WO2018033223A1 - Auswerteschaltung für einen kapazitiven sensor, kapazitiver sensor und aktor in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Auswerteschaltung für einen kapazitiven sensor, kapazitiver sensor und aktor in einem kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor zur Erfassung des Abstands, der Geschwindigkeit oder der Position eines Objekts, mit einer Referenzkapazität (1) und einer Messkapazität (2), wobei die Referenzkapazität (1) und die Messkapazität (2) über einen Widerstand mit einer Rechteckspannung (3) beaufschlagt werden,und mit Hilfe einer logischen Verknüpfungseinheit (4) ein zeitdauervariabler Impuls (7) gewonnen wird, dessen Dauer ein Maß für die Messkapazität (2) darstellt, wobei die Referenzkapazität (1) erfindungsgemäßmit dem Eingang einer ersten Schaltstufe (41, 43) und der Messkapazität (2) mit dem Eingang einer weiteren Schaltstufe (43, 41) verbunden ist, wobei eine einzige Messelektrode (21) mit mindestens einer Hilfselektrode (8) eine kapazitive Kopplung (15) aufweist, wobei die Schaltstufen (41, 43) Teil einer logischen Verknüpfungseinheit (4) sind, die so ausgebildet ist, dass das Erreichen der Schwellspannung einer ersten Schaltstufe (41,43) den Einschaltzeitpunkt eines Ausgangssignals (7), und das Erreichen der Schwellspannungeiner weiteren Schaltstufe (43, 41) den Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals (7) bestimmt, und der Ausgang der logischen Verknüpfungseinheit (4) mit dem Eingang einer Integrationsstufe verbunden ist, wobei über den Ausgang der Integrationsstufe (5) ein Ladekondensator Ca geladen oder entladen wird. Weiterhin wird ein kapazitiver Sensor und ein Aktor mit dem kapazitiven Sensor beansprucht.

Description

Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor, kapazitiver Sensor und Aktor in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kapazitive Sensoren sind nicht nur in der Automatisierungstechnik, sondern neuerdings auch in der Automobiltechnik weit verbreitet, wo sie u. a. als Kofferraum-, Türöffner, oder zur Sitzbelegungserkennung Anwendung finden.
Die AT 403 213 B offenbart einen kapazitiven Feuchtesensor mit einem Rechteckgenerator, dessen Signal über zwei unterschiedliche Signalwege einem UND-Gatter zugeführt werden, wobei der eine Signalweg direkt verläuft und der andere eine Messelektrode aufweist, deren Kapazität die Signalform beeinflusst und dadurch das Erreichen einer Schaltschwelle verzögert.
Die WO 2007 025 785 AI offenbart einen kapazitiven Sensor mit einem Rechteckgenerator, dessen Signal über zwei unterschiedliche Signalwege einem XOR-Gatter zugeführt wird, wobei der eine Signalweg eine Messelektrode und der andere eine Referenzelektrode enthält.
Die DE 10 2012 106 526 AI offenbart einen kapazitiven Türgriffsensor für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Elektroden mit unterschiedlichen Überwachungsbereichen, wobei eine Elektrode als Referenzelektrode wirkt.
Die DE 10 2012 224 007 AI offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Kapazität eines Messkondensators in eine mit einem Analog-Digitalwandler erfassbare Spannung mit einer Ladungsübertragungseinrichtung zur Übertagung der Ladung einer unbekannten Kapazität CX auf einen Messkondensator CL, wobei allerdings nur der Vergleich einer einzigen unbekannten Kapazität CX mit einer Referenzkapazität Cref vorgesehen ist.
