EP1525661A1 - Kapazitive sensorvorrichtung und installationen mit einer solchen sensorvorrichtung - Google Patents

Kapazitive sensorvorrichtung und installationen mit einer solchen sensorvorrichtung

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Publication number
EP1525661A1
EP1525661A1 EP03739931A EP03739931A EP1525661A1 EP 1525661 A1 EP1525661 A1 EP 1525661A1 EP 03739931 A EP03739931 A EP 03739931A EP 03739931 A EP03739931 A EP 03739931A EP 1525661 A1 EP1525661 A1 EP 1525661A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor device
capacitor
absorption
absorption surface
installation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03739931A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edo Lang
Roland Obrist
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1525661A1 publication Critical patent/EP1525661A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector

Definitions

  • the invention relates to capacitive sensors and sensor devices, which can be used in particular for detecting movements or objects.
  • it is about capacitive sensors and sensor devices that are supplied with an AC voltage signal and whose output signal is evaluated via an amplifier stage.
  • the first variant is characterized in that the capacitance C with its sensor surface is the frequency-determining element in an oscillator. A frequency shift, a change in amplitude or an increase in attenuation are evaluated using appropriate methods.
  • the disadvantage of this method is a very narrow range of action. Another disadvantage is their susceptibility to interference due to the influence of dirt and / or moisture.
  • a second type of capacitive sensors is based on a repetitive charge transfer from a defined DC voltage potential, at whose capacity - time conversion the transhipment time period is evaluated.
  • a disadvantage of this variant is a very narrow response range.
  • this principle does not have a static detection distance, but rather a dynamic detection distance, which depends on the approach speed and the approach angle of an object.
  • An example of a sensor based on the transhipment principle is described in a publication by EDISEN-electronic GmbH from 2001. This publication is entitled "Switch like magic - the magic lies in the time plane".
  • the evaluation method described in this publication is the subject of a European patent application that was published under number EP 0 723 339 AI.
  • German Offenlegungsschrift DE 25 16 A comparable approach is described, which is also based on the reloading principle, and there is a German published application DE 198 15 324 AI, in which a sanitary fitting is described which is designed in such a way that the water supply can be controlled by repeated reloading and determining the duration of the reloading ,
  • a third type are capacitive barriers in the geometric
  • the arrangement of the two plates corresponds to an optical light barrier and take advantage of the fact that a current flows between two capacitor plates when they are supplied with AC voltage.
  • the capacity can be increased if an ungrounded object is pushed between the two plates. In this case, the capacitive current increases.
  • One disadvantage of this variant is that the object must be between the plates.
  • Another disadvantage is the increasing susceptibility to interference due to external influences with increasing plate spacing.
  • Another disadvantage is the dependence of the AC voltage amplitude on the plate spacing.
  • a capacitive sensor for detecting the fill level of a liquid is described in German laid-open specification DE 199 49 985.
  • Another arrangement for use in the sanitary field is described in US Patent 5,694,653.
  • the arrangement described allows the contactless control of the water supply and the temperature of the water in a sink.
  • the valve is wired so that it acts as a transmitter that emits electrostatic waves. If a user moves his hand towards the fitting, the hand serves as a receiver of the electrostatic radiation.
  • a large-area receiver is arranged in the front area of the washbasin, which in turn receives the electrostatic radiation emitted by the user's body. This closes a transmission circuit and it can be detected that the hand has approached the fitting.
  • This type of arrangement is very sensitive and complex in structure.
  • the invention is therefore based on the object
  • the invention offers, among other things, the following advantages: larger response and effective range, greatly improved signal / signal-to-noise ratio, detection of static and moving objects and their position in the effective range, independence with respect to generator voltage amplitude as a function of the effective range and that an ungrounded object does not affect the sensor unit, as well as a simple, unobtrusive adaptation to existing objects.
  • FIG. 1A shows a first sensor device according to the invention, in a schematic sectional illustration
  • FIG. 1B is an equivalent circuit diagram of the sensor device shown in FIG. 1A;
  • Fig. 2 is a schematic representation showing the comparison of a conventional sensor and a sensor device according to the invention under the influence of moisture;
  • 3A is a schematic diagram showing the range of action of a conventional sensor
  • 3B is a schematic illustration showing the range of action of a sensor device according to the invention.
  • FIG. 4A shows a second sensor device according to the invention, in a schematic sectional illustration
  • FIG. 4B is an equivalent circuit diagram of the sensor device shown in FIG. 2A;
  • FIG. 5 shows a further sensor device according to the invention, which has a similarity to the sensor device shown in FIGS. 1A and 1B, in plan view;
  • FIG. 6 shows a further sensor device according to the invention, in a sectional illustration
  • 7 shows a further sensor device according to the invention, in a sectional illustration
  • FIG. 8 shows a further sensor device according to the invention, in a top view
  • FIG. 9 shows a further sensor device according to the invention, in a top view
  • FIG. 10 shows a further sensor device according to the invention, in a top view
  • FIG. 11 shows a further sensor device according to the invention, in a sectional illustration
  • FIG. 13 shows a simplified block diagram of a further sensor device according to the invention.
  • FIG. 14 shows a further sensor device according to the invention, in a top view
  • FIG. 16 shows a detailed view of a urinal according to the invention with a sensor device
  • FIG. 17 shows an installation according to the invention with a sensor device for determining the fill level.
  • a second electrically conductive surface 41 is applied to the insulator 43 on a first electrically conductive surface 32.
  • a third electrically conductive surface 31 is provided on the first conductive surface 32 with a second insulator 33.
  • the electrically conductive surface 41 is connected to an AC voltage generator 39 via a connection 36.
  • the electrically conductive surface 31 is connected to a sensor amplifier 40 via a connection 37.
  • the alternating voltage generator 39 uses Cl, consisting of a first electrically conductive surface 41, the dielectric 43 and a second electrically conductive surface 32.3, to generate a generator signal sl (t) coupled.
  • the signal decoupling of the signal s2 (t) takes place via C2, consisting of a first electrically conductive surface 31, the dielectric 33 and a second electrically conductive surface 32.1, on the sensor amplifier 40.
  • the partial surfaces 32.1, 32.2 and 32.3 correspond in the arrangement described to Surface 32 shown in FIG. 1A.
  • a capacitance C3 is made up of the first surface 32.2 and the dielectric in the area dx, which together with ⁇ 0 (for the air gap) can be composed of different ⁇ r , as is the case, for example, in FIG. 1A is shown with an adhesive layer 34 and a carrier material 35, and the object 38.
  • C3 changes its capacitance as a function of dx, as a function of the structure of the dielectric and also as a function of the object 38.
  • the arrangement between the coupling point 36 for sl (t) and the point 37 at which s2 (t) is tapped forms the actual electrical network of the sensor device, with Cl and C3 forming a voltage divider, the center tap of which signal s2 (t ) via C2 to the sensor amplifier 40.
  • Cl and C3 forming a voltage divider, the center tap of which signal s2 (t ) via C2 to the sensor amplifier 40.
  • the ratio of the dimensions of the electrically conductive surfaces 31, 32 and 41 and their dielectrics 33 and 43 to one another are also application-dependent.
  • the working range of the sensor device can be optimized by means of voltage adjustment. This requires a corresponding dimensioning of Cl in relation to C3.
  • the effective range of the sensor unit is essentially determined by its absorption surface 32.
  • the response range of a conventional sensor device is compared with the sensor device according to the invention.
  • the conventional sensor device is shown below the diagram in Fig. 3A.
  • the signal s2 (t) is weakened only when an object approaches the plates of the capacitor in a very narrowly limited area.
  • the desired response range is set with the dimension of the absorption surface or determined by this.
  • FIG. 2 shows a direct comparison of a conventional capacitive sensor device and the sensor device according to the invention. The behavior is shown when the sensor unit is moistened. In the dry state, the output voltage s2 (t) of a conventional sensor unit is constant (curve 220). As soon as moisture wets the sensor device, there is a short circuit and the output voltage increases suddenly and reaches a maximum voltage smax.
  • the sensor device according to the invention is insensitive to moisture. A short circuit cannot occur. Curve 221 runs horizontally. If an object now approaches, the voltage s2 (t) decreases because damping takes place through C3. The conventional sensor device shows no reaction when the object approaches due to the short circuit.
  • FIG. 4A Another embodiment of the invention is shown in Fig. 4A.
  • a comparison of FIG. 1A with FIG. 4A shows that Cl has been replaced by a resistor R.
  • the functional principle according to the invention is explained in detail with reference to FIG. 4B.
  • the generator signal sl (t) is coupled in via an resistor R by an alternating voltage generator 19.
  • the resistance R can be, for example, the output resistance of the generator 19.
  • the signal decoupling of the signal s2 (t) takes place via C2, consisting of a first electrically conductive surface 12, the dielectric 13 and a second electrically conductive surface 11, on a sensor amplifier 20.
  • the sub-surfaces 12.1 and 12.2 correspond to the arrangement shown in FIG 4A shown area 12.
  • the capacitance C3 comprises a first area 12 and a dielectric in the area dx, which together with ⁇ 0 (for the air gap) can be composed of different ⁇ r , as is shown for example in FIG. 4A with a Adhesive layer 14 and a carrier material 15 is shown, and the object 18.
  • C3 changes its effective capacitance as a function of dx, as a function of the dielectric and as a function of the object 18.
  • the arrangement between the coupling point 16 for sl (t) and the point 17 at which s2 (t) is tapped forms the actual electrical network of the sensor device, with R and C3 forming a voltage divider, at the center tap of which the signal s2 ( t) is fed to the sensor amplifier 20 via C2.
  • R and C3 forming a voltage divider, at the center tap of which the signal s2 ( t) is fed to the sensor amplifier 20 via C2.
  • the electrically conductive surface 11 and also its dielectric 13 should be arranged invisibly behind the absorption surface 12 or from the object 18, as can be seen in FIG. 4A.
  • the resistance R should also be placed behind the absorption surface 12.
  • a further embodiment 30 is that the variant C2 shown in FIG. 1A is replaced by a high-resistance resistor. This construction variant is not shown.
  • the disadvantage of this design variant is that the sensor amplifier is galvanically connected to the absorption surface.
  • FIG. 5 Another embodiment of the invention is shown in FIG. 5.
  • the embodiment 90 shown in FIG. 5 corresponds in some elements to that of embodiment 30. For the sake of simplicity, these elements are designated by the same reference numerals as in FIGS. 1A and IB.
  • the sensor device 90 is characterized in that a shielding surface 112 is provided.
  • This shielding surface 112 is made of a conductive material and is preferably placed either on earth or on ground.
  • the shielding surface 112 is decoupled from the surfaces 31 and 41 of the capacitors C1 and C2 by two dielectric layers 104 and 113. Through the Shielding surface 112, the response range of the sensor device 90 can mainly be set to the half space in front of the absorption surface 32. Movements behind the sensor device 90 (in FIG.
  • an AC voltage signal sl (t) is injected from an AC voltage generator 99 via a conductive connection 96 into the surface 41 of the capacitor C1.
  • a sensor amplifier 100 is connected to a plate 31 of the capacitor C2 via a conductive connection 97.
  • a signal s2 (t) is coupled out of the capacitive network.
  • FIG. 6 Another embodiment 120 is shown in FIG. 6.
  • the embodiment 120 shown in FIG. 6 corresponds in some elements to the design 30 or 90. For the sake of simplicity, these elements are designated by the same reference numerals as in FIG. 1 or FIG. 5.
  • the sensor device 120 is characterized in that that it has a symmetrical response range. The response range extends into the half-space above and into the half-space below the sensor device 120 shown. In this example, the entire structure is mirror-symmetrical to a central plane (not shown).
  • the sensor device 120 comprises two further capacitors Cl ' and C2 ', and a second absorption surface 122.
