EP3180858A1 - Sensor system and method for the capacitive detection of obstacles - Google Patents

Sensor system and method for the capacitive detection of obstacles

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Publication number
EP3180858A1
EP3180858A1 EP15749792.6A EP15749792A EP3180858A1 EP 3180858 A1 EP3180858 A1 EP 3180858A1 EP 15749792 A EP15749792 A EP 15749792A EP 3180858 A1 EP3180858 A1 EP 3180858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bridge
impedances
sensor system
circuit
bridge branch
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15749792.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Wiest
Martin SCHEIBLE
Gerd Reime
Manuel Kelsch
Dominic Czempas
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.)
Mayser GmbH and Co KG
Original Assignee
Mayser GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mayser GmbH and Co KG filed Critical Mayser GmbH and Co KG
Publication of EP3180858A1 publication Critical patent/EP3180858A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • H—ELECTRICITY
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
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    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
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    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/960745—Capacitive differential; e.g. comparison with reference capacitance
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    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/96075—Capacitive touch switches characterised by circuit details involving bridge circuit

Definitions

  • the goal here is that, if possible, no phase shift of the input signals occurs at the inputs of the operational amplifier 22.
  • the impedance Z 13 When approaching an obstacle, see Fig. 2, the impedance Z 13 is parallel to the capacitance Z 31 , since both the impedance Z 13 and the capacitance Z 31 the rear in the detection direction conductor 14 and the first end Pi of the bridge branch to ground connect.
  • the impedance which is formed by the parallel connection of the impedances Z 13 and Z 31 , in relation to the sum of the impedances Z 6 i and Z 6 2, see Fig. 2, smaller.
  • the impedances Z 6 i and Z 62 represent the capacitance of the hand 30 to the rear conductor 14 and between the hand 30 and ground.
  • the contact strip system is more sensitive to the approach of a hand 30 and the range can be optimized.
  • FIG. 9 shows a further sensor system according to the invention, wherein a further impedance Z E is provided between the operational amplifier 22 and the two conductors 14, 16 of the switching strip 10, which connects the two conductors 14, 16 of the switching strip 10 to one another.
  • the impedance Z E is designed as an inductance and expediently provided at one end of the switching strip 10.
  • the circuit can be made very narrowband, whereby a very high sensitivity is achieved in the region of the resonance frequency.
  • the impedance Z E can be used to diagnose the safety edge 10. are used, so to check whether the head 16 of the safety edge 10 are interrupted or short-circuited.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a sensor system for the capacitive detection of obstacles, comprising a capacitive sensor having at least two conductive elements (14, 16) and a control circuit (18, 20) which is joined to the at least two conductive elements and which has a bridge circuit (24), wherein a first end (P1) of the bridge branch is connected to a conductive element (14) of the sensor that is downstream in the direction of detection, and a second end (P2) is connected to an upstream conductor (16) of the switching strip profile (10), wherein, by means of a control section (18) of the control circuit, a control signal is generated and fed into both conductive elements, and the total of the impedances (Z2, Z3) of the bridge circuit connected to the first end of the bridge branch is smaller than the total of the impedances (Z4, Z5) of the bridge circuit connected to the second end of the bridge branch, wherein an electronic evaluation device (20) is provided for evaluating a voltage difference between the first and the second end of the bridge branch.

Description

Beschreibung  description
Sensorsvstem und Verfahren zur kapazitiven Erfassung von Hindernissen Sensors and methods for the capacitive detection of obstacles
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur kapazitiven Erfassung von Hindernissen mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens zwei leitfähigen Elementen und einer mit den leitfähigen Elementen verbundenen Steuerschaltung, wobei die Steuerschaltung eine Brückenschaltung aufweist, wobei ein erstes Ende des Brückenzweiges mit einem in Erfassungsrichtung hinteren leitfähigem Element des Sensors und ein zweites Ende des Brückenzweiges mit einem in Erfassungsrichtung vorderen leitfähigen Element des Sensors verbunden ist, wobei mittels eines Ansteuerabschnitts der Steuerschaltung ein Ansteuersignal erzeugt wird und wobei die Summe der Impedanzen der Brückenschaltung, die mit dem ersten Ende des Brückenzweiges verbunden sind, kleiner ist als die Summe der Impedanzen der Brückenschaltung, die mit dem zweiten Ende des Brückenzweiges verbunden sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum kapazitiven Erfassung von Hindernissen. The invention relates to a sensor system for the capacitive detection of obstacles with a capacitive sensor having at least two conductive elements and a control circuit connected to the conductive elements, wherein the control circuit comprises a bridge circuit, wherein a first end of the bridge branch with a detection device in the rear conductive element of the sensor and a second end of the bridge branch is connected to a detection element forward conductive element of the sensor, wherein a drive signal is generated by means of a drive section of the control circuit and wherein the sum of the impedances of the bridge circuit connected to the first end of the bridge branch is smaller than the sum of the impedances of the bridge circuit connected to the second end of the bridge branch. The invention also relates to a method for the capacitive detection of obstacles.
Aus der US-Patentschrift 8,334,623 B2 ist ein Schaltleistensystem zur kapazitiven Erfassung von Hindernissen bekannt. Die dort in Fig. 14 gezeigte Ausführungsform weist eine Brückenschaltung auf, wobei die beiden Leiter eines Schaltleistenprofils mit jeweils einem Ende des Brückenzweiges verbunden sind. Eine Auswertung des Schaltleistensystems erfolgt aber dadurch, dass eine Spannung an dem in Erfassungsrichtung vorne liegenden Leiter mit einem von einer Veränderung der Kapazität zwischen den beiden Leitern und einem Hindernis unbe- einflussten Referenzsignal verglichen wird. US Pat. No. 8,334,623 B2 discloses a circuit-breaker system for the capacitive detection of obstacles. The embodiment shown there in Fig. 14 has a bridge circuit, wherein the two conductors of a switching strip profile are connected to one end of the bridge branch. However, an evaluation of the switching strip system takes place in that a voltage at the front in the detection direction is compared with a reference signal which is unaffected by a change in the capacitance between the two conductors and an obstacle.
Aus der US-Patentschrift US 6,750,624 ist ein Schaltleistensystem zum kapazitiven Erfassen von Hindernissen bekannt, bei dem ein Schaltleistenprofil mit wenigstens einem in Längsrichtung durchgehenden Leiter, eine Zentralelektronik, eine Frontendelektronik und eine Übertragungsleitung zwischen der Zentralelektronik und der Frontendelektronik vorgesehen ist. Die Frontendelektronik weist einen Oszillator auf, um ein Ansteuersignal mit einer hohen Frequenz von etwa 900 MHz zu erzeugen und zu dem wenigstens einen elektrischen Leiter im Schaltleistenprofil zu übertragen. Eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen des auf dem Leiter des Schaltprofils anliegenden Signals und des nicht beeinflussten Ansteuersignais ist ebenfalls in der Frontendelektronik vorgesehen. Ein Ausgangssignal der Frontendelektronik wird über die Übertragungsleitung zu der Zentralelektronik übertragen. Die Übertragungsleitung ist als Koaxialkabel oder als Twisted-pair-Leitung ausgebildet. Mit der Erfindung soll ein Sensorsystem und ein Verfahren zur kapazitiven Erfassung von Hindernissen, insbesondere im Hinblick auf eine Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen und Temperaturschwankungen, verbessert werden. US Pat. No. 6,750,624 discloses a circuit-breaker system for the capacitive detection of obstacles in which a switching strip profile having at least one longitudinal conductor, central electronics, front-end electronics and a transmission line between the central electronics and the front-end electronics is provided. The front-end electronics has an oscillator to generate a driving signal at a high frequency of about 900 MHz and to transmit to the at least one electrical conductor in the switching strip profile. A comparison circuit for comparing the voltage applied to the conductor of the switching profile signal and the unaffected Ansteuersignais is also provided in the front-end electronics. An output signal of the front-end electronics is transmitted via the transmission line to the central electronics. The transmission line is designed as a coaxial cable or as a twisted-pair cable. The invention is intended to improve a sensor system and a method for the capacitive detection of obstacles, in particular with regard to insensitivity to electromagnetic interference and temperature fluctuations.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Sensorsystem zur kapazitiven Erfassung von Hindernissen mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens zwei leitfähigen Elementen und einer mit den leitfähigen Elementen verbundenen Ansteuerschaltung vorgesehen, wobei die Ansteuerschaltung eine Brückenschaltung aufweist, wobei ein erstes Ende des Brückenzweiges mit einem in Erfassungsrichtung hinteren leitfähigen Element des Sensors und ein zweites Ende des Brückenzweiges mit einem in Erfassungsrichtung vorderen leitfähigen Element des Sensors verbunden ist, wobei mittels eines Ansteuerabschnitts der Steuerschaltung ein Ansteuersignal erzeugt wird und wobei die Summe der Impedanzen der Brückenschaltung, die mit dem ersten Ende des Brückenzweiges verbunden sind, kleiner ist als die Summe der Impedanzen der Brückenschaltung, die mit dem zweiten Ende des Brückenzweiges verbunden sind, bei dem eine Auswerteelektronik zum Auswerten einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges vorgesehen ist. According to the invention, a sensor system for the capacitive detection of obstacles with a capacitive sensor having at least two conductive elements and a control circuit connected to the conductive elements is provided, wherein the drive circuit comprises a bridge circuit, wherein a first end of the bridge branch with a rear in the detection direction of the conductive element Sensor and a second end of the bridge branch is connected to a detection direction forward conductive element of the sensor, wherein by means of a drive section of the control circuit, a drive signal is generated and wherein the sum of the impedances of the bridge circuit, which are connected to the first end of the bridge branch, is smaller as the sum of the impedances of the bridge circuit, which are connected to the second end of the bridge branch, in which an evaluation for evaluating a voltage difference between the first end and the second end e of the bridge branch is provided.
