DE19756963C1

DE19756963C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder kleiner Kapazitätsänderungen

Info

Publication number: DE19756963C1
Application number: DE19756963A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Wiesemann
Original assignee: Reinhard Wiesemann; Theis Ruediger
Current assignee: WIESEMANN & THEIS GMBH, 42279 WUPPERTAL, DE
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2017-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität (1) mit Hilfe einer die Meßkapazität (1) mit einem zeitabhängigen Meßsignal beaufschlagenden Steuer- und Auswerteschaltung (2), bei welchem die Kapazität der Meßkapazität (1) von der Steuer- und Auswerteschaltung (2) anhand der Auswertung des Meßsignals bestimmt wird. Um Einflüsse von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten (7) in der Umgebung der Meßkapazität (1) auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität (1) gezielt zu verändern, ist der Frequenzbereich für das Meßsignal bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität (1) von der Steuer- und Auswerteschaltung (2) gezielt auswählbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität, mit Hilfe einer die Meßkapazität mit einem zeitabhängigen Meßsignal beaufschlagenden Steuer- und Auswerteschaltung, bei welchen die Kapazität der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschalung anhand der Auswertung des Meßsignals bestimmt wird.

Solche Verfahren und Vorrichtungen zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer eine oder zwei Platten oder dergleichen aufweisenden Meßkapazität sind aus dem Stand dar Technik in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt (vgl. z. B. DE 38 29 427 A1). Sie werden beispielsweise zur Detektion der Annäherung von sog. Erfassungsobjekten verwendet. Für diesen Fall spricht man üblicherweise von Verfahren zum Betrieb von Näherungsschaltern bzw. von kapazitiven Näherungssensoren.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen verwenden die Meßkapazität beispielsweise als den frequenzbestimmenden Teil eines Oszillators, dessen Frequenz dann als Maß für die unbekannte Kapazität der Meßkapazität verwendet wird. Alternativ bestimmt die Steuer- und Auswerteschaltung die Kapazität der Meßkapazität anhand des kapazitiven Anteils der Impedanz der Meßkapazität. Die Grundlage der Messung der Kapazität der Meßkapazität durch die Steuer- und Auswerteschaltung bildet jeweils ein zeitabhängiges Meßsignal, welches an der Meßkapazität anliegt.

Die Frequenzen für das an der Meßkapazität anliegende Meßsignal bewegen sich bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen im Bereich von etwa 100 Hz bis 100 kHz. Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden unterschiedliche Frequenzbereiche für das Meßsignal verwendet, um den Meßbereich für die Kapazitätsmessung umzuschalten und/oder um den komplexen Scheinwiderstand der Meßkapazität in einen für die Messung günstigen Bereich zu bringen.

Kapazitive Näherungssensoren als eine Sonderform einer Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitätsänderungen werden seit geraumer Zeit dazu eingesetzt, die Anwesenheit oder das Passieren von Erfassungsobjekten zu erkennen. Solche kapazitiven Näherungssensoren haben oft nur eine sehr geringe Reichweite von wenigen Zentimetern, obwohl das Prinzip auch zur Detektion von insbesondere größeren Erfassungsobjekten auf größere Entfernungen - etwa 50 cm bis zu etwa 10 m - geeignet ist. Der Einsatz der bekannten kapazitiven Näherungssensoren zur Detektion über größere Entfernung ist bislang an dem Einfluß von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten in der Umgebung der Meßkapazität des kapazitiven Näherungssensoren gescheitert. Dieser nicht zur vernachlässigende Einfluß leitfähiger Fremdobjekte in der Umgebung der Meßkapazität auf die Messung der Kapazität oder der Kapazitätsveränderung der Meßkapazität soll im folgenden beschrieben werden. Dabei ist zunächst darauf hinzuweisen, daß dieser Einfluß der leitfähigen Fremdobjekte nicht immer eine Störgröße darstellt, sondern daß teilweise gerade dieser Einfluß gemessen oder verstärkt werden soll.

