СЕНСОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА В ЗОНЕ ОБНАРУЖЕНИЯ
SENSOR FOR DETECTION OBJECT IN OBSERVATION ZONE

Настоящее изобретение относится к сенсорному устройству такого типа, который содержит сенсорную площадку для обнаружения объекта в зоне обнаружения рядом с автомобилем посредством измерения изменения импеданса упомянутой сенсорной площадки, вызванного присутствием объекта в зоне обнаружения, упомянутое сенсорное устройство дополнительно содержит заднюю фокусирующую пластину, расположенную за сенсорной площадкой относительно зоны обнаружения, и первую окружающую фокусирующую пластину, размещенную вокруг сенсорной площадки, упомянутое сенсорное устройство содержит генератор сигнала, возбуждающий упомянутую сенсорную площадку и упомянутые пластины с помощью идентичных сигналов предварительно определенной постоянной фазы, частоты и амплитуды напряжения.
Изобретение также относится к части внешней отделки, содержащей такое сенсорное устройство, и к автомобилю, содержащему такую часть внешней отделки.
Такие устройства известны и, например, используются, чтобы помогать водителю парковать свой автомобиль, информируя упомянутого водителя о близости препятствий, окружающих транспортное средство. Как правило, такое сенсорное устройство информирует водителя о присутствии препятствий вокруг транспортного средства во время движения.
Типичное устройство с одной площадкой емкостного датчика работает посредством подведения заряда к сенсорной площадке и измерения изменения напряжения, вызванного присутствием объекта в зоне обнаружения. Присутствие объекта изменяет емкостную связь сенсорной площадки с окружающей средой. Использование близко расположенных пластин, которые возбуждаются от усилителей, подчиняющихся входному сигналу с коэффициентом усиления, близким к единице, является хорошо известным принципом защиты для устранения некоторых паразитных емкостей, т.е. выпрямления поля по направлению к цели. Измеренный объем объекта может эффективно передаваться с помощью других близко расположенных пластин, которые возбуждаются от усилителей, управляемых входным сигналом с другими коэффициентами усиления. Однако это не является практическим решением во многих случаях, поскольку возбуждение близко расположенных пластин от защитного усилителя, управляемого сигналом на сенсорной площадке, но с коэффициентом усиления, большим, чем единица, может легко заставить систему колебаться.
Если емкостное сенсорное устройство применяется к структуре, которая имеет приблизительно тот же размер, что и сенсорная площадка, тогда датчик может использоваться для обнаружения в и сквозь структуру, чтобы определять объекты, глубоко расположенные в структуре и/или на другой стороне. Однако, если структура больше, чем сенсорная площадка, тогда линии поля также будут перемещаться в боковом направлении в структуре к расположенным поблизости паразитным заземлениям, и чувствительность обнаружения в и/или сквозь структуру будет уменьшаться. Если структура имеет высокую удельную емкость или низкое удельное сопротивление или имеет проводящий слой на любой поверхности, это уменьшение чувствительности к целям внутри структуры и/или на другой стороне будет наиболее заметно. В частности, использование емкостного датчика для автомобильного датчика предотвращения столкновений трудно реализовать из-за проводящего слоя грунтовки, остающегося на поверхности бампера за счет используемого процесса окраски в электростатическом поле.
В автомобиле сенсорное устройство, как правило, размещается за или в части внешней отделки автомобиля, а проводящий слой грунтовки располагается на внешней поверхности части внешней отделки, что уменьшает эффективность сенсорного устройства.
Одной из задач изобретения является преодоление этих недостатков посредством предоставления сенсорного устройства, которое может эффективно обнаруживать присутствие объекта сквозь структуру высокой удельной емкости или низкого удельного сопротивления, или имеющую проводящий слой на любой поверхности упомянутой структуры.
С этой целью, изобретение относится к сенсорному устройству вышеупомянутого типа, при этом сенсорное устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, вторую окружающую фокусирующую пластину, размещенную вокруг первой окружающей фокусирующей пластины, упомянутая вторая окружающая фокусирующая пластина возбуждается с помощью сигналов, отличных от сигналов, подаваемых сенсорной площадке.
Использование второй окружающей фокусирующей пластины, на которую подается другой сигнал, позволяет выпрямлять линии поля, излучаемые сенсорным устройством. Линии поля становятся более параллельными, даже если внутренняя удельная емкость является большой, а удельное сопротивление мало, или если существует проводящее покрытие на поверхности структуры, на которой размещено сенсорное устройство. Это уменьшает внутренние паразитные емкости относительно земли и увеличивает часть линий поля, идущих приблизительно перпендикулярно из сенсорной площадки к объекту в зоне обнаружения. Эффективность сенсорного устройства, таким образом, улучшается.
