TWI725991B - 感測裝置、電子系統及感測方法 - Google Patents

Abstract

本案揭示一種感測裝置，且此感測裝置包含第一傳 導件、第二傳導件、處理單元、蓋體以及基座。處理單元電性連接第一傳導件與第二傳導件。蓋體具有開口。基座與蓋體形成容置空間，且第一傳導件與第二傳導件固設於基座上。

Description

感測裝置、電子系統及感測方法

本案係關於一種感測技術，特別係關於一種感測裝置、電子系統及感測方法。

隨著感測技術的快速發展，感測裝置被廣泛地應用於人類的生活中並扮演越來越重要的腳色。舉例而言，感測裝置被廣泛地應用於各種電子系統中以作為環境感測介面。一般而言，為了優化電子系統以讓電子系統可以有效地運作於各種環境中，電子系統本身具有多種應對環境的運作模式，然而，目前大多數的電子系統仍需依靠人力進行運作模式的轉換。舉例而言，由於一般的電子系統通常不具備環境感測功能，因此，當使用者需要於特殊環境下操作電子系統時，使用者必須手動地將電子系統調整至相應的運作模式。儘管目前市面上有販售感測裝置，例如是透過感測壓力變化，從而可輔助電子系統轉換運作模式。然而，此種感測環境物理變化的感測裝置可能會因為其他因素，例如：溫度、溼度及/或緯度...等，而產生較大的誤差，進而導致電子系統的誤判。

因此，亟需提出一種新的感測技術，可以同時實現 提高感應裝置的敏感度和精確度，進而能提高電子系統的穩定度。

本案揭示的一態樣係關於一種感測裝置，且此感測裝置包含第一傳導件、第二傳導件、處理單元、蓋體以及基座。處理單元電性連接第一傳導件與第二傳導件。蓋體具有開口。基座與蓋體形成容置空間，且第一傳導件與第二傳導件固設於基座上。

本案揭示的另一態樣係關於一種感測裝置，且此感測裝置包含處理單元、第一傳導件、第二傳導件以及基座。第一傳導件包含第一頂針部，且第二傳導件包含第二頂針部。第一傳導件與第二傳導件分別借助第一頂針部與第二頂針部穿透基座並與處理單元電性連結。

本案揭示的又一態樣係關於一種感測裝置，且此感測裝置包含基座、第一傳導件、第二傳導件以及處理單元。第一傳導件固設於基座上，且第二傳導件固設於基座上。處理單元依據第一傳導件與第二傳導件之間的電位差輸出感測訊號。

本案揭示的又一態樣係關於一種電子系統，且此電子系統包含上述任一態樣所述之感測裝置及控制中心。

本案揭示的又一態樣係關於一種應用於感測裝置的感測方法，且此感測裝置包含第一傳導件、第二傳導件及處理單元。處理單元電性連接第一傳導件與第二傳導件。此感測 方法包含以下步驟：提供輸入電壓予處理單元；當第一傳導件與第二傳導件之間產生電位差，利用處理單元依據電位差及輸入電壓產生偏壓，並依據偏壓輸出感測訊號。

