DE112017004617T5

DE112017004617T5 - Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz in einem kapazitiven Schutz-Abtast-Sensor

Info

Publication number: DE112017004617T5
Application number: DE112017004617.3T
Authority: DE
Inventors: Laurent Lamesch
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-07-18
Also published as: LU93211B1; WO2018050557A1; US10698014B2; US20190361059A1; KR20190031587A; CN109690331A; JP2019533170A; JP6773905B2; CN109690331B; KR102016011B1

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors, wobei der Sensor eine mit einem Abtastknoten verbundene elektrisch leitende Abtastelektrode, eine mit einem Schutzknoten verbundene elektrisch leitende Schutzelektrode, eine periodische Schutzspannungsquelle und eine Steuer- und Auswerteschaltung aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a. Bereitstellen einer periodischen Schutzspannung zur Schutzelektrode; b. sequentielles Bereitstellen einer Zahl von verschiedenen periodischen Bezugsspannungen von Amplituden Vref über eine Bezugsimpedanz eines vorbestimmten Wertes Zref an dem Abtastknoten unter Verwendung einer periodischen Bezugsspannungsquelle, c. für jede bereitgestellte Bezugsspannung, Bestimmen des Wertes entsprechend der jeweiligen Amplitude Inn des von der Strommessschaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms; d. Bestimmen der Amplitude einer Abtast-Bezugsspannung Vs, die unter Verwendung der periodischen Bezugsspannungsquelle dem Abtastknoten bereitzustellen ist, die zu einem Strom führen würde, der von der Steuer- und Auswerteschaltung angelegt wird, mit einer Amplitude von null; e. Berechnen der unbekannten Abtastimpedanz Zx der Abtastelektrode anhand der in Schritt d bestimmten Abtast-Bezugsspannung Vs, der periodischen Schutzspannung Vg und der Bezugsimpedanz Zref.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet kapazitiver Abtastschaltungen zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven Schutz-Abtast-Sensors. Die Erfindung betrifft genauer ein Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors.
Hintergrund der Erfindung
Kapazitives Abtasten wird nun üblicherweise in Spitzentechnologiebereichen verwendet. Es werden zum Beispiel in Kraftfahrzeugen oft kapazitive Abtastschaltungen in Insassenerkennungssysteme eingebaut, um das Auslösen von Sicherheitseinrichtungen, wie Airbags oder Sicherheitsgurtvorspannern, zu steuern. Es ist nun üblich, kapazitive Abtastschaltungen zu verwenden, die als kapazitive, im Lademodus betriebene Schutz-Abtast-Schaltungen bezeichnet werden.
Der Begriff „Lademodus“ wird verwendet, um ein Konzept des Abtastens eines elektrischen Felds zu beschreiben, das verwendet wird, um berührungslose, dreidimensionale Positionsmessungen vorzunehmen, und genauer, um das Vorhandensein und/oder eine Position eines menschlichen Körpers in Bezug auf eine Elektrode zu erkennen. Die Erkennung wird von der Messung des Stroms, der von einer Elektrode oder einer Senderplatte durch den menschlichen Körper bezogen wird, abgeleitet. Dieses Konzept ist vom „Parallelmodus“ und vom „Sendemodus“ zu unterscheiden, wobei es sich um die zwei anderen üblichen kapazitiven Abtastmodi handelt. Zur weiteren Erläuterung der verschiedenen kapazitiven Abtast-Betriebsmodi wird auf das technische Dokument mit dem Titel „Electric Field Sensing for Graphical Interfaces“ von J. R. Smith, veröffentlicht in „Computer Graphics I/O Devices“, Ausgabe Mai/Juni 1998, Seiten 58-60, verwiesen.
Ein kapazitiver Schutz-Abtast-Sensor, wie er auf dem Fachgebiet üblicherweise bekannt ist, umfasst eine Abtastelektrode, die mit einem Abtastknoten verbunden ist, und eine Schutzelektrode, die mit einem Schutzknoten verbunden ist. Der Sensor umfasst ferner eine periodische Spannungsquelle, die mit dem Schutzknoten verbunden ist, um im Betrieb eine Schutzspannung einer vorbestimmten Amplitude zum Schutzknoten bereitzustellen.
Der Sensor umfasst ferner eine Steuer- und Auswerteschaltung, die mit dem Abtastknoten und dem Schutzknoten verbunden ist. Die Steuer- und Auswerteschaltung ist dafür ausgelegt, die Abtastelektrode im Betrieb auf dem gleichen Potential zu halten wie die Schutzelektrode, und zwar durch Einspeisen eines Stroms in den Abtastknoten, der dem Strom entspricht, der über die zu bestimmende, unbekannte Abtastimpedanz von der Abtastelektrode bezogen wird. Der Raum zwischen den zwei Elektroden ist somit frei von einem elektrischen Feld, und die Abtastelektrode wird gegenüber einem Körper, der sich irgendwo in der Richtung der Schutzelektrode befindet, unempfindlich.
Es versteht sich, dass im Kontext mit der vorliegenden Anmeldung eine übliche theoretische Annäherung verwendet wird, um zu versichern, dass die Abtast- und die Schutzelektrode auf dem gleichen Potential gehalten werden und dass der Raum zwischen den zwei Elektroden frei von einem elektrischen Feld ist. Diese Annäherung wird auch in der folgenden Beschreibung verwendet.
