AT393040B - Kapazitiver naeherungsgeber - Google Patents

Description

AT 393 040 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Nähsrangsgeber, bei dem zwei voneinander isoliert gehaltene Elektroden mit einem Signalgenerator elektrisch verbunden sind, von denen mindestens eine flächig ansgebildet ist, wobei der Eingang eines Verstärkers mit einer dieser Elektroden verbunden ist

Ein solcher Näherungsgeber wurde z. B. durch die DE-OS 35 09 507 bekannt. Bei dieser vorbekannten 5 Lösung sind zwei eine gemeinsame Elektrode auf weisende Kondensatoren vorgesehen, von denen jeweils einer im Rückkopplungskreis eines Differenzverstärkers eingeschaltet ist, wobei aber die dritte Elektrode jeweils potentialfrei gehalten ist. Bei dieser Lösung ergeben sich jedoch erhebliche Probleme bei der Auswertung der erhaltenen Signale, die außerdem stark von äußeren Bedingungen abhängig sind. So würde sich eine solche Lösung kaum als Abstandssensor für eine Einparkhilfe für Kraftfahrzeuge eignen. 10 Weiters sind Näherungssensoren bekannt, bei denen eine kapazitive Geberplatte eine Hälfte eines Kondensators bildet und die zweite Hälfte dieses Kondensators direkt oder indirekt mit Masse verbunden ist. Eine solche Anordnung, die sich zwar durch ein großes Maß an Einfachheit auszeichnet, weist aber eine Reihe von Nachteilen auf.

So ergibt sich bei diesen eine hohe Grundkapazität gegen Masse, wodurch nur mehr eine relativ geringe 15 Empfindlichkeit gegeben ist. Weiters erschweren parasitäre Widerstände, die sich durch Verschmutzung oder dem zeitweisen Einfluß von Feuchtigkeit ergeben, ein Messen unter reproduzierbaren Verhältnissen. Außerdem gehen bei solchen Anordnungen auch kleine Deformationen der Elektroden relativ stark in die Messung ein.

Durch die DE-OS 20 44 790 wurde auch schon vorgeschlagen, die Abschirmung eines Zuleitungskabels von einer kapazitiven Geberplatte zu einem Niederfrequenzgenerator mit diesem zu verbinden, um die parasitäre 20 Kapazität des Kabels teilweise zu kompensieren. Doch wirkt sich diese Maßnahme nur auf das Zuleitungskäbel aus und hat keinerlei Einfluß auf die Grundkapazität der Sensorplatten und der Befestigung, sodaß durch diese Maßnahme nicht viel gewonnen werden kann.

Ziel der Erfindung ist es, bei einem Näherungsgeber der eingangs erwähnten Art die Grundkapazität zu verkleinern, um eine höhere Stabilität des Gebers und eine größere Unempfindlichkeit desselben gegen 25 Umwelteinflüsse zu erreichen.

Erfmdungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Ausgang des Verstärkers mit einer zwischen den mit dem Generator ständig verbundenen Elektroden angeordneten Zwischenelektrode verbunden ist, die gegenüber den beiden übrigen Elektroden isoliert angeordnet ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine wesentliche Verkleinerung der Grundkapazität gegenüber Masse, 30 verglichen mit den bekannten Lösungen. Außerdem haben parasitäre ohm'sche Belastungen keinen nennenswerten Einfluß auf die Stabilität der Einrichtung und die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse. Weiters ergibt sich auch der Vorteil einer nur sehr geringen Empfindlichkeit auf das Eindringen von Fremdstoffen, wie z. B. Schmutz, zwischen die Elektroden und auf kleinere Deformationen derselben.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Zwischenelektrode eine Fläche aufweist, deren Größe 35 zwischen jener der beiden übrigen Elektroden liegt, wobei die kleinste Elektrode im wesentlichen zentrisch zur Zwischenelektrode angeordnet ist und die letztere die kleinere Elektrode im wesentlichen allseitig überragt, wobei vorzugsweise die drei Elektroden parallel und im wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind.

Auf diese Weise kommt es zu einer sehr günstigen Feldverteilung.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: 40 Fig. 1 schematisch einen erfmdungsgemäßen Näherungsgeber mit Auswerteschaltung,

Fig. 2 schematisch die Feldverteilung bei einem Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters, und die Fig. 3a bis 3 schematisch verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für einen erfindungsgemäßen Näherungsgeber.

Der Ausgang des Generators (5), der z. B. durch einen Schwingkreis gebildet sein kann, ist mit einer 45 Elektrode (1) des Näherungsgebers verbunden. An diesen Ausgang des Generators ist weiters der Eingang eines Verstärker (4) angeschlossen.

Der Generator (5) ist an Masse angeschlossen und damit mit der ebenfalls an Masse angeschlossenen Elektrode (3) gekoppelt. Selbstverständlich könnte auch eine Verbindung über eine entsprechende Leitung vorgesehen sein. Wesentlich ist dabei lediglich, daß sich der Generator und die Elektrode (3) auf dem gleichen 50 Potential befinden. So könnte eine solche Verbindung z. B. auch über die Karosserie eines Fahrzeuges hergestellt sein.

Zwischen diesen beiden Elektroden (1 und 3), die vom Generator (5) direkt beaufschlagt sind, der ein Wechselspannungssignal an diese Elektroden legt, wobei dieses Sinusform oder auch eine andere beliebige Signalform, z. B. Dreieckform haben kann, ist bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 eine Zwischenelektrode 55 (2) angeordnet, die mit dem Niederimpedanz-Ausgang des Verstärkers (4) verbunden ist Damit wird auch diese

Elektrode (2) mit einem ähnlichen Signal beaufschlagt, wie die Elektrode (1), d. h. daß die an die Elektroden (1 und 2) angelegten Signale die gleiche Form und vorzugsweise auch die gleiche Amplitude haben.

