ES2343192T3 - Dispositivo conmutador activado por capacitancia. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo conmutador activado por capacitancia para suministrar al menos una señal de control después de la alimentación de un voltaje de entrada y un acoplamiento de una carga capacitativa con un campo eléctrico, comprendiendo dicho dispositivo conmutador activado por capacitancia: (a)un medio de capacitancia (41) asociado a dicho campo eléctrico, incluyendo dicho medio de capacitancia (41): (i)un generador (42) capaz de generar una onda senoidal (44) de una frecuencia predeterminada (46); (ii)al menos una salida de antena (49) para permitir la transmisión de dicha onda senoidal (44); (iii)una primera resistencia (50) que tiene un valor de resistencia predeterminado y que tiene un primer cable (72) acoplado a dicho generador (42) y un segundo cable (73) acoplado a dicha al menos una salida de antena (49), habilitando dicha primera resistencia (50) la generación de un primer voltaje en dicho primer cable (72) y un segundo voltaje en dicho segundo cable (73); (iv)un primer medio de comunicación para suministrar una señal analógica asociada a dicho segundo voltaje; y (v) unos segundos medios de comunicación para suministrar una pluralidad predeterminada de primeras señales digitales (74) y recibir una pluralidad predeterminada de segunda señal digital (75); (b)un primer suelo acoplado a dicho medio de capacitancia; (c)un voltaje operativo asociado a dicho voltaje de entrada y aplicado a dicho medio de capacitancia para permitir a dicho generador generar dicha onda senoidal; (d)un microcontrolador (78) acoplado a dicho medio de capacitancia (41) y que tiene al menos un tercer medio de comunicación que está en comunicación eléctrica con dicho primer medio de comunicación de dicho medio de capacitancia (41) para recibir dicha señal analógica y un cuarto medio de comunicación que está en comunicación eléctrica con dicho segundo medio de comunicación de dicho medio de capacitancia (41) para recibir dicha pluralidad predeterminada de dichas primeras señales digitales (74) y suministrar dicha pluralidad predeterminada de dichas segundas señales digitales (75), suministrando dicho microcontrolador (78) una señal de salida al recibir dicha segunda señal de voltaje; y (e)un medio conductor de salida acoplado a dicho microcontrolador (78) para recibir dicha señal de salida y para suministrar dicha al menos una señal de control, donde dicho microcontrolador (78) está programado para ejecutar un algoritmo de software predeterminado capaz de diferenciar entre un movimiento gradual de dicha carga capacitativa dentro de dicho campo eléctrico dando como resultado un cambio gradual de dicho segundo voltaje sobre un primer periodo de tiempo predeterminado y un movimiento acelerado de dicha carga capacitativa a través de dicho campo eléctrico dando como resultado un cambio de dicho segundo voltaje sobre un segundo período de tiempo predeterminado, siendo dicho segundo período de tiempo predeterminado sustancialmente más pequeño que dicho primer período de tiempo predeterminado.
Description
Dispositivo conmutador activado por
capacitancia.
La presente invención se refiere, en general, a
un dispositivo conmutador y, más particularmente, la presente
invención se refiere a un dispositivo conmutador operable por una
carga capacitativa y, aún más particularmente, la presente invención
se refiere a un dispositivo conmutador activado por capacitancia
para su uso en un vehículo de tránsito.
La siguiente información preliminar es provista
para ayudar al lector a entender el ambiente donde la invención será
usada normalmente. Los términos usados aquí no están destinados a
quedar limitados a cualquier interpretación particular restrictiva a
menos que se especifique lo contrario en este documento.
Es bien conocido que una gran mayoría de
vehículos de tránsito urbano utilizan una pluralidad de sistemas de
puertas motorizadas laterales para la entrada y salida de pasajeros.
En algunas aplicaciones tales como túneles subterráneos, donde los
vehículos de transporte circulan en una configuración múltiple de
vehículo y además circulan en un entorno climáticamente controlado y
donde el pasajero generalmente paga primero para acceder al vehículo
de transporte, todos los sistemas de puertas laterales en cada
vehículo de transporte son accionados en cada estación.
En otras aplicaciones, especialmente donde los
vehículos de tránsito circulan sobre el suelo, los pasajeros pueden
pagar sólo al entrar al vehículo a través de sólo una puerta lateral
localizada junto a un conductor del vehículo mientras que las demás
puertas son usadas predominantemente para la salida de los
pasajeros. En aplicaciones de este tipo, es deseable mantener un
ambiente climático interior constante de los vehículos de tránsito
para la comodidad de los pasajeros y minimizar el efecto de factores
medioambientales externos. Además, los sistemas de las puertas
laterales que operan parcialmente reduce el desgaste de los
componentes y aumenta la durabilidad y Habilidad de sistemas de este
tipo de puerta lateral. Por lo tanto, en aplicaciones de este tipo,
es común que un conductor del vehículo pueda abrir tales puertas
laterales de forma selectiva poniendo las demás puertas en una
condición que permita al pasajero abrir las puertas laterales de
este tipo al contactar unos dispositivos de conmutación montados,
bien directamente en la puerta lateral, o en su proximidad.
Los dispositivos interruptores bien conocidos
usados en tales aplicaciones son interruptores de barras táctiles y
de cinta táctil. La patente estadounidense núm. 4,022,996 titulada
"Switching Mechanism for Bus Doors with Manually Operated Touch
Bar" enseña una barra táctil que comprende un elemento tubular
terminado en carcasas superiores e inferiores en cada extremo que
permite una pequeña gama de movimientos laterales en cualquier
dirección. Bien una o ambas carcasas del extremo contienen un
interruptor de naturaleza electromecánica que es activado con el
movimiento del elemento tubular provocado por el contacto del
pasajero. La señal eléctrica resultante es usada por el
accionamiento de la puerta y controlador de puerta para abrir la
puerta que habilita luego la salida de los pasajeros.
