DE102011085007A1

DE102011085007A1 - Annäherungserfassung

Info

Publication number: DE102011085007A1
Application number: DE102011085007A
Authority: DE
Inventors: Daniel Arthur UJVARI
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US10539408B2; CN102565861A; US20180031361A1; US20120098588A1; US9651355B2; US20140009171A1; US8400209B2; TW201232015A; US20200182602A1

Abstract

Zur Annäherungserfassung wird die Kapazität eines Sensorelementes gegenüber Masse gemessen, wenn sich ein oder mehrere Objekte in die nähere Umgebung des Sensorelementes hinein oder aus dieser heraus bewegen.

Description

Hintergrund
Ein Annäherungssensor erfasst das Vorhandensein einer nahen Person oder eines nahen Objektes in einem Bereich oder Gebiet. Ein Annäherungssensor kann sich eines elektromagnetischen oder elektrostatischen Feldes oder eines Strahles elektromagnetischer Strahlung, so beispielsweise infrarote oder akustische Energie, bedienen und Änderungen in dem Feld oder bei einem Rücklaufsignal erfassen. Die sensorische Annäherungserfassung kann verschiedene Sensorarten für verschiedene Arten von Zielobjekten einsetzen. So kann beispielsweise ein fotoelektrischer Sensor für ein Kunststoffziel geeignet sein, während ein induktiver Annäherungssensor zur Erfassung eines Metallziels geeignet sein kann.
Verschiedene Arten von Annäherungssensoren weisen verschiedene Maximalabstände auf, innerhalb derer die Sensoren ein Objekt erfassen können. Einige Sensoren gestatten Anpassungen des Nennabstandsbereiches oder verfügen über Mittel zum Mitteilen eines gestaffelten Erfassungsabstandes. Annäherungssensoren können eine hohe Verlässlichkeit und eine lange Lebensdauer aufgrund des Nichtvorhandenseins von mechanischen Teilen und des Fehlens eines physischen Kontaktes zwischen dem Sensor und dem sensorisch erfassten Objekt aufweisen.
Zusammenfassung
Die nachfolgende Offenbarung beschreibt Beispiele der Annäherungserfassung sowie Annäherungssensoren. Die Kapazität eines Sensorelementes gegenüber Masse wird gemessen, wenn sich ein Objekt in die nähere Umgebung des Sensorelementes hinein oder aus dieser heraus bewegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Zeichnungsfiguren zeigen rein beispielhalber eine oder mehrere Implementierungen entsprechend der vorliegenden technischen Lehre und dienen nicht einer Beschränkung. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Beispieles eines Annäherungssensors, bei dem eine kapazitive Ladungsübertragung zum Einsatz kommt.
2 zeigt eine Schalttabelle zur Darstellung einer Schaltungsreihenfolge der drei Schalter der Sensorschaltung von 1.
3 zeigt eine Abwandlung an der Schaltung von 1.
4 zeigt schematisch verschiedene Antennenbeispiele.
5 ist ein Schaltungsdiagramm eines weiteren Beispieles eines Annäherungssensors, der einen LC-Oszillator verwendet.
6 ist ein Schaltungsdiagramm eines weiteren Beispieles eines Annäherungssensors, der einen generischen Oszillator verwendet.
7 zeigt schematisch ein Beispiel einer Antenne, die als Schleifenantenne ausgebildet ist, und zeigt zudem Feldlinien, die von der Antenne ausgehen.
Detailbeschreibung
In der nachfolgenden Detailbeschreibung sind verschiedene spezifische Details als Beispiele niedergelegt, um die relevante technische Lehre darzustellen. Um zu vermeiden, dass Aspekte der vorliegenden technischen Lehre unklar werden, sind diejenigen Verfahren, Vorgehensweisen, Komponenten und/oder Schaltungen, die einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bekannt sind, vergleichsweise allgemein beschrieben.
Die gezeigten und beschriebenen Beispiele implementieren eine Form der Annäherungserfassung unter Verwendung der Erfassung einer Kapazität eines Sensorelementes relativ zu Masse, wenn sich ein Objekt in die nähere Umgebung des Sensorelementes hinein oder aus dieser heraus bewegt. So kann beispielsweise die Annäherungserfassung über merkliche Abstände von einem Annäherungssensor im Vergleich zu den Abmessungen des Sensors oder wenn der Annäherungssensor von einer Person oder einem anderen Zielobjekt berührt wird, erfolgen.
Es wird nunmehr detailliert auf die Beispiele eingegangen, die in den begleitenden und nachstehend erläuterten Figuren dargestellt sind.
