EP2044690A2 - Anti-pinch sensor and evaluation circuit - Google Patents

Anti-pinch sensor and evaluation circuit

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Publication number
EP2044690A2
EP2044690A2 EP07785802A EP07785802A EP2044690A2 EP 2044690 A2 EP2044690 A2 EP 2044690A2 EP 07785802 A EP07785802 A EP 07785802A EP 07785802 A EP07785802 A EP 07785802A EP 2044690 A2 EP2044690 A2 EP 2044690A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
electrode
sensor
electrodes
sensor body
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07785802A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Holger WÜRSTLEIN
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.)
Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Brose Fahrzeugteile SE and Co KG filed Critical Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Publication of EP2044690A2 publication Critical patent/EP2044690A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
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Definitions

  • the invention relates to a pinch sensor, in particular for ⁇ detecting an obstacle in the path of an actuating element of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to an evaluation circuit for such a pinch sensor.
  • Known pinch sensors use, for example, the capacitive measuring principle to detect an obstacle.
  • an electric field is established between a measuring electrode and a suitable counterelectrode. If a dielectric enters this electric field, the capacitance of the capacitor formed by the measuring electrode and the counterelectrode changes.
  • ⁇ r differs from the relative permittivity of air.
  • the obstacle in the path of an actuator is detected without physical contact with the pinch sensor. If a change in capacitance is detected, timely countermeasures, such as stopping or reversing the drive, can be initiated before the obstacle is actually jammed.
  • the control elements of a motor vehicle may be, for example, an electrically operable window, an electrically operated sliding door or an electrically operable tailgate. It is also possible to use a pinch sensor based on the capacitive measuring principle for detecting obstacles in the case of an electrically actuable seat.
  • Non-contact working, based on the capacitive measuring principle pinching sensors are known for example from EP 1 455 044 A2 and EP 1 154 110 A2.
  • These known anti-pinch sensors generate an external electric field by means of a measuring electrode and a suitable counterelectrode, so that a dielectric penetrating into this external electric field can be detected as a change in capacitance between the measuring electrode and the counterelectrode.
  • the distance between the measuring electrode and the counter electrode is additionally designed to be flexible in both prior art Einklemmsensoren, whereby a physical contact of an obstacle with the Einklemmsensor is detected as a change in capacitance.
  • EP 1 371 803 A1 also discloses a pinch sensor based on the capacitive measuring principle.
  • a sensor electrode is used to generate an electric field in the opening region of the actuating element, which is connected via a shielded supply line to an evaluation unit.
  • the electric field is generated here relative to the body of a motor vehicle as a counter electrode.
  • a sensor body comprises a first measuring electrode for generating a first external electric field with respect to a counter electrode and an adjacent, electrically separate second measuring electrode for generating a second external electric field with respect to the counter electrode wherein the measuring electrodes are formed such that the first external electric field has a greater range than the second external electric field.
  • a sensor body comprises a first measuring electrode for generating a first external electric field with respect to a counter electrode and an adjacent, electrically separate second measuring electrode for generating a second external electric field with respect to the counter electrode wherein the measuring electrodes are formed such that the first external electric field has a greater range than the second external electric field.
  • two electrically separate measuring electrodes are present, each of which build an electric field against a counter electrode.
  • the counterelectrode may be part of the pinching sensor itself. However, the counterelectrode can also be formed by the grounded body of a motor vehicle.
  • the invention starts from the consideration that dirt or water, which leads to a misdetection of the pinching sensor due to the change in capacitance, acts as deposits on the surface of the sensor body.
  • dirt or water causes a change in the capacitance of the capacitor formed between the measuring electrode and the counterelectrode by means of a near-field influencing.
  • the invention is based on the consideration that an obstacle in the path of the actuating element must already be detected before a physical contact with the pinch sensor via a change in capacitance.
  • the electrical field of a pinching sensor based on the capacitive measuring principle extends into the opening region of the adjusting element in order to detect an obstacle without contact.
  • a capacitance change caused by an obstacle in the travel path of the adjusting element is therefore to be detected at a distance from the immediate surface of the sensor body.
  • a capacitance change caused by dirt or water differs from a capacitance change caused by approaching an obstacle through the location of its formation.
  • the invention recognizes that this difference to a separation of a trapping case from a contamination or wetting situation can be exploited in order to avoid a misdetection.
  • This is achieved by using at least two measuring electrodes which are electrically separated from one another for establishing an external electric field in relation to a counterelectrode. Due to the fact that one of the measuring electrodes is designed to generate an electric field with a higher range than the electric field of the other measuring electrode, a change in capacitance at the surface of the sensor body of FIG - A - a change in capacity caused by an obstruction on approach.
  • the pinch sensor described thus makes it possible to detect dirt deposition or water wetting on the surface of the sensor body as a DC signal and an approaching obstacle as a difference signal and to distinguish in this respect.
  • the different range of the electric fields generated by means of the measuring electrodes can be influenced or achieved by the geometry and / or dimensioning of the capacitor arrangements comprising in each case one measuring electrode and the counter electrode.
  • the second measuring electrode to achieve a short-range electric field as possible be designed such that the field lines have a direct as possible course between the measuring electrode and counter electrode.
  • the second measuring electrode can be designed, arranged or dimensioned such that the field lines of the generated electric field in the manner of a stray field capacitor take the longest possible detour through the opening region of the adjusting element.
  • the second measuring electrode of the counter electrode may be disposed immediately adjacent, whereas the first measuring electrode is spaced from the counter electrode.
  • both a measuring electrode formed between the measuring electrode and the counter electrode can be used direct electric field used for detection as well as a stray field. A combination of both options is conceivable.
  • the first measuring electrode i. the measuring electrode for generating the electric field with a greater range, spaced from the edge in the sensor body and the second measuring electrode arranged in an edge region.
  • a pinch sensor the sensor body of a counter electrode, such as in particular a grounded body of a motor vehicle, is placed. If the measuring electrodes lie at a different potential than the counterelectrode, a direct stronger electric field and space remote from the counterelectrode and a weaker electrical outside at the edge areas around the measuring electrodes will be formed in the space between the measuring electrodes and the counterelectrode (ie in the insulating body) - or form stray field.
  • the outer field serves for the non-contact detection of a dielectric.
  • the second measuring electrode Since the second measuring electrode is arranged on the edge of the sensor body, the external electric field is concentrated predominantly on the space between the edge of the measuring electrode and the counter electrode. The external electric field of the second measuring electrode is thus short-range in total; it also hardly extends into the open space facing away from the counterelectrode.
  • an external electric field is formed between the first measuring electrode, which is arranged at a distance from the edge of the sensor body, and the counter-electrode, whose field lines extend on curved paths between the first measuring electrode and the outer counterelectrode and thus into the counter-electrode. turned room, ie in the opening area of an actuating element, extend into it.
  • the measuring electrodes are each formed flat.
  • the capacitance of the capacitor produced with the counterelectrode can be determined or adapted in a known manner via the size of the surface.
  • the range of the electric field extending into the opening region can also be increased by increasing the area of the first measuring electrode. In this respect, it is advantageous if the area of the first measuring electrode is larger than the area of the second measuring electrode.
  • the measuring electrodes are dimensioned such that a dielectric introduced in the immediate vicinity into both external electric fields essentially causes no drift of the measuring capacitances to one another.
  • the dimensioning is selected such that dirt deposition or water wetting on the surface of the sensor body leads to an approximately identical change in the capacitances of the capacitors comprising the first and second measuring electrodes. Consequently, a differential signal formed from the capacitances of the two capacitors undergoes essentially no or negligible change due to contamination or water wetting of the sensor body.
  • Such a configuration allows a comparatively simple circuit separation of a pinching case, wherein a dielectric in the far field leads to a divergence of the capacitances of both capacitors, of pollution in the near field, wherein a capacitance difference signal does not change.
  • circuit terms only a zero signal must be separated from a signal not equal to zero.
  • the measuring electrodes are dimensioned such that a dielectric introduced in the immediate vicinity into both external electric fields causes a drift of the measuring capacitances to one another with a different sign than a dielectric in the far field, which can be identified with a trapping case.
  • An approaching obstacle is first penetrated by the field lines of the outer electric field of greater range, whereby the capacitance of the capacitor comprising the first measuring electrode increases.
  • the capacity of the obstacle initially has no influence on the capacitor comprising the second measuring electrode.
  • contamination or water wetting in the near field has an influence on both measuring capacities.
  • the capacitance formed by the second measuring electrode is influenced more strongly.
  • contamination or wetting in the near field leads to a drift of the measuring capacities with a different sign than an obstacle approaching from the far field.
  • the signal of a capacitance change caused by contamination or water wetting of the sensor body can be separated from the signal of a capacitance change which is caused by a dielectric in the far field.
  • the dimensioning of the measuring electrodes can be determined experimentally or by means of a computer simulation. It should be noted in particular that the dimension of the first measuring electrode in relation to the second measuring electrode is highly dependent on the geometry and the material of the sensor body. In order to obtain the lowest possible drift of the measuring capacitance relative to one another during deposition or wetting on the sensor body, it is desirable for the first measuring electrode to be relatively large in relation to the second measuring electrode in order to achieve a large pay-field propagation.
  • the real dimensions can be determined by a simulation taking into account the real materials and geometries to be used.
  • the surface of the first measuring electrode is to be dimensioned correspondingly smaller.
  • the first measuring electrode for generating the outer electric field of greater range is advantageously located between the second and third measuring electrodes, each one are arranged for generating an external electric field with a short range in the edge region of the sensor body.
  • a symmetrical configuration is achieved in that the measuring electrodes for generating the short-range external electric field are arranged on the longitudinal sides, whereby the measuring electrode produced by the first centrally arranged measuring electrode is generated outer electric field inevitably extends over a large Nutzfeld Berlin. Edge fields between the edge of the first measuring electrode and the counter electrode, on which the pinching sensor is placed, are thereby avoided.
  • the sensor body For a pinch sensor constructed in this way, it is advantageous to make the sensor body flat and to arrange the measuring electrodes in the sensor body in each case as parallel flat conductors.
  • the centrally arranged first measuring electrode has a width of about 4.8 mm and the further measuring electrodes each have a width of about 1, 8 mm aut lo.
  • the simulation carried out provided the least capacitance drift when the measuring electrodes were separated from each other by the sensor body by a distance of approximately 0.7 mm, and the sensor body in each case had an edge region with a thickness of approximately 0.1 mm in relation to the outer measuring electrodes had.
  • a separate shielding electrode is provided in an expedient embodiment in the sensor body, which is arranged opposite to the measuring electrodes for aligning at least the first external electric field in a hazardous area or in the space facing away from the counter electrode. If, for example, the body of a motor vehicle is used as the counter electrode on which the pinch sensor is placed, then the separate shielding electrode is to be arranged between the body and the measuring electrodes in the sensor body. By a potential equalization between the potential on which the measuring electrodes are located and the potential on which the shielding electrode is located, it is achieved that there is no direct electric field between the measuring electrodes and the counterelectrode and thus no direct capacitance. education.
  • the field lines of the electric field between the measuring electrodes and the counter electrode are directed into the hazardous area to be detected.
  • the dimensioning or arrangement of the second or third measuring electrode ensures that the external electric field generated by these measuring electrodes has a shorter range than the external electric field generated by the first measuring electrode. This is achieved, for example, by the already mentioned arrangement of second or third measuring electrode in an edge region of the sensor body.
  • the shielding electrode is configured as a continuous planar conductor.
  • the shielding electrode is subdivided into individual individual shielding electrodes arranged opposite the measuring electrodes and separated from one another. This allows a better potential equalization compared to the individual measuring electrodes to be shielded.
  • the described shielding electrodes, whose potential is matched to that of the measuring electrodes, are also referred to as so-called driven-shield electrodes.
  • the sensor body is formed from a flexible carrier material. This makes it possible to easily guide the pinch sensor along the contour of a closing edge of a motor vehicle.
  • the sensor body may be formed as a flexible ribbon cable. It is equally conceivable to design the sensor body as a sealing body or to integrate the sensor body into a sealing body.
  • the sealing body is provided to seal the actuating element relative to the closing edge in the closed state.
  • a sealing lip may be mentioned, which seals an operable side window of a motor vehicle relative to its closing edge.
  • a flexible ribbon cable is also referred to as FFC ("Flexible Fiat Cable”), and is characterized by the fact that in a flexible cable body parallel Porterstruktu- ren are laid.
  • a flexible conductor structure can also be used as the sensor body.
  • a flexible ladder structure is also known by the term FPC ("Flexible In this case, printed conductors are specifically arranged or laid in a flexible insulating material, in particular in a multi-layered arrangement Such a configuration allows a high degree of flexibility with regard to the dimensioning and arrangement of the individual printed conductors, so that the measuring electrodes of the anti-pinch sensor in the desired Manner can be arranged or dimensioned.
  • the sensor body extends in a longitudinal direction, wherein the measuring electrodes along the longitudinal direction are each subdivided into individually controllable individual electrodes.
  • the capacitance measurable between the measuring electrode and the counterelectrode is reduced, since the entire surface of the measuring electrode is divided into a plurality of interrupted individual surfaces of the separate electrodes.
  • a low capacitance forming between the measuring and counterelectrodes results in a small capacitance change in relation to the total capacitance being easier to detect.
  • a pinch sensor designed in this way also allows the detection of a change in capacitance by means of a multiplex method.
  • the individual electrodes can be controlled by means of separate supply lines either offset in time (serial) or simultaneously (in parallel).
  • the second object is achieved according to the invention by an evaluation circuit which comprises measuring potential output means for outputting a predetermined measuring potential to measuring electrodes, capacity drift detecting means for detecting a mutual drift of measuring capacitances between measuring electrodes and a counterelectrode and evaluating means for outputting a detection signal as a function of the drift signal.
  • the measuring potential output means serve to generate a measuring potential required for detecting the measuring capacitance, which is applied to the measuring electrodes.
  • the measuring potential output means may comprise, for example, a DC voltage or an AC voltage generator.
  • a measuring capacitor can be detected, for example by means of a charging time evaluation via a DC voltage generator.
  • An AC voltage generator allows the measuring capacitances to be detected via their complex resistance or AC resistance by means of a voltage divider. Also allows a controllable AC voltage generator, the detection of the measuring capacitances on a phase detuning.
  • the measuring potential output means can also be designed to be able to detect the measuring capacitances via a vibration or resonance circuit detuning.
  • the capacity drift detecting means may be realized by electronic components.
  • signals can also be digitized and compared with one another by means of a computer, subjected to a logic operation or processed in any other way in order to be able to ascertain as drift signal a change in the distance or the difference of the measuring capacitance relative to one another.
  • the evaluation means are configured to conclude from the detected drift signal to a pinching case and to generate a corresponding detection signal in such a case.
  • the evaluation means can also be realized by means of electronic components or by suitable software and a corresponding computer.
  • the evaluation means are designed to output a detection signal when the drift signal changes over time in a region corresponding to the closing time of the actuating element.
  • An evaluation circuit designed in this way offers the advantage of reliably distinguishing a drift in the measuring capacitances, which is triggered by an obstacle in the far field when approaching the pinching sensor, from a drift which is triggered, for example, by temperature changes or material tensions.
  • the temporal change of the drift signal caused in a trapping case moves in a time frame corresponding to the closing speed of the actuating element.
  • potential equalizing means are advantageously included.
  • the potential equalization means can be formed by an amplifier, which can be connected on the input side to the measuring electrodes and on the output side to a shielding electrode for supplying it with a voltage signal derived from the input signal.
  • the shielding electrode is a driving shield to prevent the formation of direct capacitances between the measuring electrodes and the counterelectrode.
  • the measuring potential output means comprise an AC voltage source further comprising differential signal generating means for forming a difference signal corresponding to the difference of the measuring capacitance, and wherein the drift signal detecting means for detecting the drift of the differential signal, i. for detecting a change of the difference signal, are formed.
  • an alternating voltage of desired height and frequency is applied between the measuring electrodes and the counter electrode.
  • the difference of the measuring capacitances can then be formed, for example, by detecting the corresponding AC voltage resistances, so that detection of a change or drift of the differential signal becomes possible.
  • the differential signal generating means for detecting the measuring capacitances each comprise a bridge circuit, wherein the measuring capacitances in the bridge branches are connected in parallel.
  • a difference signal which corresponds to the difference of the measuring capacitances, in comparatively simple circuitry, can be removed by tapping off the measuring capacitances.
  • lenden voltages or by a phase difference of the voltages in the two bridge arms are determined.
  • a differential amplifier is used, which forms the difference between the voltages dropping across the capacitors.
  • the differential amplifier may for example be preceded by a peak value detection.
  • the phase difference of the tapped voltages in the bridge branches can be determined by means of a phase difference detection means.
  • the phase difference detection means can be formed for example by means of comparators, which form a square wave signal from the tapped AC voltage, and an XOR logic module. This embodiment is useful when the pinch sensor is dimensioned such that contamination or wetting on the sensor body leads to no drift of the measuring capacitance against each other, so that in this case the output signal of the XOR logic module remains zero.