La patente estadounidense núm. 5,118,910
titulada "Illuminated, pressure-actuated
switch" enseña un interruptor de cinta adecuado de presionar en
cualquier sitio para abrir las puertas de un vehículo de transporte.
El interruptor incluye un par de electrodos que son distanciados en
un estado de condición firme no activado y que producen una señal
eléctrica al ser aplicada una presión a una superficie externa del
interruptor de cinta. La señal eléctrica resultante se usa por el
accionamiento de puerta y controlador de puerta para abrir la
puerta, lo que permite la salida de pasajeros.
Una desventaja de este tipo de dispositivos es
que contienen componentes en movimiento, que reducen la fiabilidad
de rendimiento en el tiempo y están asociados a costes de
fabricación aumentados. Otra desventaja de este tipo de dispositivos
es que éstos requieren una presión que debe serles aplicada para
conseguir la activación, haciendo así su uso más difícil para una
persona discapacitada o un niño.
Como puede verse en la discusión anterior, hay
una necesidad de un dispositivo interruptor mejorado que elimina el
uso de componentes en movimiento y sea más adecuado para el uso por
un pasajero con discapacidad o un niño.
Es bien conocido que un sistema de puertas de
vehículo de tránsito debe incorporar una capacidad de detección de
obstrucción durante el ciclo de cierre para detectar un pasajero o
un objeto presente en el camino de la puerta de cierre.
Generalmente, la detección de obstrucción es realizada por cuatro
métodos diferentes.
En un primer aspecto, según lo enseñado por la
patente estadounidense 4,371,762 titulada "Contactless Pressure
Sensitive Switch", un borde de caucho sensible es empleado en el
borde delantero de la puerta en combinación con un interruptor de
onda de presión con una conexión eléctrica con el controlador de
puerta. La sensibilidad del borde de caucho es conseguida al
incorporar una cámara hermética con una conexión de un orificio
predeterminado al interruptor de onda de presión. El pasajero u
objeto que contacta el borde de caucho durante el ciclo de cierre de
la puerta deformará el borde de caucho provocando así la presión
diferencial dentro de la cámara de sello para cambiar el estado de
presión del interruptor de onda y prevenir el cierre de la puerta
adicional a través del controlador de puerta bien terminando el
movimiento de cierre o invirtiendo el movimiento de la puerta en la
dirección de apertura.
Una variación del método de detección de
obstrucción de este tipo está unida al uso de un interruptor de tipo
de cinta eléctrica insertado en una cámara y a una conexión
eléctrica con el controlador de puerta, por lo cual los contactos
opuestamente dispuestos del interruptor cooperan el uno con el otro
después de la deformación del borde de
caucho.
caucho.
En un segundo aspecto, como mejor se muestra
según la patente estadounidense 6,064,165 titulada "Power Window
or Panel Controller", un microprocesador basado en un controlador
de puerta ejecuta un algoritmo de software durante el movimiento de
cierre de la puerta y monitores y compara los parámetros tales como
la corriente eléctrica, posición contra tiempo y otros contra un
umbral predeterminado. El pasajero u objeto que contacta la puerta
durante el ciclo de cierre causará que este tipo de parámetros para
difieran del umbral, por ejemplo la corriente eléctrica aumentará,
permitiendo que el controlador de puerta prevenga además el cierre
de la puerta.
En un tercer aspecto, la detección de
obstrucción puede ser posibilitada por el controlador de puerta si
la puerta no alcanzó una posición de cierre final dentro de un
período de tiempo predeterminado.
En un cuarto aspecto, como se muestra en la
patente estadounidense 6,334,642 titulada "Door Control
Apparatus", el método de detección de obstrucción emplea un
sensor centralmente instalado sobre la abertura de puerta y con una
conexión eléctrica con el controlador de la puerta. La presencia del
pasajero u objeto será detectada por el sensor permitiendo al
controlador de la puerta prevenir que ésta se siga cerrando.
La desventaja principal de los tres primeros
métodos es que la detección de obstrucción se posibilita sólo sobre
el contacto físico con el pasajero u objeto que no es deseable
cuando este pasajero es un niño o un adulto con limitadas
capacidades físicas al poder resultar algún tipo de lesión por el
contacto con la puerta en movimiento.
La utilización de sensores remotos en el cuarto
método elimina el contacto físico pero es generalmente costoso para
implementar y está sujeto a la afinación precisa con el fin de
adecuar el área de cobertura y minimizar el ruido externo.
Por lo tanto, se desea implementar la detección
de obstrucción que sustancialmente minimice o elimine el contacto
físico entre el pasajero u objeto y la puerta que se está cerrando y
reduzca los costes de instalación.
Es observado que WO96/36134 expone un sistema
para la detección sin contacto y señalización que usa el cuerpo
humano como medio de transmisión de la señal. El sistema tiene un
transmisor y un receptor que son acoplados a través de un usuario y
el suelo. El transmisor genera una señal de baja frecuencia las que,
a través del acoplamiento capacitivo, pasan como corrientes de
desplazamiento hacia y desde el cuerpo del usuario. El receptor
tiene diferentes electrodos y un circuito de detección dispuesto tal
como para detectar el movimiento del cuerpo.
