SE511349C2 - Kapacitiv sensor för närvaroindikering - Google Patents

Description

I I!!! Jl ! H! !! !!| !.!.:| !=| . mun!! .un-nr U m-nm ! .

! !! !! E! !! |||!!! !! ! É] |!!I! 10 15 20 25 30 35 511 349 ledande materialet utgöres av ett polymert material innehål- lande ett pulveriserat elektriskt ledande material, företrä- desvis kol.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med på bifogade ritning visade utföringsexempel av uppfinningen, där - figur 1 och 2 visar principiellt en sensor enligt en första utföringsform ' - figur 3 och 4 visar principiellt en sensor enligt en andra utföringsform - figur 5 visar ett alternativt utförande - figur 6 visar ett blockschema över en elektronisk krets.

I figur 1 visas en första utföringsform av en sensor 1 enligt uppfinningen i ett tvärsnitt. I figur 2 visas sensorn i en planvy. Sensorn är anordnad att indikera en förändring av närvaro av personer eller föremål.

Enligt uppfinningen innefattar sensorn åtminstone två arkfor- miga elektriskt ledande material 2, 3 placerade på avstånd från varandra på ett icke elektriskt ledande bärskikt 4 eller motsvarande. Vidare förefinns en avkänningskrets 5 anordnad att avkänna förändringar i kapacitans mellan de arkformiga elektriskt ledande materialen 2, 3.

Enligt ett mycket föredraget utförande utgöres det arkformiga elektriskt ledande materialet av ett polymert material inne- hållande ett pulveriserat elektriskt ledande material. Mycket föredraget är ett polymert material innehållande kol. Ett så- dant material vilket är lätt böjbart tillhandahàlles bl.a. av Minnesota Mining and Manufacturing Inc. (3M), USA. Materialet har visat sig ha för föreliggande ändamål goda elektriskt le- dande egenskaper.

I utföringsformen enligt figur 1 är de arkformiga materialen 2, 3 placerade bredvid varandra på bärskiktet 4. Ett täck- ...y d!! 10 15 20 25 30 35 511 349 skikt 19 kan också förekomma. Bärskiktet liksom ett eventu- ellt täckskikt utgöres lämpligen av ett icke elektriskt le- dande plastmaterial.

Sensorn kan utföras mycket tunn, exempelvis med en tjocklek av omkring en millimeter.

När ett föremål eller en person kommer nära eller till an- liggning mot de två arkformiga materialen 2, 3 ändras kapaci- tansen mellan materialen 2, 3. Som exempel kan nämnas att om kapacitansen mellan materialen 2, 3 är 30 pF när det inte finns någon person nära sensorn så ökar kapacitansen till ex- empelvis 200 pF när en människohand kommer nära materialen.

Det är således en betydande kapacitansändring som inträffar.

I figur 6 visas ett blockschema över en avkänningskrets an- ordnad att avkänna kapacitansändringar mellan de två arkfor- miga materialen. Kretsen 5 innefattar ett spänningsaggregat 6 anordnat att pålägga en elektrisk spänning mellan materialen 2, 3 och en kapacitansmätare 7 av lämpligt känt slag. Vidare innefattar kretsen lämpligen en mikroprocessor 8 anordnad att detektera uppträdande kapacitansändringar.

Mikroprocessorn 8 har en signalutgång 9 via vilken den avger en elektrisk signal när en viss förutbestämd kapacitansänd- ring inträffat. Denna signal kan styra en annan anordning, såsom ett larm, en indikatorlampa etc. beroende i vilket sam- manhang föreliggande sensor används.

Givetvis måste den förutbestämda kapacitansändringen anpassas till sensorns storlek och vad som förväntas detekteras. Om exempelvis en människohand som kommer nära sensorn skall de- tekteras, såsom i exemplet ovan, kan exempelvis en kapaci- tansändring med 50 pF vara lämpligt som den förutbestämda kapacitansändringen. l III .Iillllll .Hi . m iwlllllxl.. Mumin u. nu: un. m 11mm n... .. mm Élu l Il I M1 Im WÅMMIW 10 15 20 25 30 35 511 349 Enligt ett föredraget utförande är avkänningskretsen 5 anord- nad att avge en elektrisk signal 9 när kapacitansen ändras med ett förutbestämt värde inom en förutbestämd tid. Enligt . detta utförande förhindras att långsamma kapacitansändringar beroende på yttre omständigheter medför att en elektrisk sig- nal avges. En sådan omständighet kan exempelvis vara en för- ändring i den relativa luftfuktigheten.

En sensor enligt den första utföringsformen kan med fördel exempelvis användas i sängar för att indikera när en patient lämnar sängen respektive går och lägger sig. Lämpligen är sensorn placerad tvärs sängen och i mitten av denna. Sensorn är lämpligen lika läng som sängen är bred. Avkänningskretsen kan för denna tillämpning vara anordnad att avge en signal endast när kapacitansändringen har ett så högt värde att det motsvarar att en patient lagt sig eller gått upp.

Sensorn kan också exempelvis användas som strömbrytare, där signalen från avkänningskretsen styr en kontaktor eller annan elektrisk krets. En annan tillämpning är som avkännare i bil- säten med avseende på om en person sitter i sätet. Avkännaren används för att styra ut en bilbältesvarningssignal.