Die Ursache für den Einfluß zumindest teilweise leitender Fremdobjekte in der Umgebung der Meßkapazität auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität liegt darin, daß eine Vorrichtung zur Messung dieser Kapazität stets eine kapazitive Verbindung zum Erdpotential besitzt. Die Lage der parasitären kapazitiven Verbindungen zum Erdpotential wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung beschrieben. In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität 1 mit einer die Meßkapazität 1 mit einem zeitabhängigen Meßsignal beaufschlagenden Steuer- und Auswerteschaltung 2 dargestellt. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten weist zum Anschluß an eine Stromverbindung einen Transformator 3 auf. Regelmäßig besitzt ein Pol der Primärwicklung des Transformators 3 eine Verbindung zum Erdpotential 4. Die Kapazität des Transformators 3 verursacht nun beispielsweise, in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, eine erste parasitäre kapazitive Verbindung 5 zwischen der Vorrichtung zur Messung der Kapazität und dem Erdpotential 4. Selbst bei batteriebetriebenen Vorrichtungen läßt sich eine minimale parasitäre Kopplung zwischen den Anschlüssen der Meßkapazität 1 und dem Erdpotential 4 nicht vermeiden, was in Fig. 1 wiederum durch eine gestrichelt eingezeichnete zweite parasitäre Kapazität 6 verdeutlicht ist.

Dadurch, daß eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität über parasitäre Kapazitäten zumindest minimal mit dem Erdpotential verbunden ist, haben sämtliche geerdeten, leitfähigen Fremdobjekte in der Umgebung der Meßkapazität wiederum kleine Kapazitäten zur Meßkapazität, von denen zumindest ein gewisser Anteil parallel zur Meßkapazität geschaltet ist und somit die Messung der Kapazität der Meßkapazität beeinflußt. Könnte man die parasitären Kapazitäten zwischen der Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten und dem Erdpotential völlig vermeiden, wäre kein Einfluß der leitfähigen Fremdobjekte in der Umgebung der Meßkapazität auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität meßbar.

In Fig. 2 der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten einer Meßkapazität 1 in der Umgebung einer Mehrzahl von geerdeten Fremdobjekten 7 dargestellt. In Fig. 2 ist auch der Anteil der parasitären Fremdkapazitäten 8 durch gestrichelt eingezeichnete Kondensatoren angedeutet. Sämtliche in Fig. 2 dargestellten geerdeten Fremdobjekte 7 haben eine wie auch immer gestaltete Verbindung zu dem Erdpotential 4, mit dem auch die Vorrichtung zur Messung der Meßkapazität 1 über die erste und/oder zweite parasitäre Kapazität 5, 6 verbunden ist. Diese Verbindungen können durch Rohrleitungen, die elektrische Verdrahtung eines Gebäudes, aber auch durch Armierungsgitter in Bauwerken oder einfach durch feuchte Materialien entstehen. Die Verbindungen weisen ohmsche, induktive und kapazitive Komponenten auf und der komplexe Gesamtwiderstand zwischen dem - gedachten - Erdpotential der Vorrichtung und jedem einzelnen geerdeten Fremdobjekt ergibt sich aus vielen Reihen- und Parallelschaltungen aller Komponenten und kann nicht konkret berechnet werden.

Fremdobjekte im Sinne der Erfindung sind sämtliche vollständig oder teilweise leitfähigen Gegenstände. Hierzu zählen nicht nur Metallteile, sondern auch Gegenstände, die durch Feuchtigkeit oder andere Effekte leitfähig werden. Zur Erläuterung der Bandbreite der in Frage kommenden Fremdobjekte folgendes Beispiel:

Ein Aquarium kann ein solches Fremdobjekt bilden, indem es beispielsweise an einer Wand mit innerer Eisen- Armierung befestigt ist, mit der es galvanisch oder zumindest über eine große Kapazität verbunden ist. Die Eisen-Armierung kann wiederum über Feuchtigkeit im Mauerwerk oder über eine gesonderte Gebäudeerdung letztlich galvanisch und induktiv mit dem Schutzleiter der Netzverdrahtung verbunden sein. Dieser Schutzleiter nimmt seinen Weg bis zur Stromversorgung der Vorrichtung zur Messung der Kapazität und ist zumindest kapazitiv z. B. über den Transformator in der Stromversorgung der Vorrichtung letztlich mit der Meßkapazität verbunden.

