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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen für die Toilettenentlüftung. Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Toilettenentlüftungsvorrichtung, die in einem
Tank einer Toilette angeordnet ist und einen Radarsensor aufweist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
Vielfalt von Vorrichtungen werden verwendet, um Gerüche aus
der Luft in Toiletten und Badezimmern zu entfernen oder zu vermindern.
Deckenventilatoren sind ein Beispiel für solche Vorrichtungen. Andere
Beispiele umfassen Luftfiltervorrichtungen, die Gerüche aus
der Umgebung einer Toilette einschließlich der Schüssel der
Toilette entfernen. Einige Vorrichtungen beruhen auf der Verwendung eines
elektrisch betriebenen Ventilators bzw. Gebläses oder einer Absaugvorrichtung
zum Entfernen der Luft. Für
gewöhnlich
ist der kontinuierliche Betrieb des Gebläses oder der Absaugvorrichtung
wegen der Abnutzung des Motors oder anderer mechanischer und elektrischer
Bauteile des Gebläses
oder der Absaugvorrichtung und/oder wegen des kontinuierlichen Verbrauchs
von Elektrizität
nicht wünschenswert.
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Einige
herkömmliche
Luftfiltervorrichtungen sind für
eine Anordnung ausserhalb der Toilette oder für eine Anbringung an der Toilette
ausgelegt. Ein Nachteil dieser Vorrichtungen ist es, dass die Vorrichtung
exponiert ist und möglicherweise ästhetisch nicht
ansprechend ist und/oder unbefugten Eingriffen ausgesetzt ist. Andere
herkömmliche
Luftfiltervorrichtungen sind für
einen Betrieb in der Toilette ausgelegt, jedoch erfordern viele
dieser Vorrichtungen eine (häufig
umfangreiche) Modifikation der Toilette und/oder eine speziell konstruierte
Toilette. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein Abdichten des
Toilettentanks, die Anbringung von zusätzlichen Schläuchen oder
Rohrleitungen an der Toilette, und/oder die Ausbildung von Sensorfenstern
im Tank oder in einem anderen Teil der Toilette erfordern. Diese
Vorrichtungen sind für
gewöhnlich
nicht unproblematisch bzw. nicht für die Nachrüstung bereits vorhandener Toiletten
geeignet.
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Es
wurde eine Anzahl von Luftfiltervorrichtungen entwickelt, die Schalter
zum Ein- und Ausschalten des Gebläses oder der Absaugvorrichtung verwenden.
Manuelle Schalter können
von einem Anwender betätigt
werden, sind aber für
gewöhnlich unpraktisch.
In Folge dessen wurden Vorrichtungen mit automatischen Schaltern
entwickelt. Ein herkömmlicher
Schaltertyp ist ein Druckschalter. Der Schalter kann z.B. unter
dem Toilettensitz angeordnet sein. Der Schalter wird betätigt, wenn
ein Anwender auf der Toilette sitzt, und frei gegeben, wenn der Anwender
aufsteht. Ein Nachteil dieses Typs von Druckschalter ist es, dass
er exponiert ist und beschädigt,
mutwillig demoliert, oder durch Schmutz, Staub oder andere Verunreinigungen
defekt werden kann.
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Ein
weiterer Typ eines herkömmlichen Schalters
ist ein Infrarotsensor. Infrarotlicht wird von einer Infrarotquelle
wie etwa einer lichtemittierenden Diode (LED) abgegeben und von
einem Anwender auf eine Infraroterfassungseinrichtung wie etwa eine Fotozelle
reflektiert. Die Anwendung einer Infraroterfassung weist mehrere
Beschränkungen
auf. Zuerst einmal kann Infrarotstrahlung die meisten Materialien wegen
ihrer kurzen Wellenlänge
nicht durchdringen. Daher sind Infrarotsender und -erfassungseinrichtungen
für gewöhnlich entweder
exponiert angeordnet oder hinter einem Fenster aus einem Material,
das für Infrarotstrahlung
transparent ist. Zusätzlich
können Infrarotsensoren
unbeabsichtigt oder absichtlich durch das Vorhandensein eines Materials
wie etwa Papier, Staub oder Stoff gegenüber dem Sender oder der Erfassungseinrichtung
blockiert werden.
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Ein
weiterer Nachteil einer Infraroterfassung ist es, dass das Reflexionsvermögen von
Gegenständen
wie etwa Kleidung stark verschieden sein kann. Daher muss die Infraroterfassungseinrichtung für eine breite
Variation der Stärke
von reflektierten Signalen empfindlich sein. Es besteht die Gefahr, dass
die Erfassungseinrichtung einen Anwender mit Kleidung oder anderen
Artikeln, die Infrarotstrahlung absorbieren oder nur schwach reflektieren,
nicht erfassen kann. Des Weiteren unterscheiden herkömmliche
Infrarotsensoren nicht hinsichtlich der Entfernung eines Objektes
von dem Sensor. Daher unterscheidet ein Infrarotsensor möglicherweise
nicht zwischen einer Person, die eine Toilette benutzt, und einer
Person, die in der Nähe
der Toilette steht. Diese Nachteile von Infraroterfassungseinrichtungen
können
ein fehlerhaftes Ansprechen durch die Toilettenentlüftungsvorrichtung
(z.B. einen kontinuierlichen oder intermittierenden Betrieb des
Gebläses
oder der Absaugvorrichtung) verursachen.
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Die
EP 0550388 beschreibt eine
Vorrichtung zum Beseitigen von unangenehmen Toilettengerüchen direkt
aus dem Wasserklosett. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Absaugen
von unangenehmen Gerüchen
unmittelbar aus der Schüssel
des Wasserklosetts auf.
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Die
US 5606747 beschreibt ein
Toilettenschüssel-Absaugsystem
zur Verwendung in einem Toilettentank. Ein Gebläse ist im Inneren des Tanks angeordnet
und mit einem Filter verbunden, der aus dem Tank abgegebene und
aus der Toilettenschüssel stammende
Gerüche
ausfiltert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen für die Toilettenentlüftung unter
Verwendung eines Radarsensors, um den Betrieb der Vorrichtung im
Ansprechen auf die Gegenwart und gegebenenfalls die Abwesenheit
eines Anwenders zu steuern. Eine Ausführungsform ist eine Toilettenentlüftungsvorrichtung
für die
Anordnung innerhalb einer Toilette, z.B. im Tank einer Toilette.
Die Toilettenentlüftungsvorrichtung
weist ein Gehäuse
auf, das eine Lufteinlassöffnung
und eine Luftauslassöffnung definiert.
Im Inneren des Gehäuses
befinden sich eine Luftbewegungseinrichtung zum Einsaugen von Luft
in die Vorrichtung, ein Filter zum Entfernen von schlecht riechenden
Elementen in der Luft, und ein Radarsensor zum Aktivieren der Luftbewegungseinrichtung
im Ansprechen auf die Gegenwart eines Anwenders sowie gegebenenfalls
zum Deaktivieren der Luftbewegungseinrichtung, wenn der Anwender
weg geht. Die Toilettenentlüftungsvorrichtung
ist dazu konfiguriert und ausgelegt, unter Verwendung der Luftbewegungseinrichtung
Luft aus der Toilette, durch die Lufteinlassöffnung, in Kontakt mit dem
Filter, und aus der Luftauslassöffnung
hinaus abzuziehen. Bei einem Betriebsmodus ist die Toilettenentlüftungsvorrichtung über der Überlaufleitung
der Toilette angeordnet, um Luft aus der Schüssel der Toilette, durch die Überlaufleitung,
und in die Toilettenentlüftungsvorrichtung
abzuziehen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist eine Toilettenentlüftungsvorrichtung mit einem
Gehäuse,
das eine Lufteinlassöffnung
und eine Luftauslassöffnung
definiert, einer Luftbewegungseinrichtung, und einem Radarsensor.
Die Luftbewegungseinrichtung und der Radarsensor sind elektrisch
gekoppelt, um die Luftbewegungseinrichtung im Ansprechen auf die
Erfassung eines Anwenders zu aktivieren. Sowohl die Luftbewegungseinrichtung
als auch der Radarsensor sind in dem Gehäuse angeordnet. Der Radarsensor
weist auf: einen Sender zum Abgeben von RF-Energieimpulsen, einen
torgesteuerten Empfänger
zum Empfangen von Reflexionen der RF-Energieimpulse, und einen Prozes sor zum
Bestimmen, ob ein Anwender zugegen ist, im Ansprechen auf die von
dem Empfänger
empfangenen Reflexionen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Entfernen von schlecht riechenden
Elementen unter Verwendung einer Toilettenentlüftungsvorrichtung, die in einer
Toilette, z.B. in dem Tank einer Toilette, angeordnet ist. Ein Radarsensor
fühlt,
ob sich eine Person in der Nähe
der Toilette befindet. Wenn sich eine Person in der Nähe der Toilette
befindet, wird eine Luftbewegungseinrichtung eingeschaltet, um Luft
aus einer Schüssel der
Toilette in die Toilettenentlüftungsvorrichtung
einzuziehen. Schlecht riechende Elemente in der Luft werden dann
unter Verwendung eines Filters entfernt. Der Radarsensor, die Luftbewegungseinrichtung
und der Filter sind sämtlich
in der Toilettenentlüftungsvorrichtung
angeordnet.
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Die
oben stehende Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung soll nicht
jede offenbarte Ausführungsform
oder jede Ausführung
der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die Figuren und die nachfolgende
detaillierte Beschreibung geben insbesondere Beispiele für diese
Ausführungsformen
an.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der Erfindung wird durch die Erwägung
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung ermöglicht.
Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Toilettenentlüftungsvorrichtung,
die im Tank einer Toilette angeordnet ist;
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2 eine
schematische Querschnittansicht der Toilettenentlüftungsvorrichtung
von 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines unteren Teils des Gehäuses der
Toilettenentlüftungsvorrichtung
von 1;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines oberen Teils des Gehäuses der
Toilettenentlüftungsvorrichtung
von 1;
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5A eine
perspektivische Ansicht einer Basis des oberen Teils des Gehäuses von 4;
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5B eine
perspektivische Draufsicht auf eine Abdeckplatte des oberen Teils
des Gehäuses von 4;
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5C eine
perspektivische Draufsicht auf einen Deckel des oberen Teils des
Gehäuses
von 4;
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5D eine
perspektivische Unteransicht der Abdeckplatte von 5B;
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6 ein
schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radarsensors;
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7 ein
schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radarsensors;
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8 schematische
Zeitdiagramme für
den Betrieb einer Ausführungsform
eines gepulsten Radarsensors gemäß der Erfindung;
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9 schematische
Zeitdiagramme für
den Betrieb einer anderen Ausführungsform
eines gepulsten Radarsensors gemäß der Erfindung;
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10 ein
Schemadiagramm des Betriebs eines gepulsten Radarsensors;
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11 ein
schematisches Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radarsensors;
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12 schematische
Zeitdiagramme für
den Betrieb einer wieder anderen Ausführungsform eines gepulsten
Radarsensors gemäß der Erfindung;
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13 ein
schematisches Blockdiagramm für
eine vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Radarsensors;
und
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14 eine
auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Toilettenentlüftungsvorrichtung.
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Obgleich
die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen
zugänglich
ist, sind konkrete Details in der Zeichnung beispielhaft gezeigt
und werden ausführlich
beschrieben. Es sollte jedoch verstanden sein, dass es nicht beabsichtigt ist,
die Erfindung auf die im Besonderen beschriebenen Ausführungsformen
zu beschränken.
Die Erfindung soll im Gegenteil alle Modifikationen, Äquivalente
und Alternativen abdecken, die gemäß der Definition durch die
beigefügten
Ansprüche
innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung liegen.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Es
wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen
zur Toilettenentlüftung anwendbar
ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen
zur Toilettenentlüftung
gerichtet, die einen Radarsensor verwenden. Auch wenn die vorliegende
Erfindung nicht dahin gehend eingeschränkt ist, so ergibt sich doch
ein Verständnis verschiedener
Aspekte der Erfindung durch eine Erörterung der Beispiele, die
nachfolgend gegeben wird.
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Eine
Toilettenentlüftungsvorrichtung
weist ein Gehäuse
mit einer Lufteinlassöffnung
und einer Luftauslassöffnung,
einer Luftbewegungseinrichtung, einem Filter und einem Radarsensor
zum Betätigen der
Luftbewegungseinrichtung auf. Bevorzugt sind alle diese Bauteile
so in dem Gehäuse
angeordnet, dass sie eine einzelne, integrierte Einheit zur Verfügung stellen.
Die Toilettenentlüftungsvorrichtung zieht
unter Verwendung der Luftbewegungseinrichtung Luft über die
Lufteinlassöffnung
in das Gehäuse. Die
Luft wird durch den Filter und aus der Luftauslassöffnung hinaus
gerichtet. Der Radarsensor schaltet die Luftbewegungseinrichtung
ein, wenn ein Anwender erfasst wird, und schaltet gegebenenfalls
die Luftbewegungseinrichtung ab, wenn kein Anwender erfasst wird.
Als Alternative kann die Vorrichtung so konfiguriert sein, dass
die Luftbewegungseinrichtung nach einem ausgewählten Zeitbetrag (z.B. 5 Minuten,
10 Minuten oder 15 Minuten) abschaltet.
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Bei
zumindest einigen Ausführungsformen sind
alle Bauteile der Toilettenentlüftungsvorrichtung im
Inneren der Toilette angeordnet. Beispielsweise kann die Toilettenentlüftungsvorrichtung
vollständig im
Inneren des Aufbaus der Toilette, z.B. im Tank der Toilette, angeordnet
sein (falls die Toilette einen Tank aufweist). Da das Material der
Toilette (z.B. Porzellan) für
gewöhnlich
keine Radarsignale blockiert, kann der Radarsensor unauffällig im
Tank oder in einem anderen Teil der Toilette angeordnet sein. Es
ist nicht nötig, Fenster
im Tank oder in einem anderen Teil der Toilette auszubilden, wie
es für
einen in der Toilette angeordneten Infrarotsensor erforderlich wäre. Zumindest
in einigen Fällen
kann die Toilettenentlüftungsvorrichtung
verwendet werden, um eine bereits vorhandene Toilette ohne zusätzliche
Modifikation der Toilette nachzurüsten.
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1 veranschaulicht
eine Ausführungsform
einer im Tank einer Toilette angeordneten Toilettenentlüftungsvorrichtung 100,
und 2 veranschaulicht schematisch einen Querschnitt
der Toilettenentlüftungsvorrichtung 100.
Obgleich die Toilettenentlüftungsvorrichtung
in Bezug auf eine Vorrichtung für
die Anordnung im Tank der Toilette veranschaulicht und beschrieben
wird, sollte es verständlich
sein, dass die Toilettenentlüftungsvorrichtung
für eine
Anordnung an einer anderen Stelle in der Toilette, z.B. in der Basis
der Toilette oder ausserhalb der Toilette, modifiziert werden kann.
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Die
Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 weist ein
Gehäuse 102,
eine Lufteinlassöffnung 104,
eine Luftauslassöffnung 106,
eine Luftbewegungseinrichtung 108, einen Filter 110 und
einen (auf einer Platine angeordneten) Radarsensor 112 auf.
Diese Ausführungsform
der Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 kann über einer Überlaufleitung 154 im
Tank 152 der Toilette 150 angeordnet sein. Bei
einem Betriebsbeispiel wird Luft von der Luftbewegungseinrichtung 108 aus
einer Schüssel 156 der
Toilette 150, durch eine oder mehr Einfassungsrandöffnungen 158 in
der Unterseite des Schüsseleinfassungsrandes 160,
entlang der Spülleitung 162,
durch die Überlaufleitung 154,
und in die Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 gezogen.
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Die
Einfassungsrandöffnungen 158,
die Spülleitung 162 und
die Überlaufleitung 154 sind
bei vielen Varianten von Toiletten herkömmliche Elemente. Wenn ein
Anwender die Toilette spült,
wird die Klappe 166 angehoben, um eine Öffnung 168 in die Spülleitung 162 freizugeben,
die es ermöglicht,
dass Wasser aus dem Tank 152 durch die Spülleitung 162 und
die Einfassungsrandöffnungen 158 fließt, um die Schüssel 156 zu
spülen
und die Spültätigkeit
zum Entfernen von Unrat zu ermöglichen.
Die veranschaulichte Toilette weist Einfassungsrandöffnungen auf,
bei denen es sich um Löcher
oder Öffnungen
in einer Einfassungsrandleitung der Toilette handelt. Andere Toiletten
haben an Stelle von Löchern
oder Öffnungen
einen Einfassungsrand mit Schlitzen. Die Überlaufleitung 154 wird
dazu verwendet, Wasser aus dem Tank 152 zu entfernen, wenn
der Wasserpegel über
die Oberseite der Überlaufleitung
ansteigt. Die Toilette weist für
gewöhnlich
auch ein Nachfüllrohr 170 auf,
das mit einer Wasserquelle 172 gekoppelt ist. Ein Ende
des Nachfüllrohres 170 ist
in oder über
der Überlaufleitung 154 angeordnet,
um die Schüssel 156 über die Überlaufleitung 154 nach
dem Spülen
nachzufüllen,
während
sich der Tank 152 wieder füllt. Die Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 kann eine Öffnung 114 in
dem Gehäuse 102 für das Nachfüllrohr 170 aufweisen.
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Es
dürfte
verständlich
sein, dass die Toilettenentlüftungsvorrichtung
für die
Verwendung mit einer Vielfalt von Toiletten, die nicht alle diese
Bauteile aufweisen, oder Toiletten, die zusätzlich Bauteile enthalten,
geeignet sein und ausgelegt werden kann. Beispielsweise kann die
Toilettenentlüftungsvorrichtung
in Toiletten verwendet werden, die keine Tanks aufweisen. Die Toilettenentlüftungsvorrichtung
kann in dem glas- bzw. porzellanartigen Material der Toilette angeordnet
und mit der Schüssel
gekoppelt sein, z.B. durch eine Leitung, durch die Wasser in die Schüssel eingeführt wird
und/oder eine Leitung, die speziell dazu vorgesehen ist, um die
Schüssel
der Toilette und die Toilettenentlüftungsvorrichtung zu verbinden.
Bei einigen Ausführungsformen
kann die Toilettenentlüftungsvorrichtung
ausserhalb der Toilette angeordnet sein, wobei die Lufteinlassöffnung der Vorrichtung
aus der Schüssel
der Toilette heraus mit einer im Aufbau der Toilette ausgebildeten
Leitung gekoppelt ist. In einigen Fällen kann die Toilettenentlüftungsvorrichtung
hinter oder an einer Toilettenwand angeordnet sein. Ein Rohr, ein
Schlauch oder eine Röhre
verbindet die Toilette mit der Vorrichtung.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist
das Gehäuse 102 der
Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 für gewöhnlich unter
Verwendung eines Plastikmaterials wie etwa Polypropylen gefertigt.
Das Plastikmaterial ist für
gewöhnlich
gegen eine Verschlechterung in Luft und Wasser beständig und
bevorzugt gegen eine Verschlechterung durch Chemikalien aus Reinigungsprodukten
für die Verwendung
im Tank beständig.
Das Gehäuse 102 kann
als ein Einzelteil oder als mehrere Teile ausgebildet sein. 3 und 4 veranschaulichen
eine Ausführungsform
eines geeigneten Gehäuses 102, das
mit einem unteren Teil 116 (3) und einem oberen
Teil 118 ausgebildet ist (4). Bei
der veranschaulichten Ausführungsform
weist der untere Teil 116 die Lufteinlassöffnung 104,
die Nachfüllrohröffnung 114,
und gegebenenfalls ein Nachfüllrohr 170 auf.
Bei der in 3 veranschaulichten Ausführungsform
weist der untere Teil 116 des Gehäuses 102 ferner einen
Kanal 124 auf, durch den Luft aus der Lufteinlassöffnung 104 auf
die Luftbewegungseinrichtung gerichtet wird, wie nachfolgend beschrieben
ist.