  • the capacitance C1' is formed from the second absorption surface 122, the dielectric 123 and the surface 41, and the capacitance C2 'is formed from the second absorption surface 122, the dielectric 124 and the surface 31 ,
  • an AC voltage signal sl (t) is coupled into the capacitive network by an AC voltage generator 129 via a conductive connection 126 by means of the capacitors C1 and Cl ', the capacitances of the capacitors C3 and C3' depending on whether objects are in the response area.
  • On the output side is a sensor amplifier 130 via a conductive connection 127 connected to the surface 31 of the capacitors C2, C2 '.
  • a signal s2 (t) is coupled out of the capacitive network.
  • FIG. 7 Another embodiment 140 is shown in FIG. 7.
  • the embodiment 140 shown in FIG. 7 corresponds to that of the design 30 in some elements. For the sake of simplicity, these elements are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 1A and IB.
  • the sensor device 140 is characterized in that the absorption surface 142 is galvanically separated into 2 to n sub-areas 142.1, 142.2 to 142. n.
  • dL distance between the partial areas
  • the number of partial areas 142.1, 142.2 to 142. n the spatial sensitivity in dx can be increased.
  • the signal-to-noise ratio and the short-circuit behavior according to FIG. 2 deteriorate in the presence of moisture.
  • an AC voltage signal sl (t) is injected from an AC voltage generator 139 into the surface 141 of the capacitor C1 via a conductive connection 136.
  • a sensor amplifier 143 is connected to a surface 144 of the capacitor C2 via a conductive connection 147.
  • a signal s2 (t) is coupled out of the capacitive network.
  • the description speaks repeatedly of an object, the movement and / or position of which can be detected within the response range.
  • the objects can be parts of the body - for example, the hand of a user - or artificial or natural objects or liquids.
  • the sensor devices enable, among other things, the detection of the following states or changes: - an object comes into the response area,
  • the sensor devices according to the invention essentially eliminate the disadvantages of known arrangements or demonstrably reduce the disadvantages.
  • the invention has significant advantages over the already known devices.
  • the sensor device according to the invention has a much larger response and effective range, since the effective range is largely determined by the dimension and shape of the electrically conductive absorption surface.
  • a sensor is no longer simply implemented by a two-plate capacitor, but at least one fixed and one variable capacitor (or one that can be influenced from the outside) are used. Due to the geometrical shape of the plates and an appropriate arrangement of the plates with respect to one another, the spatial response range can be specifically adapted to external conditions. The response area can be specified both in terms of area and space.
  • the sensor unit according to the invention recognizes static objects and moving or moving objects and their position within the effective range since a corresponding signal is generated with s2 (t). With the sensor unit according to the invention, a very large effective area can be achieved with small generator voltages, for example between 2 volts and 5 volts (preferably 3 Vpp).
  • the sensor unit according to the invention is not influenced by non-grounded objects, since the field lines cannot be directly influenced by the structural arrangement of Cl and C2. For example, Moisture or water largely have no influence, since this only comes into contact with the electrically conductive surface 32.
  • the dielectric can become conductive (short circuit) in conventional two-plate devices, or at least change very significantly.
  • the dielectric can be influenced only insignificantly in such a situation, since the moisture or the water only influence the absorption surface.
  • the devices according to the invention are suitable for battery operation.
  • Another advantage is that the response area of the sensor device is largely independent of the dielectric of the carrier material due to the significant size of the absorption surface.
  • a device according to the invention can thus be used on a wide variety of carrier materials.
  • the sensor unit according to the invention can be modified. All of the previously described embodiments can be modified as follows.
  • FIG. 8 Another embodiment 50 of the invention is shown in FIG. 8 as a top view.
  • the sensor device 50 shown has an L-shaped, conductive absorption surface 52.
  • Two capacitors C1 and C2 sit on this absorption surface 52.
  • the capacitor C1 is replaced by part of the Absorbent surface 52 and formed by a surface 51. Below the surface 51 there is a dielectric that is not visible in FIG. 8.
  • the capacitor C2 is formed by another part of the absorption surface 52 and by a surface 53. Below the surface 53 there is also a dielectric that is not visible in FIG. 8.
  • a response range can be predetermined by the shape and size of the absorption surface 52.
  • the absorption surface 52 can take almost any shape. It can be arranged 2-dimensionally or even 3-dimensionally.
  • the sensor device 50 can in turn be supplied with a signal sl (t) by a generator.
  • An output signal s2 (t) can be coupled out from the surface 53 on the capacitor C2.
  • the function is comparable to the previously described designs. As soon as, for example, an object approaches the absorption surface 52, this approach can be detected.
  • the position of Cl and C2 with respect to the absorption surface 52 can be determined in an application-specific manner. It is only necessary to ensure that there is a minimal distance between Cl and C2 so that the direct coupling to one another is negligible.
  • FIG. 9 Another embodiment 70 of the invention is shown in FIG. 9 as a top view.
  • the sensor device 70 shown has a T-shaped, conductive absorption surface 72.
  • Two capacitors C1 and C2 sit on this absorption surface 72.
  • the capacitor C1 is formed by part of the absorption surface 72 and by a plate 71. Below the plate 71 there is a dielectric that is not visible in FIG. 9.
  • the capacitor C2 is formed by another part of the absorption surface 72 and by a surface 73. Below the surface 73 there is also a dielectric that is not visible in FIG. 9.
  • the response range can be determined by cutting off (for example by cutting off with scissors).
  • An absorption surface made of a conductive, flexible material is particularly suitable.
  • the absorption surface 72 can be embodied, for example, as a film or sheet which is cut to a carrier material (for example a wall of a room or a (ceramic) wall of a sanitary device) before the sensor device 70 is attached.
  • a carrier material for example a wall of a room or a (ceramic) wall of a sanitary device
  • the absorption surface 72 can be provided on one side with an adhesive film.
  • a suitable choice of the adhesive film can also serve as the dielectric of the capacitor C3. It is an advantage of the sensor device according to the invention according to FIG. 9 that no changes are made to the alternating voltage generator and to the cut or cut
  • Input sensitivity must be made.
  • the position of Cl and C2 with respect to the absorption surface 72 can be determined in an application-specific manner. It is only necessary to ensure that Cl is at a minimum distance from C2 so that the direct coupling to one another is negligible.
  • FIG. 10 Another embodiment of the invention is shown in FIG. 10 as a top view.
  • the sensor device 80 shown has three rectangular, conductive absorption surfaces 82.1, 82.2, 82.3.
  • the absorption surfaces 82.1, 82.2, 82.3 are electrically connected to one another via connections 84.1 and 84.2.
  • Two capacitors C1 and C2 sit on the absorption surface 82.1.
  • the capacitor C1 is formed by a part of the absorption surface 82.1 and by a surface 81. Below the surface 81 there is a dielectric that is not visible in FIG. 10.
  • the capacitor C2 is formed by another part of the absorption surface 82.1 and by a surface 83. Below the surface 83 there is also a dielectric that is not visible in FIG. 10.
  • the response area can be divided between the partial areas 82.1, 82.2 and 82.3. If these partial areas 82.1, 82.2 and 82.3 are selected to be of different sizes, a corresponding evaluation device can be used to distinguish, with the object distance dx remaining the same, whether an object has approached the first, the second or the third partial area. This is made possible by the fact that each of the partial areas also assumes a different effective capacity due to their different size when an object is brought up. Assuming, for example, that a hand is approaching the first partial area 82.1, the signal s2 (t) is attenuated for the first time. On the other hand, if the hand approaches the second partial surface 82.2, the damping of the signal s2 (t) is lower.
  • the sensor devices according to the invention can be manufactured in a wide variety of ways.
  • a dielectric material such as epoxy, glass fiber or plastic films is preferably used as the insulation layer (e.g. layers 33 and 43 in Fig. 1A).
  • the conductive absorption layer can be applied to this insulation layer.
  • Adhesion of a foil, evaporation or sputtering of a metal layer, application by means of electroplating is particularly suitable.
  • a printed circuit board with metallization (for example with a copper cladding) can also be processed by etching so that the absorption surface gets the desired shape and size.
  • the capacitors C1 and C2 can be attached to the rear of the sensor device in further steps. These capacitors can either be prefabricated components that are applied, or they can be constructed from individual layers.
  • Printed circuit boards 174 which are laminated on both sides with copper are also suitable.
  • a sensor device 170 according to FIG. 11 can be produced therefrom.
  • the first copper cladding is processed, for example by etching, in such a way that an absorption surface 172 with the desired shape and size is created.
  • the second copper cladding, located on the other side of circuit board 174, is patterned by etching to form surface 173 of capacitor C2 and surface 183 of capacitor C1.
  • the circuit board 174 serves as the dielectric layer of the two capacitors C1 and C2.
  • This device can, for example, be applied directly to a carrier layer 175.
  • This carrier layer 175 can be a ceramic, for example Be a shift.
  • device 170 is comparable to device 30, for example. If appropriate, the entire electronics (generator, signal processing and evaluation, microprocessor) can also be integrated on the same printed circuit board 174.
  • FIG. 12 An example of a sensor device 190 is shown in FIG. 12, which was implemented on a plate 194 laminated on one side.
  • the lamination is processed, for example by etching, in such a way that an absorption surface 192 with the desired shape and size is produced.
  • Two conventional capacitors C1 and C2 are used, which are connected to the absorption surface 192 via an electrical connection.
  • the input signal sl (t) is applied to the input side of the capacitor C1 and the output signal s2 (t) can be coupled out on the capacitor C2.
  • device 190 is comparable to device 30, for example.
  • conventional capacitors can only be used to a limited extent, since, depending on the application, they are not commercially available in the required capacity range.
  • the capacitors preferably have a capacitance which is ⁇ lpF.
  • An absorption surface made of a conductive, flexible material is particularly suitable.
  • the absorption surface can be designed, for example, as a film or sheet which is cut to size on a carrier material (for example a wall of a room or a wall of a sanitary device) before the sensor device is attached.
  • the absorption surface can be provided with an adhesive film on one side. With a suitable choice of the adhesive film, this can also serve as the dielectric of the capacitor C3.
  • FIG. 13 A possible form of evaluation can be seen in FIG. 13.
  • the block diagram of a sensor device 200 is shown. Starting from an alternating voltage generator 209, the signal sl (t) is coupled into the network. A chain with the following elements is provided on the output side: sensor amplifier 210, filter 201 (preferably a Bandpass filter, which is matched to the frequency of the signal sl (t)), AC / DC converter 202 (rectifier), analog / digital converter 203 and microprocessor 204.
  • the elements of the embodiment can be characterized in more detail as follows: frequency of the signal sl (t) approx. 20 kHz; Amplitude of the signal sl (t) approx. 5V; Gain factor of sensor amplifier 210 approximately 300; Resolution of the analog / digital converter 203 10 bit and sample rate 10 Hz; Clock frequency of the microprocessor 204 approximately 4 MHz and instruction time 1 ⁇ s. This is exemplary information.
  • FIG. 14 Another possible form of evaluation of a sensor device 150 according to the invention is shown in FIG. 14. It is a device 150 which comprises n individual absorption partial areas 152.1 to 152. n. In the embodiment shown, each of these absorption partial areas 152.1 to 152. n is acted upon by the same input signal sl (t). It is also conceivable that each absorption partial area 152.1 to 152. n is acted upon by its own input signal.
  • the input signal sl (t) is coupled into the capacitive network via the capacitor C1.l - consisting of the surface 151.1, a dielectric and the absorption sub-surface 152.1.
  • the capacitors C1.2 to Cl.n each comprise the areas 151.2, 152.2 to 151. n, 152.
  • the partial signals s2.1 (t), s2.2 (t) to s2.n (t) are decoupled via the capacitors C3.1, C3.2 to C3.n.
  • the capacitor C3.1 is formed from the area 153.1 of a dielectric and the absorption area 152.1.
