DE102007039162A1

DE102007039162A1 - Elektrodenanordnung zur Generierung eines für die Präsenz eines Objektes innerhalb eines Observationsbereiches indikativen Signales

Info

Publication number: DE102007039162A1
Application number: DE102007039162A
Authority: DE
Inventors: Hans Schwaiger
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Microchip Technology Germany GmbH
Priority date: 2007-08-20
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2009-02-26
Also published as: US20100060297A1; WO2009024338A3; WO2009024338A2

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Elektrodenanordnung zur Bewerkstelligung der Erfassung der Präsenz, Position und/oder des Eindringens eines Objektes, insbesondere von menschlichen Gließmaßen in einem bzw. in einen Observationsbereich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen anzugeben, durch welche sich bei der Detektion der Annäherung eines Objektes, insbesondere eines belebten Körpers, an ein Erfassungssystem Vorteile gegenüber bisherigen Ansätzen ergeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrodenanordnung zur Erfassung der Präsenz eines Objektes in einem Observationsbereich, mit einer Elektrodeneinrichtung zur Emission eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich, einer elektronischen Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrodeneinrichtung mit einer alternierenden Spannung, einer Verbindungsleitung zur Anbindung der Elektrodeneinrichtung an die elektronische Schaltung und einer Abschirmungseinrichtung zur Abschirmung der Verbindungsleitung, wobei sich diese Elektrodenanordnung dadurch auszeichnet, dass eine Elektrodenprüfeinrichtung vorgesehen ist zur Generierung eines hinsichtlich der Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung indikativen Signals.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Elektrodenanordnung zur Bewerkstelligung der Erfassung der Präsenz, Position, und/oder des Eindringens eines Objektes, insbesondere von menschlichen Gliedmaßen in einem bzw. in einen Observationsbereich. Die Erfindung richtet sich hierbei insbesondere auf eine Elektrodenanordnung, durch welche diese Erfassung auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungseffekte erfolgt.
Es sind Näherungs- und Berührungssensoren bekannt, bei welchen eine Präsenzerfassung menschlicher Gliedmaßen auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungseffekte durchgeführt wird. Maßgeblich ist hierbei eine elektrische Eigenschaft des menschlichen Körpers, die darin besteht, dass der leitende Körper in der Nähe einer Detektionselektrode deren Kapazität beeinflusst. Die Kapazität der Detektionselektrode ist bei den bekannten Erfassungssystemen für das Sensorsignal bestimmend. Durch Frequenz- oder Phasenmessung kann die Annäherung detektiert werden.
Ein Problem hierbei ist die für bestimmte Anwendungen erforderliche Empfindlichkeit und Störfestigkeit des Verfahrens. Bei der Detektion kleinster Körperteile, wie z. B. eines Fingers ergeben sich typischerweise nur geringe Kapazitätsänderungen von 0,01 bis 0,1 pF, die zur Realisierung eines Schutzsystems noch erkannt werden müssen. Die erreichbare Empfindlichkeit beim Frequenzmessverfahren wird dabei durch die relative Kapazitätsänderung gegenüber der Grundkapazität eines Oszillators bestimmt, die üblicherweise möglichst klein ist, was wiederum eine hohe Schwingfrequenz bedeutet, die einmal hinsichtlich der EMV Problematik und außerdem gegen von außen einwirkende Störspannungen kritisch sein kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen anzugeben durch welche sich bei der Detektion der Annäherung eines Objektes, insbesondere eines belebten Körpers an ein Erfassungssystem Vorteile gegenüber bisherigen Ansätzen ergeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrodenanordnung zur Erfassung der Präsenz eines Objektes in einem Observationsbereich, mit:

– einer Elektrodeneinrichtung zur Emission eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich,
– einer elektronischen Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrodeneinrichtung mit einer alternierenden Spannung,
– einer Verbindungsleitung zur Anbindung der Elektrodeneinrichtung an die elektronische Schaltung, und
– einer Abschirmungseinrichtung zur Abschirmung der Verbindungsleitung,
– gekennzeichnet durch eine Elektrodenprüfeinrichtung zur Generierung eines hinsichtlich der Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung indikativen Signales.