  • the measurement potential output means each comprise an AC voltage generator, wherein further phase difference detection means are provided for detecting a phase difference between the Meßkapazticianszweigen, and wherein the drift signal detection means are adapted to detect the phase position.
  • the measuring capacitance branches are respectively supplied with a precisely predetermined alternating voltage with the same frequency.
  • the phase detuning can be compensated for each other by a suitable change in the phase position of the two alternating voltage generators. The drift of the phase position is thus recognizable to one another via a necessary readjustment of the alternating voltage signals.
  • At least one controllable compensating capacity is assigned to the measuring capacitances, wherein the evaluating means are designed to balance the measuring capacitances by activating the at least one compensating capacitance.
  • a compensation capacity allows a comparison of the measuring capacitances in a long-term drift, for example, by a change in geometry or a material change is caused. It can also be achieved via a controllable compensation capacity that the measuring capacitances of the first and second (and optionally third) measuring electrode are set to the same size without trapping. This makes it possible, with circuitry known means to compensate for a superficial contamination or wetting of the anti-pinch sensor and to detect a trapping case on the other hand.
  • voltage-controlled capacitance diodes which are operated in the reverse direction as controllable equalizing capacitors are used which are separated from the measuring capacitors by a coupling capacitor in each case.
  • the evaluation means it is expedient for the evaluation means to be designed to control the compensation capacities as a function of the drift signal. Thus, it becomes possible to compensate for long-term drift.
  • the anti-pinch sensor described, as well as the described structural unit, which includes such a pinch sensor, are particularly suitable for use in a motor vehicle, wherein the grounded body of the motor vehicle serves as a counter electrode.
  • FIG. 2 schematically shows the pinch sensor according to FIG. 1 with a simplified representation of the field lines of the external electric field generated for the counterelectrode
  • FIG. 3 is a graph showing the resulting capacitances in the case of a wetted pinch sensor according to FIG. 1, FIG. Fig. 4 in a cross section schematically another pinch with
  • FIG. 5 in a cross section schematically an alternative pinch with
  • FIG. 7 shows schematically a circuit arrangement for forming a difference signal corresponding to the difference of the measuring capacitance
  • Fig. 8 shows schematically a further circuit arrangement for forming a difference of the measuring capacitance corresponding difference signal.
  • Fig. 1 shows schematically the cross section of a pinch sensor 1, which is used in particular for detecting an obstacle in the path of an actuating element of a motor vehicle.
  • the pinch sensor 1 comprises an elongated sensor body 2 made of an electrically insulating material.
  • a first measuring electrode 4 is arranged approximately centrally between a second measuring electrode 6 and a third measuring electrode 7.
  • the measuring electrodes 4, 6 and 7 are each designed as flat conductors.
  • the pinch sensor 1 is placed on a counter electrode 9, which is formed for example by the grounded body of a motor vehicle.
  • the measuring electrodes 4, 6 and 7 are subjected to an alternating voltage, for example, with respect to the counter-electrode 9.
  • the measuring electrodes 6 and 7 are connected in parallel with each other electrically. Due to the potential difference, a direct electric field is formed in the insulating body 2 between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9, and a weaker external electric field is formed in the space facing away from the counterelectrode 9.
  • the measuring electrodes 4, 6 and 7 each form, with the counter electrode 9, a capacitor with a characteristic capacitance caused by the dimensioning of the pinching sensor 1 and by the material of the sensor body 2. In this case, the measuring electrodes 6 and 7 act through their parallel connection as a single capacitor.
  • the second and third measuring electrodes 6 and 7 Due to the arrangement of the second and third measuring electrodes 6 and 7 at the edge of the sensor body 2, only a weak external electric field forms with ringer range. Due to the shielding effect of the outer measuring electrodes 6 and 7, however, the field lines of the external electric field, which is generated by the inner first measuring electrode, are deflected into a larger space region facing away from the counterelectrode. The field lines of the external electric field of the capacitor formed from the counter electrode 9 and the inner measuring electrode 4 extend arcuately on both sides via the outer electrode 6 or 7 to the counter electrode 9. Thus, a dielectric approaching the pinching sensor 1 from the far field is first deflected by the Field lines of the first measuring electrode 4 comprehensive capacitor penetrated and leads in this capacitor to a corresponding capacitance change. The capacitance of the capacitor comprising the second and third measuring electrodes 6 and 7 is not influenced by a dielectric arranged in the far field.
  • the pinch sensor 1 allows a contamination by superficial contamination or by a superficial water film of a case of pinching, which is characterized by the approach of an obstacle from the far-field, to differentiate safely.
  • FIG. 2 shows a simplified representation of the field profile of the pinching sensor 1 according to FIG. 1.
  • the counter electrode 9 is conceptually divided in the middle underneath the pinching sensor 1 according to FIG. 1 and the resulting halves are folded upwards.
  • a water film 10 is further shown on the surface of the sensor body 2 of the pinching sensor 1 as contamination.
  • the field line profile of a second external electric field 14 becomes visible, which correspondingly develops at a potential difference between the measuring electrodes 6 and 7 arranged at the edge and the counterelectrode 9.
  • the direct capacitance between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9 decisive for the anti-pinching sensor 1 shown is eliminated mentally and graphically.
  • the illustrated field line course corresponds to that of the outer, rather weak stray fields. It can be seen that the external electric field 12 of the measuring electrode 4 used for non-contact detection of a dielectric has a greater range than the external electric field 14 which is generated by the measuring electrodes 6 and 7 arranged at the edge.
  • the measuring electrodes 4 as well as 6 and 7 as well as the "unfolded" counter-electrode 9 are again recognizable.
  • each measuring electrode 4, 6 and 7 are each composed of three individual capacitances connected in series. Because between each measuring electrode 4,6 and 7 and the counter electrode 9, the material of the sensor body 2, the water film 10 and arranged as a transfer medium to air.
  • the capacitance of the capacitor comprising the first measuring electrode 4 can be regarded as a series circuit of the capacitors 16, 17 and 18.
  • the capacitors 16, 17 and 18 can accordingly be connected through the outer measuring electrodes 6 and 7 Formed capacitances are each considered as a series connection of the capacitors 20,21 and 22 or 23,24 and 25.
  • a shielding electrode is inserted between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9 of the pinching sensor 1 'shown in a cross section according to FIG.
  • the shielding electrode is subdivided into first, second and third shielding electrodes 30, 31 and 33, which are respectively assigned to the corresponding measuring electrodes 4, 6 and 7.
  • the shielding electrodes 30, 31 and 33 are each at the same potential as the measuring electrodes 4, 6 and 7.
  • the shielding electrodes 30, 31 and 33 used as so-called driven-shield electrodes.
  • the shielding electrodes 30, 31 and 33 thus prevent a direct capacitance or a direct electric field from being formed between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9.
  • a stray field to the counter electrode 9 is generated in each case via the measuring electrodes 4, 6 and 7 which extends into the detection range of the pinching sensor 1 '.
  • the detection range of the pinching sensor 1 ' is significantly increased in relation to the detection range of the pinching sensor 1.
  • the external electric field 14 which is shown in dashed lines, has a shorter range than the external electric field 12 generated by the internal measuring electrode 4.
  • the direct electric field is generated by the shielding electrodes 30, 31 and 32 to the counterelectrode 9, which is illustrated by the correspondingly drawn field lines of the direct electric field 35.
  • the outer measuring electrodes 6 or 7 located at the edge and by the centrally arranged measuring electrode 4 that the range of the correspondingly generated outer electric fields 12 and 14 differs. This allows a compensation of a superficial resting on the sensor body 2 Contamination or superficial water film.
  • the size ratios of the second and third measuring electrodes 6 and 7 to the inner first measuring electrode 4 additionally achieve that, in the case of superficial contamination or superficial water wetting, the capacitance formed by the first measuring electrode 4 and that connected in parallel by the second measuring electrode 4 change the capacitance formed in the third measuring electrodes 6 and 7 in approximately the same way.
  • a superficial contamination of the sensor body 2 does not influence a difference signal of the measuring capacitance, whereas an obstacle or dielectric approaching from the far field, which constitutes a pinching case, leads to a change of the difference signal.
  • FIG. 5 again shows in a cross section a further pinching sensor 1 ", which essentially comprises the individual components of the pinching sensor 1 ', as shown in Fig. 4.
  • the pinching sensor 1" also comprises a flat surface extending in the longitudinal direction Sensor body 2 made of an electrical insulating material which is placed on a counter electrode 9.
  • the inner measuring electrode 4 and the outer measuring electrodes 6 and 7 are each formed as a flat conductor.
  • the shielding electrodes 30, 31 and 32 are designed as flat conductors which are assigned to the corresponding measuring electrodes 4, 6 and 7, respectively.
  • the field line course of the generated external electric field 12 of the inner measuring electrode 4 and of the generated electric field 14 of the parallel-connected outer measuring electrodes 6 and 7 is identical to the field line course of the pinching sensor V according to FIG. 4.
  • 5 includes a fourth planar shielding electrode 36, which is at the same potential as the other shielding electrodes 30, 31, and 33, respectively, and which is connected in circuit technology with it Shielding electrode 36 and the counter electrode.
  • the measuring electrodes 4, 6 and 7 are - not visible - in the longitudinal direction of the pinching sensor 1 ", ie in the plane of drawing, in several separate individual divided electrodes. Between the shielding electrodes 30, 31 and 33 and the fourth shielding electrode 36 further separate supply lines 38 are arranged, which are each contacted with one of the individual electrodes. All individual components are insulated from each other by the electrical insulating material of the sensor body 2. Shield electrode sections, which prevent the formation of direct capacitances between the separate supply lines 36, can be arranged between the separate supply lines 38, respectively. The separate supply lines 38 serve to drive the individual segments or individual electrodes of the measuring electrodes 4, 6 and 7. Thus, each individual electrode of the measuring electrodes can be controlled and evaluated along the longitudinal direction of the pinching sensor 1 "via the separate supply lines 38. This allows, on the one hand, multiplexing and others a spatial resolution of a possible Einklemmfalles.
  • FIG. 6 shows a possible evaluation circuit for evaluating one of the pinching sensors 1, 1 'or 1 "illustrated in FIGS. 1 to 5.
  • the evaluating circuit according to FIG. 6 comprises an alternating voltage source V1 for generating a defined alternating voltage
  • the measuring circuit shown here is constructed from two bridge branches, each comprising an ohmic resistor R1 or R2 and a measuring capacitance C1 or C3.
  • the measuring capacitance C1 of the first bridge branch is formed by the first bridge Measuring electrode 4 and the counter electrode 9 of the anti-pinch sensors 1, 1 ', 1 "shown.
  • the measuring capacitance C3 is that capacitance which has the capacitor formed by the parallel-connected outer shielding electrodes 6 and 7 and the counterelectrode 9 according to the illustrated pinching sensors 1, 1 ', 1 "via a respective voltage tap between the ohmic resistors R1, R2 and associated measuring capacitors C1 and C3, it is a suitably trained evaluation 39 possible to form a difference of the measuring capacitances C1.C3 corresponding difference signal and deduce a drift signal from this.
  • the evaluation circuit according to FIG. 6 further comprises equalizing capacitances C2 and CA associated with the measuring capacitors C1, C3, which are formed by reverse-biased, voltage-controlled capacitance diodes.
  • equalizing capacitances C2 and CA associated with the measuring capacitors C1, C3, which are formed by reverse-biased, voltage-controlled capacitance diodes.
  • FIGS. 7 and 8 Possible configurations of the evaluation means 39 are shown schematically in FIGS. 7 and 8. In each case, the measuring bridge circuit 40 is shown here as an input element in FIGS. 7 and 8.
  • the voltage values obtained from the measuring bridge circuit 40 are first supplied to an amplifier 42 in each case.
  • Each amplifier 42 is further followed by a peak value detection 43, which determines the maximum amplitude of the detected alternating voltages. Downstream is a low pass 44, respectively, to obtain a good noise suppression.
  • the maximum values obtained are fed to a differential amplifier 45. 5 If the pinch sensor is dimensioned or adjusted with the compensation capacitances, so that the measuring capacitances C1 + C2 and C3 + C4 are identical and no drift occurs in the case of superficial contamination or wetting, then the output signal of the differential amplifier 45 can be used directly as a detection signal become. Namely, contamination or wetting by a superficial film of water can not cause a drift between the measuring capacities in this case.
  • the difference signal remains zero.
  • a drift of the measuring capacitances is produced by a dielectric approaching from the far field. For this is first penetrated only by the field lines of the external electric field 12, which causes the inner measuring electrode 4 of the anti-pinch sensors shown.
  • the detected voltages of the measuring bridge circuit 40 are first supplied to a comparator 47.
  • a comparator 47 For this purpose, the generation of a reference voltage is necessary with reasonable effort.
  • XOR exclusive OR logic device
  • the output signal of the logic module 48 is then fed to a low-pass filter 49 for noise suppression and forwarded to an amplifier 50.
  • the output signal of the amplifier 50 can in turn be used as a detection signal for a trapping case. For a drift of the measuring capacitances C1.C3 to one another will lead to a phase detuning of the voltages tapped at the measuring capacitances in the measuring bridge circuit 40 and thus to an output signal of the logic module 48.
  • the compensation capacitances C2 and C4 shown in FIG. 6 serve to match the measuring bridge circuit 40 in the long term, whereby relatively rapid changes due to the approach of an object are not compensated.
  • the compensation capacitances C2 and C4 are controlled by a microcontroller as a function of the output signal of the evaluation circuit. This is usually realized by a DC voltage or a low-pass filtered PWM signal with variable duty cycle. This DC voltage then controls the capacitance diodes used as equalizing capacitors C2 and C4 and operated in the reverse direction, which circuits are each separated from the bridge branch by a capacitor (not shown in FIG. 6).
  • the drive is selected to achieve a balance between the regulation of long-term drifts and the detection of transient changes in an object.
  • the measuring bridge circuit 40 is set to be the most sensitive since the phase shift in the respective bridge branches is 45 °. Between the bridge branches, the phase shift is 0 °.

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Abstract

The invention relates to an anti-pinch sensor (1,1',1"), especially for detecting an obstacle in the path of a regulating element of a motor vehicle, said sensor comprising a sensor body (2), a first measuring electrode (4) which is arranged in the sensor body (2) and is used to produce a first outer electrical field (12) in relation to a counter-electrode (9), and an electrically separated second measuring electrode (6) which is arranged adjacently to the first measuring electrode (4) in the sensor body (2) and is used to produce a second outer electrical field (14) in relation to the counter electrode (9). The measuring electrodes (4, 6) are embodied in such a way that the first outer electrical field (12) has a larger range that the second outer electrical field (14). The invention also relates to an evaluation circuit suitable for evaluating an anti-pinch sensor (1,1',1"). The detection reliability of such a clamping sensor (1,1',1") is not affected by dirt or water (10) on the surface thereof.

Description

Beschreibung description
Einklemmsensor sowie AuswerteschaltungPinch sensor and evaluation circuit
Die Erfindung betrifft einen Einklemmsensor, insbesondere zum {Erkennen eines Hindernisses im Weg eines Stellelements eines Kraftfahrzeugs. Weiter betrifft die Erfindung eine Auswerteschaltung für einen derartigen Einklemmsensor.The invention relates to a pinch sensor, in particular for {detecting an obstacle in the path of an actuating element of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to an evaluation circuit for such a pinch sensor.
Bekannte Einklemmsensoren nutzen zum Erkennen eines Hindernisses beispielsweise das kapazitive Messprinzip. Dabei wird zwischen einer Messelektrode und einer geeigneten Gegenelektrode ein elektrisches Feld aufgebaut. Tritt in dieses elektrische Feld ein Dielektrikum ein, so verändert sich die Kapazität des von der Messelektrode und der Gegenelektrode gebildeten Kondensators. Auf diese Weise kann theoretisch ein Hindernis im Weg eines Stellelements eines Kraftfahrzeugs detektiert werden, sofern sich dessen relative Dielektrizitätszahl εr von der relativen Dielektrizitätszahl von Luft unterscheidet. Das Hindernis im Weg eines Stellelements wird ohne einen physischen Kontakt mit dem Einklemmsensor erkannt. Wird eine Kapazitätsänderung detektiert, so können rechtzeitig Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise ein Stoppen oder Reversieren des Antriebs eingeleitet werden, bevor es zu einem tatsächlichen Einklemmen des Hindernisses kommt.Known pinch sensors use, for example, the capacitive measuring principle to detect an obstacle. In this case, an electric field is established between a measuring electrode and a suitable counterelectrode. If a dielectric enters this electric field, the capacitance of the capacitor formed by the measuring electrode and the counterelectrode changes. In this way, theoretically an obstacle in the path of an actuating element of a motor vehicle can be detected, provided that its relative permittivity ε r differs from the relative permittivity of air. The obstacle in the path of an actuator is detected without physical contact with the pinch sensor. If a change in capacitance is detected, timely countermeasures, such as stopping or reversing the drive, can be initiated before the obstacle is actually jammed.
