DE102016212947A1 - Vorrichtung, System und Verfahren zur Aktivitätsdetektion - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion, wobei die Vorrichtung (1) zur Aktivitätsdetektion mindestens eine kapazitive Messeinrichtung und mindestens eine Auswerteeinrichtung (4) umfasst, wobei die kapazitive Messeinrichtung mindestens eine Messelektrode (2) umfasst, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Vorladeeinrichtung (7) zur Einstellung eines Elektrodenpotentials (UE) der Messelektrode (2) umfasst, wobei mittels der Vorladeeinrichtung (7) ein gewünschtes Elektrodenpotential (UE) der Messelektrode (2) einstellbar ist, sowie ein System (17) und ein Verfahren zur Aktivitätsdetektion.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Aktivitätsdetektion. Es wird ein kapazitiver Sensor genutzt, um Objekte und Aktivitäten zu detektieren.
• Aktuelle Heimautomatisierungssysteme nutzen eine große Zahl von steuerbaren Systemen und Sensoren, deren Messdaten zur Steuerung genutzt werden können. Aktuell werden hier zahlreiche Varianten von Sensoren genutzt, z. B. Präsenzmelder, Temperaturmesser, Bewegungsmelder, oder Gassensoren. Je komplexer der Anwendungsfall in Hinblick auf die Kombination aus Aufgabenumfang, der räumlichen Größe des Erfassungsbereichs sowie den Grad an Präzision der Aufgabenbewältigung, desto höher kann die Notwendigkeit sein, eine große Vielzahl an Sensortypen und eine große Sensormengen einzusetzen. So existieren beispielsweise verschiedene Typen in unterschiedlichen Preisklassen von Bewegungsmeldern, die Bewegungen in verschiedenen Höhen und/oder Entfernungen zum Sensor mit unterschiedlicher Genauigkeit und Zuverlässigkeit registrieren. Während sich Drahtlossysteme in anderen Bereichen immer häufiger durchsetzen, da diese sowohl flexibler, als auch mit weniger technischem Aufwand wie z. B. einer Daten- und Stromleitungslegung eingesetzt werden können, benötigen die genannten Bewegungsmelder für einen Langzeitbetrieb entweder eine externe Stromversorgung, oder einen entsprechend groß skalierten Energiespeicher. Unabhängig davon, ob zusätzlich noch eine verdrahtete Datenleitung benötigt wird, sind aktuelle Systeme durch die Energieversorgung unflexibel, da ihr Einsatzort bereits während der Bauplanung bestimmt und während der Bauphase umgesetzt werden muss. Des Weiteren sind derlei Sensoren durch die genannten Eigenschaften, als auch durch ihre grundlegende technologische Funktionsweise (z. B. Kamerasysteme mit entsprechendem Linsenaufbau und der Ausrichtungsmechanik) nur schwer aus dem unmittelbaren menschlichen Wahrnehmungsfeld auszuschließen. So ist z. B. grundlegende Gedanke eines unaufdringlichen Assistenzsystemes z. B. im Bereich der Smart Environments und des Ambient Assisted Livings nicht weiter verfolgbar.
• Die Sensoren sind weiter zumeist fest installiert und haben einen hohen Anschaffungspreis. Auch sammeln sie nur Daten für ihren fest vorgeschriebenen Zweck. Zum Beispiel schlägt ein im Flur installierter Bewegungsmelder nur aus, falls sich eine Person im Flur bewegt. Dieser klassische Sensor ist z. B. nicht in der Lage andere Ereignisse wie z. B. die Bewegungsrichtung von Personen, noch diese an anderen Standorten bzw. im peripheren Bereich zu erfassen. Um auch diese Informationen zu erhalten müssen sowohl weitere, meist teure Sensoren bereitgestellt und mit entsprechendem Aufwand sowohl in die Bausubstanz eingearbeitet als auch in die bestehende IT-Infrastruktur eingebunden werden. Festzuhalten ist somit, dass heutige Sensoren (auch wenn sie mehrere Messgrößen detektieren können) mindestens eine der folgenden, nachteiligen Eigenschaften besitzen:
• • Eine kabelgebundene Stromversorgung
• • Eine kabelgebundene Kommunikationsanbindung
• • Einen festen Installationsstandort
• • Es werden mehrere Sensortechnologien zur Erfassung von Daten mit unterschiedlichem Kontext benötigt.
• Bisherige Lösungen der Heim- und Gebäudeautomation können in die folgenden Bereiche, ausgehend ihrer primären technischen Eigenschaften, kategorisiert werden. Dabei ist auch denkbar, dass hybride Lösungen existieren, welche aus einer Kombination der Kategorien existieren.
• So existieren z. B. so genannte autonome Sensor-Aktuator-Kombinationen. Hierunter fallen z. B. Geräte, welche bei der Über- bzw. Unterschreitung eines Schwellwertes einer zumeist eindimensionalen Messgröße mittels eines Signals einen Aktuator aktivieren. Dabei kommt kein oder nur ein technisch relativ einfach implementierter Ereignismittler zwischen Sensor und Aktuator zum Einsatz. Als Beispiel kann im Kontext der Aktivitätserkennung eine Kombination aus einem Infrarot-Bewegungsmelder und einer Lampe herangeführt werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob Sensor und Aktuator in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, oder über eine externe Leitung oder Funkverbindung verbunden sind. Die Hauptmerkmale einer autonomen Sensor-Aktuator-Kombination folgen damit einem fest vorgegebenen „actio et reactio” Prinzip. Auch eine Erweiterung auf ein mehrdimensionales Eingangssignal, wie es z. B. durch Bewegungsmelder mit Helligkeitssensor zur Schaltung des Lichtes ab Dämmerung bereitgestellt wird, ist möglich. Der genannte Ereignismittler kann z. B. eine einfache Relais-Schaltung sein, welche durch die Eingangsspannung des Sensors die Spannungsversorgung für die Lampe durchschaltet. Auch denkbar sind Ereignismittler, welche in gewisser Weise von außen konfigurierbar sind, z. B. durch Einstellung der Dämmerungsempfindlichkeit. Für die Abgrenzung der Infrastruktur-gebundenen Sensoren ist es wichtig festzuhalten, dass die Sensoren innerhalb dieser hier vorgestellten Kategorie einen festgelegten und damit begrenzten Einsatzbereich haben.
• Weiter existieren so genannte infrastruktur-gebundene Sensoren. In diese Kategorie fallen z. B. alle Sensor-Aktuator Netzwerke, welche aus mindestens einem Sensor, mindestens einem Aktuator, sowie einer Topologie aus Ereignismittlern bestehen können. Ein Ereignismittler ist dabei eine technische Implementierung in Form eines Input-Output Knotens mit interpretierender bzw. regelbasierter Reaktionslogik. Z. B. kann eine Servereinrichtung, welche softwaregestützt aus eingehenden Signalen die entsprechenden Aktuatoren steuert, für das Verständnis herangezogen werden. Der Einsatzzweck der Sensoren ist damit nicht bzw. nur durch die technischen Eigenschaften des Gerätes, wie später weiter erläutert, beschränkt. Ein bewegungserkennender Sensor könnte somit z. B. Daten zur Steuerung des Außenlichts am Haus sowie zur Betätigung eines automatischen Garagentores liefern. Eine Kombination aus Bewegungsmelder und einer Lichtschranke könnte z. B. dieses Szenario erweitern, indem es das Garagentor schließt sobald kein Hindernis unterhalb des Tores erkannt wird, das Außenlicht aber weiterhin eingeschaltet lässt, da noch eine Aktivität in Form von Bewegung erkannt wird.
• Die technischen Nachteile dieser Lösungen sind, dass in der Regel Sensoren verwendet werden, die explizit für die Detektion einer bestimmten Aktivität spezialisiert sind. So kann ein Infrarot-Bewegungssensor zwar die das Vorhandensein von Bewegung innerhalb seines Sichtfeldes erkennen, nicht jedoch in welche Richtung sich eine Person bewegt. Bei vielen kostengünstigen Bewegungsmeldern ist selbst die Unterscheidung von Bewegung im Sinne von räumlicher Fortbewegung und der Bewegung einzelner Gliedmaße, wie z. B. dem Heben der Arme, nicht möglich. Um eine räumliche Bewegung festzustellen, müssen z. B. Lichtschranken installiert werden, die einen begrenzten räumlichen Wirkungsgrad haben, oder es muss auf komplexere Sensortechnologie, wie z. B. kamerabasiertes Tracking zurückgegriffen werden. Besonders der Einsatz von Kameras erweist sich bzgl. der Achtung und Sicherstellung der Privatsphäre als kritisch.
• Bezüglich des Einsatzortes sind alle bisherigen Sensorsysteme stark eingeschränkt. So haben alle auf Photonenbasis arbeitenden Sensoren wie z. B. Kameras, Infrarot-Bewegungsmelder und Lichtschranken ein fest vorgeschriebenes Sichtfeld. Das heißt nicht nur, dass eine orbitale Aktivitätserkennung nicht ohne weiteren Aufwand zu realisieren ist, sondern auch, dass diese Systeme immer eine freie Sichtverbindung zum Objekt haben müssen. Andere Systeme, wie z. B. RFID Detektoren, Beschleunigungs- oder Lagesensoren verlangen mindestens ein Gerät am zu detektierenden Objekt. So sind melden sich Smartphones z. B. an einer Heimautomatisierungsanlage an, sobald sie sich in das lokale Netzwerk einloggen und übermitteln ihre Daten der verschiedenen Sensoren. Wird das Smartphone nicht mitgeführt, so sind seine Daten nicht für die Aktuator-Steuerung nutzbar.
• Weiter benötigen Sensoren und Sensorinfrastrukturen mindestens eine Zuleitung für die Stromversorgung, falls eine längere Arbeitsperiode ohne Wartung (z. B. Batterietausch) angestrebt wird. Diese Zuleitung verlangt sowohl das Vorhandensein einer Stromquelle in unmittelbarer Nähe, als einen erheblichen Aufwand bei ihrer Verlegung. Besonders im Falle von hochintegrierten Hausautomatisierungs-Anlagen muss dies bereits in der frühen Planungsphase einkalkuliert und während der Bauphase umgesetzt werden. Besonders die Berücksichtigung aller Eventualitäten im Einsatz ist entscheidend für die Kosteneffizienz des Systems, da durch die relativ fixe Installation eine nachträgliche Änderung kostenintensiv ausfallen kann. Die Erweiterung der Infrastruktur zur Abdeckung neuer bzw. ergänzender Anwendungsfälle fällt ebenfalls in diesen Bereich.
• Die WO 2004/053711 A2 offenbart ein Flächen-Verkleidungsmodul, eine Flächen-Verkleidungsmodul-Anordnung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstands von Flächen-Verkleidungsmodulen der Flächen-Verkleidungsmodul-Anordnung zu mindestens einer Referenzposition. Die Druckschrift offenbart weiter einen kapazitiven Sensor, Kommunikationsschnittstellen und elektrische Leitungen.
• Die EP 2 002 273 B1 offenbart einen elektrischen Potentialsensor mit zumindest einer Dektektionselektrode und einem Sensorverstärker. Weiterhin sind Eingangsimpedanzverstärkungsmittel vorgesehen, um eine hohe Eingangsimpedanz für den Sensorverstärker bereitzustellen, um eine Sensitivität für reduzierte elektrische Potentiale zu erhöhen.
• Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Aktivitätsdetektion zu schaffen, welche eine zuverlässige Aktivitätsdetektion ermöglichen, wobei ein Energieverbrauch für diese zuverlässige Aktivitätsdetektion minimiert wird.
• Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 12 und 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Es ist eine Grundidee der Erfindung, eine Messelektrode einer kapazitiven Messeinrichtung vorzuladen, um eine verbesserte Aktivitätsdetektion zu ermöglichen. Es ist eine weitere Grundidee der Erfindung, eine Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion zu schaffen, bei der ein Aktivierungssignal für eine Auswerteeinrichtung erzeugt wird, um diese in einen aktivierten Zustand zu versetzen, wobei in dem aktivierten Zustand dann eine Signalverarbeitung und gegebenenfalls -auswertung von der Auswerteeinrichtung durchgeführt wird. In einem deaktivierten Zustand wird ein Energieverbrauch der Auswerteeinrichtung minimiert, wodurch eine längere Betriebszeit der vorgeschlagenen Vorrichtung ermöglicht werden kann.
• Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion. Die Vorrichtung kann eine Vorrichtung zur Objektdetektion sein. Mittels der Vorrichtung kann beispielsweise detektiert werden, ob ein Objekt, insbesondere ein menschlicher Körper oder ein Teil davon, sich in einem Erfassungsbereich einer kapazitiven Messeinrichtung der Vorrichtung befindet, in diesen Erfassungsbereich eintritt oder aus diesem Erfassungsbereich austritt. Somit kann durch die Vorrichtung eine Aktivität detektiert werden, falls ein Objekt im Erfassungsbereich detektiert wird oder falls ein Ein- oder Austritt eines Objektes in/aus dem Erfassungsbereich detektiert wird.
• Der Erfassungsbereich kann einen räumlichen Bereich bezeichnen, in dem Veränderungen des Umgebungspotentials detektierbar sind, insbesondere mit einer gewünschten Zuverlässigkeit.
• Die Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion kann auch eine elektrische Aktivität detektieren. Beispielsweise kann die Vorrichtung Ein- und Ausschaltvorgänge für elektronische oder elektrische Geräte detektieren.
• Zu detektierende Aktivitäten umfassen also Aktivitäten oder Ereignisse in einer Umgebung der Messeinrichtung, die ein Elektrodenpotential der Messelektrode verändern können. Die Umgebung, in der derart detektierbare Aktivitäten erfolgen, kann auch als Erfassungsbereich der Messeinrichtung bezeichnet werden. Somit können Änderungen des Elektrodenpotentials durch Änderungen im Umgebungspotential verursacht werden.
• Die Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion umfasst mindestens eine kapazitive Messeinrichtung und mindestens eine Auswerteeinrichtung. Die kapazitive Messeinrichtung umfasst mindestens eine Messelektrode. Die Messelektrode kann hierbei als Drahtelektrode ausgebildet sein. Die Messelektrode kann eine gewünschte geometrische Form aufweisen. Bevorzugt ist die Messelektrode kreisförmig oder teilkreisförmig ausgebildet.
• Die kapazitive Messeinrichtung kann auch als kapazitiver Sensor bezeichnet werden. Hierbei kann die kapazitive Messeinrichtung insbesondere eine sogenannte passive kapazitive Messeinrichtung sein.
• Mittels der Messeinrichtung ist ein Ausgangssignal, insbesondere eine Ausgangsspannung, bereitstellbar. Hierbei kann das bereitgestellte Ausgangssignal von der Messeinrichtung erzeugt werden. Die Ausgangsspannung kann von einem aktuellen Elektrodenpotential der Messelektrode abhängen, beispielsweise gleich diesem Elektrodenpotential oder proportional dazu sein. Änderungen eines elektrischen Potentials der Umgebung der Messelektrode können hierbei einen Änderung des Elektrodenpotentials und somit auch eine Änderung des Ausgangssignals bedingen. Insbesondere kann also die aus der Kapazitätsänderung der Messelektrode resultierende Spannungsänderung gemessen werden.
• Das Ausgangssignal oder ein von dem Ausgangssignal abhängiges Signal, insbesondere ein zu dem Ausgangssignal proportionales Signal, kann ein Eingangssignal für die mindestens eine Auswerteeinrichtung sein. Die Auswerteeinrichtung oder eine nachfolgend noch beschriebene Host-Einrichtung kann dann eine Signalauswertung, insbesondere zur Aktivitätsdetektion, durchführen. Z. B. können zu detektierenden Aktivitäten charakteristische Ausgangssignale oder zeitliche Verläufe von Ausgangssignalen erzeugen. Eine entsprechende Zuordnung kann vorbekannt sein, z. B. durch Kalibration oder Simulationen bestimmt werden. In Abhängigkeit der Zuordnung kann dann eine Aktivitätsdetektion und -identifikation durchgeführt werden. Eine Zuordnung von Ausgangssignalen zu einer bestimmten Aktivität kann z. B. über Verfahren zum maschinellen Lernen bestimmt werden.
• Z. B. können Eigenschaften eine Amplitude, eine Amplitudenänderung und eine Zeitdauer einer aktivitätsbedingten Signaländerung sein.
• Auch kann die Auswerteeinrichtung das Eingangssignal digitalisieren. Auch kann die Auswerteeinrichtung mindestens eine Signaleigenschaft des Eingangssignals, insbesondere des digitalisierten Eingangssignales, bestimmen.
• Es ist jedoch auch möglich, dass die Auswerteeinrichtung zwar eine Signalverarbeitung, z. B. eine Digitalisierung, jedoch keinen Signalauswertung durchführt.
• In Abhängigkeit der derart bestimmten Signaleigenschaft kann dann eine Aktivitätsdetektion und gegebenenfalls auch eine Identifikation der Aktivität durchgeführt werden. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob sich ein Objekt in einen Erfassungsbereich der Messeinrichtung bewegt hat oder aus diesem Erfassungsbereich herausbewegt hat. Auch kann bestimmt werden, ob ein elektrischer Schaltvorgang, insbesondere ein Ein- und Ausschalten eines elektrischen Geräts, erfolgt ist. Somit kann eine Aktivitätsdetektion in Abhängigkeit von Potentialänderungen im Erfassungsbereich der Messeinrichtung durchgeführt werden.
• Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens eine Vorladeeinrichtung zur Einstellung eines Elektrodenpotentials der Messelektrode. Die Vorladeeinrichtung bezeichnet eine Einrichtung, mittels der die Messelektrode aufgeladen oder entladen werden kann. Somit kann die Vorladeeinrichtung eine Einrichtung zur Bereitstellung von Ladung oder zur Aufnahme von Ladung umfassen. Weiter kann die Vorladeeinrichtung elektrisch mit der Messelektrode verbunden sein.
• Das Elektrodenpotential bezeichnet ein Potential der Messelektrode relativ zu einem Referenzpotential, welches auch als Bezugspotential bezeichnet werden kann. Das Referenzpotential kann beispielsweise ein Massepotential der Vorrichtung sein. Mittels der Vorladeeinrichtung ist also ein gewünschter, insbesondere festgelegter, Elektrodenpotentialwert einstellbar. Der gewünschte Elektrodenpotenzialwert kann auch als vorbestimmter Elektrodenpotenzialwert bezeichnet werden.
• Insbesondere kann mittels der Vorladeeinrichtung die Messelektrode derart geladen oder entladen werden, dass sich das gewünschte Elektrodenpotential einstellt. Weicht also ein aktuelles Elektrodenpotential von dem gewünschten Elektrodenpotential ab, so kann diese Abweichung durch die Vorladeeinrichtung, insbesondere durch ein Laden oder Entladen, reduziert oder eliminiert werden. Die Vorladeeinrichtung ermöglicht somit das aktive Ändern des Elektrodenpotentials.
• Ändert sich z. B. das Elektrodenpotential aufgrund eines sich ändernden Umgebungspotentials, beispielsweise bei Eintritt eines Körperteils in den Erfassungsbereich der Messeinrichtung von dem gewünschten Elektrodenpotential, so kann das Elektrodenpotential der Messelektrode durch die Vorladeeinrichtung wieder auf das Ausgangs-Elektrodenpotential, also das gewünschte Elektrodenpotenzial, eingestellt werden.
• Das gewünschte Elektrodenpotential kann insbesondere in einem Gleichgewichtszustand (steady state) eingestellt werden. Der Gleichgewichtszustand kann einen Zustand bezeichnen, in dem für eine vorbestimmte Zeitdauer keine Änderung des Umgebungspotentials erfolgt ist. Somit kann das von der kapazitiven Messeinrichtung bereitgestellte oder erzeugte Ausgangssignal in dem Gleichgewichtszustand von dem gewünschten Elektrodenpotential abhängig sein. Nach einer Änderung des Gleichgewichtszustands, beispielsweise durch Veränderung des Umgebungspotentials, kann dann mittels der Vorladeeinrichtung das Elektrodenpotential des Gleichgewichtszustands wieder eingestellt werden.
• Insbesondere kann das gewünschte Elektrodenpotential ein von dem vorhergehend erläuterten Referenz- oder Bezugspotential verschiedenes Potential sein. Durch das Einstellen eines gewünschten Elektrodenpotentials durch die Vorladeeinrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Wertebereich der Ausgangssignale der Messeinrichtung verschoben werden kann. Bedingt z. B. eine Änderung des Umgebungspotentials eine Verringerung des Elektrodenpotentials, so kann diese Verringerung z. B. dann nicht detektiert werden, wenn das Elektrodenpotential der Messelektrode vor der Änderung bereits dem Referenzpotential entspricht bzw. dem minimal möglichsten Potential. Wird jedoch mittels der Vorladeeinrichtung ein gewünschtes Elektrodenpotential eingestellt, welches höher als das Referenzpotential ist, so können einerseits durch Änderungen des Umgebungspotentials bedingte Erhöhungen als auch Verringerungen des Elektrodenpotentials in zuverlässiger Weise detektiert werden.
• Aufgrund der Vorladeeinrichtung werden Änderungen des Elektrodenpotentials von dem gewünschten Elektrodenpotential zeitlich schneller reduziert als bei einer Ausführungsform ohne Vorladeeinrichtung. Die zeitlich schnellere Änderung kann hierbei genauso schnell erfolgen wie bei einer Vorrichtung ohne Vorladeeinrichtung, jedoch mit geringer Eingangsimpedanz der Messelektrode. Durch die Vorladeeinrichtung kann somit eine resultierende Eingangsimpedanz der Messelektrode reduziert werden, insbesondere im Vergleich zu einer Ausführungsform ohne Vorladeeinrichtung. Mit anderen Worten ergibt sich durch die Vorladeeinrichtung eine künstliche Reduktion der Eingangsimpedanz, wodurch ein Betriebsverhalten der Messelektrode mit hoher Eingangsimpedanz einem Betriebsverhalten einer Messelektrode mit im Vergleich geringerer Eingangsimpedanz gleichen kann.
• Insbesondere kann die resultierende Eingangsimpedanz der Messelektrode im Megaohm-Bereich liegen.
• Die Messeinrichtung kann ein elektrischer Potential-Sensor (EPS) sein. Ein EPS ist in er EP 2 002 273 B1 beschrieben. Zu beachten ist jedoch, dass für die in der EP 2 002 273 B1 beschriebenen EPS abweichend von der vorliegenden Offenbarung eine hohe Eingangsimpedanz eines Verstärkers ein wesentliches Merkmal ist.
• Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnellere Einstellung des Elektrodenpotentials des vorhergehend erläuterten Gleichgewichtszustands nach einer Änderung des Elektrodenpotentials und somit eine höhere Verfügbarkeit der Messeinrichtung. Wird die Messelektrode z. B. aufgrund einer Änderung des Umgebungs- oder Elektrodenpotentials entladen so kann ohne Vorladeeinrichtung eine Zeitdauer bis zum Wiederherstellen des Ausgangs- bzw. Gleichgewichtszustands zeitlich länger als bei einem aktiven Aufladen dauern, insbesondere wenn die Messelektrode eine hohe Eingangsimpedanz aufweist. Durch die Vorladeeinrichtung kann also das Ab- oder Zufließen von Ladung derart unterstützt werden, dass sich eine zeitlich schnellere Einstellung des Ausgangs- oder Gleichgewichtszustands ergibt.
