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Die Erfindung betrifft eine kapazitive Sensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Sensoren zur Detektion von Objekten bekannt. Kapazitive Sensoren beruhen dabei auf dem Prinzip, dass durch Objekte im Messbereich des Sensors eine zwischen Elektroden ausgebildete Kapazität verändert wird, was wiederum über eine geeignete Messanordnung erfasst werden kann. Kapazitive Sensoren werden heutzutage in verschiedenen technischen Bereichen eingesetzt. Sie weisen einen sehr geringen elektrischen Leistungsverbrauch auf, so dass sie insbesondere im Dauerbetrieb verwendet werden können. Ein Nachteil heutiger kapazitiver Sensoren besteht darin, dass sie zwar die Annäherung von Objekten erfassen können, jedoch den Raumbereich nicht spezifizieren können, in dem sich das Objekt in Bezug auf den Sensor befindet.
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Die Druckschrift
US 2003 / 0 047 998 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung der Größe und Position eines Fahrzeuginsassen. Die Vorrichtung enthält eine Vielzahl von elektrostatischen Antennen, die benachbart zum Dach des Fahrzeugs angeordnet sind und ein periodisches elektrisches Feld detektieren können, das mittels eines Leiters im Sitz des Fahrzeugs erzeugt wird. Um die kapazitive Last von dem Dach zu vermindern, ist eine Schirmelektrode zwischen jeder elektrostatischen Antenne und dem Dach angeordnet.
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In der Druckschrift
US 3 896 425 A ist ein elektrischer Näherungssensor mit einer Antenne und einer Schirmelektrode sowie einer geerdeten Gegenelektrode gezeigt. Die Antenne und die Schirmelektrode werden durch einen Oszillator gespeist.
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Das Dokument
US 2003 / 0 080 755 A1 zeigt einen Näherungssensor, der eine plattenförmige Detektionselektrode, ein Ladesystem mit einer Gleichstromquelle sowie ein Entladesystem mit einer Stromdetektionseinheit umfasst. Über einen Schalter wird abwechselnd das Entladesystem und das Ladesystem mit der Detektionselektrode verbunden. Über den im Entladesystem fließenden Strom wird eine elektrostatische Kapazität zwischen einem detektierten Objekt und der Detektionselektrode erfasst.
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Die Druckschrift
DE 20 2007 018 014 U1 offenbart einen kapazitiven Sensor zur Erfassung von Objekten mit einer Messelektrodenanordnung und einer Gegenelektrode sowie mit einer Auswerteschaltung zur Generierung eines Objektfeststellungssignals in Abhängigkeit der Messsignale der Messelektrodenanordnung. Die Messelektrodenanordnung ist von einer Schirmelektrode umrandet, wobei die Schirmelektrode in einem vorgegebenen Abstand zur Messelektrodenanordnung liegt. Die Schirmelektrode ist mit einem Spannungssignal gespeist, welches zumindest näherungsweise dem Spannungssignal entspricht, mit dem die Messelektrodenanordnung gespeist wird.
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Das Dokument
DE 10 2008 035 635 A1 offenbart eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung eines Füllstands oder eines Pegels eines Mediums mit einem langgestreckten Sensor zum Erzeugen eines elektrischen Feldes. Der Sensor weist wenigstens zwei langgestreckte Elektroden auf, die zur Anordnung außerhalb des Mediums vorgesehen sind und zur Erzeugung eines elektrischen Feldes geeignet sind, das wenigstens abschnittsweise das Medium durchquert.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine kapazitive Sensoranordnung zu schaffen, welche mehr Informationen über den Ort eines durch die Sensoranordnung detektierten Objekts liefert.
