本發(fā)明一般來說涉及測量容器中的液位。

背景技術(shù)：

電容性感測技術(shù)一直以來適用于感測液位。電容性感測是無接觸且無磨損的。

針對液位，容器組合件包含根據(jù)預(yù)定液位范圍定尺寸的外部電容性傳感器(電容器電極)。忽略環(huán)境因素(例如寄生電容)，所測量電容隨液位增加而線性地增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在所描述實(shí)例中，利用差分異相(OoP)通道驅(qū)動的電容性液位測量可適于用于液體容器組合件中，其中鄰近容器安置的電容性傳感器包含各自在高度上對應(yīng)于液位測量范圍的CHx及CHy對稱電容器電極。OoP電容性液位方法包含：以CHx驅(qū)動信號驅(qū)動所述CHx電極；以與所述CHx驅(qū)動信號基本上180度異相的CHy驅(qū)動信號驅(qū)動所述CHy電極；通過所述CHx電極獲取電容測量(例如基于電容性電荷轉(zhuǎn)移)；及將所述電容測量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于與液位相關(guān)聯(lián)的電容的模擬電壓。所述方法可包含將所述模擬電容測量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于與所述液位相關(guān)聯(lián)的所述電容的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

附圖說明

圖1A、1B、1C及1D在功能上圖解說明電容性液位測量。

圖2A、2B及2C在功能上圖解說明其中使人體存在接近于容器/液體從而引入寄生電容的電容性液位測量。

圖3A、3B及3C圖解說明利用差分異相(OoP)通道驅(qū)動來抵消人體電容的電容性液位測量的實(shí)例性功能實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

實(shí)例性實(shí)施例及應(yīng)用圖解說明利用差分異相(OoP)通道驅(qū)動來抵消人體電容的電容性液位測量的各種特征及優(yōu)點(diǎn)。

簡單概述，用于電容性液位測量的所揭示系統(tǒng)/方法使用差分異相(OoP)通道驅(qū)動來抵消人體電容。在實(shí)例性實(shí)施例中，容器組合件包含具有在高度上對應(yīng)于液位測量范圍的對稱CHx與CHy電容器電極的電容性傳感器。CHx驅(qū)動器對CHx電極提供CHx激勵(lì)/驅(qū)動，且CHy驅(qū)動器對CHy電極提供與CHx驅(qū)動基本上180度異相的OoP CHy激勵(lì)/驅(qū)動。通過以下方式測量與液位相關(guān)聯(lián)的電容：通過CHx通道獲取電容測量(例如基于電容性電荷轉(zhuǎn)移)，及將電容測量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于液位電容的模擬電壓(其可接著被轉(zhuǎn)換為表示液位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))。CHx/CHy電容性傳感器可配置有SHLDx/SHLDy屏蔽件，所述SHLDx/SHLDy屏蔽件安置于相應(yīng)CHx/CHy電極后面且被與相應(yīng)CHx/CHy電極同相地驅(qū)動。實(shí)例性應(yīng)用包含家用電器(冰箱、咖啡機(jī)、加濕器)及醫(yī)學(xué)器件(自動注射器、藥物筆、胰島素泵)。

圖1A、1B、1C及1D結(jié)合液體容器組合件10在功能上圖解說明電容性液位測量，液體容器組合件10包含具有液體13(例如水)的容器11。此類測量適于具有CHx電容器電極20_A及GND電容器電極20_B以及電容測量電子器件40且包含具有容器電容Cp及液體電容/電阻Cw/Rw的容器/液體電模型(圖2及3)的液體容器組合件。

電容性液位測量系統(tǒng)由包含(圖1B)對稱通道電極(CHx)20_A與接地電極(GND)20_B的電容性感測電極20(圖1A)表示。電容性測量電子器件由電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)40表示。容器/液體電模型30包含容器11的電容Cp及液體/水13的電容/電阻Cw/Rw。

電容性感測基于通過CHx通道電極20_A的連續(xù)激勵(lì)/驅(qū)動及獲取/讀取階段。在獲取/讀取階段期間，測量CHx通道電極20_A與GND電極20_B之間的邊緣電容。在容器/液體電模型30中，測量相對于節(jié)點(diǎn)LIQ的電容。

參考圖1D，所測量電容隨液位線性地增加。

圖2A、2B及2C在功能上圖解說明對容器系統(tǒng)10的電容性液位測量，其中使人體存在(在功能上由手50表示)接近于容器11中的液體13。人體存在引入寄生電容，所述寄生電容在容器/液體電模型30中表示為耦合到電容測量節(jié)點(diǎn)LIQ中的電容Ch。