• Die beschriebene Vorrichtung, die auch als Detektionsvorrichtung bezeichnet werden kann, kann einen kompakten Sensor(-knoten) für den verteilten, vernetzten Einsatz bilden. Durch die Passivität des eingesetzten Messverfahrens ist sowohl das Messverfahren als auch die dafür benötigte Elektronik äußerst stromsparend als auch strahlungsfrei. Der Einsatzzeitraum kann bereits mittels einer Knopfzellen-Batterie bis zu zwei Jahren betragen. Des Weiteren entfällt für einen Langzeit-Einsatz der Bedarf einer externen Stromversorgung. Weiter ist die Vorrichtung mobil einsetzbar und frei platzierbar. Durch eine geringe Baugröße kann eine unauffällige und platzsparende Installation an einer Vielzahl von Installationsorten erfolgen, z. B. sowohl durch einfaches Ablegen als auch mittels Befestigungsmaterialien wie z. B. Klebebänder und in Halterungen platziert werden. Die Vorrichtung kann hierbei in einer Vielzahl von Produkten, wie z. B. Produkten der Unterhaltungselektronik, in Spielzeugen, in Werkzeugen, in Mobiliar, etc. verwendet werden.
• Die lange Lebensdauer ist zum einen kosten- und ressourcenschonend, qualifiziert aber auch zum Einsatz in so genannten Einweg-Systemen (z. B. in einem fest verklebten Gehäuse). Dadurch lassen sich z. B. Anwendungsszenarien in sicherheitsrelevanten Umgebungen, wie z. B. zum Diebstahlschutz (u. a. im Kaufhaus) realisieren. Jeder Versuch eine Vorrichtung unmittelbar bzw. durch direkte Krafteinwirkung zu zerstören, führt zu einer Aktivitätserkennung. Auch mit fixierten Gehäuseformen kann eine berührungslose Energieversorgung der Vorrichtung möglich sein, durch z. B. Strominduktion zum Aufladen einer Energiespeichereinrichtung. Die Lebensdauer würde somit nur noch vom genutzten Akkutypen und oder der Lebenserwartung der elektronischen Bauteile abhängen.
• Die eingesetzte Messmethodik benötigt keine direkte Sichtverbindung zum Messgegenstand, sondern kann durch alle nichtleitenden Materialen hindurch eine Messung vornehmen. Eine Platzierung hinter nicht leitfähigen Gegenständen, wie Holztüren, Gläsern oder unter Stühlen schränkt die Funktionalität nicht ein. Je nach elektrischer Permitivität des Materials zwischen Objekt und Vorrichtung kann das Messverhalten sogar verstärkt werden.
• Die gemessene Potentialänderung, hervorgerufen durch die Änderung des elektrischen Umgebungsfeldes ist geeignet zur Erkennung von Aktivitäten aller (sowohl lebender als auch nicht-lebender) Objekte, welche einen Einfluss auf das elektrische Feld der Umgebung haben.
• Es ist weiter möglich, dass die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur induktiven Energieübertragung zur Vorrichtung umfasst. Das Mittel zur induktiven Energieübertragung kann insbesondere eine Windungsstruktur sein oder eine solche umfassen. Die Windungsstruktur kann beispielsweise eine Spule ausbilden. Wird ein elektromagnetisches Energieübertragungsfeld von einer entsprechenden Erzeugereinrichtung erzeugt, so kann das Mittel zur induktiven Energieübertragung eine durch dieses Feld induzierte Spannung bereitstellen. Diese kann beispielsweise zum Aufladen der Batterie bzw. des Akkumulators der Vorrichtung dienen. Die Vorrichtung kann hierbei die Batterie bzw. den Akkumulator umfassen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Energieübertragung zur Vorrichtung. Insbesondere sind keine separaten Anschlüsse zur Energieübertragung erforderlich. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorladeeinrichtung mindestens eine Spannungsquelle und mindestens einen Widerstand. Weiter ist die Spannungsquelle über den mindestens einen Widerstand mit der Messelektrode, insbesondere elektrisch, verbunden.
• Je geringer ein Widerstandswert des Widerstands, desto schneller kann eine Veränderung des Elektrodenpotentials der Messelektrode erfolgen. Mit anderen Worten ermöglicht ein geringer Widerstandswert ein zeitlich schnelles Laden oder Entladen der Messelektrode als ein im Vergleich höherer Widerstandswert.
• Der Widerstandswert des Widerstandes kann hierbei derart gewählt werden, dass sich eine gewünschte Filtercharakteristik für das Ausgangssignal der Messeinrichtung ergibt. Hierbei ermöglichen niedrigere Widerstandswerte eine Filterung, d. h. eine Abschwächung, von niederfrequenten Signalanteilen des Ausgangssignals als höhere Widerstandswerte. Höhere Widerstandswerte ermöglichen eine stärkere Filterung von höherfrequenten Signalanteilen des Ausgangssignals.
• Somit wird durch den Widerstand eine Filtereinrichtung für das Ausgangssignal der Messeinrichtung bereitgestellt. Ein Widerstandswert des Widerstands kann hierbei in Abhängigkeit einer gewünschten Grenzfrequenz der Filterung gewählt werden.
• Hierdurch ergibt sich einerseits eine besonders einfache Ausführung der Vorladeeinrichtung, andererseits auch eine gewünschte Filterung und somit Veränderung von Signaleigenschaften des Ausgangssignals der Messeinrichtung.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist das gewünschte Elektrodenpotential ein Elektrodenpotential bei dem die Messeinrichtung einen Bruchteil der maximal bereitstellbaren Ausgangsspannung bereitstellt. Insbesondere kann beim dem gewünschten Elektrodenpotential eine Ausgangsspannung in einem Bereich von 1/4 bis 3/4, vorzugsweise in einem Bereich von 1/3 bis 2/3, weiter vorzugsweise 1/2 der maximal bereitstellbaren Ausgangsspannung bereitgestellt werden.
• Die maximal bereitstellbare Ausgangsspannung kann beispielsweise einer Versorgungsspannung eines Operationsverstärkers entsprechen, der das Ausgangssignal in Abhängigkeit des Elektrodenpotentials erzeugt. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert. Insbesondere kann der Bruchteil ein von 0 verschiedener Bruchteil sein. Dies bedeutet, dass in dem vorhergehend erläuterten Gleichgewichtszustand sowohl eine durch Veränderung des Umgebungspotentials bedingte Erhöhung und Erniedrigung des Elektrodenpotentials eine Erhöhung bzw. Erniedrigung des Ausgangssignals bedingt und somit zuverlässig detektiert werden kann. Hierdurch wiederum ergibt sich eine verbesserte und zuverlässigere Aktivitätsdetektion.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst die kapazitive Messeinrichtung mindestens eine erste Impedanzwandlereinrichtung. Eine Impedanzwandlereinrichtung kann hierbei mindestens einen Operationsverstärker umfassen. Mittels der Impedanzwandlereinrichtung kann ein hoher Eingangswiderstand für die Messelektrode bereitgestellt werden.
• Weiter ist die Messelektrode mit einem Signaleingangsanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung verbunden. Weiter ist die mindestens eine Auswerteeinrichtung mit einem Signalausgangsanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung verbunden.
• Ohne die Verwendung der erläuterten Vorladeeinrichtung kann die Eingangsimpedanz der Messelektrode der Eingangsimpedanz der Impedanzwandlereinrichtung entsprechen. Eingangsimpedanzen von Impedanzwandlereinrichtungen liegen üblicherweise im Gigaohm-Bereich.
• Da, wie vorhergehend erläutert, die Eingangsimpedanz der Messelektrode durch die Vorladeeinrichtung künstlich reduziert wird, ist es nicht notwendig, dass die Impedanzwandlereinrichtung eine hohe Eingangsimpedanz, z. B. im Gigaohm-Bereich, aufweist. Insbesondere kann also die Eingangsimpedanz der Impedanzwandlereinrichtung im Megaohm-Bereich liegen.
• Die erste Impedanzwandlereinrichtung kann hierbei auch eine Verstärkereinrichtung mit einem gewünschten Verstärkungsfaktor sein.
• Die maximal bereitstellbare Ausgangsspannung der Messeinrichtung kann in diesem Fall eine Versorgungsspannung der ersten Impedanzwandlereinrichtung, insbesondere die Versorgungsspannung des mindestens einen Operationsverstärkers der Impedanzwandlereinrichtung, sein.
• Weiter kann insbesondere eine erste A/D-Wandlereinrichtung der Auswerteeinrichtung mit dem Ausgangssignalanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung verbunden sein.
• Die Messeinrichtung kann auch eine weitere Impedanzwandlereinrichtung umfassen, wobei die Messelektrode mit einem Signaleingangsanschluss der weiteren Impedanzwandlereinrichtung verbunden ist, wobei die mindestens eine Auswerteeinrichtung mit einem Signalausgangsanschluss der weiteren Impedanzwandlereinrichtung verbunden ist. Insbesondere kann eine weitere A/D-Wandlereinrichtung der Auswerteeinrichtung mit dem Ausgangssignalanschluss der weiteren Impedanzwandlereinrichtung verbunden sein. Auch die weitere Impedanzwandlereinrichtung kann eine Verstärkereinrichtung sein.
• Weiter kann auch die weitere Impedanzwandlereinrichtung einen Eingangswiderstand im Megaohm-Bereich aufweisen.
• Ohne Vorladeeinrichtung werden zum Anschluss von Messelektroden in der Regel Impedanzwandlereinrichtungen mit sehr hohen Eingangswiderständen, insbesondere im Gigaohm-Bereich, verwendet, insbesondere um den Eingangswiderstand der an einen Eingangsanschluss angeschlossenen Messelektrode zu erhöhen. Dies wiederum kann einen Wertebereich sowie eine Flankensteilheit des Ausgangssignals der Messeinrichtung erhöhen. Allerdings bedingt ein hoher Eingangswiderstand ein zeitlich langsames Entladen bzw. Laden der Messelektrode, wenn keine weitere Vorladeeinrichtung vorhanden ist.
• Somit ermöglicht die Vorladeeinrichtung in vorteilhafter Weise, eine Impedanzwandlereinrichtung mit im Vergleich geringeren Eingangswiderstanden zu verwenden, wobei jedoch gleichzeitig eine zuverlässige Aktivitätsdetektion und eine hohe Verfügbarkeit der Messeinrichtung gewährleistet wird. Weiter können Impedanzwandlereinrichtungen mit im Vergleich niedrigen Eingangswiderständen Herstellungskosten der Vorrichtung reduzieren.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine erste Aktivierungseinrichtung, wobei die Messelektrode mit der ersten Aktivierungseinrichtung verbunden ist. Ein Eingangssignal der Aktivierungseinrichtung kann hierbei ein von dem Elektrodenpotential abhängiges, insbesondere ein zu dem Elektrodenpotential proportionales, Signal sein. Hierbei kann eine Verbindung eine signaltechnische oder elektrische Verbindung sein. Weiter erzeugt die erste Aktivierungseinrichtung ein Aktivierungssignal für die Auswerteeinrichtung, wenn das Elektrodenpotential um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem Elektrodenpotential im Gleichgewichtszustand (Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential) abweicht. Somit kann ein Aktivierungssignal erzeugt werden, wenn sich das Elektrodenpotential um mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert. Das Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential kann hierbei das vorhergehend erläuterte gewünschte Elektrodenpotential sein, welches im Gleichgewichtszustand eingestellt ist.
