(p)相结合，以确定所述施加的应力p和在电容传感器10的接线端子测得的电容C之间的实际关系式C＝fog(p)。一旦该关系式fog已知，即可转化成一个应力计算器26的形式，其例如连接于测量装置24，从而起根据测得的电容C计算对两个电极12和16之一施加的应力p、作用力或压力的计算作用。

应当指出，可选地，测量装置24和应力计算器26仅是电容传感器10的一部分，和更一般来说是检测装置的一部分。实际上，测量装置可偏置在分开的计算部件中。

最后，值得注意的是，这种电容传感器10的制造成本微乎其微。但是，根据其特征，要实现在要达到的量程与所需的精度之间的折衷。实际上，难以制造既具有大量程又具有极佳精度的低成本传感器。举例来说，用质量表示应力的话，难在这种传感器具有0至1kg的量程的同时又具有一克内的灵敏度。

图1示意地示出的机械应力检测装置还具有机械应力补偿器30，机械应力补偿器的固定部分32与所述第一和第二电极之一连在一起，相对于固定部分32活动的机械应力补偿器的活动部分34与所述第一和第二电极中的另一个电极连在一起，活动部分配有可调配重。更确切地说，在该实施例中，第一电极16是固定的并且与补偿器30的固定部分32连在一起，而第二电极12是活动的并且与补偿器30的活动部分34连在一起。

固定部分32与底座36连在一起。固定部分简略地具有：第二电极16的第一支承臂38，第一支承臂固定至第二电极；和，活动部分34的第二支承臂40，活动部分仅在沿轴42的轴线转动方面是自由的，轴42作为第二支承臂40的终点。活动部分34的不能沿轴42平移而仅围绕轴42在转动方面的自由是通过构件44表征的。

活动部分34具有第一摆臂部分46，第一摆臂部分从轴42的轴线延伸直至挨靠触敏表面50的支点48端部。该支点48距离轴42的轴线的距离为D1。第一臂部分46还具有固定于电容传感器10的第一电极12的固定点52。该固定点52距离轴42的轴线的距离为D2，D2小于D1。因此，在支点48对表面50施加的应力的分量P通过摆臂效应以压力或作用力P的形式由固定点52传送到第一电极12，第一电极通过压缩弹性电介质20靠近第二电极16。

活动部分34具有第二配重臂部分54，第二配重臂部分相对于第一摆臂部分46在轴42的另一侧进行延伸。该第二配重臂部分54支承杆部56，杆部56围绕其本身的纵向轴线在转动方面是自由的，这种在转动方面的自由是通过构件58表征的。杆部56包括具有螺纹的一部分，质量体M通过螺旋连接件(由构件60表征)连接至所述螺纹。杆部56的端部之一配有手动调整端头62，手动调整端头62允许，通过杆部56围绕其轴线的转动、还通过停转机构64，使质量体M沿杆部56移动，以使质量体M滑动地接近或远离轴42。因此，质量体M距离轴42的轴线的距离D3是可变的和可调的。

因此，通过质量体M沿杆部56的位置的调整，可以例如补偿第一电极12上触敏表面50的自重作用。这样，在不触及触敏表面50时，没有任何应力施加在电容传感器10上。由该传感器能实现的量程从而完全地用于对触敏表面50施加应力P的触点检测，这提高其精度。

可选地，止动件可布置在第一摆臂部分46上，以使保护电容传感器10防止在触敏表面50上施加过大的压力。

作为变型，手动调整端头62可以用借助受控电动机控制的电动调整端头替换。在当触敏表面50可能重量变化时希望自动地称触敏表面50的皮重的应用中，这特别具有优越性(例如对于可在其上放置或移去物体的平台的触敏度)。

还最为变变型，电容传感器10可布置在轴42的另一侧，即在配重侧。因此，在压力下不再具有触敏性，而在拉力下具有触敏性。

用m标示由图1所示检测装置在其支点48支承的触敏表面50的空载质量，那么，如果以下关系式成立，则空载质量完全由配重质量体M补偿：

m.g.D1＝M.g.D3，

其中，g是重力常数，即：

$D3=D1.\frac{m}{M}.$

在该构型中，电容传感器10处于息止位置，没有触及和不测量任何应力。

在触及时，如果施加的应力在支点48产生作用力P，在轴42的轴线上产生的力矩之和记为Cp，鉴于前述关系式，则得：

C_p＝m.g.D1+P.D1-M.g.D3＝P.D1，

该力矩Cp在电容传感器10上引起反应，以致对第一电极施加的合力p意味着以下关系式成立：

$p=\frac{C_p}{D2}=P.\frac{D1}{D2}.$

鉴于所有这些关系式，为了提高电容传感器10的灵敏度，最好选择D1和D2，以使D1>>D2，为了限制质量体M的尺寸，最好选择D1和D3，以使D3>>D1。由此产生以下有利的关系式：D2<<D1<<D3。

