EP1964264A1 - Capacitive proximity sensor - Google Patents

Capacitive proximity sensor

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Publication number
EP1964264A1
EP1964264A1 EP06829555A EP06829555A EP1964264A1 EP 1964264 A1 EP1964264 A1 EP 1964264A1 EP 06829555 A EP06829555 A EP 06829555A EP 06829555 A EP06829555 A EP 06829555A EP 1964264 A1 EP1964264 A1 EP 1964264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
measuring
changes
receiver
drivers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06829555A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerd Reime
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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 EP1964264A1 publication Critical patent/EP1964264A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/955Proximity switches using a capacitive detector
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/94052Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated with evaluation of actuation pattern or sequence, e.g. tapping

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for monitoring an object for changes in a field surrounding the object according to the preamble of claim 1.
  • the present invention seeks to make an arrangement for monitoring an object more sensitive and at the same time less susceptible to interference.
  • the arrangement operates capacitively, but inductive solutions can be realized in the same way.
  • the high-impedance coupling is preferably also provided with respect to the receiver in order to make the sensor-active region actually high-impedance. If necessary, an operating point optimization can be achieved in that the impedances provided between the low-resistance and the high-resistance region are selected so that the voltage in the region of the driver is greater than the voltage in the region of the sensor-active surface, preferably in the sensor-active region the voltage in the area of the driver is halved.
  • Hg. 1 is a block diagram of the arrangement
  • FIG. 6 a front view of an opening closed with the object
  • Fig. 7 is a plan view of the opening of FIG. 6 and
  • Fig. 8 shows an enlarged detail of Fig. 6 in the region of the articulation of the object on the door frame
  • ⁇ signed sensor means the whole door can as an object 10 made the active sensor part without a cable connection to the outer frame is required, and even without a sensor device is visible. It can also determine the direction of approach, for example, to open the door in the right direction.
  • the application of the arrangement is not limited to this embodiment. It can also be used when determining changes in the environment of other objects or also when changes in a moving or moving object result from the movement in its environment or when a moving object changes in its environment are to be detected in general.
  • the objects show an arrangement for monitoring an object 10 for changes in a field surrounding the object, wherein the object may be any object in whose surroundings changes are to be detected.
  • the object 10 is, for example, a glass door, which as a sensor-active surface 11 has on its two sides a coating as measuring surfaces 11a, 11b, which is intended, for example, to carry a capacitive charge.
  • the object, so here the door is so that all or the corresponding part sensor-active, in which in the case of the glass door, the coating is applied.
  • This coating can e.g. be arranged between two glass surfaces.
  • the field surrounding the object 10 is a capacitive field, although the arrangement may also work inductively in an analogous manner, provided that the desired high-impedance coupling with the impedance Z occurs.
  • the arrangement has at least one sensor-active region 11 associated with the object 10, which is formed in FIG. 1 by the two measuring surfaces 11a, 11b.
  • Each of the measuring sections is assigned at least one driver 12, 13 in order to apply a specific or determinable quantity in the sensor-active area. In the capacitive embodiment of Fig.
  • these drivers are digital / analog converters (DACs) which invert the signals coming from the outputs 17b, 17c of the regulator 17 once directly Q, once inverted Q in bring in the measuring sections.
  • the receiver 14 is for detecting the size applied by the drivers, which may be, for example, a certain amount of charge. However, the receiver also detects changes in the field surrounding the object 10 when, for example, a body approaches the sensor-active area 11 assigned to the object 10 and thereby changes the charge conditions.
  • a synchronous demodulator circuit Connected downstream of the receiver 14 is a synchronous demodulator circuit for determining changes to or in the field surrounding the object and for generating a control and / or measuring signal ⁇ 11a, ⁇ 11b.
  • the value for the power control of the drivers 12, 13 is at the same time the measurement signal, which is further evaluated. Since only when changing the field surrounding the object, e.g. Approaching a person or other object to amplify the possible difference from clock phase to clock phase, the amplifier, here the receive amplifier as a receiver 14, have a very high gain. This contributes significantly to the sensitivity of the measuring system.
  • At least one further measuring path with associated driver is provided in addition to the at least one measuring path.
  • the one measurement path may include the measurement surface 11a, while the other measurement path is associated with the measurement surface 11b.
  • the further measuring path is a reference path, then this is not influenced by external influences, but instead can be provided as a reference in a closed housing, for example. This would be equivalent to the fact that the glass door of Figures 3 to 8 only has a one-sided coating as a sensor-active area and thus evenly reacts to approach from both directions.
  • a clock circuit 15 is provided for the time-wise activation of each of the measuring sections or the at least one measuring section and the reference section.
  • the clock circuit 15 is driven, which is a signal to the switches 24, 25 via the output 15a and the measuring surfaces 11 a, 11 b alternately active. It goes without saying that more than two measuring surfaces can be provided and the clock circuit is then adapted accordingly.
  • the controller 20 controls from the output 20a via the control line 18, the driver 12, 13 and also via the input 21c to the analog / digital converter x bit ADC in synchronous demodulator 21 at.
  • the signals emanating from the output 12b, 13b of the drivers 12, 13 influence the predetermined or predeterminable magnitude, ie in the capacitive embodiment the charge of the measuring surfaces 11a, 11b.
  • the impedance Z is a series connection of 10 pF and 56 k ⁇ at a clock frequency of 100 kHz and a drive voltage of 2 volts.
  • the existing on the measuring surface preferably changing in the change of the clock fertil fertilizer then passes to the receiver 14, the receiving amplifier.
  • This gives its received signal as an amplified output signal to the synchronous demodulator 21, in which the respective measuring sections and / or reference lines associated signals and x bit ADC are compared with each other to form a differential signal, so that at the output 21b of the synchronous modulator 21, a signal the input 17a of the digital controller (eg with Pl characteristic) can be given as a control device 17.
  • the pending after the synchronous demodulator 21 signal is also given at the same time to the input 19a of the direction detector 19 with signal evaluation, which outputs from the outputs 19b, 19c, the changes to the measuring surfaces as a control and / or measurement signal .DELTA.11a, .DELTA.11b.
  • the value for the power control of the drivers 12, 13 coming from the outputs of the control device 17 and present at the inputs 12a, 12b of the drivers 12, 13 is at the same time the measurement signal which is further evaluated.
  • Control device 17 and direction detector 19 are connected via the terminals 17d, 19d and control line 30, if necessary, with each other.
  • the receiver 14 of each of the measuring sections has on average the same amplitude of the predetermined or predeterminable quantity, ie in the exemplary embodiment of the charge, from the drivers 12, 13 and the sensor-active region 11 Receiver 14 arrives. This is done by a corresponding readjustment of the driver power.
  • the sensor-active region 11 is coupled to the receiver 14 high impedance, which is represented by the impedance Z.
  • the high-impedance coupling with respect to the drivers 12, 13 and the receiver 14 is formed approximately the same size, which happens in the embodiment by the same size capacitors, resistors, coils or combinations of said components.
  • the ratio of the voltage at the drivers 12, 13 to the voltage in the sensor-active region 11 is selected such that this value is less than 1, a workspace optimization according to FIG. 2 can take place.