Bei den Stellelementen eines Kraftfahrzeuges kann es sich beispielsweise um ein e- lektrisch betätigbares Fenster, eine elektrisch betätigbare Schiebetür oder eine elektrisch betätigbare Heckklappe handeln. Auch kann ein auf dem kapazitiven Messprinzip beruhender Einklemmsensor zur Detektion von Hindernissen im Falle eines elektrisch betätigbaren Sitzes eingesetzt werden.The control elements of a motor vehicle may be, for example, an electrically operable window, an electrically operated sliding door or an electrically operable tailgate. It is also possible to use a pinch sensor based on the capacitive measuring principle for detecting obstacles in the case of an electrically actuable seat.
Berührungslos arbeitende, auf dem kapazitiven Messprinzip beruhende Einklemmsensoren sind beispielsweise aus der EP 1 455 044 A2 und der EP 1 154 110 A2 bekannt. Diese bekannten Einklemmsensoren erzeugen mittels einer Messelektrode und einer geeigneten Gegenelektrode ein äußeres elektrisches Feld, so dass ein in dieses äußere elektrische Feld eindringendes Dielektrikum als eine Kapazitätsänderung zwischen Messelektrode und Gegenelektrode detektiert werden kann. Um eine hohe Sicherheit bei der Detektion eines Einklemmfalles gewährleisten zu können, ist zusätzlich bei beiden vorbekannten Einklemmsensoren der Abstand zwischen Messelektrode und Gegenelektrode flexibel gestaltet, wodurch auch ein physischer Kontakt eines Hindernisses mit dem Einklemmsensor als eine Kapazitätsänderung detektierbar wird.Non-contact working, based on the capacitive measuring principle pinching sensors are known for example from EP 1 455 044 A2 and EP 1 154 110 A2. These known anti-pinch sensors generate an external electric field by means of a measuring electrode and a suitable counterelectrode, so that a dielectric penetrating into this external electric field can be detected as a change in capacitance between the measuring electrode and the counterelectrode. To a high security to be able to ensure detection of a Einklemmfalles, the distance between the measuring electrode and the counter electrode is additionally designed to be flexible in both prior art Einklemmsensoren, whereby a physical contact of an obstacle with the Einklemmsensor is detected as a change in capacitance.
Auch aus der EP 1 371803 A1 ist ein auf dem kapazitiven Messprinzip beruhender Einklemmsensor bekannt. Hierbei wird zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Öffnungsbereich des Stellelements eine Sensorelektrode eingesetzt, die über eine geschirmte Zuleitung mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Das elektrische Feld wird hierbei gegenüber der Karosserie eines Kraftfahrzeugs als Gegenelektrode erzeugt.EP 1 371 803 A1 also discloses a pinch sensor based on the capacitive measuring principle. Here, a sensor electrode is used to generate an electric field in the opening region of the actuating element, which is connected via a shielded supply line to an evaluation unit. The electric field is generated here relative to the body of a motor vehicle as a counter electrode.
Nachteiligerweise besteht bei den bekannten, auf dem kapazitiven Messprinzip beruhenden Einklemmsensoren die Gefahr einer Fehldetektion eines Einklemmfalles, wenn sich Schmutz oder Wasser auf dem Sensor befindet. Denn auch Schmutz oder Wasser führt zu einer geänderten Kapazität, so dass irrtümlich auf einen vorliegenden Einklemmfall geschlossen werden würde.Disadvantageously, in the known, based on the capacitive measuring principle pinching the risk of misdetection of a pinching case when dirt or water is on the sensor. For even dirt or water leads to a change in capacity, so that would be mistakenly concluded that there is a jamming case.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen nach dem kapazitiven Messprinzip arbeitenden Einklemmsensor der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem die Gefahr einer Fehldetektion im Falle einer Ablagerung von Schmutz oder Wasser möglichst gering ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Auswerteschaltung anzugeben, mit der die Gefahr einer Fehldetektion bei einem verschmutzten oder mit Wasser beaufschlagten Sensor möglichst klein ist.It is an object of the invention to provide an operating according to the capacitive measuring principle pinch sensor of the type mentioned, in which the risk of misdetection in case of deposition of dirt or water is minimized. It is another object of the invention to provide a suitable evaluation circuit with which the risk of misdetection in a polluted or water-loaded sensor is as small as possible.
Die erstgenannte Aufgabe wird für einen Einklemmsensor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Sensorkörper eine erste Messelektrode zur Erzeugung eines ersten äußeren elektrischen Feldes gegenüber einer Gegenelektrode und eine benachbarte, elektrisch getrennte zweite Messelektrode zur Erzeugung eines zweiten äußeren elektrischen Feldes gegenüber der Gegenelektrode umfasst, wobei die Messelektroden derart ausgebildet sind, dass das erste äußere elektrische Feld eine größere Reichweite als das zweite äußere elektrische Feld aufweist. Im Unterschied zu bisher bekannten, auf dem kapazitiven Messprinzip beruhenden Einklemmsensoren sind demnach zwei elektrisch getrennte Messelektroden vorhanden, die jeweils ein elektrisches Feld gegenüber einer Gegenelektrode aufbauen. Die Gegenelektrode kann hierbei Teil des Einklemmsensors selbst sein. Die Gegenelektro- de kann aber auch durch die geerdete Karosserie eines Kraftfahrzeugs gebildet sein.The first-mentioned object is achieved according to the invention for a pinch sensor of the type mentioned above in that a sensor body comprises a first measuring electrode for generating a first external electric field with respect to a counter electrode and an adjacent, electrically separate second measuring electrode for generating a second external electric field with respect to the counter electrode wherein the measuring electrodes are formed such that the first external electric field has a greater range than the second external electric field. In contrast to previously known, based on the capacitive measuring principle pinching sensors therefore two electrically separate measuring electrodes are present, each of which build an electric field against a counter electrode. The counterelectrode may be part of the pinching sensor itself. However, the counterelectrode can also be formed by the grounded body of a motor vehicle.
Die Erfindung geht in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass Schmutz oder Wasser, welches über die verursachte Kapazitätsänderung zu einer Fehldetektion des Einklemmsensors führt, als Ablagerungen die Oberfläche des Sensorkörpers beauf- schlagen. Mit anderen Worten führt Schmutz oder Wasser über eine Nahfeldbeeinflussung zu einer Kapazitätsänderung des zwischen Messelektrode und Gegenelektrode gebildeten Kondensators.In a first step, the invention starts from the consideration that dirt or water, which leads to a misdetection of the pinching sensor due to the change in capacitance, acts as deposits on the surface of the sensor body. In other words, dirt or water causes a change in the capacitance of the capacitor formed between the measuring electrode and the counterelectrode by means of a near-field influencing.
In einem zweiten Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass ein Hindernis im Weg des Stellelements bereits vor einem physischen Kontakt mit dem Einklemmsensor über eine Kapazitätsänderung erfasst werden muss. Mit anderen Worten reicht das elektrische Feld eines auf dem kapazitiven Messprinzip beruhenden Einklemmsensors in den Öffnungsbereich des Stellelements hinein, um ein Hindernis berührungslos erfassen zu können. Eine durch ein Hindernis im Stellweg des Verstellelements hervor- gerufene Kapazitätsänderung ist demnach beabstandet von der unmittelbaren Oberfläche des Sensorkörpers zu erfassen. Somit unterscheidet sich eine durch Schmutz oder Wasser verursachte Kapazitätsänderung von einer durch Annäherung an ein Hindernis hervorgerufenen Kapazitätsänderung durch den Ort ihrer Entstehung.In a second step, the invention is based on the consideration that an obstacle in the path of the actuating element must already be detected before a physical contact with the pinch sensor via a change in capacitance. In other words, the electrical field of a pinching sensor based on the capacitive measuring principle extends into the opening region of the adjusting element in order to detect an obstacle without contact. A capacitance change caused by an obstacle in the travel path of the adjusting element is therefore to be detected at a distance from the immediate surface of the sensor body. Thus, a capacitance change caused by dirt or water differs from a capacitance change caused by approaching an obstacle through the location of its formation.
In einem dritten Schritt erkennt die Erfindung, dass sich dieser Unterschied zu einer Trennung eines Einklemmfalles von einer Verschmutzungs- oder Benetzungsituation ausnutzen lässt, um eine Fehldetektion zu vermeiden. Dies gelingt dadurch, dass mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Messelektroden zum Aufbau eines äußeren elektrischen Feldes gegenüber einer Gegenelektrode eingesetzt werden. Da- durch, dass eine der Messelektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes mit einer gegenüber dem elektrischen Feld der anderen Messelektrode höherer Reichweite aufgebaut ist, kann eine Kapazitätsänderung an der Oberfläche des Sensorkörpers von - A - einer durch ein Hindernis bei Annäherung hervorgerufenen Kapazitätsänderung unterschieden werden.In a third step, the invention recognizes that this difference to a separation of a trapping case from a contamination or wetting situation can be exploited in order to avoid a misdetection. This is achieved by using at least two measuring electrodes which are electrically separated from one another for establishing an external electric field in relation to a counterelectrode. Due to the fact that one of the measuring electrodes is designed to generate an electric field with a higher range than the electric field of the other measuring electrode, a change in capacitance at the surface of the sensor body of FIG - A - a change in capacity caused by an obstruction on approach.
Befindet sich Schmutz oder Wasser als Ablagerung bzw. als Benetzung auf der Ober- fläche des Sensorkörpers, so bewirkt dies eine Änderung der Kapazität sowohl des Kondensators aus erster Messelektrode und Gegenelektrode als auch des Kondensators aus zweiter Messelektrode und Gegenelektrode. Ein sich aus dem Fernfeld annäherndes Hindernis bewirkt hingegen hauptsächlich eine Änderung der Kapazität desjenigen Kondensators, der ein weiter in den Öffnungsbereich hineinragendes elektrisches Feld ausbildet. Während das Nahfeld durch die dielektrischen Eigenschaften des Hindernisses noch nicht berührt und somit noch keine Kapazitätsänderung detektierbar ist, wird das Hindernis über das elektrische Feld größerer Reichweite der anderen Messelektrode das Hindernis bereits erfasst bzw. als Kapazitätsänderung detektierbar.If dirt or water is deposited or wetted on the surface of the sensor body, this causes a change in the capacitance of both the capacitor of the first measuring electrode and counterelectrode and of the capacitor of the second measuring electrode and counterelectrode. On the other hand, an obstacle approaching from the far field mainly causes a change in the capacitance of that capacitor which forms an electric field projecting further into the opening area. While the near field is still not touched by the dielectric properties of the obstacle and thus no capacity change is detectable yet, the obstacle is already detected by the electric field of greater range of the other measuring electrode or detected as a capacitance change.
Der beschriebene Einklemmsensor erlaubt es demnach, eine Schmutzablagerung oder eine Wasserbenetzung auf der Oberfläche des Sensorkörpers als ein Gleichsignal und ein sich näherndes Hindernis als ein Differenzsignal zu erfassen und insofern zu unterscheiden.The pinch sensor described thus makes it possible to detect dirt deposition or water wetting on the surface of the sensor body as a DC signal and an approaching obstacle as a difference signal and to distinguish in this respect.
Die unterschiedliche Reichweite der mittels der Messelektroden erzeugten elektrischen Felder kann dabei durch die Geometrie und/oder Dimensionierung der jeweils eine Messelektrode und die Gegenelektrode umfassenden Kondensatoranordnungen be- einflusst bzw. erzielt werden. So kann beispielsweise die zweite Messelektrode zur Erzielung eines möglichst kurzreichweitigen elektrischen Feldes derart ausgestaltet sein, dass die Feldlinien einen möglichst direkten Verlauf zwischen Messelektrode und Gegenelektrode aufweisen. Auf der anderen Seite kann die zweite Messelektrode derart ausgestaltet, angeordnet oder dimensioniert sein, dass die Feldlinien des erzeugten elektrischen Feldes nach Art eines Streufeldkondensators einen möglichst langen Umweg durch den Öffnungsbereich des Stellelements nehmen. Auch kann die zweite Messelektrode der Gegenelektrode unmittelbar benachbart angeordnet sein, wohingegen die erste Messelektrode von der Gegenelektrode beabstandet ist. Es kann grundsätzlich sowohl ein sich zwischen Messelektrode und Gegenelektrode ausbildendes direktes elektrisches Feld zur Detektion herangezogen werden als auch ein Streufeld. Auch eine Kombination aus beiden Möglichkeiten ist vorstellbar.The different range of the electric fields generated by means of the measuring electrodes can be influenced or achieved by the geometry and / or dimensioning of the capacitor arrangements comprising in each case one measuring electrode and the counter electrode. Thus, for example, the second measuring electrode to achieve a short-range electric field as possible be designed such that the field lines have a direct as possible course between the measuring electrode and counter electrode. On the other hand, the second measuring electrode can be designed, arranged or dimensioned such that the field lines of the generated electric field in the manner of a stray field capacitor take the longest possible detour through the opening region of the adjusting element. Also, the second measuring electrode of the counter electrode may be disposed immediately adjacent, whereas the first measuring electrode is spaced from the counter electrode. In principle, both a measuring electrode formed between the measuring electrode and the counter electrode can be used direct electric field used for detection as well as a stray field. A combination of both options is conceivable.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Messelektrode, d.h. die Messelektrode zur Erzeugung des elektrischen Feldes mit größerer Reichweite, im Sensorkörper vom Rand beabstandet und die zweite Messelektrode in einem Randbereich angeordnet. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere für einen Einklemmsensor an, dessen Sensorkörper einer Gegenelektrode, wie insbesondere einer geerdeten Karosserie eines Kraftfahrzeugs, aufgelegt wird. Liegen die Messelektroden auf einem anderen Po- tential als die Gegenelektrode, so wird sich im Raum zwischen den Messelektroden und der Gegenelektrode (d.h. im Isolierkörper) ein direktes stärkeres elektrisches Feld und im der Gegenelektrode abgewandten Raum und in Randbereichen um die Messelektroden ein schwächeres elektrisches Außen- oder Streufeld ausbilden. Das Außenfeld dient der berührungslosen Detektion eines Dielektrikums.In an advantageous embodiment, the first measuring electrode, i. the measuring electrode for generating the electric field with a greater range, spaced from the edge in the sensor body and the second measuring electrode arranged in an edge region. This embodiment is particularly suitable for a pinch sensor, the sensor body of a counter electrode, such as in particular a grounded body of a motor vehicle, is placed. If the measuring electrodes lie at a different potential than the counterelectrode, a direct stronger electric field and space remote from the counterelectrode and a weaker electrical outside at the edge areas around the measuring electrodes will be formed in the space between the measuring electrodes and the counterelectrode (ie in the insulating body) - or form stray field. The outer field serves for the non-contact detection of a dielectric.
Da die zweite Messelektrode am Rand des Sensorkörpers angeordnet ist, ist das äußere elektrische Feld überwiegend auf den Raumbereich zwischen dem Rand der Messelektrode und der Gegenelektrode konzentriert. Das äußere elektrische Feld der zweiten Messelektrode ist somit insgesamt kurzreichweitig; es erstreckt sich zudem kaum in den offenen, der Gegenelektrode abgewandten Raum hinein. Zwischen der ersten Messelektrode, die vom Rand des Sensorkörpers beabstandet angeordnet ist, und der Gegenelektrode bildet sich hingegen ein äußeres elektrisches Feld aus, dessen Feldlinien auf gekrümmten Bahnen zwischen der ersten Messelektrode und der außen liegenden Gegenelektrode verlaufen und sich somit in den der Gegenelektrode abge- wandten Raum, d.h. in den Öffnungsbereich eines Stellelements, hinein erstrecken.Since the second measuring electrode is arranged on the edge of the sensor body, the external electric field is concentrated predominantly on the space between the edge of the measuring electrode and the counter electrode. The external electric field of the second measuring electrode is thus short-range in total; it also hardly extends into the open space facing away from the counterelectrode. On the other hand, an external electric field is formed between the first measuring electrode, which is arranged at a distance from the edge of the sensor body, and the counter-electrode, whose field lines extend on curved paths between the first measuring electrode and the outer counterelectrode and thus into the counter-electrode. turned room, ie in the opening area of an actuating element, extend into it.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Messelektroden jeweils flächig ausgebildet. Über die Größe der Fläche kann hierbei die Kapazität des mit der Gegenelektrode entstehenden Kondensators in bekannter Weise ermittelt bzw. ange- passt werden. Somit ist es möglich, über die Flächenverhältnisse der Messelektroden zueinander das Verhältnis der aus erster bzw. aus zweiter Messelektrode gebildeten Kapazitäten einzustellen. Insbesondere kann auch die Reichweite des sich in den Öffnungsbereich hinein erstreckenden elektrischen Feldes durch eine Vergrößerung der Fläche der ersten Messelektrode erhöht werden. Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Fläche der ersten Messelektrode größer ist als die Fläche der zweiten Messelektrode. Durch eine Kombination aus Anordnung und Dimensionierung, wobei insbesondere auch der spätere Einsatz des Einklemmsensors und damit die Geometrie einer Kraftfahrzeugkarosserie zu beachten ist, kann eine für die Auswertung der Kapazitätsänderung gewünschte Kapazitätsanpassung der die erste und die zweite Messelektrode umfassenden Kondensatoren erzielt werden.In an expedient embodiment of the invention, the measuring electrodes are each formed flat. In this case, the capacitance of the capacitor produced with the counterelectrode can be determined or adapted in a known manner via the size of the surface. Thus, it is possible to set the ratio of the capacitances formed from the first and second measuring electrodes to each other via the area ratios of the measuring electrodes. In particular, the range of the electric field extending into the opening region can also be increased by increasing the area of the first measuring electrode. In this respect, it is advantageous if the area of the first measuring electrode is larger than the area of the second measuring electrode. By a combination of arrangement and dimensioning, whereby in particular also the subsequent use of the pinching sensor and thus the geometry of a motor vehicle body is to be considered, a desired for the evaluation of the capacitance change capacity adjustment of the first and the second measuring electrode comprising capacitors can be achieved.