Enligt en andra utföringsform av uppfinningen, visad i figu- rerna 3 och 4, är de arkformiga materialen 10, ll placerade ovanpå varandra. Figur 3 visar ett tvärsnitt och figur 4 en planvy. De arkformiga materialen distansieras av ett mellan- liggande skikt 12 av icke elektriskt ledande material vilket är komprimerbart. Det komprimerbara materialet kan exempelvis vara ett skumplastmaterial. Mellanskiktet 12 kan i detta ut- förande utgöra nämnda bärskikt. Emellertid kan täck- eller bärskikt 13, 14 förefinnas på den ena eller båda sidorna hos = \i SQÛSOID.

Enligt den andra utföringsformen uppkommer kapacitansändring- ar mellan de arkformiga materialen 10, ll genom att avståndet 10 15 20 25 30 35 511 349 mellan materialen ändras. Exempelvis kan detta utförande an- vändas under en matta på vilken personer gàr, varvid när en person sätter ned foten en tydlig kapacitansändring inträf- far. Materialen 10, ll är kopplade till avkänningskretsen 5 på samma sätt som materialen 2, 3.

Enligt ett annat utförande, illustrerat i figur 5, innefattar sensorn tvá eller flera olika fält 15 av arkformigt elekt- ledande material, där kapacitansen mäts mellan närlig- fält eller inom varje fält. Antingen kan varje fält av en sensor med det i figur 3 och 4 visade utförandet, sá kan kapacitansen mätas mellan par av fält 15, 16 en- riskt gande bestå eller ligt utförandet i figur 1 och 2.

Genom detta utförande kan således ett antal olika kapacitans- ändringar mätas inom en och samma sensor 17. Varje fält vid ett utförande enligt figur l eller varje par av fält vid ett utförande enligt figur 3 är härvid anslutna till avkännings- kretsen i figur 5. När två eller flera kapacitanser skall mä- tas inom samma sensor är-avkänningskretsen företrädesvis an- ordnad att i successiv ordning scanna av respektive kapaci- tans och därvid detektera om en kapacitansändring inträffar.

Genom utförandet visat i figur 5 kan avkänningsanordningen anordnas att indikera en riktning, exempelvis en persons gàngriktning. Om en sensor enligt figur 5 läggs under en dörrmatta och sensorn är så stor att en person påverkar sen- sorn med minst två steg kan således avkänningsanordningen ut- föras att exempelvis indikera om en person går ut eller in i en butik.

Genom att de arkformiga materialen är av ett plastmaterial kan dessa utföras böjliga. På grund av böjligheten och att sensorerna kan ges vilken som helst lämplig form sett i en planvy kan sensorerna anpassas till allehanda ändamål.

||...Hl1 H “min »Hm mm i| mun-n-ïn 10 15 20 511349 Förutom nämnda tillämpningar kan sensorn exempelvis användas som klämskydd för hissdörrar eller andra automatiska dörrar.

Vidare kan sensorn användas på så sätt att den är placerad under eller vid värdefulla föremål, såsom föremål på muséer.

Härvid är det således fråga om ett tjuvlarm.

En helt annan tillämpning för främst en sensor enligt den första utföringsformen är som läckagevakt eller nivåvakt för en vätska. När en vätska kommer nära eller i kontakt med de två arkformiga materialen sker en kraftig kapacitansändring.

Det är uppenbart att sensorn kan ges andra utformningar än de i figurerna visade. Således kan exempelvis de olika fälten ges andra former än fyrkantiga respektive rektangulära.

Vidare kan bärskiktet i den första utföringsformen göras styvt när en tillämpning för sensorn så kräver. Även täck- skikten i den andra utföringsformen kan göras styva.

Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsexemplen, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 511349

1. Sensor för indikering av förändring av närvaro av personer eller föremål, där sensorn (1,17,18) innefattar åtminstone två arkformiga elektriskt ledande material (2, 3;10,11) placerade på avstånd från varandra på ett icke elektriskt ledande bârskikt (4;l2) eller motsvarande och där en avkänningskrets (5) förefinns anordnad att avkänna förändringar i kapacitans mellan de arkformiga elektriskt ledande materialen (2,3;l0,ll), k ä n n e t e c k n a d a v, att det arkformiga elektriskt ledande materialet (2, 3;10,l1) utgöres av ett polymert material innehållande ett pulveriserat elektriskt ledande material, företrädesvis kol.

2. Sensor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att de arkformiga materialen (2,3) är placerade bredvid varand- ra pà bärskiktet.

3. Sensor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att de arkformiga materialen (lO,ll) är placerade ovanpå var- andra och av att de distansieras av ett mellanliggande skikt (12) av icke elektriskt ledande material vilket är komprimerbart.

4. Sensor enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d a v, att sensorn innefattar två eller flera olika fält (l5,16) av arkformigt elektriskt ledande material, där kapacitansen mäts mellan närliggande fält eller inom varje fält.

5. Sensor enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v, att avkänningskretsen är anordnad att avge en elektrisk signal när kapacitansen ändras med ett förutbestämt värde inom en förutbestämd tid.