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Die Technologie kapazitiver Sensoren hat sich als eine zuverlässige Messtechnologie erwiesen, die für anspruchsvolle Umgebungen geeignet ist. Kapazitive Sensoren werden bei vielen Anwendungen verwendet, wie beispielsweise Industrie-, Automobil-, Medizin- und Verbraucheranwendungen.
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Manchmal werden kapazitive Sensoren für eine Abstandsmessung und Positionserfassung verwendet. Ein sich veränderndes elektrisches Feld wird zwischen zumindest zwei Elektroden erzeugt und der entsprechende Verschiebungsstrom oder Schiebestrom wird gemessen. Die Kapazität oder das Kapazitivkopplungsnetzwerk zwischen Elektroden wird über die Beziehung zwischen Spannung und Strom berechnet. Ein Objekt, das in das elektrische Feld gebracht wird, verändert das Dielektrikum zwischen den Elektroden und die Messung auf zumindest eine von drei Arten. Das Objekt kann die Permittivität und/oder die elektrische Konduktanz verändern und/oder einen Teil des elektrischen Felds zu Masse drängen.
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Unter Verwendung mehrerer Elektroden kann eine elektrische Tomographie des Raums zwischen Elektroden erzeugt werden, In größeren Räumen erhöht sich der Abstand zwischen Elektroden und die Länge der Drähte oder Verbindungsleitungen zu Front-end-Elektronik, derart, dass die Verbindungsleitungen elektrische Felder emittieren und/oder als Antennen wirken, um eine elektromagnetische Störung (EMI, electro-magnetic interference) aufzunehmen. Manchmal sind die Verbindungsleitungen abgeschirmt, um ein Emittieren elektrischer Felder und ein Wirken als Antennen zu verhindern. Das Abschirmen erhöht jedoch Lastkapazitäten zu dem Spannungstreiber, der Spannungen zwischen Elektroden aufbaut. Die erhöhte Lastkapazität begrenzt eine Sendefrequenz und erhöht den feldunabhängigen Teil der Verschiebungsströme, was eine Empfindlichkeit des Messsystems verringert. Auf der Empfängerseite kann die parasitäre Eingangskapazität viel höher als die Kapazität sein, die gemessen werden soll, was zu einer starken Dämpfung (kapazitiver Teiler) führt und eine Auflösung verringert.
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Aus der
US 2007/0026804 A1 ist ein Kommunikationssystem bekannt, bei dem eine Sendeelektrode auf Senderseite und eine Empfangselektrode auf Empfängerseite mit einem Kommunikationsmedium kapazitiv gekoppelt sind. Eine Erfassungseinrichtung ist vorgesehen, um Ausbreitungssignale, die sich über das Kommunikationsmedium ausbreiten, zu erfassen. Ferner ist eine Signalkollisionsbeurteilungseinrichtung und eine Steuereinrichtung zum Steuern von Übertragungen basierend auf einer Beurteilung durch die Signalkollisionsbeurteilungseinrichtung vorgesehen. Diese Schrift befasst sich nicht mit einem System zum Bestimmen, ob sich ein Dielektrikum oder ein Abstand zwischen Elektroden geändert hat.
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Die
WO 2004/047630 A1 offenbart ein Gesundheitsüberwachungssystem, das einen Biosensorsender und einen Biosensorempfänger verwendet, die für eine drahtlose Kommunikation ausgelegt sind.
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Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Erfassen mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel, das in der Offenbarung beschrieben ist, sieht ein System vor, das eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung umfasst. Die zweite Elektrode ist kapazitiv mit der ersten Elektrode gekoppelt. Die erste Schaltung ist konfiguriert, um Daten über ein Netzwerk zu empfangen und ein Signal über die erste Elektrode basierend auf den Daten zu senden. Die zweite Schaltung ist konfiguriert, um Daten über das Netzwerk zu empfangen und einen Strom, der dem Signal entspricht, über die zweite Elektrode basierend auf den Daten zu empfangen.
