DE102007060402A1

DE102007060402A1 - Kapazitiver Sensor und Materialspender mit einem kapazitiven Sensor

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Publication number: DE102007060402A1
Application number: DE102007060402A
Authority: DE
Original assignee: VENOPLAS AG
Current assignee: VENOPLAS AG
Priority date: 2007-12-15
Filing date: 2007-12-15
Publication date: 2009-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Sensor, umfassend eine Sensorelektrode, eine Referenzkapazität, eine mit der Sensorelektrode und der Referenzkapazität zusammenwirkende Sensorelektronik und eine Spannungsversorgung für die Sensorelektronik, wobei die Sensorelektronik zur erzwungenen Kalibrierung bei Einschalten der Versorgungsspannung eingerichtet ist. Der Sensor umfasst eine mit der Spannungsversorgung und der Sensorelektronik zusammenwirkende Steuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, um die Spannungsversorgung zu vorgebbaren Zeitpunkten selbsttätig abzuschalten und nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls nach dem Abschalten wieder einzuschalten, so dass dadurch zu vorgebbaren Zeitpunkten eine automatische Rekalibrierung der Sensorelektronik durchführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Materialspender gemäß Anspruch 14, ein Verfahren zum Betreiben eines Materialspenders gemäß Anspruch 25, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens zum Betreiben eines Materialspenders gemäß Anspruch 27.
Kapazitive Sensoren, im folgenden auch als Sensorsysteme bezeichnet, sind insbesondere zur Verwendung in Spendervorrichtungen, wie Papierhandtuchspender, Seifenspender, Desinfektionsmittelspender, etc. wie sie im öffentlichen Bereich wie Gastronomie, Raststätten öffentlichen Toilettenanlagen, sonstige Öffentliche Bereiche, jedoch auch Krankenhäuser und Kliniken, sowie in der Lebensmittelindustrie usw. eingesetzt werden können, vorgesehen.
Die kapazitive Sensortechnik eignet sich ebenfalls für kleinere Papierrollen und Seifenspendersysteme, so dass sie auch im Bereich der privat genutzten Materialspender einsetzbar ist.
Der erfindungsgemäße Sensor ist jedoch grundsätzlich für alle Anwendungen zur berührungslosen Detektion geeignet.
Kapazitive Sensorsysteme wirken durch eine oder mehrere Wände, vorzugsweise aus Kunststoff hindurch nach außen, ohne dass spezielle Fenster in den betreffenden Wänden vorhanden sein müssen. Im Vergleich zu optischen Systemen werden sie dadurch nicht durch externe Einflüsse, wie Staub, Aerosol, Zigarettenrauch oder auch Aufkleben von Stickern, Kaugummi oder dergleichen beeinträchtigt.
Bei herkömmlichen kapazitive Sensorsysteme bestehen meist, wie beispielsweise in der EP 0994 667 B1 und DE 201 21 612 U1 beschrieben, aus 2 Elektroden, deren Geometrie von vornherein festgelegt ist um den gewünschten Sensoreffekt zu erreichen.
Die EP 0994 667 B1 beschreibt einen kapazitiven Sensor mit einer ersten und einer zweiten flächigen Elektrode.
Die DE 201 21 612 U1 beschreibt einen kapazitiver Sensor, umfassend eine Sensorelektronik und eine Sensoreinheit mit einer Kapazität aus einer Wirkelektrode und einer Gegenelektrode, wobei die Elektroden auf einer gemeinsamen Steuerplatine zusammen mit den Bauelementen der elektrischen Schaltung angeordnet sind, wobei die Wirkelektrode räumlich distanziert von der die Gegenelektrode und die Bauelemente enthaltenden Steuerplatine angeordnet ist, und wobei die Wirkelektrode lediglich Kontaktelemente zur elektrischen Verbindung mit der Platine aufweist.
Bekannte kapazitive Sensoren arbeiten mit einem oder mehreren Oszillatoren, bei denen die Oszillatoramplitude bzw. deren Änderung bei Annäherung eines Objektes, in oben genannten Fallen die Annäherung einer Hand, wie bei DE 201 21 612 U1 und EP 0994 667 B1 beschrieben, ausgewertet wird.