  • C3.2 is formed from the surface 153.2 / a dielectric and the absorption sub-surface 152.2.
  • C3.n is formed from the area 153. n, a dielectric and the absorption partial area 152. n.
  • the output signals s2.1 (t), s2.2 (t) to s2.n (t) are fed to sensor amplifiers 160.1 / 160.2 to 160. n. After these output signals have been amplified, the amplified signals are converted into digital signals by means of A / D converters 161.1, 161.2 to 162. n. In the example shown, a microprocessor 162 is used.
  • the microprocessor 162 can evaluate whether an object is located in front of one of the absorption subareas 152.1 to 152. n. He can also determine in front of which of the absorption sub-areas 152.1 to 152. n the object is located. Depending on the arrangement of the absorption partial areas 152.1 to 152. n, not only an area resolution but also a spatial resolution can be achieved. In the example described, n is a natural number greater than 1. Movements and directions of movement can also be recognized.
  • An operational amplifier is preferably used as the sensor amplifier in connection with the invention.
  • the operational amplifier allows the gain to be adjusted.
  • the sensor amplifier can thus be set in such a way that subsequent stages (for example a coupling circuit for coupling the analog part of the sensor device with a subsequent digital processing device) are supplied with a signal which is in a processable range.
  • subsequent stages for example a coupling circuit for coupling the analog part of the sensor device with a subsequent digital processing device
  • the regulation or the automatic adjustment can also be implemented in another way.
  • the aforementioned type of wiring can be used together with any of the previously described embodiments.
  • an A / D converter is used, which is preferably connected downstream of the sensor amplifier or the AC / DC conversion.
  • the A / D converter converts the analog output signal at the output of the sensor amplifier or a rectified signal into digitally coded signals.
  • the A / D converter should have a resolution of 8, 10, 12 or more bits. The resolution has an influence on the accuracy of the A / D implementation.
  • the A / D converter can have a parallel or a serial interface via which a connection to the digital processing device (e.g. in the form of a microprocessor) is realized or it is already integrated in the processing device.
  • the term installation comprises at least one sensor or sensor device according to the invention, a chain with processing elements, an energy source (power pack or battery), and a downstream system for converting the detection into an action (such as, for example opening and closing an actuator (e.g. a valve or overflow protection), displaying information, switching devices, valves and the like on or off).
  • an actuator e.g. a valve or overflow protection
  • the flushing of a toilet bowl or a urinal bowl or the switching on and off of a water supply to a sink or sink, a shower tray or bathtub can be regulated or controlled without contact.
  • both the supply of cold water and hot water can be regulated separately, so that a mixture is obtained at a desired temperature.
  • Water supply regulations and or controls for sanitary appliances in the public area are frequently exposed to the vandalism of the users, and it is an advantageous property of the invention that with it water supply regulations and or controls can be designed to be vandal-proof.
  • the invention is also suitable for sanitary appliances which are mainly used by older people or the disabled, since no effort is required.
  • the area to which a part of the body has to be approached can be made relatively large, which enables sanitary apparatus to be operated in a manner suitable for the disabled.
  • overflow protection on sanitary appliances. Overfilling or overflowing of a sanitary device can be made more reliable with such an overflow protection prevent than with an overflow opening that can be clogged by contaminants.
  • the feed unit 301 (fitting) can be used directly as an absorption surface, as shown schematically in FIG. 15.
  • the AC voltage signal is provided by a generator 309 and is coupled into the armature 301 via a capacitor C1.
  • An output signal is coupled out via a capacitor C2 and transferred to an amplifier 310. If a hand is brought near the fitting 301 (absorption surface), the water supply is switched on. If the hand is removed again, the water supply is interrupted again.
  • the hands are already recognized from a relatively large distance.
  • the presence and removal of the hands can also be correctly recognized with the sensor device according to the invention.
  • the embodiment shown in FIG. 15 can be further improved by also applying the alternating voltage signal of the generator 309 to the medium (in the present case water) flowing out of the fitting 301.
  • the emerging water jet is thus acted upon by the generator signal and can be “faded out” during the evaluation.
  • the water jet does not produce any damping, but can, depending on the coupling of the generator signal, produce a slight signal amplification. It is therefore a better distinction between water and, for example, a hand
  • the alternating voltage signal of the generator 309 can, for example, be applied via a high-resistance resistor and a capacitor to a metal part which is in contact with the escaping water.
  • the sensor device 400 can also be used to control a urinal, as indicated in FIG. 16.
  • an absorption surface 402 is attached behind a ceramic wall 401 of a urinal in such a way that the presence of the user and or the urine jet is recognized as an object.
  • the AC voltage signal is provided by a generator 409 and is coupled into the absorption surface 402 via a capacitor C1.
  • An output signal is coupled out via a capacitor C2 and transferred to an amplifier 410. If a hand is brought near the fitting 301 (absorption surface), the water supply is switched on.
  • the present invention can also be used to design larger areas, for example walls or the like, in such a way that objects and possibly their position in front of these areas can be detected. This opens up new opportunities, especially for intelligent solutions in buildings. For example, interactive surfaces can be realized with the invention.
  • sensor devices according to the invention can be used, for example, to control elevators.
  • Another area of application with the present invention is in the door automation area.
  • Appropriate arrangement of the sensor device can cause the automatic opening and closing of doors.
  • the so-called danger zone of a door can also be monitored, which prevents the door from closing when a person is in the danger zone.
  • a level measurement can be carried out easily and without coming into contact with the medium 502, as shown schematically in FIG. 17.
  • the corresponding level can thus be determined in a simple manner, since the absorption depends on that covered by the medium 502 Absorbent area 503 increases.
  • the AC voltage signal is provided by a generator 509 and is coupled into the absorption surface 503 via a capacitor C1.
  • An output signal is coupled out via a capacitor C2 and transferred to an amplifier 510.
  • a system for leak detection can also be implemented.
  • the device according to the invention is arranged in the area of a container to be monitored.
  • the escape of a liquid or other medium dampens the field and can therefore be detected. If a slight generator signal is applied to the medium, as described in connection with FIG. 15, the system can distinguish liquid that has escaped from the container from other liquid.
  • An area of application that can also be assigned to measurement technology is position measurement. Since the present invention can also determine distances of up to a few 10 cm, a position measurement of an object or in relation to an object can be implemented.
  • Another area for the arrangement of the sensor device according to the invention is the kitchen area, for which combined sensor devices, for example according to FIG. 14, are particularly suitable. Different kitchen appliances can be switched on or off, or switching levels can be changed.
  • its contact-free actuation is particularly advantageous; fiddling in the kitchen often results in dirty hands and occasionally requires a sudden operation of a facility; if such an actuation has to take place by touch, then these are subsequently soiled, which can be avoided by controls with the sensor device according to the invention.
  • Call systems can also be controlled with the aid of sensor devices according to the invention. With arrangements according to FIG. 10, it is also possible to selectively operate a call system.
  • An area of application that can also be assigned to building technology is the security area.
  • the sensor devices according to the invention can be used in a similar manner to heat sensors, but are completely inconspicuous, so that bypassing or even decommissioning by unauthorized persons is impossible. For example, dangerous areas such as machines or the like can be protected by a sensor device. The sensor device can switch off the machine 1 .
  • sprinklers possibly with the addition of fertilizer, for example from nurseries or agrotechnical test fields, also in greenhouses, can be expected.
  • very advantageous arrangements can be implemented, in particular with a sensor device according to FIG. 10.
  • the areas that trigger a reaction of the sensor device when approached are arranged within a plan representation of the plot to be sprinkled, with partial areas 82.1, 82.2 and 82.3 of the sensor device being in partial areas of the plan representations come to rest.
  • the control of a sprinkler system is very clear and easy.

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Sensorvorrichtung mit einem ersten Kondensator (C2), der eine erste elektrische leitfähige Fläche (12.1), eine zweite elektrisch leitfähige Fläche (11) und eine dielektrische Schicht (13) umfasst. Es ist eine elektrisch leitende Absorptionsfläche (12.2) vorgesehen, die leitend mit der ersten elektrisch leitenden Fläche (12.1) des ersten Kondensators (C2) verbunden ist und die ggf. auf einer Isolationsschicht sitzt, die auf einer ersten Seite der Absorptionsfläche (12.2) angeordnet ist. Ein Wechselspannungsgenerator (G) dient zum Einkoppeln eines Wechselspannungssignals (s1(t)) in die Absorptionsfläche (12.2) und ein Sensorverstärker (A) zum Verstärken eines Ausgangssignals (s2(t)), das an der zweiten elektrisch leitfähigen Fläche (11) des ersten Kondensators (C2)abgreifbar ist. Die Sensorvorrichtung ist so ausgelegt ist, dass die Absorptionsfläche (12.2) bei Bewegung oder vorhandensein eines Objekts (18) einen zusätzlichen Kondensator (C3) bildet, dessen effektive Kapazität veränderbar ist, wobei das Ausgangssignal (s2(t)) durch diese effektive Kapazität eine Dämpfung erfährt, die detektierbar ist.

Description

KAPAZITIVE SENSORVORRICHTUNG UND INSTALLATIONEN MIT EINER SOLCHEN SENSORVORRICHTUNG
[0001] Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der
Schweizer Patentanmeldung CH 2002 1353/02, die am 2.8.2002 eingereicht wurde.
[0002] Die Erfindung betrifft kapazitive Sensoren und Sensorvorrichtungen, die insbesondere zum Detektieren von Bewegungen oder Objekten einsetzbar sind. Im Speziellen geht es um kapazitive Sensoren und Sensorvorrichtungen, die mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt werden und deren Ausgangssignal über eine Verstärkerstufe ausgewertet wird.
Stand der Technik
[0003] Es gibt im wesentlichen drei verschiedene Arten von kapazitiven
Sensoren. Die erste Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Kapazität C mit ihrer Sensorfläche das frequenzbestimmende Element in einem Oszillator ist. Es wird eine Frequenzverschiebung, eine Amplitudenänderung oder eine Dämpfungszunahme über entsprechende Verfahren ausgewertet. Nachteil dieses Verfahrens ist ein sehr eng begrenzter Wirkungsbereich. Ein weiterer Nachteil ist deren Störanfälligkeit durch den Einfluss von Verschmutzung und/oder Feuchtigkeit.
[0004] Eine zweite Art kapazitiver Sensoren basiert auf einer sich wiederholenden Umladung von einem definierten Gleichspannungspotential, bei deren Kapazität - Zeit - Wandlung die Umladungszeitdauer ausgewertet wird. Ein Nachteil dieser Variante ist ein sehr eng begrenzter Ansprechbereich. Im weiteren weist dieses Prinzip keinen statischen Detektionsabstand, sondern einen dynamischen Detektionsabstand auf, der von der Annäherungsgeschwindigkeit und dem Annäherungswinkel eines Objekts abhängt. Ein Beispiel eines Sensors, der auf dem Umladungsprinzip beruht, ist in einer Publikation der Firma EDISEN- electronic GmbH aus dem Jahr 2001 beschrieben. Diese Publikation trägt den Titel „Schalten wie von Geisterhand - in der Zeitebene liegt der Zauber". Das in dieser Publikation beschriebene Auswerteverfahren ist Gegenstand einer Europäischen Patentanmeldung, die unter der Nummer EP 0 723 339 AI publiziert wurde. In der Deutschen Offenlegungsschrift DE 25 16 024 ist ein vergleichbarer Ansatz beschrieben, der auch auf dem Umladungsprinzip beruht. Es gibt eine Deutsche Offenlegungsschrift DE 198 15 324 AI, in der eine Sanitärarmatur beschrieben ist, die so ausgelegt ist, dass durch wiederholtes Umladen und Ermittlung der Umladungszeitdauer die Wasserzufuhr gesteuert werden kann.