Das Schaltungsdiagramm von 1 zeigt schematisch die Schaltung eines Beispieles eines Annäherungssensors 100, der eine kapazitive Ladungsübertragung für die Annäherungserfassung verwendet. Der Sensor 100 kann eine Steuerschaltung 110, einen Prüfkondensator 114 und ein Sensorelement, so beispielsweise eine Antenne 120, umfassen. Der Sensor 100 erfasst sensorisch Änderungen der Kapazität der Antenne 120 gegenüber Masse C_x, wie durch die Kapazität 122 angedeutet ist. Der Prüfkondensator 114 kann derart gewählt sein, dass er größer als vorbekannte Werte von C_x ist. Die Steuerschaltung 110 kann eine Schaltfunktionalität zum Laden des Prüfkondensators 114 und der zu messenden Kapazität C_x beinhalten. Die Steuerschaltung 110 kann zudem eine Schaltfunktionalität zum selektiven Entladen des Prüfkondensators 114 und/oder der Antenne 120 beinhalten, oder um eine Messung der Spannung V_cs an dem Prüfkondensator 114 zu ermöglichen. Ein Beispiel dafür, wie die Schaltfunktionalität der Steuerschaltung 110 arbeiten kann, wird detailliert anhand von 2 beschrieben.
Nähert sich eine Person oder ein Objekt an die Antenne 120 an oder entfernt sich von dieser, so treten Änderungen der Kapazität C_x der Antenne 120 auf. Nähert sich beispielsweise eine Person an die Antenne 120 an, so nimmt C_x zu, wohingegen dann, wenn sich die Person von der Antenne 120 wegbewegt, C_x abnimmt. Die Änderung von C_x erzeugt einen messbaren Effekt, der von dem Sensor 100 zur Annäherungserfassung verwendet werden kann.
Bei der in 1 dargestellten Schaltung kann ein erstes Schaltelement S1 zum Entladen des Prüfkondensators C_s und der zu messenden Kapazität C_x verwendet werden. Die Schaltung kann ein zweites Schaltelement S2 und ein drittes Schaltelement S3, wie gezeigt ist, beinhalten. Es können beliebige geeignete Schaltelemente für die Schaltelemente S1 bis S3 verwendet werden. So können beispielsweise geeignete Transistoren oder Relais verwendet werden. Das zweite Schaltelement S2 kann zum selektiven Verbinden der Schaltung mit einer Spannungsquelle, so beispielsweise V_dd, arbeiten. Die Spannungsquelle V_dd kann eine geeignete Spannung bereitstellen, darunter, jedoch nicht hierauf beschränkt, eine beliebige Spannung innerhalb eines Bereiches von etwa 1,8 bis etwa 5,5 V. Ist das zweite Schaltelement S2 geschlossen, so kann eine Ladung auf den Prüfkondensator 114 und C_x der Antenne 130 aufgebracht werden. Das dritte Schaltelement S3 kann zum selektiven Verbinden der Schaltung mit Masse betrieben werden. Ein Analogkomparator 112 kann beinhaltet sein, um die Spannung an dem C_s-Kondensator mit einem Bezugsspannungssignal, das mit VREF bezeichnet ist, zu vergleichen. Es kann eine beliebige Bezugsspannung verwendet werden. Die Ausgabe des Komparators 112, also beispielsweise die Analogkomparatorausgabe ACO, kann verwendet werden, um zu bestimmen, wenn die Spannung an C_s die Bezugsspannung VREF erreicht hat. Sind C_s und C_x parallel, so bilden sie einen kapazitätiven Spannungsteiler. Die Spannung an C_s kann als Folge hiervon von C_x beeinflusst sein. Je kleiner die Bezugsspannung ist, desto mehr Energie kann in der Antenne 130 gespeichert werden.