• Alternativ wird ein Aktivierungssignal erzeugt, wenn sich das erste Elektrodenpotential, insbesondere in einer Zeitdauer, die gleich oder kleiner einer vorbestimmten Zeitdauer ist, um mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert.
• Somit kann die Auswerteeinrichtung von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand versetzt werden, wenn ein Aktivierungssignal erzeugt und von der Auswerteinrichtung empfangen wird. Selbstverständlich kann die Auswerteeinrichtung auch von einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand versetzt werden, beispielsweise wenn ein Deaktivierungssignal erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Deaktivierungssignal, insbesondere von der Auswerteeinrichtung selbst, erzeugt werden, wenn sich ein Ausgangssignal der Messeinrichtung und somit ein Elektrodenpotential für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert.
• Ein Energieverbrauch der Auswerteeinrichtung im deaktivierten Zustand ist hierbei geringer als ein Energieverbrauch im aktivierten Zustand. Der deaktivierte Zustand kann hierbei auch als Sleep-Modus bezeichnet werden. Im deaktivierten Zustand kann beispielsweise keine oder nur eine eingeschränkte Signalverarbeitung durch die Auswerteeinrichtung durchgeführt werden. Insbesondere kann im deaktivierten Zustand keine Signalauswertung und/oder keine Digitalisierung und/oder keine Bestimmung einer Signaleigenschaft durchgeführt werden.
• Hierdurch reduziert sich in vorteilhafter Weise der Energieverbrauch der vorgeschlagenen Vorrichtung. Mit anderen Worten wird die Auswerteeinrichtung erst aktiviert, wenn sich das Elektrodenpotential um mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert bzw. größer als ein vorbestimmter oberer Schwellwert oder kleiner als ein vorbestimmter unterer Schwellwert ist. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass tatsächlich eine detektierungswürdige Aktivität im Messbereich der Messeinrichtung erfolgt ist.
• Die Messelektrode kann hierbei über die erste Impedanzwandlereinrichtung mit der ersten Aktivierungseinrichtung verbunden sein. Die erste Aktivierungseinrichtung kann beispielsweise mit dem Ausgangsanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung verbunden sein. Das Aktivierungssignal kann insbesondere ein Ausgangssignal der Aktivierungseinrichtung sein.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Messelektrode über mindestens eine erste Filtereinrichtung mit der ersten Aktivierungseinrichtung verbunden. Mittels der ersten Filtereinrichtung können bestimmte Signalanteile des Ausgangssignals der Messelektrode, also des Elektrodenpotentials, oder der Messeinrichtung abgeschwächt oder verstärkt werden. Aufgrund dieser Filtereinrichtung kann das Aktivierungssignal z. B. in Abhängigkeit von nicht abgeschwächten Signalanteilen bzw. von verstärkten Signalanteilen erzeugt werden. Dies reduziert in vorteilhafter Weise einen Einfluss von Messrauschen auf die Erzeugung des Aktivierungssignals. Auch kann durch eine Filtereinrichtung erreicht werden, dass eine Aktivierung nur erfolgt, wenn bestimmte Aktivitäten im Messbereich der Messeinrichtung erfolgt sind oder vermutlich erfolgt sind. So kann beispielsweise angenommen werden, dass beim Ein- oder Ausschalten von elektrischen Geräten Signalanteile in einem Frequenzbereich, der die Frequenz einer Netzspannung, also z. B. 50 Hz oder 60 Hz, umfasst, im Ausgangssignal der Messeinrichtung verstärkt werden und eine Veränderung des Elektrodenpotentials mit einer oder mehreren Frequenz(en) aus diesem Frequenzbereich erfolgen wird.
• Auch kann davon ausgegangen werden, dass Änderungen des Umgebungspotentials durch das Ein- oder Austreten von Körperteilen in den Erfassungsbereich keine Elektrodenpotentialänderungen mit Frequenzen einer Netzspannung, bedingen werden. Somit können zur Detektion eines solchen Ein- oder Austritts Signalanteile des Ausgangssignals der Messeinrichtung mit einer niedrigen Frequenz genutzt werden.
• Es ist möglich, dass die Impedanzwandlereinrichtung und/oder die Vorladeeinrichtung diese Filtereinrichtung oder einen Teil der ersten Filtereinrichtung ausbildet. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung neben der Impedanzwandlereinrichtung und/oder der Vorladeeinrichtung eine weitere, von der Impedanzwandlereinrichtung und/oder der Vorladeeinrichtung, verschiedene erste Filtereinrichtung.
• In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die erste Filtereinrichtung eine Tiefpass-Filtereinrichtung. Eine Grenzfrequenz der Tiefpass-Filtereinrichtung kann kleiner als 50 Hz sein. Insbesondere kann eine Grenzfrequenz 40 Hz oder kleiner als 40 Hz sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Signalanteile mit der Frequenz einer Netzspannung abgeschwächt werden und die Erzeugung eines Aktivierungssignals sowie eine anschließende Signalverarbeitung nur in Abhängigkeit von/für Signalanteile erfolgt, deren Frequenzen niedriger als die Frequenz der Netzspannung sind. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Zuverlässigkeit bei der Detektion von Objekten, die sich in den Erfassungsbereich hinein oder aus diesem heraus bewegen, erhöht. Gleichzeitig jedoch wird ein niedriger Energieverbrauch der Vorrichtung gewährleistet.
• In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Messelektrode über die erste Filtereinrichtung oder einen Teil davon mit dem Signaleingangsanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung verbunden. Mit anderen Worten erfolgt eine analoge Filterung des Ausgangssignals der Messeinrichtung.
• Weiter kann die erste Aktivierungseinrichtung mit dem Ausgangssignalanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung verbunden sein. Es ist möglich, dass die Messelektrode über mehr als eine Filtereinrichtung, beispielsweise über zwei Filtereinrichtungen, mit der ersten Aktivierungseinrichtung verbunden sein kann. Beispielsweise kann der Ausgangssignalanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung über eine weitere Filtereinrichtung mit der ersten Aktivierungseinrichtung verbunden sein. Die weitere Filtereinrichtung kann ebenfalls eine Tiefpass-Filtereinrichtung sein. Hierbei kann sich jedoch eine Grenzfrequenz der weiteren Tiefpass-Filtereinrichtung von der Grenzfrequenz der ersten Tiefpass-Filtereinrichtung unterscheiden.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine weitere Aktivierungseinrichtung. Weiter ist die Messelektrode mit der weiteren Aktivierungseinrichtung verbunden. Weiter erzeugt die weitere Aktivierungseinrichtung ein Aktivierungssignal für die Auswerteeinrichtung, wenn sich das Elektrodenpotential um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential abweicht oder wenn sich das Elektrodenpotential, insbesondere in einer Zeitdauer, die gleich oder kleiner einer vorbestimmten Zeitdauer ist, um mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert. Das vorbestimmte Maß kann hierbei von dem vorbestimmten Maß der ersten Aktivierungseinrichtung verschieden sein. Das Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential kann jedoch wiederum das vorhergehend erläuterte gewünschte Elektrodenpotential sein, welches im Gleichgewichtszustand eingestellt ist.
• Durch die weitere Aktivierungseinrichtung wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass verschiedene Aktivitäten zur Aktivierung der Auswerteeinrichtung führen können. Insbesondere können verschiedene Aktivitäten verschiedene Ausgangssignale der Messeinrichtung bedingen, wobei diese verschiedenen Ausgangssignale zur Erzeugung von Aktivierungssignalen durch die verschiedenen Aktivierungsvorrichtungen führen können. Somit ergibt sich auch eine Redundanz bei der Aktivierung.
• Es ist möglich, dass die Messelektrode über eine oder mehrere Filtereinrichtungen mit der weiteren Aktivierungseinrichtung verbunden ist. Die Messelektrode kann auch über die weitere Impedanzwandlereinrichtung mit der weiteren Aktivierungseinrichtung verbunden sein. Z. B. ist es möglich, dass die weitere Aktivierungseinrichtung mit einem Ausgangssignalanschluss der vorhergehend erläuterten weiteren Impedanzwandlereinrichtung verbunden ist. Weiter kann die Messelektrode über eine oder mehrere Filtereinrichtungen mit dem Signaleingangsanschluss der weiteren Impedanzwandlereinrichtung verbunden sein. Durch das Vorhandensein von mehreren Aktivierungseinrichtungen können in vorteilhafter Weise Aktivierungssignale in Abhängigkeit von verschiedenen Signalanteilen oder Signaleigenschaften des von der Messeinrichtung erzeugten Ausgangssignals erzeugt werden. Beispielsweise kann die weitere Aktivierungseinrichtung insbesondere dann ein Aktivierungssignal erzeugen, wenn ein elektrisches Gerät ein- oder ausgeschaltet wird, wobei das elektrische Gerät oder eine Versorgungsleitung des elektrischen Geräts in dem Erfassungsbereich der Messeinrichtung angeordnet ist. Ist z. B. die erste Aktivierungseinrichtung z. B. über die vorhergehend erläuterte Tiefpass-Filtereinrichtung mit der Messelektrode verbunden, so kann der Signalanteil des Ausgangssignals der Messeinrichtung, der durch einen derartigen Ein- oder Ausschaltvorgang erzeugt wird, derart abgeschwächt sein, dass keine zuverlässige Erzeugung eines Aktivierungssignals erfolgt. Allerdings kann in diesem Fall die weitere Aktivierungseinrichtung ein Aktivierungssignal in Abhängigkeit dieses Signalanteils erzeugen.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Messelektrode direkt mit dem Signaleingangsanschluss einer weiteren Impedanzwandlereinrichtung verbunden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Messelektrode nicht über eine Filtereinrichtung oder über eine die Signaleigenschaften ändernde Einrichtung mit dem Signaleingangsanschluss der weiteren Impedanzwandlereinrichtung verbunden ist. Allerdings kann ein Signalausgangsanschluss der weiteren Impedanzwandlereinrichtung über eine Filtereinrichtung oder aber auch direkt mit der weiteren Aktivierungseinrichtung verbunden sein.