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Diese Aufgabe wird durch die Sensoranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße kapazitive Messanordnung umfasst zumindest einen kapazitiven Sensor, in dem eine Messelektrode und eine geerdete Gegenelektrode vorgesehen sind, wobei ferner eine Schirmelektrode um die Messelektrode angeordnet ist. Die Messelektrode weist dabei eine sensierende Elektrodenfläche auf. Diese Elektrodenfläche zeichnet sich dadurch aus, dass sie auf den Messbereich des Sensors zuweist und somit sensitiv für entsprechende, im Messbereich auftretende Objekte ist. Die Messelektrode und die Schirmelektrode des zumindest einen Sensors sind im Betrieb der Sensoranordnung dabei mit einer Spannung gespeist und durch eine geeignete Spannungs- und/oder Strommessung, insbesondere durch Messung einer Spannungsveränderung zwischen Messelektrode und Schirmelektrode, werden entsprechende Objekte in der Umgebung des Sensors detektiert. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zeichnet sich dabei durch eine spezielle Ausgestaltung der Schirmelektrode aus, welche die Messelektrode derart umgibt, dass eine Fläche der Schirmelektrode in einem Abstand gegenüber der Elektrodenfläche der Messelektrode angeordnet ist, wobei in der Fläche der Schirmelektrode zumindest ein Fenster vorgesehen ist, welches in Draufsicht auf die Elektrodenfläche der Messelektrode zumindest teilweise mit der Elektrodenfläche überlappt. Der Begriff „Fenster“ ist dabei weit zu verstehen und umfasst jede Art von Öffnung in der Schirmelektrode. Durch das Fenster wird somit in geeigneter Weise ein für die Messung aktiver Bereich der Elektrodenfläche freigelegt, wobei sich zwischen der Elektrodenfläche und dem Fenster ein entsprechendes Dielektrikum (beispielsweise Luft) befindet.
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Durch die Überlappung des zumindest einen Fensters mit der Elektrodenfläche wird erfindungsgemäß eine entsprechende Richtung der maximalen Messempfindlichkeit des Sensors spezifiziert, so dass bei einer Detektion eines Objekts in etwa festgelegt ist, in welchem Raumsegment sich das Objekt befindet. Liegt ein Fenster in Draufsicht auf die Elektrodenfläche beispielsweise zentral über der Elektrodenfläche, kann hieraus geschlossen werden, dass ein detektiertes Objekt in einem eingegrenzten Raumbereich vor der Elektrodenfläche angeordnet sein muss und sich nicht neben der Elektrodenfläche befinden kann, da in diesem Bereich die Messelektrode durch die Abschirmelektrode geschirmt ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine sehr gute Abschirmung der Messelektrode in Bereichen außerhalb des zumindest einen Fensters dadurch erreicht, dass die Schirmelektrode einen Hohlraum bildet, in dessen Inneren die Messelektrode angeordnet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung überlappt lediglich ein Teilbereich der Elektrodenfläche der Messelektrode in Draufsicht auf die Elektrodenfläche mit dem zumindest einen Fenster der Schirmelektrode. Hierdurch wird die maximale Messempfindlichkeit auf einen kleinen Raumbereich eingeschränkt.
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In einer weiteren Variante der Erfindung werden die Messelektrode und die Schirmelektrode im Betrieb mit einer Wechselspannung gespeist und über einen Messwiderstand zwischen Messelektrode und Schirmelektrode wird ein Spannungsunterschied zur Detektion von Objekten gemessen. Die Wechselspannung liegt dabei vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 10 bis 100 kHz. Vorzugsweise werden für die Wechselspannung Spannungsamplituden verwendet, welche in einem Bereich von einigen Volt liegen, insbesondere zwischen 5 und 100 V. Je nach Anwendungsfall können die Sensoren verschiedene Baugrößen aufweisen, beispielsweise kann die Fläche der Messelektrode eine Größe von einigen Quadratzentimetern aufweisen. Der Abstand der Fläche der Schirmelektrode, in der das Fenster vorgesehen ist, von der Elektrodenfläche liegt vorzugsweise im Bereich von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern. Hierdurch können kompakte Bauformen von Sensoren erreicht werden. Als Messwiderstand wird vorzugsweise ein hochohmiger Messwiderstand verwendet, der z.B. im Bereich von 100 kΩ bis 200 MΩ liegt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist zur Messung eines Spannungsunterschieds zwischen Messelektrode und Schirmelektrode ein Operationsverstärker vorgesehen, wobei ein erster Eingang des Operationsverstärkers auf dem Potential der Messelektrode und ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers auf dem Potential der Schirmelektrode liegen. Durch die Verwendung von Operationsverstärkern kann eine hohe Messempfindlichkeit erreicht werden. Der erste Eingang des Operationsverstärkers ist dabei vorzugsweise über eine erste Zuleitung mit der Messelektrode verbunden. Ebenso ist der zweite Eingang des Operationsverstärkers vorzugsweise über eine zweite Zuleitung mit der Schirmelektrode verbunden. Zur Vermeidung von Störungen auf der ersten Zuleitung und zur Erhöhung der Reichweite des Sensors, ist die erste Zuleitung vorzugsweise über eine erste, mit der Schirmelektrode verbundene Schirmung und eine zweite, mit der Gegenelektrode verbundene Schirmung geschirmt. Vorzugsweise stellt der erste Eingang des Operationsverstärkers ferner den nicht-invertierenden Eingang und der zweite Eingang des Operationsverstärkers den invertierenden Eingang dar.