Zur Messung der Kapazität an C_s unter Einfluss von C_x kann der Ausgang des Komparators 112 mit einem Takteingang einer Pulsbreitenmodulatorsschaltung (PWM-Schaltung) 140 versehen sein. Die PWM-Schaltung 140 kann zur Torsteuerung eines Zählers 150 verwendet werden, der mit einer geeigneten Frequenz getaktet wird, um die Anzahl der Pulse während einer spezifizierten Zeit zu zählen. Die Steuerschaltung 110 kann zudem einen Prozessor 160 und eine Speicherfunktionalität 170, so beispielsweise einen geeigneten ROM und/oder RAM, beinhalten, um Softwareanweisungen und gepufferte Daten vorzuhalten. Der Prozessor 160 kann die Zählereingabe empfangen und die Zählerausgabe bezüglich C_s, C_x und der Annäherung einer Person oder eines Objektes an den Sensor 100 korrelieren. Die Ausgabe des Zählers 150 aus dem Empfang durch den Prozessor 160 kann zur Verringerung von Rauscheffekten geeignet gefiltert werden. Der Prozessor 160 kann die Ausgabe des Zählers 150 zum Erfassen einer Annäherung eines Objektes relativ zu der Antenne 120 erfassen. Die Steuerschaltung 110 kann ein Ausgabesignal, wie beispielsweise durch das DETECT-Signal von 1 gezeigt ist, zur Angabe des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Person oder eines Objektes in der näheren Umgebung des Sensors 100 bereitstellen. Das Ausgabesignal der Steuerschaltung 110 kann ein Bit-, ein Byte- oder ein Analogsignal sein, wenn ein D/A-Wandler (nicht gezeigt) verwendet wird. Das Ausgabesignal der Steuerschaltung 110 kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines oder mehrerer Gegenstände in der näheren Umgebung des Sensors 100 oder einen Annäherungsgrad an den Sensor anzeigen. Das Steuerschaltungsausgabesignal kann zur Angabe des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Objektes innerhalb eines Erfassungsbereiches des Sensors 100 verwendet werden. So kann das Ausgabesignal beispielsweise zum Erzeugen eines akustischen Signals, so beispielsweise eines bestimmten Tons, oder eines optischen Signals, so beispielsweise einer bestimmten Farbe, verwendet werden, wenn ein Objekt erfasst wird. Der Ton oder die Farbe können geändert werden, um eine Änderung der Annäherung eines Objektes an den Sensor 100 anzuzeigen.
Bei bestimmten Anwendungen kann eine dynamische Bezugsspannung verwendet werden, um die sensorische Funktionalität des Sensors 100 zu verändern. Ein Anheben der Bezugsspannung kann den Nennbereich des Sensors senken, und zwar beispielsweise von 1 Fuß (30 cm) des maximalen Sensorabstandes von der Antenne bis zu einigen Millimetern des maximalen Sensorabstandes für die Annäherungserfassung einer Berührung. Ein Sensor, so beispielsweise der Sensor 100, kann beispielsweise im Teddybär eines Kindes platziert sein. Ist ein Kind dabei, sich in einem spezifischen Abstand von beispielsweise 6 Inch oder dergleichen anzunähern, so kann der Bär mit einer verbalen Antwort wie beispielsweise „Nimm mich hoch” reagieren, wodurch das Kind ermuntert wird, das Spielzeug zu ergreifen. Die Annäherungserfassung des Sensors kann sodann geändert werden, indem einfach die Bezugsspannung des Sensors geändert wird, um die annäherungsbasierte Berührungserfassung zu schließen, wodurch ermöglicht wird, dass der Teddybär anschließend auf die eigentliche Berührung durch das Kind reagiert. Die dynamische Änderung des Nennerfassungsbereiches eines Annäherungssensors kann auf diese Weise den kommerziellen Wert für die betroffene Ware beziehungsweise die betroffenen Waren oder Komponenten erhöhen.
Die Steuerschaltung 110 kann beispielsweise durch einen geeigneten Mikrocontroller, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder andere standardmäßige Logikvorrichtungen implementiert sein. So können beispielsweise ein ATtiny48-Mikrocontroller, der im Handel bei der Firma ATMEL Corporation erhältlich ist, und/oder ein geeigneter Zeitgeber/Zähler zur Implementierung der Steuerschaltung 110 verwendet werden. Bei einem Beispiel kann der Prüfkondensator 114 eine Nennkapazität von 4,7 nF aufweisen und eine 10%-X7R-Keramik sein.