Der Einfluß der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität kann nun zunächst problematisch dahingehend sein, daß sich die Fremdobjekte bewegen, vibrieren, in ihrer wirksamen räumlichen Ausdehnung verändern oder auch ihren Widerstand zum Erdpotential verändern und somit die Detektierung von Erfassungsgegenständen behindern. Als Beispiel für ein solches störendes Fremdobjekt sei nur ein Aufzug genannt. Es kann jedoch auch im Gegenteil so sein, daß genau die Bewegung eines Fremdobjektes überwacht werden soll. Weiter sind für den Betrieb beispielsweise eines kapazitiven Näherungssensors solche, eventuell unvermeidlich vorhandenen Fremdobjekte vorteilhaft, die wegen ihrer günstigen räumliche Position und ihrer stabilen Befestigung als zweite Kondensatorplatte der Meßkapazität dienen können. Die Meßkapazität selbst kann in solchen Fällen auf nur eine Kondensatorplatte beschränkt werden. Fremdobjekte sind insbesondere dann unerwünscht, wenn sie sich bewegen und/oder außerhalb des gewünschten Erfassungsbereiches liegen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die Einflüsse von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten in der Umgebung der Meßkapazität auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität besser kontrollierbar zu machen.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist gemäß einer ersten Lehre der Erfindung dadurch gelöst, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität zur Veränderung der Einflüsse von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten in der Umgebung der Meßkapazität auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschaltung gezielt ausgewählt wird. Die erste Lehre der Erfindung gewährleistet eine Kontrolle des Einflusses der Fremdobjekte in der Umgebung der Meßkapazität dadurch, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal nicht zur Wahl des Meßbereichs oder zur Beeinflussung anderer Effekte der Meßkapazität dient, sondern daß der gewünschte Einfluß der Fremdobjekte als Kriterium zur Wahl der Meßfrequenz dient. Die Möglichkeit der Kontrolle des Einflusses der Fremdobjekte ist, wie bereits erwähnt, sowohl in die eine Richtung als auch in die andere Richtung je nach Anwendungsfall vorteilhaft. Die erste Lehre der Erfindung umfaßt nicht nur den Fall, in dem der Frequenzbereich für das Meßsignal nach der Installation einer Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens zur Messung kleiner Kapazitäten einer Meßkapazität ausgewählt wird, sondern auch den Fall, in dem der Frequenzbereich für eine genau definierte Meßaufgabe bereits bei der Konstruktion der Vorrichtung vorgegeben ist und die Steuer- und Auswerteschaltung nur diese eine voreingestellte Auswahl treffen kann. Dies ist dann möglich, wenn die in der Umgebung der Meßkapazität angeordneten Fremdobjekte in ihren Eigenschaften zumindest annähernd bekannt sind.

Zur Minimierung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte insbesondere in größerer Entfernung also mit längeren Verbindungen zu einer Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung werden hohe Frequenzen für das Meßsignal ausgewählt. Über diese hohen Frequenzen wird der komplexe Gesamtwiderstand zwischen dem Fremdobjekt und der Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens abhängig von der Länge der Verbindung und der Induktivität der Verbindung deutlich erhöht, so daß ein Einfluß ganz oder teilweise auszuschließen ist.

Besonders vorteilhaft ist die Wahl von Frequenzen für das Meßsignal größer oder gleich 1 MHz. Dies ergibt sich daraus, daß Erdkabel etwa eine Induktivität von 1 µH/m aufweisen. Wenn man also beispielsweise von 5 m Erdkabel ausgeht, dann ergeben sich 5 µH. Diese 5 m Erdkabel besitzen bei den im Stand der Technik üblichen Frequenzen für das Meßsignal von 100 Hz bis 100 kHz einen induktiven Widerstand von 3 mΩ bis 3 Ω. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Meßfrequenz von 1 MHz bis z. B. 100 MHz erhöht sich jedoch dieser Widerstand auf 30 Ω bis 3000 Ω, wodurch es ersichtlich möglich wird, den Einfluß der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität gezielt über die Wahl des Frequenzbereiches für das Meßsignal zu steuern.

Die Verwirklichung der beschriebenen Ausgestaltung der ersten Lehre der Erfindung bei der Messung von Kapazitäten im pF-Bereich, bei der die Meßfrequenz - ohne Bereichswechsel und ohne Änderung der Meßaufgabe "Kapazitätsmessung"; üblicherweise ändert man die Meßfrequenz auch dann, wenn z. B. induktive oder ohmsche Anteile des Erfassungsobjektes ignoriert oder ausdrücklich gemessen werden sollen - z. B. im Bereich von 100 kHz bis 10 MHz einstellbar ist, gewährleistet es, daß der Anschluß von Fremdobjekten, die über eine 5 m lange Verbindung mit dem eigenen - gedachten - Erdpotential gekoppelt sind, gezielt mit einem ohmschen Anteil von 3 Ω bis 300 Ω überlagert wird, so daß der Einfluß auf die Messung der Kapazität willkürlich bestimmbar ist. In der Praxis verstärkt sich dieser Effekt noch deutlich, weil die "Erdleitung" sich durch den zufälligen Verlauf der Netzspannungsinstallation oder von Rohrleitungen ergibt, und sich somit bei z. B. 5 m Luftlinie eine effektive Länge der Erdleitung von 20 m ergeben kann, wodurch der induktive Widerstand linear stärker wird.