  • the ordinate shows the voltage U 11a at the one measuring path of the impedance Z. It becomes clear that the slope of this curve at maximum voltage U_max and minimum voltage U_min at the measuring surface is low, while it is greater in the middle range. If values are to be derived from voltage changes, it is therefore recommended that the ratio of the voltage across the drivers 12, 13 to the voltage in the sensor-active region 11 be kept between 0.1 and 0.9, preferably even approximately 0.5. In this area, an amplitude change leads to the strongest signal change.
  • the capacitors Due to the small capacitance or the high resistance or the high induction - in the embodiment - of the capacitors results in the desired high impedance from the measuring surface 11a, 11b to the output stage and from the measuring surface to the preamplifier. Such smallest changes take place even when the approaching person is not on a grounded ground. Even a metallically conductive connection in the immediate vicinity of the measuring surface does not disturb the sensitivity of the system. Due to the preamplification or the high control performance even the smallest changes to the measuring surface can be detected perfectly.
  • the object is a door, for example, a glass door, which should open automatically when approaching a person.
  • coatings can be arranged on the glass door to form a capacitance, as by the measuring surfaces 11a, 11b in the figures 3 and 4 indicated. If one wants to capacitively couple these measuring surfaces according to FIGS. 7 and 8 over the door frame, only small surfaces are available on the door stop in the region of the door frame 22, so that only small capacitors are suitable for this purpose, and in particular no cables. Although this allows a supply line 23 on Mosrah- men 22 to the capacitor, the surface itself is small, but at the same time allows the desired high-impedance coupling.
  • different areas of the door can be coupled via various superimposed areas or adjacent areas of the door frame.
  • One of the capacitive couplings corresponds to the impedance Z between the drivers 12 or 13 to the measuring surface 11a, 11b, while the other capacitive coupling (s) corresponds to the impedance Z to the preamplifier.
  • only a capacitive measuring path is thus shown without direction detection.
  • each surface can be integrated into its own measuring path. This thus permits a direction-dependent detection of a person or an object approaching the door or the object 10. Conversely, when such an object moves, a sensor signal also results, even when approaching a dry wooden pole, which thus carries hardly any charge.
  • the measuring surfaces 11a, 11b do not have to be formed as flat surfaces as in FIGS. 3 to 8.
  • the surfaces can assume any desired shape without losing the advantages of the solution according to the invention. This creates a great deal of creative freedom, which is advantageous for any desired application, in particular in the approximation detection and direction detection.
  • a conductor wire can be arranged along an eg movable rubber strip in order, for example, to realize a trapping protection on a movable element.
  • This measuring arrangement can be used, for example, on a vehicle on the window, door or tailgate or on a sliding or revolving door, since the measuring arrangement described almost does not change its sensitivity even in the immediate vicinity of metal frames.
  • a person or object in the vicinity, for example at a distance of 50 cm, is recognized due to the capacitive effect, while, for example, a dry wooden lath deforms the rubber strip upon contact, whereupon the change in distance between the conductor wire and the metal surface causes the measuring arrangement to respond.
  • the electrical ground of the sensor device is then connected to the electrically conductive mass of the metal frame.
  • It can but also two lines so in a flexible element, for example, the rubber strip are arranged, they change each other slightly when exposed to an external force.
  • the two lines can then be one of the sensor-active area 11 with the measuring surface and the other the electrical mass of the sensor. But even here a direction-dependent detection is possible if the two lines are operated as measuring surfaces 11a, 11b.
  • the signals of the clock circuit 15 can have any desired pulse shape. In this case, this shape is not limited to a rectangular signal, but the clock signal may also be sinusoidal, if this is advantageous for certain purposes.
  • the drivers can be operated by means of a Sp Gillbandspektrums, thereby avoiding a resonance with frequencies present in the environment as far as possible.
  • the methods used in this case such as TDMA, CDMA, FDMA, etc. known.

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

An arrangement serves the purpose of monitoring an object such as a door for changes in a field surrounding the object. A sensor-active region having a measurement area (11a) is associated with the object, and a driver (12, 13) applies a certain variable in the sensor-active region. A receiver (14) detects the variable applied by the drivers and changes in the variable in the field surrounding the object (10) in the sensor-active region (11). By means of a circuit which is connected downstream of the receiver (14), the changes in the field surrounding the object (10) are used to produce a control and/or measurement signal (Δ11a, Δ11b). As a result of the fact that, in order to detect changes in the variable in the field surrounding the object (10), in addition a further measurement path or a reference path with an associated driver (13, 12) is provided, the fact that a clock circuit (15) for switching each of the measurement paths or the measurement path and the reference path on in sections of time is provided, the fact that a regulating device (17) for regulating the at least one variable introduced by the drivers (12, 13) into the measurement paths and/or reference path in response to changes in the variable in the field is provided, with the result that on average the same amplitude of the variable passes from the drivers and the sensor-active region (11) to the receiver (14) at the receiver (14) from each of the measurement paths, and the fact that the sensor-active region (11) is coupled, at a high resistance, at least to the drivers (12, 13), an arrangement for monitoring an object is made more sensitive and at the same time less susceptible to faults.

Description

KAPAZITIVER NAHERUNGSSENSOR CAPACITIVE NEAR SENSOR
Beschreibungdescription
Bezug zu verwandten AnmeldungenRelated to related applications
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2005 063 023.5, hinterlegt am 14. Dezember 2005, deren Offenbarungsgehalt hiermit aus¬ drücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.This application claims the priority of German patent application 10 2005 063 023.5, filed December 14, 2005, the disclosure of which is incorporated from ¬ expressly included as part of the present application is made.
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung eines Objektes auf Änderungen eines das Objekt umgebenden Felds nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an arrangement for monitoring an object for changes in a field surrounding the object according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
In vielen Bereichen besteht der Wunsch, sich im Umfeld eines Objektes ergebende Veränderungen zu erfassen, um daraus beispielsweise Steuerbefehle zum Öffnen von Türen oder anderen Öffnungen abzuleiten. Zu diesem Zweck werden meist optoelektronisch arbeitende Annäherungssensoren verwendet, die die Annäherung einer Person an ein Objekt erkennen und daraus einen entsprechenden Steuerbefehl ableiten.In many areas, there is a desire to detect changes in the environment of an object in order to derive, for example, control commands for opening doors or other openings. For this purpose, mostly opto-electronically operating proximity sensors are used which detect the approach of a person to an object and derive a corresponding control command therefrom.
Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu Grunde liegenden US 2004/0189293 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein elektromagnetisches Feld auf Änderungen im Umfeld des Feldes überprüft wird. Diese Vorrichtung dient insbesondere dazu, Personen daraufhin zu überprüfen, ob sie metallische Gegenstände wie z.B. Waffen mit sich tragen. In Abhängigkeit des Überprüfungsergebnisses wird dann ein Durchgang geöffnet oder freigegeben. Ähnliche Vorrichtungen zeigen auch EP 1 583 236 A1 , DE 197 01 899 A1 , DE 197 44 152 A1 , EP 1 341 306 A1 und EP 1 106 981 A2.For the US 2004/0189293 A1 underlying the preamble of claim 1, a device is known in which an electromagnetic field is checked for changes in the environment of the field. This device serves, in particular, to check persons to see if they have metallic objects such as e.g. Carrying weapons. Depending on the result of the check, a passage is then opened or released. Similar devices are also shown in EP 1 583 236 A1, DE 197 01 899 A1, DE 197 44 152 A1, EP 1 341 306 A1 and EP 1 106 981 A2.