Vorteilhafterweise sind die Messelektroden derart dimensioniert, dass ein in unmittelbarer Nähe in beide äußere elektrische Felder eingebrachtes Dielektrikum im Wesentlichen keinen Drift der Messkapazitäten zueinander verursacht. Mit anderen Worten ist die Dimensionierung derart gewählt, dass eine Schmutzablagerung oder eine Wasser- benetzung auf der Oberfläche des Sensorkörpers zu einer etwa gleichen Änderung der Kapazitäten der die erste bzw. die zweite Messelektrode umfassenden Kondensatoren führt. Ein aus den Kapazitäten der beiden Kondensatoren gebildetes Differenzsignal erfährt folglich durch eine Verschmutzung oder durch eine Wasserbenetzung des Sensorkörpers im wesentlichen keine oder eine vernachlässigbare Änderung.Advantageously, the measuring electrodes are dimensioned such that a dielectric introduced in the immediate vicinity into both external electric fields essentially causes no drift of the measuring capacitances to one another. In other words, the dimensioning is selected such that dirt deposition or water wetting on the surface of the sensor body leads to an approximately identical change in the capacitances of the capacitors comprising the first and second measuring electrodes. Consequently, a differential signal formed from the capacitances of the two capacitors undergoes essentially no or negligible change due to contamination or water wetting of the sensor body.
Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine schaltungstechnisch vergleichsweise einfache Trennung eines Einklemmfalls, wobei ein Dielektrikum im Fernfeld zu einem Auseinanderlaufen der Kapazitäten beider Kondensatoren führt, von einer Verschmutzung im Nahfeld, wobei sich ein Kapazitätsdifferenzsignal nicht ändert. Schaltungstechnisch muss hierzu lediglich ein Nullsignal von einem Signal ungleich Null getrennt werden.Such a configuration allows a comparatively simple circuit separation of a pinching case, wherein a dielectric in the far field leads to a divergence of the capacitances of both capacitors, of pollution in the near field, wherein a capacitance difference signal does not change. In circuit terms, only a zero signal must be separated from a signal not equal to zero.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung sind die Messelektroden derart dimensioniert, dass ein in unmittelbarer Nähe in beide äußere elektrische Felder eingebrachtes Dielektrikum eine Drift der Messkapazitäten zueinander mit einem anderen Vorzei- chen bewirkt als ein Dielektrikum im Fernfeld, welches mit einem Einklemmfall identifizierbar ist. Ein sich näherndes Hindernis wird zunächst von den Feldlinien des äußeren elektrischen Feldes größerer Reichweite durchdrungen, wodurch sich die Kapazität des die erste Messelektrode umfassenden Kondensators vergrößert. Auf die Kapazität des die zweite Messelektrode umfassenden Kondensators hat das Hindernis zunächst keinen Einfluss. Eine Verschmutzung oder Wasserbenetzung im Nahfeld hat hingegen auf beide Messkapazitäten einen Einfluss. Dadurch, dass die die zweite Messelektrode durch eine entsprechende Dimensionierung ein elektrisches Feld mit geringer Reich- weite und Ausdehnung erzeugt, wird die durch die zweite Messelektrode gebildete Kapazität jedoch stärker beeinflusst. Somit führt eine Verschmutzung oder Benetzung im Nahfeld zu einer Drift der Messkapazitäten mit anderem Vorzeichen als ein sich aus dem Fernfeld näherndes Hindernis. Wiederum kann in schaltungstechnisch vergleichsweise einfacher Art und Weise das von einer Verschmutzung oder einer Wasserbenet- zung des Sensorkörpers hervorgerufene Signal einer Kapazitätsänderung von dem Signal einer Kapazitätsänderung getrennt werden, welches durch ein Dielektrikum im Fernfeld verursacht wird.In an alternative advantageous embodiment, the measuring electrodes are dimensioned such that a dielectric introduced in the immediate vicinity into both external electric fields causes a drift of the measuring capacitances to one another with a different sign than a dielectric in the far field, which can be identified with a trapping case. An approaching obstacle is first penetrated by the field lines of the outer electric field of greater range, whereby the capacitance of the capacitor comprising the first measuring electrode increases. On the capacity of the obstacle initially has no influence on the capacitor comprising the second measuring electrode. On the other hand, contamination or water wetting in the near field has an influence on both measuring capacities. Due to the fact that the second measuring electrode generates an electric field with a small range and extent by a corresponding dimensioning, the capacitance formed by the second measuring electrode is influenced more strongly. Thus, contamination or wetting in the near field leads to a drift of the measuring capacities with a different sign than an obstacle approaching from the far field. In turn, in a structurally comparatively simple manner, the signal of a capacitance change caused by contamination or water wetting of the sensor body can be separated from the signal of a capacitance change which is caused by a dielectric in the far field.
Die Dimensionierung der Messelektroden kann experimentell oder mittels einer Rech- nersimulation ermittelt werden. Dabei ist insbesondere zu beachten, dass die Abmessung der ersten Messelektrode im Verhältnis zur zweiten Messelektrode stark abhängig ist von der Geometrie und dem Material des Sensorkörpers. Um eine möglichst geringe Drift der Messkapazitäten zueinander bei einer Ablagerung oder einer Benetzung auf dem Sensorkörper zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die erste Messelektrode im Verhältnis zur zweiten Messelektrode relativ groß ist, um eine große Nutzfeldausbreitung zu erreichen. Die realen Abmessungen können durch eine Simulation unter Beachtung der real einzusetzenden Materialien und Geometrien ermittelt werden. Da sich, wie bereits angeführt, eine Materialablagerung oder ein Wasserfilm auf die zweite Messelektrode, die ein kürzerreichweitiges elektrisches Feld erzeugt, stärker auswirkt als auf die erste Messelektrode bzw. auf die jeweils zugehörigen Kapazitäten, ist die Fläche der ersten Messelektrode entsprechend kleiner zu dimensionieren.The dimensioning of the measuring electrodes can be determined experimentally or by means of a computer simulation. It should be noted in particular that the dimension of the first measuring electrode in relation to the second measuring electrode is highly dependent on the geometry and the material of the sensor body. In order to obtain the lowest possible drift of the measuring capacitance relative to one another during deposition or wetting on the sensor body, it is desirable for the first measuring electrode to be relatively large in relation to the second measuring electrode in order to achieve a large pay-field propagation. The real dimensions can be determined by a simulation taking into account the real materials and geometries to be used. Since, as already stated, a material deposition or a water film on the second measuring electrode, which generates a shorter-range electric field, has a stronger effect than on the first measuring electrode or on the respectively associated capacitances, the surface of the first measuring electrode is to be dimensioned correspondingly smaller.
Zur Vermeidung von Randeffekten auf das elektrische Feld, welches von der ersten Messelektrode gebildet wird, ist es vorteilhaft, in einem Randbereich des Sensorkörpers eine separate, der ersten Messelektrode benachbarte dritte Messelektrode anzuordnen, die der zweiten Messelektrode parallel geschaltet ist. Mit anderen Worten befindet sich die erste Messelektrode zur Erzeugung des äußeren elektrischen Feldes größerer Rechweite vorteilhaft zwischen der zweiten und der dritten Messelektrode, die jeweils zur Erzeugung eines äußeren elektrischen Feldes mit kurzer Reichweite im Randbereich des Sensorkörpers angeordnet sind. Auf diese Weise wird insbesondere bei einer Ausgestaltung des Einklemmsensors nach Art eines Flachkabels eine symmetrische Ausgestaltung dahingehend erzielt, dass an den Längsseiten jeweils die Messelektro- den zur Erzeugung des kurzreichweitigen äußeren elektrischen Feldes angeordnet sind, wodurch sich das von der ersten mittig, angeordneten Messelektrode erzeugte äußere elektrische Feld zwangsläufig über einen großen Nutzfeldbereich erstreckt. Randfelder zwischen dem Rand der ersten Messelektrode und der Gegenelektrode, auf die der Einklemmsensor aufgelegt ist, werden hierdurch vermieden.To avoid edge effects on the electric field, which is formed by the first measuring electrode, it is advantageous to arrange a separate, adjacent to the first measuring electrode third measuring electrode in an edge region of the sensor body, which is connected in parallel to the second measuring electrode. In other words, the first measuring electrode for generating the outer electric field of greater range is advantageously located between the second and third measuring electrodes, each one are arranged for generating an external electric field with a short range in the edge region of the sensor body. In this way, in particular in a configuration of the pinching sensor in the manner of a flat cable, a symmetrical configuration is achieved in that the measuring electrodes for generating the short-range external electric field are arranged on the longitudinal sides, whereby the measuring electrode produced by the first centrally arranged measuring electrode is generated outer electric field inevitably extends over a large Nutzfeldbereich. Edge fields between the edge of the first measuring electrode and the counter electrode, on which the pinching sensor is placed, are thereby avoided.
Für einen derart aufgebauten Einklemmsensor ist es vorteilhaft, den Sensorkörper flach auszugestalten und in den Sensorkörper die Messelektroden jeweils als parallel verlaufende Flachleiter anzuordnen. Für einen Sensorkörper mit einer Breite von etwa 10 mm hat es sich herausgestellt, dass durch eine Wasserbenetzung oder durch eine o- berflächliche Verschmutzung dann keine Drift der Messkapazitäten zueinander auftritt, wenn die mittig angeordnete erste Messelektrode eine Breite von etwa 4,8 mm und die weiteren Messelektroden jeweils eine Breite von etwa 1 ,8 mm autweisen. Dabei lieferte die durchgeführte Simulation die geringste Kapazitätsdrift dann, wenn die Messelektroden jeweils durch den Sensorkörper durch einen Abstand von etwa 0,7 mm voneinan- der getrennt sind und der Sensorkörper gegenüber den äußeren Messelektroden jeweils einen Randbereich mit einer Stärke von etwa 0,1 mm aufwies.For a pinch sensor constructed in this way, it is advantageous to make the sensor body flat and to arrange the measuring electrodes in the sensor body in each case as parallel flat conductors. For a sensor body with a width of about 10 mm, it has been found that no drift of the measuring capacitances to one another occurs due to water wetting or surface contamination if the centrally arranged first measuring electrode has a width of about 4.8 mm and the further measuring electrodes each have a width of about 1, 8 mm autweisen. The simulation carried out provided the least capacitance drift when the measuring electrodes were separated from each other by the sensor body by a distance of approximately 0.7 mm, and the sensor body in each case had an edge region with a thickness of approximately 0.1 mm in relation to the outer measuring electrodes had.
Um ein elektrisches Nutzfeld mit hoher Reichweite zu erzielen, ist in einer zweckdienlichen Ausgestaltung im Sensorkörper ein separate Abschirmelektrode vorgesehen, die gegenüber den Messelektroden zur Ausrichtung zumindest des ersten äußeren elektrischen Feldes in einen Gefährdungsbereich bzw. in den der Gegenelektrode abgewandten Raum angeordnet ist. Wird beispielsweise die Karosserie eines Kraftfahrzeugs als Gegenelektrode eingesetzt, auf weiche der Einklemmsensor aufgelegt wird, so ist die separate Abschirmelektrode zwischen der Karosserie und den Messelektroden im Sensorkörper anzuordnen. Durch eine Potenzialangleichung zwischen dem Potenzial, auf welchem sich die Messelektroden befinden und dem Potenzial, auf welchem sich die Abschirmelektrode befindet, wird erreicht, dass sich zwischen den Messelektroden und der Gegenelektrode kein direktes elektrisches Feld und somit keine direkte Kapa- zität ausbildet. Vielmehr werden die Feldlinien des elektrischen Feldes zwischen den Messelektroden und der Gegenelektrode in den zu erfassenden Gefährdungsbereich hinein gelenkt. Durch die Dimensionierung oder Anordnung der zweiten bzw. dritten Messelektrode wird dabei sichergestellt, dass das von diesen Messelektroden erzeugte äußere elektrische Feld eine geringere Reichweite als das von der ersten Messelektrode erzeugte äußere elektrische Feld aufweist. Dies gelingt beispielsweise durch die bereits erwähnte Anordnung von zweiter bzw. dritter Messelektrode in einem Randbereich des Sensorkörpers.In order to achieve a useful electric field with a long range, a separate shielding electrode is provided in an expedient embodiment in the sensor body, which is arranged opposite to the measuring electrodes for aligning at least the first external electric field in a hazardous area or in the space facing away from the counter electrode. If, for example, the body of a motor vehicle is used as the counter electrode on which the pinch sensor is placed, then the separate shielding electrode is to be arranged between the body and the measuring electrodes in the sensor body. By a potential equalization between the potential on which the measuring electrodes are located and the potential on which the shielding electrode is located, it is achieved that there is no direct electric field between the measuring electrodes and the counterelectrode and thus no direct capacitance. education. Rather, the field lines of the electric field between the measuring electrodes and the counter electrode are directed into the hazardous area to be detected. The dimensioning or arrangement of the second or third measuring electrode ensures that the external electric field generated by these measuring electrodes has a shorter range than the external electric field generated by the first measuring electrode. This is achieved, for example, by the already mentioned arrangement of second or third measuring electrode in an edge region of the sensor body.
In einer einfachen Ausgestaltung ist die Abschirmelektrode als ein zusammenhängender flächiger Leiter ausgestaltet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jedoch die Abschirmelektrode in einzelne, jeweils den Messelektroden gegenüber angeordnete und getrennte Einzelabschirmelektroden unterteilt. Dies erlaubt eine bessere Potenzialab- gleichung gegenüber den abzuschirmenden einzelnen Messelektroden. Die beschrie- benen Abschirmelektroden, deren Potenzial dem der Messelektroden angeglichen wird, werden auch als so genannte Driven-Shield-Elektroden bezeichnet.In a simple embodiment, the shielding electrode is configured as a continuous planar conductor. In an advantageous embodiment, however, the shielding electrode is subdivided into individual individual shielding electrodes arranged opposite the measuring electrodes and separated from one another. This allows a better potential equalization compared to the individual measuring electrodes to be shielded. The described shielding electrodes, whose potential is matched to that of the measuring electrodes, are also referred to as so-called driven-shield electrodes.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Sensorkörper aus einem flexiblen Trägermaterial gebildet. Dies erlaubt es, den Einklemmsensor leicht entlang der Kontur einer Schließkante eines Kraftfahrzeugs zu führen. Insbesondere kann der Sensorkörper als ein flexibles Flachbandkabel ausgeformt sein. Ebenso gut ist es vorstellbar, den Sensorkörper als einen Dichtkörper auszugestalten oder den Sensorkörper in einen Dichtkörper zu integrieren. Der Dichtkörper ist dabei vorgesehen, das Stellelement gegenüber der Schließkante im geschlossenen Zustand abzudichten. Als Beispiel hierfür kann eine Dichtlippe erwähnt werden, die eine betätigbare Seitenscheibe eines Kraftfahrzeugs gegenüber ihrer Schließkante abdichtet.In an expedient embodiment, the sensor body is formed from a flexible carrier material. This makes it possible to easily guide the pinch sensor along the contour of a closing edge of a motor vehicle. In particular, the sensor body may be formed as a flexible ribbon cable. It is equally conceivable to design the sensor body as a sealing body or to integrate the sensor body into a sealing body. The sealing body is provided to seal the actuating element relative to the closing edge in the closed state. As an example, a sealing lip may be mentioned, which seals an operable side window of a motor vehicle relative to its closing edge.
Ein flexibles Flachbandkabel wird auch als FFC („Flexible Fiat Cable") bezeichnet, und zeichnet sich dadurch aus, dass in einem flexiblen Kabelkörper parallele Leiterstruktu- ren verlegt sind.A flexible ribbon cable is also referred to as FFC ("Flexible Fiat Cable"), and is characterized by the fact that in a flexible cable body parallel Leiterstruktu- ren are laid.
