ES2345356T3 - Conmutador capacitivo de aproximacion y aparato domestico con un conmutador de este tipo. - Google Patents
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Abstract
Conmutador capacitivo de aproximación, con una superficie de sensor (7) eléctricamente conductora, cubierta por una placa de cobertura (2) eléctricamente aislante, como parte de un condensador (17) con una capacidad que se puede modificar por aproximación, presentando la superficie de sensor (7) un apantallamiento activo, estando formado el apantallamiento activo por una superficie de apantallamiento (11), en la que se aplica, simultáneamente a la superficie de sensor (7), una señal de sincronización (28), de manera que no se produce ninguna diferencia de potencial entre la superficie de sensor (7) y la superficie de apantallamiento (11), caracterizado por que la superficie de apantallamiento (11) se puede unir con masa para la comprobación de funcionamiento del conmutador de aproximación (4) por un conmutador (31).
Description
Conmutador capacitivo de aproximación y aparato
doméstico con un conmutador de este tipo.
La invención se refiere a un conmutador
capacitivo de aproximación, con una superficie de sensor
eléctricamente conductora, cubierta por una placa de cobertura
eléctricamente aislante, como parte de un condensador con una
capacidad que se puede modificar por aproximación.
Ya se conocen numerosos dispositivos como, por
ejemplo, a partir del documento WO 00/52657, con sensores o
conmutadores capacitivos. La presente invención se refiere a un tipo
de construcción especial de conmutadores que actúan de forma
capacitiva, en el que se cubre una superficie de sensor
eléctricamente conductora por una placa de cobertura eléctricamente
aislante. Por tanto, un usuario no entra directamente en contacto
con la superficie de sensor, sino, se aproxima solamente a la misma
cuando entra en contacto con la placa de cobertura. La superficie
de sensor forma una placa de un condensador abierto, cuya capacidad
depende de la separación de una segunda placa (por ejemplo,
tierra), que se modifica, a modo de ejemplo, a través de la
aproximación de un dedo del usuario.
Ya se conoce un conmutador capacitivo de
aproximación de este tipo a partir del documento DE 695 19 701 T2.
En ese documento, se proporciona un conmutador semiconductor, cuya
entrada de señal se abastece con una señal de entrada en forma de
una serie de impulsos polarizados y que en estado de reposo, es
decir, si el conmutador de aproximación no se acciona, está en un
estado bloqueado, de manera que no se aplica ninguna señal de salida
a la salida de señal del conmutador semiconductor. Sin embargo, un
conmutador de aproximación de este tipo tiene la desventaja de que
un accionamiento por el usuario no se puede diferenciar claramente
de un manejo erróneo, a modo de ejemplo, por contaminaciones de la
placa de cobertura.
Por consiguiente, la presente invención se basa
en el objetivo de poner a disposición un conmutador capacitivo de
aproximación económico mejorado.
El objetivo que se ha indicado anteriormente se
resuelve en el caso de un conmutador capacitivo de aproximación del
tipo que se ha mencionado al principio, de acuerdo con la invención,
por que la superficie de sensor presenta un apantallamiento activo.
El apantallamiento activo está formado por una superficie de
apantallamiento, a la que se aplica, simultáneamente con la
superficie de sensor, una señal de sincronización. En caso de que
la superficie de sensor y la superficie de apantallamiento, situada
de forma adyacente a la superficie de sensor, se abastezcan al
mismo tiempo con una señal de sincronización lo más idéntica posible
o la misma, esto conlleva la ventaja de que entre la superficie de
sensor y la superficie de apantallamiento no se produce ninguna
diferencia de potencial, por tanto, ningún desplazamiento de carga
y, por lo tanto, ninguna influencia capacitiva en la superficie de
sensor. Esto es particularmente importante en cuanto a capacidades
del condensador formado con la superficie de sensor en el orden de
magnitud de picofaradio, ya que en este intervalo incluso pequeñas
capacidades de interferencia de, a modo de ejemplo, conductos,
superficies de sensor adyacentes o cubiertas de metal influyen en
una medición de la capacidad del condensador. A través de una
minimización de la influencia de estas capacidades de interferencia
en la superficie de sensor es posible, con ayuda del
apantallamiento activo, disponer el conmutador de aproximación en la
proximidad de partes metálicas de cubiertas, incluso si estas están
puestas a tierra. Además de eso, en este caso ya no es necesario
situar la superficie de sensor en proximidad directa a la
electrónica de evaluación del conmutador de aproximación para
minimizar capacidades de interferencia, sino, la superficie de
sensor se puede disponer junto con la superficie de apantallamiento
con una separación de la electrónica de evaluación. De este modo, se
hace posible realizar la superficie de sensor y los conductos de
unión en forma de una lámina económica de poliéster forrada de
cobre, que presenta una conexión a la electrónica de
evaluación.
Preferiblemente, la señal de sincronización se
aplica a través de una resistencia de baja impedancia a la
superficie de apantallamiento. De esta manera, la forma de señal de
la señal de sincronización en la superficie de apantallamiento se
puede adaptar a la forma de señal de la señal de sincronización en
la superficie de sensor. La señal de sincronización que se emite,
particularmente, de una salida analógica de un microprocesador, es
ventajosamente una señal de sincronización periódica,
particularmente, una señal rectangular, y presenta una frecuencia
preferentemente en el intervalo de 10 a 100 kilohercios. De este
modo, se garantiza una frecuencia suficiente de consulta de la
capacidad del condensador formado con la superficie de sensor para
la detección de un accionamiento del conmutador de aproximación.
Además de eso, se puede prescindir de un generador de frecuencia
separado caro para la generación de la señal de sincronización, por
lo que se reduce el número de piezas de construcción
necesarias.
