DE69615086T2

DE69615086T2 - Sensor zum Erspüren eines Körpers

Info

Publication number: DE69615086T2
Application number: DE69615086T
Authority: DE
Inventors: Eiji Kasai
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: KR960042102A; KR100189473B1; EP0744631B1; DE69615086D1; EP0744631A1; US5760688A; CN1096613C; CN1143752A; JPH0946205A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Körpererspürvorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Körpers, genauer auf eine verbesserte Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers, die in der Lage ist, das Belegen eines Sitzes mit dem lebenden Körper zu erspüren.

2. Diskussion des Standes der Technik

Herkömmliche Erspürvorrichtungen zum Feststellen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines lebenden Körpers sind ein Gewichtssensor zur Messung des Gewichts, ein Sensor für elektrostatische Kapazität, der die mit der Annäherung des lebenden Körpers sich ändernde elektrostatische Kapazität ausnutzt, ein Lichtsensor zur Feststellung der Reflexion oder Unterbrechung durch den lebenden Körper, einen Infrarotsensor sowie ein Ultraschallsensor.
Die oben erwähnten herkömmlichen Sensoren können einen ruhenden lebenden Körper von einem Gepäckstück nicht unterscheiden. Der Gewichtssensor identifiziert fälschlicherweise auf dem Sitz abgesetztes schweres Gepäck als lebenden Körper. Der Lichtsensor identifiziert fälschlicherweise das Vorhandensein irgendeines Objekts, wenn Licht durch irgendein Material unterbrochen. Der Ultraschallsensor identifiziert fälschlicherweise das Vorhandensein eines Objekts, wann immer die Ultraschallwelle durch irgendein Material reflektiert wird. Der Infrarotsensor hat den Nachteil, daß ein ruhender lebender Körper ignoriert wird.
Ein in einem Fußboden installierter Sensor für elektrostatische Kapazität wird herkömmlicherweise verwendet, ist aber auf äußere Bedingungen empfindlich. Wenn sich ein Fuß vom Fußboden löst, wird der Sensor fälschlicherweise betätigt. Wenn ein auf einem Stuhl sitzendes Kind den Fußboden nicht erreicht, läßt sich das Kind nicht nachweisen.
Eine Erspürvorrichtung für einen lebenden Körpergemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus ELEKTOR, März 1981, KENT, GB, Seiten 330-331, XP002011412 "Movement detector" bekannt.
Ein Näherungsschalter bzw. Detektor mit einer Oszillatorschaltung zur Errichtung eines Hochfrequenzfeldes um eine Antenne herum, so daß das Vorhandensein eines Objekts oder Mittels in großer Nähe zur Antenne bewirkt, daß der Oszillator belastet wird und zu schwingen aufhört, und mit einem Spannungskomparator, der eine Änderung der Spannung des Oszillators feststellt und eine bistabile Schaltung auslöst, ist aus US-A-4380721 bekannt.
Aus ELEKTOR ELECTRONICS, Band 18, Heft 206, Dezember 1992, LONDON, GB, Seite 67, XP002011411 MOSSBAUER: "Inductive proximity switch", ist eine induktiver Näherungsschalter bekannt, welcher einen Induktor in der Resonanzschaltung eines Oszillators enthält, der als der Sensor dient.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Körpererspürvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, präzise einen in Ruhe befindlichen lebenden Körper durch Diskriminieren des lebenden Körpers von vom lebenden Körper verschiedenen Substanzen festzustellen.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, vorgesehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Figuren deutlicher werden, auf welchen
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Erspüren eines menschlichen Körper in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer in der Erspürvorrichtung der Fig. 1 verwendeten Nachweisspule ist,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Nachweisspule ist, die in der Erspürvorrichtung der Fig. 1 als Abwandlung der Nachweisspule der Fig. 2 verwendet werden kann,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Nachweisspule ist, die in der Erspürvorrichtung der Fig. 1 verwendet werden kann,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Sitzes ist, in welchem die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper installiert ist,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Kissens ist, in welchem die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper installiert ist,
Fig. 7 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen einer Frequenz eines Oszillators für die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper und einer reflektierten Welle, wenn der Sitz frei oder von einem Kind, einem Erwachsenen oder Gepäck besetzt ist, zeigt,
Fig. 8 eine Darstellung zur Auffindung eines Gütefaktors in der Kennkurve der Fig. 7 zeigt,
Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer Abwandlung der Vorrichtung der Fig. 1 ist,
Fig. 10 ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung ist,