Alternativ zu einem FFC kann als Sensorkörper auch eine flexible Leiterstruktur verwendet werden. Eine flexible Leiterstruktur ist auch unter dem Begriff FPC („Flexible Printed Circuit") bekannt. Dabei sind in einem flexiblen Isoliermaterial, insbesondere in mehrschichtiger Anordnung, Leiterbahnen spezifisch angeordnet oder verlegt. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Dimensonierung und Anordnung der einzelnen Leiterbahnen, so dass die Messelektroden des Einklemm- sensors in gewünschter Art und Weise angeordnet oder dimensioniert werden können.As an alternative to an FFC, a flexible conductor structure can also be used as the sensor body. A flexible ladder structure is also known by the term FPC ("Flexible In this case, printed conductors are specifically arranged or laid in a flexible insulating material, in particular in a multi-layered arrangement Such a configuration allows a high degree of flexibility with regard to the dimensioning and arrangement of the individual printed conductors, so that the measuring electrodes of the anti-pinch sensor in the desired Manner can be arranged or dimensioned.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Sensorkörper in eine Längsrichtung, wobei die Messelektroden entlang der Längsrichtung jeweils in einzeln ansteuerbare Einzelelektroden unterteilt sind. Hierdurch wird erreicht, dass sich die je- weils zwischen der Messelektrode und der Gegenelektrode messbare Kapazität verringert, da die gesamte Fläche der Messelektrode in mehrere unterbrochene Einzelflächen der getrennten Elektroden aufgeteilt ist. Eine niedrige, sich insgesamt zwischen Mess- und Gegenelektrode ausbildende Kapazität führt jedoch dazu, dass sich eine kleine Kapazitätsänderung im Verhältnis zur Gesamtkapazität leichter detektieren lässt. Das Verhältnis aus Kapazitätsänderung und Gesamtkapazität verschiebt sich zu Gunsten der Kapazitätsänderung. Ein derart ausgestalteter Einklemmsensor erlaubt zudem die Detektion einer Kapazitätsänderung mittels eines Multiplex-Verfahrens. Dabei können die einzelnen Elektroden mittels separater Zuleitungen entweder zeitlich versetzt (seriell) oder gleichzeitig (parallel) angesteuert werden.In a further advantageous embodiment, the sensor body extends in a longitudinal direction, wherein the measuring electrodes along the longitudinal direction are each subdivided into individually controllable individual electrodes. As a result, the capacitance measurable between the measuring electrode and the counterelectrode is reduced, since the entire surface of the measuring electrode is divided into a plurality of interrupted individual surfaces of the separate electrodes. However, a low capacitance forming between the measuring and counterelectrodes results in a small capacitance change in relation to the total capacitance being easier to detect. The ratio of capacity change and total capacity shifts in favor of the capacity change. A pinch sensor designed in this way also allows the detection of a change in capacitance by means of a multiplex method. In this case, the individual electrodes can be controlled by means of separate supply lines either offset in time (serial) or simultaneously (in parallel).
Es bietet sich hierbei an, die Zuleitungen zu den Einzelelektroden im Sensorkörper jeweils zwischen Abschirmelektrodenabschnitten anzuordnen. Hierdurch werden auch direkte Kapazitäten zwischen den Zuleitungen sicher vermieden.It is advisable in this case to arrange the supply lines to the individual electrodes in the sensor body in each case between shielding electrode sections. As a result, direct capacities between the leads are safely avoided.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Auswerteschaltung gelöst, die Messpotenzialausgabemittel zur Ausgabe eines vorgegebenen Messpotenzials an Messelektroden, Kapazitätsdrifterfassungsmittel zur Erfassung eines gegenseitigen Drifts von Messkapazitäten zwischen Messelektroden und einer Gegenelektrode und Auswertemittel zur Ausgabe eines Detektionssignals in Abhängigkeit von dem Driftsig- nal umfasst.The second object is achieved according to the invention by an evaluation circuit which comprises measuring potential output means for outputting a predetermined measuring potential to measuring electrodes, capacity drift detecting means for detecting a mutual drift of measuring capacitances between measuring electrodes and a counterelectrode and evaluating means for outputting a detection signal as a function of the drift signal.
Die Messpotenzialausgabemittel dienen zur Erzeugung eines zur Erfassung der Messkapazitäten erforderlichen Messpotenzials, welches an den Messelektroden anliegt. Hierzu können die Messpotenzialausgabemittel beispielsweise einen Gleichspannungsoder einen Wechselspannungsgenerator umfassen. So kann über einen Gleichspannungsgenerator eine Messkapazität beispielsweise mittels einer Ladezeitauswertung erfasst werden. Ein Wechselspannungsgenerator ermöglicht eine Erfassung der Mess- kapazitäten über Ihren komplexen Widerstand oder Wechselstromwiderstand mittels eines Spannungsteilers. Auch ermöglicht ein steuerbarer Wechselspannungsgenerator die Erfassung der Messkapazitäten über eine Phasenverstimmung. Die Messpotenzialausgabemittel können auch ausgebildet sein, um die Messkapazitäten über eine Schwing- oder Resonanzkreisverstimmung erfassen zu können.The measuring potential output means serve to generate a measuring potential required for detecting the measuring capacitance, which is applied to the measuring electrodes. For this purpose, the measuring potential output means may comprise, for example, a DC voltage or an AC voltage generator. Thus, a measuring capacitor can be detected, for example by means of a charging time evaluation via a DC voltage generator. An AC voltage generator allows the measuring capacitances to be detected via their complex resistance or AC resistance by means of a voltage divider. Also allows a controllable AC voltage generator, the detection of the measuring capacitances on a phase detuning. The measuring potential output means can also be designed to be able to detect the measuring capacitances via a vibration or resonance circuit detuning.
Die Kapazitätsdrifterfassungsmittel können durch elektronische Bauelemente realisiert sein. Insbesondere können aber auch Signale digitalisiert und mittels eines Rechners miteinander verglichen, einer Logik-Operation unterzogen oder in einer sonstigen Art und Weise verarbeitet werden, um als Driftsignal eine Änderung des Abstands oder der Differenz der Messkapazitäten zueinander feststellen zu können.The capacity drift detecting means may be realized by electronic components. In particular, however, signals can also be digitized and compared with one another by means of a computer, subjected to a logic operation or processed in any other way in order to be able to ascertain as drift signal a change in the distance or the difference of the measuring capacitance relative to one another.
Die Auswertemittel sind ausgestaltet, um aus dem erfassten Driftsignal auf einen Einklemmfall zu schließen und in einem solchen Fall ein entsprechendes Detektionssignal zu erzeugen. Auch die Auswertemittel können mittels elektronischer Bauteile oder durch eine geeignete Software und einem entsprechenden Rechner verwirklicht sein.The evaluation means are configured to conclude from the detected drift signal to a pinching case and to generate a corresponding detection signal in such a case. The evaluation means can also be realized by means of electronic components or by suitable software and a corresponding computer.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Auswertemittel zur Ausgabe eines Detekti- onssignals bei einer zeitlichen Änderung des Driftsignals in einem der Schließzeit des Stellelements entsprechenden Bereich ausgebildet. Eine derart ausgestaltete Auswer- teschaltung bietet den Vorteil, eine Drift der Messkapazitäten, die durch ein Hindernis im Fernfeld bei Annäherung an den Einklemmsensor ausgelöst wird, von einer Drift, die beispielsweise durch Temperaturänderungen oder Materialverspannungen ausgelöst wird, sicher zu unterscheiden. Die in einem Einklemmfall hervorgerufene zeitliche Änderung des Driftsignals bewegt sich in einem der Schließgeschwindigkeit des Stellelements entsprechenden zeitlichen Rahmen. Insofern ermöglicht eine derartige Ausgestaltung eine Erhöhung der Detektionssicherheit, da Fehldetektionen verringert werden. Zum Potenzialabgleich zwischen Abschirmelektrode und Messelektrode des Einklemmsensors sind vorteilhafterweise Potenzialabgleichungsmittel umfasst. Insbesondere können die Potenzialabgleichungsmittel durch einen Verstärker gebildet sein, der ein- gangsseitig mit den Messelektroden und ausgangsseitig mit einer Abschirmelektrode zu deren Versorgung mit einem aus dem Eingangssignal abgeleiteten Spannungssignal verbindbar ist. Mit einer derartigen Schaltung ist es möglich, die Abschirmelektrode als Driven-Shield einzusetzen, um die Bildung von direkten Kapazitäten zwischen den Messelektroden und der Gegenelektrode zu verhindern.In an advantageous refinement, the evaluation means are designed to output a detection signal when the drift signal changes over time in a region corresponding to the closing time of the actuating element. An evaluation circuit designed in this way offers the advantage of reliably distinguishing a drift in the measuring capacitances, which is triggered by an obstacle in the far field when approaching the pinching sensor, from a drift which is triggered, for example, by temperature changes or material tensions. The temporal change of the drift signal caused in a trapping case moves in a time frame corresponding to the closing speed of the actuating element. In this respect, such an embodiment makes it possible to increase detection reliability, since misdetections are reduced. For potential matching between the shielding electrode and the measuring electrode of the pinching sensor, potential equalizing means are advantageously included. In particular, the potential equalization means can be formed by an amplifier, which can be connected on the input side to the measuring electrodes and on the output side to a shielding electrode for supplying it with a voltage signal derived from the input signal. With such a circuit, it is possible to use the shielding electrode as a driving shield to prevent the formation of direct capacitances between the measuring electrodes and the counterelectrode.
In einer ersten Alternative umfassen die Messpotenzialausgabemittel eine Wechselspannungsquelle, wobei weiter Differenzsignalerzeugungsmittel zur Bildung eines der Differenz der Messkapazitäten entsprechenden Differenzsignals vorgesehen sind, und wobei die Driftsignalerfassungsmittel zur Erfassung der Drift des Differenzsignals, d.h. zur Erfassung einer Änderung des Differenzsignals, ausgebildet sind.In a first alternative, the measuring potential output means comprise an AC voltage source further comprising differential signal generating means for forming a difference signal corresponding to the difference of the measuring capacitance, and wherein the drift signal detecting means for detecting the drift of the differential signal, i. for detecting a change of the difference signal, are formed.
Mittels der Messpotenzialausgabemittel wird eine Wechselspannung gewünschter Höhe und Frequenz zwischen die Messelektroden und die Gegenelektrode angelegt. Die Differenz der Messkapazitäten kann dann beispielsweise durch Erfassung der entsprechenden Wechselspannungswiderstände gebildet werden, so dass eine Erfassung ei- ner Änderung oder Drift des Differenzsignals möglich wird.By means of the measuring potential output means, an alternating voltage of desired height and frequency is applied between the measuring electrodes and the counter electrode. The difference of the measuring capacitances can then be formed, for example, by detecting the corresponding AC voltage resistances, so that detection of a change or drift of the differential signal becomes possible.
Aus der Drift des Differenzsignals kann zuverlässig auf einen Einklemmfall geschlossen werden. Eine Fehldetektion infolge einer Verschmutzung oder einer Benetzung wird je nach Auslegung des Einklemmsensors vermieden, weil sich die hierdurch hervorgeru- fene Drift des Differenzsignals beispielsweise in der Größe oder dem Vorzeichen von der durch ein sich aus dem Fernfeld nähernden Hindernis hervorgerufenen Drift unterscheidet.From the drift of the difference signal can be reliably concluded that a pinch. A misdetection due to contamination or wetting is avoided depending on the design of the anti-pinch sensor, because the drift of the difference signal caused thereby differs, for example, in magnitude or sign from the drift caused by an obstacle approaching from the far field.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfassen die Differenzsignalerzeugungsmittel zur Erfassung der Messkapazitäten jeweils eine Brückenschaltung, wobei die Messkapazitäten in den Brückenzweigen parallel geschaltet sind. Somit kann ein Differenzsignal, welches der Differenz der Messkapazitäten entspricht, in schaltungstechnisch vergleichsweise einfacher Art und Weise durch Abgriff der an den Messkapazitäten abfal- lenden Spannungen oder durch einen Phasenunterschied der Spannungen in den beiden Brückenzweigen ermittelt werden. Im ersten Fall bietet sich ein Differenzverstärker an, der die Differenz der an den Kapazitäten abfallenden Spannungen bildet. Hierzu kann dem Differenzverstärker beispielsweise eine Spitzenwerterkennung vorgeschaltet sein.In an expedient development, the differential signal generating means for detecting the measuring capacitances each comprise a bridge circuit, wherein the measuring capacitances in the bridge branches are connected in parallel. Thus, a difference signal, which corresponds to the difference of the measuring capacitances, in comparatively simple circuitry, can be removed by tapping off the measuring capacitances. lenden voltages or by a phase difference of the voltages in the two bridge arms are determined. In the first case, a differential amplifier is used, which forms the difference between the voltages dropping across the capacitors. For this purpose, the differential amplifier may for example be preceded by a peak value detection.
Im zweiten Fall kann die Phasendifferenz der in den Brückenzweigen abgegriffenen Spannungen mittels eines Phasendifferenzerkennungsmittels bestimmt werden. Das Phasendifferenzerkennungsmittel kann beispielsweise mittels Komparatoren, die aus der abgegriffenen Wechselspannung ein Rechtecksignal bilden, und einem XOR- Logikbaustein gebildet sein. Diese Ausgestaltung bietet sich an, wenn der Einklemmsensor derart dimensioniert ist, dass eine Verschmutzung oder eine Benetzung auf dem Sensorkörper zu keiner Drift der Messkapazitäten gegeneinander führt, so dass in diesem Fall das Ausgangssignal des XOR-Logikbausteins Null bleibt.In the second case, the phase difference of the tapped voltages in the bridge branches can be determined by means of a phase difference detection means. The phase difference detection means can be formed for example by means of comparators, which form a square wave signal from the tapped AC voltage, and an XOR logic module. This embodiment is useful when the pinch sensor is dimensioned such that contamination or wetting on the sensor body leads to no drift of the measuring capacitance against each other, so that in this case the output signal of the XOR logic module remains zero.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Auswerteschaltung umfassen die Messpotenzialausgabemittel jeweils einen Wechselspannungsgenerator, wobei weiter Phasendifferenzerkennungsmittel zur Erfassung einer Phasendifferenz zwischen den Messkapazitätszweigen vorgesehen sind, und wobei die Driftsignalerfassungsmittel zur Erfassung der Phasenlage ausgebildet sind.In a further alternative embodiment of the evaluation circuit, the measurement potential output means each comprise an AC voltage generator, wherein further phase difference detection means are provided for detecting a phase difference between the Meßkapazitätszweigen, and wherein the drift signal detection means are adapted to detect the phase position.
In diesem Fall wird den Messkapazitätszweigen jeweils eine genau vorgegebene Wechselspannung mit gleicher Frequenz zugeführt. Über einen geeigneten Regelkreis kann die Phasenverstimmung durch eine geeignete Änderung der Phasenlage beider Wechselspannungsgeneratoren zueinander kompensiert werden. Die Drift der Phasenlage wird somit über eine notwendige Nachregelung der Wechselspannungssignale zueinander erkennbar.In this case, the measuring capacitance branches are respectively supplied with a precisely predetermined alternating voltage with the same frequency. By means of a suitable control circuit, the phase detuning can be compensated for each other by a suitable change in the phase position of the two alternating voltage generators. The drift of the phase position is thus recognizable to one another via a necessary readjustment of the alternating voltage signals.
Vorteilhafterweise ist den Messkapazitäten wenigstens eine steuerbare Ausgleichska- pazität zugeordnet, wobei die Auswertemittel zum Abgleich der Messkapazitäten durch Ansteuerung der wenigstens einen Ausgleichskapazität ausgebildet sind. Eine derartige Ausgleichskapazität ermöglicht einen Abgleich der Messkapazitäten bei einer Langzeitdrift, die beispielsweise durch eine Geometrieänderung oder eine Materialveränderung hervorgerufen wird. Auch kann über eine steuerbare Ausgleichskapazität erreicht werden, dass die Messkapazitäten von erster und zweiter (sowie gegebenenfalls dritter) Messelektrode ohne Einklemmfall auf gleiche Größe eingestellt werden. Hierdurch wird es möglich, mit schaltungstechnisch bekannten Mitteln zum einen eine oberflächliche Verschmutzung oder Benetzung des Einklemmsensors zu kompensieren und zum anderen einen Einklemmfall sicher zu detektieren.Advantageously, at least one controllable compensating capacity is assigned to the measuring capacitances, wherein the evaluating means are designed to balance the measuring capacitances by activating the at least one compensating capacitance. Such a compensation capacity allows a comparison of the measuring capacitances in a long-term drift, for example, by a change in geometry or a material change is caused. It can also be achieved via a controllable compensation capacity that the measuring capacitances of the first and second (and optionally third) measuring electrode are set to the same size without trapping. This makes it possible, with circuitry known means to compensate for a superficial contamination or wetting of the anti-pinch sensor and to detect a trapping case on the other hand.
Vorzugsweise werden als steuerbare Ausgleichskapazitäten in Sperrrichtung betriebene spannungsgesteuerte Kapazitätsdioden eingesetzt, die von den Messkapazitäten jeweils durch einen Koppelkondensator getrennt sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Auswertemittel zur Ansteuerung der Ausgleichskapazitäten in Abhängigkeit vom Driftsignal ausgebildet sind. Somit wird es möglich, eine Langzeitdrift zu kompensieren.Preferably, voltage-controlled capacitance diodes which are operated in the reverse direction as controllable equalizing capacitors are used which are separated from the measuring capacitors by a coupling capacitor in each case. In this case, it is expedient for the evaluation means to be designed to control the compensation capacities as a function of the drift signal. Thus, it becomes possible to compensate for long-term drift.