Die DE 10 2014 216 998 AI zeigt eine Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor mit mehreren Messkapazitäten und einer Referenzkapazität, wobei die Messkapazitäten nacheinander in einem vorgegebenen Zeitregime mit derselben Referenzkapazität verglichen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gegenüber der in der DE 10 2014 216 998 AI gezeigten Schaltung eine nochmals kostenoptimierte Schaltung anzugeben, welche gleichzeitig zusätzliche Möglichkeiten aufweist, die kapazitiv wirksamen Umwelteinflüsse zu erfassen. Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, die Messkapazität in einem vorgegebenen Zeitregime mit einer Referenzkapazität zu vergleichen und die jeweilige Kapazitätsmessung durch eine zusätzliche Hilfselektrode steuerbar zu beeinflussen. Dazu wird die
Referenzkapazität mit dem Eingang einer ersten Schaltstufe und die Messkapazität mit dem Eingang einer weiteren Schaltstufe verbunden, wobei diese Schaltstufen beispielsweise als NAND Gatter ausgebildet sind und miteinander eine logische Verknüpfungseinheit bilden, die so ausgebildet ist, dass der Schaltzeitpunkt der ersten Schaltstufe den Einschaltzeitpunkt eines Ausgangssignals bestimmt und der Schaltzeitpunkt einer weiteren Schaltstufe den Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals bestimmt oder dass der Schaltzeitpunkt der ersten Schaltstufe den Ausschaltzeitpunkt eines Ausgangssignals bestimmt und der Schaltzeitpunkt einer weiteren Schaltstufe den Einschaltzeitpunkt des Ausgangssignals bestimmt. Die Ausgangssignale der logischen Verknüpfungseinheit werden dem Eingang einer
Integrationsstufe zugeführt. Über den Ausgang der Integrationsstufe, die auch als Stromquelle wirken kann, wird ein Ladekondensator geladen. Die zeitliche Länge der von der o. g.
logischen Verknüpfungseinheit generierten Ausgangsimpulse bestimmt die Spannung des Ladekondensators.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Referenzkapazität oder die Messkapazität mit einer Zeitbeeinflussungseinheit verbunden, die einen Kondensator und eine Spannungsquelle aufweist, bzw. mit einer steuerbaren Spannungsquelle verbunden ist.
Die Zeitbeeinflussungseinheit dient zur gezielten Beeinflussung der durch die
Referenzkapazität oder die Messkapazität erzeugten Verzögerungszeit.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch eine Hilfselektrode, die im Wesentlichen zeitgleich mit einer Messelektrode mit einem Spannungssignal beaufschlagt wird, eine gezielte kapazitive Beeinflussung der Messelektrode möglich ist, so dass auf diese Weise weitere räumliche Regionen im Umfeld der Messelektrode kapazitiv ausgewertet werden können, ohne dass dadurch ein separater Messkanal mit zusätzlichem Schaltungsaufwand zur Kapazitätsmessung einer Elektrode erforderlich ist.
So kann beispielsweise mit nur einem IC des Typs 74HC132 ein kapazitiver Sensor mit mehreren räumlich voneinander unterscheidbaren Bereichen aufgebaut werden, was einerseits zu einer Einsparung von Bauelementen führt und andererseits zusätzliche Möglichkeiten zur Erfassung kapazitiv wirksamer Umwelteinflüsse bietet.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einer passiven Hilfselektrode.
Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einer aktiven Hilfselektrode.
Fig. 3 zeigt einen zu den Schaltungen in Fig. l und 2 gehörenden MikroController mit
Schaltstufe.
Fig. 4 zeigt das Impulsdiagramm zur Steuerung der Messung im Detail.
Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung in einem Fahrzeugtürgriff.
Fig. 6 beschreibt ein Beispiel mit zwei Sensorelektroden und einer aktiven Hilfselektrode.
Fig. 7 beschreibt ein Beispiel mit einer Sensorelektrode und zwei Hilfselektroden.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer integrierten Schaltung des Typs 74HC132 mit vier Schaltstufen (NAND-Gatter) 41 , 42, 43, 44, die eine logische Verknüpfungseinheit 4 bilden, wobei im Ruhezustand der steuerbare Gattereingang der mit 41 bezeichneten
Schaltstufe auf dem logischen Zustand„Hoch" liegt, so dass deren Ausgang, und damit auch das Steuersignal 6 den logischen Zustand„Tief einnimmt.