Fig. 11 ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung ist,
Fig. 12 ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 13 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen einer Frequenz eines Oszillators der Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper der Fig. 12 und einer reflektierten Welle, wenn der Sitz frei oder von einem Kind, einem Erwachsenen oder Gepäck besetzt ist, zeigt,
Fig. 14 ein Graph der Frequenz-Reflexionswellencharakteristik zur Erläuterung eines Nachweisvorgangs zum menschlichen Körper mit der Erspürvorrichtung der Fig. 11 oder 12 ist,
Fig. 15 ein Flußdiagramm ist, welches einen Besetzungsnachweisvorgang mit der Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper der Fig. 12 zeigt,
Fig. 16 ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 17 ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer sechsten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 18 ein Graph zur Erläuterung eines fehlerhaften Arbeitens bei der Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper ist,
Fig. 19 ein schematisches Blockschaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung ist, und
Fig. 20 ein schematisches Blockschaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer achten Ausführungsform dieser Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezug nun auf Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Erspürvorrichtung 1 für einen menschlichen Körper als Erspürvorrichtung für einen lebenden Körper gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche einen Oszillator 10 zum oszillieren eines Hochfrequenzsignals, einen Detektor 20 für den Nachweis des Hochfrequenzsignals des Oszillators 10, ein Steuerglied 30 für den Empfang eines nachgewiesenen Signals vom Detektor 20 zur Diskriminierung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines menschlichen Körpers enthält.
Der Oszillator 10 enthält eine Nachweisspule 11, einen Kondensator 12, der parallel zur Nachweisspule 11 geschaltet und mit einem Ende geerdet ist, einen parallel zum Kondensator 12 geschalteten Widerstand 13, einen FET 14, der mit seinem Gate mit den einen Enden dieser Parallelverbindungen verbunden ist, eine Reihenschaltung von Kondensatoren 15 und 16, die zwischen dem Gate des FET 14 und Masse angeschlossen sind, sowie einen Widerstand 17, der parallel zum Kondensator 16 geschaltet ist. Der Verbindungspunkt der Kondensatoren 15 und 16 ist mit einer Drain des FET 14 verbunden und eine Source des FET 14 ist mit einer Spannungsquelle Vcc verbunden. Der Oszillator 10 enthält einen herkömmlichen Colpitts-LC-Oszillator. Ggf. können auch andere Oszillatoren, wie ein Hartley-Oszillator verwendet werden.
Die Oszillationsfrequenz des Oszillators 10 soll wünschenswerterweise 10 MHz oder höher sein. Wenn die Nachweisspule 11 eine Spule mit nur einer Windung ist, beträgt der Durchmesser eines Drahts der Spule 1,2 mm, und der Durchmesser der Spule ist 200 mm. Falls gewünscht, kann der Durchmesser der Spule 11 zwischen 150 mm und 300 mm liegen. Der Kondensator 12 hat 27 pF. Der Widerstand 13 kann ein variabler Widerstand mit einem Bereich von 10 kΩ bis 150 kΩ zur Empfindlichkeitsanpassung sein, so, daß die beste Empfindlichkeit für das Vorhandensein eines menschlichen Körpers eingestellt werden kann. Die Kondensatoren 15 und 16 haben jeweils 47 pF. Der Widerstand 17 hat 470 Ω. Diese Faktoren sind ein Beispiel und können nach Maßgabe einer Frequenz für die Oszillation geändert werden.
Der Detektor 20 enthält einen Kondensator 21, der mit seinem einen Ende mit der Drain des FET 14 verbunden ist, eine Diode 22, die an ihrer Kathode mit einem weiteren Ende des Kondensators 21 verbunden und mit ihrer Anode geerdet ist, eine Diode 23, die an ihrer Anode mit dem weiteren Ende verbunden ist, einen Kondensator 24, der zwischen der Kathode der Diode 23 und Masse zur Erzeugung eines Nachweissignals an der Kathode der Diode 23 verbunden ist.
Das Steuerglied 30 enthält einen NPN-Transistor 31, der an seiner Basis für den Erhalt des Ausgangssignals des Detektors 20 eingerichtet ist, an seinem Emitter geerdet ist und an seinem Kollektor zur Erzeugung eines Signals dient, das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines menschlichen Körpers darstellt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Nachweisspule 11 eine kreisförmige Einwindungs-Luftspule mit einem Durchmesser von 200 mm. Der Oszillator 10 mit Ausnahme der Wicklung 11, der Detektor 20 und der Oszillator 30 sind in einem Schaltungsgehäuse 40 aufgenommen. Falls gewünscht, kann die Nachweisspule 11 so modifiziert sein, daß sie eine Spule 11a mit einem Durchmesser von 200 mm und eine Spule 11b mit einem Durchmesser 100 mm aufweist, die ausgewählt oder in Reihe geschaltet, wie in Fig. 3 gezeigt, verwendet werden, wodurch Durchmesser der Spulen in ihrer Größe reduziert werden können.
