CN101401309A - 门位置传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容传感器系统，所述系统包括连接到第一天线(15)和第二天线(11)的传感器电路，所述第一天线(15)设置在第一目标(10)上，并且所述第二天线(11)设置在相对所述第一目标(10)可移动的第二目标(11)上。所述第一天线(15)设置为正好邻近用于传感器电路的第二目标(11)以检测第二目标(11)的运动和/或位置。

Description

门位置传感器
技术领域
本发明涉及电容传感器系统，所述电容传感器系统包括连接到第一和第二天线的传感器电路，所述第一天线设置在第一目标上，并且所述第二天线设置在相对于所述第一目标可移动的第二目标上。
背景技术
众所周知，电容传感器系统能够基于人体的存在而提供对不同设备的控制和操作。这种系统通常是例如在US4453112和US5621290中描述的。在这些文献中，传感器电极设置在汽车车窗的窗框上。一旦人体部分，例如手，接近传感器电极，传感器电极和地电极之间的电容增加。这种电容的增加改变电极的输出信号的频率，所述频率与参考值比较，并且基于这种变化，移动车窗的电机运转。该传感器系统能够响应半导体元件，例如人体，但是塑料和木头不会引起任何反应。
仍未公开的瑞典专利申请SE0402261-2公开了一种电容传感系统以解决检测门和配有电容传感系统的内胆主体之间小部分身体的问题。通常地，由于冰箱主体对电容的主要影响大于由身体部分引起的电容上的较小影响，内胆主体将使门天线变盲。为了解决这个问题，该公开的发明包括门和冰箱主体之间的电磁屏蔽，所述电磁屏蔽象垫片一样安装在内胆主体的边缘。所述屏蔽应该消除由内胆主体引起的影响。该屏蔽具有相对冰箱主体的固定位置和关于所述冰箱主体的恒定电容值。门电连接到该屏蔽，并且门的运动不改变门到冰箱主体的电容。
然而，该公开的系统的一个缺点是较高的构造成本。这个框架应该是薄导电片(例如铜)，但从审美的视角，其应该通过某些塑料元件被覆盖，并且框架的所有侧面应该彼此电连接并连接到控制板。当关闭时，由于压力大，门盖框架元件影响所述垫片，并且塑料需要足够硬(成本高)以在这种条件下存在。
另一个问题是框架没有真正屏蔽。门的尺寸(见图1)比框架的总面积更大。这意味着电磁场C3在门和冰箱主体之间形成。这将给系统的测量电路增加额外的、变化的电容。实际上，该屏蔽(由于实际没有真正屏蔽)可能由位于控制板上的“通常的”恒定电容C1代替。则恢复到没有屏蔽的用于冰箱的电容传感系统。电容C3将取决于门角度并影响所述电路的总电容(见图2)。从而，因为框架更靠近冰箱主体，其电容C1更高(大约2-3nF，并且这意味着比人体到门的电容C2高10倍)。
因此我们不仅具有一个屏蔽身体的恒定电容，而且具有比人体到门的电容(C2)高10倍的总电容，该总电容为并联的电容C1、C3—框架到冰箱和门到冰箱的总电容。图1-2说明了这些。此外，我们需要处理由于门角度变化而引起的C3的变化。因为我们需要高分辨率的ADC(动态范围大约20000)和复杂信号处理，所述复杂信号处理仅放大全范围内的部分信号以检测人体运动。如果总电容的变化取决于门的运动或人体的存在，该问题将被解决。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种应用于门或盖上的电容影响的框架所持有的电容传感器系统，所述电容传感器系统能够很容易并且可靠地检测人体的小部分。该目的通过本发明的在权利要求1的特征部分所定义的技术特征而实现。
附图说明
下面将进一步结合附图对本发明进行描述，其中：
图1表示应用于冰箱的现有技术的电容传感器系统；
图2表示图1的系统的相应测量电路；
图3表示本发明的应用于冰箱的电容传感系统；
图4表示图3的系统的测量系统元件结构；
图5表示图3-4的系统的相应测量电路；
图6表示“由开门角度决定的电容”。
具体实施方式
图1-2表示未公开(non-published)的瑞典专利申请SE 0402261-2中的现有技术实施方式，图3-6表示本发明中电容传感器系统的说明性实施方式。所述说明性实施方式不应该解释为限定本发明。其目的是说明本发明如何实施以及进一步说明本发明的范围。
参考图1，现有技术的电容传感系统应用于冰箱内胆(refrigeratorcabinet)10，所述冰箱内胆具有带外部金属板的主体，所述外部金属板包围所述内胆。所述内胆包括通过铰接连接到主体而悬挂的门11。如背景技术中所述，这个系统包括门和冰箱主体之间的电磁屏蔽12，所述电磁屏蔽象垫片一样安装在内胆主体(cabinet body)的边缘。所述电磁屏蔽被连接13到门。所述屏蔽应该去除由内胆主体引起的影响。图2表示由这种设置形成的相应测量电路(总电流currents summarizing)，所述设置一次对应下列总电容的计算：
