电容式人体近距离传感器系统

摘要

本发明描述了一种系统、方法及装置，其能够检测目标的接近，并区分人体目标和非人类目标。通过具有第一形状的第一电容传感器和具有第二形状的第二电容传感器便于该检测和区分；该检测和区分也可以基于来自第一传感器的第一电容和来自第二传感器的第二电容之间的比较来实现。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年7月13日提交的序号为13/549,017以及名称为“电容式人体近距离传感器系统”美国专利申请的权益，这里通过参考的方式将其整体并入。

技术领域

本公开主要涉及一种人体近距离传感器，更具体地涉及一种人体近距离传感器，其利用不同规格和/或结构的电容式传感器，以便于确定接近电子设备的目标是人体目标还是非人类目标。

背景技术

许多电子设备包括发射射频(RF)电磁(EMF)辐射的元件，这种电子设备的例子包括移动通讯设备、平板计算设备、便携式计算机设备，等类似者。如果辐射功率高，人体在近距离内和/或长时间暴露在这些射频电磁辐射下，是非常有害的。

发明内容

下面提出的简单概要提供了本公开一些方面的基本理解。该概要并不是本发明的完整描述。其目的不是为了识别本发明的关键或决定要素，也不是为了描述本公开或权利要求的范围。其目的仅仅是用一种简单的方式提出本发明的一些概念，并作为后面详细描述的一个前序。

在本发明的一个非限制性实施例中，描述了一个用于人体近距离传感器的系统。该系统包括第一传感器和第二传感器，第一传感器具有第一形状，且检测与目标相关的第一电容；第二传感器具有不同于第一形状的第二形状，且检测与该目标相关的第二电容。该系统还包括一个电子元件，其处理第一电容和第二电容，以便于辨别该目标是人体目标还是非人体目标。

在另一个非限制性实施例中，描述了一种方法。该方法能够确定一个目标是人体目标还是非人体目标。该方法包括处理来自具有第一形状的第一传感器的第一电容和不同于第一传感器的具有第二形状的第二传感器的第二电容。该方法还包括，基于第一电容和第二电容来确定接近第一传感器和第二传感器的目标类型。

在另外一个非限制性实施例中，描述了一种装置。该装置能够用于人体近距离传感器，该装置包括第一传感器和第二传感器。第一传感器具有第一形状，并检测第一电容；第二传感器具有不同于第一形状的第二形状，并检测第二电容。该装置还包括处理第一电容和第二电容的电子元件，以便于确定该目标是否为人体目标或非人体目标。

下面的描述和附图详细阐述了本发明的某些示例性方面。但是，这些方面表明了本发明的原理可以用于各种方式中的少数一些。本发明意指包括所有类似特征和其等效形式。通过下面结合附图对本发明的详细描述，本发明的其他的优点和显著特征将会显而易见。

附图说明

参考附图，下面描述本发明的非限制性和非穷举的实施例，其中在所有的视图中，除非另外特别指出，相同的标记表示相同的部件。

图1是根据本发明实施例的人体检测系统示意图；

图2是根据本发明实施例的用于人体检测系统的示例性传感器设计示意图；

图3和图4根据本发明实施例的用于人体检测系统示例性的二维对称传感器设计的示意图；

图5是根据本发明实施例的用于人体检测系统示例性的完全对称传感器设计示意图；

图6是根据本发明实施例示例性的电容式人体目标/无生命体目标鉴别系统的示意图；

图7是根据本发明实施例示例性的检测到人体时能够减少辐射的系统的示意图；

图8是根据本发明实施例示出的用于辨别人体目标和无生命体目标的方法流程图；

图9是根据本发明实施例示出的基于数字信号来辨别人体目标和无生命体目标的方法流程图；

图10是根据本发明实施例示出的如果人体接近时，能够减小辐射的方法流程图。

具体实施方式

在以下的描述中，详细解释了大量具体的细节，其目的是便于对本发明的实施例有深入的理解。本领域一般技术人员将会发现，即使没有一个或多个具体的细节描述或者使用其他的方法、部件、材料等，但是本文中所描述的实施例也能够被实施。换句话说，没有展示或描述出已知的结构、材料或操作，是为了避免混淆特定方面。

