ES2971728T3 - Procedimiento para determinar la desviación del elemento de accionamiento de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo - Google Patents

Procedimiento para determinar la desviación del elemento de accionamiento de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo Download PDF

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Abstract

Un método para determinar la desviación del actuador de un módulo sensor de fuerza multitrayectoria capacitivo que tiene un actuador que se puede ajustar desde su posición neutra en al menos dos direcciones de actuación y que se mueve de nuevo a su posición neutra si cesa una fuerza de actuación, y al que está conectada una placa de condensador central, cuya placa de condensador está a una distancia de al menos una primera y una segunda placa de condensador estacionaria en la posición de reposo del actuador, y al menos una primera placa de condensador estacionaria se mueve hacia y desde al menos al menos un segundo recorrido mediante el ajuste del actuador, y en el que al menos un condensador de medición formado por la placa del condensador central con al menos una primera placa del condensador estacionaria se utiliza para generar un valor de sensor que representa la desviación del actuador, se caracteriza según la invención. porque la primera placa de condensador estacionaria (3) se mantiene a un potencial de tierra, porque, en un método de integración aplicado continuamente en una pluralidad de ciclos sucesivos en cada caso: - la placa de capacitor central y al menos la segunda placa de capacitor estacionaria están conectados a un potencial de tensión que difiere del potencial de tierra y luego se desconectan de nuevo de dicho potencial de tensión, - una cantidad de carga almacenada en la placa del condensador central se transfiere a un condensador de integración que tiene un valor de capacitancia conocido, y en eso, después de una número predefinido de ciclos, el voltaje aplicado luego al capacitor de integración se mide por medio de un convertidor A/D y se procesa para formar el primer valor del sensor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para determinar la desviación del elemento de accionamiento de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo
[0001] La invención se refiere a un procedimiento para determinar la desviación del elemento de accionamiento de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo con un elemento de accionamiento que puede regularse desde su posición neutra en al menos dos direcciones de accionamiento, que vuelve a su posición neutra si se suprime una fuerza de accionamiento, y al que está conectada una placa de condensador central, que en la posición de reposo del elemento de accionamiento se encuentra a una distancia de al menos una primera y una segunda placa de condensador estacionarias, y mediante la regulación del elemento de accionamiento se desplaza hacia al menos una primera placa de condensador estacionaria y en la dirección contraria de al menos una segunda, y en donde para generar un valor de sensor que represente la desviación del elemento de accionamiento se utiliza al menos un condensador de medición formado por la placa de condensador central con al menos una primera placa de condensador estacionaria.
[0002] Los módulos de sensor de fuerza multidireccionales del tipo mencionado en este caso se utilizan, por ejemplo, en vehículos automóviles como componentes de uso universal para la construcción de disposiciones de conmutador más o menos complejas.
[0003] Los módulos de sensor de fuerza están configurados a este respecto preferentemente como módulos de sensor de fuerza de dos o cuatro vías y están montados en una placa de circuito común, que está alojada en una carcasa que presenta una interfaz de usuario con mangos de accionamiento asignados a los módulos de sensor de fuerza.
[0004] Los módulos de sensor de fuerza multidireccionales que se usan en tales disposiciones de conmutador usan sensores capacitivos dispuestos enfrentados en pares para medir una fuerza en uno o dos ejes. Estos sensores están formados por una placa de condensador estacionaria en cada caso y una placa de condensador asignada a ésta y que puede desviarse mediante un elemento de accionamiento. Dependiendo de la distancia entre la placa de condensador desviable y cada una de las placas de condensador estacionarias se obtienen determinados valores medidos capacitivos, de los que se pueden sacar conclusiones sobre la desviación y, a través de la curva característica fuerza-desplazamiento en la que se basa la estructura mecánica, sobre la fuerza ejercida sobre el elemento de accionamiento. Dado que las respectivas capacitancias son inversamente proporcionales a la distancia de las respectivas placas de condensador, con respecto a los condensadores dispuestos en lados opuestos, que "comparten" una placa de condensador central en común, se produce una simetría de sus curvas características, es decir, la dependencia del valor medido de la desviación respectiva del elemento de accionamiento. En el caso de desviación positiva y negativa, con respecto en cada caso a un eje, del elemento de accionamiento y de la placa de condensador conectada a él, por lo tanto siempre es relevante una parte esencialmente "igual" de la curva característica, una vez con respecto a una placa de condensador estacionaria, y otra vez con respecto a la otra placa de condensador estacionaria.