100、200A、200B、420‧‧‧感測裝置

110‧‧‧第一傳導件

110a‧‧‧第一連接部

110b‧‧‧第一頂針部

120‧‧‧第二傳導件

120a‧‧‧第二連接部

120b‧‧‧第二頂針部

130‧‧‧處理單元

132‧‧‧類比數位轉換器

134‧‧‧比較器

140‧‧‧連接件

141‧‧‧第一連接片

142‧‧‧第二連接片

150‧‧‧蓋體

151‧‧‧容置空間

152‧‧‧墊片

154‧‧‧開口

170‧‧‧基座

300A、300B、300C、300D‧‧‧感測方法

400‧‧‧電子系統

410‧‧‧控制中心

412‧‧‧處理器

414‧‧‧顯示器

S301~S303、S313~S316、S324、S335~S339‧‧‧步驟

C‧‧‧電感

CH1‧‧‧第一節點

CH2‧‧‧第二節點

Q1‧‧‧第一電晶體

Q2‧‧‧第二電晶體

Zin‧‧‧阻抗

Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z1’、Z2’‧‧‧阻抗元件

Sout‧‧‧感測訊號

Vin‧‧‧輸入電壓

第1A、1B圖為依據本案揭示的實施例所繪製的感測裝置的部分結構示意圖；第2A、2B、2C圖為依據本案揭示的實施例所繪製的感測裝置的電路示意圖；第3A、3B、3C、3D圖為依據本案揭示的實施例所繪製的感測方法的流程圖；以及第4圖為依據本案揭示的實施例所繪製的電子系統的方塊示意圖。

下文是舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所提供的實施例並非用以限制本案所涵蓋的範圍，而結構操作的描述非用以限制其執行的順序，任何由元件重新組合的結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本案所涵蓋的範圍。此外，依據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同的符號標示來進行說明以便於理解。

於本案中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』，亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本案中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。

第1A、1B圖為依據本案揭示的實施例所繪製的感測裝置100的部分結構示意圖。如第1A及1B圖所示，感測裝置100包含第一傳導件110、第二傳導件120以及處理單元130。處理單元130電性連接第一傳導件110與第二傳導件120，換言之，第一傳導件110與第二傳導件120可借助處理單元130電性連接。由此，若第一傳導件110與第二傳導件120之間存在電位差，則可經由處理單元130檢知。

此外，感測裝置100還可包含連接件140。連接件140可設置於處理單元130與第一傳導件110之間，以及處理單元130與第二傳導件120之間。具體而言，連接件140可包含設置於處理單元130與第一傳導件110之間的第一連接片141，以及設置於處理單元130與第二傳導件120之間的第二連接片142。

再者，處理單元130可通過連接件140分別電性連接第一傳導件110與第二傳導件120。其中，第一傳導件110可包含第一連接部110a及第一頂針部110b；第二傳導件120可包含第二連接部120a及第二頂針部120b。具體而言，第一傳導件110可借助第一頂針部110b穿透基座170並與處理單元130電性連接；第二傳導件120可借助第二頂針部120b穿透基座 170並與處理單元130電性連接。一實施例中，當第一傳導件110的第一連接部110a與第二傳導件120的第二連接部120a之間存在可導電的介質而電性導通，則第一傳導件110與第二傳導件120之間可因介質而存在阻抗而產生電位差。其中，可導電的介質包含但不限於是液體、固體或氣體，或者是液體、固體及氣體之至少二者的混合物或化合物。

請參閱第1B圖，感測裝置100還可包含蓋體150及基座170，蓋體150與基座170形成容置空間151。其中，第一傳導件110與第二傳導件120可固設於基座170上，且第一連接部110a與第二連接部120a自基座170裸露於容置空間151。當可導電的介質跨接於第一連接部110a與第二連接部120a，致使第一連接部110a與第二連接部120a電性導通，則第一連接部110a與第二連接部120a之間會存在電位差。

一實施例中，蓋體150包含開口154。當介質借助開口154進入容置空間151，並同時接觸第一連接部110a與第二連接部120a，則可使第一連接部110a與第二連接部120a電性導通並產生電位差。另外，介質亦可透過開口154排出容置空間151，從而使第一連接部110a與第二連接部120a形成開路。

又一實施例中，感測裝置100更可包含墊片152，且墊片152分別套設於第一頂針部110b與第二頂針部120b。其中，墊片152可分別使第一傳導件110與第二傳導件120更密實地設置於基座170上。此外，墊片152可採用具有彈性或可撓性的墊片；且第一傳導件110與第二傳導件120可以為螺帽 狀，但並不僅限於此。

第2A圖為依據本案揭示的實施例所繪製的感測裝置200A的電路示意圖。感測裝置200A可包括多個阻抗元件及至少一開關元件。其中，若採用複數開關元件，則可採用相同或不同規格的開關元件，包括但不限於電晶體；各阻抗元件也可以是相同或不同規格，阻抗元件包括但不限於電阻。

