MX2008011807A

MX2008011807A - Sensor de posicion de puerta.

Info

Publication number: MX2008011807A
Application number: MX2008011807A
Authority: MX
Inventors: Girish Pimputkar; Roberto Giordano; Andrei Uhov
Original assignee: Electrolux Home Prod Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-10-02
Also published as: AU2007227803A1; JP5431915B2; AU2007227803B2; US8436628B2; RU2452083C2; BRPI0709593B1; CN101401309B; WO2007108746A1; BRPI0709593A2; US20090072884A1; CN101401309A; JP2009530768A; KR101330460B1; KR20080106334A; EP1999848A1; EP1999848B1; RU2008141139A; EP1999848A4

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema sensor capacitivo que comprende un circuito de sensor conectado a una primera antena (15) y a una segunda antena (11), la primera antena (15) se arregla en un primer objeto (10) y la segunda antena (11) se arregla en un segundo objeto (11) movible con relación al primer objeto (10). La primera antena (15) se arregla recta cerca del segundo objeto (11) para que el circuito de sensor detecte el movimiento y/o posición del segundo objeto (11).

Description

SOR DE POSICIÓN DE PUERTA Campo de la Invención La presente invención se refiere a un sistema de sensor capacitivo que comprende un circuito sensor conectado a una primera y una segunda antena, la primera antena se arregla en un primer objeto y la segunda antena se arregla en un segundo objeto que se puede mover con relación al primer objeto.

Antecedentes de la Invención Son bien conocidos los sistemas de sensores capacitivos, por su capacidad para proporcionar control y operación de diferentes aparatos basados en la presencia de un cuerpo humano. Estos sistemas se describen en general, por ejemplo en US4453112 y US5621290. En estos documentos, un electrodo de sensor se arregla en el armazón de la ventana de una ventana de un automóvil. Tan pronto como una porción de un cuerpo humano, tal como una mano, se aproxima al electrodo de sensor, se incrementa la capacitancia entre el electrodo de sensor y un electrodo de tierra. Este incremento en la capacitancia cambia la frecuencia de una señal de salida del electrodo, que se compara a una referencia, y un motor que mueve la ventana se opera en base a este, cambio. El sistema de sensor puede responder a elementos semi-conductores tal como un cuerpo humano, pero los plásticos y maderas no provocarán ningún efecto. La solicitud de patente Sueca aún no publicada SE 0402261-2 describe un sistema de percepción capacitiva proporcionado para solucionar el problema de detectar una parte corporal pequeña entre la puerta y el cuerpo de un gabinete de refrigerador equipado con un sistema de percepción capacitiva. Normalmente, el cuerpo de gabinete hará invidente la antena de la puerta puesto que su mayor influencia en la capacitancia es mucho mayor que la menor influencia en la capacitancia provocada por la parte corporal. Para solucionar esto, la invención descrita comprende un escudo electromagnético entre la puerta y el cuerpo del refrigerador, montado tal como un empaque en el borde del cuerpo del gabinete. Este escudo debe remover la influencia provocada por el cuerpo del gabinete. Este escudo tiene una posición fija con relación al cuerpo del refrigerador y una capacitancia constante con relación a este. La puerta está eléctricamente conectada a este escudo y el movimiento del proceso de la puerta no cambia la capacitancia de la puerta al cuerpo del refrigerador . Sin embargo, una desventaja con el sistema descrito es el alto costo de construcción. Este armazón debe ser una hoja conductora delgada (por ejemplo cobre) pero desde el punto de vista estético se debe cubrir con algunos elementos de plástico y todos los lados de este armazón deben conectar de manera eléctrica entre si y al tablero de control. Cuando se cierran, los elementos del marco de cubierta de puerta y tienen influencia en el empaque con gran presión y el plástico necesita ser suficientemente duro (costoso) para sobrevivir a estas condiciones. Otro problema es que el armazón no es un escudo real. El tamaño de la puerta (ver figura 1) es mucho mayor que el área total del armazón. Esto significa que se forma un campo electromagnético C3 entre la puerta y el cuerpo del refrigerador. Esto adicionará una capacitancia variable adicional al circuito de medición del sistema. En realidad, el escudo (puesto que no es un escudo real) se puede reemplazar por el capacitor Cl constante "normal" localizado en el tablero de control. Entonces se regresará a un sistema de percepción capacitiva para un gabinete de refrigerador sin un escudo. La capacitancia C3 dependerá del ángulo de la puerta y de la influencia en la capacitancia total de este circuito (ver figura 2). Además, debido a que el armazón está mucho más cerca al cuerpo del refrigerador, su capacitancia Cl es mucho mayor (aproximadamente 2-3nF y significa 10 veces mayor que el cuerpo humano a la capacitancia de la puerta, C2) . Por lo tanto, no tendrá sólo una capacitancia constante del escudo al cuerpo, sino dos capacitores Cl, C3 conectados en paralelo, el armazón al refrigerador y la puerta al refrigerador con una capacitancia total 10 veces mayor que el cuerpo humano a la puerta (C2) . Las figuras 1-2 ilustran esto. Además, se tendrá que tratar con las variaciones de C3 debido al ángulo de la puerta. Debido a que esto necesitará una ADC de alta resolución (intervalo dinámico de aproximadamente 20,000), y procesamiento complicado de señales con amplificación sólo de una parte de una señal dentro del intervalo completo para ser capaz de detectar los movimientos de un cuerpo humano. El problema será identificar si una variación en la capacitancia total depende del movimiento de la puerta o de la presencia del cuerpo humano.