Indem erfindungsgemäß eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges ausgewertet wird, haben Störeinflüsse auf das Signal der beiden Elektroden keinen Einfluss auf die Auswertung der Spannungsdifferenz, da Störeinflüsse in der Regel beide Elektroden bzw. alle Elektroden des Sensors betreffen und dadurch bei der Aus- wertung der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges eliminiert werden. Dies gilt beispielsweise für Signalveränderungen aufgrund des Temperaturverhaltens der Steuerschaltung sowie des Schaltleistenprofils selbst. Die Temperaturunterschiede zwischen den wenigstens zwei leitfähigen Elementen des Sensors sind zu vernachlässigen, so dass temperaturabhängige Anteile der Brückenspannung bei der Auswertung der Spannungsdifferenz automatisch eliminiert werden. Dies gilt auch bei dem Vorhandensein elektromagnetischer Störungen. Beide bzw. alle Leiter des Schaltleistenprofils werden durch elektromagnetische Störungen im Wesentlichen in der gleichen Weise beeinflusst, so dass auch diese Störeinflüsse bei der Auswertung der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges automatisch eliminiert werden. Das erfindungsgemäße Sensorsystem ist dadurch äußerst unempfindlich gegenüber Störeinflüssen und in besonderer Weise für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen geeignet, beispielsweise zur Absicherung elektromotorisch betriebener Klappen, Fenster und Türen. Der Erfindung liegt dabei die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass der prinzipielle Nachteil beim Auswerten einer Spannungsdifferenz zwischen zwei leitfähigen Elementen des Sensors und speziell zwi- sehen dem ersten Ende und dem zweiten Ende eines Brückenzweiges, durch die Vorteile bei der Unempfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen, insbesondere Temperatureinflüsse und EMV- Störungen, mehr als kompensiert werden. Denn bei einem Sensorsystem zur kapazitiven Erfassung von Hindernissen bilden sowohl der in Erfassungsrichtung hintere als auch das in Er- fassungsrichtung vordere leitfähige Element des Sensors eine Kapazität mit dem Hindernis aus und diese beiden Kapazitäten verändern sich bei der Annäherung eines Hindernisses. Gegenüber dem Vergleich des Signals lediglich eines leitfähigen Elements mit einem unveränderten Referenzsignal hat also die Differenzbildung der Signale beider Elemente den Nachteil, dass das Differenzsignal kleiner ist als bei einer Schaltung mit unbeeinflusstem Referenzpfad, wie beispielsweise in der US 8,334,623 B2, Fig. 14, gezeigt ist. Speziell tritt bei der erfindungsgemäßen Lösung der Nachteil auf, dass der Spannungshub, der bei der Annäherung eines Hindernisses an die beiden Elektroden des Sensors auftritt, zu einem gewissen Teil durch die Bildung der Spannungsdifferenz aus den Spannungen, die an den beiden Elektroden anliegen, kompensiert wird. Jedoch ergeben sich durch die erfindungsgemäße Lösung wesentliche Vor- teile im Bereich des EMV- und Temperatur-Verhaltens. Durch die Differenzbildung bzw. die Auswertung der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges ergibt sich ein sehr rauscharmes Signal, das sehr hoch verstärkt werden kann. Durch das gegenüber dem Stand der Technik entsprechenden Schaltungen verbesserte Signal- Rauschverhältnis dieses Spannungsdifferenzsignals können überraschenderweise deutlich kleinere Änderungen im Spannungsdifferenzsignal ausgewertet werden, so dass der prinzipbedingte Nachteil kompensiert und gleichzeitig eine große Unempfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen erzielt werden kann. Das Ansteuersignal wird in beide Elektroden beziehungsweise alle Elektroden des Schaltleistenprofils eingespeist. Das von der in Erfassungsrichtung hinteren Elektrode abgestrahlte Feld ist dann dazu vorgesehen, das von der in Erfassungsrichtung vor- deren Elektrode abgestrahlte Feld in gewissem Ausmaß auszurichten. Die leitfähigen Elemente oder Elektroden des Sensors können als in Längsrichtung eines Schaltleistenprofils durchgehende Leiter oder auch als flächige Elektroden, beispielsweise Folienelektroden, oder Gitterelektroden eines kapazitiven Flächensensors ausgebildet sein. By evaluating, according to the invention, a voltage difference between the first end and the second end of the bridge branch, disturbing influences on the signal of the two electrodes have no influence on the evaluation of the voltage difference, since interfering influences generally affect both electrodes or all electrodes of the sensor and thereby the evaluation of the voltage difference between the first end and the second end of the bridge branch are eliminated. This applies, for example, to signal changes due to the temperature behavior of the control circuit and the switching strip profile itself. The temperature differences between the at least two conductive elements of the sensor are negligible, so that temperature-dependent components of the bridge voltage are automatically eliminated in the evaluation of the voltage difference. This also applies to the presence of electromagnetic interference. Both or all conductors of the switching strip profile are influenced by electromagnetic interference in substantially the same way, so that these disturbances are automatically eliminated in the evaluation of the voltage difference between the first end and the second end of the bridge branch. The sensor system according to the invention is characterized extremely insensitive to interference and in a special way suitable for use in motor vehicles, for example, to hedge electric motor operated flaps, windows and doors. The invention is based on the surprising finding that the principal disadvantage in evaluating a voltage difference between two conductive elements of the sensor and especially between see the first end and the second end of a bridge branch, are more than compensated by the advantages in insensitivity to interference, in particular temperature influences and EMC interference. In a sensor system for the capacitive detection of obstacles, both the detection element in the detection direction and the front in the detection direction conductive element of the sensor form a capacity with the obstacle and these two capacities change when approaching an obstacle. Compared with the comparison of the signal of only one conductive element with an unchanged reference signal, the difference between the signals of both elements has the disadvantage that the difference signal is smaller than in a circuit with an uninfluenced reference path, as shown for example in US Pat. No. 8,334,623 B2, FIG is. Especially occurs in the solution according to the invention the disadvantage that the voltage swing, which occurs when approaching an obstacle to the two electrodes of the sensor, is compensated to some extent by the formation of the voltage difference from the voltages applied to the two electrodes , However, the solution according to the invention offers significant advantages in the area of EMC and temperature behavior. By forming the difference or the evaluation of the voltage difference between the first end and the second end of the bridge branch results in a very low-noise signal that can be very high amplified. Surprisingly, significantly smaller changes in the voltage difference signal can be evaluated by the signal-to-noise ratio of this voltage difference signal compared to the prior art, so that the inherent disadvantage can be compensated and at the same time great insensitivity to interference can be achieved. The drive signal is fed into both electrodes or all electrodes of the switching strip profile. The field radiated from the rearward detection electrode is then intended to align the field radiated by the electrode in the detection direction to a certain extent. The conductive elements or electrodes of the sensor can be designed as conductors running through in the longitudinal direction of a switching strip profile or else as flat electrodes, for example foil electrodes, or grid electrodes of a capacitive area sensor.