CN101014838A - 用于容器中的液位检测的接近传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测舱底中的液位的传感器系统，用于自动舱底泵启动器。将第一和第二场效应传感器灌装或密封在容器或舱底壁中并按照垂直阵列对准，并且各自包括大体平坦的“电极”或导电迹线的图案，所述“电极”或导电迹线与用于产生环状或弧状电场的集成电路一起设置在印刷电路板(PCB)上。随着舱底液体上升至临近或达到场效应传感器的高度，检测到弧状电场的变化，且响应地，自动启动舱底泵以将液体抽出舱底。任选地，可以通过使用微处理器对泵控制进行编程以允许对开关定时的控制并防止不期望的“晃动”效应。

Description

用于容器中的液位检测的接近传感器
技术领域
本发明涉及用于检测液体存在的传感器、用于响应对液位的检测来驱动泵的自动系统以及安装在船的污水舱的底部中的传感器，其在舱底液位达到污水舱底部之上的预定距离时启动舱底泵。
背景技术
过去，为了实现用电路启动泵，一直以手动方式或者通过具有水银触点或点触点的机械浮动式开关来启动舱底泵。也使用过压力开关。这些现有技术开关在初始安装完时可以充分地工作。然而，随着时间的流逝，舱底碎片以及其它污染源经常使得机械部件无法如预期那样运转，导致开关失效。此外，现有技术的舱底泵启动开关在船的寿命期间通常会用坏几次，且位于船的下部区域中，难以接近以进行修理和替换。
现有技术中的许多液位或液体接近检测器采用在诸如水等导体移动到紧密接近于检测器或传感器时启动的电气开关。美国专利No.3,588,859、3,665,300、4,800,755和4,875,497公开了这种检测器。美国专利No.5,017,909公开了一种用作车辆中容器的液位检测器的接近检测器。
液位检测器的其它应用包括用于船的舱底泵系统。舱底泵系统必须在积聚的水达到过量水平之前启动。现有技术中用于检测过量舱底水位的机构中采用了机械浮动系统，导致水位一达到这种不期望的水平开关就被启动。由于舱底液体会包含许多形式的腐蚀性废弃物，所以舱底液体或水最终使机械液位传感系统部分失效。更换舱底液位传感系统中的故障部件非常昂贵和麻烦，因为熟练的技术人员必须进入舱底执行作业。
在寻找解决这种棘手且昂贵的问题的方案时，提出了很多电子接近检测系统。例如，Smith等人(美国专利No.4,881,873)公开了一种用于舱底泵的电容性液位传感器，其包括位于舱底中的为泵启动所选择的位置处的传感器板40。从某种意义上说，舱底的水是作为电介质被检测的，因此一旦伴随舱底流入物的污染物聚集在舱底中并污染传感器周围的区域，传感器就容易发出错误的警报或者错过检测，并且晃动的舱底水很可能导致在舱底水位不需要用泵抽时就使舱底控制启动。
Gibb(美国专利No.5,287,086)也公开了一种用于舱底泵的电容性液位传感器，其包括位于舱底中的为泵启动选择的位置处的电容性传感器板79。传感器容纳在密封的壳体32内以使舱底水远离传感器和其它电路。同样，从某种意义上说，舱底的水是作为电介质被检测的，因此一旦伴随舱底流入物的污染物聚集在舱底中并污染传感器周围的区域，传感器就容易发出错误的警报或者错过检测，并且晃动的舱底水很可能导致在舱底水位不需要用泵抽送时就使舱底控制启动。
Santiago(美国专利No.4,766,329)公开了一种用于舱底泵的固态双水位传感器，其包括均位于舱底中的为泵启动选择的位置处的高水位探针和低水位探针。探针与舱底的水接触，因此一旦伴随舱底流入物的污染物聚集在舱底中并污染了探针，探针传感器就容易发出错误的警报或者错过检测。