Das hat zur Folge, dass für die Dauer dieses Zustandes die Schaltstufen 42, 43 an ihrem nicht von außen steuerbaren Eingang ebenfalls auf„Tie ' liegen und somit signaltechnisch gesperrt sind, so dass deren Ausgänge für die Dauer dieses Signalzustandes auf„Hoch" liegen, die Schaltstufe 44 an ihrem Ausgang den Zustand„Tief einnimmt und die Integrationsstufe 5 ebenfalls gesperrt ist, wobei der hier mit Ca bezeichnete Ladekondensator geladen bleibt, der vorher von dem Schalter S aufgeladen wurde, welcher wiederum von dem in Fig. 3 dargestellten MikroController μC gesteuert wird.
Der nicht mit der Betriebsspannung verbundene Steuereingang der Schaltstufe 41 ist mit einer Zeitbeeinflussungseinheit 9 verbunden, die neben Rref und Cref zwei Kondensatoren Crl und Cr2 aufweist, an die Hilfsspannungsquellen Ui und U2 angeschlossen sind.
Im Ruhezustand liegt der Takteingang Clock Ref und einer der Takteingänge Clock l , Clock_2, auf„Hoch". In diesem Beispiel sei angenommen, dass der Takteingang Clock l gerade auf„Hoch" liegt. Der jeweils andere Takteingang liegt auf„Tief . In diesem Beispiel wird die Schaltstufe 42, deren Takteingang auf„Hoch" liegt, für eine Impulserzeugung vorbereitet, während der andere Takteingang, in diesem Beispiel die Schaltstufe 43, durch das logische Eingangssignal„Tief weiterhin gesperrt bleibt.
Zur Erzeugung eines Impulses an einem der Ausgänge der Schaltstufen 42, 43, und damit auch an 44, werden durch eine extern angeschlossene, in Fig. 3 dargestellte Steuereinheit J5, z.B. einen MikroController (μθ), sowohl der Takteingang„Clock Ref als auch der auf „Hoch" liegende Takteingang der Takteingänge Clock l , Clock_2 gleichzeitig auf„Tie ' geschaltet. Dadurch gelangt das an„Clock Re ' angelegte Signal über den Tiefpass Rref, Cref an den Eingang der Schaltstufe 41 und löst bei Erreichen der Schwellspannung an dessen Ausgang einen positiven Spannungssprung aus, wobei die Verzögerungszeit dieses
Spannungssprunges von der Zeitbeeinflussungseinheit (9) beeinflusst wird, mit deren Hilfe das Signal an Cref zeitlich verschoben werden kann. Zu diesem Zweck werden die
Hilfsspannungen Ui und U2 angelegt. Diese Spannungen und auch die drei in der Fig. 4 gezeigten Taktsignale (Clock Ref, Clock l , Clock_2) können von der zuvor beschriebenen Steuereinheit (μϋ) erzeugt werden.
Für eine sinnvolle Impulserzeugung sind alle Zeitkonstanten und alle Steuersignale, die signaltechnisch vor den Gattereingängen der Gatter 41 und 42, 43 liegen, so dimensioniert, beziehungsweise eingestellt, dass zuerst die Spannung am Gattereingang des Gatters 41 die negative Schaltschwelle erreicht. Dies bewirkt, dass an den von außen nicht zugänglichen Gattereingängen der Gatter 42, 43 der logische Zustand von„Tief auf„Hoch" wechselt, so dass wie gezeigt, das Gatter 42, an dessen von außen zugänglichem Eingang der logische Zustand„Hoch" anliegt, seinen Ausgang auf„Tief schaltet und somit über das nachfolgend angeschlossene Verknüpfungsglied (NAND-Gatter) 44 die nachfolgend angeschlossene Integrationsstufe 5 ansteuert. Damit wird ein Entladevorgang des mit Ca bezeichneten Kondensators über die Integrationsstufe 5 gestartet. Der Einschaltzeitpunkt dieses
Ausgangssignals wird somit vom Schaltzeitpunkt der ersten Schaltstufe 41 bestimmt. Das andere Gatter 43, an dem der von außen zugängliche Eingang von vornherein auf„Tief liegt, bleibt somit signaltechnisch gesperrt.
