SE535106C2 - En allmänt användbar kapacitiv sensor - Google Patents

Description

25 30 35 40 45 535 106 2 Kortfattad beskrivning av ritningen Den allmänt användbara kapacitiva sensom enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till ritningen där fig. 1 visar ett blockschema över en föredragen utföringsfonn och fig. 2-5 visar ett fordon i schematiska vyer från marknivå.

Föredragen utföringsforrn I fig. 1 visas ett blockschema över en allmänt användbar kapacitiv sensor som passar för indikering av en persons närhet intill en yta längs en stor lastbil såväl som längs en medelstor målning eller en mobiltelefon i fickformat. En spänningsmåtande anordning l är försedd med en signaljord 2 ansluten till en första pol 3 hos en oscillerande spänningskälla 4 som har en andra pol 5 ansluten till jord 6 och som är ansluten till en signalingång 7 hos den spänningsmätande anordningen 1 via en spänningsdelare 8 med en kapacitiv serielänk 9 anordnad mellan jord 6 och signalingången 7 och en kapacitiv shuntlänk 10 anordnad mellan signalingången 7 och signalj orden 2. Den senare är ansluten till elektriskt 'ledande organ utsträckta längs nämnda yta och den oscillerande spänningskällan 4 är ansluten till jord 6 via en andra spänningsdelare ll i vilken en kapacitiv serielänk 12 är anordnad mellan jord 6 och den andra polen 5. En shuntlänk 13 är åstadkommen av en kapacitans som är uppvisad mellan signalj orden 2 ochjord 6 och har åtminstone samma storleksordning som kapacitansen uppvisad av serielänken 12. l den föredragna utföringsforrnen av uppfinningen kan repetitionsfrekvensen och spärmingsamplituden hos spänningskällan 4 ha storleksordningen lOkHz respektive 10V. Genom att använda på känt sätt en rnikroprocessor och en analog-till-digitalomvandlare för att detektera förhållandevis små förändringar i spänningsarnplituden vid ingången 7 klarar den spärmingsmätande anordningen 1 att indikera närhet intill en yta längs en stor lastbil såväl som längs en värdefull målning. Spänningsdelaren ll gör det möjligt att motverka påverkan av fukt i omgivningen och detta gäller också för Spänningsdelaren 8 där serielänken 9 och shuntlänken 10 är bildade av en och samma elektriska ledare som är ansluten till ingången 7 hos den spänningsmätande anordningen 1 och uppvisar huvudsakligen fri lufikapacitans relativt jord 6 respektive signaljord 2.

En elektrisk ledare ansluten till den andra polen 5 hos spänningskällan 4 och utsträckt mellan nämnda yta och jord 6 kan bilda den kapacitiva serielänken 12 hos den andra Spänningsdelaren ll. För den elektriska ledare som åstadkommer den kapacitiva serielänken 12 är avståndet till nänmda elektriskt ledande organ inte kritiskt men det bör för den elektriska ledaren som åstadkommer den kapacitiva serie länken 9 och den kapacitiva shuntlänken 10 väljas med så mycket fritt luftutrymme som möjligt i installationen. Detsamma gäller för avståndet mellan nämnda elektriska ledare, exempelvis när nämnda yta tillhör ett konstverk där det är bekvämt att låta den kapacitiva shuntlänken 13 åstadkommas av en elektriskt ledande folie anordnad under nämnda yta och ansluten till signalj orden 2. Den elektriska ledaren som bestämmer den kapacitiva serielänken 12 går att placera intill folien. Den bör dock inte vara nära den andra ledaren som bestämmer den kapacitiva serielänken 9 och också den kapacitiva länken 10 och som därför är företrädesvis placerad på avstånd från folien. I en batteridriven utföringsform för en fristående vägg i ett rum där en målning är försedd med en bakomliggande platta av plast, vilken har på ena sidan den nämnda 10 15 20 25 30 35 40 45 535 105 3 elektriskt ledande folien anordnad bakom målningen och på den motsatta sidan vänd mot väggen den elektriska ledaren som bildar den kapacitiva serielänken 12, kan den kapacitiva sensom fungera med den senare ledaren helt enkelt utsträckt längs plattans periferi. En persons närhet till målningen indikeras då av den spänningsmätande anordningen 1 som en minskning av spärmingen medan den omedelbara närheten av en person på den andra sidan av väggen vore indíkerat som en höjning i spänningen vilken helt enkelt bör ignoreras i denna applikation. Ett kombinerat utnyttjande av dessa närvaroindikationer gör det dock möjligt att avgöra om en person ankommer eller avlägsnar sig i en dörrapplikation för den kapacitiva sensom i den beskrivna utföringsformen med en platta.