根据本公开主题的一方面，此处描述的系统、装置和方法能够便于检测接近电子设备的目标以及区分人体目标和非人体目标。通过具有第一形状的第一电容器传感器和具有第二形状的第二电容传感器为上述的检测和区分提供了便利。基于来自上述第一传感器的第一电容和来自上述第二传感器的第二电容之间的比较，能够做出该检测和区分。基于人体检测，上述电子设备的射频电磁辐射能够被降低。

根据本发明实施例，一个示例性的人体检测系统100的示意图如图1所示。例如，人体检测系统100能够被小型化，且可以安装在诸如移动通信设备、平板计算机设备、便携式计算机设备或其他便携式电子设备的电子设备或装置内，当人体接近该电子设备时，其能够减小辐射。系统100能够以低的成本被包含在电子设备内部。

人体检测系统100包括第一传感器(传感器1)108和第二传感器(传感器2)110。可以理解的是，该系统100能够包括大于或等于2的任何数目的传感器。为了简化图示和描述，仅仅展示两个传感器108、110。

如图2-5所示，传感器108、110彼此接近放置，且具有不同的形状(换句话说，第一传感器108具有第一形状，第二传感器110具有第二形状)。当用在这里时，“形状”一般指面积、周长、周边或类似者。图2-5展示了不同传感器设计的例子。可以理解，“形状”也能够适用于“结构”。

图2示出了设计200，其传感器108、110彼此接近地放置，并且传感器108、110具有不同的形状(例如，面积、周长、周边等)。图3和图4示出了设计300和400，此外其传感器108、110是二维对称的传感器。图5示出了设计500，此外其传感器是完全对称的。与设计300相比，使用设计300、400、500能够提高目标102的类型辨别力(例如人体目标或无生命体目标)。例如，使用如图5所示的完全对称的传感器对108、110能够减小方向感测问题。

在一个施实例中，第一传感器108和第二传感器110是电容式传感器。当目标102接近传感器108、110时，第一传感器108检测与目标102相关的第一电容104；第二传感器110检测与该目标102相关的第二电容106。目标102可以是人体目标或无生命目标。

在一个实施例中，第一传感器108具有第一面积，第二传感器110具有与第一面积相同或不同的第二面积。在另一个实施例中，第一传感器108具有第一周长，第二传感器110具有与第一周长不同的第二周长。在又一个施实例中，第一传感器108具有第一周边，第二传感器110具有与第一周边不同的第二周边。在又一个施实例中，第一传感器108具有第一结构，第二传感器110具有与第一结构不同的第二结构，但传感器108、110具有相同的面积。

第一传感器108和第二传感器110都由导电材料制成。例如，第一传感器108和第二传感器110可以由印刷电路板的铜箔区域制成，传感器108、110的规格可以基于检测需要进行调整，比如：用于检测的目标102的尺寸、检测需要的距离，或类似者。传感器108、110可以被放置在接近电子设备内部RF EMF发射器(辐射源)的地方，以致当检测到有人体接近时，能够快速通知该RF EMF发射器关闭辐射源。进一步，通过通用的防护物或屏蔽物，传感器108、110可被包围，以提高抗噪性和/或提供感测方向性。

第一传感器108和第二传感器110能够传送信号112,114至电子元件116，以响应于由目标102导致的电容104,106检测。根据实施例，该电子元件116包括存储器和处理器，其便于处理第一电容(或来自第一传感器108的电容信号112)和第二电容(或来自第二传感器110的电容信号114)，并基于第一电容和第二电容，以便于辨别接近传感 器108、110的目标102是人体目标还是非人体目标。

在一个施实例中，电子元件116利用第一电容和第二电容的值以便于辨别。在另一个施实例中，该电子元件116利用第一电容和第二电容的差值以便于辨别。在又一个施实例中，该电子元件116利用第一电容和第二电容的比值以便于辨别。

在另一个施实例中，该电子元件116采用近距离检测算法(存储在存储器中，由处理器执行)来感测目标102的接近和/或便于辨别目标102是人体目标还是无生命体目标，其中，该近距离检测算法使用了第一电容、第二电容、第一电容和第二电容的差以及第一电容和第二电容的比值。