Danach erreicht die Spannung an dem von außen zugänglichen Gattereingang, dessen angeschlossener Takteingang gleichzeitig mit dem Signal„Clock Ref von„Hoch" auf „Tief geschaltet wird, seine negative Schaltschwelle, so dass der soeben von„Hoch" auf „Tief geschaltete Gatterausgang der Schaltstufe 42 wieder auf„Hoch" zurück schaltet, das Gatter 44 wieder auf„Tief zurück schaltet und somit die Ansteuerung der nachfolgend angeschlossenen Integrationsstufe 5 wieder unterbricht, wodurch der Entladevorgang des mit Ca bezeichneten Kondensators beendet wird. Somit wird der Ausschaltzeitpunkt dieses Ausgangssignals vom Schaltzeitpunkt der weiteren Schaltstufe 42 bestimmt.
Somit wird bei Erreichen der Schwellspannung einer ersten Schaltstufe 41 ein Startsignal und bei Erreichen der Schwellspannung einer weiteren Schaltstufe 42 oder 43 ein Stoppsignal erzeugt.
Die Zeitbeeinflussungseinheit 9 beinhaltet zur gezielten Beeinflussung der durch die
Referenzkapazität 1 (Cref) erzeugten Verzögerungszeit einen Kondensator Crl und eine von der Auswerteeinheit ^C) steuerbare Spannungsquelle Ui .
Damit ist die Zeitdauer, mit der die Integrationsstufe 5 angesteuert wird, abhängig von der zu messenden Elektrodenkapazität, welche dem jeweils aktivierten Takteingang (Clock l , Clock_2) zugeordnet ist. Zur Auswertung einer beliebigen zu messenden Kapazität wird der jeweils zugeordnete Takteingang in der oben beschriebenen Weise angesteuert.
Die Hilfselektrode 8 mit der Bezeichnung EL H liegt dabei auf einem weiteren Anschluss IN I der Steuereinheit μC aus Fig. 3, wird durch einen Widerstand (Re3) von einem der Clock-Eingänge Clock l , Clock_2 gespeist, und ist kapazitiv mit einer der Messelektroden 21 , 22 (EL I , EL 2) gekoppelt. In dem gezeigten Beispiel wird die Hilfselektrode 8 vom Clock-Eingang Clock_2 gespeist und ist kapazitiv mit der Messelektrode 22 (EL_2) gekoppelt.
Der Anschluss IN I kann während der Impulserzeugung von Clock_2 in 2 verschiedenen Modi betrieben werden, beispielsweise hochohmig und niederohmig. Dadurch wird in dem hochohmigen Modus das an Clock_2 anliegende Taktsignal ebenso auf die Hilfselektrode 8 (EL H) geführt, während in dem niederohmigen Modus das an Clock_2 anliegende
Taktsignal durch IN I kurzgeschlossen wird und somit nicht an der Hilfselektrode 8 (EL H) erscheint. Somit wird in den zwei verschiedenen Modi über die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 22 (EL 2) die Kapazitätsmessung an 22 (EL 2) unterschiedlich beeinflusst, was in der Signalauswertung eine Aussage über die gegenseitige Kapazität zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 22 (EL 2) erlaubt.