Farr(美国专利No.5,238,369)公开了一种用于液位控制的系统，其包括位于为泵启动所选择的位置处的上和下电容性水位传感器10、18。该参考文献未提及需要使舱底水远离传感器，但从某种意义上说，舱底的水是作为电介质被检测的，因此一旦伴随舱底流入物的污染物聚集在舱底中并污染传感器周围的区域，传感器就容易发出错误的警报或者错过检测。
本申请人已经将关于“接触传感器”的一个场效应传感器专利许可给Caldwell，所述“接触传感器”用于检测用户是否按压了虚拟按钮(美国专利No.5,594,222)；该传感器被称为“接触传感器”。虽然该专利公开了场效应“接触”检测的电磁特性，但它没有解释该技术如何应用于用来检测液体/气体界面或者用来启动自动舱底泵的传感器系统。
因此，需要一种用于检测液位和液位控制的系统，该系统可以克服现有技术的传感器和系统的缺点，允许安装稳定廉价且不太需要在舱底中进行维护和清洁的液位检测系统。也非常期待具有一种新的并且被改进的接近检测系统，该系统是高度可靠的并且可以相对廉价地进行制造。这种接近检测系统应该高度灵敏且具有广泛的应用范围。
发明内容
本发明的液位控制和传感器系统包括液体密封外壳或容器和具有电极和互连图案的电路板，所述互连图案装配有用以产生具有弧形图案的电场并利用场效应原理检测变化的元件。
外壳或容器在垂直方向支撑第一和第二电极图案并且在外壳侧面上具有肋，以使舱底中发现的碎片能够脱落。仔细选择材料，容器可以抵抗生物侵袭(例如菌类或藻类)并且以其他方式防止其它材料的污垢粘住容器。在垂直位置上，重力还有助于使预期的污染物脱落。
在转让给TouchSensor，LLC的美国专利No.5,594,222以及其他专利中也描述了场效应，其通常在用于操作者输入的大型设备应用中使用。即使当通过诸如池壁或模制容器的物理阻挡物使传感器与液体隔离时，也采用相似的原理来检测与传感器紧密接近的液体。该技术抑制对传感器的一般形式的污染，并且通过对器件的正确调节，允许对液体的有无进行检测。由于这是与检测器紧密接近的固态器件并且还是低阻抗，所以也能很好地容忍航海环境中的电噪声。
电极设计可以具有从平行板到具有各种尺寸及几何形状的同心环的几何结构。电极的设计由结构的材料、厚度、液体的成分以及其它因素来决定。
因为在运行和通电时，液位控制和传感器系统浸没在液体中，所以很容易冷却用于通过二十安培的内部电流开关器件(例如场效应晶体管(FET))。
支持传感器的电子器件任选地包括在不增加单独的继电器的情况下允许对需要二十安培电流的设备进行控制的器件。通过电流修整(current scalping)和其他技术，本发明的舱底泵控制系统通过两条布线操作或者可以具有单独的第三条布线以提供电能。可以利用或不利用微处理器来实施液位控制和传感器系统。
舱底泵组件由外壳、电路板、元件和布线线束组成。在操作中，将舱底泵传感器串联安装在泵与电源之间。电路从电源供电中抽取其自身功率而不启动泵。在传感器电极附近不存在舱底液体时，传感IC处在第一状态下，即“关”。在传感器电极附近存在液体时，IC将状态变为“开”并且电路允许电源连接到舱底泵。启动泵直到液位处在传感器电极之下为止。传感IC将状态变为“关”，并且切断泵的电源，导致泵停止。每当液体接近传感器时，重复该系列动作。任选的微处理器允许控制开-关定时和其它时间管理操作以提供稳定的泵操作，而没有从“开”到“关”状态的快速变化(例如，由被称为“晃动”的不稳定性引起的)。晃动幅度的变化取决于船和污水舱的长度和船的摇摆运动。
本发明的舱底泵控制器包括场效应传感器，其包括电介质基板上的有源、低阻抗传感器。该传感器具有第一导电电极极板和基本上以间隔分离的关系包围第一电极的第二导电电极。第一电极极板具有闭合的、连续的几何形状，并且两个电极附着到基板的同一表面。将有源电气元件设置成与电极紧密接近。