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Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weitergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen zu liefern und sind in dieser Beschreibung integriert und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Grundlagen von Ausführungsbeispielen zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangslaufig maßstabsgerecht relativ zueinander. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensorsystems darstellt, das ein Netzwerk umfasst;
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2 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensorsystems darstellt, das mehrere Sende-Empfangs-Geräte, einen Sender und einen Empfänger umfasst; und
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3 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensorsystems darstellt, das zwei lokale Gruppen von Elektroden umfasst.
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In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen veranschaulichend spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „Vorder-”, „Hinter-” etc., mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es sollte klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Es sollte klar sein, dass die Merkmale der verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, wenn es nicht spezifisch anderweitig angegeben ist.
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1 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensorsystems 20 darstellt, das ein Netzwerk 22 umfasst. Das kapazitive Sensorsystem 20 umfasst eine erste Schaltung 24, eine zweite Schaltung 26, eine erste Elektrode 28, eine zweite Elektrode 30 und eine elektronische Steuereinheit (ECU, electronic control unit) 32. Bei anderen Ausführungsbeispielen umfasst das kapazitive Sensorsystem 20 irgendeine geeignete Anzahl von Schaltungen, wie beispielsweise die erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26, und irgendeine geeignete Anzahl von Elektroden, wie beispielsweise die erste Elektrode 28 und die zweite Elektrode 30. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das kapazitive Sensorsystem 20 mehrere Elektroden, die mit der ersten Schaltung 24 verbunden sind, und/oder mehrere Elektroden, die mit der zweiten Schaltung 26 verbunden sind. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das kapazitive Sensorsystem 20 eine Gruppe von Elektroden, die mit der ersten Schaltung 24 gekoppelt ist, und/oder eine Gruppe von Elektroden, die mit der zweiten Schaltung 26 gekoppelt ist.
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Das kapazitive Sensorsystem 20 misst die Kapazität zwischen der ersten Elektrode 28 und der zweiten Elektrode 30, wobei die gemessene Kapazität verwendet wird, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum und/oder der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 28 und 30 verändert hat. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 20 verwendet, um einen Abstand zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 20 verwendet, um die Position eines Objekts zu erfassen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 20 bei einer Sitzbelegungsanwendung verwendet, wie beispielsweise einem Automobilairbagsystem.
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Das Netzwerk 22 wird verwendet, um die Messungen zu konfigurieren, und zwar durch Auswählen von einer der ersten und der zweiten Schaltung 24 und 26, um ein Sender zu sein, und der anderen, um ein Empfänger zu sein. Parameter, die während einer Einrichtung gemeinschaftlich verwendet werden können, umfassen eine Frequenz, Amplituden, eine Phasenverzögerung, Spreizspektrumeinstellungen, einen Empfängergewinn bzw. eine Empfängerverstärkung, eine Filterbandbreite, eine Integrationszeit und eine Abtastrate. Nachdem Messungen vorgenommen sind, wird das Netzwerk 22 verwendet, um die Messergebnisse von dem Empfänger zu sammeln.
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Die erste Schaltung 24 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 28 über eine erste Verbindungsleitung 34 gekoppelt und die zweite Schaltung 26 ist elektrisch mit der zweiten Elektrode 30 über eine zweite Verbindungsleitung 36 gekoppelt. Die erste Elektrode 28 ist kapazitiv mit der zweiten Elektrode 30 gekoppelt.
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Sowohl die erste als auch die zweite Schaltung 24 und 26 sind mit einer Leistungsversorgung (nicht gezeigt) gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind sowohl die erste Schaltung 24 als auch die zweite Schaltung 26 über eine getrennte Leistungsversorgung mit Leistung versorgt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26 über eine gemeinschaftlich verwendete Leistungsversorgung mit Leistung versorgt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der ersten Schaltung 24 und der zweiten Schaltung 26 über eine induktive Kopplung mit Leistung versorgt.