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Bei
der veranschaulichten Ausführungsform ist
die Lufteinlassöffnung 104 für gewöhnlich größer bemessen
als die Überlaufleitung 154.
Der Vorteil dieser Anordnung ist es, dass die Überlaufleitung 154 (wie
auch die zugeordnete Spülleitung 162 und
die Einfassungsrandöffnungen 158)
verwendet werden kann, um Luft aus der Schüssel 156 abzuziehen, dass
aber Wasser immer noch leicht in die Überlaufleitung 154 fließen kann,
wenn der Wasserpegel im Tank 152 zu hoch ansteigt. Wenn
die Lufteinlassöffnung 104 kleiner
ist, kann das Einlaufen von Wasser in die Überlaufleitung 154 behindert
werden. Ein weiterer Vorteil ist es, dass die breite Lufteinlassöffnung 104 die
Wahrscheinlichkeit verringert, dass Wasser zusammen mit der Luft
(z.B. durch Saugwirkung) in den Bereich der Luftbewegungseinrichtung 108 und/oder
des Filters 110 hochgezogen wird. Bei einigen Ausführungsformen
können
zusätzliche Öffnungen
im unteren Teil 116 des Gehäuses ausgebildet sein, um es
zu ermöglichen,
dass Luft und/oder Wasser in das bzw. aus dem Gehäuse fließen. Zumindest in
einigen Fällen
kann das Wasser im Tank 152 in die Lufteinlassöffnung 104 der
Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 aufsteigen.
Dies kann das Abziehen von Luft aus der Schüssel 156 über die Überlaufleitung 154 anstatt
aus dem Tank 152 erleichtern.
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Wieder
ein anderer Vorteil der großen
Lufteinlassöffnung
ist es, dass die Öffnung
eine Vielfalt von bereits vorhandenen Überlaufleitungen und Positionen
der Überlaufleitung
in Bezug auf die anderen Gegenstände
im Tank ermöglichen
kann. Dies erleichtert die Verwendung der Fluidströmungsvorrichtung
bei der Nachrüstung
bereits vorhandener Toiletten. Es dürfte jedoch verständlich sein,
dass bei einigen Ausführungsformen
die Lufteinlassöffnung
kleiner sein kann, insbesondere wenn die Toilettenentlüftungsvorrichtung
mit der Toilette durch eine speziell für die Vorrichtung vorgesehene
Leitung verbunden ist, und/oder die Toilette von einem der Toilettentypen ist,
die keinen Tank verwenden.
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3 veranschaulicht
auch eine Hängeanordnung 120 für die Anbringung
der Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 am
Tank 152. Die Hängeanordnung 120 kann
Haken 122 oder andere Bauteile wie etwa Befestigungselemente,
Schrauben, Anordnungen mit Muttern und Schraubbolzen und dergleichen verwenden,
um die Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 aufzuhängen, zu
befestigen, oder anderweitig am Tank 152 anzubringen. Die
Hängeanordnung 120 kann
ein integraler Teil des Gehäuses 102 sein
(z.B. der untere Teil 116 oder ein anderer Teil des Gehäuses), oder
die Hängeanordnung 120 kann
dazu konfiguriert sein, die Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 im
Tank 152 der Toilette 150 anzubringen, zu umfangen,
zu stützen,
zu verbinden, zu befestigen, oder anderweitig zu halten. Die Hängeanordnung 120 kann
einstellbare Bauteile aufweisen, damit die Position der Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 so
eingestellt werden kann, dass sie an bereits vorhandene Bauelemente
in der Toilette angepasst ist. Beispielsweise kann die Hängeanordnung 120 zum
Einstellen einer erhöhten
oder abgesenkten Position der Toilettenentlüftungsvorrichtung in der Toilette
und/oder zum Einstellen des Abstands zwischen der Toilettenentlüftungsvorrichtung
und Seitenwänden
des Tanks konfiguriert sein. Eine einstellbare Hängeanordnung kann das Nachrüsten einer
Vielfalt von verschiedenen, bereits vorhandenen Toiletten mit Toilettenentlüftungsvorrichtungen
erleichtern. Zusätzlich
oder als Alternative kann die Toilettenentlüftungsvorrichtung mit der Überlaufklappe
z.B. durch eine Schraube, einen Clip, einen Schraubbolzen oder eine
andere Befestigungseinrichtung gekoppelt sein.
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Der
obere Teil 118 des Gehäuses 102 kann als
ein einzelnes Teil oder als mehrere Teile ausgebildet sein. 5A bis 5D veranschaulichen
eine Ausführungsform
des oberen Teils 118 des Gehäuses. Diese Ausführungsform
weist eine Basis 126 (5A), eine
Abdeckplatte 128 (5B und 5D)
und einen Deckel 130 (5C) auf.
Die Basis 126 ist so konfiguriert, dass sie mit dem unteren Teil 116 des
Gehäuses 102 zusammenpasst.
Die Abdeckplatte 128 passt in den Deckel 130,
und die Basis 126 und der Deckel 130 sind so konfiguriert,
dass sie sich ineinander fügen.
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Die
Basis 126, die Platte 128, der Deckel 130 und
der untere Teil 116 können
jegliche von einer Vielfalt von Befestigungselemente wie etwa Clips, einander
formschlüssig
haltende Teile und dergleichen, und/oder Elemente für das Zusammenwirken mit
Befestigungselementen wie etwa Klebemitteln, Schrauben, Nägeln, Muttern
und Schraubbolzen, Nieten, Klammern, und dergleichen zum Befestigen oder
anderweitigen Zusammenhalten der Basis 126, der Abdeckplatte 128,
des Deckels 130 und des unteren Teils 116 aufweisen.
Bevorzugt sind die Basis 126, die Abdeckplatte 128,
der Deckel 130 und der untere Teil 116 dicht zusammen
gehalten, um das Eindringen von Luft aus dem Tank in die Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 (ausser
durch die Lufteinlassöffnung)
zu verhindern oder zu vermindern. Dies kann auch das Einfließen von
Wasser in den oberen Teil 118 des Gehäuses 102 und eine
mögliche
Beschädigung
der Luftbewegungseinrichtung und des Radarsensors verhindern.
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Die
Basis 126 und Deckel 130 definieren einen Luftaustrittkanal 142,
der sich von der Luftbewegungseinrichtung zu der Luftauslassöffnung 106 erstreckt.
Der Filter ist innerhalb dieses Luftaustrittkanals 142 angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen
kann das Gehäuse 102 so
konfiguriert sein, dass der Filter durch teilweises oder vollständiges Zerlegen
der Vorrichtung und/oder ohne Zerlegen oder mit nur teilweisem Zerlegen
durch die Luftauslassöffnung
herausgenommen werden kann. Dadurch kann der Filter gewechselt werden.
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Die
Basis 126 und/oder der Deckel 130 können auch
Rippen 134 aufweisen, bei denen der Filter (nicht gezeigt)
angeordnet ist. Die Rippen können z.B.
eine Umlenkeinrichtung zum Richten einer Luftströmung in den Filter darstellen.
Die Rippen können auch
eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse 102 und
dem Filter bilden.
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Bei
der veranschaulichten Ausführungsform ist
der Radarsensor in einer Kammer 148 im Deckel 130 über der
Luftbewegungseinrichtung angeordnet. Der Radarsensor ist für gewöhnlich auf
einer in dieser Kammer 148 angeordneten Platine vorgesehen. Es
dürfte
verständlich
sein, dass der Radarsensor in anderen Teilen des Gehäuses 102 oder
bei einigen Ausführungsformen
separat vom Gehäuse
angeordnet und mit der Luftbewegungseinrichtung durch eine Kabelschnur,
Drähte
oder andere Verbindungselemente verbunden sein kann.
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Der
Radarsensor kann vom Rest des Innenraums des oberen Teils 118 des
Gehäuses 102 durch die
Abdeckplatte 128 getrennt sein, die den Radarsensor zumindest
teilweise vor Luft und Wasser in der Toilettenentlüftungsvorrichtung
schützt
und/oder die Luftbewegungsvorrichtung hält. Die Abdeckplatte 138 kann
so konfiguriert sein, dass sie es ermöglicht, dass sich Drähte, Leitungen
oder andere Verbindungselemente zwischen dem Radarsensor und der Luftbewegungseinrichtung
erstrecken. 5D veranschaulicht eine Unterseite
der Abdeckplatte 128 mit einem Zapfen 132, auf
dem die Luftbewegungseinrichtung (in der veranschaulichten Ausführungsform
ein Gebläse)
montiert ist.
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Der
Radarsensor und/oder die Luftbewegungseinrichtung können unter
Verwendung von einer oder mehr Batterien oder mit Wechselstrom aus einer
Steckdose betrieben werden. Falls die Luftbewegungseinrichtung und/oder
der Radarsensor unter Verwendung einer Wechselstromquelle betrieben werden,
können
die Basis 126 und/oder der Deckel 130 auch eine Öffnung 136 aufweisen,
durch die sich eine Kabelschnur 138 mit einem Stecker und
gegebenenfalls mit einem Spannungs- oder Stromregler 140 erstrecken
kann (vgl. 4).
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Die
veranschaulichte Ausführungsform
weist eine Gebläse
als die Luftbewegungseinrichtung auf. Um eine Luftströmung zu
erleichtern, kann die Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 so
ausgebildet sein, dass der Luftaustrittkanal 142 asymmetrisch
in Bezug auf die Mitte des Gebläse
angeordnet ist. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Gebläse 108,
wenn es in die richtige Richtung gedreht ist, die Luft durch den
Luftaustrittkanal 142 hinaus zu richten, ohne wesentliche
Luftmengen zurück
in den Luftaustrittkanal zu ziehen. Im Betrieb und unter Bezugnahme
auf die 1, 2, 3, 4 und 5A bis 5D strömt Luft
von der Lufteinlassöffnung 104 den
Kanal 124 entlang und in den oberen Teil 118 des
Gehäuses 102.
