CN113165553B - 基于冗余耦合测量的电容式传感器保护诊断 - Google Patents

基于冗余耦合测量的电容式传感器保护诊断 Download PDF

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Abstract

提出了一种操作电容式感测装置(10)以诊断至少一个保护电极(36，36'，36”)的流电连接的方法。该电容式感测装置(10)包括至少一个感测‑保护电容式传感器(28，30，32)和电容测量电路(12)，该电容测量电路被配置为根据在至少一个感测‑保护电容式传感器(28，30，32)中流动的复感测电流来确定未知电容的复阻抗。感测‑保护电容式传感器(28，30，32)包括第一导电感测电极(34)和第一导电保护电极(36)以及与第一感测电极(34)流电分离的至少第二导电感测电极(34')，以及至少第二导电保护电极(36'，36”)。

Description

基于冗余耦合测量的电容式传感器保护诊断
技术领域
本发明涉及一种操作用于诊断保护电极的流电连接的电容式感测装置的方法、使用该方法的电容式感测装置、包括该电容式感测装置的车辆方向盘以及用于自动执行该方法的软件模块。
背景技术
电容式传感器以及采用电容式传感器的电容测量和/或检测装置具有广泛的应用，并且尤其用于检测天线电极附近的导电体或本体部分的存在和/或位置。如本文所使用的，术语“电容式传感器”表示一种传感器，其响应于在电场中被感测到的东西(人、人体的一部分、宠物、物品等)的影响而产生信号。电容式传感器通常包括至少一个天线电极，在传感器工作时，振荡的电信号被施加到该天线电极上，并且该天线电极随后将电场发射到天线电极附近的空间的区域中。该传感器包括至少一个感测电极(其可以与发射天线电极相同或不同)，检测在该感测电极处物体或生物对电场的影响。
在机动车辆传感器应用的领域中，已知采用电容式传感器来向自动驾驶辅助***(ADAS)提供输入，例如用于安全带提醒(SBR)***或辅助约束***(ARS)的致动控制的目的。感测到的信号可以用作ADAS做出决定的基础，例如，决定是否将安全气囊***部署到特定的车辆座椅。
已经以各种方式提出了电容式乘客感测***，例如，用于控制一个或多个安全气囊的展开，例如驾驶员安全气囊，乘客安全气囊和/或侧面安全气囊。Jinno等人的US6,161,070涉及一种乘客检测***，其包括安装在汽车中乘客座椅的表面上的单个天线电极。振荡器将振荡的电压信号施加到天线电极，从而在天线电极周围产生微小的电场。Jinno建议根据流到天线电极的电流的幅度和相位来检测座椅上是否有乘客。
在机动车辆应用中使用电容式传感器的另一个示例是所谓的“离手检测(Handsoff Detection-HoD)”***，其中一个或多个传感器提供有关驾驶员是否将手放在车辆的方向盘上的信息。该信息可以传输到例如自适应巡航控制(ACC)的ADAS，其根据提供的传感器信号可以警告驾驶员并提醒他或她再次控制方向盘。特别地，这种HoD***可以用于支持满足维也纳公约(Vienna convention)的要求，即驾驶员必须始终保持对车辆的控制。HoD***也可以应用在停车辅助***或配置用于高速地评估驾驶员活动的ADAS中。
在一些(所谓的“加载模式”)电容式传感器中，至少一个天线电极同时用作感测电极。在这种情况下，测量电路响应于向其施加的振荡电压来确定流入至少一个天线电极内的电流。电压与电流的关系产生在至少一个天线电极和地电势之间的复阻抗。在电容式传感器的替代型式中(“耦合模式”电容式传感器)，发射天线电极(一个或多个)和感测电极(一个或多个)彼此分离。在这种情况下，测量电路确定在至少一个发射天线电极正在工作时在感测电极中感应的电流或电压。
例如，在J.R.Smith等人的标题为“Electric Field Sensing for GraphicalInterfaces(用于图形界面的电场感测)”的技术论文(公开于IEEE Computer Graphicsand Applications，18(3)：54-60，1998)中解释了不同的电容感测机制，其全文以引用方式并入，对允许通过引用方式并入的司法管辖区有效。
该论文描述了用于进行非接触式三维位置测量以及更具体地的用于感测人手的位置的电场感测的概念，目的是向计算机提供三维位置输入。在电容感测的一般概念内，作者区分了不同的机制，他称为“加载模式”、“分流模式”和“发射模式”，它们对应于各种可能的电流路径。在“加载模式”中，振荡电压信号被施加到发射电极，发射电极建立了到地的振荡电场。要感测的物体改变发射电极与地之间的电容。在“分流模式”(也称为“耦合模式”)中，将振荡电压信号施加到发射电极，建立到接收电极的电场，并测量在接收电极处感应的位移电流。测得的位移电流取决于要感测的本体。在“发射模式”下，发射电极与用户的身体接触，然后通过直接电连接或通过电容耦合相对于接收器成为发射器。
电容耦合强度可以例如通过以下方式确定：向天线电极施加交流电压信号并测量从该天线电极流向地面(在加载模式下)或流向第二天线电极(在耦合模式中)的电流。该电流可以由跨阻放大器测量，该跨阻放大器连接到感测电极，并且将流入感测电极的电流转换成与该电流成比例的电压。