Die gestellte Aufgabe wird insbesondere erfindungsgemäß auch durch eine Baueinheit gelöst, die den beschriebenen Einklemmsensor und die beschriebene Auswerteschaltung umfasst.The stated object is achieved in particular according to the invention by a structural unit comprising the described pinch sensor and the evaluation circuit described.
Der beschriebene Einklemmsensor sowie die beschriebene Baueinheit, die einen derartigen Einklemmsensor umfasst, eignen sich insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei als Gegenelektrode die geerdete Karosserie des Kraftfahrzeugs dient.The anti-pinch sensor described, as well as the described structural unit, which includes such a pinch sensor, are particularly suitable for use in a motor vehicle, wherein the grounded body of the motor vehicle serves as a counter electrode.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Showing:
Fig. 1 in einem Querschnitt einen Einklemmsensor, der auf einer Gegenelektrode angeordnet ist,1 in a cross section a pinch sensor, which is arranged on a counter electrode,
Fig. 2 schematisch den Einklemmsensor gemäß Fig. 1 mit einer vereinfachenden Darstellung der Feldlinien des zur Gegenelektrode erzeugten äußeren elektrischen Feldes,2 schematically shows the pinch sensor according to FIG. 1 with a simplified representation of the field lines of the external electric field generated for the counterelectrode,
Fig. 3 in einem Schaubild die resultierenden Kapazitäten im Falle eines benetzten Einklemmsensors gemäß Fig. 1 , Fig. 4 in einem Querschnitt schematisch einen weiteren Einklemmsensor mit3 is a graph showing the resulting capacitances in the case of a wetted pinch sensor according to FIG. 1, FIG. Fig. 4 in a cross section schematically another pinch with
Abschirmelektrode und dem Verlauf der Feldlinien, Fig. 5 in einem Querschnitt schematisch einen alternativen Einklemmsensor mitShield electrode and the course of the field lines, Fig. 5 in a cross section schematically an alternative pinch with
Abschirmelektrode, segmentierten Messelektroden und dem Verlauf der Feldlinien,Screening electrode, segmented measuring electrodes and the course of the field lines,
Fig. 6 eine Messbrückenschaltung zur Erfassung der Messkapazitäten,6 shows a measuring bridge circuit for detecting the measuring capacitances,
Fig. 7 schematisch eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines der Differenz der Messkapazitäten entsprechenden Differenzsignals,7 shows schematically a circuit arrangement for forming a difference signal corresponding to the difference of the measuring capacitance,
Fig. 8 schematisch eine weitere Schaltungsanordnung zur Bildung eines der Differenz der Messkapazitäten entsprechenden Differenzsignals.Fig. 8 shows schematically a further circuit arrangement for forming a difference of the measuring capacitance corresponding difference signal.
Fig. 1 zeigt schematisch den Querschnitt eines Einklemmsensors 1 , welcher insbesondere zum Erkennen eines Hindernisses im Weg eines Stellelements eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Der Einklemmsensor 1 umfasst einen langgestreckten Sensorkör- per 2 aus einem elektrisch isolierenden Material. In dem Sensorkörper 2 ist etwa mittig eine erste Messelektrode 4 zwischen einer zweiten Messelektrode 6 und einer dritten Messelektrode 7 angeordnet. Die Messelektroden 4,6 und 7 sind jeweils als Flachleiter ausgebildet. Der Einklemmsensor 1 ist einer Gegenelektrode 9 aufgelegt, die beispielsweise durch die geerdete Karosserie eines Kraftfahrzeugs gebildet ist.Fig. 1 shows schematically the cross section of a pinch sensor 1, which is used in particular for detecting an obstacle in the path of an actuating element of a motor vehicle. The pinch sensor 1 comprises an elongated sensor body 2 made of an electrically insulating material. In the sensor body 2, a first measuring electrode 4 is arranged approximately centrally between a second measuring electrode 6 and a third measuring electrode 7. The measuring electrodes 4, 6 and 7 are each designed as flat conductors. The pinch sensor 1 is placed on a counter electrode 9, which is formed for example by the grounded body of a motor vehicle.
Zur Verwendung des Einklemmsensors 1 werden die Messelektroden 4,6 und 7 beispielsweise gegenüber der Gegenelektrode 9 mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Dabei sind die Messelektrode 6 und 7 zueinander elektrisch parallel geschaltet. Aufgrund der Potenzialdifferenz bildet sich im Isolierkörper 2 zwischen den Messelekt- roden 4,6 und 7 und der Gegenelektrode 9 ein direktes elektrisches Feld sowie im der Gegenelektrode 9 abgewandten Raum ein schwächeres äußeres elektrisches Feld. Die Messelektroden 4,6 und 7 bilden jeweils mit der Gegenelektrode 9 einen Kondensator mit einer durch die Dimensionierung des Einklemmsensors 1 und durch das Material des Sensorkörpers 2 bedingten charakteristischen Kapazität aus. Dabei wirken die Messelektroden 6 und 7 durch ihre Parallelschaltung als ein einziger Kondensator.To use the pinching sensor 1, the measuring electrodes 4, 6 and 7 are subjected to an alternating voltage, for example, with respect to the counter-electrode 9. In this case, the measuring electrodes 6 and 7 are connected in parallel with each other electrically. Due to the potential difference, a direct electric field is formed in the insulating body 2 between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9, and a weaker external electric field is formed in the space facing away from the counterelectrode 9. The measuring electrodes 4, 6 and 7 each form, with the counter electrode 9, a capacitor with a characteristic capacitance caused by the dimensioning of the pinching sensor 1 and by the material of the sensor body 2. In this case, the measuring electrodes 6 and 7 act through their parallel connection as a single capacitor.
Durch die Anordnung der zweiten und dritten Messelektrode 6 bzw. 7 am Rand des Sensorkörpers 2 bildet sich lediglich ein schwaches äußeres elektrisches Feld mit ge- ringer Reichweite aus. Durch den Abschirmeffekt der äußeren Messelektroden 6 und 7 werden jedoch die Feldlinien des äußeren elektrischen Feldes, welches durch die innen liegende erste Messelektrode erzeugt wird, in einen größeren, der Gegenelektrode abgewandten Raumbereich abgelenkt. Die Feldlinien des äußeren elektrischen Feldes des aus Gegenelektrode 9 und der inneren Messelektrode 4 gebildeten Kondensators verlaufen bogenförmig nach beiden Seiten über die äußeren Elektrode 6 bzw. 7 zu der Gegenelektrode 9. Somit wird ein sich dem Einklemmsensor 1 aus dem Fernfeld näherndes Dielektrikum zunächst von den Feldlinien des die erste Messelektrode 4 umfassenden Kondensators durchdrungen und führt bei diesem Kondensator zu einer entsprechenden Kapazitätsänderung. Die Kapazität des die zweite und dritte Messelektrode 6 bzw. 7 umfassenden Kondensators wird nicht durch ein im Fernfeld angeordnetes Dielektrikum beeinflusst.Due to the arrangement of the second and third measuring electrodes 6 and 7 at the edge of the sensor body 2, only a weak external electric field forms with ringer range. Due to the shielding effect of the outer measuring electrodes 6 and 7, however, the field lines of the external electric field, which is generated by the inner first measuring electrode, are deflected into a larger space region facing away from the counterelectrode. The field lines of the external electric field of the capacitor formed from the counter electrode 9 and the inner measuring electrode 4 extend arcuately on both sides via the outer electrode 6 or 7 to the counter electrode 9. Thus, a dielectric approaching the pinching sensor 1 from the far field is first deflected by the Field lines of the first measuring electrode 4 comprehensive capacitor penetrated and leads in this capacitor to a corresponding capacitance change. The capacitance of the capacitor comprising the second and third measuring electrodes 6 and 7 is not influenced by a dielectric arranged in the far field.
Im Nahbereich und insbesondere im "Falle einer flächig auf dem Sensorkörper 2 ange- ordneten Verschmutzung oder einer auf der Oberfläche befindlichen Wasserbenetzung werden die Kapazitäten beider Kondensatoren beeinflusst. Somit erlaubt es der Einklemmsensor 1 , einen Verschmutzungsfall durch eine oberflächliche Verschmutzung oder durch einen oberflächlichen Wasserfilm von einem Einklemmfall, der durch die Annäherung eines Hindernisses aus dem Fernfeld charakterisiert ist, sicher zu unter- scheiden.The capacitances of both capacitors are influenced at close range and in particular in the event of contamination or surface wetting on the sensor body 2. Thus, the pinch sensor 1 allows a contamination by superficial contamination or by a superficial water film of a case of pinching, which is characterized by the approach of an obstacle from the far-field, to differentiate safely.
In Fig. 2 ist in einer vereinfachenden Darstellung der Feldverlauf des Einklemmsensors 1 gemäß Fig. 1 dargestellt. Dabei ist zum besseren Verständnis die Gegenelektrode 9 gedanklich mittig unterhalb des Einklemmsensors 1 gemäß Fig. 1 geteilt und die ent- stehenden Hälften nach oben geklappt.FIG. 2 shows a simplified representation of the field profile of the pinching sensor 1 according to FIG. 1. For a better understanding, the counter electrode 9 is conceptually divided in the middle underneath the pinching sensor 1 according to FIG. 1 and the resulting halves are folded upwards.
Aus dieser vereinfachenden Darstellung resultiert ein geradliniger Feldlinienverlauf der entstehenden äußeren elektrischen Felder.This simplistic representation results in a rectilinear field line course of the resulting external electric fields.
Zur Veranschaulichung ist weiter auf der Oberfläche des Sensorkörpers 2 des Einklemmsensors 1 als Verschmutzung ein Wasserfilm 10 dargestellt. Man erkennt den Feldlinienverlauf des ersten äußeren elektrischen Feldes 12, welches sich bei einer Potenzialdifferenz zwischen der mittig angeordneten Messelektrode 4und der Gegenelektrode 9 ausbildet. Weiter wird der Feldlinienverlauf eines zweiten äußeren elektrischen Feldes 14 sichtbar, welches sich entsprechend bei einem Potenzial- unterschied jeweils zwischen dem am Rand angeordneten Messelektroden 6 und 7 und der Gegenelektrode 9 ausbildet.To illustrate, a water film 10 is further shown on the surface of the sensor body 2 of the pinching sensor 1 as contamination. One recognizes the field line profile of the first external electric field 12, which forms at a potential difference between the centrally arranged measuring electrode 4 and the counter electrode 9. Furthermore, the field line profile of a second external electric field 14 becomes visible, which correspondingly develops at a potential difference between the measuring electrodes 6 and 7 arranged at the edge and the counterelectrode 9.
In dieser schematisierenden Darstellung ist die für den gezeigten Einklemmsensor 1 maßgebliche direkte Kapazität zwischen den Messelektroden 4,6 und 7 und der Ge- genelektrode 9 gedanklich und zeichnerisch eliminiert. Der dargestellte Feldlinienverlauf entspricht den der äußeren, eher schwachen Streufelder. Es wird ersichtlich, dass das zur berührungslosen Detektion eines Dielektrikums verwendete äußere elektrische Feld 12 der Messelektrode 4 eine größere Reichweite besitzt als das äußere elektrische Feld 14, welches durch die am Rand angeordneten Messelektroden 6 und 7 er- zeugt wird.In this schematic depiction, the direct capacitance between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9 decisive for the anti-pinching sensor 1 shown is eliminated mentally and graphically. The illustrated field line course corresponds to that of the outer, rather weak stray fields. It can be seen that the external electric field 12 of the measuring electrode 4 used for non-contact detection of a dielectric has a greater range than the external electric field 14 which is generated by the measuring electrodes 6 and 7 arranged at the edge.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 wird anschaulich klar, wie sich jeweils die Messkapazitäten der aus den jeweiligen Messelektroden 4,6 und 7 und der Gegenelektrode 9 gebildeten Kondensatoren zusammensetzen. In einem Schaubild ist dies in Fig. 3 dar- gestellt.From the illustration according to FIG. 2, it is clear how the measuring capacitances of the capacitors formed from the respective measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counter electrode 9 are composed. This is shown in a diagram in FIG. 3.
Man erkennt wiederum die Messelektroden 4 sowie 6 und 7 sowie die „aufgeklappte" Gegenelektrode 9. Auf den Messelektroden 4,6 und 7 bzw. auf dem Sensorkörper 2 befindet sich wiederum ein Wasserfilm 10 in Form einer flächigen Benetzung.The measuring electrodes 4 as well as 6 and 7 as well as the "unfolded" counter-electrode 9 are again recognizable. On the measuring electrodes 4, 6 and 7 or on the sensor body 2 there is in turn a water film 10 in the form of a surface wetting.
Es wird verständlich, dass sich die Messkapazitäten jeder Messelektrode 4,6 bzw. 7 jeweils aus drei schaltungstechnisch in Serie geschalteten Einzelkapazitäten zusammensetzen. Denn zwischen jeder Messelektrode 4,6 und 7 und der Gegenelektrode 9 ist das Material des Sensorkörpers 2, der Wasserfilm 10 sowie als Übertragungsmedi- um Luft angeordnet. Insofern kann die Kapazität des die erste Messelektrode 4 umfassenden Kondensators betrachtet werden als eine Serienschaltung der Kapazitäten 16,17 und 18. Entsprechend können die durch die äußeren Messelektroden 6 und 7 gebildeten Kapazitäten jeweils als Serienschaltung der Kapazitäten 20,21 sowie 22 bzw. 23,24 und 25 betrachtet werden.It will be understood that the measuring capacitances of each measuring electrode 4, 6 and 7 are each composed of three individual capacitances connected in series. Because between each measuring electrode 4,6 and 7 and the counter electrode 9, the material of the sensor body 2, the water film 10 and arranged as a transfer medium to air. In this respect, the capacitance of the capacitor comprising the first measuring electrode 4 can be regarded as a series circuit of the capacitors 16, 17 and 18. The capacitors 16, 17 and 18 can accordingly be connected through the outer measuring electrodes 6 and 7 Formed capacitances are each considered as a series connection of the capacitors 20,21 and 22 or 23,24 and 25.
Um das Streufeld der durch die Messelektroden 4, 6 und 7 gebildeten Kondensatoren zu erhöhen, ist von dem in einem Querschnitt gemäß Fig. 4 dargestellten Einklemmsensor 1' eine Abschirmelektrode zwischen die Messelektroden 4, 6 und 7 und der Gegenelektrode 9 eingebracht. Dabei ist die Abschirmelektrode in eine erste, zweite und dritte Abschirmelektrode 30,31 bzw. 33 unterteilt, die jeweils den entsprechenden Messelektroden 4,6 bzw. 7 zugeordnet sind. Über eine entsprechende, hier nicht dar- gestellte Schaltung wird auf schaltungstechnischem Wege erreicht, dass sich die Abschirmelektroden 30,31 und 33 jeweils auf demselben Potenzial befinden wie die Messelektroden 4,6 bzw. 7. Mit anderen Worten werden die Abschirmelektroden 30,31 und 33 als so genannte Driven-Shield-Elektroden eingesetzt. Aufgrund der resultierenden Potenzialverhältnisse wird somit durch die Abschirmelektroden 30,31 und 33 ver- hindert, dass sich zwischen den Messelektroden 4,6 und 7 und der Gegenelektrode 9 eine direkte Kapazität bzw. ein direktes elektrisches Feld ausbildet. Somit wird über die Messelektroden 4,6 und 7 jeweils ein Streufeld zur Gegenelektrode 9 erzeugt, welches in den Erfassungsbereich des Einklemmsensors 1' hinein reicht. Der Erfassungsbereich des Einklemmsensors 1' ist gegenüber dem Erfassungsbereich des Einklemmsen- sors 1 deutlich vergrößert.In order to increase the stray field of the capacitors formed by the measuring electrodes 4, 6 and 7, a shielding electrode is inserted between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9 of the pinching sensor 1 'shown in a cross section according to FIG. In this case, the shielding electrode is subdivided into first, second and third shielding electrodes 30, 31 and 33, which are respectively assigned to the corresponding measuring electrodes 4, 6 and 7. Via a corresponding circuit, not shown here, it is achieved by circuit technology that the shielding electrodes 30, 31 and 33 are each at the same potential as the measuring electrodes 4, 6 and 7. In other words, the shielding electrodes 30, 31 and 33 used as so-called driven-shield electrodes. Due to the resulting potential conditions, the shielding electrodes 30, 31 and 33 thus prevent a direct capacitance or a direct electric field from being formed between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9. Thus, a stray field to the counter electrode 9 is generated in each case via the measuring electrodes 4, 6 and 7 which extends into the detection range of the pinching sensor 1 '. The detection range of the pinching sensor 1 'is significantly increased in relation to the detection range of the pinching sensor 1.
Durch die Randanordnung der Messelektroden 6 und 7 weist das von diesen erzeugte äußere elektrische Feld 14, welches gestrichelt dargestellt ist, eine geringere Reichweite auf als das von der innen liegenden Messelektrode 4 erzeugte äußere elektrische Feld 12.Due to the edge arrangement of the measuring electrodes 6 and 7, the external electric field 14, which is shown in dashed lines, has a shorter range than the external electric field 12 generated by the internal measuring electrode 4.