[0005] Eine dritte Art sind kapazitive Schranken, die in der geometrischen
Anordnung der beiden Platten einer optischen Lichtschranke entsprechen und die Tatsache ausnutzen, dass zwischen zwei Kondensatorplatten ein Strom fliesst, wenn sie mit Wechselspannung gespeist werden. Zum einen besteht die Möglichkeit, beide Platten durch einen leitendes und geerdetes Objekt voneinander abzuschirmen. In diesem Fall wird der kapazitive Strom kleiner oder verschwindet ganz. Zum anderen lässt sich die Kapazität erhöhen, wenn zwischen die beiden Platten ein nicht geerdetes Objekt geschoben wird. In diesem Fall wird der kapazitive Strom grösser. Nachteil dieser Variante ist zum einen, dass sich das Objekt zwischen den Platten befinden muss. Ein weiterer Nachteil ist die zunehmende Störanfälligkeit durch äussere Einflüsse bei zunehmendem Plattenabstand. Ebenfalls ein Nachteil ist die Abhängigkeit der Wechselspannungsamplitude zum Plattenabstand. Ein kapazitiver Sensor zur Detektion des Füllstandes einer Flüssigkeit ist in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 199 49 985 beschrieben. [0006] Eine weitere Anordnung zur Verwendung im Sanitärbereich ist in dem US-Patent 5,694,653 beschrieben. Die beschriebene Anordnung erlaubt das berührungslose Kontrollieren der Wasserzufuhr und der Temperatur des Wassers bei einem Waschbecken. Die Armatur ist so beschaltet, dass sie als Sender wirkt, der elektrostatische Wellen abstrahlt. Bewegt ein Benutzer seine Hand auf die Armatur zu, so dient die Hand als Empfänger der elektrostatische Strahlung. Im vorderen Bereich des Waschbeckens ist ein grossflächiger Empfänger angeordnet, der wiederum die vom Körper des Benutzers abgestrahlte elektrostatische Strahlung aufnimmt. Dadurch wird ein Übertragungskreis geschlossen und es kann detektiert werden, dass sich die Hand der Armatur genähert hat. Diese Art der Anordnung ist sehr empfindlich und vom Aufbau her komplex.
Aufgabe der Erfindung
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Sensorvorrichtung anzubieten, welche sowohl die im Stand der Technik aufgeführten Nachteile vermindert oder eliminiert als auch weitere Vorteile aufweist.
[0007] Die Erfindung bietet unter anderem die folgenden Vorteile: grösserer Ansprech- und Wirkungsbereich, stark verbesserter Signal-/ Störabstand, Detektion von statischen und bewegten Objekten und deren Position im Wirkungsbereich, Unabhängigkeit bezüglich Generatorspannungsamplitude in Funktion vom Wirkungsbereich und, dass ein nichtgeerdetes Objekt die Sensoreinheit nicht beeinflusst, als auch eine einfache, unauffällige Adaption an bestehende Objekte.
Die Lösung der Aufgabe
[0008] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
- Für die Sensorvorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1; und
- Für Installationen durch die Merkmale des Anspruchs 16. [0009] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.
[0010] Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben:
Fig. 1A eine erste Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in einer schematisierten Schnittdarstellung;
Fig. 1B ein Ersatzschaltbild der in Fig. 1A dargestellten Sensorvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die den Vergleich eines konventionellen Sensors und einer erfindungsgemässen Sensorvorrichtung unter Feuchtigkeitseinwirkung zeigt;
Fig. 3A eine schematische Darstellung, die den Wirkungsbereich eines konventionellen Sensors zeigt;
Fig. 3B eine schematische Darstellung, die den Wirkungsbereich einer erfindungsgemässen Sensorvorrichtung zeigt;
Fig. 4A eine zweite Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in einer schematisierten Schnittdarstellung;
Fig. 4B ein Ersatzschaltbild der in Fig. 2A dargestellten Sensorvorrichtung;
Fig. 5 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, die eine Ähnlichkeit mit der in den Fig. 1A und 1B dargestellten Sensorvorrichtung hat, in Draufsicht;
Fig. 6 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in einer Schnittdarstellung; Fig. 7 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in einer Schnittdarstellung;
Fig. 8 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in Draufsicht;
Fig. 9 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in Draufsicht;
Fig. 10 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in Draufsicht;
Fig. 11 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in einer Schnittdarstellung;
Fig. 12 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in einer Schnittdarstellung;
Fig. 13 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer weiteren Sensorvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 14 eine weitere Sensorvorrichtung nach der Erfindung, in Draufsicht;
Fig. 15 eine erfindungsgemässe Armatur mit einer Sensorvorrichtung in Seitenansicht;
Fig. 16 ein erfindungsgemässes Urinal mit einer Sensorvorrichtung in Detailansicht;
Fig. 17 eine erfindungsgemässe Installation mit einer Sensorvorrichtung zum Ermitteln des Füllstandes. [0011] In Fig. 1A wird der schematische Aufbau der Erfindung ersichtlich. Auf einer ersten elektrisch leitfähige Fläche 32 wird mit dem Isolator 43 eine zweite elektrisch leitfähige Fläche 41 angebracht. Weiter wird auf der ersten leitfähigen Fläche 32 mit einem zweiten Isolator 33 eine dritte elektrisch leitfähige Fläche 31 vorgesehen. Die elektrisch leitende Fläche 41 wird über eine Verbindung 36 mit einem Wechselspannungsgenerator 39 verbunden. Die elektrisch leitfähige Fläche 31 wird über eine Verbindung 37 mit einem Sensorverstärker 40 verbunden.
[0012] Das erfindungsgemässe Funktionsprinzip wird im Zusammenhang mit Fig. 1B ausführlich erläutert: Durch den Wechselspannungsgenerator 39 wird über Cl, bestehend aus einer ersten elektrisch leitfähigen Fläche 41, dem Dielektrikum 43 und einer zweiten elektrisch leitfähigen Fläche 32.3, ein Generatorsignal sl(t) eingekoppelt. Die Signalauskopplung des Signals s2(t) erfolgt über C2, bestehend aus einer ersten elektrisch leitfähigen Fläche 31, dem Dielektrikum 33 und einer zweiten elektrisch leitfähigen Fläche 32.1, auf den Sensorverstärker 40. Die Teilflächen 32.1, 32.2 und 32.3 entsprechen in der beschriebenen Anordnung der in Fig. 1A dargestellten Fläche 32. Eine Kapazität C3 wird aus der ersten Fläche 32.2 und dem Dielektrikum im Bereich dx, welches nebst ε0 (für den Luftspalt) aus unterschiedlichen εr zusammen gesetzt sein kann, wie dies beispielsweise in der Fig. 1A mit einer Klebstoffschicht 34 und einem Trägermaterial 35 dargestellt ist, und dem Objekt 38. C3 ändert seine Kapazität als Funktion von dx, als Funktion des Aufbaus des Dielektrikums und auch in Abhängigkeit von dem Objekt 38. Im Extremfall, bei fehlendem εr und direktem Kontakt vom Objekt 38 mit der Absorptionsfläche 32, wird C3 durch einen Widerstand R>0 ersetzt.
[0013] Die Anordnung zwischen dem Einkoppelpunkt 36 für sl(t) und dem Punkt 37 an dem s2(t) abgegriffen wird, bildet das eigentliche elektrische Netzwerk der Sensorvorrichtung, wobei Cl und C3 einen Spannungsteiler bilden, deren Mittelabgriff das Signal s2(t) über C2 dem Sensorverstärker 40 zuführt. Nähert sich das Objekt 38 der Fläche 32, so verringert sich dx und somit erhöht sich die effektive Kapazität von C3. Dadurch wird das Signal s2(t) entsprechend bedämpft. Entfernt sich das Objekt 38 von der Fläche 32, so wird dx grösser und somit die Kapazität von C3 kleiner. Entsprechend wird s2(t) weniger bedämpft. Somit kann die Fläche 32 als Absorptionsfläche bezeichnet werden. Die Dimension der Absorptionsfläche 32 ist applikationsabhängig. Das Verhältnis der Dimensionen der elektrisch leitfähigen Flächen 31, 32 und 41 sowie deren Dielektrika 33 und 43 zueinander sind ebenfalls applikationsabhängig. Der Arbeitsbereich der Sensorvorrichtung kann mittels Spannungsanpassung optimiert werden. Dies bedingt eine entsprechende Dimensionierung von Cl in Bezug auf C3. Der Wirkungsbereich der Sensoreinheit wird im wesentlichen durch deren Absorptionsfläche 32 bestimmt.
[0014] In den Fig. 3A und 3B wird der Ansprechbereich einer konventionellen Sensorvorrichtung mit der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung verglichen. Die konventionelle Sensorvorrichtung ist unterhalb des Diagrams in Fig. 3A gezeigt. Nur wenn sich ein Objekt in einem sehr eng begrenzten Bereich den Platten des Kondensators nähert, wird das Signal s2(t) abgeschwächt.
[0015] Bei der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung, die unterhalb des Diagramms in Fig. 3B gezeigt ist, wird der gewünschte Ansprechbereich mit der Dimension der Absorptionsfläche eingestellt bzw. durch diese festgelegt.
[0016] Damit das elektrische Feld von Cl und C2 nicht beeinflusst, im Extremfall sogar kurzgeschlossen werden kann, sollten sowohl die elektrisch leitfähigen Flächen 31 und 41 als auch deren Dielektrika 33 und 43 hinter der Absorptionsfläche 32 bzw. vom Objekt 38 unsichtbar angeordnet werden, wie in Fig. 1A ersichtlich. In Fig. 2 ist diesbezüglich ein direkter Vergleich einer konventionellen kapazitiven Sensorvorrichtung und der erfϊndungsmässigen Sensorvorrichtung aufgezeigt. Gezeigt wird das Verhalten, wenn eine Befeuchtung der Sensoreinheit statt findet. Im trockenen Zustand ist die Ausgangsspannung s2(t) einer konventionellen Sensoreinheit konstant (Kurve 220). Sobald Feuchtigkeit die Sensorvorrichtung benetzt, kommt es zu einem Kurzschluss und die Ausgangsspannung steigt sprungartig an und erreicht eine maximal Spannung smax. [0017] Die erfindungsgemässe Sensorvorrichtung hingegen ist unempfindlich gegen Feuchtigkeit. Es kann nicht zum Kurzschluss kommen. Die Kurve 221 verläuft horizontal. Nähert sich nun ein Objekt, so nimmt die Spannung s2(t) ab, da durch C3 eine Dämpfung stattfindet. Die konventionelle Sensorvorrichtung zeigt bei Annäherung des Objekts wegen des Kurzschlusses keine Reaktion.
[0018] Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der Erfindung aufgezeigt:
[0019] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4A gezeigt. Ein Vergleich der Fig. 1A mit der Fig. 4A zeigt, dass Cl durch einen Widerstand R ersetzt wurde. Das erfindungsgemässe Funktionsprinzip wird mit Bezug auf Fig. 4B ausführlich erläutert. Durch einen Wechselspannungsgenerator 19 wird über den Widerstand R das Generatorsignal sl(t) eingekoppelt. Bei dem Widerstand R kann es sich zum Beispiel um den Ausgangswiderstand des Generators 19 handeln. Die Signalauskopplung des Signals s2(t) erfolgt über C2, bestehend aus einer ersten elektrisch leitfähigen Fläche 12, dem Dielektrikum 13 und einer zweiten elektrisch leitfähigen Fläche 11, auf einen Sensorverstärker 20. Die Teilflächen 12.1 und 12.2 entsprechen in der gezeigten Anordnung der in Fig. 4A dargestellten Fläche 12. Die Kapazität C3 umfasst eine erste Fläche 12 und ein Dielektrikum in dem Bereich dx, welches nebst ε0 (für den Luftspalt) aus unterschiedlichen εr zusammen gesetzt sein kann, wie dies beispielsweise in der Fig. 4A mit einer Klebstoffschicht 14 und einem Trägermaterial 15 dargestellt ist, und dem Objekt 18. C3 ändert seine effektive Kapazität als Funktion von dx, als Funktion des Dielektrikums und in Abhängigkeit des Objekts 18. Im Extremfall, bei fehlendem εr und direktem Kontakt vom Objekt 18 mit der Absorptionsfläche 12, wird C3 durch einen Widerstand R>0 ersetzt.