[0005] La solicitud de patente US 2011/0001549 A1 divulga un procedimiento para determinar un valor de capacitancia usando un condensador de integración. A este respecto, un electrodo de referencia se mantiene a un potencial de tierra, mientras que un electrodo sensor y un electrodo de protección se conectan en cada caso a un potencial de tensión diferente del potencial de tierra.
[0006] La solicitud de patente alemana DE 102014 014021 A1 divulga un módulo de sensor de fuerza capacitivo de cuatro vías para la realización de un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
[0007] El procedimiento para operar un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo de acuerdo con la presente invención proporciona una opción particularmente rentable y confiable para determinar los valores de sensor deseados que representan la desviación respectiva del elemento de accionamiento.
[0008] Esto se consigue de acuerdo con la invención por que la primera placa de condensador estacionaria se mantiene a un potencial de tierra que, en un procedimiento de integración aplicado continuamente en varios ciclos consecutivos en cada caso:
- la placa de condensador central, así como al menos la segunda placa de condensador estacionaria se conectan a un potencial de tensión diferente del potencial de tierra y luego se separan de nuevo de él,
- una cantidad de carga almacenada en la placa de condensador central se transfiere a un condensador de integración con una capacitancia conocida,
por que después de un número predeterminado de ciclos, la tensión aplicada al condensador de integración se mide usando un convertidor A/D y se procesa para formar el primer valor de sensor,
y por que para generar un segundo valor de sensor que representa la desviación del elemento de accionamiento, se utiliza un condensador de medición formado por la placa de condensador central con la segunda placa de condensador estacionaria.
[0009]Especialmente en aplicaciones en las que sólo se desean o permiten desviaciones muy pequeñas de la palanca de accionamiento y que prevén como criterio esencial para la activación de una señal de conmutación alcanzar una determinada fuerza de accionamiento, el módulo de conmutador eléctrico multidireccional de acuerdo con la invención puede utilizarse ventajosamente como módulo de conmutador casi sensible a la fuerza.
[0010]En una forma de realización preferida del procedimiento de acuerdo con la invención, la placa de condensador central se encuentra en la posición de reposo del elemento de accionamiento a una distancia esencialmente igual de la primera y segunda placas de condensador estacionarias y mediante la regulación del elemento de accionamiento en la misma medida se desplaza hacia la primera placa de condensador estacionaria y en la dirección contraria a la segunda placa de condensador estacionaria.
[0011]A continuación, la invención se explicará con referencia al dibujo adjunto.
[0012]A este respecto muestran:
Figura 1:una representación esquemática de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo destinado a utilizar el procedimiento de acuerdo con la invención con un elemento de accionamiento que puede regularse en dos direcciones a lo largo de un eje
Figura 2:una representación esquemática de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo destinado a utilizar el procedimiento de acuerdo con la invención con un elemento de accionamiento dispuesto de forma pivotante alrededor de dos ejes perpendiculares entre sí
[0013]En el ejemplo mostrado en la figura 1, el elemento de accionamiento 1 puede regularse en dos direcciones a lo largo de un eje. Dos placas de condensador estacionarias exteriores 3, 4 están conectadas eléctricamente con pistas conductoras de una placa de circuito eléctrico 5 y están dispuestas con sus superficies principales perpendiculares a esta placa de circuito. Entre estas dos placas de condensador estacionarias 3, 4 hay una placa de condensador central 2, que se puede regular con un elemento de accionamiento 1 en dos direcciones a lo largo de un eje paralelo a la placa de circuito 5 y perpendicular a las superficies principales de las placas de condensador 2, 3, 4 y está conectada eléctricamente también con pistas conductoras de la placa de circuito eléctrico 5.