Ctot＝C1+C2+C3
C1是形成在所述屏蔽和内胆主体之间形成的固定电容。它具有很高的值(nF)。C2是门和地平面(ground level)之间形成的可变电容，所述可变电容取决于在门处的人体的运动或存在。它具有很低的数值(pF)。C3是未计算的、在门和内胆主体之间形成的可变电容。它具有很高的数值(nF)并且取决于开门角度。当测量电路输出端14(图2)的总电容时，很难识别人体运动(C2的变化)。这个问题将鉴别是否总电容的变化取决于门的运动或人体存在。
图3-6表示本发明的说明性实施方式。在图3中，示出了具有铰接门11的内胆10。外部金属板覆盖内胆主体。根据本发明，屏蔽12被冰箱顶侧上的电极15代替。所述电极由设置在用于承载用户界面、电路板和其它电子元件的顶部面板(未示出)上的金属带制成。电极将作为电容传感电路的天线。所述系统将能够检测门位置，作为解决现有技术方案所具有的上述问题的方法。
在图3中，示出了新的系统设置形成的电容。C1是形成在电极15和内胆主体10之间的固定电容。C2是形成在门和地平面之间的可变电容，所述可变电容取决于门附近的人体运动或存在。C3是在门和内胆主体之间形成的可变电容。它取决于门的打开角度。C4是在电极和门之间形成的可变电容。如后面描述，系统将利用关于电容C4的容值的知识以检测人体16是否接近所述门。
图4表示测量系统元件结构，并且图5表示本电容传感系统的相应测量电路。图4表示在电路的输出端17(图5)测量的影响总电容的不同天线(内胆主体10、电极15、门11、人体16)。现在看输出端17的总电容计算式：
Ctot＝C1+1/(1/C4+1/(C2+C3))
在本发明中，电极电容(C1和C4)的容值比门和人体的电容C2/C3(总共200-400pF)相比更低(小于10pF)，并且因此C2和C3在金属带电容上的影响则不重要，例如：
如果C1＝10pF，C4＝10pF；C3＝300pF，C2＝100pF(用户接触门)。则总电容为：
C＝C1+1/(1/C4+1/(C2+C3))＝10+(1/10+1/(300+100))＝19.76pF
如果C1＝10pF，C4＝10pF；C3＝300pF，C2＝0(用户远离门)。则总电容为：
C＝C1+1/(1/C4+1/(C2+C3))＝10+(1/10+1/(300+0))＝19.67pF
因此靠近门甚至接触门的人体运动对门位置检测结果没有实际影响(特别当门打开并且C4值非常小时)。
参看图6，当门打开时，其在顶侧金属带下面的位置改变，并且共同覆盖表面的面积也改变。因此这种可变电容的容值将取决于(但不线性于)打开角度，如图所示。当门仅开始打开并且当门几乎刚打开非常小时，所述改变的最大部分产生。这个传感器具有确定门靠近状态的非常好的精度以及门打开状态的低精度。对于冰箱，适当的功能性门靠近状态可靠识别比门打开状态更重要，因此，对于打开状态的不是非常精确的识别是可以接受的。
这种结果是：当启动系统以校准时，以便系统很容易知道对于不同打开角度的输出端17的总电容。当将冰箱安装在家里时，用户将被引导做校准。然后系统通常具有关于门位置的信息，并且能够计算没有用户动作(移动或触门)时对于一定门角度的期望总电容信号，并从实际信号中减去它。由此我们得到了纯用户动作信号。这将使冰箱的电容传感系统工作。
实际上，在校准时，通过测量电路的总电容，电容传感器电路检测第二目标的位置，并且将所述第二目标的位置与已经存储的总电容和第二目标位置之间的关系图相比较。当检测到第二目标的位置时，传感器电路将检测临近第二目标的所用身体部分的运动和/或位置。
另一个优点是通常用于冰箱中的两个机械开关(门开报警开关和内部灯开关)可以去除。由于机械结构的简化，预期成本减少。
对于本领域技术人员显而易见的是，本发明不限于仅适用于冰箱的电容传感器系统。它可以用于具有移动部件的设备，在所述移动部件中实施电容传感器系统的天线。

Claims (19)

1、一种电容传感器系统，所述系统包括连接到第一天线(15)和第二天线(11)的传感器电路，所述第一天线(15)设置在第一目标(10)上，并且所述第二天线(11)设置在相对所述第一目标(10)可移动的第二目标(11)上，其特征在于，所述第一天线(15)设置为正好邻近用于传感器电路的所述第二目标(11)以检测所述第二目标(11)的运动和/或位置。
2、根据前述权利要求中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，所述第一天线(15)设置为与所述第二目标(11)上的表面基本平行。