2 zeigt eine Schalttabelle 200 zur Darstellung einer Schaltungsreihenfolge der drei Schalter von 1 während eines Ladungsübertragungszyklus für den Betrieb des Sensors 100. Wie in 1 gezeigt ist, sind in Schritt 1 die Schaltelemente S1 und S3 geschlossen, während das Schaltelement S2 offen ist, wodurch beide Kondensatoren geerdet sind und wodurch ermöglicht wird, dass sich C_s und C_x entladen. Anschließend sind in Schritt 2 alle Schaltelemente offen, wodurch ermöglicht wird, dass die Spannung an C_s und C_x schwebt (float). Anschließend sind in Schritt S3 die Schaltelemente S1 und S3 offen, während das Schaltelement S2 geschlossen ist, wodurch eine Spannung V_dd an beiden Kondensatoren anliegt und wodurch ermöglicht wird, dass eine Ladung auf C_s und C_x übertragen wird. In Schritt 4 sind alle drei Schaltelemente S1 bis S3 offen, wodurch ermöglicht wird, dass eine Spannung an C_s und C_x schwebt (float) und sich setzt (settle) bzw. einstellt. Anschließend ist in Schritt 5 das Schaltelement 1 geschlossen, während die Schaltelemente S2 und S3 offen sind, wodurch ermöglicht wird, dass sich die Ladung C_x entlädt, sowie zum Vergleich der Spannung an C_s mit der Bezugsspannung, beispielsweise VREF in 1. Die Schaltungsreihenfolge der Schritte 2 bis 5 kann bei späteren Messungen der Kapazität wiederholt werden. Eine geeignete Anzahl von wiederholten Messungen unter Verwendung der Schritte 2 bis 5 kann vorgenommen werden. Änderungen der Kapazität C_x können zur Erfassung einer Bewegung eines Objektes hin zu der Antenne 120 oder weg von dieser gedeutet werden.
3 zeigt schematisch eine Abwandlung an der Schaltung von 1 mit einer Bezugsspannung, die von einem Spannungsteiler 130 eingestellt wird, der Widerstände 132 und 134 in Reihe beinhaltet. Beliebige gewünschte Werte können für die Widerstände 132 und 134 ausgewählt werden, um so ein gewünschte Bezugsspannung zu erzeugen. Die PWM-Schaltung, der Zähler, der Prozessor und der Speicher sind weggelassen, um die Zeichnung zu vereinfachen.
4 zeigt schematisch eine Sammlung 400 von Antennenbeispielen, die bei einem Annäherungssensor verwendet werden können. In der Zeichnung dargestellt sind eine quadratische Schleifenantenne (A), eine gekrümmte Schleifenantenne (B), eine Leitungs- bzw. Linienantenne (C), eine Dipolantenne (D) und eine Patch-Antenne (E). Die hier dargestellten Ausgestaltungen sind repräsentativ, weshalb auch andere Antennenausgestaltungen für die Annäherungserfassung eingesetzt werden können.
Bei einigen Annäherungssensoranwendungen können Antennen für eine Annäherungserfassung in einer allgemeinen Richtung konfiguriert werden. Bei anderen Anwendungen können Antennen für die Annäherungserfassung in mehreren Richtungen konfiguriert werden. Für Antennen, die für beispielhafte Annäherungssensoren geeignet sind, können ebene Ladungen, wie sie beispielsweise durch rechteckige Platten, wis beispielsweise für die Patch-Antenne (E) gezeigt ist, gute Abstandseigenschaften liefern, da die größte Feldstärke senkrecht zur Oberfläche der Ebene vorliegt. Derartige Ausgestaltungen können jedoch nur einen beschränkten Raum für die zugehörigen Komponenten eines Annäherungssensors oder einer den Sensor enthaltenden Vorrichtung, so beispielsweise für Steuerschaltungen, Keypads und dergleichen mehr, bereitstellen.
Bei einigen Anwendungen können elektrische Feldlinien von einer Sensorantenne derart orientiert sein, dass sie eine richtungsempfindliche Antenne bilden und weiterhin einen verfügbaren Raum innerhalb oder benachbart zu der Antenne, so beispielsweise innerhalb des Umfanges der Antenne, bereitstellen. Bei einigen Anwendungen können eine quadratische Schleifenantenne oder eine Dipolantenne verwendet werden. Beispiele sind in 4 unter (A), (B) und (D) gezeigt. So kann beispielsweise ein Annäherungssensor, bei dem eine rechteckige Schleifen- oder Dipolantenne mit Platzierung in dem Umfang einer wandmontierten Vorrichtung, so beispielsweise eines wandmontierten Thermostats oder eines Sicherheits-Keypads zum Einsatz kommt, eine gute Annäherungserfassung bei Annäherung von allen von vier Seiten her ermöglichen. Ein Sensor mit einer derartigen Antenne kann einen guten Erfassungsabstand bieten, wenn man geradewegs auf ihn zugeht. Eine Annäherungserfassung, wenn man geradewegs auf den Sensor zugeht, kann bei Abständen, die größer oder gleich den Abmessungen einer bestimmten Antenne sind, gegeben sein. So kann beispielsweise eine einen Durchmesser von 6 Inch aufweisende gekrümmte Schleifenantenne eine verlässliche Annäherungserfassung bei 12 Inch von der Ebene der Antenne bereitstellen. Ein derartiger Sensor, der die gekrümmte Schleifenantenne verwendet, kann zudem oder alternativ derart eingestellt werden, dass man das Sensorgehäuse berühren muss, bevor man von dem Sensor erfasst wird.