Die Luft wird durch die Drehung des Gebläses um den Mittelpunkt des
Gebläses
ge richtet, bis sie durch die Luftaustrittkanal 142, an
dem Filter 110 vorbei, und aus der Luftauslassöffnung 106 in
den Tank 152 austritt. Bei dieser Ausführungsform bläst das Gebläse Luft
durch den Filter 110 und aus der Luftauslassöffnung hinaus.
Bei anderen Ausführungsformen
kann der Filter im Inneren der Vorrichtung angeordnet sein, so dass
Luft durch den Filter zum Gebläse
hin und aus der Luftauslassöffnung
hinaus gezogen wird.
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Bei
der veranschaulichten Ausführungsform wird
die Richtung der Luftströmung
durch die Luftbewegungseinrichtung (z.B. das Gebläse) umgekehrt. Die
Luft bewegt sich in einer Richtung den Kanal 124 entlang
und wird dann entlang des Luftaustrittkanals 142 in die
entgegengesetzte Richtung gerichtet. Dies ist ein Beispiel für eine "Knick"-Luftströmung. Andere Ausführungsformen
müssen
diesen besonderen Typ einer Luftströmung nicht aufweisen. Ein Vorteil
einer "Knick"-Luftströmung ist
es, dass die Toilettenentlüftungsvorrichtung
mit einem relativ schmalen Profil ausgebildet werden kann, das eine
Anordnung in Toilettentanks mit nur einem kleinen Freiraum zwischen der
Oberseite des Tanks und dem normalen Pegel oder dem Überlaufwasserpegel
ermöglicht.
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Eine
Vielfalt von verschiedenen Luftbewegungseinrichtungen kann verwendet
werden, darunter Gebläse,
Blasbälge
(die beispielsweise durch piezoelektrische Vorrichtungen auseinander-
und zusammengezogen werden), und Absaugvorrichtungen. Die veranschaulichte
Ausführungsform
weist ein Gebläse
auf. Geeignete Gebläse
umfassen z.B. bürstenlose
DC-Gebläse,
AC-Gebläse
mit Bürsten, Zentrifugalgebläse, drehzahlvariable
Gebläse,
und axial montierte Gebläse.
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Die
Luftbewegungseinrichtung ist elektrisch mit dem Radarsensor gekoppelt,
so dass die Luftbewegungseinrichtung gemäß der Anweisung durch die von
dem Radarsensor empfangenen Signale ein- und gegebenenfalls ausgeschaltet
werden kann. Optional kann auch ein manueller Schalter mit der Luftbewegungseinrichtung
gekoppelt sein, so dass ein Anwender die Luftbewegungseinrichtung
manuell ein- und ausschalten kann. Dieser manuelle Schalter kann
an dem Gehäuse
angeordnet sein, oder er kann sich von dem Gehäuse erstrecken, so dass er
z.B. auf der Aussenseite des Tanks 152 der Toilette 150 oder
an dem oder in der Nähe
des Toilettensitzes angeordnet ist.
-
Eine
Vielfalt von verschieden Filtern kann verwendet werden. Üblicherweise
enthält
der Filter 110 ein aktives Material, das zumindest einen
Teil der schlecht riechenden Elemente aus der in die Toilettenentlüftungsvorrichtung 100 eingezogenen
Luft adsorbiert, absorbiert, oder durch Umsetzung entfernt. Dieses
aktive Material kann den Aufbau des Fil ters bilden, und/oder der
Filter kann ein Trägermaterial enthalten,
auf oder in dem das aktive Material haftend angebracht, adsorbiert,
eingebettet oder anderweitig angeordnet ist. Das aktive Material
kann Chemikalien wie z.B. Methylmercaptan und Wasserstoffsulfid
entfernen, adsorbieren oder absorbieren. Üblicherweise weist der Filter
makroskopische Luftkanäle
auf, und/oder der Filter besteht aus einem porösen Material, um den Durchtritt
der Luft durch den Filter zu ermöglichen,
aber die Luft dennoch mit dem aktiven Material des Filters in Kontakt
zu bringen. Beispiele für
geeignete aktive Materialien umfassen Aktivkohle und katalytisch
aktive Metalloxide. Geeignete Filter umfassen z.B. extrudierte Würfel aus
porösem
Filtermaterial, Filter mit wabenförmigen Kanälen, und auf einem Gitter angeordnetes
Filtermaterial. Ein geeigneter Filter ist das Modell Nr. AKH12WLC
60/0560/40, Kobe Steel, Ltd., Fujisawa, Japan.
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14 veranschaulicht
ein weiteres Beispiel einer Toilettenentlüftungsvorrichtung. Die Toilettenentlüftungsvorrichtung 400 weist
ein unteres Gehäuse
mit einem Sockelteil 416 auf, an dem ein Schnorchelteil 417 angebracht
ist, das über
die Überlaufleitung
der Toilette passt, so dass es die Lufteinlassöffnung 404 bildet.
Eine Basis 418 eines oberen Teils des Gehäuses passt
mit dem Sockelteil 416 des unteren Gehäuses zusammen und enthält eine
Luftöffnung 407,
durch die Luft von der Luftbewegungseinrichtung 408 angesaugt
werden kann. Ein Filter 410 fügt sich auch in die Basis 418 ein,
um Luft zu filtern, die von der Luftbewegungseinrichtung 408 durch
einen Luftaustrittkanal 411 geblasen wird. Nach dem Filtern
tritt die Luft durch die Luftauslassöffnung 406 aus. Der
Radarsensor 412 ist auf einer Seite des Luftaustrittkanals 411 angeordnet.
Der Deckel 430 ist auf die Basis 418 aufgesetzt
und trennt – abgesehen von
Verbindungen mit der Luftbewegungseinrichtung 408 – auf bevorzugte
Weise den Radarsensor 412 vom Rest der Toilettenentlüftungsvorrichtung 400 ab, um
Schäden
am Radarsensor 412 in Folge von Wasser in der Toilettenentlüftungsvorrichtung 400 zu
verringern oder zu verhindern.
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Radarsensoren
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Ein
Radarsensor 112 ist eine nützliche Vorrichtung zum Erfassen
einer Einzelperson und/oder von Aktionen einer Einzelperson in einem
Sensorfeld. Radarsensoren können
in der Toilette z.B. in einem Toilettentank und ohne ein besonderes
Fenster angeordnet sein, und können
betrieben werden, ohne dem Äusseren
der Toilette ausgesetzt zu sein. Dies ermöglicht eine praktische, unauffällige Anordnung
des Toilettenentlüftungssystems
und kann zumindest in einigen Fällen
ein Nachrüsten
bereits vorhandener Toiletten ermöglichen, wobei es kaum oder gar
nicht nötig
ist, die bereits vorhandene Toilette Bauelemente zu verändern.
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6 veranschaulicht
schematisch eine Radarerfassung. Im Allgemeinen wird eine Radarerfassung
bewerkstelligt, indem ein Radarsignal von einem Sender 192 übertragen
wird, und Reflexionen des übertragenen
Radarsignals an einem Empfänger 194 empfangen
werden. Die Reflexionen entstehen durch die Wechselwirkung des Radarsignals
mit einem Objekt wie etwa einem Anwender 196. Die Stärke des
reflektierten Signals hängt
zum Teil von dem Reflexionsvermögen
und der Größe des Objektes sowie
von der Distanz zu dem Objekt ab. Die von dem Empfänger 194 empfangenen
Reflexionen werden dann an eine Erfassungsschaltungsanordnung 197 geliefert,
die z.B. das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Anwenders
feststellt und über eine
Steuerschaltungsanordnung 198 eine Vorrichtung wie etwa
eine Luftbewegungseinrichtung 199 betätigt.
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Eine
Vielfalt von Radarsendern kann verwendet werden. Ein Typ von Radarsender
strahlt kontinuierlich ein elektromagnetisches Signal ab, häufig auf
einer einzigen Frequenz. Ein Verfahren für das Erhalten von Informationen
aus diesem Signal ist es, die Frequenz des reflektierten Signals
zu messen. Wenn sich das Objekt, welches das Signal reflektiert,
in Bewegung befindet, kann die Frequenz des reflektierten Signals
eine Dopplerverschiebung aufweisen und Bewegungs- und Richtungsinformationen
zur Verfügung
stellen. Beispielsweise verursacht ein Objekt, das sich von dem
Radarsensor weg bewegt, eine Verringerung der Frequenz des reflektierten
Signals, und ein Objekt, das sich auf den Sensor zu bewegt, verursacht
eine Erhöhung
der Frequenz des reflektierten Signals. Es dürfte verständlich sein, dass es andere
CW ("Continuous-Wave")-Radarsysteme und
-verfahren gibt, die verwendet werden können, um Anwesenheits-, Positions-,
Bewegungs- und Richtungsinformationen in Bezug auf eine Einzelperson
in dem Radarsensorfeld zu erhalten. Diese Radarsysteme und -verfahren können auch
in den Vorrichtungen der Erfindung verwendet werden.
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Ein
anderer Typ eines geeigneten Radarsystems ist ein gepulstes Radar,
bei dem Impulse von elektromagnetischer Energie von einem Sender
abgegeben und reflektierte Impulse von einem Empfänger empfangen
werden. Eine gepulste Radarkonfiguration ist schematisch in 7 dargestellt.
Dieses Radarsystem weist einen Impulsgenerator 50 auf, der
Impulse mit einer Pulsrate ("Pulse
Repetition Frequency";
PRF) erzeugt, einen Sender 52, der ein Radarsignal im Ansprechen
auf die Impulse überträgt, eine
optionale Sender-Verzögerungsschaltung 53 zum
Verzögern
des Radarsignals, einen Empfänger 54 zum
Empfangen des reflektierten Radarsignals, eine optionale Empfänger-Verzögerungsschaltung 56,
um den Empfänger
nach einer Verzögerung
auf Durchlass zu steuern, und eine Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung 58 für den Erhalt
der ge wünschten
Anwesenheits-, Positions-, Bewegungs- und/oder Richtungsinformationen
aus dem reflektierten Radarsignal.