Den vorbekannten Systemen ist gemeinsam, dass sie nicht nur auf die zu erfassenden Änderungen in ihrem Umfeld reagieren, sondern auch störungsempfindlich sind. Derartige Störungen können bei den optoelektronischen Vorrichtungen Fremdlicht sein, bei den induktiven oder kapazitiven Lösungen können die Ergebnisse bereits durch Luftfeuchtigkeit oder Erdung der sich annähernden Person oder des sich annähernden Objektes beeinflusst sein. Aufgabe der ErfindungThe previously known systems have in common that they not only react to the changes to be detected in their environment, but are also susceptible to interference. Such disturbances may be extraneous light in the optoelectronic devices, in the inductive or capacitive solutions, the results may already be affected by humidity or grounding of the approaching person or the approaching object. Object of the invention
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Überwachung eines Objektes empfindlicher und gleichzeitig störungsunempfindlicher zu machen.Based on this prior art, the present invention seeks to make an arrangement for monitoring an object more sensitive and at the same time less susceptible to interference.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by an arrangement with the features of claim 1.
Zur Erfassung der Änderungen werden dazu verschiedene Schritte vorgenommen. Einerseits werden zwei Messstrecken miteinander abgeglichen, wobei über eine Regeleinrichtung dafür gesorgt wird, dass am Empfänger aus jeder der Messstrecken im Mittel die gleichen Amplitudenwerte in Summe von den Treibern der Messstrecke als auch aus dem sensoraktiven Bereich zum Empfänger gelangen. Die Regeleinrichtung regelt damit die den Treibern zu geführte Leistung. Dies allein genügt jedoch noch nicht, um die gewünschte Empfindlichkeit auch bei sich ändernden Umweltbedingungen zu gewährleisten. Dies wird ergänzend dadurch erreicht, dass der sensoraktive Bereich mit den Messflächen hochohmig an die Treiber so angekoppelt wird, dass selbst kleinste Änderungen der Umgebung sich an der Messfläche in einer Amplituden- und/oder Phasenänderung bemerkbar machen. Gleichzeitig wird eine Verstärkerschaltung so hochohmig an die Messfläche angekoppelt, dass dadurch die Amplitude und/oder Phase des Messsignals kaum oder wenig beeinflusst werden.Various steps are taken to record the changes. On the one hand, two measurement paths are matched with one another, whereby a control device ensures that at the receiver, the same amplitude values in total from the drivers of the measurement path and from the sensor-active region arrive at the receiver from each of the measurement paths to the receiver. The control device thus regulates the power supplied to the drivers. However, this alone is not enough to ensure the desired sensitivity even under changing environmental conditions. This is additionally achieved by coupling the sensor-active region with the measuring surfaces to the drivers in a high-impedance manner so that even the smallest changes in the environment become noticeable on the measuring surface in an amplitude and / or phase change. At the same time, an amplifier circuit is coupled to the measuring surface in such a high-impedance manner that the amplitude and / or phase of the measuring signal is hardly or only slightly influenced.
Insbesondere bei kapazitiven Lösungen ergibt sich nämlich das Problem, dass je nach Erdung und Luftfeuchtigkeit die von den Treibern auf die Messfläche aufgebrachte Ladung entweder zu schnell abfließt oder gar nicht abfließt, so dass keine zuverlässigen und eindeutigen Werte ermittelbar sind. Durch die hochohmige Anbindung bei gleichzeitig durch die Regelung der in die Messstrecken eingebrachten Ladung oder Leistung möglicher hoher Verstärkung am Empfangsverstärker werden jedoch bereits kleinste Änderungen an der sensoraktiven Fläche auch am Empfänger wahrgenommen.In particular, in the case of capacitive solutions, the problem arises namely that, depending on grounding and atmospheric humidity, the charge applied by the drivers to the measuring surface either flows off too quickly or does not flow off at all, so that reliable and unambiguous values can not be determined. However, due to the high-impedance connection with possible high amplification at the receiving amplifier due to the regulation of the charge or power introduced into the measuring sections, even the smallest changes to the sensor-active surface are perceived at the receiver.
Vorzugsweise arbeitet die Anordnung kapazitiv, induktive Lösungen sind jedoch auf gleiche Art und Weise zu realisieren. Die hochohmige Ankopplung ist vorzugsweise auch gegenüber dem Empfänger vorzusehen, um dadurch den sensoraktiven Bereich tatsächlich hochohmig zu gestalten. Bedarfsweise kann eine Arbeitspunktoptimierung dadurch erreicht werden, dass die zwischen dem niederohmigen und dem hochohmigen Bereich vorgesehenen Impedanzen so gewählt werden, dass die Spannung im Bereich der Treiber größer ist als die Spannung im Bereich der sensoraktiven Fläche, wobei sie vorzugsweise im sensoraktiven Bereich gegen- über der Spannung im Bereich der Treiber halbiert ist.Preferably, the arrangement operates capacitively, but inductive solutions can be realized in the same way. The high-impedance coupling is preferably also provided with respect to the receiver in order to make the sensor-active region actually high-impedance. If necessary, an operating point optimization can be achieved in that the impedances provided between the low-resistance and the high-resistance region are selected so that the voltage in the region of the driver is greater than the voltage in the region of the sensor-active surface, preferably in the sensor-active region the voltage in the area of the driver is halved.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:
Hg. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung,Hg. 1 is a block diagram of the arrangement,
Fig. 2 eine Darstellung betreffend die Arbeitspunktoptimierung,2 shows a representation concerning the operating point optimization,
Fig. 3,4,5 den Aufbau eines zu überwachenden Objektes wie einer Türe mit kapazitivenFig. 3,4,5 the structure of an object to be monitored as a door with capacitive
Beschichtungen in perspektivischer, in Stirn- und Seitenansicht, F Fiigg.. 6 6 eine Frontansicht einer mit dem Objekt verschlossenen Öffnung,Coatings in perspective, in front and side view, FIG. 6 a front view of an opening closed with the object,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Öffnung gemäß Fig. 6 sowieFig. 7 is a plan view of the opening of FIG. 6 and
Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 6 im Bereich der Anlenkung des Objektes am TürrahmenFig. 8 shows an enlarged detail of Fig. 6 in the region of the articulation of the object on the door frame
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments
Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments are only examples that are not intended to limit the inventive concept to a particular arrangement.
