EP1828524A1 - Sensor using the capacitive measuring principle - Google Patents

Sensor using the capacitive measuring principle

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EP1828524A1
EP1828524A1 EP05806946A EP05806946A EP1828524A1 EP 1828524 A1 EP1828524 A1 EP 1828524A1 EP 05806946 A EP05806946 A EP 05806946A EP 05806946 A EP05806946 A EP 05806946A EP 1828524 A1 EP1828524 A1 EP 1828524A1
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EP
European Patent Office
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capacitor
sensor
sensor according
measurements
voltage
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EP05806946A
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EP1828524B1 (en
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Manfred Wagner
Norbert Reindl
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Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/40—Safety devices, e.g. detection of obstructions or end positions
    • E05F15/42—Detection using safety edges
    • E05F15/46—Detection using safety edges responsive to changes in electrical capacitance

Definitions

  • the invention relates to a sensor with a capacitive measuring principle and to a method for detecting an approaching dielectric medium, preferably for detecting a human body part for use in anti-pinch protection, with a capacitor and evaluation electronics, the change in the capacitance of the medium caused by the medium Capacitor is measurable.
  • Capacitive proximity sensors have long been known in practice. They consist of specially designed capacitors whose stray electric field is affected by approaching objects. Non-conductive objects lead to an increase in the capacitance of the sensor due to their relative to the ambient air increased dielectric constant. The capacitance change depends on the distance of the object from the sensor, its position relative to the sensor, its dimension and its dielectric constant. To detect an approaching object, the capacitance of the sensor must be determined, for which purpose all capacitance measuring methods known to the person skilled in the art can be used. In most cases, the sensor is part of a resonant circuit which is detuned by objects approaching or, given suitable dimensioning of the resonant circuit, becomes capable of oscillation only when an object is present in the stray field of the sensor. Specially designed proximity sensors can be used in a particularly advantageous manner in a trapping protection. An example of this is shown in German Offenlegungsschrift DE 102 48 761 A1.
  • a human body part in the stray field of a proximity sensor leads to a particularly high measuring effect. However, this not only detects the presence of a human body part, but also water and / or moisture that is in the field of the sensor. This leads to incorrect measurements, especially in rain or fog.
  • the present invention is therefore based on the object, a sensor and a method of the type mentioned for detecting an approaching dielectric medium, preferably for the detection of a human body part, such and further, that a secure measurement regardless of environmental influences, especially moisture and / or water, with a simple design is guaranteed.
  • the inventive sensor for detecting an approaching dielectric medium solves the above object by the features of claim 1. Thereafter, such a sensor is characterized in that the capacitor with at least two different frequencies and / or at least two different duty cycles can be operated in sequence.
  • a method for detecting an approaching dielectric medium is characterized in that the capacitor is operated with at least two different frequencies and / or at least two different duty cycles in sequence.
  • the senor is connected to a periodic, temporally variable voltage source and, during the times in which the output voltage supplied by the voltage source is substantially equal to zero, the charge is measured on the sensor. From this charge can be closed on the capacity of the sensor and occurring changes in this capacity can be detected. This clearly detectable entering into the stray field of the sensor dielectric media.
  • a duty cycle is understood to mean the quotient of the period duration and the pulse duration of a periodic, time-variable voltage.
  • the duration of a pulse refers to that period of time in which a voltage surge with arbitrary time course assumes more than 50% of its amplitude.
  • a classification of the dielectric media passing into the stray field of the sensor can be made.
  • a group of measurements is carried out, which consists of at least two measurements with at least two mutually different frequencies and / or at least two mutually different duty cycles.
  • the period of time for carrying out the measurements is advantageously chosen such that any parameter changes that occur are negligible, for example due to changes in the moisture distribution or temperature influences.
  • a group of measurements is repeated periodically.
  • FIG. 1 in a schematic representation of the basic structure of a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the section A-A from FIG. 1
  • Fig. 1 and Fig. 2 show schematically a preferred embodiment of the present invention from various views.