En un aspecto, la presente invención supera las
desventajas de los dispositivos del interruptor usados actualmente
para abrir puertas utilizando un dispositivo de campo eléctrico de
formación de imágenes acoplado eléctricamente vía una antena
eléctrica conductora a un elemento de electrodo conductivo que es
fijado a la puerta o cualesquiera otras superficies adecuadas con el
uso de separadores de aislamiento eléctrico. Un dispositivo de
formación de imágenes de campo eléctrico de este tipo genera una
onda senoidal de una frecuencia predeterminada, que es transmitida
al elemento del electrodo produciendo así un campo circundante
eléctrico. Una resistencia de un valor predeterminado es
eléctricamente acoplado de forma intermedia entre el generador de
onda y al elemento del electrodo conductor. Cualquier parte del
cuerpo, tal como mano, brazo, hombro, o torso, que entra en este
tipo de campo eléctrico, creará una carga capacitativa debido al
cuerpo que está conectado a una superficie del suelo. La reducción
de la distancia entre la parte de cuerpo y el electrodo conductivo
aumentará la capacitancia y reducirá el voltaje intermedio, la
resistencia y el electrodo conductor que es una función inversa de
la capacitancia. Dicho cambio en el voltaje será detectado por una
combinación del dispositivo de campo eléctrico de formación de
imágenes y un microcontrolador acoplado a ello mediante voltaje de
comparación a cada extremo del resistor y el cambio que excede un
umbral predeterminado será asociado a una señal de salida. La señal
de salida de este tipo, recibida por un controlador de puerta,
estará interpretada de ese modo como una petición para abrir la
puerta, posibilitando un accionamiento de puerta conectado a la
puerta para moverla en una dirección de apertura.
Debido a que el cambio en voltaje será detectado
antes del contacto físico entre el pasajero y el elemento de
electrodo conductor, la abertura de la puerta no requerirá que el
pasajero aplique presión.
El dispositivo de formación de imágenes de campo
eléctrico y el microcontrolador pueden ser montados sobre un
circuito impreso que puede ser dispuesta dentro de un alojamiento de
la barra táctil, en el espacio ocupado por el interruptor
electromecánico o puede ser adaptado con su propio alojamiento y
dispuesto contiguo al elemento del electrodo conductor en una
configuración del interruptor de cinta táctil.
En configuraciones alternativas, la puerta misma
fabricada a partir del material conductor puede ser usada como un
dispositivo interruptor o el conductor de antena eléctrica puede ser
insertado en una parte de vidrio de la puerta permitiendo así al
pasajero abrir la puerta al acercarse a esta parte de vidrio.
En otro aspecto, la presente invención supera
las desventajas del dispositivo interruptor actualmente usado para
la detección de obstrucción utilizando el conductor de antena
eléctrica dispuesto dentro del borde de la puerta, a través de una
apertura generalmente extrudida de la misma. El pasajero o un objeto
presente en el camino de la puerta de cierre creará la carga
capacitativa al entrar en el campo eléctrico formado por el
conductor de antena eléctrica, permitiendo así al controlador de
puerta o bien interrumpir o revocar el movimiento del cierre inverso
de la
puerta.
puerta.
De forma alternativa, la puerta misma fabricada
de material conductor y acoplada al conductor de antena eléctrica
puede ser empleada para la detección de la obstrucción.
Es, por lo tanto, uno de los objetos primarios
de la presente invención proporcionar un dispositivo conmutador
activado por capacitancia.
Además otro objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo conmutador activado por capacitancia que
no incluya componentes movibles.
Es aún otro objeto de la presente invención,
proporcionar un dispositivo conmutador activado por capacitancia que
pueda ser empleado en la apertura de una puerta de un vehículo de
tránsito.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un dispositivo conmutador activado por capacitancia que
pueda ser empleado en la detección de obstrucción durante el
movimiento del cierre de puerta.
Es aún otro objeto de la presente invención
proporcionar un dispositivo conmutador activado por capacitancia que
reduzca los costes de fabricación.
Es objeto adicional de la presente invención
proporcionar un dispositivo conmutador activado por capacitancia que
no requiera aplicar presión para operar.
Es aún otro objeto de la presente invención
proporcionar un dispositivo conmutador activado por capacitancia que
pueda ser modificado fácilmente en el campo.
Además de los varios objetos y ventajas de la
presente invención que han sido descritos de forma general más
arriba, habrá varios otros objetos y ventajas de la invención que se
harán más evidentes a las personas expertas en la técnica pertinente
a partir de la siguiente descripción más detallada de la invención,
particularmente, cuando la descripción detallada se toma
conjuntamente con las figuras dibujadas adjuntas y con las
reivindicaciones anexas.
La fig. 1 es una vista en perspectiva parcial de
un vehículo de tránsito;
La fig. 2 es un diagrama esquemático de un
dispositivo conmutador activado por capacitancia de la presente
invención;
La fig. 3 es una vista elevacional de corte
transversal de una barra táctil para el vehículo de tránsito en
combinación con el dispositivo conmutador activado por capacitancia
de la presente invención;
La fig. 4 es una vista elevacional frontal del
interruptor táctil de la presente invención;
Las figuras 5a y 5c son vistas de corte
transversal del interruptor táctil a lo largo de las líneas
5-5 en la fig. 4 que muestran particularmente
disposición alternativa del dispositivo conmutador activado por
capacitancia de la presente invención;
La fig. 6 es una vista elevacional frontal del
dispositivo conmutador activado por capacitancia de la presente
invención en combinación con el tirador de puerta;
La fig. 7 es una vista parcial elevacional desde
arriba de las puertas del vehículo de tránsito; y
La fig. 8 es una vista elevacional frontal
parcial del dispositivo conmutador activado por capacitancia de la
presente invención en combinación con el borde de la puerta.
Antes de describir detalladamente la invención,
se avisa al lector que, por el bien de la claridad y comprensión,
han sido marcados los componentes idénticos que tienen funciones
idénticas, donde es posible, con los mismos números de referencia en
cada una de las figuras proporcionadas en este documento.