Die Steuer- und Auswerteschaltung ist dafür ausgelegt, den Strom zu bestimmen, den sie in den Abtastknoten einspeist, und ein Ausgangssignal auszugeben, welches den Strom anzeigt, der in den Abtastknoten eingespeist wurde, und somit die zu bestimmende Abtastimpedanz anzeigt. Um diese Aufgaben auszuführen, umfasst die Steuer- und Auswerteschaltung üblicherweise einen Transimpedanzverstärker und einen Analog-DigitalWandler. Die negativen und positiven Eingaben des Transimpedanzverstärkers sind mit dem Abtastknoten bzw. dem Schutzknoten verbunden. Das Ausgangssignal des Transimpedanzverstärkers ist proportional zu dem vom Verstärker in seinen negativen Eingang eingespeisten Strom, um die Differenz der Potentiale zwischen seinen Eingängen auf null zu halten. Der Analog-Digital-Wandler ist normalerweise mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden.
Die kapazitive Schutz-Abtast-Schaltung hat den Vorteil, dass sie ausrichtbar und in der Lage ist, einen Körper zu erkennen, ohne durch nicht dielektrische Objekte in der Umgebung gestört zu werden. Trotzdem verwendet die Messschaltung üblicherweise nicht ideale Komponenten, die einen nicht zu vernachlässigenden Fehler bei der Bestimmung der Abtastimpedanz induzieren, der bei geringen Impedanzen kritisch sein kann.
Im Allgemeinen ist der Fehler bei der Bestimmung der Abtastimpedanz verschiedenen unbekannten Impedanzen zugeordnet, deren Hauptquelle die Abtast-Schutz-Impedanz ist. Es versteht sich, dass die Schutz-Abtast-Impedanz die Impedanz zwischen dem Schutzknoten und dem Abtastknoten ist. Die Schutz-Abtast-Impedanz wird nachstehend auch als parasitäre Impedanz bezeichnet.
Es gibt auf dem Fachgebiet bereits bekannte Lösungen, um eine zeitabhängige, nicht ideale Vorrichtungsimpedanz durch Unterdrücken des Einflusses der parasitären Impedanz in kapazitiven Messschaltungen zu messen. Zum Beispiel beschreibt das Patentdokument US 4,481,464 eine Lösung zum Verbessern der Impedanzmessung in einer nicht idealen kapazitiven Messschaltung. Die Schaltung umfasst einen Eingangsabschnitt mit einem Impulsgenerator, einem Sinuswellengenerator, und führt eine Demodulation aus, um die Interferenzkomponente des gemessenen Signals entsprechend der parasitären Impedanz zu trennen.
Eine solche Lösung gilt jedoch nur für kapazitive Abtastsysteme, die im Kopplungsmodus arbeiten, und ist nicht für eine Messung im Lademodus anwendbar, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors vorzuschlagen, das die Messungen des Sensors gegenüber dem Stand der Technik verbessert.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung überwindet die vorstehend besprochenen Mängel und Nachteile durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors. Der Sensor umfasst eine mit einem Abtastknoten verbundene elektrisch leitende Abtastelektrode, eine mit einem Schutzknoten verbundene elektrisch leitende Schutzelektrode, eine periodische Schutzspannungsquelle zum Bereitstellen einer periodischen Schutzspannung einer Amplitude Vg zum Schutzknoten und eine Steuer- und Auswerteschaltung, die mit dem Abtastknoten und dem Schutzknoten wirkverbunden ist.
Im Kontext mit der vorliegenden Erfindung, und wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist, bezieht sich der Begriff „Amplitude“ eines Stroms oder einer Spannung auf die komplexe Amplitude des Stroms oder der Spannung.
Die Steuer- und Auswerteschaltung ist dafür ausgelegt, im Betrieb die Potentialdifferenz zwischen dem Abtastknoten und dem Schutzknoten durch Anlegen eines Stroms an den Abtastknoten auf null zu halten und einen Wert entsprechend einer Amplitude des an den Abtastknoten angelegten Stroms zu bestimmen.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a. Bereitstellen einer periodischen Schutzspannung unter Verwendung der periodischen Schutzspannungsquelle;
b. sequentielles Bereitstellen einer Zahl n von verschiedenen periodischen Bezugsspannungen von Amplituden Vref_i über eine Bezugsimpedanz eines vorbestimmten Wertes Zref an dem Abtastknoten unter Verwendung einer periodischen Bezugsspannungsquelle, wobei i und n positive natürliche Zahlen sind und 1 ≤ i ≤ n bei n ≥ 2;
c. für jede bereitgestellte Bezugsspannung der Amplitude Vref_i , Bestimmen des Wertes entsprechend der jeweiligen Amplitude Im_i des von der Steuer- und Auswerteschaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms;
d. Bestimmen der Amplitude einer Abtast-Bezugsspannung Vs, die unter Verwendung der periodischen Bezugsspannungsquelle dem Abtastknoten bereitzustellen ist, die zu einem Strom führen würde, der von der Steuer- und Auswerteschaltung angelegt wird, mit einer Amplitude von null;
e. Berechnen der unbekannten Abtastimpedanz Zx der Abtastelektrode anhand der in Schritt d bestimmten Abtast-Bezugsspannung Vs, der periodischen Schutzspannung Vg und der Bezugsimpedanz Zref.

Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt eine Art und Weise des Bestimmens der unbekannten Impedanz der Abtastelektrode ohne Einfluss der Schutz-Abtast-Impedanz zur Verfügung. In der Tat erfolgt die Berechnung der unbekannten Abtastimpedanz durch virtuelles Berücksichtigen eines von der Steuer- und Auswerteschaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms mit einer Amplitude von null. Dies bedeutet, dass die vorliegende Erfindung durch die theoretische Annäherung anstrebt, die unbekannte Impedanz im virtuellen Fall zu bestimmen, dass kein Strom durch die parasitäre Schutz-Abtast-Impedanz zwischen dem Schutzknoten und dem Abtastknoten fließt, und folglich wird die Schutz-Abtast-Impedanz zwischen dem Schutz- und dem Abtastknoten aus der Bestimmung eliminiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst Schritt e den Schritt des Berechnens der unbekannten Abtastimpedanz Zx der Abtastelektrode anhand der in Schritt d bestimmten Abtast-Bezugsspannung unter Anwendung der folgenden Formel: $Z x = \frac{Z r e f \times V g}{V s - V g}$
Diese Formel verwendet die Vereinfachung in der Schaltung, dass am virtuellen Betriebspunkt, wenn Vs angelegt wird, der von der Steuer- und Auswerteschaltung an den Abtastknoten angelegte Strom eine Amplitude von im Wesentlichen gleich null hat. Die Formel kombiniert nur vorbestimmte Werte.
In den Ausführungsformen umfasst Schritt d den Schritt des Berechnens der Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs durch Interpolation unter Verwendung der folgenden Formel: $V s = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils Amplituden der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegten Ströme sind.
Demgemäß kann die Abtast-Bezugsspannung Vs mit einem Minimum von zwei Messungen bestimmt werden, was nur eine mehr ist als bei einer typischen Abtastimpedanzmessung des Stands der Technik mit einem größeren Streubereich. Die Geschwindigkeit des Messergebnisses ist ein wichtiges Kennzeichen, da die gemessene Impedanz zeitabhängig ist.
In den Ausführungsformen umfasst Schritt d den Schritt des Einstellens des Wertes der Bezugsspannung Vref_i mit einem Regelkreis, bis die Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht ist, für die die Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen null ist.
Um einen Streubereich zu verringern, der bei jeder Messung vorliegt, die verwendet wird, um die Abtast-Bezugsspannung zu bestimmen, verwendet diese Ausführungsform der Erfindung einen Regelkreis, der die Abtast-Bezugsspannung Vs einstellt, bis ein vorbestimmter Streubereich erreicht ist. Ein Regelkreis verlangsamt das Reaktionsvermögen des Sensors, verbessert jedoch die Empfindlichkeit einer resultierenden Abtastimpedanzmessung. Der Regelkreis gemäß der Erfindung ist dafür ausgelegt, das Reaktionsvermögen mit der Empfindlichkeit der Abtastimpedanzmessung auszugleichen, um eine optimierte Messung bereitzustellen.
Vorzugsweise umfasst Schritt d der Erfindung die folgenden Schritte: Berechnen der Amplitude der Abtast-Bezugsspannung V_SC durch Interpolation unter Anwendung der Formel: $V s c = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils der Strom ist, der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegt wird; und, ausgehend von der Amplitude der berechneten Abtast-Bezugsspannung Vsc, Einstellen des Wertes der Bezugsspannung mit einem Regelkreis, bis eine verbesserte Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht ist, für die das Maß der Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen null ist.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Abtast-Bezugsspannung in zwei Schritten. Der erste Schritt ist eine Interpolation, die nach den zwei ersten Messungen erfolgt. Die Interpolation führt zu einem Wert, der nahe einem Idealwert ist, aber immer noch einen Streubereich aufweist. Der zweite Schritt besteht aus dem Verkleinern des Streubereichs durch Feinabstimmung des Ergebnisses mit einem Regelkreis. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Bestimmung der Abtast-Bezugsspannung im Vergleich zu einer Ausführungsform, bei der nur ein Regelkreis verwendet wird, stark verbessert, und die Genauigkeit des Ergebnisses wird im Vergleich zu einer Ausführungsform des Verfahrens nur unter Verwendung einer Interpolation verbessert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Impedanzmessschaltung zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors zur Verfügung gestellt. Der Sensor umfasst eine mit einem Abtastknoten verbundene, elektrisch leitende Abtastelektrode und eine mit einem Schutzknoten verbundene, elektrisch leitende Schutzelektrode.
Die Impedanzmessschaltung umfasst eine periodische Schutzspannungsquelle zum Bereitstellen einer periodischen Schutzspannung mit einer Amplitude Vg zum Schutzknoten und eine Steuer- und Auswerteschaltung, die mit dem Abtastknoten und dem Schutzknoten wirkverbunden ist. Die Steuer- und Auswerteschaltung ist dafür ausgelegt, im Betrieb durch Anlegen eines Stroms an den Abtastknoten die Potentialdifferenz zwischen dem Abtastknoten und dem Schutzknoten auf null zu halten und einen Wert entsprechend einer Amplitude des an den Abtastknoten angelegten Stroms zu bestimmen.
Die Impedanz-Mess-Schaltung umfasst ferner eine periodische Bezugsspannungsquelle, die dafür ausgelegt ist, eine Zahl n von verschiedenen periodischen Bezugsspannungen von Amplituden Vref_i über eine Bezugsimpedanz eines vorbestimmten Wertes Zref am Abtastknoten bereitzustellen, wobei i und n positive natürliche Zahlen sind und 1 ≤ i ≤ n bei n ≥ 2.