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Anstatt einer Messung basierend auf einem Operationsverstärker können gegebenenfalls auch andere Messprinzipien zum Einsatz kommen, beispielsweise das dem Fachmann hinlänglich bekannte Lock-In-Prinzip, mit dem eine Messung mit geringem Rauschen und hoher Empfindlichkeit erreicht werden kann.
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In einer weiteren, bevorzugten Variante der Erfindung umgibt auch die Gegenelektrode die Schirmelektrode und weist zumindest eine Öffnung bzw. ein Fenster auf, welches in Draufsicht auf die Elektrodenfläche der Messelektrode über dem zumindest einen Fenster der Schirmelektrode liegt und welches die gleiche Größe wie das zumindest eine Fenster der Schirmelektrode aufweist oder größer ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind mehrere der oben beschriebenen kapazitiven Sensoren vorgesehen, wobei die Überlappungen des oder der Fenster mit den jeweiligen Messelektroden der Sensoren derart ausgestaltet sind, dass bei der Detektion eines Objekts in der Umgebung der Sensoranordnung eine Korrelation zwischen den Messwerten der einzelnen Sensoren derart besteht, dass aus der Korrelation eine Raumrichtung ermittelt werden kann, in der sich das detektierte Objekt in Bezug auf die Sensoranordnung befindet. Dies wird insbesondere durch verschiedene Ausrichtung der maximalen Messempfindlichkeiten der einzelnen Sensoren mittels einer entsprechenden Ausgestaltung der Überlappungen erreicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der obigen, mehrere kapazitive Sensoren umfassenden Sensoranordnung weisen die mehreren kapazitiven Sensoren eine gemeinsame Schirmelektrode und vorzugsweise auch eine gemeinsame Gegenelektrode auf. Dabei können von den einzelnen Messelektroden auch Fenster gemeinsam genutzt werden, d.h. ein Fenster in der Schirmelektrode kann auch mehreren Messelektroden als gemeinsames Fenster zugewiesen sein und mit diesen überlappen.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind die Elektrodenflächen der Messelektroden der einzelnen Sensoren in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei der Ebene die Fläche der Schirmelektrode gegenüberliegt, in welcher das zumindest eine Fenster vorgesehen ist.
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Zur Erreichung einer geringen Bautiefe der Sensoranordnung sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Elektrodenflächen der Messelektroden von zumindest zwei Sensoren jeweils als Kamm ausgestaltet, wobei die Zähne der einzelnen Kämme ineinandergreifen, wodurch Paare von benachbarten Zähnen unterschiedlicher Messelektroden gebildet werden, wobei jedem Paar ein Fenster in der Schirmelektrode zugeordnet ist, welches mit den Zähnen des Paars überlappt.
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung kann besonders kompakt als Schichtaufbau in der Form einer Vielschicht- bzw. Multilayer-Struktur realisiert werden.