Diese Elektrodenanordnung ermöglicht es, etwaige fehlerhafte Zustände der Elektrodeneinrichtung festzustellen und damit zu gewährleisten, dass ein Ausbleiben von Detektionsereignissen nicht lediglich auf eine fehlerhafte Elektrodenstruktur zurückzuführen ist. Es ist möglich, anhand der gemessenen Durchgängigkeit eine Systemkalibrierung vorzunehmen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Elektrodenanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe auch gelöst durch eine Elektrodenanordnung zur Erfassung der Präsenz eines Objektes in einem Observationsbereich, und mit einer Elektrodeneinrichtung zur Emission eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich, einer elektronischen Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrodeneinrichtung mit einer alternierenden Spannung, wobei sich diese Elektrodenanordnung dadurch auszeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung mehrere Sendeelektrodenabschnitte umfasst die jeweils über eine Verbindungsleitung an die elektronische Schaltung angebunden sind, wobei die Verbindungsleitungen jeweils mit einer Abschirmung versehen sind und die Sendeelektrodenabschnitte gestaffelt freiliegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Elektrodenanordnung sind ebenfalls Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe auch gelöst durch eine Elektrodenanordnung zur Erfassung der Präsenz eines Objektes in einem Observationsbereich, mit einer Elektrodeneinrichtung zur Emission eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich, einer elektronischen Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrodeneinrichtung mit einer alternierenden Spannung, einer Verbindungsleitung zur Anbindung der Elektrodeneinrichtung an die elektronische Schaltung, und einer Abschirmungseinrichtung zur Abschirmung der Verbindungsleitung, wobei sich diese Elektrodenanordnung dadurch auszeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung und die Abschirmungseinrichtung als Flachleiterstruktur ausgeführt sind.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine vereinfachte Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Elektrodeneinrichtung zur Emission eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich, wobei an diese Elektrodeneinrichtung eine Elektrodenprüfeinrichtung angebunden ist, zur Generierung eines hinsichtlich der Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung indikativen Signales;
2 eine vereinfachte Darstellung einer Elektrodeneinrichtung die einen Hin- und einen Rückleitungsabschnitt umfasst, wobei die Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung anhand eines den Hin- und Ruckleitungsabschnitt einschließenden Stromkreises erfasst wird und in einem Übergangsbereich zwischen dem Hin- und dem Rückleitungsabschnitt eine Abschlussschaltung vorgesehen ist;
3 eine vereinfachte Darstellung einer Elektrodeneinrichtung die einen Hin- und einen Rückleitungsabschnitt umfasst, wobei die Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung anhand eines den Hin- und Rückleitungsabschnitt einschließenden Stromkreises erfasst wird;
4 eine vereinfachte Darstellung einer Elektrodeneinrichtung die mehrere Sendelektrodenabschnitte umfasst, wobei diese Sendelektrodenabschnitte Bestand teil eines Kompaktkabels bilden und in Längsrichtung dieses Kabels gestaffelt freiliegen;
5 eine vereinfachte Darstellung einer Elektrodeneinrichtung die ähnlich wie die Variante nach 4 mehrere Sendelektrodenabschnitte umfasst, wobei diese Sendelektrodenabschnitte Bestandteil eines Kompaktkabels bilden und in Längsrichtung dieses Kabels gestaffelt freiliegen und zudem in diesen freiliegenden Abschnitten um das Kabel herum gewunden sind;
6 eine vereinfachte Darstellung zur Veranschaulichung einer einseitig abgeschirmten Flachelektrodeneinrichtung;
7 eine vereinfachte Darstellung zur Veranschaulichung einer beidseitig abgeschirmten Flachelektrodeneinrichtung;
8 bis 9 Schemadarstellungen zur Veranschaulichung der Anordnung der freiliegenden Elektrodeneinrichtungen im Bereich potentieller Quetschkanten einer Fahrzeugöffnung.
Bei der in den 1 bis 3 dargestellten Elektrodenanordnung ist der aktive Bereich der Elektroden als nicht abgeschirmter elektrischer Leiter ausgeführt. Zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung ist eine Leitungsüberwachungseinrichtung in das System eingebunden. Die Leitungsüberwachung kann insbesondere durch folgende Verfahren erfolgen:

– Messen der elektrischen Laufzeit und Signalreflexion auf dem Leiter (Reflexion an der Bruchstelle) (1)
– Elektroden mit einem Hin- und Rückpfad ausgeführt. (2)
– Im Hin- oder Rückpfad befindet sich an einer beliebigen Stelle in Serie ein elektronisches Bauteil. (3)

Durch eine Leitungsunterbrechung wird die elektrische Eigenschaft der Anordnung verändert und von der Leitungsüberwachungsschaltung erkannt. Der Messstrom kann ein Gleichstrom, Wechselstrom, Mischstrom sowie zeitliche und im Frequenzspektrum variierende Kombinationen aus beiden sein.
Bei der Ausführungsform nach 4 sind die Elektroden als Kabelausschnitte ausgeführt und in mehrere zueinander versetzte Segmente aufgeteilt. Der aktive Bereich ist vom Zuleitungsbereich durch eine Schirmung entkoppelt. Mehrere Elektroden sind so angeordnet, dass aktive Bereiche aufeinander folgen und einen zusammenhängenden Bereich abdecken. Die Elektroden bilden zusammen einen in sich geschlossenen Aufbau, bevorzugt in Form eines einzelnen Kabels.
Bei der Ausführungsform nach 5 ist der aktive Bereich der Elektroden so ausgeführt, dass Schirmzuleitungen zu anderen Elektroden diesen Bereich nicht abschirmen. Bevorzugt durch spiralförmige Umwicklung des zusätzlich isolierten Schirmaufbaus mit der Elektrode.
Bei den Ausführungsformen nach den 6 und 7 sind die Elektrode und die geschirmte Zuführung als Flachleiter ausgeführt, bevorzugt in flexibler Ausführung. Die Schirmung kann einseitig oder doppelseitig mit innenliegender Elektrode ausgeführt sein. Mehrere Elektroden und Schirmungen können innerhalb einer Flachleitung verbaut sein. Die Elektroden können Sender, Empfänger oder Messpunkt sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 8 verlaufen die Elektroden über den Eckbereich einer Fahrzeugöffnung. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung von vier, jeweils über den Eckbereich laufenden Elektroden umsäumt. Diese Elektroden sind innerhalb einer abzusichernden Kante symmetrisch angeordnet. Vorzugsweise sind die Elektroden derart symmetrisch angeordnet, dass Störungen gleichzeitig auf (mindestens zwei) Elektroden wirken und die Störungen herausgerechnet werden können.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den 9 und 10 sind die Elektroden entlang von Kanten oder Stellen mit Einklemmgefahr im Bereich einer Fahrzeugöffnung angeordnet. Die Kanten sind mit mehreren, bevorzugt 4 Elektroden, abgesichert.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den 11 und 12 wird als Elektrode/Gegenelektrode eine Tür, Klappe oder sonst zu sicherndes Teil verwendet. Die Tür oder Klappe ist elektrisch gegenüber dem Chassis isoliert. Die Gegenelektrode kann aus einem oder mehreren Segmenten bestehen. Die Gegenelektrode kann in Leitungsform ausgeführt sein (Ausführungsvarianten siehe 1–7). Als Gegenelektrode oder Übertragungsmedium kann das Chassis dienen.
Allgemein:

