DE19907214A1

DE19907214A1 - Schaltungsanordung für ein Sensorelement

Info

Publication number: DE19907214A1
Application number: DE1999107214
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schilling
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-08-24

Abstract

Durch die Erfindung wird eine Schaltungsanordnung (11) für wenigstens ein Sensorelement (12), insbesondere für einen Berührungsschalter, geschaffen, bei der ein Ansteuersignal (U¶ans¶), das eine Wechselspannung mit Nullpotential-Phasen ist, über einen kapazitiven Spannungsteiler (C1/12) an das Sensorelement (12) angelegt ist. Das Sensorelement ist über zwei Anoden gekoppelte Dioden (V1, V2) sowie einen parallelen Tiefpaß (R2/C2), an dem ein Sensorsignal (U¶sens¶) abgreifbar ist, gegen Masse geschaltet. Die Anoden der gekoppelten Dioden (V1, V2) sind mit Schaltmitteln (T1) verbunden, an welchen das Ansteuersignal (U¶ans¶) anliegt und die in den Nullpotential-Phasen des Ansteuersignals die gegen Masse liegende Diode (V2) durch Anschließen an eine positive Spannung (U¶b¶) leitfähig machen. Das Ansteuersignal (U¶ans¶) weist vorteilhaft eine Arbeitsfrequenz mit einem festen Frequenzhub auf.

Description

AUFGABENGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für wenig stens ein Sensorelement, insbesondere ein Sensorelement eines Berührungsschalters.

Bei bekannten Berührungsschaltern mit Sensorelementen, die in der Regel eine kapazitive Auslösung aufweisen, kann eine Beschaltung vorgesehen sein, die an das Sensorelement eine hochfrequente Wechselspannung anlegt. Durch die Betätigung des Berührungsschalters bzw. die Berührung des Sensorelements wird die Wechselspannung verändert, insbesondere durch eine Änderung der Kapazität des Sensorelements. Diese Veränderung kann detektiert werden und ein Schaltsignal auslösen. Dabei gibt es Probleme mit elektrischen Störungen, die das Schalt signal störend überlagern, wobei die Störungen sowohl von der Spannungsversorgung aus dem Netz als auch von dem sogenannten Elektrosmog herrühren können. Aus der DE 197 06 167 A1 ist eine Schaltungsanordnung der o. g. Art bekannt, die zur Verbesserung der Störunanfälligkeit ein frequenzmoduliertes Ansteuersignal verwendet.

AUFGABE UND LÖSUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für ein Sensorelement zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere gegenüber der DE 197 06 167, verbessert bzw. vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Ansteuersignal, welches eine Wechselspannung mit Nullpotential-Phasen ist, über einen kapazitiven Spannungsteiler an das wenigstens eine Sensorelement angelegt ist, und dieses Sensorelement über zwei anodengekoppelte Dioden sowie einen parallelen Tiefpaß, an dem das Sensorsignal abgreifbar ist, gegen Masse geschal tet ist. Das Sensorelement kann mit einem weiteren Kondensa tor den Spannungsteiler bilden. Dabei sind die Anoden der gekoppelten Dioden mit Schaltmitteln verbunden, an denen das Ansteuersignal ebenfalls anliegt und die während der Phasen des Nullpotentials des Ansteuersignals die gegen Masse liegende Diode durch Anschließen an eine positive Spannung leitfähig machen. Auf diese Weise kann das Sensorsignal während der Phasen des Nullpotentials auf ein konstantes Potential, insbesondere die Schaltungsmasse, geklemmt werden. So können Störsignale in diesen Phasen ausgeschaltet werden. Über den Tiefpass kann das geglättete Sensorsignal als Gleichspannung abgegriffen werden, wobei durch die Schaltmit tel nur die Spannungen mit der Frequenz des Ansteuersignals gleichgerichtet werden und das nutzbare Signal ergeben.

Das Ansteuersignal weist vorteilhaft eine Arbeitsfrequenz auf, die mit einem festen Frequenzhub vorzugsweise periodisch veränderbar zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert liegt. Diese können bei ca. 5 kHz bzw. 50 kHz liegen. Eine Modulationsfrequenz kann im Bereich zwischen 20 Hz und 100 Hz liegen. Das Ansteuersignal kann durch einen Frequenzgenerator erzeugt werden. Besonders bevorzugt wird es durch einen Mikrocontroller erzeugt, durch den in weiten Bereichen variable Ansteuersignale samt Modulationsfrequenzen erzeugt werden können. Die Schaltmittel sind vorzugsweise als Tran sistor ausgeführt, insbesondere kann ein Transistor für mehrere, vorzugsweise alle, Sensorelemente verwendet werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann jedem Sensorele ment eine eigene erste Diode zugeordnet sein, wobei die Anode diese Diode mit der Anode einer einzigen Diode gekoppelt ist um jeweils die o. g. Anodenkopplung zu bilden. Dabei ist diese einzige Diode an Masse gelegt. Besonders vorteilhaft können mit einer vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung kapazitiv betätigbare Sensorelemente angesteuert bzw. betrie ben werden.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