至于振动对施加在检测装置上的作用力的平衡的影响，所述作用力可用叠加于重力场g的加速度a_v表示。另外，因为振动作为惯性力对通过触及施加在触敏表面50上的应力没有任何影响，所以视之为零。因此，轴42的轴线上产生的力矩之和Cp变成：

C_p＝m.(g+a_v).D1-M.(g+a_v).D3＝(g+a_v).(m.D1-M.D3)＝0.

这表明，借助于补偿器30，振动不干扰由电容传感器10实现的测量。

同样表明，借助于补偿器30，触敏表面50倾斜度的变化不再干扰电容传感器10的测量。实际上，由于质量体M经受与触敏表面50相同的惯性力，因此摆臂式补偿器30自然地适合于这种倾斜度变化。

在另一可行的实施方式中(未示出)，质量体M可用电磁铁替代，电磁铁因而允许避免辅助杠杆臂。但是在这种情况下，因为电磁铁的补偿作用力不是惯性性质，所以振动或倾斜度变化干扰电容传感器10的测量。但是实际上，也可安装低成本加速计，其与底座36连在一起，以便如果前面介绍的补偿关系式不能完全遵守，则充分补偿惯性变化。

此外，为了限制图1所示检测装置上触敏表面50的重量，也可增加这种检测器的数量，以减轻检测器的承载。

现在将详述另一种电容传感器10'，其可替换图1所示检测装置中的电容传感器10。这另一种电容传感器10'在图2上以剖面图示出，电容传感器10'有第一电极12'，第一电极具有第一主表面14'和侧边15'，侧边15'具有一定厚度E。电容传感器10'具有第二电极16'，第二电极16'具有第二主表面18'，第二主表面18'布置成相对着第一电极12'的第一主表面14'。电容传感器10'具有弹性电介质20'，弹性电介质20'例如是聚硅酮或聚氨酯的，弹性电介质布置在第一电极12'的第一主表面14'与第二电极16'的第二主表面18'之间。该弹性电介质20'与弹性电介质20起相同的作用。最后，电容传感器10'具有与电容传感器10相同的测量装置22、24。

电容传感器10'与前述电容传感器的区别在于，第二电极16'还具有凸缘17'，当弹性电介质20'处于息止位置时，即当没有任何暂时应力对两个电极之一施加作用力或压力时，所述凸缘17'围绕第一电极12'的侧边15'在其第二主表面18'的周边，仅在厚度E的一个部分h₀上延伸。在弹性电介质20'的这个息止位置，两个电极12'和16'的第一和第二主表面14'和18'彼此间平衡距离为d₀。此外，由电介质材料例如陶瓷材料制成的导向件28'有利地***在第一电极12'的侧边15'与第二电极16'的凸缘17'之间，起电绝缘体的作用。

实际上，两个电极12'和16'可以是整体圆柱形的，第二电极16'具有凹部，第一电极12'部分地接纳在凹部中，即直至深度等于h₀<E。更确切地说，为使制造简化起见，两个圆柱形的电极12'和16'具有圆形横截面，相对于彼此同轴地加以布置，相对的两个主表面14'和18'是平面。在这种情况下，由电介质材料制成的导向件28'呈环形，并覆盖第二电极16'的凸缘17'的整个内表面。导向件允许引导第一电极12'相对于第二电极16'在应力作用下沿第一电极和第二电极的公共轴线平移移动。

当这种应力施加于两个电极的自由面的任意之一上时，例如第一电极12'的自由面上时，由于电介质20'的弹性，相对的两个主表面14'和18'彼此靠近，第二电极16'的凸缘17'围绕其延伸的第一电极12'的厚度E部分增大(h>h₀)。因此，电容传感器10'如同两个具有可变电容的电容器的并联组合，一个是平面的，另一个是圆柱形的，该具有可变电容的混合式传感器的平面份额由相互靠近的两个相对的主表面14'和18'给予，圆柱形的份额由凸缘17'相对着侧边15'增大的内表面给予。

