具有固定输出的传感器阵列的制作方法
具有固定输出的传感器阵列的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及环境传感器领域、相关联的方法和装置，以及尤其关注传感器阵列，该 传感器阵列使得能够减少测量电子产品的复杂度。某些公开的示例方面/实施例涉及便携 式电子设备，特别地，所谓的手持便携式电子设备，其在使用中可以是手持式的（尽管在使 用中可以将它们放在托架上）。此类手持便携式电子设备包含所谓的个人数字助理（PDAs) 和平板PCs。
[0002] 根据一个或多个所公开的示例方面/实施例的便携式电子设备/装置可以提供 一个或多个音频/文本/视频通信功能（例如，电信、视频通信和/或文本传输，短消息服 务（SMS)/多媒体消息服务（MMS)/电子邮件收发功能，交互式/非交互式观看功能（例如， 网络浏览、导航、TV/节目观看功能）、音乐记录/播放功能（例如，MP3或其它格式和/或 (FM/AM)无线电广播记录/播放）、数据的下载/发送功能、图像捕获功能（例如，使用（例 如内建的）数字相机），以及游戏功能。
【背景技术】
[0003] 当前，有对低成本环境传感器的需求，该低成本环境传感器产生电输出信号，该电 输出信号依赖于一个或多个物理参数（诸如，温度和/或湿度）。然而，使用许多材料，针对 某些参数的电气性质的非线性灵敏度意味的是，需要模拟信号调节。与数字电子产品相比， 模拟电子产品典型地成本高并且功耗大，因为需要使噪声保持最小化。因此，针对模拟测量 电子产品的要求大大地增加了传感器的成本和复杂度。
[0004] 本文中公开的装置和方法可能解决或可能不解决这个问题。
[0005] 在先发布的文档和在本说明书中的任何背景中的列表或论述不应当必须被认为 是承认该文档或背景是现有技术的一部分或是公知常识。本公开的一个或多个方面/实施 例可以解决或可以不解决背景问题中的一个或多个背景问题。
【发明内容】
[0006] 根据第一方面，提供了一种包括传感器阵列和控制器的装置，所述传感器阵列被 配置为响应于环境刺激来产生阵列输出值，
[0007] 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自 的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为 基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值，
[0008] 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述 公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的 各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处。
[0009] 所述参考值可以是基本上恒定阈值。所述控制器可以被配置为控制开关以使所述 阵列输出值保持在阈值处。所述装置可以被配置为：当所述阵列输出值在所述阈值处时，使 得能够使用所述开关的配置进行环境刺激的测量。所述装置可以被配置为允许多种不同的 开关配置。每种配置可以对应于不同的环境刺激值。所述装置可以被配置为：使得能够使 用不同的开关配置的预定校准进行环境刺激的测量。
[0010] 所述参考值可以是预定义范围。所述控制器可以被配置为控制开关以使阵列输出 值保持在所述预定义范围内。所述装置可以被配置为：当所述阵列输出值在所述预定义范 围内时，使得能够使用所述阵列输出值进行环境刺激的测量。所述装置可以被配置为允许 多种不同的开关配置。每种配置可以对应于环境刺激值的不同范围。所述装置可以被配置 为：使得能够使用与阵列输出值结合的当前开关配置的预定校准进行环境刺激的测量。 [0011] 所述装置可以被配置为使得各自传感器的第一电极和/或第二电极的面积在所 述传感器阵列的邻近传感器之间增加。第一电极和/或第二电极的面积可以从传感器阵列 的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。
[0012] 所述装置可以被配置为使得各自传感器的第一电极和第二电极之间的间距在所 述传感器阵列的邻近传感器之间增加。第一电极和第二电极之间的间距可以从传感器阵列 的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。
[0013] 传感器，或它们各自的第一电极，可以在彼此之间具有在一维、二维或三维中的规 则间距。传感器，或它们各自的第一电极，可以形成同心或半同心的传感器/电极阵列。传 感器，或它们各自的第一电极，可以被布置为形成一连串的邻近传感器/电极，它们从传感 器阵列的中心螺旋向外。
[0014] 各自传感器的第一电极和/或第二电极可以被布置为形成叉指型或平行板电极 的阵列。传感器可以串联或并联地彼此连接。传感器可以是电容式的、电阻式的、电感式的、 电流源或电压源（例如，光电二极管）传感器。每个传感器可以包括介电材料，该介电材料 被配置为防止在第一电极和第二电极之间的电流的流动，以便产生各自的输出。
[0015] 开关可以是模拟开关或场效应晶体管。
[0016] 环境刺激可以是以下中的一个或多个：在传感器阵列所位于的环境中的化学或 生物物质的浓度、在所述环境中的液体或气体的浓度、所述环境的相对湿度、所述环境的温 度，以及应用于所述传感器阵列中的一个或多个传感器的压力。每个传感器可以展现出针 对环境刺激的非线性和指数响应中的一个或多个。
[0017] 所述装置可以是以下中的一个或多个：电子设备、便携式电子设备、便携式电信设 备、传感器，以及针对上述中的一个或多个的模块。
[0018] 所述装置可以包括：在传感器阵列和控制器之间连接的接口电路。该接口电路被 配置为将阵列输出值转换成适合于由控制器使用的形式。该接口电路可以包括以下中的一 个或多个：电容至电压转换器、张弛振荡器，以及开关电容器sigma-delta布置。所述装置 可以包括测量电路，该测量电路被配置为测量阵列输出值。该测量电路可以包括：模拟至数 字转换器或比较器。
[0019] 根据另一个方面，提供了涉及装置的使用的方法，
[0020] 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来 产生阵列输出值，
[0021] 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自 的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为 基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值，
[0022] 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述 公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的 各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处，
[0023] 其中所述方法包括：由所述控制器使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器 连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接 的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在 参考值处。
[0024] 本文中公开的任何方法的步骤不是必须以所公开的精确顺序来执行，除非明确地 指出或由本领域的技术人员理解。
[0025] 用于实现本文中公开的方法中的一个或多个方法的相应的计算机程序（其可以 被记载在载体上或不被记录在载体上）也在本公开内以及由所描述的示例实施例中的一 个或多个示例实施例涵盖。
[0026] 根据另一个方面，提供了包括计算机代码的计算机程序，所述计算机代码被配置 为控制装置的使用，
[0027] 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来 产生阵列输出值，
[0028] 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自 的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为 基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值，
[0029] 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述 公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的 各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处，
[0030] 其中所述计算机代码被配置为：使用所述控制器，使用各自的开关来控制传感器 中的哪些传感器连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距， 使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列 输出值被保持在参考值处。
[0031] 本公开包含在孤立中或在各种组合中的一个或多个对应的方面、示例实施例或特 征，而不管在该组合中或在孤立中是否被明确地阐明（包含要求保护）。用于执 行所论述的 功能的一个或多个功能的对应的构件也在本公开内。
[0032] 上述概述旨在仅是示例性和非限制性的。
【附图说明】
[0033] 现在参照附图仅作为示例来给出描述，其中：
[0034] 图la示出了平行板电容式传感器；
[0035] 图lb示出了叉指型电容式传感器；
[0036] 图2示出了典型的感测系统；
[0037] 图3a示出了电容至电压转换器；
[0038] 图3b示出了电容至电压转换器的输出电压如何随着时间而变化；
[0039] 图4a示出了包括用于测量传感器的输出值的模拟至数字转换器的感测系统；
[0040] 图4b示出了包括用于测量传感器的输出值的比较器电路的感测系统；
[0041] 图5示出了在两个不同温度处根据相对湿度的石墨烯氧化物的电容；
[0042] 图6a示出了平行板电容式传感器的电极面积和间距；
[0043] 图6b示出了叉指型电容式传感器的电极面积和间距；
[0044] 图7示出了 3x3传感器阵列，该3x3传感器阵列包括通过各自开关连接到公共输 出端子的多个相同传感器；
[0045] 图8示出了 2x2传感器阵列，该2x2传感器阵列包括通过各自开关连接到公共输 出端子的多个相同传感器；
[0046] 图9示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，电极面积从一个传感器到下一个传 感器而增加；
[0047] 图10示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，电极间距从一个传感器到下一个传 感器而增加；
[0048] 图11示出了具有半同心电极布置的传感器阵列；
[0049] 图12示出了具有同心电极布置的传感器阵列；
[0050] 图13示出了具有螺旋电极布置的传感器阵列；
[0051] 图14a示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，个体传感器并联地彼此连接；