根据该近距离检测算法，接近的目标102和两个传感器108之间的总等效电容是平行板(面积)电容和边缘(周长或周边)电容之和。当目标102接近传感器108、110时，该目标和每个传感器之间的EMF线(总电容104,106)随着时间会有不同的变化。随时间变化的电容分布也取决于接近的目标102的尺寸和其材料的介质特性。因此，能够辨别出具有不同特性的目标，诸如人体目标和无生命目标，所述无生命目标诸如桌子、椅子、袋子或类似者。

使用电容绝对值(C1和C2)，以及它们的差值(C2-C1)和比值(C2/C1)，该近距离检测算法随时处理包含电容信息分布的信号112和114，其不同的变化取决于传感器108、110所正在面对的目标102的类型。这样能够实现人体的近距离检测(或在人体目标和无生命体目标之间的目标102的辨别)。

如图6所示，系统600的电子元件116包括模数转换器(ADC)602和数字处理单元606。前端(例如传感器108、110)感测电容104、106，并且发送模拟信号112、114给该电子元件。电子元件116的ADC602将模拟信号112、114转换成数字信号604、606，并由数字处理单元606做进一步处理。在一个施实例中，ADC 602是单一的时分复用电容数字转换器，其也能够测量电容值(C1和C2)。

电子元件116也包括防护装置，诸如有源偏置驱动器，其追踪传感器108、110上的电压。该有源防护技术能够增强抗噪性和寄生电容的免疫力，并且在检测人体近距离中提高高系统600的精度。其还能 提供感测方向性。

现在参考图7，其根据本发明的实施例示出了当人体被检测时能够减少辐射的系统700。例如，系统700可以在诸如移动通信设备、平板计算机设备、便携式计算机设备或类似者的便携式电子设备内实现。

一般来说，在电子设备中，RF EMF辐射(在电子RF设备中EMF辐射功率控制)，如果改变时，主要适合于最佳无线通信，但并不适合接近辐射源人体目标(或其他生命体)的存在。，系统700提供了一种检测人体到EMF辐射源的接近距离的方法，当提供最佳RF传输(例如无线通信)时，通过在人体面前减少RF EMF辐射(EMF功率)，该系统能够为电子设备提供较为安全的使用条件。

在一个实施例中，系统700是一个低成本、小型化的人体检测系统，其能够辨别人体目标和无生命体目标。如果检测到人体接近时，系统700能够很容易地减少RF EMF辐射。系统700对制造满足辐射规则和特定吸收率(SAR)的严格标准的具有RF EMF辐射源的电子设备具有重大优势。

系统700利用不同规格的传感器108、110和电子元件116，以便于近距离的人体的检测(检测到目标102是人体目标，而不是无生命体目标)。在一个施实例中，电子元件116能够采用近距离检测算法，其能够处理来自ADC 602的信号604、606，该ADC 602包含有电容值C1和C2。该近距离检测算法还可以利用差值(C2-C1)和比值(C2/C1)，以便于在人体目标和无生命体目标之间的目标102的辨别，其中，这些值的变化取决于传感器108、110所面对的目标102的类型。

当检测到有人体接近电子设备，传感器108，110和/或辐射源时，电子元件116能够发送信号702(例如反馈信号)给电子装置的辐射控制设备704。响应于信号702，放射控制设备704能够限制RF EMF辐射706(也就是说限制射频(RF)输出功率)。因此，检测到接近该电子装置的人体受到RF EMF射线照射暴露也受到限制。也就是说，当人体被辨别接近该电子设备时，电磁辐射功率或来自辐射源的暴露时间能够被限制。

图8-10展示了以流程图的方式示出的方法。为了简化解释，该方法被描述，并作为一系列动作进行描述。然而该方法并不受限于所示 出的动作行为和动作的顺序。例如，动作行为可以以不同的顺序发生和/或同时发生，也可以结合其他本文中没有提及和描述的动作行为。另外，可以进一步意识到，该方法可以在一种产品上实现(例如便携式电子设备)，以便于传输和传递该方法。

参考图8，根据本发明的实施例，示出了用于辨别人体目标和无生命体目标的方法800的流程图。在单元802中，处理来自具有第一形状(面积、周长、周边，或类似者)的第一传感器的第一电容和来自具有不同形状的第二传感器的第二电容。该第一传感器和第二传感器是电容式传感器。在一个实施例中，第一传感器和第二传感器由导电材料制成。