La operación y estructura de la presente
invención serán explicadas en combinación con una puerta para un
vehículo de tránsito, al ser obvio su uso en otras aplicaciones a
los expertos en la forma de la técnica pertinente.
Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia, generalmente designado 40, es ilustrado de forma
óptima en la fig. 2. El dispositivo conmutador activado por
capacitancia 40 activado comprende un medio de capacitancia,
generalmente designado 41, que tiene un generador 42 capaz de
generar una onda senoidal 44 de una frecuencia predeterminada 46. El
medio de capacitancia 41 está sujeto a un primer medio del suelo 48
y es adaptada para por lo menos recibir un voltaje operativo 97
asociado a un voltaje de entrada V_{INPUT}. Un primer resistor 50
de un primer valor predeterminado resistente es internamente
acoplado al generador 42 a un primer extremo 72 y es externamente
acoplado por lo menos a una salida de antena eléctrica 49 a un
segundo extremo 73. En la operación, este primer resistor 50
permitirá un primer voltaje V_{1} en un primer extremo 72 y un
segundo voltaje V_{2} en un segundo extremo 73. En una condición
de estado firme, sin que sea aplicada carga eléctrica a la al menos
una salida de la antena eléctrica 49, dicho primer voltaje V_{1}
es igual al segundo voltaje V_{2}. El medio de capacitancia 41 es
adaptado para suministrar al menos una primera señal digital 74,
preferiblemente siendo una pluralidad de primeras señales digitales
74, y al menos una señal de salida análoga 76 para el
microcontrolador 78 capaz de ejecutar un algoritmo de software
predeterminado. El medio de capacitancia 41 es posteriormente
adaptado para recibir al menos una segunda señal digital 75, siendo
preferiblemente una pluralidad de segundas señales digitales 75, del
microcontrolador 78. Preferiblemente, este tipo de medio de
capacitancia 41 es un modelo de dispositivo de formación de imágenes
de campo eléctrico MC 33794 fabricado por Motorola y/o su
subproducto-off, Freescale Semiconductor, Inc.
Al menos un conductor de antena eléctrica 52 es
eléctricamente acoplado a al menos una salida de antena eléctrica 49
en un extremo y a un medio de electrodo conductor 54 en un extremo
distal. El medio de electrodo conductor 54 es rígidamente fijado a
un elemento de montaje 56. Al menos un medio eléctrico aislante 58
puede ser proporcionado en la aplicación donde tal elemento 56 no
contiene capacidades intrínsecamente dieléctricas.
Como se ilustra esquemáticamente en la fig. 2,
un medio 60 que representa un objeto o parte del cuerpo humano es
acoplado al tercer medio de suelo 62, siendo generalmente la parte
de suelo 18. En la operación, después de la alimentación del voltaje
de entrada V_{INPUT}, el generador 42 generará la onda senoidal 44
que estará transmitida al medio del electrodo conductor 54 por al
menos un conductor de antena eléctrica 52 permitiendo la generación
de un campo eléctrico 64 que tiene una profundidad predeterminada y
que rodea al menos parcialmente el medio de electrodo conductor 54.
Cualquier objeto conectado al suelo o parte del cuerpo humano 60
conectados al tercer medio de conexión al suelo 62 y que entre en el
campo eléctrico 64 producirá una carga capacitativa 66. Dicha carga
capacitativa 66 supondrá que el segundo voltaje V_{2} sea más
pequeño que el primer voltaje V_{1}. El movimiento continuo del
objeto 60 hacia el medio de electrodo conductor 54 aumentará
progresivamente este tipo de carga capacitativa 66 y por tanto
reducirá progresivamente el segundo voltaje V_{2}. El valor máximo
de capacitancia será conseguido sobre el contacto de tal objeto 60
con el medio de electrodo conductor 54.
El cambio en el segundo voltaje V_{2} será
detectado por el microcontrolador 78 por medio de al menos una
entrada análoga 76 y el cambio que excede un umbral de voltaje
predeterminado en el algoritmo de software desencadenará una señal
de salida 80 generando al menos una señal de mando 92 al controlador
de puerta que no se muestra pero es bien conocido en la técnica.
Preferiblemente, un controlador de salida 90 es dispuesto de forma
intermedia entre la señal de salida 80 y al menos una señal de mando
92 para recibir este tipo de señal de salida 80 y generar al menos
una señal de control 92 que es una señal de voltaje y adicionalmente
siendo igual al voltaje de entrada V_{INPUT}.
El algoritmo de software es capaz de diferenciar
entre un movimiento gradual del medio 60 dentro del campo eléctrico
64, dado que tal movimiento gradual resultará en un cambio gradual
del segundo voltaje V_{2} sobre un primer período de tiempo
predeterminado y un impacto entre el medio 60 y el medio de
electrodo conductor 54 que supondrá el cambio del segundo voltaje
V_{2} sobre un segundo periodo de tiempo predeterminado que es
sustancialmente más pequeño que dicho primer periodo de tiempo
predeterminado.
La capacitancia del dispositivo interruptor
activado 40 puede ser adaptado con una segunda resistencia 86 que
tiene un segundo valor predeterminado resistente que es
eléctricamente acoplado al medio de capacitancia 41 por medio de un
camino eléctrico 87 para ajustar la frecuencia predeterminada 46 y,
más importante, para ajustar una profundidad predeterminada del
campo eléctrico 64.
