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Die
Technologie kapazitiver Sensoren hat sich als eine zuverlässige Messtechnologie
erwiesen, die für
anspruchsvolle Umgebungen geeignet ist. Kapazitive Sensoren werden
bei vielen Anwendungen verwendet, wie beispielsweise Industrie-,
Automobil-, Medizin- und
Verbraucheranwendungen.
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Manchmal
werden kapazitive Sensoren für eine
Abstandsmessung und Positionserfassung verwendet. Ein sich veränderndes
elektrisches Feld wird zwischen zumindest zwei Elektroden erzeugt
und der entsprechende Verschiebungsstrom oder Schiebestrom wird
gemessen. Die Kapazität
oder das Kapazitivkopplungsnetzwerk zwischen Elektroden wird über die
Beziehung zwischen Spannung und Strom berechnet. Ein Objekt, das
in das elektrische Feld gebracht wird, verändert das Dielektrikum zwischen den
Elektroden und die Messung auf zumindest eine von drei Arten. Das
Objekt kann die Permittivität und/oder
die elektrische Konduktanz verändern und/oder
einen Teil des elektrischen Felds zu Masse drängen.
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Unter
Verwendung mehrerer Elektroden kann eine elektrische Tomographie
des Raums zwischen Elektroden erzeugt werden. In größeren Räumen erhöht sich
der Abstand zwischen Elektroden und die Länge der Drähte oder Verbindungsleitungen zu
Front-end-Elektronik,
derart, dass die Verbindungsleitungen elektrische Felder emittieren und/oder
als Antennen wirken, um eine elektromagnetische Störung (EMI,
electro-magnetic interference) aufzunehmen. Manchmal sind die Verbindungsleitungen
abgeschirmt, um ein Emittieren elektrischer Felder und ein Wirken
als Antennen zu verhindern. Das Abschirmen erhöht jedoch Lastkapazitäten zu dem
Spannungstreiber, der Spannungen zwischen Elektroden aufbaut. Die
erhöhte
Lastkapazität
begrenzt eine Sendefrequenz und erhöht den feldunabhängigen Teil
der Verschiebungsströme, was
eine Empfindlichkeit des Messsystems verringert. Auf der Empfängerseite
kann die parasitäre
Eingangskapazität
viel höher
als die Kapazität
sein, die gemessen werden soll, was zu einer starken Dämpfung (kapazitiver
Teiler) führt
und eine Auflösung
verringert.
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Aus
diesen und anderen Gründen
besteht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren
zum Erfassen mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Weiterbildungen linden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
Ausführungsbeispiel,
das in der Offenbarung beschrieben ist, sieht ein System vor, das
eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste Schaltung
und eine zweite Schaltung umfasst. Die zweite Elektrode ist kapazitiv
mit der ersten Elektrode gekoppelt. Die erste Schaltung ist konfiguriert,
um Daten über
ein Netzwerk zu empfangen und ein Signal über die erste Elektrode basierend
auf den Daten zu senden. Die zweite Schaltung ist konfiguriert,
um Daten über
das Netzwerk zu empfangen und einen Strom, der dem Signal entspricht, über die
zweite Elektrode basierend auf den Daten zu empfangen.
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Die
zugehörigen
Zeichnungen sind enthalten, um ein weitergehendes Verständnis von
Ausführungsbeispielen
zu liefern und sind in dieser Beschreibung integriert und bilden
einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele
dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Grundlagen von
Ausführungsbeispielen
zu erläutern. Andere
Ausführungsbeispiele
und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne
weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende
detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente
der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht relativ zueinander. Ähnliche
Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines kapazitiven Sensorsystems darstellt, das ein Netzwerk umfasst;
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2 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines kapazitiven Sensorsystems darstellt, das mehrere Sende-Empfangs-Geräte, einen
Sender und einen Empfänger
umfasst; und
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3 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines kapazitiven Sensorsystems darstellt, das zwei lokale Gruppen
von Elektroden umfasst.
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen
genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen veranschaulichend
spezifische Ausführungsbeispiele
gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In
dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „Vorder-”, „Hinter-” etc.,
mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet.
Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen
in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein
können,
wird die Richtungsterminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet
und ist in keiner Weise einschränkend.
Es sollte klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle
oder logische Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem
einschränkenden
Sinne aufzufassen und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
ist durch die beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Es
sollte klar sein, dass die Merkmale der verschiedenen exemplarischen
Ausführungsbeispiele,
die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, wenn
es nicht spezifisch anderweitig angegeben ist.
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1 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines kapazitiven Sensorsystems 20 darstellt, das ein Netzwerk 22 umfasst.
Das kapazitive Sensorsystem 20 umfasst eine erste Schaltung 24,
eine zweite Schaltung 26, eine erste Elektrode 28,
eine zweite Elektrode 30 und eine elektronische Steuereinheit
(ECU, electronic control unit) 32. Bei anderen Ausführungsbeispielen
umfasst das kapazitive Sensorsystem 20 irgendeine geeignete
Anzahl von Schaltungen, wie beispielsweise die erste Schaltung 24 und
die zweite Schaltung 26, und irgendeine geeignete Anzahl
von Elektroden, wie beispielsweise die erste Elektrode 28 und
die zweite Elektrode 30. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das
kapazitive Sensorsystem 20 mehrere Elektroden, die mit
der ersten Schaltung 24 verbunden sind, und/oder mehrere
Elektroden, die mit der zweiten Schaltung 26 verbunden
sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
umfasst das kapazitive Sensorsystem 20 eine Gruppe von
Elektroden, die mit der ersten Schaltung 24 gekoppelt ist,
und/oder eine Gruppe von Elektroden, die mit der zweiten Schaltung 26 gekoppelt
ist.