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Ansteuerabschnitt eine erste Impedanz auf, wobei das erste Ende des Brückenzweiges zwischen einer zweiten und einer dritten Impedanz angeordnet ist und das zweite Ende des Brückenzweiges zwischen einer vierten und fünften Impedanz angeordnet ist, wobei die erste Impedanz kleiner ist als die Summe der zweiten und dritten Impedanz und die Summe der zweiten und dritten Impedanz kleiner ist als die Summe der vierten und fünften Impedanz. Der Ansteuerabschnitt ist dadurch im Vergleich zu den Brückenzweigen niederohmig angebunden. Indem der in Erfassungsrichtung hintere Leiter des Schaltleistenprofils zwar hoherohmiger als der Ansteuerabschnitt, aber niederohmiger als der in Erfassungsrichtung vordere Leiter des Schaltleistenprofils angebunden ist, verändert sich bei der Annäherung eines Hindernisses an das Schaltleistenprofil das Signal auf dem in Erfassungsrichtung vorne liegenden Leiter stärker als das Signal auf dem in Erfassungsrichtung gesehen hinten liegenden Leiter. Die Annäherung eines Hindernisses an das Schaltleistenprofil verursacht somit eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitern bzw. zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges, die dann ausgewertet werden kann. Beispielsweise werden die Impedanzen so gewählt, dass die Summe der Impedanzen Z4 und Z5 größer oder gleich dem Fünffachen der Summe der Impedanzen Z2 und Z3 ist. In a development of the invention, the drive section has a first impedance, wherein the first end of the bridge branch is arranged between a second and a third impedance and the second end of the bridge branch is arranged between a fourth and fifth impedance, wherein the first impedance is smaller than that Sum of the second and third impedances and the sum of the second and third impedances is less than the sum of the fourth and fifth impedances. The drive section is thereby connected in a low impedance compared to the bridge branches. Although the rearward in the detection direction conductor of the switching strip profile is connected with higher impedance than the control section, but lower resistance than the front in the detection direction of the switching strip profile, the signal on the front in the detection direction forward conductor changes more than the signal at the approach of an obstacle to the switching strip profile in the direction of detection seen behind lying ladder. The approach of an obstacle to the switching strip profile thus causes a voltage difference between the two conductors or between the first end and the second end of the bridge branch, which can then be evaluated. For example, the impedances are chosen so that the sum of the impedances Z 4 and Z 5 is greater than or equal to five times the sum of the impedances Z 2 and Z 3 .
In Weiterbildung der Erfindung ist parallel zu wenigstens einer der Impedanzen der Brückenschaltung eine einstellbare Impedanz vorgesehen, um über eine Veränderung der einstellbaren Impedanz einen Abgleich der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges zu bewirken. In a further development of the invention, an adjustable impedance is provided parallel to at least one of the impedances of the bridge circuit, in order to bring about a change in the adjustable impedance equalization of the voltage difference between the first end and the second end of the bridge branch.
Auf diese Weise kann ein Ruhewert oder ein Ausgangswert des Schaltleistensystems in einfacher Weise auf einen vordefinierten Wert eingestellt werden. Dieser Wert kann null sein, in der Praxis wird aber ein von null verschiedener Wert gewählt. Mittels der einstellbaren Impedanz kann somit das Schaltleistensystem im eingebauten Zustand auf eine vordefinierte Spannungs- differenz eingestellt werden. Dies ist von erheblicher Bedeutung, wenn das erfindungsgemäße Schaltleistensystem als Serienprodukt verbaut wird. Es lässt sich gar nicht vermeiden, dass die Einbauverhältnisse des Schaltleistensystems, beispielsweise an einer motorisch betriebenen Heckklappe eines Fahrzeuges, nicht immer exakt gleich sind. Über die einstellbare Impedanz kann dann unmittelbar nach dem Einbau des Schaltleistensystems ein automatischer Abgleich vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen noch am Fließband erfolgen. Der Auswerteelektronik kann dadurch im Ruhezustand, d.h. ohne ein Hindernis, immer derselbe Spannungswert zugeführt werden. Die einstellbare Impedanz kann zum Beispiel mit einer oder mehreren Kapazitätsdioden in Parallel- und/oder Serienschaltung ausgebildet sein, die dann mittels einer insbesondere automatischen Steuerung so verschaltet werden, dass sich der gewünschte Wert der einstellbaren Impedanz ergibt. Möglich ist auch die Verwendung eines Kondensatorarrays der entsprechend angesteuert wird, oder eines Drehkondensators. In this way, a quiescent value or an output value of the switchgear system can easily be set to a predefined value. This value can be zero, but in practice a value other than zero is chosen. By means of the adjustable impedance, the switching strip system can thus be set to a predefined voltage difference when installed. This is of considerable importance when the switchboard system according to the invention is installed as a series product. It can not be avoided that the installation conditions of the switching strip system, for example on a motor-driven tailgate of a vehicle, are not always exactly the same. By means of the adjustable impedance, an automatic adjustment can then be made immediately after installation of the switch strip system. This can be done, for example, in the production of motor vehicles on the assembly line. The transmitter can thereby be at rest, i. without an obstacle, always the same voltage value can be supplied. The adjustable impedance can be formed for example with one or more capacitance diodes in parallel and / or series connection, which are then connected by means of a particular automatic control so as to give the desired value of the adjustable impedance. It is also possible to use a capacitor array which is driven accordingly, or a variable capacitor.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Auswerteelektronik eine einstellbare Impedanz auf, um einen Abgleich des Ausgangssignals der Auswerteelektronik zu bewirken. Die einstellbare Impedanz kann in der Auswerteelektronik selbst vorgesehen sein, und vorteilhafterweise ist die einstellbare Impedanz im Rückkopplungszweig eines Verstärkers der Auswerteelektronik vorgesehen. In a development of the invention, the evaluation electronics have an adjustable impedance in order to bring about a balancing of the output signal of the evaluation electronics. The adjustable impedance can be provided in the transmitter itself, and advantageously the adjustable impedance is provided in the feedback branch of an amplifier of the transmitter.
In Weiterbildung der Erfindung beträgt ein Spannungspegel des Ansteuersignais das Zweifache bis Fünfzehnfache, insbesondere das Zehnfache, der Versorgungsspannung der Auswerteelektronik. In a further development of the invention, a voltage level of the Ansteuersignais is two to fifteen times, in particular ten times, the supply voltage of the transmitter.
Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit des Schaltleistensystems gegenüber elektromagnetischen Störungen weiter verringert werden. Der durch die Annäherung eines Hindernisses erzeugte Spannungshub ist durch den hohen Spannungspegel des Ansteuersignais deutlich hö- her als der Einfluss von elektromagnetischen Störungen, so dass die Sicherheit einer Detektion von Hindernissen erhöht werden kann. In this way, the sensitivity of the switchboard system to electromagnetic interference can be further reduced. The voltage swing generated by the approach of an obstacle is significantly higher than the influence of electromagnetic interference due to the high voltage level of the drive signal, so that the security of detection of obstacles can be increased.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Ansteuersignal als Sinussignal ausgebildet. Dieses Sinussignal weist vorteilhafterweise einen Spannungshub zwischen 20 V und 40 V, insbesondere 30 V, auf. Vorteilhafterweise weist die Ansteuerschaltung einen Schwingkreis auf, mit dem das als Sinussignal ausgebildet Ansteuersignal erzeugt werden kann. In a development of the invention, the drive signal is designed as a sinusoidal signal. This sinusoidal signal advantageously has a voltage swing between 20 V and 40 V, in particular 30 V, on. Advantageously, the drive circuit has a resonant circuit with which the drive signal designed as a sinusoidal signal can be generated.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Summe der Impedanzen des Schwingkreises kleiner als die Summe der Impedanzen der Brückenschaltung, die mit dem ersten Ende des Brückenzweiges verbunden sind. Dadurch ist der Schwingkreis niederohmig angebunden und durch Annä- herung eines Hindernisses wird das Ansteuersignal selbst nicht beeinflusst. In a further development of the invention, the sum of the impedances of the resonant circuit is smaller than the sum of the impedances of the bridge circuit, which are connected to the first end of the bridge branch. As a result, the resonant circuit is connected in a low-impedance manner, and the approach signal itself is not affected by approaching an obstacle.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Schwingkreis teilweise durch die Impedanzen der Brückenschaltung, die mit dem ersten Ende des Brückenzweiges verbunden sind, gebildet. Durch eine solche teilweise Integration des Schwingkreises in die Brückenschaltung kann die Summe der Impedanzen der Brückenschaltung, die mit dem ersten Ende des Brückenzweiges und so- mit dem in Erfassungsrichtung hinteren Leiter des Schaltleistenprofils verbunden sind, nieder- impedanter gestaltet werden. Dadurch kann die Reichweite bei der Detektion von Hindernissen mit dem erfindungsgemäßen Schaltleistensystem verbessert werden. In a further development of the invention, the resonant circuit is partially formed by the impedances of the bridge circuit, which are connected to the first end of the bridge branch. By such a partial integration of the resonant circuit in the bridge circuit, the sum of the impedances of the bridge circuit, which are connected to the first end of the bridge branch and thus connected in the detection direction rear conductor of the switching strip profile, can be made lower impedance. As a result, the range in the detection of obstacles can be improved with the switching strip system according to the invention.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Auswerteelektronik einen Differenzierer auf, wobei Eingangssignale des Differenzierers unterschiedlich gewichtet werden, um einen Abgleich des Ausgangssignals der Auswerteelektronik zu bewirken. Auch mittels unterschiedlicher Gewichtung der Eingangssignale eines Differenzierers kann ein automatischer Abgleich des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems vorgenommen werden, so dass beispielsweise geringfügig unterschiedliche Einbauverhältnisse bei der Serienproduktion automatisch kompensiert werden können. In Weiterbildung der Erfindung weist die Auswerteelektronik einen Mikrocontroller auf, wobei der Mikrocontroller unmittelbar mit dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges verbunden ist. In a development of the invention, the evaluation electronics have a differentiator, wherein input signals of the differentiator are weighted differently in order to effect a balancing of the output signal of the evaluation electronics. Also, by means of different weighting of the input signals of a differentiator, an automatic adjustment of the switching strip system according to the invention can be made, so that, for example, slightly different installation ratios can be automatically compensated in the series production. In development of the invention, the transmitter has a microcontroller, wherein the microcontroller is connected directly to the first end and the second end of the bridge branch.
Auch mittels eines Mikrocontrollers kann ein automatischer Abgleich der Spannungsdifferenz auf einen vorbestimmten Wert erfolgen, um gegebenenfalls unterschiedliche Einbauverhältnisse bei der Serienproduktion automatisch kompensieren zu können. Also by means of a microcontroller, an automatic adjustment of the voltage difference can be made to a predetermined value in order to automatically compensate for any different installation conditions in mass production can.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Verfahren zum kapazitiven Erfassen von Hindernissen mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem gelöst, bei dem das Auswerten einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Brückenzweiges vorgesehen ist. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen können dabei in beliebiger Weise kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Schaltleisten-systems gemäß einer ersten Ausführungsform, The problem underlying the invention is also solved by a method for the capacitive detection of obstacles with a sensor system according to the invention, in which the evaluation of a voltage difference between the first end and the second end of the bridge branch is provided. Further features and advantages of the invention will become apparent from the claims and the following description of preferred embodiments of the invention in conjunction with the drawings. Individual features of the various embodiments shown and described can be combined in any way, without exceeding the scope of the invention. 1 shows a block diagram of a switching strip system according to the invention according to a first embodiment,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Messprinzips des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, 2 is a schematic representation to illustrate the measuring principle of the switchboard system according to the invention,
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, 3 is a schematic diagram of a second embodiment of the switchboard system according to the invention,
Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, Fig. 5 ein Prinzipschaltbild einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, 4 is a schematic diagram of a third embodiment of the switchboard system according to the invention, 5 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the switchboard system according to the invention,
Fig. 6 ein Prinzipschaltbild einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, Fig. 7 ein Prinzipschaltbild einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, 6 shows a basic circuit diagram of a fifth embodiment of the switchboard system according to the invention, FIG. 7 shows a basic circuit diagram of a sixth embodiment of the switchboard system according to the invention,
Fig. 8 ein Prinzipschaltbild einer siebten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, wobei verschiedene mögliche Positionen einer oder mehrerer einstellbarer Impedanzen gestrichelt dargestellt sind und Fig. 9 ein Prinzipschaltbild einer achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltleistensystems. Fig. 8 is a schematic diagram of a seventh embodiment of the switchboard system according to the invention, wherein various possible positions of one or more adjustable impedances are shown in dashed lines and Fig. 9 is a schematic diagram of an eighth embodiment of the switchboard system according to the invention.
Die Darstellung der Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Schaltleistensystems oder Sensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein Schaltleistenprofil 10 weist einen in einer Erfassungsrichtung 12 gesehen hinteren Leiter 14 und einen in Erfassungsrich- tung 12 gesehen vorderen Leiter 16 auf. Die Erfassungsrichtung 12 stellt dabei lediglich die Mittellinie eines Erfassungsbereichs dar, der sich über einen größeren Winkelbereich erstrecken kann. Die beiden Leiter 16, 14 sind lediglich schematisch dargestellt und können eine andere geometrische Form aufweisen als die dargestellte geometrische Form. Der Einfachheit halber sind lediglich zwei Leiter 14, 16 dargestellt. Das Schaltleistenprofil 10 kann im Rahmen der Erfindung mehr als zwei Leiter aufweisen, beispielsweise einen in Erfassungsrichtung 12 hinten liegenden Leiter 14 und drei in Erfassungsrichtung 12 vorne liegende Leiter 16. Anstelle des Schaltleistenprofils kann im Rahmen der Erfindung auch allgemein ein kapazitiver Sensor mit wenigstens zwei leitfähigen Elementen vorgesehen sein, beispielsweise ein Flächensensor. The representation of FIG. 1 shows a schematic diagram of a circuit breaker system or sensor system according to the invention according to a first embodiment. A switching strip profile 10 has a rear conductor 14 as seen in a detection direction 12 and a front conductor 16 as seen in the detection direction 12. The detection direction 12 represents only the center line of a detection range, which may extend over a larger angular range. The two conductors 16, 14 are shown only schematically and may have a different geometric shape than the illustrated geometric shape. For simplicity, only two conductors 14, 16 are shown. In the context of the invention, the switching strip profile 10 can have more than two conductors, for example a conductor 14 located behind in the detection direction 12 and three conductors 16 located in the detection direction 12. Instead of the switching strip profile, a capacitive sensor with at least two conductive elements can generally be used within the scope of the invention Be provided elements, for example, a surface sensor.
Das Schaltleistensystem weist eine Steuerschaltung mit einem Ansteuerabschnitt 18 und einer Auswerteelektronik 20 auf. Die Auswerteelektronik 20 ist in dem Prinzipschaltbild der Fig. 1 lediglich in Form eines einzigen Operationsverstärkers 22 dargestellt, kann aber selbstverständlich mehrere Verstärker, Mikrocontroller oder dergleichen aufweisen, solange sie in der Lage ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Leiter 14 und dem zweiten Leiter 16 auszuwerten. Der Ansteuerabschnitt 18 weist eine Brückenschaltung 24 mit vier Impedanzen Z2, Z3, Z4 und Z5 auf. Ein Brückenzweig ist zwischen den Punkten P-ι und P2 definiert und der in Erfassungsrichtung 12 hintere Leiter 14 des Schaltleistenprofils 10 ist mit dem ersten Ende Pi des Brückenzweiges verbunden und der in Erfassungsrichtung 12 vordere Leiter 16 des Schaltleistenprofils 10 ist mit dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges verbunden. Mit dem ersten Ende Pi des Brückenzweiges verbunden sind die beiden Impedanzen Z2 und Z3. Z3 verbindet das erste Ende P-ι mit Masse. Z2 verbindet das erste Ende Pi des Brückenzweiges mit einem Schwingkreis 26. The switchgear system has a control circuit with a drive section 18 and evaluation electronics 20. The evaluation electronics 20 is shown in the schematic diagram of Fig. 1 only in the form of a single operational amplifier 22, but can of course have multiple amplifiers, microcontrollers or the like, as long as it is capable of a voltage difference between the first conductor 14 and the second conductor 16th evaluate. The drive section 18 has a bridge circuit 24 with four impedances Z 2 , Z 3 , Z 4 and Z 5 . A bridge branch is defined between the points P- 1 and P 2 , and the rear conductor 14 of the switching strip profile 10 in the detection direction 12 is connected to the first end Pi of the bridge branch and the front conductor 16 of the switching strip profile 10 in the detection direction 12 is connected to the second end P 2 of the bridge branch connected. Connected to the first end Pi of the bridge branch are the two impedances Z 2 and Z 3 . Z 3 connects the first end P-ι to ground. Z 2 connects the first end Pi of the bridge branch with a resonant circuit 26.