[0014]La placa de condensador central 2 conectada al elemento de accionamiento 1 se encuentra en la posición de reposo a la misma distancia de dos placas de condensador 3, 4 estacionarias exteriores. Una regulación del elemento de accionamiento 1 desde esta posición de reposo en una dirección hace que la placa de condensador central 2 se desplace en la misma medida hacia una de las dos placas de condensador 4 estacionarias exteriores y en la dirección contraria a la otra placa de condensador estacionaria 3. La placa de condensador central 2 forma a este respecto con las dos placas de condensador exteriores 3, 4 condensadores de medición en cada caso cuyas capacitancias se emplean para generar dos valores de sensor diferentes que representan la desviación del elemento de accionamiento.
[0015]A este respecto, la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención se realiza al mantener inicialmente una primera de las dos placas de condensador estacionarias 3 a un potencial de tierra. La placa de condensador central 2 conectada al elemento de accionamiento 1 y la segunda placa de condensador estacionaria 4 se conectan luego a un potencial de tensión que es diferente del potencial de tierra y a continuación se separan nuevamente de él, y luego una cantidad de carga almacenada en la placa de condensador central 2 se transfiere a un condensador de integración con una capacitancia conocida. Estas etapas se llevan a cabo en varios ciclos consecutivos en el marco de un procedimiento de integración aplicado continuamente, y después de un número predeterminado de ciclos, la tensión aplicada entonces al condensador de integración se mide usando un convertidor A/D y se procesa formando un primer valor de sensor que representa la desviación del elemento de accionamiento.
[0016]Inmediatamente a continuación se vuelve a realizar el mismo procedimiento, aunque se intercambian los papeles de las dos placas de condensador estacionarias 3, 4, es decir, la placa de condensador 3 estacionaria que antes se mantenía al potencial de tierra ahora se conecta con el potencial de tensión distinto del potencial de tierra, idéntico a la placa de condensador central. Después de llevar a cabo las etapas del procedimiento de integración que se acaba de describir, en este caso la tensión aplicada al condensador de integración se mide usando un convertidor A/D después del número predeterminado de ciclos y se procesa para formar un segundo valor de sensor que representa la misma desviación del elemento de accionamiento.
[0017]Los valores de sensor primero y segundo así averiguados representan la misma desviación del elemento de accionamiento 1 con signos opuestos en cada caso, de modo que esta desviación se registra prácticamente de forma redundante, lo que puede utilizarse para aumentar la fiabilidad.
[0018]En el ejemplo mostrado en la figura 2, el elemento de accionamiento 1 está dispuesto de forma pivotante alrededor de dos ejes perpendiculares entre sí. La placa de condensador central 2 conectada al elemento de accionamiento 1 se encuentra en la posición de reposo del elemento de accionamiento 1 a la misma distancia de cuatro de estas placas de condensador 3, 3', 4, 4' estacionarias dispuestas una frente a otra en una placa de circuito impreso 5. A este respecto, dos de estas placas de condensador estacionarias 3, 3', 4, 4' forman un primer par 3, 4, que está asociado a un pivotado del elemento de accionamiento 1 alrededor de un primer eje, las otras dos forman un segundo par 3', 4', al que está asignado un pivotado del elemento de accionamiento 1 alrededor del segundo eje perpendicular al mismo.
[0019]Un pivotado del elemento de accionamiento 1 desde la posición de reposo alrededor del primer eje provoca que la placa de condensador central 2 se desplace en la misma medida hacia una de las dos placas de condensador 4 asociadas a este pivotado y en la dirección contraria a la otra placa de condensador 3.
[0020]La placa de condensador central 2 forma a este respecto con estas dos placas de condensador estacionarias 3, 4 condensadores de medición en cada caso, cuyas capacitancias se utilizan para generar un valor de sensor que representa la desviación del elemento de accionamiento 1. Respecto a las otras dos placas de condensador estacionarias 3', 4' asignadas al pivotado alrededor del segundo eje, el pivotado del elemento de accionamiento 1 alrededor del primer eje prácticamente no provoca ningún cambio.