De acuerdo con una realización preferida, la
superficie de apantallamiento se puede unir con masa para la
aplicación de potencial de masa por un conmutador. Entendiéndose en
este caso por masa un potencial fijo como, a modo de ejemplo, un
potencial de tierra o un potencial de referencia del conmutador de
aproximación. Para una comprobación del funcionamiento del
conmutador de aproximación, es decir, para la determinación de un
valor de referencia de la señal de salida, la superficie de
apantallamiento se puede unir con masa temporalmente a través del
conmutador, por lo que el apantallamiento activo se suspende
temporalmente y se simula un accionamiento del conmutador de
aproximación. De esta manera, se puede comprobar si existe una
desviación de señal suficiente de la señal de salida durante el
accionamiento del conmutador de aproximación o si, eventualmente,
existe un funcionamiento erróneo debido a contaminaciones o una
humectación de la placa de cobertura o debido a procesos de
envejecimiento del conmutador de aproximación. De esta manera, se
pueden evitar manejos erróneos del conmutador de aproximación, por
lo que se mejora la seguridad de funcionamiento del conmutador de
aproximación. Particularmente, un aparato equipado con el
conmutador de aproximación de acuerdo con la invención se puede
desconectar automáticamente cuando ya no está garantizado un
funcionamiento seguro del conmutador de aproximación. Eventualmente,
la desviación de señal de la señal de salida se puede adaptar
dinámicamente, a través de una modificación de la altura de la
señal de sincronización, es decir, el conmutador de aproximación se
puede calibrar automáticamente.
Ventajosamente, el conmutador presenta una
entrada de señal de control que está unida con una salida de señal
de control de un microprocesador. Particularmente el conmutador es
un transistor como, por ejemplo, un transistor de unión bipolar PNP
o NPN, cuya base está unida con la salida de señal de control del
microprocesador. Por lo tanto, el conmutador o el transistor se
pueden conmutar de modo sencillo por un programa de software a
través del microprocesador, de manera que es posible una
comprobación del funcionamiento del conmutador de aproximación en
momentos predefinidos.
Dependiendo del caso de aplicación, la
superficie de apantallamiento y la superficie de sensor se pueden
disponer de diferentes maneras. A modo de ejemplo, la superficie de
apantallamiento y la superficie de sensor se aplican sobre el lado
trasero de la placa de cobertura, donde la superficie de
apantallamiento rodea a la superficie de sensor. Particularmente,
la superficie de apantallamiento y la superficie de sensor pueden
estar aplicadas por metalización por evaporación, adhesión o
impresión sobre la parte trasera de la placa de cobertura. De forma
alternativa a esto, la superficie de apantallamiento y la superficie
de sensor se disponen sobre el mismo lado de un soporte, donde la
superficie de apantallamiento rodea asimismo a la superficie de
sensor.
En una realización adicional se dispone la
superficie de sensor sobre el lado delantero del soporte y la
superficie de apantallamiento, sobre el lado trasero del soporte,
al menos en la zona de la superficie de sensor. De esta manera, la
superficie de sensor se puede apantallar con respecto a la
electrónica de potencia dispuesta en la parte posterior,
particularmente en el caso de un aparato doméstico como, a modo de
ejemplo, una lavadora, una secadora, un lavavajillas, un aparato de
cocción, una campana extractora de humos, un frigorífico, un
acondicionador de aire, un calentador de agua o una aspiradora.
Particularmente, el soporte es una placa de conexionado impreso que
presenta una zona parcial del lado delantero como superficie de
sensor y cuyo lado trasero está configurado completamente como
superficie de apantallamiento.
De acuerdo con una realización preferida, el
soporte se dispone con una separación de la placa de cobertura y
entre la placa de cobertura y el soporte se dispone un cuerpo
eléctricamente conductor que salva la separación y que está
conectado de forma eléctricamente conductora con la superficie de
sensor y/o que forma al menos con una parte de su superficie al
menos una parte de la superficie de sensor. A través del cuerpo
eléctricamente conductivo se desplaza la propiedad sensoria de
detector de la superficie de sensor desde el soporte al lado
trasero de la placa de cobertura. La superficie de apantallamiento
está aislada a través de la capa de aire entre el soporte y la
placa de cobertura con respecto a modificaciones de carga en el lado
delantero de la placa de cobertura, particularmente cuando un
usuario entra en contacto con la misma.
En otra realización adicional, el soporte es una
placa flexible de conexionado impreso o una lámina de plástico
forrada de cobre. Un soporte de este tipo se puede adaptar a placas
de cobertura de las curvaturas más diversas, de tal manera que la
superficie de sensor se apoya con arrastre de forma en el lado
trasero de la placa de cobertura. Particularmente, un soporte de
este tipo puede aplicarse por presión o adhesión en el lado trasero
de la placa de cobertura.
En la realización preferida, en la que se
dispone el soporte con una separación de la placa de cobertura y,
entre la placa de cobertura y el soporte, un cuerpo eléctricamente
conductor, que salva la separación y que está unido de forma
eléctricamente conductora con la superficie de sensor y/o que forma
al menos una parte de la superficie de sensor y/o que al menos con
una parte de su superficie forma una parte de la superficie de
sensor, se ha demostrado particularmente adecuado que se disponga al
menos un elemento de construcción electrónico sobre el soporte de
manera que sobresale en el interior de una cavidad, que está rodeada
por el cuerpo eléctricamente conductivo. Particularmente junto con
una superficie de apantallamiento dispuesta sobre el lado trasero
de la placa de conexionado impreso, el cuerpo eléctricamente
conductor, que particularmente es un resorte de compresión que se
enrosca a partir de un cuerpo alargado, forma un tipo de Jaula de
Faraday para el elemento de construcción electrónico, de manera que
el mismo se apantalla con respecto a señales electromagnéticas de
interferencia del entorno. De esta manera, se dispone
preferentemente el conmutador semiconductor sobre el soporte y se
apantalla con respecto a señales electromagnéticas de interferencia,
de manera que se mejora la calidad de la señal de salida.