Dies kann beispielsweise nützlich sein, um den Einfluss von außerhalb der Sensoranordnung befindlichen Objekten, beispielsweise Wasser, leitfähigem Primer oder einem Chrombelag auf dem Gehäuse des Gerätes zu erkennen und somit die Erfassungscharakteristik des Sensors beispielsweise durch angepasste Parametrierung, optimieren zu können. Auf diesem Wege können auch unerwünschte Bedienfälle unterdrückt oder der Einfluss von variablen
Montageumgebungen erkannt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung wie in Fig. 1, die sich nur durch die Ansteuerung der Hilfselektrode 8 (EL H) unterscheidet. In diesem Ausführungsbeispiel wird die
Hilfselektrode 8 (EL H) durch einen zusätzlichen Takteingang Clock_3 gespeist. Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 bietet die zusätzliche Möglichkeit, das Steuersignal an
Clock_3 zeitlich sowohl der Messung an 21 v(EL_l) als auch der Messung an 22 (EL_2) zuzuordnen und somit beide gegenseitige Kapazitäten, auswerten zu können. Wenn Clock_3 gleichzeitig mit Clock l erzeugt wird, dann wird die Kapazität zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 21 (EL I) beeinflusst. Wird dagegen Clock_3 gleichzeitig mit Clock_2 erzeugt, dann wird die Kapazität zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 22 (EL 2) beeinflusst.
Außerdem kann das Steuersignal für Clock_3 sowohl gleichphasig als auch gegenphasig erzeugt werden, was den doppelten Nutzsignalhub erlaubt. Dieses Ausführungsbeispiel erfordert einen weiteren Anschluss des MikrocontroUers der diese Betriebsart erlaubt. Je nach Typ des MikrocontroUers μC (J5 aus Fig. 3) kann die Variante aus Fig. 1 oder die Variante aus Fig. 2 bevorzugt werden.
Die Fig. 3 zeigt einen MikroController zur Steuerung und Auswertung der in den beiden vorigen Figuren angegebenen Schaltungen. Für die Fig. 1 wird der Anschluss PI (Clock_3) nicht benötigt, und kann frei bleiben. Das Gleiche gilt für die Fig. 2 und den Anschluss P13 (IN I). Der Anschluss P8 (A) wird mit einer Schaltstufe (T2) verbunden, die zum Beispiel ein Schaltsignal oder ein Bussignal übertragen kann, um so die gewünschten Messergebnisse oder Auswertekriterien mit Hilfe der Schaltstufe T2 an ein externes Steuergerät zu übertragen.
Die Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes, zugehöriges Impulsdiagramm im Detail. Die Signale entsprechen den Takten aus Fig. 1. Man erkennt das für das Gatter 41 bestimmte Taktsignal (Clock Ref), das für das Gatter 42 bestimmte Taktsignal (Clock l), das für das Gatter 43 bestimmte Taktsignal (Clock_2) und die an der Hilfselektrode 8 (EL H) anliegende
Signalspannung. Diese Signalspannung wird in dem dargestellten Signalmuster im
Zusammenwirken mit dem Taktsignal (Clock_2) ausgewertet, welches die Elektrode 22 (EL 2) ansteuert. Dargestellt sind zwei verschiedene Modi, wobei in einem Modus das Taktsignal Clock Ref gleichzeitig mit dem Taktsignal Clock_2 erzeugt wird. Im Diagramm ist dies der Zeitpunkt 52μ8. Im anderen Modus, welcher im Zeitpunkt 84μβ ein weiteres Taktsignal erzeugt, ist eine zusätzliche Signalflanke an EL H sichtbar, wodurch eine
Beeinflussung der gegenseitigen Kapazität zwischen EL 2 und EL H erreicht wird. Die mit „tl" bezeichnete Zeitspanne dient zur Herstellung eines definierten Initialzustandes und muss mindestens so groß sein wie die Summe sämtlicher Verzögerungszeiten, die Einfluss auf das elektrische Potential der relevanten Kapazitäten haben können, und sorgt so für einen reproduzierbaren Ablauf der Messung.