Bekannte kapazitive Sensorsysteme sind jedoch empfindlich auf Störungen des Oszillators, sei es durch elektromagnetische Wellen oder Änderungen der Sensorkapazität durch Feuchtigkeit oder extremen Umgebungsbedingungen.
Da die Oszillatoren und deren Auswerteschaltung bei der Herstellung bereits fest eingestellt werden, können sie in der Anwendung bei Auftreten von Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen leicht gestört werden. Der Einsatz von Geräten mit dieser Sensortechnik ist auf einen engen Einsatzbereich hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit, EMV-Störungen begrenzt.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen kapazitiven Sensor zu schaffen, bei dem das Einsatzgebiet und die Bandbreite der Umgebungsbedingungen, unter denen damit ausgestattet Geräte eingesetzt werden können, erweitert sind und die Zuverlässigkeit des Sensors gegenüber bekannten Sensorsystemen verbessert ist. Weiterhin hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Materialspender zu schaffen, dessen Einsatzgebiet und Bandbreite der Umgebungs bedingungen erweitert sind, und bei dem die gespendete Materialmenge je Spendenvorgang weitgehend konstant bleibt.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des kapazitiven Sensors gelöst durch einen kapazitiven Sensor gemäß Anspruch 1. Erfindungsgemäß also umfasst der kapazitive Sensor eine Sensorelektrode, eine Referenzkapazität, eine mit der Sensorelektrode und der Referenzkapazität zusammenwirkende Sensorelektronik und eine Spannungsversorgung für die Sensorelektronik, wobei die Sensorelektronik zur erzwungenen Kalibrierung bei Einschalten der Versorgungsspannung eingerichtet ist und der Sensor eine mit der Spannungsversorgung und der Sensorelektronik zusammenwirkende Steuerschaltung umfasst, die dazu eingerichtet ist, um die Spannungsversorgung zu vorgebbaren Zeitpunkten selbsttätig abzuschalten und nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls nach dem Abschalten wieder einzuschalten, so dass dadurch zu vorgebbaren Zeitpunkten eine automatische Rekalibrierung der Sensorelektronik durchführbar ist.
Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Sensors liegt darin, dass er ein sich selbst auf die Umgebungsbedingungen kalibrierendes kapazitives Sensorsystem darstellt. Die Elektronik kalibriert den erfindungsgemäßen Sensor regelmäßig selbst auf die Umgebung neu ein, um auf wechselnde Umgebungsbedingungen so justiert zu sein, dass der Sensor bei Benutzung immer im gleichen Schaltabstand reagiert, wodurch Fehl- oder Selbstauslösungen vermieden sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform arbeitet die Sensorelektronik nach dem Ladungstransferprinzip. Dieses Prinzip besteht bekanntermaßen darin, dass der eigentliche Messkondensator und eine Referenzkapazität abwechselnd geladen werden. Durch dieses dynamische Verfahren werden Störungen sehr wirksam kompensiert.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zeitpunkte und Zeitintervalle der Abschaltung der Spannungsversorgung und damit die Zeitpunkte für eine Selbstkalibrierung fest vorgegeben und in der Steuerschaltung hinterlegt.
Vorteilhafterweise umfasst die Steuerschaltung einen programmgesteuerten Mikroprozessor, und die Zeitpunkte und Zeitintervalle der Abschaltung der Spannungsversorgung sind in dem Programm- oder Datenspeicher des Mikroprozessors eingebbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wirkt der kapazitive Sensor mit einer Anwendungsschaltung zusammen, und die Zeitpunkte und Zeitintervalle der Abschaltung der Spannungsversorgung sind von der Anwendungsschaltung an die Steuerschaltung vorgebbar. Eine solche Anwendungsschaltung kann beispielsweise die Ansteuerschaltung für die Antriebseinheit einer Dosiereinrichtung, wie beispielsweise eine Dosierpumpe für Flüssigkeiten, sein.