Ventajosamente, se dispone un elemento lumínico
sobre el soporte de manera que sobresale en la cavidad que está
rodeada por el cuerpo eléctricamente conductivo y/o en el interior
de una zona definida por la superficie de sensor como, a modo de
ejemplo, un LED, una lámpara incandescente o un conductor de luz.
Este elemento lumínico puede servir para la indicación de la
superficie de sensor o para la señalización de diferentes estados
de conmutación del conmutador de aproximación. Además, puede estar
colocada una marca para la indicación de la posición de la
superficie de sensor en el lado superior de la placa de cobertura o,
en placas de cobertura transparentes, en su lado inferior, por
ejemplo, en forma de una impresión.
Preferiblemente se equipa un aparato doméstico
como, a modo de ejemplo, una lavadora, una secadora, un
lavavajillas, un aparato de cocción, una campana extractora de
humos, un frigorífico, un acondicionador de aire, un calentador de
agua o una aspiradora, o un campo de entrada para un aparato
doméstico, con al menos un conmutador de aproximación de acuerdo
con la invención. Por lo tanto, el aparato doméstico se puede
equipar con un panel continuo que comprende el campo de entrada, de
manera que el aparato doméstico está protegido con respecto a una
entrada de contaminaciones o humedad. El panel se corresponde en
este caso con la placa de cobertura eléctricamente aislante y puede
estar fabricado, a modo de ejemplo, con vidrio, cerámica de vidrio,
cerámica, plástico, madera o piedra. Además, a través del
conmutador de aproximación de acuerdo con la invención se garantiza
la seguridad del aparato, ya que el aparato doméstico se desconecta
automáticamente cuando ya no se proporciona la capacidad de
funcionamiento del conmutador de aproximación.
De acuerdo con una realización preferida, el
campo de entrada presenta varias superficies de sensor que están
conectadas en una forma de matriz para el funcionamiento en un
método de multiplexación. Por la alta frecuencia de la señal de
sincronización se garantiza una frecuencia de consulta suficiente de
las capacidades de los condensadores formados con las superficies
de sensor para la determinación de un accionamiento por el usuario.
La utilización de solamente una señal de sincronización tiene la
ventaja de que solamente se necesita un emisor de señal de
sincronización.
En una realización adicional se disponen de
forma adyacente al menos dos superficies de sensor, particularmente,
sobre el lado trasero de la placa de cobertura o sobre un soporte
común y juntas forman un sensor de posición. Dependiendo de la
posición en que se detecte un accionamiento por el usuario con
respecto a las superficies de sensor debido a las señales de salida
pertenecientes a las superficies de sensor, se pueden activar
diferentes estados de conmutación. De esta manera, se puede formar
un conmutador de desplazamiento sin elementos que se tengan que
desplazar mecánicamente, si el usuario roza, a modo de ejemplo, con
un dedo sobre una zona asignada al sensor de posición de la placa
de cobertura o del panel.
Se advierte que las características de las
reivindicaciones dependientes se pueden combinar entre sí de
cualquier manera sin divergencia con la idea de acuerdo con la
invención.
A continuación, por medio de los dibujos se
explica la invención con más detalle.
La Figura 1 muestra un recorte de un aparato
doméstico en una vista esquemática en corte, con un panel que
presenta un campo de entrada de acuerdo con la invención,
La Figura 2 muestra una realización de una
superficie de sensor en una vista delantera esquemática con una
superficie de apantallamiento que rodea a la superficie de
sensor,
Las Figura 3a, 3b muestran esquemáticamente un
recorte del campo de entrada de acuerdo con la Figura 1, con un
accionamiento por un usuario de un sensor capacitivo de aproximación
de acuerdo con la invención,
La Figura 4 muestra un recorte de un circuito
conmutador eléctrico esquemático del conmutador capacitivo de
aproximación de acuerdo con la invención,
La Figura 5 muestra un recorte de un circuito
conmutador eléctrico esquemático del conmutador de aproximación de
acuerdo con la invención con un apantallamiento activo,
La Figura 6 muestra un circuito conmutador
esquemático del campo de entrada de acuerdo con la Figura 1 con
varios conmutadores de aproximación de acuerdo con la invención
conectados en una forma de matriz,
La Figura 7 muestra en una vista delantera
esquemática una realización de dos superficies de sensor, que forman
un sensor de posición,
La Figura 8 muestra, en una vista esquemática en
corte, un recorte del campo de entrada de acuerdo con la Figura 1,
con elementos de construcción electrónicos del circuito conmutador
eléctrico de acuerdo con la Figura 4, que sobresalen en una cavidad
rodeada por un resorte de compresión.
Antes de entrar en detalle sobre los dibujos se
debe observar que, en todas las figuras del dibujo, los elementos o
piezas individuales que se corresponden entre sí o las mismas, en
las diferentes realizaciones del conmutador capacitivo de
aproximación de acuerdo con la invención, se designan por las mismas
referencias. En caso de que se utilicen varios elementos o piezas
individuales del mismo tipo en un dibujo, a los que se refiere de
diferente manera, se selecciona para la cifra primaria o las cifras
primarias de la referencia correspondiente respectivamente la misma
cifra o las mismas cifras. Las siguientes cifras de las referencias
correspondientes sirven para diferenciar los elementos o piezas
individuales del mismo tipo.