电容传感器10'的可变电容的平面份额可为：

$C_1={\mathrm{\&epsiv;}}_1\frac{A}{d},$

其中，ε₁，A和d与前述实施例具有相同的意义。

电容传感器10'的可变电容圆柱形份额可为：

$C_2=\frac{2\mathrm{\&pi;}.{\mathrm{\&epsiv;}}_2.h}{\ln \left(\frac{b}{a}\right)},$

其中，ε₂是由电介质材料制成的导向件28'的介电系数，a是第一电极12'的半径(其构成圆柱形电容器的内半径)，b是第二电极16'的凸缘17'的内半径(其构成圆柱形电容器的外半径)，h是第一电极12'在第二电极16'中的***深度。

因此，电容传感器10'的全部可变电容得到如下形式：

$C=C_1+C_2={\mathrm{\&epsiv;}}_1\frac{A}{d}+\frac{2\mathrm{\&pi;}.{\mathrm{\&epsiv;}}_2.h}{\ln \left(\frac{b}{a}\right)}.$

应当指出，距离d和深度h是完全相关的变量。实际上，d+h的和始终等于d₀+h₀。因此，如果d减小，则h同样多地增大。因此，根据下列表达式，电容C是唯一变量d的函数：

$C=f^{\&prime;}\left(d\right)={\mathrm{\&epsiv;}}_1\frac{A}{d}+\frac{2\mathrm{\&pi;}.{\mathrm{\&epsiv;}}_2.(d_0+h_0-d)}{\ln \left(\frac{b}{a}\right)}.$

因此，如果两个电极12'和16'在应力作用下靠近，d减小，因而C₁和C₂一起增大，以致C更加增大。反之，如果两个电极12'和16'在应力消失时在弹性恢复到息止位置的作用下相远离，d增大，因而C₁和C₂一起减小，以致C更加减小。考虑到由于电容传感器10'的第二电极16'的特殊构型，其中凸缘17'部分地围绕第一电极12'的侧边15'，因此，电容传感器10'的灵敏度相对于电容传感器10的灵敏度得到提高。

实际上，应当指出，如果C₂的变化随d和h的变化而呈线性变化，那么，这始终不是C₁的变化情况。应该考虑使电容传感器10'的响应特性尽可能呈线性。

实际上，应该使对电极12'施加的应力和所用电介质材料20'固有的变形之间的由变量d定义的关系式d＝g(p)与前述关系式C＝f'(d)相结合，用于认识所施加的应力p和在电容传感器10'的接线端子测得的电容C之间的实际关系式C＝f'og(p)。一旦该关系式f'og已知，即可转化成应力计算器26的形式。

值得注意的是，在该实施例中，测量装置24和应力计算器26仅可选地是电容传感器10'、因而是检测装置的一部分。它们实际上可偏置在分离的计算部件中。

图3示出在根据本发明第一实施方式的定位触敏表面上的触点位置的触点定位装置70中使用多个检测装置，检测装置是如图1所示的检测装置。

该装置70首先具有检测装置组，检测装置组包括：

-多个图1所示的检测装置，图3上以标号71₁、71₂和71₃标示，

-信号处理电子模块72，其处理来自所述多个检测装置71₁、71₂和71₃的信号，以及

-有线或无线的信号传输装置74，其从每个检测装置71₁、71₂和71₃向信号处理电子模块72传输信号。

触点定位装置70还包括：

-触敏表面76，检测装置71₁、71₂和71₃挨靠触敏表面布置，检测装置的补偿器30的活动部分34，更确切地说，活动部分的支点48，与触敏表面接触，以及

-定位触敏表面上触点位置的触点定位部件78，其借助于电子模块72，处理借助由检测装置711、712和713提供的信号估算出的应力、作用力或压力，进行触点定位。

在图3所示的实施例中，触敏表面76是任意的形状和任意的凹凸不平的。触敏表面置于固定支承件上。

另外设置三个检测装置71₁、71₂和71₃，这对应于用于实现在该触敏表面76上的触点的二维定位所需要的最少数量。一般来说优选地布置四个检测装置。例如，如果触敏表面76是平面矩形平台，置于由四条腿构成的固定支承件上，那么，平台的每个角可布置一个检测装置，更确切地说，检测装置间置在每个腿的顶端与平台的下表面之间。对于每个检测装置来说，电极之一置于固定支承件上，例如第二电极16或16'，而另一电极，例如第一电极12或12'，相对于固定电极轴向平移活动，通过补偿器30连接于触敏表面76。