[0052] 图14b示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，个体传感器串联地彼此连接；
[0053] 图15示出了包括本文描述的传感器配置的装置；
[0054] 图16示出了使用本文中描述的装置的方法的主要步骤；以及
[0055] 图17示出了包括计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序被配置为执行、控 制或启用图16的方法。
[0056] 特别地，图7-17涉及本公开的特定实施例。
【具体实施方式】
[0057] 电容式传感器106包括通过介电材料103分离的第一电极101和第二电极102。 电极典型地具有平行板（图la)或叉指型（图lb)构型。在平行板构型中，电极101、102 中的一个或两者可以是多孔的以允许传感器106与周围环境104相互作用。在叉指型构型 中，电极101、102通常被支撑在下面的基底105上，其中介电材料103被沉积在电极101、 102和基底105上。
[0058] -般由下式给出电容式传感器的电容：
[0059]C=e〇erG(A,d) 方程式 1
[0060] 其中e^是自由空间介电常数，、是介电材料103的相对介电常数，A是电极101、 102的面积，d是它们之间的间距，以及G是依赖于传感器几何形状的函数（针对平行板电 容式传感器，其简化为A/d)。针对一些材料，诸如聚3-辛基噻吩或石墨烯氧化物，\是环 境参数（例如，湿度）的函数，意味的是传感器的电容直接与这个参数有关。
[0061] 除了传感器自身之外，感测系统（在图2中说明的）典型地包括控制器，该控制器 负责控制传感器以及还能够负责处理传感器数据，以及在传感器和控制器之间连接的接口 电子产品，该接口电子产品被配置为将传感器输出转换成适用于由控制器使用的形式。该 控制器还可以被配置为将信令发送给其它设备组件以使得能够进行传感器数据的存储、显 示和传输。另外，控制器可以被配置为响应于所接收的传感器数据来调整接口电子产品的 设置（例如，增益或偏移（offsets))，以便避免信号的饱和。
[0062] 已经针对电容式感测系统开发了各种各样的接口电子产品。示例包含电容至电压 转换器、张弛振荡器，以及开关电容器sigma-delta布置。在电容至电压转换器（在图3a 中示出）中，两个开关（SJPS2)由不同相的电压脉冲来驱动以反复地对电容式传感器（Cs) 进行充电和放电。在每个周期期间，当开关Si闭合时，电荷数量（Q~V+CS)从正极流动到 传感器上（假设的是，V+保持远大于集成电容器的电压）。当开关Si关断以及开关S2闭合 时，电荷从传感器流动到集成电容器沁），在输出处的电压增加了Q/Q。因此，在N个周期 后，在输出处的电压由下式给出：
[0064] 它与传感器电容成比例。重置开关（S3)用于在测量之间清除来自集成电容器的 电荷。由于等效并联电阻，其允许被存储在传感器上的电荷耗散，因此许多传感器材料展现 出泄露。因此，切换时间段必须基本上短于传感器的RC常数以防止这种泄露使结果失真。
[0065] 图3b示出了施加于开关SpSjPSs的电压信号连同所产生的输出电压。接着，可 以由模拟至数字转换器（如在图4a中示出的）来对该输出电压进行采样以给出绝对电容 读数，或参考电压和比较器（如在图4b中示出的）可以用于提供阈值测量，当传感器具有 预定义的电容值时，触发该阈值测量。
[0066] 如在背景部分中提及的，一些传感器材料针对某些环境参数展现出非线性电子响 应。一个示例是石墨烯氧化物膜的观测到的并联电容，该观测到的并联电容随着相对湿度 指数地变化（见对数y轴）（如在图5中示出的）。这种非线性行为严重地限制了输入范 围，在该输入范围上，感测系统能够提供准确的测量而不需要另外的模拟组件，诸如对数或 可变增益放大器。
[0067] 本文中公开的装置和方法可以解决或可以不解决这个问题。尽管以下论述参考电 容式感测系统，但是本技术也应用于其它感测系统，例如，电阻式或电感式感测系统。在电 阻式或电感式感测系统中，阵列中的每个传感器将被配置为使得它的电阻或电感随着一个 或多个环境参数（例如，温度和/或湿度）而（分别）变化。在这种场景中，在第一电极和 第二电极的面积和/或间距中的改变可以用于补偿在电阻或电感中的变化。
[0068] 本技术还能够应用于担当电流源或电压源的传感器。例如，在光电导模式中操作 的光电二极管表现为电流源，而在光伏模式中操作的光电二极管表现为电压源。针对电流 源传感器，该传感器必须被连接成并联配置。那么，因为基尔霍夫第一定律，组合传感器的 电流是个体传感器电流的和（参考后面的方程式3)。在这种情况下，互阻抗放大器（电流 至电压转换器）用在接口电子产品中。在另一方面，针对电压源传感器，传感器被布置成串 联配置。基尔霍夫第二定律意味的是，在这种情况下，输出电压是由每个传感器产生的个体 电压的和（再次，参照方程式3)。
[0069] 如由方程式1示出的，以及在图6a和图6b中说明的，平行板（图6a)或叉指型 (图6b)电容式传感器606的电容依赖于电极601、602的面积（A)和间距（d)。在本装置 中利用这个方面以创建测量环境刺激的可替代的方法。
[0070] 本装置包括传感器阵列707 (在图7中的平面图中示出了它的一个示例），该传 感器阵列707被配置为响应于环境刺激而产生阵列输出值。传感器阵列包括多个传感器 706 (在这种情况下，3x3阵列的传感器706)和连接到传感器706的各自输出709的公共输 出端子708。每个传感器706具有第一电极和第二电极，第一电极和第二电极被配置为基于 第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境704中的各自传感器 输出值。每个传感器706还包括在第一电极和第二电极之间的传感器材料，取决于环境刺 激，该传感器材料的电气性质是非线性的（例如指数的）。当传感器706是电容式传感器时， 传感器材料包括介电材料，该介电材料被配置为防止在第一电极和第二电极之间的电流的 流动，以便产生各自的输出值。
[0071] 所使用的传感器材料将依赖于由传感器阵列707所测量的特定的环境刺激。环境 刺激可以是以下中的一个或多个：（例如）在传感器阵列707所位于的环境704中的化学 或生物物质的浓度、在所述环境704中的液体或气体的浓度、所述环境704的相对湿度、所 述环境704的温度，以及应用于传感器阵列707中的一个或多个传感器的压力。某些传感 器材料（诸如石墨烯氧化物）对超过一种环境参数（诸如湿度和温度，如从图5是清楚的） 是敏感的。在感测系统包括此类材料的情况下，可能需要结合传感器阵列来使用参考传感 器，以便能够从原始传感器数据移除任何另外的环境参数的影响。例如，在基于石墨烯氧化 物的湿度传感器的情况下，可能需要温度传感器（参考传感器）以便评估相对湿 度。
[0072] 该装置还包括控制器（在图7中未示出），控制器被配置为使用各自的开关 710(例如，模拟开关或场效应晶体管）来控制传感器706中的哪些传感器连接到公共输出 端子708以改变传感器阵列707的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器706的 各自传感器输出值的贡献，在公共输出端子708处的阵列输出值被保持在参考值处。术语 "有效面积"指的是连接的传感器706的组合电极面积，而术语"有效间距"指的是这些连接 的传感器706的平均电极间距。
[0073] 本装置能够用于两种不同的模式：阈值模式和绝对模式。现在将依次描述这些模 式。
[0074] 阈值模式
[0075] 在阈值模式中，参考值是基本上恒定阈值，以及控制器被配置为控制开关710以 使阵列输出值保持在阈值处。在这种场景中，可以从开关710的配置来确定环境刺激的测 量。为了解释这是如何工作的，让我们考虑：传感器阵列707 (包括基于石墨烯氧化物的传 感器706)用于测量周围环境704的湿度。在能够使用传感器阵列707之前，需要在控制的 环境中（例如在环境控制的控制室中）来校准它。
[0076] 开始校准，所有的开关710被闭合，湿度被设置为零，以及阵列输出值（阈值）被 记录。重要的是，阈值落入传感器测量电路的能够检测的范围内（例如，x-y)。在这种配 置中（其表示有用的输出范围的底部），在阵列707中的每个传感器706贡献于阵列输出 值。接着，逐渐地增加湿度，使得在传感器阵列707的总电容中增加。为了补偿在电容中的 这种增加，控制器于是关断其中一个开关710以使阵列输出保持在阈值处。通过关断开关 710,减少了传感器阵列707的有效面积，导致在传感器阵列707的总电容中的降低。随着 湿度进一步增加，关断更多数量的开关710,以便使阵列输出值保持恒定（在阈值处）。当 这种情况正在发生时，对应于每种湿度级别的开关配置被记录以供以后使用。因为开关710 能够处于关断状态或闭合状态中，因此能够由唯一的二进制数来表示不同的开关配置中的 每种开关配置。这个过程继续直到仅一个开关710保持被闭合。这种开关配置表示有用的 输入范围的顶端。
[0077] 现在，传感器阵列707能够测量周围（外部）环境704的湿度。为了实现这个方 面，传感器阵列707被暴露于环境704以及控制器依次地循环通过所记录的开关配置中的 每种开关配置，直到阵列输出值等于阈值。一旦达到阈值，则将对应的开关配置与预定的校 准数据进行比较以找到匹配，以及确定当前的湿度。
[0078] 在阈值模式中，传感器阵列707的准确性依赖于不同的开关配置的数量。这是因 为每个配置对应于特定的环境刺激值。因此，从准确性方面，更好的是在阵列707中具有合 理的大数量的传感器706 (尽管实际数量将依赖于期望的测量范围而变化）。
[0079] 绝对模式
[0080] 绝对模式使得能够通过利用以下事实使用阵列807中的更少的传感器806来做出 环境刺激的准确测量：每个传感器配置能够用于测量刺激值的范围（而不是仅离散的刺激 值），而不管传感器材料的非线性依赖性。因此，在绝对模式中，参考值是预定义范围，以及 控制器被配置为控制开关810以使阵列输出值保持在预定义范围内。在这种场景中，能够 从开关810的配置结合针对该特定开关配置的绝对阵列输出值，来确定环境刺激的测量。
[0081] 为了说明这种情况，让我们考虑：在图8中的平面图中示出的2x2传感器阵列（包 括基于石墨烯的传感器806)用于测量周围环境804的湿度。正如阈值模式，在能够使用 传感器阵列807之前，必须在控制的环境（诸如环境控制的控制室）中来校准传感器阵列 807〇
[0082] 开始校准，所有的开关810被闭合以产生第一开关配置，湿度被设置为零，以及阵 列输出值被记录。重要的是，这种初始阵列输出值落入传感器测量电路的能够检测的范围 内。接着，逐渐地增加湿度，使得在传感器阵列807的总电容中增加。贯穿于这个过程，记 录输出对湿度数据。在某一湿度级别（例如，25%)，阵列输出值将超过测量电路的能够检 测的范围（例如x-y)，导致饱和信号。
[0083] 一旦已经达到饱和，则控制器关断其中一个开关810以产生第二开关配置以及减 少传感器阵列807的有效面积，以及重新开始校准。针对第二开关配置的校准可以从25% 开始以继续，从那里先前的校准停止，或它可以从较低的湿度（例如，〇%)开始。由于更小 的有效面积的结果，相对于第一开关配置而言，减少了针对给定湿度的电容，允许第二开关 配置用于测量不同的湿度范围。出于这种示例的目的，让我们假设：当湿度在25%和50% 之间时，第二开关配置产生在x和y之间的阵列输出值，超过50%它饱和。接着，针对剩余 的两种开关配置再次重复校准过程：包括两个关断开关810的第三开关配置和包括三个关 断开关810的第四开关配置。
