專利名稱：一種用于監控器上的平面電容式傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監控器，尤其涉及一種用于監控器上的平面電容式傳感器。
背景技術：
現有技術中的監控器在長期使用或者是雨霧較大時，監控頭前部的玻璃上會出現水霧，從而影響監控效果。為了克服該問題，現有技術中在監控器的前端罩體上設置清潔裝置，用于刮除罩體上的水霧或者灰塵。但這種清除方式一般都是人工根據監控效果遠程控制。對于自動監控設備很難及時發現。并且，在下雨時，也不能及時準確的清除雨水。為了克服上述問題，現有技術中出現了一種利用濕度傳感器的檢測方式，例如CN201110040607. 9號發明專利申請，
公開日為2011年9月14日，公開了一種球型攝像頭自動清潔裝置，其特征在于，該裝置包括清掃部分，該清掃部分包括一弧形刮雨片、兩個弧形把手、一壓力臂、一搖桿、拉簧、以及一擺動臂，其中，所述弧形刮雨片上裝有兩個弧形把手，所述兩個弧 形把手分別通過自由轉銷與所述壓力臂兩端連接，所述壓力臂通過自由轉銷與所述搖桿連接，所述搖桿通過自由轉銷與所述擺動臂連接，所述擺動臂與所述動力部分的主軸連接以取得擺動動力，所述拉簧連接所述搖桿和所述擺動臂，通過所述拉簧的拉力使所述弧形刮雨片緊貼在球型攝像頭防護罩的外表面上；限位傳感部分，其中的限位部分設置于所述搖桿所需擺動范圍的兩側以限制所述搖桿的擺動幅度，其中的傳感部分用于檢測是否下雨，檢測到下雨時所述控制部分自動啟動本清潔裝置進行工作，雨停之后所述控制部分自動停止本清潔裝置；動力部分，其用于為所述清掃部分提供動力；以及控制部分，用于控制整個清潔裝置的動作。在該方案中，傳感器采用濕度傳感器。但在實際環境中，濕度大小并不一定決定是否下雨。有時，下雨時，濕度反而不大。因此，采用濕度傳感器對雨水進行檢測不能準確及時，使得清潔裝置動作不夠及時，影響監控效果。另一方面，室外監控器由于受到灰塵、油污等環境污染需要定期進行清洗，本實用新型采用的平面電容式雨量傳感器只需從地面向監控器玻璃噴灑水，即可自動進行清洗。而濕度傳感器無法做到這一點
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是克服上述現有技術之不足，提供一種結構簡單、檢測雨水準確及時并能自動進行清洗的用于監控器上的平面電容式傳感器。按照本實用新型提供的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，包括設置在監控器的透明罩體內表面的主平面電容檢測器和設置在監控器中的傳感器檢測電路，所述主平面電容檢測器的兩個極板放置在同一平面上，所述傳感器檢測電路與所述主平面電容檢測器相電連接，所述主平面電容檢測器作為傳感器的敏感元件，所述傳感器檢測電路檢測所述主平面電容檢測器受環境影響而帶來的電容量變化，并根據所檢測的電容量變化產生控制監控器的清潔組件工作的控制信號。按照本實用新型提供的一種用于監控器上的平面電容式傳感器還具有如下附屬技術特征[0006]所述傳感器檢測電路還連接有一消除干擾信號的輔助平面電容補償器，其兩個極板放置在同一平面上，所述輔助平面電容補償器僅作為檢測干擾信號的敏感元件，所述傳感器檢測電路檢測所述輔助平面電容補償器受干擾信號影響帶來的電容量變化，并根據所檢測的電容量變化補償所述主平面電容檢測器受環境影響而帶來的電容量變化。所述輔助平面電容補償器的兩極板之間的間距小于其所在位置透明罩體的厚度，所述主平面電容檢測器的兩極板之間的間距等于或大于其所在位置透明罩體的厚度。所述輔助平面電容補償器的兩個極板位于所述主平面電容檢測器的兩個極板之間，所述輔助平面電容補償器的兩個極板的寬度小于所述主平面電容檢測器的兩個極板的覽度。所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的兩極板采用的導電材料為銅、鋁、銀、導電橡膠、導電塑料、透明導電薄膜或導電膠；其粘接、壓固或噴涂在透明罩體的內表面上。