CN101957220A - 传感器模块 - Google Patents

Abstract

电容式传感器模块，具有传感器电极，借助于所述传感器电机对物体进入到传感器电极前面的空间内进行采集，其中，传感器电极由电线形成。辅助电极在塑料支架内平行于传感器电极延伸，该塑料支架具有用于容纳传感器电极和辅助电极的凹隙并且沿电极的圆周部分地围绕这些电极。传感器电极在塑料支架内能够通过克服弹性变形力被压入塑料支架并且通过弹性复原保持在其凹隙内。

Description

传感器模块

技术领域

本发明涉及一种在汽车内或者汽车上使用的传感器模块。

本发明尤其涉及一种具有传感器电极的传感器模块，借助于该传感器电极会对物体进入到传感器电极前面的空间内进行采集。至少一个辅助电极平行于传感器电极延伸。

背景技术

这种传感器系统在汽车上使用在各种区域中。

一种电容式传感器系统具有传感器电极，借助于该传感器电极会对物体的靠近进行采集，并且该电容式传感器系统具有与传感器电极相联(koppeln)的控制和评估电路，该控制和评估电路采集传感器电极的电容相对于大地(Masse)的变化，方法是：该控制和评估电路将传感器电极以预先规定的频率周期性地反复与工作电压相联并且对一依赖于传感器电极周期性充电和放电的电流分布或者电压分布的至少一个参数进行评估以采集电容变化，该电容式传感器系统例如由美国专利(US-Patent)5,730,165或相应的专利文献DE 19681725B4公知。依赖于传感器电极周期性充电和放电的电流分布或者电压分布的参数在此为可在电容器上测量的电压，该电压取决于聚集在电容器上的电荷，其中，这种电荷通过如下方式聚集，即，周期性反复使传感器电极通过与工作电压相联而充电并且随后通过与电容器相联经由该电容器放电。另一种类型的电容式传感器由专利文献EP 1339025B 1公知。

例如由公开文献EP 0518836Al、US 6,825,752B2、DE 10131243C1和DE 102006044778A1公知一种电容式传感器系统，该电容式传感器系统具有传感器电极、间隔开地布置在传感器电极后面的大地背电极(Masse-Hintergrundelektrode)以及屏蔽电极，该屏蔽电极布置在传感器电极与大地背电极之间并且通过控制和评估电路以如下方式与传感器电极相联，即，使该屏蔽电极的电位跟随传感器电极的电位。由这些文献中所公知的、对传感器电极与处于地电位上的背电极之间的屏蔽电极进行的设置具有的优点是，提高这样形成的电容式传感器对传感器电极前面的空间内例如由于物体进入而发生的变化的灵敏度。这首先归因于，从传感器电极扩散的电场更强地延伸到传感器电极前面的空间(探测区域)内，因为：如在没有屏蔽电极的情况下那样，电场的大部分不再与处于地电位上的背电极短接。屏蔽电极通过如下方式与传感器电极相联，即，使该屏蔽电极跟随该传感器电极的电位，由于这种情况在屏蔽电极与背电极之间形成强电场；但首先实际上在传感器电极与依据电位跟随的屏蔽电极之间不形成电场。

传感器电极、屏蔽电极和背电极的公知的布置通常由电绝缘体例如塑料包裹，从而绝缘体层例如塑料层处于传感器电极上并因此处于传感器电极与传感器电极前面所要监测的空间也就是探测区域之间。

这种传感器系统的制造和维护开支大且成本高。特别是电极彼此的取向和即使在工作期间在整个长度上对取向的持久固定是关键因素。

发明内容

本发明的目的因此在于，在开头所称类型的传感器系统中能够实现更加低成本且鲁棒性好地制造。

依据本发明，该目的通过一种具有权利要求1特征的传感器系统得以实现。

依据本发明的电容式传感器模块具有传感器电极，借助于该传感器电极可以对物体进入到传感器电极前面的空间内进行采集。传感器电极由一段第一电缆或者电线形成。至少一个第一辅助电极平行于传感器电极延伸，其中，第一辅助电极由一段第二电缆或者电线形成。