[0021]En este caso se utiliza el procedimiento de acuerdo con la invención, tal como se describió anteriormente con respecto a la realización uniaxial de la figura 1, manteniéndose en primer lugar una primera de las dos placas de condensador estacionarias 3 asignadas al pivotado alrededor del primer eje a un potencial de tierra. La placa de condensador central 2 conectada al elemento de accionamiento y en este caso todas las tres placas de condensador estacionarias 3', 4, 4' restantes se conectan luego a un potencial de tensión que es diferente del potencial de tierra y a continuación se separan nuevamente de él, y luego una cantidad de carga almacenada en la placa de condensador central 2 se transfiere a un condensador de integración con una capacitancia conocida.
[0022]Las etapas adicionales del procedimiento se llevan a cabomutatis mutandis,como se describió anteriormente con respecto a la realización uniaxial.
[0023]En este tipo de medición, siempre se mantiene exactamente una placa de condensador estacionaria a potencial de tierra y las placas de condensador estacionarias restantes funcionan como blindaje activo aplicándoles el mismo potencial que la placa de condensador central móvil 2. Las superficies de condensador conectadas como blindaje son prácticamente "invisibles" para la medición capacitiva descrita debido al mismo potencial que la placa de condensador central 2 y, por lo tanto, no contribuyen significativamente a la medición capacitiva de la distancia.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para determinar la desviación del elemento de accionamiento (1) de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo con un elemento de accionamiento (1) que puede regularse desde su posición neutra en al menos dos direcciones de accionamiento, que vuelve de nuevo a su posición neutra si se suprime una fuerza de accionamiento, y al que está conectada una placa de condensador (2) central, que en la posición de reposo del elemento de accionamiento (1) se encuentra a una distancia de al menos una primera y una segunda placa de condensador (3, 4) estacionarias, y mediante la regulación del elemento de accionamiento (1) se desplaza hacia al menos una primera placa de condensador (3) estacionaria y en la dirección contraria de al menos una segunda placa de condensador (4) estacionaria, y en donde para generar un primer valor de sensor que representa la desviación del elemento de accionamiento (1) se utiliza al menos un condensador de medición formado por la placa de condensador (2) central con al menos una primera placa de condensador (3) estacionaria,caracterizado por que
la primera placa de condensador estacionaria (3) se mantiene a un potencial de tierra,
en un procedimiento de integración aplicado continuamente en varios ciclos consecutivos en cada caso:
- la placa de condensador (2) central, así como al menos la segunda placa de condensador (4) estacionaria se conectan a un potencial de tensión diferente del potencial de tierra y luego se separan de nuevo de él, - una cantidad de carga almacenada en la placa de condensador (2) central se transfiere a un condensador de integración con una capacitancia conocida,
por quedespués de un número predeterminado de ciclos, la tensión aplicada al condensador de integración se mide usando un convertidor A/D y se procesa para formar el primer valor de sensor,
ypor quepara generar un segundo valor de sensor que representa la desviación del elemento de accionamiento (1), se utiliza un condensador de medición formado por la placa de condensador (2) central con la segunda placa de condensador (3) estacionaria.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,caracterizado por quela placa de condensador (2) central en la posición de reposo del elemento de accionamiento (1) está a la misma distancia de la primera y segunda placa de condensador (3, 4) estacionarias, y mediante la regulación del elemento de accionamiento (1) en la misma medida se desplaza hacia la primera placa de condensador (3) estacionaria y en la dirección contraria a la segunda placa de condensador (4) estacionaria.
3. Uso de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2 para determinar la desviación del elemento de accionamiento (1) de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo con un elemento de accionamiento (1) que puede regularse desde su posición neutra en dos direcciones de accionamiento a lo largo de un eje.
4. Uso de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2 para determinar la desviación del elemento de accionamiento (1) de un módulo de sensor de fuerza multidireccional capacitivo con un elemento de accionamiento (1) que puede regularse desde su posición neutra en cuatro posiciones de accionamiento alrededor de dos ejes perpendiculares entre sí.
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