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Die ECU 32 ist kommunikativ mit der ersten Schaltung 24 und der zweiten Schaltung 26 über das Netzwerk 22 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Netzwerk 22 einen Bus, der mit zumindest einer der ersten Schaltung 24 und der zweiten Schaltung 26 verbunden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Netzwerk 22 eine drahtlose Kommunikationsverbindung zum Kommunizieren mit zumindest einer der ersten Schaltung 24 und der zweiten Schaltung 26. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Netzwerk 22 eine induktive Kopplung zum Kommunizieren mit zumindest einer der ersten Schaltung 24 und der zweiten Schaltung 26.
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Die ECU 32 sendet digitale Daten an die erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26 über das Netzwerk 22. Die gesendeten Daten umfassen Informationen über das elektronische Signal, das zwischen den Elektroden 28 und 30 gesendet werden soll. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 32 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 32 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 32 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz oder eine Spreizspektrumeinrichtung für das Signal umfassen.
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Die erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26 umfassen jeweils eine Treibereinheit und/oder eine Messeinheit. Die erste Schaltung 24 empfängt die Daten und sendet entweder ein Signal über eine Treibereinheit oder empfängt einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine Messeinheit. Die erste Schaltung 24 sendet das Signal und empfängt einen Verschiebungsstrom über die erste Elektrode 28. Die zweite Schaltung 26 empfängt die Daten und sendet entweder ein Signal über eine Treibereinheit oder empfängt einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine Messeinheit. Die zweite Schaltung 26 sendet das Signal und empfängt einen Verschiebungsstrom über die zweite Elektrode 28. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Schaltung 24 ein Sender, der eine Treibereinheit umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Schaltung 24 ein Empfänger, der eine Messeinheit umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Schaltung 24 ein Sende-Empfangs-Gerät, das eine Treibereinheit und eine Messeinheit umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Schaltung 26 ein Sender, der eine Treibereinheit umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Schaltung 26 ein Empfänger, der eine Messeinheit umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Schaltung 26 ein Sende-Empfangs-Gerät, das eine Treibereinheit und eine Messeinheit umfasst.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Schaltung 24 ein Sende-Empfangs-Gerät, das elektrisch mit mehreren Elektroden in einer ersten lokalen Gruppe gekoppelt ist, und ist die zweite. Schaltung 26 ein Sende-Empfangs-Gerät, das elektrisch mit mehreren Elektroden in einer zweiten lokalen Gruppe gekoppelt ist. Die Elektroden in der ersten lokalen Gruppe sind kapazitiv mit den Elektroden in der zweiten lokalen Gruppe gekoppelt. Die erste Schaltung 24 wählt zumindest eine der Elektroden in der ersten lokalen Gruppe zum Senden und/oder Empfangen von Signalen aus und die zweite Schaltung 26 wählt zumindest eine der Elektroden in der zweiten lokalen Gruppe zum Senden und/oder Empfangen von Signalen aus. Die ECU 32 sendet Daten an die erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26, die die Daten empfangen und Signale senden und Ströme basierend auf den Daten empfangen, um eine Kapazität zwischen den ausgewählten Elektroden zu messen.
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Bei einem Betrieb eines Ausführungsbeispiels sendet die ECU 32 die Daten und empfängt die erste Schaltung 24 die Daten über das Netzwerk 22 und sendet ein Signal über die erste Elektrode 28 basierend auf den Daten. Die zweite Schaltung 26 empfängt die Daten über das Netzwerk 22 und die zweite Schaltung 26 empfängt einen Verschiebungsstrom, der dem gesendeten Signal entspricht, über die zweite Elektrode 30 und basierend auf den Daten. Die erste Schaltung 24 verwendet die Daten, um eine Signalfrequenz auszuwählen, Frequenzen über eine Spreizspektrumssequenz zu schalten und das Signal zu einer spezifizierten Zeit zu starten. Die zweite Schaltung 26 verwenden die Daten, um sich selbst zu konfigurieren, um einen Verschiebungsstrom nach der Startzeit des Signals zu erwarten und den empfangenen Verschiebungsstrom basierend auf der ausgewählten Frequenz und Spreizspektrumssequenz zu demodulieren.