Die Steuer- und Auswerteschaltung ist dafür ausgelegt, im Betrieb den Wert entsprechend der jeweiligen Amplitude Im_i des an den Abtastknoten angelegten Stroms für jede bereitgestellte Bezugsspannung der Amplitude Vref₁ zu bestimmen; und die Amplitude einer Abtast-Bezugsspannung Vs, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle dem Abtastknoten bereitzustellen ist, die zu einem Strom führen würde, der von der Steuer- und Auswerteschaltung angelegt wird, mit einer Amplitude von null, zu bestimmen. Die Steuer- und Auswerteschaltung ist auch dafür ausgelegt, im Betrieb die unbekannte Impedanz der Abtastelektrode anhand der Abtast-Bezugsspannung Vs, der periodischen Schutzspannung Vg und der Bezugsimpedanz Zref zu bestimmen, d. h. an einem virtuellen Betriebspunkt unter Berücksichtigung der Vs, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle angelegt wird.
Der Begriff „dafür ausgelegt sein“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als speziell programmiert, ausgelegt, eingerichtet oder angeordnet.
Die Schaltung gemäß der Erfindung unterscheidet sich von einer typischen Abtastimpedanz-Messschaltung des Stands der Technik durch das Hinzufügen einer periodischen Bezugsspannungsquelle und einer mit dem Abtastknoten verbundenen Bezugsimpedanz. Im Betrieb ermöglicht das von der Bezugsspannungsquelle bereitgestellte Signal die Bestimmung des Signals, das notwendig ist, um den durch die Schaltung zwischen der Abtastimpedanz und Masse verlorenen Strom auszugleichen.
Die Erfindung wurde auf Grund der Erkenntnis gestaltet, dass durch Bereitstellen eines Signals für den Abtastknoten, das den durch die Impedanzmessschaltung durch die Abtastimpedanz zu Masse verlorenen Strom ausgleicht, die Schaltung in etwa als an einem Betriebspunkt arbeitend angesehen werden kann, an dem das Potential des Abtastknotens das gleiche bleibt wie das Potential des Schutzknotens, und der dem Abtastknoten von der Steuer- und Auswerteschaltung bereitgestellte Strom eine Amplitude gleich null hat, was zur Unterdrückung der Schutz-Abtast-Impedanz führt. An diesem Betriebspunkt ist das vorstehend erwähnte, bereitgestellte Signal zum Abtastknoten proportional zur Abtastimpedanz.
Demgemäß ermöglicht die Bestimmung des Signals, das notwendig ist, um den von der Abtastelektrode durch die Abtastimpedanz gegen Masse fließenden Strom auszugleichen, die Steuerung einer Auswerteschaltung zum Bestimmen der Abtastimpedanz bei gleichzeitigem Unterdrücken der parasitären Schutz-Abtast-Impedanz.
Es ist anzumerken, dass die Umsetzung der Schaltung gemäß der Erfindung auf üblicherweise verwendeten grundlegenden elektrischen Komponenten mit keiner besonderen hochpreisigen Komponente basiert. Daher werden die globalen Kosten der Schaltung niedrig gehalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt, im Betrieb die unbekannte Impedanz zwischen der Abtastelektrode und Masse zu berechnen, und zwar anhand der Abtast-Bezugsspannung Vs, der periodischen Schutzspannung Vg und der Bezugsimpedanz Zref, unter Anwendung der folgenden Formel: $Z x = \frac{Z r e f \times V g}{V s - V g}$
Bei Ausführungsformen ist die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt, im Betrieb die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs unter Verwendung einer Berechnung durch Interpolation durch die folgende Formel zu bestimmen: $V s = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils Amplituden der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegten Ströme sind.
Bei den Ausführungsformen ist die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt, im Betrieb die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs durch Einstellen des Wertes der Bezugsspannung Vref_i mit einem Regelkreis zu bestimmen, bis die Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht wird, bei der die Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen null ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt, im Betrieb die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs unter Anwendung einer Rechnung durch Interpolation durch die folgende Formel zu bestimmen, um die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vsczu bestimmen: $V s_{c} = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils der Strom ist, der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegt wird; dann, ausgehend von der Amplitude der berechneten Abtast-Bezugsspannung Vsc, die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, im Betrieb den Wert der Bezugsspannung mit einem Regelkreis einzustellen, bis eine verbesserte Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht wird, für die das Maß der Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen Null ist.
Der Vorteil der Impedanzmessschaltung gemäß der Erfindung besteht darin, dass sie dafür ausgelegt ist, im Betrieb alle Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung auszuführen. Folglich gelten die Vorteile des Verfahrens für die Schaltung. Außerdem umfasst die Schaltung keine besonderen kostspieligen Komponenten.
Vorteilhafterweise umfasst die Steuer- und Auswerteschaltung ferner eine Prozessoreinheit und eine digitale Speichereinheit, wobei die digitale Speichereinheit einen in dieser gespeicherten Programmcode umfasst, der, wenn er auf dem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor veranlasst, ein Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtastsensors gemäß der Erfindung auszuführen.
Der Computerprogrammcode ermöglicht es der Impedanzmessschaltung, die Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung in einem automatisierten Prozess und in Echtzeit auszuführen.
Die Schaltung und/oder das Verfahren gemäß der Erfindung können in einem Fahrzeug implementiert werden, um eine Belegungserkennung auszuführen. Der resultierende Sensor kann zum Beispiel ein Sitzbelegungssensor, ein Armpositionssensor, ein Kindersitz-Erkennungssensor oder dergleichen sein.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

1 ein Layout einer Ausführungsform einer Impedanzmessschaltung gemäß der Erfindung zeigt,
2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist,
3 ein erläuterndes Layout um den Abtastknoten aus 1 ist, das verwendet wird, um die Berechnung der unbekannten Abtastimpedanz gemäß 2 auszuführen.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Im Kontext mit der Erfindung wird der Ausdruck „kapazitiver Schutz-Abtast-Sensor“ verwendet, um eine „Impedanzmessschaltung zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors“ zu bezeichnen.
Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst ein kapazitiver Schutz-Abtast-Sensor 10 gemäß der Erfindung eine mit einem Abtastknoten 14 verbundene, elektrisch leitende Abtastelektrode 12 und eine mit einem Schutzknoten 18 verbundene, elektrisch leitende Schutzelektrode 16. Die zwei Elektroden 12, 16 sind galvanisch isoliert, so dass kein Gleichstrom zwischen diesen fließt.
Der Sensor 10 umfasst eine mit dem Schutzknoten 18 verbundene periodische Schutzspannungsquelle 20 und eine Steuer- und Auswerteschaltung 22, die mit dem Abtastknoten 14 und dem Schutzknoten 18 wirkverbunden ist.
Der Sensor 10 umfasst ferner eine periodische Bezugsspannungsquelle 24, die mit dem Abtastknoten 14 über eine Bezugsimpedanz von einem vorbestimmten Wert Zref verbunden ist.
Die periodische Schutzspannung hat eine vorbestimmte Amplitude Vg und eine gegebene Frequenz. Die Frequenz der Schutzspannung wird vorzugsweise bestimmt, um den Einfluss der umgebenden parasitären Impedanzen auf die Abtastimpedanz zu minimieren. Diese Bestimmung basiert auf einer Liste von bekannten Werten.
Die Steuer- und Auswerteschaltung 22 ist dafür ausgelegt, im Betrieb die Potentialdifferenz zwischen dem Abtastknoten 14 und dem Schutzknoten 18 durch Anlegen eines Stroms in Echtzeit an den Abtastknoten 14 auf null zu halten, wobei der Strom den Strom ausgleicht, der von der Abtastelektrode 12 durch die unbekannte Abtastimpedanz Zx gegen Masse fließt. Nachstehend kann der von der Steuer- und Auswerteschaltung 22 angelegte Strom auch als eingespeister Strom bezeichnet werden.
Die Steuer- und Auswerteschaltung 22 ist ferner dafür ausgelegt, im Betrieb und in Echtzeit einen Wert entsprechend einer Amplitude des eingespeisten Stroms zu bestimmen. Nachstehend kann der letztere Wert auch als gemessener Strom Im bezeichnet werden.
Bei den Ausführungsformen umfasst die Steuer- und Auswerteschaltung einen Strom-Spannungswandler, wie zum Beispiel einen Transimpedanzverstärker 26, wobei dessen negativer Ausgang mit dem Abtastknoten 14 und dessen positiver Eingang mit dem Schutzknoten 18 verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Transimpedanzverstärkers 26 ist proportional zum an den Abtastknoten 14 angelegten Strom, um am Abtastknoten 14 und am Schutzknoten 18 das gleiche Potential zu halten.
Vorzugsweise umfasst die Steuer- und Auswerteschaltung 22 eine Messschaltung 28, die dafür ausgelegt ist, die Variation der Ausgangsspannung des Transimpedanzverstärkers 26 zu bestimmen und die Informationen in den Wert des Eingangsstroms Im, der von dem Transimpedanzverstärker 26 angelegt wird, zu übersetzen.
Wenn ein Körper der Abtastelektrode 12 nahe kommt, fließt Strom von der Abtastelektrode 12 durch den Körper gegen Masse. Der von dem Abtastknoten 14 gegen Masse fließende Strom nimmt zu. Die Steuer- und Auswerteschaltung 22 reagiert durch Erhöhen des eingespeisten Stroms Im und misst den eingespeisten Strom Im.
Das Vorliegen eines Körpers nahe der Abtastelektrode 12 kann in der Schaltung 10 des Sensors durch eine zusätzliche unbekannte Abtastimpedanz Zx zwischen der Abtastelektrode 12 und Masse modelliert werden. Außerdem kann der Wert von Zx mit der Natur des Körpers in Beziehung gesetzt werden. Der Sensor ist dann in der Lage, zwischen einem Erwachsenen, einem Kind und einem anderen Körper zu unterscheiden. Bei einem gegebenen Körper ist der Wert der unbekannten Impedanz Zx proportional zum Abstand des Körpers von der Abtastelektrode 12.
Wie in 2 veranschaulicht ist, legt in einem ersten Schritt 52 des Verfahrens 50 die Schutzspannungsquelle 20 eine periodische Schutzspannung Vg an den Schutzknoten 18 an. Die periodische Schutzspannung ist vorzugsweise ein Sinuswellensignal der Amplitude Vg.
In einem nächsten Schritt 54 stellt die Bezugsspannungsquelle 24 sequentiell eine Anzahl n von verschiedenen periodischen Bezugsspannungen von Amplituden Vref_i über die Bezugsimpedanz Zref an dem Abtastknoten 14 bereit, wobei die Zahlen i und n positive natürliche Zahlen sind, und wobei 1 ≤ i ≤ n bei n ≥ 2.