En la Figura 1 se muestra, en una vista
esquemática en corte, un recorte de un aparato doméstico 1 con un
panel 2, que presenta un campo de entrada 3 de acuerdo con la
invención. El panel 2 se forma como placa de cobertura
eléctricamente aislante de un material dieléctrico como, a modo de
ejemplo, vidrio, cerámica de vidrio, cerámica, plástico, madera o
piedra. El campo de entrada 3 contiene varios conmutadores
capacitivos de aproximación 4 de la misma construcción, de los que,
en este documento, solamente se muestran dos y de los que a
continuación se describe únicamente uno. Se dispone con una
separación del panel 2 una placa de conexionado impreso 5 con una
superficie de sensor 7 eléctricamente conductiva que se orienta
hacia el lado trasero 6 del panel 2. La placa de conexionado
impreso 5 puede ser una placa de plástico que presenta sobre al
menos uno de sus lados de placa la superficie de sensor 7 que se ha
mencionado y, en un caso dado, una red de circuitos impresos, por
la que la superficie de sensor 7 está unida de forma eléctricamente
conductora con un circuito conmutador eléctrico 14 del conmutador
de aproximación 4 (véanse las Figuras 4, 5 y 6). La capa
eléctricamente conductora de la superficie de sensor 7 puede estar
configurada de diversas formas como, a modo de ejemplo, redonda o
cuadrada, en toda la superficie, en forma de rejilla o en forma de
marco.
Entre el panel 2 y la placa de conexionado
impreso 5 se dispone un cuerpo eléctricamente conductivo conectado
en forma de un resorte de compresión 8 que se configura
preferiblemente de alambre para resortes. El resorte de compresión
8 presenta en su extremo superior un plato de espiras 9 de poca
profundidad, que consiste en varias espiras que, debido a una
fuerza de compresión a la que se somete el resorte de compresión 8,
se sitúan una dentro de la otra con forma de espiral y se adaptan
con arrastre de forma a la forma ligeramente arqueada del lado
trasero 6 del panel 2. El resorte de compresión 8 presenta en su
extremo inferior una espira inferior 9', con la que entra en
contacto con la superficie de sensor 7 de la placa de conexionado
impreso 5 y, en ese lugar, a modo de ejemplo, se une por soldadura
indirecta o se adhiere con la superficie de sensor 7 de la placa de
conexionado impreso 5, o con la que entra en un contacto fijo con la
superficie de sensor 7 de la placa de conexionado impreso 5,
únicamente con tensión de compresión, de manera que existe una unión
eléctricamente conductora entre el resorte de compresión 8 y la
superficie de sensor 7 de la placa de conexionado impreso. A través
de esta unión eléctricamente conductora se traslada la propiedad
sensoria de detector de la superficie de sensor 7 de la placa de
conexionado impreso 5 al lado trasero 6 del panel 2 y el resorte de
compresión 8 forma en este caso a su vez al menos una parte de la
superficie de sensor 7, particularmente con su plato de espiras 9,
9'. En lugar del resorte metálico de presión 8 enroscado, el cuerpo
eléctricamente conductor puede presentar también otras formas como,
a modo de ejemplo, estar configurado con forma cilíndrica, cónica u
ortoédrica y/o, de otros materiales eléctricamente conductivos como,
a modo de ejemplo, de un plástico eléctricamente conductor o de un
plástico con refuerzo metálico.
Sobre el mismo lado de la placa de conexionado
impreso 5 sobre el que se encuentra la superficie de sensor 7, es
decir, sobre el lado delantero de la placa de conexionado impreso 5
orientado al lado trasero 6 del panel 2, se dispone una superficie
de sensor de referencia 10 eléctricamente conductiva. La superficie
de sensor de referencia 10 está unida de forma eléctricamente
conductora, de forma análoga a la superficie de sensor 7, con el
circuito conmutador 14 del conmutador de aproximación 4. Para cada
superficie de sensor 7 se puede proporcionar una superficie de
sensor de referencia 10 correspondiente o una superficie de sensor
de referencia 10 común para varias o para todas las superficies de
sensor 7. Con diferencia a la superficie de sensor 7, en la
superficie de sensor de referencia 10 falta el resorte de compresión
8 eléctricamente conductiva, de manera que la superficie de sensor
de referencia 10 está aislada eléctricamente a través de la capa de
aire entre la placa de conexionado impreso 5 y el panel 2 con
respecto a cargas eléctricas o modificaciones de carga en el lado
delantero del panel 2.
Sobre el lado trasero de la placa de conexionado
impreso 5 se dispone una superficie de apantallamiento 11
eléctricamente conductiva en la posición de la superficie de sensor
7 o la superficie de sensor de referencia 10 respectivamente, cuya
manera de funcionamiento se describe a continuación en la Figura 5.
En lugar de superficies de apantallamiento 11 individuales para
cada superficie de sensor 7 o superficie de sensor de referencia 10,
se puede proporcionar una única superficie de apantallamiento, que
se extiende a lo largo de todo el lado trasero de la placa de
conexionado impreso 5 o que cubre al menos sobre el lado trasero de
la placa de conexionado impreso 5 la zona que comprende las
superficies de sensor 7 o la superficie de sensor de referencia 10.
Particularmente, la placa de conexionado impreso 5 puede ser una
placa de conexionado impreso flexible o un laminado de plástico
forrado de cobre. En otra realización alternativa, que se muestra en
la Figura 2, se encuentran tanto la superficie de sensor 7 que, en
este caso, está realizada de forma circular como la superficie de
apantallamiento 11 sobre el lado delantero de la placa de
conexionado impreso 5. La superficie de apantallamiento 11 se forma,
en este caso, por una capa eléctricamente conductiva, que rodea a
la superficie de sensor 7 en forma de marco, adaptándose la forma
de este marco al contorno externo de la superficie de sensor 7.
El circuito conmutador eléctrico 14 del
conmutador de aproximación 4 puede disponerse sobre el lado
delantero o trasero de la placa de conexionado impreso 5 o sobre
una placa separada de circuitos impresos. Además, se puede
proporcionar un circuito conmutador 14 común para varios o todos los
conmutadores de aproximación 4. En la realización que se muestra en
la Figura 1 se dispone en la zona trasera de la placa de conexionado
impreso 5 un módulo electrónico 12, que presenta una placa de
circuitos impresos 13 que presenta el circuito conmutador 14 del
conmutador de aproximación 4 sobre su lado delantero orientado a la
placa de conexionado impreso 5 y que está equipada sobre su lado
trasero con elementos de electrónica de potencia 15 del aparato
doméstico 1. Esta placa de circuitos impresos 13 está unida con la
placa de conexionado impreso 5 de forma eléctricamente conductora
(no se muestra).