一些电容式传感器被设计为具有单个感测电极的仅感测的电容式传感器。同样，经常使用电容式传感器，该电容式传感器包括邻近布置并且彼此流电隔离的感测电极和所谓的“保护电极”。这种“保护”技术在本领域中是众所周知的，并且经常用于有意地掩蔽并因此成形电容式传感器的敏感范围。为此，保护电极保持与感测电极相同的AC电势。结果，感测电极和保护电极之间的空间没有电场，并且保护-感测电容式传感器在感测电极和保护电极之间的方向上不敏感。
举例来说，专利文献US 8,354,936 B2描述了一种用于车辆的电容式乘客检测器。电容式乘客检测器包括主电极、副电极和保护电极。主电极和副电极彼此分开，并布置在车辆的座椅中。保护电极布置在主电极与车辆的主体之间，并与主电极分开。敏感特性测量单元被配置为用于将交流电压信号选择性地或全部地施加到主电极、副电极和保护电极，并且用于分别将在主电极、副电极和保护电极中产生的电流转换为电压。电容式乘客检测器还包括控制器，当主电极的电压和保护电极的电压具有相同的电势时，该控制器将流过保护电极的电流定义为参考电流。当主电极的电压高于保护电极的电压时，控制器将流过保护电极的电流的电流流动方向定义为负方向。当主电极的电压低于保护电极的电压时，控制器将流过保护电极的电流的电流流动方向定义为正方向。控制器基于流过保护电极的电流来校正主电极的电压，从而将校正后的主电极的电压设定为乘客判定数据。即使在主电极和保护电极之间产生电势差时，控制器也可以正确检测乘客的电容。
在安全气囊***的控制或其它与安全相关的应用中使用的电容式感测***可以被视为与安全相关的***部件。因此，可能有必要监视传感器的不同部件(感测电极和/或保护电极)的良好功能，以便排除电容占用或接近检测***的错误读数。
特别是在“离手检测(HoD)”***中，通常使用保护电极来将一个或多个感测电极与车辆方向盘的内部屏蔽。保护电极到电容式传感器***的信号处理电路的电连接的任何损坏都可能危及电容式传感器的测量结果的可靠性。
在现有技术中已经提出给电容测量电路配备用于检测电容式传感器中断，特别是保护电极中断的诊断装置。
例如，国际申请WO 2017/129552 A1描述了一种电容测量电路，用于确定具有感测电极和保护电极的电容式传感器的感测电流。电容测量电路包括：周期性信号电压源；感测电流测量电路，其被配置为用于参考参考电压来确定感测电流；以及至少一个可远程控制的开关构件。该配置使得在第一切换状态下，至少一个开关构件将感测电流测量电路电连接到周期性测量电压，用于提供第一参考电压，并且在第二切换状态下，至少一个开关构件将感测电流测量电路电连接到不同于第一参考电压的第二参考电压。通过将感测电流测量电路连接到与第一参考电压不同的第二参考电压，有意地更改用于确定感测电流的参考电压，感测电流测量电路会生成一个信号，该信号表示电中断，其中该中断可以包括在相应的感测和保护布线和连接构件之间的电连接的任何中断。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于诊断电容式感测***中的电容式传感器的保护电极的电连接的完整性的改进方法，该方法尽可能简单，并且所需的额外硬件尽可能少。该方法应特别适合用于汽车应用，并且应特别适合于多通道电容式感测***。
本发明的概述
在本发明的一个方面，该目的通过一种操作电容式感测装置的方法来实现，该方法用于诊断电容式感测装置的至少一个保护电极的流电连接。
电容式感测装置包括至少一个感测-保护电容式传感器和电容测量电路，该电容测量电路被配置为根据在至少一个感测-保护电容式传感器中流动的复感测电流来确定未知电容的复阻抗。至少一个感测-保护电容式传感器包括第一导电感测电极和第一导电保护电极以及至少第二导电感测电极和至少第二导电保护电极，第二导电感测电极与第一感测电极流电分离，其中每个保护电极邻近至少一个感测电极布置，并且与每个感测电极流电分离。
在此应注意，术语“第一”，“第二”等在本申请中仅用于区分目的，并不意味着以任何方式指示或预期顺序或优先级。
所提出的方法至少包括以下步骤：
-向至少两个感测电极中的第一个提供交流电测量信号，
-通过操作电容测量电路，确定在至少两个感测电极中的第二个中流动的第一复感测电流，
-断开到至少两个感测电极中的第一个的交流电测量信号，
-开始向至少两个感测电极中的第二个提供交流电测量信号，
-通过操作电容测量电路，确定在至少两个感测电极中的第一个中流动的第二复感测电流，
-计算所确定的第一和第二复感测电流的虚部的差，
-将计算出的差与用于虚部的差的至少一个预定阈值进行比较，以及
-基于比较步骤的结果，确定至少一个保护电极的流电连接的状态。
如在本申请中使用的，短语“被构造为”应特别地被理解为被特定地编程、布置、装配或配置。
对于本领域技术人员显而易见的是，流过感测电极的复感测电流(complex sensecurrent)指示未知的复阻抗(complex impedance)，该复阻抗表示物体相对于感测电极的位置。