I en fordonsapplikation där nämnda elektriskt ledande organ tillhör ett metallchassi och hjul åstadkommer en isolering relativt jord bestäms den kapacitiva shuntlänken 13 hos den andra spärmingsdelaren ll av kapacitansen mellan jord och chassit. Isolerade elektriska kablar kan användas som nämnda ledare varav den som bildar den kapacitiva serielänken 12 kan fastgöras i omedelbar närhet till chassit. Storleken av shuntkapacitansen mellan signal- jorden 2 och utgången 5 hos spänningskällan 4 är inget problem. Däremot bör den elektriska kabel som åstadkommer den kapacitiva serielänken 9 och den kapacitiva shuntlänken 10 inte positioneras onödigtvis nära chassit. Den kan exempelvis fastgöras under en sådan yta av plast nära jord som idag är vanlig i fronten av fordon. Ett inom detta område ankommande objekt indikeras av den spänningsmätande anordningen 1 som en ökad spänning medan närhet intill chassit eller metallelement som är kopplade till chassit istället indikeras av en minskad spärming. Dessa indikationer kan användas för att alstra ett varningsmeddelande till föraren och också för att utlösa ett larm lokalt eller centralt.

Den inom området kurmige fackmannen kan göra många uppenbara förbättringar av den ovan beskrivna utföringsformen, t ex genom att införa modulering med s k ”spread spectrum” hos den oscillerande spânningskällan 4 och en motsvarande demodulering hos den spänningsmätande anordningen 1 för att motverka möjlig elektromagnetisk interferens när två konstverk eller två fordon har närliggande ytor och båda är försedda med den kapacitiva sensom enligt uppfinningen som nu kommer att ges en detaljerad beskrivning.

Enligt uppfinningen är ett förspänningselement 14 anslutet mellan polen 5 hos spänningskällan 4 och signalingången 7 hos den spänningsmätande anordningen 1 och har en impedans av åtminstone samma storleksordning som impedansen uppvisad mellan signalingången 7 hos den spänningsmätande anordningen 1 och signaljorden 2. En av impedansema är företrädesvis anordnad att vara automatiskt anpassad till den andra genom att en reglerslinga upprätthåller konstant spänningsamplitud på ingången 7 hos den spärmingsmätande anordningen l. Detta gör den kapacitiva sensorn bekväm att använda för många skilda ändamål, t ex i fordonsapplikationer beskrivna nedan med hänvisning gjord till fig. 2-5.

En lärnpligt reaktionsavstånd kan väljas genom att impedansen uppvisad mellan den spärmingsmätande anordningens 1 signalingång 7 och signalj ord 2 är anordnad att vara automatiskt justerad medan förspänningselementets 14 impedans anordnas att vara manuellt varierbar. Altemativt kan impedansen 10 15 20 25 30 35 40 45 535 '105 4 hos förspänningselementet 1 vara automatiskt justerad och impedansen mellan den spärmingsmätandc anordningens 1 signalingång 7 och signaljord 2 vara manuellt varierbar. I båda fallen kan den manuellt varierbara impedansen bekvämt åstadkommas av en reostatkopplad logaritmisk potentiometer.

Fig. 2-5 visar ett fordon 15 i schematiska vyer från marknivån. Den av uppfirmingen anvisade kapacitiva sensorn är enligt exemplet anordnad att vara ansluten till ett metallchassi (icke visat) hos fordonet 15. Mellan två hjulpar 16 och 17 visade i fig. 2 är på motsatta sidor en isolerad elektrisk ledare 18 anordnad att vara ansluten till den oscillerande spänningskällans 4 pol 5 och en annan isolerad isolerad elektrisk ledare 19 anordnad att vara ansluten till den spärmingsmätande anordningens 1 ingång 7. Utföringsforrnen passar för att upptäcka en person som kommer intill fordonet 15. Ett lämpligt avstånd för närvaroupptäckt kan bekvämt väljas såsom beskrivet ovan.