In der Zeichnung ist in Fig. 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schaltung 11 dargestellt. Zum einen ist ein Sensorelement 12 der Schaltung 11 schematisch darge stellt, im wesentlichen als eine Art halbierter Kondensator, mit davon getrennter zweiter Hälfte für eine Betätigung. Das rechte Sensorelement 12 ist anschaulicher dargestellt als elektrisch leitfähige Fläche unter einer Abdeckung 13, die durch Auflegen eines Fingers 14 auf die dem Sensorelement 12 gegenüberliegende Oberfläche der Abdeckung 13 ein Sensor signal erzeugt bzw. verändert. Jedes Sensorelement 12 wird über einen Kondensator C1 mit einem Ansteuersignal U_ans versorgt, und zwar über den Widerstand R1. Des weiteren ist der Widerstand R1 mit der Kathode der Diode V1 und mit dem Widerstand R2 verbunden. Die Anode der Diode V1 ist mit der Anode der Diode V2 verbunden, welche wiederum an das Masse potential der Schaltung gelegt ist. Der Widerstand R2 ist über den Kondensator C2 mit Masse verbunden. Sie bilden einen Tiefpass, um das Sensorsignal in eine Gleichspannung umzuwan deln. Zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator C2 wird das gleichgerichtete Sensorsignal U_sens abgegriffen und einer nicht dargestellten Auswertung zugeführt.

Die Anoden der Dioden V1 sind über den Widerstand R5 mit dem Kollektor des PNP-Transistors T1 verbunden. Über den Wider stand R4 wird das Ansteuersignal U_ans an die Basis des Transistors T1 angelegt. Des weiteren ist die Basis über den Widerstand R3 mit der positiven Versorgungsspannung U_b verbunden. Der Emitter des Transistors T1 ist direkt mit der Versorgungsspannung U_b verbunden. Es ist zu erkennen, daß die Diode V2 und der Transistor T1 mit den Widerständen R3, R4 und R5 nur einfach vorhanden sind, während die restlichen Bauelemente der Schaltung 11 entsprechend der Anzahl der Sensorelemente 12 vorhanden sind.

FUNKTION

Das Sensorelement 12 bildet mit dem Kondensator C1 einen kapazitiven Spannungsteiler. Bei Berührung des Sensors bzw. der Abdeckung 13 oberhalb des Sensorelementes 12 mit dem Finger wird die Kapazität des Sensorelements gegen Masse vergrößert. Dadurch sinkt die Spannung am Ausgang des Span nungsteilers. Parallel dazu wird die Diode V2 durch den Transistor T1 über R5 immer dann in den leitenden Zustand geführt, wenn das Ansteuersignal U_ans Nullpotential auf weist. Auf diese Weise wird das Sensorsignal auf Masse gelegt. Dies erfolgt jeweils dann, wenn kein Ansteuersignal anliegt bzw. dieses gleich Null ist. Auf diese Weise können Störeinflüsse während dieser Zeit vermieden werden.

Über den Tiefpaß R2/C2 wird das Sensorsignal geglättet und kann als Ausgangssignal U_sens abgegriffen werden. Lediglich diese Spannung U_sens ist am Tiefpaß wirksam, da Spannungen mit anderen Frequenzen nicht gleichgerichtet werden und sich nicht auf das Ausgangssignal auswirken können. Da die Klem mung gegen Masse für alle Sensorelemente 12 gleichzeitig und gleichartig erfolgt, reicht ein einziger Transistor T1 für alle Sensorelemente aus. Die das Sensorsignal gleichrichten den Tiefpässe R2/C2 sind dagegen für jedes einzelne Sensor element 12 vorhanden.

Die Auswertung des Ausgangssignals U_sens kann beispielsweise über einen Signalmultiplexer und eine Signalauswerteeinheit, insbesondere einen Mikrocontroller, erfolgen. Ebenso wie die Erzeugung des Ansteuersignals U_ans kann somit die Auswertung der Ausgangssignale U_sens zentral bzw. durch im wesentlichen eine Funktionseinheit auch bei einer Vielzahl von Sensorele menten erfolgen.

Eine Art von Sensorelementen 12, die vorteilhaft mit einer vorstehend beschriebenen Schaltung verwendet werden können, sind in der DE 297 21 212 beispielhaft beschrieben.

Claims

1. Schaltungsanordnung für wenigstens ein Sensorelement (12), insbesondere eines Berührungsschalters, bei der ein Ansteuersignal (U_ans), das eine Wechselspannung mit Nullpotential-Phasen ist, über einen kapazitiven Span nungsteiler (C1/12) an das wenigstens eine Sensorelement (12) angelegt ist und das Sensorelement über zwei anodengekoppelte Dioden (U1, U2) sowie einen parallelen Tiefpaß (R2, C2), an dem ein Sensorsignal (U_sens) abgreifbar ist, gegen Masse geschaltet ist, wobei die Anoden der gekoppelten Dioden (U1, U2) mit Schaltmitteln (T1) verbunden sind, an denen das Ansteuersignal (U_ans) anliegt und die in den Nullpotential-Phasen des An steuersignals die gegen Masse liegende Diode (U2) durch Anschließen an eine positive Spannung (U6) leitfähig machen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ansteuersignal (U_ans) eine Arbeitsfre quenz aufweist, die mit einem festen Frequenzhub vor zugsweise periodisch veränderbar zwischen einem Minimal wert und einem Maximalwert liegt, wobei die Modulations frequenz vorzugsweise 20 Hz bis 1000 Hz beträgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel ein Transistor (T1) sind.

4. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensorelement (12) eine Diode (U1) zugeordnet ist und die Anoden dieser Dioden mit der Anode einer einzigen Diode (U2) gekoppelt sind um jeweils die Anodenkopplung zu bilden, wobei diese einzige Diode (U2) an Masse gelegt ist.

5. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (12) ein kapazitiv betätigbares Sensorele ment ist.