在图3所示的实施例中，提出测量装置24和应力计算器26从检测装置朝电子模块72偏置，而传输装置74由导线22构成。

实际上，电子模块72具有电子元件，允许对来自检测装置71₁、71₂和71₃的信号进行采集，在需要时与其他传感器(例如在设置加速器用于补偿电容传感器测得的可能存在的寄生振动的情况下)联合处理这些信号，然后，将这种处理结果传送到电路上，或者对于通过触敏表面在住宅自动化信息管理技术的应用和/或设备控制的应用来说，直接地传送到另一种设备。存在低成本元件，用于实现这些公知的操作程序。

更确切地说，测量装置24例如具有控制器，控制器能处理多达13个传感器，用于平行地测量它们的电容，和使它们的电容数值化地转换成16bits。一个低通平均滤波器也可用于提高测量精度。因此，在10毫秒的时间，如图1所示检测装置的这样的四个检测装置可被处理和滤波。然后，由装置24测得和数值化的电容通过一条数据传输总线例如SPl或l2C供给应力计算器26使用。

对于来自检测装置71₁、71₂和71₃之一的每个电容值来说，应力计算器26估算当图3上用P标示的触及对触敏表面76施加应力时在该装置上施加的应力的相应值。在图3上，对于检测装置71₁、71₂和71₃，这些应力的反作用分别示为Ρ'₁、Ρ'₂和P'₃。应当指出，触及越接近检测装置之一，对检测装置施加的应力越大。然后，应力值(P₁、P₂、P₃)由应力计算器26通过一条数据传输总线例如SPl或l2C供给定位部件78使用。

定位部件78被设计用于确定利用检测装置71₁、71₂和71₃的应力值P₁、P₂、P₃确定触点定位。，定位部件为此使用的方法如专利US 3，657，475中提出的方法，基于重心的计算。该方法参照图5详述。

应力计算器26和定位部件78例如可用于如普通计算机的信息装置，信息装置具有一个处理器，所述处理器连接于一个或多个存储器，存储器存储计算机的数据文件和程序文件。它们的功能也可在专用集成电路中被至少部分地微程序化或微电路化。尤其是，能进行整个10毫秒处理的一个16bits或8bits微控制器可满足需要。

借助于触敏表面76的触点定位装置70可根据所需的应用情况以不同方式使用。尤其是，在“绝对方式”，相对于一个固定参考系寻求在触敏表面76上的触及的绝对位置。因此，一个图象可投射到触敏表面76上，使得可在触及动作与要实现的功能之间进行连接。在“相对方式”，感兴趣的不是需要的触及的精确定位，而是需要随时间的变化，以识别姿态或动作。另外，装置70对由触及施加的应力强度是敏感的，从而可获得关于使用者所施作用力的幅度的直接信息。因此，该直接信息可以是利用由传感器提供的数据的高级判读软件中的一个辅助入口。

图4示出在根据本发明的第二实施方式的定位触敏表面上的触点位置的触点定位装置80中使用如图1所示检测装置的多个检测装置(带有图1所示的电容传感器10或图2所示的电容传感器10')。

首先，该装置80具有检测装置组，检测装置组包括：

-如图1所示的检测装置的两个检测装置，图4上以标号81₁和81₂标示，

-前述的电子模块72，以及

-有线或无线的信号传输装置74，其从每个检测装置81₁和81₂向电子模块72传输信号。

触点定位装置80还具有触敏表面82，检测装置81₁和81₂挨靠触敏表面布置，检测装置的补偿器30的活动部分34，更确切地说，活动部分的支点48，与触敏表面82接触。

在图4所示的实施例中，更确切地说，触敏表面82是一个具有主轴线D的条带，可激活光源84例如电致发光二极管沿条带线性地分布。两个检测装置81₁和81₂布置在该条带82的两端。有利地，在该实施方式中，电子模块72被程序化，用于利用由定位部件78从由两个检测装置81₁和81₂提供的信号确定的触点定位来选择至少光源84之一。例如，距离触点检测定位部位最近的光源被激活。应当指出，在该实施例中，触点定位是一维的，沿着轴线D，这就是为什么两个检测装置布置在条带82的两端是必需的和足够的。