本发明基于这样的见解：可以利用两个方向上的电容式感测-保护传感器的在两个感测电极之间的电容耦合测量来区分正确流电连接的保护电极与有缺陷的保护电极连接，两个感测电极之间的电容耦合测量是通过确定一个感测电极中的复合接收电流，同时将交流电测量信号提供给另一感测电极来建立的，反之亦然。复合接收电流与两个感测电极之间的电容耦合有关，其中保护电极邻近地配置。因此，在电容耦合测量中确定的感测电流的虚部的差在一定的容差范围内应大致相同。如果其中一个保护电极未正确流电连接，则一个感测电极的一部分将不再被屏蔽。结果，两个感测电极之间的电容耦合改变。本发明还基于以下观察：两个考虑的电容耦合测量值的差是负载独立的，即，独立于表示待感测的物体的未知电容。以此方式，可以容易地诊断电容式感测-保护传感器的保护电极的流电连接的完整性，而无需额外的硬件。
本发明特别有益地可用于，但不限于，使用电容感测的汽车应用中，特别是可用在离手检测***和座椅占用检测和/或分类***中，但是也可以用在其中使用带有保护电极的电容式感测装置的任何其它技术领域中。在本专利申请中使用的术语“汽车”应特别理解为适用于包括乘用车、卡车、半挂卡车和公共汽车的车辆。
在多于两对感测-保护电极的情况下，所有感测电极彼此流电分离，并且每个导电保护电极邻近至少一个感测电极布置，并且与每个感测电极流电分离。
在电容式感测装置的类型中，其中至少一个感测-保护电容式传感器包括多于两个的导电感测电极和多于两个的导电保护电极，其中每个保护电极邻近至少一个感测电极布置并且与每个感测电极流电分离，在该方法的优选实施例中，对于可以由至少两个感测电极和至少两个保护电极构成的每个电极单元以及对于与所考虑的电极单元相邻布置的至少一个其它电极单元至少执行上述步骤。电极单元应定义为感测电极和与感测电极邻近布置的保护电极。
以此方式，可以快速诊断电容式感测-保护传感器的所有保护电极的流电连接的完整性。
在电容式感测装置的类型中，其中至少一个感测-保护电容式传感器包括多于两个的导电感测电极和多于两个的导电保护电极，其中每个保护电极邻近至少一个感测电极布置且与每个感测电极流电分离，在该方法的优选实施例中，对于可以由至少两个感测电极和至少两个保护电极构成的每对电极单元执行至少上述步骤。同样，电极单元被认为是感测电极和与感测电极相邻布置的保护电极的组合。
以此方式，可以以产生用于改善统计置信度的附加数据的方式来诊断电容式感测-保护传感器的所有保护电极的流电连接的完整性。
在优选实施例中，该方法还包括生成输出信号的步骤，该输出信号指示所确定的至少一个保护电极的流电连接的状态。输出信号可以有利地传递到(例如但不限于)车辆的电子控制单元，以帮助评估已安装的车辆乘客约束***(例如安全气囊)的潜在致动。
在该方法的优选实施例中，对于用于所确定的复感测电流的虚部的差的至少一个阈值，分配容差范围。以这种方式，可以有效地避免由于信号噪声的潜在发生而导致的流电连接的状态的错误确定。
优选地，以周期性方式执行所提出的方法的前述步骤。以此方式，可以快速地检测至少一个保护电极的流电连接的不正确状态，并且可以防止由电容式感测装置的错误的电容感测结果触发的动作的执行。
在本发明的另一方面，提供了一种电容式感测装置，其包括至少一个感测-保护电容式传感器、电容测量电路以及评估和控制单元。
所述至少一个感测-保护电容式传感器包括第一导电感测电极、第一导电保护电极、至少第二导电感测电极和至少第二导电保护电极，第二导电感测电极与所述第一感测电极流电分离，其中每个保护电极邻近至少一个感测电极布置，并且与每个感测电极流电分离。
电容测量电路包括：交流电测量信号发生器，其被配置用于提供交流测量电压；以及电流测量装置，其被配置用于确定在至少一个感测-保护电容式传感器中流动的复感测电流。电容测量电路被配置用于根据所确定的复感测电流来确定未知电容的复阻抗。
评估和控制单元被配置用于控制电容测量电路的特定功能并且用于自动执行本文公开的方法的步骤。
电容式感测装置特别地但不限于可有利地用于使用电容感测的汽车应用中，尤其是用在离手检测***和座椅占用检测和/或分类***中，但是也可以用在其中需要具有保护电极的电容式感测装置的任何其它技术领域中。
在上下文中结合所公开的操作电容式感测装置的方法描述的益处完全适用于电容式感测装置本身。
优选地，交流电测量信号形成为周期性电测量电压信号。还优选地，周期性电测量信号具有在10kHz和100MHz之间的范围内的基频。如在本申请中使用的，术语“基频”应被特别理解为在各个周期性电测量信号的傅立叶分析中的最低正弦频率。
优选地，评估和控制单元包括处理器单元和数字数据存储单元，处理器单元可以对其进行数据访问。以这种方式，可以实现该方法的步骤的自动执行以及在评估和控制单元内的信号的快速、不受干扰的、低噪声处理。
在电容式感测装置的优选实施例中，至少一个感测-保护电容式传感器包括多于两个的导电感测电极和多于两个的导电保护电极，每个保护电极邻近感测电极中的至少一个布置并且与每个感测电极流电分离。这种电容式感测装置可有利地用于需要以特定局部分辨率感测覆盖区域的应用中。
在电容式感测装置的优选实施例中，电容测量电路和至少一个感测-保护电容式传感器被配置为以耦合模式操作至少一个感测-保护电容式传感器。以此方式，可以获得至少一个保护电极的流电连接的状态，作为电容式感测装置的正常感测操作的副产品。