第一传感和第二传感器具有不同的形状(比如一个或多个不同的面积、不同的周长或不同的周边)或结构。第一传感器和第二传感器以二维对称排列(图3和图4)或完全对称(图5)排列彼此接近放置(图2)。

第一电容和第二电容由接近第一传感器和第二传感器的目标所产生。在单元804中，基于第一电容和第二电容，能够确定接近第一传感器和第二传感器的目标类型(例如通过电子元件116)。另外，也可以利用第一电容和第二电容的差值和/或比值来确定。

确定能够通过近距离检测算法(存储在存储器，并由处理器执行)来完成，该算法利用第一电容、第二电容、第一电容和第二电容之间的差值以及第一电容和第二电容的比值来实现感测目标的接近距离和/或便于确定该目标是否是人体目标还是无生命体目标。

根据该近距离检测算法，所接近的目标和两个传感器之间的总的等效电容是平行板(面积)电容和边缘(周长或周边)电容之和。当目标接近传感器时，在目标和每个传感器之间的EMF线将随时间不同地变化。随时间变化的电容分布也取决于所接近的目标的尺寸大小和材料介质特性。因此，辨别具有不同特性目标时有可能的，诸如人体目标和无生命体目标。

使用电容绝对值(C1和C2)，以及他们的差值(C2-C1)和比值(C2/C1)，该近距离检测算法随时处理包含电容信息分布的信号，这些值不同的变化取决于该传感器面对目标的类型。这考虑到在人体目 标和无生命体目标之间的辨别。

参考图9，其根据本发明的实施例示出了方法900的流程图，该方法基于数字信号，辨别人体目标和无生命目标。为了检测接近的人体，两个传感器被使用。这两个传感器是两个不同形状的电容式传感器。传感器感测感测由接近目标(例如，电子设备或辐射/放射源)所产生的电容。该传感器发送电容模拟信号用于进一步处理。

在单元902，将来自不同尺寸的两个传感器的模拟电容信号转换成数字信号。在一个实施例中，这种转换通过模数转换器来实现。在另一个实施例中，这种转换通过能够测量电容值(C1和C2)的时分复用电容数字转换器完成。

在单元904，数字信号被处理(例如，通过数字信号处理器)，以确定生成电容的目标类型(人体目标或无生命体目标)。根据近距离检测算法(被存储在存储器中，并被处理器执行)，数字信号能够被处理，该近距离检测算法使用一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电容和第二电容的差(C2-C1)以及第一电容和第二电容的比值(C2/C1)，以感测目标的接近距离感测和/或便于辨别该目标是人体目标还是无生命体目标。

根据该近距离检测算法，接近的目标与两个传感器之间总等效电容是平行板(面积)电容和边缘(周长或周边)电容之和。当目标接近该传感器时，该目标与每个传感器之间的EMF线将随着时间不同地变化。随时的电容分布也取决于所接近目标的尺寸大小和材料介质特性。因此，能够辨别出具有不同特性的目标，诸如人体目标和无生命体目标，该无生命体目标诸如桌子、椅子、袋子，或类似者。

使用电容绝对值(C1和C2)，还有它们的差值(C2-C1)和比值(C2/C1)，该近距离检测算法处理随时处理包含电容信息分布的信号。这些值不同的变化取决于该传感器面对的目标类型。这考虑到在人体目标和无生命体目标之间的辨别。参考图10，其根据本发明的实施例示出了方法1000的流程图，当人体接近时，该方法可以减少辐射。在单元1002，人体接近辐射源时被感测到。不同尺寸的传感器可以感测目标接近该辐射源时所产生的电容。该电容能够用于(例如，根据近距离检测算法)确定目标是人体目标或是无生命体。

在单元1004，当人体被感测到接近传感器和/或辐射发射器时，辐射发射被减少。当人体被检测到接近时，信号(例如，反馈信号)被传送到电子设备的发射控制设备。响应于该信号，该发射控制设备能够限制RF EMF发射(也就是说限制RF输出功率)。因此，为了接近电子设备而检测到的人体，，限制了RF EMF辐射暴露。换句话说，当辨别出人体接近该电子设备时，电磁辐射功率或来自辐射源的暴露时间能够被限制。

通过减少人体接近电子设备时的辐射，方法1000为具有RF EMF辐射源的电子设备制造商提供了明显的优势，该电子设备以满足发射规则和特定特吸收率(SAR)的严格标准。