Si se aproxima en este caso, como se muestra en
la Figura 3a, un elemento como, a modo de ejemplo, un dedo 16 de un
usuario, que tiene un potencial diferente del potencial de la
superficie de sensor 7, particularmente el potencial de tierra, a
una zona de superficie del panel 2 opuesta a la superficie de sensor
7 y/o se hace entrar en contacto con la misma, se provoca de este
modo una modificación de capacidad de un condensador existente 17
que consiste en el elemento en cuestión o el dedo 16, el panel 2 y
la superficie de sensor 7 o la superficie de sensor 7 junto con el
resorte de compresión 8 (compárese la Figura 3b). Ya que la
superficie de sensor 7 está unida de forma eléctricamente
conductora con el circuito conmutador 14 del conmutador de
aproximación 4, la modificación de capacidad se puede detectar a
través del circuito conmutador 14 y se puede seguir evaluando para
la activación de una señal de conmutación, como se describe a
continuación. Además, se puede proporcionar una fuente de luz 35
sobre la placa de conexionado impreso 5 en la zona en el interior
del resorte de compresión 8 (compárese la Figura 8) como, a modo de
ejemplo, un LED para indicar la superficie de sensor 7 o para
señalizar diferentes estados de conmutación del conmutador de
aproximación 4.
En la Figura 4 se muestra un recorte de un
esquema de conexiones del circuito conmutador eléctrico 14. El
circuito conmutador 14 presenta como conmutador semiconductor 18 un
transistor de unión bipolar PNP, con cuya entrada de control 19,
por tanto, con cuya base, está unida la superficie de sensor 7 por
una resistencia limitadora de corriente 20. El conmutador
semiconductor 18 presenta además de eso una entrada de señal 21, es
decir, el emisor del transistor de unión bipolar PNP y una salida de
señal 22, es decir, el colector del transistor de unión bipolar
PNP, uniéndose la entrada de señal 21 por una resistencia de
base-emisor 23 con la superficie de sensor 7. La
resistencia limitadora de corriente 20 y la resistencia de
base-emisor 23 ya pueden estar realizadas de forma
integrada en el transistor de unión bipolar PNP. Para un
procesamiento adicional de una señal de salida, la salida de señal
22 del conmutador semiconductor 18 está unida con una etapa de
muestreo y retención 24 de un tipo conocido, por la que una señal de
tensión continua proporcional a la amplitud de los picos de impulso
de la señal de salida se puede poner a disposición y que no se
continua describiendo en este documento. De forma alternativa a la
etapa de muestreo y retención 24, la salida de señal 22 del
conmutador semiconductor 18 puede estar unida, para el
procesamiento de la señal de salida, con un circuito integrador
conocido o con un voltímetro de pico conocido (no se muestra). La
entrada de señal 21 del conmutador semiconductor 18 está unida con
una salida de señal 25 analógica de un microprocesador 26 y la
salida de señal 22 del conmutador semiconductor 18 está unida con
una entrada de señal 27 analógica del microprocesador 26 por la
etapa de muestreo y retención 24. En lugar de un microprocesador
26, se pueden utilizar también dos microprocesadores diferentes, de
los que uno está unido con la entrada de señal 21 del conmutador
semiconductor 18 y el otro, con la salida de señal 22 del
conmutador semiconductor 18. En lugar del transistor de unión
bipolar PNP también se pueden utilizar otros conmutadores
semiconductores 18 como, a modo de ejemplo, un transistor de unión
bipolar NPN, transistores de efecto de campo o, en general, todos
los elementos semiconductores controlables.
A la entrada de señal 21 del conmutador
semiconductor 18 se aplica una señal de sincronización 28 que, a
modo de ejemplo, se pone a disposición por la salida de señal 25
analógica del microprocesador 26. La señal de sincronización 28 es
una señal de tensión periódica con forma rectangular, que se conmuta
por el microprocesador 26 regularmente entre potencial de masa, es
decir, el nivel BAJO, y tensión de servicio del circuito conmutador
14 del conmutador de aproximación 4, es decir, el nivel ALTO, donde
el potencial de masa puede ser diferente del potencial de tierra
del usuario. La frecuencia de sincronización de la señal de
sincronización 28 se sitúa preferentemente en el intervalo de 10 a
100 kilohercios. Se aplica por una resistencia 29 adicional el
potencial de referencia de la etapa de muestreo y retención 24 a la
salida de señal 22 del conmutador semiconductor 18, es decir, el
colector del transistor de unión bipolar PNP. Con el nivel BAJO de
la señal de sincronización 28, se aplica un potencial de masa a la
entrada de señal 21 del conmutador semiconductor 18 y, por tanto,
al emisor E del transistor de unión bipolar PNP, así como a la
resistencia de base-emisor 23. Esto conduce a que
la superficie de sensor 7 o el condensador 17 se descargan por la
resistencia limitadora de corriente 20 y la resistencia de
base-emisor 23. De este modo, la base B del
transistor de unión bipolar PNP se convierte en positiva con
respecto al emisor E del transistor de unión bipolar PNP y el
transistor de unión bipolar PNP se bloquea. Con el nivel ALTO de la
señal de sincronización 28 siguiente al nivel BAJO se carga la
superficie de sensor 7 y, por tanto, el condensador 17 por la
resistencia de base-emisor 23 y la resistencia
limitadora de corriente 20. Durante este tiempo de carga de la
superficie de sensor 7 o el condensador 17 existe una caída de
tensión en la resistencia de base-emisor 23. De este
modo, la base B del transistor de unión bipolar PNP se convierte en
negativa con respecto al emisor E y el transistor de unión bipolar
PNP se convierte en conductor y realiza una conmutación hasta que
esté cargada la superficie de sensor 7 o el condensador 17 al nivel
ALTO de la señal de sincronización 28. En la resistencia 29 se
aplica durante este intervalo temporal de carga de la superficie de
sensor 7 o del condensador 17 por la señal de sincronización 28 una
señal de salida, que es proporcional a la capacidad de la
superficie de sensor 7 o del condensador 17. Por lo tanto, se
aplica en la salida de señal 22 del conmutador semiconductor 18 una
señal de salida, que sigue a la señal de sincronización 28 y cuyas
fracciones de señal son proporcionales a la capacidad de la
superficie de sensor 7 o del condensador 17.