Sehr vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der genau eine Sensorelektrode vorgesehen ist, die einpolig mit der Sensorelektronik verbunden ist, so dass durch die Nähe der Hand eines Benutzers eine Änderung der Kapazität in einem Feld der Sensorelektrode bewirkt wird. Diese Ausführungsform, bei der bei Annäherung der Hand eines Benutzers eine Änderung des Streufeldes der einzigen Sensorelektrode erfasst und ausgewertet wird, vereinfacht insbesondere die Applikation eines erfindungsgemäßen kapazitiven Sensors in Anwendungsgeräten, beispielsweise Materialspendern für Papier oder Flüssigkeiten.
Vorteilhaft kann die Sensorelektrode eine gekrümmte Oberflächenkontur aufweisen oder in Form und Größe an die Gehäuse- oder Geräteform eines Materialspenders anpassbar sein. Die Sensorfläche kann dann in Größe und Form an die Anwendung, sprich eine Gehäuse- oder Geräteform angepasst werden, sie muss nicht mehr plan sein, wie im Stand der Technik beschrieben. Die Sensorelektrode kann auch dreidimensional der Gehäuseform oder der Anwendung folgen. Die Sensorelektrode ist leitfähig und kontaktierbar, um sie mindestens einpolig an die zugehörige Sensorelektronik anzuschließen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Sensorelektrode auch direkt durch ein leitfähiges Gehäuse eines Materialspenders gebildet sein. Sie kann dabei eine Fläche zwischen 1 cm² und 1 m² aufweisen.
Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen kapazitiven Sensor eine Einstellhilfe für die Sensorreichweite vorgesehen sein. Die zugehörige Sensorelektronik beinhaltet dann also die Funktion der Anpassung von Sensorfläche zum gewünschten Schaltabstand, was im folgenden auch als Sensorflächenanpassung bezeichnet wird.
Die Einstellhilfe kann dabei vorteilhafterweise eine Beschaltung der Sensorelektronik mit einem Kondensator und einem Widerstandsnetzwerk sein, wobei der Kondensator ein Dielektrikum aus temperaturstabiler Keramik nach EIA Klasse I oder Klasse II aufweisen kann. Bei Verwendung eines solchen Kondensators ist die Einstellung der Sensorreichweite besonders temperaturstabil.
Hinsichtlich des Materialspenders wird die Aufgabe gelöst durch einen Materialspender gemäß Anspruch 14, bei dem also ein kapazitiver Sensor wie oben beschrieben eingesetzt ist und wobei die Sensorelektronik zum Erkennen einer Änderung einer Kapazität in einem Feld der Sensorelektrode, verursacht durch die Nähe der Hand eines Benutzers, eingerichtet ist, und wobei Mittel zum Spenden von Material aus einem Materialspeicher in Reaktion auf die erkannte Kapazitätsänderung vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise weist ein erfindungsgemäßer Materialspender eine Abdeckhaube auf, wobei die Abdeckhaube ganz oder teilweise als Sensorelektrode nutzbar ist.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform unterbricht nach jedem Materialspendevorgang die Steuerschaltung die Spannungsversorgung für die Dauer eines vorgebbaren Zeitintervalls und löst dadurch nach jedem Materialspendevorgang eine automatische Rekalibrierung der Sensorelektronik aus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Materialspender eine Abdeckhaube mit einer Schließerkennungsvorrichtung für die Abdeckhaube auf, die mit der Sensorelektronik oder der Steuerschaltung zusammenwirkt, wobei nach jedem Schließen der Abdeckhaube die Steuerschaltung die Versorgungsspannung für die Dauer eines vorgebbaren Zeitintervalls unterbricht und dadurch eine automatische Rekalibrierung der Sensorelektronik auslöst.
Der Materialspender kann dabei ein solcher für Papier oder Reinigungstücher, oder für ein fluides Medium, wie beispielsweise Seife oder Desinfektionsmittel sein.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Materialspender eine Dosiervorrichtung, die über eine die zu spendende Materialmenge pro Zeiteinheit festlegende Dosierspannung versorgt wird und zwischen einer Spendeposition, in der sie während einer Spendezeit Material spendet, und einer Verschlussposition umschaltbar ist, wobei die Dosiervorrichtung und die Dosierspannung mit der Steuerschaltung des Sensors zusammenwirken, und wobei die Spendezeit von der Steuerschaltung des Sensors in Abhängigkeit von der Dosierspannung gemäß einem in der Steuerschaltung des Sensors hinerlegten Algorithmus automatisch einstellbar ist, so dass die Menge an gespendetem Material unabhängig von einer Änderung der Dosierspannung einen vorgebbaren Wert beibehält.