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2 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensorsystems 100 darstellt, das mehrere Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108, einen Sender 110 und einen Empfänger 112 umfasst. Das kapazitive Sensorsystem 100 ist dem kapazitiven Sensorsystem 20 von 1 ähnlich. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 100 verwendet, um einen Abstand zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 100 verwendet, um die Position zumindest eines Objekts zu erfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 100 bei einer Sitzbelegungsanwendung verwendet, wie beispielsweise einem Automobilairbagsystem.
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Das kapazitive Sensorsystem 100 umfasst ein erstes Sende-Empfangs-Gerät 102, ein zweites Sende-Empfangs-Gerät 104, einen Sender 110, einen Empfänger 112 und eine ECU 114, die elektrisch mit einem Bus 116 gekoppelt sind. Ferner ist ein viertes Sende-Empfangs-Gerät 108 induktiv mit dem Bus 116 über einen Transformator 118 und eine Transformatorschnittstellenschaltung 120 gekoppelt. Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 empfängt Daten und Leistung von dem Transformator 118. Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 ist elektrisch mit einer Seite des Transformators 118 über eine Kopplungsleitung 122 gekoppelt. Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 und diese eine Seite des Transformators 118 sind elektrisch mit einer Seite des ersten Kondensators 124 über eine Kondensatorverbindungsleitung 126 gekoppelt. Die andere Seite, des ersten Kondensators 124 ist elektrisch mit einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 128 gekoppelt. Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 ist. elektrisch mit der Referenz bei 128 durch den ersten Kondensator 124 gekoppelt, um eine Impedanz zu Masse für die höheren Signalfrequenzen zu verringern, die verwendet werden, um die Kapazität zwischen Elektroden zu messen. Die andere Seite des Transformators 118 ist elektrisch mit der Transformatorschnittstellenschaltung 120 über eine Schnittstellenleitung 130 gekoppelt und die Transformatorschnittstellenschaltung 120 und diese andere Seite des Transformators 118 sind elektrisch mit der Referenz bei 128 gekoppelt. Zusätzlich ist die Transformatorschnittstellenschaltung 120 elektrisch mit dem Bus 116 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Bus 116 um ein Steuerungsbereichsnetzwerk (CAN-Bus; CAN = controller-area network). Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Bus 116 um ein Lokalverbindungsnetzwerk (LIN-Bus; LIN = local interconnect network).
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Die ECU 114 sendet Daten und kommuniziert mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerät 102, dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 104, dem Sender 110 und dem Empfänger 112 über den Bus 116. Die ECU 114 sendet Daten und kommuniziert mit dem vierten Sende-Empfangs-Gerät 108 über die Transformatorschnittstellenschaltung 120, wobei die Transformatorschnittstellenschaltung 120 die Daten empfängt und die Daten an den Transformator 118 sendet, der die Daten an das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 überträgt.
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Das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 und das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 sind kommunikativ über eine Hochfrequenzkommunikationsverbindung 132 (HF-Kommunikationsverbindung) gekoppelt. Die ECU 114 sendet Daten an das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 über den Bus 116 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 leitet die Daten an das dritte Sende-Empfangs-Gerat 106 über die HF-Kommunikationsverbindung 132 weiter. Unter Verwendung eines Busses und/oder einer HF-Kommunikationsverbindung können Schaltungen, wie beispielsweise der Sender 110, der Empfänger 112 und die Sende-Empfangs-Geräte 192, 104, 106 und 108, und die entsprechenden Elektroden derselben entfernt positioniert sein, ohne lange Treiberleitungen und/oder lange Empfängerleitungen zu den Elektroden zu verwenden.