Esta señal de salida se transforma en una señal
de tensión continua por medio de la etapa de muestreo y retención y
se aplica a la entrada de señal analógica 27 del microprocesador 26.
El microprocesador 26 está configurado para la evaluación de una
modificación temporal de fracciones de señal de la señal de tensión
continua y, por tanto, de la señal de salida, a modo de ejemplo,
con ayuda de un programa de software. Dependiendo de la rapidez en
que se modifiquen las fracciones de señal de la señal de salida
como, a modo de ejemplo, la altura del pico de impulso o la anchura
de impulso, de periodos de sincronización consecutivos, se reconoce
un accionamiento del conmutador de aproximación 4 por el
microprocesador 26. Es decir, en el caso de que se modifiquen las
fracciones de señal dentro del intervalo temporal predefinido de, a
modo de ejemplo, un segundo, esto se reconoce como accionamiento,
en el caso de que se modifiquen las fracciones de señal más
lentamente, no existe ningún accionamiento. De esta manera, la
determinación de un accionamiento del conmutador de aproximación 4
es independiente del tamaño absoluto de la señal de salida, por lo
que están eliminadas sus modificaciones a largo plazo, por ejemplo,
a través de procesos de envejecimiento.
En la Figura 5 se muestra un recorte del
circuito conmutador eléctrico 14 del conmutador de aproximación 4
de acuerdo con la invención con un apantallamiento activo. El
apantallamiento activo se forma a través de la superficie de
apantallamiento 11, que está unida por una resistencia 30 de baja
impedancia con la entrada de señal 21 del conmutador semiconductor
18, y a la que se aplica, simultáneamente a la superficie de sensor
7, la señal de sincronización 28 por esta resistencia 30 de baja
impedancia. Por una selección apropiada de la resistencia 30 de
baja impedancia, se puede ajustar la forma de señal de la señal de
sincronización 28 en la superficie de apantallamiento 11 a la forma
de señal de la señal de sincronización 28 en la superficie de
sensor 7, de manera que no se produce ninguna diferencia de
potencial y, por consiguiente, ningún desplazamiento de portadores
de carga entre la superficie de apantallamiento 11 y la superficie
de sensor 7 y, por lo tanto, se garantiza el apantallamiento de la
superficie de sensor 7 a través de la superficie de apantallamiento
11 con respecto a capacidades de interferencia.
La superficie de apantallamiento 11 está unida
con masa, para la aplicación de potencial de masa, por un conmutador
31 que, en la realización que se muestra en este documento, es un
transistor de unión bipolar NPN. El conmutador 31 presenta una
entrada de señal de control 32, de hecho, la base del transistor de
unión bipolar NPN, que está unida con una salida de señal de
control 33 del microprocesador 26. Por lo tanto, el conmutador 31 o
el transistor de unión bipolar NPN se puede conmutar de manera fácil
a través de un programa de software del microprocesador 26. Para la
comprobación de funcionamiento del conmutador de aproximación 4, es
decir, para la determinación de un valor de referencia de la señal
de salida, la superficie de apantallamiento 11 se une temporalmente
con potencial de masa a través del conmutador 31, por lo que el
apantallamiento activo se suspende temporalmente y se simula un
accionamiento del conmutador de aproximación 4. De esta manera, se
puede comprobar si existe una desviación de señal suficiente de la
señal de salida durante el accionamiento del conmutador de
aproximación 4 o si eventualmente existe un funcionamiento erróneo
debido a contaminaciones o humectación del panel 2, debido a
condiciones ambientales, como temperatura y humedad, o debido a
procesos de envejecimiento del conmutador de aproximación 4.
Eventualmente, se puede adaptar dinámicamente la desviación de señal
de la señal de salida a través de una modificación de la altura de
la señal de sincronización 28, es decir, el conmutador de
aproximación 4 se puede calibrar automáticamente, por lo que se
mejora la seguridad de funcionamiento del conmutador de
aproximación 4. Si ya no se garantiza un funcionamiento seguro del
conmutador de aproximación, a modo de ejemplo, debido a un panel 2
contaminado, se desconecta automáticamente el aparato doméstico
1.
La superficie de sensor de referencia 10 se
conecta de forma correspondiente a la superficie de sensor 7. La
superficie de sensor de referencia 10 se dispone de forma adyacente
a la superficie de sensor 7, de manera que la capacidad de la
superficie de sensor de referencia 10 o de un condensador de
referencia abierto formado con la superficie de sensor de
referencia 10 es una medida para las condiciones del entorno, es
decir, las capacidades de interferencia, de la superficie de sensor
7, pero también una medida para la influencia de la temperatura,
humedad o de alteraciones de material por envejecimiento en la señal
de salida. En la superficie de sensor de referencia 10 se aplica la
misma señal de sincronización 28 como en la superficie de sensor 7,
particularmente en un método de multiplexación temporal. Es decir, a
la superficie de sensor 7 y la superficie de sensor de referencia
10 se suministran sucesivamente diferentes periodos de la misma
señal de sincronización 28. De forma alternativa a esto, a la
superficie de sensor de referencia 10 también se puede aplicar una
señal de sincronización adicional de una salida de señal analógica
adicional del microprocesador 26. La señal de referencia producida
por la superficie de sensor de referencia 10 se considera como nivel
de base de la señal de salida en la evaluación de la señal de
salida producida por la superficie de sensor 7 en el microprocesador
26 y, por lo tanto, sirve para la determinación de un estado de
accionamiento del conmutador de aproximación 4. En el caso de
aparatos domésticos 1 que se encienden con un conmutador de
alimentación, ya cuando se encienden se detecta, con ayuda de la
señal de referencia, si existe un accionamiento del conmutador de
aproximación 4.