在本发明的又一方面，提供了一种具有电容离手检测的车辆方向盘。车辆方向盘包括如本文公开的电容式感测装置。保护电极布置在方向盘的外圈和感测电极之间，并且布置成覆盖外圈的外表面的大部分。如在本申请中使用的，短语“大部分”应特别理解为方向盘外圈的外表面的大于30％，优选地大于50％，并且更优选地大于70％。在上下文中结合操作电容式感测装置的方法所描述的益处完全适用于所提出的车辆方向盘。
在本发明的另一方面，提供了一种用于控制在此公开的方法的步骤的自动执行的软件模块。
将要进行的方法步骤转换为软件模块的程序代码，其中该程序代码可在电容式感测装置的数字数据存储单元中实现并且可由电容式感测装置的处理器单元执行。优选地，数字数据存储单元和/或处理器单元可以是电容式感测装置的数字数据存储单元和/或处理单元。替代地或补充地，处理器单元可以是特别地被分配为执行至少一些方法步骤的另一处理器单元。
该软件模块可以实现该方法的鲁棒且可靠的自动执行，并且可以允许快速修改方法步骤。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐明。
应当指出的是，在前面的描述中单独详细描述的特征和措施可以以任何技术上有意义的方式彼此组合，并且示出了本发明的另外的实施例。说明书特别结合附图来表征和说明本发明。
附图说明
通过以下参照附图的非限制性实施例的详细描述，本发明的更多细节和优点将变得显而易见，其中：
图1示意性地示出了具有电容离手检测(capacitive hands off detection)的车辆方向盘，其包括根据本发明的电容式感测装置，
图2a示意性地示出了在确定具有正确的流电连接的保护电极的流电连接的状态期间，根据图1的电容式感测装置的感测-保护电容式传感器的感测电极和保护电极的配置，
图2b以剖视图示意性地示出了根据图2a的配置，
图3a示意性地示出了在确定具有一个不良保护电极流电连接的保护电极的流电连接的状态期间，根据图2的感测-保护电容式传感器的感测电极和保护电极的配置，
图3b以剖视图示意性地示出了根据图3a的配置，
图4示出了利用根据图1的电容式感测装置获得的实验结果，以及
图5是根据图1的用于诊断保护电极的流电连接的电容式感测装置的操作方法的一种可能实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了具有电容离手检测的车辆的方向盘40，其包括根据本发明的电容式感测装置10。该车辆形成为乘用车。车辆方向盘40包括连接到外圈44的三个辐条42。电容式感测装置10包括第一感测-保护电容式传感器28，第二感测-保护电容式传感器30和第三感测-保护电容式传感器32。
第一电容式传感器28包括三个导电感测电极34，34'，34”和三个导电的保护电极36，36'，36”，其以彼此间隔的方式沿着外圈44在左下侧沿周向布置。如本领域所公知的，感测电极34，34'，34”和保护电极36，36'，36”可以形成为附接在柔性膜载体上的印刷金属电极。保护电极36，36'，36”中的每一个邻近于感测电极34，34'，34”中的一个布置，并且与感测电极34，34'，34”中的每一个以及另一个保护电极36，36'，36”流电分离，如图2和3示意性所示。感测电极34，34'，34”中的每个与其它感测电极34，34'，34”中的每个流电分离。可以将导电感测电极34，34'，34”和邻近感测电极34，34'，34”布置并且与之流电分离的导电保护电极36，36'，36”的布置看作电极单元38，38'，38”并且在下文中可以这样称呼。第一电容式传感器28的保护电极36，36'，36”布置在方向盘40的外圈44与感测电极34，34'，34”之间，用于将感测电极34，34'，34”与方向盘40的内部屏蔽开。车辆方向盘40包括覆盖外圈44的大部分并且遮盖并保护感测电极34，34'，34”免受外部影响的皮革装饰件。
第二电容式传感器30与第一电容式传感器28相同地设计。三个电极单元38，38'，38”布置在方向盘40的右下侧。第二电容式传感器30的保护电极36布置在方向盘40的外圈44与感测电极34之间，以将第二电容式传感器30的感测电极34与方向盘40的内部屏蔽开。
第三电容式传感器32包括十二个电极单元38(其中仅三个电极单元示例性地分配有附图标记)，该十二个电极单元38沿着外圈44的上半部以彼此间隔开的方式圆周地布置。第三电容式传感器32的每个电极单元38与第一电容式传感器28和第二电容式传感器30的电极单元38相同地设计。第三电容式传感器32的保护电极36也布置在方向盘40的外圈44与感测电极34之间，以将第三电容式传感器32的感测电极34与方向盘40的内部屏蔽开。
三个电容式传感器28，30，32形成了多区域电容车辆离手检测(HoD)***的一部分。三个感测-保护电容式传感器28，30，32的保护电极36覆盖车辆方向盘40的外圈44的大部分外表面。