[0020] Die Anordnung zwischen dem Einkoppelpunkt 16 für sl(t) und dem Punkt 17 an dem s2(t) abgegriffen wird, bildet das eigentliche elektrische Netzwerk der Sensorvorrichtung, wobei R und C3 einen Spannungsteiler bilden, an dessen Mittelabgriff das Signal s2(t) über C2 dem Sensorverstärker 20 zugeführt wird. Nähert sich das Objekt 18 der Fläche 12, so verringert sich dx und die Kapazität von C3 erhöht sich. Dadurch wird das Signal s2(t) entsprechend bedämpft. Entfernt sich das Objekt 18 von der Fläche 12, so wird dx grösser und somit die Kapazität von C3 kleiner. Entsprechend wird s2(t) weniger bedämpft. Daher wird die Fläche 12 als Absorptionsfläche bezeichnet. Die Dimension der Absorptionsfläche 12 ist applikationsabhängig. Das Verhältnis R zu C3 ist ebenfalls applikationsabhängig. Der Arbeitsbereich kann mittels Spannungsanpassung optimiert werden. Dies bedingt eine entsprechende Dimensionierung von R in Bezug auf C3. Der Wirkungsbereich der Sensoreinheit wird im wesentlichen durch die Form und Grosse der Absorptionsfläche 12 bestimmt.
[0021] Damit das elektrische Feld von C2 nicht beeinflusst, im Extremfall sogar kurzgeschlossen werden kann, sollte die elektrisch leitfähige Fläche 11 und auch deren Dielektrikum 13 hinter der Absorptionsfläche 12 bzw. vom Objekt 18 unsichtbar angeordnet werden, wie in Fig. 4A ersichtlich. Ebenfalls sollte diesbezüglich der Widerstand R hinter der Absorptionsfläche 12 angebracht werden. Nachteil von diesem Aufbau ist jedoch, dass im Gegensatz zu der Ausführungsform in Fig. 1A zwischen dem Generator 19 und der Absorptionsfläche 12 keine galvanische Trennung mehr besteht.
[0022] Eine weitere Ausführungsform 30 ist, dass in der Fig. 1A dargestellten Variante der Kondensator C2 durch einen hochohmigen Widerstand ersetzt wird. Diese Aufbauvariante ist nicht dargestellt. Der Nachteil bei dieser Aufbauvariante ist, dass der Sensorverstärker galvanisch mit der Absorptionsfläche verbunden ist.
[0023] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 5 gezeigt. Die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform 90 entspricht in einigen Elementen denen der Ausführungsform 30. Der Einfachheit halber sind diese Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1A und IB. Die Sensorvorrichtung 90 zeichnet sich dadurch aus, dass eine Abschirmfläche 112 vorgesehen ist. Diese Abschirmfläche 112 besteht aus einem leitenden Material und wird vorzugsweise entweder auf Erde oder auf Masse gelegt. Die Abschirmfläche 112 ist durch zwei dielektrische Schichten 104 und 113 von den Flächen 31 und 41 der Kondensatoren Cl und C2 entkoppelt. Durch die Abschirmfläche 112 kann der Ansprechbereich der Sensorvorrichtung 90 hauptsächlich auf den Halbraum vor der Absorptionsfläche 32 festgelegt werden. Bewegungen hinter der Sensorvorrichtung 90 (in Fig. 5 oberhalb der Abschirmfläche 112) werden nicht detektiert. Damit kann man störende Einflüsse ausschliessen oder reduzieren. Gleichzeitig wirkt die Abschirmfläche 112 als Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen. Dadurch kann der Signal/Stör-Abstand verbessert werden. Gemäss Erfindung wird ein Wechselspannungssignal sl(t) von einem Wechselspannungsgenerator 99 über eine leitende Verbindung 96 in die Fläche 41 des Kondensators Cl eingekoppelt. Ausgangsseitig ist ein Sensorverstärker 100 über eine leitende Verbindung 97 mit einer Platte 31 des Kondensators C2 verbunden. Hier wird ein Signal s2(t) aus dem kapazitiven Netzwerk ausgekoppelt.
[0024] Eine weitere Ausführungsform 120 ist in der Fig. 6 gezeigt. Die in der Fig. 6 gezeigte Ausführungsform 120 entspricht in einigen Elementen der Aufbauform 30 bzw. 90. Der Einfachheit halber sind diese Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1 bzw. Fig. 5. Die Sensorvorrichtung 120 zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen symmetrischen Ansprechbereich hat. Der Ansprechbereich erstreckt sich in den Halbraum oberhalb und in den Halbraum unterhalb der gezeigten Sensorvorrichtung 120. Der gesamte Aufbau ist in diesem Beispiel spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene (nicht gezeigt). Zusätzlich zu der Kapazität Cl, gebildet aus der ersten Absorptionsfläche 32, dem Dielektrikum 43 und der Fläche 41, und der Kapazität C2, gebildet aus der ersten Absorptionsfläche 32, dem Dielektrikum 33 und der Fläche 31, umfasst die Sensorvorrichtung 120 zwei weitere Kondensatoren Cl' und C2', sowie eine zweite Absorptionsfläche 122. Die Kapazität Cl' wird aus der zweiten Absorptionsfläche 122, dem Dielektrikum 123 und der Fläche 41 gebildet, und die Kapazität C2' wird aus der zweiten Absorptionsfläche 122, dem Dielektrikum 124 und der Fläche 31 gebildet. Gemäss Erfindung wird ein Wechselspannungssignal sl(t) von einem Wechselspannungsgenerator 129 über eine leitende Verbindung 126 mittels der Kondensatoren Cl und Cl' in das kapazitive Netzwerk eingekoppelt, wobei die Kapazitäten der Kondensatoren C3 und C3' davon abhängen, ob sich Objekte im Ansprechbereich befinden. Ausgangsseitig ist ein Sensorverstärker 130 über eine leitende Verbindung 127 mit der Fläche 31 der Kondensatoren C2, C2' verbunden. Hier wird ein Signal s2(t) aus dem kapazitiven Netzwerk ausgekoppelt.
[0025] Eine weitere Ausführungsform 140 ist in der Fig. 7 gezeigt. Die in der Fig. 7 gezeigte Ausführungsform 140 entspricht in einigen Elementen denen der Aufbauform 30. Der Einfachheit halber sind diese Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1A und IB. Die Sensorvorrichtung 140 zeichnet sich dadurch aus, dass die Absorptionsfläche 142 galvanisch getrennt in 2 bis n Teilflächen 142.1, 142.2 bis 142. n aufgeteilt ist. Dadurch kann in Abhängigkeit von dL (Abstand zwischen den Teilflächen) und der Anzahl Teilflachen 142.1, 142.2 bis 142. n die räumliche Ansprechempfindlichkeit in dx erhöht werden. Anderseits verschlechtert sich entsprechend der Signal- Störabstand und das Kurzschlussverhalten gemäss Fig. 2 bei Feuchtigkeit. Gemäss Erfindung wird ein Wechselspannungssignal sl(t) von einem Wechselspannungsgenerator 139 über eine leitende Verbindung 136 in die Fläche 141 des Kondensators Cl eingekoppelt. Ausgangsseitig ist ein Sensorverstärker 143 über eine leitende Verbindung 147 mit einer Fläche 144 des Kondensators C2 verbunden. Hier wird ein Signal s2(t) aus dem kapazitiven Netzwerk ausgekoppelt.
[0026] Verschiedene weitere Aufbauformen können anhand der gezeigten und beschriebenen Aufbauformen durch Modifikation und andere Kombinationen der einzelnen Element zusammengestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen schematischer Natur sind. Die Zeichnungen sind nicht massstäblich.
[0027] In der Beschreibung ist mehrfach von einem Objekt die Rede, dessen Bewegung und/oder Position innerhalb des Ansprechbereichs detektierbar ist. Bei den Objekten kann es sich um Körperteile - zum Beispiel die Hand eines Benutzers - oder um künstliche oder natürliche Gegenstände oder Flüssigkeiten handeln.
[0028] Zudem ermöglichen die Sensorvorrichtungen unter anderem das Erkennen der folgenden Zustände bzw. Veränderungen: - ein Objekt kommt in den Ansprechbereich,
- ein Objekt verlässt den Ansprechbereich,
- ein Objekt bewegt sich im Ansprechbereich,
- ein Objekt verändert seine Grosse im Ansprechbereich,
- ein Objekt bleibt im Ansprechbereich,
- ein Objekt verändert seine Beschaffenheit in dem Ansprechbereich.
Vorteile der Sensorvorrichtung
[0029] Die erfindungsgemässen Seπsorvorrichtungen heben die Nachteile bekannter Anordnungen im Wesentlichen auf, oder reduzieren die Nachteile nachweislich. Die Erfindung weist wesentliche Vorteile gegenüber den bereits bekannten Vorrichtungen auf.
[0030] Die erfindungsgemässe Sensorvorrichtung weist einen wesentlich grösseren Ansprech- und Wirkungsbereich auf, da der Wirkungsbereich weitgehend von der Dimension und Form der elektrisch leitfähigen Absorptionsfläche bestimmt wird.
[0031] Gemäss Erfindung wird ein Sensor nicht mehr einfach durch einen Zweiplatten-Kondensator realisiert, sondern es werden mindestens ein fester und ein variabler (bzw. von aussen beeinflussbarer) Kondensator eingesetzt. Durch die geometrische Formgebung der Platten und durch eine entsprechende Anordnung der Platten zueinander, kann der räumliche Ansprechbereich gezielt an äussere Gegebenheiten angepasst werden. Dabei kann der Ansprechbereich sowohl flächenmässig als auch räumlich vorgegeben werden.
[0032] Durch die direkte Einkopplung der Wechselspannung sl(t) über Cl in die Absorptionsfläche 32 wird der Signal-Störabstand um ein Vielfaches verbessert.
[0033] Die erfindungsgemässe Sensoreinheit erkennt statische Objekte und sich bewegende bzw. bewegte Objekte und dessen Position innerhalb des Wirkungsbereiches da mit s2(t) ein dementsprechendes Signal generiert wird. [0034] Mit der erfindungsgemässen Sensoreinheit kann mit kleinen Generatorspannungen, z.B. zwischen 2 Volt und 5 Volt (vorzugsweise 3Vss), flächenmässig ein sehr grösser Wirkungsbereich erzielt werden.
[0035] Die erfindungsgemässe Sensoreinheit wird durch nichtgeerdete Objekte nicht beeinflusst, da durch die konstruktive Anordnung von Cl und C2 deren Feldlinien nicht direkt beeinflusst werden können. So hat z.B. Feuchtigkeit bzw. Wasser weitgehend keinen Einfluss, da dies nur mit der elektrisch leitfähigen Fläche 32 in Berührung kommt.
[0036] Bei einer raschen Luftfeuchtigkeitsänderung (im extremen Fall von Luft auf Wasser), kann bei herkömmlichen Zweiplatten-Vorrichtungen deren Dielektrikum leitend (Kurzschluss) werden, oder sich zumindest sehr stark verändern. Bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung kann das Dielektrikum in einer solchen Situation nur unwesentlich beeinflusst werden, da die Feuchtigkeit oder das Wasser nur die Absorptionsfläche beeinflussen.
[0037] Aufgrund der relativ niedrigen Generatorspannung eignen sich die erfindungsgemässen Vorrichtungen zum Batteriebetrieb.