– Die Elektroden/Gegenelektroden können Bestandteil der Dichtung zwischen Tür/Klappe und Chassis sein
– Die Elektroden/Gegenelektroden werden innerhalb der Gummidichtung in einer der Dichtkammern geführt
– Als Elektrode/Gegenelektrode wird eine Metalleinlage verwendet. Die Metalleinlage kann vorzugsweise zur Klemmbefestigung der Dichtung ans Chassis dienen.
– Die Elektrode/Gegenelektrode wird zwischen Dichtung und Chassis eingebracht. Bevorzugt im Klemmbereich der Dichtung.

Claims

Elektrodenanordnung zur Erfassung der Präsenz eines Objektes in einem Observationsbereich, mit: – einer Elektrodeneinrichtung zur Emission oder Deteektion eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich, – einer elektronischen Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrodeneinrichtung mit einer alternierenden Spannung oder zur Erfassung einer an der Elektrodeneinrichtung anliegenden Spannung, – einer Verbindungsleitung zur Anbindung der Elektrodeneinrichtung an die elektronische Schaltung, und – einer Abschirmungseinrichtung zur Abschirmung der Verbindungsleitung, – gekennzeichnet durch eine Elektrodenprüfeinrichtung zur Generierung eines hinsichtlich der Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung indikativen Signales.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung durch eine Laufzeit-, oder Signalreflexionsmessung ermittelt wird.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung einen Hin- und einen Rückleitungsabschnitt umfasst, und dass die Durchgängigkeit der Elektrodeneinrichtung anhand eines den Hin- und Rückleitungsabschnitt einschließenden Stromkreises erfasst wird.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsbereich zwischen dem Hin- und dem Rückleitungsabschnitt eine Abschlussschaltung vorgesehen ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Abschlussschaltung der Hin- und der Ruckleitungsabschnitt adressiert miteinander verbindbar sind.
Elektrodenanordnung zur Erfassung der Präsenz eines Objektes in einem Observationsbereich, mit: – einer Elektrodeneinrichtung zur Emission eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich, – einer elektronischen Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrodeneinrichtung mit einer alternierenden Spannung, – dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung mehrere Sendeelektrodenabschnitte umfasst die jeweils über eine Verbindungsleitung an die elektronische Schaltung angebunden sind, wobei die Verbindungsleitungen jeweils mit einer Abschirmung versehen sind und die Sendeelektrodenabschnitte gestaffelt freiliegen.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelektrodenabschnitte als Elektrodendrähte ausgeführt sind.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodendraht des jeweiligen Sendelektrodenabschnitts um die Abschirmung des nachfolgenden Sendeelektrodenabschnittes herumgewickelt ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenabschnitte und die Abschirmungen als Kabelstruktur ausgebildet sind.
Elektrodenanordnung zur Erfassung der Präsenz eines Objektes in einem Observationsbereich, mit: – einer Elektrodeneinrichtung zur Emission eines Wechselfeldes in einen Emissionsbereich, – einer elektronischen Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrodeneinrichtung mit einer alternierenden Spannung, – einer Verbindungsleitung zur Anbindung der Elektrodeneinrichtung an die elektronische Schaltung, und – einer Abschirmungseinrichtung zur Abschirmung der Verbindungsleitung, – dadurch gekennzeichnet dass die Elektrodeneinrichtung und die Abschirmungseinrichtung als Flachleiterstruktur ausgeführt sind.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung als leitfähige Lackstruktur ausgeführt ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung als leitfähige Lackstruktur ausgeführt ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung als leitfähige Metallfilmstruktur ausgeführt ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung als leitfähige Metallfilmstruktur ausgeführt ist.