塑料支架具有用于容纳和引导传感器电极的凹隙，其中，各自至少一个凹隙以微长的形式用于容纳传感器电极地构成。在凹隙内，传感器电极沿其圆周至少部分地由塑料支架环绕并因此保持在凹隙内。塑料支架和凹隙界定部通过如下方式形成并且在其成型和材料选择上与传感器电极协调一致，即，通过施加弹性或者塑性变形力可以将传感器电极压入凹隙内并且通过弹性复原保持在其凹隙内。

根据传感器电极是加有包皮的电缆还是电线，可以在电缆内进行部分或者整体变形，或者无论是塑料支架容纳处还是电缆均变形或者仅塑料支架容纳处变形。

依据本发明因此拥有一种传感器模块可供使用，该传感器模块能够实现以简单的方式并且由单独的部件构成灵敏的电容式趋近传感器

传感器电极作为电缆或者电线压入支架内并且彼此以限定的间距保持在该支架内。在整个固定区段上利用依据本发明的支架来确保稳定的间隔和取向。通过支架成型可以实现的是，能再生产传感器电极并且精确地以所希望的布置和取向彼此引导这些传感器电极。

一方面针对传感器电极和另一方面针对支架采用分开的部件而构成可以实现极其有利地制造。支架通常可以通过挤压由合适的塑料材料制造而成，而电缆或者电线则可以是可供使用的批量货物(Massenware)。单个部件既简单地相互连接，又可以相互重新分开，这在出现故障情况下使维修得以简化。

凹隙根据要求可以通过如下方式构成，即，使这些凹隙能够以防混淆的方式存在，也就是例如针对不同的电线或者电缆直径采用不同的大小。按照这种方式，传感器电极和辅助电极可以由不同类型的电缆形成。装配时，混淆各个电缆由于预先规定的固定凹隙基本上得以排除。

依据本发明，支架可以作为具有平行直线导线段的直线体形成。但也可以实现的是，支架以带有拱形部或者弯曲部的方式构成，例如在要将传感器模块置入汽车的相应成型的部分中的时候。

依据一种优选的实施方式，在支架内不仅容纳有传感器电极和第一辅助电极，而且还设置成用于容纳另一辅助电极。按照这种方式实现一种具有传感器电极、屏蔽电极(第一辅助电极)和背电极(第二辅助电极)的开头所述的系统。电极在此通常以直线的布置保持在相应的容纳处内。

三个并排或前后排列的电极优选具有变化的间距，其中，与辅助电极彼此间的间隔相比，传感器电极与其余两个辅助电极间隔得更远。换句话说，跟屏蔽电极与背电极之间相比，传感器电极与屏蔽电极之间构成的间距更大。

在另一种实施方式中，至少一个电极由加有包皮的电缆形成。原则上可能的是，一个或者多个电极由电线形成，以便在尽可能小的范围内影响电场的扩散和探测。但基于简化操作、鲁棒性及其对环境影响的不敏感性优选使用加有包皮的电缆。

在一种优选的实施方式中，支架具有保持段和固定段，其中，保持段被设置用于保持不同的电极并且具有相应的凹隙。固定段用于将传感器模块放置和固定在指定地点上，例如在汽车内保险杠的内侧上。固定段为此可以具有固定机构。可供选择地，固定段可以被粘贴在其指定地点上。

固定传感器模块的一种优选类型是使用设置在指定地点上的夹具，该夹具可以围绕传感器模块上的固定段，从而传感器模块稳定但可松开地容纳在夹具内。夹具为此例如可以由弹簧钢或者由弹性塑料形成。

在另一种实施方式中，支架与汽车的相应构件例如保险杠整体化地(integral)构成。一段相应的汽车构件于是具有凹隙，传感器电极被放入到该凹隙内。按照这种方式可以实现的是，将相应的凹隙设置在结构系列的所有构件内，但只在相应的汽车中实际需要这种功能的地方才设置带有相应的电极和电路的构造形式。