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Schaltung oder Anordnung oder die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben, und wer- den nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas anderes deutlich macht. Dies gilt auch in umgekehrter Richtung.Before describing the invention in detail, it should be understood that it is not limited to the particular components of the circuit or arrangement or the respective process steps, as these components and methods may vary. The terms used herein are merely intended to describe particular embodiments and are not used in a limiting sense. Furthermore, if the singular or indefinite articles are used in the specification or claims, this also applies to the majority of these elements, unless the overall context clearly indicates otherwise. This also applies in the opposite direction.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, einen Zugang z.B. durch eine gläserne Tür ohne Rahmen am Glas und ohne Kabelverbindung zum Außenrahmen zu verschließen, die sich aber bei Annäherung automatisch öffnet. Dabei soll im Glas kein Sensor sichtbar sein und eine Lichtschranke vor der Tür soll auch nicht angebracht werden. Im Falle der hier be¬ schriebenen Sensoreinrichtung kann die ganze Tür als Objekt 10 zum sensoraktiven Teil gemacht werden, ohne dass eine Kabelverbindung zum Außenrahmen erforderlich ist und auch ohne dass eine Sensoreinrichtung sichtbar ist. Dabei kann auch die Richtung der Annäherung zu bestimmen, um z.B. die Tür in die richtige Richtung zu öffnen. Die Anwendung der Anordnung ist allerdings nicht auf diese Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie kann auch bei der Bestimmung von Änderungen im Umfeld von anderen Objekten eingesetzt werden oder auch, wenn sich bei einem bewegten oder beweglichen Objekt Änderungen durch die Bewegung in seinem Umfeld ergeben oder bei einem bewegten Objekt Änderungen in seinem Umfeld ganz allgemein erfasst werden sollen.In many cases, it is desirable to close an access, for example, by a glass door without a frame on the glass and without cable connection to the outer frame, which itself but automatically opens on approach. It should be visible in the glass no sensor and a light barrier in front of the door should not be attached. In the case of be here ¬ signed sensor means the whole door can as an object 10 made the active sensor part without a cable connection to the outer frame is required, and even without a sensor device is visible. It can also determine the direction of approach, for example, to open the door in the right direction. However, the application of the arrangement is not limited to this embodiment. It can also be used when determining changes in the environment of other objects or also when changes in a moving or moving object result from the movement in its environment or when a moving object changes in its environment are to be detected in general.
Die Figuren zeigen eine Anordnung zur Überwachung eines Objektes 10 auf Änderungen eines das Objekt umgebenden Feldes, wobei es sich bei dem Objekt um jedes beliebige Objekt handeln kann, in dessen Umgebung Änderungen zu erfassen sind. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Objekt 10 zum Beispiel um eine Glastür, die als sensoraktive Fläche 11 auf ihren beiden Seiten eine Beschichtung als Messflächen 11a, 11b aufweist, die zum Beispiel dafür bestimmt ist, eine kapazitive Ladung zu tragen. Das Objekt, also hier die Tür ist damit insgesamt oder zu dem entsprechenden Teil sensoraktiv, in dem im Fall der Glastür die Beschichtung aufgetragen ist. Diese Beschichtung kann z.B. auch zwischen zwei Glasflächen angeordnet sein. Insofern ist im Ausführungsbeispiel das das Objekt 10 umgebende Feld eine kapazitives Feld, wenngleich die Anordnung in analoger Weise auch induktiv arbeiten kann, sofern die gewünschte hochohmige Ankopplung mit der Impedanz Z erfolgt.The figures show an arrangement for monitoring an object 10 for changes in a field surrounding the object, wherein the object may be any object in whose surroundings changes are to be detected. In the exemplary embodiment, the object 10 is, for example, a glass door, which as a sensor-active surface 11 has on its two sides a coating as measuring surfaces 11a, 11b, which is intended, for example, to carry a capacitive charge. The object, so here the door is so that all or the corresponding part sensor-active, in which in the case of the glass door, the coating is applied. This coating can e.g. be arranged between two glass surfaces. In this respect, in the exemplary embodiment, the field surrounding the object 10 is a capacitive field, although the arrangement may also work inductively in an analogous manner, provided that the desired high-impedance coupling with the impedance Z occurs.
Die Anordnung weist wenigstens einen dem Objekt 10 zugeordneten sensoraktiven Bereich 11 auf, der in Fig. 1 durch die beiden Messflächen 11a, 11b gebildet ist. Grundsätzlich genügt wenigstens eine Messstrecke, innerhalb der die von den Messflächen 11a und/oder 11 b erfassten Änderungen über die in Fig. 1 unter der jeweiligen Messfläche angeordneten Impedanzen Z an den Eingang 14a eines Empfängers 14 weitergeleitet werden, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch einen Empfangsverstärker gebildet ist. Wird keine Rich- tungsdetektion gewünscht, genügt auch nur eine Messfläche. Jeder der Messstrecken ist wenigstens ein Treiber 12, 13 zugeordnet, um eine bestimmte oder bestimmbare Größe im sensoraktiven Bereich aufzubringen. Im kapazitiven Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich bei diesen Treibern um Digital-/Analogwandler (DAC), die die von den Ausgängen 17b, 17c der Regeleinrichtung 17 kommenden Signale einmal direkt Q, einmal invertiert Q in die Messstrecken einbringen. Der Empfänger 14 dient zur Erfassung der von den Treibern aufgebrachten Größe, die zum Beispiel eine bestimmte Ladungsmenge sein kann. Der Empfänger erfasst aber auch Änderungen des das Objekt 10 umgebenden Feldes, wenn sich zum Beispiel ein Körper dem dem Objekt 10 zugeordneten sensoraktiven Bereich 11 nähert und dadurch die Ladungsverhältnisse ändert. Dem Empfänger 14 nachgeschaltet ist eine Synchrondemodulatorschaltung zur Bestimmung von Änderungen an oder in dem das Objekt umgebenden Feld und zur Erzeugung eines Steuer- und/oder Messsignals Δ11a, Δ11b.The arrangement has at least one sensor-active region 11 associated with the object 10, which is formed in FIG. 1 by the two measuring surfaces 11a, 11b. In principle, at least one measuring path within which the changes detected by the measuring surfaces 11a and / or 11b are forwarded via the impedances Z arranged in FIG. 1 below the respective measuring surface to the input 14a of a receiver 14, which in the exemplary embodiment of FIG is formed by a receive amplifier. If no direction detection is desired, only one measuring surface is sufficient. Each of the measuring sections is assigned at least one driver 12, 13 in order to apply a specific or determinable quantity in the sensor-active area. In the capacitive embodiment of Fig. 1, these drivers are digital / analog converters (DACs) which invert the signals coming from the outputs 17b, 17c of the regulator 17 once directly Q, once inverted Q in bring in the measuring sections. The receiver 14 is for detecting the size applied by the drivers, which may be, for example, a certain amount of charge. However, the receiver also detects changes in the field surrounding the object 10 when, for example, a body approaches the sensor-active area 11 assigned to the object 10 and thereby changes the charge conditions. Connected downstream of the receiver 14 is a synchronous demodulator circuit for determining changes to or in the field surrounding the object and for generating a control and / or measuring signal Δ11a, Δ11b.