Die Fig. 5 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel im Türgriff eines Kraftfahrzeugs, wobei die Wirkungsweise der Hilfselektrode 8 und die Beeinflussung der gegenseitigen kapazitiven Kopplung (elektrisches Feld 15) zwischen Hilfselektrode 8 und Elektrode 22 dargestellt ist, welche durch ein angenähertes Beeinflussungsobjekt 16 beeinflusst wird. Die konstruktive Sensoranordnung umfasst hier die Elektronik 11 einschließlich
Elektrodensystem 8, 13, 22, Gehäuse 10 und andere konstruktiv bedingte Elemente, welche ebenfalls die gegenseitige kapazitive Kopplung zwischen der Hilfselektrode und einer weiteren Elektrode beeinflussen. Sensorisch nutzbar, also im Sinne einer Erkennung bestimmter Bedienfälle oder Einflussfaktoren wie z.B. Wasser oder unerwünschte
Bedienfälle, ist die Anordnung jedoch nur dann, wenn zumindest ein Teil der kapazitiven Kopplung 15 außerhalb dieser konstruktiven Sensoranordnung verläuft, so dass diese durch äußere Objekte 16 beeinflussbar ist.
Die Fig. 6 beschreibt ein besonders einfaches batteriebetriebenes Ausführungsbeispiel, bei dem die logische Verknüpfungseinheit 4 aus nur zwei NAND-Gattern 41, 43 besteht. Am Eingang der ersten Schaltstufe 43 sind die Elektroden 21, 22 angeschlossen. Die Funktion der weiteren Schaltstufe, an deren Eingang die Referenzkapazität 1 liegt, wird hier vom Gatter 41 übernommen. Die Schaltung beinhaltet zwei Sensorelektroden 21, 22 und eine Hilfselektrode 8, welche aktiv mit einem Hilfssignal (Clock_3) beaufschlagt wird.
Bei dieser Anordnung wird also der Einschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 von den Schaltpunkten der Schaltstufe 43 bestimmt, an welcher die Messkapazität angeschlossen ist. Der Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 wird vom Schaltpunkt der Schaltstufe 41 bestimmt, an welcher die Referenzkapazität angeschlossen ist. Der Ladekondensator Ca am Ausgang der
Integrationseinrichtung 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel geladen.
Die Fig. 7 zeigt ein stromsparendes Ausführungsbeispiel für batteriebetriebene Anwendungen, wobei die logische Verknüpfungseinheit 4 aus nur zwei NAND-Gattern 41, 43 besteht, und ein NAND-Gatter weiter vereinfacht und wahlweise auch als Inverter ausgeführt werden kann. Hier ist nur eine einzige Messkapazität 2 vorhanden. Dennoch können mehrere Positionen räumlich ausgewertet werden, abhängig davon, welche der beiden Hilfselektroden 8 aktiv mit einem Hilfssignal (Clock Hl, Clock_H2) beaufschlagt wird. Zusätzlich können sogar mehrere Hilfselektroden gleichzeitig aktiv mit einem Hilfssignal (Clock Hl, Clock_H2) beaufschlagt werden, um durch die so erzeugten Funktionsmodi zusätzliche Informationen zu gewinnen, beispielsweise zur genaueren Unterscheidung bestimmter Bedienfälle oder Einflussfaktoren wie z.B. Wasser oder eine Verschmutzung. Am Eingang der ersten Schaltstufe 43 ist die Elektrode 21 angeschlossen. Die Funktion der weiteren Schaltstufe, an deren Eingang die Referenzkapazität 1 liegt, wird hier vom Gatter 41 übernommen. Die Schaltung beinhaltet eine Sensorelektrode 21 und zwei Hilfselektroden (8, EL H1, EL H2) welche aktiv mit einem Hilfssignal (Clock Hl , Clock_H2) beaufschlagt werden.
Bei dieser Anordnung wird der Einschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 von dem Schaltpunkt der Schaltstufe 43 bestimmt, an welcher die Messkapazität angeschlossen ist. Der Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 wird vom Schaltpunkt der Schaltstufe 41 bestimmt, an welcher die Referenzkapazität angeschlossen ist. Der Ladekondensator Ca am Ausgang der Integrationseinrichtung 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel geladen.