传感器用于替代常规的开关并且在舱底液体或水接触或紧密接近于基板时被启动。传感器用于打开或关闭电泵发动机。场效应传感器设计在基板上有液体和存在静电的情况下正常运行，并非常适合在其中水、油脂和其它液体较为常见的环境中使用，例如在船舱底或者其它航海应用中使用。
电极附着到基板的背表面，与前表面或“湿”表面相对，由此防止电极与受控液体(例如，舱底水)之间的接触。由于传感器电极不位于基板的湿表面上，所以传感器不会被刮擦、清洁溶剂或任何其它接触基板的污染物损伤。
由于不需要继电器或开关，所以传感器的成本和复杂度减小。
在优选的方式中，振荡器通过增益调谐电阻器电连接到内部和外部电极，并发送在下降沿上具有非常陡的斜率的方波状信号。振荡器信号在外部电极和中央电极之间产生弧状横向电场。电场路径为弧状且延伸穿过基板并穿过前表面，横向投射到基板的平面。将内部和外部电极信号作为共模信号施加到差分传感电路的输入端，并且当内部和外部电极之间的响应差足够大时，传感电路改变状态(例如从高到低)。当受控液体接触基板时改变传感电路状态。
在优选方式中，将优选构造为表面安装专用集成电路(ASIC)的有源电气元件设置在各个传感器中。优选地，ASIC连接到各传感器的中央极板电极和外部电极。ASIC用以在传感器处放大并缓冲检测信号，由此减小由于不同引线长度和引线的选路路径而产生的独立传感器之间的信号电平的差异。可以将多个传感器设置在基板上。
通过参考本发明的具体实施例的下述详细说明，特别是当结合附图时，本发明的上述以及其它特征和优点会变得显而易见，其中各个附图中的相同的参考标记用于表示相同的部件。
附图说明
图1是根据本发明的舱底液位控制和传感器系统的侧视图；
图2是根据本发明的图1的液位控制和传感器系统的部分截面图；
图3是用于根据本发明的图1和图2的液位控制和传感器系统的印刷线路板组件的主要的、背部或干燥的表面的背视图；
图4是用于根据本发明的图1、2和3的液位控制和传感器系统的印刷线路板组件的示意图；
图5是示出根据本发明的显示出穿过液体的弧状场的场效应液位传感器系统的视图；
图6是按比例绘制并示出在包括平衡极板传感器电极图案的印刷电路板上的导电迹线的部件侧布局的视图；
图7是示出如从侧面看到的包括平衡极板传感器电极图案的图6的印刷电路板上的导电迹线的边缘视图；
图8是示出如从侧面看到的包括平衡极板传感器电极图案的印刷电路板上的导电迹线的另一种双边型实施例的边缘视图。
具体实施方式
参考图1-5示出的典型实施例，舱底或液体密闭壳10由液体密封壁或面18限定并且有时容纳舱底水或一些其它液体12。舱底中的液位上升和下降，并且液位14通过被选择的尺度(例如由图1中的垂直刻度所示的尺度)是可测量的。随着液位上升或下降，可以沿着液位刻度14来观测或测量液体/气体界面16。在典型的航海应用中，舱底10容纳诸如废水或通过船体或甲板渗漏的海水等液体12，并且当舱底液位16过高(例如达到所选择的上或触发位置16H)时，液体12必须被抽出，通常利用电动泵(未示出)，当检测到过高的液位16H时选择性地使所述电动泵通电。在抽水过程中检测液位，并且当液体12的平面足够低(例如达到所选择的下或关闭位置16L)时，关闭泵。
如图1、2和3所示，本发明的液位控制和传感器系统20包括液体密封外壳或容器24和具有电极50、52、60和62以及互连图案的印刷线路板组件22，所述互连图案装配有用以产生具有弧状图案的电场并利用“场效应”原理检测变化的元件。
参照图4和5，产生场效应并且利用导电迹线或电极50、52的图案来检测场的变化，所述导电迹线或电极产生横向投射并穿过基板30的弧状电场70。当检测到上升的液体/空气界面16时，弧状电场70穿过液体12而不是液体/空气界面之上的空气。下面将详细描述传感器系统20的操作。