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Neben der im Vorangegangenen beschriebenen Sensoranordnung betrifft die Erfindung ferner eine Messvorrichtung, welche eine Mehrzahl dieser Sensoranordnungen umfasst. Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung dabei solche Sensoranordnungen, mit denen eine Raumrichtung ermittelt werden kann, so dass durch eine Verarbeitungseinheit über die Messungen der mehreren Sensoranordnungen mittels Triangulation die Position von Objekten detektierbar ist.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches die soeben beschriebene Messvorrichtung umfasst. Hierdurch kann in geeigneter Weise die Raumrichtung bzw. Position von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt werden. Die einzelnen Sensoranordnungen der Messvorrichtung sind vorzugsweise derart am Fahrzeug angeordnet, dass Objekte frontal vor dem Fahrzeug und/oder seitlich neben dem Fahrzeug detektierbar sind. Die Messvorrichtung eignet sich dabei insbesondere zur Detektion von Objekten kurz vor einem Zusammenprall mit dem Fahrzeug und kann in Kombination mit einer Airbagsteuerung eingesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kapazitiven Sensoranordnung;
- 2 eine perspektivische Ansicht des mechanischen Aufbaus einer kapazitiven Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
- 3 eine Draufsicht auf die Elektrodenflächen von zwei Messelektroden sowie auf die Schirmelektrode gemäß einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
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1 zeigt schematisch eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Detektion von Objekten, welche sich in der Umgebung der Sensoranordnung befinden. Die Sensoranordnung umfasst einen Sensor, der eine Messelektrode 1 aufweist, deren obere Elektrodenfläche zur Sensierung von Objekten dient, welche sich dieser Elektrodenfläche nähern. Die Messelektrode 1 ist in einem Hohlraum aufgenommen, der durch eine quaderförmige und im Schnitt dargestellte Schirmelektrode 2 gebildet wird. Diese Schirmelektrode ist nochmals von einer ebenfalls quaderförmig aufgebauten und geerdeten Gegenelektrode 3 umgeben, die ebenfalls im Schnitt wiedergegeben ist. Die Schirmelektrode weist auf der Fläche, welche der sensierenden Elektrodenfläche der Messelektrode 1 gegenüberliegt, ein Fenster 4 in der Form einer Öffnung auf. Ferner ist ein korrespondierendes Fenster 4' in der Gegenelektrode 3 vorgesehen. Durch die beiden Fenster 4 und 4' wird somit eine Öffnung gebildet, über welche mittels der sensitiven Elektrodenfläche der Messelektrode Objekte erfasst werden können, welche sich den Fenstern 4 bzw. 4' nähern.
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Zur Messung werden die Messelektrode 1 und die Schirmelektrode 2 über einen Sinusgenerator 5 mit einer Wechselspannung gespeist, wobei die Messelektrode 1 mit der Schirmelektrode 2 über einen hochohmigen Widerstand R verbunden ist. Befindet sich kein Objekt vor den Fenstern 4 und 4', liegen beide Elektroden auf dem gleichen Potential. Nähert sich hingegen ein Gegenstand den Fenstern, so tritt ein Verschiebestrom zwischen der Messelektrode 1 und der Schirmelektrode 2 auf, der über den Widerstand R fließt, so dass eine Spannungsdifferenz zwischen Messelektrode und Schirmelektrode auftritt, welche gemessen werden kann. Zur Durchführung einer solchen Messung ist die Messelektrode 1 über eine Zuleitung 7 mit dem nicht-invertierenden Eingang 6a eines Operationsverstärkers 6 verbunden. Die Zuleitung 7 ist dabei über eine Schirmung 9, welche mit der Schirmelektrode 2 verbunden ist, und über eine weitere Schirmung 10, welche mit der Gegenelektrode 3 verbunden ist, geschirmt. Die beiden Schirmungen umgeben die Zuleitung 7 und sind in 1 im Schnitt gezeigt. Durch diese Schirmungen werden Störungen in der Leitung 7 unterdrückt und die Reichweite des Sensors verbessert. Neben der Zuleitung 7 ist eine weitere Zuleitung 8 vorgesehen, über welche die Schirmelektrode 2 mit dem invertierenden Eingang 6b des Operationsverstärkers 6 verbunden ist.
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Über die beiden Zuleitungen 7 und 8 wird somit über den Widerstand R ein Spannungsunterschied bzw. eine Spannungsdifferenz zwischen der Messelektrode 1 und der Schirmelektrode 2 abgegriffen, wobei der Spannungsunterschied im Regelfall sowohl einen Unterschied in der Amplitude als auch in der Phase der Spannungen betrifft. In der Zuleitung 8 ist ferner ein Nullpunkt-Kompensator 11 vorgesehen, mit dem die Vorrichtung derart kalibriert wird, dass am Operationsverstärker 6 eine Spannungsdifferenz von 0 auftritt, wenn sich kein Objekt im Messbereich des Sensors befindet. Über den Operationsverstärker 6 wird die Spannungsdifferenz, welche bei Annäherung eines Objekts zwischen Messelektrode und Schirmelektrode auftritt, geeignet verstärkt und kann über den Ausgang A des Verstärkers detektiert werden. Der Operationsverstärker 6 ist dabei ferner mit zwei schematisch angedeuteten Widerständen R1 und R2 verschaltet, über welche das Verstärkungsverhältnis eingestellt werden kann. Über eine (nicht gezeigte) Auswerteeinheit kann dann das Signal am Ausgang A ausgewertet werden und hierüber ein Objekt detektiert werden.
