电容式定位设备制造技术

技术编号:10747322 阅读:82 留言:0更新日期:2014-12-10 18:45
一种用于电容式探测封闭在介质(105)中的对象(110)的定位设备(100),包括:测量电极(140)、接收电极(150)和与接收电极连接的参考电容(C2)。在此,带有接收电极的测量电极构成可被该对象影响的测量电容(C1),而参考电容不能被对象影响。此外,设置对应电极(235,240),其被设立用于将交变电流导入到介质中,该交变电流在数值上对应于从测量电极流入到该介质中并且与其反相的交变电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种用于电容式探测封闭在介质(105)中的对象(110)的定位设备(100),包括:测量电极(140)、接收电极(150)和与接收电极连接的参考电容(C2)。在此,带有接收电极的测量电极构成可被该对象影响的测量电容(C1),而参考电容不能被对象影响。此外,设置对应电极(235,240),其被设立用于将交变电流导入到介质中,该交变电流在数值上对应于从测量电极流入到该介质中并且与其反相的交变电流。【专利说明】电容式定位设备
本专利技术涉及定位设备。尤其是,本专利技术涉及用于电容式探测封闭在介质中的对象的定位设备。
技术介绍
为了检测隐藏在墙壁中的物体、例如在轻质结构墙壁中的梁,已知电容式探测器。这种探测器使用其充电或放电特性被确定的电极,以便推断出介电对象。带有多个电极的探测器也是已知的,在其中确定了电极对的电容变化。通常需要在墙壁上手动地校准这种探测器,因为这些设备本身不能识别墙壁接触并且电极或电极对的电容取决于环境条件,如温度、空气湿度、背离传感器的对象、通过使用者的接地、墙壁材料的电特性或介电特性。为了考虑这些变化的影响因素,必须在墙壁上校准已知的设备,为此或者需要通过使用者的相应控制或者需要昂贵的传感器系统。 DE 10 2007 058 088 Al示出了用于定位介质中的介电对象的传感器。所示的传感器确定了在参考电容和测量电容之间的比例,其与该对象关于这两个电容的电极的位置相关。 DE 10 2008 005 783 B4示出了作为夹紧保护的电容式探测器,其借助推挽测量桥将两个电容的电容相互比较。这些电容之一通过两个可相对定位的电极构成,使得它们的相对距离的变化可以用于生成信号,该信号对所述夹紧发出警告。 本专利技术所基于的任务是说明一种用于电容式探测的定位设备,其不需要校准来实现高的测量精度。
技术实现思路
本专利技术借助具有独立权利要求特征的定位设备来解决该任务。从属权利要求再现了优选的实施方式。 基本上有两个理由要求定位设备的校准。一方面不可控制的影响如环境温度、环境湿度、背离传感器的对象或定位设备通过使用者的接地可能影响输出信号。另一方面,输出信号与介质处的对象无关地与空气中的输出信号不同,其中介质的材料和材料厚度以及墙壁电特性如介电常数或导电性可以引入到输出信号中。 本专利技术的用于电容式探测封闭在介质中的对象的定位设备包括测量电极、接收电极和与接收电极连接的参考电容。在此,带有接收电极的测量电极构成可被该对象影响的测量电容,而参考电容不能被对象影响。此外,设置有对应电极,其被设立用于将交变电流导入到介质中,该交变电流在数值和相位上对应于从测量电极流入到介质中的交变电流。 通过这些对应电极可以最小化或补偿使测量结果失真的电流。尤其是,可以将定位设备的使用者对测量的影响最小化。定位设备的运行因此可以是与使用者如何操作定位设备以及使用者以何种程度或以何种方式接地(也即与介质电耦合)无关的。该对象因此可以被确定,而无须在测量之前校准定位设备。 优选地,参考电容由参考电极和接收电极构成。 对应电极可以与介质一起构成电容,以便将交变电流电容式地导入到介质中。为此,对应电极可以布置在该介质附近并且与其电流分离。尤其是对应电极可以布置在测量电极附近并且与其类似地构造。对应电极与介质的电容式耦合尤其是可以有利地应用在不均匀或不平坦的介质中,因为与介质的电接触不是必要的。 代替地或附加地,对应电极也可以与介质电阻耦合,以便将交变电流电导入到介质中。由此例如可以将对应电极的表面选择得尺寸相对小。 在一种优选实施方式中,定位设备还包括:两个反相的交变电压源,其中的第一交变电压源与测量电极连接,并且第二交变电压源与参考电容连接;以及用于对对应电极施加信号的第三交变电压源,该第三交变电压源与在测量电极处的电压反相并且具有与其成比例的幅度。 