在图1的实施例中，印刷线路板组件22设置在外壳或容器22的空腔26内，并且在组装期间，被密封到内侧，以提供厚度基本均匀的防液阻挡层。印刷线路板或电路板30是厚度基本均匀的电介质平面基板，其具有承载元件的背侧(在图2和3中示出)和相对的前侧。传感器系统20经由优选至少包括十六号(16AWG)的第一和第二布线段的两条电缆组件32连接到电源和电泵(未示出)。
图2、3和4所示的传感器实施例中的电气元件包括还被标识为U4的预编程的集成电路(IC)八位微控制器，其连接到并响应于还分别被标识为U2和U3的第一和第二接触式开关IC36、37。传感器系统的电源包括还被标识为U1的稳压器38，并且还通过一对二极管控制电源电压，该对二极管包括向稳压器38提供电能的并联连接的齐纳二极管44和串联连接的二极管46。
在所示的实施例中，舱底水泵的启动和供电来自于大切换N沟道场效应晶体管(NFET)42，电源电压(例如12 VDC)通过连接器J1连接到漏极，当切换到导通以启动泵时电流通过源极和连接器J2流到泵。
如图3所示，第一传感器电极图案49包括基本为矩形的上中央电极极板50，该电极极板包括由宽度近似相等的非导电PCB表面部分分开的多个垂直导电迹线，其中每一个导电迹线通过环绕的导电迹线在其上端和下端到连接到电阻器R5。上中央电极极板50没有被连接到上接触传感器ASIC 36的上外部电极52完全包围。内部极板50和外部电极52至少被提供接地环(未示出)的固态导电迹线材料的周界部分地包围。可以将接地环配置成影响外部电极52的灵敏度和方向性；然而，如果接地环离外部电极52太近，则传感器的差分模式将会丧失并且传感器表现为单端模式。
第二传感器电极图案59按照垂直对准的定位设置在第一传感器电极图案49的下方，并且包括基本为矩形的下中央电极极板60，该电极极板包括由宽度近似相等的非导电PCB面部分分开的多个垂直导电迹线，其中每一个导电迹线通过环绕的导电迹线在其上端和下端都连接到电阻器R7。下中央电极极板60没有被连接到下接触传感器ASIC 37的下外部电极62完全包围。内部极板60和外部电极62至少被提供第二接地环(未示出)的固态导电迹线材料的第二周界部分地包围。
根据本发明，当液体紧密接近于传感器20时，即使当通过诸如舱壁或模制容器(例如24)的物理阻挡物使传感器与液体隔离时，场效应原理适于检测液体20。该技术抑制对传感器的共模干扰，并且通过对器件的正确调节，允许检测液体或流体(例如，舱底水12)的有无。由于接触传感器ASIC 36、37是紧密接近于电极极板的固态器件并且还具有低阻抗，所以它们也能很好地容忍航海环境中的电噪声。
电极设计可以具有从平行板到具有各种尺寸和几何形状的同心环的几何结构。如本领域技术人员所意识到的那样，电极(例如50、52、60和62)的设计由结构的材料、厚度、液体12的成分以及其它因素来决定。
在所示的实施例中，支持传感器的电子器件包括在不增加单独的继电器的情况下允许对需要20安培电流的设备(例如泵)进行控制的器件。由于在运行和通过电流时液位控制和传感器系统20浸没在水中，舱底液体12的散热很容易使内部电流切换器件(例如NFET42)和二十安培电源电路冷却。
通过电流修整和其它技术，舱底泵控制系统20通过两条布线运行或者可以具有单独的第三条布线(未示出)以提供电能。电流修整或整形(scavenging)利用稳压器38的错误输出作为到微处理器34的输入，将该微处理器34编程为在很短的时间间隔内关闭FET开关42，在该间隔期间并联的存储电容器C1充回到12伏。该电流修整方法使FET开关42的“导通时间”至少为97％。
可以利用或不利用微处理器(未示出)来实施液位控制和传感器系统20。
外壳或容器24在垂直方向上承载并保护第一和第二电极图案49和59，并且任选地在外壳侧面上具有一个或多个外部肋以在抽水期间随着液位的下降使舱底碎片能够脱落或远离外壳24，所述肋为横向突出的垂直排列的细长部件27。外壳24优选由诸如ABS、聚丙烯或环氧树脂的惰性材料制成以阻挡生物侵袭(例如菌类或藻类)并且防止来自于其他物质的污垢，否则其可能会粘住外壳或容器侧壁。在图1所示的垂直方向或位置中，重力也有助于使预期的污染物脱落。