In einer weiteren Abwandlung kann die Nachweisspule 11, wie in Fig. 4 gezeigt, um einen Magnetkern 18 gewickelt sein, so daß ein Magnetfeld nur in einer Richtung, die in rechtem Winkel zu einer Wand der Spule 11 liegt, erzeugt werden kann. Der leitfähige Draht der Nachweisspule 11 verwendet Materialien mit guter Leitfähigkeit bei einem Hochfrequenzsignal, wie etwa Au (Gold), Ag (Silber), Cu (Kupfer), A1 (Aluminium) usw. Gemäß dieser Abwandlung ist eine kompakte Nachweisspule geschaffen, die in der Lage ist, viele magnetische Kraftlinien zur Vorwärtskonzentration von Energie zu erzeugen und eine Permeabilitätsänderung und einen Verschiebungsstrom effizient aufzufangen.
Die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 dieser Ausführungsform kann im Boden eines Sitzes (in einem Auto, einem Zug, einem Theater usw.) 51, wie in Fig. 5 gezeigt, oder in einem Sitzkissen 52, wie in Fig. 6 gezeigt, verlegt sein. Die Vorrichtung kann auch in anderen Teilen eines Sitzes, wie etwa einem Träger für die Rückenlehne des Sitzes verlegt sein. Das die Vorrichtung umschließende Kissen 52 ist tragbar und für den Fahrer nützlich, wenn das Kissen auf den Rücksitz gelegt ist, um das Fehlen eines Kindes auf einem Rücksitz in einem Auto festzustellen.
Wenn die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 in dem Sitz 51 der Fig. 5 oder dem Kissen 52 der Fig. 6 installiert ist und der Oszillator 10 aktiviert wird, ist die Charakteristik des Oszillationsausgangssignals bei freiem Sitz, von einem Kind besetztem Sitz, einem Erwachsenen besetztem Sitz und bei auf den Sitz gelegtem Gepäck durch die Kurven a, b, c und d der Fig. 7 wiedergegeben. Bei der Kurve a für Vakanz und der Kurve d für Gepäck ist der Gütefaktor Q hoch.
Bei den Kurven b und c für Besetzung durch den menschlichen Körper ist der Gütefaktor Q klein. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist der Kehrwert von A bei B/C = 0,7 proportional zum Gütefaktor Q. Dementsprechend nimmt, wenn der Gütefaktor Q in Fig. 7 berechnet wird, der Gütefaktor Q in der Reihenfolge Vakanz > Gepäck > Kind > Erwachsener ab. Mit Einstellung eines Referenzwerts für EIN/AUS im Steuerglied 30 zwischen Gepäck und einem Kind, kann das Vorhandensein und Nichtvorhandensein der Besetzung mit einem menschlichen Körper diskriminiert werden.
Nimmt man an, daß der Sitz 51, in dem die Aufspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 installiert ist, leer oder mit von einem menschlichen Körper verschiedenem Gepäck belegt ist, ist der Gütefaktor Q der Nachweisspule 11 hoch, und der Oszillator 10 oszilliert mit einem Hochfrequenzsignal (10 MHz). Das vom Oszillator 10 erzeugte Hochfrequenzsignal wird mit dem Detektor 20 nachgewiesen und auf den Transistor 31 gegeben, wodurch der Eingangswert in den Transistor 31 hoch ist und der Transistor auf EIN geschaltet wird. Diese EIN- Signal wird als Signal ausgegeben, das das Nichtvorhandensein eines menschlichen Körpers darstellt. Wenn der Sitz 51 mit einem menschlichen Körper besetzt ist, wird der Gütefaktor Q der Nachweisspule durch den Einfluß der Permeabilität des menschlichen Körpers vermindert, und der Oszillator 10 hört auf zu schwingen. Dementsprechend wird der Wert des auf den Detektor 20 gegebenen Hochfrequenzsignals ebenfalls auf "0" reduziert und das Nachweissignal des Detektors 20 ist niedrig, wodurch der Transistor 31 auf AUS geschaltet wird. Dieses AUS-Signal wird als Signal ausgegeben, das das Vorhandensein eines menschlichen Körpers darstellt.
Das Steuerglied 30 gibt also das Signal aus, das das Vorhandensein und Nichtvorhandensein eines menschlichen Körpers darstellt. Falls gewünscht kann, wie in Fig. 9 gezeigt, eine Betriebsanzeigeeinheit, bestehend aus einem Widerstand 32 und einer Leuchtdiode 33, zwischen einem Kollektor des Transistors 31 des Steuerglieds 30 und der Quellenspannung Vcc zwischengelegt sein. Wenn der Oszillator 10 infolge von Vakanz oder Vorhandensein von Gepäck oszilliert, fließt ein elektrischer Strom durch den Widerstand 32 und die Leuchtdiode 33, wodurch die Diode 33 aufleuchtet. Beim Besetzen des Sitzes 51 mit dem menschlichen Körper beendet der Oszillator 10 seine Oszillation, der Transistor 31 wird auf AUS geschaltet, und die Diode 33 wird ebenfalls ausgeschaltet. Gemäß dieser Ausführungsform kann also ein menschlicher Körper einschließlich eines Kindes in Ruhe präzise von Gepäck ohne Berührung des menschlichen Körpers und ohne Beeinflussung durch Bekleidung des menschlichen Körpers und Gewicht diskriminiert werden.