具體而言，如第2A圖所示，輸入電壓Vin之輸入端電性連接阻抗元件Z1之第一端、第一電晶體Q1之射極以及阻抗元件Z3之第一端；第一傳導件110電性連接阻抗元件Z2之第一端；阻抗元件Z2之第二端、阻抗元件Z1之第二端與第一電晶體Q1之基極電性連接於第一節點CH1；阻抗元件Z3之第二端與第二電晶體Q2之集極電性連接於第二節點CH2；阻抗元件Z4之第一端電性連接第一電晶體Q1之集極，阻抗元件Z4之第二端電性連接阻抗元件Z5之第一端與第二電晶體Q2之基極；阻抗元件Z5之第二端、第二電晶體Q2之射極與第二傳導件120電性連接接地端。當第一傳導件110與第二傳導件120間存在可導電的介質而電性導通時，第一傳導件110與第二傳導件120之間可因介質而產生阻抗Zin。於另一實施例，阻抗元件Z2之第一端與接地端之間還可電性連接電感C。

同時參閱第1A及2A圖，第一連接部110a與第二連接部120a之間實質上無可導電的介質之狀態下，或者第一連接部110a與第二連接部120a之間僅存在常態的空氣介質時，第一連接部110a與第二連接部120a之間等同於開路；若第一連接部110a與第二連接部120a之間存在可導電的介質而電性 導通，則第一連接部110a與第二連接部120a之間可因介質而存在阻抗Zin，進而產生電位差VC1。其中，可導電的介質包含但不限於是液體、固體或氣體，或者是液體、固體及氣體之至少二者的混合物或化合物。

一實施例中，若有介質接觸第一傳導件110的第一連接部110a與第二傳導件120的第二連接部120a，並使第一傳導件110與第二傳導件120之間產生電位差VC1後，第一節點CH1會產生偏壓VCH1，且第二節點CH2可產生感測訊號Sout(即，第二節點CH2的電壓值VCH2)。

一實施例中，當偏壓VCH1等於或小於門檻值時，處理單元130輸出第一準位之感測訊號Sout；當偏壓VCH1大於門檻值時，處理單元130輸出第二準位之感測訊號Sout。

請參閱第2A圖，進一步地，當第一傳導件110與第二傳導件120之間存在電位差VC1，且偏壓VCH1等於或小於門檻值，此時第一電晶體Q1與第二電晶體Q2導通，從而處理單元130輸出低準位之感測訊號Sout；當偏壓VCH1大於門檻值時，第一電晶體Q1與第二電晶體Q2不導通，從而處理單元130輸出高準位之感測訊號Sout。其中，輸入電壓Vin可以為3.3V，門檻值可以為2.74V，但並不限於此。

表一為感測裝置200A中的第一節點CH1的偏壓VCH1與第二節點CH2的感測訊號Sout的對照表。由表一可以得知，在輸入電壓Vin為3.3V的前提下，當偏壓VCH1等於或小於2.74V時，感測裝置200A可輸出較低準位之感測訊號Sout；當偏壓VCH1大於2.74V時，感測裝置200A可輸出較高 位準之感測訊號Sout。

第2B圖為依據本案揭示的另一實施例所繪製的感測裝置200B的電路示意圖。如第2B圖所示，感測裝置200B可包含類比數位轉換器132及阻抗元件。類比數位轉換器132可依據第一節點CH1之偏壓VCH1輸出數位化之感測訊號Sout。

具體來說，阻抗元件Z1’之第一端電性連接輸入電壓Vin；第一傳導件110電性連接阻抗元件Z2’之第一端，第二傳導件120電性連接接地端；阻抗元件Z1’之第二端、阻抗元件Z2’之第二端與類比數位轉換器132電性連接於第一節點 CH1。此外，阻抗元件Z2’之第一端與接地端之間還可電性連接電感C。