在操作中，利用布线组件32将舱底泵传感器20串连安装在泵与电源电压之间。电路通过连接器J1从电源电压抽取其自身的功率而不启动泵。在传感器电极附近不存在舱底液体时，传感IC 36、37中的每一个处在第一状态下，即“关”。在传感器电极附近存在液体12时，传感IC 36、37将状态变为第二状态“开”，并且电路通过FET42将电源连接到舱底泵。泵保持启动直到被检测的液面16处在传感器电极49和59之下为止。然后传感IC 36、37将状态变为“关”，并且切断泵的电源，导致泵停止。每当液位16接近传感器系统20时，重复该系列动作。任选的微处理器允许控制开-关定时和其它时间管理操作以提供稳定的泵操作，而没有从“开”到“关”状态的快速变化(例如由被称为“晃动”的不稳定性引起的)。晃动幅度的变化取决于船和污水舱的长度和船的摇摆运动。
本发明的舱底泵控制器或传感器系统20包括至少一个场效应传感器并用于替代常规开关，所述至少一个场效应传感器包括仅附着到电介质基板30一侧上的有源、低阻抗传感器。该场效应传感器设计在基板上有液体并存在静电的情况下正常运行，并非常适合在其中水、油脂和其它液体较为常见的航海环境中使用，例如在船舱底或者其它航海中使用。
如图5所示，传感器的印刷线路板组件22可以模制或制备到舱底侧壁18中，而不是将其单独地密封在外壳24中，而PC板30的前或“湿”表面面向舱底10的内部。
优选地，传感器电极图案49和59附着到PCB基板30的背表面。基板的背表面相对于前或“湿”表面，由此防止受控液体(例如舱底水)接触电极。由于传感器电极不位于基板的前表面上，所以传感器不会被刮擦、清洁溶剂或任何其它接触基板的污染物所损伤。此外，由于不需要开关，所以传感器的成本和复杂度减小。
优选地，诸如表面ASIC(例如36)的有源电气元件位于每一个传感器上并连接在每一个传感器的中央电极(例如50)和外部电极(例如52)之间。ASIC用于在传感器处放大并缓冲检测信号，由此减小由于不同的引线长度和引线选路路径而引起的单独传感器之间的信号电平的差异。
连接到场效应传感器电极的集成电路为有源器件，并且在所示的实施例中，将其优选构造为以在授予Caldwell的美国专利6,320,282中所述的方式运行的ASCI，其全文已并入本文中作为参考。如上所述，简单的场效应单元具有两个电极(例如50、52)、ASIC(例如36)和两个增益调谐电阻器(例如R5和R6)。本发明的TS-100 ASIC的管脚分配与’282专利的图4中所示的管脚分配相似，但稍微有些改变。可以从TouchSensor LLC得到TS-100 ASIC。特别地，对于该申请所示的TS-100 ASIC，输入电源(Vdd)连接位于管脚1上，接地连接位于管脚2上，传感器信号输出连接为于管脚3上，外部电极电阻器(例如R6)连接到管脚4，“振荡器输出”连接位于管脚5上，而内部极板电极电阻器(例如R5)连接到管脚6。任选地，可以将ASIC构造成通过使增益调谐调节在ASIC的内部以消除对增益调谐电阻器R5和R6的需要。
通过调节增益调谐电阻器R5和R6的值，来调节场效应传感器或单元的灵敏度。本发明的传感器可以适用于各种应用，并且可以改变增益电阻器R5和R6以产生期望的电压响应。本发明的传感器与其它传感器的相似之处在于，传感器对所测到的激励的响应必须被调谐或校准以避免饱和(即增益/灵敏度设置得太高)以及错过检测(即增益/灵敏度设置得太低)。对于大多数应用，在线性区产生传感器响应的增益调谐电阻器是优选的。调谐或校准方法通常将传感器组件放置在预期的检测环境中，并且作为电阻的函数来监测判定电路的输入端处的电路测试点(例如如Caldwell的’282专利的图4所示的点90和91)。调节增益调谐电阻器R5和R6的电阻值以提供处于传感器线性响应的中间范围中的输出。