Fig. 10 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 in einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung, welche einen Oszillator 10, einen Detektor 20 und ein Steuerglied 30 enthält. Der Oszillator 10 und der Detektor 20 haben den gleichen Aufbau wie bei der Vorrichtung der Fig. 1. Das Steuerglied 30 der Fig. 10 enthält einen Komparator 34 und eine Referenzspannungseinstelleinheit 35, was anders ist als bei der Vorrichtung 1 der Fig. 1. Der Komparator 34 vergleicht das Nachweissignal des Detektors 20 mit einer von der Referenzspannungseinstelleinheit 35 bestimmten Referenzspannung und erzeugt ein Signal, welches das Nichtvorhandensein eines menschlichen Körpers darstellt, wenn das Nachweissignal größer als die Referenzspannung ist, und erzeugt ein Signal, welches das Vorhandensein eines menschlichen Körpers darstellt, wenn das Nachweissignal niedriger als die Referenzspannung ist.
Der Widerstand 13 der Fig. 1 und 10 kann zu einem variablen Widerstand modifiziert sein, dessen Widerstand mit der durch einen Temperatursensor, der in dem Schaltungsgehäuse 40 oder dem Sitz 51 oder dergleichen installiert ist, abgefühlten Temperatur verändert wird, so daß eine Änderung der Oszillationsstärke und -frequenz, die durch eine Änderung der Umgebungstemperatur bewirkt wird, vermindert wird. Falls gewünscht, kann eine Temperaturkompensation verwendet werden, indem ein Temperaturkompensationselement, wie etwa ein Thermistor, in den Oszillator 10 eingebaut wird.
Fig. 11 ist eine schematisches Schaltungsdiagramm einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 in einer dritten Ausführungsform der Erfindung, welche einen Sensor 60, einen Oszillator 80 zur Übertragung eines Hochfrequenzsignals auf den Sensor 60 über einen Übertragungsweg 70, einen Reflexionswellensensor 90, welcher ein Reflexionssignal des Hochfrequenzsignals, das auf den Sensor 60 gegeben und von diesem reflektiert wird, nachweist, und ein Steuerglied 100, das das festgestellte Reflexionssignal zur Verarbeitung empfängt, enthält.
Der Sensor 60 enthält eine Nachweisspule 61, einen Resonanzkondensator 62, der mit der Nachweisspule 61 einen Reihenschwingkreis bildet, sowie einen Wirktransformator 63, bei welchen eine Primärwicklung desselben mit dem Schwingkreis auf der Eingangsseite und eine Sekundärwicklung desselben mit einem Hochfrequenzeingangsanschluß 64 und Masse verbunden ist. Der Schwingkreis kann, wenn gewünscht, einen Parallelschwingkreis anwenden. Die Nachweisspule 61 kann irgendeine der Wicklungen der Fig. 2, 3 und 4 anwenden und im Sitz oder Kissen der Fig. 5 oder 6 installiert sein.
Der leitfähige Draht der Nachweisspule 61 verwendet ein bei einem Hochfrequenzsignal gut leitendes Material, wie etwa Au (Gold), Ag, (Silber), Cu (Kupfer), Al (Aluminium) usw. Die gute Leitfähigkeit der Spule 61 schafft eine verbesserte Empfindlichkeit und eine Verminderung der Hochfrequenzleistungsverluste.
Der Oszillator 80 verwendet eine Oszillationsschaltung vom LC-Resonanztyp, kann aber auch irgendeine herkömmliche Hochfrequenzoszillationsschaltung, wie einen Kristalloszillator oder eine phasenverriegelte Schleife (PLL) verwenden. Der Oszillator 80 enthält einen variablen Kondensator 81, bei welchem die Frequenz des vom Oszillator 80 erzeugten Hochfrequenzsignals zwischen 30 MHz und 50 MHz durch automatische Veränderung der Kapazität des veränderlichen Kondensators 81 durchgetastet wird. Ein Durchtastmechanismus für eine solche Durchtastung kann im Oszillator 80 vorgesehn sein und durch einen durch das Steuerglied 100 erzeugten Befehl geändert werden.
Der Reflexionswellensensor 90 enthält einen Kondensator 91, der mit dem Übertragungsweg 70 verbunden ist, sowie eine Parallelschaltung, bestehend aus einem Widerstand 92 und einer mit dem Übertragungsweg 70 M-gekoppelten Spule 93. Die Parallelschaltung ist an ihrem einen Ende mit dem Kondensator 91 und an ihrem anderen Ende mit einer Anode einer Diode 94 verbunden. Eine Kathode der Diode 94 ist über einen Kondensator 95 geerdet und erzeugt außen ein analoges Ausgangssignal. Der Reflexionswellensensor 90 verwendet also cm-Kopplung, kann aber auch eine mm-Kopplung oder einen anderen Sensor, falls gewünscht, verwenden. Ein Kondensator 96 ist zur Teilung des Signals des Sensor 60 für die Ausgabe vorgesehen, kann, wenn gewünscht, aber auch weggelassen sein. Wenn er so weggelassen ist, wird das Signal direkt auf die Parallelschaltung aus dem Widerstand 92 und der Spule 93 über den Kondensator 91 gegeben.
Das Steuerglied 100 enthält einen A/D Wandler 101 zur Umwandlung eines Analogsignals des Reflexionswellensensors 90 in ein Digitalsignal sowie eine CPU 102 zur logischen Verarbeitung des Digitalsignals hinsichtlich Reflexionswellenwert und frequenz zur Durchführung eines Diskriminiervorgangs, wie Vakanz, Gepäck und Besetzung durch einen menschlichen Körper. Die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 dieser Ausführungsform ist im Boden eines Sitzes (in einem Kraftfahrzeug, einem Zug, einem Theater usw.) 51, wie in Fig. 5 gezeigt, oder in einem Sitzkissen 52, wie in Fig. 6 gezeigt, verlegt. Die Vorrichtung kann auch in anderen Teilen des Sitzes, wie etwa einem Träger für die Lehne des Sitzes, verlegt sein.