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Zur Erzeugung der Wechselspannung wird vorzugsweise ein frequenzstabiler Sinusgenerator eingesetzt, mit dem die Verstärkungsbandbreite und damit das Rauschen des Operationsverstärkers niedrig gehalten werden kann, wodurch sich sehr geringe Eingangsspannungen messen lassen. Zur Erreichung einer hohen Messempfindlichkeit wird das Potential der Messelektrode mit großer Eingangsimpedanz des angeschlossenen Operationsverstärkers gemessen. Vorzugsweise werden deshalb hochohmige Operationsverstärker mit ohmschen Widerständen im Bereich von z.B. 100 kΩ bis 20 MΩ und mit sehr geringer Eingangskapazität im Bereich von einigen Pikofarad, insbesondere zwischen 1 pF und 5 pF eingesetzt. Darüber hinaus ist der Widerstand R hochohmig und liegt im Bereich zwischen 100 kΩ und 200 MΩ, insbesondere zwischen 10 MΩ und 100 MΩ. Die Frequenz der über den Sinusgenerator 5 erzeugten Wechselspannung liegt vorzugsweise zwischen 10 und 100 kHz und die Amplitude der Wechselspannung weist Werte von einigen Volt auf, insbesondere zwischen 1 V und 100 V, z.B. bei 10 V. Basierend auf den soeben erläuterten Bauteilen und Messeinstellungen lassen sich hierbei Reichweiten des Sensors von mehreren Metern, insbesondere von in etwa 10 m, erreichen.
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Ein wesentliches Merkmal des Sensoraufbaus der 1 besteht darin, dass die Messempfindlichkeit des Sensors nicht mehr im gesamten Bereich um die sensierende Elektrodenfläche 1 homogen ist, sondern über die Ausgestaltung der Schirmelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 derart verändert wird, dass die maximale Messempfindlichkeit im Bereich vor den Fenstern 4 bzw. 4' auftritt, wohingegen die Messempfindlichkeit aufgrund der Abschirmung über die Elektroden 2 und 3 für Objekte neben den Fenstern 4 bzw. 4' stark abnimmt. Die Messelektrode 1 sieht somit über das Fenster nur einen Ausschnitt der Sensorumgebung, wobei innerhalb des Ausschnitts, d.h. für Positionen von Objekten über den Fenstern 4 bzw. 4', die maximale Messempfindlichkeit vorliegt. Auf diese Weise wird eine raumabhängige Sensitivität des Sensors erreicht, so dass der Sensor - im Gegensatz zu herkömmlichen kapazitiven Sensoren - neben der Information über das Vorhandensein eines Objekts ferner die Information liefert, dass sich das Objekt innerhalb bzw. in der Nähe eines Raumsegments befinden muss, welches durch den Bereich oberhalb der Fenster 4 bzw. 4' gemäß 1 festgelegt ist. Auf diese Weise lässt sich bei der Verwendung von mehreren Sensoren gemäß 1 eine Sensoranordnung schaffen, mit der nicht nur detektiert werden kann, dass sich ein Objekt der Sensoranordnung nähert, sondern auch in welcher Raumrichtung sich das Objekt befindet. Eine solche Sensoranordnung wird im Folgenden basierend auf dem Ausführungsbeispiel der 2 beschrieben.
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2 zeigt in perspektivischer Anordnung einen Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen kapazitiven Sensoranordnung, welche zwei Sensoren umfasst. Bauteile, welche Bauteilen des Sensors der 1 entsprechen, sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind jedoch nicht alle Bauteile der 1 wiedergegeben. Insbesondere sind in 2 nicht die Verstärkerschaltung und der Sinusgenerator gezeigt. Der Schichtaufbau der 2 wird durch kupferkaschierte Epoxidharzplatten erreicht. In einer Abwandlung kann der Aufbau der 2 auch durch eine sog. Multilayer- bzw. Vielschicht-Struktur von übereinander laminierten Schichten realisiert werden, wodurch sehr kompakte Abmessungen der Sensoranordnung errechnet werden können. In 2 werden die einzelnen Elektroden 1, 2 und 3 auf entsprechenden, übereinander angeordneten kupferkaschierte Epoxidharzplatten gebildet, wobei die unterste Platte mit dem Bezugszeichen 14, die darüber liegende, mittlere Platte mit dem Bezugszeichen 15 und die oberste Platte mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet sind. Die Bereiche der Platten, auf denen die Kupferkaschierung vorgesehen ist, sind weiß wiedergegeben, wohingegen die Bereiche der Platten, bei denen die Kupferkaschierung entfernt ist, grau dargestellt sind.