Beispielsweise kann die Dosiereinrichtung eines erfindungsgemäßen Materialspenders eine durch einen Motor angetriebene Papierrolle, oder eine durch einen Motor angetriebene Pumpe sein. Die Motoren in solchen Materialspendern werden dabei durch Batterien angetrieben. Die Drehzahl des Motors und damit die Menge des pro Zeiteinheit gespendeten Papiers oder der pro Zeiteinheit gespendeten Flüssigkeit hängt dann von der Drehzahl des Motors und somit von dem Ladezustand der Batterie ab, wenn, wie allgemein üblich, nach Erkennen der Annäherung der Hand eines Benutzers ein Spendevorgang für eine festgelegte Spendezeit ausgelöst wird. Bei einem erfindungsgemäßen Materialspender wird hingegen sichergestellt, dass die bei einem ausgelösten Spendevorgang abgegebene Materialmenge unabhängig vom Ladezustand der Batterie ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuerschaltung ein programmgesteuerter Mikrocontroller und der Algorithmus eine Formel oder eine Tabelle, hinterlegt im Speicher des Mikrocontrollers. Der die Menge des zu spendenden Materials bestimmende Sollwert kann dann vorteilhafterweise über das Steuerprogramm des Mikrocontrollers vorgebbar sein.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Sensorsystems mit der Sensorelektrode und der dazugehörigen Sensorelektronik, sowie
2 einen schematischen Schaltplan des erfindungsgemäßen Sensorsystems, wobei die 2.1 und 2.2 Ausschnittvergrößerungen zur besseren Lesbarkeit des Schaltplans darstellen.
Es werde zunächst 1 betrachtet. Das dort schematisch gezeigte Sensorsystem 10 umfasst eine Sensorelektrode 1. Diese ist mit einem einpoligen Anschluss mit einer integrierten elektronischen Schaltung 2 verbunden.
Bei der integrierten Schaltung 2 handelt es sich um den Baustein QT113 der Firma Quantum Research Group. Die integrierte elektronische Schaltung 2 realisiert eine Sensorauswerteelektronik nach dem Ladungstransferprinzip, wie sie prinzipiell bekannt ist und in einer alternativen Ausführungsform auch mit anderen integrierten Baugruppen aufgebaut werden könnte.
Bei einer Sensorauswerteelektronik nach dem Ladungstransferprinzip werden Kapazitätsänderungen als Variationen der Aufladezeit und/oder Entladezeit der Kapazität der Sensorelektrode 1 ermittelt. Die Sensorelektrode 1 reagiert dabei auf Annäherungen bzw. Berührungen beispielsweise einer Hand einer Bedienperson im Sinne einer Kapazitätsänderung des aus der Sensorelektrode und der Person gebildeten Kondensators. Zumeist hat eine entsprechende Annäherung oder Berührung beispielsweise einer Hand der Person zur Folge, dass sich die Kapazität des aus der Leitfähigkeitselektrode und der Person gebildeten Kondensators erhöht. Die Hand der Bedienperson stellt dabei sozusagen die zweite Elektrode eines dann aus der Hand und der Sensorelektrode 1 gebildeten Kondensators dar. Durch den Körper der Bedienperson erfolgt dann eine kapazitive Ankopplung an die Erde, wodurch der Stromkreis mit der elektronischen Schaltung 2 auf kapazitivem Wege geschlossen ist.
Die Änderung der Kapazität des aus der Sensorelektrode und der Person gebildeten Kondensators lässt sich im Kern darauf zurückführen, dass die Kapazität eines Kondensators umgekehrt proportional vom Plattenabstand abhängt. Je näher also die Hand der Bedienperson der Sensorelektrode 1 kommt, umso größer wird diese Kapazität.
Eine Auswerteelektronik nach dem Ladungstransferprinzip benötigt wenigstens einen Referenzkondensator, in der 2 ist dies der Kondensator CS1, welcher turnusmäßig aufgeladen wird, wobei die Aufladezeit mit Hilfe der Auswertelektronik bestimmt wird und als Referenzzeitspanne für die Auswertung von Annäherungen oder Berührungen der Person zur Verfügung steht.