Bei der Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 dieser Ausführungsform oszilliert der Oszillator 80 ein Hochfrequenzsignal zur Aufgabe auf den Sensor 60 über den Übertragungsweg 70. Wie oben beschrieben, wird das Hochfrequenzsignal des Oszillators 80 im Bereich von 30 MHz bis 50 MHz durchgetastet. Das auf den Sensor 60 gegebene Hochfreguenzsignal wird durch Sensor 60 reflektiert. Nach Maßgabe einer in der Nähe der Nachweisspule 61 angeordneten Substanz hat der Sensor 60 unterschiedliche Impedanz infolge des Unterschied der Permeabilität oder Verschiebungsstroms der Substanz, so daß das Niveau einer reflektierten Welle, die durch die Umgebung, nämlich äußere Umstände, erzeugt wird, unterschiedlich ist. Diese reflektierte Welle wird durch den Reflexionswellensensor 90 nachgewiesen, und das Steuerglied 100 diskriminiert im Hinblick auf den Wert und die Frequenz der reflektierten Welle, ob der Sitz unbesetzt, mit Gepäck belegt oder von einem menschlichen Körper besetzt ist.
Fig. 12 ist ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 in einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 enthält einen Sensor 60 und einen Reflexionswellensensor 90, die die gleichen Komponenten wie diejenigen der Vorrichtung der Fig. 11 haben, sowie einen PLL-Oszillator 82, anders als bei der Vorrichtung der Fig. 11. Der Oszillator 80 ändert seine hohe Schwingungsfrequenz nach Maßgabe eines Befehls einer CPU 102 des Steuerglieds 100.
Wenn die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 der Fig. 11 oder 12 in dem Sitz 51 der Fig. 5 oder dem Kissen 52 der Fig. 6 installiert ist und der Oszillator 80 aktiviert wird, ist die Charakteristik des Schwingungsausgangssignals, wenn der Sitz unbesetzt, mit einem Kind besetzt, mit einem Erwachsenen besetzt und mit Gepäck belegt ist, durch die Kurven a, b, c und d der Fig. 13 wiedergegeben. Bei der Kurve a für Unbesetztheit und der Kurve d für Gepäck ist die reflektierte Welle bei einer Frequenz sehr klein und der Gütefaktor Q ist hoch. Bei den Kurven b und c der Besetztheit mit einem menschlichen Körper ist die reflektierte Welle bei einer Frequenz klein, aber ihre Änderung klein und der Gütefaktor Q klein. Der Unterschied der Frequenzcharakteristik von so reflektierten Wellen entsteht durch den Unterschied von Permeabilität und Verschiebungsstrom, wenn der Sitz leer (Luft), mit Gepäck belegt und mit einem menschlichen Körper besetzt ist.
Wenn der mit dem Reflexionswellensensor 13 festgestellte Wert der reflektierten Welle größer als ein Referenzwert SR über einen gesamten Frequenzbereich, wie in Fig. 14 gezeigt, ist, bedeutet dies, daß Besetzung mit dem menschlichen Körper vorliegt. Wenn es eine Frequenz gibt, wo der Wert einer reflektierten Welle kleiner als der Referenzwert SR ist, bedeutet dies, daß der Sitz frei oder mit Gepäck belegt ist. Die CPU 102 des Steuerglieds 100 diskriminiert den menschlichen Körper, Unbesetztheit und Gepäck.
In Fig. 15 ist ein Flußdiagramm wiedergegeben, das einen Nachweisvorgang bei der Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 der Fig. 12 zeigt.
In der CPU 102 wird ein Frequenzeinstellzähler auf "0" gesetzt (Schritt ST 1). Dann wird ein Zählwert des Frequenzeinstellzählers am PLL-Oszillator 82 des Oszillators 80 eingestellt (Schritt ST 2). In diesem Zustand oszilliert der Oszillator 80 ein Hochfrequenzsignal einer Frequenz, die dem eingestellten Wert entspricht. Dieses Hochfrequenzsignal wird auf den Sensor 60 über den Übertragungsweg 70 gegeben und es wird ein Reflexionssignal nach Maßgabe eines externen Zustands durch den Reflexionswellensensor 90 festgestellt. Die CPU 102 liest den A/D gewandelten Wert der Reflexionswelle über den A/D Wandler 101 (Schritt ST 3)
Es wird abgefragt, ob der gelesene A/D Wert der reflektierten Welle ein Referenzwert (75) oder größer ist (Schritt ST 4). Wenn der gelesene A/D Wert der Referenzwert oder größer ist, wird der Frequenzeinstellzähler um "1" erhöht (Schritt ST 5), und es wird abgefragt, ob der Zählwert des Frequenzeinstellzählers "16" erreicht oder nicht (Schritt ST 6). Zunächst erreicht der Zählwert "16" nicht und die Folge kehrt nach Schritt ST 2 zurück, wo der Zählwert des Frequenzeinstellzählers um "1" erhöht am PLL-Oszillator 82 eingestellt wird, und der Oszillator 80 oszilliert mit einer Frequenz, die dem neuen Zählwert entspricht. Die Folge vom Schritt ST 2 zum Schritt ST 6 wird ebenso wiederholt.