Vorteilhafterweise stellt die Bezugsspannungsquelle 24 eine erste vorbestimmte Bezugsspannung der Amplitude Vref₁ bereit, und der Wert von Vref₁ kann ein vorbestimmter Wert sein, der einer Spannung entspricht, die notwendig ist, wenn kein dielektrischer Körper nahe der Abtastelektrode 12 ist.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst die Messschaltung 28 ferner Komponenten, um Daten zu speichern und automatische Schritte auszuführen, wie zum Beispiel eine Prozessoreinheit 30 und eine digitale Speichereinheit 32. Die digitale Speichereinheit 32 ist dafür ausgelegt, die vorbestimmen Werte, die in dem Verfahren 50 verwendet werden, zu speichern.
Vorzugsweise haben die verschiedenen Bezugsspannungen alle die gleiche Frequenz, und die Frequenz ist die gleiche wie die Frequenz der Schutzspannung.
In einem weiteren Schritt 56 des Verfahrens 50 bestimmt das Messsystem 28 für jede bereitgestellte Bezugsspannung der Amplitude Vref_i den Wert entsprechend der jeweiligen Amplitude Im_i des von der Steuer- und Auswerteschaltung 22 an den Abtastknoten 14 angelegten Stroms.
Dann bestimmt in einem Schritt 58 die Steuer- und Auswerteschaltung 22 den Wert der Abtast-Bezugsspannung mit einer Amplitude Vs, die zu einem eingespeisten Abtaststrom einer Amplitude Ims gleich null führen würde.
Der gemessene eingespeiste Strom Im wird als im Wesentlichen gleich null angesehen, wenn er innerhalb eines vorbestimmten Schwellenwertebereichs liegt, so dass Im- ≤ Im ≤ Im+, wobei Im+ ein positiver Schwellenwert und Im- ein negativer Schwellenwert ist. Die Schwellenwerte Im+ und Im- werden gemäß einer angestrebten Empfindlichkeit und einem angestrebten Reaktionsvermögen des Sensors vorbestimmt. Bei einem breiten Schwellenwertebereich wird nämlich die Bestimmung der Bezugsspannung Vs schnell, aber ungenau sein, und umgekehrt wird bei einem engen Schwellenwertebereich die Bestimmung von Vs zeitaufwändig und genau sein. Der Schwellenwertebereich wird vorzugsweise bei der Entwicklung des Sensors vorgenommen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt 58 des Verfahrens 50 gemäß der Erfindung die folgenden zwei Schritte:
In einem ersten Schritt 60, basierend auf einem Satz von zwei verschiedenen Vref_i und ihrem entsprechenden bestimmten Im_i , berechnet die Steuer- und Auswerteschaltung 22 durch Extrapolation den Wert der berechneten Abtast-Bezugsspannungsamplitude Vsc, die zu dem eingespeisten Abtaststrom der Amplitude Ims = 0 führen würde.
Die Berechnung durch Extrapolation basiert auf der Erkenntnis, dass bei einer gegebenen Frequenz der Bezugsspannung Vref_i die Schwankung der Amplitude des eingespeisten Stroms linear proportional zur Schwankung der Amplitude der von der Bezugsspannungsquelle 24 bereitgestellten Spannung ist. Dies bedeutet, dass für alle zwei verschiedenen periodischen Bezugsspannungen von jeweiligen Amplituden Vref_a , Vref_b , die dem Abtastknoten von der periodischen Bezugsspannungsquelle 24 bereitgestellt werden, die Steuer- und Auswerteschaltung 22 zwei eingespeiste Ströme Im_a , Im_b jeweils für Vref_a , Vref_b misst und die folgende Beziehung erhält: $\frac{{Vref}_{a} - {Vref}_{b}}{{Im}_{a} - {Im}_{b}} = K$
wobei K eine Konstante ist.
Folglich kann die folgende Gleichung hergeleitet werden: $\frac{{Vref}_{1} - Vsc}{{Im}_{1} - Ims} = \frac{{Vref}_{2} - {Vref}_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, und Im₁ und Im₂ jeweils Amplituden der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegten Ströme sind. Für Ims = 0 kann letztere Gleichung gekürzt werden zu: $Vsc = {Vref}_{1} - {Im}_{1} \times \frac{{Vref}_{2} - {Vref}_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
Vorteilhafterweise sind Vref₁ und Vref₂ die zwei ersten Bezugsspannungen, die von der Bezugsspannungsquelle 24 sequentiell bereitgestellt werden.
In einem zweiten Schritt 62 verwendet die Steuer- und Auswerteschaltung 22 einen Regelkreis 34, um das Ergebnis fein abzustimmen. Bei manchen Ausführungsformen umfasst der Regelkreis 34 eine PID-Steuereinheit 36. Ausgehend von dem Wert von Vsc stellt die PID-Steuereinheit 36 im Betrieb den Wert der Amplitude der periodischen Bezugsspannung Vref ein, bis eine eingespeiste Abtast-Stromamplitude Ims erreicht ist.
Ausgehend vom Wert von Vsc stellt die Steuer- und Auswerteschaltung 22 den Wert der Amplitude der periodischen Bezugsspannung nach jeder neuen Messung, die in Schritt 62 ausgeführt wurde, ein, bis eine eingespeiste Abtast-Stromamplitude Ims erreicht ist, die als im Wesentlichen gleich null angesehen wird. Sobald die eingespeiste Abtast-Stromamplitude Ims erreicht ist, leitet die Steuer- und Auswerteschaltung die reale Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs ab.