Bezugszeichen
1 Referenzkapazität, Cref
2 Messkapazität(en) Cel, Ce2, Ce3, Messelektrode(n) => 21 und 22
3 Rechteckspannung, Taktsignal
4 Logische Verknüpfungseinheit mit den Schaltstufen, (41, 42, 43, 44) => NAND- Gatter 74HC132 mit Schmitt Trigger
5 Integrationsstufe (Bipolarer Miller-Integrator bzw. Stromquelle) mit Transistor Tl und Ausgangskondensator Ca.
6 Steuersignal für die von außen nicht zugänglichen Eingänge der Gatter 42 und 43
7 Ausgangssignal der logischen Verknüpfungseinheit
8 Hilfskapazität, Hilfselektrode
9 Zeitbeeinflussungseinheit, mit der Referenz- oder der Messkapazität verbunden
10 Türaußengriffgehäuse
11 Kapazitive Sensorelektronik
12 Versorgungs- und Datenleitung
13 Elektrodenleitung
14 Fahrzeugkarosserie
15 Elektrisches Feld, Kapazitive Kopplung
16 Objekt, Beeinflussungsobjekt
17 Externes Steuergerät
18 Spannungsversorgung, Batterie
19 Elektrische Fahrzeugmasse
20 Erdpotential
21 Erste Messelektrode
22 Zweite Messelektrode

Claims

Ansprüche
1. Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor zur Erfassung des Abstands, der Geschwindigkeit oder der Position eines Objekts, mit einer Referenzkapazität (1) und einer Messkapazität (2), wobei die Referenzkapazität (1) und die Messkapazität (2), über einen Widerstand mit einer Rechteckspannung (3) beaufschlagt werden, und mit Hilfe einer logischen Verknüpfungseinheit (4) ein zeitdauervariabler Impuls (7) gewonnen wird, dessen Dauer ein Maß für die Messkapazität (2) darstellt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkapazität (1) mit dem Eingang einer ersten Schaltstufe (41, 43) und die Messkapazität (2) mit dem Eingang einer weiteren Schaltstufe (43, 41) verbunden ist, wobei eine einzige Messelektrode (21) mit mindestens einer Hilfselektrode (8) eine kapazitive Kopplung (15) aufweist, wobei die Schaltstufen (41, 43) Teil einer logischen Verknüpfungseinheit (4) sind, die so ausgebildet ist, dass das Erreichen der Schwellspannung einer ersten Schaltstufe (41, 43) den Einschaltzeitpunkt eines Ausgangssignals (7), und das Erreichen der
Schwellspannung einer weiteren Schaltstufe (43, 41) den Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals (7) bestimmt, und der Ausgang der logischen Verknüpfungseinheit (4) mit dem Eingang einer Integrationsstufe (5) verbunden ist, wobei über den Ausgang der Integrationsstufe (5) ein Ladekondensator (Ca) geladen oder entladen wird.
2. Auswerteschaltung für einen kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die kapazitive Kopplung (15) zwischen einer Hilfselektrode (8) und einer Messelektrode (21) durch Objekte (16) beeinflussbar ist, die sich konstruktiv außerhalb der Sensoranordnung befinden, wobei mehrere Positionen mit einer einzigen Messelektrode (21) räumlich ausgewertet werden können.
3. Auswerteschaltung für einen kapazitiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkapazität (1) mit einer Zeitbeeinflussungseinheit (9) verbunden ist, wobei die Zeitbeeinflussungseinheit (9) einen Kondensator (Crl, Cr2) und eine steuerbare Spannungsquelle (Ul, U2) aufweist, und zur gezielten
Beeinflussung der durch die Referenzkapazität (1) erzeugten Verzögerungszeit dient.
4. Auswerteschaltung für einen kapazitiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkapazität (2) mit einer Zeitbeeinflussungseinheit (9) verbunden ist, wobei die Zeitbeeinflussungseinheit (9) einen Kondensator und eine steuerbare Spannungsquelle aufweist, und zur gezielten Beeinflussung der durch die Messkapazität (2) erzeugten Verzögerungszeit dient.
5. Kapazitiver Sensor mit einer Auswerteschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3.
6. Aktor in einem Kraftfahrzeug mit einem kapazitiven Sensor nach Anspruch 4.
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