[0084] 因此，校准实验确定湿度范围（或其它环境参数），在该湿度范围（或其它环境参 数）内，每个开关配置能够用于产生能够检测的阵列输出值。在这种情况下，例如，校准实 验可以推断的是，第一开关配置能够用于测量在0%和25%之间的湿度值，第二开关配置 能够用于测量在25%和50%之间的湿度值，第三开关配置能够用于测量在50%和75%之 间的湿度值，第四开关配置能够用于测量在75%和100%之间的湿度值。校准实验还提供 针对不同开关配置中的每种开关配置的输出对湿度（校准）数据。
[0085] -旦校准完成，则传感器阵列807能够用于测量周围（外部）环境804的湿度。为 了实现这个方面，传感器阵列807被暴露于环境804,以及控制器依次地循环通过所记录的 开关配置中的每种开关配置，直到阵列输出值落入测量电路的能够检测的范围内。一旦阵 列输出值落入该能够检测的范围内，则记录对应的开关配置，以及将绝对输出值与针对该 特定开关配置的预定的校准数据进行比较以确定当前的湿度。
[0086] 不是使用相同的传感器阵列，阵列可以包括具有不同的电极面积和/或间距的多 个传感器。以这种方式，替代调整连接到公共输出端子的传感器的数量以便使阵列输出值 保持在阈值处（阈值模式）或在预定义范围内（绝对模式），连接到公共输出端子的特定传 感器可以是各种各样的。这个技术工作是因为，针对给定湿度级别（或其它环境参数），每 种传感器展现出不同的电容以及导致不同的阵列输出值。
[0087] 图9示出了包括四个传感器906的传感器阵列907 (在平面图中），每个传感器具 有不同的电极面积。这里，从一个传感器906到另一个传感器，第一电极和第二电极的面 积加倍（导致针对给定湿度在电容中的对应增加），但是替代地，该面积可以在邻近传感器 906之间指数地增加或一种数量级来增加。此外，不是改变电极对的两个传感器电极的面 积，而是将能够改变该对的一个电极的面积同时保持另一个恒定。例如，第二电极可以是导 电材料层，在该导电材料层上沉积每个传感器906的传感器材料和第一电极。在这种场景 中，针对阵列907中的所有传感器906而言，第二电极将是公共的。
[0088] 图10示出了包括四个传感器1006的另一种传感器阵列1007 (在横截面中）。这 次，替代改变第一电极1001和/或第二电极1002的面积，从一个传感器1006到另一个传感 器来改变电极间距。正如电极面积，在电极1〇〇1、1〇〇2之间的间距可以在邻近传感器1006 之间双倍增加，指数地增加或一种数量级来增加。
[0089] 实际上，能够使用在电极面积中的改变和在电极间距中的改变两者，以便将阵列 输出值保持在参考值处。例如，在图9中示出的传感器906中的每个传感器可以具有不同 的电极间距（如在图10中示出的）以及不同的电极面积。
[0090] 为了最好地补偿在阈值模式中的非线性传感器行为，传感器阵列应当理想地被配 置为使得传感器阵列的有效面积和/或间距能够根据相同的非线性函数而变化。例如，给 定石墨烯氧化物的电容随着相对湿度指数地变化，用于测量相对湿度的基于石墨烯氧化物 的传感器阵列应当被配置为使得该阵列的有效面积和/或间距从一种开关配置到下一个 开关配置而指数地变化。因此，在邻近传感器之间的电极面积（图9)和/或间距（图10) 中的变化，或在阵列（图7和图8)中的传感器的总数，将依赖于针对环境参数的传感器材 料的电气响应。
[0091] 应当注意的是，尽管在图7-10中示出的传感器阵列包括平行板电极（如在图la 和图6a中示出的），但是使用包括叉指型电极的传感器（如在图lb和图6b中示出的），能 够等同地应用以上提及的原理。
[0092] 此外，在先前示例中，传感器（或它们各自的第一电极）具有在一维、二维或可能 地三维中的规则的传感器间的间距。然而，针对一些应用，传感器阵列的总体尺寸可能是重 要的。例如，如果传感器阵列将用在有限的空 间中，则这可以应用，在这种情况下，设备微型 化将是重要的考虑。图11-13示出了某些不同的方式，在这些不同的方式中，传感器能够被 布置以形成更加紧凑的阵列。在图11中，各自传感器1106的第一电极1101 (尽管它可以 是完整的传感器1106)被布置以形成半同心阵列；在图12中，传感器1206(或它们各自的 第一电极1201)被布置以形成全同心阵列；以及在图13中，传感器1306(或它们各自的第 一电极1301)被布置以形成一连串的邻近传感器1306/电极1301，它们从传感器阵列1307 的中心螺旋地向外。在这些示例中的每个示例中，第一电极和/或第二电极的面积从阵列 中的一个传感器到下一个传感器而增加，但是电极间距也可以在邻近传感器之间而变化。
[0093] 另一种考虑是在阵列中的传感器是彼此串联还是并联。尽管，两种配置是可能 的，但是最佳选项将（至少部分地）依赖于接口电路，该接口电路用于将阵列输出值转换 成适用于由控制器使用的形式。针对参照图3a和图3b描述的电容至电压转换器而言，所 测量的电压与传感器的电容成比例。使用这种类型的系统，有意义的是并联地组合传感器 1406(如在图14a中示出的），以便传感器阵列1407的有效电容是个体传感器电容的和， 即：
[0094] Ceff=C1+C2+C3+... 方程式 3
[0095] 针对其它类型的接口电路，诸如张弛振荡器，测量结果可以与传感器的电容成反 比例。在此类系统中，可能更有用的是串联地组合传感器1406(如在图14b中示出的），以 便替代地，电容的倒数被求和，即：
[0097] 当传感器1406被并联连接时（如在图14a中示出的），公共输出端子1408经由各 种开关1410直接连接到传感器1406的各自输出。然而，当传感器1406被串联连接时（如 在图14b中示出的），公共输出端子1408直接连接到在串联中的最后一个传感器1425的输 出以及直接连接到其它传感器1406的各自输出。
[0098] 图15示出了本装置的一个示例。该装置可以是以下中的一个或多个：电子设备、 便携式电子设备、便携式电信设备、传感器，以及针对上述中的一个或多个的模块。在所 示出的示例中，该装置是电子设备1511，该电子设备1511包括本文中描述的传感器阵列 1507、接口电路1512、测量电路1513、电池1514、处理器/控制器1515、存储介质1516、电子 显示器1517、扬声器1518和传送器1519,它们通过数据总线1520彼此电连接。
[0099] 如前所述，传感器阵列1507包括多个传感器和公共输出端子，该公共输出端子连 接到各自的传感器输出，每个传感器包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极被配 置为基于第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值。
[0100] 处理器1515被配置为通过向其它组件提供信令和从其它组件接收信令以管理它 们的操作，用于装置1511的一般操作。另外，处理器1515被配置为使用各自的开关来控制 传感器中的哪些传感器连接到公共输出端子以改变传感器阵列1507的有效面积和/或间 距，使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在公共输出端子处的阵列输出 值被保持在参考值处（以及因此担当控制器）。处理器1515还可以被配置为基于开关配置 和具有（绝对模式）或不具有（阈值模式）绝对阵列输出值的校准数据来测量环境刺激。
[0101] 存储介质1516被配置为存储计算机代码，该计算机代码被配置为执行、控制或启 用装置1511的操作。存储介质1516还可以被配置为存储针对其它组件的设置。处理器 1515可以访问存储介质1516以检索组件设置以便管理其它组件的操作。存储介质1516还 可以被配置为存储针对供处理器1515在测量环境刺激中使用的不同的开关配置中的每个 开关配置的校准数据（例如，电容对湿度数据）。
[0102] 处理器1515可以是微处理器，包含专用集成电路（AISC)。存储介质1516可以是 暂时存储介质，诸如易失性随机存取存储器。在另一方面，存储介质1516可以是持久存储 介质，诸如硬盘驱动器、闪速存储器，或非非易失性随机存取存储器。
[0103] 接口电路1512被配置为将来自传感器阵列1507的输出信号转换为适用于由处理 器1515使用的形式。当电气性质是电容时，接口电路1512可以包括以下中的一个或多个： 电容至电压转换器、张弛振荡器，以及开关电容器sigma-delta布置。该测量电路1513被 配置为测量阵列输出值，以及可以包括模拟至数字转换器或比较器。
[0104] 电子显示器1517被配置为向装置1511的用户显示环境刺激的测量结果；扬声器 1518被配置为将该测量结果输出为由用户能够检测的音频信号（即，声音）；以及传送器 1519被配置为将该测量结果（和/或校准数据和阵列输出值）传送给诸如用户的移动电话 的远程装置。因此，传送器1519允许装置1511被放置在远离于用户的位置处，以便用户能 够（例如经由他/她移动电话）远程地监测环境条件。
[0105] 在图16中示意性地说明了使用本装置的方法的主要步骤1621-1623。
[0106] 图17示意性地说明了根据一个实施例的提供计算机程序的计算机/处理器可读 介质1724。在这个示例中，计算机/处理器可读介质1724是盘，诸如数字通用盘（DVD)或 光盘（CD)。在其它实施例中，计算机/处理器可读介质1724可以是已经以关于执行本发明 功能的此类方式被编程的任何介质。计算机/处理器可读介质1724可以是可移动存储设 备，诸如存储棒或存储卡（SD、小型SD、微型SD或纳米SD)。
[0107] 计算机程序可以包括计算机代码，该计算机代码被配置为执行、控制或启用图16 的方法步骤1621-1623中的一个或多个方法步骤。特别地，计算机代码可以被配置为：使用 控制器，使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到公共输出端子以改变传感器 阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，使在 公共输出端子处的阵列输出值保持在参考值处。
[0108] 在图中描绘的其它实施例已经拥有对应于更早描述的实施例的类似特征的参考 数字。例如，特征数字1也能够对应于数字101、201、301等。这些编号的特征可以出现在 图中，但是在这些特定实施例的描述内可能没有直接提及。在图中仍然提供这些参考数字 以帮助理解另外的实施例，特别是有关于类似更早描述的实施例的特征。
[0109] 技术读者将了解的是，可以由装置（该装置被布置为使得它们被配置为：仅当启 用（例如，接通或诸如此类）时，执行期望的操作）来提供任何提及的装置/设备和/或特 定提及的装置/设备的其它特征。在此类情况下，它们在非启用（例如，关断状态）中不必 使得适当的软件被载入到活动存储器中，以及在启用（例如，接通状态）中才载入适当的软 件。该装置可以包括硬件电路和/或固件。该装置可以包括被载入到存储器上的软件。此 类软件/计算机程序可以被记录在相同的存储器/处理器/功能单元上和/或在一个或多 个存储器/处理器/功能单元上。
[0110] 在一些实施例中，可以使用适当的软件对特定提及的装置/设备进行预编程以执 行期望的操作，以及其中能够通过用户下载"密钥"例如以解锁/启用该软件和它的相关联 功能来启用适当的软件以供使用。与此类实施例相关联的优点能够包含：当对设备而言需 要另外的功能时，降低对下载数据的要求，以及在感知到设备具有足够的容量以存储针对 可能没有被用户启用的功能的此类预编程软件的示例中，这能够是有用的。
