DE29822566U1 - Kapazitiver Näherungssensor - Google Patents
Kapazitiver NäherungssensorInfo
- Publication number
- DE29822566U1 DE29822566U1 DE29822566U DE29822566U DE29822566U1 DE 29822566 U1 DE29822566 U1 DE 29822566U1 DE 29822566 U DE29822566 U DE 29822566U DE 29822566 U DE29822566 U DE 29822566U DE 29822566 U1 DE29822566 U1 DE 29822566U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- proximity sensor
- sensor according
- proximity
- electrode
- oscillator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 12
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010409 ironing Methods 0.000 claims description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 claims description 2
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 claims description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 10
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010413 gardening Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/96—Touch switches
- H03K17/962—Capacitive touch switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
- H03K2217/96—Touch switches
- H03K2217/9607—Capacitive touch switches
- H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
- H03K2217/960765—Details of shielding arrangements
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Description
j ' C
HlEBSCH P E E G E &Bgr;&Eacgr; ^Jf fc/t >j rffcP . Cl >
PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS
(31) Prioritätsnummer/ Priority Application Number:
(32) Prioritätstag / Priority Date:
(33) Prioritätsland I Priority Country:
Unser Zeichen: SNL238DE7
B/mü
(54) Titel/Title:
(71) Anmelder/in / Applicant:
Steine! GmbH & Co. KG
Dieselstr. 80-84
33442 Herzebrock
Deutschland
(74) Vertreter/Agent:
78224 Singen
1005393
Mündliche Vereinbarungen bedürfen zu ihrer Wirksamkeit schriftlicher Bestätigung.
SL238DE7
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Näherungssensor, der als Reaktion auf eine Annäherung oder Berührung mit einer zur nachfolgenden Auswertung geeigneten Kapazitäts- und (Oszillations-) Frequenzänderung reagiert.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Bewegungs- bzw. Näherungssensoren bekannt, die für Anwendungen in der Haushalts-, KFZ- oder Industrietechnik, oftmals konkret an eine gewünschte Steuerungsaufgabe angepasst, eingesetzt werden: So übernehmen etwa infrarotbasierte Bewegungssensoren eine Lichtsteuerung als Reaktion auf in einen Raum eintretende Personen, Radar-Bewegungsmelder, verborgen hinter einem Urinalbecken angebracht, dienen der Steuerung und Betätigung des Urinais als Reaktion auf eine Annäherung bzw. Entfernung des Benutzers, und optische Sensoren erfassen eine unter einen Händetrockner geführte Hand zum Aktivieren des Gebläses.
Je nach vorgesehenem Einsatzzweck sind teilweise jedoch beträchtliche entwicklungs- und schaltungstechnische Anforderungen erforderlich, um eine auch extremen Betriebsbedingungen gewachsene Gerätesteuerung vorzunehmen: So hat es sich beispielsweise beim Einsatz von radarbasierten Bewegungssensoren im Sanitärbereich als nachteilig erwiesen, dass das Durchdringungsverhalten von Mikrowellen bei nassen Oberflächen sich drastisch gegenüber trockenen Oberflächen verändert, möglicherweise sogar einen Betrieb unmöglich macht. Dagegen sind etwa sichtbar anzubringende Bewegungsoder Näherungsdetektoren, die auf optischen Erfassungsprinzipien beruhen, in hohem Maße stör- oder zerstörungsgefährdet, etwa durch Fremdlicht, Feuchtigkeit, Verschmutzung oder Vandalismus.
SL238DE7 - 2 -
Durch die notwendigen Maßnahmen zum Herstellen einer hinreichenden Alltagstauglichkeit derartiger, bekannter Vorrichtungen werden daher oftmals sehr komplexe Detektor- und Auswerteschaltungen eingesetzt, die nicht nur den Einsatz und die Anbringung aufwendig machen, sondern die vor allem beträchtliche Herstellungs-, Einstellungs- und Wartungskosten verursachen. Im Ergebnis werden daher, primär aus Kostengründen, zahlreiche, nützliche Anwendungsfelder des Alltags einer bewegungs-/näherungsabhängigen Sensorsteuerung aus Kostengründen nicht zugänglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Näherungssensor zu schaffen, der nicht nur mit geringstem schaltungs- und herstellungstechnischen Aufwand zu realisieren und für vielfältigste, alltägliche, aber auch industrielle, Einsatzbedingungen geeignet ist, sondern der sich auch durch einen hohen Grad an Störfestigkeit, Betriebssicherheit und Störungsunempfindlichkeit auszeichnet; darüber hinaus soll ein solcher Sensor einen für zahlreiche Anwendungen erforderlichen niedrigen Eigenenergieverbrauch besitzen.
Die Aufgabe wird durch den kapazitiven Näherungssensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird zur Realisierung der Erfindung das Prinzip einer Frequenzänderung einer Oszillatorfrequenz als Reaktion auf eine durch Annährung bzw. Berührung bedingte kapazitive Änderung ausgenutzt. Die dem Oszillator nachgeschaltete Signalelektronik erfasst dann die Frequenzänderung und erzeugt ein entsprechendes Detektorsignal.
SL238DE7 - 3 - ·&iacgr; ·**· ·» ·'*» .*%***
Da besonders vorteilhaft eine solche Oszillatoreinheit mit geringem schaltungstechnischem Aufwand, insbesondere bereits mit einer integrierten Schaltungs- bzw. Gattereinheit, realisiert werden kann, die als Schwingkreis verschaltet und in ihrem Eingang kapazitiv beeinflusst wird, ist eine zu geringsten Kosten, jedoch mit hoher Betriebssicherheit und Unempfindlichkeit gegen Umgebungseinflüsse und Störungen wirksamen Detekoreinrichtung für Näherung, Bewegung oder Berührung realisierbar.
Besonders bevorzugt arbeitet die erfindungsgemäße Oszillatoreinheit im Niederfrequenzbereich (NF) , wobei sich Schwingungsfrequenz im Bereich zwischen 1 und 10 KHz, und besonders vorteilhaft zwischen 3 und 9 KHz, als besonders vorteilhaft herausgestellt haben. Eine solche niedrige Betriebsfrequenz sorgt nicht nur dafür, dass der erfindungsgemäße Sensor praktische keine relevante Störstrahlung aussendet, auch lassen sich (vergleichsweise langsame) preiswerte Standardbauteile verwenden, die dieelektrischen Verluste sind eher gering, und der Energiebedarf für die Oszillatorschaltung ist in diesem Frequenzbereich noch moderat .
Als besonders vorteilhaft zur einfachen Realisierung der Oszillatoreinheit hat sich die Verwendung eines Schmitt-' Triggers mit invertierendem Ausgang herausgestellt, wobei weiter bevorzugt hierfür ein CMOS-Gatter gewählt werden kann. Die Konfiguration als Schmitt-Trigger eignet sich im Rahmen der erfindungsgemäß einfachen Schaltung insbesondere auch dadurch, dass die zu erfassende Kapazität üblicherweise gegen Massepotential besteht, und entsprechend der Oszillator auf Kapazitätsänderungen nur gegen Massepotential reagieren soll. Auch ist aufgrund der Vermeidung von Störabstrahlung, dieelektrischen Verlusten oder eines erhöhten Energiebedarfs die mit einer solchen Schaltung realisierbare sinus-, oder dreiecksförmige Pulsform vorteilhaft, und trotz der vergleichsweise kleinen Eingangskapazität am Oszillator (diese liegt typischerweise < 10 pF)
SL238DE7 - 4 -
ist eine sichere Oszillation im gewünschten Niederfrequenzbereich < 10 KHz möglich.
Da zudem das Signal am Ausgang des Schmitt-Triggers als Reaktion auf eine berührungs-/annäherungsbedingte Kapazitätsänderung frequenzmoduliert ist, ist die erreichte Schaltung relativ unempfindlich gegen externe (Stör-) Signale, etwa eingestreute Fremdsignale oder aber die Netzfrequenz.
Auf die gezeigte Weise läßt sich dann vorteilhaft ein praktisch nutzbarer Erfassungsbereich zwischen etwa 10 und 100 mm bezogen auf die Näherungs-/Berührungselektrode erreichen, wobei typische Elektrodenflächen im Bereich zwischen etwa 100 und etwa 1.000 cm2 liegen können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Näherungs-/Berührungselektrode mehrteilig, d.h. mit der aktiven Elektrode sowie der Gegenelektrode, auszuführen. Im Rahmen der Erfindung wird die Gegenelektrode, die so gegenüber der aktiven Elektrode nachgeführt wird, dass kein Potentialunterschied zwischen beiden Elektroden besteht, mittels einer Spannungsfolgeschaltung auf das Potential der aktiven Elektrode gezwungen. Nicht nur wird durch diese Kombination von aktiver und Gegenelektrode eine faktische Richtwirkung geschaffen, nämlich eine Sensitivität nur in Richtung der aktiven Elektrode, auch besteht hierdurch die Möglichkeit, dass -- über eine abgeschirmte Leitung, wobei die Gegenelektrode mit der Abschirmung verbunden ist -- die Näherungs-/Berührungselektrode in einem Abstand zur Oszillatoreinheit angeordnet werden kann.
SL238DE7 - 5 -
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Änderung der Oszillatorfrequenz im Sinne der Erfindung auch als Beginn öder Ende der Oszillatorschwingung zu verstehen; so ist es nämlich insbesondere auch möglich, den Oszillator so zu beschälten, dass erst bei Annäherung, etwa mit einer Hand, die Oszillation beginnt; diesem Lösungsaspekt liegt der Ansatz zugrunde, dass durch entsprechende niedrige Einstellung des Ladestroms (mit hohem Vorwiderstand) und dem durch die Annäherung der Hand bedingten Frequenzabfall die dieelektrischen Verluste ao gering werden, dass bei Annäherung der Oszillator zu schwingen anfängt (während er ansonsten so eingestellt ist, dass, ohne Annäherung bzw. Berührung, die Schwingung gerade abreißt) . Diese Ausführungsform wirkt sich insbeisondere dahingehend günstig aus, als die nachgeschaltete Signalelektronik äußerst einfach ist und lediglich den Schwingungsbzw. Nicht-Schwingungszustand der Oszillatoreinheit erkennen muss.
SL238DE7 - 6 -
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
Fig. 1: ein Schaltbild zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Oszillatoreinheit im Rahmen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2: eine Realisierung der Oszillatoreinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit bidirektionaler Elektrode;
Fig. 3: eine Schaltung der Oszillatoreinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit aktiver sowie mit Gegenelektrode;
Fig. 4: ein Prinzipschaltbild mit einem experimentellen Aufbau der Oszillatoreinheit und nachgeschalteter, einfacher Signalelektronik;
Fig. 5 bis
Fig. 8: typische Elektrodenkonfigurationen auf
einer Leiterplatte zur Verwendung mit den
Schaltungen der Fig. 2 bis 4.
Das Schaltbild der Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der das Kernstück des erfindungsgemäßen kapazitiven Näherungssensors bildenden Oszillatoreinheit.
Ein Schmitt-Trigger 10 (etwa Teil des integrierten Vierfach-Schmitt-Triggers 4093) ist mit seinem invertierten Ausgang über einen Rückkopplungswiderstand R2 mit den parallel geschalteten Eingängen verbunden. Diese liegen über eine Kapazität Cint auf Massepotential (im vorliegenden Beispiel Erde); diese Kapazität, die insbesondere auch bereits
SL238DE7 - 7 -
durch die interne (parasitäre) Kapazität des integrierten Bausteins 10 entsteht, liegt typischerweise im Bereich von 4 pF.
Eine Berührungs-/Näherungselektrode El ist ebenfalls an den Eingang des Schmitt-Triggers 10 angeschlossen, wobei eine Berührung oder Annäherung an El eine Änderung der Gesamtkapazität C (nämlich der Parallelschaltung aus Cint und der durch die Berührung bzw. die Annäherung nach Masse geschlossenen Kapazität Cext) hervorruft.
Entsprechend ändert sich die Oszillationsfrequenz der Schaltung gemäß Fig. 1, deren Ausgangssignal -- rückgekoppelt über R2 -- kontinuierlich und mit der Oszillationsfrequenz um die Schaltschwelle des Schmitt-Triggers auf der Eingangsseite schwankt.
Diese sich als Ergebnis der Kapazitätsänderung ergebene Frequenzänderung der Schmitt-Trigger-Oszillation (üblicherweise bewirkt eine Berührung und die dadurch zusätzlich parallel liegende Kapazität CexC eine Erhöhung der Gesamtkapazität C und mithin eine Absenkung der Schwingfrequenz) ist eine Frequenzmodulation des Ausgangssignals. Von einer nachgeschalteten Auswerteelektronik kann nunmehr diese Frequenzänderung detektiert und als Berührungs- bzw. Bewegungssignal ausgegeben bzw. an angeschlossene Steuereinheiten weitergegeben werden.
Das resultierende, frequenzmodulierte Schaltsignal liegt im niederfrequenten Bereich, typischerweise im Bereich zwischen 1 und 10 KHz, und ist oberwellenarm, so dass erfindungsgemäß vorteilhaft das Umfeld nicht mit Störsignalen belastet wird. Darüber hinaus sorgt die (vergleichsweise niedrige) Betriebsfrequenz für einen niedrigen Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Schaltung, und an die Schaltzeiten bzw. Betriebsfrequenzen der verwendeten Bauelemente, insbesondere des Schmitt-Triggers, werden nur geringe
SL238DE7 - 8 - ·· ·..* *J · 3 I l\
Anforderungen gestellt, so dass insbesondere der Einsatz preiswerter integrierter Bausteine möglich ist.
Die Schaltung gemäß Fig. 2 verdeutlicht eine praktische Realisierung des Prinzipschaltbildes der Fig. 1. Der Schmitt-Trigger 10 ist wiederum als integriertes Gatter (4093) realisiert, und die gegen (Erd-) Masse gerichtete eingangsseitige Fixkapazität Cint wird durch die schaltkreiseigene parasitäre Kapazität realisiert. Am Schaltungseingang Ul ist eine einfache, bidirektional wirkende Elektrode 12 angeschlossen, die, wie in Fig. 1, bei Berührung eine zusätzliche, externe Kapazität von Ul nach Masse schafft und so die für das Schwingungsverhalten des Schmitt-Triggers 10 relevante Gesamtkapazität C am Schaltungseingang beeinflusst. Diese einfachste Version der Schaltung benötigt als Elektrode 12 lediglich irgendein elektrisch leitendes Material, wobei sich insbesondere durch die Elektrodengröße die Kapazität und damit auch die Empfindlichkeit bzw. eine Reaktionsentfernung der Schaltung beeinflussen läßt.
Als "bidirektionale Elektrode" im Sinne der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist dabei eine Elektrode zu verstehen, die -bei Ausbildung als Fläche -- keine Richtwirkung hinsichtlich einer der beiden Erfassungsrichtungen besitzt. Vielmehr beeinflusst hier eine Annährung oder Berührung die Kapazität gleichermaßen aus beiden Richtungen.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der vorbeschriebenen Ausfuhrungs formen.
Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist eingangsseitig eine unidirektionale Elektrode 14 in Form einer aktiven ("heißen") Elektrode 16 sowie einer Gegenelektrode ("kalte Elektrode") 18 vorgesehen. Diese Gegenelektrode 18 sorgt dafür, dass die Gesamtanordnung 14 lediglich hinsichtlich einer Berührung bzw. Annäherung auf die aktive Elektrode 16 reagiert, nicht jedoch in der Gegenrichtung.
SL238DE7 - 9 - ·"
Schaltungstechnisch wird dies erreicht, indem mittels einer Spannungsfolgeschaltung die Gegenelektrode 18 einerseits dem Potential der aktiven Elektrode 16 permanent und reaktionsschnell nachgeführt wird, andererseits jedoch von der Gegenelektrode 18 keine Rückwirkung auf die Oszillatorschaltung erfolgen kann. Dies wird, wie in Fig. 3 gezeigt, durch den Einsatz eines Operationsverstärkers 22 erreicht, der an seinem nicht-invertierenden Eingang das (mit Oszillationsfrequenz um die Schaltschwelle des Schmitt-Triggers schwankende) Oszillatorsignal empfängt und dieses als Spannungsfolger an die Gegenelektrode 18 anlegt. Insoweit wirkt diese Spannungsfolgeschaltung als ideale, Spannungsquelle, ohne dass eine Rückwirkung auf den Oszillator erfolgt. Während insbesondere bei kurzem Abstand zwischen unidirektionaler Elektrode 14 und Schmitt-Trigger 10 ein Standard-OpAmp (z.B. 741) ausreicht, kann es erforderlich sein, bei Benutzung einer längeren, mit der Schirmung 2 0 abgeschirmten Leitung zwischen eigentlichem Oszillator und Elektrode 14 einen Baustein mit schnellerem Schaltverhalten (z.B. LF 356) einzusetzen. Es kann also zwischen den Elektroden 16 und 18 zu keinem Ladungsaufbau kommen, gleichzeitig werden jedoch externe Felder bzw. Feldveränderungen durch die Gegenelektrode 18 aus ihrer Richtung effektiv abgeschirmt. Im Ergebnis entsteht also durch die Gegenelektrode 18 eine Abschirmung der aktiven Elektrode, d.h. es gibt aus der Richtung der Gegenelektrode 18 keinerlei kapazitiven oder ohmschen Einfluss auf die aktive Elektrode 16.
Damit eignet sich die vorliegende Schaltung gemäß Fig. 3 insbesondere auch zur Verwendung mit einer beabstandeten unidirektionalen Elektrode 14, wobei im praktischen Betrieb schon Entfernungen von mehreren Metern durch entsprechend abgeschirmte Leitungen realisiert worden sind.
SL238DE7 - 10 - · * *
Die Ausführungsform der Fig. 4 zeigt einen experimentellen Aufbau gemäß Fig. 3, an welchen eine einfache Signal- bzw. Auswerteelektronik angeschlossen ist. Für diesen besonders einfachen Fall wurden die in dem integrierten Baustein 4093 ohnehin bereits vorhandenen, weiteren Schmitt-Trigger 24, 26, 2 8 benutzt, um das am Messanschluss Al anliegende, durch Annäherung bzw. Bewegung frequenzmodulierte Oszillator-Nutzsignal auszuwerten bzw. in ein Schaltschwellensignal an A2 bzw. A3 umzusetzen.
Die Fig. 5 bis 8 verdeutlichen verschiedene Konstruktionsprinzipien und Realisierungsformen der Elektroden.
So zeigt die Fig. 5 in der Perspektivansicht zwei nebeneinanderliegende, unidirektionale Elektroden 14, jeweils bestehend aus auf einer Vorderseite einer Leiterplatte gebildeten aktiven Elektrodenflächen 16a, 16b sowie diesen jeweils zugeordnete, rückwärtig der (nicht gezeigten) Leiterplatte gebildeten Gegenelektroden 18a, 18D. Alternativ können, wie in Fig. 6 gezeigt, die jeweiligen Elektroden in einer gemeinsamen Ebene, z.B. auf einer Leiterplatte, aufgebracht sein. In der in Fig. 6 gezeigten Struktur greifen die jeweiligen Elektroden als Bestandteile einer unidirektionalen Elektrode kämmend ineinander.
Die Fig. 7 und 8 sind Ausführungsformen, bei denen eine zusätzliche Masseelektrode 30 der Gerätemasse herausgeführt ist, so dass sich diese Anwendungen insbesondere auch für einen Batteriebetrieb eignen, wo nicht bereits -- etwa über einen Netztrafo bei Netzbetrieb -- die kapazitive Verbindung zum Erdpotential hergestellt ist. Im Fall der Fig. 7 ist zusätzlich eine einfache, bidirektionale Elektrode 12 vorgesehen; die Fig. 8 stellt der Geräte-Masseelektrode 30 ein Paar aus aktiver Elektrode 16 und Gegenelektrode 18 gegenüber, so dass wiederum ein unidirektionaler Erfassungsbereich erreicht wird.
SL238DE7 - 11 - &Lgr; *!!'
Die vorliegende Erfindung ist in verschiedensten Anwendungsfeldern und Steuerungstechnologien verwendbar: So gehört insbesondere die Verwendung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Näherungssensors im Objektschutz (Gemälde, Tresore, Fenster, Schubladen uvm) , in der Haustechnik (Rauchmelder, Feuchtesensor, Lichtschalter, Dunstabzugshaube) , im Sanitärbereich (Urinalspülung, Händetrockner, Handtuchspender, Badewanne, Tastatur für Becken und Badewanne usw.), oder in der Heiztechnik (Füllstandsmesser für Tanks bzw. Leckwächter) zur vorliegenden Erfindung, genauso wie Anwendungen in der KFZ-Technik, wie etwa ein Abstandswarner.
Weitere mögliche Verwendungen, die von der vorliegenden Erfindung mitumfasst sind, liegen im Bereich der Garten-, Umwelt- und Landwirtschaftstechnik, so etwa bei der Steuerung bzw. Aktivierung von Beregnungseinheiten, im Eiereich der Handwerkstechnik (Balken- und Hohlraumsucher), der Medizintechnik, (vielfältige Anwendungen, so etwa Detektion von Feuchtigkeit im Bett, Hilfen für Behinderte) oder in dem großen Einsatzgebiet der Industrieautomation und Robotik (hier bieten sich zahlreiche Verwendungen an, etwa als Näherungsschalter, Zielschranken, Füllstandswächter, Durchschlusskontrolle, Sortieranwendungen, Führung bzw. Abstandssensorik von Robotern oder anderen mobilen Einheiten) .
Ein Schwerpunkt-Anwendungsbereich für die vorliegende Erfindung könnte auch bei Spielwaren oder im Modellbau liegen, so etwa bei berührungsaktivierten Spielen oder Puppen, sowie zur Steuerung von Datenverarbeitungsgeräten, etwa als Maus-ähnliche Dateneingabeeinheit.
Konkret umsetzen läßt sich die vorliegende Erfindung insbesondere auch als -- zu den zahlreichen bekannten Lösungsansätzen bekannten -- alternative Sicherheitseinrichtung für Bügeleisen auf einem Bügeltisch: Während gängige Lösungen zur Verhinderung einer Brandgefahr bzw. zur Deaktivierung
SL238DE7 - 12 - ·; *..*
über einen längeren Zeitraum stillstehender Bügeleisen üblicherweise bewegungs- bzw. zeitgesteuerte Sensoren im Bügeleisen selbst besitzen, bietet die vorliegende Erfindung als kapazitiv wirkende Unterlage (Elektrode) auf einem Bügelbrett unterhalb des Bügelgutes, die als Reaktion auf eine Bügelbewegung eine Signaländerung anbietet, die Möglichkeit, das gewünschte Ziel mit geringstem Aufwand u:ad höchster Betriebssicherheit zu erreichen.
Claims (17)
1. Kapazitiver Näherungssensor mit einer Oszillatoreinheit (10), die eingangsseitig mit einer eine Oszillatorfrequenz bestimmenden, eine Näherungs- /Berührungselektrode (12; 14) aufweisenden Kapazitätseinrichtung (C) und ausgangsseitig mit einer zum Auswerten einer Änderung der Oszillatorfrequenz und zum Ausgeben eines entsprechenden Detektionssignals ausgebildeten Signalelektronik verbunden ist, wobei die Kapazitätseinrichtung so ausgebildet ist, dass als Reaktion auf eine Annäherung und/oder Berührung eines menschlichen Körpers oder Körperteils die Oszillatoreinheit eine die Ausgabe des Detektionssignals bewirkende Frequenzänderung durchführt.
2. Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoreinheit (10) eine Oszillatorfrequenz im Bereich zwischen 0,5 und 20 KHz, insbesondere zwischen 1 und 10 KHz, aufweist.
3. Näherungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoreinheit mittels eines bevorzugt integrierten, einen digitalen Ausgang aufweisenden Schaltungsbausteins (10) realisiert ist.
4. Näherungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsbaustein einen Schmitt- Trigger (10) mit invertierendem Ausgang aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmitt-Trigger so geschaltet ist, dass er ein dreieck-, sinus- oder rechteckförmiges, durch eine Kapazitätsänderung der Kapazitätseinrichtung frequenzmoduliertes Oszillatorsignal im NF-Bereich an die Signalelektronik anliegen kann.
6. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoreinheit einen hochohmigen Eingang aufweist, welcher über eine diskrete oder parasitäre Kapazität mit einem Fixpotential, insbesondere Massepotential, verbunden ist, und welcher mit der Näherungs-/Berühungselektrode verbunden ist.
7. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungs- /Berührungselektrode (14) mehrteilig und mit einer Richtwirkung ausgebildet ist.
8. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungs- /Berührungselektrode eine durch Annäherung oder Berührung eine Kapazitätsänderung der Kapazitätseinrichtung hervorrufende, aktive Elektrode (16) sowie eine Gegenelektrode (18) aufweist, die hochohmig von der Oszillatoreinheit entkoppelt und so ausgebildet ist, dass sie keinen ohmschen oder kapazitiven Einfluss auf die aktive Elektrode ausübt.
9. Näherungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode mittels einer Spannungsfolgeschaltung (22) mit dem Eingang der Oszillatoreinheit (10) verbunden ist, wobei die Spannungsfolgeschaltung insbesondere mittels eines auf Signaländerungen in der Oszillatorfrequenz reagierenden Operationsverstärkers realisiert ist.
10. Näherungssensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode mit einer Abschirmeinrichtung (20) für die aktive Elektrode verbunden ist, wobei die Näherungs-/Berührungselektrode bevorzugt mit einer die Abschirmvorrichtung realisierenden, abgeschirmten Leitung mit der Oszillatinreinheit verbunden ist.
11. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungs- /Berührungselektrode als mindestens ein Paar einander zumindest teilweise überlappender, einen konstanten Abstand voneinander aufweisender Leiterflächen, insbesondere Leitungsschichten einer Leiterplatte, realisiert ist.
12. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungs- /Berührungselektrode als mindestens ein Paar einander benachbarter, in einer Ebene angeordneter Leiterflächen, insbesondere Leitungsschichten einer Leiterplatte, realisiert ist.
13. Näherungssensor nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von aktiven und Gegenelektroden der Näherungs-/Berührungselektrode, die abwechselnd in der Ebene angeordnet sind.
14. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoreinheit so ausgebildet und beschaltet ist, dass als Reaktion auf eine Berührung oder Annäherung die Oszillation abreißt oder beginnt.
15. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungssensor Detektorelement einer Steuereinheit für eine Sanitäreinrichtung, insbesondere Waschbecken, Badewanne, Whirlpool oder WC, ist und bevorzugt hinter einer Porzellan- oder Keramikfläche der Sanitäreinrichtung zur Betätigung durch Annäherung oder Berührung anbringbar ist.
16. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungssensor Detektorelement einer Objektschutz- und/oder Alarmvorrichtung, insbesondere für Gemälde, Tresore, Fenster, Schubladen, ist.
17. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungssensor Detektorelement einer Steuereinheit für Haushalts- und Haustechnikapparate, Bürotechnik-, KFZ-Technik-, Medizin-Technik-, Automatisierungs-, Robotik-, Handwerk- oder Spielzeugvorrichtung ist und insbesondere zum Einbau in bzw. zum Betrieb mit einem Bügeleisen, einem Bügelbrett, einen Licht- oder sonstigen elektrischen Schalter, einen Rauchmelder, einen Feuchtesensor, eine Dunstabzugshaube, einen Händetrockner, einen Handtuchspender, eine Tastatur, eine Füllstands-Messeinrichtung für Behälter oder Tanks, einen Abstandswarner, eine Bewässerungs- bzw. Berieselungseinheit, einen Leitungs-, Balken- bzw. Hohlraumsucher, eine Zählschranke, eine Sortiervorrichtun~, eine Roboter-Führungseinheit, eine Puppe, ein Dateneingabegerät für Datenverarbeitungsvorrichtungen, ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29822566U DE29822566U1 (de) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | Kapazitiver Näherungssensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29822566U DE29822566U1 (de) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | Kapazitiver Näherungssensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29822566U1 true DE29822566U1 (de) | 2000-05-04 |
Family
ID=8066832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29822566U Expired - Lifetime DE29822566U1 (de) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | Kapazitiver Näherungssensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29822566U1 (de) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE20017457U1 (de) | 2000-10-11 | 2001-01-25 | DREEFS GmbH Schaltgeräte und Systeme, 96364 Marktrodach | Berührungssensor |
| DE10206968A1 (de) * | 2002-02-19 | 2003-08-21 | Tegralis Gmbh | Verfahren zur Erkennung einer Bedienung einer Handhabe mit einem kapazitiven Sensor |
| DE102005041112A1 (de) * | 2005-08-30 | 2007-03-01 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Kapazitiver Annäherungsschalter und Haushaltgerät mit einem solchen |