[0038] Ein weiterer Vorteil ist auch, dass durch die massgebliche Grosse der Absorptionsfläche der Ansprechbereich der Sensorvorrichtung weitestgehend unabhängig vom Dielektrikum des Trägermaterials ist. Somit kann eine erfindungsgemässe Vorrichtung auf unterschiedlichsten Trägermaterialien eingesetzt werden.
[0039] Wie aus den nachfolgenden Ausführungsformen ersichtlich, kann die erfindungsmässige Sensoreinheit modifiziert werden. Alle bisher beschriebenen Ausführungsformen können wie folgt modifiziert werden.
[0040] Eine weitere Ausführungsform 50 der Erfindung ist in Fig. 8 als Draufsicht gezeigt. Die gezeigte Sensorvorrichtung 50 weist eine L-förmige, leitende Absorptionsfläche 52 auf. Auf dieser Absorptionsfläche 52 sitzen zwei Kondensatoren Cl und C2. Der Kondensator Cl wird durch einen Teil der Absorptionsfläche 52 und durch eine Fläche 51 gebildet. Unterhalb der Fläche 51 befindet sich ein Dielektrikum, dass in Fig. 8 nicht sichtbar ist. Der Kondensator C2 wird durch einen anderen Teil der Absorptionsfläche 52 und durch eine Fläche 53 gebildet. Unterhalb der Fläche 53 befindet sich auch ein Dielektrikum, dass in Fig. 8 nicht sichtbar ist. Durch die Form und Grosse der Absorptionsfläche 52 kann ein Ansprechbereich vorgegeben werden. Die Absorptionsfläche 52 kann nahezu jede Form annehmen. Sie kann 2-dimensional oder sogar 3-dimensional angeordnet werden. Die Sensorvorrichtung 50 kann wiederum durch einen Generator mit einem Signal sl(t) beaufschlagt werden. An dem Kondensator C2 kann von der Fläche 53 ein Ausgangssignal s2(t) ausgekoppelt werden. Die Funktion ist vergleichbar mit der vorher beschriebener Aufbauformen. Sobald sich zum Beispiel ein Objekt der Absorptionsfläche 52 nähert, kann diese Annäherung detektiert werden. Die Lage von Cl und C2 bezüglich der Absorptionsfläche 52 kann anwendungsspezifisch bestimmt werden. Es muss einzig darauf geachtet werden, dass zwischen Cl und C2 ein minimaler Abstand gewährleistet ist, damit die direkte Kopplung zueinander vernachlässigbar ist.
[0041] Eine weitere Ausführungsform 70 der Erfindung ist in Fig. 9 als Draufsicht gezeigt. Die gezeigte Sensorvorrichtung 70 weist eine T-förmige, leitende Absorptionsfläche 72 auf. Auf dieser Absorptionsfläche 72 sitzen zwei Kondensatoren Cl und C2. Der Kondensator Cl wird durch einen Teil der Absorptionsfläche 72 und durch eine Platte 71 gebildet. Unterhalb der Platte 71 befindet sich ein Dielektrikum, dass in Fig. 9 nicht sichtbar ist. Der Kondensator C2 wird durch einen anderen Teil der Absorptionsfläche 72 und durch eine Fläche 73 gebildet. Unterhalb der Fläche 73 befindet sich auch ein Dielektrikum, dass in Fig. 9 nicht sichtbar ist. Bei der gezeigten Ausführungsform kann der Ansprechbereich durch Abtrennen (zum Beispiel durch das Abschneiden mittels einer Schere) festgelegt werden. Besonders geeignet ist eine Absorptionsfläche aus einem leitfähigen, flexiblen Material. Die Absorptionsfläche 72 kann zum Beispiel als Folie oder Blech ausgeführt werden, die vor dem Anbringen der Sensorvorrichtung 70 auf ein Trägermaterial (zum Beispiel eine Wand eines Raumes oder eine (Keramik-)Wand einer Sanitäreinrichtung) zugeschnitten wird. Um das Anbringen der Absorptionsfläche 72 zu erleichtern, kann die Absorptionsfläche 72 auf einer Seite mit einer Klebefolie versehen sein. Bei geeigneter Wahl der Klebefolie kann diese gleichzeitig als Dielektrikum des Kondensators C3 dienen. Es ist ein Vorteil der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung nach Fig. 9, dass beim Abtrennen bzw. Zuschneiden keine Änderungen an dem Wechselspannungsgenerator und der
Eingangsempfindlichkeit vorgenommen werden muss. Die Lage von Cl und C2 bezüglich der Absorptionsfläche 72 kann anwendungsspezifisch bestimmt werden. Es muss einzig darauf geachtet werden, dass Cl zu C2 einen minimalen Abstand aufweisen, damit die direkte Kopplung zueinander vernachlässigbar ist.
[0042] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 10 als Draufsicht gezeigt. Die gezeigte Sensorvorrichtung 80 weist drei rechteckförmige, leitende Absorptionsflächen 82.1, 82.2, 82.3 auf. Die Absorptionsflächen 82.1, 82.2, 82.3 sind über Verbindungen 84.1 und 84.2 untereinander elektrisch verbunden. Auf der Absorptionsfläche 82.1 sitzen zwei Kondensatoren Cl und C2. Der Kondensator Cl wird durch einen Teil der Absorptionsfläche 82.1 und durch eine Fläche 81 gebildet. Unterhalb der Fläche 81 befindet sich ein Dielektrikum, dass in Fig. 10 nicht sichtbar ist. Der Kondensator C2 wird durch einen anderen Teil der Absorptionsfläche 82.1 und durch eine Fläche 83 gebildet. Unterhalb der Fläche 83 befindet sich auch ein Dielektrikum, dass in Fig. 10 nicht sichtbar ist. Bei der gezeigten Ausführungsform kann der Ansprechbereich auf die Teilflächen 82.1, 82.2 und 82.3 aufgeteilt werden. Werden diese Teilflächen 82.1, 82.2 und 82.3 verschieden gross gewählt, kann mit einer entsprechenden Auswertevorrichtung bei gleichbleibendem Objektabstand dx unterschieden werden, ob sich ein Objekt der ersten, der zweiten oder der dritten Teilfläche genähert hat. Dies wird dadurch ermöglicht, das jede der Teilflächen durch ihre unterschiedliche Grosse auch eine unterschiedliche effektive Kapazität annimmt, wenn ein Objekt herangeführt wird. Nimmt man zum Beispiel an, dass sich eine Hand der ersten Teilfläche 82.1 nähert, so ergibt sich eine erste Dämpfung des Signals s2(t). Nähert sich die Hand dagegen der zweiten Teilfläche 82.2, so ist die Dämpfung des Signals s2(t) geringer. Diese Unterschiede sind durch eine geeignete Auswertevorrichtung erkennbar. Diese Unterschiede sind jedoch unter Umständen nicht eindeutig erkennbar, da zum Beispiel ein kleines Objekt vor der ersten Teilfläche 82.1 eine ähnliche Dämpfung hervorrufen kann wie ein etwas grösseres Objekt vor der dritten Teilfläche 82.3. [0043] Die Ausführungsform nach Fig. 10 kann zum Beispiel modifiziert werden, in dem der Kondensator C2, der zum Auskoppeln dient, auf einer anderen als der Teilfläche 82.1 vorgesehen wird.
Mögliche Herstellverfahren:
[0044] Alle Ausführungsformen können mit dem nachfolgenden Verfahren hergestellt werden.
[0045] Die Sensorvorrichtungen gemäss Erfindung können in verschiedenster Art und Weise hergestellt werden. Vorzugsweise verwendet man ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel Epoxy, Glasfaser oder Kunststofffolien als Isolationsschicht (z.B. Schicht 33 und 43 in Fig. 1A). Auf diese Isolationsschicht kann die leitfähige Absorptionsschicht aufgebracht werden. Es gibt hierzu verschiedene Verfahren. Besonders geeignet ist das Aufkleben einer Folie, das Aufdampfen oder Sputtern einer Metallschicht, das Auftragen mittels Elektroplatierung. Es kann auch eine Leiterplatte mit Metallisierung (zum Beispiel mit einer Kupferkaschierung) durch ätzen so bearbeitet werden, dass die Absorptionsfläche die gewünschte Form und Grosse bekommt. Die Kondensatoren Cl und C2 können in weiteren Schritten auf der Rückseite der Sensorvorrichtung angebracht werden. Diese Kondensatoren können entweder vorgefertigte Bauteile sein, die aufgebracht werden, oder sie können aus einzelnen Schichten aufgebaut werden.
[0046] Auch geeignet sind Leiterplatten 174, die beidseitig mit Kupfer kaschiert sind. Man kann daraus eine Sensorvorrichtung 170 gemäss Fig. 11 herstellen. Die erste Kupferkaschierung wird zum Beispiel durch Ätzen so bearbeitet, dass eine Absorptionsfläche 172 mit der gewünschten Form und Grosse entsteht. Die zweite Kupferkaschierung, die sich auf der anderen Seite der Leiterplatte 174 befindet, wird durch Ätzen strukturiert, um eine Fläche 173 des Kondensators C2 und eine Fläche 183 des Kondensators Cl zu bilden. Die Leiterplatte 174 dient als dielektrische Schicht der beiden Kondensatoren Cl und C2. Diese Vorrichtung kann zum Beispiel direkt auf einer Trägerschicht 175 angebracht werden. Diese Trägerschicht 175 kann zum Beispiel eine keramische Schicht sein. In der Funktionsweise ist die Vorrichtung 170 zum Beispiel vergleichbar mit der Vorrichtung 30. Gegebenenfalls kann auch auf der gleichen Leiterplatte 174 die gesamte Elektronik (Generator, Signalaufbereitung und Auswertung, Mikroprozessor) integriert sein.
[0047] In Fig. 12 ist ein Beispiel einer Sensorvorrichtung 190 gezeigt, die auf einer einseitig kaschierten Platte 194 realisiert wurde. Die Kaschierung wird zum Beispiel durch Ätzen so bearbeitet, dass eine Absorptionsfläche 192 mit der gewünschten Form und Grosse entsteht. Es werden zwei konventionelle Kondensatoren Cl und C2 eingesetzt, die über eine elektrische Verbindung mit der Absorptionsfläche 192 verbunden werden. Auf der Eingangsseite des Kondensators Cl wird das Eingangssignal sl(t) angelegt und auf der Ausgangseite kann am Kondensator C2 das Ausgangssignal s2(t) ausgekoppelt werden. In der Funktionsweise ist die Vorrichtung 190 zum Beispiel vergleichbar mit der Vorrichtung 30. Zu erwähnen bleibt, dass konventionelle Kondensatoren nur bedingt eingesetzt werden können, da sie je nach Applikation im geforderten Kapazitätsbereich im Handel nicht erhältlich sind. Vorzugsweise haben die Kondensatoren eine Kapazität, die <lpF ist.
[0048] Besonders geeignet ist eine Absorptionsfläche aus einem leitfähigen, flexiblen Material. Die Absorptionsfläche kann zum Beispiel als Folie oder Blech ausgeführt werden, die bzw. das vor dem Anbringen der Sensorvorrichtung auf einem Trägermaterial (zum Beispiel eine Wand eines Raumes oder eine Wand einer Sanitäreinrichtung) zugeschnitten wird. Um das Anbringen der Absorptionsfläche zu erieichtern, kann die Absorptionsfläche auf einer Seite mit einer Klebefolie versehen sein. Bei geeigneter Wahl der Klebefolie, kann diese gleichzeitig als Dielektrikum des Kondensators C3 dienen.