Bei korrekter Abstimmung der Ausgangsleistung der Treiberstufen DAC 12,13 in Fig.1 liegt am Ausgang des Empfangsverstärkers ein gleiches Signal von Taktphase zu Taktphase an. Eine Veränderung des das Objekt 10 umgebenden Feldes führt zu einer Abweichung von Phase zu Phase. Es steht also ein taktsynchrones Ausgangssignal an, das dann wieder möglichst unverzüglich mittels des Synchrondemodulators 21, der im Ausführungsbeispiel digitalen Regeleinrichtung 17 und den Treibern 12,13 zu gleichen Werten von Taktphase zu Taktphase ausgeregelt wird. Dazu gelangt das Empfangssignal vom Ausgang 14b des Verstärkers 14 zum Eingang 21a des Synchrondemodulators 21 , wird im Synchrondemodulator in seine taktsynchronen Anteile zerlegt und dann vom Ausgang 21b des Synchrondemodulators an den Eingang 17a der Regeleinrichtung 17 übermittelt. Der Wert für die Leistungsregelung der Treiber 12,13 ist gleichzeitig das Messsignal, das weiter ausgewertet wird. Da nur bei Änderung des das Objekt umgebenden Felds, z.B. Annäherung einer Person oder eines anderen Gegenstands, die mögliche Differenz von Taktphase zu Taktphase zu verstärken ist, kann der Verstärker, hier der Empfangsverstärker als Empfänger 14, eine sehr hohe Verstärkung aufweisen. Dies trägt zur Empfindlichkeit des Messsystems wesentlich bei.If the output power of the driver stages DAC 12, 13 in FIG. 1 is correctly matched, an equal signal from clock phase to clock phase is present at the output of the receiver amplifier. A change in the field surrounding the object 10 leads to a deviation from phase to phase. Thus, there is an isochronous output signal, which is then corrected again as soon as possible by means of the synchronous demodulator 21, the digital control device 17 in the embodiment and the drivers 12,13 to the same values of clock phase to clock phase. For this purpose, the received signal from the output 14b of the amplifier 14 to the input 21a of the synchronous demodulator 21, is decomposed in the synchronous demodulator in its isochronous shares and then transmitted from the output 21b of the synchronous demodulator to the input 17a of the controller 17. The value for the power control of the drivers 12, 13 is at the same time the measurement signal, which is further evaluated. Since only when changing the field surrounding the object, e.g. Approaching a person or other object to amplify the possible difference from clock phase to clock phase, the amplifier, here the receive amplifier as a receiver 14, have a very high gain. This contributes significantly to the sensitivity of the measuring system.
Zur richtungsabhängigen Erfassung der Änderungen des das Objekt 11 umgebenden Feldes wird zusätzlich zu der wenigstens einen Messstrecke wenigstens eine weitere Messstrecke mit zugeordnetem Treiber vorgesehen. So kann die eine Messstrecke die Messfläche 11a umfassen, während die andere Messstrecke der Messfläche 11 b zugeordnet ist. Handelt es sich bei der weiteren Messstrecke um eine Referenzstrecke, so wird diese durch äußere Einflüsse nicht beeinflusst, sondern kann zum Beispiel in einem geschlossenen Gehäuse als Referenz vorgesehen sein. Dies wäre gleichbedeutend damit, dass die Glastüre der Figuren 3 bis 8 nur eine einseitige Beschichtung als sensoraktiven Bereich aufweist und somit gleichmäßig auf Annäherung aus beiden Richtungen reagiert. Eine Taktschaltung 15 ist zum zeitabschnittsweisen Wirksamschalten jeder der Messstrecken bzw. der wenigstens einen Messstrecke und der Referenzstrecke vorgesehen. Über die Steuerung 20 in Form eines Mikroprozessors wird die Taktschaltung 15 angesteuert, die über den Ausgang 15a ein Signal an die Schalter 24, 25 gibt und die Messflächen 11 a, 11 b wechselweise wirksam schaltet. Es versteht sich von selbst, dass auch mehr als zwei Messflächen selbst vorgesehen sein können und die Taktschaltung dann entsprechend anzupassen ist. Die Steuerung 20 steuert von Ausgang 20a über die Steuerleitung 18 die Treiber 12, 13 sowie auch über den Eingang 21c den Analog-/Digitalwandler x bit ADC im Synchronde- modulator 21 an. Die vom Ausgang 12b, 13b der Treibern 12, 13 ausgehenden Signale be- einflussen die vorbestimmte oder vorbestimmbare Größe, d.h. im kapazitiven Ausführungsbeispiel die Ladung der Messflächen 11a, 11b. Zwischen den Treibern und dem sensoraktiven Bereich 11 , gebildet durch diese Messflächen, ist eine hochohmige Ankopplung vorgesehen, die durch die Impedanz Z dargestellt ist. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Ankopplung vorzugsweise über Kondensatoren, es können jedoch auch Spulen oder entsprechende Widerstände oder auch Kombinationen aus vorgenannten Komponenten für diesen Zweck vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel wurde als Impedanz Z eine Reihenschaltung aus 10 pF und 56 kΩ bei einer Taktfrequenz von 100 kHz und einer Treiberspannung von 2 Volt.For direction-dependent detection of the changes in the field surrounding the object 11, at least one further measuring path with associated driver is provided in addition to the at least one measuring path. Thus, the one measurement path may include the measurement surface 11a, while the other measurement path is associated with the measurement surface 11b. If the further measuring path is a reference path, then this is not influenced by external influences, but instead can be provided as a reference in a closed housing, for example. This would be equivalent to the fact that the glass door of Figures 3 to 8 only has a one-sided coating as a sensor-active area and thus evenly reacts to approach from both directions. A clock circuit 15 is provided for the time-wise activation of each of the measuring sections or the at least one measuring section and the reference section. About the controller 20 in the form of a microprocessor, the clock circuit 15 is driven, which is a signal to the switches 24, 25 via the output 15a and the measuring surfaces 11 a, 11 b alternately active. It goes without saying that more than two measuring surfaces can be provided and the clock circuit is then adapted accordingly. The controller 20 controls from the output 20a via the control line 18, the driver 12, 13 and also via the input 21c to the analog / digital converter x bit ADC in synchronous demodulator 21 at. The signals emanating from the output 12b, 13b of the drivers 12, 13 influence the predetermined or predeterminable magnitude, ie in the capacitive embodiment the charge of the measuring surfaces 11a, 11b. Between the drivers and the sensor-active region 11, formed by these measuring surfaces, a high-impedance coupling is provided, which is represented by the impedance Z. In the exemplary embodiment, the coupling is preferably carried out via capacitors, but it can also be provided coils or corresponding resistors or combinations of aforementioned components for this purpose. In the exemplary embodiment, the impedance Z is a series connection of 10 pF and 56 kΩ at a clock frequency of 100 kHz and a drive voltage of 2 volts.