  • the capacitor 1 forming the sensor is formed by two spaced-apart wires 2, 3, which are preferably arranged substantially in parallel.
  • Wires can be used all comparable conductive structures known to the person skilled in the art, such as, for example, vapor-deposited or glued-on conductor tracks, conductive polymer layers or the like.
  • the wires 2, 3 in the seal of a window, a tailgate, a sliding door or similar, motorized moving parts of a motor vehicle are integrated.
  • the device according to the invention can be used to protect all electrically, pneumatically, hydraulically or in a comparable manner moving components in which the risk of pinching exists.
  • the wires forming the capacitor 2, 3 are preferably applied by a not shown voltage source with a square wave voltage whose frequency is preferably adjustable between 10O kHz and 10 MHz. In principle, even higher frequencies would be conceivable.
  • the voltage in their duty cycle is adjustable, wherein the frequency and the duty cycle are preferably independently adjustable.
  • a time-varying electrical stray field 4 is generated in the capacitor 1 and in its edge region, the field lines of which are shown in FIGS. 1 and 2.
  • this stray field 4 is a schematically illustrated dielectric medium 5, which increases the capacitance of the sensor. This may be, for example, water, moisture, a human body part, a solid such as wood or polyethylene.
  • the senor is charged with this square-wave voltage and then, at a certain time interval, the charge on the capacitor is measured.
  • the measurements are performed with at least two different frequencies and / or duty cycles of the charging voltage and preferably repeated periodically.
  • the capacitance of the sensor is determined and changes in capacitance with respect to values from previous groups of measurements. If these changes are included in all measurements within the current If the group is essentially the same, it is concluded that a human body part and / or a solid is in the immediate vicinity of the sensor. If the changes in all measurements within the current group are different, then it is concluded that there is water and / or moisture in the area of the sensor, for example due to rain and / or wet seals.

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a sensor which uses the capacitive measuring principle which is used to detect the proximity of a dielectric medium (5), preferably for detecting a human body part, which is used in an anti-pinching system. Said sensor comprises a capacitor (1) and an evaluation electronic system. The variation of the capacity of the capacitor (1), which is caused by the medium (5), can be measured. Said capacitor, which can establish a distinction between a human body part or a solid and water and/or humidity, is characterised in that the capacitor (1) can be operated in a successive manner by at least two different frequencies and/or at least two different pulse duty factors by using the different ratio of said elements in a variable electric field (4). The invention also relates to a corresponding method.

Description

SENSOR MIT KAPAZITIVEM MESSPRINZIP SENSOR WITH CAPACITIVE MEASUREMENT PRINCIPLE
Die Erfindung betrifft einen Sensor mit kapazitivem Messprinzip und ein Verfahren zur Detektion eines sich nähernden dielektrischen Mediums, vorzugsweise zur De- tektion eines menschlichen Körperteils zur Anwendung in einem Einklemmschutz, mit einem Kondensator und einer Auswerteelektronik, wobei die durch das Medium hervorgerufene Änderung der Kapazität des Kondensators messbar ist.The invention relates to a sensor with a capacitive measuring principle and to a method for detecting an approaching dielectric medium, preferably for detecting a human body part for use in anti-pinch protection, with a capacitor and evaluation electronics, the change in the capacitance of the medium caused by the medium Capacitor is measurable.