La capacitancia del dispositivo interruptor
activado 40 puede además incluir un primer condensador 82 que tiene
un primer valor de capacitancia predeterminado generalmente
definiendo un límite de capacitancia inferior y segundo condensador
84 que tiene un segundo valor de capacitancia predeterminado
generalmente definiendo un límite de capacitancia superior. Será
apreciado que este tipo de primer condensador 82 generará una
primera referencia de voltaje 83 definiendo un límite superior
predeterminado del voltaje previsto del campo eléctrico 64 y dicho
segundo condensador 84 generará una segunda referencia de voltaje 85
definiendo un límite inferior predeterminado del voltaje previsto
del campo eléctrico 64. En un primer aspecto, este tipo de primeras
y segundas referencias de voltaje 83 y 85 respectivamente pueden ser
usadas por el microcontrolador 78 para medir el valor de
capacitancia real de la carga capacitativa 66. En un segundo
aspecto, la primera referencia de voltaje 83 puede ser usada por el
microcontrolador 78 para identificar una conexión eléctrica rota
acoplada al medio de capacitancia 41. En un tercer aspecto, el
microcontrolador 78 puede compensar para la temperatura
medioambiental o voltaje de entrada V_{INPUT} las variaciones por
continuadas mediciones de las primeras y segundas referencias de
voltaje 83 y 85 respectivamente, por comparación continua de
mediciones reales contra sus valores predeterminados por defecto y
almacenando la última diferencia calculada. En operación, esta
última diferencia calculada será usada por el microcontrolador 78
para ajustar proporcionalmente el segundo voltaje medido V_{2} por
medio del algoritmo de software.
En aplicaciones donde el voltaje de entrada
V_{INPUT} difiere de un voltaje operativo 97, que es 12 VDC para
MOTOROLA/Freescale Semiconductor, Inc modelo de dispositivo MC
33794, la capacitancia del dispositivo interruptor activado 40 puede
incluir adicionalmente un medio 96, tal como un regulador de voltaje
bien conocido 96, para convertir voltaje de entrada V_{INPUT} en
el voltaje operativo 97.
Será apreciado que los medios 96 puedan ser
también una fuente de energía interna tal como batería para
suministrar este tipo de voltaje operativo 97.
Preferiblemente, el medio de capacitancia 41, el
microcontrolador 78, el controlador de salida 90, los primeros y los
segundos condensadores 82 y 84 respectivamente, la segunda
resistencia 86, y el medio 96 son montados sobre un circuito impreso
98 por medio de un agujero pasante y métodos de montaje en
superficie. En una forma de realización alternativa, los componentes
de este tipo pueden ser dispuestos dentro del controlador de puerta
(no mostrado).
La atención del lector es ahora atraída a la
fig. 1 que ilustra una parte de un vehículo de tránsito,
generalmente designado 10, que tiene un elemento de suelo 12 y un
elemento de pared 14. Una puerta 30 está dispuesta dentro de una
abertura de pared 16 y es conducida por un empuje de puerta 34 en
una dirección de cierre y apertura a cubrir o descubrir por lo menos
parcialmente dicha abertura 16. La puerta 30 es soportada por un
medio de soporte de puerta 32 que puede estar integrado en el empuje
de puerta 34. Una parte de suelo 18 dispuesta junto a la puerta 30
puede ser construida como una superficie plana inclinada o
construido como un escalón que no es mostrado pero es bien conocido
en la técnica. Normalmente, un elemento de tracción 19 fabricado a
partir de material elastomérico o polimérico es aplicado a una
superficie de dicho elemento del suelo 12 y parte del suelo 18. El
elemento de tracción 19 puede ser una bien conocida placa de pedales
sensible.
De forma alternativa, parte del suelo de este
tipo 18 puede incorporar un dispositivo movible de accesibilidad (no
mostrado), tal como se enseña en la patente U.S. 5,775,232, que se
extiende externamente a partir del elemento de pared 14 para alojar
la entrada y salida de pasajeros con discapacidad o que precisan
asistencia adicional. Lo que enseña la patente U.S. 5,775,232 se
incorpora por su referencia.
Un elemento de pantalla 20 puede ser
proporcionado dentro del vehículo de tránsito 10 para separar un
área de asiento 22 del área de pie definido por la puerta 30 y parte
de suelo 18. Una segunda puerta 36 soportada por un medio de soporte
de puerta 38 puede ser dispuesta dentro de la abertura de pared 16
contiguo a la primera puerta 30. En dicha disposición, la primera
puerta 30 y la segunda puerta 36 se mueven en direcciones opuestas
para cubrir y descubrir la abertura de la pared 16.
La operación y estructura del dispositivo
activado por capacitancia 40 de la primera forma de realización es
ilustrada en una combinación con un elemento activador tal como
barra táctil, generalmente designada 100, que es rígidamente fijada
a al menos una puerta 30 contigua a su borde delantero 31. Como
mejor ilustrado en la fig. 3, la barra táctil de este tipo 100
comprende un elemento tubular 102 que tiene una pared 104 y que
están dispuesto entre un alojamiento superior 110 y un alojamiento
inferior 120 que están rígidamente fijados a la superficie de la
puerta 30.
El alojamiento superior 110 es adaptado con una
primera cavidad 112 para la fijación a un extremo del elemento
tubular 102, una primera abertura 114 y una segunda abertura 116 que
está alineada con una abertura 33 dispuesta dentro de la puerta 30.
La primera cavidad 112 puede ser provista de un ranura anular 117
para el alojamiento de un elemento elástico 118 que rodea el
elemento tubular 102. La primera abertura 114 es ajustada con un
tapón
terminal 122.
terminal 122.
El alojamiento inferior 120 es construido
generalmente similar al alojamiento superior excepto que éste no
contiene una abertura 116 y es posteriormente provisto del elemento
de cobertura 124.