• Hierdurch ergibt sich, dass die weitere Aktivierungseinrichtung in Abhängigkeit des ungefilterten Ausgangssignals der Messeinrichtung ein Aktivierungssignal erzeugen kann. Hierdurch ergeben sich in vorteilhafter Weise ein geringer Hardwareaufwand und eine einhergehende Kostenreduktion zum Ermöglichen des energiesparenden Betriebs, da die Aktivierung keine Vorverarbeitung von Signalen durch weitere Bauteile benötigt.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Aktivierungseinrichtung mindestens eine Komparatoreinrichtung. Vorzugsweise kann eine Aktivierungseinrichtung eine erste und eine weitere Komparatoreinrichtung umfassen. Mittels der mindestens einen Komparatoreinrichtung ist ein Aktivierungssignal erzeugbar, wenn das Elektrodenpotential größer als ein vorbestimmter oberer Schwellwert ist oder wird und/oder wenn das Elektrodenpotential kleiner als ein vorbestimmter unterer Schwellwert ist oder wird. Der Schwellwert kann hierbei abhängig von dem Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotenzial sein.
• Z. B. ist es möglich, dass mittels der ersten Komparatoreinrichtung ein Aktivierungssignal erzeugbar ist, wenn das Elektrodenpotential größer als der vorbestimmte obere Schwellwert ist und mittels der weiteren Komparatoreinrichtung ein Aktivierungssignal erzeugbar ist, wenn das Elektrodenpotential kleiner als der vorbestimmte untere Schwellwert ist.
• Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache und zuverlässige Erzeugung von Aktivierungssignalen.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Signalübertragungseinrichtung zur drahtlosen Signalübertragung. Die drahtlose Signalübertragung kann beispielsweise auf einem Bluetooth^TM-, insbesondere einem Bluetooth^TM Low Energy-, einem ZigBee- oder einem WLAN- oder auf einem weiteren Kommunikationsstandard basieren. Beispielsweise kann die Signalübertragungseinrichtung mit der Auswerteeinrichtung signaltechnisch verbunden sein oder Teil der Auswerteeinrichtung sein. Mittels der Signalübertragungseinrichtung können beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung verarbeitete Ausgangssignale der Messeinrichtung oder durch eine Auswertung erzeugte Ausgangssignale der Auswerteeinrichtung an eine externe Einrichtung, beispielsweise eine nachfolgend noch näher erläuterte Host-Einrichtung, übertragen werden.
• Es ist möglich, dass die Teile der Messeinrichtung und die Auswerteeinrichtung auf oder an einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte kann insbesondere plattenförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Leiterplatte aber scheibenförmig ausgebildet und weist einen kreisförmigen Randverlauf auf. Entlang des Randes oder eines Teils des Randes kann die Messelektrode angeordnet sein. Auch die weiteren Teile der Vorrichtung, z. B. die Filtereinrichtung(en) und die Aktivierungseinrichtung(en) können auf oder an der Elektrode angeordnet sein. Die Leiterplatte kann in einem Gehäuse, insbesondere in einem hohlzylinderförmigen Gehäuse angeordnet sein.
• Weiter vorgeschlagen wird ein System zur Aktivitätsdetektion, wobei das System mindestens zwei Vorrichtungen gemäß einer der in dieser Offenbarung erläuterten Ausführungsformen umfasst. Weiter umfasst das System mindestens eine Host-Einrichtung. Die Host-Einrichtung kann auch als Servereinrichtung bezeichnet werden. Sie kann einen Mikrocontroller umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Die Host-Einrichtung kann durch einen PC oder aber auch durch ein mobiles Endgerät, z. B. ein Smartphone oder Tablet-PC, ausgebildet werden. Weiter sind die mindestens zwei Vorrichtungen signaltechnisch, insbesondere drahtlos, mit der Host-Einrichtung verbunden oder verbindbar. Die Verbindung kann über Router und/oder sogenannten Zugangsknoten erfolgen. Mit anderen Worten ist es möglich, ein Sensorknotennetz bereitzustellen, wobei ein Sensorknoten durch eine Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion bereitgestellt wird. Ein Sternpunkt des Sensorknotennetzes kann hierbei durch die Host-Einrichtung gebildet werden.
• Das Sensorknotennetz kann um eine beliebige Anzahl von Sensorknoten erweitert werden. Auch können mehrere Systeme zu einem Gesamtsystem zusammengefasst werden, wobei die Host-Einrichtungen der Systeme datentechnisch miteinander verbunden werden können. Ein System oder Gesamtsystem kann hierbei als gerichteter Graph mit Zyklen beschrieben werden.
• Die Host-Einrichtung kann hierbei eine (weitere) Signalverarbeitung und/oder (weitere) Signalauswertung, insbesondere ein Signalanalyse, durchführen. Somit übernimmt eine Host-Einrichtung eine Datenverarbeitung und -analyse auf höheren kontextuellen Ebenen und ist Betriebsweise des Systems für bestimmte Anwendungsfälle zuständig. Die Host-Einrichtung kann hierbei auch einen einleitend beschriebenen Ereignismittler ausbilden.
• Hierbei lässt sich jedoch die räumliche Verteilung der Vorrichtungen des Systems als auch der Anwendungskontext, z. B. die gewünschten Anwendungsfälle, des Systems während der Lebenszeit der im System genutzten Vorrichtungen ändern.
• Insbesondere können bestimmte Aktivitätsszenarien durch die Host-Einrichtung identifiziert werden. Weiter können durch die Host-Einrichtung in Abhängigkeit von detektierten Aktivitätsszenarien vorbestimmte Maßnahmen durchgeführt oder veranlasst werden. Beispielsweise kann die Host-Einrichtung Steuersignale für ein Heimautomatisierungssystem oder einen Teil davon erzeugen und somit einen Betrieb des Systems steuern. Diese Maßnahmen können hierbei szenarioabhängige Maßnahmen sein. Auch können die Maßnahmen charakteristisch für bestimmte Anwendungsfälle des Systems sein. Ein derart beschriebenes System ermöglicht in vorteilhafter Weise eine räumliche Verteilung der Vorrichtungen zur Aktivitätsdetektion. Weiter kann ein Anwendungskontext geändert werden.
• Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Aktivitätsdetektion. Das Verfahren wird hierbei mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt. In dem Verfahren wird ein gewünschtes Elektrodenpotential der Messelektrode der Vorrichtung eingestellt, insbesondere durch die vorhergehend erläuterte Vorladeeinrichtung. Weiter wird in Abhängigkeit des von der Messeinrichtung erzeugten Ausgangssignals eine Aktivität im Messbereich der Messelektrode detektiert, beispielsweise durch eine Signalverarbeitung und -auswertung. Zu detektierende Aktivitäten wurden hierbei vorhergehend erläutert.
• Das Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Aktivitätsdetektion, insbesondere mit einer hohen Verfügbarkeit der Vorrichtung.
• In einer weiteren Ausführungsform wird in Abhängigkeit des von der Messeinrichtung erzeugten Ausgangssignals ein Aktivierungssignal für die Auswerteeinrichtung der Vorrichtung erzeugt, wobei die Auswerteeinrichtung der Vorrichtung durch das Aktivierungssignal von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand versetzt wird, wobei die Auswerteeinrichtung im aktivierten Zustand eine Signalverarbeitung und gegebenenfalls -auswertung des von der Messeinrichtung erzeugten Ausgangssignals durchführt. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
• In einer weiteren Ausführungsform wird ein Ausgangssignal, insbesondere eine Ausgangsspannung, der Messelektrode tiefpassgefiltert, wobei das Aktivierungssignal für die Auswerteeinrichtung der Vorrichtung in Abhängigkeit des tiefpassgefilterten Signals erzeugt wird. Dies und die entsprechenden Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
• Durch die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene System wird eine Erfassung von zahlreichen Aktivitäten ermöglicht und zugleich ein äußerst energieeffizienter und stromsparender Betrieb, z. B. mittels kleiner Batterien und Akkumulatoren (z. B. Knopfzellen-Batterien für monatelange Laufzeit). Die Ausgangssignale oder Messergebnisse können drahtlos beispielsweise an Mobiltelefone oder ein Gateway versandt und dort für den entsprechenden, nicht an die Sensortechnologie unmittelbar gekoppelten, Anwendungsfall aggregiert und weiterverarbeitet werden. Eine Detektionsvorrichtung kann unmittelbar die Messung von Aktivitäten (sowohl das Vorhandensein, als auch das Ausbleiben solcher) und der Übersendung der Messdaten zu einem zentralen Knoten (Host-Einrichtung) durchführen, nicht aber unbedingt die Interpretation des Kontextes dieser Aktivitäten. Aktivitäten können dabei sowohl von lebenden Individuen (auch Tieren), als auch anderen Objekten, welche in mindestens einer Ausprägung eine stromleitende Eigenschaft besitzen (wie z. B. Kraftfahrzeuge oder Einkaufswagen) ausgelöst werden.
• Ein System mit mehreren Detektionsvorrichtungen kann ein zentralisiertes Netzwerk sein, welche eine hierarchische Stern-Topologie aufweist. Die Vernetzung mehrerer Detektionsvorrichtungen ermöglicht es weiter, genauere Rückschlüsse aus einem aktuellen Aktivitätsszenario zu ziehen als bei einzelnen, nicht vernetzten Detektionsvorrichtungen.
• Eine schnelle Veränderung des Messzwecks sowie des Kontexts der gewonnenen Daten ist jederzeit durch einfache Neuplatzierung einer Detektionsvorrichtung möglich. Über die Host-Einrichtung können die hierzu notwendigen Einstellungen implementiert werden. Hierzu wird kein Montagewerkzeug benötigt. Im Vergleich zu existierenden Bewegungs- und Präsenzmeldern hat das beschriebene System keine Totzeit und kann dynamisch neu kalibriert werden.
• Besonders interessant ist die Verwendung einer Detektionsvorrichtung in einem Ad hoc Szenario, bei welchem mehrere Detektionsvorrichtungen, z. B. bei einer kurzfristig angesetzten Messung, räumlich verteilt installiert werden. Aber auch eine dauerhafte, preisgünstige und mit wenig Aufwand verbundene Installation ist möglich. Eine Detektionsvorrichtung oder ein System mit mehreren Detektionsvorrichtungen kann im Bereich der Heim- und Gebäudeautomatisierung verwendet werden. Weiter vorstellbar ist eine Verwendung im Sicherheitsbereich, sowohl zum Objektschutz (z. B. von Wertgegenständen) als auch zum Personenschutz (z. B. in Fertigungsanlagen). Weiter vorstellbar ist eine Verwendung zur Beobachtung und Zählung von Verkehrs- und Fußgänger-Aufkommen. Weiter vorstellbar ist eine Verwendung in Anwendungen zur Analyse eines Nutzerverhaltens, z. B. einem Kundenverhalten in einem Kaufhaus. Dies wiederum kann zur marketingstrategischen Analyse genutzt werden. Weiter vorstellbar ist eine Anwendung zur Aktivitätserkennung im Unterhaltungssektor z. B. in Unterhaltungselektronik wie Spielzeugen, Fernsehgeräten, etc.
• Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
• 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform,
• 3 schematisch dargestellte zeitliche Verläufe eines Elektrodenpotentials,
• 4a einen schematisch dargestellten zeitlichen Verlauf eines Elektrodenpotentials ohne Vorladung,
• 4b einen schematischen zeitlichen Verlauf eines Elektrodenpotentials mit Vorladung,
• 5 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform,
• 6 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform,
• 7 ein schematisches Blockschaltbild von Kapazitäten,
• 8 einen schematischen zeitlichen Verlauf eines Elektrodenpotentials,