3、根据权利要求2所述的电容传感器系统，其特征在于，所述第一天线(15)和所述第二目标(11)上的所述表面至少部分地重叠在所述表面的观察方向上。
4、根据权利要求2-3中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，所述第一天线(15)和所述第二目标(11)上的所述表面具有长方形，所述天线(15)和所述表面两者的主要延伸方向在所述第二目标(11)的一个位置基本平行。
5、根据权利要求2-4中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，所述第二目标(11)是旋转或滑动安装在所述第一目标(10)上的门，所述第二目标(11)上的所述表面具有局部门的形状，所述表面形成在门边沿上。
6、根据权利要求5所述的电容传感器系统，其特征在于，所述第二天线(11)形成为门上的盖板。
7、根据权利要求5-6中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，所述第一目标(10)是内胆主体，并且所述主体与所述门一起包围内胆空间，所述第一天线(15)设置在一个天线表面，所述天线表面面向所述第二目标(11)的所述表面。
8、根据权利要求7所述的电容传感器系统，其特征在于，所述天线表面设置在内胆主体的延伸部，从而面向所述门边沿。
9、根据前述权利要求中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，为传感器电路设置所述第二天线(11)以检测与所述第二目标(11)邻近的用户身体部分(16)的运动和/或位置。
10、根据前述权利要求中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，第一电容(C1)形成在所述第一天线(15)和所述第一目标(10)之间。
11、根据前述权利要求中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，第二电容(C2)形成在所述第二天线(11)和地平面之间。
12、根据前述权利要求中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，第三电容(C3)形成在所述第二天线(11)和所述第一目标(10)之间。
13、根据前述权利要求中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，第四电容(C4)形成在所述第一天线(15)和所述第二天线(11)之间。
14、根据权利要求10-13中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，通过所述第二目标(11)相对于所述第一目标(10)的所述运动，影响所述第四电容(C4)的容值。
15、根据权利要求10-14中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，通过位于所述第二目标(11)的人体(16)出现，影响所述第二电容(C2)的容值。
16、根据权利要求10-14中任何一项所述的电容传感器系统，其特征在于，所述电容(C1、C2、C3、C4)形成等效电路，在所述等效电路中，所述第一电容与至少所述第二和第四电容之间的串连连接并行地连接。
17、一种用于电容传感器系统的方法，所述电容传感器系统包括连接到第一天线(15)和第二天线(11)的传感器电路，所述第一天线(15)设置在第一目标(10)上，并且所述第二天线(11)设置在相对所述第一目标(10)可移动的第二目标(11)上，所述天线的设置形成等效电路，其特征在于，通过测量电路中的总电容(17)，传感器电路检测所述第二目标(11)的位置，并且将所述第二目标(11)的位置与已经存储的总电容和所述第二目标(11)之间的关系图相比较。
18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二目标(11)是可旋转地安装在所述第一目标(10)上的门，并且所述第二目标(11)的位置对应于相对于所述第一目标(10)的所述第二目标的旋转角度。
19、根据权利要求17-18中任何一项所述的方法，其特征在于，当已经检测到第二目标(11)的位置时，传感器电路能检测邻近所述第二目标(11)的所用身体部分的运动和/或位置。
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