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Das Netzwerk, das den Bus 116, die Transformatorschnittstellenschaltung 120 und den Transformator 118 und die HF-Kommunikationsverbindung 132 umfasst, wird verwendet, um die Messungen zu konfigurieren, und zwar durch Auswählen von einem oder mehreren der Sende-Empfangs-Gerate 102, 104, 106 und 108 und/oder des Senders 110, um Signale zu senden, und von einem oder mehreren der Sende-Empfangs-Gerate 102, 104, 106 und 108 und/oder des Empfängers 112, um Signale zu empfangen. Parameter, die während einer Einrichtung gemeinschaftlich verwendet werden können, umfassen eine Frequenz, Amplituden, eine Phasenverzögerung, Spreizspektrumeinstellung, einen Empfängergewinn, eine Filterbandbreite, eine Integrationszeit und eine Abtastrate. Nachdem Messungen vorgenommen sind, wird das Netzwerk verwendet, um die Messergebnisse von dem ausgewählten Empfänger (den ausgewählten Empfängern) zu sammeln.
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Das kapazitive Sensorsystem 100 umfasst eine erste Elektrode 134, eine zweite Elektrode 136, eine dritte Elektrode 138, eine vierte Elektrode 140, eine fünfte Elektrode 142 und eine sechste Elektrode 144. Das erste Sende-Empfangs-Gerät 102 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 134 über eine erste Verbindungsleitung 146 gekoppelt. Der Sender 110 ist elektrisch mit der zweiten Elektrode 136 über eine zweite Verbindungsleitung 148 gekoppelt. Der Empfänger 112 ist elektrisch mit der dritten Elektrode 138 über eine dritte Verbindungsleitung 150 gekoppelt. Das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 ist elektrisch mit der vierten Elektrode 140 über eine vierte Verbindungsleitung 152 gekoppelt. Das dritte Sende-Empfangs-Gerat 106 ist elektrisch mit der fünften Elektrode 142 über eine fünfte Verbindungsleitung 154 gekoppelt. Das vierte Sende-Empfangs-Gerat 108 ist elektrisch mit der sechsten Elektrode 144 Fiber eine sechste Verbindungsleitung 156 gekoppelt. Die Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144 sind kapazitiv miteinander gekoppelt und das kapazitive Sensorsystem 100 misst die Kapazität zwischen irgendwelchen zwei der Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144. Die gemessene Kapazität kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum und/oder der Abstand zwischen Elektroden verändert hat.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen umfasst das kapazitive Sensorsystem 100 irgendeine geeignete Anzahl von Sende-Empfangs-Geräten, Sender und/oder Empfängern und irgendeine geeignete Anzahl von Elektroden, die mit jedem der Sende-Empfangs-Geräte, Sender und/oder Empfänger gekoppelt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel weist zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte, der Sender und/oder Empfänger mehrere Elektroden auf, die mit demselben gekoppelt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel weist jedes der Sende-Empfangs-Gerate, der Sender und/oder Empfänger eine unterschiedliche Gruppe von einer oder mehreren Elektroden auf, die mit demselben gekoppelt sind. Es kann Leistung auf eine Anzahl von Arten an die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108, den Sender 110 und den Empfänger 112 geliefert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Leistung über getrennte Leistungsversorgungen zugeführt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Leistung über gemeinschaftlich verwendete Leistungsversorgungen zugeführt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Leistung über Leistungsquellen zugeführt, wie beispielsweise Batterien, Generatoren, ein Platinennetz und/oder Solarzellen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Leistung über eine Kopplung zugeführt, wie beispielsweise eine induktive Kopplung oder eine kapazitive Kopplung.
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Die Referenz bei 128 kann auch auf eine Anzahl von Arten realisiert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist Referenz bei 128 über Drähte realisiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Referenz bei 128 über das Chassis eines Automobils realisiert.
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Zusätzlich können Leistungsversorgungen zum Kommunizieren mit der verbundenen Vorrichtung (den verbundenen Vorrichtungen) verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel werden Leistungsversorgungs- und Masseleitungen zum Kommunizieren über ein Modulieren eines Versorgungsstroms und/oder einer Spannung verwendet. Bei einem Ausführungsbeispiel werden Leistungsversorgungs- und Masseleitungen zum Kommunizieren über ein Multiplexen zwischen einem Liefern von Leistung und Kommunikationsphasen verwendet.