Eine Auswerteelektronik nach dem Ladungstransferprinzip wertet also im Kern Änderungen der Aufladezeit des Referenzkondensators aus, die durch Annäherungen der Hand an die Sensorelektrode modifiziert werden. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass im Regelfall bei den beschriebenen Lagevorgängen einzig der Referenzkondensator aufgeladen wird, weil der parallel hierzu angeordnete Kondensatoren aus der Sensorelektroden oder und der Hand der Bedienperson eine sehr geringe Kapazität von nahezu null aufweist, wenn die Bedienperson einen großen Abstand zu dem Sensorsystem eine nimmt.
Wenn sich jedoch die Hand der Bedienperson der Sensorelektrode nähert, so erhöht sich die Kapazität des aus der Sensorelektrode und der Hand gebildeten Kondensators. Das hat zur Folge, dass sich beide Kapazitäten, nämlich die des Referenzkondensators und des aus der Sensorelektrode und der Hand gebildeten Kondensators, zu einer Gesamtkapazität addieren, welche der Summe der Kapazitäten entspricht.
Die jeweils ermittelte Aufladezeit für den Referenzkondensator allein führt zu einer Referenzzeitspanne, die in der Elektronik hinterlegt ist, und die den Zustand „keine Person in der Nähe" kennzeichnet. Bei jedem Messzyklus wird die von der Auswerteelektronik ermittelte Aufladezeit der Summenkapazität mit der Referenzzeitspanne verglichen. Überschreitet die Differenz zwischen diesen beiden Zeitspannen einen vorgegebenen Differenzwert, so wird dies als Annäherung beziehungsweise Berührung der Sensorelektrode durch eine Person interpretiert.
Der Referenzkondensator bestimmt also denjenigen Schwellenabstand, ab dem bei einer gegebenen Sensorelektroden-Fläche eine Annäherung einer Hand in der Bedienperson erkannt wird. Dies wird hier als Sensorflächenanpassung bezeichnet.
Die Sensorflächenanpassung 3 ist als externe Beschaltung des integrierten elektronischen Schaltungsbausteins 2 direkt mit diesem verbunden.
Das Sensorsystem ist mit einer Anwendungsschaltung 7 verbunden. Ein Mikrocontroller 4, der Teil des Sensorsystems ist, steuert die Sensorflächenanpassung 3 und die Anwendungsschaltung 7.
In dem hier beschriebenen Beispiel ist das Sensorsystem 10 in einem Spender für Papierhandtücher eingebaut. Wie in der 2 gezeigt, ist die Anwendungsschaltung 7 daher die Ansteuerelektronik für den Betrieb des Antriebsmotors des Papierspenders.
Die Spannungsversorgung sowohl der Anwendungsschaltung 7 als auch des Mikrocontrollers 4 erfolgt über eine Spannungsversorgung 6, die beispielsweise aus Batterien oder wiederaufladbaren Zellen, sogenannten Akkus, bestehen kann. Der Spannungsversorgung 6 folgt nachgeschaltet ein Präzisionsspannungsregler 5, der für eine konstante Betriebsspannung des Sensorsystems sorgt.
Als Sensorbaustein kommt ein Charge-Tansfer Touch Sensor, QProx^TM, QT113H zum Einsatz, wie er von der Firma Quantum Research, Rudolf-Diesel-Str. 5a, D-85221 Dachau, angeboten wird. An Pin 7 = Sns2 dieses Bausteins, IC2, wird die oben beschriebene Sensorelektrode 1 direkt angeschlossen. Die Bauelemente CS1, JLOG und JHIG bilden hierbei die Sensorflächenanpassung und Temperaturkompensation.
Bei einer beispielhaften Sensorfläche von 50 mm × 40 mm, bei einem Schaltabstand von 50 mm zur Detektion einer menschlichen Hand, wie dies beispielsweise bei Seifenspendern und Papierhandtuchspendern sinnvoll ist, wird für CS1 ein Kondensator von beispielsweise 68nF eingesetzt.