具有优点的和/或者优选的实施方式在从属权利要求中予以说明。

附图说明

现在借助附图对本发明进行详细说明。其中：

图1示出根据第一实施方式依据本发明的传感器模块的支架；

图2示出依据本发明的传感器模块的端面视图；

图3示出图2中传感器模块的透视图；

图4示出传感器模块与控制和评估电路相联的示意图；

图5A和5B中示出保险杠内实施例的相应布置。

具体实施方式

图1中示出支架1，该支架1具有固定段2以及保持段3。在保持段3内形成用于容纳电极的凹隙4a、4b、4c。支架1由作为挤压体

的塑料形成。凹隙4a、4b、4c各自在其横截面上具有呈圆形的沿着圆形段敞开的自由空间。通过这些开口可以压入电缆或者电线，以便保持在凹隙内。

图2示出带有放入的电极5a、5b和5c以及固定夹具6的支架。

电极5a放入凹隙4a内，电极5b放入凹隙4b内，电极5c放入凹隙4c内。

固定段2由夹具围绕并且以位置固定的方式被固定住。夹具6具有相应的弹性和容纳棱边的斜面，以便可以将固定段2简单地推入夹具6内。

在该视图中可以看出，电线或电缆5a、5b、5c保持在其各自的放入位置上，因为它们沿其圆周一半以上的圆周线被围绕。虽然在该示例中电缆等距分布地布置，但可以毫无问题地实现不同间距的分布。也可以毫无问题地应用不同粗细的电线。

图3示出图2中装置的透视图，其中，电缆或电线5a、5b、5c部分地从支架中引出。控制和评估电子装置被联接在该段内。

图4示出依据本发明的传感器模块的相应布线的原理示意图。电极5a作为第二辅助电极或背电极与控制电路10连接并且处于地电位上。电极5b充当有源的屏蔽电极或第一辅助电极并且同样与控制电路10连接。传感器电极5c与固定段2相邻地布置并且同样与控制电路10连接。

在这种结构中，电极会在装入汽车上时例如通过如下方式来取向，即，使夹具6布置在保险杠的内侧上，从而电极5a面向汽车。于是，传感器电极5c面向保险杠侧并且例如可以采集到使用者的腿或者脚的接近。按照这种方式，例如可以探测保险杠下面区域内的脚的接近，以便触发所属汽车的后备箱自动打开。

保险杠内实施例的相应布置在图5A和5B中示出。两个传感器模块布置在保险杠的面向路面的内侧上。

控制和评估电路10采集传感器电极5c的电容相对于基准电位的变化，方法是：该控制和评估电路10以预先规定的频率周期性地对传感器电极进行充电和放电并且对一依赖于传感器电极周期性充电和放电的电流分布或电压分布的至少一个参数进行评估以采集电容变化。该控制和评估电路10例如实施周期性地充电和放电，方法是：该控制和评估电路10将传感器电极5c以预先规定的频率周期性地反复与预先规定的电位例如工作电压电位相联。电压分布例如可以是传感器电极的端子上的电压分布。参数例如可以是在聚集电荷的电容器上所测量的电压，或者是通过在传感器电极上所测量的电压直至超过开关阈值(Schaltschwelle)进行充电和放电的周期的确定数量。屏蔽电极5b通过控制和评估电路以如下方式与传感器电极相联，即，使该屏蔽电极5b的电位基本上跟随传感器电极的电位。相联通过如下方式来实现，即，使屏蔽电极5b对传感器电极的相对于基准电位所测量的电容变化没有影响。采用“跟随”的概念在这里是为了表达：屏蔽电极5b的电位无需等于传感器电极5c的电位，并且在传感器电极的电位分布与屏蔽电极的电位之间可以存在时间上的偏差。此外，采用“基本上”一词是为了表达：屏蔽电极不必在传感器电极充电和放电的整个周期上都跟随传感器电极的电位；该屏蔽电极至少在周期的部分区段内跟随该电位就足够，例如在传感器电极充电期间跟随其电位并在传感器电极放电期间下降到大地基准电位，而传感器电极的电位仍停留在与大地不同的电位上。

背电极例如接在恒定的电位(如大地或者工作电压)上。可供选择地，背电极能够周期性地以预先规定的频率交替地接在大地和其他电位例如工作电压上，其中，这一点优选以与传感器电极互补的方式进行，就像例如这一点在本申请人平行待决的题为“KapazitiveSensoranordnung mit einer Sensorelektrode，einer Schirmelektrode undeiner Hintergrundelektrode(具有传感器电极、屏蔽电极和背电极的电容式传感器系统)”的专利申请中所介绍的那样。传感器系统的探测范围从传感器电极4c出发，延伸到远离屏蔽电极5b的一个角度范围内。