Die Ausgangsimpedanz des Verstärkers (4) bewegt sich vorzugsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Ohm. 60 Bei einer Annäherung eines Gegenstandes an den Näherungsgeber ändert sich die Kapazität der Elektrode (1) gegen Masse, wodurch sich auch der Arbeitspunkt des Generators (5) und damit dessen Ausgangssignal, z. B. in dessen Frequenz oder Tastverhältnis ändert. Diese Änderungen werden in der Auswerteschaltung (6) erfaßt und, je -2-

Claims (3)

1. AT 393 040 B nach dem jeweiligen Einsatz, in entsprechende Steuer- oder Warnsignale umgesetzt. Fig, 2 zeigt den Einfluß eines sich dem Näherungsgeber (1,2,3), der z. B. in einer Mauer untergebracht, oder in eine Flüssigkeit eingetaucht sein kann, nähernden Gegenstand (13) auf das sich um den Näherungsgeber ausbildenden elektrischen Feldes (9). Dabei schirmt das Feld (9) der Zwischenelektrode (2) teilweise den Einfluß eines sich sonst zwischen den Elektroden (1 und 3) ausbildenden elektrischen Feldes ab. Es kommt daher zur Ausbildung des elektrischen Feldes (10) der Elektrode (1). Dieses schließt sich über einen relativ großen Weg zur Elektrode (3), wobei dieser Weg durch den sich nähernden Gegenstand (13) mehr und mehr verkürzt wird und es dabei überdies zu Verzerrungen kommt. Dies führt zu einer Änderung der Kapazität der Elektrode (1) gegen Masse. Die Fig. 3a bis e zeigen verschiedene Anwendungsbeispiele von erfindungsgemäßen Näherungsgebem. So zeigt Fig. 5a eine Anwendung als Abstandssensor bei einem Fahrzeug, wobei die Elektrode (3) durch die Karosserie gebildet ist und die Zwischenelektrode (2) und die Elektrode (1) über elektrisch isolierende Halterungen mit der Karosserie verbunden sind. Bei einer Annäherung an ein Hindernis ändert sich die Kapazität der Elektrode (1) gegen Erde, welche Änderung entsprechend ausgewertet werden kann, z. B. zur Aktivierung eines optischen oder akustischen Wamsignales. Fig. 5b zeigt ein Beispiel einer Anwendung des Näherungsgebers nach der Fig. 1 bei einer Aufzugstüre. Dabei ist die Elektrode (3) durch den metallischen Türstock gebildet, an dessen der Türe zugekehrten Stirnfläche die Zwischenelektrode (2) und die Elektrode (1), jeweils über elektrisch isolierende Zwischenlagen voneinander getrennt aufgebracht sind, wobei diese Elektroden gemäß der Fig. 1 angeschlossen sind. Beim Beispiel 5c ist ein Bodensensor nach der Fig. 1 aufgebaut, wobei die Elektrode (3) durch die Erde gebildet ist, in der die beiden anderen Elektroden (1 und 2) eingebettet sind. Der Anschluß der Elektroden an den Generator und den Verstärker ist gleich, wie bei der Fig. 1. Nähert sich eine Person dem Bodensensor, so ändert sich dessen Kapazität, welche Änderung entsprechend ausgewertet worden kann. Fig. 5d zeigt eine Lösung für einen Näherungsgeber als Sicherung z. B. für Bilder od. dgl. Dabei bildet die Mauer die Elektrode (3) und das zu schützende Objekt die Elektrode (1). Die Zwischenelektrode (2) ist gegen beide isoliert angeordnet. Bei Annäherung einer Person oder eines Gegenstandes ändert sich die Kapazität der Elektrode (1) gegen Masse, welche Änderung entsprechend ausgewertet werden kann. Fig. 5e zeigt die Verwendung eines Näherungsgebers nach der Fig. 1 als berührungslos arbeitende Taste. Diese besteht aus einer mit Masse verbundenen elektrisch leitenden Folie, einer an dieser isoliert angeordneten Zwischenelektrode (2), in deren Ebene eine von dieser isolierte Elektrode (1) angeordnet ist, wobei die Elektroden gemäß der Fig. 1 mit dem nicht dargestellten Generator und einem Verstärker verbunden sind. PATENTANSPRÜCHE 1. Kapazitiver Näherungsgeber bei dem zwei voneinander isoliert gehaltene Elektroden mit einem Signalgenerator elektrisch verbunden sind, von denen mindestens eine flächig ausgebildet ist, wobei der Eingang eines Verstärkers mit einer dieser Elektroden verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers (4) mit einer zwischen den mit dem Generator (5) ständig verbundenen Elektroden (1, 3) angeordneten Zwischenelektrode (2) verbunden ist, die gegenüber den beiden übrigen Elektroden (1,3) isoliert angeordnet ist.
2. 2. Näherungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelektrode (2) eine Räche aufweist, deren Größe zwischen jener der beiden übrigen Elektroden (1,3) liegt, wobei die kleinste Elektrode (1) im wesentlichen zentrisch zur Zwischenelektrode (2) angeordnet ist und die letztere die kleinere Elektrode (1) im wesentlichen allseitig überragt.
3. 3. Näherungsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Elektroden (1, 2, 3) parallel und im wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -3-