测量电极和对应电极分别以不同强度与介质的耦合可以通过这种方式补偿。由此,该对象例如利用在介质不平坦表面上的电极的平坦布置可以更好地被确定。此外,该布置相对于在介质表面上的电极倒装可以是不敏感的。 优选地,该定位设备还包括用于控制第三交变电压源的信号的幅度的装置,使得从对应电极流入到介质中的交变电流在其数值上对应于从测量电极流入到介质中的交变电流。由此可以进一步改善所描述的补偿。 该定位设备还可以包括另外的对应电极和用于对该另外的对应电极施加信号的第四交变电压源,该信号与参考电极处的电压反相并且具有与其成比例的幅度。 上面描述的优点因此可以关于参考电极同样来实现。在该实施方式中,可以设置用于控制第四交变电压源的信号的幅度的装置,使得由该另外的对应电极流入到该介质中的交变电流在其数值上对应于从参考电极流入介质的交变电流。 测量电极、参考电极和接收电极可以被第一和第二电极的交替布置包围,其中该布置的第一电极与测量电极电连接并且该布置的第二电极与对应电极电连接。 通过这种方式,测量电极和对应电极分别至该介质的电流可以被相互均衡,由此使用者对测量的影响如上面已经描述的那样可以被最小化。 在另一优选的实施方式中,这些电极位于平面中,并且在与对象背离的侧上布置有与恒定电势连接的屏蔽电极,该屏蔽电极完全覆盖至少测量电极。测量电容可以通过这种方式更少地被处于背离介质侧上的对象、尤其是被定位设备的使用者所影响。 为了进行分析,定位设备可以包括用于基于在测量电容和参考电容之间的比例来探测对象的桥式测量电路。尤其是,可以确定参考电容和测量电容之差和之和的商并且进行分析。因此,同样涉及测量电容和参考电容的影响因素(例如环境温度和环境湿度)不能影响测量。 在特别优选的实施方式中,定位设备具有两个反相的交变电压源,其中的第一交变电压源与测量电极连接并且第二交变电压源与参考电极连接,并且此外还具有用于控制这些交变电压中至少一个交变电压的幅度的控制装置,用于使测量电极和参考电极的电场对接收电极的影响相互均衡。 这种分析电路可以以已知集成电路的形式简单并且低成本地使用。 【专利附图】【附图说明】 现在参照附图更确切地描述本专利技术,在其中:图1a示出了带有第一分析电路的定位设备;图1b示出了带有第二分析电路的定位设备;图2示出了图1和2的定位设备的电极的布置;图3示出了用于图1和2的定位设备的叉指式电极;以及图4示出了用于图2的布置的对应电极的操控电路。 【具体实施方式】 图1A示出了用于电容式探测封闭在介质105中的对象110的定位设备100。该定位设备100包括推挽测量桥115和电极的布置120。 在测量桥115处,振荡器125提供了两个有相位差的、优选反相的相同频率的交变电压。这两个交变电压被输送给两个放大器130和135,它们中的至少一个可以借助信号在其放大因数方面被控制。第一放大器130的输出端与测量电极140连接,并且第二放大器135的输出端与参考电极145连接。 布置120至少包括电极140和145以及不接地的接收电极150。电极140、145和150相对于彼此被布置为,使得在测量电极140和接收电极150之间出现测量电容Cl,并且在参考电极145和接收电极150之间出现参考电容C2。在此,电极140、145和1本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于电容式探测封闭在介质(105)中的对象(110)的定位设备(100),包括:‑测量电极(140)、接收电极(150)和与接收电极(150)连接的参考电容(C2),‑其中带有接收电极(150)的测量电极(140)构成能被该对象(110)影响的测量电容(C1),并且参考电容(C2)不能被对象(110)影响,其特征在于‑对应电极(235,240),其被设立用于将交变电流导入到介质(105)中,该交变电流在数值上对应于从测量电极(140)流入到介质(105)中并且与其反相的交变电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:T齐博尔德A阿尔布雷希特
申请(专利权)人:罗伯特·博世有限公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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