Das zweite Ende P2 des Brückenzweiges ist mit den Impedanzen Z4 und Z5 verbunden. Z5 verbindet das zweite Ende P2 des Brückenzweiges mit Masse. Z4 verbindet das zweite Ende P2 des Brückenzweiges mit dem Schwingkreis 26. The second end P 2 of the bridge branch is connected to the impedances Z 4 and Z 5 . Z 5 connects the second end P 2 of the bridge branch to ground. Z 4 connects the second end P 2 of the bridge branch to the resonant circuit 26.
Der Schwingkreis 26 weist eine erste Impedanz Z0 und eine zweite Impedanz Z-ι auf. Die Impedanzen Z2 und Z4 sind mit einem Punkt zwischen den beiden Impedanz Z0 und Z-ι verbunden. Z-i ist andererseits mit Masse verbunden. Die Darstellung des Schwingkreises 26 ist lediglich schematisch, der Schwingkreis 26 wird so angeregt, dass sich an dem Punkt zwischen den Im- pedanzen Z0 und Z-i ein Sinussignal ausbildet. The resonant circuit 26 has a first impedance Z 0 and a second impedance Z- 1 . The impedances Z 2 and Z 4 are connected to a point between the two impedances Z 0 and Z- 1 . On the other hand, Zi is connected to ground. The representation of the resonant circuit 26 is only schematic, the resonant circuit 26 is excited so that forms at the point between the impedances Z 0 and Zi a sinusoidal signal.
Die Summe der Impedanzen Z0 und Z-i , die die Impedanz des Schwingkreises 26 bilden, ist dabei kleiner als die Summe der zweiten Impedanz Z2 und der dritten Impedanz Z3. Die Summe der Impedanzen Z2 und Z3 ist wiederum kleiner als die Summe der vierten Impedanz Z4 und der fünften Impedanz Z5. Die Impedanzen Z2, Z3, Z4 und Z5 werden so gewählt, dass an dem hinteren Leiter 14 und dem vorderen Leiter 16 jeweils ein gewünschter Spannungspegel anliegt. Im Betrieb des Schaltleistensystems liegt somit an beiden Leitern 14, 16 ein Sinussignal an, wobei die Spannungsamplituden und die Spannungspegel dieser Sinussignale unterschiedlich sein können, je nach dem vorgesehenen Anwendungszweck aber auch gleich sein können. Die beiden Eingänge des Operationsverstärkers 22 bzw. allgemein die beiden Eingänge der Auswerteelektronik 20 sind mit dem ersten Ende Pi des Brückenzweiges bzw. dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges und somit auch mit den oder dem hinteren Leiter 14 bzw. den oder dem vorderen Leiter 16 verbunden. Der Operationsverstärker 22 bzw. die Auswerteelektronik 20 wertet somit eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende Pi des Brücken- zweiges und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges und, damit gleichbedeutend, die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitern 14, 16 aus. Im Ruhezustand, also dann, wenn sich in Erfassungsrichtung 12 gesehen kein Hindernis vor dem Schaltleistenprofil 10 befindet, erkennt die Auswerteelektronik 20 eine konstante Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitern 14, 16. Nähert sich nun ein Hindernis an das Schaltleistenprofil 10 an, so verändern sich die Kapazitäten zwischen dem hinteren Leiter 14 und Masse sowie zwischen dem vorderen Leiter 16 und Masse. Dies deshalb, da ein Hindernis, beispielsweise eine menschliche Hand, eine Kapazität zwischen sich und jedem der beiden Leiter 14, 16 bildet und darüber hinaus auch eine Kapazität zwischen sich und Masse ausbildet. Die Annäherung eines Hindernisses wird somit auch das Signal auf den beiden Leitern 14, 16 verändern. Da die Summe der Kapazitäten Z2 und Z3 von der Summe der Kapazitäten Z4 und Z5 verschieden ist, wird die Annäherung eines Hindernisses das Signal auf dem hinteren Leiter 14 anders beeinflussen als das Signal auf dem vorderen Leiter 16. Zwischen dem ersten Ende Pi und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges wird sich somit eine Spannungsdifferenz ausbilden, die mittels der Auswerteelektronik 20 erfasst und dahingehend ausgewertet werden kann, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts ein Hindernis detektiert wird. Infolge der Detektion eines Hindernisses kann dann beispielsweise der Antrieb einer elektrisch angetriebenen Heckklappe gestoppt oder reversiert werden. The sum of the impedances Z 0 and Zi, which form the impedance of the oscillatory circuit 26, is smaller than the sum of the second impedance Z 2 and the third impedance Z 3 . The sum of the impedances Z 2 and Z 3 is again smaller than the sum of the fourth impedance Z 4 and the fifth impedance Z 5 . The impedances Z 2 , Z 3 , Z 4 and Z 5 are selected such that a desired voltage level is applied to the rear conductor 14 and the front conductor 16, respectively. During operation of the switchgear system, a sinusoidal signal is thus applied to both conductors 14, 16, wherein the voltage amplitudes and the voltage levels of these sinusoidal signals may differ, depending on the intended application, but may also be the same. The two inputs of the operational amplifier 22 or generally the two inputs of the evaluation electronics 20 are connected to the first end Pi of the bridge branch or the second end P 2 of the bridge branch and thus also to the or the rear conductor 14 or the front conductor or the 16th connected. The operational amplifier 22 or the evaluation electronics 20 thus evaluates a voltage difference between the first end Pi of the bridge branch and the second end P 2 of the bridge branch and, thus, the voltage difference between the two conductors 14, 16. In the idle state, that is, when seen in detection direction 12 no obstacle in front of the switching strip profile 10, detects the transmitter 20 a constant voltage difference between the two conductors 14, 16. Now approaches an obstacle to the contact strip 10, so change the Capacities between the rear conductor 14 and ground and between the front conductor 16 and ground. This is because an obstacle, such as a human hand, forms a capacitance between itself and each of the two conductors 14, 16 and also forms a capacitance between itself and ground. The approach of an obstacle will thus also change the signal on the two conductors 14, 16. Since the sum of the capacitances Z 2 and Z 3 is different from the sum of the capacitances Z 4 and Z 5 , the approach of an obstacle will affect the signal on the rear conductor 14 differently than the signal on the front conductor 16. Between the first end Pi and the second end P 2 of the bridge branch will thus form a voltage difference, which can be detected by the evaluation electronics 20 and evaluated to the effect that when a predetermined limit is exceeded, an obstacle is detected. As a result of the detection of an obstacle then, for example, the drive of an electrically driven tailgate can be stopped or reversed.