Breve Descripción de la Presente Invención Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de sensor capacitivo, aplicado en una puerta o tapa mantenida por un armazón que influencie la capacitancia, que es capaz de detectar de manera fácil y confiable una pequeña porción de un cuerpo humano. Este objeto se logra de acuerdo a la invención como se define en la porción característica de la reivindicación Descripción de las Figuras La invención ahora se describirá adicionalmente con referencia a las figuras 1 a 6 anexas, en las cuales: La Figura 1 muestra el sistema de percepción capacitiva de la técnica anterior, aplicado a un gabinete de refrigerador . La Figura 2 muestra el circuito de medición correspondiente para el sistema de la figura 1. La Figura 3 muestra un sistema de percepción capacitiva aplicado a un gabinete de refrigerador de acuerdo a la presente invención. La Figura 4 muestra la estructura del elemento del sistema de medición para el sistema de acuerdo a la figura 3; La Figura 5 muestra el circuito de medición correspondiente para el sistema de acuerdo a las figuras 3-4. La Figura 6 muestra la "capacitancia dependiente del ángulo de la abertura de la puerta" Descripción de una Modalidad Ilustrativa Las figuras 1-2 muestran la modalidad de la técnica anterior en la solicitud de patente Sueca no publicada SE 0402261-2, en tanto que las figuras 3-6 muestran una modalidad ilustrativa de un sistema de sensor capacitivo de acuerdo con la presente invención. La modalidad ilustrativa no se debe interpretar como una limitación de la invención. Su propósito es ilustrar cómo la invención se puede aplicar e ilustrar además el alcance de la invención. Con referencia a la figura 1, el sistema de percepción capacitiva de la técnica anterior se aplica a un gabinete 10 de refrigerador que tiene un cuerpo con una hoja metálica exterior que encierra el gabinete. El gabinete comprende una puerta 11 articulada por las charnelas al cuerpo. Como se describe en los antecedentes, este sistema comprende un escudo electromagnético 12 entre la puerta y el cuerpo del refrigerador, montado tal como una junta en el borde del cuerpo del gabinete. Se acopla 13 a la puerta. El escudo debe remover la influencia provocada por el cuerpo del gabinete. La figura 2 muestra el circuito de medición correspondiente (suma de corriente) formado por este arreglo, que a su vez corresponde al siguiente cálculo de la capacitancia total: Ctot = Cl + C2 + C3 Cl es la capacitancia fija formada entre el escudo y el cuerpo del gabinete. Esto tiene un alto valor (nF) . C2 es la capacitancia variable formada desde la puerta y el nivel del suelo, que dependen del movimiento o presencia del cuerpo humano en la puerta. Esto tiene un bajo valor (pF) .

