CN101044680B - 容性传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种为运动对象21提供的容性传感器系统。所述系统包括具有可以彼此相对运动的第一部分26和第二部分39的天线装置。所述两个部分26，39由于来自周围环境的电容的影响而并联连接。第一部分26由所述运动对象21的导电部分构成，第二部分39由被设置在所述运动对象21的静止位置的导电装置构成。

Description

容性传感器系统

背景技术

本发明涉及容性传感器系统，特别是为运动对象提供的容性传感器系统。 

容性传感器系统是熟知的，它们能够根据人体的存在提供不同设备的控制和操作。这种系统例如在US4453112和US5621290被一般性地描述了。在这些文件中，传感器电极被布置在汽车车窗的框架上。只要人体的一部分例如手接近传感器电极，在传感器电极和地电极之间的电容便增加。这个电容的增加改变电极的输出信号的频率，该频率和一个参考频率比较，根据这个改变，用于使车窗移动的电动机进行操作。这种传感器系统可以响应半导电的要素例如人体，但是塑料和木料则不产生任何影响。 

另一种提供容性传感器能力的系统在文件WO02089328中披露了，其中传感器电路和用于向电气设备例如电动机供电的负载线相连。这种系统的优点在于，负载线不影响传感器系统而使负载线附近的传感器电容减少，而是通过作为传感器系统的天线部分操作而来支持该系统。 

有时把容性传感器系统的天线设置在运动部件例如门、盖或如上所述的窗户上是有利的。这种系统例如在文件WO0306914中披露了，其中定位传感器天线使得避免自动升高的门夹人。当有人把手放在天线附近时，门便被停止，以避免发生事故。 

这种最后说明的系统以及其它具有设置在运动部件上的天线的类似系统的一个问题是，当门或其类似物朝向关闭位置运动时，一般作为用于保持门的结构的一部分的金属框架将干扰该系统。这是因为门的框架是在所述系统中形成所述传感器的电容的第一电极的地平面的一部分。位于门上的天线形成第二电极。因此该系统不能检测位于框架上的人体部分。当门正在关闭时，系统将检测由接近门框架引起的电容值的增加。不过，为了避免这个对系统造成影响，一个默认的设置一般确保这个改变不引起门的停止。 

这种默认的设置将导致人体的部分，特别是较小的部分将不会被系统检测到。框架将使系统成为盲的，因为其对电容的主要影响比人体部分引起的对电容的较小的影响大得多。 

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种被应用在由受电容影响的框架保持的门或盖上的容性传感器系统，其能够检测人体的小的部分。这个目的由权利要求1的特征部分限定的本发明实现了。 

附图说明

下面参照附图说明本发明，其中： 

图1是其中可以实现现有技术的容性传感器系统的冷却室的前方透视图； 

图2是按照图1的上门或室的正视图； 

图3是按照图2的顶视图； 

图4是表示现有技术的容性传感器系统如何与图1的室连接的示意图； 

图5是其中可以实现本发明的容性传感器系统的冷却室的前方透视图； 

图6是表示按照本发明的容性传感器系统的天线的一部分如何被设置在按照图5的室本体上的正视图； 

图7以顶视图表示图6的结构； 

图8是一个说明性的实施例的示意图，表示按照本发明的容性传感器系统如何和按照图5的室连接；以及 

图9更详细地示意地表示一个说明性的实施例，表示可以如何设计图8的说明性的实施例。 

具体实施方式

附图表示按照本发明的容性传感器系统的说明性的实施例。这些说明性的实施例不应当解释为本发明的限制。其目的是说明如何应用本发明，并进一步说明本发明的范围。 

说明性的实施例涉及冷却室内的容性传感器系统。在这些实施例中，冷却室本身和所述室的性能被用于形成一个传感器系统，用于局部控制室门的运动。在图1-4中，说明使用所述室作为传感器系统的一部分的基本原理，图5-9表示按照本发明的说明性的实施例。 

图1中示出了冷却室20。该室包括一个上门21和一个下门22，每个门都封闭一个被冷却的隔室。该图仅仅是示意的，敞开的上隔室不包含任何架子或其类似物。室体包括用于形成室的形状的外金属衬板23以及用于形成所述上隔室的内衬板24。门21在铰链(未示出)上回转，并和本体电绝缘。示意地示出了电动机单元25，用于说明通过电动机单元的操作门可以自动地在打开和关闭位置之间运动。 