圖2B圖解說明其中人體電容Ch耦合到電容測量節(jié)點(diǎn)(LIQ)中的容器/液體電模型(30)。圖2C圖解說明實(shí)例性電容測量曲線圖，其中人體電容對電容測量的影響圖解說明為所測量電容中的寄生擾動55。參考圖2C，由寄生人體電容Ch導(dǎo)致的電位差對應(yīng)于所測量電容中的擾動55，其影響液位測量。

圖3A、3B及3C圖解說明利用有效抵消人體電容的差分異相(OoP)通道驅(qū)動的電容性液位測量的實(shí)例性功能實(shí)施例。圖3A圖解說明包含CHx電容器電極21x及CHy電容器電極21y的液體容器系統(tǒng)。圖3C圖解說明OoP電容性液位測量的實(shí)例性功能實(shí)施例，其包含具有耦合到包含人體電容Ch的容器/液體電模型30的差分CHx及OoP CHy傳感器激勵(lì)/獲取通道的電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換(CDC)電子器件40。

參考圖3A，液體容器系統(tǒng)10包含具有液體13(例如水)的容器11。電容性傳感器組合件20鄰近容器11而安置。電容性傳感器組合件20包含對稱、單獨(dú)驅(qū)動的CHx電容器電極21x及OoP CHy電容器電極21y，其各自在高度上對應(yīng)于液位測量范圍。

實(shí)例性電容性傳感器組合件20經(jīng)配置有驅(qū)動屏蔽件，所述驅(qū)動屏蔽件將感測方向集中于朝向液體目標(biāo)且提供對可影響電容測量的干擾的背側(cè)阻障。SHLDx屏蔽件23x布置于CHx電極后面，且SHLDy屏蔽件23y布置于CHy電極后面。SHLDx屏蔽件23X/SHLDy屏蔽件23y被與相應(yīng)CHx電極21x/CHy電極21y同相地(即，以與CHx/CHy電極相同的激勵(lì)/驅(qū)動信號)驅(qū)動。由于SHLDx/SHLDy處于與CHx/CHy電極基本上相同的電位，因此電容性傳感器組合件20的屏蔽件側(cè)上的電場被消除，使得作用感測電場處于液體的方向。

參考圖3B及3C，液體由容器/液體電模型30表示，容器/液體電模型30包含容器電容Cp及水電容/電阻Cw/Rw。寄生人體電容由耦合到電容測量節(jié)點(diǎn)LIQ中的Ch表示。

針對此實(shí)例性實(shí)施例，電容測量電子器件被圖解說明為CDC 40，其包含傳感器測量通道CHx及CHy。CHx通道耦合到CHx電極21x，且CHy通道耦合到CHy電極。屏蔽件驅(qū)動是通過SHLDx/SHLDy屏蔽件驅(qū)動器輸出來進(jìn)行。

CDC 40經(jīng)配置以測量與容器中的液位相關(guān)聯(lián)的電容，從而提供激勵(lì)/驅(qū)動及獲取/讀取階段。CDC 40可經(jīng)配置以基于電容性電荷轉(zhuǎn)移而實(shí)施電容性感測—在連續(xù)電荷轉(zhuǎn)移階段(激勵(lì)/獲取)中，電荷被從CHx電容器電極21x/CHy電容器電極21y轉(zhuǎn)移到CDC 40中(例如轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移電容器)，從而產(chǎn)生對應(yīng)于與液位相關(guān)聯(lián)的所測量電容的模擬電壓。

針對根據(jù)本發(fā)明的各方面的差分OoP電容性感測，CDC 40以CHx驅(qū)動信號通過CHx通道驅(qū)動CHx電極21x，且以與CHx驅(qū)動信號基本上180度異相的CHy驅(qū)動信號通過CHy通道驅(qū)動CHy電極21y。

CDC 40通過CHx獲取電容測量，所述電容測量可被參考到接地或另一固定電壓。依據(jù)電模型，在電容測量節(jié)點(diǎn)LIQ處測量電容。差分OoP傳感器驅(qū)動有效地固定LIQ節(jié)點(diǎn)處的電壓電位，從而抵消任何人體寄生電容。

參考圖3A，可根據(jù)C_MEAS測量電容，h_we_w+(h-h_w)e_a，其中：h＝容器高度；h_w＝液體的高度；e_w＝液體的介電系數(shù)；且e_a＝空氣的介電系數(shù)。