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In der Ausführungsform der 2 ist auf der oberen Platte 16 in einem rechteckigen Teilbereich die Kupferkaschierung entfernt, wodurch das Dielektrikum des Epoxidharzes freigelegt wird. Hierdurch wird das Fenster 4' der geerdeten Gegenelektrode 3 gebildet. Die Kupferkaschierung auf der Oberseite stellt somit einen Teil der Gegenelektrode dar, wobei sich die Gegenelektrode an den Rändern der Platte über entsprechende (nicht gezeigte) leitende Seitenwände nach unten erstreckt und mit der Unterseite der unteren Platte 14 elektrisch verbunden ist. Dabei ist die Unterseite der Platte 14 durchgehend kupferkaschiert, so dass über die untere Kupferkaschierung, die Seitenwände sowie die Kaschierung auf der Oberseite der Platte 16 die Ausgestaltung einer Gegenelektrode 3 gebildet wird.
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Die obere Epoxidharzplatte 16 ist von der mittleren Epoxidharzplatte 15 über vier Abstandshalter 12 beabstandet. Die Unterseite der Epoxidharzplatte 16 ist ferner analog zu der Oberseite ausgebildet, d.h. die Kupferkaschierung ist auf der Unterseite im Bereich des Fensters 4' entfernt, so dass auf der Unterseite das Fenster 4 gemäß 1 gebildet ist. Die Kupferkaschierung auf der Unterseite stellt dabei einen Teil der Schirmelektrode 2 dar, wobei sich die Schirmelektrode analog zur Gegenelektrode über entsprechende Seitenwände nach unten erstreckt und elektrisch mit der Kupferkaschierung auf der Oberseite der mittleren Platte 15 sowie auch mit der Kupferkaschierung auf der Oberseite der unteren Platte 14 verbunden ist. Die Unterseite der Platte 15 ist ebenfalls kupferkaschiert, jedoch kann diese Kupferkaschierung gegebenenfalls auch weggelassen werden. Durch die Schichtanordnung der 2 werden somit die in 1 schematisch angedeuteten Ausgestaltungen einer quaderförmigen Schirmelektrode bzw. Gegenelektrode mit entsprechenden Fenstern 4 bzw. 4' geschaffen.
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In dem Beispiel der 2 sind zwei Sensoren mit entsprechenden Messelektroden 1 bzw. 1' vorgesehen, welche auf der Oberseite der Platte 15 dadurch geschaffen werden, dass die Kupferkaschierung in zwei Teilbereichen auf der Oberseite derart entfernt ist, dass zwei rechteckförmige leitende Kupferflächen 1 bzw. 1' gebildet werden. Diese Kupferflächen stellen die sensierenden Elektrodenflächen der beiden Sensoren dar. Die Sensoren verwenden dabei eine gemeinsame Schirmelektrode und eine gemeinsame Gegenelektrode. Zur Verbindung der jeweiligen Messelektroden mit der Schirmelektrode sind entsprechende Widerstände R als sog. SMD-Bauteile (SMD = Surface Mounted Device) vorgesehen, welche eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 1 bzw. 1' und der Schirmung 2 auf der Oberseite herstellen. Die Widerstände entsprechen dabei dem hochohmigen Widerstand R gemäß 1. Gemäß 2 sind in den Messelektroden 1 und 1' ferner entsprechende Bohrungen 13 vorgesehen, über welche eine Kontaktierung der Messelektroden mit einer entsprechenden Zuleitung hin zu dem Operationsverstärker geschaffen wird.