Die an der Messfläche vorhandene, vorzugsweise im Wechsel des Takts wechselnde La- düng gelangt dann zum Empfänger 14, dem Empfangsverstärker. Dieser gibt sein Empfangssignal als verstärktes Ausgangssignal an den Synchrondemodulator 21 weiter, in dem die den jeweiligen Messstrecken und/oder Referenzstrecken zugehörigen Signale aufgegliedert und im x Bit ADC miteinander zur Bildung eines Differenzsignals verglichen werden, so dass am Ausgang 21b des Synchronmodulators 21 ein Signal an den Eingang 17a des digi- talen Reglers (z.B. mit Pl-Charakteristik) als Regeleinrichtung 17 gegeben werden kann. Das nach dem Synchrondemodulator 21 anstehende Signal wird gleichzeitig aber auch an den Eingang 19a des Richtungsdetektors 19 mit Signalauswertung gegeben, der hieraus an den Ausgängen 19b, 19c die Änderungen an den Messflächen als Steuer- und/oder Messsignal Δ11a, Δ11b ausgibt. Der von den Ausgängen der Regeleinrichtung 17 kommende und an den Eingängen 12a, 12b der Treiber 12, 13 anstehende Wert für die Leistungsregelung der Treiber 12,13 ist gleichzeitig das Messsignal, das weiter ausgewertet wird. Regeleinrichtung 17 und Richtungsdetektor 19 stehen über die Anschlüsse 17d, 19d und Steuerleitung 30 ggf. miteinander in Verbindung.The existing on the measuring surface, preferably changing in the change of the clock fertil fertilizer then passes to the receiver 14, the receiving amplifier. This gives its received signal as an amplified output signal to the synchronous demodulator 21, in which the respective measuring sections and / or reference lines associated signals and x bit ADC are compared with each other to form a differential signal, so that at the output 21b of the synchronous modulator 21, a signal the input 17a of the digital controller (eg with Pl characteristic) can be given as a control device 17. The pending after the synchronous demodulator 21 signal is also given at the same time to the input 19a of the direction detector 19 with signal evaluation, which outputs from the outputs 19b, 19c, the changes to the measuring surfaces as a control and / or measurement signal .DELTA.11a, .DELTA.11b. The value for the power control of the drivers 12, 13 coming from the outputs of the control device 17 and present at the inputs 12a, 12b of the drivers 12, 13 is at the same time the measurement signal which is further evaluated. Control device 17 and direction detector 19 are connected via the terminals 17d, 19d and control line 30, if necessary, with each other.
Die Regelung der wenigstens einen von den Treibern 12, 13 in Messstrecken und/oder Referenzstrecken eingebrachten Größe, also im Ausführungsbeispiel der Ladungsmenge, als Antwort auf Änderungen in dem das Objekt 10 umgebenden Feld erfolgt so, dass am Empfänger 14 aus jeder der Messstrecken im Mittel die gleiche Amplitude der vorbestimmten oder vorbestimmbaren Größe, also im Ausführungsbeispiel der Ladung, von den Treibern 12, 13 und dem sensoraktiven Bereich 11 zum Empfänger 14 gelangt. Dies geschieht durch eine entsprechende Nachregelung der Treiberleistung.The regulation of the at least one variable introduced by the drivers 12, 13 in measuring sections and / or reference sections, that is to say in the exemplary embodiment of the charge quantity In response to changes in the field surrounding the object 10, the receiver 14 of each of the measuring sections has on average the same amplitude of the predetermined or predeterminable quantity, ie in the exemplary embodiment of the charge, from the drivers 12, 13 and the sensor-active region 11 Receiver 14 arrives. This is done by a corresponding readjustment of the driver power.
Vorzugsweise ist gemäß Figur 1 auch der sensoraktive Bereich 11 an den Empfänger 14 hochohmig angekoppelt, was durch die Impedanz Z dargestellt ist. Ebenso vorzugsweise ist die hochohmige Ankopplung gegenüber den Treibern 12, 13 und dem Empfänger 14 annä- hernd gleich groß ausgebildet, was im Ausführungsbeispiel durch gleichgroße Kondensatoren, Widerstände, Spulen oder Kombinationen der genannten Komponenten geschieht.Preferably, according to Figure 1, the sensor-active region 11 is coupled to the receiver 14 high impedance, which is represented by the impedance Z. Also preferably, the high-impedance coupling with respect to the drivers 12, 13 and the receiver 14 is formed approximately the same size, which happens in the embodiment by the same size capacitors, resistors, coils or combinations of said components.
Wird das Verhältnis der Spannung an den Treibern 12, 13 zur Spannung im sensoraktiven Bereich 11 so gewählt, dass dieser Wert kleiner als 1 ist, kann eine Arbeitsbereichsoptimie- rung gemäß Fig. 2 stattfinden. In Fig. 2 ist auf der Ordinate die Spannung U11a an der einen Messstrecke der Impedanz Z gegenübergestellt. Dabei wird deutlich, dass die Steigung dieser Kurve bei maximaler Spannung U_max und minimaler Spannung U_min an der Messfläche gering ist, während sie mittleren Bereich größer ist. Sollen Werte aus Spannungsänderungen abgeleitet werden, empfiehlt es sich daher, dass Verhältnis der Spannung an den Treibern 12,13 gegenüber der Spannung im sensoraktiven Bereich 11 zwischen 0,1 und 0,9, vorzugsweise sogar annähernd bei 0,5 zu halten. In diesem Bereich führt eine Amplitudenänderung damit zur stärksten Signaländerung.If the ratio of the voltage at the drivers 12, 13 to the voltage in the sensor-active region 11 is selected such that this value is less than 1, a workspace optimization according to FIG. 2 can take place. In FIG. 2, the ordinate shows the voltage U 11a at the one measuring path of the impedance Z. It becomes clear that the slope of this curve at maximum voltage U_max and minimum voltage U_min at the measuring surface is low, while it is greater in the middle range. If values are to be derived from voltage changes, it is therefore recommended that the ratio of the voltage across the drivers 12, 13 to the voltage in the sensor-active region 11 be kept between 0.1 and 0.9, preferably even approximately 0.5. In this area, an amplitude change leads to the strongest signal change.
Durch die kleine Kapazität bzw. den hohen Widerstand oder die hohe Induktion - im Ausfüh- rungsbeispiel - der Kondensatoren ergibt sich die gewünschte hohe Impedanz von der Messfläche 11a, 11 b zur Endstufe und von der Messfläche zum Vorverstärker. Derartige kleinste Änderungen finden auch dann statt, wenn die sich nähernde Person nicht auf einem geerdeten Untergrund befindet. Auch eine metallisch leitende Verbindung in unmittelbarer Nähe der Messfläche stört die Empfindlichkeit des Systems nicht. Auf Grund der Vorverstär- kung bzw. der hohen Regelungsleistung können auch kleinste Änderungen an der Messfläche einwandfrei detektiert werden.Due to the small capacitance or the high resistance or the high induction - in the embodiment - of the capacitors results in the desired high impedance from the measuring surface 11a, 11b to the output stage and from the measuring surface to the preamplifier. Such smallest changes take place even when the approaching person is not on a grounded ground. Even a metallically conductive connection in the immediate vicinity of the measuring surface does not disturb the sensitivity of the system. Due to the preamplification or the high control performance even the smallest changes to the measuring surface can be detected perfectly.