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Eine erste Leistungsversorgung 158 ist elektrisch mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerät 102 und dem Sender 110 über eine Leistungsversorgungsleitung 160 gekoppelt. Die erste Leistungsversorgung 158 liefert Leistung an das erste Sende-Empfangs-Gerat 102 und den Sender 110 über die Leistungsversorgungsleitung 160. Die erste Leistungsversorgung 158, das erste Sende-Empfangs-Gerät 102 und der Sender 110 sind elektrisch mit der Referenz bei 128 gekoppelt.
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Eine zweite Leistungsversorgung 162 ist elektrisch mit dem Empfänger 112 über eine Leistungsversorgungsleitung 164 gekoppelt. Die zweite Leistungsversorgung 162 liefert Leistung an den Empfänger 112 über die Leistungsversorgungsleitung 164. Die zweite Leistungsversorgung 162 und der Empfänger 112 sind elektrisch mit der Referenz bei 128 gekoppelt.
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Eine Batterie 166 ist elektrisch mit dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 104 über eine Leistungsversorgungsleitung 168 gekoppelt. Die Batterie 166 liefert Leistung an das Sende-Empfangs-Gerat 104 über die Leistungsversorgungsleitung 168. Die Batterie 166 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 sind elektrisch mit einer Seite eines zweiten Kondensators 170 über eine Kondensatorverbindungsleitung 172 gekoppelt. Die andere Seite des zweiten Kondensators 170 ist elektrisch mit der Referenz bei 128 gekoppelt. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Batterie 166 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 elektrisch direkt mit der Referenz bei 128 gekoppelt.
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Eine dritte Leistungsversorgung 174 ist elektrisch mit dem dritten Sende-Empfangs-Gerät 106 über eine Leistungsversorgungsleitung 176 gekoppelt. Die dritte Leistungsversorgung 174 liefert Leistung an das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 über die Leistungsversorgungsleitung 176. Die dritte Leistungsversorgung 174 und das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 sind elektrisch mit der Referenz bei 128 gekoppelt.
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Die ECU 114 sendet digitale Daten an das erste Sende-Empfangs-Gerät 102, das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104, den Sender 110 und den Empfänger 112 über den Bus 116. Die ECU 114 sendet Daten an das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 durch Senden der Daten an das zweite Sende-Empfangs-Gerat 104 über den Bus 116 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 leitet die Daten an das dritte Sende-Empfangs-Gerat 106 über die HF-Kommunikationsverbindung 132 weiter. Die ECU sendet Daten an das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 durch Senden der Daten an die Transformatorschnittstellenschaltung 120 über den Bus 116 und die Transformatorschnittstellenschaltung 120 liefert die Daten an den Transformator 118, der die Daten an das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 überträgt. Die gesendeten Daten umfassen Informationen über das elektronische Signal, das zwischen den Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144 gesendet werden soll. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 114 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz oder eine Spreizspektrumeinstellung für das Signal umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 114 Daten, die zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder den Sender 110 zum Senden des elektrischen Signals und zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder den Empfänger 112 zum Empfangen des Verschiebungsstroms, der dem gesendeten Signal entspricht, auswählen.
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Jedes der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 umfasst eine Treibereinheit und eine Messeinheit. Die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 empfangen Daten und senden entweder ein Signal über eine Treibereinheit, empfangen einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine Messeinheit, oder bleiben im Leerlauf, basierend auf den Daten. Die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 senden Signale und empfangen Verschiebungsströme über die Elektroden 134, 140, 142 bzw. 144.
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Der Sender 110 umfasst eine Treibereinheit und der Empfänger 112 umfasst eine Messeinheit. Der Sender 110 empfängt die Daten und sendet ein Signal über eine Treibereinheit oder bleibt im Leerlauf, basierend auf den Daten. Der Empfänger 112 empfängt die Daten und empfängt einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine Messeinheit, oder bleibt im Leerlauf, basierend auf den Daten. Der Sender 110 sendet Signale über die Elektrode 136 und der Empfänger 112 empfängt einen Verschiebungsstrom über die Elektrode 138.