Согласно другим признакам сенсорного устройства:
- сигналы, возбуждающие вторую окружающую фокусирующую пластину, имеют большую амплитуду напряжения, чем сигналы, возбуждающие сенсорную площадку;
- импеданс сенсорной площадки контролируется системой измерения импеданса возбуждаемой цепи, содержащей инвертор, осциллятор, формирователь цепи электропитания с двумя выходами последующего усилителя для смещения DC-напряжения для цепей электропитания инвертора и переключателей, которые изменяют функцию площадки с приемника на передатчик/измеритель импеданса посредством включения и выключения возбуждения осциллятора на входе формирователя цепи электропитания инвертера; и
- сенсорное устройство содержит более чем две окружающих фокусирующих пластины, упомянутые пластины находятся вокруг друг друга, каждая пластина управляется с помощью сигналов увеличивающейся амплитуды напряжения, когда упомянутая пластина располагается дальше от сенсорной площадки.
Изобретение также относится к части внешней отделки автомобиля, содержащей сенсорное устройство для обнаружения объекта в зоне обнаружения рядом с автомобилем, на котором установлена упомянутая часть внешней отделки, при этом сенсорное устройство является таким, как описанное выше.
Согласно другим признакам части внешней отделки:
- часть внешней отделки содержит, по меньшей мере, два сенсорных устройства, одно сенсорное устройство функционирует как передатчик напряжения или тока, а другое устройство функционирует как приемник напряжения или тока, емкостная связь между сенсорными устройствами измеряется, чтобы определять присутствие объекта в зоне обнаружения, или импеданс каждой сенсорной площадки упомянутых сенсорных устройств измеряется, чтобы определять присутствие объекта в зоне обнаружения;
- сенсорное устройство закреплено на внутренней поверхности части внешней отделки;
- сенсорное устройство покрыто сверху материалом части внешней отделки; и
- проводящий слой расположен на внешней поверхности части внешней отделки.
Изобретение также относится к автомобилю, содержащему, по меньшей мере, часть внешней отделки, как описано выше.
Другие аспекты и преимущества изобретения будут понятны посредством прочтения последующего описания, приведенного в качестве примера и выполненного со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
- фиг.1 является видом в разрезе части внешней отделки, содержащей сенсорное устройство согласно изобретению,
- фиг.2 является видом сверху части сенсорного устройства согласно изобретению,
- фиг.3 является схематическим чертежом системы измерения импеданса возбуждаемой цепи для управления сенсорным устройством согласно изобретению.
В описании термины "внутренний", "внешний", "передний", "задний" и т.д. определены относительно обычных направлений в смонтированном автомобиле.
Со ссылкой на фиг.1 описывается часть 1 внешней отделки, которая должна быть установлена спереди или сзади автомобиля (не показан). Часть внешней отделки является, например, бампером. Изобретение может быть применено как к передней части, так и к задней части автомобиля. Сенсорное устройство является особенно полезным, когда установлено спереди или сзади автомобиля для того, чтобы обеспечивать более широкую зону обнаружения. Сенсорное устройство может также быть установлено по бокам автомобиля для того, чтобы обеспечивать более широкую зону обнаружения. Как правило, изобретение может применяться к любым частям внешней отделки автомобиля, включающим в себя приборную панель. Изобретение также может быть применено к области, отличной от автомобильной промышленности, когда необходимо реализовать обнаружение объектов или целей сквозь или за структурой. Изобретение далее будет описано для сенсорного устройства для обнаружения объекта в зоне обнаружения рядом с автомобилем.
Сенсорное устройство 2 прикрепляется к части 1 внешней отделки, на ее задней стороне, как показано на фиг.1. Альтернативно, сенсорное устройство 2 может быть покрыто сверху частью 1 внешней отделки, т.е. сенсорное устройство 2 размещается в материале, формирующем часть внешней отделки.
Сенсорное устройство 2 выполнено с возможностью обнаружения присутствия объекта 4 в зоне обнаружения, протягивающейся перед частью 1 внешней отделки, т.е. около автомобиля. Следовательно, сенсорное устройство 2 должно обнаруживать объект "сквозь" структуру, сформированную частью 1 внешней отделки.
