串联冗余电容感测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于相对于检测表面对物体进行电容检测的装置(100)，包括：至少一个电容检测电极(102)；以及包括测量电子器件(108)的检测电子器件(106)，用于：以不同于地电势(118)的交变激励电势(V

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】串联冗余电容感测装置
本专利技术涉及一种用于物体的冗余电容检测的装置。本专利技术还涉及一种配备有这种检测装置的检测层和配备有这种装置或这种层的设备。非限制性地，本专利技术的领域为用于物体的电容检测的接口，以检测环境中或与检测面接触的物体。
技术介绍
已知基于两个测量电极之间形成的互电容的第一种电容检测技术。还已知基于待检测物体与测量电极之间形成的电容的第二种电容检测技术。本专利技术涉及第二种电容检测技术。通常，电容检测装置能够被用于具有增加的或者严重的风险的领域。例如，在操作人员与机器人一起工作的领域中，就是这种情况。由于机器人的电容检测装置出现故障，必须保证机器人不与操作人员发生碰撞。这一要求能够通过在安装在机器人上的检测装置中提供冗余电容检测来满足，如文献US9,513,321中所述。后者规定针对每个检测位置/像素提供两对电极，每对电极独立于另一对电极进行测量。因此，当一对电极出现故障时，剩余的一对电极仍能够确保检测。但是，该文献中描述的解决方案既昂贵又笨重，因为它需要使用大量的电极。另外，该文献中提出的解决方案对电极对之间的相互干扰敏感，并且需要用于隔离电极对的单元或依次使用电极对。本专利技术的目的是克服上述缺点。本专利技术的另一个目的是提出一种冗余的电容检测装置，该装置更简单，成本更低并且体积更小。本专利技术的另一个目的是提出一种冗余的电容检测装置，其具有增加的灵敏度，从而允许在更大的距离处检测物体。本专利技术的又一个目的是提出一种电容检测装置，其限制了用于检测的电子部件。
技术实现思路
这些目的中的至少一个是通过用于相对于检测表面对物体进行电容检测的装置来实现的，该装置包括：-至少一个电容性检测电极，以及-检测电子器件，其包括被称为测量电子器件的至少一个电子设备的，用于：·以不同于地电势的被称为激励电势的交变电势极化至少一个检测电极，并且·测量与每个检测电极与所述物体之间的电容(称为电极-物体电容)相关的被称为测量信号的信号；其特征在于，对于所述至少一个测量电子器件，检测电子器件还包括独立的至少一个第一和至少一个第二计算模块，所述第一和第二计算模块并行地操作，并且针对来自测量电子器件的同一个测量信号提供至少两个独立的检测信号。因此，对于检测平面的每个检测位置，根据本专利技术的检测装置使得能够利用单个测量电子器件通过并联安装的独立计算模块来获得冗余检测信号，这减少了所使用的检测电子器件的数量、成本和体积，并因此减少了所述检测装置的数量、成本和体积。另外，对于检测表面的每个检测位置，能够利用单个测量电极来进行电容检测，与现有技术的装置相比，尤其是与文献US9,513,321中描述的现有技术相比，该检测电极更简单，成本更低，体积更小。而且，能够同时获得冗余检测信号。此外，电容检测基于与检测电极与物体之间的电极-物体电容相关的信号的测量，这使得能够以更高的灵敏度和更大的距离进行检测，尤其是在与US9,513,321中的装置相比较时。在本专利技术中，与由测量电子器件提供的电极-物体电容相关的信号能够例如是或者包括与所述电容相关，或所述电容的倒数相关，或与物体和电极之间的距离和/或接触相关的信号。在本说明书中，为了简洁起见，术语“地电势”表示电子器件的参考电势，该参考电势能够是例如电接地或地电势。该地电势能够对应于地电势，或者对应于与地电势相连接的或者不相连接的另一电势。在本申请中，当两个交变电势各自在给定频率下包括相同的交流分量时，则该两个交变电势在该频率下是相同的。因此，在所述频率下的两个相同电势中的至少一个也能够包括直流分量和/或频率与所述给定频率不同的交流分量。类似地，当两个交变电势在工作频率下不具有相同的交流分量时，则它们在工作频率下也不同。在本专利技术中，检测装置的空间分辨率由检测位置或电容检测电极的尺寸和/或他们的间隔(例如从中心到中心)确定。测量电子器件提供代表电极-物体电容的测量信号。测量信号能够尤其是由测量电子器件测量的电势或代表电压的数字信号。然后，第一和第二计算模块中的每一个都能够提供检测信号，该检测信号表示物体与所述至少一个检测电极之间的距离或距离信息项，和/或接触或接触信息项。检测信号能够尤其是或包括从由测量电子器件提供的测量信号中得出的以下信号中的任意一种：-关于所测电极-物体电容的信号；-关于所测电极-物体距离的信号；-关于电极和物体之间的接触的信号；-关于所测电极-物体电容和预定阈值电容之间的比较的信号；-关于所测电极-物体距离和预定阈值距离之间的比较的信号；或者-根据所述比较之一推导出的警报信号。距离和/或接触的计算能够尤其通过考虑由测量电子器件提供的测量信号来进行，或者根据数字型式的所述测量信号或根据从所述测量信号推导出的另一个数字或模拟信号来进行，例如通过在工作频率下对所述测量信号进行滤波或解调。第一和第二计算模块中的每一个能够通过计算或通过利用先前建立的参考表进行比较来确定所述检测信号，或例如所述距离或接触。第一和第二计算模块中的每个还能够直接根据先前提供的关系来确定所述检测信号，或例如所述距离或所述接触。距离或接触信息还能够例如是或者包括关于距离阈值中的一个或多个的比较信息项。然后，它能够被例如用于在障碍物或操作人员位于低于阈值的距离处时触发安全程序，例如使机器或机器人放慢或停止或执行避开程序。此外，第一和第二计算模块中的每一个都能够提供检测信号，该检测信号包括同一个信息项，但是该检测信号针对每个计算模块以不同的方式或程序来确定。根据实施例，根据本专利技术的检测装置还能够第三计算模块，该第三计算模块设置在至少一个测量电子器件与所述第一和第二计算模块之间，并对由所述测量电子器件提供的测量信号进行处理。该第三计算模块提供与第一和第二计算模块中的每一个相同的信号。该第三计算模块能够对由测量电子器件提供的测量信号进行处理。该处理能够包括对由测量电子器件测量的信号的整形，解调等。该第三计算模块还能够执行上述计算的一部分，以确定检测信号，即，例如，计算下列任一信号：-关于所测电极-物体电容的信号；-关于所测电极-物体距离的信号；-关于电极与物体之间的接触的信号；-关于所测电极-物体电容和预定阈值电容之间的比较的信号；或-关于所测电极-物体距离和预定阈值距离之间的比较的信号。第一、第二和第三个计算模块中的每一个都能够是或包含所有类型的电路或电子器件、模拟和/或数字元件。例如，它们能够由微处理器、芯片、FPGA甚至诸如比较器的简单的逻辑元件等组成，或者包括上述元器件。有利地，检测电子器件还能够包括被布置用于对由第一和第二计算模块提供的检测信号进行比较的控制模块。该控制模块的功能是确保第一和第二计算模块针对每个检测电极提供同一结果。如果不是这种情况，那么检测装置中存在故障。控制模块能够因此提供：...