整个系统或者单个电极可以由绝缘体材料围绕。因此尤其可以在传感器电极与探测范围之间设置有围绕传感器电极的塑料层。尤其具有优点的是，该塑料层包括第一厚度的层和第二厚度的以预先规定的间距布置的外部塑料层，其中，绝缘体材料层通过如下方式布置，即，使相对介电常数随着与传感器电极距离的增加首先具有进行围绕的塑料层的相对高的数值，然后下降到接近数值1的数值(例如空气的数值)并且然后又上升到外部塑料层的相对高的数值上。

已表明，在形成也许受到环境影响而被污染的外表面的塑料层与包裹传感器电极的塑料层之间有针对性地产生具有接近数值1的介电常数的间隙时，可以减少或者避免潮湿污染的干扰影响。例如可以通过常用的涂层法在装配结束时涂覆相应附加的层。

在本发明的框架内可以进行大量改变。特别是塑料支架可以任意方式构成，例如带有其他固定段、带有机械的稳定支撑部或者加厚部或者由最不同的材料组成。重要的是，支架具有凹隙，用于形成传感器电极或者辅助电极的电线或者电缆可以放入该凹隙内并且保持在那里。

原则上支架也可以通过如下方式构成，即，其凹隙的数量超过应用情况中所要使用的电极的数量。于是例如可以形成通用的支架，在该支架中，根据需要以不同的间距放入传感器电缆或者放入具有不同横截面的传感器电缆。支架且是同一个支架因此可以用于形成不同的传感器系统。

Claims (9)

1.电容式传感器模块，具有

传感器电极(4c)，借助于所述传感器电极会对物体进入到所述传感器电极(5c)前面的空间内进行采集，其中，所述传感器电极由一段第一电缆或者电线形成，

至少一个平行于所述传感器电极(5c)延伸的第一辅助电极(4b)，其中，所述辅助电极由一段第二电缆或者电线形成，

塑料支架(3)，所述塑料支架(3)具有用于容纳和引导所述传感器电极和所述辅助电极的凹隙(4a、4b、4c)，其中，所述凹隙以如下方式构成，即，所述凹隙沿电极的圆周至少部分地环绕所述电极并将所述电极保持在凹隙内，

其中，所述塑料支架(3)和所述传感器电极以及所述辅助电极在它们的尺寸和材料上互相协调一致，使得通过克服弹性变形力能够将所述电极压入各自的所述凹隙内并且通过弹性复原将所述电极保持在其凹隙内。

2.按权利要求1所述的电容式传感器模块，此外具有平行于第一辅助电极(5b)和传感器电极(5c)延伸的第二辅助电极(5a)，其中，传感器电极、第一辅助电极和第二辅助电极以传感器电极、第一辅助电极和第二辅助电极这种顺序布置，并且传感器电极、第一辅助电极和第二辅助电极以直线方式布置。

3.按权利要求2所述的电容式传感器模块，其中，设置有用于容纳所述传感器电极(5c)的第一外凹隙(4c)，并且所述第一外凹隙(4c)与用于所述第一辅助电极(5b)的相邻凹隙(4b)间具有间距，所述间距大于用于所述第一辅助电极(5b)的凹隙(4b)与用于所述第二辅助电极(5a)的凹隙(4a)之间的间距。

4.按前述权利要求之一所述的电容式传感器模块，其中，所述电极中的至少一个电极由加有包皮的电缆形成，其中，包皮由弹性软塑料形成。

5.按前述权利要求之一所述的电容式传感器模块，其中，所述支架具有保持段和整体化连接的固定段，其中，在所述保持段内布置有用于所述电极的容纳处。

6.按权利要求5所述的电容式传感器模块，其中，为固定而设的夹子围绕所述固定段，其中，所述固定段能够以能松开的方式卡入所述夹子内。

7.按前述权利要求之一所述的电容式传感器模块，其中，所述支架与汽车保险杠的构件整体化地构成。

8.按前述权利要求之一所述的电容式传感器模块，其中，控制和评估电路与所述传感器电极相联，所述控制和评估电路采集所述传感器电极的电容相对于基准电位的变化，方法是：所述控制和评估电路以预先规定的频率周期性地对所述传感器电极进行充电和放电并且对依赖于所述传感器电极周期性充电和放电的电流分布或者电压分布的至少一个参数进行评估以采集电容变化。

9.按权利要求8所述的电容式传感器模块，其中，所述第一辅助电极通过所述控制和评估电路以如下方式与所述传感器电极相联，即，使所述第一辅助电极的电位基本上跟随所述传感器电极的电位。

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