Kapazitive Nährungssensoren sind aus der Praxis seit langem bekannt. Sie bestehen aus speziell ausgestalteten Kondensatoren, deren elektrisches Streufeld durch sich annähernde Gegenstände beeinflusst wird. Nichtleitende Gegenstände führen aufgrund ihrer gegenüber der Umgebungsluft erhöhten Dielektrizitätszahl zu einer Erhöhung der Kapazität des Sensors. Dabei ist die Kapazitätsänderung abhängig vom Abstand des Gegenstands vom Sensor, seiner Lage gegenüber dem Sensor, seiner Abmessung und seiner Dielektrizitätszahl. Zur Detektion eines sich nähernden Gegenstands muss die Kapazität des Sensors bestimmt werden, wozu alle dem Fachmann aus der Praxis bekannten Kapazitätsmessverfahren eingesetzt werden können. Meist ist der Sensor Teil eines Schwingkreises, der durch sich annähernde Gegenstände verstimmt wird oder bei geeigneter Dimensionierung des Schwingkreises erst durch Anwesenheit eines Gegenstands im Streufeld des Sensors schwingungsfähig wird. Speziell ausgestaltete Näherungssensoren sind in besonders vorteilhafter Weise in einem Einklemmschutz einsetzbar. Ein Beispiel hierzu zeigt die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 48 761 A1.Capacitive proximity sensors have long been known in practice. They consist of specially designed capacitors whose stray electric field is affected by approaching objects. Non-conductive objects lead to an increase in the capacitance of the sensor due to their relative to the ambient air increased dielectric constant. The capacitance change depends on the distance of the object from the sensor, its position relative to the sensor, its dimension and its dielectric constant. To detect an approaching object, the capacitance of the sensor must be determined, for which purpose all capacitance measuring methods known to the person skilled in the art can be used. In most cases, the sensor is part of a resonant circuit which is detuned by objects approaching or, given suitable dimensioning of the resonant circuit, becomes capable of oscillation only when an object is present in the stray field of the sensor. Specially designed proximity sensors can be used in a particularly advantageous manner in a trapping protection. An example of this is shown in German Offenlegungsschrift DE 102 48 761 A1.
Aufgrund des hohen Wassergehalts des menschlichen Körpers und der sehr hohen Dielektrizitätszahl von Wasser führt ein menschliches Körperteil im Streufeld eines Näherungssensors zu einem besonders hohen Messeffekt. Allerdings wird dadurch nicht nur die Anwesenheit eines menschlichen Körperteils detektiert, sondern auch Wasser und/oder Feuchtigkeit, das/die sich im Feld des Sensors befindet. Dies führt insbesondere bei Regen oder Nebel zu Fehlmessungen.Due to the high water content of the human body and the very high dielectric constant of water, a human body part in the stray field of a proximity sensor leads to a particularly high measuring effect. However, this not only detects the presence of a human body part, but also water and / or moisture that is in the field of the sensor. This leads to incorrect measurements, especially in rain or fog.
In der erwähnten DE 102 48 761 A1 wird dieses Problem dadurch gelöst, dass die Messergebnisse mehrerer derartiger Sensoren miteinander verglichen werden und unter der Annahme einer gleichmäßigen WasserVFeuchtigkeitsverteilung im Bereich der zusammengefassten Sensoren und der damit verbundenen gleichen Erhöhung der Kapazität aller Sensoren der Schwellwert der einzelnen Sensoren angepasst wird. Die Richtigkeit dieser Annahme kann jedoch nicht immer gewährleistet werden. Außerdem führt der Einsatz mehrerer Sensoren mit zugeordneter Auswerteelektronik zu hohen Kosten und der Notwenigkeit des gegenseitigen Abgleichs der Sensoren.In the mentioned DE 102 48 761 A1, this problem is solved in that the measurement results of several such sensors are compared with each other and assuming a uniform WasserVFeuchtigkeitsverteilung in the area of the combined sensors and the associated same increase in the capacity of all sensors, the threshold value of the individual sensors is adjusted. However, the correctness of this assumption can not always be guaranteed. In addition, the use of multiple sensors with associated evaluation leads to high costs and the need for mutual adjustment of the sensors.
Andere aus der Praxis bekannte Ansätze sehen den Einsatz von zusätzlichen Kompensationselektroden vor, die bei geeigneter Beschaltung und Dimensionierung die Einflüsse von Wasser und/oder Feuchtigkeit im Streufeld des Sensors abschwächen können. Allerdings sind auch hierbei wieder aufwendige Abgleichmaßnahmen notwendig.Other approaches known from practice provide for the use of additional compensation electrodes which, with suitable wiring and dimensioning, can attenuate the influences of water and / or moisture in the stray field of the sensor. However, again complex adjustment measures are necessary.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Detektion eines sich nähernden dielektrischen Mediums, vorzugsweise zur Detektion eines menschlichen Körperteils, derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine sichere Messung unabhängig von Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Wasser, bei einfacher Konstruktion gewährleistet ist.The present invention is therefore based on the object, a sensor and a method of the type mentioned for detecting an approaching dielectric medium, preferably for the detection of a human body part, such and further, that a secure measurement regardless of environmental influences, especially moisture and / or water, with a simple design is guaranteed.
Der erfindungsgemäße Sensor zur Detektion eines sich nähernden dielektrischen Mediums löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist ein solcher Sensor dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mindestens zwei unterschiedlichen Tastverhältnissen in Folge betreibbar ist.The inventive sensor for detecting an approaching dielectric medium solves the above object by the features of claim 1. Thereafter, such a sensor is characterized in that the capacitor with at least two different frequencies and / or at least two different duty cycles can be operated in sequence.
Hinsichtlich eines Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 gelöst. Hiernach ist ein Verfahren zur Detektion eines sich nähernden dielektrischen Mediums dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mindestens zwei unterschiedlichen Tastverhältnisse in Folge betrieben wird.With regard to a method, the object mentioned above is achieved by the features of claim 11. Hereinafter, a method for detecting an approaching dielectric medium is characterized in that the capacitor is operated with at least two different frequencies and / or at least two different duty cycles in sequence.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass unter Verwendung eines Entladungsverfahrens zur Kapazitätsmessung bestimmte Verhaltensweisen einzelner dielektri- scher Medien gegenüber veränderlichen elektrischen Feldern ausgenutzt werden können. Erfindungsgemäß ist ferner erkannt worden, dass auf diese Weise menschliche Körperteile und verschiedene Feststoffe wie Holz und Polyäthylen gegenüber Wasser und/oder Feuchtigkeit unterscheidbar sind.According to the invention, it has been recognized that, by using a discharge method for measuring capacitance, certain types of behavior of individual dielectrics are determined. shear media can be exploited against variable electric fields. According to the invention it has also been recognized that in this way human body parts and various solids such as wood and polyethylene are distinguishable from water and / or moisture.
Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Entladungsverfahren zur Kapazitätsmessung wird der Sensor an eine periodische, zeitliche veränderliche Spannungsquelle angeschlossen und während der Zeiten, in denen die von der Spannungsquelle gelieferte Ausgangsspannung im Wesentlichen gleich Null ist, die Ladung auf den Sensor gemessen. Aus dieser Ladung kann auf die Kapazität des Sensors geschlossen und auftretende Änderungen dieser Kapazität erkannt werden. Damit sind eindeutig in das Streufeld des Sensors eintretende dielektrische Medien detektierbar.In the discharge method for capacitance measurement used according to the invention, the sensor is connected to a periodic, temporally variable voltage source and, during the times in which the output voltage supplied by the voltage source is substantially equal to zero, the charge is measured on the sensor. From this charge can be closed on the capacity of the sensor and occurring changes in this capacity can be detected. This clearly detectable entering into the stray field of the sensor dielectric media.
Durch Veränderung der Frequenz und des Tastverhältnisses der Ladespannung verändert sich der zeitliche Verlauf des durch den Sensor abgestrahlten elektrischen Streufelds. Unter einem Tastverhältnis versteht man den Quotienten aus der Periodendauer und der Impulsdauer einer periodischen, zeitlich veränderlichen Spannung. Die Dauer eines Impulses bezeichnet diejenige Zeitspanne, in der ein Spannungsstoß mit beliebigem zeitlichem Verlauf mehr als 50 % seiner Amplitude annimmt.By changing the frequency and the duty cycle of the charging voltage, the time course of the electrical stray field emitted by the sensor changes. A duty cycle is understood to mean the quotient of the period duration and the pulse duration of a periodic, time-variable voltage. The duration of a pulse refers to that period of time in which a voltage surge with arbitrary time course assumes more than 50% of its amplitude.
In einem durch Spannungen mit verschiedenen Frequenzen und/oder Tastverhältnissen erzeugten Streufeld zeigen verschiedene dielektrische Medien unterschiedliches Verhalten. So ist die durch ein menschliches Körperteil hervorgerufene Erhöhung der Kapazität des Sensors in einem weiten Frequenzbereich im Wesentlichen konstant. Entsprechendes gilt bei verschiedenen Tastverhältnissen. Viele Feststoffe wie Holz und Polyäthylen zeigen einen ähnlichen Effekt wie ein menschliches Körperteil. Demgegenüber erzeugt Wasser und/oder Feuchtigkeit im Streufeld des Sensors eine Erhöhung der Kapazität des Sensors, die von der verwendeten Frequenz und/oder dem verwendeten Tastverhältnis abhängig ist.In a stray field generated by voltages having different frequencies and / or duty cycles, different dielectric media exhibit different behaviors. Thus, the increase in capacitance of the sensor caused by a human body part is substantially constant over a wide frequency range. The same applies to different duty cycles. Many solids, such as wood and polyethylene, have a similar effect to a human body part. In contrast, water and / or moisture in the stray field of the sensor causes an increase in the capacitance of the sensor, which depends on the frequency used and / or the duty cycle used.
Eine Ursache hierfür liegt in den Dipoleigenschaften des Wassers. Da Wasser permanente Dipole ausbildet, kann in einem elektrischen Feld Orientierungspolarisation beobachtet werden. Bedingt durch ein anliegendes elektrisches Feld werden die einzelnen Dipole unter Überwindung ihrer Trägheit ausgerichtet. Dabei hängt der Grad der Ausrichtung von der Frequenz und der Dauer des anliegenden Feldes ab. Je höher die Frequenz gewählt wird, desto geringer ist die Reaktion (Ausrichtung) der Dipole bzw. desto höher ist die Wärmeentwicklung. Je kürzer die Dauer eines Impulses ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Dipol nicht komplett ausgerichtet werden kann.One reason for this is the dipole properties of the water. Since water forms permanent dipoles, orientation polarization can be observed in an electric field. Caused by an applied electric field the individual dipoles aligned by overcoming their inertia. The degree of alignment depends on the frequency and duration of the applied field. The higher the frequency chosen, the lower the reaction (orientation) of the dipoles or the higher the heat development. The shorter the duration of a pulse, the higher the likelihood that a dipole can not be completely aligned.
Unter Ausnutzung dieses Effektes kann eine Klassifizierung der in das Streufeld des Sensors tretenden dielektrischen Medien getroffen werden. Dazu wird eine Gruppe von Messungen durchgeführt, die aus mindestens zwei Messungen mit mindestens zwei voneinander verschiedenen Frequenzen und/oder mindestens zwei voneinander verschiedenen Tastverhältnissen besteht. Dabei wird in vorteilhafter Weise die Zeitspanne zur Durchführung der Messungen so gewählt, dass eventuell auftretende Parameteränderungen beispielsweise durch geänderte Feuchtigkeitsverteilung oder Temperatureinflüsse vernachlässigbar sind. Vorzugsweise wird eine Gruppe von Messungen periodisch wiederholt.Utilizing this effect, a classification of the dielectric media passing into the stray field of the sensor can be made. For this purpose, a group of measurements is carried out, which consists of at least two measurements with at least two mutually different frequencies and / or at least two mutually different duty cycles. In this case, the period of time for carrying out the measurements is advantageously chosen such that any parameter changes that occur are negligible, for example due to changes in the moisture distribution or temperature influences. Preferably, a group of measurements is repeated periodically.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 11 nachgeordneten Ansprüche andererseits auf die nachfolgenden Erläuterungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen zu verweisen. In der Zeichnung zeigtThere are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to the claims 1 and 11 subordinate claims on the other hand, to refer to the following explanations of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawings. In the drawing shows
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau einesFig. 1 in a schematic representation of the basic structure of a
Sensors zur Detektion eines sich nähernden dielektrischen Mediums in einer Frontansicht undSensor for detecting an approaching dielectric medium in a front view and
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung den Schnitt A-A aus Fig. 12 shows a schematic representation of the section A-A from FIG. 1
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung aus verschiedenen Ansichten. Dabei ist der den Sensor bildende Kondensator 1 durch zwei voneinander beabstandet angeordnete Drähte 2, 3 gebildet, die vorzugsweise im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Anstelle von Drähten können sämtliche vergleichbare dem Fachmann aus der Praxis bekannten leitfähige Strukturen eingesetzt werden, wie zum Beispiel aufgedampfte oder aufgeklebte Leiterbahnen, leitfähige Polymerschichten oder Ähnlichem. Vorzugsweise sind die Drähte 2, 3 in der Dichtung eines Fensters, einer Heckklappe, einer Schiebetüre oder ähnlichen, motorisch bewegten Teilen eines Kraftfahrzeugs integriert. Generell kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aber zur Absicherung aller elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder auf vergleichbare Weise bewegten Komponenten eingesetzt werden, bei denen die Gefahr des Einklemmens besteht. So wäre es denkbar, eine Kaufhaus-Drehtüre mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auszustatten und die Drehbewegung der Türe bei einer Einklemmsituation zu stoppen und gegebenenfalls die Drehrichtung kurzzeitig zu ändern.Fig. 1 and Fig. 2 show schematically a preferred embodiment of the present invention from various views. In this case, the capacitor 1 forming the sensor is formed by two spaced-apart wires 2, 3, which are preferably arranged substantially in parallel. Instead of Wires can be used all comparable conductive structures known to the person skilled in the art, such as, for example, vapor-deposited or glued-on conductor tracks, conductive polymer layers or the like. Preferably, the wires 2, 3 in the seal of a window, a tailgate, a sliding door or similar, motorized moving parts of a motor vehicle are integrated. In general, however, the device according to the invention can be used to protect all electrically, pneumatically, hydraulically or in a comparable manner moving components in which the risk of pinching exists. Thus, it would be conceivable to equip a department store revolving door with the device according to the invention and to stop the rotational movement of the door in a pinching situation and if necessary to change the direction of rotation for a short time.
Die den Kondensator bildenden Drähte 2, 3 werden durch eine nicht eingezeichnete Spannungsquelle bevorzugt mit einer Rechteckspannung beaufschlagt, deren Frequenz vorzugsweise zwischen 10O kHz und 10 MHz einstellbar ist. Prinzipiell wären noch höhere Frequenzen denkbar. Daneben ist die Spannung in ihrem Tastverhältnis einstellbar, wobei die Frequenz und das Tastverhältnis vorzugsweise unabhängig voneinander einstellbar sind. Dadurch wird in dem Kondensator 1 und in dessen Randbereich ein zeitlich veränderliches, elektrisches Streufeld 4 erzeugt, dessen Feldlinien in den Fig. 1 und 2 eingezeichnet sind. In diesem Streufeld 4 befindet sich ein schematisch dargestelltes dielektrisches Medium 5, das die Kapazität des Sensors erhöht. Hierbei kann es sich zum Beispiel um Wasser, Feuchtigkeit, ein menschliches Körperteil, ein Festkörper wie Holz oder Polyäthylen handeln.The wires forming the capacitor 2, 3 are preferably applied by a not shown voltage source with a square wave voltage whose frequency is preferably adjustable between 10O kHz and 10 MHz. In principle, even higher frequencies would be conceivable. In addition, the voltage in their duty cycle is adjustable, wherein the frequency and the duty cycle are preferably independently adjustable. As a result, a time-varying electrical stray field 4 is generated in the capacitor 1 and in its edge region, the field lines of which are shown in FIGS. 1 and 2. In this stray field 4 is a schematically illustrated dielectric medium 5, which increases the capacitance of the sensor. This may be, for example, water, moisture, a human body part, a solid such as wood or polyethylene.
Während einer Messung wird der Sensor mit dieser Rechteckspannung aufgeladen und danach, in gewissem zeitlichem Abstand dazu, die Ladung auf dem Kondensator gemessen. Die Messungen werden mit mindestens zwei verschiedenen Frequenzen und/oder Tastverhältnissen der Ladespannung durchgeführt und vorzugsweise periodisch wiederholt.During a measurement, the sensor is charged with this square-wave voltage and then, at a certain time interval, the charge on the capacitor is measured. The measurements are performed with at least two different frequencies and / or duty cycles of the charging voltage and preferably repeated periodically.
Aus der gemessenen Ladung wird auf die Kapazität des Sensors geschlossen und Änderungen der Kapazitäten in Bezug auf Werte aus früheren Gruppen von Messungen bestimmt. Sind diese Änderungen bei allen Messungen innerhalb der aktu- ellen Gruppe im Wesentlichen gleich, so wird daraus geschlossen, dass sich ein menschliches Körperteil und/oder ein Feststoff in der unmittelbaren Nähe des Sensors befindet. Sind die Änderungen bei allen Messungen innerhalb der aktuellen Gruppe voneinander verschieden, so wird darauf geschlossen, dass sich im Bereich des Sensors Wasser und/oder Feuchtigkeit befindet, zum Beispiel durch Regen und/oder nasse Dichtungen.From the measured charge it is concluded that the capacitance of the sensor is determined and changes in capacitance with respect to values from previous groups of measurements. If these changes are included in all measurements within the current If the group is essentially the same, it is concluded that a human body part and / or a solid is in the immediate vicinity of the sensor. If the changes in all measurements within the current group are different, then it is concluded that there is water and / or moisture in the area of the sensor, for example due to rain and / or wet seals.
Schließlich sei angemerkt, dass das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel die beanspruchte Lehre lediglich erläutert, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt. Finally, it should be noted that the above-discussed embodiment merely explains the claimed teaching, but does not restrict it to the exemplary embodiment.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Sensor mit kapazitivem Messprinzip zur Detektion eines sich nähernden dielektrischen Mediums (5), vorzugsweise zur Detektion eines menschlichen Köperteils zur Anwendung in einem Einklemmschutz, mit einem Kondensator (1) und einer Auswerteelektronik, wobei die durch das Medium (5) hervorgerufene Änderung der Kapazität des Kondensators (1 ) messbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kondensator (1 ) mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mindestens zwei unterschiedlichen Tastverhältnissen in Folge betreibbar ist.1. sensor with capacitive measuring principle for detecting an approaching dielectric medium (5), preferably for detecting a human body part for use in a anti-trap, with a capacitor (1) and an evaluation, wherein caused by the medium (5) change the Capacitance of the capacitor (1) is measurable, characterized in that the capacitor (1) with at least two different frequencies and / or at least two different duty cycles in sequence is operable.
2. Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) durch zwei voneinander beabstandet angeordnete Drähte (2, 3) oder vergleichbarer leitfähiger Strukturen gebildet ist.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the capacitor (1) by two spaced-apart wires (2, 3) or comparable conductive structures is formed.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (2, 3) im Wesentlichen parallel angeordnet sind.3. Sensor according to claim 2, characterized in that the wires (2, 3) are arranged substantially parallel.
4. Sensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (2, 3) an den Randbereichen eines hinsichtlich einer Einklemmsituation kritischen Bereichs von elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder auf vergleichbare Weise bewegten Teilen angebracht sind.4. Sensor according to claim 2 or 3, characterized in that the wires (2, 3) are attached to the edge regions of a critical in a pinching situation range of electrically, pneumatically, hydraulically or in a similar manner moving parts.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (2, 3) in die Dichtung eines Fensters, einer Heckklappe, einer Schiebetür oder ähnlichen, motorisch bewegten Teilen eines Kraftfahrzeugs integriert sind.5. Sensor according to one of claims 2 to 4, characterized in that the wires (2, 3) are integrated in the seal of a window, a tailgate, a sliding door or similar, motor-driven parts of a motor vehicle.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) mit einer periodischen, zeitlich veränderlichen Spannung beaufschlagbar ist.6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the capacitor (1) can be acted upon by a periodic, time-varying voltage.
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung eine Rechteckspannung ist. 7. Sensor according to claim 6, characterized in that the voltage is a square wave voltage.
8. Sensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung in ihrer Frequenz, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 10 MHz, einstellbar ist.8. Sensor according to claim 6 or 7, characterized in that the voltage in their frequency, preferably between 100 kHz and 10 MHz, is adjustable.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung in ihrem Tastverhältnis einstellbar ist.9. Sensor according to one of claims 6 to 8, characterized in that the voltage is adjustable in their duty cycle.
10. Sensor nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz und das Tastverhältnis unabhängig voneinander einstellbar sind.10. Sensor according to claims 8 and 9, characterized in that the frequency and the duty cycle are independently adjustable.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung des Kondensators (1) messbar ist.11. Sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the charge of the capacitor (1) is measurable.
12. Verfahren zur Detektion eines sich nähernden dielektrischen Mediums (5), vorzugsweise zur Detektion eines menschlichen Köperteils zur Anwendung in einem Einklemmschutz, mit einem Kondensator (1) und einer Auswerteelektronik, wobei die durch das Medium (5) hervorgerufene Änderung der Kapazität des Kondensators (1) gemessen wird, insbesondere unter Verwendung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kondensator (1 ) mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mindestens zwei unterschiedlichen Tastverhältnissen in Folge betrieben wird.12. A method for detecting an approaching dielectric medium (5), preferably for detecting a human body part for use in a anti-trap, with a capacitor (1) and an evaluation, wherein the by the medium (5) caused change in the capacitance of the capacitor (1) is measured, in particular using a sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the capacitor (1) is operated with at least two different frequencies and / or at least two different duty cycles in sequence.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) mit einer Rechteckspannung aufgeladen wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the capacitor (1) is charged with a square wave voltage.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung auf dem Kondensator (1) gemessen wird.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the charge on the capacitor (1) is measured.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladung des Kondensators (1) und die Messung der Ladung in zeitlichem Abstand zueinander erfolgen.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the charging of the capacitor (1) and the measurement of the charge take place at a time interval from each other.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe von Messungen mit mindestens zwei Messungen mit jeweils von- einander verschiedenen Frequenzen und/oder Tastverhältnissen der Ladespannung durchgeführt wird.16. The method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that a group of measurements with at least two measurements with each of different frequencies and / or duty cycles of the charging voltage is performed.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass alle Messungen einer Gruppe in einem derart kurzen Zeitrahmen vorgenommen werden, dass Schwankungen einzelner Parameter vernachlässigbar sind.17. The method according to claim 16, characterized in that all measurements of a group are made in such a short time frame that fluctuations of individual parameters are negligible.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe von Messungen periodisch wiederholt wird.18. The method according to any one of claims 12 to 17, characterized in that the group of measurements is repeated periodically.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gemessenen Ladung auf die Kapazität des Kondensators (1) geschlossen wird.19. The method according to any one of claims 12 to 18, characterized in that from the measured charge on the capacitance of the capacitor (1) is closed.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf in das Feld des Kondensators eingebrachtes Wasser geschlossen wird, wenn die durch das Dielektrikum (5) hervorgerufene Änderung der Kapazität bei allen Messungen innerhalb einer Gruppe andere Werte annimmt.20. Method according to one of claims 12 to 19, characterized in that water introduced into the field of the capacitor is closed when the change in capacitance caused by the dielectric (5) assumes different values for all measurements within a group.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein in das Feld des Kondensators eingebrachtes menschliches Körperteil geschlossen wird, wenn die durch das Dielektrikum (5) hervorgerufene Änderung der Kapazität bei allen Messungen innerhalb einer Gruppe im Wesentlichen gleich ist. 21. The method according to any one of claims 12 to 20, characterized in that it is closed to a human body part introduced into the field of the capacitor when the change in capacitance caused by the dielectric (5) is substantially the same for all measurements within a group ,
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