Anhand der Darstellung der Fig. 1 wird deutlich, dass die Annäherung eines Hindernisses sowohl das Signal auf dem hinteren Leiter 14 als auch das Signal auf dem vorderen Leiter 16 beeinflusst. Die Auswertung der Spannungsdifferenz zwischen dem hinteren Leiter 14 und dem vorderen Leiter 16 bzw. zwischen dem ersten Ende Pi und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges hat somit den prinzipiellen Nachteil, dass die Annäherung eines Hindernisses teilweise kompensiert wird. Überraschenderweise hat die Auswertung der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende Pi und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges aber den erheblichen Vorteil, dass auch Störeinflüsse auf den beiden Leitern 14, 16 selbsttätig kompensiert werden. Liegt die Schaltleiste 10 beispielsweise im Feld einer elektromagnetischen Strahlung, so werden hierdurch beide Leiter 14, 16 beeinflusst und somit wird auch das Signal auf beiden Leitern 14, 16 den Einfluss dieser elektromagnetischen Störung wiederspiegeln. Bei der Bildung der Differenz zwischen den Spannungen auf den beiden Leitern 14, 16 wird diese elektromagnetische Störung aber automatisch eliminiert. Dies gilt beispielsweise auch bei einer Störung durch Temperatureinfluss, beispielsweise wenn die Schaltleiste 10 ihre Temperatur verändert. Dadurch ändern sich auch zwangsläufig die Widerstände der Leiter 14, 16 und gegebenenfalls auch eine Kapazität zwischen den beiden Leitern 14, 16 sowie gegebenenfalls auch eine Kapazität der beiden Leiter 14, 16 zur Masse. Auch in einem solchen Fall werden aber die Signale auf beiden Leitern 14, 16 beeinflusst, so dass durch die Auswertung der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende Pi und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges diese Störeinflüsse eliminiert werden. Der prinzipbedingte Nachteil bei der Auswertung der Spannungsdiffe- renz zwischen beiden Leitern 14, 16 wird also durch den erheblichen Vorteil einer sehr geringen Empfindlichkeit gegenüber Störungen mehr als kompensiert. From the illustration of Fig. 1 it is clear that the approach of an obstacle affects both the signal on the rear conductor 14 and the signal on the front conductor 16. The evaluation of the voltage difference between the rear conductor 14 and the front conductor 16 or between the first end Pi and the second end P 2 of the bridge branch thus has the fundamental disadvantage that the approach of an obstacle is partially compensated. Surprisingly, however, the evaluation of the voltage difference between the first end Pi and the second end P 2 of the bridge branch has the considerable advantage that disturbing influences on the two conductors 14, 16 are automatically compensated. If the switching strip 10 is located, for example, in the field of electromagnetic radiation, then both conductors 14, 16 are influenced, and thus the signal on both conductors 14, 16 will also reflect the influence of this electromagnetic interference. In forming the difference between the voltages on the two conductors 14, 16, however, this electromagnetic interference is automatically eliminated. This also applies, for example, to a disturbance due to the influence of temperature, for example when the switching strip 10 changes its temperature. As a result, the resistances of the conductors 14, 16 and optionally also a capacitance between the two conductors 14, 16 and optionally also a capacitance of the two conductors 14, 16 to ground, inevitably change. Even in such a case, however, the signals on both conductors 14, 16 are influenced, so that these disturbing influences are eliminated by the evaluation of the voltage difference between the first end Pi and the second end P 2 of the bridge branch. The principle-related disadvantage in the evaluation of the voltage difference The difference between the two conductors 14, 16 is thus more than compensated for by the considerable advantage of a very low sensitivity to disturbances.
Die Darstellung der Fig. 2 dient zur Verdeutlichung des Messprinzips mit dem erfindungsgemäßen Schaltleistensystem, wobei die Messschaltung selbst der Übersichtlichkeit halber nicht ein- gezeichnet ist. Die beiden Leiter 14, 16 des Schaltleistenprofils 10 bilden jeweils eine Kapazität gegen Masse. Eine Kapazität zwischen dem in Erfassungsrichtung 12 gesehen hinteren Leiter 14 ist mit Z31 bezeichnet, eine Kapazität zwischen dem in Erfassungsrichtung 12 vorderen Leiter 16 und Masse ist mit Z51 bezeichnet. Eine Hand 30 bildet ein mittels des Schaltleistensystems zu detektierendes Hindernis. Die Hand 30 hat zur Masse eine Kapazität Z62, die den menschli- chen Körper mit seiner Ableitung gegen Masse repräsentiert. Die Hand 30 bildet mit dem in Erfassungsrichtung 12 vorderen Leiter 16 eine Kapazität Z60 aus und mit dem in Erfassungsrichtung 12 hinteren Leiter 14 eine Kapazität Z6i . Durch die Hand 30 werden somit die Spannungssignale auf beiden Leitern 14, 16 beeinflusst. Durch das Vorhandensein der Hand 30 verändern sich somit die Spannungen am ersten Ende Pi des Brückenzweiges und am zweiten Ende P2 des Brückenzweiges in die gleiche Richtung, jedoch unterschiedlich stark, da, wie erläutert wurde, die Impedanzen Z2 und Z3 im Vergleich zu Z4 und Z5 verschieden sind. Dadurch ergibt sich eine Spannungsdifferenz, die dann ausgewertet werden kann. Als vorteilhaft hat sich eine Bemessung der Impedanzen Z2, Z3, Z4 und Z5, siehe Fig. 1 , in der Weise ergeben, dass das Verhältnis The illustration of FIG. 2 serves to illustrate the measuring principle with the switching strip system according to the invention, the measuring circuit itself not being drawn in for the sake of clarity. The two conductors 14, 16 of the switching strip profile 10 each form a capacitance to ground. A capacitance between the rear conductor 14 seen in the detection direction 12 is denoted by Z 31 , a capacitance between the front conductor 16 in the detection direction 12 and the ground is denoted by Z 51 . A hand 30 forms an obstacle to be detected by means of the switching strip system. The hand 30 has a capacity Z 6 2 to the mass, which represents the human body with its derivation to mass. The hand 30 forms with the front in the detection direction 12 conductor 16 has a capacitance Z 60 and with the rear in the detection direction 12 conductor 14 has a capacitance Z 6 i. The hand 30 thus influences the voltage signals on both conductors 14, 16. As a result of the presence of the hand 30, the voltages at the first end Pi of the bridge branch and at the second end P 2 of the bridge branch change in the same direction, but vary greatly, since, as explained, the impedances Z 2 and Z 3 are compared with Z 4 and Z 5 are different. This results in a voltage difference, which can then be evaluated. It has proven to be advantageous to dimension the impedances Z 2 , Z 3 , Z 4 and Z 5 , see FIG. 1, in such a way that the ratio
gleich dem Verhältnis der Summe der Impedanzen im ersten bzw. zweiten Brückenzweiges ist, also is equal to the ratio of the sum of the impedances in the first and second bridge branches, that is
^61 Z2 ^ 3 ^ 61 Z 2 ^ 3
7 7 Λ- 7  7 7 Λ- 7
^ SO ώ4 ' ^ 5 ^ SO ώ 4 '^ 5
Das Ziel ist dabei, dass nach Möglichkeit an den Eingängen des Operationsverstärkers 22 kei- ne Phasenverschiebung der Eingangssignale auftritt. The goal here is that, if possible, no phase shift of the input signals occurs at the inputs of the operational amplifier 22.
Die Darstellung der Fig. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Schaltleistensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Erläutert werden lediglich die zur Ausführungsform der Fig. 1 unterschiedlichen Merkmale. Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist ein Schwingkreis in die Brückenschaltung 24 integriert. Der Schwingkreis wird durch die Impedanzen Z0, Z12 und Z13 gebildet. Das erste Ende Pi des Brückenzweiges liegt zwischen den Impedanzen Z12 und Z13. Die Impedanz Z4 ist mit einem Punkt zwischen den Impedanzen Z0 und Z12 verbunden. Durch die Integration des Schwingkrei- ses in den Zweig der Brückenschaltung, der mit dem ersten Ende Pi des Brückenzweiges verbunden ist, kann diese Seite der Brückenschaltung niederimpedanter gestaltet werden. Die Impedanz Z13 kann im Verhältnis zur Impedanz Z3 gemäß Fig. 1 somit kleiner gewählt werden. The representation of FIG. 3 shows a basic circuit diagram of a switching strip system according to the invention according to a further embodiment of the invention. Only the features different from those of the embodiment of FIG. 1 will be explained. In the embodiment of FIG. 3, a resonant circuit is integrated in the bridge circuit 24. The resonant circuit is formed by the impedances Z 0 , Z 12 and Z 13 . The first end Pi of the bridge branch lies between the impedances Z 12 and Z 13 . The impedance Z 4 is connected to a point between the impedances Z 0 and Z 12 . By integrating the oscillating circuit in the branch of the bridge circuit, which is connected to the first end Pi of the bridge branch, this side of the bridge circuit can be made niederimpedanter. The impedance Z 13 can thus be chosen smaller in relation to the impedance Z 3 according to FIG. 1.