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Bei
einem Typ eines gepulsten Radars wird ein Burst von elektromagnetischer
Energie mit einer bestimmten RF-Frequenz ausgegeben, wobei die Länge des
Bursts mehrfachen HF-Energieoszillationen auf der Radarfrequenz
entspricht. Ein Beispiel für
ein Radarsystem unter Verwendung von RF-Frequenz-Radarbursts ist
in dem US-Patent Nr. 5,521,600 ausführlich beschrieben. Bei diesem
besonderen Radarsystem werden die Sende- und Empfangssignale vor
der Signalverarbeitung im Empfänger 54 gemischt.
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Ein
Zeitdiagramm für
dieses besondere Radarsystem ist in der 8 gezeigt,
die den übertragenen
RF-Burst 60, das Empfänger-Torsteuersignal 62, und
das Sender- und Empfänger-Mischsignal 64 veranschaulicht.
Die Erfassungsschwelle 66 der Schaltung kann auf einen
ausreichend hohen Wert eingestellt werden, damit nur ein Sender-
und Empfänger-Mischsignal eine
Erfassung auslöst.
Dieses Radarsystem besitzt einen maximalen Erfassungsbereich. Erfassbare
Signale ergeben sich nur aus Objekten, die sich nahe genug am Sender
und Empfänger
befinden, so dass zumindest ein Teil eines übertragenen Bursts bis zu dem
Objekt gelangt und innerhalb der zeitlichen Dauer des Bursts an
den Empfänger
zurück
reflektiert wird. Das Sensorfeld dieses Radarsystems deckt den Bereich
innerhalb des maximalen Bereichs des Radarsystems ab. Jegliches
Objekt innerhalb dieses Sensorfeld kann Gegenstand einer Erfassung
sein.
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Ein
anderer Typ eines gepulsten Radarsystems ist ein Ultrabreitband
("Ultra-WideBand"; UWB)-Radar, welches
das Aussenden von Impulsen mit Impulslängen im Nano- oder Sub-Nanosekundenbereich
aufweist. Beispiele für
UWB-Radarsysteme sind in den US-Patenten
Nr. 5,361,070 und 5,519,400 zu finden. Diese UWB-Radarsysteme sind in 7 ebenfalls
schematisch dargestellt. Bei UWB-Radarsystemen ist jedoch die Zeitsteuerung des
Sendeimpulses 68 und der Empfänger-Torsteuerung 70,
die in 9 veranschaulicht ist, von den obenstehend beschriebenen
RF-Burst-Radarsystemen wesentlich verschieden. Sendeimpulse werden von
dem Sender 52 mit einer Pulsrate (PRF) ausgegeben, die
für gewöhnlich von
dem Impulsgenerator 50 bestimmt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann
die Pulsrate durch eine Geräuschquelle
moduliert sein, so dass Sendeimpulse in zufällig variierenden Intervallen
mit einer durchschnittlichen Intervalllänge ausgegeben weiden, die
gleich dem Kehrwert der Pulsrate ist. Der Empfänger 54 wird nach
einem Verzögerungszeitraum
(D), der die Differenz zwischen den von der Empfänger-Verzögerungsschaltung 56 und
der Sender-Verzögerungsschaltung 53 gelieferten
Verzögerungen
ist, auf Durchlass gesteuert. Bei UWB-Radarsystemen besitzen die
Sendeimpul se eine kurze Impulsbreite (PW), für gewöhnlich z.B. 10 Nanosekunden
oder weniger. Der Empfänger wird
für gewöhnlich nach
dem Senderimpulszeitraum auf Durchlass gesteuert, anders als bei
den vorausgehend beschriebenen RF-Burst-Radarsystemen, bei denen
der Empfänger
während
des Senderimpulszeitraums auf Durchlass gesteuert ist.
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Bei
UWB-Systemen definieren der Verzögerungszeitraum
und die Länge
der Empfängertorsteuerung
und der Senderimpulse eine Erfassungsschale 72, die in 10 veranschaulicht
ist. Die Erfassungsschale definiert das wirksame Sensorfeld des UWB-Radarsystems.
Der Abstand zwischen dem Radarsender/-empfänger und der Erfassungsschale wird
durch den Verzögerungszeitraum
bestimmt; je länger
der Verzögerungszeitraum,
desto weiter aussen befindet sich die Schale. Die Breite 73 der
Schale hängt
von der Sendeimpulsbreite (PW) und von der Empfänger-Gatebreite (GW) ab. Längere Impulsbreiten
oder Gatebreiten entsprechen einer Schale 74 mit einer
größeren Breite 75.
Bei Verwendung von UWB-Radarsystemen können Charakteristiken eines Objekts 76 in
der Schale wie etwa das Vorhandensein, die Position, die Bewegung
und die Bewegungsrichtung eines Objekts bestimmt werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
werden zwei oder mehr Torsteuerimpulse mit verschiedenen Verzögerungszeiten
verwendet. Die Torsteuerimpulse können bei jedem Taktimpuls oder
nach einem Block von Taktimpulsen variieren (z.B. wird ein Torsteuerimpuls
auf vierzig Taktimpulse verwendet, woraufhin der Zweite bei den
nächsten
vierzig Taktimpulsen verwendet wird). Bei anderen Ausführungsformen kann
ein Controller in Abhängigkeit
von Umständen wie
etwa der Erfassung eines Anwenders zwischen den zwei oder mehr Torsteuerimpulsen
umschalten. Beispielsweise kann ein erster Torsteuerimpuls verwendet
werden, um eine Erfassungsschale zu erzeugen, die sich über eine
bestimmte Distanz von der Vorrichtung erstreckt. Die Erfassung des
Anwenders kann die Luftbewegungseinrichtung der Toilettenentlüftungsvorrichtung
starten. Sobald ein Anwender erfasst wird, kann ein zweiter Torsteuerimpuls
verwendet werden, der eine Erfassungsschale erzeugt, welche näher oder
weiter entfernt als die erste Schale ist. Sobald ein Anwender diese
zweite Erfassungsschale verlässt,
kann die Luftbewegungseinrichtung deaktiviert werden. Der Controller
nimmt dann wieder den Betrieb unter Verwendung des ersten Torsteuerimpulses
als Vorbereitung für
einen anderen Anwender auf. Bei wieder anderen Ausführungsformen
wird mehr als ein Torsteuerimpuls pro Sendeimpuls geliefert, wodurch
mehrere Erfassungsschalen erzeugt werden.
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Eine
potenziell nützliche
Eigenschaft einiger UWB-Sender ist es, dass die Senderantenne nach dem
Ende der Impulse häufig
nachschwingt (d.h. weiter sendet). Dieses Nach schwingen erzeugt
mehrere Schalen innerhalb der anfänglichen Erfassungsschale 72,
wodurch die Erfassung von Objekten zwischen der Erfassungsschale 72 und
dem Radarsender/-empfänger
ermöglicht
wird.
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Bei
sowohl dem RF-Burst- als auch dem UWB-Radarsystem stellen Verzögerungsschaltungen 53, 56 einen
festgelegten oder variablen Verzögerungszeitraum
zur Verfügung.
Eine variable Verzögerungsschaltung
kann kontinuierlich variabel sein oder diskrete Werte besitzen.
Beispielsweise kann ein kontinuierlich variables Potentiometer verwendet werden,
um einen kontinuierlich variablen Verzögerungszeitraum zur Verfügung zu
stellen. Als Alternative kann ein Mehrpolschalter verwendet werden,
um zwischen Widerständen
umzuschalten, die verschiedene Werte besitzen, um mehrere diskrete
Verzögerungszeiträume zur
Verfügung
zu stellen. Bei einigen Ausführungsformen
können
Verzögerungsschaltungen 53, 56 einfach
ein Leiter wie etwa ein Draht oder eine Übertragungsleitung zwischen
dem Impulsgenerator 50 und entweder dem Sender 52 oder
dem Empfänger 54 sein,
wobei der Verzögerungszeitraum dem
Zeitbetrag entspricht, den ein Impuls für das Laufen zwischen den zwei
Bauteilen benötigt.
Bei anderen Ausführungsformen
sind die Verzögerungsschaltungen 53, 56 Impulsverzögerungsgeneratoren (PDG)
oder Impulsverzögerungsleitungen
(PDL).
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Wegen
ihrer Vielseitigkeit können
Radarsysteme verschiedene Charakteristiken einer Einzelperson in
einem Radarsensorfeld (d.h. innerhalb des Erfassungsbereichs des
Radars) erfassen. Beispielsweise kann das Vorhandensein einer Einzelperson aus
der Stärke
des Rückkehrsignals
erfasst werden. Dieses Rückkehrsignal
kann mit einem Hintergrundsignal verglichen werden, das in Abwesenheit
der Einzelperson erhalten und durch die Erfassungseinrichtung gespeichert
wurde.
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Ein
anderer Typ einer Anwesenheits-Erfassungseinrichtung weist einen
Sender und einen Empfänger
auf, die durch einen Raumbereich voneinander getrennt sind. Der
Empfänger
ist nur während
eines Zeitraums, der ausreicht, um ein von dem Sender direkt übertragenes
Signal zu empfangen, auf Durchlass gesteuert. Falls das Signal reflektiert oder
blockiert wird, trifft es entweder nicht am Empfänger ein oder trifft ein, nachdem
der Empfänger
auf Nichtdurchlass gesteuert wurde. Dieser Typ einer Erfassungseinrichtung
kann beispielsweise als "Stolperdraht" verwendet werden,
der es erfasst, wenn sich eine Einzelperson oder ein Teil einer
Einzelperson zwischen den Sender und den Empfänger geschoben hat. Die Anwesenheit
einer Einzelperson wird angezeigt, wenn das während des Durchlasszeitraums
empfangene Signal abgeschwächt
ist oder fehlt.
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Die
Position der Einzelperson in dem Sensorfeld kann z.B. durch Wobbeln über eine
Serie von zunehmend längeren
oder späteren
Empfänger-Torsteuerimpulsen
bestimmt werden. Die Erfassung eines reflektierten Signals gibt,
gegebenenfalls nach Subtraktion eines Hintergrundsignals, den Abstand der
Einzelperson von dem Radarsystem an.