Die Keramikart des Kondensators bestimmt im wesentlichen den Temperaturverlauf des Schaltabstandes. Es versteht sich, dass der Referenzkondensator als Präzisions-Passivelement ausgeführte sein muss, um den Bauteil bedingte und Temperatur bedingte Kapazitätsschwankungen nach Möglichkeit zu vermeiden, denn solche Kapazitätsschwankungen wirken sich direkt auf die Genauigkeit der Schaltabstandserkennung aus.
Für normale in Waschräumen auftretenden Temperaturen von 0°C–50°C ist ein Kondensator des Keramikart X7R sinnvoll, da dessen Eigenschaften in diesem Temperaturbereich nahezu konstant bleiben, insbesondere weicht die Kapazität weniger als 3% ab.
Für Anwendungen, die über einen ausgedehnten Temperaturbereich von –25°C–85°C mit nahezu gleich bleibenden Schaltabstand verfügen müssen sollte für CS1 die Keramikart COG gewählt werden.
Die Empfindlichkeit des QT113 wird am Pin5 = Gain mittels JHIG auf die Versorgungsspannung des QT113, +VQT, sinnvoller Weise auf hohe Empfindlichkeit gesetzt. Die Empfindlichkeit kann jedoch anwendungsspezifisch auch mittels JLOG gegen Signalerde auf niedrige Empfindlichkeit gesetzt werden.
Der QT113 führt beim Einschalten der Spannungsversorgung eine Kalibrierung durch, wobei mit der oben genannte Beschaltung insbesondere auch die Sensorelektrode 1 selbst und deren Umgebung mit kalibriert werden.
Um während des laufenden Betriebs das Sensorsystem auf Umgebungsänderungen, wie Feuchtigkeit, Verschmutzung oder Betauung der Sensorfläche oder des Sensorflächengehäuses anzupassen wird die Versorgungsspannung +QVT des QT113 durch den μController, IC3, periodisch für ca. 30 ms abgeschaltet. Nach dem Einschalten kalibriert sich das System neu, so dass Umwelteinflüsse wegkalibriert werden. Dies wird ständig periodisch in Abständen von 400 ms durchgeführt.
Des weiteren wird nach jeder Detektion einer Hand, also nach beispielsweise dem Seifen- oder Handtuchspenden ebenfalls die Versorgung +VQT vom μController, IC3, für ca. 30 ms abgeschaltet und danach wieder angeschaltet. Dadurch wird zusätzlich unmittelbar nach jeder Benutzung das Sensorsystem neu kalibriert. Verschmutzungen durch beispielsweise Seifenreste, Wasser oder anders werden so sofort vom System wegkalibriert und der Schaltabstand ist sofort für die nächste Anwendung auf dem festgelegten Wert.
Diese Kalibrierungsroutine wird zudem durch einen Schalter SW1, welcher mit der Abdeckhaube des Papierspenders zusammenwirkt, initiiert. Dieser Schalter SW1 wird vom Micro Controller 4 abgefragt. Nach jedem Öffnen beispielsweise des Seifen- oder Handtuchspenders zum Befüllen mit Seife, Papier- oder Batteriewechsel oder sonstigen Wartungsarbeiten wird anschließend nach dem Schließen des Gerätes das Sensorsystem neu kalibriert.
Die Papierlänge wird rein über die Software quasi konstant gehalten. Beim Erkennen eines gültigen Sensorsignals wird der Motor, M1, siehe 2 beziehungsweise 2–1, für eine bestimmte Zeit, die einem bestimmten Stück Papierlänge entspricht, eingeschaltet. Wird die Batterieleistung und damit verbunden die Batteriespannung geringer, so läuft der Motor, M1, langsamer und das Papierstück würde ohne entsprechende Gegenmaßnahmen dementsprechend bei vorgegebener Laufzeit kürzer werden.
Bei dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Papierspender wird die Batteriespannung über den Spannungsteiler R23 und R24 an einen AD-Wandlerkanal des Mikrocontrollers 4, IC3, geführt. Der Mikrocontroller 4, IC3, bewertet die an seinem Wandlereingang anliegende Spannung und lässt bei nachlassender Batteriespannung den Motor, M1, länger laufen als bei neuen, vollständig geladenen Batterien. Wie lange dieser Nachlauf dauern muss, um immer die gleiche Länge Papier zu erhalten, ist in einer Formel und Tabelle in der Software, also im Programm-beziehungsweise Datenspeicher des Mikrocontrollers hinterlegt.