• 9 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems und
• 10 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
• In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Objektdetektion dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine kapazitive Messeinrichtung, wobei die kapazitive Messeinrichtung eine Messelektrode 2, die mit einer gepunkteten Linie dargestellt ist, und eine Impedanzwandlereinrichtung 3 umfasst. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Auswerteeinrichtung 4, die als Mikrocontroller ausgebildet ist oder einen solchen umfassen kann. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Signalübertragungseinrichtung 5 zur drahtlosen Signalübertragung zwischen der Vorrichtung 1 und externen Einrichtungen, beispielsweise einer Host-Einrichtung 6 (siehe 9).
• Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Vorladeeinrichtung 7 zur Einstellung eines Elektrodenpotentials U_E (siehe z. B. 3). Mittels der Vorladeeinrichtung 7 ist ein gewünschtes Elektrodenpotential der Messelektrode 2 einstellbar. Die Vorladeeinrichtung 7 ist signaltechnisch, insbesondere elektrisch, mit der Messelektrode 2 verbunden. Durch die Vorladeeinrichtung 7 kann die Messelektrode 2 geladen oder entladen werden. Dies bedeutet insbesondere, dass der Messelektrode 2 geladene Teilchen zugeführt oder geladene Teilchen von der Messelektrode 2 abgeführt werden können.
• Die Impedanzwandlereinrichtung 3 stellt einen gewünschten Eingangswiderstand für die Messelektrode 2 bereit. Ein Signaleingang der Impedanzwandlereinrichtung 3 ist hierbei mit der Messelektrode 2 verbunden. Ein Signalausgang der Impedanzwandlereinrichtung 3 ist mit der Auswerteeinrichtung 4 verbunden. Die Impedanzwandlereinrichtung 3 kann hierbei eine Verstärkereinrichtung sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. Mittels der Impedanzwandlereinrichtung 3 wird ein Ausgangssignal erzeugt oder bereitgestellt, welches abhängig von, insbesondere proportional zu, dem Elektrodenpotential U_E ist. Insbesondere kann als Ausgangssignal eine Ausgangsspannung bereitgestellt werden, die gleich dem Elektrodenpotential U_E ist oder einem Produkt aus Elektrodenpotential U_E und einem festgelegten Verstärkungsfaktor entspricht.
• Das Elektrodenpotential U_E kann hierbei eine Spannung zwischen der Messelektrode 2 und einem Referenzpotential RP (siehe z. B. 2) sein. Auch alle weiteren Spannungen der Vorrichtung 1 können gegenüber dem Referenzpotential RP gemessen werden.
• Die Auswerteeinrichtung 4 kann das Ausgangssignal der Impedanzwandlereinrichtung 3 verarbeiten und auswerten. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung 4, beispielsweise eine von der Auswerteeinrichtung 4 bereitgestellte A/D-Wandlereinrichtung, das Ausgangssignal digitalisieren. Weiter kann eine Signalverarbeitung und -auswertung durchgeführt werden, um eine Aktivitätsdetektion durchzuführen. So können z. B. Signaleigenschaften des Ausgangssignals der Impedanzwandlereinrichtung 3 bestimmt werden. Diese Signaleigenschaften können bestimmten Aktivitätsszenarien zugeordnet sein, insbesondere mit einer vorbestimmten Zuordnung.
• Weiter kann in Abhängigkeit von detektierten Aktivitäten ein Detektionssignal von der Auswerteeinrichtung 4 erzeugt werden. Dieses kann über die Signalübertragungseinrichtung 5 an externe Einrichtungen übertragen werden. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, ein unverarbeitetes Ausgangssignal der Impedanzwandlereinrichtung 3 oder ein nicht verarbeitetes, jedoch digitalisiertes Ausgangssignal der Impedanzwandlereinrichtung 3 mittels der Signalübertragungseinrichtung 5 zu übertragen, sodass das Ausgangssignal z. B. von einer externen Einrichtung (weiter) verarbeitet und (weiter) ausgewertet werden kann.
• Mittels der Auswerteeinrichtung 4 oder der in 9 dargestellten Host-Einrichtung 6 kann beispielsweise in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Impedanzwandlereinrichtung 3 (und somit in Abhängigkeit des Elektrodenpotentials U_E der Messelektrode 2) detektiert werden, ob ein Objekt, insbesondere ein Teil eines menschlichen Körpers, in einen Erfassungsbereich der vorhergehend erläuterten Messeinrichtung eintritt oder aus diesem austritt. Weiter kann detektiert werden, ob ein elektrisches Gerät aktiviert oder deaktiviert wird, insbesondere wenn das elektrische Gerät oder Teile der elektrischen Versorgungsleitungen des elektrischen Geräts in einem Erfassungsbereich der Messeinrichtung angeordnet sind.
• 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform. Dargestellt sind wiederum die Messelektrode 2 und die Vorladeeinrichtung 7. Diese umfasst eine Spannungsquelle 8 und einen Vorladewiderstand 9. Die Spannungsquelle 8 ist über den Vorladewiderstand 9 mit der Messelektrode 2 verbunden. Weiter dargestellt ist, dass die Impedanzwandlereinrichtung 3 einen Operationsverstärker 10 umfasst, wobei der Operationsverstärker 10 mit einer Versorgungsspannung U_V und einem Referenzpotential RP verbunden ist. Ein Eingangsanschluss, insbesondere der positive Anschluss, des Operationsverstärkers 10 ist mit der Messelektrode 2 verbunden. Ein Ausgangsanschluss sowie ein weiterer Eingangsanschluss, insbesondere der negative Anschluss, sind mit der Auswerteeinrichtung 4 verbunden. Die Versorgungsspannung U_V entspricht hierbei einer maximal von der Impedanzwandlereinrichtung 3 bereitstellbaren Ausgangsspannung. Das Referenzpotential RP entspricht einer minimalen Spannung, die von der Impedanzwandlereinrichtung 3 bereitstellbar ist. Mittels der Vorladeeinrichtung 7 kann das Elektrodenpotential U_E (siehe z. B. 3) der Messelektrode 2 auf einen Bruchteil, beispielsweise die Hälfte der Versorgungsspannung U_V eingestellt werden, wobei dieser Bruchteil das gewünschte Elektrodenpotential U_E ist. In diesem Fall kann der Verstärkungsfaktor der Impedanzwandlereinrichtung 3, insbesondere des Operationsverstärkers 10, gleich 1 sein.
• 3 zeigt schematische Zeitverläufe eines Elektrodenpotentials U_E, falls ein Objekt in den Erfassungsbereich der Messeinrichtung eintritt und wieder aus diesem austritt. Mit einer Linie 11 ist hierbei ein zeitlicher Verlauf des Elektrodenpotentials U_E dargestellt, bei dem die Messelektrode 2 nicht vorgeladen ist. In einem Gleichgewichtszustand weist die Messelektrode 2 als Ausgangspotential das Referenzpotential RP auf. Tritt ein Objekt in den Erfassungsbereich der Messeinrichtung ein, so steigt das Elektrodenpotential U_E an. Wird das Objekt wieder aus dem Erfassungsbereich herausbewegt, so sinkt das Elektrodenpotential U_E. Dies stellt jedoch nur ein mögliches Szenario dar. Ob das Elektrodenpotential U_E beim Eintritt des Objekts in den Erfassungsbereich bzw. beim Austritt des Objekts aus dem Erfassungsbereich ansteigt oder absinkt hängt von dem Potential des Objekts ab.
• Hierbei kann das Elektrodenpotential U_E jedoch nicht unter das minimal mögliche Elektrodenpotential U_E, nämlich das Referenzpotential RP, sinken. Somit wird der zeitliche Verlauf des Elektrodenpotentials U_E beim Referenzpotential RP abgeschnitten. Dies ist schematisch durch eine gepunktete Linie dargestellt, wobei die gepunktete Linie einen zeitlichen Verlauf des Elektrodenpotentials U_E ohne untere Grenze darstellt.
• Wird die Messelektrode 2 im Gleichgewichtszustand auf das Elektrodenpotential, insbesondere die Hälfte der Versorgungsspannung U_V, aufgeladen, so erfolgt kein Abschneiden des Elektrodenpotentials U_E beim Austreten des Objekts aus dem Erfassungsbereich. Dies ist schematisch durch einen zeitlichen Verlauf 12 des Elektrodenpotentials U_E dargestellt. Insbesondere wird der Wertebereich des von der Messelektrode 2 erzeugbaren Elektrodenpotentials U_E nach oben, d. h. hin zu höheren Werten des Elektrodenpotentials U_E, verschoben. Insbesondere wird ein Mittelwert des Bereichs erzeugbarer Werte durch die Vorladung von Referenzpotential RP auf die Hälfte der Versorgungsspannung U_V verschoben. Somit können auch die Werte des Elektrodenpotentials U_E, die geringer oder mehr als ein vorbestimmtes Maß geringer als das Elektrodenpotential U_E im Gleichgewichtszustand sind, zuverlässig erzeugt und somit auch ausgewertet werden. Dies ermöglicht wiederum in vorteilhafter Weise eine zuverlässigere Detektion von Aktivitäten.
• 4a zeigt einen weiteren zeitlichen Verlauf 11 eines Elektrodenpotentials U_E einer Messelektrode 2 (siehe z. B. 1), wobei das Elektrodenpotential U_E nicht durch eine Vorladeeinrichtung 7 eingestellt wird. Wird die Messelektrode 2, z. B. aufgrund von Potentialänderungen des Umgebungspotentials der Messelektrode 2, bis zum Referenzpotential RP entladen, so dauert das Aufladen des der Messelektrode 2 nach einem Endzeitpunkt t1 des Entladens zeitlich sehr viel länger als bei einem zusätzlichen Vorladen der Messelektrode 2 durch die Vorladeeinrichtung 7. Der Endzeitpunkt t1 kann hierbei einen Zeitpunkt bezeichnen, ab dem keine Änderung des Umgebungspotentials mehr erfolgt.
• In 4b ist ein schematischer zeitlicher Verlauf 12 des Elektrodenpotentials U_E dargestellt, wobei die Messelektrode 2 mit einer Vorladeeinrichtung 7 verbunden ist, die das Elektrodenpotential U_E auf ein gewünschtes Elektrodenpotential, beispielsweise die Hälfte eines Versorgungspotentials U_V, einstellt. Durch den zeitlichen Verlauf 12 ist ersichtlich, dass das Elektrodenpotential U_E nach einem im Vergleich zum zeitlichen Verlauf 11 kürzerer Zeit nach dem Endzeitpunkt t1 des Entladens wieder höher als das Referenzpotential RP ist. Somit kann die Messelektrode 2 zeitlich früher wieder auswertbare Ausgangssignale erzeugen. Somit wird die Verfügbarkeit der Messeinrichtung erhöht.
• 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei umfasst die Vorrichtung 1 die Messelektrode 2, eine Vorladeeinrichtung 7, eine Impedanzwandlereinrichtung 3 und eine Auswerteeinrichtung 4, wie auch die in 1 dargestellte Ausführungsform. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung 1 eine erste Filtereinrichtung 13 und eine erste Aktivierungseinrichtung 14. Die Messelektrode 2 ist hierbei über die erste Filtereinrichtung 13 mit einem Signaleingangsanschluss der Impedanzwandlereinrichtung 3 verbunden. Weiter ist sowohl die Auswerteeinrichtung 4 als auch die erste Aktivierungseinrichtung 14 mit einem Ausgangssignalanschluss der Impedanzwandlereinrichtung 3 verbunden. In dem Gleichgewichtszustand der Messelektrode 2 befindet sich die Auswerteeinrichtung 4 in einem deaktivierten Zustand, der auch als sogenannter Sleep-Modus bezeichnet werden kann. Ein Energieverbrauch im deaktivierten Zustand der Auswerteeinrichtung 4 ist hierbei geringer als in einem aktivierten Zustand. In einem deaktivierten Zustand kann die Funktionalität, insbesondere die Anzahl ausführbarer Funktionen, der Auswerteeinrichtung 4 geringer als im aktivierten Zustand sein.