Wenn der A/D Wert kleiner als der Referenzwert (75) ist, bevor der Zählwert des Frequenzeinstellzählers T6 wird, wird im Schritt ST 4 eine NEIN-Antwort erzeugt. Wie in Fig. 9 gezeigt, bedeutet dies, daß der Wert der reflektierten Welle bei einer Frequenz kleiner als der Referenzwert SR und der Gütefaktor Q hoch ist. Dementsprechend wird entschieden, daß der Sitz frei oder mit Gepäck belegt ist und daß kein menschlicher Körper vorhanden ist (Schritt ST 7). Wenn der Zählwert des Frequenzeinstellzählers "16" wird, ist ein Einmaldurchtasten der Frequenzänderung abgeschlossen. Wenn keine reflektierte Welle mit einem A/D Wert, der kleiner als der Referenzwert ist, zu diesem Zeitpunkt vorhanden ist, bedeutet dies in Fig. 9, daß das Niveau der reflektierten Welle der Referenzwert SR oder größer über den Durchtastfrequenzbereich hinweg ist. Dementsprechend wird, da der Zählwert des Frequenzeinstellzählers "16" im Schritt ST 6 wird, ein JA-Antwort erzeugt und das Vorhandensein des menschlichen Körpers beurteilt (Schritt ST 8).
Fig. 16 zeigt ein Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper in einer fünften Ausführungsform der Erfindung, welche ein Dämpfungsglied 110 enthält, das zusätzlich zwischen dem Oszillator 80 und dem Reflexionswellensensor 90 der Fig. 11 liegt. Das Dämpfungsglied 110 wendet ein π- Schaltung, bestehend aus Widerständen 111, 112 und 113 an, kann aber auch eine andere Art von Schaltung anwenden.
Da die Impedanz des Sensors 60 mit einer zu messenden Substanz stark variiert, nimmt das Signal des Reflexionswellensensors 90 zu. Zu diesem Zeitpunkt sind die Lastimpedanz des Oszillators 80 und die Eingangsimpedanz des Sensors 60 nicht angepaßt und das Arbeiten des Oszillators 80 ist instabil. Um dieses instabile Arbeiten zu verhindern, wird das Dämpfungsglied 110 an einer Ausgangsseite des Oszillators 80 zwischengelegt, und ein Teil des Ausgangssignals des Oszillators 80 wird stets durch den Widerstand aufgezehrt. Auch wenn sich die Impedanz stark ändert und eine Anpassung nicht erreicht wird, arbeitet der Oszillator 80 durch Stabilisierung der Lastimpedanz des Oszillators 80 sicher.
Bei den oben erwähnten Ausführungsformen der Fig. 11, 12 und 16 wird das Niveau der Reflexionswelle mit dem Reflexionswellensensor 90 nachgewiesen, es kann aber auch ein Verhältnis von stehenden Wellen (SWV) gemessen werden. Als Abwandlung dieser Ausführungsformen kann die Erfühlvorrichtung so konzipiert sein, daß das vom Oszillator erzeugte Hochfrequenzsignal über den Übertragungsweg auf den Sensor gegeben wird und eine Phasenverschiebung gegenüber dem aus dem Übertragungsweg in den Detektor übertragenen Hochfrequenzsignal festgestellt wird. Als weitere Abwandlung kann die Erfühlvorrichtung so konzipiert sein, daß das im Oszillator erzeugte Hochfrequenzsignal dem einen Resonanzkreis enthaltenden Sensor über einen Übertragungsweg zugeführt wird und eine Spannung oder ein Strom im Sensor gemäß dem äußeren Status, wie Unbesetztheit, Gepäck, menschlicher Körper oder dergleichen, festgestellt wird, um einen Körper nachzuweisen. Die Erfühlvorrichtungen für einen menschlichen Körper der vorstehenden Ausführungsformen sind so konzipiert, daß sie Unbesetztheit, Gepäck und den menschlichen Körper als Sensor für einen menschlichen Körper identifizieren, können aber auch auf einen Substanzsensor zur Erspürung von von Gepäck verschiedenen Substanzen angewandt werden.
Fig. 17 ist ein schematisches Schaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 in einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 erhält einen Oszillator 10, einen Detektor 20 und ein Steuerglied 30. Bei der Erspürvorrichtung 1 der Fig. 1 und 10 zur Diskriminierung eines menschlichen Körpers und anderer Körper besteht die Gefahr, daß sie fälschlicherweise einen Metallkörper als menschlichen Körper nachweisen, da ein Metallkörper einen Wert liefert, der den Werten von Nicht-Metall und menschlichem Körper, wie in Fig. 18 gezeigt, ähnlich ist.
Die Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 der Fig. 17 ist so konzipiert, daß ein fehlerhaftes Arbeiten hinsichtlich einer Metallplatte verhindert ist, indem die Frequenz einer Oszillationsfrequenz hinsichtlich eines Metallkörpers beurteilt wird. Zu diesem Zweck enthält die Vorrichtung 1 dieser Ausführungsform ferner eine Filterschaltung 120. Die Schaltung 120 enthält ein Hochfrequenzfilter 121 für den Empfang eines Ausgangssignals des Oszillators 10, eine Detektorschaltung 122 für die Feststellung der Ausgabe des Filters 121 sowie einen Verstärker 123 zur Verstärkung des Nachweisausgangssignals der Detektorschaltung.