所述輔助平面電容補償器與所述主平面電容檢測器的形狀相同，所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的兩極板形狀為矩形、環形、扇形、三角形或多邊形，所述主平面電容檢測器的兩極板的總面積為3 - 8平方厘米，所述輔助平面電容補償器的兩極板的總面積為O. 5 — 3平方厘米。所述傳感器檢測電路包括一激勵信號發生器、兩路模擬濾波電路、一模數轉換電路和一微控制器，所述激勵信號發生器分別接入所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的其中一個電極，所述主平面電容檢測器和輔助平面電容補償器的另一個電極分別接入兩所述模擬濾波電路，并通過所述模數轉換電路將所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的變化信號分別轉換成數字信號，所述微控制器依據接收到的數字信號通過軟件差分運算產生控制監控器的清潔組件的控制信號。每路所述模擬濾波電路中至少包含一個與所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器相串聯的串聯濾波電容C3和C4，每路所述模擬濾波電路中至少包含一個對地并聯的并聯濾波電容C5和C6，所述激勵信號發生器與所述主平面電容檢測器之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C7，所述激勵信號發生器與所述輔助平面電容補償器之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C8。所述主平面電容檢測器安裝在清潔組件工作的區域內，在工作的同時繼續對透明罩體表面進行檢測并形成反饋信號，進一步控制清潔組件工作，構成閉環控制系統。所述激勵信號發生器產生的測試信號為正弦波信號、方波信號或三角波信號，所述測試信號的頻率為IOkHZ — IOOOkHZ,所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的靜態電容值在O. I-IOpf之間。按照本實用新型提供的一種用于監控器上的平面電容式傳感器具有如下優點首先，本實用新型采用的傳感器是內置式平面電容傳感器，當雨水落入到平面電容式傳感器上時，雨水能夠對電容產生影響，檢測電路根據電容的變化量來判斷是否下雨，從而控制清潔組件動作，這種檢測方式準確及時。其次，這種傳感器可測量附著在罩體表面雨水的厚度。由于平面電容的介質空間是極板上面的玻璃和玻璃表面及外表面附近近似于半橢圓球體形的空間，在這個空間范圍內，雨水厚度的變化將導致電容器介質空間介電常數的變化從而引起電容量的變化。根據電容量的變化就能檢測到雨水的大小。其次，傳感器設置消除干擾信號的輔助平面電容補償器，通過差分運算，能夠有效的消除溫度等環境變化對于傳感器的影響，防止誤動作。本法明的另一個顯著優點是只需向監控器透明罩體上噴灑水即可自動進行清洗以保證監控器的監控效果不受灰塵、油污等環境污染的影響。
圖I是本實用新型長條形4電極平面電容傳感器的示意圖。圖2是本實用新型長條形3電極平面電容傳感器的示意圖。圖3是本實用新型長條形2電極平面電容傳感器的示意圖。圖4是本實用新型圓形4電極平面電容傳感器的示意圖。 圖5是本實用新型半圓形4電極平面電容傳感器的示意圖。圖6是本實用新型長方形4電極平面電容傳感器的示意圖。圖7是本實用新型正方形4電極平面電容傳感器的示意圖。圖8是本實用新型多邊形4電極平面電容傳感器的示意圖。圖9是本實用新型弧形4電極平面電容傳感器的示意圖。圖10是點電荷電場線分布式意圖。圖11是平行板電容的電場分布示意圖。圖12是平面電容的電場分布示意圖。圖13是設置在玻璃表面的平面電容電場分布示意圖。圖14是設置在玻璃表面的平面電容的測量空間示意圖圖15是本實用新型平面電容測量電路示意圖。圖16是本實用新型結構圖圖17是本實用新型的電路圖
以下結合附圖給出實施例，對實用新型進行詳細說明