Normalmente, los alojamientos superiores e
inferiores 110 y 120 respectivamente son fabricados de materiales
eléctricamente no conductores permitiendo la fijación directa a la
puerta 30. Será apreciado que una sustitución metálica electro
conductora pueda ser fácilmente hecha al emplear al menos un
aislador eléctrico 126 dispuesto de forma intermedia entre dichos
alojamientos y la puerta 30.
En la forma de realización preferida, el
dispositivo conmutador activado por capacitancia 40 es asegurado
dentro de la primera abertura 114, preferiblemente por el tapón
final 122. El al menos un conductor de antena eléctrica 52 es
eléctricamente y rígidamente fijado a superficies bien sean
interiores o exteriores de la pared 104 por cualquier método bien
conocido incluyendo pero no limitado a métodos como soldadura,
cobresoldadura o fijación mecánica.
En aplicaciones donde dicho elemento tubular 102
es fabricado a partir de un material no conductor la menos una
antena conductora eléctrica 52 puede incluir una parte de antena
rígida 52a longitudinalmente dispuesta dentro del elemento tubular
102.
El voltaje de alimentación V_{INPUT} y al
menos una señal de control 92 se proveen por medio de un conjunto de
cables 130 dirigido a través de la segunda abertura 116 y la
abertura de la puerta 33 al controlador de puerta (no mostrado).
En la operación, la presencia del voltaje de
alimentación V_{INPUT} generará un campo eléctrico 64 al menos que
rodea al menos parcialmente el elemento tubular 102. El pasajero que
se acerca al elemento tubular 102 con cualquier parte del cuerpo,
tal como mano, brazo, hombro, o torso creará una carga capacitativa
66 después del acceso a dicho campo eléctrico 64 que rodea al menos
parcialmente provocando que el valor del segundo voltaje V_{2}
cambie. Dicho cambio en el segundo voltaje V_{2} será detectado
por el medio de capacitancia 41 y el microcontrolador 78 y seguido
por la generación de la señal de salida 80 y posteriormente seguido
por la generación de al menos una señal de control 92, que será
interpretada por el controlador de puerta (no mostrado) como una
petición para abrir o reabrir la puerta 30 permitiendo el
accionamiento de puerta 34 para mover la puerta 30 en una dirección
de apertura. Al menos una señal de control 92 puede ser usada
adicionalmente para energizar indicadores visuales (no mostrados)
dispuesto sobre la puerta 30 o habilitando otra anunciación o
funciones de mando.
Será apreciado que desde que un condensador es
definido como un par de conductores eléctricos separados por un
espacio, cualquier revestimiento o material no conductor recubriendo
este tipo de elemento tubular 102 no interrumpirá la operación del
dispositivo conmutador activado por capacitancia 40.
También ha sido descubierto durante las pruebas
que un pasajero con un guante de invierno o un abrigo de invierno
pesado generará una carga de capacitancia al entrar en el campo
eléctrico 64, así; permitiendo la apertura de la
puerta 30.
puerta 30.
En una forma de realización alternativa, el
dispositivo conmutador activado por capacitancia 40 puede ser
montado remotamente, como mejor ilustrado por la referencia 99 en la
fig. 1. Será apreciado que en la instalación de este tipo, el
dispositivo conmutador activado por capacitancia 40 será dispuesto
dentro de un alojamiento 91 y el conjunto de cables 130 será
dirigido a través de la estructura del vehículo, la puerta 30 y el
alojamiento superior 110 y el conjunto de cables de este tipo 130
adicional contendrá al menos un conductor eléctrico 52.
Preferiblemente, dicho al menos un conductor de antena eléctrica 52
será resguardado y teniendo un conductor de protector 164 acoplado a
una salida de protector 51 del dispositivo conmutador activado por
capacitancia 40.
La estructura del dispositivo conmutador
activado por capacitancia 40 de otra forma de realización es
ilustrada en una combinación con un tipo de interruptor táctil,
generalmente designado 150, que puede ser fijado rígidamente a la
puerta 30 en la superficie interna y externa de la misma, parabrisas
20 o en otros lugares predeterminados dispuestos dentro del vehículo
de tránsito 10.
Como mejor ilustrado en las figuras 4 y
5a-5c, este tipo de interruptor de táctil 150 tiene
una configuración predeterminada y comprende un elemento conductor
frontal 152 y un elemento conductor opuesto trasero 154 separados
con un elemento aislante 156. El al menos un conductor de antena
eléctrico 52 es acoplado eléctricamente al elemento conductor
frontal 152 y el conductor de protección 164 es acoplado
eléctricamente al elemento conductor trasero 154. Un elemento
protector externo 158 fabricado a partir de un material no
conductor, preferiblemente un polímero o un elastómero, puede ser
empleado para proteger el interruptor táctil 150 de factores
medioambientales, tales como humedad, polvo y suciedad. La
indicación 160 puede estar dispuesta dentro del elemento externo
protector 158 o dispuesta en el elemento conductor anterior 152 para
suministrar una instrucción predeterminada a los pasajeros. Como ha
sido mencionado, al menos un aislador eléctrico 126 puede ser
dispuesto de forma intermedia entre el elemento conductor trasero
154 y la estructura de montaje, tal como la puerta 30 o parabrisas
20, en aplicaciones de este tipo donde puerta 30 o parabrisas 20 son
fabricadas a partir de cualquier material conductor.
El interruptor táctil 150 puede ser adjuntado
con el uso de un adhesivo 166 aplicado a la superficie trasera del
elemento conductor posterior 154 o el aislador eléctrico 126 o con
el uso de fijadores mecánicos bien conocidos.
