LU100737B1 - Diagnostics for Capacitive Sensor - Google Patents
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Claims (16)
1. Kapazitätsmessschaltung (100) zum Bestimmen eines komplexen elektri-schen Stroms von mindestens einem kapazitiven Sensor mit mindestens ei-ner elektrisch leitfähigen Erfassungselektrode und mindestens einerelektrisch leitfähigen Schutzelektrode, die nahe beieinander angeordnetsind, wobei die Kapazitätsmessschaltung (100) aufweist: - mindestens eine periodische Signalspannungsquelle (12), die dazu aus-gelegt ist, eine Wechselmessspannung an einem Ausgangsport (14) be-reitzustellen, wobei jede Schutzelektrode mit dem Ausgangsport (14)elektrisch verbunden werden kann, um die periodische Messspannungzu empfangen, - eine Strommessschaltung (10), die mindestens einen Messkanal (26) miteinem Messstrom/Spannungs-Wandler (28) aufweist, der dazu ausgelegtist, mit Bezug auf die Messspannung einen Messstrom durch eine Erfas-sungselektrode zu bestimmen, der eine Position eines Gegenstands rela-tiv zum kapazitiven Sensor angibt, und mindestens einen Diagnosekanal(34) mit einem Diagnosestrom/Spannungs-Wandler (36), der dazu aus-gelegt ist, mit Bezug auf ein Wechselstrom-Massepotential (16) einenDiagnosestrom zu bestimmen, der durch eine Schutzelektrode und eineErfassungselektrode eines kapazitiven Sensors fließt, der an den Diag-nosestrom/Spannungs-Wandler (36) angeschlossen ist, und - eine fernsteuerbare Schalteinheit (42), die für jeden kapazitiven Sensormehrere funktionsmäßig gekoppelte Schaltelemente (44, 46) aufweist,wobei in einem Messschaltungszustand im Hinblick auf den kapazitivenSensor die Schalteinheit (42) dazu ausgelegt ist, die Erfassungselektrodedes kapazitiven Sensors mit einem Signaleingangsport (30) eines Mess-strom/Spannungs-Wandlers (28) elektrisch zu verbinden, und wobei ineinem Diagnoseschaltungszustand im Hinblick auf den kapazitiven Sen-sor die Schalteinheit (42) dazu ausgelegt ist, die Erfassungselektrode mit einem Signaleingangsport (38) eines Diagnosestrom/Spannungs-Wandlers (36) elektrisch zu verbinden.
2. Kapazitätsmessschaltung (100) nach Anspruch 1, wobei die Kapazitäts-messschaltung (100) dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen,das eine Sensorstörung angibt, wenn die Größe eines ermittelten Diagno-sestroms, der durch eine Erfassungselektrode und eine Schutzelektrode ei-nes kapazitiven Sensors fließt, der an den Diagnosestrom/Spannungs-Wandler (36) angeschlossen ist, kleiner als ein vorbestimmter Schwellen-wert ist.
3. Kapazitätsmessschaltung (100) nach Anspruch 1 Oder 2, wobei für jedenkapazitiven Sensor ein Demultiplexer-Element in der Schalteinheit vorgese-hen ist, das dazu ausgelegt ist, in einem Messschaltungszustand im Hinblickauf einen jeweiligen kapazitiven Sensor, einen Anschluss eines Schaltele-ments zur elektrischen Verbindung der Erfassungselektrode mit einem Sig-naleingangsport eines Diagnosestrom/Spannungs-Wandlers am Wandler-ende auf dem Schutzpotential des jeweiligen kapazitiven Sensors zu halten.
4. Kapazitätsmessschaltung (200) nach Anspruch 1 Oder 2, wobei für jedenkapazitiven Sensor ein Demultiplexer-Element (48) in der Schalteinheit (42)vorgesehen ist, das dazu ausgelegt ist, - in einem Messschaltungszustand im Hinblick auf einen jeweiligen kapazi-tiven Sensor einen Anschluss eines Schaltelements (46) zur elektrischenVerbindung der Erfassungselektrode mit einem Signaleingangsport (38)des Diagnosestrom/Spannungs-Wandlers (36) am Wandlerende auf demSchutzpotential des jeweiligen kapazitiven Sensors zu halten, und - für jeden kapazitiven Sensor, dessen Erfassungselektrode keine Verbin-dung zu einem Messstrom/Spannungs-Wandler (28) hat, einen An-schluss eines Schaltelements (46) zur elektrischen Verbindung der Er-fassungselektrode mit einem Signaleingangsport (38) eines Diagno- sestrom/Spannungs-Wandlers (36) am Wandlerende auf das Schutzpo-tential des kapazitiven Sensors aufzuschalten oder den Anschluss desSchaltelements (46) zur elektrischen Verbindung der Erfassungselektro-de mit dem Signaleingangsport (38) des Diagnosestrom/Spannungs-Wandlers (36) am Wandlerende auf das Wechselstrom-Massepotential(16) aufzuschalten.