[0111] 将了解的是，任何提及的装置/电路/元件/处理器可以具有除了提及的功能之 外的其它功能，以及可以由相同的装置/电路/元件/处理器来执行这些功能。一个或多 个公开的方面可以包含：记录在适当载体（例如，存储器、信号）上的相关联的计算机程序 和计算机程序（其可以是源/传输编码）的电子分发。
[0112] 将了解的是，本文中描述的任何"计算机"能够包括：一个或多个个体处理器/处 理元件的集合，其可以或可以不位于在相同的电路板，或电路板或甚至相同设备的相同区 域/方位上。在一些实施例中，任何提及的处理器中的一个或多个处理器可以分布在多个 设备上。相同或不同的处理器/处理单元可以执行本文描述的一个或多个功能。
[0113] 将了解的是，术语"信令"可以指被传送作为一系列的传送和/或接收的信号的一 个或多个信号。一系列信号可以包括一个、两个、三个、四个或甚至更多的个体信号分量或 不同的信号以组成所述信令。这些个体信号中的一些或所有信号可以同时地依次地被传送 /接收，和/或使得它们暂时地彼此覆盖。
[0114] 关于任何提及的计算机和/或处理器和存储器（例如，包含ROMXD-ROM等）的任 何论述，这些可以包括：计算机处理器、专用集成电路（ASIC)、现场可编程门阵列（FPGA)和 /或已经以执行本发明的功能的方式进行编程的其它硬件组件。
[0115] 在此，本申请独立地公开了本文中描述的每个个体特征以及两个或更多此类特征 的组合，鉴于本领域的技术人员的公知常识，总体来说在一定程度上能够基于本说明书来 实现此类特征或组合，而不管此类特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，以 及不限制于权利要求书的范围。申请人表明的是，所公开的方面/实施例可以由任何此类 个体特征或特征的组合组成。鉴于上述描述，对于本领域的技术人员将明显的是，可以在本 公开的范围内做出各种修改。
[0116] 虽然已经示出和描述以及指出了本发明的基本的新颖特征（如应用于其不同实 施例），但是将理解的是，在不背离本发明的精神的情况下，可以由本领域的技术人员在所 描述的设备和方法的形式和细节上做出各种省略和替代和改变。例如，清楚地旨在的是，那 些元件和/或方法步骤的所有组合（其以基本上相同的方式基本上执行相同的功能以获得 相同的结果）是在本发明的范围内。此外，应当认识到的是，结合任何公开的形式或实施例 示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以被并入任何其它公开的或描述的或 建议的形式或实施例作为设计选择的一般事项。此外，在权利要求书中，装置加功能的条款 旨在覆盖本文中描述的如执行所述功能的结构，以及不仅覆盖结构上等同而且覆盖等同结 构。因此，虽然钉子和螺丝钉可能不是结构上等同，在于钉子利用圆柱面以将木材部件紧固 在一起，而螺丝钉利用螺旋面，但是在紧固木材部件的环境中，钉子和螺丝钉可以是等同的 结构。
【主权项】
1. 一种包括传感器阵列和控制器的装置，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来 产生阵列输出值， 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传 感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于 所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感 器输出值， 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共 输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自 传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处。2. 权利要求1所述的装置，其中所述参考值是基本上恒定阈值，以及所述控制器被配 置为控制开关以使所述阵列输出值保持在所述阈值处，以及其中所述装置被配置为当所述 阵列输出值在所述阈值处时，使得能够使用所述开关的配置进行所述环境刺激的测量。3. 权利要求2所述的装置，其中所述装置被配置为允许多种不同的开关配置，每种配 置对应于不同的环境刺激值，以及其中所述装置被配置为使得能够使用不同的开关配置的 预定校准进行所述环境刺激的测量。4. 权利要求1所述的装置，其中所述参考值是预定义范围，以及所述控制器被配置为 控制开关以使所述阵列输出值保持在所述预定义范围内，以及其中所述装置被配置为当所 述阵列输出值在所述预定义范围内时，使得能够使用所述阵列输出值进行所述环境刺激的 测量。5. 权利要求4所述的装置，其中所述装置被配置为允许多种不同的开关配置，每种配 置对应于环境刺激值的不同范围，以及其中所述装置被配置为使得能够使用与所述阵列输 出值结合的当前开关配置的预定校准进行所述环境刺激的测量。6. 权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置为使得各自传感器的所述第一电极和 /或所述第二电极的面积在所述传感器阵列的邻近传感器之间增加。7. 权利要求6所述的装置，其中所述第一电极和/或第二电极的面积从所述传感器阵 列的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。8. 权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置为使得各自传感器的所述第一电极和 所述第二电极之间的间距在所述传感器阵列的邻近传感器之间增加。9. 权利要求8所述的装置，其中所述第一电极和所述第二电极之间的间距从所述传感 器阵列的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。10. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器，或它们各自的第一电极，在彼此之 间具有在一维、二维或三维中的规则间距。11. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器，或它们各自的第一电极，形成同心 或半同心的传感器/电极阵列。12. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器，或它们各自的第一电极，被布置为 形成一连串的邻近传感器/电极，它们从所述传感器阵列的中心螺旋向外。13. 权利要求1所述的装置，其中各自传感器的所述第一电极和/或所述第二电极被布 置为形成叉指型或平行板电极的阵列。14. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器串联或并联地彼此连接。15. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器是电容式的、电阻式的或电感式的传 感器。16. 权利要求1所述的装置，其中所述环境刺激是以下中的一个或多个：在所述传感器 阵列所位于的环境中的化学或生物物质的浓度、在所述环境中的液体或气体的浓度、所述 环境的相对湿度、所述环境的温度，以及应用于所述传感器阵列中的一个或多个传感器的 压力。17. 权利要求1所述的装置，其中每个传感器展现出针对所述环境刺激的非线性和指 数响应中的一个或多个。18. 权利要求1所述的装置，其中所述装置是以下中的一个或多个：电子设备、便携式 电子设备、便携式电信设备、传感器，以及针对上述中的一个或多个的模块。19. 一种涉及装置的使用的方法， 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来产生 阵列输出值， 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传 感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于 所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感 器输出值， 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共 输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自 传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处， 其中所述方法包括：由所述控制器使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接 到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传 感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考 值处。20. -种包括计算机代码的计算机程序，所述计算机代码被配置为控制装置的使用， 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来产生 阵列输出值， 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传 感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于 所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感 器输出值， 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共 输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自 传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处， 其中所述计算机代码被配置为：使用所述控制器，使用各自的开关来控制传感器中的 哪些传感器连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得 基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出 值被保持在参考值处。
【专利摘要】一种包括传感器阵列和控制器的装置，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来产生阵列输出值，所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感器输出值，所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处。
【IPC分类】G01R17/02, G01D3/024, G01R27/02, H03K17/00
【公开号】CN104903732
【申请号】CN201380069956
【发明人】M·阿斯特莱, S·博里尼, J·基维奥亚, T·吕海宁, E·斯皮戈内, D·魏, R·怀特
【申请人】诺基亚技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月4日
【公告号】EP2943802A1, US8823396, US20140197851, WO2014108598A1
【技术领域】