具體實施方式
在詳細說明本實用新型之前，先簡述現有技術以及本實用新型的工作原理傳統的電容式傳感器是基于平行板式電容的，它的原理是如果不考慮非均勻電場的邊緣效應，兩平行板組成的電容，其電容量為C= ε · S/d式中，ε為極板間介質的介電常數，ε = ε0· ε r, ε O為真空中的介電常數，ε 0=8. 854 · 10_12F/m，ε r是介質相對真空的介電常數，空氣的相對介電常數ε r ^ 1，其它介質ε r>l; S為極板的面積；d為極板的間距。由于被測量介質的變化引起電容式傳感器有關參數ε，S，d的變化，使電容量C隨之變化。據此，傳統的電容式傳感器以不同參數的變化可分為三種類型變間距式(參數d變化)；變面積式(參數S變化)；變介電常數式(參數ε變化)。本實用新型提出的主平面電容檢測器，從原理上打破了傳統的基于平行板式電容原理的電容式傳感器的思維定勢，它將電容器的兩個極板按一定間隙放置在同一平面上，而不是平行放置。它不屬于上述三種傳統電容式傳感器類型的任何一種，它是一種綜合性的電容式傳感器，它同時具有變間距式、變面積式和變介電常數式電容傳感器的特性。[0041]本實用新型的電容測量原理如下依據電場理論的場強矢量疊加原理，我們知道，電容器的特性可以用電場線分布來描述，參見圖10和圖11，分別給出點電荷和平行板電容的電場線分布，圖中，8是電場線，6和7是點電荷。由圖11中可以看出，平行板電容的電場線8主要分布在兩平行板之間的矩形空間內，因此在計算平行板電容的電容量時，可以忽略平行板邊緣電場的影響得出平行板電容的電容量計算公式=C= ε -S/d0同理，由圖12可以看出，平面電容檢測器的電場線主要分布在兩平面電極板周圍的近似橢圓形球體空間中。圖13給出了在玻璃或其他透明材料表面設置的平面電容的電場分布情況，平面電容的電場線在玻璃或其他透明材料表面附件形成了一個半橢圓體的測量空間如圖14所示，當有雨水進入該測量空間后將使測量空間的平均介電常數發生變化，該變化將導致電容量的變化，因此平面電容電容量的變化可以直接反應雨量的變化。參見圖I、圖15和圖16，監控器一般包括殼體19、安裝在所述殼體19內的監控組件24 (監控組件由攝像頭或照相機及相應的控制器組成)、安裝在所述殼體19前端的透明罩體9，所述透明罩體9上設置有清潔裝置。在本實施例中清潔裝置包括清潔組件18和控·制所述清潔組件18動作的平面電容式傳感器20和傳感器檢測電路21，所述平面電容式傳感器20包括設置在所述透明罩體9內表面的由平面電容電極I和2組成的主平面電容檢測器Cl，所述主平面電容檢測器Cl的極板1、2放置在同一平面上，所述傳感器檢測電路21通過傳感器連接導線22與所述平面電容檢測器Cl相連接，所述主平面電容檢測器Cl作為傳感器的敏感元件，所述傳感器檢測電路21檢測所述主平面電容檢測器Cl受環境影響而帶來的電容量變化，并根據所檢測的電容量變化產生控制所述清潔組件18工作的控制信號。在本實用新型中，所述監控組件24是指監控攝像機或照相機和監控控制及通訊電路等核心組件，具體結構可以采用現有技術中較為成熟的技術。所述清潔組件18是指能夠清理透明罩體9上灰塵或雨水的裝置，例如設置在透明罩體9上的電動雨刷。采用本實用新型的傳感器不僅能夠實現雨水的刮除，而且能夠實現灰塵的清除。在進行灰塵清除時，清除人員使用噴水設備，噴灑監控器的透明罩體9，則雨刷動作，將透明罩體上的灰塵和雜物清除。維護非常方便。本實用新型中的透明罩體9可以是玻璃，也可以是其他透明材料制成的。參見圖I、圖15、圖16和圖17，在本實用新型給出的上述實施例中，所述傳感器檢測和控制電路21還連接有一消除干擾信號的輔助平面電容補償器C2，其兩個極板3和4放置在同一平面上，所述輔助平面電容補償器C2僅作為檢測干擾信號的敏感元件，所述傳感器檢測和控制電路21檢測所述輔助平面電容補償器C2受干擾信號影響帶來的電容量變化，并根據所檢測的電容量變化補償所述主平面電容檢測器Cl受環境影響而帶來的電容量變化。