电容式感测装置10还包括电容测量电路12。电容测量电路12包括交流电测量信号发生器14，其被构造用于提供交流测量信号。电容测量电路12还包括电流测量装置16，其被构造为确定在感测-保护电容式传感器28，30，32中流动的复感测电流(complex sensecurrent)。电流测量装置16可以包括一个或多个跨阻放大器(TIA)，其功能是将复感测电流转换成与所确定的感测电流成比例的输出电压。电容测量电路12被配置用于根据所确定的复感测电流和所提供的交流测量电压来确定未知电容的复阻抗(complex impedance)。未知复阻抗表示物体相对于感测电极34之一的位置。
在该特定实施例中，交流测量信号被形成为周期性电测量电压，即正弦测量电压。而且，周期性电测量电压具有约15MHz的基频。在其它可能的实施例中，交流测量信号发生器可以被配置为在不同的基频下产生具有不同信号形状(例如方波)的交流电测量信号。
在该特定实施例中，电容测量电路12和三个感测-保护电容式传感器28，30，32被配置为以耦合模式操作三个感测-保护电容式传感器28，30，32。
此外，电容式感测装置10包括评估和控制单元18。评估和控制单元18连接到电容测量电路12，用于接收表示由电容测量电路12已经确定的复阻抗的数据信号。评估和控制单元18还被配置用于控制电容测量电路12的特定功能，并且建立适当的控制线。
电容测量电路12以及评估和控制单元18被安装在车辆中。评估和控制单元18的输出端口26与车辆的ADAS 46数据互连。
在下文中，将使用图1和图5描述操作根据图1的电容式感测装置10以诊断保护电极36的流电连接的方法的一个实施例。该方法的流程图在图5中提供。在准备操作电容式感测装置10时，应当理解，所有涉及的单元和装置都处于操作状态并且如图1所示被配置。
为了能够自动且周期性地执行该方法，评估和控制单元18包括软件模块24(图1)。待执行的方法步骤被转换为软件模块24的程序代码。程序代码在评估和控制单元18的数字数据存储单元22中实现，并且可以由评估和控制单元18的处理器单元20执行。可替代地，软件模块24也可以存在于车辆的控制单元(例如，车道偏离警告***的电子控制单元)中并且可以由其执行，并且在评估和控制单元18与车辆的车道偏离警告***的控制单元之间建立的数据通信装置将用于实现相互数据传输。
评估和控制单元18可以包括微控制器，该微控制器包括处理器单元20、数字数据存储单元22，并且还包括微控制器***时钟和多个控制输出，用于远程控制可远程控制的电容测量电路12。如今，以许多变体和经济价格在市场上可以买到这样配备的微控制器。
对于三个保护-感测电容式传感器28，30，32中的每一个，该方法的步骤都是相同的。因此，针对保护-感测电容式传感器28，30，32中的一个，即第一电容式传感器28，示例性地描述该方法的步骤就足够了。
在该方法的第一步骤50中，选择三个感测电极34，34'，34”中的一个感测电极34。在接下来的步骤52中，周期性电测量信号被提供给第一电容式传感器28的三个感测电极34，34'，34”中的所选择的第一个感测电极34。然后，在下一步骤54中，通过操作电容测量电路12来确定在三个感测电极34，34'，34”中的第二个感测电极34'中流动的第一复感测电流。在另一步骤56中，到第一感测电极34的周期性电测量信号被切断。然后，在下一步骤58中开始向三个感测电极34，34'，34”中的第二个感测电极34'提供周期性电测量信号。在随后的步骤60中，通过操作电容测量电路12来确定在第一感测电极34中流动的第二复感测电流。
在图2a，2b和图3a，3b中示出了在执行该方法的上述步骤期间的第一电极单元38和第二电极单元38'的构造；即，特别是第一感测电极34和第二感测电极34'。在图2a中，中间的上部箭头表示这样的情况：第一感测电极34被提供有周期性电测量信号，从而驱动第一复感测电流通过第二感测电极34'。中间的下部箭头表示这样的情况：第二感测电极34'被提供有周期性电测量信号，从而驱动第二复感测电流通过第一感测电极34。图2b示意性地示出了邻近第二感测电极34'布置的第二保护电极36'，其包裹在方向盘40的外圈44上并且处于正确的流电连接的状态。在图3a和3b中，第一保护电极36被示出为处于不正确的流电连接的状态，并且因此被电容性地耦合到第一感测电极34。
在另一步骤62中，计算所确定的第一和第二复感测电流的虚部的差。在随后的步骤64中，将所计算的确定的第一和第二复感测电流的虚部的差与用于复感测电流的虚部的差的预定阈值进行比较。基于比较步骤64的结果，在下一步骤66中确定保护电极36，36'的流电连接的状态。如果计算出的差超过预定阈值，则将流电连接的状态设置为“IMPROPER(不正确)”。如果计算出的差小于或等于预定阈值，则将流电连接的状态设置为“PROPER(正确)”。在另一步骤68中，评估和控制单元18在其输出端口26处生成输出信号，该输出信号指示三个保护电极34，34'的流电连接的确定状态。因此，输出信号被传送到车辆的ADAS46以供进一步使用。
在接下来的迭代中，针对三个电极单元38，38'，38”中的每一个以及与所考虑的电极单元38,38',38”相邻地布置的其它电极单元38，38'，38”中的一个执行上述步骤50-68。在第一感测-保护电容式传感器28具有三个电极单元38，38'，38”的情况下，第一迭代将是在第一电极单元38和第二电极单元38'处的上述步骤的执行，并且第二迭代将是在第二电极单元38'和第三电极单元38”处的步骤的执行。这样，将已经诊断出第一电容式传感器28的三个保护电极38，38'，38”中的每一个的流电连接。