F ig. 3 visar en annan utföringsforrn där fordonet 15 har sin bak försedd med en isolerad elektrisk ledare 20 anordnad att vara ansluten till polen 5 hos den oscillerande spänningskällan 4 och sin front försedd med en isolerad elektrisk ledare 21 anordnad att vara ansluten den spänningsmätande anordningens 1 ingång 7. En tredje utföringsform visas i fig. 4 där fordonet 5 har en isolerad elektrisk ledare 22 placerad under en drivmedelstank och anordnad att vara ansluten till den oscillerande spänningskällans 4 pol 5 och en isolerad elektrisk ledare 23 placerad i fronten och anordnad att vara ansluten till ingången 7 hos den spärmingsmätande anordningen 1. I dessa senare utföringsfonner kan avståndet för närvaroreaktion som uppnås längs fronten hos fordonet 15 uppgå till en meter och vara till hjälp för upptäckt av cyklister och fotgängare, exempelvis om fordonet 15 är en stor lastbil som svänger åt höger.

I en fjärde utföringsform visad i fig. 5 är en isolerad elektrisk ledare 24 placerad i i fordonets 15 bak och anordnad att vara ansluten till polen 5 hos den oscillerande spärmingskällan 4. En isolerad elektrisk ledare 25 upptar under fordonet 15 en förhållandevis stor yta och är anordnad att vara ansluten till den spänningsmätande anordningens 1 ingång 7. Enligt exemplet är ett släp 26 och fordonet 15 mekaniskt och elektriskt sammankopplade via respektive organ 27 och 28. Ett metallchassi hos släpet 26 är därigenom anordnat att vara anslutet till den kapacitiva sensoms signaljord 2 och kommer att uppvisa en och samma närvaroupptäckande funktionalitet som fordonets 15 chassi. Reaktionsavståndet är här begränsat till omedelbar närhet. Längs den elektriska ledaren 24, vilken fordonet 15 visas ha placerad i sin bak men skulle kunna ha utsträckt längs hela sin periferi, kan näwaroavkänning ske med ett reaktionsavstând valt med hjälp av förspärmingselementet 14. Om denna funktionalitet inte är önskvärd och inget släp 26 är anslutet till fordonet 15 kan upptäckt av närhet intill metallchassit hos detta uppvisas också vid en avkortad längd hos den elektriska ledaren 24 eller utan densamma. Resulterande förlust av känslighet kan motverkas genom att öka ytan hos den elektriska ledaren 25.

Den inom området kurmige fackmannen kan lätt modifiera de beskrivna utföringsfonnerna för fordonet 15 och överföra deras geometriska konfigurationer till konstverk eller till mobiltelefoner såväl som till vitvaror och en mångfald av andra anordningar inom ramen för uppfinningen såsom definierad i bilagda krav.

Claims (4)

10 15 20 25 30 535 'lÛG Krav

1. En allmänt användbar kapacitiv sensor vilken passar for indikering av en persons närhet intill en yta längs en stor lastbil såväl som längs en medelstor målning eller en mobiltelefon i fickfonnat och i vilken en spänningsmätande anordning (1) är försedd med en signaljord (2) ansluten till en första pol (3) hos en oscillerande spänningskälla (4) som har en andra pol (5) ansluten till en signalingång (7) hos den spänningsmätande anordningen, varvid nämnda signalingång har en första kapacitans (9) till jord (6) och en andra kapacitans (10) till nämnda signaljord och en tredje kapacitans (12) är uppvisad till jord av nämnda andra pol hos spänningskällan, och varvid nämnda signaljord är ansluten till elektriskt ledande organ utsträckta längs nämnda yta och uppvisar en fjärde kapacitans (13) till jord av åtminstone samma storleksordning somnäntndatredje kapacitans, kännetecknad därav att ett törspänningselement (14) är anslutet mellan nämnda andra pol hos spärmingskällan och nänmda signalingång hos den spänningsmätande anordningen och har en impedans av åtminstone samma storleksordning som impedansen uppvisad mellan nämnda signalingång och nämnda signaljord.

2. En allmänt användbar kapacitiv sensor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att en av nämnda impedanser är anordnad att vara automatiskt anpassad till den andra genom att en reglerslinga upprätthåller en konstant spärmingsamplitud på signalingången hos den spänningsmätande anordningen.

3. En allmänt användbar kapacitiv sensor enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda impedans hos nämnda fórspänningselement är anordnad att vara automatiskt anpassad till impedansen uppvisad mellan nänmda signalingång och nämnda signalj ord och att den senare impedansen är anordnad att vara manuellt justerbar for att välja ett lämpligt avstånd för närvaroreaktion.

4. En allmänt användbar kapacitiv sensor enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda impedans uppvisad mellan nämnda signalingång och nämnda signaljord är anordnad att vara automatiskt anpassad till nämnda impedans hos törspärmingselementet och att den senare impedansen är anordnad att vara manuellt justerbar for att välja ett lämpligt avstånd för närvaroreaktion.