Preferiblemente, para la eficiencia de costes de
fabricación, el interruptor de toque 150 es fabricado de un material
bien conocido de circuito impreso de doble cara, donde el elemento
conductor frontal 152 y el elemento conductor trasero 154 son hojas
de cobre de un peso predeterminado y el elemento aislante 156 es un
vidrio epoxídico FR-4 (G-10) de un
grosor predeterminado.
En una forma de realización alternativa, el
interruptor táctil 150 es adaptado con un elemento de alojamiento
168 dispuesto de forma intermedia entre el elemento conductor
trasero 154 y la estructura de montaje, tal como la puerta 30, como
ilustrado de forma óptima en la fig. 5b o dispuesto plano con el
interruptor táctil 150 como ilustrado de forma óptima en la fig. 5c.
Este tipo de alojamiento 168 es para contener localmente el
dispositivo conmutador activado por capacitancia 40.
Expertos en la técnica entenderán fácilmente que
la forma de realización de la fig. 5b será más adecuada para tocar
interruptores 150 que tienen una forma redonda, rectangular o
cuadrada mientras la forma de realización de la fig. 5c será más
adecuada para tocar interruptores 150 siendo usada para sustituir un
interruptor de cinta bien conocido que está generalmente
caracterizado por el hecho de que su longitud es significativamente
mayor que su anchura.
Se entiende además que dichos interruptores
táctiles 150 pueden ser empleados para impeler la puerta 30 en una
dirección de cierre cuando el controlador de puerta (no mostrado)
recibe una señal remota que permite cerrar la puerta.
Se puede apreciar que el dispositivo conmutador
activado por capacitancia 40 puede ser usado adicionalmente en
combinación con la puerta 30 que tiene sólo una manija 170
rígidamente fijada a la superficie de la misma como ilustrado de
forma óptima en la fig. 6. En la forma de realización de este tipo,
la manija 170 producirá un campo eléctrico 64 a través de al menos
un conductor de antena eléctrica 52 conectado a esta.
Será adicionalmente apreciado que al menos este
tipo de conductor de antena eléctrica 52 conectado directamente a la
puerta 30 fabricado a partir de un material metálico conductor,
incluyendo pero no limitado a aluminio y acero, generará un campo
eléctrico 64 sobre la superficie conductora de la puerta 30
permitiendo así usar la puerta 30 como un interruptor táctil y abrir
dicha puerta 30 en cualquier parte conductora de la misma.
Se entenderá que una parte típica de cristal de
ventana 174 de dicha puerta 30 será aislada de dicha superficie
conductora y no producirá el campo eléctrico 64. No obstante, la
parte de cristal de ventana 174 que contiene al menos uno y
preferiblemente un conjunto de electrodos introducidos 176 acoplado
a al menos un conductor eléctrico de antena 52, como se ilustra en
la fig. 6, producirá este tipo de campo eléctrico 64. Será apreciado
que la utilidad de dicha forma de realización sería especialmente
pertinente en aplicaciones que utilizan lo que es bien conocido como
una puerta 30 "todo vidrio". El al menos un conductor de antena
eléctrico 52 puede ser dirigido dentro del conjunto del cable
130.
La operación y estructura de la capacitancia del
dispositivo interruptor activado 40 para el empleo en detección de
obstrucción se ilustra mejor en las figuras 7 y 8. El borde
delantero 31 de la puerta 30 es normalmente adaptado con un borde
blando elástico 200 siendo un elastómero extrudido tal como caucho.
El borde 200 es ajustado con al menos una abertura longitudinal 202
contigua a la superficie externa del borde 200 para permitir la
compresión de la misma sobre el contacto con el borde opuesto 200
fijado a la puerta 36 cuando este tipo puertas 30 y 36 están
completamente cerradas o en contacto con un pasajero o un objeto. En
aplicaciones que utilizan un interruptor de onda a presión (no
mostrado) para la detección de obstrucción, dicha al menos una
abertura 202 es cerrada en cada extremo para proporcionar una cámara
hermética.
La colocación del al menos un conductor
eléctrico 52 dentro de al menos una abertura 202 de este tipo creará
el campo eléctrico 64 al menos rodeando parcialmente el borde 200.
Como la puerta 30 está siendo conducida a una dirección cerrada 204,
la presencia del pasajero 60 en su camino, como mejor ilustrado en
la fig. 7, generará una carga capacitativa 66 a una distancia
predeterminada 210 del borde 200 permitiendo así que el
microcontrolador 78 genere al menos una señal de control 92 que será
usada por el controlador de puerta (no mostrado) para o bien truncar
el movimiento de la puerta 30 en una dirección de cierre 204 o
invertir la dirección del movimiento para reabrir la puerta 30. Así,
la ventaja de la presente invención es que la obstrucción de este
tipo será al menos parcialmente detectada antes del contacto físico
del pasajero 60 con la puerta 30. Será apreciado que un objeto 61,
tal como un maletín en la fig. 7, acoplado a un pasajero 60 y capaz
de generar este tipo de carga capacitativa 66 permitiendo al
microcontrolador 78 generar al menos una señal de control 92.