C3 es la capacitancia variable no calculada formada entre la puerta y el cuerpo del gabinete. Tiene un alto valor (nF) y depende del ángulo de abertura de la puerta. Cuando mide la capacitancia total en la salida 14 del circuito (figura 2), será muy difícil identificar el movimiento del cuerpo humano (variaciones de C2). El problema será identificar si una variación en la capacitancia total depende del movimiento de la puerta o de la presencia del cuerpo humano. Las figuras 3-6 muestran una modalidad ilustrativa de acuerdo a la invención. En la figura 3 se muestra el gabinete 10 con la puerta 11 articulada con charnelas. Una hoja metálica exterior cubre el cuerpo del gabinete. De acuerdo a la presente invención, el escudo 12 se reemplaza por un electrodo 15 en el lado superior del ref igerador. El electrodo se hace como una tira metálica arreglada en el panel superior (no mostrado) que retiene la interfaz de usuario, la tarjeta de circuitos y otros componentes eléctricos. El electrodo operará como una antena para el circuito de percepción capacitiva. El sistema será capaz de detectar la posición de la puerta como una manera para solucionar los problemas mencionados anteriormente con la solución de la técnica anterior. En la figura 3, se muestran los capacitores formados por el nuevo arreglo de sistema. Cl es la capacitancia fija formada entre el electrodo 15 y el cuerpo 10 del gabinete. C2 es la capacitancia variable formada entre la puerta y el nivel del suelo , lo cual depende de la presencia o movimiento de un cuerpo humano cerca de la puerta. C3 es la capacitancia variable formada entre la puerta y el cuerpo del gabinete. Depende del ángulo de abertura de la puerta. C4 es la capacitancia variable formada entre el electrodo y la puerta. Depende del ángulo de abertura de la puerta. Como se describe más adelante, el sistema usará el conocimiento acerca del valor de esta capacitancia C4 para detectar si un cuerpo 16 humano se aproxima a la puerta. La figura 4 muestra la estructura del elemento del sistema de medición y la figura 5 del circuito de medición correspondiente para el presente sistema de percepción capacitiva. La figura 4 muestra las diferentes antenas (cuerpo 10 de gabinete, electrodo 15, puerta 11, cuerpo 16 humano) que tiene influencia en la capacitancia total medida en la salida 17 del circuito (figura 5) . Considerando ahora el cálculo de la capacitancia total en la salida 17 : Ctot = Cl + 1/(1/C4 + 1/(C2+C3)) En la presente invención, los valores de la capacitancia de electrodo (Cl y C4 ) son mucho menores (menos de 10 pF) en comparación con las capacitancias de la puerta y del cuerpo humano C2/C3, (200 - 400 pF en total) y la influencia de la C2 y C3 en la capacitancia de la tira metálica por lo tanto no es significativa, por ejemplo: Si Cl = 10 pF, C4 = 10 pF; C3 = 300 pF, C2 = 100 pF (usuario toco la puerta) . La capacitancia total entonces es : C = Cl + 1/(1/C4 + 1/(C2+C3)) = 10 + 1/(1/10 + 1/ (300+100) ) = 19.76 pF Si Cl = 10 pF, C4 = 10 pF; C3 = 300 pF, C2 = 0 pF (usuario se aleja de la puerta) . La capacitancia total entonces es: C = Cl + 1/(1/C4 + 1/(C2+C3)) = 10 + 1/(1/10 + 1/ (300+0) ) = 19.76 pF De este modo, el movimiento del cuerpo humano no acerca a la puerta y aún tocando la puerta no tendrá influencia real en los resultados de medición de la posición de la puerta (especialmente cuando se abre la puerta y la capacitancia C4 es significativamente menor) . Considerando la figura 6, cuando la puerta se está abriendo su posición bajo la tira metálica del lado superior está cambiando y el área de las superficies de cobertura comunes también está cambiando. Por lo tanto, la capacitancia de este capacitor variable dependerá (pero no linealmente) del ángulo de abertura,, ver el diagrama. La parte más grande de los cambios tomará lugar cuando la puerta sólo empiece a abrirse y será más pequeña cuando la puerta estará casi abierta. Este sensor puede tener muy buena precisión para la determinación de la condición de puerta cerrada y muy baja precisión para la condición de puerta abierta. Para la funcionalidad apropiada del refrigerador, es más critica la identificación confiable de la condición de puerta cerrada que la abierta de modo que no son aceptables muy buenas precisiones para la condición abierta . El resultado de esto es que se facilitará, cuando empiece el sistema a calibrar de modo que el sistema conoce la capacitancia total en la salida 17 para diferentes ángulos de puerta. El usuario instruirá para hacer esta calibración cuando instale el gabinete en su hogar. Entonces el sistema tendrá siempre información acerca de la posición de la puerta y puede calcular la señal esperada de la capacitancia total para un cierto ángulo de puertas y acciones del usuario (movimiento y toque de la puerta) y la sustraerá de la señal real. De este modo, se tendrá una señal pura de las acciones del usuario. Esto permitirá un sistema de percepción capacitiva trabajador para un gabinete de refrigerador. Prácticamente, el circuito de sensor capacitivo detectará, cuando se calibre, la posición del segundo objeto al medir la capacitancia total en el circuito eléctrico y compararla con un diagrama almacenado de la relación entre la capacitancia total y la posición del segundo objeto. El circuito sensor detectará cuando haya detectado la posición del segundo objeto, el movimiento y/o la posición de una parte de cuerpo usada cerca del segundo objeto. Otra ventaja es que los dos interruptores mecánicos normalmente usados en los refrigeradores (interruptor de alarma de puerta abierta e interruptor de iluminación interna) se puedan remover. La reducción esperada de costo debida a la simplificación de construcción mecánica . Es obvio para la persona experta en la técnica que la invención no se limita a un sistema de sensor capacitivo adaptado sólo para un gabinete de enfriamiento. En lugar, se puede usar en cualquier aparato que tenga una parte móvil en la cual se implemente un dispositivo de antena para un sistema de percepción capacitiva.