本发明基于这样的构思，即，冷却室适合于配备容性传感器系统，借以使得门通常由金属制成并和室本体电绝缘。铰链(由塑料或金属制成)被连附于门的上下端盖。铰链和端盖由塑料制成，借以确保在金属门和金属的室本体之间不建立电连接。 

此外，室20包括允许门转动的可电气操作的单元25。其例如可以是一个机电单元例如电动机或电磁线圈，并具有合适的电压等级例如12或24V直流电压。可操作的单元还可以包括被分别设置在门和本体内的磁体。例如其中至少一个是由本系统供电的电磁体。在使用电动机的情况下，其最好包括齿轮，用于把电动机的转动转换成足以使门运动的力。电动机的性能、电压等级和齿轮设计都适用于提供尽可能平滑的门的运动。平滑的运动是很重要的，因为用户必须感到该系统是可靠的并且容易使用。和可以电气操作的单元相连的容性传感器系统也将包括控制装置，以便实现所述平滑运动。 

图2和图3以正视图和顶视图表示上门21。门包括构成门的结构的金属外衬板26。外衬板和内衬板27一道封闭其中设置有绝热材料的空间，也见图1和图2。在这个端部，还设置端盖28，用于封闭所 述空间。前述的这些端盖还保持着铰链，以把门保持在枢轴转动的状态。在两个视图中都示出了门手柄29。门的金属外衬板构成容性传感器系统的一个重要部分，如后所述。 

在图4中的电气方案表示如何在冷却室20内设置容性传感器系统。这个方案未示出使用的所有的元件，因为其只用于说明在冷却室内设置容性传感器系统的主要范围。在图5-9中示出了更多的细节，这些图说明本发明的主要范围。 

在图中示出了冷却室20，其具有上门21、可电操作的单元25、上门外衬板26和室本体金属外衬板23。作为容性传感器系统的一部分提供有电源30。该电源对系统供电，最好还对可电操作的单元供电。电源通过连接部分31例如和230V交流电源相连。电源还具有两个功率输出，即正的32和负的33，用于提供最好在12-24V的范围内的直流电压。输出32和33都和容性传感器单元34相连。 

传感器系统通过线37接收来自室本体的外衬板23的信号，该外衬板构成室的接地平面。所述接地平面最好但非必须和外部地35相连。线38表示传输线，用于控制可电操作的单元25并向其供电。传感器系统还通过线36和上门外衬板相连，该线还和电源输出33相连。 

所披露的容性传感器系统的主要构思是，根据在上门外衬板26和室本体外衬板23之间形成的电容42，见图4，的特性的检测，利用可电操作的单元25操纵所述门。该系统的操作基于这样的事实，即，该系统能够检测由于人体的存在而引起的电容的改变。门作为传感器系统中的天线而工作。当用户的手朝向门运动时，系统将检测到电容随时间而增加。相应地，当用户把手除去时，系统将检测到电容随时间而减少。最后，如果用户把手保持在门上，则电容在增加之后并随时间保持稳定。这3个事件便是系统控制门的运动的依据。 

图1-图4所示的实施例旨在说明图5-9所示的实施例所依据的构思。这种用于实现门上容性传感器系统的构思是已知的，而这种系统在电冰箱上的使用是新的。代替在门中实现导电带型的天线，该系统使用门的金属衬板作为天线。这样，实现了元件和制造的成本低的 优点。最重要的是，门的衬板和室本体电绝缘。 

现在参看图5-9说明表示本发明的范围的说明性的实施例。在图5中示出了图1的图1的室，具有冷却室20及其上门21、用于使门运动的可电操作的单元25、上门外衬板26和室本体金属外衬板23。室及其上门的其它细节还在图1-4中被披露了。在图5中，导电部分39被设置在上隔室24的开口周边40上。该部分围绕周边的4个边的全长伸展。其例如可被设计成室的密封垫或其类似物。主要的重要之点在于，其至少是半导电的。当然，作为替代可以是全导电的，例如可以是铜制成的金属带。 