[0001] 本公开涉及环境传感器领域、相关联的方法和装置，以及尤其关注传感器阵列，该 传感器阵列使得能够减少测量电子产品的复杂度。某些公开的示例方面/实施例涉及便携 式电子设备，特别地，所谓的手持便携式电子设备，其在使用中可以是手持式的（尽管在使 用中可以将它们放在托架上）。此类手持便携式电子设备包含所谓的个人数字助理（PDAs) 和平板PCs。
[0002] 根据一个或多个所公开的示例方面/实施例的便携式电子设备/装置可以提供 一个或多个音频/文本/视频通信功能（例如，电信、视频通信和/或文本传输，短消息服 务（SMS)/多媒体消息服务（MMS)/电子邮件收发功能，交互式/非交互式观看功能（例如， 网络浏览、导航、TV/节目观看功能）、音乐记录/播放功能（例如，MP3或其它格式和/或 (FM/AM)无线电广播记录/播放）、数据的下载/发送功能、图像捕获功能（例如，使用（例 如内建的）数字相机），以及游戏功能。
【背景技术】
[0003] 当前，有对低成本环境传感器的需求，该低成本环境传感器产生电输出信号，该电 输出信号依赖于一个或多个物理参数（诸如，温度和/或湿度）。然而，使用许多材料，针对 某些参数的电气性质的非线性灵敏度意味的是，需要模拟信号调节。与数字电子产品相比， 模拟电子产品典型地成本高并且功耗大，因为需要使噪声保持最小化。因此，针对模拟测量 电子产品的要求大大地增加了传感器的成本和复杂度。
[0004] 本文中公开的装置和方法可能解决或可能不解决这个问题。
[0005] 在先发布的文档和在本说明书中的任何背景中的列表或论述不应当必须被认为 是承认该文档或背景是现有技术的一部分或是公知常识。本公开的一个或多个方面/实施 例可以解决或可以不解决背景问题中的一个或多个背景问题。
【发明内容】
[0006] 根据第一方面，提供了一种包括传感器阵列和控制器的装置，所述传感器阵列被 配置为响应于环境刺激来产生阵列输出值，
[0007] 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自 的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为 基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值，
[0008] 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述 公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的 各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处。
[0009] 所述参考值可以是基本上恒定阈值。所述控制器可以被配置为控制开关以使所述 阵列输出值保持在阈值处。所述装置可以被配置为：当所述阵列输出值在所述阈值处时，使 得能够使用所述开关的配置进行环境刺激的测量。所述装置可以被配置为允许多种不同的 开关配置。每种配置可以对应于不同的环境刺激值。所述装置可以被配置为：使得能够使 用不同的开关配置的预定校准进行环境刺激的测量。
[0010] 所述参考值可以是预定义范围。所述控制器可以被配置为控制开关以使阵列输出 值保持在所述预定义范围内。所述装置可以被配置为：当所述阵列输出值在所述预定义范 围内时，使得能够使用所述阵列输出值进行环境刺激的测量。所述装置可以被配置为允许 多种不同的开关配置。每种配置可以对应于环境刺激值的不同范围。所述装置可以被配置 为：使得能够使用与阵列输出值结合的当前开关配置的预定校准进行环境刺激的测量。 [0011] 所述装置可以被配置为使得各自传感器的第一电极和/或第二电极的面积在所 述传感器阵列的邻近传感器之间增加。第一电极和/或第二电极的面积可以从传感器阵列 的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。
[0012] 所述装置可以被配置为使得各自传感器的第一电极和第二电极之间的间距在所 述传感器阵列的邻近传感器之间增加。第一电极和第二电极之间的间距可以从传感器阵列 的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。
[0013] 传感器，或它们各自的第一电极，可以在彼此之间具有在一维、二维或三维中的规 则间距。传感器，或它们各自的第一电极，可以形成同心或半同心的传感器/电极阵列。传 感器，或它们各自的第一电极，可以被布置为形成一连串的邻近传感器/电极，它们从传感 器阵列的中心螺旋向外。
[0014] 各自传感器的第一电极和/或第二电极可以被布置为形成叉指型或平行板电极 的阵列。传感器可以串联或并联地彼此连接。传感器可以是电容式的、电阻式的、电感式的、 电流源或电压源（例如，光电二极管）传感器。每个传感器可以包括介电材料，该介电材料 被配置为防止在第一电极和第二电极之间的电流的流动，以便产生各自的输出。
[0015] 开关可以是模拟开关或场效应晶体管。
[0016] 环境刺激可以是以下中的一个或多个：在传感器阵列所位于的环境中的化学或 生物物质的浓度、在所述环境中的液体或气体的浓度、所述环境的相对湿度、所述环境的温 度，以及应用于所述传感器阵列中的一个或多个传感器的压力。每个传感器可以展现出针 对环境刺激的非线性和指数响应中的一个或多个。
[0017] 所述装置可以是以下中的一个或多个：电子设备、便携式电子设备、便携式电信设 备、传感器，以及针对上述中的一个或多个的模块。
[0018] 所述装置可以包括：在传感器阵列和控制器之间连接的接口电路。该接口电路被 配置为将阵列输出值转换成适合于由控制器使用的形式。该接口电路可以包括以下中的一 个或多个：电容至电压转换器、张弛振荡器，以及开关电容器sigma-delta布置。所述装置 可以包括测量电路，该测量电路被配置为测量阵列输出值。该测量电路可以包括：模拟至数 字转换器或比较器。
[0019] 根据另一个方面，提供了涉及装置的使用的方法，
[0020] 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来 产生阵列输出值，
[0021] 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自 的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为 基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值，
[0022] 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述 公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的 各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处，
[0023] 其中所述方法包括：由所述控制器使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器 连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接 的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在 参考值处。
[0024] 本文中公开的任何方法的步骤不是必须以所公开的精确顺序来执行，除非明确地 指出或由本领域的技术人员理解。
[0025] 用于实现本文中公开的方法中的一个或多个方法的相应的计算机程序（其可以 被记载在载体上或不被记录在载体上）也在本公开内以及由所描述的示例实施例中的一 个或多个示例实施例涵盖。
[0026] 根据另一个方面，提供了包括计算机代码的计算机程序，所述计算机代码被配置 为控制装置的使用，
[0027] 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来 产生阵列输出值，
[0028] 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自 的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为 基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值，
[0029] 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述 公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的 各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处，
[0030] 其中所述计算机代码被配置为：使用所述控制器，使用各自的开关来控制传感器 中的哪些传感器连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距， 使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列 输出值被保持在参考值处。
[0031] 本公开包含在孤立中或在各种组合中的一个或多个对应的方面、示例实施例或特 征，而不管在该组合中或在孤立中是否被明确地阐明（包含要求保护）。用于执 行所论述的 功能的一个或多个功能的对应的构件也在本公开内。
[0032] 上述概述旨在仅是示例性和非限制性的。
【附图说明】
[0033] 现在参照附图仅作为示例来给出描述，其中：
[0034] 图la示出了平行板电容式传感器；
[0035] 图lb示出了叉指型电容式传感器；
[0036] 图2示出了典型的感测系统；
[0037] 图3a示出了电容至电压转换器；
[0038] 图3b示出了电容至电压转换器的输出电压如何随着时间而变化；
[0039] 图4a示出了包括用于测量传感器的输出值的模拟至数字转换器的感测系统；
[0040] 图4b示出了包括用于测量传感器的输出值的比较器电路的感测系统；
[0041] 图5示出了在两个不同温度处根据相对湿度的石墨烯氧化物的电容；
[0042] 图6a示出了平行板电容式传感器的电极面积和间距；
[0043] 图6b示出了叉指型电容式传感器的电极面积和间距；
[0044] 图7示出了 3x3传感器阵列，该3x3传感器阵列包括通过各自开关连接到公共输 出端子的多个相同传感器；
[0045] 图8示出了 2x2传感器阵列，该2x2传感器阵列包括通过各自开关连接到公共输 出端子的多个相同传感器；
[0046] 图9示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，电极面积从一个传感器到下一个传 感器而增加；
[0047] 图10示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，电极间距从一个传感器到下一个传 感器而增加；
[0048] 图11示出了具有半同心电极布置的传感器阵列；
[0049] 图12示出了具有同心电极布置的传感器阵列；
[0050] 图13示出了具有螺旋电极布置的传感器阵列；
[0051] 图14a示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，个体传感器并联地彼此连接；
[0052] 图14b示出了传感器阵列，在该传感器阵列中，个体传感器串联地彼此连接；
[0053] 图15示出了包括本文描述的传感器配置的装置；