一實施例中，感測裝置200B採用具有n位元解析度的類比數位轉換器132，因此，類比數位轉換器132可以將類比之偏壓VCH1轉換成2ⁿ個不同離散值之數位化之感測訊號Sout。其中，當第一連接部110a與第二連接部120a之間短路，且偏壓VCH1之類比訊號為0V，則類比數位轉換器132輸出具有離散值為0之數位化之感測訊號Sout；當第一傳導件110與第二傳導件120之間為開路，則類比數位轉換器132輸出具有離散值為2ⁿ之數位化之感測訊號Sout。其中，第一傳導件110與第二傳導件120之間為開路時，偏壓VCH1之類比訊號可為3.3V，及/或類比數位轉換器132可以是2位元或14位元解析度的類比數位轉換器，但不以此為限。

第2C圖為依據本案揭示的又一實施例所繪製的感測裝置200C的電路示意圖。第2C圖的感測裝置200C與第2B圖的感測裝置200B大致相同，並且相同的部件沿用相同的符號。第2C圖與第2B圖的差別在於：感測裝置200C更可包含比較器134，且比較器134可電性連接類比數位轉換器132的輸出端。比較器134可將類比數位轉換器132輸出的數位化之感測訊號Sout與門檻值組進行比較。其中，門檻值組可包含一個或一個以上的門檻值。

一實施例中，門檻值組包含複數門檻值。若數位化之感測訊號Sout等於或小於第一門檻值時，處理單元130可判定介質為第一介質；當數位化之感測訊號Sout大於第一門檻 值且等於或小於第二門檻值時，處理單元130可判定介質為第二介質；當數位化之感測訊號Sout大於第二門檻值時，處理單元130可判定介質為第三介質。換言之，處理單元130可依據偏壓VCH1及類比數位轉換器132的輸出訊號判斷介質之種類與性質。其中，上述實施例並非用以限制本案，感測裝置200B並不僅限用以判斷介質為第一介質、第二介質以及第三介質之任一者，介質種類與可判斷的數量可依據實際操作狀況而彈性地調整。

又一實施例中，處理單元130可藉由比較器130以執行上述判定操作。換句話說，當數位化之感測訊號Sout等於或小於第一門檻值時，處理單元130可藉由比較器130以判定介質為第一介質；當數位化之感測訊號Sout大於第一門檻值且等於或小於第二門檻值時，處理單元130可藉由比較器130以判定介質為第二介質；當數位化之感測訊號Sout大於第二門檻值時，處理單元130可藉由比較器130以判定介質為第三介質。

參照第2B圖，表二為同一液態介質於溫度25℃及0℃下，分別採用14位元解析度作為類比數位轉換器132，並輸出之數位化之感測訊號Sout。

第3A圖為依據本案揭示的實施例所繪製的感測方法300A的流程圖。參照第1A、2A、2B、2C以及3A圖，感測裝置100、200A、200B以及200C可執行感測方法300A。感測方法300A包含以下步驟：步驟S301：提供輸入電壓Vin予處理單元130；步驟S302：當第一傳導件110與第二傳導件120導通，第一連接部110a與第二連接部120a之間會產生阻抗Zin及/或電位差VC1。其中，第一傳導件110與第二傳導件120可借助介質導通；以及步驟S303：利用處理單元130依據電位差VC1對輸入電壓Vin進行分壓，產生偏壓VCH1，並依據偏壓VCH1輸出感測訊號Sout。

第3B圖為依據本案揭示的另一實施例所繪製的感測方法300B的流程圖。第3B圖的感測方法300B與第3A圖的感測方法300A大致相同，並且相同的步驟沿用相同的符號。第3B圖與第3A圖的差別在於：在步驟S301及步驟S302之後，利用處理單元130依據門檻值對偏壓VCH1進行判斷。

同時參照第1A、2A及第3B圖，感測方法300B在步驟S302之後還包含以下步驟：步驟S313：利用處理單元130依據電位差VC1對輸入電壓Vin進行分壓，產生偏壓VCH1；步驟S314：利用處理單元130判斷偏壓VCH1是否等於或小於門檻值；步驟S315：承步驟S314，如是，即偏壓VCH1等於或小於門檻值，則通過處理單元130輸出第一準位之感測訊號Sout；以及步驟S316：承步驟S314，如否，即偏壓VCH1大於門檻值，則通過處理單元130輸出第二準位之感測訊號Sout。