Ist man umgekehrt an der Beobachtung von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten auch in größerer Entfernung von der Meßkapazität interessiert, so ist es vorteilhaft, zur Maximierung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte niedrige Frequenzen für das Meßsignal auszuwählen.

Eine für den Anwender vereinfachte Anwendung des Verfahrens ergibt sich durch die Ausgestaltung, daß eine Veränderung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität anhand der Auswertung charakteristischer Veränderungen bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität vorgenommen wird. Entweder ist aus der Anwendung ein bestimmtes Verhalten der Meßkapazität oder der Fremdobjekte bekannt. So kann z. B. bei Anwendung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung in einem kapazitiven Näherungssensor häufig sichergestellt werden, daß das Erfassungsobjekt den Sensorbereich schneller oder langsamer als innerhalb einer bestimmten Zeit verläßt und alle zeitlich längeren oder kürzeren Ausschläge bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität dem Einfluß eines Fremdobjektes zuzuschreiben sind. Es ist auch möglich, daß zu bestimmten Zeiten keine durch Erfassungsobjekte verursachten Änderungen bei der Messung der Meßkapazität auftreten können. Gemäß der beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in den beschriebenen Fällen durch automatische Anpassung des Frequenzbereiches für das Meßsignal die Möglichkeit, die als Störungen erkannten Ausschläge bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität zu minimieren.

Alternativ oder kumulativ läßt sich das Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung weiter dadurch verbessern, daß zur Identifizierung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität eine definierte Beeinflussung der Kapazität der Meßkapazität während einer Installationsphase vorgenommen wird. Während dieser Installationsphase werden bestimmte Verhaltensweisen bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität gespeichert, die durch Fremdobjekte entstehen, so daß es einer Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung anhand der gespeicherten Daten möglich ist, zu erkennen, welche Veränderung bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität durch Erfassungsobjekte oder durch Fremdobjekte verursacht sind. Auch bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die in diesem Fall erkennbaren Einflüsse von Fremdobjekten anhand der Veränderung des Frequenzbereiches für das Meßsignal minimiert werden, während der Einfluß von Erfassungsobjekten auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität maximiert wird.

Wie bereits angeklungen, bietet sich eine Verwirklichung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung insbesondere dann an, wenn Änderungen bei der Messung der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschaltung zur Detektion der Annäherung von Erfassungsobjekten ausgewertet werden. Insbesondere ist die Verwirklichung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung bei der Detektion der Annäherung von Personen vorteilhaft, da diese häufig über relativ große Entfernungen stattfinden soll und außerdem regelmäßig durch die Anwesenheit zumindest teilweise leitfähiger Fremdobjekte gestört wird. Hier ist beispielsweise die Detektion zum Zwecke der Personenerfassung bzw. Zählung von Personen in Ladengeschäften oder Kaufhäusern zu nennen.

Die zweite Lehre der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität die gemäß der zweiten Lehre der Erfindung dadurch ausgestaltet ist, daß die Steuer- und Auswerteschaltung einen den Frequenzbereich für das Meßsignal bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität zur Veränderung der Einflüsse von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten in der Umgebung der Meßkapazität auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität gezielt auswählenden Frequenzwähler aufweist. Die mit der zweiten Lehre der Erfindung gewährleisteten Vorteile entsprechen den bereits im Zusammenhang mit der ersten Lehre der Erfindung beschriebenen Vorteilen.

Um die Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte spürbar zu verändern ist die Vorrichtung der zweiten Lehre der Erfindung gemäß einer ersten Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal von dem Frequenzwähler in weiten Grenzen beeinflußbar ist. Vorzugsweise ist der Frequenzbereich für das Meßsignal vor dem Frequenzwähler mindestens um den Faktor 10 beeinflußbar. Diese Maßnahmen gewährleisten, daß der Einfluß von Fremdobjekten auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität der Vorrichtung gezielt gesteigert oder gesenkt werden kann. Zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Vorteile durch die Steigerung oder Senkung der Einflüsse von Fremdobjekten ist es ausreichend, den Frequenzbereich für das Meßsignal innerhalb der möglichen Frequenzspanne grob einzustellen. Es ist also durchaus denkbar innerhalb der möglichen Frequenzspanne nur zwei Einstellungsmöglichkeiten für den Frequenzwähler vorzusehen.