【技术保护点】
1.一种用于相对于检测表面对物体进行电容检测的装置(100；200；300；400；500)，包括：/n-至少一个电容检测电极(102)，以及/n-电子器件，/n-检测电子器件(106)，其包括被称为测量电子器件的至少一个电子设备(108)，用于：/n·以不同于地电势(118)的被称为激励电势的交变电势(V

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180515 FR 18540391.一种用于相对于检测表面对物体进行电容检测的装置(100；200；300；400；500)，包括：
-至少一个电容检测电极(102)，以及
-电子器件，
-检测电子器件(106)，其包括被称为测量电子器件的至少一个电子设备(108)，用于：
·以不同于地电势(118)的被称为激励电势的交变电势(VG)极化所述至少一个检测电极(102)，以及
·测量与每个检测电极(102)和所述物体之间被称为电极-物体电容的电容相关的被称为测量信号的信号；
其特征在于，对于所述至少一个测量电子器件，所述检测电子器件(106)还包括独立的至少一个第一和第二计算模块(124、126)，所述第一和第二计算模块并行操作，并且针对来自所述测量电子器件(108)的同一个测量信号提供至少两个独立的检测信号。


2.根据前述权利要求的装置(100；200；300；400；500)，其特征在于，所述检测电子器件(106)还包括控制模块(130；1301、1302)，所述控制模块被设置用于比较由所述第一和第二计算模块(124、126)提供的检测信号。


3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(300)，其特征在于，所述检测电子器件(106)包括用于验证和/或校准所述测量电子器件(108)和/或至少一个计算模块(124至128)的操作的被称为参考电容的至少一个电容(302)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100；200；300；400；500)，其特征在于，其还包括被称为保护电极的至少一个电极(104)，以保护至少一个检测电极(102)，至少在与电极-物体电容相关的测量信号的测量期间，所述至少一个保护电极(104)在至少一个工作频率下被以与激励电势相同或基本相同的交变保护电势(VG)被极化。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(400；500)，其特征在于，对于至少一个检测电极(102)，所述装置包括被称为测试电极的至少一个电极(104；1042)，所述至少一个电极被设置用于通过以下步骤在验证序列中验证所述检测电极(102)的操作：
-以不同于至少一个工作频率的电势对所述测试电极(104；1042)和所述检测电极(102)进行极化，以及
-测量与所述测试电极(104；1042)和所述检测电极(102)之间的被称为测试电容的电容相关的信号。


6.根据权利要求4和5所述的装置(400；500)，其特征在于，对于至少一个检测电极(102)，至少一个测试电极(104；1042)由保护电极(104)或与所述检测电极(102)相关联的保护电极(104)的一部分(1042)形成。


7.根据权利要求5或6中任一项所述的装置(400；500)，其特征在于，所述装置包括用于在测量序列和验证序列之间分别改变至少一个测试电极(1042)和至...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·尼尔，迪迪埃·罗齐埃，
申请(专利权)人：FOGALE纳米技术公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR