DE202015009155U1 - Capacitive sensor - Google Patents

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Abstract

Kapazitiver Sensor mit einer ersten Sendeelektrode (1) und einer zweiten Sendeelektrode (2), einem Codegenerator (3) und einem Modulator (4) zur Erzeugung von rechteckförmigen Sendesignalen E1 und E2, sowie einer Auswerteeinheit (5) mit einem Synchrondemodulator (6), wobei die Sendeelektroden (1, 2) mit den rechteckförmigen Sendesignalen E1 und E2 angetrieben, und die Empfangssignale synchron demoduliert werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Synchrondemodulation mit ein- und demselben rechteckförmigen Signal E1 oder E2 oder E3 erfolgt.Capacitive sensor having a first transmitting electrode (1) and a second transmitting electrode (2), a code generator (3) and a modulator (4) for generating rectangular transmitting signals E1 and E2, and an evaluation unit (5) with a synchronous demodulator (6), wherein the transmitting electrodes (1, 2) are driven with the rectangular transmitting signals E1 and E2, and the received signals are synchronously demodulated, characterized in that this synchronous demodulation takes place with one and the same rectangular signal E1 or E2 or E3.

Description

Die Erfindung betrifft berührungslos arbeitende kapazitive Sensoren und damit auch kapazitive Näherungsschalter und Bedienelemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to non-contact capacitive sensors and thus capacitive proximity switches and controls according to the preamble of claim 1.

Berührungslos arbeitende Näherungsschalter werden als elektronische Schaltgeräte vor allem in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie sind seit langem bekannt und werden u. a. auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben. Non-contact proximity switches are used as electronic switching devices, especially in automation technology. They have long been known and u. a. also produced and sold by the applicant.

Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Sensor zur Erfassung von vorzugsweise elektrischen, aber auch optischen oder sonstigen physikalischen Eigenschaften von beweglichen Objekten, wobei die Änderung der betreffenden physikalischen Größe als Maß für die Annäherung eines Objekts dient, und einer Steuereinheit, die bei Erreichen eines Schwellwertes ein vorzugsweise binäres Schaltsignal erzeugt. They consist essentially of a sensor for detecting preferably electrical, but also optical or other physical properties of moving objects, wherein the change of the relevant physical quantity serves as a measure of the approach of an object, and a control unit, which on reaching a threshold preferably generates binary switching signal.

Kapazitive Sensoren weisen einen Verschiebungsstromkreis mit mindestens einer Sensorelektrode auf, wobei in der Regel die Kapazität der Messelektroden zur Umgebung oder deren Impedanz ausgewertet wird. Capacitive sensors have a displacement circuit with at least one sensor electrode, wherein as a rule the capacitance of the measuring electrodes to the surroundings or their impedance is evaluated.

Um äußere Faktoren, wie z. B. Luftfeuchtigkeit auszublenden, wird oft mit Referenz- oder Kompensationselektroden gemessen, und die Differenz der beiden Kapazitäten ausgewertet. Weiterhin ist bekannt, die räumliche Verteilung des elektrischen Messfeldes durch Abschirm- und/oder Hilfselektroden zu beeinflussen. To external factors, such. B. hide humidity, is often measured with reference or compensation electrodes, and evaluated the difference between the two capacities. Furthermore, it is known to influence the spatial distribution of the electrical measuring field by shielding and / or auxiliary electrodes.

Die DE 103 23 030 A1 zeigt einen kapazitiven Sensor mit mehreren Sendeelektroden und mindestens einer Empfangselektrode, wobei die Sendelektroden nacheinander mit einem Rechtecksignal beaufschlagt werden, und der Verschiebungsstrom an der Empfangselektrode gemessen wird. Die Auswertung erfolgt mit einem getakteten Gleichrichter (Synchrongleichrichter). The DE 103 23 030 A1 shows a capacitive sensor with a plurality of transmitting electrodes and at least one receiving electrode, wherein the transmitting electrodes are successively supplied with a square wave signal, and the displacement current is measured at the receiving electrode. The evaluation is done with a clocked rectifier (synchronous rectifier).

Die Sendeelektroden werden codiert bzw. zeitlich nacheinander angetrieben und mit einer selektiven Erkennungsschaltung voneinander unterschieden. The transmitting electrodes are coded or sequentially driven and distinguished from one another by a selective detection circuit.

Die DE 10 2012 015 423 B4 zeigt einen kapazitiven Sensor mit einer Sendeelektrode und einer Kompensationselektrode, sowie ein dafür geeignetes Auswerteverfahren, in dem drei von unterschiedlichen Codegeneratoren gespeiste Sendelektroden zur dreidimensionalen Triangulation benutzt werden. The DE 10 2012 015 423 B4 shows a capacitive sensor with a transmitting electrode and a compensation electrode, as well as a suitable evaluation method in which three are fed by different code generators transmitting electrodes for three-dimensional triangulation.

Hier wird vorgeschlagen, mit einer ersten Sendeelektrode eine festgelegte Codefolge (Codesignal) und mit einer zweiten Sendeelektrode, der Kompensationselektrode, eine inverse Codefolge auszusenden, wobei die Kompensationselektrode in bekannter Weise auf die Empfangselektrode einwirkt, und die Übertragungsstrecke der ersten Sendeelektrode von einem Messobjekt beeinflusst wird. Here, it is proposed to emit a fixed code sequence (code signal) with a first transmitting electrode and an inverse code sequence with a second transmitting electrode, the compensating electrode acting in a known manner on the receiving electrode, and the transmission path of the first transmitting electrode being influenced by a measuring object ,

Eine Verarbeitungseinheit korreliert die Codes, bestimmt den wahrscheinlichsten Code und dessen Wahrscheinlichkeit. Die Sendeleistung der Kompensationselektrode wird so geregelt, dass die Detektionswahrscheinlichkeit der inversen Codefolge Null ist, wobei das Sendesignal der Kompensationselektrode als Messwert für die Übertragungsstrecke dient. A processing unit correlates the codes, determines the most probable code and its probability. The transmission power of the compensation electrode is controlled so that the detection probability of the inverse code sequence is zero, wherein the transmission signal of the compensation electrode serves as a measured value for the transmission path.

Als nachteilig wird die Regelung der Sendeleistung angesehen, weil die verwendeten Logikbausteine für feste Spannungen, z. B den TTL-Pegel von 5V ausgelegt sind. Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass zum Antreiben der Kompensationselektrode ein weiteres, d.h. zusätzlichen, Speisesignal erzeugt und demoduliert werden muss. As a disadvantage, the control of the transmission power is considered because the logic modules used for fixed voltages, z. B are designed the TTL level of 5V. Another disadvantage is seen in that for driving the compensation electrode another, i. additional, feed signal must be generated and demodulated.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kostengünstigen kapazitiven Sensor, sowie einem Auswerteverfahren anzugeben, der diese Nachteile nicht aufweist.The object of the invention is to provide a cost-effective capacitive sensor, as well as an evaluation method that does not have these disadvantages.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, mit zwei unterschiedlichen Codes zu senden, die beiden Empfangssignale aber mit demselben Code zu demodulieren. Je mehr sich ein Sendecode vom Demodulationscode unterscheidet, umso geringer wird der Beitrag des jeweiligen Sendesignals am Empfangssignal. Damit ist eine Steuerung der Signalanteile der jeweiligen Sendeelektrode am Empfangssignal möglich, ohne diese zeitlich zu trennen oder mit Hilfe von zwei Empfängern mit unterschiedlichen Demodulationscodes auszuwerten. Unter Ausnutzung dieses Umstandes kann man die Regelung der Sendeleistung durch eine Codeänderung ersetzen. The essential idea of the invention is to transmit with two different codes, but to demodulate the two received signals with the same code. The more a transmission code differs from the demodulation code, the lower the contribution of the respective transmission signal to the received signal. This makes it possible to control the signal components of the respective transmitting electrode on the received signal without separating them in time or evaluating them with the aid of two receivers having different demodulation codes. Taking advantage of this circumstance, one can replace the control of the transmission power by a code change.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht der Demodulationscode einem der Sendecodes. In einer weiteren Ausgestaltung ist der zweite Sendecode so gewählt, dass die Spektralanteile die gleichen wie beim ersten Sendecode sind, lediglich die Anzahl der gesendeten Taktflanken pro Zeiteinheit (Sendeenergie) abnimmt. Dabei weisen die Sendesignale E1 und E2 die gleichen Spektralanteile, aber mit unterschiedlicher Verteilung auf. In an advantageous embodiment, the demodulation code corresponds to one of the transmission codes. In a further embodiment, the second transmission code is selected so that the spectral components are the same as in the first transmission code, only the number of transmitted clock edges per unit time (transmission energy) decreases. In this case, the transmission signals E1 and E2 have the same spectral components but with different distribution.

Bei kapazitiven Sensoren wird die Sendelektrode oftmals mit einem Rechtecksignal gespeist. Dies ermöglicht im Gegensatz zu Sinussignalen eine einfache Erzeugung des Speisesignals mit digitalen Bauelementen und damit eine einfache Anwendung von den in der DE 10 2007 041 646 A1 beschriebenen digitalen Codierverfahren. In capacitive sensors, the transmitting electrode is often fed with a square wave signal. This allows in contrast to sinusoidal signals a simple generation of the feed signal with digital components and thus a simple application of the in the DE 10 2007 041 646 A1 described digital encoding method.

Dabei wird die Elektrode mit jeder Taktflanke umgeladenen, wobei sich das Potential um den vollen Spannungshub, z.B. um den Betrag der Betriebsspannung ändert. Eine positive Taktflanke erzeugt einen positiven Stromimpuls und eine negative Taktflanke einen negativen Stromimpuls. Pro Stromimpuls wird die Ladungsmenge Q=C*U bewegt. Nach entsprechender Synchrongleichrichtung und Tiefpassfilterung ergibt sich ein konstanter Sensorstrom, der vom Spannungshub an der Sendeelektrode, der Anzahl der Taktflanken pro Zeiteinheit und natürlich von der Sensorkapazität abhängt. Im Gegensatz dazu ist die Steuerung der Sendeleistung durch Amplituden- bzw. Spannungskontrolle verhältnismäßig aufwändig. Die Steuerung über die Flankenzahl ist dagegen sehr einfach und nach wie vor mit digitalen Bausteinen realisierbar. Da die Sensorcharakteristik und insbesondere die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Systems vom verwendeten Spektrum abhängig sind, ist eine einfache Steuerung der Sendeleistung durch Anpassung der Speisefrequenz nur bedingt zielführend. In this case, the electrode is recharged with each clock edge, wherein the potential around the full voltage swing, e.g. by the amount of operating voltage changes. A positive clock edge generates a positive current pulse and a negative clock edge generates a negative current pulse. The amount of charge Q = C * U is moved per current pulse. After appropriate synchronous rectification and low-pass filtering results in a constant sensor current, which depends on the voltage swing at the transmitting electrode, the number of clock edges per unit time and of course on the sensor capacity. In contrast, the control of the transmission power by amplitude or voltage control is relatively expensive. On the other hand, control over the number of edges is very simple and still possible with digital components. Since the sensor characteristics and in particular the electromagnetic compatibility (EMC) of the system are dependent on the spectrum used, a simple control of the transmission power by adjusting the supply frequency is only partially effective.

Bereits heute kommen Codierverfahren mit deterministischen Spreizsequenzen zum Einsatz. Dadurch kann die spektrale Verteilung der Signalenergie kontrolliert und die Sensor- und EMV-Eigenschaften des Systems optimal eingestellt werden.Coding methods with deterministic spreading sequences are already being used today. This allows the spectral distribution of the signal energy to be controlled and the sensor and EMC properties of the system optimally adjusted.

Bei der Steuerung der Sendeleistung einzelner Elektroden ist es deshalb vorteilhaft, das Spektrum, oder zumindest die verwendeten Anteile beizubehalten. In the control of the transmission power of individual electrodes, it is therefore advantageous to maintain the spectrum, or at least the proportions used.

Durch die Reduktion der Anzahl der Sendeflanken kann ein Signal mit reduzierter Sendeenergie erzeugt werden, das trotzdem den vollen Spannungshub an der Sendeelektrode aufweist und keine Signalanteile enthält, die nicht demoduliert werden und potentielle Störsignalanteile darstellen würden. By reducing the number of transmission flanks, a signal with reduced transmission energy can be generated, which nevertheless has the full voltage swing at the transmitting electrode and contains no signal components which would not be demodulated and would represent potential interference signal components.

Der Modulator 4 und vor allem auch die Sender können dadurch mit preiswerten Logikbausteinen wie den vier XOR-Gatter enthaltenden 74HCT86 bestückt werden. The modulator 4 and, above all, the transmitters can thereby be equipped with low-cost logic components such as the 74HCT86 containing four XOR gates.

Kapazitive Näherungsschalter werden typischerweise applikationsspezifisch eingestellt. Dabei wird der Schaltpunkt auf einen Referenzzustand abgeglichen, bei dem der Sensor am Ausgang schalten soll. Capacitive proximity switches are typically set application-specific. The switching point is adjusted to a reference state at which the sensor should switch at the output.

Da das sensorische Verhalten insbesondere im Zusammenhang mit einem binären Schaltausgang im Schaltpunkt relevant ist, kann das Verhältnis der Anteile der beiden Sendeelektroden bzw. die Sendeleistung der zweiten Sendeelektrode durch das zweite Codesignal ebenso auf den Referenzzustand abgeglichen werden. Since the sensory behavior is relevant in particular in connection with a binary switching output in the switching point, the ratio of the proportions of the two transmitting electrodes or the transmitting power of the second transmitting electrode by the second code signal can also be adjusted to the reference state.

In einer besonderen Ausgestaltung wird der Anteil der zweiten Sendeelektrode direkt von der Schaltpunkteinstellung abgeleitet. Dabei kann der Anteil der zweiten Sendeelektrode linear mit der Schaltpunkteinstellung zu- oder auch abnehmen.In a particular embodiment, the proportion of the second transmitting electrode is derived directly from the switching point setting. The proportion of the second transmitting electrode can increase or decrease linearly with the setting of the switching point.

Somit wird eine Möglichkeit eröffnet, verschiedene Elektroden so zu steuern, dass ein optimaler Erfassungsbereich für das Target entsteht. Thus, a possibility is opened to control different electrodes so that an optimal detection range for the target arises.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, die Empfindlichkeit des Elektrodensystems auf die unterschiedlichen Effekte für den Kunden einstellbar zu machen. Another advantage is to make the sensitivity of the electrode system adjustable to the different effects for the customer.

Darüber hinaus kann die Auswirkung von Umgebungseinflüssen wie Temperaturschwankungen oder Elektrodenverschmutzung vermindert werden. In addition, the effect of environmental influences such as temperature fluctuations or electrode contamination can be reduced.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen schematisch:They show schematically:

1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Messanordnung mit XOR-Gattern, 1 shows a first measuring arrangement according to the invention with XOR gates,

2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Messanordnung mit einem AND-Gatter, 2 shows a second measuring arrangement according to the invention with an AND gate,

3 zeigt ein Impulsdiagramm mit den Codes und den Signalen an den Elektroden, 3 shows a timing diagram with the codes and the signals at the electrodes,

4 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Messanordnung mit Chopper-Umtastung, 4 shows a third measuring arrangement according to the invention with chopper shift keying,

5 zeigt eine erste Elektrodenanordnung zur Durchführung des Messverfahrens, 5 shows a first electrode arrangement for carrying out the measuring method,

6 zeigt eine zweite Elektrodenanordnung zur Durchführung des Messverfahrens. 6 shows a second electrode assembly for performing the measuring method.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. In the following description of the preferred embodiments, like reference characters designate like or similar components.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einer ersten Sendeelektrode (Hauptelektrode) 1 und einer zweiten Sendeelektrode (Zusatzelektrode) 2, die beide von einem Modulator 4 angetrieben werden, der von einem Codegenerator 3 ein Taktsignal CLK und zwei Codesignale C1 und C2 erhält. 1 shows a measuring arrangement according to the invention with a first transmitting electrode (main electrode) 1 and a second transmitting electrode ( Additional electrode) 2 both from a modulator 4 be powered by a code generator 3 receives a clock signal CLK and two code signals C1 and C2.

Der Modulator 4 enthält vier miteinander verknüpfte Exklusiv-ODER-Gatter (XOR), oder auch Antivalenzglieder, wobei XOR bedeutet, dass an genau einem Eingang ein High-Pegel anliegen muss, damit der Ausgang ebenfalls den High-Pegel führt. Anders ausgedrückt, wird das Taktsignal beim High-Pegel des Codesignals invertiert und beim Low-Pegel des Codesignals nichtinvertiert ausgegeben. Bei flankensynchronen Signalen wird also mit jeder Codeflanke eine Sendeflanke unterdrückt. Signaltheoretisch betrachtet entspricht dies einer Multiplikation oder Modulation des Sendetakts mit dem Codesignal. The modulator 4 contains four linked exclusive-OR gates (XOR), or even exclusive-OR gates, where XOR means that exactly one input must have a high level, so that the output also carries the high level. In other words, the clock signal is inverted at the high level of the code signal and output noninverted at the low level of the code signal. In the case of edge-synchronous signals, therefore, a transmission edge is suppressed with each code edge. In terms of signal theory, this corresponds to a multiplication or modulation of the transmission clock with the code signal.

Da der Modulator 4 eine reine Logikfunktion darstellt, können die Signale auch ganz oder teilweise in einem Mikrokontroller oder einem programmierbaren Logikbaustein erzeugt werden, wobei der Modulator 4 zur Entlastung des Mikrocontrollers und zur Verbesserung der Signalführung dient. Der Modulator 4 kann also diskret, oder auch vollständig oder nur teilweise als digitaler Logikbaustein, beispielsweise als Complex Programmable Logic Device (CLPD) ausgeführt sein. Because the modulator 4 represents a pure logic function, the signals can also be generated in whole or in part in a microcontroller or a programmable logic device, wherein the modulator 4 to relieve the load on the microcontroller and improve signal routing. The modulator 4 Thus, it can be implemented discretely or completely or only partially as a digital logic module, for example as a Complex Programmable Logic Device (CLPD).

Wie in der 3 gezeigt wird, wandelt der Modulator 4 die Codes C1 und C2 in zwei taktsynchrone rechteckförmige Sendesignale E1 und E2 um. Diese erzeugen einen hochfrequenten Verschiebungsstrom mit ihrer Umgebung, die hier als Funktionserde wirkt. Von der Funktionserde fließt der Strom dann über einen Koppelkondensator und einen Synchrondemodulator 6 in einen Strom-Spannungs-Wandler 7, der mit dem Codegenerator 3 über die Gerätemasse einem Stromkreis bildet. Anschließend wird das Signal in bekannter Weise gefiltert und schließlich digitalisiert. Like in the 3 is shown, the modulator converts 4 the codes C1 and C2 in two isochronous rectangular transmission signals E1 and E2 to. These generate a high-frequency displacement current with their environment, which acts as a functional earth here. From the functional earth, the current then flows through a coupling capacitor and a synchronous demodulator 6 into a current-voltage converter 7 that with the code generator 3 forms a circuit via the device ground. Subsequently, the signal is filtered in a known manner and finally digitized.

Die Sendeleistung der beiden Elektroden 1 und 2 wird erfindungsgemäß mit Hilfe der Codes 1 und 2 geregelt, indem mit zwei ähnlichen Codes gesendet wird, aber beide Empfangssignale mit demselben Signal, vorzugsweise mit dem der Hauptelektrode 1 demoduliert werden. Alternativ kann, wie in der 4 gezeigt, mit einem dritten Code C3, oder mit einem auf C3 basierende Demodulationssignal E3 demoduliert werden. The transmission power of the two electrodes 1 and 2 is controlled according to the invention by means of the codes 1 and 2, by sending with two similar codes, but both received signals with the same signal, preferably with that of the main electrode 1 be demodulated. Alternatively, as in the 4 shown demodulated with a third code C3, or with a C3-based demodulation signal E3.

Auf diese Weise wird die schaltungstechnisch aufwändige Amplitudenregelung durch die unterschiedlichen Korrelationskoeffizienten, also durch Software ersetzt und auf Grund der Eigenschaften der Codes ein zweiter Demodulator vermieden.In this way, the circuitry-consuming amplitude control is replaced by the different correlation coefficients, that is to say by software, and a second demodulator is avoided on account of the properties of the codes.

Zusätzlich zu den Codesignalen erfolgt eine weitere Modulation des Sendesignals mit einem niederfrequenten Chopper-Signal (NF) von beispielsweise 500 Hz. Durch diese verhältnismäßig kleine Frequenz ist die Auswirkung auf die spektrale Verteilung in der Praxis unerheblich. Allerdings werden die von Chopper-Verstärkern bekannten Vorteile genutzt. In addition to the code signals, there is a further modulation of the transmission signal with a low-frequency chopper signal (NF) of, for example, 500 Hz. Due to this relatively small frequency, the effect on the spectral distribution is irrelevant in practice. However, the advantages known from chopper amplifiers are used.

Insbesondere kann das Empfangssignal in den zwei NF-Phasen unabhängig voneinander betrachtet werden, wobei durch Differenzbildung ein Gleichanteil oder Offset in bekannter Weise ausgelöscht wird. Das ist vorteilhaft, da sich parasitär abgestrahlte Signalanteile nur von der Leitung zwischen Modulator und Elektrode auf die Signalauswertung auswirken können. Deshalb sind die XOR-Gatter in einer vorteilhaften Ausgestaltung nahe an den Sendeelektroden 1 und 2 zu platzieren. In particular, the received signal in the two LF phases can be considered independently of each other, whereby a DC component or offset is canceled in a known manner by subtraction. This is advantageous because parasitically radiated signal components can only affect the signal evaluation from the line between modulator and electrode. Therefore, in an advantageous embodiment, the XOR gates are close to the transmitting electrodes 1 and 2 to place.

Neben den oben genannten Baugruppen enthält die Auswerteeinheit 5 ein Tiefpass-Filter 8 zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals, und einen Analog-Digital-Wandler 9 zur Erzeugung eines digital verarbeitbaren Ausgangssignals, wobei dem Fachmann geläufige Baugruppen zur besseren Übersicht weggelassen wurden.In addition to the above-mentioned modules contains the evaluation unit 5 a low-pass filter 8th for generating an analog output signal, and an analog-to-digital converter 9 for generating a digitally processable output signal, wherein the skilled person familiar assemblies have been omitted for clarity.

Es sei noch angemerkt, dass die Auswerteeinheit 5 an Stelle des mit Funktionserde verbundenen Koppelkondensators auch eine Empfangselektrode aufweisen kann. It should be noted that the evaluation unit 5 instead of the coupling capacitor connected to functional earth, it may also have a receiving electrode.

2 zeigt eine ähnliche Messanordnung wie 1. Es wurde lediglich ein XOR-Gatter durch ein UND (AND)-Gatter ersetzt, was die Schaltung vereinfacht, und außerdem eine Maskierung des Sendesignals E2 der zweiten Sendeelektrode 2 ermöglicht, indem ein weiteres Signal an den zweiten Eingang des UND Gatters gelegt wird. 2 shows a similar measuring arrangement as 1 , Only an XOR gate has been replaced by an AND (AND) gate, which simplifies the circuit, and also a masking of the transmission signal E2 of the second transmission electrode 2 by placing another signal on the second input of the AND gate.

3 zeigt das Impulsdiagramm einer erfindungsgemäßen Messanordnung. In der obersten Reihe ist das rechteckförmige Taktsignal CLK dargestellt. Darunter sieht man den ersten Code C1 und in der dritten Reihe den Code C2. Die beiden Codes sind unterschiedlich, aber nicht orthogonal. Die beiden unteren Reihen zeigen die Sendesignale E1 und E2 an den Elektroden 1 und 2. Die Signale entstehen durch eine XOR-Verknüpfung des Taktsignals CLK mit einem der Codes C1 oder C2, was mathematisch einer Multiplikation oder signaltheoretisch einer Modulation entspricht. 3 shows the pulse diagram of a measuring arrangement according to the invention. The top row shows the rectangular clock signal CLK. Below you can see the first code C1 and in the third row the code C2. The two codes are different but not orthogonal. The two lower rows show the transmission signals E1 and E2 at the electrodes 1 and 2 , The signals are formed by an XOR operation of the clock signal CLK with one of the codes C1 or C2, which mathematically corresponds to a multiplication or signal theory of a modulation.

4 zeigt eine Messanordnung mit einem Chopper 4, wobei die Sendeelektroden 1 und 2 im Choppertakt (NF) umgeschaltet werden. Die Demodulation erfolgt mit einem auf einem dritten Codesignal C3 basierenden Demodulationssignal E3, das unterschiedlich mit den beiden Sendesignalen E1 und E2 korreliert, so dass die Empfindlichkeit auch hier durch Variation der Codesignale einstellbar ist. 4 shows a measuring arrangement with a chopper 4 , wherein the transmitting electrodes 1 and 2 be switched in the chopper clock (NF). The demodulation takes place with a demodulation signal E3 based on a third code signal C3, which correlates differently with the two transmission signals E1 and E2, so that the sensitivity can also be set by varying the code signals.

5 zeigt eine auf einer doppelseitigen Leiterplatte angeordnete kreisförmige Hauptelektrode 1 mit einer ringförmigen Zusatzelektrode 2 und einer Rückelektrode R auf der Rückseite. So wird eine rotationssymmetrische, gegen rückseitige Störer weitgehend unempfindliche Richtchatakteristik erreicht 5 shows a arranged on a double-sided circuit board circular main electrode 1 with an annular additional electrode 2 and a back electrode R on the back side. This achieves a rotationally symmetrical directional characteristic that is largely insensitive to backside interferers

6 zeigt eine Elektrodenanordnung mit ortsauflösenden Eigenschaften, wobei die Hauptelektrode keilförmig in eine rechteckige Zusatzelektrode 2 hineinragt. 6 shows an electrode arrangement with spatially resolving properties, the main electrode being wedge-shaped into a rectangular additional electrode 2 protrudes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Erste Sendeelektrode (Hauptelektrode) First transmitting electrode (main electrode)
22
Zweite Sendeelektrode (Kompensationselektrode, Zusatzelektrode) Second transmitting electrode (compensating electrode, additional electrode)
33
Codegenerator  code generator
44
Modulator oder auch Chopper Modulator or chopper
55
Auswerteeinheit evaluation
66
Synchrondemodulator synchronous
77
Strom-Spannungs-Wandler Current-voltage converter
88th
Filter filter
99
Analog-Digital-Wandler Analog to digital converter
C1C1
Erstes Codesignal (erster Code) First code signal (first code)
C2C2
Zweites Codesignal (zweiter Code) für die Kompensationselektrode Second code signal (second code) for the compensation electrode
C3 C3
Drittes Codesignal (Demodulationscode)Third code signal (demodulation code)
CLKCLK
Taktsignal  clock signal
E1E1
Sendesignal der ersten Elektrode (erstes Rechtecksignal) Transmission signal of the first electrode (first square wave signal)
E2E2
Sendesignal der zweiten Elektrode (zweites Rechtecksignal) Transmission signal of the second electrode (second square wave signal)
E3E3
Drittes Signal, Demodulationssignal (drittes Rechtecksignal) Third signal, demodulation signal (third square wave signal)
NFNF
Niederfrequentes Chopper-Signal, Choppertakt Low frequency chopper signal, chopper clock
RR
Rückseitige Elektrode Back electrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10323030 A1 [0006] DE 10323030 A1 [0006]
  • DE 102012015423 B4 [0008] DE 102012015423 B4 [0008]
  • DE 102007041646 A1 [0016] DE 102007041646 A1 [0016]

Claims (7)

Kapazitiver Sensor mit einer ersten Sendeelektrode (1) und einer zweiten Sendeelektrode (2), einem Codegenerator (3) und einem Modulator (4) zur Erzeugung von rechteckförmigen Sendesignalen E1 und E2, sowie einer Auswerteeinheit (5) mit einem Synchrondemodulator (6), wobei die Sendeelektroden (1, 2) mit den rechteckförmigen Sendesignalen E1 und E2 angetrieben, und die Empfangssignale synchron demoduliert werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Synchrondemodulation mit ein- und demselben rechteckförmigen Signal E1 oder E2 oder E3 erfolgt. Capacitive sensor with a first transmitting electrode ( 1 ) and a second transmitting electrode ( 2 ), a code generator ( 3 ) and a modulator ( 4 ) for generating rectangular transmission signals E1 and E2, and an evaluation unit ( 5 ) with a synchronous demodulator ( 6 ), the transmitting electrodes ( 1 . 2 ) are driven with the rectangular transmission signals E1 and E2, and the received signals are synchronously demodulated, characterized in that this synchronous demodulation takes place with one and the same rectangular signal E1 or E2 or E3. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (4) einen ersten Eingang für das Codesignal C1, einen zweiten für das Codesignal C2, einen dritten für das Taktsignal CLK und einen vierten für ein niederfrequentes Choppersignal, sowie zwei Logikgatter aufweist, wobei die Sendeelektroden (1, 2) jeweils von einem dieser Gatter angetrieben werden. Capacitive sensor according to claim 1, characterized in that the modulator ( 4 ) has a first input for the code signal C1, a second for the code signal C2, a third for the clock signal CLK and a fourth for a low-frequency chopper signal, and two logic gates, wherein the transmitting electrodes ( 1 . 2 ) are each driven by one of these gates. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckförmigen Sendesignale E1 und E2 die gleichen Spektralanteile mit unterschiedlicher Verteilung aufweisen.Capacitive sensor according to claim 1, characterized in that the rectangular transmission signals E1 and E2 have the same spectral components with different distribution. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sendeelektroden (1, 2) flankensynchron angetrieben werden.Capacitive sensor according to claim 1, characterized in that the two transmitting electrodes ( 1 . 2 ) are driven flank synchronously. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal der zweiten Sendeelektrode (2) maskiert ist. Capacitive sensor according to claim 1, characterized in that the transmission signal of the second transmitting electrode ( 2 ) is masked. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Codesignal C2 anhand eines Referenzzustandes beim Abgleich eingestellt wird.Capacitive sensor according to claim 1, characterized in that the second code signal C2 is adjusted based on a reference state during adjustment. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Codesignal C2 durch die Schaltpunkteinstellung bestimmt wird. Capacitive sensor according to claim 1, characterized in that the second code signal C2 is determined by the switching point setting.
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