Es ist anzumerken, dass in Ausführungsformen der Erfindung der Schritt 58 des Bestimmens der Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs unter Verwendung nur der Berechnung durch Extrapolation, wie vorstehend beschrieben, umgesetzt wird. Die Steuer- und Auswerteschaltung 22 assimiliert die berechnete Abtast-Bezugsspannung Vsc zur realen Abtast-Bezugsspannung Vs unter Verwendung der Annäherung: $Vsc = Vs$
In noch weiteren Ausführungsformen der Erfindung wird der Schritt 58 des Bestimmens der Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs nur durch eine Steuer- und Auswerteschaltung umgesetzt, die einen Regelkreis wie vorstehend beschrieben umfasst, mit der Ausnahme, dass der Regelkreis von einem voreingestellten Wert der Bezugsspannungsamplitude ausgeht, was bei allen Messungen der gleiche sein kann.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren 50, sobald die Abtast-Bezugsspannung Vs bestimmt wurde, einen Schritt 64 des Berechnens, über die Steuer- und Auswerteschaltung 22, der unbekannten Abtastimpedanz Zx zwischen der Abtastelektrode 14 und Masse. Die Berechnung der unbekannten Abtastimpedanz Zx wird von den Kirchhoffschen Schaltungsgesetzen hergeleitet, die auf den Abtastknoten 14 angewandt werden, und zwar in einer Situation, in der der von der Steuer- und Auswerteschaltung 22 in den Abtastknoten 14 eingespeiste Strom im Wesentlichen gleich null ist und das Potential des Abtastknotens 14 gleich dem Schutzpotential Vg ist, wie in 3 veranschaulicht. Die verwendete Formel kann zum Beispiel folgende sein: $Zx = \frac{Zref \times Vg}{Vs - Vg}$
In bevorzugten Ausführungsformen der Schaltung gemäß der Erfindung umfasst die digitale Speichereinheit 32 einen darin gespeicherten Computerprogrammcode.
Wenn er auf dem Prozessor ausgeführt wird, veranlasst der Programmcode den Prozessor 30, ein Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors gemäß der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, auszuführen.
Bezugszeichenliste

10: Sensorschaltung
12: Abtastelektrode
14: Abtastknoten
16: Schutzelektrode
18: Schutzknoten
20: periodische Schutzspannungsquelle
22: Steuer- und Auswerteschaltung
24: periodische Bezugsspannung
26: Transimpedanzverstärker
28: Messschaltung
30: Prozessoreinheit
32: Speichereinheit
34: Regelkreis
36: PID-Steuereinheit

52: Anlegen einer periodischen Schutzspannung Vg
54: sequentielles Bereitstellen von mehreren Bezugsspannungen Vref_i
56: für jede Vref_i , Bestimmen des Wertes der jeweiligen Im_i
58: Bestimmen der Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs
60: Berechnen von Vs durch Extrapolation
62: Bestimmen von Vs unter Verwendung eines Regelkreises
64: Berechnen der unbekannten Abtastimpedanz Zx

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4481464 [0010]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines kapazitiven, im Lademodus betriebenen Schutz-Abtast-Sensors, wobei der Sensor eine mit einem Abtastknoten verbundene elektrisch leitende Abtastelektrode, eine mit einem Schutzknoten verbundene elektrisch leitende Schutzelektrode, eine periodische Schutzspannungsquelle zum Bereitstellen einer periodischen Schutzspannung einer Amplitude Vg zum Schutzknoten und eine Steuer- und Auswerteschaltung, die mit dem Abtastknoten und dem Schutzknoten wirkverbunden ist, aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, die Potentialdifferenz zwischen dem Abtastknoten und dem Schutzknoten durch Anlegen eines Stroms an den Abtastknoten auf null zu halten und einen Wert entsprechend einer Amplitude des an den Abtastknoten angelegten Stroms zu bestimmen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Bereitstellen einer periodischen Schutzspannung unter Verwendung der periodischen Schutzspannungsquelle; b. sequentielles Bereitstellen einer Zahl n von verschiedenen periodischen Bezugsspannungen von Amplituden Vref_i über eine Bezugsimpedanz eines vorbestimmten Wertes Zref an dem Abtastknoten unter Verwendung einer periodischen Bezugsspannungsquelle, wobei i und n positive natürliche Zahlen sind und 1 ≤ i ≤ n bei n ≥ 2; c. für jede bereitgestellte Bezugsspannung der Amplitude Vref_i, Bestimmen des Wertes entsprechend der jeweiligen Amplitude Im_i des von der Steuer- und Auswerteschaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms; d. Bestimmen der Amplitude einer Abtast-Bezugsspannung Vs, die unter Verwendung der periodischen Bezugsspannungsquelle dem Abtastknoten bereitzustellen ist, die zu einem Strom führen würde, der von der Steuer- und Auswerteschaltung angelegt wird, mit einer Amplitude von null; e. Berechnen der unbekannten Abtastimpedanz Zx der Abtastelektrode anhand der in Schritt d bestimmten Abtast-Bezugsspannung Vs, der periodischen Schutzspannung Vg und der Bezugsimpedanz Zref.
Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines im Lademodus betriebenen kapazitiven Schutz-Abtast-Sensors nach Anspruch 1, wobei Schritt e den Schritt des Berechnens der unbekannten Abtastimpedanz Zx der Abtastelektrode anhand der in Schritt d bestimmten Abtast-Bezugsspannung aufweist, unter Anwendung der folgenden Formel: $Z x = \frac{Z r e f \times V g}{V s - V g}$
Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines im Lademodus betriebenen kapazitiven Schutz-Abtast-Sensors nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt d den Schritt des Berechnens der Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs durch Interpolation unter Anwendung der folgenden Formel aufweist: $V s = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils Amplituden der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegten Ströme sind.
Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines im Lademodus betriebenen kapazitiven Schutz-Abtast-Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Schritt d den Schritt des Einstellens des Wertes der Bezugsspannung Vref_i mit einem Regelkreis aufweist, bis die Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht ist, für die die Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen null ist.
Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines im Lademodus betriebenen kapazitiven Schutz-Abtast-Sensors nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt d die folgenden Schritte umfasst: Berechnen der Amplitude der Abtast-Bezugsspannung VSc durch Interpolation unter Anwendung der Formel: $V s_{c} = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils der Strom ist, der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegt wird; und, ausgehend von der Amplitude der berechneten Abtast-Bezugsspannung Vsc, Einstellen des Wertes der Bezugsspannung mit einem Regelkreis, bis eine verbesserte Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht ist, für die das Maß der Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen null ist.
Impedanz-Mess-Schaltung zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines im Lademodus betriebenen kapazitiven Schutz-Abtast-Sensors, wobei der Sensor eine mit einem Abtastknoten verbundene elektrisch leitende Abtastelektrode und eine mit einem Schutzknoten verbundene elektrisch leitende Schutzelektrode aufweist, und wobei die Impedanz-Mess-Schaltung eine periodische Schutzspannungsquelle zum Bereitstellen einer periodischen Schutzspannung einer Amplitude Vg zum Schutzknoten und eine Steuer- und Auswerteschaltung aufweist, die mit dem Abtastknoten und dem Schutzknoten wirkverbunden ist, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, die Potentialdifferenz zwischen dem Abtastknoten und dem Schutzknoten durch Anlegen eines Stroms an den Abtastknoten im Betrieb auf null zu halten und einen Wert entsprechend einer Amplitude des an den Abtastknoten angelegten Stroms zu bestimmen, wobei die Impedanz-Mess-Schaltung ferner eine periodische Bezugsspannungsquelle aufweist, wobei die periodische Bezugsspannungsquelle dafür ausgelegt ist, eine Zahl n von verschiedenen periodischen Bezugsspannungen von Amplituden Vref_i über eine Bezugsimpedanz eines vorbestimmten Wertes Zref am Abtastknoten bereitzustellen, wobei i und n positive natürliche Zahlen sind und 1 ≤ i ≤ n bei n ≥ 2; wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, im Betrieb Folgendes zu bestimmen: den Wert entsprechend der jeweiligen Amplitude Im_i des an den Abtastknoten angelegten Stroms für jede bereitgestellte Bezugsspannung der Amplitude Vref_i; und die dem Abtastknoten bereitzustellende Amplitude einer Abtast-Bezugsspannung Vs unter Verwendung der periodischen Bezugsspannungsquelle, die zu einem von der Steuer- und Auswerteschaltung angelegten Strom mit einer Amplitude von null führen würde; und wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, anhand der Abtast-Bezugsspannung Vs, der periodischen Schutzspannung Vg und der Bezugsimpedanz Zref im Betrieb die unbekannte Impedanz der Abtastelektrode zu berechnen.
Impedanz-Mess-Schaltung nach Anspruch 6, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, anhand der Abtast-Bezugsspannung Vs, der periodischen Schutzspannung Vg und der Bezugsimpedanz Zref im Betrieb unter Anwendung der folgenden Formel die unbekannte Impedanz der Abtastelektrode zu berechnen: $Z x = \frac{Z r e f \times V g}{V s - V g}$
Impedanz-Mess-Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, im Betrieb die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs durch Interpolation unter Anwendung einer Rechnung durch die folgende Formel zu bestimmen: $V s = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils Amplituden der von der Abtast-Mess-Schaltung für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ an den Abtastknoten angelegten Ströme sind.
Impedanz-Mess-Schaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, im Betrieb die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs durch Einstellen des Wertes der Bezugsspannung Vref_i mit einem Regelkreis zu bestimmen, bis die Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht wird, für die die Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen null ist.
Impedanz-Mess-Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt ist, im Betrieb die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung Vs unter Anwendung einer Rechnung durch Interpolation durch die folgende Formel zu bestimmen, um die Amplitude der Abtast-Bezugsspannung VS_c zu bestimmen: $V s_{c} = V r e f_{1} - {Im}_{1} \times \frac{V r e f_{2} - V r e f_{1}}{{Im}_{2} - {Im}_{1}}$
wobei Vref₁ und Vref₂ zwei verschiedene Bezugsspannungen sind, die von der periodischen Bezugsspannungsquelle bereitgestellt werden, Im₁ und Im₂ jeweils der von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten für die bereitgestellten Spannungen Vref₁ und Vref₂ angelegte Strom ist; dann ist, ausgehend von der Amplitude der berechneten Abtast-Bezugsspannung Vsc, die Steuer- und Auswerteschaltung dafür ausgelegt, im Betrieb den Wert der Bezugsspannung mit einem Regelkreis einzustellen, bis eine verbesserte Abtast-Bezugsspannung Vs erreicht wird, für die das Maß der Amplitude des von der Abtast-Mess-Schaltung an den Abtastknoten angelegten Stroms im Wesentlichen null ist.
Impedanz-Mess-Schaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung ferner eine Prozessoreinheit und eine digitale Speichereinheit aufweist, wobei die digitale Speichereinheit einen darin gespeicherten Programmcode aufweist, der, wenn er auf einem Computer ausgeführt wird, bewirkt, dass der Prozessor ein Verfahren zum Bestimmen einer Abtastimpedanz eines im Lademodus betriebenen kapazitiven Schutz-Abtast-Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt.