DE3536356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erfassen einer Annäherung eines Objekts an eine Sensorplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine nach der deutschen Offenlegungsschrift 32 45 803 bekannte Schaltungsanordnung dieser Art spricht nicht auf die Richtung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und der Sensorplatte an. Das Einschalten der Schaltung hängt nur vom Abstand des Objekts von der Sensorplatte ab.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die mit Sicherheit die Schaltung nur dann einschaltet oder ausschaltet, wenn sich das Objekt der Sensorplatte nähert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.

Durch das Ein- oder Ausschalten des Schalters kann beispielsweise eine elektrische Einrichtung ein- oder ausgeschaltet werden.

Um den Schaltkreis erst oberhalb einer vorgegebenen Annäherungsgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und der Sensorplatte einzuschalten bzw. auszuschalten, ist vorzugsweise eine Ausbildung nach Anspruch 2 vorgesehen.

Nach der deutschen Offenlegungsschrift 32 45 803 benötigt man zum Einschalten und zum Ausschalten der elektrischen Einrichtung zwei verschiedene Sensorplatten. Die Erfindung kommt mit einer einzigen Sensorplatte aus.

Ein einfacher Aufbau der Schaltungsanordnung, die überdies dafür sorgt, daß eine nur kurzfristige An­ näherung des Objekts an die Sensorplatte keine Schalt­ wirkung hat, ist in Anspruch 3 angegeben. Eine Umschalt- und Schaltungsanordnung mit zwei parallel geschalteten Verstärkern, von denen der eine Verstärker die von ihm verstärkte Gleichspannung mit einer Zeitverzögerung gegen­ über der von dem anderen Verstärker verstärkten Gleich­ spannung abgibt und bei der die beiden verstärkten Gleich­ spannungen an je einen Eingang eines Komparators liegen, ist an sich nach der deutschen Offenlegungsschrift 24 32 841 bekannt.

Um Rauschen in der Wechselspannung zu unterdrücken, ist bevorzugt eine Ausbildung nach Anspruch 4 vorgesehen.

Ein besonders einfacher Aufbau des Schalters ist in Anspruch 5 angegeben. Die Reihenschaltung eines Transistors mit einem Relais in einem Schalter einer dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ähnlichen Schaltungs­ anordnung ist an sich nach der britischen Patentan­ meldung 20 54 151 bekannt.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die zur Erklärung des der Erfindung zugrunde lie­ genden Prinzips dient, durch welches ein Objekt erfaßt wird;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das eine Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Annäherungsschalt­ vorrichtung zeigt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das einen Objektde­ tektor der Annäherungsschaltvorrichtung dar­ stellt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das einen Spannungs­ fluktuations-Erfassungsschaltkreis in dem Objektdetektor darstellt; und

Fig. 5 ein Zeitablaufdiagramm, das die Signale dar­ stellt, die an verschiedenen Punkten des Spannungsfluktuations-Erfassungsschaltkreises auftreten.

Nach Fig. 1, die das Grundprinzip der Erfindung darstellt, durch welches ein Objekt erfaßt wird, wenn ein Hochfrequenz­ signal an einen eine Elektrodenplatte 1 und einen Widerstand R aufweisenden Serienschaltkreis angelegt wird, wird eine nichtgeerdete oder frei schwebende Kapazität C in Abhängig­ keit vom Abstand zwischen der Elektrodenplatte 1 und einem zu erfassenden Objekt 2 variiert, und demgemäß wird auch eine hochfrequente Ausgangsspannung an einem Knoten zwischen der Elektrodenplatte 1 und dem Widerstand R variiert. Des­ halb kann die Elektrodenplatte 1 als ein Sensor benutzt werden, der durch Abtasten einer Abnahme der Ausgangsspan­ nung detektiert, wenn das Objekt 2 an ihn angenähert wird.

Nach Fig. 2, die eine Ausführungsform der Erfindung dar­ stellt, umfaßt eine gemäß dem oben dargelegten Grundprinzip konstruierte Annäherungsschaltvorrichtung einen Objektde­ tektor 3 zum Detektieren bzw. Erfassen einer Annäherung des Objekts 2 an den Sensor 1, ein Flip-Flop 4, das den Zustand in Abhängigkeit von einem die Annäherung des Ob­ jekts 2 anzeigenden Ausgangssignal aus dem Objektdetektor 3 ändert, einen Schalttransistor Tr, der auf der Basis des Zustandes des Q-Ausgangs des Flip-Flops 4 ein- und aus­ geschaltet wird, und einen Relaisschalter RL, der durch den Schalttransistor erregt oder abgeschaltet wird. Zur Vervollständigung ihres Energieversorgungsschaltkreises ist durch einen Kontakt des Relais eine elektrische Ein­ richtung 5 geschaltet.

Der Objektdetektor 3 ist in der Fig. 3 präziser dargestellt. Nach dieser Fig. 3 umfaßt der Objektdetektor 3 einen Oszil­ lator 31 zur Erzeugung eines konstanten Frequenzsignals, ein Netzwerk 32, das an den Ausgang des Oszillators 31 an­ geschlossen ist und einen Sensor 1 aufweist, der an einem Mittelpunkt des Widerstandes in dem Netzwerk angeschlossen ist, ein Bandpaßfilter und einen Verstärker 33 zur Rausch­ unterdrückung und zum Verstärken einer hochfrequenten Aus­ gangssignalspannung, die durch das Netzwerk 32 erzeugt wird, einen Detektor 34 zum Detektieren des verstärkten Aus­ gangssignals, und einen Spannungsfluktuations-Erfassungs­ schaltkreis 35, der eine Abnahme des detektierten Spannungs­ signals (d. h. eine Annäherung des Objekts) abtastet und einen Einschaltbefehl für das Flip-Flop 4 erzeugt, wenn die Abnahme des Spannungssignals eine vorgewählte Grenze über­ schreitet.

Bei einer solchen Anordnung ist es verständlich, daß das Netzwerk 32, wenn ihm ein Hochfrequenzsignal konstanter Frequenz Fo aus dem Oszillator 31 zugeführt wird, eine richtig gedämpfte hochfrequente Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zum Abstand zwischen dem Sensor 1 und dem sich annähernden Objekt 2 ist. Die hochfrequente Aus­ gangsspannung wird dem Bandpaßfilter und dem Verstärker 33 zugeführt, wo das in dem Sensor 1 und dgl. induzierte Rau­ schen eliminiert und nur die Hochfrequenzkomponente der Frequenz Fo verstärkt wird. Das verstärkte Frequenzsignal wird in dem Detektor 34 detektiert, der ein Gleichspan­ nungssignal mit einer Amplitude erzeugt, die jener des Eingangsfrequenzsignale an dem Spannungsfluktuations-Erfas­ sungsschaltkreis 35 entspricht. Dann fühlt der Spannungs­ fluktuations-Erfassungsschaltkreis 35 die Abnahme des ihm zugeführten Gleichspannungssignale ab und erzeugt den Ein­ schaltbefehl für das Flip-Flop 4, wobei die Anwesenheit des Objekts 2 angezeigt wird, wenn die Abnahme des Span­ nungssignals die vorgewählte Grenze überschreitet bzw. unter­ schreitet. Der Q-Ausgang des Flip-Flops 4 nimmt einen hohen Pegel an und schaltet dadurch den Schalttransistor Tr ein. Dies bewirkt, daß der Relaisschalter RL zum Schließen des Kontaktes erregt wird. Demgemäß ist die elektrische Ein­ richtung 5 eingeschaltet.

Außerdem wird während der Zeit, in der die elektrische Ein­ richtung 5 eingeschaltet bleibt, wenn sich das Objekt 2 noch einmal dem Sensor 1 genähert hat, die Gegenwart des Objekts 2 auch durch den Spannungsfluktuations-Erfassungsschaltkreis 35 detektiert, der einen Abschaltbefehl für das Flip-Flop 4 zur Änderung des Zustandes erzeugt. Dann nimmt der Q-Aus­ gang des Flip-Flops 4 einen niedrigen Pegel an, wodurch der Transistor Tr abgeschaltet wird. Der Relaisschalter RL wird zum Öffnen des Kontaktes ausgeschaltet, mit dem Ergebnis, daß die elektrische Vorrichtung bzw. Einrichtung 5 ausge­ schaltet wird.

Nach Fig. 4 umfaßt der Spannungsfluktuations-Erfassungs­ schalter 35 einen ersten Verstärker 341 zum Verstärken der Ausgangsspannung Vo des Detektors 34, einen zweiten Ver­ stärker 342 zum Verstärken derselben Ausgangsspannung Vo unter Einführung einer gewissen Verzögerung, einen Kom­ parator 343 zum Vergleich der verstärkten Ausgangsspan­ nungen V 1 und V 2 sowohl des ersten als auch des zweiten Verstärkers, und einen Entscheidungsschaltkreis 344 zur Bestimmung, ob die Zeitdauer des Ausgangssignals S des Komparators 343 den vorgewählten Wert überschreitet oder nicht. Die Verstärker 341 und 342 sind so ausgebildet, daß sie dieselbe Verstärkung haben. Eine Offsetspannung des Komparators 343 ist so eingestellt, daß sie ein Ausgangs­ signal niedrigen Pegels erzeugt, wenn V 1 ≧ V 2 ist, und ein Ausgangssignal hohen Pegels, wenn V 1 < V 2 ist.

Bei einer solchen Anordnung des Spannungsfluktuations- Erfassungsschaltkreises und unter Bezugnahme auf die Fig. 5, nimmt, wenn die Eingangsspannung Vo mit einer Periode T ab­ nimmt, auch die Ausgangsspannung V 1 des Verstärkers 341 mit der gleichen Periode T ab, jedoch nimmt die Ausgangs­ spannung V 2 des Verstärkers 342 mit einer gewissen Zeit­ verzögerung Td ab. Folglich wird in dem Zeitintervall T + Td die Spannung V 1 kleiner als die Spannung V 1 (V < V 2), so daß das Ausgangssignal S des Komparators 343 auf hohem Pe­ gel bleibt. Jedoch unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Abnahmeperiode T der Eingangsspannung Vo mit dem Ab­ stand zwischen dem Sensor 1 und dem Objekt 2 variiert, be­ stimmt der Entscheidungsschaltkreis 344, daß das Objekt 2 erfaßt worden ist, wenn die Zeitdauer des Ausgangssignals S den vorgewählten Wert überschreitet und erzeugt abwech­ selnd die Einschalt- und Ausschaltbefehle für das Flip- Flop 4. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Position des Objekts 2 in bezug auf den Sen­ sor 1 stationär bleibt, so daß die Eingangsspannung Vo kon­ stant bleibt, die Spannung V 1 gleich der Spannung V 2 (V 1 = V 2) wird, wohingegen dann, wenn das Objekt 2 sich von dem Sensor fortbewegt, die Spannung V 1 größer als die Spannung V 2 (V 1 < V 2) wird. In jedem Fall nimmt das Ausgangssignal S des Komparators einen niedrigen Pegel ein, wodurch ein Schaltbefehl erzeugt wird.

Folglich erzeugt die erfindungsgemäße Annäherungsschaltvor­ richtung eine kontaktlose Schaltfunktion eine elektrischen Einrichtung 5 nur durch Annäherung eines Objekts 2 (bei­ spielsweise einer Hand einer Person) an dem Sensor 1. Ins­ besondere liefert sie eine gute Handhabbarkeit einer elek­ trischen Vorrichtung, beispielweise eines in dem Fahrzeug befestigten Autoradios dadurch, daß es selbst bei fahrendem Fahrzeug leicht ein- und ausgeschaltet werden kann. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung effektiv in einem solchen Fall benutzt werden, in der ein Haushaltsgerät, beispielsweise eine Schreibtischlampe, in der Dunkelheit ein­ zuschalten ist. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfin­ dung nicht nur zum Schalten einer elektrischen Einrichtung oder Vorrichtung verwendbar, sondern auch zur Betätigung eines Alarmsystems, bei dem der Sensor 1 in der Nähe der Tür und die elektrische Einrichtung 5 durch eine Alarmeinrich­ tung ersetzt ist, die ein hörbares Signal erzeugt, wenn sich irgendjemand der Tür nähert.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die vorliegende Erfin­ dung eine Annäherungsschaltvorrichtung angibt, die eine Ein­ richtung zum Wandeln einer Änderung in einer frei schweben­ den Kapazität zwischen einer Elektrodenplatte, d. h. einem Sensor, und einem zu erfassenden Objekt in eine Änderung eines Frequenzsignals, eine Einrichtung zum Erfassen einer Annährung des Objekts in Abhängigkeit von der Dämpfung des Frequenzsignals und eine Einrichtung zum abwechselnden Ein- und Ausschalten einer elektrischen Einrichtung jedesmal dann umfaßt, wenn ein die Erfassung des Objekts anzeigendes Ausgangssignal erzeugt wird. Die in einer solchen verein­ fachten Form konstruierte erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß eine kontaktlose, zuverlässige Schalt­ funktion einer elektrischen Vorrichtung erzielt wird.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zum Erfassen einer Annäherung eines Objekts (2) an eine Sensorplatte (1), die zusammen mit dem Objekt (2) eine Kapazität (C) in einem Netzwerk (32) bildet, die eine dem Netzwerk (32) zugeführte Wechselspannung (Fo) mit zunehmender Annäherung des Objekts (2) an die Sensorplatte (1) zunehmend dämpft, mit einem Detektor (34) der die ihm zugeführte, gedämpfte Wechsel­ spannung in eine Gleichspannung (VO) mit einer der Amplitude der gedämpften Wechselspannung entsprechenden Höhe umwandelt, und mit einem auf Änderungen dieser Gleichspannung (VO) ansprechenden Schaltkreis (35), der einen Schalter (4, Tr, RL) im Sinne eines Einschaltens einer elektrischen Schaltung (5) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (35) auf die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt (2) und der Sensorplatte (1) anspricht und den Schalter (4, Tr, RL) im Sinne einer Ein- oder Ausschaltung der elektrischen Schaltung (5) betätigt, wenn sich das Objekt (2) der Sensorplatte (1) nähert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (35) dem Schalter (4, Tr, RL) im Sinne einer Ein- oder Ausschaltung der elektrischen Schaltung (5) betätigt, wenn die Annäherungsgeschwindigkeit des Objekts (2) an die Sensorplatte (1) ein vorgegebenes Maß überschreitet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaltkreis (35) eingangsseitig in Parallelschaltung zwei Verstärker (341, 342) gleichen Ver­ stärkungsgrades aufweist, von denen der eine Verstärker (342) die von ihm verstärkte Gleichspannung (V 2) mit einer Zeit­ verzögerung (Td) gegenüber der von dem anderen Verstärker (341) verstärkten Gleichspannung (V 1) abgibt, und daß die beiden verstärkten Gleichspannungen (V 1, V 2) an je einem Eingang eines Komparators (343) liegen, der über einen nach einer vorgegebenen Zeitdauer wirksam werdenden Ent­ scheidungsschaltkreis (344) den Schalter (4, Tr, RL) betätigt.

4. Schaltunganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Netzwerk (32) und dem Detektor (34) ein die gedämpfte Wechselspannung (Fo) durchlassendes, Rauschen unterdrückendes Bandpaßfilter (33) liegt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4, Tr, RL) eingangs­ seitig ein Flip-Flop (4) aufweist, das ausgangsseitig über einen Transistor (Tr) ein Relais (RL) schaltet.