虽然其它电极图案也适合于该舱底泵控制应用，但是所示的电极图案49和59，如图3所示，各自被平衡。这里使用的“平衡”，意味着内部电极(例如中央极板50)的导电迹线面积等于(在PCB制造公差范围内尽可能地等于)其相应的外部电极环(例如外部电极52)的面积。
申请人发现所示的平衡极板电极设计提供改善的对噪声或电磁干扰(EMI)的抗扰性，并且对于检测液体例如水的存在来说，运行得非常好。
对EMI的抗扰性似乎源于对寄生噪声或干扰信号的共模抑制。该“共模”抑制可归因于中央极板和外部环电极的相等面积，这似乎受基本上相同的寄生噪声或干扰信号的影响，因此当从一个电极的信号中减去另一个电极的信号时，共模噪声/干扰信号相互抵消。
在图3所示的实施例中，每一个平衡中央极板基本上为具有近似十二毫米(1mm)的水平长度和9mm的垂直宽度的矩形。如可以从图3中看到的那样，每一个中央电极极板(例如50和60)包括由宽度近似相等的非导电PCB表面部分分开的多个垂直导电迹线(每一个近似1mm宽)，其中每一个导电迹线通过环绕的导电迹线材料在其上端和下端都连接到电阻器(例如用于上极板50的R5)。每一个中央电极极板(例如50)没有被近似1.5mm宽且连接到ASIC(例如36)的上外部电极52完全包围。
在图6和7中示出可选电极图案的实施例；图6是按比例绘制并且示出在包括平衡极板传感器电极图案69的印刷电路板上的导电迹线的元件侧面布局的视图；而图7是示出如从PCB(例如PCB 30)的侧面所看到的平衡极板传感器电极图案69的导电迹线的边缘视图。如上面所提到的那样，平衡极板或电极图案的用于内部电极(例如中央极板70)的导电迹线面积等于(或在PCB制造公差内尽可能地等于)其相应的外部电极环(例如外部电极72)的面积。极板70和外部电极72也都任选地被提供接地环76的固态导电迹线材料的周界包围。
任选的接地环76有利于减小船或舱底材料对传感器20的运行的影响。当包括接地环76时，传感器20可以安装在导电(例如铝或钢)舱底或电介质(例如玻璃纤维)舱底中，而对传感器性能的影响可以忽略不计。
图8示出可选电极图案的实施例，该图示出如从PCB(例如PCB30)的侧面所看到的包括平衡极板传感器电极图案79的印刷电路板上的导电迹线的两侧布局的边缘视图。如上所述，平衡极板或电极图案的用于承载在PCB一侧上的内部电极(例如中央极板80)的导电迹线面积等于(或在PCB制造公差内尽可能地等于)其在PCB 30的相对侧上的相应外部电极环(例如外部电极82)的面积。极板80和外部电极82至少被提供与外部电极82分隔开的接地环86的固态导电迹线材料的周界部分地包围。
可以将利用微处理器控制的可选实施例编程为提供用于泵的打开和关闭的延迟。将微控制器编程为读取下极板60和上极板50。在舱底泵打开之前必须使两个极板有效以进行至少256个连续读取。读取之间的间隔为0.0011秒，导致在打开泵之前在两个极板有效的情况下连续读取的总时间为0.286秒。如果在任何时间，任意一个传感器无效，则取消读取并且不采取泵的启动操作。在泵未启动期间，控制器使其自身休眠2.5秒，然后醒来并读取上和下极板50、60。因此，在水位读取之间的时间为大约2.78秒。如果水仅在舱底10中到处晃动则该预编程算法不打开泵但给出相当快的响应的概率很高。该预编程算法优选存储在存储器中并且以与模糊逻辑原理相似的方式运行。
可以使用其它方法来克服“晃动”。有各种电子方法，包括利用如“单触发”、“脉冲开关和定时电路”以及“低通滤波”的简单定时电路。然而这些都不如采用将整个控制功能结合在使用微处理的简单电路中的单芯片微机经济。