En la Figura 6 se muestra un circuito conmutador
14 esquemático del campo de entrada 3 con nueve conmutadores de
aproximación 4 de acuerdo con la invención, conectados en una forma
de matriz de tres-por-tres, para el
accionamiento en un método de multiplexación temporal. Las
superficies de sensor 711, 712, 713 de los tres primeros
conmutadores de aproximación están unidas con una primera salida de
señal 251 del microprocesador 26. Las superficies de sensor 721,
722 y 723 de los tres segundos conmutadores de aproximación están
unidas con una segunda salida de señal 252 del microprocesador 26.
Las superficies de sensor 731, 732 y 733 de los tres terceros
conmutadores de aproximación están unidas con una tercera salida de
señal 253 del microprocesador 26. Las superficies de sensor 711,
721, 731 están unidas por su conmutador semiconductor
respectivamente correspondiente y una primera etapa de muestreo y
retención con una primera entrada de señal 271 del microprocesador
26. Las superficies de sensor 712, 722 y 732 están unidas por su
conmutador semiconductor respectivamente correspondiente y una
segunda etapa de muestreo y retención con una segunda entrada de
señal 272 del microprocesador 26. Las superficies de sensor 713,
723 y 733 están unidas por su conmutador semiconductor
respectivamente correspondiente y una tercera etapa de muestreo y
retención con una tercera entrada de señal 273 del microprocesador
26.
La señal de sincronización 28 se emite
respectivamente con una duración predefinida, es decir, para una
cantidad predefinida de periodos de sincronización, por una de las
tres salidas de señal 251, 252 y 253 del microprocesador 26. En
este caso, se alternan las salidas de señal 251, 252 y 253 una
detrás de otra, lo que se repite cíclicamente. Por la duración en
la que se emite la señal de sincronización 28 por una de las tres
salidas de señal 251, 252 y 253, se evalúan respectivamente las
tres entradas de señal 271, 272 y 273 del microprocesador 26. De
esta manera, se pueden comprobar con solamente un circuito de
conmutación de forma consecutiva las nueve superficies de sensor
711, 712, 713, 721, 722, 723, 731, 732 y 733 con respecto a si
existe un accionamiento por un usuario del conmutador de
aproximación correspondiente.
En la Figura 7 se muestra en una vista delantera
esquemática una realización de dos superficies de sensor 71 y 72,
que conjuntamente forman un sensor de posición. Las superficies de
sensor 71 y 72 están configuradas en forma de triángulos con ángulo
recto y se disponen de forma adyacente sobre un soporte 5 común o en
el lado trasero del panel 2, situándose las superficies de sensor
71 y 72 de forma opuesta a lo largo de su hipotenusa respectiva.
Las superficies de sensor 71 y 72 están rodeadas por una superficie
de apantallamiento 11 común, que se extiende entre las superficies
de sensor 71, 72 a lo largo de la hipotenusa de los triángulos.
Dependiendo de la posición en qué, con respecto a la extensión
lateral de las superficies de sensor 71, 72, se produce un
accionamiento por el usuario, si el usuario entra en contacto con el
panel 2 en la zona de las superficies de sensor 71, 72 y, por
tanto, del sensor de posición, debido a la forma triangular de las
superficies de sensor 71, 72, la capacidad de los condensadores
formados con las superficies de sensor 71 72 es diferente. Por lo
tanto, mediante las señales de salida correspondientes a las
superficies de sensor 71, 72, se puede determinar la posición del
accionamiento y, de este modo, iniciarse un estado de conmutación
correspondiente o asignado a esta posición. En el caso de una
modificación o un desplazamiento de la posición de accionamiento,
si, a modo de ejemplo, el usuario desplaza su dedo sobre el panel 2,
se detecta asimismo esta modificación y, en un caso dado, se inicia
un estado de conmutación correspondiente a la nueva posición. De
esta manera, el sensor de posición forma un conmutador deslizante
sin elementos que se tengan que desplazar mecánicamente, a través
del que se puede ajustar, a modo de ejemplo, una temperatura o una
potencia en una placa de cocción, en un aparato de climatización o
en un frigorífico.
En la Figura 8 se muestra, en una vista
esquemática en corte, un recorte del campo de entrada de acuerdo con
la Figura 1. Sobre la placa de conexionado impreso 5 se ha aplicado
un anillo de soldadura indirecta 7', con el que está unido por
soldadura indirecta el plato de espiras 9', formado por las dos
espiras inferiores del resorte de compresión 8 enroscado, con la
placa de conexionado impreso 5 y, de esta manera, está unido con el
circuito conmutador eléctrico 14. El resorte de compresión 8 rodea
una cavidad 34 con sus espiras. Sobre la placa de conexionado
impreso 5 se disponen, en el interior del anillo de soldadura
indirecta 7' sobre el lado que se orienta a la placa de cobertura 2
de las piezas de construcción electrónicas del circuito conmutador
eléctrico 14, el transistor de unión bipolar PNP del conmutador
semiconductor 18, con su resistencia de base-emisor
23 y su resistencia limitadora de corriente 20, así como un diodo
luminoso 35, que sobresalen en la cavidad 34 encerrada por el
resorte de compresión 8. Para posibilitar una unión eléctrica de
estas piezas de construcción electrónicas con las piezas de
construcción adicionales del circuito conmutador eléctrico 14, el
anillo de soldadura indirecta 7' no es un anillo totalmente
cerrado, sino, discontinuo lateralmente (no se muestra). De forma
alternativa a esto, la unión eléctrica se puede producir también
atravesando la placa de conexionado impreso 5. Junto a la
superficie de apantallamiento 11 dispuesta sobre el lado trasero de
la placa de conexionado impreso 5, el resorte de compresión 8 forma
una Jaula de Faraday para las piezas de construcción electrónicas
que se disponen en la zona interna 34 del resorte de compresión 8,
de manera que las mismas están apantalladas con respecto a campos
electromagnéticos del entorno.