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In Betrieb sendet die ECU 114 Daten über den Bus 116. Die ECU 114 wählt zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder den Sender 110 aus, um elektrische Signale über die entsprechende(n) Elektrode(n) zu senden. Die ECU 114 wählt zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder den Empfänger 112 aus, um einen Verschiebungsstrom über die entsprechende(n) Elektrode(n) zu empfangen. Die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108, der Sender 110 und der Empfänger 112 empfangen die Daten und senden Signale und empfangen Ströme basierend auf den Daten, um eine Kapazität zwischen den ausgewählten Elektroden zu messen.
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Die gesendeten Daten umfassen Informationen über das elektronische Signal, das zwischen den Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144 gesendet werden soll. Jede Sendeschaltung verwendet die Informationen, um ein elektrisches Signal zu senden, und jede Empfangsschaltung verwendet die Informationen, um sich selbst zu konfigurieren, um den Verschiebungsstrom zu empfangen, der dem gesendeten Signal entspricht, und um den empfangenen Verschiebungsstrom zu demodulieren. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 114 Daten, die eine Spreizspektrumssequenz des Signals umfassen.
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3 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensorsystems 200 darstellt, das zwei lokale Gruppen von Elektroden 202 und 204 umfasst. Das kapazitive Sensorsystem 200 misst die Kapazität zwischen Elektroden in den zwei lokalen Gruppen von Elektroden 202 und 204, wobei die gemessene Kapazität verwendet wird, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum und/oder der Abstand zwischen Elektroden verändert hat. Das kapazitive Sensorsystem 200 ist dem kapazitiven Sensorsystem 20 von 1 und dem kapazitiven Sensorsystem 100 von 2 ähnlich. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 200 verwendet, um einen Abstand zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 200 verwendet, um die Position von zumindest einem Objekt zu erfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 200 bei einer Sitzbelegungsanwendung verwendet, wie beispielsweise einem Automobilairbagsystem.
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Das kapazitive Sensorsystem 200 umfasst ein erstes Sende-Empfangs-Gerat 206, ein zweites Sende-Empfangs-Gerät 208 und eine ECU 210, die elektrisch mit einem Netzwerkbus 212 gekoppelt sind. Die ECU 210 sendet Daten und kommuniziert mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerat 206 und dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 208 über den Bus 212. Das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 ist elektrisch mit Elektroden 202a–202d in der ersten lokale Gruppe von Elektroden 202 über Elektrodenverbindungsleitungen 214 gekoppelt. Das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 ist elektrisch über Elektrodenverbindungsleitungen 216 mit Elektroden 204a und 204b in der zweiten lokalen Gruppe von Elektroden 204 gekoppelt. Die Elektroden 202a–202d, 204a und 204b sind kapazitiv miteinander gekoppelt. Das kapazitive Sensorsystem 200 misst die Kapazität zwischen irgendwelchen zwei der Elektroden 202a–202d, 204a und 204b. Die gemessene Kapazität kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum und/oder der Abstand zwischen den Elektroden 202a–202d, 204a und 204b geändert hat.
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Eine erste Leistungsversorgung 218 ist elektrisch mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerät 206 über eine Leistungsversorgungsleitung 220 gekoppelt. Die erste Leistungsversorgung 218 liefert Leistung an das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 über die Leistungsversorgungsleitung 220. Die erste Leistungsversorgung 218 und das erste Sende-Empfangs-Gerat 206 sind elektrisch mit einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 222 gekoppelt.
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Eine zweite Leistungsversorgung 224 ist elektrisch mit dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 208 über eine Leistungsversorgungsleitung 226 gekoppelt. Die zweite Leistungsversorgung 224 liefert Leistung an das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 über die Leistungsversorgungsleitung 226. Die zweite Leistungsversorgung 224 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 sind elektrisch mit der Referenz bei 222 gekoppelt.