机械防晃动控制方法包括在检测区域周围构造一个塑料腔或罩，并允许水缓慢地流进和流出腔体以及检测区域由此防止在传感器的区域内水位快速改变。这种阻尼流动方法不会在水位刚好处于启动的边缘时阻止传感器快速开启/关闭，其中水的轻微运动或电噪声会导致传感器振荡。机械防晃动腔可以与诸如低通的简单电子滤波电路和比较器耦合，但这比所示的设计需要更多的塑料。防晃动的机械方法还可以与我们的电流微控制器设计结合使用。如果水进入点由于脏物和/或碎片而被堵塞，则防晃动腔会产生问题。
所示的微控制器解决方案导致最简单、最小、最便宜、最低能耗的结果而灵活性和可靠性最大，因此优于非微处理方法或机械方法。
已经描述了新的并且被改进的方法的优选实施例。可以相信通过本文所给出的启示能够使本领域技术人员想到其它的变形、变化和改变。因此可以理解，所有这种变化、变形和改变应落入由所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (30)

1、一种液位传感器设备，用于检测移动的液位并能够启动受控装置，所述液位传感器设备包括：
厚度基本上均匀的防液阻挡层，具有第一和第二相对的表面，其中所述第一阻挡层表面暴露于液体中；
厚度基本上均匀的电介质基板，具有第一和第二相对的表面，其中所述基板紧接所述阻挡层的第二表面；
第一薄导电电极极板，以闭合、连续的几何形式设置在所述基板上，其具有被与所述阻挡层的液体接触基本覆盖的区域；
第二薄导电电极，其以隔开、共面且与所述第一电极极板为基本环绕的关系设置在所述基板上；以及
设置在所述基板上的有源电气元件，其紧接所述第一和第二电极并电耦合到所述第一和第二电极，以便与所述阻挡层的液体接触启动所述受控装置。
2、根据权利要求1所述的液位传感器设备，还包括：
防液外壳，围绕紧接所述防液阻挡层的空腔；并且其中将所述基板密封在所述空腔中。
3、根据权利要求2所述的液位传感器设备，其中将所述基板包覆成型在所述外壳空腔中。
4、根据权利要求3所述的液位传感器设备，其中所述电场具有起始于所述第二电极并终止于所述第一电极的弧状路径。
5、根据权利要求4所述的液位传感器设备，其中所述液位传感器产生指示所述液位传感器的状态的检测信号。
6、根据权利要求5所述的液位传感器设备，其中当所述液位接触所述阻挡层的第一表面并靠近所述基板时，所述检测信号的电平改变。
7、根据权利要求1所述的液位传感器设备，其中所述基板为玻璃。
8、根据权利要求1所述的液位传感器设备，其中所述基板为塑料。
9、根据权利要求1所述的液位传感器设备，其中所述基板由玻璃纤维增强环氧树脂制成。
10、根据权利要求1所述的液位传感器设备，其中所述沟道位于所述第一和第二电极之间，其具有大体均匀的宽度。
11、根据权利要求1所述的液位传感器设备，其中多个所述液位传感器电极设置在所述基板的所述第一表面上。
12、根据权利要求1所述的液位传感器设备，其中多个所述液位传感器电极设置在所述基板上并按照垂直阵列设置。
13、一种低阻抗液位传感器设备，用于检测液体的接触并能够启动受控装置，所述液体平面传感器设备包括：
电介质载体；第一薄导电电极极板，以闭合、连续的几何形式设置在所述载体上，其具有被液体接触区域基本覆盖的区域；
第二薄导电电极，以隔开且与所述第一电极为基本环绕的关系设置在所述载体上；
设置在所述载体上的有源电气元件，紧接所述第一和第二电极并电耦合到所述第一和第二电极；以及
具有第一和第二相对表面的电介质基板，所述电介质载体设置在所述电介质基板的所述第一表面上，以便所述基板的液体接触启动所述受控装置。
14、根据权利要求13所述的设备，其中所述基板的所述第一表面为非液体接触表面，而所述基板的所述第二表面为液体接触表面。
15、一种低阻抗液体接近传感器设备，用于检测液体接触并能够启动受控装置，所述液体接近传感器设备包括：