5. Kapazitätsmessschaltung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprü-che, wobei die Strommessschaltung (10) für jeden kapazitiven Sensor einenDiagnose-Ausgangsport (92) aufweist, der mit einer Erfassungselektrodedes kapazitiven Sensors elektrisch verbunden ist.
6. Kapazitätsmessschaltung (200) nach Anspruch 5, wobei die Strommess-schaltung (10) eine Einrichtung (54, 56, 58) für jeden kapazitiven Sensoraufweist, urn den Diagnose-Ausgangsport (92) auf dem Schutzpotential desjeweiligen kapazitiven Sensors zu halten.
7. Kapazitätsmessschaltung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprü-che, wobei die fernsteuerbare Schalteinheit (42) einen Teil eines Mikrocon-trollers (60) bildet.
8. Kapazitätsmessschaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü-che, wobei die fernsteuerbare Schalteinheit (42) dazu ausgelegt ist, für je-den kapazitiven Sensor auf eine zwischen den kapazitiven Sensoren koor-dinierte Art und Weise zwischen einem Messschaltungszustand und einemDiagnoseschaltungszustand periodisch umzuschalten.
9. Kapazitives Erfassungssystem (300), aufweisend: - eine Kapazitätsmessschaltung (200) nach einem der vorhergehendenAnsprüche, - eine Fernschaltungs-Steuereinheit (62), die dazu ausgelegt ist, die fern-steuerbare Schalteinheit (42) aus der Feme zu bedienen, und - mehrere kapazitive Sensoren, wobei jeder kapazitive Sensor mindestenseine elektrisch leitfähige Erfassungselektrode und mindestens eineelektrisch leitfähige Schutzelektrode aufweist, die nahe beieinander an-geordnet und gegenseitig galvanisch voneinander getrennt sind, und die Kapazitätsmessschaltung (200) aufweist: - eine periodische Signalspannungsquelle (12), die dazu ausgelegt ist, ei-ne Wechselmessspannung an einem Ausgangsport (14) bereitzustellen,wobei jede Schutzelektrode mit dem Ausgangsport (14) elektrisch ver-bunden ist, urn die periodische Messspannung zu empfangen, und wobei - die Strommessschaltung (10) aufweist: - einen Messkanal (26) mit einem Messstrom/Spannungs-Wandler (28),der dazu ausgelegt ist, einzeln und mit Bezug auf die Messspannungeinen Messstrom durch eine Erfassungselektrode eines der mehrerenkapazitiven Sensoren zu bestimmen, der eine Position eines Gegen-stands relativ zum jeweiligen kapazitiven Sensor angibt, und - einen Diagnosekanal (34) mit einem Diagnosestrom/Spannungs-Wandler (36), der dazu ausgelegt ist, mit Bezug auf ein Wechselstrom-Massepotential (16) einen Diagnosestrom zu bestimmen, der durch ei-ne Schutzelektrode und eine Erfassungselektrode eines jeden kapaziti-ven Sensors der mehreren kapazitiven Sensoren fließt.
10. Kapazitives Erfassungssystem (300) nach Anspruch 9, wobei die Strom-messschaltung (10) mehrere Diagnosekanäle (34, 34') aufweist, wobei jederDiagnosekanal (34, 34') einen Diagnosestrom/Spannungs-Wandler (36, 36')enthält, der dazu ausgelegt ist, mit Bezug auf ein Wechselstrom-Massepotential (16) einen Diagnosestrom zu bestimmen, der durch eineSchutzelektrode und eine Erfassungselektrode eines anderen Sensors dermehreren kapazitiven Sensoren fließt.