CDC 40還包含屏蔽件驅(qū)動器，從而通過分別耦合到SHLDx屏蔽件23x/SHLDy屏蔽件23y的SHLDx/SHLDy輸出而提供屏蔽件驅(qū)動。CDC 40經(jīng)配置而以與CHx電極通道驅(qū)動同相的SHLDx信號驅(qū)動SHLDx屏蔽件23x，且以與CHy電極通道驅(qū)動同相的SHLDy信號驅(qū)動SHLDy屏蔽件。

針對實(shí)例性實(shí)施例，CDC 40經(jīng)配置以將模擬電容測量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于表示液位的所測量電容的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為執(zhí)行轉(zhuǎn)換，CDC 40可經(jīng)配置有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如ΣΔ轉(zhuǎn)換器。CDC 40還可包含基于增益及/或偏移校準(zhǔn)的數(shù)字濾波與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)校正。

舉例來說，CDC 40(電容測量電子器件)可經(jīng)配置有AFE(模擬前端)及ADC(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)。AFE可經(jīng)配置以通過CHx及CHy通道而驅(qū)動CHx及CHy電極，且通過CHx通道(例如基于電容性電荷轉(zhuǎn)移)而獲取模擬電容測量。ADC可經(jīng)配置以將模擬電容測量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于與液位相關(guān)聯(lián)的電容的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

作為設(shè)計(jì)實(shí)例，下表提供對液位L1及L2＝L1+3.5cm的實(shí)例性電容性液位測量，其各自是在相對于容器的四個(gè)不同人體(手)位置處測量：(a)C0–無手；(b)C2cm–手距離容器2cm；(c)C1cm–手距離容器1cm；及(d)Chand–手與容器接觸。如所圖解說明，差分OoP通道驅(qū)動基本上對人體電容的存在不敏感。

根據(jù)本發(fā)明的差分OoP電容性液位測量的實(shí)例性應(yīng)用包含：咖啡機(jī)(水位)及自動注射器(藥液液位)。

總之，用于電容性液位測量的所揭示系統(tǒng)/方法使用差分異相(OoP)通道驅(qū)動來抵消人體電容。在實(shí)例性實(shí)施例中，一種適用于電容性液位測量的系統(tǒng)可包含電容性傳感器及電容測量電子器件。鄰近容器安置的所述電容性傳感器可包含各自在高度上對應(yīng)于液位測量范圍的對稱CHx及CHy電容器電極。所述電容測量電子器件可包含耦合到所述CHx電極的CHx通道及耦合到所述CHy電極的CHy通道，且可經(jīng)配置以測量與容器中的液體的液位相關(guān)聯(lián)的電容，包含：以CHx驅(qū)動信號通過所述CHx通道而驅(qū)動所述CHx電極；以與所述CHx驅(qū)動信號基本上180度異相的CHy驅(qū)動信號通過所述CHy通道而驅(qū)動所述CHy電極；通過所述CHx通道獲取電容測量(例如被參考到接地)；及將所述電容測量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于與所述液位相關(guān)聯(lián)的所述電容的模擬電壓。所述電容測量電子器件可經(jīng)配置以基于電容性電荷轉(zhuǎn)移而獲取電容測量。

在其它實(shí)例性實(shí)施例中，電容性傳感器可包含安置于所述CHx電極后面的SHLDx屏蔽件及安置于所述CHy電極后面的SHLDy屏蔽件，且所述電容測量電子器件可包含通過SHLDx輸出耦合到所述SHLDx屏蔽件的SHLDx驅(qū)動器及通過SHLDy輸出耦合到所述SHLDy屏蔽件的SHLDy驅(qū)動器，且可進(jìn)一步經(jīng)配置而以與所述CHx電極通道驅(qū)動同相的SHLDx信號驅(qū)動所述SHLDx屏蔽件且以與所述CHy電極同相的SHLDy信號驅(qū)動所述SHLDy屏蔽件。在其它實(shí)例性實(shí)施例中，所述電容測量電子器件可配置為電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換(CDC)單元，其包含模擬前端(AFE)電路及模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)電路，其中所述AFE經(jīng)配置以通過所述CHx及CHy通道驅(qū)動所述CHx及CHy電極且通過所述CHx通道獲取模擬電容測量，且所述ADC經(jīng)配置以將所述電容測量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于與所述液位相關(guān)聯(lián)的所述電容的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

修改在所描述實(shí)施例中為可能的，且其它實(shí)施例在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)為可能的。