Сенсорное устройство 2 содержит сенсорную площадку 6 для обнаружения объекта 4 в зоне обнаружения посредством измерения изменения импеданса упомянутой сенсорной площадки 6, вызванного присутствием объекта 4 в зоне обнаружения. Сенсорное устройство 2 дополнительно содержит заднюю фокусирующую пластину 8, расположенную за сенсорной площадкой 6 относительно зоны обнаружения, и первую окружающую фокусирующую пластину 10, расположенную вокруг сенсорной площадки 6. Как сенсорная площадка 6, так и первая окружающая фокусирующая пластина 10 расположены напротив задней стороны части 1 внешней отделки и протягиваются в одной плоскости в варианте осуществления, показанном на фиг.1, тогда как задняя фокусирующая пластина 8 располагается с промежутком от сенсорной площадки 6 и первой окружающей фокусирующей пластины 10 и протягивается в плоскости, параллельной плоскости, в которой протягивается сенсорная площадка 6. Первая окружающая фокусирующая пластина также отделяется от сенсорной площадки 6 областью 12 из материала, формирующего часть 1 внешней отделки, как показано на фиг.2.
Сенсорное устройство 2 дополнительно содержит вторую окружающую фокусирующую пластину 14, размещенную вокруг первой окружающей фокусирующей пластины 10 и отделенную от упомянутой первой фокусирующей пластины 10 областью 16 из материала, формирующего часть 1 внешней отделки, как показано на фиг.2. Сенсорная площадка 6 и первая и вторая окружающие фокусирующие пластины 10 и 14 все проходят в одной плоскости.
Защитная пластина 16 располагается за и/или вокруг сенсорной площадки 6, чтобы делать сенсорную площадку 6 более чувствительной в одном направлении.
Сенсорная площадка 6, задняя фокусирующая пластина 8 и первая и вторая окружающие фокусирующие пластины 10 и 14 выполнены из проводящего материала и соединяются с системой 18 измерения импеданса возбуждаемой цепи, представленной на фиг.3, для управления сенсорным устройством 2. Система 18 измерения импеданса возбуждаемой цепи предоставляет возбуждающие сигналы сенсорному устройству 2.
Система 18 измерения импеданса возбуждаемой цепи размещается так, что сенсорная площадка 6 возбуждается с помощью фиксированных сигналов постоянной фазы и частоты и амплитуды напряжения. Задняя фокусирующая пластина 8 и первая окружающая пластина 10 возбуждаются с помощью фиксированных сигналов, имеющих ту же постоянную фазу и частоту и амплитуду напряжения, что и сигналы, возбуждающие сенсорную площадку 6.
Вторая окружающая пластина 14 возбуждается сигналами, имеющими ту же постоянную фазу и частоту, но большую амплитуду напряжения, чем сигналы, возбуждающие сенсорную площадку.
Использование второй окружающей фокусирующей пластины 14, возбуждаемой с помощью другого сигнала, позволяет выпрямлять линии поля, излучаемые сенсорным устройством, как показано стрелками на фиг.1. Линии поля делаются более параллельными, даже если внутренняя удельная емкость является большой, а удельное сопротивление мало, или если существует проводящее покрытие на поверхности структуры, на которой размещено сенсорное устройство. Это уменьшает внутренние паразитные емкости относительно земли и увеличивает часть линий поля, идущих приблизительно перпендикулярно из сенсорной площадки к объекту в зоне обнаружения. Эффективность сенсорного устройства, таким образом, улучшается.
В частности, для части 1 внешней отделки проводящий слой 19 остается с передней стороны части внешней отделки. Этот проводящий слой 19 является проводящим слоем грунтовки, оставленным на поверхности части внешней отделки посредством используемого процесса окрашивания в электростатическом поле. Использование второй окружающей фокусирующей пластины 14 помогает преодолеть действие проводящего слоя 19, который в противном случае будет уменьшать чувствительность сенсорного устройства 2.
Эта система возбуждаемых фокусирующих пластин устанавливает внутренний потенциал в структуре, сформированной посредством части 1 внешней отделки, равным потенциалу на сенсорной площадке 6 в трехмерном кольце вокруг сенсорной площадки 6. Оно функционирует, чтобы увеличивать чувствительность к цели перед сенсорной площадкой 6 посредством выпрямления линий поля. Если требуется смотреть сквозь структуру, то фокусирующие пластины возбуждаются таким образом, чтобы делать этот внутренний потенциал равным потенциалу сенсорной площадки 6, проходящей до другой поверхности структуры. Вместе эта система возбуждаемых фокусирующих пластин формирует паразитный импеданс, который видит сенсорная площадка 6, гораздо большим в направлении от цели, так что изменение импеданса цели 4 перед датчиком внутри структуры или снаружи структуры является более функциональным. Поскольку цепи электропитания инвертора с обратной связью вокруг него возбуждаются с помощью фиксированного сигнала АС-осциллятора в вышеупомянутой системе 18 измерения импеданса возбуждаемой цепи, нет проблемы колебания, поскольку нет цепи обратной связи, как будет описано позже.