\vskip1.000000\baselineskip
- 1
- Aparato doméstico
- 2
- Panel
- 3
- Campo de entrada
- 4
- Conmutador de aproximación
- 5
- Placa de conexionado impreso
- 6
- Lado trasero del panel
- 7
- Superficie de sensor
- 7'
- Anillo de soldadura indirecta
- 8
- Resorte de compresión
- 9
- Plato de espiras de las espiras superiores
- 9'
- Plato de espiras de las espiras inferiores
- 10
- Superficie de sensor de referencia
- 11
- Superficie de apantallamiento
- 12
- Modulo electrónico
- 13
- Placa de circuitos impresos
- 14
- Circuito conmutador del conmutador de aproximación
- 15
- Electrónica de potencia
- 16
- Dedo del usuario
- 17
- Condensador
- 18
- Conmutador semiconductor
- 19
- Entrada de control del conmutador semiconductor
- 20
- Resistencia limitadora de corriente
- 21
- Entrada de señal del conmutador semiconductor
- 22
- Salida de señal del conmutador semiconductor
- 23
- Resistencia de base-emisor
- 24
- Etapa de muestreo y retención
- 25
- Salida de señal analógica del microprocesador
- 26
- Microprocesador
- 27
- Entrada de señal analógica del microprocesador
- 28
- Señal de sincronización
- 29
- Resistencia
- 30
- Resistencia de baja impedancia
- 31
- Conmutador
- 32
- Entrada de señal de control del conmutador
- 33
- Salida de señal de control del microprocesador
- 34
- Cavidad rodeada por el resorte de compresión
- 35
- Diodo luminoso
Claims (16)
1. Conmutador capacitivo de aproximación, con
una superficie de sensor (7) eléctricamente conductora, cubierta
por una placa de cobertura (2) eléctricamente aislante, como parte
de un condensador (17) con una capacidad que se puede modificar por
aproximación, presentando la superficie de sensor (7) un
apantallamiento activo, estando formado el apantallamiento activo
por una superficie de apantallamiento (11), en la que se aplica,
simultáneamente a la superficie de sensor (7), una señal de
sincronización (28), de manera que no se produce ninguna diferencia
de potencial entre la superficie de sensor (7) y la superficie de
apantallamiento (11), caracterizado por que la superficie de
apantallamiento (11) se puede unir con masa para la comprobación de
funcionamiento del conmutador de aproximación (4) por un conmutador
(31).
2. Conmutador de aproximación de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por que la señal de
sincronización (28) se aplica a la superficie de apantallamiento
(11) por una resistencia (30) de baja impedancia.
3. Conmutador de aproximación de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el conmutador
(31) presenta una entrada de señal de control (32), que está unida
con una salida de señal de control (33) de un microprocesador
(26).
4. Conmutador de aproximación de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el
conmutador (31) es un transistor.
5. Conmutador de aproximación de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la
superficie de apantallamiento (11) y la superficie de sensor (7)
están aplicadas sobre el lado trasero (6) de la placa de cobertura
(2), y por que la superficie de apantallamiento (11) rodea a la
superficie de sensor (7).
6. Conmutador de aproximación de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la
superficie de apantallamiento (11) y la superficie de sensor (7) se
disponen sobre el mismo lado de un soporte (5), y por que la
superficie de apantallamiento (11) rodea a la superficie de sensor
(7).
7. Conmutador de aproximación de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la
superficie de sensor (7) se dispone sobre el lado delantero de un
soporte (5) y la superficie de apantallamiento (11), sobre el lado
trasero del soporte (5) al menos en la zona de la superficie de
sensor (7).
8. Conmutador de aproximación de acuerdo con la
reivindicación 6 ó 7, caracterizado por que el soporte (5)
se dispone con una separación de la placa de cobertura (2), y por
que entre la placa de cobertura (2) y el soporte (5) se dispone un
cuerpo eléctricamente conductivo (8), que salva la separación y que
está unido de forma eléctricamente conductora con la superficie de
sensor (7) y/o que forma al menos una parte de la superficie de
sensor (7) con al menos una parte de su superficie.
9. Conmutador de aproximación de acuerdo con la
reivindicación 6 ó 7, caracterizado por que el soporte (5)
es una placa de conexionado impreso flexible o una lámina de
plástico forrada de cobre.
10. Conmutador de aproximación de acuerdo con la
reivindicación 8, caracterizado por que sobre el soporte (5)
se dispone al menos un elemento de construcción electrónico (18, 20,
23, 35) de manera que sobresale en una cavidad que está rodeada por
el cuerpo eléctricamente conductivo (8).
11. Conmutador de aproximación de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado por que el elemento de
construcción electrónico es el conmutador semiconductor (18, 20,
23) y/o un elemento luminoso (35).
12. Conmutador de aproximación de acuerdo con la
reivindicación 10 u 11, caracterizado por que el cuerpo
eléctricamente conductivo (8) es un resorte de compresión enroscado
a partir de un cuerpo alargado.
13. Campo de entrada para un aparato doméstico
con al menos un conmutador de aproximación (4) de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 12.
14. Campo de entrada de acuerdo con la
reivindicación 13, caracterizado por que varias superficies
de sensor (711, 712, 713, 721, 722, 723, 731, 732, 733) están
conectadas en una forma de matriz para el accionamiento en un
método de multiplexación.
15. Campo de entrada de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, caracterizado por que al menos dos
superficies de sensor (71, 72) se disponen de forma adyacente y
conjuntamente forman un sensor de posición.
16. Aparato doméstico con un campo de entrada de
acuerdo con una de las reivindicaciones 13 a 15.
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