Solche Lösungen sind insbesondere dann erforderlich, wenn im Ausführungsbeispiel der Figuren 3 bis 8 das Objekt eine Tür, zum Beispiel eine Glastüre ist, die bei Annäherung einer Person selbsttätig öffnen soll. Für diesen Fall können auf der Glastür Beschichtungen angeordnet werden, die eine Kapazität bilden, wie durch die Messflächen 11a, 11 b in den Figuren 3 und 4 angedeutet. Will man diese Messflächen nämlich gemäß den Figuren 7 und 8 kapazitiv über den Türrahmen ankoppeln, stehen nur geringe Flächen am Türanschlag im Bereich des Türrahmens 22 zur Verfügung, so dass auch nur kleine Kondensatoren hierfür geeignet sind und insbesondere keine Kabel. Damit ist zwar eine Zuleitung 23 am Türrah- men 22 zum Kondensator möglich, die Fläche selbst ist jedoch klein, was allerdings gleichzeitig die gewünschte hochohmige Ankopplung ermöglicht. Bedarfsweise können auch unterschiedliche Bereiche der Tür, hier als Objekt 10, über verschiedene übereinanderliegende Bereiche oder nebeneinanderliegende Bereiche des Türrahmens angekoppelt werden. Dabei entspricht eine der kapazitiven Ankopplungen der Impedanz Z zwischen den Treibern 12 oder 13 zur Messfläche 11a, 11b, während die andere(n) kapazitive(n) Ankopplung(en) der Impedanz Z zum Vorverstärker hin entspricht. In der Darstellung gemäß den Fig. 6 bis 8 ist nur eine kapazitive Messtrecke also ohne Richtungsdetektion dargestellt. Verbindet man durch geeignete Maßnahmen die beiden Messflächen 11a, 11 b mit kapazitiv wirksamen Flächen an der dem Drehpunkt oder Scharnier zugewandten Außenkante der Scheibe der Glastür, so kann jede Fläche in eine eigenen Messstrecke eingebunden sein. Dies erlaubt somit eine richtungsabhängige Detektion einer sich der Tür oder dem Objekt 10 nähernden Person oder eines Gegenstands. Bewegt sich umgekehrt solch ein Objekt, ergibt sich auch ein Sensorsignal, selbst bei Annäherung an eine trockene Holzstange, die also kaum eine Ladung trägt.Such solutions are particularly necessary when in the embodiment of Figures 3 to 8, the object is a door, for example, a glass door, which should open automatically when approaching a person. In this case, coatings can be arranged on the glass door to form a capacitance, as by the measuring surfaces 11a, 11b in the figures 3 and 4 indicated. If one wants to capacitively couple these measuring surfaces according to FIGS. 7 and 8 over the door frame, only small surfaces are available on the door stop in the region of the door frame 22, so that only small capacitors are suitable for this purpose, and in particular no cables. Although this allows a supply line 23 on Türrah- men 22 to the capacitor, the surface itself is small, but at the same time allows the desired high-impedance coupling. If necessary, different areas of the door, here as object 10, can be coupled via various superimposed areas or adjacent areas of the door frame. One of the capacitive couplings corresponds to the impedance Z between the drivers 12 or 13 to the measuring surface 11a, 11b, while the other capacitive coupling (s) corresponds to the impedance Z to the preamplifier. In the illustration according to FIGS. 6 to 8, only a capacitive measuring path is thus shown without direction detection. By connecting the two measuring surfaces 11a, 11b with capacitively effective surfaces to the outer edge of the pane of the glass door facing the pivot point or hinge by suitable measures, each surface can be integrated into its own measuring path. This thus permits a direction-dependent detection of a person or an object approaching the door or the object 10. Conversely, when such an object moves, a sensor signal also results, even when approaching a dry wooden pole, which thus carries hardly any charge.
Die Messflächen 11a, 11b müssen nicht wie in den Figuren 3 bis 8 als ebene Flächen ausgebildet werden. Grundsätzlich können die Flächen jede beliebige Form einnehmen, ohne dass die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung verloren gehen. Dies schafft einen großen Gestaltungsspielraum, der für beliebige Anwendungszwecke insbesondere in der Annähe- rungsdetektion und Richtungsdetektion von Vorteil ist.The measuring surfaces 11a, 11b do not have to be formed as flat surfaces as in FIGS. 3 to 8. In principle, the surfaces can assume any desired shape without losing the advantages of the solution according to the invention. This creates a great deal of creative freedom, which is advantageous for any desired application, in particular in the approximation detection and direction detection.
So kann z.B. ein Leitungsdraht längs einer z.B. beweglichen Gummileiste angeordnet sein, um z.B. einen Einklemmschutz an einem beweglichen Element zu realisieren. Diese Messanordnung kann z.B. an einem Fahrzeug an Fenster, Tür oder Heckklappe oder an einer Schiebe- oder Drehtür eingesetzt werden, da die beschriebene Messanordnung ihre Empfindlichkeit auch in unmittelbarer Nähe von Metallrahmen nahezu nicht ändert. Eine Person oder ein Objekt in der Nähe, z.B. in 50 cm Abstand wird auf Grund der kapazitiven Wirksamkeit erkannt, während z.B. eine trockene Holzlatte die Gummileiste bei Kontakt verformt, woraufhin die Abstandsänderung zwischen Leitungsdraht und Metallfläche die Messanord- nung ansprechen lässt. Vorteilhafterweise wird dann die elektrische Masse der Sensorvorrichtung mit der elektrischen leitenden Masse des Metallrahmens verbunden. Es können aber auch zwei Leitungen so in einem flexiblen Element, z.B. der Gummileiste angeordnet werden, das sie sich bei Einwirken einer äußeren Kraft zueinander leicht verändern. Von den beiden Leitungen kann dann eine der sensoraktive Bereich 11 mit der Messfläche und die andere die elektrische Masse des Sensors sein. Aber auch hier ist eine richtungsabhängige Detektion möglich, wenn die beiden Leitungen als Messflächen 11a, 11b betrieben werden.Thus, for example, a conductor wire can be arranged along an eg movable rubber strip in order, for example, to realize a trapping protection on a movable element. This measuring arrangement can be used, for example, on a vehicle on the window, door or tailgate or on a sliding or revolving door, since the measuring arrangement described almost does not change its sensitivity even in the immediate vicinity of metal frames. A person or object in the vicinity, for example at a distance of 50 cm, is recognized due to the capacitive effect, while, for example, a dry wooden lath deforms the rubber strip upon contact, whereupon the change in distance between the conductor wire and the metal surface causes the measuring arrangement to respond. Advantageously, the electrical ground of the sensor device is then connected to the electrically conductive mass of the metal frame. It can but also two lines so in a flexible element, for example, the rubber strip are arranged, they change each other slightly when exposed to an external force. Of the two lines can then be one of the sensor-active area 11 with the measuring surface and the other the electrical mass of the sensor. But even here a direction-dependent detection is possible if the two lines are operated as measuring surfaces 11a, 11b.
