使用电容器的振动及动态加速度感测的利记博彩app
【专利说明】使用电容器的振动及动态加速度感测
[0001]相关申请案
[0002]本申请案根据35U.S.C.§ 119(e)主张2013年8月26日申请的第61/869，952号美国临时专利申请案的权益，所述临时专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及测量施加到力传感器的力、振动或扭矩。更具体来说，本发明的实例涉及测量感测电容器的电荷并基于所述电荷改变而确定施加到感测电容器的力、振动或扭矩。
【背景技术】
[0004]经配置以感测机械力的设备需要感测元件。目前工艺水平中已知使用压电传感器或微型光电机械系统传感器(MEMS传感器)来测量机械力。另外，在目前工艺水平中已知使用电容器来感测机械力。为了借助于已知感测电容器测量机械力，检测电容改变且基于感测电容器的电容改变而确定所述机械力。根据一个实例，电容器的导体中的至少一者(如板型电容器的板)可响应于所施加的机械力而相对于电介质移动。借此，电容器的电容改变，且基于所述电容改变，可确定所施加的机械力。
[0005]用于机械力的已知感测元件的一个缺点是，其必须针对每一类型的应用而个别化。此外，允许基于其电容改变而测量机械力的已知感测电容器与标准电容器相比为昂贵的。
[0006]此外，所述压电及MEMS传感器可能不能使用集成工艺技术而容易地安装到印刷电路板。举例来说，压电传感器对热量为敏感的，且焊接电缆可能损坏压电传感器。此外，MEMS传感器可能不能够对高频率做出响应。
[0007]因此，本发明的一个目标是通过可使用集成工艺技术容易地耦合到电路板且具有低成本的传感器来克服测量机械力的问题。本发明的另一目标是提供一种允许以高频响应测量机械力的传感器。
【发明内容】
[0008]本发明的一个方面是一种包括至少一个感测电容器及一控制器的设备。所述控制器可经配置以从所述至少一个感测电容器接收指示所述感测电容器的电荷改变的信号。所述控制器可经配置以基于所述至少一个感测电容器的所述电荷改变而确定施加到所述感测电容器的力的量、所述感测电容器的加速度、所述感测电容器的扭矩、所述感测电容器的振动及/或施加到所述感测电容器的拉力。
[0009]使用来自感测电容器的指示所述感测电容器的电荷改变的信号来确定机械力允许提供较低功率消耗设备。此外，所使用的感测电容器与压电传感器或MEMS传感器相比为极廉价的，且可通过使用集成工艺技术容易地耦合到电路板。
[0010]所述感测电容器的所述电荷改变基于压电效应。一般来说，取决于电容器的DC电压，由于电容的减小而辨识电容器的所述压电效应。
[0011]因此，不具有可移动元件的如陶瓷或硅电容器的标准电容器可用作根据本发明的用于测量机械力的感测电容器。
[0012]电容器的压电效应取决于其电介质。举例来说，具有Y5V或X7R作为其电介质的电容器对所施加的机械力为高度敏感的，而(例如)具有NPO作为电介质的电容器对所施加的机械力为较不敏感的。
[0013]根据本发明的一个实例，电容器可具有Y5V或X7R来作为电介质。
[0014]根据本发明的一个实例，电荷放大器可连接于所述至少一个感测电容器与所述控制器之间。
[0015]借此，提供针对低噪声及高密度优化的电荷放大器可为有利的。
[0016]根据本发明的一个实例，所述电荷放大器包括至少第一运算放大器。根据此实例，至少一个第一电容器可连接于所述运算放大器的输出与所述第一运算放大器的反相输入之间。