Bei Annäherung eines Hindernisses liegt, siehe Fig. 2, die Impedanz Z13 parallel zur Kapazität Z31 , da sowohl die Impedanz Z13 als auch die Kapazität Z31 den in Erfassungsrichtung hinten liegenden Leiter 14 bzw. das erste Ende Pi des Brückenzweiges mit Masse verbinden. Gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 wird dadurch aber die Impedanz, die durch die Parallelschaltung der Impedanzen Z13 und Z31 gebildet ist, im Verhältnis zu der Summe der Impedanzen Z6i und Z62, siehe Fig. 2, kleiner. Die Impedanzen Z6i und Z62 stellen die Kapazität der Hand 30 zum hinteren Leiter 14 bzw. zwischen der Hand 30 und Masse dar. Dadurch reagiert das Schaltleistensystem empfindlicher auf die Annäherung einer Hand 30 und die Reichweite kann optimiert werden. When approaching an obstacle, see Fig. 2, the impedance Z 13 is parallel to the capacitance Z 31 , since both the impedance Z 13 and the capacitance Z 31 the rear in the detection direction conductor 14 and the first end Pi of the bridge branch to ground connect. Compared to the embodiment of FIG. 1, but the impedance, which is formed by the parallel connection of the impedances Z 13 and Z 31 , in relation to the sum of the impedances Z 6 i and Z 6 2, see Fig. 2, smaller. The impedances Z 6 i and Z 62 represent the capacitance of the hand 30 to the rear conductor 14 and between the hand 30 and ground. As a result, the contact strip system is more sensitive to the approach of a hand 30 and the range can be optimized.
Die Darstellung der Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltleistensystems. Das Schaltleistensystem der Fig. 4 weist ein erstes Schaltleistenprofil 10 und ein zweites Schaltleistenprofil 10' auf. Weitere Schaltleistungsprofile können in gleicher Weise angeschlossen sein. Jedem Schaltleistenprofil 10, 10' ist eine Auswerteelektronik 20 bzw. 20' zugeordnet. Jedem Schaltleistenprofil 10, 10' ist auch eine Brückenschaltung 24 bzw. 24' zugeordnet. Der Schwingkreis 26 speist das erzeugte Sinussignal sowohl in die Brückenschaltung 24 und damit in die Leiter des Schaltleistenprofils 10 als auch in die Brückenschaltung 24' und damit in die Leiter des Schaltleistenprofils 10' ein. Auf diese Weise können zwei oder mehr Schaltleistenprofile 10, 10' mit demselben Sinussignal angesteuert werden. Beispielsweise können Schaltleisten auf verschiedenen Seiten einer motorisch angetriebenen Heckklappe auf diese Weise angesteuert und ausgewertet werden. The representation of FIG. 4 shows a further embodiment of a switching strip system according to the invention. The switching strip system of FIG. 4 has a first switching strip profile 10 and a second switching strip profile 10 '. Other switching power profiles can be connected in the same way. Each switching strip profile 10, 10 'is associated with a transmitter 20 or 20'. Each switching strip profile 10, 10 'is also assigned a bridge circuit 24 or 24'. The resonant circuit 26 feeds the generated sinusoidal signal both into the bridge circuit 24 and thus into the conductors of the switching strip profile 10 as well as into the bridge circuit 24 'and thus into the conductors of the switching strip profile 10'. In this way, two or more switching strip profiles 10, 10 'can be controlled with the same sinusoidal signal. For example, switching strips on different sides of a motor-driven tailgate can be controlled and evaluated in this way.
Die Darstellung der Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltleistensystems. Auch bei dieser Ausführungsform sind zwei oder mehr Schaltleisten 10, 10' oder mehrere Sensoren vorgesehen und jeder dieser Schaltleisten 10, 10' oder Sensoren ist einer Auswerteelektronik 20 bzw. 20' zugeordnet. Wie bei der anhand der Fig. 3 erläuterten Ausführungsform ist der Schwingkreis in die Seite der Brückenschaltung integriert, die mit dem ersten Ende Pi bzw. P-i' des Brückenzweiges verbunden ist. Beispielsweise können zwei Schaltleisten 10, 10' mit einem oder mehreren kapazitiven Flächensensoren kombiniert werden. Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltleistensystems, wobei im Vergleich zu dem Schaltleistensystem der Fig. 1 lediglich eine einstellbare Impedanz Zv vorgesehen ist. Die einstellbare Impedanz Zv ist im Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers 22 vorgesehen. Mit der einstellbaren Impedanz Zv lässt sich die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leiter 14, 16 bzw. die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende Pi und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges auf einen gewünschten Wert einstellen. Dadurch lassen sich beispielsweise geringfügig unterschiedliche Einbauverhältnisse bei der Serienproduktion kompensieren, und an dem Operationsverstärker 22 bzw. an der Auswerteelektronik liegt im Ruhezustand, also ohne Vorhandensein eines Hindernisses, immer die gleiche Spannungsdifferenz an. Die einstellbare Impedanz Zv wird vorteilhafterweise unmittelbar nach dem Einbau des Schaltleistenprofils 10 eingestellt und das Schaltleistensystem dadurch abgeglichen. Dies kann beispielsweise während der Produktion am Fließband geschehen, beispielsweise dann, wenn das Schaltleistenprofil 10 im Bereich der Heckklappe eines Kraftfahrzeugs angebracht wurde. Die Darstellung der Fig. 7 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Schaltleistensystem, wobei im Unterschied zu der Darstellung der Fig. 6 die einstellbare Impedanz Zv nun parallel zur Impedanz Z2 vorgesehen wurde, die das erste Ende Pi des Brückenzweiges mit dem Punkt zwischen den Impedanzen Z0 und Z-ι verbindet. Auch eine solche Anordnung der einstellbaren Impedanz Zv erlaubt einen insbesondere automatischen Abgleich der Spannungsdifferenz zwi- sehen dem ersten Ende Pi und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges. The representation of FIG. 5 shows a further embodiment of a switching strip system according to the invention. Also in this embodiment, two or more switching strips 10, 10 'or more sensors are provided and each of these switching strips 10, 10' or sensors is assigned to a transmitter 20 or 20 '. As in the embodiment explained with reference to FIG. 3, the resonant circuit is integrated into the side of the bridge circuit which is connected to the first end Pi or Pi 'of the bridge branch. For example, two switching strips 10, 10 'can be combined with one or more capacitive surface sensors. FIG. 6 shows a further embodiment of a switch strip system according to the invention, wherein only an adjustable impedance Z v is provided in comparison with the switch strip system of FIG. 1. The adjustable impedance Z v is provided in the feedback branch of the operational amplifier 22. With the adjustable impedance Z v , the voltage difference between the two conductors 14, 16 or the voltage difference between the first end Pi and the second end P 2 of the bridge branch can be set to a desired value. As a result, for example, slightly different installation conditions can be compensated in series production, and at the operational amplifier 22 or at the transmitter is in the idle state, ie without the presence of an obstacle, always the same voltage difference. The adjustable impedance Z v is advantageously set immediately after the installation of the switching strip profile 10 and the switching strip system is thereby adjusted. This can happen, for example, during production on the assembly line, for example when the safety edge profile 10 has been mounted in the region of the tailgate of a motor vehicle. The representation of FIG. 7 shows a further switchgear system according to the invention, wherein, in contrast to the representation of FIG. 6, the adjustable impedance Z v has now been provided in parallel to the impedance Z 2 connecting the first end Pi of the bridge branch to the point between the impedances Z 0 and Z-ι connects. Such an arrangement of the adjustable impedance Z v also allows a particularly automatic adjustment of the voltage difference between the first end Pi and the second end P 2 of the bridge branch.
Die Darstellung der Fig. 8 zeigt das Schaltleistensystem der Fig. 1 , wobei gestrichelt unterschiedliche mögliche Positionen der einstellbaren Impedanz Zv eingetragen sind. Jede dieser gestrichelt eingetragenen Positionen der einstellbaren Impedanz Zv kann alleine gewählt werden, es sind aber auch zwei oder mehr einstellbare Impedanzen Zv an den dargestellten Positi- onen möglich, um einen automatischen Abgleich der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende Pi und dem zweiten Ende P2 des Brückenzweiges vorzusehen. The representation of FIG. 8 shows the circuit breaker system of FIG. 1, wherein dashed lines different possible positions of the adjustable impedance Z v are entered. Each of these positions of the adjustable impedance Z v entered in dashed lines can be chosen alone, but two or more adjustable impedances Z v at the positions shown are also possible in order to automatically balance the voltage difference between the first end Pi and the second end P 2 of the bridge branch provided.