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Eine
Bewegung einer Einzelperson kann durch eine Vielfalt von Verfahren
einschließlich
des vorausgehend beschriebenen Doppler-Radarsystems bestimmt werden.
Ein alternatives Verfahren für die
Bewegungserfassung ist in den US-Patenten Nr. 5,361,070 und 5,519,400
beschrieben, bei denen ein Empfangssignal bandpassgefiltert wird,
um nur diejenigen Signale zu belassen, die der Bewegung eines Menschen
durch das Sensorfeld zugeordnet werden können. Beispielsweise kann das
Bandpassfilter um 0,1 bis 100 Hz zentriert sein.
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Das
US-Patent Nr. 5,519,400 beschreibt auch ein Verfahren für die Bestimmung
der Richtung der Bewegung eines Einzelperson. Dieses Verfahren umfasst
die Modulation des Verzögerungszeitraums um
1/4 der Mittenfrequenz des Sendeimpulses, um eine Quadraturinformation
zu erhalten, die verwendet werden kann, um die Richtung der Bewegung
eines Objektes in dem Sensorfeld (z.B. auf die Erfassungseinrichtung
zu und von ihr weg) zu bestimmen.
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Ein
anderes Verfahren zur Erfassung einer Bewegungsrichtung ist es,
aufeinander folgende Signale oder über aufeinander folgende Zeiträume erhaltene
Signale zu vergleichen. Bei vielen Radarsystemen nimmt die Stärke des
reflektierten Signals zu, wenn eine Einzelperson näher kommt.
Wenn sich die Einzelperson weiter weg bewegt, nimmt das Signal für gewöhnlich ab.
Der Vergleich von aufeinander folgenden Signalen kann dann verwendet
werden, um die allgemeine Richtung der Bewegung zu bestimmen, entweder
auf die Radarerfassungseinrichtung zu oder von ihr weg.
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Eine
oder mehr Charakteristiken einer Einzelperson in dem Sensorfeld,
wie etwa Anwesenheit, Position, Bewegung, oder Bewegungsrichtung,
können
gleichzeitig oder sequentiell von einem oder mehr Sensoren erfasst
werden. Diese Informationen können
in die Steuerschaltungsanordnung eingekoppelt werden, die eine angemessene
Vorgehensweise bestimmt. Ein Mikroprozessor kann verwendet werden,
um die Luftbewegungseinrichtung auf der Grundlage dieser mehreren
Informationsteile zu steuern. Als Alternative kann eine nicht so
aufwendige Schaltungsanordnung wie etwa ein Komparator verwendet
werden, um eine Charakteristik wie etwa die Anwesenheit oder eine
Bewegung des Anwenders in dem Sensorfeld zu bestimmen. Es dürfte verständlich sein,
dass auch andere Verfahren verwendet werden können, um die Anwesenheit, Position, Bewegung
und Bewegungsrichtung einer Einzelperson in einem Radarsensorfeld
zu bestimmen.
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Eine
Ausführungsform
eines geeigneten Radarsensors ist in 11 schematisch
veranschaulicht. Der Radarsensor 200 weist einen Impulsoszillator 204,
eine optionale Sender-Verzögerungsleitung 206,
einen Sender-Impulsgenerator 208, einen RF-Oszillator 210,
eine Senderantenne 212, eine Empfänger-Verzögerungsleitung 214,
einen Empfänger-Impulsgenerator 216,
einen Abtaster 218, eine Empfängerantenne 220, eine
oder mehr Verstärkerstufen 222,
einen Komparator 224 (oder eine andere Verarbeitungsschaltungsanordnung)
und einen optionalen Zeitgeber 226 auf. Der Radarsensor 200 ist mit
der Luftbewegungseinrichtung 230 der Toilettenentlüftungsvorrichtung
gekoppelt.
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Der
Impulsoszillator 204 liefert eine Serie von Signalen mit
einer Pulsrate (PRF). Optional kann der Impulsoszillator – wie oben
beschrieben – mit
einem Rauschgenerator gekoppelt sein, um die Oszillationsfrequenz
zu variieren. Der Impulsoszillator kann auf einer Frequenz in dem
Bereich von z.B. 0,3 bis 20 MHz oder 0,5 bis 5 MHz arbeiten. Höhere oder niedrigere
Oszillatorraten können
in Abhängigkeit von
Faktoren wie z.B. dem Anwendungsfall und dem angestrebten Leistungsverbrauch
verwendet werden. In einigen Fällen
kann der Impulsoszillator einstellbar sein (z.B. eine einstellbare
Komponente wie etwa ein Potentiometer oder einen einstellbaren Kondensator
aufweisen, oder durch Einstellen der Positionen von Bauteilen relativ
zueinander), so dass die PRF über
einen Bereich verändert
werden kann. Dies kann in Situationen nützlich sein, in denen mehr
als eine Toilette mit einer Toilettenentlüftungsvorrichtung vorhanden
ist. Jede Vorrichtung kann eine verschiedene PRF verwenden, so dass
die Radarsignale von einer Vorrichtung nicht ständig zu den Signalen beitragen,
die an dem Empfänger
einer anderen Vorrichtung erhalten werden.
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Die
Impulssignale von dem Impulsoszillator 204 werden entlang
einer optionalen Sender-Verzögerungsleitung 206 an
einen Sender-Impulsgenerator 208 geliefert, der einen Impuls
mit einer bestimmten Impulslänge
erzeugt. Die optionale Sender-Verzögerungsleitung 206 kann
den Sendeimpulsen eine ausgewählte
Verzögerung
zur Verfügung
stellen, um eine ausgewählte
Differenz der Verzögerungen
zwischen den Sender- und Empfängerimpulsen
zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen
wird die Sender-Verzögerungsleitung 206 dazu
verwendet, eine Verzögerung
von beispielsweise einem Viertel der Wellenlänge einer RF-Oszillatorfrequenz
zur Verfügung
zu stellen, um eine Quadraturerfassung zu ermöglichen, wie nachfolgend beschrieben
wird.
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Der
Sender-Impulsgenerator 208 liefert bei jedem Impuls von
dem Impulsoszillator 204 einen Impuls mit einer bestimmten
Impulslänge.
Als Alternative kann der Sender-Impulsoszillator 204 Impulse
mit der Impulslänge
zur Verfügung
stellen, so dass ein separater Impulsgenerator nicht benötigt wird.
Die Breite des Impulses bestimmt zumindest teilweise die Breite
der Erfassungsschale, wie obenstehend beschrieben wurde. Die Impulsbreite
kann in dem Bereich z.B. von 1 bis 20 Nanosekunden liegen, aber es
können
auch längere
oder kürzere
Impulsbreiten verwendet weiden.
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Der
Impuls wird an einen RF-Oszillator 210 geliefert, der mit
einer bestimmten RF-Frequenz
arbeitet, um einen RF-Energieimpuls auf der RF-Frequenz zu erzeugen.
Der RF-Energieimpuls besitzt die von dem Sender-Impulsgenerator 208 gelieferte Impulsbreite
und eine Impulsrate, die von dem Impulsoszillator 204 bestimmt
wird. Die RF-Frequenz
kann in dem Bereich von z.B. 1 bis 100 GHz, 2 bis 25 GHz, oder 3
bis 8 GHz liegen, jedoch können
auch höhere oder
tiefere RF-Frequenzen verwendet werden. Zumindest bei einigen Ausführungsformen
kann die RF-Frequenz variabel sein, so dass verschiedene Radarsensoren
auf verschiedene Frequenzen eingestellt werden können, um eine Interferenz zwischen benachbarten
Sensoren zu verringern.
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Die
RF-Energieimpulse werden für
die Abstrahlung in den Raum an eine Senderantenne 212 geliefert,
wie obenstehend beschrieben wurde. Die kurze Dauer der Impulse resultiert
für gewöhnlich in der
Abstrahlung eines Ultrabreitband (UWB)-Signals. Zusätzlich kann
die Senderantenne 212 nachschwingen, wodurch mehrere Erfassungsschalen
für jeden Impuls
zur Verfügung
gestellt werden. Zumindest bei einigen Ausführungsformen ist die Antenne
als eine metallische Leiterbahn auf einer Platine ausgebildet. Diese
Konfiguration besitzt den Vorteil, dass sie weniger Raum als andere
Antennenkonfigurationen einnimmt. Es sollte jedoch verständlich sein,
dass andere Antennenkonfigurationen verwendet werden können, falls
dies gewünscht
oder nötig
ist. Die Antenne kann richtungsorientiert sein (d.h. eine Richtungsabhängigkeit
von der Stärke
des von der Antenne abgestrahlten Signals aufweisen). Wenn eine
Richtantenne verwendet wird, ist die bevorzugte Richtung für gewöhnlich zur
Vorderseite der Toilette hin.
-
Der
Impulsoszillator 204 liefert zusätzlich zum Erzeugen von Impulsen
für den
Sender auch Impulse, um den Empfänger
auf Durchlass zu steuern. Die Verwendung des gleichen Impulsoszillators 204 für den Sender-
und Empfängerteil
des Radarsensors 200 erleichtert die Taktung zwischen diesen
beiden Teilen des Radarsensors. Impulse vom Impulsoszillator 204 werden
an eine Empfänger-Verzögerungsleitung 214 gesendet,
welche die Impulse um einen gewünschten
Zeitraum verzögert,
um zumindest teilweise den Ab stand der Erfassungsschale von dem
Radarsensor zu bestimmen, wie obenstehend beschrieben wurde. Die
Empfänger-Verzögerungsleitung 214 kann
in der Lage sein, nur eine Verzögerung
oder zwei oder mehr verschiedene Verzögerungen zur Verfügung zu
stellen, die je nach Eignung gewählt
werden können,
um verschiedene Radarbereiche zur Verfügung zu stellen. Die Empfängerverzögerung kann
in dem Bereich von z.B. 10 bis 100 Picosekunden gewählt werden.