為了消除溫度和電磁波對主平面電容檢測器Cl的影響，本實用新型設置所述主平面電容檢測器Cl和輔助平面電容補償器C2，所述輔助平面電容補償器C2的兩個極板3和4與所述主平面電容檢測器Cl的兩個極板I和2均放置在同一平面。兩者能夠同步感知溫度和電磁干擾信號。但為了使輔助平面電容補償器C2不對雨水敏感，需要將輔助平面電容補償器C2的電場限制在透明罩體9內，從而使輔助平面電容補償器C2形成的磁場空間不超過透明罩體的外表面，即不具有測量雨水用的電場空間。在本實施例中，所述輔助平面電容補償器C2的兩極板之間的間距小于其所在位置透明罩體9的厚度，所述主平面電容檢測器Cl的兩極板之間的間距等于或大于其所在位置透明罩體9的厚度。從而保證輔助平面電容補償器C2的磁場位于透明罩體9內，不具有測量雨水用的電場空間。而主平面電容檢測器Cl的磁場有部分位于透明罩體9外，其具有測量雨水用的電場空間。當然，為了實現輔助平面電容補償器C2的電場位于透明罩體9內，還可以采用其他的結構形式，例如輔助平面電容補償器C2位于主平面電容檢測器Cl的后面，使其電場不會位于透明罩體9外。或者，輔助平面電容補償器C2的極板寬度較小，也可以使其產生的電場不會位于透明罩體9的外部。或者，采用其他盒體結構，使輔助平面電容補償器C2的安裝位置遠離透明罩體9的外表面，從而使形成的電場不會位于透明罩體9的外部，從而使其只對干擾信號進行檢測，而不對雨水敏感。參見圖I、圖15、圖16和圖17，在本實用新型給出的上述實施例中，所述輔助平面電容補償器C2的兩個極板位于所述主平面電容檢測器Cl的兩個極板之間，所述輔助平面電容補償器C2的兩個極板的寬度小于所述主平面電容檢測器Cl的兩個極板的寬度。本實施例將輔助平面電容補償器C2和主平面電容檢測器Cl均設置在透明罩體9的內表面，并且將兩者嵌套在一起，主平面電容檢測器Cl形成的電場能夠具有足夠的雨水測量空間，而 輔助平面電容補償器C2的電場則不會具有雨水測量空間，但兩者對于干擾信號的檢測則是同步的。該種結構能夠更好的提高檢測精度。在本實用新型給出的上述實施例中，所述主平面電容檢測器Cl和所述輔助平面電容補償器C2的兩極板采用的導電材料為銅、鋁、銀、導電橡膠、導電塑料、透明導電薄膜或導電膠；其粘接、壓固或噴涂在透明罩體9的內表面上。這能夠保證極板更好的固定在透明罩體9的內表面，并且具有較好的檢測效果。參見圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9，在本實用新型給出的上述實施例中，所述輔助平面電容補償器C2與所述主平面電容檢測器Cl的形狀相同，所述主平面電容檢測器Cl和所述輔助平面電容補償器C2的兩極板形狀可以為矩形、環形、弧形、或多邊形。例如參見圖4,給出了一種圓形的4電極結構，圖5是一種半圓形4電極結構，圖6是長方形4電極結構，圖7是正方形4電極結構，圖8是多邊形4電極結構，圖9是弧形4電極結構。上述電極結構具有較好的檢測效果，能夠充分滿足本實用新型的需要。在上述的4電極方案中，所述輔助平面電容補償器C2位于所述主平面電容檢測器Cl的中間。參見圖2、圖15所述主輔助平面電容C2的其中一個電極4可以和所述主平面電容的其中一個電極2公用一個電極，這樣電極I和2組成所述主平面電容電極Cl，電極3和2組成所述輔助平米電容C2，若采用此方案，應將所述兩路模擬濾波電路12和13的激勵信號發生器的輸出信號在電阻R5與Cl的連接端和電阻與C2的連接端端路。參見圖3、圖15，在對抗干擾要求不高的應用環境下也可以省略輔助平面電容C2，若采用此方案，所述兩路模擬濾波電路可以省略一路。所述主平面電容檢測器Cl的兩極板的總面積為I 一 8平方厘米，本實施例為I. 2平方厘米。所述輔助平面電容補償器C2的兩極板的總面積為O. 2-3平方厘米。本實施例為O. 3平方厘米。所述主平面電容兩個極板之間的間隙要大于等于透明罩體9的厚度，所述輔助平面電容兩個極板之間的間隙要小于透明罩體9的厚度，本實施例透明罩體采用的是Imm后的玻璃，所述主平面電容C2兩個極板之間的間隙是2mm，所述輔助平面電容C2兩個極板間的間距是O. 