| US7375656B2 (en) | 2004-12-17 | 2008-05-20 | Diehl Ako Stiftung & Co. Kg | Circuit configuration for a capacitive touch switch |
| FR2952446A1 (fr) * | 2009-11-09 | 2011-05-13 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de commande a distance de fonction(s) d'un systeme par perturbation d'un champ electrique genere par un capteur |
| DE202016101317U1 (de) | 2016-03-10 | 2016-05-20 | Esylux Gmbh | Bewegungs- oder Präsenzmelder mit Näherungsschalter |
| EP2713517B1 (de) * | 2006-01-31 | 2018-01-03 | Ares Trading S.A. | Injektionsvorrichtung mit einem kapazitiven Näherungssensor |
-
1998
- 1998-12-18 DE DE29822566U patent/DE29822566U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE20017457U1 (de) | 2000-10-11 | 2001-01-25 | DREEFS GmbH Schaltgeräte und Systeme, 96364 Marktrodach | Berührungssensor |
| DE10206968A1 (de) * | 2002-02-19 | 2003-08-21 | Tegralis Gmbh | Verfahren zur Erkennung einer Bedienung einer Handhabe mit einem kapazitiven Sensor |
| US7375656B2 (en) | 2004-12-17 | 2008-05-20 | Diehl Ako Stiftung & Co. Kg | Circuit configuration for a capacitive touch switch |
| DE102005041112A1 (de) * | 2005-08-30 | 2007-03-01 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Kapazitiver Annäherungsschalter und Haushaltgerät mit einem solchen |
| EP2713517B1 (de) * | 2006-01-31 | 2018-01-03 | Ares Trading S.A. | Injektionsvorrichtung mit einem kapazitiven Näherungssensor |
| FR2952446A1 (fr) * | 2009-11-09 | 2011-05-13 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de commande a distance de fonction(s) d'un systeme par perturbation d'un champ electrique genere par un capteur |
| DE202016101317U1 (de) | 2016-03-10 | 2016-05-20 | Esylux Gmbh | Bewegungs- oder Präsenzmelder mit Näherungsschalter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE10011229B4 (de) | Berührungssensor | |
| EP1775650B1 (de) | Bedienvorrichtung für ein Elektrogerät | |
| DE60036083T2 (de) | Berührungsschalter mit integriertem kontrollschatkreis | |
| DE102006062393B4 (de) | Bedienanordnung für ein Haushaltsgerät | |
| DE102005049995A1 (de) | Bedienvorrichtung für ein Elektrogerät und Bedienverfahren zur Bedienung eines Elektrogerätes | |
| DE10256464B4 (de) | Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Geräts sowie Gerätesteuerung für elektrische Geräte | |
| EP1961876B1 (de) | Vorrichtung zur elektrischen Auslösung einer WC-Spülung | |
| CH707868B1 (de) | Kapazitive Sensorvorrichtung und Installationen mit einer solchen Sensorvorrichtung. | |
| EP2422009B1 (de) | Programmwähler für ein hausgerät, insbesondere für eine waschmaschine, und hausgerät mit einem solchem programmwähler | |
| DE102007057087A1 (de) | Bedieneinrichtung für ein Elektrogerät und Verfahren zum Betrieb einer Bedieneinrichtung | |
| DE8033570U1 (de) | Kapazitiver beruehrungsschalter fuer elektrische hausgeraete | |
| DE29822566U1 (de) | Kapazitiver Näherungssensor | |
| WO2018055057A1 (de) | Elektromotorischer möbelantrieb und möbel | |
| EP1849137A1 (de) | Elektrische schaltungsanordnung | |
| DE20017457U1 (de) | Berührungssensor | |
| DE102009016355B3 (de) | Messelektrodenanordnung zur verbesserten Näherungsdetektion | |
| DE10121008B4 (de) | Kapazitive Tastatur mit Auswerteschaltung | |
| EP2624453A2 (de) | Vorrichtung zur Betätigung eines in oder an einem Körper angeordneten elektrischen Verbrauchers | |
| WO2010089206A1 (de) | Kapazitiver berührungssensor | |
| EP2088251A2 (de) | Vorrichtung zur elektrischen Auslösung eines Spülvorgangs in einer sanitären Einrichtung | |
| EP2348638B1 (de) | Kapazitiver Berührungs- und/oder Annäherungsschalter | |
| DE102015015534A1 (de) | Berührungssensitive Bedienvorrichtung mit Luftkondensatoren und flexibler Leiterplatte | |
| DE19744791A1 (de) | Anordnung für eine kapazitive Tastatur | |
| DE202008013083U1 (de) | Berührungs- und Schaltschwellenerkennung in kapazitiven Schaltern | |
| EP1876515A1 (de) | Bedienvorrichtung |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20000608 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20020228 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20050203 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20070703 |