Dieses Verfahren eignet sich sowohl für Papierspender, bei denen die Papierlänge konstant gehalten werden soll, als auch für Seifen- oder Desinfektionsmittelspender, bei denen die Seifen- beziehungsweise Desinfektionsmittelmenge konstant gehalten werden soll. Bei solchen Anwendungen wird die Laufzeit der Seifen- oder Desinfektionsmittelpumpe an die Batteriespannung wie oben beschrieben angepasst.
Darüber hinaus kann das hier beschriebene Prinzip der erzwungenen Selbstkalibrierung selbstverständlich im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Applikationen vorteilhaft angewendet werden, beispielsweise bei Bewegungsmeldern oder Diebstahlsicherungs-Systemen oder dergleichen.

1: Sensorelektrode
2: Integrierter elektronischer Schaltungsbaustein QT113/QT118
3: Sensorflächenanpassung & Temperaturkompensation
4: Mikrocontroller-Schaltung
5: Präzisionsspannungsregler
6: Stromversorgung
7: Anwendungsschaltung
10: kapazitiver Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0994667 B1 [0006, 0007, 0009]
- DE 20121612 U1 [0006, 0008, 0009]

Claims

Kapazitiver Sensor, umfassend eine Sensorelektrode, eine Referenzkapazität, eine mit der Sensorelektrode und der Referenzkapazität zusammenwirkende Sensorelektronik und eine Spannungsversorgung für die Sensorelektronik, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik zur erzwungenen Kalibrierung bei Einschalten der Versorgungsspannung eingerichtet ist und der Sensor eine mit der Spannungsversorgung und der Sensorelektronik zusammenwirkende Steuerschaltung umfasst, die dazu eingerichtet ist, um die Spannungsversorgung zu vorgebbaren Zeitpunkten selbsttätig abzuschalten und nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls nach dem Abschalten wieder einzuschalten, so dass dadurch zu vorgebbaren Zeitpunkten eine automatische Rekalibrierung der Sensorelektronik durchführbar ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, wobei die Sensorelektronik nach dem Ladungstransferprinzip arbeitet.
Kapazitiver Sensor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Zeitpunkte und Zeitintervalle der Abschaltung der Spannungsversorgung fest vorgegeben und in der Steuerschaltung hinterlegt sind.
Kapazitiver Sensor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuerschaltung einen programmgesteuerten Mikroprozessor umfasst und die Zeitpunkte und Zeitintervalle der Abschaltung der Spannungsversorgung in dem Programm- oder Datenspeicher des Mikroprozessors eingebbar sind.
Kapazitiver Sensor nach einem der vorigen Ansprüche, welcher mit einer Anwendungsschaltung zusammenwirkt und wobei die Zeitpunkte und Zeitintervalle der Abschaltung der Spannungsversorgung von der Anwendungsschaltung an die Steuerschaltung vorgebbar sind.
Kapazitiver Sensor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei genau eine Sensorelektrode vorgesehen ist, die einpolig mit der Sensorelektronik verbunden ist, so dass durch die Nähe der Hand eines Benutzers eine Änderung der Kapazität in einem Feld der Sensorelektrode bewirkt wird.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 6, wobei die Sensorelektrode eine gekrümmte Oberflächenkontur aufweist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 6, wobei die Sensorelektrode in Form und Größe an die Gehäuse- oder Geräteform eines Materialspenders anpassbar ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 6, wobei die Sensorelektrode durch ein leitfähiges Gehäuse eines Materialspenders gebildet ist.
Kapazitiver Sensor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sensorelektrode eine Fläche zwischen 1 cm² und 1 m² aufweist.
Kapazitiver Sensor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Einstellhilfe für die Sensorreichweite vorgesehen ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 11, wobei die Einstellhilfe eine Beschaltung der Sensorelektronik mit einem Kondensator und einem Widerstandsnetzwerk ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 12, wobei der Kondensator ein Dielektrikum aus temperaturstabiler Keramik nach EIA Klasse I oder Klasse II aufweist.