Die Empfängerverzögerung kann
ausgewählt
werden, um eine Erfassungsschale in einem Abstand innerhalb eines Bereichs
von z.B. Null bis 6 Fuß oder
1 bis 2 Fuß zur Verfügung zu
stellen. Zumindest bei einigen Ausführungsformen kann die Empfängerverzögerung variabel
sein (z.B. eine variable Komponente wie etwa ein Potentiometer enthalten),
so dass eine Empfängerverzögerung ausgewählt werden
kann.
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Nach
ihrer Verzögerung
werden die Impulse an einen Empfänger-Impulsgenerator 216 geliefert, der
einen Empfängerimpuls
mit einer bestimmten Impulsbreite erzeugt. Die Breite dieses Impulses
sowie die Breite des Senderimpulses bestimmen zumindest teilweise
eine Breite der Erfassungsschale, wie obenstehend beschrieben wurde.
Der Empfänger
ist nur während
des Empfängerimpulses
auf Durchlass gesteuert, um Radarsignale zu empfangen. Die Impulsbreite
des Empfängerimpulses
liegt für
gewöhnlich
in einem Bereich von Null bis zur Hälfte der RF-Zykluszeit (z.B.
Null bis 86 Picosekunden bei einer Sendefrequenz von 5,8 GHz), und
häufig
von einem Viertel bis zur Hälfte
der RF-Zykluszeit
(z.B. 43 bis 86 Picosekunden bei einer Sendefrequenz von 5,8 GHz).
Es können
jedoch auch längere
Impulsbreiten verwendet werden. Der Zeitraum, in dem der Empfänger auf
Durchlass gesteuert ist (d.h. die Impulsbreite des Empfängerimpulses),
wird vorliegend als die "Durchlasszeitdauer" bezeichnet.
-
Der
Abtaster 218 ist dazu ausgelegt, die Empfängersignale
von der Empfängerantenne 220 nur
während
des Empfängerimpulses
zu erhalten und dieses Signal an die Verstärkerstufe(n) 222 zu liefern.
Beispiele für
geeignete Abtaster umfassen Einfachdioden- oder Doppeldiodenabtaster.
Die Diode oder Dioden können
z.B. während
des Zeitraums des Empfängerimpulses
in Vorwärtsrichtung
und ansonsten in Rückwärtsrichtung
vorgespannt sein. Dioden können
gegen Wärme
empfindlich sein, die in der Toilettenentlüftungsvorrichtung erzeugt wird.
In einigen Fällen
kann/können
die Diode(n) unter einer Schutzabdeckung vorgesehen sein, um die
Temperaturabhängigkeit
der Diode(n) des Abtasters 218 zu verringern, so dass Schwankungen
der Aussentemperatur nur einen geringen oder reduzierten Einfluss auf
die Diode(n) besitzen. In anderen Fällen können die Dioden vorgespannt
sein, um Variationen in Folge von Temperaturschwankungen zu verringern.
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Das
Empfängersignal
wird von dem Abtaster 218 an eine oder mehr Verstärkerstufen 222 geliefert. Mehrere
Verstärkerstufen
können
verwendet werden, um gleichzeitige Ausgänge von mehreren Sender- und
Empfänger-Verzögerungsleitungsanordnungen
zur Verfügung
zu stellen.
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Nach
seiner Verstärkung
wird das Signal verarbeitet, um die Abwesenheit oder Gegenwart eines Anwenders
zu bestimmen. In einigen Fällen
wird die Abwesenheit oder Gegenwart eines Anwenders durch die Stärke der
Reflexionen bei oder nahe 0 Hz bestimmt. In anderen Fällen wird
die Abwesenheit oder Gegenwart eines Anwenders durch Bewegungen
bei ca. 0,2 bis 20 Hz bestimmt. Dies ermöglicht eine Eliminierung des
DC-Signals.
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Die
Verarbeitung des Signals kann unter Verwendung einer Verarbeitungsschaltungsanordnung wie
etwa eines Mikroprozessors oder einer anderen Schaltungsanordnung
oder eines sonstigen Bauelementes bewerkstelligt werden, die als
Ausgang eine Angabe der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Anwenders
und/oder der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Bewegung des Anwenders
zur Verfügung
stellen können.
Ein Beispiel für
einen geeigneten und relativ einfachen Prozessor umfasst einen Komparator,
der die Stärke
eines Signals (z.B. die Amplitude eines DC-Signals oder einen Spitze-zu-Spitze-,
Spitzen-, oder Effektivwert ("Root Mean
Square") eines AC-Signals
bei einer Frequenz oder über
einen Frequenzbereich) mit einem Schwellwert vergleicht. In einigen
Fällen
kann der Komparator bestimmen, ob das Signal innerhalb oder ausserhalb
eines bestimmen Bereichs liegt. Beispielsweise kann ein Signal,
das eine Spitzenspannung ausserhalb eines Bereichs von ±50 mV
erzeugt, einen Anwender anzeigen.
-
Die
Signale vom Komparator 224 können direkt zum Ein- und Ausschalten
der Luftbewegungseinrichtung 230 verwendet werden. Als
Alternative können
die Signale vom Komparator 224 an einen optionalen Zeitgeber 226 geliefert
werden. Der Zeitgeber 226 kann so konfiguriert sein, dass
das Signal vom Komparator 224 die Gegenwart eines Anwenders über einen
Erfassungszeitraum angeben muss, bevor die Luftbewegungseinrichtung 230 eingeschaltet
wird. Beispielsweise kann der Zeitgeber 226 einen Kondensator
aufweisen, der durch das Signal vom Komparator aufgeladen wird.
Die Luftbewegungseinrichtung schaltet sich ein, wenn der Kondensator
auf einen bestimmten Pegel aufgeladen ist. Beispiele für geeignete
Erfassungszeiträume
umfassen drei Sekunden, fünf
Sekunden oder zehn Sekunden, sind aber nicht hierauf beschränkt.
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Der
Zeitgeber 226 kann auch steuern, wann die Luftbewegungseinrichtung
ausgeschaltet wird. Der Zeitgeber 226 kann so konfiguriert
sein, dass das Signal vom Komparator 224 die Abwesenheit
eines Anwenders für
einen erfassungslosen Zeitraum angeben muss, bevor die Luftbewegungseinrichtung 230 ausgeschaltet
wird. Geeignete Beispiele für
einen erfassungslosen Zeitraums umfassen zehn Sekunden, dreißig Sekunden
und eine Minute, sind aber nicht hierauf beschränkt. Eine Alternative zur Erfassung
der Abwesenheit eines Anwenders ist es, die Luftbewegungseinrichtung
für einen
festgelegten Zeitraum (z.B. fünf,
zehn oder fünfzehn
Minuten) zu betreiben, nachdem die Luftbewegungseinrichtung eingeschaltet
wurde. Nach dem festgelegten Betriebszeitraum wird die Luftbewegungseinrichtung ausgeschaltet.
Der Radarsensor kann während
des Zeitraums, in dem die Luftbewegungseinrichtung eingeschaltet
ist, aktiv bleiben, oder der Sensor kann inaktiv gehalten werden,
bis die Luftbewegungseinrichtung sich ausschaltet.
-
Der
Erfassungszeitraum und der erfassungslose Zeitraum brauchen nicht
gleich lang zu sein. Zumindest in einigen Fällen ist der erfassungslose
Zeitraum länger
als der Erfassungszeitraum, so dass ein großes, beständiges Signal erforderlich
ist, um die Luftbewegungseinrichtung einzuschalten, aber nur kleine
(sogar unregelmäßige) Signale
benötigt
werden, um die Luftbewegungseinrichtung eingeschaltet zu halten.
Bei einer Ausführungsform
wird der Zeitgeber auf den voll ausgeschalteten Zustand zurückgesetzt
(wird z.B. der Kondensator schnell entladen), wenn die Luftbewegungseinrichtung
ausgeschaltet wird, um ein erneutes Starten der Luftbewegungseinrichtung
unter Verwendung eines relativ schwachen Signals zu verhindern.
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Die
Luftbewegungseinrichtung 230 ist mit dem Radarsensor 200 gekoppelt
und wird von ihm gesteuert. In einigen Fällen ist die Luftbewegungseinrichtung 230 auch
mit einem Regler (nicht gezeigt) gekoppelt, um Variationen in der
AC- oder DC-Spannung und daraus folgende Variationen der Drehzahl der
Luftbewegungseinrichtung zu reduzieren.
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Niedrigleistungs-Radarsensor
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Ein
Radarsensor zur Verwendung mit einer Toilettenentlüftungsvorrichtung
kann unter Verwendung von entweder Wechsel- oder Gleichstromleistung
arbeiten. Obgleich der Radarsensor in vielen Fällen unter Verwendung einer
verfügbaren
Wechselstromleistung aus einer Steckdose arbeiten kann, kann es
praktisch sein, statt dessen Batteriestrom zu verwenden. Beispielsweise
können
Radarsensoren nicht problemlos oder ästhetisch ansprechend mit einer
Steckdose verbunden werden. In solchen Fällen kann ein batteriebetriebener
Radarsensor wünschenswert
sein. Es ist jedoch auch wünschenswert, dass
die Lebenszeit der Batterien in dem Sensor in der Größenordnung
von Monaten oder Jahren liegt. Daher ist die Entwicklung von Niedrigleistungs-Radarsensoren
wünschenswert.
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Häufig verbrauchen
gepulste Sensoren weniger Leistung als kontinuierlich arbeitende.
Darüber hinaus
wird um so weniger Leistung für
den Betrieb des Sensors benötigt,
je weniger Impulse pro Zeiteinheit abgegeben werden. Die Empfindlichkeit
verringert sich jedoch häufig
mit einer Verringerung der Impulsrate. Ausserdem hat es sich herausgestellt,
dass eine Verringerung der Impulsrate auch die Impedanz eines Abtasters
in dem Empfänger
erhöhen
kann. Dies kann der Bandbreite des Sensors Beschränkungen
auferlegen, da selbst kleine Beträge einer Streukapazität dazu führen können, dass
der Frequenzgang des Empfängers
bei sehr niedrigen Frequenzen abfällt. Zusätzlich kann eine hohe Ausgangsimpedanz
genau definierte Anforderungen an darauf folgende Verstärkerstufen
stellen und einen für
das Einkoppeln von Rauschen stark empfänglichen Punkt in der Schaltung
schaffen.
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Ein
beispielhafter Niedrigleistungs-Radarsensor arbeitet, indem er Radarimpulse
zur Verfügung
stellt, die zeitlich nicht gleichförmig verteilt sind. Im Betrieb
wird ein Burst 390 von Impulsen 394 in dem Sender
initiiert, wie in 12 gezeigt ist. Zwischen jedem
Burst liegt eine Periode 392 einer Ruhezeit, in der der
Sender keine HF-Energie überträgt. Beispielsweise
kann ein Burst von RF-Impulsen mit einer Dauer von 1 bis 100 Mikrosekunden
alle 0,1 bis 5 Millisekunden erfolgen. Die RF-Impulse können z.B.
mit einer Rate von 0,5 bis 20 MHz innerhalb des Bursts mit einer
RF-Frequenz in einem Bereich von z.B. 1 bis 100 GHz zur Verfügung gestellt
weiden. Auf diese Weise gibt es eine relativ hohe Impulsrate während des
Burstzeitraums, aber mit einer insgesamt geringen Leistung, da sich
die Bursts nur für
5% oder weniger des Zeitraums zwischen Bursts ereignen. Dennoch
kann die Empfindlichkeit dieses Radarsensors annähernd die Gleiche wie bei einem
Radarsensor mit der gleichen Anzahl von zeitlich gleichförmig verteilten
Impulsen sein, wobei die Impedanz des Abtasters während des
Burstzeitraums viel geringer sein kann. Bei einigen Ausführungsformen
kann der Burstzeitraum jedoch 10%, 25%, 50% oder mehr der Zeit zwischen
Bursts betragen.
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Ein
beispielhafter Niedrigleistungs-Radarsensor 300 ist in 13 veranschaulicht.
Der Radarsensor 300 weist einen Burstinitiator 302 auf,
der den Beginn des Bursts auslöst
und optional das Ende des Bursts auslösen kann. Eine Burstrate ist
als die Rate definiert, mit der Bursts geliefert werden. Die Burstbreite
ist die zeitliche Länge
des Bursts. Die Zeit zwischen Bursts ist der Ruhezeitraum. Für viele
Anwendungen kann die Burstrate in einem Bereich von z.B. 200 Hz
bis 10 kHz und oft von z.B. 500 Hz bis 2 kHz liegen. Die Burstbreite
kann in einem Bereich von z.B. 1 bis 200 Mikrosekunden und oft von
z.B. 5 bis 100 Mikrosekunden liegen. Es können jedoch höhere oder
niedrigere Burstraten und längere
oder kürzere Burstbreiten
verwendet werden. Die bestimmte Burstrate und Burstbreite können von
Faktoren wie etwa dem Anwendungsfall und dem angestrebten Leistungsverbrauch
abhängen.
Ein beispielhafter Burst 390 ist in 12 veranschaulicht.
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Der
Burst startet einen Impulsoszillator 304, der die Triggersignale
für jeden
Impuls zur Verfügung stellt.
Der Impulsoszillator kann auf einer Frequenz in dem Bereich von
z.B. 0,5 bis 20 MHz oder 2 bis 10 MHz arbeiten, um z.B. 5 bis 2000
Impulse pro Burst zu liefern. Höhere
oder niedrigere Oszillatorraten und eine größere oder kleinere Anzahl von
Impulsen pro Burst können
je nach Faktoren wie z.B. dem Anwendungsfall und dem angestrebten
Leistungsverbrauch verwendet werden.
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Diese
Triggersignale werden entlang einer optionalen Sender-Verzögerungsleitung 306 an
einen Impulsgenerator 308 geliefert, der einen Impuls mit
einer gewünschten
Impulslänge
erzeugt. Die optionale Sender-Verzögerungsleitung 306 kann
die Sendeimpulse mit einer gewünschten
Verzögerung versehen,
um eine gewünschte
Differenz der Verzögerungen
zwischen den Sender- und Empfängerimpulsen
zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen wird
die Sender-Verzögerungsleitung 306 verwendet, um
eine Verzögerung
von z.B. dem Viertel einer Wellenlänge einer RF-Oszillatorfrequenz
zur Verfügung zu
stellen, um eine Quadraturerfassung zu ermöglichen, wie im Nachfolgenden
beschrieben ist.
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Der
Impulsgenerator liefert bei jedem Impuls von dem Impulsoszillator
einen Impuls mit einer gewünschten
Impulslänge.
Die Breite des Impulses bestimmt zumindest teilweise die Breite
der Erfassungsschale, wie obenstehend beschrieben wurde. Die Impulsbreite
kann in dem Bereich von z.B. 1 bis 20 Nanosekunden liegen, jedoch
können
größere oder
kleinere Impulsbreiten verwendet werden. Ein Beispiel für die Impulse 394 von
dem Impulsoszillator wird in 12 gegeben.
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Der
Impuls wird dann an einen RF-Oszillator 310 geliefert,
der mit einer bestimmten RF-Frequenz arbeitet,
um einen HF-Energieimpuls mit der RF-Frequenz und mit einer Impulsbreite,
die von dem Impulsgenerator 308 mit einer Impulsrate zur
Verfügung gestellt
wird, die von dem Impulsoszillator 304 bestimmt wird, während eines
Burstzeitraums zu erzeugen, der von dem Burstinitiator 302 eingeleitet
wird. Die RF-Frequenz kann z.B. in dem Bereich von 1 bis 100 GHz
oder 2 bis 25 GHz liegen, aber es können auch höhere oder niedrigere RF-Frequenzen
verwendet werden.
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Die
HF-Energieimpulse werden an eine RF-Antenne 312 geliefert,
damit sie in den Raum abgestrahlt werden, wie obenstehend beschrieben
wurde. Die kurze Zeitdauer der Impulse resultiert für gewöhnlich in
der Abstrahlung eines Ultrabreitband (UWB)-Signals. Zusätzlich kann
die RF-Antenne 312 nachschwingen, wodurch mehrere Erfassungsschalen
für jeden
Impuls zur Verfügung
gestellt werden.
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Zusätzlich zu
der Erzeugung von Impulsen für
den Sender liefert der Impulsoszillator 304 auch Impulse
für eine
Torsteuerung des Empfängers.
Impulse von dem Impulsoszillator 304 werden an die Empfänger-Verzögerungsleitung 314 gesendet,
welche die Impulse um einen Zeitraum verzögert, um zumindest teilweise
den Abstand der Erfassungsschale von dem Radarsensor zu bestimmen,
wie obenstehend beschrieben wurde. Die Empfänger-Verzögerungsleitung 314 kann
in der Lage sein, nur eine Verzögerung
oder eine Mehrzahl von Verzögerungen
zur Verfügung
zu stellen, die auf geeignete Weise gewählt werden können, um
verschiedene Radarbereiche zur Verfügung zu stellen.
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Nach
ihrer Verzögerung
werden die Impulse an einen Empfänger-Impulsgenerator 316 gelegt,
der einen Empfängerimpuls
mit einer gewünschten
Impulsbreite erzeugt. Die Breite dieses Impulses wie auch die Breite
des Senderimpulses bestimmen zumindest teilweise eine Breite der
Erfassungsschale, wie obenstehend beschrieben wurde. Der Empfänger ist
nur während
des Empfängerimpulses
auf Durchlass gesteuert, um Radarsignale zu empfangen. Die Impulsbreite
des Empfängerimpulses
liegt für
gewöhnlich
in einem Bereich von Null bis zur Hälfte der RF-Zykluszeit (z.B.
Null bis 86 Picosekunden bei einer Sendefrequenz von 5,8 GHz), und
häufig von
einem Viertel bis zu der Hälfte
der RF-Zykluszeit (z.B.
43 bis 86 Picosekunden bei einer Sendefrequenz von 5,8 GHz). Es
können
aber auch längere Impulsbreiten
verwendet werden. Die Empfängerimpulse 396 werden
nur während
des Bursts 390 erzeugt, wie in 12 veranschaulicht
ist. Die Empfängerimpulse 396 können, müssen aber
nicht mit den Senderimpulsen 394 überlappen.
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Die
Empfängersignale
werden über
die Empfängerantenne 320 empfangen,
aber diese Signale werden von dem Abtaster 318 nur während der
Empfängerimpulse
abgetastet. Der Abtaster 318 kann z.B. ein Einfachdioden-
oder Doppeldiodenabtaster sein, wie obenstehend für den Radarsensor 200 beschrieben
wurde.
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Der
Abtaster 318 liefert diese Signale an ein Abtast- und Halteelement 321. Üblicherweise
weist das Abtast- und Halteelement 321 ein mit dem Burstinitiator 302 gekoppeltes
Gate auf, das zwischen Bursts geöffnet
sein kann, um die restliche Schaltung abzukoppeln.
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Der
Rest des Radarsensors, darunter die Verstärkerstufen 322, der
Prozessor 324 und der optionale Zeitgeber 326,
sowie die Verbindung der Luftbewegungseinrichtung 330,
sind wie oben in Bezug auf den Radarsensor 200 beschrieben.
Zusätzliche Beispiele
und die Erörterung
von geeigneten Radarsensoren und insbesondere Niedrigleistungs-Radarsensoren werden
in der US-Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen Nr. 09/118,050
gegeben.
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Die
vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die obenstehend beschriebenen
konkreten Beispiele beschränkt
aufgefasst werden, sondern sollte so verstanden werden, dass sie
alle Aspekte der Erfindung gemäß der Definition
in den beigefügten
Ansprüchen abdeckt.
Verschiedene Modifikationen, äquivalente Verfahren,
sowie zahlreiche Aufbauten, auf welche die vorliegende Erfindung
anwendbar sein kann, sind für
den Fachmann, an den sich die vorliegende Erfindung richtet, bei
einer Befassung mit der vorliegenden Beschreibung einfach ersichtlich.