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Wie sich aus dem Aufbau der 2 ergibt, liegt das Fenster 4 bzw. 4' in Draufsicht von oben derart über den Elektroden 1 bzw. 1', dass das Fenster mit jeweils zwei unterschiedlichen Teilbereichen der Elektroden 1 bzw. 1' überlappt. Als Folge liegen die maximalen Messempfindlichkeiten der Elektroden nicht senkrecht über den Elektroden, sondern in gekippten Richtungen, welche schematisch durch die Pfeile D und D' angedeutet sind. Der Pfeil D entspricht dabei in etwa der Richtung der maximalen Messempfindlichkeit der Elektrode 1 und der Pfeil D' in etwa der Richtung der maximalen Messempfindlichkeit der Elektrode 1'. Durch entsprechende Korrelation der sich über die beiden Messelektroden ergebenden Messwerte kann dann die Winkelrichtung bestimmt werden, in der ein detektiertes Objekt in Bezug auf die Sensoranordnung angeordnet ist. Sind die Messwerte der beiden Elektroden beispielsweise identisch, liegt ein entsprechendes Objekt genau mittig oberhalb des Fensters 4'. Ist der eine Messwert größer als der andere, ist das Objekt entsprechend von der mittigen Position versetzt.
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Wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, kann gemäß dem Aufbau der 2 durch die Verwendung von zwei Sensoren, welche in geeigneter Weise unterschiedlich mit einem entsprechenden Fenster in der Schirmelektrode überlappen, die Winkelrichtung detektiert werden, in der sich ein detektiertes Objekt befindet. Durch geeignete Kombination mehrerer Sensoranordnungen der 2 kann dann eine entsprechende Position eines Objekts über Triangulation der mit den einzelnen Sensoranordnungen ermittelten Winkelrichtungen bestimmt werden. Eine entsprechende Mehrzahl von Sensoranordnungen kann dabei z.B. in einem Kraftfahrzeug derart verbaut werden, dass sich im Frontbereich bzw. im Seitenbereich nähernde Objekte und deren Positionen detektiert werden. Solche Sensoranordnungen können zum Zwecke der Precrash-Detektion und damit zur Steuerung entsprechender Airbags im Fahrzeug eingesetzt werden. Die im Vorangegangenen beschriebenen Sensoren können mit preisgünstigen Bauteilen hergestellt werden und weisen ein geringes Gewicht auf. Sie sind ferner robust und verschleißfrei, so dass sie sich besonders gut zum Einsatz in der Fahrzeugtechnik eignen.
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3 zeigt eine Abwandlung der Sensoranordnung der 2. Dabei sind in Draufsicht lediglich die Formen der entsprechenden Messelektroden 1 und 1' sowie der Kupferkaschierung auf der Unterseite der Platte 16 wiedergegeben. Im Unterschied zur 2 sind die Elektroden nunmehr gepunktet bzw. schräg schraffiert dargestellt. Ferner sind die entsprechend auf der Platte 16 ausgebildeten Fenster 4, welche Schlitze darstellen und teilweise mit Bezugszeichen versehen sind, weiß wiedergegeben, wohingegen die Kupferkaschierung auf der Platte 16 durch eine horizontale Schraffur angedeutet ist. Im Zusammenbau liegt die Platte 16 mit der dargestellten Seite nach unten oberhalb der Elektroden 1 bzw. 1'.
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Man erkennt in 3, dass die Elektroden 1 und 1' kammartig ausgebildet sind, wobei die Elektrode 1 Zähne 101 aufweist, welche aus Übersichtlichkeitsgründen nur teilweise mit diesem Bezugszeichen versehen sind. Analog weist die Elektrode 1' Zähne 102 auf, welche ebenfalls nur teilweise mit diesem Bezugszeichen versehen sind. Die jeweiligen Zähne 101 und 102 der beiden Elektroden greifen ineinander, wodurch Paare von benachbarten Zähnen 101 und 102 gebildet werden. Dabei liegt im Zusammenbau des Sensors oberhalb des jeweiligen Paars mittig ein entsprechendes Fenster 4. Die beiden Elektroden eines jeweiligen Paars überlappen dabei wiederum in unterschiedlichen Teilbereichen mit einem jeweiligen Fenster 4, so dass analog zu 2 verschiedene Richtungen von maximalen Messempfindlichkeiten der jeweiligen Elektroden gebildet werden. Durch die Vielzahl von Kämmen kann dabei eine geringe Bautiefe der Sensoranordnung, d.h. ein geringer Abstand zwischen den Fenstern 4 und den Elektroden 1 bzw. 1', realisiert werden, wobei eine ausreichende Messempfindlichkeit durch die Vielzahl der Paare von Kammzähnen und den entsprechend zugeordneten Fenstern gewährleistet wird.