具有第一和第二相对表面的电介质基板；
第一薄导电电极极板，以闭合、连续的几何形式设置在所述基板上，其具有被液体接触区域基本覆盖的区域；
第二薄导电电极，以隔开、共面且与所述第一电极极板为基本环绕的关系设置在所述基板上；以及
设置在所述基板的所述第一表面上的有源器件，紧接所述第一和第二电极并电耦合到所述第一和第二电极，以便与所述基板的液体接触启动所述受控装置。
16、根据权利要求15所述的液体接近传感器设备，其中所述有源器件是配置成以振荡信号给所述电极通电的ASIC。
17、根据权利要求16所述的液体接近传感器设备，还包括至少一个增益调谐电阻器，其设置在所述基板上并电耦合在所述ASIC与第一和第二电极的其中一个之间。
18、根据权利要求17所述的液体接近传感器设备，其中多个所述液体接近传感器设置在所述基板上。
19、根据权利要求17所述的液体接近传感器设备，其中所述液体接近传感器ASIC响应于上升的液位而产生检测信号。
20、多个液体检测极板，用于检测液体接触并能够启动受控装置，每一个液体检测极板包括：
电介质载体；
第一薄导电电极极板，具有外围边缘并以闭合、连续的几何形式设置在所述载体上，其具有承受液体接触区域的实质覆盖的区域；
第二薄导电电极，以与所述第一电极成隔开的关系设置在所述载体上，所述第二电极在具有相邻的液体检测极板的外围边缘上环绕所述第一电极；以及
具有第一和第二相对表面的电介质基板，所述载体设置在所述基板的所述第一表面上，以便与所述基板的液体接触启动所述受控装置。
21、一种液体接近传感器，用于检测移动的液体并能够产生液体存在的检测信号或启动受控装置，所述液体接近传感器设备包括：
厚度基本上均匀的防液电介质基板，具有第一和第二相对的表面；
第一薄导电电极极板，以闭合、连续的几何形式设置在所述基板的所述第一表面上，其具有被与所述基板第二表面的液体接触基本覆盖的区域；
第二薄导电电极，以隔开、共面且与所述第一电极极板成基本环绕的关系设置在所述基板的所述第一表面上；以及
设置在所述基板上的有源电气元件，紧接所述第一和第二电极且电耦合到所述第一和第二电极，以便与所述基板的第二表面的液体接触启动所述受控装置。
22、根据权利要求21所述的液体接近传感器，其中设置在所述基板的所述第一表面上的所述第一薄导电电极极板包括平衡极板电极，该平衡极板电极的面积基本上与所述第二导电电极的面积相等。
23、根据权利要求22所述的液体接近传感器，其中所述平衡极板电极包括基本平坦的电极，该电极具有在端部连接到其它导电迹线并通过非导电电介质材料段分开的多个导电迹线。
24、根据权利要求23所述的液体接近传感器，其中所述平衡极板电极具有基本上为矩形的导电周界。
25、根据权利要求23所述的液体接近传感器，还包括设置在所述基板上并环绕所述第二电极的基本上平坦的导电接地环。
26、一种操作舱底泵的方法，包括下述步骤：
a)在舱底内设置其内至少具有第一场效应传感器的密封外壳；
b)利用所述传感器产生电磁场；以及
c)通过检测电磁场的变化来检测临近所述传感器的液体的存在。
27、根据权利要求26所述的方法，还包括下述步骤：
d)当检测到液体时，运行所述舱底泵。
28、根据权利要求27所述的方法，还包括下述步骤：
e)当不再检测到液体时，停止所述舱底泵的运行。
29、根据权利要求27所述的方法，还包括下述步骤：
e)当确定所述液位处于所选择的低液位时，停止所述舱底泵的运行。
30、根据权利要求26所述的方法，还包括下述步骤：
d)如果液体在表示所检测的情况不是晃动液体所致结果的间隔内存在，则开启定时器并测量液体存在的间隔的持续时间；以及
e)运行所述舱底泵。
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