Wenn ein Sitz von einem menschlichen Körper besetzt ist, wird das Schwingungsausgangssignal des Oszillators 10 klein und wird durch den Detektor 20 zur Aufgabe auf das Steuerglied 30 nachgewiesen. Der Wert eines auf das Steuerglied 30 gegebenen Signals ist kleiner als ein Referenzwert SR&sub1;, wie in Fig. 18 gezeigt, und das Steuerglied erzeugt ein Signal für das Vorliegen eines menschlichen Körpers. In dem Falle eines menschlichen Körpers und eines nicht-metallischen Körpers ist die Schwingungsfrequenz des Oszillators 10 niedrig und wird durch das Hochfrequenzfilter 121 beschnitten. Wenn ein Metallkörper auf den Sitz gelegt wird, nimmt das Ausgangssignal der Schwingung des Oszillators 10 ab. Die Frequenz hinsichtlich des Metallkörpers ist höher als diejenigen für menschlichen Körper und Nicht-Metallkörper wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Nur die Hochfrequenzkomponente des Ausgangssignals des Oszillators 10 wird vom Hochfrequenzfilter 121 durchgelassen, vorn Detektor 122 nachgewiesen und durch den Verstärker 123 auf einen bestimmten Wert verstärkt. Dieses verstärkte Ausgangssignal wird auf das Steuerglied 30 gegeben. Da das verstärkte Ausgangssignal durch den Verstärker 123 so verstärkt wird, daß es größer als ein Referenzwert SR&sub1; ist, entscheidet das Steuerglied 30 nicht das Vorliegen eines menschlichen Körpers. Dementsprechend wird ein Metallkörper nicht fälschlicherweise als menschlicher Körper diskriminiert.
Fig. 19 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 in einer siebten Ausführungsform der Erfindung, welche nicht fälschlicherweise einen Metallkörper als menschlichen Körper nachweist. Die Vorrichtung 1 enthält einen Oszillator 10, einen Detektor 20 und ein Steuerglied 30, die ähnlich denjenigen der Fig. 17 sind, enthält aber ferner einen Frequenzzähler 131 zur Zählung der Ausgabe des Oszillators 10 sowie ein Verstärkungsfaktorsteuerglied 132 zu Steuerung eines Verstärkungsfaktors des Verstärkers 20b nach Maßgabe der Frequenz. Diese Erspürvorrichtung für einen menschlichen. Körper 1 diskriminiert einen menschlichen Körper und einen Nicht-Metallkörper in der gleichen Weise wie diejenigen der oben erwähnten Vorrichtungen. Wenn ein Metallkörper in der Nähe einer mit dem Oszillator 10 verbundenen Spule angeordnet wird, wird die Schwingungsfrequenz des Oszillators 10 hoch. Das Oszillationsausgangssignal hoher Frequenz wird durch einen Frequenzzähler 131 gezählt. Mit zunehmender Frequenz wird die Verstärkung des Verstärkers 20b höher. Das Niveau des Schwingungsausgangssignals des Oszillators 10 wird durch das Vorliegen des Metallkörpers gesenkt, aber durch den Verstärker 20b zur Aufgabe auf das Steuerglied 30 mit hohem Niveau, ähnlich demjenigen eines Nicht- Metallkörpers, erhöht. Ein Metallkörper wird also nicht fälschlicherweise als menschlicher Körper nachgewiesen.
Fig. 20 ist eine schematisches Blockschaltbild in einer achten Ausführungsform dieser Erfindung, welche nicht fälschlicherweise einen Metallkörper als menschlichen Körper nachweist. Die Vorrichtung 1 enthält ebenfalls einen Oszillator 10, einen Detektor 20 und ein Steuerglied 30. Sie enthält ferner einen Frequenzzähler 131 zum Zählen der Ausgabe des Oszillators 10. Das Steuerglied 30 besteht aus einem A/D-Wandler 30a zur Umwandlung eines vom Detektor 20 erzeugten Ausgangssignals in Digitalwerte sowie aus einer CPU 30b.
Bei der Erspürvorrichtung für einen menschlichen Körper 1 der Fig. 20 wird die Schwingungsausgabe des Oszillators 10 abgesenkt, wenn ein menschlicher Körper in der Nähe einer Nachweisspule der Vorrichtung 1 vorhanden ist. Das Schwingungsausgangssignal wird durch den Detektor 20 zur Aufgabe auf die CPU 30b über den A/D-Wandler 30a nachgewiesen. Die Schwingungsausgabe des Oszillators 10 ist nicht abgesenkt, wenn ein Nicht- Metallkörper in der Nähe der Nachweisspule der Vorrichtung 1 vorhanden ist, nachgewiesen durch den Detektor 20 zur Aufgabe auf die CPU 30b über den A/D-Wandler 30a. Wenn ein Metallkörper in der Nähe des Oszillators 10 angeordnet wird, wird die Schwingungsausgabe des Oszillators 10 aber seine Oszillationsfrequenz hoch. Ein Zählwert, der eine hohe Frequenz darstellt, wird auf die CPU 30b durch Frequenzzählung des Frequenzzählers 131 gegeben und die CPU 30b reduziert den Referenzwert wie SR2 der Fig. 18. Der über den Detektor 20 und den A/D-Wandler 30a hereingenommene Signalwert ist vermindert, aber immer noch hoch, weil der Referenzwert auf SR2 abgesenkt ist. Die CPU 30b diskriminiert also nicht als menschlichen Körper und erzeugt kein das Vorhandensein eines menschlichen Körpers darstellendes Signal. Ein Metallkörper wird also nicht fälschlicherweise als menschlicher Körper nachgewiesen.
Die Erfindung wurde in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen, die zufriedenstellende Ergebnisse liefern, beschrieben und dargestellt, es versteht sich für den Fachmann jedoch, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, weshalb es mit den beigefügten Ansprüchen beabsichtigt ist, alle solchen Änderungen und Abwandlungen zu erfassen.