[0017]在替代方案中，根据本发明的一个实例，所述电荷放大器可包括至少第一及至少第二运算放大器，其中所述第一运算放大器的所述反相输入可连接到所述至少一个感测电容器的第一端子，且所述第二运算放大器的反相输入可连接到所述至少一个感测电容器的第二端子。所述第一电容器可连接于所述第一运算放大器的所述输出与所述第一运算放大器的所述反相输入之间，且第二电容器可连接于所述第二运算放大器的输出与所述第二运算放大器的所述反相输入之间。
[0018]根据一个实例，第三运算放大器可连接到所述第一运算放大器及所述第二运算放大器的所述输出。借此，所述第三运算放大器可提供来自所述至少一个感测电容器的指示所述感测电容器的电荷改变的信号的进一步放大及噪声的减小。
[0019]根据本发明实例的电荷放大器的输入阻抗可为极高的。如果所述感测电容器及所述电荷放大器可耦合于电路内，那么所述电荷放大器可从干线拾取50Hz或60Hz信号。在所述感测电容器与所述电荷放大器之间的长连接线的情况中，此拾取可为较高的。根据本发明的一个实例，所述感测电容器与所述电荷放大器之间的连接线可驻存于接地连接线之间以提供良好的屏蔽且减少拾取。
[0020]根据本发明的一个实例，所述至少一个感测电容器可耦合到印刷电路板(PCB)。
[0021]这可提供将所述感测电容器与所述电荷放大器及其它电装置耦合的容易且廉价的可能性。PCB可在机械上支撑并使用导电轨迹、衬垫及其它来电连接电子组件。可使用如压层、铜包覆压层、树脂浸渍B阶段布(预浸材)、铜箔或陶瓷的材料来提供PCB。
[0022]根据本发明的另一实例，所述PCB可包括呈圆的弧段的形式的切口，其中至少第一及至少第二切口可围绕所述圆的中心对称地布置且呈镜像，且其中所述至少一个感测电容器可在所述圆的所述中心处或在所述第一与第二切口之间耦合到所述PCB。
[0023]此实例允许圆的中心及耦合到其的感测电容器作为感测区域相对于PCB的剩余部分而移动。所述感测电容器的可测量电压振幅与施加到所述感测区域的动态力呈线性。因此，可根据此实例提供加速度测量或力敏按钮。
[0024]根据本发明的一个实例，惯性物可在所述圆的所述中心处耦合到所述PCB。举例来说，电荷放大器或电荷放大器的部分连接于所述至少一个感测电容器与所述控制器之间，且所述电荷放大器或所述电荷放大器的部分在所述圆的所述中心处耦合到所述PCB。
[0025]此惯性物可有利于改进感测区域反应于所施加的机械力的移动且因此可允许经改进的测量结果。
[0026]根据所述实例，所述控制器可经配置以基于所述至少一个感测电容器的所述电荷改变而确定施加到所述感测电容器的力的量或施加到所述感测电容器的所述感测电容器的加速度。
[0027]根据本发明的另一实例，所述PCB可包括彼此平行布置的至少两个纵向切口，且其中所述至少一个感测电容器在所述至少两个纵向切口之间且与所述至少两个纵向切口等间隔地耦合到所述PCB。
[0028]所属领域的技术人员显而易见，多个感测电容器可布置于PCB上。举例来说，第一感测电容器可布置于彼此平行布置的第一切口之间，且第二感测电容器可布置于彼此平行布置的第二切口之间，且其中所述第一切口及所述第二切口彼此移位、旋转、平行或垂直地安置。
[0029]根据此实例，电荷放大器或电荷放大器的部分连接于所述至少一个感测电容器与所述控制器之间，在所述至少两个纵向切口之间且与所述至少两个纵向切口等间隔地耦合到所述PCB。
[0030]此外，根据此实例，所述控制器可经配置以基于所述至少一个感测电容器的所述电荷改变而确定施加到所述感测电容器的力的量或施加到所述感测电容器的所述感测电容器的加速度。
[0031]根据本发明的另一实例，第一感测电容器可耦合到所述PCB的第一侧且第二感测电容器可耦合到与所述PCB的所述第一侧相对的第二侧，其中所述第一感测电容器及所述第二感测电容器彼此邻近或直接相对地耦合到所述PCB。
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