可替代地，在接下来的迭代中，可以对可由现有的电极单元38，38'，38”构成的每对电极单元38，38'，38”执行前述步骤。在第一感测-保护电容式传感器28具有三个电极单元38，38'，38”的情况下，第一迭代将是在第一电极单元38和第二电极单元38'处上述步骤的执行，第二迭代将是在第二电极单元38'和第三电极单元38”处的步骤的执行，并且最后迭代将是在第一电极单元38和第三电极单元38”处的步骤的执行。这样，第一电容式传感器28的三个保护电极36，36'，36”中的每一个的流电连接将被诊断出，从而产生可用于改善统计置信度的附加数据。
所描述的步骤的执行以周期性的方式重复并且可以取决于电容式感测装置10的特定应用。在该特定实施例中，重复率被选择为大约3Hz。在其它实施例中，可以选择高于3Hz的重复率。
图4示出了利用根据图1的电容式感测装置10获得的实验结果，该实验结果清楚地示出了在保护电极36中的一个的至少一部分的流电连接不正确(图3a和3b)，并且例如损失的情况下所确定的复阻抗的虚部的幅度的偏移。而且，可以清楚地从图4所示的曲线图中提取出，观察到的偏移与感测-保护电容式传感器28，30，32上的电容负载无关，即与驾驶员的手的一部分有多大正在接近感测-保护电容式传感器28，30，32无关，这是通过检测所确定的复阻抗的幅度的偏移来唯一且可靠地检测保护电极36，36'，36”的不正确流电连接的先决条件。
参考符号的列表
10 电容式感测装置 28 感测-保护电容传感器
12 电容测量电路 30 感测-保护电容传感器
14 电测量信号发生器 32 感测-保护电容传感器
16 电流测量装置 34 感测电极
18 评估和控制单元 36 保护电极
20 处理器单元 38 电极单元
22 数字数据存储单元 40 方向盘
24 软件模块 42 辐条
26 输出端口 44 外圈
46 ADAS
方法步骤：
50选择感测电极
52提供测量信号给所选的感测电极
54根据另一感测电极中的复感测电流确定复阻抗
56切断到所选的感测电极的测量信号
58开始向另一感测电极提供测量信号
60根据所选的感测电极中的复感测电流确定复阻抗
62计算确定的复阻抗的特征量的差
64将计算出的差与预定条件进行比较
66确定保护电极的流电连接的状态
68产生指示确定状态的输出信号

Claims (10)

1.一种操作电容式感测装置(10)的方法，所述电容式感测装置包括至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)和电容测量电路(12)，该电容测量电路被配置为根据在至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)中流动的复感测电流确定未知电容的复阻抗，所述至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)包括导电的第一感测电极(34)和导电的第一保护电极(36)，并且包括导电的至少第二感测电极(34'，34”)以及导电的至少第二保护电极(36'，36”)，所述第二感测电极(34'，34”)与第一感测电极(34)流电分离，其中每个保护电极(36，36'，36”)邻近至少一个感测电极(34，34'，34”)配置并且与每个感测电极(34，34'，34”)流电分离，所述方法至少包括以下步骤
-步骤一(50)：选择所述至少两个感测电极(34，34'，34”)中的第一感测电极(34)；
-步骤二(52)：向所述至少两个感测电极(34，34'，34”)中的第一感测电极(34)提供交流电测量信号，
-步骤三(54)：通过操作电容测量电路(12)，确定在至少两个感测电极(34，34'，34”)中的第二感测电极(34'，34”)中流动的第一复感测电流，
-步骤四(56)：切断到至少两个感测电极(34，34'，34”)中的第一感测电极(34)的交流电测量信号，
-步骤五(58)：开始向至少两个感测电极(34，34'，34”)中的第二感测电极(34'，34”)提供交流电测量信号，
-步骤六(60)：通过操作电容测量电路(12)，确定在至少两个感测电极(34，34'，34”)中的第一感测电极(34)中流动的第二复感测电流，
-步骤七(62)：计算所确定的第一和第二复感测电流的虚部的差，
-步骤八(64)：将计算的差与用于虚部的差的至少一个预定阈值进行比较，以及