Materialspender mit einem kapazitiven Sensor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sensorelektronik zum Erkennen einer Änderung einer Kapazität in einem Feld der Sensorelektrode, verursacht durch die Nähe der Hand eines Benutzers, eingerichtet ist, und wobei Mittel zum Spenden von Material aus einem Materialspeicher in Reaktion auf die erkannte Kapazitätsänderung vorgesehen sind.
Materialspender nach Anspruch 14, welcher eine Abdeckhaube aufweist, wobei die Abdeckhaube ganz oder teilweise als Sensorelektrode nutzbar ist.
Materialspender nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei nach jedem Materialspendevorgang die Steuerschaltung die Spannungsversorgung für die Dauer eines vorgebbaren Zeitintervalls unterbricht und dadurch eine automatische Rekalibrierung der Sensorelektronik auslöst.
Materialspender nach einem der Ansprüche 14 bis 16 mit einer Abdeckhaube und mit einer Schließerkennungsvorrichtung für die Abdeckhaube, die mit der Sensorelektronik oder der Steuerschaltung zusammenwirkt, wobei nach jedem Schließen der Abdeckhaube die Steuerschaltung die Versorgungsspannung für die Dauer eines vorgebbaren Zeitintervalls unterbricht und dadurch eine automatische Rekalibrierung der Sensorelektronik auslöst.
Materialspender nach einem der Ansprüche 14 bis 17, umfassend eine Dosiervorrichtung, die über eine die zuspendende Materialmenge pro Zeiteinheit festlegende Dosierspannung versorgt wird und zwischen einer Spendeposition, in der sie während einer Spendezeit Material spendet, und einer Verschlussposition umschaltbar ist, wobei die Dosiervorrichtung und die Dosierspannung mit der Steuerschaltung des Sensors zusammenwirken, und wobei die Spendezeit von der Steuerschaltung des Sensors in Abhängigkeit von der Dosierspannung gemäß einem in der Steuerschaltung des Sensors hinerlegten Algorithmus automatisch einstellbar ist, so dass die Menge an gespendetem Material unabhängig von einer Änderung der Dosierspannung einen vorgebbaren Wert beibehält.
Materialspender nach Anspruch 18, wobei die Dosiereinrichtung eine durch einen Motor angetriebene Papierrolle ist.
Materialspender nach Anspruch 18, wobei die Dosiereinrichtung eine Pumpe ist.
Materialspender nach Anspruch 18, wobei die Steuerschaltung ein programmgesteuerter Mikrocontroller und der Algorithmus eine Formel oder eine Tabelle, hinterlegt im Speicher des Mikrocontrollers, ist.
Materialspender nach Anspruch 21, wobei der die Menge des zu spendenden Materials bestimmende Sollwert über das Steuerprogramm des Mikrocontrollers vorgebbar ist.
Materialspender nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das zu spendende Material Papier oder Reinigungstücher, oder ein fluides Medium ist.
Materialspender nach Anspruch 23, wobei das zu spendende Material Seife oder Desinfektionsmittel ist.
Verfahren zum Betreiben eines Materialspenders nach einem der Ansprüche 14 bis 24 mit einem kapazitiven Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Schritte a) Erkennen der Annäherung der Hand eines Benutzers an die Sensorelektrode auf einen dem Schaltabstand entsprechenden Abstand, b) Spenden einer vorgebbaren Materialmenge als Reaktion auf die erkannte Annäherung, c) Unterbrechung der Spannungsversorgung der Steuerelektronik nach Beendigung des Spendevorgangs für die Dauer eines vorgebbaren Zeitintervalls.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die zu spendende Materialmenge durch den von der Dosierspannung abhängigen Materialfluss pro Zeiteinheit und die Spendezeit festgelegt wird, die von der Steuerschaltung in Abhängigkeit von der Dosierspannung gemäß einem in der Steuerschaltung hinterlegten Algorithmus automatisch so eingestellt wird, dass die Menge an gespendetem Material unabhängig von einer Änderung der Dosierspannung einen vorgebbaren Sollwert beibehält.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 25 oder 26, wenn das Programm in einem Mikrocontroller der Steuerschaltung ausgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 25 oder 26, wenn das Programm in einem Mikrocontroller der Steuerschaltung ausgeführt wird.