En otra forma de realización de la presente
invención, al menos un electrodo 178 puede ser introducido dentro de
al menos una parte del elemento de tracción 19, con tal parte
dispuesta contigua a la puerta 30. En tal realización, un pasajero
en tal posición desencadenará al menos una señal de control 92
previniendo el cierre de la puerta 30.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante fue recopilada exclusivamente para la información del
lector y no forma parte del documento de la patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
\bullet US 4022996 A [0005]
\bullet US 5118910 A [0006]
\bullet US 4371762 A [0010]
\bullet US 6064165 A [0012]
\bullet US 6334642 B [0014]
\bullet WO 9636134 A [0018]
\bullet US 5775232 A [0047] [0047]
Claims (17)
1. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia para suministrar al menos una señal de control después
de la alimentación de un voltaje de entrada y un acoplamiento de una
carga capacitativa con un campo eléctrico, comprendiendo dicho
dispositivo conmutador activado por capacitancia:
- (a)
- un medio de capacitancia (41) asociado a dicho campo eléctrico, incluyendo dicho medio de capacitancia (41):
- (i)
- un generador (42) capaz de generar una onda senoidal (44) de una frecuencia predeterminada (46);
- (ii)
- al menos una salida de antena (49) para permitir la transmisión de dicha onda senoidal (44);
- (iii)
- una primera resistencia (50) que tiene un valor de resistencia predeterminado y que tiene un primer cable (72) acoplado a dicho generador (42) y un segundo cable (73) acoplado a dicha al menos una salida de antena (49), habilitando dicha primera resistencia (50) la generación de un primer voltaje en dicho primer cable (72) y un segundo voltaje en dicho segundo cable (73);
- (iv)
- un primer medio de comunicación para suministrar una señal analógica asociada a dicho segundo voltaje; y
- (v)
- unos segundos medios de comunicación para suministrar una pluralidad predeterminada de primeras señales digitales (74) y recibir una pluralidad predeterminada de segunda señal digital (75);
- (b)
- un primer suelo acoplado a dicho medio de capacitancia;
- (c)
- un voltaje operativo asociado a dicho voltaje de entrada y aplicado a dicho medio de capacitancia para permitir a dicho generador generar dicha onda senoidal;
- (d)
- un microcontrolador (78) acoplado a dicho medio de capacitancia (41) y que tiene al menos un tercer medio de comunicación que está en comunicación eléctrica con dicho primer medio de comunicación de dicho medio de capacitancia (41) para recibir dicha señal analógica y un cuarto medio de comunicación que está en comunicación eléctrica con dicho segundo medio de comunicación de dicho medio de capacitancia (41) para recibir dicha pluralidad predeterminada de dichas primeras señales digitales (74) y suministrar dicha pluralidad predeterminada de dichas segundas señales digitales (75), suministrando dicho microcontrolador (78) una señal de salida al recibir dicha segunda señal de voltaje; y
- (e)
- un medio conductor de salida acoplado a dicho microcontrolador (78) para recibir dicha señal de salida y para suministrar dicha al menos una señal de control,
donde dicho microcontrolador (78) está
programado para ejecutar un algoritmo de software predeterminado
capaz de diferenciar entre un movimiento gradual de dicha carga
capacitativa dentro de dicho campo eléctrico dando como resultado un
cambio gradual de dicho segundo voltaje sobre un primer periodo de
tiempo predeterminado y un movimiento acelerado de dicha carga
capacitativa a través de dicho campo eléctrico dando como resultado
un cambio de dicho segundo voltaje sobre un segundo período de
tiempo predeterminado, siendo dicho segundo período de tiempo
predeterminado sustancialmente más pequeño que dicho primer período
de tiempo predeterminado.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye una segunda resistencia
que tiene un segundo valor de resistencia predeterminado y está
eléctricamente acoplado a dicho medio de capacitancia para ajustar
dicha frecuencia predeterminada y para definir una profundidad
predeterminada de dicho campo eléctrico.
3. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye un medio acoplado a
dicho voltaje de entrada para la conversión del mismo en dicho
voltaje operativo, donde dicho voltaje de entrada es de una magnitud
más pequeña y una magnitud superior que dicho voltaje operativo.
4. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye un primer condensador
que tiene un valor de capacitancia predeterminado para definir
generalmente un límite de capacitancia inferior de dicho medio de
capacitancia, habilitando dicho primer condensador la generación de
una primera referencia de voltaje que define un voltaje de límite
superior predeterminado asociado a dicha carga capacitativa, que
comprende dicho campo eléctrico.
5. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye un segundo condensador
que tiene un valor de capacitancia predeterminado para definir
generalmente un límite de capacitancia superior de dicho medio de
capacitancia, permitiendo dicho segundo condensador generación de
una segunda referencia de voltaje que define un límite de voltaje
predeterminado inferior asociado a dicha carga capacitativa que
comprende dicho campo eléctrico.
6. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho medio de
capacitancia incluye al menos una salida protectora.
7. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye un circuito
impreso.
8. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde al menos una dicha
señal de control es una señal de voltaje.
9. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 8, donde dicha señal de voltaje
es igual en magnitud para dicho voltaje de entrada.
10. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye una fuente de energía
dispuesta en el mismo para suministrar dicho voltaje operativo.
11. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 10, donde dicha fuente de
energía interna es una batería eléctrica.
12. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye una carcasa.
13. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho algoritmo de
software predeterminado permite que dicho microcontrolador
proporcione dicha señal de salida cuando dicho segundo voltaje es
mayor que un umbral de voltaje predeterminado.
14. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 1, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye al menos un conductor
de antena eléctrica conectado a dicha al menos una salida de antena
para transmitir dicha onda senoidal.
15. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 14, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye un elemento de
activación acoplado a dicho al menos un conductor de antena
eléctrica y fijado a una estructura de montaje.
16. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 15, donde dicho elemento de
activación es fabricado a partir de un material electroconductor,
uno eléctricamente no conductor y una combinación de los mismos.
17. Un dispositivo conmutador activado por
capacitancia según la reivindicación 16, donde dicho dispositivo
conmutador activado por capacitancia incluye un elemento
eléctricamente no conductor dispuesto de forma intermedia entre
dicho elemento de activación y dicha estructura de montaje, donde
dicho elemento de activación y dicha estructura de montaje son
electroconductores.
Applications Claiming Priority (4)
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