现在参照图5详述通过部件78实施的定位方法。

在检测装置的第一初始化步骤100，在没有在触敏表面施加任何触及时，每个检测装置的电容C₀被记录和构成检测装置每个的息止时的参考值。对于每个检测装置，其质量体M沿其杆部56的布置还可调整成完全补偿由该检测装置支承的触敏表面的自重。

在接下来的阈值确定步骤102的过程中，值Pt＝∑_iPt_i，即由检测装置组检测到的直接指示通过触及在触敏表面上所施应力P的应力之和Pt_i与阈值Ps进行比较。

然后，在步骤104，如果Pt<Ps，则考虑测得的应力太小，可能与噪音或开始偏向有关。因此，所述方法返回步骤100，以根据该测量基础重新初始化和/或调整检测装置。

在步骤104，如果Pt>Ps，则考虑，在触敏表面上检测到触点P，所述方法进入该触点P定位的重心估算步骤106。

记为触点估算定位，记为检测装置X_i(X_i＝71_i或81_i)的定位，则重心估算步骤106在于进行以下计算：

应当指出，检测装置的位置可在预先校准步骤时获得，在预先校准期间，在触敏表面上例如施加连续的已知的预定定位的触及。

最后，在最后过滤步骤108，如此计算出的触点定位放置在固定尺寸的圆形缓冲存储器中。接着，对(初始化之后)缓冲存储器中记录的数值组计算一个第一平均值，然后，在除去判断与平均值相去太远的“异常”数值之后变更。可调阈值(缓冲存储器的尺寸和异常值的阈值)允许滤波参数化。

显然，具有电容传感器的检测装置，例如前述检测装置之一，极易适合于任何形状和任何材料的大部分触敏表面，可用于定位触敏表面上的触点位置的触点定位装置的设计，触点定位装置既灵敏，成本又不高。应用是各种各样的。

首先，可提供一组两个、三个、四个(或更多)具有电容传感器的检测装置，例如图1和2所示的具有电容传感器的检测装置，不受任何触敏表面的影响，检测装置组包括：如前述电子模块72的信号处理电子模块；以及，有线或无线的传输装置，其从每个检测装置向电子模块传输信号。为了更加紧凑，电子模块可集成于检测装置组的检测装置之一中，检测装置还具有本身的能源和可在彼此间通过有线或无线联系进行传输。检测装置组可通过无线电或有线电联系与网络或***进行连接。然后，使用者根据其需要或愿望触及任何表面的自由：木板、玻璃、框架、开关等。

此外，如前所述，一种可行的应用在于，使一个平台触敏，将检测装置布置在该平台与该平台放置在其上的腿部的顶端之间。因此，例如可操纵电视机和/或控制内容，尤其是在定位装置以“相对方式”工作中。

在汽车工业，这种技术的优越性是可以产生具有改进型设计的三维的人机交互仪表盘，允许驾驶员手指相对于凸起的良好辨识。这样，驾驶员的注意力较少集中于控制，而更多地集中于道路。

最后，还是在汽车工业中，图4所示的定位装置作为条带可使用电致发光二极管，由车辆前部向后部布置于驾驶室的天花板。当使用者在一个精确部位按压条带时，最近的二极管变亮或熄灭。

应当指出，对于在汽车工业中的这些应用，补偿器30特别用于补偿车辆频繁和不可忽视的振动效应。如前所述，使用加速器同样具有优越性。在这种情况下，由加速器实现的补偿在由检测装置提供的原始数据处直接地进行。

还应当指出，本发明中提出的技术可与其它已知技术互补。鉴于所提出的检测装置成本微乎其微，实际上可考虑与已经很成熟的技术相结合，以便弥补其缺陷和提高其坚固性及其可靠性。例如，可与围绕触敏表面布置一个红外线框的技术结合，用于在周围环境太亮的情况下改善该技术，或者与布置一个电容性膜片的技术相结合。

其也可与其它大有前途的技术互补，例如发明专利FR 2 948 787 B1提出的技术，该技术使用一个学习***，其中稳定性对温度和嵌装条件非常敏感。

另外，应当指出，本发明不局限于前述实施方式。实际上，显然，现有技术人员通过阅读对其所公开的教导，对上述实施方式进行各种各样的改变。在下述权利要求书中，所用的用语不应理解为权利要求书限于本说明书中提出的实施方式，而应当理解为用于包含由于***阐述权利要求书旨在保护的和能被本领域技术人员通过运用一般知识考虑到的用于实现对其公开的教导的所有等同实施方式。