图6中示出了(已经除去门21)围绕上隔室24的开口的整个周边40伸展的导电部分39。在图8中作为顶视图示出了图7的室。标出了导电部分和设置有所述导电部分的室20。在该图中还示出了电绝缘层41。设置电绝缘层使得导电部分能够不和室本体金属外衬板或室本体的任何其它部分电气相连。这种结构对于系统的操作是关键的，这在后面将被继续说明。 

除去和系统连接的导电部分39之外，图8的许多方面对应于图4。示出了冷却室20，具有其上门21、用于使门运动的可电操作的单元25、上门外衬板26以及和地平面连接的室本体金属外衬板23。示出的电容系统还具有用于向容性传感器单元34提供最好是12-24V的直流电压的电源30。系统通过线37接收来自室本体的外衬板23的信号，所述外衬板最好但并非必须通过35和电气接地相连。线38表示用于控制可电操作的单元25并向其供电的传输线。 

传感器系统还通过线36和上门外衬板26相连，所述线36还和电源的负极输出端33相连。此外，导电部分39通过线43和上门外衬板相连。图9还示出了前面已经说明的电容42。所述电容的特性对于容性传感器系统是重要的。因为上门外衬板和导电部分39相连，它们和形成的电容42呈并联关系被设置。连接的部分都作为容性传感器系统的天线工作。 

在图9的电路图中进一步说明了容性传感器系统的说明性的实施 例。在该图中，示意地示出了电源30、容性传感器单元34、室本体外衬板23、上门外衬板26以及半导电部分39。还示出了来自图9的线并基于图10，下面说明按照图9的结构的功能。电源30对容性传感器系统供电，最好提供12-24V的直流电压。关于本发明，用作天线的室的部分和电动机被认为是系统的部分。电源通过连接部分31例如和230V的交流电压相连。电源例如可以是开关式变换器。电源(图9)向线33(负极)以及线32(正极)提供功率。 

电容控制单元34通过线32和33从电源接收功率，线33还和门衬板26以及导电部分39相连。此外，该单元和室本体外衬板23相连。根据电容42的特性、下面所述的系统的操作，该单元控制可转换的继电器装置46，对可电操作的单元25供电。如图所示的继电器47和48可以转换以便改变操作单元的转动方向，借以当门运动时控制方向。所述可转换的装置当然可以用其它装置替代，用于电气控制门的运动。 

传感器单元34包括微控制器50。通过传输线32和33由电源单元30向控制器供电。还具有呈放大器形式的射极跟随器51、带通滤波器52、电压整流器53和直流放大器54。通过线56和57供电。 

作为一种替代，可电操作的单元25可以由电源30之外的电源供电。如果本发明要降低电动机的电源线对系统的影响，这种解决方案可能是优选的，因为当把它们安排在室中时，优选地可以选择使系统的不同部分在物理上分开。不过，图9的解决方案将给出一个较好的选择，其使用电动机的电源传输线32和33作为容性传感器系统的一部分。这种解决方案在PCT文件WO02/089328中说明了。 

当人接近室门时，这个人的接近使得在室和门(通常是关闭的)之间的电容42增加。这由容性传感器检测，在该传感器中送入具有8kHz的重复频率的参考信号。这个信号通过线57以及可变电容58被送入。两个电容形成一个分压器，在59具有输出的交流电压。射极跟随器51减少干扰的危险，低通滤波器52除去干扰频率噪声，同时电压整流器53对信号进行整流。信号最后在54被放大，以改善检测改变的能力。连线60把信号送到微控制器上的A/D输入端。 

如果来自后者的在60的直流输出电压的最终的减小(由人的接近引起的)具有在一个选择的灵敏度阈值以下的大小或小于一秒或大于3秒的持续时间，则不发生动作。这意味着人可能在附近通过或者把身体靠在门上或者在门上书写字条。只要直流输出电压的足够的减少具有1到3秒的持续时间，微控制器便通过可转换单元46启动可电操作的单元25，从而把门打开。例如如果使用电动机，直流输出电压在其持续时间期间的足够的随后的减少将停止电动机，并在此后使电动机的运动反向，从而使门关闭。如果没有直流电压的这个随后的减小，在一个选择的时间限制例如30秒之后，微控制器仍然使门关闭。 