Das direkte elektrische Feld wird im Übrigen von den Abschirmelektroden 30,31 und 32 zur Gegenelektrode 9 erzeugt, was durch die entsprechend eingezeichneten Feldlinien des direkten elektrischen Feldes 35 verdeutlicht ist. Somit wird bei dem Einklemmsen- sor 1' wiederum durch die am Rand liegenden äußeren Messelektroden 6 bzw. 7 und durch die mittig angeordnete Messelektrode 4 erreicht, dass sich die Reichweite der entsprechend erzeugten äußeren elektrischen Felder 12 und 14 unterscheidet. Dies ermöglicht eine Kompensation einer oberflächlich dem Sensorkörper 2 aufliegenden Verschmutzung oder eines oberflächlich aufliegenden Wasserfilms. Über die Größenverhältnisse von zweiter und dritter Messelektrode 6 bzw. 7 zur innen liegenden ersten Messelektrode 4 wird zusätzlich erzielt, dass sich im Falle einer oberflächlichen Verschmutzung oder oberflächlichen Wasserbenetzung die durch die erste Messelektro- de 4 gebildete Kapazität und die durch die parallel geschalteten zweiten und dritten Messelektroden 6 und 7 gebildete Kapazität in etwa gleicher Weise ändern. Somit wird erreicht, dass eine oberflächliche Verschmutzung des Sensorkörpers 2 ein Differenzsignal der Messkapazitäten nicht beeinflusst, wogegen ein sich aus dem Fernfeld näherndes Hindernis oder Dielektrikum, was einen Einklemmfall darstellt, zu einer Ände- rung des Differenzsignals führt.Incidentally, the direct electric field is generated by the shielding electrodes 30, 31 and 32 to the counterelectrode 9, which is illustrated by the correspondingly drawn field lines of the direct electric field 35. Thus, in the case of the pinch sensor 1 ', it is again achieved by the outer measuring electrodes 6 or 7 located at the edge and by the centrally arranged measuring electrode 4 that the range of the correspondingly generated outer electric fields 12 and 14 differs. This allows a compensation of a superficial resting on the sensor body 2 Contamination or superficial water film. The size ratios of the second and third measuring electrodes 6 and 7 to the inner first measuring electrode 4 additionally achieve that, in the case of superficial contamination or superficial water wetting, the capacitance formed by the first measuring electrode 4 and that connected in parallel by the second measuring electrode 4 change the capacitance formed in the third measuring electrodes 6 and 7 in approximately the same way. Thus, it is achieved that a superficial contamination of the sensor body 2 does not influence a difference signal of the measuring capacitance, whereas an obstacle or dielectric approaching from the far field, which constitutes a pinching case, leads to a change of the difference signal.
In Fig. 5 ist wiederum in einem Querschnitt ein weiterer Einklemmsensor 1" gezeigt. Dieser umfasst im Wesentlichen die Einzelkomponenten des Einklemmsensors 1', wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Auch der Einklemmsensor 1" umfasst einen sich in Längs- richtung erstreckenden flachen Sensorkörper 2 aus einem elektrischen Isoliermaterial, der einer Gegenelektrode 9 aufgelegt ist. Die innere Messelektrode 4 und die äußeren Messelektroden 6 und 7 sind jeweils als Flachleiter ausgebildet. Ebenso sind die Abschirmelektroden 30, 31 und 32 als Flachleiter ausgebildet, die den entsprechenden Messelektroden 4, 6 bzw. 7 zugeordnet sind. Wiederum wird mittels der Abschirmelekt- roden 30, 31 und 32 das Ausbilden einer direkten Kapazität zwischen den Messelektroden 4, 6 und 7 und der Gegenelektrode 9 verhindert. Insofern ist der Feldlinienverlauf des erzeugten äußeren elektrischen Feldes 12 der inneren Messelektrode 4 und des erzeugten elektrischen Feldes 14 der parallel geschalteten äußeren Messelektroden 6 und 7 identisch dem Feldlinienverlauf des Einklemmsensors V gemäß Fig. 4.5 again shows in a cross section a further pinching sensor 1 ", which essentially comprises the individual components of the pinching sensor 1 ', as shown in Fig. 4. The pinching sensor 1" also comprises a flat surface extending in the longitudinal direction Sensor body 2 made of an electrical insulating material which is placed on a counter electrode 9. The inner measuring electrode 4 and the outer measuring electrodes 6 and 7 are each formed as a flat conductor. Likewise, the shielding electrodes 30, 31 and 32 are designed as flat conductors which are assigned to the corresponding measuring electrodes 4, 6 and 7, respectively. Again, by means of the shielding electrodes 30, 31 and 32, the formation of a direct capacitance between the measuring electrodes 4, 6 and 7 and the counterelectrode 9 is prevented. In this respect, the field line course of the generated external electric field 12 of the inner measuring electrode 4 and of the generated electric field 14 of the parallel-connected outer measuring electrodes 6 and 7 is identical to the field line course of the pinching sensor V according to FIG. 4.
Zusätzlich umfasst der in Fig. 5 dargestellte Einklemmsensor 1" eine vierte flächige Abschirmelektrode 36, die sich auf demselben Potenzial wie die übrigen Abschirmelektroden 30, 31 und 33 befindet bzw. mit diesen schaltungstechnisch verbunden ist. Insofern entsteht das direkte elektrische Feld 35 zwischen der vierten Abschirmelektrode 36 und der Gegenelektrode 9.5 includes a fourth planar shielding electrode 36, which is at the same potential as the other shielding electrodes 30, 31, and 33, respectively, and which is connected in circuit technology with it Shielding electrode 36 and the counter electrode. 9
Die Messelektroden 4, 6 und 7 sind - nicht sichtbar - in Längsrichtung des Einklemmsensors 1", d.h. in die Zeichenebene hinein, in mehrere voneinander getrennte Einzel- elektroden unterteilt. Zwischen den Abschirmelektroden 30, 31 und 33 und der vierten Abschirmelektrode 36 sind weiter separate Zuleitungen 38 angeordnet, die jeweils mit einer der Einzelelektroden kontaktiert sind. Alle Einzelkomponenten sind dabei durch das elektrische Isoliermaterial des Sensorkörpers 2 voneinander isoliert. Zwischen den separaten Zuleitungen 38 können jeweils Abschirmelektrodenabschnitte angeordnet sein, die das Ausbilden direkter Kapazitäten zwischen den separaten Zuleitungen 36 verhindern. Die separaten Zuleitungen 38 dienen zur Ansteuerung der Einzelsegmente oder Einzelelektroden der Messelektroden 4, 6 und 7. Über die separaten Zuleitungen 38 kann somit jede Einzelelektrode der Messelektroden entlang der Längsrichtung des Einklemmsensors 1" angesteuert und ausgewertet werden. Dies erlaubt zum einen ein Multiplexing und zum anderen eine Ortsauflösung eines möglichen Einklemmfalles.The measuring electrodes 4, 6 and 7 are - not visible - in the longitudinal direction of the pinching sensor 1 ", ie in the plane of drawing, in several separate individual divided electrodes. Between the shielding electrodes 30, 31 and 33 and the fourth shielding electrode 36 further separate supply lines 38 are arranged, which are each contacted with one of the individual electrodes. All individual components are insulated from each other by the electrical insulating material of the sensor body 2. Shield electrode sections, which prevent the formation of direct capacitances between the separate supply lines 36, can be arranged between the separate supply lines 38, respectively. The separate supply lines 38 serve to drive the individual segments or individual electrodes of the measuring electrodes 4, 6 and 7. Thus, each individual electrode of the measuring electrodes can be controlled and evaluated along the longitudinal direction of the pinching sensor 1 "via the separate supply lines 38. This allows, on the one hand, multiplexing and others a spatial resolution of a possible Einklemmfalles.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Auswerteschaltung zum Auswerten eines der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Einklemmsensoren 1 ,1' bzw. 1". Hierzu umfasst die Auswerteschal- tung gemäß Fig. 6 eine Wechselspannungsquelle V1 zur Erzeugung einer definierten Wechselspannung. Weiter umfasst die gezeigte Auswerteschaltung eine Messbrückenschaltung 40 zur Erfassung der Messkapazitäten. Dabei ist die Messbrückenschaltung aus zwei Brückenzweigen aufgebaut, die jeweils einen ohmschen Widerstand R1 bzw. R2 sowie eine Messkapazität C1 bzw. C3 umfassen. Die Messkapazität C1 des ersten Brückenzweiges ist dabei gebildet durch die erste Messelektrode 4 und die Gegenelektrode 9 der gezeigten Einklemmsensoren 1 ,1',1". Die Messkapazität C3 ist diejenige Kapazität, die der aus den parallel geschalteten äußeren Abschirmelektroden 6 und 7 und der Gegenelektrode 9 gemäß den dargestellten Einklemmsensoren 1 ,1',1 " gebildete Kondensator aufweist. Über einen jeweiligen Spannungsabgriff zwischen den ohmschen Widerständen R1.R2 und den zugeordneten Messkapazitäten C1 bzw. C3 ist es einem entsprechend ausgebildeten Auswertemittel 39 möglich, ein der Differenz der Messkapazitäten C1.C3 entsprechendes Differenzsignal zu bilden und hieraus ein Driftsignal abzuleiten.6 shows a possible evaluation circuit for evaluating one of the pinching sensors 1, 1 'or 1 "illustrated in FIGS. 1 to 5. For this purpose, the evaluating circuit according to FIG. 6 comprises an alternating voltage source V1 for generating a defined alternating voltage The measuring circuit shown here is constructed from two bridge branches, each comprising an ohmic resistor R1 or R2 and a measuring capacitance C1 or C3. The measuring capacitance C1 of the first bridge branch is formed by the first bridge Measuring electrode 4 and the counter electrode 9 of the anti-pinch sensors 1, 1 ', 1 "shown. The measuring capacitance C3 is that capacitance which has the capacitor formed by the parallel-connected outer shielding electrodes 6 and 7 and the counterelectrode 9 according to the illustrated pinching sensors 1, 1 ', 1 "via a respective voltage tap between the ohmic resistors R1, R2 and associated measuring capacitors C1 and C3, it is a suitably trained evaluation 39 possible to form a difference of the measuring capacitances C1.C3 corresponding difference signal and deduce a drift signal from this.
Die Auswerteschaltung gemäß Fig. 6 umfasst ferner den Messkapazitäten C1 ,C3 zugeordnete Ausgleichskapazitäten C2 und CA, die durch in Sperrrichtung betriebene, spannungsgesteuerte Kapazitätsdioden gebildet sind. Über eine entsprechende Ansteuerung der Ausgleichskapazitäten C2 und C4 ist es möglich, zum einen Langzeitef- fekte auszugleichen und zum anderen einen Offset des Differenzsignals zu kompensieren.The evaluation circuit according to FIG. 6 further comprises equalizing capacitances C2 and CA associated with the measuring capacitors C1, C3, which are formed by reverse-biased, voltage-controlled capacitance diodes. By means of a corresponding control of the compensation capacitances C2 and C4, it is possible to compensate for the other and compensate for an offset of the difference signal.
Mögliche Ausgestaltungen der Auswertemittel 39 sind in den Fig. 7 und 8 schematisch s dargestellt. Als Eingangsglied ist hierbei in den Fig. 7 und 8 jeweils die Messbrückenschaltung 40 gezeigt.Possible configurations of the evaluation means 39 are shown schematically in FIGS. 7 and 8. In each case, the measuring bridge circuit 40 is shown here as an input element in FIGS. 7 and 8.
Gemäß Fig. 7 werden die aus der Messbrückenschaltung 40 erhaltenen Spannungswerte zunächst jeweils einem Verstärker 42 zugeführt. Jedem Verstärker 42 ist weitero eine Spitzenwerterkennung 43 nachgeschaltet, die die maximale Amplitude der er- fassten Wechselspannungen ermittelt. Nachgeschaltet ist jeweils ein Tiefpass 44, um eine gute Rauschunterdrückung zu erhalten. Schließlich werden die erhaltenen Maximalwerte einem Differenzverstärker 45 zugeführt. 5 Wird der Einklemmsensor derart dimensioniert bzw. mit den Ausgleichskapazitäten einjustiert, so dass sich die Messkapazitäten C1+C2 und C3+C4 gleichen und bei einer oberflächlichen Verschmutzung oder Benetzung keine Drift zueinander zeigen, so kann das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 45 direkt als ein Detektionssignal verwendet werden. Eine Verschmutzung oder eine Benetzung durch einen oberflächlichen0 Wasserfilm vermag in diesem Fall nämlich nicht eine Drift zwischen den Messkapazitäten auszulösen. Das Differenzsignal bleibt Null. Eine Drift der Messkapazitäten wird jedoch durch ein sich aus dem Fernfeld nähernden Dielektrikum erzeugt. Denn dieses wird zunächst lediglich von den Feldlinien des äußeren elektrischen Feldes 12 durchdrungen, welches die innere Messelektrode 4 der gezeigten Einklemmsensoren hervor-s ruft.According to FIG. 7, the voltage values obtained from the measuring bridge circuit 40 are first supplied to an amplifier 42 in each case. Each amplifier 42 is further followed by a peak value detection 43, which determines the maximum amplitude of the detected alternating voltages. Downstream is a low pass 44, respectively, to obtain a good noise suppression. Finally, the maximum values obtained are fed to a differential amplifier 45. 5 If the pinch sensor is dimensioned or adjusted with the compensation capacitances, so that the measuring capacitances C1 + C2 and C3 + C4 are identical and no drift occurs in the case of superficial contamination or wetting, then the output signal of the differential amplifier 45 can be used directly as a detection signal become. Namely, contamination or wetting by a superficial film of water can not cause a drift between the measuring capacities in this case. The difference signal remains zero. However, a drift of the measuring capacitances is produced by a dielectric approaching from the far field. For this is first penetrated only by the field lines of the external electric field 12, which causes the inner measuring electrode 4 of the anti-pinch sensors shown.
In einer alternativen Ausgestaltung gemäß Fig. 8 werden die erfassten Spannungen der Messbrückenschaltung 40 zunächst einem Komparator 47 zugeführt. Hierzu ist mit vertretbarem Aufwand die Generation einer Vergleichsspannung notwendig. Mittels deso Komparators wird mit dem etwa sinusförmigen Ausgangssignal eine Rechteckspannung generiert. Die somit erzeugten Rechteckspannungen werden einem Exklusiv- Oder Logikbaustein (XOR) 38 zugeführt. Somit entsteht kein Ausgangssignal des Lo- gikbausteins 48, wenn beide Rechtecksignale identisch sind. Andererseits entsteht ein Ausgangssignal, wenn sich die Rechtecksignale in ihrer Phase unterscheiden.In an alternative embodiment according to FIG. 8, the detected voltages of the measuring bridge circuit 40 are first supplied to a comparator 47. For this purpose, the generation of a reference voltage is necessary with reasonable effort. By means of the comparator a square wave voltage is generated with the approximately sinusoidal output signal. The square-wave voltages thus generated are fed to an exclusive OR logic device (XOR) 38. Thus, no output signal of the Lo gikbausteins 48, if both square-wave signals are identical. On the other hand, an output signal arises when the square wave signals differ in their phase.
Das Ausgangssignal des Logikbausteins 48 wird anschließend einem Tiefpass 49 zur Rauschunterdrückung zugeführt und an einen Verstärker 50 weitergeleitet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 50 kann wiederum als Detektionssignal für einen Einklemmfall herangezogen werden. Denn eine Drift der Messkapazitäten C1.C3 zueinander wird zu einer Phasenverstimmung der an den Messkapazitäten in der Messbrückenschaltung 40 abgegriffenen Spannungen und somit zu einem Ausgangssignal des Logikbausteins 48 führen.The output signal of the logic module 48 is then fed to a low-pass filter 49 for noise suppression and forwarded to an amplifier 50. The output signal of the amplifier 50 can in turn be used as a detection signal for a trapping case. For a drift of the measuring capacitances C1.C3 to one another will lead to a phase detuning of the voltages tapped at the measuring capacitances in the measuring bridge circuit 40 and thus to an output signal of the logic module 48.
Die in Fig. 6 dargestellten Ausgleichskapazitäten C2 und C4 dienen dazu, die Messbrückenschaltung 40 langfristig abzugleichen, wobei relativ schnelle Änderungen durch die Annäherung eines Gegenstandes nicht ausgeregelt werden.The compensation capacitances C2 and C4 shown in FIG. 6 serve to match the measuring bridge circuit 40 in the long term, whereby relatively rapid changes due to the approach of an object are not compensated.