因此，在感測方法300B中，可比較偏壓VCH1與預設的門檻值，並輸出相應準位之感測訊號Sout。

一實施例中，若介質於第一連接部110a與第二連接部120a之間產生阻抗Zin，且偏壓VCH1等於或小於門檻值，則處理單元130輸出低準位之感測訊號Sout；若第一連接部110a與第二連接部120a之間形成開路，以及/或者偏壓VCH1大於門檻值，則處理單元130輸出高準位之感測訊號Sout。

第3C圖為依據本案揭示的又一實施例所繪製的感測方法300C的流程圖。第3C圖的感測方法300C與第3B圖的感測方法300B大致相同，並且相同的部件及/或步驟沿用相同的符號。第3C圖與第3B圖的差別在於：在步驟S313之後，借助處理單元130依據偏壓VCH1輸出數位訊號，進而可輸出數 位化的感測訊號Sout。

同時參照第1A、2B以及3C圖，感測方法300C在步驟S313之後可包含以下步驟：步驟S324：借助處理單元130依據偏壓VCH1輸出數位訊號。

一實施例中，若介質於第一連接部110a與第二連接部120a之間產生阻抗，且數位訊號等於或小於門檻值，則處理單元130可輸出n進位數0之數位的感測訊號Sout；若第一連接部110a與第二連接部120a之間形成開路，且數位訊號大於門檻值，則處理單元130輸出n進位數1之數位的感測訊號Sout。其中，n進位數可以是二進位數。換句話說，感測方法300C可將偏壓VCH1轉換為數位訊號，並將數位訊號與門檻值進行比較，從而輸出相應的數位化之感測訊號Sout。

第3D圖為依據本案揭示的再一實施例所繪製的感測方法300D的流程圖。第3D圖的感測方法300D與第3C圖的感測方法300C大致相同，並且相同的部件及/或步驟沿用相同的符號。第3D圖與第3C圖的差別在於：在步驟S324之後，還可更進一步依據門檻值組的複數門檻值定義介質。

同時參照第1A、2C及3D圖，感測方法300D在步驟S324之後可包含以下步驟：步驟S335：判斷數位訊號是否等於或小於第一門檻值；步驟S336：承步驟S335，如否，即數位訊號大於第一門檻值，則進一步判斷數位訊號是否大於第一門檻值且等於或小於第二門檻值； 步驟S337：承步驟S335，如是，即數位訊號等於或小於第一門檻值，則判定介質為第一介質；步驟S338：承步驟S336，如是，即數位訊號大於第一門檻值且等於或小於第二門檻值，則判定介質為第二介質；以及步驟S339：承步驟S336，如否，即數位訊號大於第二門檻值，則判定介質為第三介質。

一實施例中，感測方法300D可將偏壓VCH1轉換為數位訊號，並可比較數位訊號與門檻值組，從而判斷介質。其中，門檻值組至少包括第一門檻值及第二門檻值，且第一門檻值及第二門檻值可分別為預設值、系統偵測當下環境的可調變值及/或由使用者設定，但不以此為限。

第4圖為依據本案揭示的實施例所繪製的電子系統400的方塊示意圖。其中，電子系統400包含但不限於手持式電子系統、隨身通訊系統、車用電子系統、攝/錄像系統、空拍系統以及水下電子系統。

如第4圖所示，電子系統400包含控制中心410與感測裝置420。控制中心410可包含處理器412與顯示器414；感測裝置420可採用感測裝置100、200A、200B、200C之任一者，及/或感測裝置420可執行感測方法300A、300B、300C、300D之任一者。其中，處理器412與顯示器414及感測裝置420電性連接，且顯示器414包含但不限於面板、發光器及揚聲器。