35mm。參見圖15和圖17，在本實用新型給出的上述實施例中，所述傳感器檢測電路21包括一激勵信號發生器17、兩路模擬濾波電路12和13、一模數轉換電路14和一微控制器15,所述激勵信號發生器17分別接入所述主平面電容檢測器Cl和所述輔助平面電容補償器C2的其中一個電極，所述主平面電容檢測器Cl和輔助平面電容補償器C2的另一個電極分別接入兩所述模擬濾波電路12和13，并通過所述模數轉換電路14將所述主平面電容檢測器Cl和所述輔助平面電容補償器C2的變化信號分別轉換成數字信號，所述微控制器15依據接收到的數字信號通過軟件差分運算產生控制所述清潔組件18的驅動控制信號。圖17中的ICl是穩壓器，為各個芯片和電路提供電源。IC4是雨刷電極的驅動模塊，用于接收驅動控制信號，并控制電機16工作。圖中的IC2與IC3之間通過總線連接在一起。參見圖15和圖17，在本實用新型給出的上述實施例中，每路所述模擬濾波電路12和13中至少包含一個與所述主平面電容檢測器Cl和所述輔助平面電容補償器C2相串聯的串聯濾波電容C3、C4，每路所述模擬濾波電路12和13中至少包含一個對地并聯的并聯濾波電容C5、C6，即，其中一路并聯濾波電容C5，另外一路并聯濾波電容C6。所述激勵信號發生器17與所述主平面電容檢測器Cl之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C7，所述激勵信號發生器17與所述輔助平面電容補償器C2之間至少包含一個接地的并聯濾波電容CS。上述電路能夠進一步的提高檢測精度，消除干擾信號的干擾。 參見圖15、圖16，在本實用新型給出的上述實施例中，所述主平面電容檢測器Cl安裝在所述清潔組件18工作的區域內，在工作的同時繼續對所述透明罩體表面進行檢測并形成反饋信號，進一步控制所述清潔組件18工作，構成閉環控制系統。參見圖15和圖17，在本實用新型給出的上述實施例中，所述測試信號為正弦波信號、方波信號或三角波信號，所述測試信號的頻率為IOkHZ - IOOOkHZ,所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的靜態電容值在O. I-IOpf之間。
權利要求1.一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于包括設置在監控器的透明罩體內表面的主平面電容檢測器和設置在監控器中的傳感器檢測電路，所述主平面電容檢測器的兩個極板放置在同一平面上，所述傳感器檢測電路與所述主平面電容檢測器相電連接，所述主平面電容檢測器作為傳感器的敏感元件，所述傳感器檢測電路檢測所述主平面電容檢測器受環境影響而帶來的電容量變化，并根據所檢測的電容量變化產生控制監控器的清潔組件工作的控制信號。
2.如權利要求I所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述傳感器檢測電路還連接有一消除干擾信號的輔助平面電容補償器，其兩個極板放置在同一平面上，所述輔助平面電容補償器僅作為檢測干擾信號的敏感元件，所述傳感器檢測電路檢測所述輔助平面電容補償器受干擾信號影響帶來的電容量變化，并根據所檢測的電容量變化補償所述主平面電容檢測器受環境影響而帶來的電容量變化。
3.如權利要求2所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述輔助平面電容補償器的兩極板之間的間距小于其所在位置透明罩體的厚度，所述主平面電容檢測器的兩極板之間的間距等于或大于其所在位置透明罩體的厚度。
4.如權利要求2所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述輔助平面電容補償器的兩個極板位于所述主平面電容檢測器的兩個極板之間，所述輔助平面電容補償器的兩個極板的寬度小于所述主平面電容檢測器的兩個極板的寬度。