Claims

1. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers mit einem eine Spule (11, 61) enthaltenden Resonanzkreis (11, 12, 61, 62), einem Detektor (20) für den Empfang eines Hochfrequenzsignals von dem Resonanzkreis zur Ausgabe eines Signals, welches dem Pegel des Hochfrequenzsignals entspricht, und ein Steuerglied (30, 100) für den Empfang des Signals von dem Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Spule (11, 61) denjenigen des lebenden Körpers entsprechen, dessen Zugegensein erspürt werden soll, daß das Hochfrequenzsignal in einem Frequenzbereich liegt, der hoch genug ist, daß dessen Wert sich abhängig davon ändert, ob ein lebender Körper, ein anderer Körper oder kein Körper in der Nähe der Spule (11, 16) zugegen ist, und daß das Steuerglied (30, 100) so eingerichtet ist, daß es das vom Detektor (20) bei Zugegensein eines lebenden Körpers in der Nähe der Spule ausgegebene Signal von denjenigen, die ausgegeben werden, wenn ein anderer Körper oder kein Körper zugegen ist, diskriminiert.

2. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Frequenz zwischen 10 MHz und 300 MHz liegt.

3. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Spule (11) eine Luftkernspule mit wenigstens einer Wicklung ist.

4. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Spule (11) in einen Sitz (51) eingebaut ist.

5. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Spule (11) in ein Kissen (52) eingebaut ist.

6. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Spule (11) eine kreisförmige Luftkernspule mit einem Durchmesser zwischen 15 Zentimetern und 30 Zentimetern ist.

7. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Spule (11) um ein magnetisches Teil (18) gewickelt ist.

8. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Spule (11) eine Anzahl von miteinander verbundenen Spulen (11a, 11b) enthält.

9. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher die Schaltung (1), die den Detektor (20), das Steuerglied (30) und einen den Kondensator (12) enthaltenden Oszillator (10) aufweist, von einem Gehäuse (40) umschlossen ist, und bei welcher die Spule (11) außerhalb des Gehäuses (40) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 9, bei welcher die Abmessungen der Spule (11) in allen horizontalen Richtungen größer als diejenigen des Gehäuses (40) in allen horizontalen Richtungen sind.

11. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 9, bei welcher der Oszillator (10) die Erzeugung eines Hochfrequenzsignals beendet, wenn ein damit zu erspürender lebender Körper in der Nähe der Spule (11) zugegen ist.

12. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 9, bei welcher der Oszillator (10) mit einem Widerstand (13) zur Empfindlichkeitseinstellung versehen ist.

13. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 9, bei welcher der Oszillator (10) mit einer Temperaturkompensationsschaltung zur Kompensation der Änderung des Niveaus oder der Frequenz des Hochfrequenzsignals durch Temperatur vorgesehen ist.

14. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, welche ferner eine Reihenschaltung aus einem Filter und einem Verstärker (120), welche zum Detektor (20) parallel geschaltet ist, aufweist, wobei ein Signal mit einer Frequenz, die höher als diejenige des Hochfrequenzsignals bei Zugegensein und Abwesenheit des lebenden Körpers in der Nähe der Spule (11) ist, durch den Filter zur Verstärkung durch den Verstärker nachgewiesen wird und das Niveau des vom Detektor (20) erzeugten Ausgangssignals durch eine Ausgabe des Verstärkers kompensiert wird.

15. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, welche ferner einen zwischen dem Detektor (20a) und dem Steuerglied (30) zwischengeschalteten Verstärker (20b) und Frequenznachweismittel (131, 132) zum Nachweis der Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators (10) zur Änderung eines Verstärkungsfaktors des Verstärkers (20b) gemäß der mit den Frquenznachweismitteln (131, 132) nachgewiesenen Frequenz aufweist.

16. Vorrichtung zum Erspüren eines lebenden Körpers nach Anspruch 1, bei welcher das Steuerglied (30) die Abwesenheit des lebenden Körpers unabhängig von dem Niveau des Hochfrequenzsignals feststellt, wenn die mit den Frequenznachweismitteln (131, 132) festgestellte Ausgangsfrequenz höher als die Frequenz bei Nachweis des lebenden Körpers oder Nicht-Nachweis des lebenden Körpers und eines Körpers ist.