上述示例性实施例的描述，包括摘要中所描述的，并不是穷举性示例或把公开的实施例局限于精确的公开形式。文中描述的特定实施例和例子只是为了示例性说明的目的，相关领域的技术人员可以理解，在所描述的实施例和例子的范围内，可以考虑各种变型。

本文中所使用的词语“例子”可用意为例子、示例或图例。为了避免混淆，本文中所描述的主题并不受限于这些例子。另外，本文中作为例子所描述的任何特征或设计不必解释为优于其他的特征或设计，也不排除对于本领域技术人员来说已知的等效结构和技术。并且，在一定程度上，在详细说明或权利要求书中所用到的术语“包括”、“具有”、“包含”和其他相似的词汇是包容性的，并与作为开放式连接词“由…组成”具有相同的使用方式，即不排除附加的或其他的元素。

尽管本文对本发明主题结合不同的实施例和相应的附图进行了详细的描述，但对于适合应用的场合，可以理解，其他相似的实施例也可以使用，或者在没有违背本发明主旨的前提下针对描述的实施例所做的修改和增添也可以执行与本发明相同、相似、可替换的或置换功能。因此，本发明不应受限于文中描述的任何单个实施例，而应该解释为在广度和范围上与所附的权利要求相一致。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种系统，包括：

包括第一形状的第一传感器，其中所述第一传感器检测与目标相 关的第一电容；

包括第二形状的第二传感器，所述第二形状不同于所述第一形状， 其中所述第二传感器检测与所述目标相关的第二电容；以及

电子元件，其处理所述的第一电容和第二电容，以便于辨别所述 目标是人体还是非人类目标。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述第一传感器包括第一面积和第一周长；

其中所述第二传感器包括第二面积和第二周长；并且

其中所述第一面积不同于所述第二面积。

3.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述第一传感器包括第一面积和第一周长；

其中所述第二传感器包括第二面积和第二周长；并且

其中所述第一周长不同于所述第二周长。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子元件基于包括第一 电容和第二电容的电容之和便于进行所述辨别。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子元件基于所述第一 和第二电容的差值便于进行所述辨别。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子元件基于所述第一 和第二电容的比值，确定所述目标是人体还是非人类目标。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子元件包括：

模数转换器，其将所述第一电容和第二电容转换为第一数字信号 和第二数字信号；以及

数字处理单元，其基于所述第一数字信号和第二数字信号确定所 述目标是人体还是非人类目标。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括响应于基于所述第一电容 和第二电容确定所述目标是人体而改变辐射发射的辐射源。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括辐射源，响应于基于所述 第一电容和第二电容确定所述目标是人体而限制电磁辐射功率的辐 射源。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述的第一传感器和第二 传感器是部分对称的传感器或完全对称的传感器。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器和第二传 感器包括导电材料。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器和第二传 感器由连接至有源偏置驱动器的屏蔽物所包围，所述有源偏置驱动器 追踪对应于所述第一传感器和第二传感器的电压。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子元件包括时分复 用电容数字转换器。

14.一种方法，包括：

使用对应于第一形状的第一传感器确定第一电容；

使用对应于第二形状的第二传感器确定第二电容，所述第二形状 不同于所述第一形状；以及

基于所述第一电容和第二电容，确定接近所述的第一传感器和第 二传感器目标的类型。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述第一传感器包括第一面积和第一周长；

其中所述第二传感器包括第二面积和第二周长；并且

其中所述第一面积不同于所述第二面积。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述第一传感器包括第一面积和第一周长；

其中所述第二传感器包括第二面积和第二周长；并且

其中所述第一周长不同于所述第二周长。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述确定包括：

计算所述第一电容和第二电容之间的差值；以及

基于所述差值确定所述目标的类型。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述确定包括：

计算所述第一电容和第二电容之间的比值；以及

基于所述比值确定所述目标的类型。

19.一种装置，包括：

第一传感器，检测第一电容，并对应于第一形状；

第二传感器，检测第二电容，并对应于第二形状，所述第二形状 不同于所述第一形状；以及

电子元件，基于所述第一电容和第二电容，确定接近所述装置的 目标是否是人体目标，而不是非人类体目标。

20.根据权利要求19所述的装置，进一步包括辐射发射器，其响 应于确定所述目标是人体而减小所发射的辐射。