Die Ausgleichskapazitäten C2 und C4 werden in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Auswerteschaltung durch einen Mikrokontroller angesteuert. Dies wird üblicherweise durch eine Gleichspannung oder ein Tiefpass-gefiltertes PWM-Signal mit variablem Duty-Cycle realisiert. Diese Gleichspannung steuert dann die als Ausgleichskapazitäten C2 und C4 eingesetzten, in Sperrrichtung betriebenen Kapazitätsdioden an, die schaltungstechnisch jeweils durch einen Kondensator (nicht dargestellt in Fig. 6) vom Brückenzweig getrennt sind. Die Ansteuerung ist derart ausgewählt, dass ein ausgewogenes Verhältnis aus Ausregelung langzeitiger Drifts und der Erfassung kurzzeitiger Änderungen durch einen Gegenstand erreicht wird.The compensation capacitances C2 and C4 are controlled by a microcontroller as a function of the output signal of the evaluation circuit. This is usually realized by a DC voltage or a low-pass filtered PWM signal with variable duty cycle. This DC voltage then controls the capacitance diodes used as equalizing capacitors C2 and C4 and operated in the reverse direction, which circuits are each separated from the bridge branch by a capacitor (not shown in FIG. 6). The drive is selected to achieve a balance between the regulation of long-term drifts and the detection of transient changes in an object.
Durch den Abgleich der Brückenzweige der Messbrückenschaltung 40 wird weiter erreicht, dass keine parasitären Kapazitäten im Einklemmsensor zwischen der innen liegenden ersten Messelektrode 4 und den außen liegenden Messelektroden 6 und 7 auftreten, so dass grundsätzlich eine gemeinsame Abschirmelektrode (in den Fig. 1 bis 4 die Abschirmelektroden 30,31 ,32 und 36) verwendet werden kann.By balancing the bridge branches of the measuring bridge circuit 40 is further achieved that no parasitic capacitances in the pinch between the inner first measuring electrode 4 and the outside measuring electrodes 6 and 7 occur, so that in principle a common shielding electrode (in Figs. 1 to 4 the Shielding electrodes 30, 31, 32 and 36) can be used.
Durch den Abgleich der Brückenzweige ergibt sich ferner, dass bei gleichen Vorwiderständen (die ohmschen Widerstände R1 und R2) die Summe der Kapazitäten C1 und C2 sowie der Kapazitäten C3 und C4 identisch ist. In diesem Fall sind die Spannungen an den Mittenabgriffen phasen- und amplitudengleich und somit identisch. Wird der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands der Brückenzweige gleich dem Vorwiderstand der Brückenzweige gewählt, so ist die Messbrückenschaltung 40 am empfindlichsten eingestellt, da die Phasenverschiebung in den jeweiligen Brückenzweigen 45° beträgt. Zwischen den Brückenzweigen ist die Phasenverschiebung 0°. By balancing the bridge arms also results that for the same series resistors (the ohmic resistors R1 and R2), the sum of the capacitances C1 and C2 and the capacitance C3 and C4 is identical. In this case, the voltages at the center taps are phase and amplitude equal and therefore identical. If the magnitude of the capacitive reactance of the bridge branches is chosen to be equal to the series resistance of the bridge branches, the measuring bridge circuit 40 is set to be the most sensitive since the phase shift in the respective bridge branches is 45 °. Between the bridge branches, the phase shift is 0 °.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1.1 M " Einklemmsensor1.1 M " pinch sensor
2 Sensorkörper erste Messelektrode zweite Messelektrode dritte Messelektrode2 sensor body first measuring electrode second measuring electrode third measuring electrode
Gegenelektrode (Karosserie)Counter electrode (body)
10 Wasserfilm10 water film
12 erstes elektrisches Feld12 first electric field
14 zweites elektrisches Feld14 second electric field
16 Kapazität 1116 capacity 11
17 Kapazität 1217 capacity 12
18 Kapazität 13 0 Kapazität 21 1 Kapazität 22 2 Kapazität 23 3 Kapazität 31 4 Kapazität 32 5 Kapazität 33 0 erste Abschirmelektrode 1 zweite Abschirmelektrode 3 dritte Abschirmelektrode 5 direktes Feld 6 vierte Abschirmelektrode 8 Zuleitungen 9 Auswertemittel 0 Messbrückenschaltung 2 Verstärker 3 Spitzenwerterkennung 4 Tiefpass 5 Differenzverstärker Komparator18 Capacity 13 0 Capacity 21 1 Capacity 22 2 Capacity 23 3 Capacity 31 4 Capacity 32 5 Capacity 33 0 first shielding electrode 1 second shielding electrode 3 third shielding electrode 5 direct field 6 fourth shielding electrode 8 supply lines 9 evaluation means 0 measuring bridge circuit 2 amplifier 3 peak detection 4 low-pass 5 differential amplifier comparator
Exklusiv-Oder-GliedExclusive-OR gate
Tiefpasslowpass
Verstärker amplifier

Claims

Ansprüche claims
1. Einklemmsensor (1 ,1',1"), insbesondere zum Erkennen eines Hindernisses im s Weg eines Stellelements eines Kraftfahrzeugs, mit einem Sensorkörper (2), mit einer im Sensorkörper (2) angeordneten ersten Messelektrode (4) zur Erzeugung eines ersten äußeren elektrischen Feldes (12) gegenüber einer Gegenelektrode (9) und mit einer im Sensorkörper (2) der ersten Messelektrode (4) benachbart angeordneten, elektrisch getrennten zweiten Messelektrode (6) zur Erzeugungo eines zweiten äußeren elektrischen Feldes (14) gegenüber der Gegenelektrode1. pinch sensor (1, 1 ', 1 "), in particular for detecting an obstacle in the s path of an actuating element of a motor vehicle, with a sensor body (2), with a in the sensor body (2) arranged first measuring electrode (4) for generating a first external electric field (12) opposite a counter electrode (9) and with an in the sensor body (2) of the first measuring electrode (4) adjacent, electrically separated second measuring electrode (6) for generating a second external electric field (14) opposite to the counter electrode
(9), wobei die Messelektroden (4,6) derart ausgebildet sind, dass das erste äußere elektrische Feld (12) eine größere Reichweite als das zweite äußere elektrische Feld (14) aufweist. 5 2. Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ") nach Anspruch 1 , wobei im Sensorkörper (2) die erste Messelektrode (4) vom Rand beabstandet und die zweite Messelektrode (6) in einem Randbereich angeordnet ist.(9), wherein the measuring electrodes (4,6) are formed such that the first external electric field (12) has a greater range than the second external electric field (14). 5 2. pinch sensor (1, 1 ' , 1 " ) according to claim 1, wherein in the sensor body (2) the first measuring electrode (4) spaced from the edge and the second measuring electrode (6) is arranged in an edge region.
3. Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messelektroden (4,6,7) jeweils flächig ausgebildet sind.3. Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to claim 1 or 2, wherein the measuring electrodes (4,6,7) are each formed flat.
4. Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche der ersten Messelektrode (4) größer ist als die Fläche der zweiten Messelektrode (6). 4. Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to any one of the preceding claims, wherein the area of the first measuring electrode (4) is greater than the area of the second measuring electrode (6).
5. Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messelektroden (4,6) derart dimensioniert sind, dass ein in unmittelbarer Nähe in beide äußere elektrische Felder (12,14) eingebrachtes Dielektrikum im Wesentlichen keinen Drift der Messkapazitäten zueinander verursacht.5. Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to one of the preceding claims, wherein the measuring electrodes (4,6) are dimensioned such that a in the immediate vicinity in both outer electric fields (12,14) introduced dielectric substantially none Drift of the measuring capacitances caused to each other.
6. Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Randbereich des Sensorkörpers (2) eine separate, der ersten Messelektrode (4) benachbarte dritte Messelektrode (7) angeordnet ist, die der zweiten Messelektrode (6) parallel geschaltet ist.6. Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to any one of the preceding claims, wherein in a peripheral region of the sensor body (2) a separate, the first measuring electrode (4) adjacent the third measuring electrode (7) is arranged, the second measuring electrode ( 6) is connected in parallel.
7. Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") nach Anspruch 6, wobei die zweite und die dritte Messelektrode (6 bzw. 7) baugleich ausgeführt sind, und wobei die erste Messelektrode (4) im Sensorkörper (2) zwischen der zweiten und der dritten Messelektrode (6 bzw. 7) angeordnet ist.7. Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to claim 6, wherein the second and the third measuring electrode (6 or 7) are designed to be identical, and wherein the first measuring electrode (4) in the sensor body (2) between the second and the third measuring electrode (6 or 7) is arranged.
8. Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Sensorkörper (2) eine separate Abschirmelektrode (30) vorgesehen ist, die gegenüber den Messelektroden (4,6,7) zur Ausrichtung zumindest des ersten elektrischen Feldes (12) in einen Gefährdungsbereich angeordnet ist.8. Einklemmsensor (1, 1 ', 1 ") according to any one of the preceding claims, wherein in the sensor body (2) a separate shielding electrode (30) is provided, with respect to the measuring electrodes (4,6,7) for aligning at least the first electrical Field (12) is arranged in a hazardous area.
9. Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ") nach Anspruch 8, wobei die Abschirmelektrode (30) in einzelne, jeweils den Messelektroden (4,6,7) gegenüber angeordnete und getrennte Einzelabschirmelektroden (30,31 ,33) unterteilt ist.9. Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to claim 8, wherein the shielding electrode (30) into individual, in each case the measuring electrodes (4,6,7) arranged opposite and separate Einzelabschirmelektroden (30,31, 33) is divided.
10. Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorkörper (2) aus einem flexiblen Trägermaterial gebildet ist.10. pinch sensor (1, 1 ' , 1 " ) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor body (2) is formed of a flexible carrier material.
11. Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") nach Anspruch 9, der als ein flexibles Flachbandkabel ausgeformt ist. 11. pinch sensor (1, 1 ' , 1 " ) according to claim 9, which is formed as a flexible ribbon cable.
12. Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") nach Anspruch 10, wobei als Sensorkörper (2) eine flexible Leiterstruktur verwendet ist.12. pinch sensor (1, 1 ' , 1 " ) according to claim 10, wherein a flexible conductor structure is used as the sensor body (2).
13. Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, s wobei sich der Sensorkörper (2) in einer Längsrichtung erstreckt, und wobei die13. Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to any one of the preceding claims, s wherein the sensor body (2) extends in a longitudinal direction, and wherein the
Messelektroden (4,6,7) entlang der Längsrichtung jeweils in einzeln ansteuerbare Einzelelektroden unterteilt sind.Measuring electrodes (4,6,7) along the longitudinal direction are each divided into individually controllable individual electrodes.
14. Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") nach Anspruch 13, o wobei die Zuleitungen (38) zu den Einzelelektroden im Sensorkörper (2) jeweils zwischen Abschirmelektrodenabschnitten angeordnet sind.14. pinch sensor (1, 1 ' , 1 " ) according to claim 13, o wherein the leads (38) to the individual electrodes in the sensor body (2) are each arranged between Abschirmelektrodenabschnitten.
15. Auswerteschaltung, insbesondere für einen Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 5 mit Messpotenzialausgabemitteln zur Ausgabe eines vorgegebenen Messpotenzials an Messelektroden (4,6,7), mit Kapazitätsdrifterfassungsmitteln zur Erfassung eines gegenseitigen Drifts von Messkapazitäten zwischen Messelektroden (4,46,7) und einer Gegenelektrode (9), und mit Auswertemitteln (39) zur Ausgabe eines Detektionssignals in Abhängigkeit von dem Driftsignal.15. evaluating circuit, in particular for an anti-pinch sensor (1, 1 ', 1 ") according to one of the preceding claims 5 with measurement potential output means for outputting a predetermined sample potential to the measuring electrodes (4,6,7), with capacitance drift detection means for detecting a mutual drifts of measured capacity between measuring electrodes (4, 46, 7) and a counter electrode (9), and with evaluation means (39) for outputting a detection signal in dependence on the drift signal.
16. Auswerteschaltung nach Anspruch 15, wobei die Auswertemittel (39) zur Ausgabe eines Detektionssignals bei einer Änderung des Driftsignals in einem der Schließzeit eines Stellelements entsprechenden Bereich ausgebildet sind.16. The evaluation circuit as claimed in claim 15, wherein the evaluation means (39) are designed to output a detection signal upon a change in the drift signal in a region corresponding to the closing time of an actuating element.
17. Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, die weiteren Potenzialabgleichungsmittel zur Potenzialabgleichung zwischen einer Abschirmelektrode (30,31 ,33) und einer Messelektrode (4,6,7) umfasst.17. evaluation circuit according to one of claims 15 to 16, the further potential equalization means for potential equalization between a shield electrode (30,31, 33) and a measuring electrode (4,6,7) comprises.
18. Auswerteschaltung nach Anspruch 17, wobei die Potenzialabgleichungsmittel einen Verstärker umfassen, der ein- gangsseitig mit den Messelektroden (4,6,7) und ausgangsseitig mit einer Ab- schirmelektrode (30,31 ,33) zu deren Versorgung mit einem aus dem Eingangssignal abgeleiteten Spannungssignal verbindbar ist.18. The evaluation circuit according to claim 17, wherein the potential matching means comprise an amplifier, which has an input side with the measuring electrodes (4, 6, 7) and at the output side with a shield electrode (30, 31, 33) whose supply can be connected to a voltage signal derived from the input signal.
19. Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, s wobei die Messpotenzialausgabemittel eine Wechselspannungsquelle (V1) umfassen, wobei weitere Differenzsignalerzeugungsmittel zur Bildung eines der Differenz der Messkapazitäten entsprechenden Differenzsignals vorgesehen sind, und wobei die Driftsignalerfassungsmittel zur Erfassung der Drift des Differenzsignals ausgebildet sind. 019. The evaluation circuit according to claim 15, wherein the measurement potential output means comprise an AC voltage source, wherein further differential signal generating means are provided for forming a difference signal corresponding to the difference of the measuring capacitance, and wherein the drift signal detecting means are configured to detect the drift of the differential signal. 0
20. Auswerteschaltung nach Anspruch 19, wobei die Differenzsignalerzeugungsmittel zur Erfassung der Messkapazitäten jeweils eine Brückenschaltung (40) umfassen, wobei die Messkapazitäten in den Brückenzweigen parallel geschaltet sind. 520. evaluation circuit according to claim 19, wherein the difference signal generating means for detecting the measuring capacitance each comprise a bridge circuit (40), wherein the measuring capacitances are connected in parallel in the bridge arms. 5
21. Auswerteschaltung nach Anspruch 20, wobei zur Bildung des Differenzsignals entweder ein Differenzverstärker (45) o- der ein Phasendifferenzerkennungsmittel vorgesehen ist. 021. evaluation circuit according to claim 20, wherein for forming the difference signal, either a differential amplifier (45) or a phase difference detecting means is provided. 0
22. Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Messpotenzialausgabemittel für die Messkapazitäten jeweils einen Wechselspannungsgenerator umfassen, wobei weiter Phasendifferenzerken- nungsmittel zur Erfassung einer Phasendifferenz zwischen den Messkapazitäts- zweigen vorgesehen sind, und wobei die Driftsignalerfassungsmittel zur Erfas-5 sung der Drift der Phasenlage ausgebildet sind.22. The evaluation circuit according to claim 15, wherein the measurement potential output means for the measurement capacitances each comprise an AC voltage generator, wherein further phase difference detection means are provided for detecting a phase difference between the measurement capacitance branches, and wherein the drift signal detection means for detecting the drift the phase position are formed.
23. Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei den Messkapazitäten wenigstens eine steuerbare Ausgleichskapazität (C2.C4) zugeordnet ist, und wobei die Auswertemittel (39) zum Abgleich der Messkapazitäten durch Ansteuerung der wenigstens einen Ausgleichskapazität23. Evaluation circuit according to one of claims 15 to 22, wherein the measuring capacitances at least one controllable balancing capacity (C2.C4) is associated, and wherein the evaluation means (39) for balancing the measuring capacitance by controlling the at least one balancing capacity
(C2.C4) ausgebildet sind.(C2.C4) are formed.
24. Auswerteschaltung nach Anspruch 23, wobei die steuerbaren Ausgleichskapazitäten (C2.C4) in Sperrrichtung betriebene, spannungsgesteuerte Kapazitätsdioden sind, die von den Messkapazitäten jeweils durch einen Koppelkondensator getrennt sind.24. Evaluation circuit according to claim 23, wherein the controllable balancing capacitances (C2.C4) are reverse-biased, voltage-controlled capacitance diodes separated from the measuring capacitors by a coupling capacitor.
s 25. Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 23 bis 24, wobei die Auswertemittel (39) zur Ansteuerung der Ausgleichskapazitäten in Abhängigkeit vom Driftsignal ausgebildet sind.s 25. Evaluation circuit according to one of claims 23 to 24, wherein the evaluation means (39) are designed to control the compensation capacitances in dependence on the drift signal.
26. Baueinheit umfassend einen Einklemmsensor (1 ,1 ', 1 ") gemäß einem der An-o sprüche 1 bis 14 und eine an den Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ") angeschlossene26 assembly comprising a Einklemmsensor (1, 1 ' , 1 " ) according to one of the An-o claims 1 to 14 and one to the pinch sensor (1, 1 ' , 1 " ) connected
Auswerteschaltung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 25.Evaluation circuit according to one of claims 15 to 25.
27. Verwendung eines Einklemmsensor (1 ,1 ',1 ")s gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Kraftfahrzeug, wobei als Gegenelektrode (9) die geerdete Karos-5 sehe des Kraftfahrzeugs dient. 27. Use of a pinch sensor (1, 1 ' , 1 " ) s according to one of claims 1 to 14 in a motor vehicle, wherein the counter-electrode (9) is the grounded Karos-5 see the motor vehicle.
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