[0054] 图16示出了使用本文中描述的装置的方法的主要步骤；以及
[0055] 图17示出了包括计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序被配置为执行、控 制或启用图16的方法。
[0056] 特别地，图7-17涉及本公开的特定实施例。
【具体实施方式】
[0057] 电容式传感器106包括通过介电材料103分离的第一电极101和第二电极102。 电极典型地具有平行板（图la)或叉指型（图lb)构型。在平行板构型中，电极101、102 中的一个或两者可以是多孔的以允许传感器106与周围环境104相互作用。在叉指型构型 中，电极101、102通常被支撑在下面的基底105上，其中介电材料103被沉积在电极101、 102和基底105上。
[0058] -般由下式给出电容式传感器的电容：
[0059]C=e〇erG(A,d) 方程式 1
[0060] 其中e^是自由空间介电常数，、是介电材料103的相对介电常数，A是电极101、 102的面积，d是它们之间的间距，以及G是依赖于传感器几何形状的函数（针对平行板电 容式传感器，其简化为A/d)。针对一些材料，诸如聚3-辛基噻吩或石墨烯氧化物，\是环 境参数（例如，湿度）的函数，意味的是传感器的电容直接与这个参数有关。
[0061] 除了传感器自身之外，感测系统（在图2中说明的）典型地包括控制器，该控制器 负责控制传感器以及还能够负责处理传感器数据，以及在传感器和控制器之间连接的接口 电子产品，该接口电子产品被配置为将传感器输出转换成适用于由控制器使用的形式。该 控制器还可以被配置为将信令发送给其它设备组件以使得能够进行传感器数据的存储、显 示和传输。另外，控制器可以被配置为响应于所接收的传感器数据来调整接口电子产品的 设置（例如，增益或偏移（offsets))，以便避免信号的饱和。
[0062] 已经针对电容式感测系统开发了各种各样的接口电子产品。示例包含电容至电压 转换器、张弛振荡器，以及开关电容器sigma-delta布置。在电容至电压转换器（在图3a 中示出）中，两个开关（SJPS2)由不同相的电压脉冲来驱动以反复地对电容式传感器（Cs) 进行充电和放电。在每个周期期间，当开关Si闭合时，电荷数量（Q~V+CS)从正极流动到 传感器上（假设的是，V+保持远大于集成电容器的电压）。当开关Si关断以及开关S2闭合 时，电荷从传感器流动到集成电容器沁），在输出处的电压增加了Q/Q。因此，在N个周期 后，在输出处的电压由下式给出：
[0064] 它与传感器电容成比例。重置开关（S3)用于在测量之间清除来自集成电容器的 电荷。由于等效并联电阻，其允许被存储在传感器上的电荷耗散，因此许多传感器材料展现 出泄露。因此，切换时间段必须基本上短于传感器的RC常数以防止这种泄露使结果失真。
[0065] 图3b示出了施加于开关SpSjPSs的电压信号连同所产生的输出电压。接着，可 以由模拟至数字转换器（如在图4a中示出的）来对该输出电压进行采样以给出绝对电容 读数，或参考电压和比较器（如在图4b中示出的）可以用于提供阈值测量，当传感器具有 预定义的电容值时，触发该阈值测量。
[0066] 如在背景部分中提及的，一些传感器材料针对某些环境参数展现出非线性电子响 应。一个示例是石墨烯氧化物膜的观测到的并联电容，该观测到的并联电容随着相对湿度 指数地变化（见对数y轴）（如在图5中示出的）。这种非线性行为严重地限制了输入范 围，在该输入范围上，感测系统能够提供准确的测量而不需要另外的模拟组件，诸如对数或 可变增益放大器。
[0067] 本文中公开的装置和方法可以解决或可以不解决这个问题。尽管以下论述参考电 容式感测系统，但是本技术也应用于其它感测系统，例如，电阻式或电感式感测系统。在电 阻式或电感式感测系统中，阵列中的每个传感器将被配置为使得它的电阻或电感随着一个 或多个环境参数（例如，温度和/或湿度）而（分别）变化。在这种场景中，在第一电极和 第二电极的面积和/或间距中的改变可以用于补偿在电阻或电感中的变化。
[0068] 本技术还能够应用于担当电流源或电压源的传感器。例如，在光电导模式中操作 的光电二极管表现为电流源，而在光伏模式中操作的光电二极管表现为电压源。针对电流 源传感器，该传感器必须被连接成并联配置。那么，因为基尔霍夫第一定律，组合传感器的 电流是个体传感器电流的和（参考后面的方程式3)。在这种情况下，互阻抗放大器（电流 至电压转换器）用在接口电子产品中。在另一方面，针对电压源传感器，传感器被布置成串 联配置。基尔霍夫第二定律意味的是，在这种情况下，输出电压是由每个传感器产生的个体 电压的和（再次，参照方程式3)。
[0069] 如由方程式1示出的，以及在图6a和图6b中说明的，平行板（图6a)或叉指型 (图6b)电容式传感器606的电容依赖于电极601、602的面积（A)和间距（d)。在本装置 中利用这个方面以创建测量环境刺激的可替代的方法。
[0070] 本装置包括传感器阵列707 (在图7中的平面图中示出了它的一个示例），该传 感器阵列707被配置为响应于环境刺激而产生阵列输出值。传感器阵列包括多个传感器 706 (在这种情况下，3x3阵列的传感器706)和连接到传感器706的各自输出709的公共输 出端子708。每个传感器706具有第一电极和第二电极，第一电极和第二电极被配置为基于 第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境704中的各自传感器 输出值。每个传感器706还包括在第一电极和第二电极之间的传感器材料，取决于环境刺 激，该传感器材料的电气性质是非线性的（例如指数的）。当传感器706是电容式传感器时， 传感器材料包括介电材料，该介电材料被配置为防止在第一电极和第二电极之间的电流的 流动，以便产生各自的输出值。
[0071] 所使用的传感器材料将依赖于由传感器阵列707所测量的特定的环境刺激。环境 刺激可以是以下中的一个或多个：（例如）在传感器阵列707所位于的环境704中的化学 或生物物质的浓度、在所述环境704中的液体或气体的浓度、所述环境704的相对湿度、所 述环境704的温度，以及应用于传感器阵列707中的一个或多个传感器的压力。某些传感 器材料（诸如石墨烯氧化物）对超过一种环境参数（诸如湿度和温度，如从图5是清楚的） 是敏感的。在感测系统包括此类材料的情况下，可能需要结合传感器阵列来使用参考传感 器，以便能够从原始传感器数据移除任何另外的环境参数的影响。例如，在基于石墨烯氧化 物的湿度传感器的情况下，可能需要温度传感器（参考传感器）以便评估相对湿 度。
[0072] 该装置还包括控制器（在图7中未示出），控制器被配置为使用各自的开关 710(例如，模拟开关或场效应晶体管）来控制传感器706中的哪些传感器连接到公共输出 端子708以改变传感器阵列707的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器706的 各自传感器输出值的贡献，在公共输出端子708处的阵列输出值被保持在参考值处。术语 "有效面积"指的是连接的传感器706的组合电极面积，而术语"有效间距"指的是这些连接 的传感器706的平均电极间距。
[0073] 本装置能够用于两种不同的模式：阈值模式和绝对模式。现在将依次描述这些模 式。
[0074] 阈值模式
[0075] 在阈值模式中，参考值是基本上恒定阈值，以及控制器被配置为控制开关710以 使阵列输出值保持在阈值处。在这种场景中，可以从开关710的配置来确定环境刺激的测 量。为了解释这是如何工作的，让我们考虑：传感器阵列707 (包括基于石墨烯氧化物的传 感器706)用于测量周围环境704的湿度。在能够使用传感器阵列707之前，需要在控制的 环境中（例如在环境控制的控制室中）来校准它。
[0076] 开始校准，所有的开关710被闭合，湿度被设置为零，以及阵列输出值（阈值）被 记录。重要的是，阈值落入传感器测量电路的能够检测的范围内（例如，x-y)。在这种配 置中（其表示有用的输出范围的底部），在阵列707中的每个传感器706贡献于阵列输出 值。接着，逐渐地增加湿度，使得在传感器阵列707的总电容中增加。为了补偿在电容中的 这种增加，控制器于是关断其中一个开关710以使阵列输出保持在阈值处。通过关断开关 710,减少了传感器阵列707的有效面积，导致在传感器阵列707的总电容中的降低。随着 湿度进一步增加，关断更多数量的开关710,以便使阵列输出值保持恒定（在阈值处）。当 这种情况正在发生时，对应于每种湿度级别的开关配置被记录以供以后使用。因为开关710 能够处于关断状态或闭合状态中，因此能够由唯一的二进制数来表示不同的开关配置中的 每种开关配置。这个过程继续直到仅一个开关710保持被闭合。这种开关配置表示有用的 输入范围的顶端。
[0077] 现在，传感器阵列707能够测量周围（外部）环境704的湿度。为了实现这个方 面，传感器阵列707被暴露于环境704以及控制器依次地循环通过所记录的开关配置中的 每种开关配置，直到阵列输出值等于阈值。一旦达到阈值，则将对应的开关配置与预定的校 准数据进行比较以找到匹配，以及确定当前的湿度。
[0078] 在阈值模式中，传感器阵列707的准确性依赖于不同的开关配置的数量。这是因 为每个配置对应于特定的环境刺激值。因此，从准确性方面，更好的是在阵列707中具有合 理的大数量的传感器706 (尽管实际数量将依赖于期望的测量范围而变化）。
[0079] 绝对模式
[0080] 绝对模式使得能够通过利用以下事实使用阵列807中的更少的传感器806来做出 环境刺激的准确测量：每个传感器配置能够用于测量刺激值的范围（而不是仅离散的刺激 值），而不管传感器材料的非线性依赖性。因此，在绝对模式中，参考值是预定义范围，以及 控制器被配置为控制开关810以使阵列输出值保持在预定义范围内。在这种场景中，能够 从开关810的配置结合针对该特定开关配置的绝对阵列输出值，来确定环境刺激的测量。
[0081] 为了说明这种情况，让我们考虑：在图8中的平面图中示出的2x2传感器阵列（包 括基于石墨烯的传感器806)用于测量周围环境804的湿度。正如阈值模式，在能够使用 传感器阵列807之前，必须在控制的环境（诸如环境控制的控制室）中来校准传感器阵列 807〇
[0082] 开始校准，所有的开关810被闭合以产生第一开关配置，湿度被设置为零，以及阵 列输出值被记录。重要的是，这种初始阵列输出值落入传感器测量电路的能够检测的范围 内。接着，逐渐地增加湿度，使得在传感器阵列807的总电容中增加。贯穿于这个过程，记 录输出对湿度数据。在某一湿度级别（例如，25%)，阵列输出值将超过测量电路的能够检 测的范围（例如x-y)，导致饱和信号。
[0083] 一旦已经达到饱和，则控制器关断其中一个开关810以产生第二开关配置以及减 少传感器阵列807的有效面积，以及重新开始校准。针对第二开关配置的校准可以从25% 开始以继续，从那里先前的校准停止，或它可以从较低的湿度（例如，〇%)开始。由于更小 的有效面积的结果，相对于第一开关配置而言，减少了针对给定湿度的电容，允许第二开关 配置用于测量不同的湿度范围。出于这种示例的目的，让我们假设：当湿度在25%和50% 之间时，第二开关配置产生在x和y之间的阵列输出值，超过50%它饱和。接着，针对剩余 的两种开关配置再次重复校准过程：包括两个关断开关810的第三开关配置和包括三个关 断开关810的第四开关配置。