-步骤九(66)：基于步骤八(64)的结果，确定至少一个保护电极(36，36'，36”)的流电连接的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)包括导电的多于两个的感测电极(34，34'，34”)和多于两个的导电保护电极(36，36′，36”)，每个保护电极(36，36′，36″)邻近至少一个感测电极(34，34′，34”)布置并且与每个感测电极(34，34'，34”)流电分离，并且其中，对可以由至少两个感测电极(34，34'，34”)和至少两个保护电极(36，36'，36”)构成的每个电极单元(38，38'，38”)以及与所考虑的电极单元(38，38'，38”)相邻布置的至少一个其它电极单元(38，38'，38”)执行至少权利要求1的步骤一(50)至步骤九(66)，其中电极单元(38，38'，38”)定义为感测电极(34，34'，34”)和邻近感测电极(34，34'，34”)布置的保护电极(36，36'，36”)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)包括导电的多于两个的感测电极(34，34'，34”)和导电的多于两个的保护电极(36，36'，36”)，每个保护电极(36，36'，36”)邻近至少一个感测电极(34，34′，34”)布置并且与每个感测电极(34，34'，34”)流电分离，并且其中，对每对电极单元(38，38'，38”)至少执行权利要求1的步骤一(50)至步骤九(66)，其中电极单元(38，38'，38”)包括感测电极(34，34'，34”)和邻近感测电极(34，34'，34”)布置的保护电极(36，36'，36”)，其由至少两个感测电极(34，34'，34”)和至少两个保护电极(36，36'，36”)构成。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括步骤十(68)：生成输出信号，该输出信号指示所确定的至少一个保护电极(36，36'，36”)的流电连接的状态。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，至少所述步骤一(50)至步骤九(66)以周期性的方式执行。
6.一种电容式感测装置(10)，包括：
-至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)，包括
·导电的第一感测电极(34)，
·导电的第一保护电极(36)，
·导电的至少第二感测电极(34'，34”)，其与第一感测电极(34)流电分离，
·导电的至少第二保护电极(36'，36”)，其中，每个保护电极(36，36'，36”)邻近至少一个感测电极(34，34'，34”)布置并与每个感测电极(34，34'，34”)流电分离，
-电容测量电路(12)，其包括配置用于提供交流测量信号的交流电测量信号发生器(14)和配置用于确定在至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)中流动的复感测电流的电流测量装置(16)，其中，电容测量电路(12)配置用于根据所确定的复感测电流来确定未知电容的复阻抗，以及
-评估和控制单元(18)，其被配置用于控制电容测量电路(12)的特定功能并且用于自动地执行如前述权利要求中的任一项所述的方法的至少步骤一(50)至步骤九(66)。
7.根据权利要求6所述的电容式感测装置(10)，其中，所述至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)包括导电的多于两个的感测电极(34，34'，34”)和导电的多于两个的保护电极(36，36'，36”)，每个保护电极(36，36'，36”)邻近至少一个感测电极(34，34'，34”)布置并且与每个感测电极(34，34'，34”)流电分离。
8.根据权利要求6或7所述的电容式感测装置(10)，其中，配置所述电容测量电路(12)和所述至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)，使得所述至少一个感测-保护电容式传感器(28，30，32)以耦合模式操作。
9.一种具有电容离手检测的车辆方向盘(40)，其包括根据权利要求6至8中的任一项所述的电容式感测装置(10)，其中，所述保护电极(36，36'，36”)布置在方向盘(40)的外圈(44)和感测电极(34，34'，34”)之间并且被配置用于覆盖外圈(44)的外表面的大部分。
10.一种用于自动执行根据权利要求1至5中的任一项所述的方法的软件模块(24)，其中，将要进行的方法步骤一(50)至步骤九(66)转换为软件模块(24)的程序代码，其中所述程序代码可在根据权利要求7至8中的任一项所述的电容式感测装置(10)或者根据权利要求9所述的车辆方向盘(40)的所述电容式感测装置(10)的数字数据存储单元(22)中或在单独的控制单元中实现，并且可由所述电容式感测装置(10)的处理器单元(20)或单独的控制单元执行。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113711064B (zh) * 2019-04-10 2024-03-08 Iee国际电子工程股份公司 多通道电容感测测量电路
CN113677567A (zh) * 2019-04-12 2021-11-19 Iee国际电子工程股份公司 具有选择性加载和耦合测量模式的电容式传感器设备