參照第4圖，感測裝置420借助第一傳導件110、 第二傳導件120及處理單元130獲得感測訊號Sout後，可將傳送感測訊號Sout至控制中心410。處理器412可依據感測訊號Sout判斷第一傳導件110與第二傳導件120是否存在阻抗Zin及/或電位差VC1，進而可由顯示器414發出相應的訊息，以及/或者由處理器412進行預設程序，包含但不限於變更系統模式、啟動保護模式及/或中斷電子系統400的電源。

技術領域通常知識者可以容易理解到揭示的實施例實現一或多個前述舉例的優點。閱讀前述說明書之後，技術領域通常知識者將有能力對如同此處揭示內容作多種類的更動、置換、等效物以及多種其他實施例。因此本案之保護範圍當視申請專利範圍所界定者與其均等範圍為主。

100‧‧‧感測裝置

110‧‧‧第一傳導件

120‧‧‧第二傳導件

130‧‧‧處理單元

140‧‧‧連接件

141‧‧‧第一連接片

142‧‧‧第二連接片

154‧‧‧開口

Claims (9)

1. 一種感測裝置，包含：一第一傳導件；一第二傳導件；一處理單元，電性連接該第一傳導件與該第二傳導件，當一介質使該第一傳導件與該第二傳導件電性導通時，該處理單元依據該第一傳導件與該第二傳導件之間的一電位差、一第一門檻值及一第二門檻值，判定該介質是一第一介質、一第二介質或一第三介質；一蓋體，具有一開口；以及一基座，與該蓋體形成一容置空間，且該第一傳導件與該第二傳導件固設於該基座上。
2. 一種感測裝置，包含：一處理單元；一第一傳導件，包含一第一頂針部；一第二傳導件，包含一第二頂針部，當一介質使該第一傳導件與該第二傳導件電性導通時，該處理單元依據該第一傳導件與該第二傳導件之間的一電位差、一第一門檻值及一第二門檻值，判定該介質是一第一介質、一第二介質或一第三介質；以及一基座，該第一傳導件與該第二傳導件分別借助該第一頂針部與該第二頂針部穿透該基座並與該處理單元電性連結。
3. 一種感測裝置，包含：一基座；一第一傳導件，固設於該基座上；一第二傳導件，固設於該基座上；以及一處理單元，於一介質使該第一傳導件與該第二傳導件電性導通時，依據該第一傳導件與該第二傳導件之間的一電位差、一第一門檻值及一第二門檻值，判定該介質是一第一介質、一第二介質或一第三介質。
4. 如請求項1至3項之任一項所述之感測裝置，其中該第一傳導件包含一第一連接部，該第二傳導件包含一第二連接部，該第一連接部與該第二連接部自該基座裸露。
5. 如請求項1至3項之任一項所述之感測裝置，其中該處理單元包含至少一開關元件，或者一類比數位轉換器及/或一比較器。
6. 如請求項5所述之感測裝置，其中該開關元件使該電位差轉換成一感測訊號，或者借助該類比數位轉換器及/或該比較器輸出數位化之該感測訊號，且該處理單元依據該感測信號、該第一門檻值及該第二門檻值判定該介質。
7. 一種電子系統，包含如請求項1至3項之任 一項所述之感測裝置及一控制中心。
8. 一種感測方法，應用於一感測裝置，其中該感測裝置包含一第一傳導件、一第二傳導件及一處理單元，且該處理單元電性連接該第一傳導件與該第二傳導件，該感測方法包含：提供一輸入電壓予該處理單元；當該第一傳導件與該第二傳導件經由一介質電性導通時，利用該處理單元依據該第一傳導件與該第二傳導件之間的一電位差及該輸入電壓產生一偏壓，並依據該偏壓輸出一感測訊號；以及該處理單元進一步依據該感測信號、一第一門檻值及一第二門檻值，判定該介質是一第一介質、一第二介質或一第三介質。
9. 如請求項8所述之感測方法，其中當該偏壓等於或小於一第一門檻值時，通過該處理單元輸出一第一準位之該感測訊號；當該偏壓大於該第一門檻值且等於或小於一第二門檻值時，通過該處理單元輸出一第二準位之該感測訊號；當該偏壓大於該第二門檻值時，通過該處理單元輸出一第三準位之該感測訊號。

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