5.如權利要求2所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的兩極板采用的導電材料為銅、鋁、銀、導電橡膠、導電塑料、透明導電薄膜或導電膠；其粘接、壓固或噴涂在透明罩體的內表面上。
6.如權利要求2所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述輔助平面電容補償器與所述主平面電容檢測器的形狀相同，所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的兩極板形狀為矩形、環形、扇形、三角形或多邊形，所述主平面電容檢測器的兩極板的總面積為1-8平方厘米，所述輔助平面電容補償器的兩極板的總面積為O.2-3平方厘米。
7.如權利要求2所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述傳感器檢測電路包括一激勵信號發生器、兩路模擬濾波電路、一模數轉換電路和一微控制器，所述激勵信號發生器分別接入所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的其中一個電極，所述主平面電容檢測器和輔助平面電容補償器的另一個電極分別接入兩所述模擬濾波電路，并通過所述模數轉換電路將所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的變化信號分別轉換成數字信號，所述微控制器依據接收到的數字信號通過軟件差分運算產生控制監控器的清潔組件的控制信號。
8.如權利要求7所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于每路所述模擬濾波電路中至少包含一個與所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器相串聯的串聯濾波電容，每路所述模擬濾波電路中至少包含一個對地并聯的并聯濾波電容，所述激勵信號發生器與所述主平面電容檢測器之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C7，所述激勵信號發生器與所述輔助平面電容補償器之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C8。
9.如權利要求7所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述主平面電容檢測器安裝在清潔組件工作的區域內，在工作的同時繼續對透明罩體表面進行檢測并形成反饋信號，進一步控制清潔組件工作，構成閉環控制系統。
10.如權利要求7所述的一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于所述激勵信號發生器產生的測試信號為正弦波信號、方波信號或三角波信號，所述測試信號的頻率為IOkHZ - IOOOkHZ,所述主平面電容檢測器和所述輔助平面電容補償器的靜態電容值在O. I-IOpf之間。
專利摘要一種用于監控器上的平面電容式傳感器，其特征在于包括設置在監控器的透明罩體內表面的主平面電容檢測器和設置在監控器中的傳感器檢測電路，所述主平面電容檢測器的兩個極板放置在同一平面上，所述傳感器檢測電路與所述主平面電容檢測器相電連接，所述主平面電容檢測器作為傳感器的敏感元件，所述傳感器檢測電路檢測所述主平面電容檢測器受環境影響而帶來的電容量變化，并根據所檢測的電容量變化產生控制監控器的清潔組件工作的控制信號。本實用新型采用的傳感器是內置式平面電容傳感器，當雨水落入到平面電容式傳感器上時，雨水能夠對電容產生影響，檢測電路根據電容的變化量來判斷是否下雨，從而控制清潔裝置動作，這種檢測方式準確及時。
文檔編號G05B19/04GK202720476SQ201220407280
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者孫滕諶 申請人:北京奧特易電子科技有限責任公司