CA3175292A1 (en) * 2020-04-24 2021-10-28 Agco Corporation Agricultural machines comprising capacitive sensors, and related methods and apparatus
CN113834994B (zh) * 2021-10-27 2024-06-18 均胜均安汽车电子(上海)有限公司 一种离手检测方向盘的模拟触摸装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105138208A (zh) * 2015-09-23 2015-12-09 深圳信炜科技有限公司 电容式传感器、传感装置、感测***、以及电子设备
WO2017129552A1 (en) * 2016-01-26 2017-08-03 Iee International Electronics & Engineering S.A. Capacitive measurement circuit with sensor wiring diagnostics
CN107025013A (zh) * 2015-09-30 2017-08-08 辛纳普蒂克斯公司 使用电极保护技术的二维绝对电容性感测

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6161070A (en) 1996-02-23 2000-12-12 Nec Home Electronics, Inc. Passenger detection system
US6781387B2 (en) * 1997-01-06 2004-08-24 Jentek Sensors, Inc. Inspection method using penetrant and dielectrometer
JP4752956B2 (ja) * 2009-06-16 2011-08-17 株式会社デンソー 静電式乗員検知装置
US9337833B2 (en) * 2011-11-14 2016-05-10 Atmel Corporation Driven shield for shaping an electric field of a touch sensor
LU92179B1 (en) * 2013-04-09 2014-10-10 Iee Sarl Capacitive sensing device
JP6092825B2 (ja) * 2014-09-12 2017-03-08 アイシン精機株式会社 車両の制御装置
DE112015004612T5 (de) * 2014-10-10 2017-06-22 Iee International Electronics & Engineering S.A. Kapazitive Erfassungsvorrichtung
US10132651B2 (en) * 2015-03-23 2018-11-20 Iee International Electronics & Engineering S.A. Capacitive sensing system with hardware diagnostics concept for detection of sensor interruption
LU100490B1 (en) * 2017-10-19 2019-04-25 Iee Sa Capacitive Sensor System

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105138208A (zh) * 2015-09-23 2015-12-09 深圳信炜科技有限公司 电容式传感器、传感装置、感测***、以及电子设备
CN107025013A (zh) * 2015-09-30 2017-08-08 辛纳普蒂克斯公司 使用电极保护技术的二维绝对电容性感测
WO2017129552A1 (en) * 2016-01-26 2017-08-03 Iee International Electronics & Engineering S.A. Capacitive measurement circuit with sensor wiring diagnostics

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Publication number Publication date
CN113165553A (zh) 2021-07-23
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US11378420B2 (en) 2022-07-05
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WO2020114858A1 (en) 2020-06-11

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