[0084] 因此，校准实验确定湿度范围（或其它环境参数），在该湿度范围（或其它环境参 数）内，每个开关配置能够用于产生能够检测的阵列输出值。在这种情况下，例如，校准实 验可以推断的是，第一开关配置能够用于测量在0%和25%之间的湿度值，第二开关配置 能够用于测量在25%和50%之间的湿度值，第三开关配置能够用于测量在50%和75%之 间的湿度值，第四开关配置能够用于测量在75%和100%之间的湿度值。校准实验还提供 针对不同开关配置中的每种开关配置的输出对湿度（校准）数据。
[0085] -旦校准完成，则传感器阵列807能够用于测量周围（外部）环境804的湿度。为 了实现这个方面，传感器阵列807被暴露于环境804,以及控制器依次地循环通过所记录的 开关配置中的每种开关配置，直到阵列输出值落入测量电路的能够检测的范围内。一旦阵 列输出值落入该能够检测的范围内，则记录对应的开关配置，以及将绝对输出值与针对该 特定开关配置的预定的校准数据进行比较以确定当前的湿度。
[0086] 不是使用相同的传感器阵列，阵列可以包括具有不同的电极面积和/或间距的多 个传感器。以这种方式，替代调整连接到公共输出端子的传感器的数量以便使阵列输出值 保持在阈值处（阈值模式）或在预定义范围内（绝对模式），连接到公共输出端子的特定传 感器可以是各种各样的。这个技术工作是因为，针对给定湿度级别（或其它环境参数），每 种传感器展现出不同的电容以及导致不同的阵列输出值。
[0087] 图9示出了包括四个传感器906的传感器阵列907 (在平面图中），每个传感器具 有不同的电极面积。这里，从一个传感器906到另一个传感器，第一电极和第二电极的面 积加倍（导致针对给定湿度在电容中的对应增加），但是替代地，该面积可以在邻近传感器 906之间指数地增加或一种数量级来增加。此外，不是改变电极对的两个传感器电极的面 积，而是将能够改变该对的一个电极的面积同时保持另一个恒定。例如，第二电极可以是导 电材料层，在该导电材料层上沉积每个传感器906的传感器材料和第一电极。在这种场景 中，针对阵列907中的所有传感器906而言，第二电极将是公共的。
[0088] 图10示出了包括四个传感器1006的另一种传感器阵列1007 (在横截面中）。这 次，替代改变第一电极1001和/或第二电极1002的面积，从一个传感器1006到另一个传感 器来改变电极间距。正如电极面积，在电极1〇〇1、1〇〇2之间的间距可以在邻近传感器1006 之间双倍增加，指数地增加或一种数量级来增加。
[0089] 实际上，能够使用在电极面积中的改变和在电极间距中的改变两者，以便将阵列 输出值保持在参考值处。例如，在图9中示出的传感器906中的每个传感器可以具有不同 的电极间距（如在图10中示出的）以及不同的电极面积。
[0090] 为了最好地补偿在阈值模式中的非线性传感器行为，传感器阵列应当理想地被配 置为使得传感器阵列的有效面积和/或间距能够根据相同的非线性函数而变化。例如，给 定石墨烯氧化物的电容随着相对湿度指数地变化，用于测量相对湿度的基于石墨烯氧化物 的传感器阵列应当被配置为使得该阵列的有效面积和/或间距从一种开关配置到下一个 开关配置而指数地变化。因此，在邻近传感器之间的电极面积（图9)和/或间距（图10) 中的变化，或在阵列（图7和图8)中的传感器的总数，将依赖于针对环境参数的传感器材 料的电气响应。
[0091] 应当注意的是，尽管在图7-10中示出的传感器阵列包括平行板电极（如在图la 和图6a中示出的），但是使用包括叉指型电极的传感器（如在图lb和图6b中示出的），能 够等同地应用以上提及的原理。
[0092] 此外，在先前示例中，传感器（或它们各自的第一电极）具有在一维、二维或可能 地三维中的规则的传感器间的间距。然而，针对一些应用，传感器阵列的总体尺寸可能是重 要的。例如，如果传感器阵列将用在有限的空 间中，则这可以应用，在这种情况下，设备微型 化将是重要的考虑。图11-13示出了某些不同的方式，在这些不同的方式中，传感器能够被 布置以形成更加紧凑的阵列。在图11中，各自传感器1106的第一电极1101 (尽管它可以 是完整的传感器1106)被布置以形成半同心阵列；在图12中，传感器1206(或它们各自的 第一电极1201)被布置以形成全同心阵列；以及在图13中，传感器1306(或它们各自的第 一电极1301)被布置以形成一连串的邻近传感器1306/电极1301，它们从传感器阵列1307 的中心螺旋地向外。在这些示例中的每个示例中，第一电极和/或第二电极的面积从阵列 中的一个传感器到下一个传感器而增加，但是电极间距也可以在邻近传感器之间而变化。
[0093] 另一种考虑是在阵列中的传感器是彼此串联还是并联。尽管，两种配置是可能 的，但是最佳选项将（至少部分地）依赖于接口电路，该接口电路用于将阵列输出值转换 成适用于由控制器使用的形式。针对参照图3a和图3b描述的电容至电压转换器而言，所 测量的电压与传感器的电容成比例。使用这种类型的系统，有意义的是并联地组合传感器 1406(如在图14a中示出的），以便传感器阵列1407的有效电容是个体传感器电容的和， 即：
[0094] Ceff=C1+C2+C3+... 方程式 3
[0095] 针对其它类型的接口电路，诸如张弛振荡器，测量结果可以与传感器的电容成反 比例。在此类系统中，可能更有用的是串联地组合传感器1406(如在图14b中示出的），以 便替代地，电容的倒数被求和，即：
[0097] 当传感器1406被并联连接时（如在图14a中示出的），公共输出端子1408经由各 种开关1410直接连接到传感器1406的各自输出。然而，当传感器1406被串联连接时（如 在图14b中示出的），公共输出端子1408直接连接到在串联中的最后一个传感器1425的输 出以及直接连接到其它传感器1406的各自输出。
[0098] 图15示出了本装置的一个示例。该装置可以是以下中的一个或多个：电子设备、 便携式电子设备、便携式电信设备、传感器，以及针对上述中的一个或多个的模块。在所 示出的示例中，该装置是电子设备1511，该电子设备1511包括本文中描述的传感器阵列 1507、接口电路1512、测量电路1513、电池1514、处理器/控制器1515、存储介质1516、电子 显示器1517、扬声器1518和传送器1519,它们通过数据总线1520彼此电连接。
[0099] 如前所述，传感器阵列1507包括多个传感器和公共输出端子，该公共输出端子连 接到各自的传感器输出，每个传感器包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极被配 置为基于第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自 传感器输出值。
[0100] 处理器1515被配置为通过向其它组件提供信令和从其它组件接收信令以管理它 们的操作，用于装置1511的一般操作。另外，处理器1515被配置为使用各自的开关来控制 传感器中的哪些传感器连接到公共输出端子以改变传感器阵列1507的有效面积和/或间 距，使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在公共输出端子处的阵列输出 值被保持在参考值处（以及因此担当控制器）。处理器1515还可以被配置为基于开关配置 和具有（绝对模式）或不具有（阈值模式）绝对阵列输出值的校准数据来测量环境刺激。
[0101] 存储介质1516被配置为存储计算机代码，该计算机代码被配置为执行、控制或启 用装置1511的操作。存储介质1516还可以被配置为存储针对其它组件的设置。处理器 1515可以访问存储介质1516以检索组件设置以便管理其它组件的操作。存储介质1516还 可以被配置为存储针对供处理器1515在测量环境刺激中使用的不同的开关配置中的每个 开关配置的校准数据（例如，电容对湿度数据）。
[0102] 处理器1515可以是微处理器，包含专用集成电路（AISC)。存储介质1516可以是 暂时存储介质，诸如易失性随机存取存储器。在另一方面，存储介质1516可以是持久存储 介质，诸如硬盘驱动器、闪速存储器，或非非易失性随机存取存储器。
[0103] 接口电路1512被配置为将来自传感器阵列1507的输出信号转换为适用于由处理 器1515使用的形式。当电气性质是电容时，接口电路1512可以包括以下中的一个或多个： 电容至电压转换器、张弛振荡器，以及开关电容器sigma-delta布置。该测量电路1513被 配置为测量阵列输出值，以及可以包括模拟至数字转换器或比较器。
[0104] 电子显示器1517被配置为向装置1511的用户显示环境刺激的测量结果；扬声器 1518被配置为将该测量结果输出为由用户能够检测的音频信号（即，声音）；以及传送器 1519被配置为将该测量结果（和/或校准数据和阵列输出值）传送给诸如用户的移动电话 的远程装置。因此，传送器1519允许装置1511被放置在远离于用户的位置处，以便用户能 够（例如经由他/她移动电话）远程地监测环境条件。
[0105] 在图16中示意性地说明了使用本装置的方法的主要步骤1621-1623。
[0106] 图17示意性地说明了根据一个实施例的提供计算机程序的计算机/处理器可读 介质1724。在这个示例中，计算机/处理器可读介质1724是盘，诸如数字通用盘（DVD)或 光盘（CD)。在其它实施例中，计算机/处理器可读介质1724可以是已经以关于执行本发明 功能的此类方式被编程的任何介质。计算机/处理器可读介质1724可以是可移动存储设 备，诸如存储棒或存储卡（SD、小型SD、微型SD或纳米SD)。
[0107] 计算机程序可以包括计算机代码，该计算机代码被配置为执行、控制或启用图16 的方法步骤1621-1623中的一个或多个方法步骤。特别地，计算机代码可以被配置为：使用 控制器，使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到公共输出端子以改变传感器 阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，使在 公共输出端子处的阵列输出值保持在参考值处。
[0108] 在图中描绘的其它实施例已经拥有对应于更早描述的实施例的类似特征的参考 数字。例如，特征数字1也能够对应于数字101、201、301等。这些编号的特征可以出现在 图中，但是在这些特定实施例的描述内可能没有直接提及。在图中仍然提供这些参考数字 以帮助理解另外的实施例，特别是有关于类似更早描述的实施例的特征。
[0109] 技术读者将了解的是，可以由装置（该装置被布置为使得它们被配置为：仅当启 用（例如，接通或诸如此类）时，执行期望的操作）来提供任何提及的装置/设备和/或特 定提及的装置/设备的其它特征。在此类情况下，它们在非启用（例如，关断状态）中不必 使得适当的软件被载入到活动存储器中，以及在启用（例如，接通状态）中才载入适当的软 件。该装置可以包括硬件电路和/或固件。该装置可以包括被载入到存储器上的软件。此 类软件/计算机程序可以被记录在相同的存储器/处理器/功能单元上和/或在一个或多 个存储器/处理器/功能单元上。
[0110] 在一些实施例中，可以使用适当的软件对特定提及的装置/设备进行预编程以执 行期望的操作，以及其中能够通过用户下载"密钥"例如以解锁/启用该软件和它的相关联 功能来启用适当的软件以供使用。与此类实施例相关联的优点能够包含：当对设备而言需 要另外的功能时，降低对下载数据的要求，以及在感知到设备具有足够的容量以存储针对 可能没有被用户启用的功能的此类预编程软件的示例中，这能够是有用的。
[0111] 将了解的是，任何提及的装置/电路/元件/处理器可以具有除了提及的功能之 外的其它功能，以及可以由相同的装置/电路/元件/处理器来执行这些功能。一个或多 个公开的方面可以包含：记录在适当载体（例如，存储器、信号）上的相关联的计算机程序 和计算机程序（其可以是源/传输编码）的电子分发。