按照本发明，门的金属外衬板26和室电绝缘，并和所述的容性传感器系统相连。还配备有到导电部分39的连接，所述导电部分被设置在室的门的开口中，并和所述室电绝缘。从而通过所述金属装置的组合获得一个压紧传感器。另一个有利的组合效果是，当门被打开和关闭时，具有室和门之间的电容的减小的改变。这有利于容性传感器的设计。 

保持在电源中形成的电容49的跟踪是关键的，因为系统通过检测电容42的特性来操作。例如，在冷却整流器的线圈和整流器本身之间可能形成电容。此外，在变压器中可能形成电容值。在这种情况下，在被供电的元件和与所述电源的接地平面相连的电源的部分之间将设置电容49。电源一般设置在室本体内，在许多情况下，其相应于对室的控制系统供电的电源。因此，在许多情况下，室20的接地平面35和电源30的接地平面44连接在一起，如连线45所示。在这种情况下，电容42和49将或者通过地线或者通过内部线和室的外衬板23相连。这意味着，电容45和44被并联地设置，两者影响总电容值。如前所述，室地平面35，相应地接地平面44最好但非必须和外部地相连。 

利用这种思想的范围，本感测系统的所有元件都能够作为天线的一部分而工作。可电操作的单元25也能作为天线的一部分而工作。如果感测系统(电源除外)与/或电动机单元被设置在门内，则这种解决方案是尤其有利的。不受门天线26的干扰而在门的一部分上产生“盲” 点，它们将作为天线的一部分。披露的现有技术的解决方案将不再进行和本发明有关的说明，不过，对于本领域技术人员，如何使用所述解决方案实现本发明是显而易见的。 

显然，对于本领域技术人员，本发明不限于只适用于冷却室的容性传感器系统。而是其可用于具有运动部分的其中实现用于电容感测系统的天线装置的任何设备中。 

Claims (8)

1.一种为运动对象(21)提供的容性传感器系统，所述传感器系统包括天线装置并且被设置为用于检测所述天线装置与地平面(23)之间的电容(42)的特性，其特征在于，所述天线装置包括可以彼此相对运动的第一部分(26)和第二部分(39)，所述第二部分(39)连接至所述第一部分(26)，并且所述两个部分(26，39)被设置为由于来自周围环境的容性影响而相对于所述电容(42)并联连接，借以使所述第一部分(26)构成所述运动对象(21)的导电部分，而所述第二部分(39)构成设置在所述运动对象(21)的静止位置的导电装置。

2.如权利要求1所述的容性传感器系统，其特征在于，所述运动对象(21)配备有可电操作单元(25)，而且在所述静止位置被设置为关闭一个通路，因而所述传感器系统配备有操作装置(46)，其被设置用于操作所述可电操作单元(25)，所述导电装置(39)位于所述通路的周边。

3.如权利要求2所述的容性传感器系统，其特征在于，所述可电操作单元(25)被设置用于使运动单元(21)运动，所述可电操作单元(25)通过在所述天线装置和所述天线装置的所述地平面(23)之间形成的电容根据周围环境的影响而被操作，所述天线装置和所述地平面电绝缘。

4.如权利要求3所述的容性传感器系统，其特征在于，所述容性传感器系统被集成在所述运动对象(21)中，并具有和所述地平面相连的信号输入端(59)以及和导电部分(26)相连的信号接地端(36)，从而和所述传感器系统相连的所有元件都作为所述天线装置的一部分。

5.如权利要求4所述的容性传感器系统，其特征在于，所述可电操作单元(25)被集成在所述运动对象(21)中，并且被设置作为导电部分(26)的一部分，从而所述可电操作单元(25)将成为所述天线装置的一个操作部分。

6.一种家用设备，其特征在于其包括如前面任何一个权利要求所述的容性传感器系统。

7.如权利要求6所述的家用设备，其特征在于，所述运动对象(21)是门、盖或抽屉，被设置用于封闭所述设备的至少一个隔室的开口，所述导电部分(26)由形成所述门或盖的衬板构成。

8.如权利要求6所述的家用设备，其中所述家用设备是电冰箱或制冷器。

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