Die Darstellung der Fig. 9 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Sensorsystem, wobei zwischen den Operationsverstärker 22 und den beiden Leitern 14, 16 der Schaltleiste 10 eine weitere Impedanz ZE vorgesehen ist, die die beiden Leiter 14, 16 der Schaltleiste 10 miteinander verbindet. Die Impedanz ZE ist als Induktivität ausgebildet und zweckmäßigerweise an einem Ende der Schaltleiste 10 vorgesehen. Mittels der Impedanz ZE kann die Schaltung sehr schmal- bandig gemacht werden, wodurch im Bereich der Resonanzfrequenz eine sehr hohe Empfindlichkeit erreicht wird. Zusätzlich kann die Impedanz ZE zur Diagnose der Schaltleiste 10 ver- wendet werden, also zur Überprüfung, ob die Leiter 16 der Schaltleiste 10 unterbrochen oder auch kurz geschlossen sind. The illustration of FIG. 9 shows a further sensor system according to the invention, wherein a further impedance Z E is provided between the operational amplifier 22 and the two conductors 14, 16 of the switching strip 10, which connects the two conductors 14, 16 of the switching strip 10 to one another. The impedance Z E is designed as an inductance and expediently provided at one end of the switching strip 10. By means of the impedance Z E , the circuit can be made very narrowband, whereby a very high sensitivity is achieved in the region of the resonance frequency. In addition, the impedance Z E can be used to diagnose the safety edge 10. are used, so to check whether the head 16 of the safety edge 10 are interrupted or short-circuited.

Claims

Patentansprüche claims
Sensorsystem zur kapazitiven Erfassung von Hindernissen, mit einem kapazitiven Sensor mit wenigstens zwei leitfähigen Elementen (14, 16) und einer mit den leitfähigen Elementen (14, 16) verbundenen Steuerschaltung (18), wobei die Steuerschaltung (18) eine Brückenschaltung (24) aufweist, wobei ein erstes Ende (P1 ) des Brückenzweiges mit einem in Erfassungsrichtung (12) hinteren leitfähigen Element (14) des Sensors (10) und ein zweites Ende (P2) des Brückenzweiges mit einem in Erfassungsrichtung (12) vorderen leitfähigen Element (14) des Sensors (10) verbunden ist, wobei mittels eines Ansteuerabschnitts der Steuerschaltung (18) ein Ansteuersignal erzeugt wird und wobei die Summe der Impedanzen (Z2, Z3) der Brückenschaltung (24), die mit dem ersten Ende (P1 ) des Brückenzweiges verbunden sind, kleiner ist als die Summe der Impedanzen (Z4, Z5) der Brückenschaltung (24), die mit dem zweiten Ende (P2) des Brückenzweiges verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal in beide leitfähigen Elemente (14, 16) eingespeist wird und dass eine Auswerteelektronik (20) zum Auswerten einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende (P1 ) und dem zweiten Ende (P2) des Brückenzweiges vorgesehen ist. Sensor system for the capacitive detection of obstacles, comprising a capacitive sensor having at least two conductive elements (14, 16) and a control circuit (18) connected to the conductive elements (14, 16), wherein the control circuit (18) comprises a bridge circuit (24) in which a first end (P1) of the bridge branch has a rear conductive element (14) of the sensor (10) in the detection direction (12) and a second end (P2) of the bridge branch with a front conductive element (14) in the detection direction (12). the sensor (10) is connected, wherein by means of a drive section of the control circuit (18) a drive signal is generated and wherein the sum of the impedances (Z2, Z3) of the bridge circuit (24), which are connected to the first end (P1) of the bridge branch , is smaller than the sum of the impedances (Z4, Z5) of the bridge circuit (24) connected to the second end (P2) of the bridge branch, characterized in that the driving circuit nal in both conductive elements (14, 16) is fed and that an evaluation (20) for evaluating a voltage difference between the first end (P1) and the second end (P2) of the bridge branch is provided.
Sensorsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden leitfähigen Elemente als in Längsrichtung eines Schaltleistenprofils (10) durchgehende Leiter (14, 16) oder als flächige Elektroden oder Gitterelektroden eines kapazitiven Flächensensors ausgebildet sind. Sensor system according to claim 1, characterized in that the two conductive elements as in the longitudinal direction of a switching strip profile (10) continuous conductor (14, 16) or as a flat electrode or grid electrodes of a capacitive surface sensor are formed.
Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerabschnitt eine erste Impedanz aufweist, wobei das erste Ende (P1 ) des Brückenzweiges zwischen einer zweiten und einer dritten Impedanz (Z2, Z3) angeordnet ist und das zweite Ende (P2) des Brückenzweiges zwischen einer vierten und fünften Impedanz (Z4, Z5) angeordnet ist, wobei die erste Impedanz kleiner ist als die Summe der zweiten und dritten Impedanz (Z2, Z3) und die Summe der zweiten und dritten Impedanz (Z2, Z3) kleiner ist als die Summe der vierten und fünften Impedanz (Z4, Z5). Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the drive section has a first impedance, wherein the first end (P1) of the bridge branch between a second and a third impedance (Z2, Z3) is arranged and the second end (P2) of the bridge branch is arranged between a fourth and fifth impedance (Z4, Z5), wherein the first impedance is smaller than the sum of the second and third impedances (Z2, Z3) and the sum of the second and third impedances (Z2, Z3) is smaller than that Sum of the fourth and fifth impedances (Z4, Z5).
Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu wenigstens einer der Impedanzen (Z2, Z3, Z4, Z5) der Brückenschaltung eine einstellbare Impedanz (Zv) vorgesehen ist, um über eine Veränderung der einstellbaren Impedanz (Zv) einen Abgleich der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende (P1 ) und dem zweiten Ende des Brückenzweiges zu bewirken. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that parallel to at least one of the impedances (Z2, Z3, Z4, Z5) of the bridge circuit, an adjustable impedance (Zv) is provided to compensate for a change in the adjustable impedance (Zv) To cause voltage difference between the first end (P1) and the second end of the bridge branch.
5. Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (20) eine einstellbare Impedanz (Zv) aufweist, um einen Abgleich des Ausgangssignals der Auswerteelektronik (20) zu bewirken. 5. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter (20) has an adjustable impedance (Zv) to effect a comparison of the output signal of the transmitter (20).
6. Sensorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Impedanz (Zv) im Rückkopplungszweig eines Verstärkers (22) der Auswerteelektronik (20) vorgesehen ist. 6. Sensor system according to claim 5, characterized in that the adjustable impedance (Zv) in the feedback branch of an amplifier (22) of the transmitter (20) is provided.
7. Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungspegel des Ansteuersignais das Zweifache bis 15fache, insbesondere das zehnfache, der Versorgungsspannung der Auswerteelektronik (20) beträgt. 7. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that a voltage level of the drive signal is twice to 15 times, in particular ten times, the supply voltage of the transmitter (20).
8. Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal als Sinussignal ausgebildet ist. 8. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the drive signal is formed as a sinusoidal signal.
9. Sensorsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sinussignal einen Spannungshub zwischen 20 Volt und 40 Volt, insbesondere 30 Volt, aufweist. 9. Sensor system according to claim 8, characterized in that the sine signal has a voltage swing between 20 volts and 40 volts, in particular 30 volts.
10. Sensorsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung einen Schwingkreis (26) aufweist. 10. Sensor system according to claim 8 or 9, characterized in that the drive circuit has a resonant circuit (26).
1 1 . Sensorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Impedanzen (Z0, Z1 ) des Schwingkreises kleiner ist als die Summe der Impedanzen (Z2, Z3) der Brückenschaltung (24), die mit dem ersten Ende (P1 ) des Brückenzweiges verbunden sind. 1 1. Sensor system according to claim 10, characterized in that the sum of the impedances (Z0, Z1) of the resonant circuit is smaller than the sum of the impedances (Z2, Z3) of the bridge circuit (24), which are connected to the first end (P1) of the bridge branch ,
12. Sensorsystem nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis teilweise durch die Impedanzen (Z12, Z13) der Brückenschaltung (24), die mit dem ersten Ende (P1 ) des Brückenzweiges verbunden sind, gebildet ist. 12. Sensor system according to claim 10 or 1 1, characterized in that the resonant circuit is formed in part by the impedances (Z12, Z13) of the bridge circuit (24) which are connected to the first end (P1) of the bridge branch.
13. Verfahren zum kapazitiven Erfassen von Hindernissen mit einem Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Auswerten einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ende (P1 ) und dem zweiten Ende (P2) des Brückenzweiges. 13. A method for capacitive detection of obstacles with a sensor system according to any one of the preceding claims, characterized by evaluating a voltage difference between the first end (P1) and the second end (P2) of the bridge branch.
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