Claims (10)

1.机械应力检测装置，其具有电容传感器(10；10')，所述电容传感器具有：

-第一电极(12；12')，其具有第一主表面(14；14')，

-第二电极(16；16')，其具有第二主表面(18；18')，第二主表面布置成相对着第一电极(12；12')的第一主表面(14；14')，

-弹性电介质(20；20')，其布置在第一电极(12；12')的第一主表面(14；14')与第二电极(16；16')的第二主表面(18；18')之间，以及

-测量装置(22,24)，其测量第一电极和第二电极两个电极(12,16；12',16')的接线端子处的电容，

其特征在于，所述机械应力检测装置还具有机械应力补偿器(30)，其中，机械应力补偿器的固定部分(32)与所述第一电极和第二电极之一(16；16')连在一起，相对于固定部分(32)活动的机械应力补偿器的活动部分(34)配有可调配重(56,58,60,62,64,M)，活动部分与所述第一电极和第二电极中的另一个电极(12；12')连在一起。

2.根据权利要求1所述的机械应力检测装置，其特征在于，活动部分(34)围绕固定部分(32)的轴(42)在转动(44)方面是活动的，且活动部分具有：

-第一摆臂部分(46)，第一摆臂部分的一端(48)用于与触敏表面(50)接触，以及

-第二配重臂部分(56)，其具有可调配重(56,58,60,62,64,M)，该第二配重臂部分相对于第一摆臂部分(46)延伸在固定部分(32)的轴(42)的另一侧。

3.根据权利要求1或2所述的机械应力检测装置，其特征在于，可调配重(56,58,60,62,64,M)具有：

-杆部(56)，杆部的一部分具有螺纹，

-质量体(M)，其由螺旋连接件(60)固定于该杆部(56)，以及

-调节端头(62)，通过驱动杆部(56)围绕其轴线旋转(58)，调节端头允许将质量体(M)沿杆部移动，以便使质量体通过滑动接近或远离固定部分(32)的轴(42)。

4.根据权利要求3所述的机械应力检测装置，其特征在于，调节端头(62)具有受控电动机。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机械应力检测装置，其特征在于，弹性电介质材料(20；20')包括聚硅酮或聚氨酯。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机械应力检测装置，其特征在于，第一电极和第二电极两个电极(12,16；12',16')呈圆柱形，具有圆形横截面，相对于彼此同轴地加以布置，相对的第一主表面和第二主表面两个主表面(14,18；14',18')为平面。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的机械应力检测装置，其特征在于，所述机械应力检测装置还具有估算部件(26)，其根据测得的电容估算施加在第一电极和第二电极两个电极(12,16；12',16')之一(12；12')上的应力(p)。

8.机械应力检测装置组，其特征在于，其具有：

-多个根据权利要求1至7中任一项所述的机械应力检测装置(71₁,71₂,71₃；81₁,81₂)，

-信号处理电子模块(72)，其处理来自多个机械应力检测装置(71₁,71₂,71₃；81₁,81₂)的信号，以及

-有线或无线的信号传输装置(74)，其从每个检测装置(71₁,71₂,71₃；81₁,81₂)向信号处理电子模块(72)传输信号。

9.定位触敏表面(76；82)上的触点位置的触点(P)定位装置(70；80)，其特征在于，其具有：

-根据权利要求8所述的机械应力检测装置组(71₁,71₂,71₃；81₁,81₂)，

-触敏表面(76；82)，所述机械应力检测装置组的检测装置(71₁,71₂,71₃；81₁,81₂)挨靠触敏表面布置，所述机械应力检测装置组的机械应力补偿器(30)的活动部分(34)与触敏表面(76；82)接触，以及

-定位触敏表面(76；82)上的触点位置的触点(P)定位部件(78)，其借助于所述机械应力检测装置组的信号处理电子模块(72)，处理借助由机械应力检测装置(71₁,71₂,71₃；81₁,81₂)提供的信号估算出的应力，进行触点定位。

10.根据权利要求9所述的触点(P)定位装置(80)，其特征在于，触敏表面(82)具有条带，条带中呈线性分布可激活的光源(84)，所述触点(P)定位装置具有：

-机械应力检测装置(81₁,81₂)，其布置在条带(82)的每个端部，以及

-光源(84)的选择装置(72)，其利用触点定位选择光源(84)。