[0112] 将了解的是，本文中描述的任何"计算机"能够包括：一个或多个个体处理器/处 理元件的集合，其可以或可以不位于在相同的电路板，或电路板或甚至相同设备的相同区 域/方位上。在一些实施例中，任何提及的处理器中的一个或多个处理器可以分布在多个 设备上。相同或不同的处理器/处理单元可以执行本文描述的一个或多个功能。
[0113] 将了解的是，术语"信令"可以指被传送作为一系列的传送和/或接收的信号的一 个或多个信号。一系列信号可以包括一个、两个、三个、四个或甚至更多的个体信号分量或 不同的信号以组成所述信令。这些个体信号中的一些或所有信号可以同时地依次地被传送 /接收，和/或使得它们暂时地彼此覆盖。
[0114] 关于任何提及的计算机和/或处理器和存储器（例如，包含ROMXD-ROM等）的任 何论述，这些可以包括：计算机处理器、专用集成电路（ASIC)、现场可编程门阵列（FPGA)和 /或已经以执行本发明的功能的方式进行编程的其它硬件组件。
[0115] 在此，本申请独立地公开了本文中描述的每个个体特征以及两个或更多此类特征 的组合，鉴于本领域的技术人员的公知常识，总体来说在一定程度上能够基于本说明书来 实现此类特征或组合，而不管此类特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，以 及不限制于权利要求书的范围。申请人表明的是，所公开的方面/实施例可以由任何此类 个体特征或特征的组合组成。鉴于上述描述，对于本领域的技术人员将明显的是，可以在本 公开的范围内做出各种修改。
[0116] 虽然已经示出和描述以及指出了本发明的基本的新颖特征（如应用于其不同实 施例），但是将理解的是，在不背离本发明的精神的情况下，可以由本领域的技术人员在所 描述的设备和方法的形式和细节上做出各种省略和替代和改变。例如，清楚地旨在的是，那 些元件和/或方法步骤的所有组合（其以基本上相同的方式基本上执行相同的功能以获得 相同的结果）是在本发明的范围内。此外，应当认识到的是，结合任何公开的形式或实施例 示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以被并入任何其它公开的或描述的或 建议的形式或实施例作为设计选择的一般事项。此外，在权利要求书中，装置加功能的条款 旨在覆盖本文中描述的如执行所述功能的结构，以及不仅覆盖结构上等同而且覆盖等同结 构。因此，虽然钉子和螺丝钉可能不是结构上等同，在于钉子利用圆柱面以将木材部件紧固 在一起，而螺丝钉利用螺旋面，但是在紧固木材部件的环境中，钉子和螺丝钉可以是等同的 结构。
【主权项】
1. 一种包括传感器阵列和控制器的装置，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来 产生阵列输出值， 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传 感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于 所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感 器输出值， 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共 输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自 传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处。2. 权利要求1所述的装置，其中所述参考值是基本上恒定阈值，以及所述控制器被配 置为控制开关以使所述阵列输出值保持在所述阈值处，以及其中所述装置被配置为当所述 阵列输出值在所述阈值处时，使得能够使用所述开关的配置进行所述环境刺激的测量。3. 权利要求2所述的装置，其中所述装置被配置为允许多种不同的开关配置，每种配 置对应于不同的环境刺激值，以及其中所述装置被配置为使得能够使用不同的开关配置的 预定校准进行所述环境刺激的测量。4. 权利要求1所述的装置，其中所述参考值是预定义范围，以及所述控制器被配置为 控制开关以使所述阵列输出值保持在所述预定义范围内，以及其中所述装置被配置为当所 述阵列输出值在所述预定义范围内时，使得能够使用所述阵列输出值进行所述环境刺激的 测量。5. 权利要求4所述的装置，其中所述装置被配置为允许多种不同的开关配置，每种配 置对应于环境刺激值的不同范围，以及其中所述装置被配置为使得能够使用与所述阵列输 出值结合的当前开关配置的预定校准进行所述环境刺激的测量。6. 权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置为使得各自传感器的所述第一电极和 /或所述第二电极的面积在所述传感器阵列的邻近传感器之间增加。7. 权利要求6所述的装置，其中所述第一电极和/或第二电极的面积从所述传感器阵 列的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。8. 权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置为使得各自传感器的所述第一电极和 所述第二电极之间的间距在所述传感器阵列的邻近传感器之间增加。9. 权利要求8所述的装置，其中所述第一电极和所述第二电极之间的间距从所述传感 器阵列的一个传感器到邻近传感器指数地增加，双倍增加或一种数量级来增加。10. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器，或它们各自的第一电极，在彼此之 间具有在一维、二维或三维中的规则间距。11. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器，或它们各自的第一电极，形成同心 或半同心的传感器/电极阵列。12. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器，或它们各自的第一电极，被布置为 形成一连串的邻近传感器/电极，它们从所述传感器阵列的中心螺旋向外。13. 权利要求1所述的装置，其中各自传感器的所述第一电极和/或所述第二电极被布 置为形成叉指型或平行板电极的阵列。14. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器串联或并联地彼此连接。15. 权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器是电容式的、电阻式的或电感式的传 感器。16. 权利要求1所述的装置，其中所述环境刺激是以下中的一个或多个：在所述传感器 阵列所位于的环境中的化学或生物物质的浓度、在所述环境中的液体或气体的浓度、所述 环境的相对湿度、所述环境的温度，以及应用于所述传感器阵列中的一个或多个传感器的 压力。17. 权利要求1所述的装置，其中每个传感器展现出针对所述环境刺激的非线性和指 数响应中的一个或多个。18. 权利要求1所述的装置，其中所述装置是以下中的一个或多个：电子设备、便携式 电子设备、便携式电信设备、传感器，以及针对上述中的一个或多个的模块。19. 一种涉及装置的使用的方法， 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来产生 阵列输出值， 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传 感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于 所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感 器输出值， 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共 输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自 传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处， 其中所述方法包括：由所述控制器使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接 到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传 感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考 值处。20. -种包括计算机代码的计算机程序，所述计算机代码被配置为控制装置的使用， 所述装置包括传感器阵列和控制器，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来产生 阵列输出值， 所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传 感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于 所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感 器输出值， 所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共 输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自 传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处， 其中所述计算机代码被配置为：使用所述控制器，使用各自的开关来控制传感器中的 哪些传感器连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得 基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出 值被保持在参考值处。
【专利摘要】一种包括传感器阵列和控制器的装置，所述传感器阵列被配置为响应于环境刺激来产生阵列输出值，所述传感器阵列包括多个传感器和公共输出端子，所述公共输出端子连接到各自的传感器输出，每个传感器具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被配置为基于所述第一电极和第二电极的面积和/或它们之间的间距来输出在特定环境中的各自传感器输出值，所述控制器被配置为使用各自的开关来控制传感器中的哪些传感器连接到所述公共输出端子以改变所述传感器阵列的有效面积和/或间距，使得基于所连接的传感器的各自传感器输出值的贡献，在所述公共输出端子处的所述阵列输出值被保持在参考值处。
【IPC分类】G01R17/02, G01D3/024, G01R27/02, H03K17/00
【公开号】CN104903732
【申请号】CN201380069956
【发明人】M·阿斯特莱, S·博里尼, J·基维奥亚, T·吕海宁, E·斯皮戈内, D·魏, R·怀特
【申请人】诺基亚技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月4日
【公告号】EP2943802A1, US8823396, US20140197851, WO2014108598A1
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