Beispielhafte Auswertungsformen:
[0049] Eine mögliche Auswertungsform ist der Fig. 13 zu entnehmen. Es ist das Blockschaltbild einer Sensorvorrichtung 200 gezeigt. Von einem Wechselspannungsgenerator 209 ausgehend wird das Signal sl(t) in das Netzwerk eingekoppelt. Ausgangsseitig ist eine Kette mit den folgenden Elementen vorgesehen: Sensorverstärker 210, Filter 201 (vorzugsweise ein Bandpassfilter, der an die Frequenz des Signals sl(t) angepasst ist), AC/DC- Wandler 202 (Gleichrichter), Analog/Digital-Wandler 203 und Mikroprozessor 204. Die Elemente der Ausführungsform können wie folgt näher charakterisiert werden: Frequenz des Signals sl(t) ca. 20kHz; Amplitude des Signals sl(t) ca. 5V; Verstärkungsfaktor des Sensorverstärkers 210 ungefähr 300; Auflösung des Analog/Digital-Wandlers 203 10 Bit und Sample Rate 10 Hz; Taktfrequenz des Mikroprozessors 204 ungefähr 4 MHz und Instruction Time 1 μs. Hierbei handelt es sich um beispielhafte Angaben.
[0050] Eine weitere mögliche Auswertungsform einer erfindungsgemässen Sensorvorrichtung 150 ist in Fig. 14 gezeigt. Es handelt sich um eine Vorrichtung 150, die n individuelle Absorptionsteilflächen 152.1 bis 152. n umfasst. Jede dieser Absorptionsteilflächen 152.1 bis 152. n wird in der gezeigten Ausführungsform mit dem gleichen Eingangssignal sl(t) beaufschlagt. Es ist auch denkbar, dass jede Absorptionsteilfläche 152.1 bis 152. n mit einem eigenen Eingangssignal beaufschlagt wird. Das Eingangssignal sl(t) wird über den Kondensator Cl.l - bestehend aus der Fläche 151.1, einem Dielektrikum und der Absorptionsteilfläche 152.1 - in das kapazitive Netzwerk eingekoppelt. Die Kondensatoren C1.2 bis Cl.n umfassen jeweils die Flächen 151.2, 152.2 bis 151. n, 152. n und jeweils ein Dielektrikum. Das Auskoppeln der Teilsignale s2.1(t), s2.2(t) bis s2.n(t) erfolgt über die Kondensatoren C3.1, C3.2 bis C3.n. Der Kondensator C3.1 wird aus der Fläche 153.1 einem Dielektrikum und der Absorptionsteilfläche 152.1 gebildet. C3.2 wird aus der Fläche 153.2/ einem Dielektrikum und der Absorptionsteilfläche 152.2 gebildet. C3.n wird aus der Fläche 153. n, einem Dielektrikum und der Absorptionsteilfläche 152. n gebildet. Die Ausgangssignale s2.1(t), s2.2(t) bis s2.n(t) werden Sensorverstärkern 160.1/ 160.2 bis 160. n zugeführt. Nachdem diese Ausgangssignale verstärkt wurden, werden die verstärkten Signale mittels A/D Wandlern 161.1, 161.2 bis 162. n in digitale Signale umgewandelt. In dem gezeigten Beispiel kommt ein Mikroprozessor 162 zum Einsatz.
[0051] Mittels geeigneter Auswerteroutinen kann der Mikroprozessor 162 auswerten, ob sich ein Objekt vor einer der Absorptionsteilflächen 152.1 bis 152. n befindet. Er kann auch feststellen, vor welcher der Absorptionsteilflächen 152.1 bis 152. n sich das Objekt befindet. Je nach Anordnung der Absorptionsteilflächen 152.1 bis 152. n, kann man nicht nur eine Flächenauflösung, sondern auch eine räumliche Auflösung erzielen. In dem beschriebenen Beispiel ist n eine natürliche Zahl grösser 1. Es können auch Bewegungen und Bewegungsrichtungen erkannt werden.
[0052] Vorzugsweise wird im Zusammenhang mit der Erfindung ein Operationsverstärker als Sensorverstärker eingesetzt. Idealerweise erlaubt der Operationsverstärker das Verstellen des Verstärkungsfaktors. Damit kann der Sensorverstärker so eingestellt werden, dass nachfolgende Stufen (zum Beispiel eine Koppelschaltung zum Koppeln des analogen Teils der Sensorvorrichtung mit einer nachfolgenden digitalen Verarbeitungsvorrichtung) mit einem Signal beschickt werden, das in einem verarbeitbaren Bereich liegt. Die Regelung respektive die automatische Justierung kann auch auf eine andere Art realisiert werden. Die erwähnte Art der Beschaltung kann zusammen mit jeder der vorher beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
[0053] Falls eine digitale Verarbeitungsvorrichtung (Mikroprozessor oder Computer) eingesetzt werden soll, um die Ausgangssignale der kapazitiven Sensorvorrichtung zu verarbeiten, wird ein A/D Wandler eingesetzt, der vorzugsweise dem Sensorverstärker oder der AC/DC-Wandlung nachgeschaltet ist. Der A/D Wandler überführt das analoge Ausgangssignal am Ausgang des Sensorverstärkers oder ein gleichgerichtetes Signal in digital codierte Signale. Der A/D Wandler sollte eine Auflösung von 8, 10, 12 oder mehr Bit haben. Die Auflösung hat einen Einfluss auf die Genauigkeit der A/D Umsetzung. Je nach Ausführungsform kann der A/D Wandler ein paralleles oder ein serielles Interface haben über das eine Verbindung zur digitalen Verarbeitungsvorrichtung (z.B. in Form eines Mikroprozessors) realisiert wird oder sie ist bereits in der Verarbeitungsvorrichtung integriert.
Anwendungsbereiche:
[0054] Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung wird zur Zeit in Installationen gesehen, die im Sanitärbereich im weitesten Sinne, einschliesslich des Laborbereichs, der Messtechnik im weitesten Sinne, einschliesslich der Niveau- und Positionsmessung und in der Gebäudetechnik im Allgemeinen Anwendung finden. Der Begriff Installation umfasst im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung mindestens einen erfindungsgemässen Sensor bzw. eine erfindungsgemässe Sensorvorrichtung, eine Kette mit verarbeitenden Elementen, eine Energiequelle (Netzteil oder Batterie), und ein nachgeordnetes System, um die Detektion umzusetzen in eine Aktion (wie zum Beispiel das Öffnen und Schliessen eines Aktuators (z.B. ein Ventil oder Überlaufschutz), das Anzeigen von Information, das An- oder Abschalten von Geräten, Ventilen und dergleichen). f
[0055] Im Sanitärbereich besteht ein Bedarf, Bewegungen und Positionen berührungslos zu detektieren, aus Gründen der Hygiene und oder des Bedienungskomforts. So kann zum Beispiel berührungslos die Spülung einer WC- Schüssel oder einer Urinalschüssel oder das An- und Abschalten einer Wasserzufuhr zu einem Wasch- oder Spülbecken, einer Duschwanne oder Badewanne geregelt oder gesteuert werden. Mit geeigneten Ausführungen der Erfindung kann sowohl die Zufuhr von Kaltwasser als auch von Warmwasser separat geregelt werden, so dass man eine Mischung in einer gewünschten Temperatur erhält.
[0056] Wasserzufuhr-Regelungen und oder Steuerungen zu Sanitärapparaten im öffentlichen Bereich sind häufig dem Vandalismus der Benutzer ausgesetzt, und es ist eine vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung, dass mit ihr Wasserzufuhr- Regelungen und oder Steuerungen vandalensicher gestaltet werden können. Die Erfindung eignet sich auch für Sanitärapparate, die vorwiegend von älteren Personen oder Behinderten benutzt werden, da kein Kraftaufwand notwendig ist. Ausserdem kann bei geeigneter Ausführung der Erfindung der Bereich, dem ein Körperteil genähert werden muss, verhältnismässig gross ausgebildet werden, was eine behindertengerechte Betätigung von Sanitärapparaten erlaubt.
[0057] In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, an Sanitärapparaten eine Überlauf-Sicherung vorzusehen. Mit einer derartigen Überlauf-Sicherung lässt sich ein Überfüllen bzw. Überlaufen eines Sanitärapparates zuverlässiger verhindern als mit einer Überlauf-Öffnung, die durch Verunreinigungen verstopft werden kann.
[0058] Im Sanitärbereich besteht ein Bedarf, Wasserzufuhrarmaturen berührungslos aktivieren und deaktivieren zu können. Mit der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung 300 kann die Zufuhreinheit 301 (Armatur) direkt als Absorptionsfläche genutzt werden, wie schematisch in Fig. 15 gezeigt. Das Wechselspannungssignal wird von einem Generator 309 bereitgestellt und über einen Kondensator Cl in die Armatur 301 eingekoppelt. Über einen Kondensator C2 wird ein Ausgangssignal ausgekoppelt und an einen Verstärker 310 übergegeben. Wird eine Hand in die Nähe der Armatur 301 (Absorptionsfläche) gebracht, so wird die Wasserzufuhr eingeschaltet. Wird die Hand wieder entfernt, so wird die Wasserzufuhr wieder unterbrochen. Dank der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung mit den Elementen Cl, C2, dem Generator 309 und dem Verstärker 310 werden im Gegensatz zu den bekannten kapazitiven Sensorvorrichtungen die Hände bereits aus einer relativ grossen Distanz erkannt. Auch die Anwesenheit und das Entfernen der Hände kann mit der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung im Gegensatz zu den bekannten kapazitiven Sensorvorrichtungen einwandfrei erkannt werden.
[0059] Die in Fig. 15 gezeigte Ausführungsform kann weiter verbessert werden, indem man das Wechselspannungssignal des Generators 309 auch an das Medium (im vorliegenden Fall Wasser) anlegt, das aus der Armatur 301 fliesst. Damit wird der austretende Wasserstrahl mit dem Generatorsignal beaufschlagt und kann bei der Auswertung „ausgeblendet" werden. Der Wasserstrahl erzeugt keine Dämpfung, sondern kann je nach Einkopplung des Generatorsignals eine leichte Signalverstärkung erzeugen. Es ist somit eine bessere Unterscheidung zwischen Wasser und zum Beispiel einer Hand möglich. Das Wechselspannungssignal des Generators 309 kann zum Beispiel über einen hochohmigen Widerstand und einen Kondensator an einen Metallteil angelegt werden, das mit dem austretenden Wasser in Berührung steht.
[0060] Die erfindungsgemässe Sensorvorrichtung 400 kann auch zum Steuern eines Urinais eingesetzt werden, wie in Fig. 16 angedeutet. In diesem Fall wird eine Absorptionsfläche 402 hinter einer Keramikwand 401 eines Urinals so angebracht, dass die Anwesenheit des Benutzers und oder der Urinstrahl als Objekt erkannt wird. Das Wechselspannungssignal wird von einem Generator 409 bereitgestellt und über einen Kondensator Cl in die Absorptionsfläche 402 eingekoppelt. Über einen Kondensator C2 wird ein Ausgangssignal ausgekoppelt und an einen Verstärker 410 übergegeben. Wird eine Hand in die Nähe der Armatur 301 (Absorptionsfläche) gebracht, so wird die Wasserzufuhr eingeschaltet.
[0061] In der Gebäudetechnik kann man mit der vorliegenden Erfindung auch grössere Flächen, zum Beispiel Wände oder dergleichen, so auslegen, dass Objekte und unter Umständen auch deren Position vor diesen Flächen detektierbar werden. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten insbesondere für intelligente Lösungen an Gebäuden. Es können mit der Erfindung zum Beispiel interaktive Oberflächen realisiert werden.
[0062] In einem derart ausgerüsteten, intelligenten Gebäude können Sensorvorrichtungen nach der Erfindung beispielsweise zur Steuerung von Aufzügen benutzt werden.
[0063] Ein weiterer Anwendungsbereich mit der vorliegenden Erfindung ist im Türautomationsbereich. Durch geeignete Anordnung der Sensorvorrichtung kann das automatische Öffnen und Schliessen von Türen veranlasst werden. Im weiteren kann der sogenannte Gefahrenbereich einer Türe mitüberwacht werden, was ein schliessen der Türe beim Aufenthalt einer Person im Gefahrenbereich verhindert.