11. Kapazitives Erfassungssystem (300) nach Anspruch 9 oder 10, wobei dieFernschaltungs-Steuereinheit (62) einen Teil eines Mikrocontrollers (60) bil-det.
12. Kapazitives Erfassungssystem (300) nach einem der Ansprüche 9 bis 11,darüber hinaus eine Signalverarbeitungseinheit aufweisend, die dazu ausge-legt ist, mindestens ein Ausgangssignal des Messstrom/Spannungs-Wandlers (28) mit Bezug auf die periodische Messspannung und mindes-tens ein Ausgangssignal des Diagnosestrom/Spannungs-Wandlers (36) mitBezug auf die periodische Messspannung zu verarbeiten.
13. Kapazitives Erfassungssystem (300) nach einem der Ansprüche 9 bis 12,darüber hinaus eine Demodulationsschaltung aufweisend, die dazu ausge-legt ist, mindestens eines von einem Eingangssignal des Mess-strom/Spannungs-Wandlers (28) mit Bezug auf die periodische Messspan-nung und einem Eingangssignal des Diagnosestrom/Spannungs-Wandlers(36) mit Bezug auf die periodische Messspannung zu demodulieren.
14. Verfahren zum Betreiben des kapazitiven Erfassungssystems (600) nacheinem der Ansprüche 9 bis 13 im Hinblick auf die Diagnose eines kapaziti-ven Sensors, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist: - Steuern der fernsteuerbaren Schalteinheit (42) auf solche Weise, dassdie Erfassungselektrode eines kapazitiven Sensors, an dem eine Diag-nose durchzuführen ist, vom Signaleingangsport (30) des Mess-strom/Spannungs-Wandlers (28) elektrisch getrennt (72) wird, - Steuern der fernsteuerbaren Schalteinheit (42) auf solche Weise, dassdie Erfassungselektrode des kapazitiven Sensors, an dem eine Diagnosedurchzuführen ist, mit dem Signaleingangsport (38) des Diagno-sestrom/Spannungs-Wandlers (36) elektrisch verbunden (74) wird, - Steuern der fernsteuerbaren Schalteinheit (42) auf solche Weise, dassdie Erfassungselektrode eines anderen kapazitiven Sensors mit demSignaleingangsport (30) des Messstrom/Spannungs-Wandlers (28) elektrisch verbunden (76) und die Erfassungselektrode dieses kapaziti-ven Sensors vom Schutzpotential oder Wechselstrom-Massepotential(16) getrennt (78) wird, - Steuern der fernsteuerbaren Schalteinheit (42) auf solche Weise, dassdie Erfassungselektroden aller verbleibenden der mehreren kapazitivenSensoren mit dem Wechselstrom-Massepotential (16) elektrisch verbun-den (80) werden, - Bestimmen (82), durch den Diagnosestrom/Spannungs-Wandler (36), ei-nes Erfassungsstromwerts durch die Erfassungselektrode des kapaziti-ven Sensors, an dem eine Diagnose durchzuführen ist, - Vergleichen (84) des ermittelten Erfassungsstromwerts mit mindestenseinem vorbestimmten Schwellenwert, und - Erzeugen (86) eines Ausgangssignals, das eine Sensorstörung anzeigt,wenn der ermittelte Erfassungsstromwert kleiner als der vorbestimmteSchwellenwert ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte (72) bis (86) auf sich wie-derholende und in periodischer Weise durchgeführt werden, nachdem fürjeden Zyklus der Schritte (72) bis (86) auf den nächsten kapazitiven Sensorder mehreren kapazitiven Sensoren, an denen eine Diagnose durchzuführenist, übergegangen wurde, und zwar Solange, bis an allen kapazitiven Senso-ren die Diagnose durchgeführt ist.
16. Softwaremodule (68) zum Steuern der automatischen Ausführung derSchritte des Verfahrens nach Anspruch 14 oder 15, wobei die auszuführen-den Verfahrensschritte in einen Programmcode des Softwaremoduls (68)umgesetzt sind, wobei der Programmcode in einer digitalen Datenspeicher-einheit (66) des kapazitiven Erfassungssystems (600) oder einer separatenSteuereinheit implementierbar ist und von einer Prozessoreinheit (64) deskapazitiven Erfassungssystems (600) oder einer separaten Steuereinheitausgeführt werden kann.
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Effective date: 20191001 |