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Die ECU 210 sendet digitale Daten an das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 über den Bus 212. Die gesendeten Daten umfassen Informationen über das elektronische Signal, das zwischen den Elektroden 202a–202d, 204a und 204b gesendet werden soll. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz oder eine Spreizspektrumeinstellung für das Signal umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die eines der Sende-Empfangs-Gerate 206 und 208 zum Senden des elektrischen Signals und das andere der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 zum Empfangen des Verschiebungsstroms, der dem gesendeten Signal entspricht, auswählen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die zumindest eine der Elektroden 202a–202d, die mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerät 206 gekoppelt sind, und zumindest eine der Elektroden 204a und 204b, die mit dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 208 gekoppelt sind, auswählen.
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Jedes der Sende-Empfangs-Gerate 206 und 208 umfasst eine Treibereinheit und eine Messeinheit. Die Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 empfangen die Daten und senden entweder ein Signal über eine Treibereinheit, empfangen einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine Messeinheit, oder bleiben im Leerlauf, basierend auf den Daten. Das erste Sende-Empfangs-Gerat 206 sendet Signale und empfängt einen Strom über die Elektroden 202a–202d und das zweite Sende-Empfangs-Gerat 208 sendet Signale und empfängt einen Strom über die Elektroden 204a und 204b.
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In Betrieb eines Ausführungsbeispiels sendet die ECU 210 Daten über den Bus 212. Die ECU 210 wählt eines der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 aus, um elektrische Signale zu senden, und das andere der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208, um einen Verschiebungsstrom zu empfangen, der den gesendeten Signalen entspricht. Die ECU 210 wählt ferner zumindest eine der Elektroden 202a–202d, die mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerat 206 gekoppelt sind, und zumindest eine der Elektroden 204a und 204b, die mit dem zweiten Sende-Empfangs-Gerat 208 gekoppelt sind, aus. Die Sende-Empfangs-Gerate 206 und 208 empfangen die Daten und senden Signale und empfangen Ströme basierend auf den Daten, um eine Kapazität zwischen den ausgewählten Elektroden zu messen. Falls ein Objekt, wie beispielsweise ein Objekt 230, sich zwischen den ausgewählten Elektroden bewegt, verändert sich das Dielektrikum und die Kapazität zwischen den ausgewählten Elektroden und das Objekt kann erfasst und gemessen werden.
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Die Daten, die über die ECU 210 gesendet werden, umfassen Informationen, um auszuwählen, welches der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 sendet und welches der Sende-Empfangs-Gerate 206 und 208 empfängt. Die Daten, die über die ECU 210 gesendet werden, umfassen auch Informationen, um auszuwählen, welche Elektroden 202a–202d und 204a und 204b verwendet werden, um die Kapazitätsmessung vorzunehmen. Zusätzlich umfassen die Daten, die über die ECU 210 gesendet werden, Informationen über das elektronische Signal, das gesendet werden soll. Das Sendende der Sende-Empfangs-Gerate 206 und 208 verwendet die Informationen, um ein elektrisches Signal zu senden, und das Empfangende der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 verwendet die Informationen, um sich selbst zu konfigurieren, um den Verschiebungsstrom zu empfangen, der dem gesendeten Signal entspricht, und um den empfangenen Verschiebungsstrom zu demodulieren. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die ECU 210 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz des Signals umfassen. Bei anderen Ausführungsbeispielen umfassen die gesendeten Daten keine Informationen, um auszuwählen, welches der Sende-Empfangs-Gerate 206 und 208 sendet und welches der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 empfängt, und/oder Informationen, um auszuwählen, welche Elektroden verwendet werden.
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Unter Verwendung des Busses 212 können das erste Sende-Empfangs-Gerat 206 und die Elektroden 202a–202d sowie das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 und die Elektroden 204a und 204b entfernt positioniert sein, ohne lange Treiberleitungen und/oder lange Empfängerleitungen zu den Elektroden 202a–202d, 204a und 204b zu verwenden.
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Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, ist es Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine Vielfalt anderer und/oder äquivalenter Implementierungen die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele ersetzen kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen der spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken, die hierin erörtert sind. Deshalb ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Ansprüche und die Äquivalente derselben begrenzt sein soll.