Die gezielte Beeinflußbarkeit der Einflüsse von Fremdobjekten in der Nähe der Meßkapazität ermöglichen eine besonders vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung als kapazitiven Näherungssensor.

Da sich die Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung insbesondere für den Einsatz als kapazitiver Näherungssensor eignet, ist es vorteilhaft, wenn der Frequenzbereich für das Meßsignal durch ein von außen zugängliches Betätigungselement manuell beeinflußbar ist, insbesondere um etwa ±30% veränderbar ist. Eine derartige Feineinstellung des Frequenzbereichs bietet die Möglichkeit, gegenseitige Störungen zwischen einem kapazitiven Näherungssensor gemäß der zweiten Lehre der Erfindung und Warensicherungsschranken zu vermeiden, wie sie in den Ein- und Ausgängen von Warenhäusern und Ladengeschäften zum Schutz gegen Diebstähle üblich sind. In diesem Bereich werden kapazitive Näherungssensoren gemäß der zweiten Lehre der Erfindung zur Detektion der Annäherung von Personen eingesetzt. Manche der in diesen Bereichen eingesetzten Warensicherungsschranken arbeiten mit ähnlichen Frequenzen wie ein kapazitiver Näherungssensor gemäß der zweiten Lehre der Erfindung. Die Frequenz, mit denen die Warensicherungsschranken arbeiten, kann meist systembedingt nicht verändert werden, so daß eine eventuelle gegenseitige Beeinflussung dadurch beseitigbar ist, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal eines kapazitiven Näherungssensors gemäß der zweiten Lehre der Erfindung in solch einem Fall um bis zu ±30% veränderbar ist.

Die Feineinstellung des Frequenzbereiches für das Meßsignal, insbesondere um einen Wert von ±30%, kann nicht nur mittels eines Betätigungselementes manuell sondern auch automatisch etwa selbstlernend erfolgen. Sowohl die Grobbeinflussung des Frequenzbereiches zur Veränderung des Einflusses von Fremdobjekten auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität als auch die Feineinstellung des Frequenzbereiches des Meßsignals kann mittels eines einzigen Frequenzwählers, beispielsweise eines guten Potentiometers, insbesondere manuell, erfolgen. Die Feineinstellung ist dabei nur notwendig, wenn Wechselwirkungen zwischen der Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung und umgebenden elektronischen Anlagen, etwa Warensicherungsschranken, zu befürchten sind.

Gemäß einer dritten Lehre der Erfindung findet eine Veränderung der Einflüsse von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten in der Umgebung der Meßkapazität einer Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen der Meßkapazität dadurch statt, daß ein Ferritkern, wie er zur Anordnung an einem Netzkabel eines elektrischen Gerätes - beispielsweise an einem Netzkabel eines Schaltnetzteils - bekannt ist, zumindest an der Erdverbindung eines zumindest teilweise leitfähigen Fremdobjektes zur Minimierung des Einflusses des zumindest teilweise leitfähigen Fremdobjektes auf eine Vorrichtung zur Messung der Kapazität oder Kapazitätsänderung einer Meßkapazität angeordnet ist.

Durch die Maßnahme gemäß der dritten Lehre der Erfindung wird, wie beispielsweise auch durch das Wickeln der Erdverbindung eines zumindest teilweise leitfähigen Fremdobjektes zu einer Spule, die Induktivität der Erdverbindung erhöht. Weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Induktivität, etwa durch Anordnung einer gesonderten Induktivität, sind dem Fachmann geläufig. Durch die erhöhte Induktivität ist gewährleistet, daß der komplexe Widerstand zwischen dem zumindest teilweise leitfähigen Fremdobjekt und dem Erdpotential vergrößert wird, so daß, wie oben beschrieben, der Einfluß des Fremdobjektes auf die Messung der Meßkapazität minimiert ist.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche sowie andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 3 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität gemäß der zweiten Lehre der Erfindung.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine Meßkapazität 1 und eine die Meßkapazität 1 mit einem zeitabhängigen Meßsignal beaufschlagende Steuer- und Auswerteschaltung 2 auf.