Sensoren oder Antennen, die als Punkte, Kugeln oder Linien ausgestaltet sind, können aufgrund ihres sich mit dem Abstand ausbreitenden radialen Feldes für die Annäherungserfassung bei Anwendungen sehr geeignet sein, bei denen die Annäherungsrichtung unbekannt oder variabel ist. Wie vorstehend beschrieben worden ist, können einige Anwendungen jedoch eine Annäherungserfassung aus einer allgemeinen Richtung erfordern.
Die beispielhaften Annäherungssensoren können andere Arten von Messung einer Antennenkapazität gegenüber Masse für die Annäherungserfassung einsetzen. 5 zeigt ein derartiges Beispiel, bei dem ein variables C_x einer Antenne verwendet wird, um die Resonanzfrequenz einer LC-Schaltung zu ändern.
Das Schaltungsdiagramm von 5 zeigt schematisch einen Annäherungssensor 500, der einen LC-Oszillator einsetzt. Der Annäherungssensor 500 beinhaltet eine Steuerschaltung 510, eine Tank- bzw. Speicherschaltung oder einen LC-Oszillator 520 und ein Sensorelement, so beispielsweise eine Antenne 530. Die Steuerschaltung 510 kann einen geeigneten Prozessor 540 und einen Speicher 550 beinhalten. Der LC-Oszillator 520 beinhaltet einen Induktor 522 und einen Prüfkondensator 524. Die Steuerschaltung 510 kann einen Frequenzzähler und eine Anregungsfunktionalität beinhalten und kann ein Anregungssignal für den LC-Oszillator 520 bereitstellen. Die Steuerschaltung 510 kann zudem eine Ladung an der Antenne 530 bereitstellen, die eine Kapazität C_x gegenüber einem Freiraum oder Masse aufweist. Die Kapazität C_x kann durch Menschen oder Objekte beeinflusst werden, die in die nähere Umgebung der Sensorantenne 530 hinein oder aus dieser heraus gelangen. Ein Mikrocontroller, so beispielsweise ein Atmel^®-ATtiny48-Microcontroller, und/oder ein geeigneter Zeitgeber/Zähler können zur Implementierung der Steuerschaltung 510 verwendet werden.
Für den Sensor 500 nimmt, wenn sich ein Objekt oder eine Person annähert oder in die nähere Umgebung des Sensorelementes 530 gelangt, die Kapazität C_x zu. Bewegt sich ein Objekt oder eine Person aus der näheren Umgebung des Sensorelementes 530 heraus, so nimmt die Kapazität C_x ab. Da C_x parallel zu C_s ist, ändert das neue C_x die Kapazität des Oszillators 520, wodurch die Resonanzfrequenz f geändert wird, wobei die Resonanzfrequenz gegeben ist durch: f = 1/2π√(LC)
Die Steuerschaltung 510 kann die Änderung der Resonanzfrequenz f messen, die mit der Kapazität C_x und einer entsprechenden Annäherung eines Objektes oder einer Person in dem Bereich des Sensors 500 korreliert werden kann.
Zusätzlich zu den Annäherungssensoren, bei denen, wie in 5 gezeigt ist, Oszillatoren zum Einsatz kommen, können andere Arten von Resonanzschaltungen und Strukturen in Verbindung mit einer variablen Kapazität eines Sensorelementes verwendet werden.
Das Schaltungsdiagramm von 6 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel eines Annäherungssensors 600, bei dem ein generischer Oszillator verwendet wird. Der Annäherungssensor 600 beinhaltet eine Steuerschaltung 610 und einen generischen Oszillator 620 in Verbindung mit einem Sensorelement, das als Antenne 630 ausgebildet ist. Die Steuerschaltung 610 kann einen geeigneten Prozessor 640 und einen Speicher 650 beinhalten. Die Steuerschaltung 610 kann einen Frequenzzähler und eine Anregungsfunktionalität beinhalten. Bei exemplarischen Ausführungsbeispielen können ein Mikrocontroller, so beispielsweise ein Atmel^®-ATtiny48-Microcontroller, und/oder ein geeigneter Zeitgeber/Zähler zur Implementierung der Steuerschaltung 610 verwendet werden.
Wie in 6 gezeigt ist, kann ein beliebiger elektrischer Oszillator, der unter dem Einfluss einer Änderung der Kapazität C_x steht, für die Annäherungserfassung durch den Sensor 600 verwendet werden. Beispiele können, jedoch nicht hierauf beschränkt, RC-Netzwerk-Oszillatoren beinhalten, so beispielsweise einen Wien-Brückenoszillator, einen Zwillings-T-Oszillator und dergleichen, oder auch RLC-Netzwerke. Änderungen bei C_x ändern die Resonanzfrequenz des Oszillators 620. Durch Erkennen der Änderung bei C_x kann der Sensor 600 eine Annäherungserfassung bereitstellen. Der Erfassungsbereich des Sensors 600 kann dynamisch durch Anpassen der Werte von R und/oder C in dem Oszillator 620 variiert werden, so beispielsweise durch Einschalten oder Ausschalten von resistiven oder kapazitätiven Elementen.
7 zeigt schematisch eine Antenne 700, die als Schleifenantenne ausgebildet ist, und zeigt zudem Feldlinien, die von der Antenne ausgehen. Die Antenne 700 ist als rechteckige Schleife ausgebildet, die mit einem Umfang 702 gezeigt ist. Aufgrund der Eigenschaften können rechteckige Schleifenantennen sowohl eine seitliche Annäherungserfassung wie auch eine Annäherungserfassung in orthogonalen Richtungen ermöglichen. In 7 sind elektrische Feldlinien für die seitliche Annäherungserfassung durch die Feldlinien 1 angedeutet, während elektrische Feldlinien für orthogonale oder Vorwärtsrichtungen durch die Feldlinien 2 angedeutet sind.
Wie ebenfalls in 7 dargestellt ist, kann das offene Gebiet A innerhalb des Umfanges der Antenne 700 für Komponenten verwendet werden, die in Verbindung mit dem Annäherungssensor verwendet werden. So kann beispielsweise das Gebiet innerhalb der Strichellinien innerhalb des Umfanges 702 für ein Keypad oder einen Kartenleser oder andere Komponenten einer Vorrichtung verwendet werden, die einen Annäherungssensor, der die Antenne 700 beinhaltet, aufnimmt.
Einige Implementierungen der Annäherungserfassung können eine Programmierung beinhalten. So kann beispielsweise ein Mikrocontroller Firmware beinhalten, die die Steuerung der Schaltfunktionalität zum Laden und Entladen eines Prüfkondensators und einer Antenne eines Annäherungssensors, wie in der Tabelle von 2 gezeigt ist, und das Messen der Kapazität zur Erfassung einer Annäherung erleichtern. Ein Herstellungserzeugnis kann das Programm beinhalten, so beispielsweise ausführbaren Code und/oder zugehörige Daten, die in einem maschinenlesbaren Medium getragen oder verkörpert sind. Ein maschinenlesbares Medium kann vielerlei Formen annehmen, darunter, jedoch nicht hierauf beschränkt, ein physisch berührbares und nichtvorübergehendes Speichermedium, ein Wellenträgermedium oder ein physisches Übertragungsmedium. Nichtflüchtige Typen von nichtvorübergehenden, physisch berührbaren Speichermedien beinhalten beliebige oder alle von dem Speicher der Hilfselektronik eines Annäherungssensors, Rechenvorrichtungen, Prozessoren doer dergleichen oder zugehörige Module hiervon, so beispielsweise verschiedene Halbleiterspeicher, Bandlaufwerke, Plattenlaufwerke und dergleichen, die eine Speicherung der Programmierung für eine beliebige Zeit ermöglichen. Alles oder auch nur Teile der Programmierung können bisweilen über das Internet oder verschiedene andere Telekommunikationsnetzwerke verbreitet werden. Derartige Verbreitungen können beispielsweise ein Laden bei der Programmierung von einem Computer oder Prozessor auf einen anderen Computer oder Prozessor beispielsweise zur Installation in einem Mikrocontroller beinhalten. Daher beinhaltet ein anderer Typ von Medien, die die Programmierung tragen können, optische, elektrische und elektromagnetische Wellen, wie sie beispielsweise bei allen physischen Schnittstellen zwischen lokalen Vorrichtungen verwendet werden, und zear durch drahtgebundene und optische Überlandnetzwerke und über verschiedene Luftverbindungen. Die physischen Elemente, die die Wellen tragen, so beispielsweise drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen, optische Verbindungen oder dergleichen, können ebenfalls als Medium zum Tragen der Software betrachtet werden.
Es können verschiedenartige Abwandlungen an den Beispielen und Ausführungsbeispielen, die in der vorstehenden Beschreibung beschrieben sind, vorgenommen werden, wobei eine beliebige zugehörige technische Lehre bei den verschiedenen Anwendungen, von denen hier nur einige beschrieben sind, zum Einsatz kommen kann. Die nachfolgenden Ansprüche sollen beliebige und alle Anwendungen, Änderungen und Abwandlungen beinhalten, die in den wahren Umfang der vorliegenden technischen Lehre fallen.

Claims

Annäherungssensor, umfassend: eine Antenne, wobei die Antenne eine Kapazität gegenüber Masse aufweist, die als Funktion der Annäherung eines Objektes an die Antenne variabel ist; einen Prüfkondensator, der mit der Antenne verbunden ist; und eine Steuerschaltung, die mit dem Prüfkondensator verbunden ist, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist zum: Bereitstellen einer Ladung für den Prüfkondensator und die Antenne; Entladen der Antenne; in Reaktion auf die Entladung der Antenne erfolgendes Bereitstellen eines Signals zur Angabe der Kapazität der Antenne gegenüber Masse; und Verarbeiten des Signals zur Erfassung einer Änderung der Kapazität gegenüber Masse zur Angabe der Annäherung des Objektes an die Antenne.
Annäherungssensor nach Anspruch 1, wobei: die Steuerschaltung drei Schaltelemente und einen Analogkomparator umfasst, jedes Schaltelement einen jeweiligen offenen Zustand und einen jeweiligen geschlossenen Zustand aufweist, ein erstes der Schaltelemente dafür ausgelegt ist, den Prüfkondensator mit Masse in dem geschlossenen Zustand zu verbinden, ein zweites der Schaltelemente dafür ausgelegt ist, in dem geschlossenen Zustand eine Spannungsquelle mit dem Prüfkondensator bei einer Polarität zu verbinden, die entgegengesetzt zu einer Polarität der Verbindung des ersten Schaltelementes mit dem Prüfkondensator und mit dem Komparator ist, ein drittes der Schaltelemente dafür ausgelegt ist, in dem geschlossenen Zustand den Komparator und den Prüfkondensator mit Masse zu verbinden, und der Komparator dafür ausgelegt ist, eine Bezugsspannung zu empfangen und die Bezugsspannung mit der Spannung an dem Prüfkondensator zu vergleichen.
Annäherungssensor nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung dafür ausgelegt ist, die Antenne und den Prüfkondensator zu entladen, wenn die ersten und dritten Schaltelemente in dem geschlossenen Zustand sind und das zweite Schaltelement in dem offenen Zustand ist.
Annäherungssensor nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung dafür ausgelegt ist zu bewirken, dass die Spannung an dem Prüfkondensator schwebt, wenn die ersten, zweiten und dritten Schaltelemente in dem offenen Zustand sind.
Annäherungssensor nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung dafür ausgelegt ist, Ladung auf den Prüfkondensator und die Antenne zu übertragen, wenn die ersten und dritten Schaltelemente in dem offenen Zustand sind und das zweite Schaltelement in dem geschlossenen Zustand ist.
Annäherungssensor nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung dafür ausgelegt ist, die Antenne und den Prüfkondensator zu entladen und die Spannung an dem Prüfkondensator und die Bezugsspannung zu vergleichen, wenn das erste Schaltelement in dem geschlossenen Zustand ist und die zweiten und dritten Schaltelemente in dem offenen Zustand sind.
Annäherungssensor nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung des Weiteren eine Pulsbreitenmodulationsschaltung umfasst, die dafür ausgelegt ist, an einer Takteingabe eine Ausgabe des Komparators zu empfangen.
Annäherungssensor nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend einen Zähler, der dafür ausgelegt ist, ein Ausgabesignal zu erzeugen, das von einer Ausgabe der Pulsbreitenmodulationsschaltung torgesteuert wird.
Annäherungssensor nach Anspruch 1, wobei die Antenne eine Schleifenantenne umfasst.
Annäherungssensor nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung dafür ausgelegt ist, dynamisch den Erfassungsbereich des Annäherungssensors zu variieren.
Annäherungssensorsteuerung, umfassend: eine Steuerschaltung, die einen Prozessor beinhaltet, wobei die Steuerschaltung mit einem Prüfkondensator und einer Antenne verbunden ist, wobei die Antenne eine Kapazität gegenüber Masse aufweist, die als Funktion einer Annäherung eines Objektes an die Antenne variabel ist, wobei der Prozessor dafür ausgelegt ist, Anweisungen auszuführen, die den Prozessor veranlassen, Funktionen zur Messung der Antennenkapazität gegenüber Masse wahrzunehmen, umfassend Funktionen zum: Bereitstellen einer Ladung für den Prüfkondensator und die Antenne; Entladen der Antenne; in Reaktion auf die Entladung der Antenne erfolgendes Bereitstellen eines Signals zur Angabe der Kapazität der Antenne gegenüber Masse; und Bearbeiten des Signals zum Erfassen einer Änderung der Kapazität gegenüber Masse zur Angabe der Annäherung des Objektes an die Antenne.
Annäherungssensorsteuerung nach Anspruch 11, wobei die Steuerschaltung drei Schaltelemente und einen Analogkomparator umfasst, wobei jedes Schaltelement einen jeweiligen offenen Zustand und einen jeweiligen geschlossenen Zustand aufweist, wobei ein erstes Schaltelement dafür ausgelegt ist, den Prüfkondensator mit Masse in dem geschlossenen Zustand zu verbinden, wobei ein zweites Schaltelement dafür ausgelegt ist, in dem geschlossenen Zustand eine Spannungsquelle mit dem Prüfkondensator bei einer Polarität zu verbinden, die entgegengesetzt zu einer Polarität der Verbindung des ersten Schaltelementes mit dem Prüfkondensator und mit dem Komparator ist, und ein drittes Schaltelement dafür ausgelegt ist, in dem geschlossenen Zustand den Komparator und den Prüfkondensator mit Masse zu verbinden, und wobei der Komparator dafür ausgelegt ist, eine Bezugsspannung zu empfangen und die Bezugsspannung mit der Spannung an dem Prüfkondensator zu vergleichen.
Annäherungssensorsteuerung nach Anspruch 11, wobei der Prozessor des Weiteren dafür ausgelegt ist, Funktionen wahrzunehmen zum: dynamischen Variieren des Erfassungsbereiches des Annäherungssensors.
Herstellungserzeugnis, umfassend: ein maschinenlesbares Speichermedium; und ausführbare Programmanweisungen, die in dem maschinenlesbaren Speichermedium verkörpert sind und bei Ausführung durch einen Prozessor einer programmierbaren Rechenvorrichtung die programmierbare Rechenvorrichtung dafür konfigurieren, einen Annäherungssensor zu steuern, der eine Steuerschaltung aufweist, die mit einem Prüfkondensator und einer Antenne verbunden ist, wobei die Antenne eine Kapazität gegenüber Masse aufweist, die als Funktion der Annäherung einer Person oder eines Objektes an die Antenne variabel ist, um Funktionen zur Messung der Antennenkapazität gegenüber Masse wahrzunehmen, beinhaltend Funktionen zum: Bereitstellen einer Ladung für den Prüfkondensator und die Antenne; Entladen der Antenne; und Bereitstellen eines Signals zur Angabe der Kapazität der Antenne gegenüber Masse.
Herstellungserzeugnis nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend Funktionen zum: Entladen der Antenne und unter Verwendung eines Komparators erfolgendes Vergleichen der Spannung an dem Prüfkondensator und der Bezugsspannung, wenn ein erstes Schaltelement in einem geschlossenen Zustand ist, wobei der Komparator dafür ausgelegt ist, eine Bezugsspannung zu empfangen und die Bezugsspannung mit der Spannung an dem Prüfkondensator zu vergleichen.
Annäherungssensor, umfassend: eine Antenne, wobei die Antenne eine Kapazität gegenüber Masse aufweist, die als Funktion der Annäherung eines Objektes an die Antenne variabel ist; einen Oszillator, der mit der Antenne verbunden ist, wobei der Oszillator einen Kondensator beinhaltet; und eine Steuerschaltung, die mit dem Oszillator verbunden ist, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist zum: Bereitstellen einer Anregung für den Oszillator und einer Ladung für die Antenne; Messen der Resonanzfrequenz des Oszillators; und Bereitstellen eines Signals zur Angabe der Annäherung des Objektes an die Antenne.
Annäherungssensor nach Anspruch 16, wobei der Oszillator eine LC-Tank- bzw. Speicherschaltung umfasst.
Annäherungssensor nach Anspruch 16, wobei der Oszillator ein RC-Netzwerk umfasst.
Annäherungssensor nach Anspruch 16, wobei die Antenne eine Schleifenantenne umfasst.
Annäherungssensor nach Anspruch 16, wobei die Steuerschaltung des Weiteren dafür ausgelegt ist, den Erfassungsbereich des Annäherungssensors dynamisch zu variieren.