• Mittels der ersten Aktivierungseinrichtung 14 ist ein Aktivierungssignal AS erzeugbar und an die Auswerteeinrichtung 4 übertragbar, wenn das Elektrodenpotential U_E und somit auch das von der Impedanzwandlereinrichtung 3 im Gleichgewichtszustand bereitgestellte Ausgangssignal um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem vorab festgelegten Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential oder einem im Gleichgewichtszustand erzeugten Ausgangssignal abweicht. Befindet sich die Messeinrichtung also in einem Gleichgewichtszustand, so kann sich die Auswerteeinrichtung 4 in einem deaktivierten Zustand befinden. Ändert sich das Elektrodenpotential U_E, so erzeugt die erste Aktivierungseinrichtung in Abhängigkeit der Stärke bzw. Höhe der Potentialänderung ein Aktivierungssignal AS. Nach Empfang des Aktivierungssignals AS wird die Auswerteeinrichtung 4 aktiviert und führt dann eine gewünschte Signalverarbeitung des von der Impedanzwandlereinrichtung 3 bereitgestellten Ausgangssignals durch. Somit wird die Signalverarbeitung nur durchgeführt, wenn durch die Aktivierungseinrichtung 14 detektiert wird, dass eine potentiell durch eine Aktivität bedingte Änderung des Umgebungspotentials der Messeinrichtung und somit eine potentiell zu detektierende Aktivität erfolgt ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine wesentliche Reduktion des Energieverbrauchs der Vorrichtung 1 zur Aktivitätsdetektion.
• 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 5 dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 1 eine zweite Impedanzwandlereinrichtung 15 und eine zweite Aktivierungseinrichtung 16. Weiter ist im Unterschied zu der in 5 dargestellten Ausführungsform ein Signaleingangsanschluss der zweiten Impedanzwandlereinrichtung 15 signaltechnisch direkt, d. h. ohne weitere zwischengeschaltete Einrichtungen, mit der Messelektrode 2 verbunden. Ein Signalausgangsanschluss der zweiten Impedanzwandlereinrichtung 15 ist mit der zweiten Aktivierungseinrichtung 16 verbunden.
• Die Filtereinrichtung 13 ist eine Tiefpass-Filtereinrichtung mit einer Grenzfrequenz, die kleiner als 50 Hz, vorzugsweise kleiner als 40 Hz ist. Die Filtereinrichtung 13 schwächt somit Signalanteile eines zeitlichen Verlaufs des Elektrodenpotentials U_E (Signal), welche durch eine Netzspannung, mit einer Netzspannungsfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz, erzeugt werden. Mit anderen Worten wird hierdurch eine Robustheit der Aktivitätsdetektion gegenüber netzspannungsbedingten Fehldetektionen erhöht. Die Aktivierung der Auswerteeinrichtung 4 und die daran anschließende Signalverarbeitung erfolgt in diesem Fall insbesondere dann, wenn sich Objekte in oder aus einem Erfassungsbereich der Messeinrichtung bewegen, wobei angenommen werden kann, dass dieses Ein- und Austreten mit einer niedrigeren Frequenz als die der Netzspannung erfolgen. Allerdings kann somit als Ergebnis eine Zuverlässigkeit bei der Detektion eines Ein- und Ausschaltens eines elektrischen Geräts reduziert werden, da hierfür wünschenswerterweise Signalanteile mit der Netzspannungsfrequenz ausgewertet werden sollen.
• Die Detektion eines Ein- und Ausschaltens elektrischer Geräte kann insbesondere mit der zweiten Aktivierungseinrichtung 16 und durch die sich an die Aktivierung der Auswerteeinrichtung 4 durch ein von der zweiten Aktivierungseinrichtung 16 erzeugtes Aktivierungssignal anschließenden Signalverarbeitung erfolgen. Hierbei ist möglich, dass die Auswerteeinrichtung 4 neben einer Digitalisierung auch eine Hochpassfilterung durchführt. Beispielsweise kann nach dem Empfang eines Aktivierungssignals AS der zweiten Aktivierungseinrichtung 16 die Auswerteeinrichtung 4 aktiviert werden und eine Hochpassfilterung des von der zweiten Impedanzwandlereinrichtung 15 bereitgestellten Ausgangssignals, welches proportional zum Elektrodenpotential U_E sein kann, durchführen. Hierdurch können niederfrequente Anteile des Elektrodenpotentials U_E, die beispielsweise durch den Ein- oder Austritt von Objekten in/aus dem Erfassungsbereich der Messeinrichtung bedingt sind, geschwächt werden. Weiter kann detektiert werden, ob und welche Signalveränderungen sich im Bereich der Versorgungsspannungsfrequenz ergeben haben. Dies wiederum ermöglicht eine zuverlässige Detektion, ob ein elektrisches Gerät ein- oder ausgeschaltet wurde.
• 7 zeigt ein schematisches Schaubild von Kapazitäten. Hierbei bezeichnet eine erste Kapazität C1 eine Kapazität zwischen einem Nutzer N bzw. einem Teil des Körpers und einer Vorrichtung 1, insbesondere einer Messelektrode 2 (siehe 1 der Vorrichtung 1). Eine zweite Kapazität C2 bezeichnet eine Kapazität zwischen der Vorrichtung 1 und einem Referenzpotential RP, beispielsweise einem Massepotential. Eine dritte Kapazität C3 repräsentiert hierbei eine Kapazität zwischen dem Nutzer N und dem Referenzpotential RP. Das Elektrodenpotential U_E (siehe z. B. 3) ist hierbei abhängig von der Höhe der Kapazität und dem zeitlichen Spannungsverlauf dieser Kapazitäten C1, C2, C3.
• In 8 ist ein schematischer zeitlicher Verlauf eines Elektrodenpotentials U_E für mehrere Schritte eines Nutzers N dargestellt, der sich in den Erfassungsbereich einer Messeinrichtung einer Vorrichtung 1 (siehe 1) bewegt. Erkennbar ist eine zunehmende Höhe von Amplitudenänderungen, die durch die Änderungen des Umgebungspotentials aufgrund der Schritte bedingt sind wobei sich der Nutzer der Messelektrode 2 nähert.
• 9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems 17 zur Aktivitätsdetektion. Das System umfasst eine Host-Einrichtung 6, die als Recheneinrichtung ausgebildet sein kann. Weiter kann die Host-Einrichtung 6 einen Mikrocontroller umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Weiter kann die Host-Einrichtung 6 eine nicht darstellte Signalübertragungseinrichtung umfassen. Weiter umfasst das System 17 mehrere Vorrichtungen 1 zur Aktivitätsdetektion. Dargestellt sind weiter Signalverbindungen, insbesondere drahtlose Signalverbindungen, zwischen den Vorrichtungen 1 und der zentralen Host-Einrichtung 6. Die Host-Einrichtung 6 kann hierbei eine Auswertung von Signalen vornehmen, die von den Vorrichtungen 1 über die Signalübertragungseinrichtung 5 an die Host-Einrichtung 6 übertragen wurde. Ist beispielsweise eine Position der Erfassungsbereiche der Messeinrichtung in den Vorrichtungen 1 vorbekannt, so kann die Host-Einrichtung 6 in Abhängigkeit der übertragenen Signale detektieren, in welchem räumlichen Bereich Aktivitäten erfolgt sind. Auch kann die Host-Einrichtung 6 klassifizieren, welche Aktivitäten erfolgt sind. In Abhängigkeit hiervon kann die Host-Einrichtung 6 Steuersignale, z. B. für ein Heimautomatisierungssystem, erzeugen. Wird beispielsweise ein Objekt detektiert, welches sich in den Erfassungsbereich einer Messeinrichtung einer Vorrichtung 1 bewegt, so kann die Host-Einrichtung 6 ein Steuersignal, insbesondere ein Aktivierungssignal, für mindestens eine Beleuchtungseinrichtung erzeugen, deren Beleuchtungsbereich den Erfassungsbereich dieser Vorrichtung 1 umfasst oder in dessen räumlicher Näher angeordnet ist.
• 10 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 wird eine Messelektrode 2 (siehe z. B. 1) auf ein gewünschtes Elektrodenpotential U_E (siehe z. B. 3) geladen.
• In einem zweiten Schritt S2 erzeugt eine Aktivierungseinrichtung 14, 16 ein Aktivierungssignal AS, wenn das Elektrodenpotential U_E um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential abweicht, wobei das Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential insbesondere das gewünschte Elektrodenpotential im Gleichgewichtszustand ist.
• In einem dritten Schritt S3 wird die Auswerteeinrichtung 4 durch das Aktivierungssignal AS aktiviert. In einem vierten Schritt S4 erfolgt eine Digitalisierung, eine Verarbeitung und eine Auswertung des von dem Elektrodenpotential U_E abhängigen Eingangssignals der Auswerteeinrichtung 4. In einem fünften Schritt S5 wird ein Detektionssignal von der Auswerteeinrichtung 4 erzeugt und an eine externe Einrichtung übertragen, wenn eine Aktivität detektiert wurde. Das Detektionssignal kann auch kodieren, welche Aktivität detektiert wurde. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass im vierten Schritt S4 eine Digitalisierung des von dem Elektrodenpotential U_E abhängigen Eingangssignals der Auswerteeinrichtung 4 erfolgt. Im fünften Schritt S5 kann dann das digitalisierte Eingangssignal an die externe Einrichtung übertragen werden. In diesem Fall kann diese externe Einrichtung eine Verarbeitung und eine Auswertung des digitalisierten Eingangssignals durchführen.
• Hierbei kann der zweite Schritt S2 optional sein.
• Nachfolgend werden einige exemplarische Anwendungsszenarien beschrieben, wobei selbstverständlich auch weitere Anwendungsszenarien realisiert werden können.
• Z. B. kann eine beschriebene Vorrichtung in einem Flur, z. B. auf dem Boden, platziert werden und als Teil eines Bewegungsmelders dienen.
• Auch kann eine beschriebene Vorrichtung an einem Computerbildschirm angebracht werden, um eine Aktivität des Bildschirms zu detektieren. So kann z. B. detektiert werden, wann der Bildschirm an- und ausgeschaltet wird.
• Auch kann eine beschriebene Vorrichtung an einem Bürostuhl angebracht werden, um eine Stuhlbelegung durch eine Person zu detektieren. So kann z. B. detektiert werden, wann eine Person auf dem Stuhl sitzt und wann nicht.
• Durch die Detektion der Aktivität des Bildschirms und die Detektion der Stuhlbelegung kann dann z. B. überwacht werden, ob vorgeschriebene Pausen ordnungsgemäß eingehalten werden.
• In einem Haus- oder Raumeingangsbereich platzierte Vorrichtungen können ein- sowie austretende Personen erkennen. Dies ermöglicht unter anderem z. B. die energieeffiziente Regelung aller Raumfunktionen wie Klimatisierung und Licht.
• Auch kann eine beschriebene Vorrichtung im Bereich eines Fensters angebracht werden, um ein Öffnen und Schließen des Fensters zu detektieren. So kann z. B. festgestellt werden, ob z. B. regelmäßig gelüftet wird.
• Basierend auf detektierten Aktivitäten können weitere Aktionen durchgeführt werden, insbesondere durch die Host-Einrichtung gesteuert werden. Z. B. kann ein Senden von Alarmbenachrichtigungen oder das Schalten von Aktuatoren im Raum erfolgen.
• So kann z. B., falls sich als Ergebnis einer vorhergehenden Datenanalyse keine zugangsbefugte Person im Haus/der Wohnung befinden sollte, ein Einbruch detektiert und ein Alarmsignal erzeugt werden, wenn das Öffnen eines Fensters detektiert wird.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion

2

Messelektrode

3

erste Impedanzwandlereinrichtung

4

Auswerteeinrichtung

5

Signalübertragungseinrichtung

6

Host-Einrichtung

7

Vorladeeinrichtung

8

Spannungsquelle

9

Vorladewiderstand

10

Operationsverstärker

11

zeitlicher Verlauf

12

zeitlicher Verlauf

13

erste Filtereinrichtung

14

erste Aktivierungseinrichtung

15

zweite Impedanzwandlereinrichtung

16

zweite Aktivierungseinrichtung

17

System

U_V

Versorgungsspannung

RP

Referenzpotential

U_E

Elektrodenpotential

t1

Endzeitpunkt

t

Zeit

AS

Aktivierungssignal

S1

erster Schritt

S2

zweiter Schritt

S3

dritter Schritt

S4

vierter Schritt

S5

fünfter Schritt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2004/053711 A2 [0010]
• EP 2002273 B1 [0011, 0035, 0035]

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Aktivitätsdetektion, wobei die Vorrichtung (1) zur Aktivitätsdetektion mindestens eine kapazitive Messeinrichtung und mindestens eine Auswerteeinrichtung (4) umfasst, wobei die kapazitive Messeinrichtung mindestens eine Messelektrode (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Vorladeeinrichtung (7) zur Einstellung eines Elektrodenpotentials (U_E) der Messelektrode (2) umfasst, wobei mittels der Vorladeeinrichtung (7) ein gewünschtes Elektrodenpotential (U_E) der Messelektrode (2) einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeeinrichtung (7) mindestens eine Spannungsquelle (8) und mindestens einen Widerstand (9) umfasst, wobei die Spannungsquelle (8) über den mindestens einen Widerstand (9) mit der Messelektrode (2) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gewünschte Elektrodenpotential (U_E) ein Elektrodenpotential bei dem die Messeinrichtung einen Bruchteil des maximal bereitstellbaren Ausgangssignals bereitstellt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Messeinrichtung mindestens eine erste Impedanzwandlereinrichtung (3) umfasst, wobei die Messelektrode (2) mit einem Signaleingangsanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung (3) verbunden ist, wobei die mindestens eine Auswerteeinrichtung (4) mit einem Signalausgangsanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung (3) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine erste Aktivierungseinrichtung (14) umfasst, wobei die Messelektrode (2) mit der ersten Aktivierungseinrichtung (14) verbunden ist, wobei die erste Aktivierungseinrichtung (14) ein Aktivierungssignal (AS) für die Auswerteeinrichtung (4) erzeugt, wenn das Elektrodenpotential (U_E) um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential abweicht oder wenn sich das Elektrodenpotential (U_E) um mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (2) über mindestens eine erste Filtereinrichtung (13) oder einen Teil davon mit der ersten Aktivierungseinrichtung (14) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filtereinrichtung (13) eine Tiefpass-Filtereinrichtung ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (2) über die erste Filtereinrichtung (13) mit dem Signaleingangsanschluss der ersten Impedanzwandlereinrichtung (14) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine weitere Aktivierungseinrichtung (16) umfasst, wobei die Messelektrode (2) mit der weiteren Aktivierungseinrichtung (16) verbunden ist, wobei die weitere Aktivierungseinrichtung (16) ein Aktivierungssignal (AS) für die Auswerteeinrichtung (4) erzeugt, wenn das Elektrodenpotential (U_E) um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem Gleichgewichtszustand-Elektrodenpotential abweicht oder wenn sich das Elektrodenpotential (U_E) um mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (2) direkt mit dem Signaleingangsanschluss einer weiteren Impedanzwandlereinrichtung (15) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierungseinrichtung (14, 16) mindestens eine Komparatoreinrichtung umfasst, wobei mittels der mindestens einen Komparatoreinrichtung ein Aktivierungssignal (AS) erzeugbar ist, wenn das Elektrodenpotential (U_E) größer als ein vorbestimmter oberer Schwellwert ist oder wird und/oder wenn das Elektrodenpotential (U_E) kleiner als ein vorbestimmter unterer Schwellwert ist oder wird.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Signalübertragungseinrichtung (5) zur drahtlosen Signalübertragung umfasst.
13. System zur Aktivitätsdetektion, wobei das System (17) mindestens zwei Vorrichtungen (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst und mindestens eine Host-Einrichtung (6) umfasst, wobei die mindestens zwei Vorrichtungen (1) signaltechnisch mit der Host-Einrichtung (6) verbunden oder verbindbar sind.
14. Verfahren zur Aktivitätsdetektion mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein gewünschtes Elektrodenpotential (U_E) der Messelektrode (2) der Vorrichtung (1) eingestellt wird, wobei in Abhängigkeit des von der Messeinrichtung erzeugten Ausgangssignals eine Aktivität detektiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des von der Messeinrichtung erzeugten Ausgangssignals ein Aktivierungssignal (AS) für die Auswerteeinrichtung (4) der Vorrichtung (1) erzeugt wird, wobei die Auswerteeinrichtung (4) der Vorrichtung (1) durch das Aktivierungssignal (AS) von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand versetzt wird, wobei die Auswerteeinrichtung (4) im aktivierten Zustand eine Signalverarbeitung des von der Messeinrichtung erzeugten Ausgangssignals durchführt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal der Messelektrode (2) tiefpassgefiltert wird, wobei das Aktivierungssignal (AS) für die Auswerteeinrichtung (4) der Vorrichtung (1) in Abhängigkeit des tiefpassgefilterten Signals erzeugt wird.

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