Вторая окружающая фокусирующая пластина 14 возбуждается при более высоком АС-напряжений, чем сенсорная площадка 6, которая выпрямляет линии поля посредством приложения более высокого напряжения сквозь структуру, сформированную посредством части внешней отделки, в пограничном пространстве окружности правее от этой фокусирующей кольцевой пластины. Это напряжение уменьшается, когда оно достигает поверхности, из-за близости земли. Линии поля теперь могут быть видны как более параллельные, как показано стрелками на фиг.1, даже если внутренняя удельная емкость является большой, или удельное сопротивление мало, или если существует проводящее покрытие 19 на поверхности. Любой или оба эффекта нейтрализуются посредством возбуждения второй окружающей фокусирующей пластины 14 с помощью этого более высокого напряжения. Это уменьшает внутренние паразитные емкости относительно земли и увеличивает часть линий поля, идущих приблизительно перпендикулярно из сенсорной площадки 6 к цели 4. Цель 4 может быть либо проводником, либо частичным проводником, либо диэлектриком. Предполагается, что она должна быть либо заземлена, либо заземлена с емкостной связью.
Согласно варианту осуществления сенсорное устройство 2 содержит более чем две окружающих фокусирующих пластины 10 и 14, упомянутые пластины находятся одна вокруг другой, каждая пластина возбуждается с помощью сигналов увеличивающейся амплитуды напряжения, когда упомянутая пластина располагается дальше от сенсорной площадки 6.
Вышеописанное сенсорное устройство 2 может быть использовано либо как площадка, импеданс которой должен быть измерен, либо как передатчик напряжения или тока, или как прйемник напряжения или тока, когда несколько сенсорных устройств 2 используются для обнаружения присутствия объекта в зоне обнаружения.
Система 18 измерения импеданса возбуждаемой цепи использует инвертор 20. Инвертор 20 может быть сконструирован из двух МОП-транзисторов противоположной полярности со стоком, соединенным в режиме обогащения, или из операционного усилителя с неинвертирующим входом на основе некоторой точки между цепями. Защитная пластина 16 соединяется с VSS-цепью инвертора 20. Формирователь 22 цепи электропитания имеет выходы 24 и 26 смещения DC-напряжения в VDD и VSS-цепи инвертора 20.
Вход 28 в формирователь 22 цепи электропитания приходит от переключателя 30, который является частью Т-структуры из трех переключателей 30, 32, 34, формирующих линию 35. Переключатель 32 соединяется с осциллятором 36, а переключатель 34 соединяется с заземлением 38. Переключатель 34 вставляется между переключателями 30 и 32. Если переключатели 30 и 32 закрыты, а переключатель 34 открыт, тогда осциллятор 36 соединяется с входом 28 формирователя 22 цепи электропитания так, что выходы 24 и 26 смещения DC-напряжения подчиняются переменному току (АС) осциллятора 36. Переключатель 34 используется, чтобы увеличивать изоляцию, когда схема должна использоваться как приемник, т.е. когда цепи не должны возбуждаться, соединяя линию 35 с напряжением 0 В.
Виртуальный заземляющий вход 40 близко придерживается АС-характера цепей инвертора. Это означает, что защитная пластина 16 может возбуждаться посредством VSS-цепи 26 или VDD-цепи или входом 28 формирователя 22 цепи, чтобы уменьшать эффективную емкость между сенсорной площадкой 6 и защитной пластиной 16.
Когда переключатели 30 и 32 открыты, осциллятор 36 больше не соединяется с входом 28 формирователя 22 цепи электропитания. Переключатель 34 закрывается, так что линия 35, соединяющая переключатель 32 с переключателем 30, соединяется с заземлением 38 через переключатель 34. Это устраняет любую сквозную передачу сигнала осциллятора через емкость через переключатель 30.
Система, описанная выше, может измерять, с помощью длинных коаксиальных кабелей, подключенных к сенсорной площадке 6, высокие частоты и небольшие емкости без паразитных колебаний в отличие от аналогичного функционирования, выполняемого посредством схемы с мультиплексорами впереди, линии электропитания которых возбуждаются так, чтобы делать емкостные сопротивления в линиях электропитания эффективно небольшими.
Этот способ выбора функциональности (измеритель импеданса, передатчик или приемник) без мультиплексоров во входных линиях устраняет сбои, особенно когда реализуется в точках пересечения нуля с фиксированным числом циклов передающего осциллятора. Этот эффект достигается из-за того, что переключение выполняется при низких полных сопротивлениях, и, таким образом, какие-либо сбои, которые возникают при относительно высоком импедансе, формируемые емкостными сопротивлениями переключателей, будут иметь гораздо меньшее воздействие. Безотказное выполнение увеличивает скорость, с которой различные пластины могут выбираться в качестве передатчиков или приемников.