Ergänzend versteht sich, dass die in Figur 1 dargestellte digitale Lösung auch auf analoge Weise aufgebaut werden kann.In addition, it is understood that the digital solution shown in Figure 1 can also be constructed in an analogous manner.
Die Signale der Taktschaltung 15 können eine beliebige Pulsform haben. Dabei ist diese Form nicht auf ein Rechtecksignal begrenzt, sondern das Taktsignal kann auch sinusförmig sein, wenn dies für bestimmte Einsatzzwecke von Vorteil ist. Ebenso können die Treiber mittels eines Spreizbandspektrums betrieben werden, um dadurch eine Resonanz mit im Umfeld vorliegenden Frequenzen weitestgehend zu vermeiden. Dem Fachmann sind die hierbei anzuwendenden Verfahren wie zum Beispiel TDMA, CDMA, FDMA usw. bekannt.The signals of the clock circuit 15 can have any desired pulse shape. In this case, this shape is not limited to a rectangular signal, but the clock signal may also be sinusoidal, if this is advantageous for certain purposes. Likewise, the drivers can be operated by means of a Spreizbandspektrums, thereby avoiding a resonance with frequencies present in the environment as far as possible. The person skilled in the art, the methods used in this case, such as TDMA, CDMA, FDMA, etc. known.
Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen. It will be understood that this description is susceptible of various modifications, changes and adaptations, ranging from equivalents to the appended claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Objekt10 object
11 sensoraktiver Bereich11 sensor active area
11a, 11b Messflächen11a, 11b measuring surfaces
12, 13 Treiber12, 13 drivers
12a, 13a Eingang12a, 13a entrance
12b, 13b Ausgang12b, 13b output
14 Empfänger14 recipients
14a Eingang14a entrance
14b Ausgang14b output
15 Taktschaltung15 clock cycle
15a Ausgang15a exit
17 Regeleinrichtung17 control device
17a Eingang17a entrance
17b, 17c Ausgang17b, 17c output
17d Anschluss17d connection
18 Steuerleitung18 control line
19 Richtungsdetektor19 directional detector
19a Eingang19a entrance
19b, 19c Ausgang19b, 19c output
19d Anschluss19d connection
20 Steuerung20 control
20a Ausgang20a exit
21 Synchrondemodulator21 synchronous demodulator
21a, 21c Eingang21a, 21c entrance
21 b Ausgang21 b output
22 Türrahmen22 door frame
23 Zuleitung23 supply line
24, 25 Schalter24, 25 switches
30 Steuerleitung30 control line
Δ11 a, Δ11 b Steuersignal Δ11 a, Δ11 b control signal

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Überwachung eines Objektes (10), wie insbesondere einer Tür oder einer Öffnung, auf Änderungen eines das Objekt umgebenden Feldes, mit1. Arrangement for monitoring an object (10), in particular a door or an opening, to changes in a field surrounding the object, with
- wenigstens einem dem Objekt (10) zugeordneten sensoraktiven Bereich (11 ),at least one sensor-active area (11) assigned to the object (10),
- wenigstens einer Messtrecke mit zugeordnetem Treiber (12,13) zum Aufbringen einer bestimmten oder bestimmbaren Größe im sensoraktiven Bereich,at least one measuring section with associated driver (12, 13) for applying a specific or determinable quantity in the sensor-active area,
- wenigstens einem Empfänger (14) zur Erfassung der von den Treibern aufgebrachten Größe und von Änderungen der Größe in dem das Objekt (10) umgebenden Feld im sensoraktiven Bereich (11),at least one receiver (14) for detecting the size applied by the drivers and changes in size in the field surrounding the object (10) in the sensor active area (11),
- einer dem Empfänger (14) nachgeschalteten Schaltung zur Bestimmung von Änderungen im das Objekt (10) umgebenden Feld und zur Erzeugung eines Steuer- und/oder Messsignals (Δ11a, Δ11 b) anhand der erfassten Änderungen, dadurch gekennzeichnet,- A circuit downstream of the receiver (14) for determining changes in the field surrounding the object (10) and for generating a control and / or measuring signal (Δ11a, Δ11b) based on the detected changes, characterized
- dass zur Erfassung von Änderungen der Größe in dem das Objekt (10) umgebenden Feld zusätzlich zu der wenigstens einen Messstrecke wenigstens eine weitere Messstrecke oder eine Referenzstrecke mit zugeordnetem Treiber (13,12) vorgesehen ist,that, in order to detect changes in size in the field surrounding the object (10), at least one further measuring path or a reference path with associated driver (13, 12) is provided in addition to the at least one measuring path,
- dass eine Taktschaltung (15) zum zeitabschnittsweisen Wirksamschalten jeder der Messstrecken oder der Messstrecke und der Referenzstrecke vorgesehen ist, dass eine Regeleinrichtung (17) zur Regelung der wenigstens einen von den Treibern (12,13) in die Messstrecken und/oder Referenzstrecke eingebrachten Größe als Antwort auf Änderungen der Größe im Feld vorgesehen ist, so dass am Empfänger (14) aus jeder der Messstrecken im Mittel die gleiche Amplitude der Größe von den Treibern und dem sensoraktiven Bereich (11) zum Empfänger (14) gelangt, und- That a clock circuit (15) is provided for the time-wise activation of each of the measuring sections or the measuring section and the reference section that a control device (17) for controlling the at least one of the drivers (12,13) introduced into the measuring sections and / or reference section size is provided in response to changes in size in the field, so that at the receiver (14) from each of the measuring sections on average the same amplitude of the size of the drivers and the sensor-active region (11) reaches the receiver (14), and
- dass der sensoraktive Bereich (11) zumindest an die Treiber (12,13) hochohmig angekoppelt ist.- That the sensor-active region (11) is at least connected to the driver (12,13) high impedance.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das das Objekt (10) umgebende Feld ein kapazitives Feld ist und dass die Größe eine kapazitive Ladung ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the object (10) surrounding the field is a capacitive field and that the size is a capacitive charge.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sensoraktive Bereich (11) auch an den Empfänger (14) hochohmig angekoppelt ist. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor-active region (11) is also coupled to the receiver (14) of high impedance.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sensoraktive Bereich (11) durch wenigstens eine Messfläche (11a, 11b) gebildet ist.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor-active region (11) by at least one measuring surface (11a, 11b) is formed.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur hochohmigen Ankopplung Kondensatoren, Widerstände, Spulen oder Kombinationen der genannten Komponenten verwendet werden.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for high-resistance coupling capacitors, resistors, coils or combinations of said components are used.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Ankopplung gegenüber den Treibern (12,13) und dem Empfänger (14) durch annähernd gleich große Kondensatoren erfolgt.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the high-impedance coupling with respect to the drivers (12,13) and the receiver (14) takes place by approximately equal capacitors.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Spannung im sensoraktiven Bereich (1 1 ) zur Spannung an den Treibern (12,13) kleiner 1 ist.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the voltage in the sensor-active region (1 1) to the voltage at the drivers (12,13) is less than 1.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen 0,1 und 0,9, vorzugsweise annähernd 0,5 ist. 8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the ratio between 0.1 and 0.9, preferably approximately 0.5.
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