[0064] Ein weiterer Anwendungsbereich ist in der Messtechnik zu finden. Mit der vorliegenden Erfindung kann einfach und ohne mit dem Medium 502 in Berührung zu kommen eine Niveaumessung vorgenommen werden, wie schematisch in Fig. 17 gezeigt. Durch Anbringen eines vertikalen Absorptionsstreifens 503 an der Aussenseite eines nichtleitenden Behälters 501 kann somit einfach das entsprechende Niveau ermittelt werden, da die Absorption in Abhängigkeit der durch das Medium 502 bedeckten Absorptionsfläche 503 zunimmt. Bei der Ausführungsform 500 wird das Wechselspannungssignal wird von einem Generator 509 bereitgestellt und über einen Kondensator Cl in die Absorptionsfläche 503 eingekoppelt. Über einen Kondensator C2 wird ein Ausgangssignal ausgekoppelt und an einen Verstärker 510 übergegeben.
[0065] Es kann auch ein System zur Leckerkennung realisiert werden. Zu diesem Zweck wird die erfindungsgemässe Vorrichtung im Bereich eines zu überwachenden Behälters angeordnet. Das Austreten einer Flüssigkeit oder eines anderen Mediums dämpft das Feld und kann somit detektiert werden. Falls das Medium mit einen leichten Generatorsignal beaufschlagt wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 15 beschrieben, kann das System Flüssigkeit, die aus dem Behälter ausgetreten ist von anderer Flüssigkeit unterscheiden.
[0066] Ein Anwendungsbereich, der ebenfalls der Messtechnik zugerechnet werden kann, ist die Positionsmessung. Da die vorliegende Erfindung auch Distanzen bis zu einigen 10 cm ermitteln kann, ist eine Positionsmessung von einem Objekt oder gegenüber einem Objekt realisierbar.
[0067] Ein weites Feld für die Anordnung der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung ist der Küchenbereich, wofür sich insbesondere kombinierte Sensorvorrichtungen, etwa gemäss Fig. 14, eignen. Damit lassen sich verschiedene Küchengeräte ein- bzw. ausschalten oder auch Schaltstufen verändern. Bei der Verwendung der neuen Sensorvorrichtung im Küchenbereich ist deren berührungsfreie Betätigung besonders vorteilhaft; das Hantieren in der Küche hat häufig schmutzige Hände zur Folge und verlangt gelegentlich eine plötzliche Betätigung einer Einrichtung; muss eine solche Betätigung über Berührung erfolgen, so sind diese anschliessend beschmutzt, was durch Steuerungen mit der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung vermieden werden kann.
[0068] Auch Rufanlagen können mit Hilfe von Sensorvorrichtungen nach der Erfindung gesteuert werden. Bei Anordnungen gemäss Fig. 10 ist es zudem möglich, eine Rufanlage selektiv zu bedienen. [0069] Ein Anwendungsbereich, der ebenfalls der Gebäudetechnik zugerechnet werden kann, ist der Sicherheitsbereich. Die Sensorvorrichtungen nach der Erfindung können in ähnlicher Weise eingesetzt werden wie Wärmesensoren, sind aber vollständig unauffällig, so dass eine Umgehung oder auch eine Ausserbetriebsetzung durch Unbefugte ausgeschlossen ist. Es können zum Beispiel gefährliche Bereiche, wie Maschinen oder dergleichen, durch eine Sensorvorrichtung abgesichert werden. Die Sensorvorrichtung kann eine Abschaltung der Maschine bewirken1.
[0070] Es ist auch möglich eine Personenüberwachung mit einer Fussmatte zu realisieren, die einen Kondensatorplatte oder Folie als Fussmatte aufweist. Steigt eine Person auf diese Matte, so wird das Generatorsignal gedämpft.
[0071] So wie es aus Hygienegründen wünschbar ist, die Steuerung der Wasserzufuhr zu Sanitärapparaten berührungsfrei zu betätigen, kann es im Medizinalbereich, insbesondere in Operationssälen, vorteilhaft sein, verschiedenste Geräte der Medizinaltechnik berührungsfrei zu steuern.
[0072] Zum Sanitärbereich im weitesten Sinne können auch Berieselungsanlagen, ggfs. mit Düngemittelzugabe, zum Beispiel von Gärtnereien oder agrotechnischen Versuchsfeldern, auch in Treibhäusern, gerechnet werden. Hierbei sind sehr vorteilhafte Anordnungen realisierbar, insbesondere mit einer Sensorvorrichtung gemäss Fig. 10. Die Bereiche, die bei Annäherung eine Reaktion der Sensorvorrichtung auslösen, werden innerhalb einer Plandarstellung des zu berieselnden Grundstückes angeordnet, wobei die Teilflächen 82.1, 82.2 und 82.3 der Sensorvorrichtung in Teilbereiche der Plandarstellungen zu liegen kommen. Die Steuerung einer Berieselungsanlage wird damit sehr anschaulich und einfach.

Claims

Patentansprüche
1. Sensorvorrichtung (10; 30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) mit
- einem ersten Kondensator (C2), der eine erste elektrisch leitfähige Fläche (12.1; 32.1; 52; 72; 82.1; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192), eine zweite elektrisch leitfähige Fläche (11; 31; 53; 73; 83; 143; 153.1, 153.2, 153. n; 173) und eine dielektrische Schicht (13; 33;124; 174) umfasst,
- einer leitenden Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402; 503), die leitend mit der ersten Fläche (12.1; 32.1; 52; 72; 82.1; 142.n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192) des ersten Kondensators (C2) verbunden ist,
- einem Wechselspannungsgenerator (G), zum Einkoppeln eines Wechselspannungssignals (sl(t)) in die Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402; 503),
- einem Sensorverstärker (A) zum Verstärken eines Ausgangssignals (s2(t)), das an der zweiten Fläche (11; 31; 53; 73; 83; 143; 153.1, 153.2, 153. n; 173) des ersten Kondensators (C2) abgreifbar ist, wobei die Sensorvorrichtung (10; 30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) so ausgelegt ist, dass
- die Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402; 503) bei Annäherung eines Objektes (18; 38; 148) einen zusätzlichen Kondensator (C3) bildet, dessen effektive Kapazität veränderbar ist, und
- dass das Ausgangssignal (s2(t)) durch diese effektive Kapazität eine Dämpfung erfährt, die detektierbar ist.
2. Sensorvorrichtung (10; 30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (C2) so in Bezug auf die Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152.n; 172; 192; 301; 402; 503) angeordnet ist, dass ein Streufeld des ersten Kondensators (C2) durch das Objekt (18; 38; 148) nur unwesentlich beeinflussbar ist, wobei der erste Kondensator (C2) vorzugsweise hinter einer Seite der Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402; 503) angeordnet ist, die von der ersten Seite der Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402; 503) abgewandt ist.
3. Sensorvorrichtung (30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem zweiten Kondensator (Cl), der eine erste elektrisch leitfähige Fläche (32.3; 52; 72; 82.1; 142.1; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192), eine zweite elektrisch leitfähige Fläche (41; 51; 71; 81; 141; 151.1, 151.2, 151. n; 183) und eine dielektrische Schicht (43; 174; 194) umfasst, wobei die erste Fläche (32.3; 52; 72; 82.1; 142.1; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192) des zweiten Kondensators (Cl) elektrisch leitend mit der Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402; 503) verbunden ist, und die zweite Fläche (41; 51; 71; 81; 141; 151.1, 151.2, 151. n; 183) des zweiten Kondensators (Cl) elektrisch mit dem Wechselspannungsgenerator (G) verbunden ist.
4. Sensorvorrichtung (30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) nach Anspruch 3, wobei das Wechselspannungssignal (sl(t)) über den zweiten Kondensator (Cl) eingekoppelt wird.
5. Sensorvorrichtung (30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der zweite Kondensator (Cl) vorzugsweise hinter einer Seite der Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402 503) angeordnet ist, die von der ersten Seite der Absorptionsfläche (12.2; 32.2 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192 301; 402; 503) abgewandt ist.
6. Sensorvorrichtung (10; 30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2,
82.3; 142.1; 142.2; 142.n; 152.1, 152.2, 152.n; 172; 192; 301; 402; 503) eine beliebige 2- oder 3-dimensionale Form hat.
7. Sensorvorrichtung (10; 30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 301; 402; 503) so ausgelegt ist, dass sie in ihrer Form und oder Grosse veränderbar ist, wobei die Veränderung vorzugsweise ih einem Schritt vor einer Montage der Sensorvorrichtung erfolgt.
8. Sensorvorrichtung (10; 30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolationsschicht (14, 15; 34, 35; 194, 195; 401; 501) auf einer ersten Seite der Absorptionsfläche (12.2; 32.2; 52; 62; 72; 82.1, 82.2, 82.3; 142.2; 152.1, 152.2, 152. n; 172; 192; 402; 503) angeordnet ist.
9. Sensorvorrichtung (80; 140; 150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsfläche in zwei oder mehr Teilflächen (82.1, 82.2, 82.3; 142.1; 142.2; 142. n; 152.1, 152.2, 152. n) unterteilt ist, wobei die Teilflächen entweder leitend miteinander verbunden sind, oder wobei ein Abstand (dL) zwischen den Teilflächen vorgesehen ist.
10. Sensorvorrichtung (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschirmfläche (112) vorgesehen ist, die vorzugsweise auf Erde oder Masse legbar ist.
11. Sensorvorrichtung (90) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmfläche (112) durch Kondensatoren (41, 113, 112; 31, 104, 112) von der Absorptionsfläche (32) entkoppelt ist.
12. Sensorvorrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Absorptionsfläche (122) und zwei weitere Kondensatoren (Cl1, C2') vorhanden sind, wobei vorzugsweise der gesamte Aufbau der Sensorvorrichtung (120) symmetrisch zu einer Mittelebene ist.
13. Sensorvorrichtung (10; 30; 90; 120; 140; 150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- n Absorptionsflächen (152.1, 152.2, 152. n) flächig oder räumlich verteilt angeordnet sind,
- das Wechselspannungssignal (sl(t)) in jede der n Absorptionsflächen (152.1, 152.2, 152. n) einkoppelbar ist,
- n Sensorverstärker (160.1, 160.2, 160. n) vorhanden sind, und
- hinter jedem der n Sensorverstärker (160.1, 160.2, 160. n) eine Ausgangsstufe (161.1, 161.2, 161. n) vorhanden ist, wobei n eine ganzzahlige Zahl grösser 1 ist.
14. Sensorvorrichtung (10; 30; 90; 120; 140; 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sensorverstärker (20; 40; 100; 130; 160.1, 160.1, 160. n) eines oder mehrere der folgenden Elemente nachgeschaltet ist/sind:
- ein Filter (201),
- ein AC/DC Wandler (202),
- ein Analog/Digital-Wandler (161.1, 161.2, 161. n),
- ein Mikroprozessor (162; 204) oder Computer.
15. Sensorvorrichtung (10; 30; 90; 120; 140; 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschwächtes Wechselspannungssignal (sl(t)) in ein flüssiges Medium eingekoppelt wird wobei das Ausgangssignal (s2(t)) eine Verstärkung erfährt, die von der Dämpfung unterscheidbar ist.
16. Installation mit einer Sensorvorrichtung (10; 30; 50; 70; 80; 90; 120; 140; 150; 170; 190; 200; 300; 400; 500) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 15.
17. Installation gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Sanitärinstallation, Gebäudeinstallation, Kücheninstallation, Türinstallation, Sicherheitsinstallation, oder Aufzuginstallation handelt.
18. Installation gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Installation (500) zur Niveaumessung oder zur Leckerkennung handelt.
19. Installation gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Installation (400) zum Detektieren eines Urinstrahles handelt.
20. Installation gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserzufuhrarmatur (301) als Absorptionsfläche dient.
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