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Sistema de sensor capacitivo que comprende un circuito sensor conectado a una primera y una segunda antena, la primera antena se arregla en un primer objeto y la segunda antena se arregla en un segundo objeto que se puede mover con relación al primer objeto, caracterizado en que la primera antena se arregla recta, próxima al segundo objeto para que el circuito sensor detecte el movimiento y/o posición del segundo objeto.
2. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera antena se arregla sustancialmente en paralelo con una superficie en el segundo objeto.
3. Sistema de sensor capacitivo según la reivindicación 2, en donde la primera antena y la superficie en el segundo objeto se traslapa al menos parcialmente fijándose en la superficie terminal.
4. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones 2-3, en donde la primera antena y la superficie del segundo objeto tiene una forma oblonga, en donde la dirección de extensión principal tanto para la antena como para la superficie están sustancialmente paralelas en una posición del segundo objeto.
5. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en donde el segundo objeto es una puerta montada de forma giratoria o deslizable en el primer objeto, la superficie en el segundo objeto que es parte de la forma de la puerta, la superficie que se forma en el borde de la puerta.
6. Sistema de sensor capacitivo según la reivindicación 5, en donde la segunda antena se forma como una hoja de cubierta en la puerta.
7. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en donde el primer objeto es un cuerpo de gabinete y el cuerpo junto con la puerta encierra un espacio de gabinete, la primera antena que se arregla en una superficie de antena que da hacia la superficie en el segundo objeto.
8. Sistema de sensor capacitivo según la reivindicación 7, en donde la superficie de la antena se arregla en una porción extendida del cuerpo del gabinete para dar hacia el borde de la puerta.
9. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda antena se arregla para que el circuito sensor detecte el movimiento y/o posición de la parte corporal de un usuario próxima al segundo objeto.
10. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera capacitancia se forma entre la primera antena y el primer obj eto .
11. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se forma una segunda capacitancia entre la segunda antena y el nivel del suelo .
12. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se forma una tercera capacitancia entre la segunda antena y el primer ob eto .
13. Sistema de sensor capacitivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se forma una cuartas capacitancia entre la primera antena y la segunda antena
14. Sistema de sensor capacitivo según las reivindicaciones 10-13, en donde el valor de la cuarta capacitancia se ve influenciado por el movimiento del segundo objeto en relación al primer objeto.
15. Sistema de sensor capacitivo según las reivindicaciones 10-14, en donde el valor de la segunda capacitancia se ve influenciado por la presencia de un cuerpo humano en el segundo objeto.
16. Sistema de sensor capacitivo según las reivindicaciones 10-14, en donde las capacitancias forman un circuito eléctrico equivalente en el cual la primera capacitancia se conecta en paralelo con una conexión en serie al menos entre la segunda y cuarta capacitancias.
17. Método para un sistema de sensor capacitivo que comprende un circuito sensor conectado a una primera y una segunda antena, la primera antena se arregla en un primer objeto y la segunda antena se arregla en un segundo objeto que se puede mover con relación al primer objeto, el arreglo de las antenas que forma un circuito eléctrico equivalente caracterizado en que el circuito sensor detecta la posición del segundo objeto al medir la capacitancia total en el circuito eléctrico y compararla con un diagrama almacenado de la relación entre la capacitancia total y la posición del segundo objeto.
18. Método según la reivindicación 17, en donde el segundo objeto es una puerta montada en forma giratoria en el primer objeto y la posición del segundo objeto corresponde a su ángulo de rotación con relación al primer obj eto .
19. Método según cualquiera de las reivindicaciones 17-18, en donde el circuito sensor cuando ha detectado la posición del segundo objeto es capaz de detectar el movimiento y/o posición de una parte corporal de usuario próxima al segundo objeto.