In Fig. 3 nicht dargestellt ist die Energieversorgung des Ausführungsbeispiels.

Gemäß der zweiten Lehre der Erfindung weist die Steuer- und Auswerteschaltung 2 einen den Frequenzbereich für das Meßsignal bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität 1 zur Veränderung der Einflüsse von hier nicht dargestellten, zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten in der Umgebung der Meßkapazität 1 auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität 1 gezielt auswählenden Frequenzwähler 9 auf.

Erfindungsgemäß dient die gezielte Auswahl des Frequenzbereiches bzw. der Frequenz, abhängig von dem Auswerteverfahren zur Bestimmung der Kapazität der Meßkapazität 1, nicht zur Wahl des Meßbereiches oder zur Beeinflussung anderer Effekte der Meßkapazität 1.

Zur Beeinflussung des durch den Frequenzwähler 9 vorgegebenen Frequenzbereichs für das Meßsignal ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung der Kapazität einer Meßkapazität 1 ein von außen zugängliches Betätigungselement 10 angeordnet, das manuell beeinflußbar ist.

Die Einstellungen des Frequenzwählers 9 und des Betätigungselementes 10 können alternativ entweder von Hand, also durch eine Bedienungsperson, oder automatisch von der Steuer- und Auswerteschaltung 2 anhand der Ergebnisse bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität verändert werden.

Bezugszeichenliste

1

Meßkapazität

2

Steuer- und Auswerteschaltung

3

Transformator

4

Erdpotential

5

erste parasitäre Kapazität

6

zweite parasitäre Kapazität

7

Fremdobjekte

8

Fremdkapazität

9

Frequenzwähler

10

Betätigungselement

Claims

1. Verfahren zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität, mit Hilfe einer die Meßkapazität mit einem zeitabhängigen Meßsignal beaufschlagenden Steuer- und Auswerteschaltung, bei welchem die Kapazität der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschaltung anhand der Auswertung des Meßsignals bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität zur Veränderung der Einflüsse von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten in der Umgebung der Meßkapazität auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschaltung gezielt ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minimierung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte hohe Frequenzen für das Meßsignal ausgewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen für das Meßsignal größer oder gleich 1 MHz gewählt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Maximierung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte niedrige Frequenzen für das Meßsignal ausgewählt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Veränderung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität anhand der Auswertung charakteristischer Veränderungen bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifizierung der Einflüsse der zumindest teilweise leitenden Fremdobjekte auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität eine definierte Beeinflussung der Messung der Kapazität der Meßkapazität während einer Installationsphase vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschaltung zur Detektion der Annäherung von Erfassungsobjekten ausgewertet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen bei der Messung der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschaltung zur Detektion der Annäherung von Personen ausgewertet werden.

9. Vorrichtung zur Messung kleiner Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen einer Meßkapazität (1), mit einer die Meßkapazität (1) mit einem zeitabhängigen Meßsignal beaufschlagenden Steuer- und Auswerteschaltung (2), wobei die Kapazität der Meßkapazität von der Steuer- und Auswerteschaltung anhand der Auswertung des Meßsignals bestimmbar ist, insbesondere zur Verwirklichung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteschaltung (2) einen den Frequenzbereich für das Meßsignal bei der Messung der Kapazität der Meßkapazität (1) zur Veränderung der Einflüsse von zumindest teilweise leitenden Fremdobjekten (7) in der Umgebung der Meßkapazität (1) auf die Messung der Kapazität der Meßkapazität (1) gezielt auswählenden Frequenzwähler (9) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal von dem Frequenzwähler (9) in weiten Grenzen beeinflußbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal von dem Frequenzwähler (9) mindestens um den Faktor 10 beeinflußbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Verwendung als kapazitiver Näherungssensor ausgestaltet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal durch ein von außen zugängliches Betätigungselement (10) manuell beeinflußbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich für das Meßsignal durch das von außen zugängliche Betätigungselement (10) um ±30% veränderbar ist.

15. Verwendung eines Ferritkernes zur Anordnung an einem Netzkabel eines elektrischen Gerätes in Verbindung mit einem Verfahren oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern zumindest an der Erdverbindung eines zumindest teilweise leitfähigen Fremdobjektes (7) zur Minimierung des Einflusses des zumindest teilweise leitfähigen Fremdobjektes (7) auf eine Vorrichtung zur Messung der Kapazität oder Kapazitätsänderung einer Meßkapazität (1) angeordnet ist.