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Das
kapazitive Sensorsystem 20 misst die Kapazität zwischen
der ersten Elektrode 28 und der zweiten Elektrode 30,
wobei die gemessene Kapazität
verwendet wird, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum und/oder
der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 28 und 30 verändert hat. Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das kapazitive Sensorsystem 20 verwendet, um einen
Abstand zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive
Sensorsystem 20 verwendet, um die Position eines Objekts
zu erfassen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das kapazitive Sensorsystem 20 bei einer Sitzbelegungsanwendung
verwendet, wie beispielsweise einem Automobilairbagsystem.
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Das
Netzwerk 22 wird verwendet, um die Messungen zu konfigurieren,
und zwar durch Auswählen
von einer der ersten und der zweiten Schaltung 24 und 26,
um ein Sender zu sein, und der anderen, um ein Empfänger zu
sein. Parameter, die während
einer Einrichtung gemeinschaftlich verwendet werden können, umfassen
eine Frequenz, Amplituden, eine Phasenverzögerung, Spreizspektrumeinstellungen,
einen Empfängergewinn
bzw. eine Empfängerverstärkung, eine
Filterbandbreite, eine Integrationszeit und eine Abtastrate. Nachdem
Messungen vorgenommen sind, wird das Netzwerk 22 verwendet,
um die Messergebnisse von dem Empfänger zu sammeln.
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Die
erste Schaltung 24 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 28 über eine
erste Verbindungsleitung 34 gekoppelt und die zweite Schaltung 26 ist elektrisch
mit der zweiten Elektrode 30 über eine zweite Verbindungsleitung 36 gekoppelt.
Die erste Elektrode 28 ist kapazitiv mit der zweiten Elektrode 30 gekoppelt.
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Sowohl
die erste als auch die zweite Schaltung 24 und 26 sind
mit einer Leistungsversorgung (nicht gezeigt) gekoppelt. Bei einem
Ausführungsbeispiel
sind sowohl die erste Schaltung 24 als auch die zweite
Schaltung 26 über
eine getrennte Leistungsversorgung mit Leistung versorgt. Bei einem
Ausführungsbeispiel
sind die erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26 über eine
gemeinschaftlich verwendete Leistungsversorgung mit Leistung versorgt. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist zumindest eine der ersten Schaltung 24 und der zweiten
Schaltung 26 über
eine induktive Kopplung mit Leistung versorgt.
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Die
ECU 32 ist kommunikativ mit der ersten Schaltung 24 und
der zweiten Schaltung 26 über das Netzwerk 22 gekoppelt.
Bei einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Netzwerk 22 einen Bus, der mit zumindest einer
der ersten Schaltung 24 und der zweiten Schaltung 26 verbunden
ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Netzwerk 22 eine drahtlose Kommunikationsverbindung
zum Kommunizieren mit zumindest einer der ersten Schaltung 24 und
der zweiten Schaltung 26. Bei einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Netzwerk 22 eine induktive Kopplung zum Kommunizieren
mit zumindest einer der ersten Schaltung 24 und der zweiten
Schaltung 26.
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Die
ECU 32 sendet digitale Daten an die erste Schaltung 24 und
die zweite Schaltung 26 über das Netzwerk 22.
Die gesendeten Daten umfassen Informationen über das elektronische Signal,
das zwischen den Elektroden 28 und 30 gesendet
werden soll. Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 32 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 32 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 32 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz
oder eine Spreizspektrumeinrichtung für das Signal umfassen.
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Die
erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26 umfassen
jeweils eine Treibereinheit und/oder eine Messeinheit. Die erste
Schaltung 24 empfängt
die Daten und sendet entweder ein Signal über eine Treibereinheit oder
empfängt
einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine
Messeinheit. Die erste Schaltung 24 sendet das Signal und
empfängt
einen Verschiebungsstrom über
die erste Elektrode 28. Die zweite Schaltung 26 empfängt die
Daten und sendet entweder ein Signal über eine Treibereinheit oder
empfängt einen
Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine
Messeinheit. Die zweite Schaltung 26 sendet das Signal
und empfängt
einen Verschiebungsstrom über
die zweite Elektrode 28. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste
Schaltung 24 ein Sender, der eine Treibereinheit umfasst. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die erste Schaltung 24 ein Empfänger, der eine Messeinheit
umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die erste Schaltung 24 ein Sende-Empfangs-Gerät, das eine Treibereinheit
und eine Messeinheit umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite
Schaltung 26 ein Sender, der eine Treibereinheit umfasst.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite Schaltung 26 ein Empfänger, der eine Messeinheit
umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite Schaltung 26 ein Sende-Empfangs-Gerät, das eine
Treibereinheit und eine Messeinheit umfasst.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die erste Schaltung 24 ein Sende-Empfangs-Gerät, das elektrisch
mit mehreren Elektroden in einer ersten lokalen Gruppe gekoppelt
ist, und ist die zweite Schaltung 26 ein Sende-Empfangs-Gerät, das elektrisch
mit mehreren Elektroden in einer zweiten lokalen Gruppe gekoppelt
ist. Die Elektroden in der ersten lokalen Gruppe sind kapazitiv
mit den Elektroden in der zweiten lokalen Gruppe gekoppelt. Die
erste Schaltung 24 wählt
zumindest eine der Elektroden in der ersten lokalen Gruppe zum Senden
und/oder Empfangen von Signalen aus und die zweite Schaltung 26 wählt zumindest
eine der Elektroden in der zweiten lokalen Gruppe zum Senden und/oder
Empfangen von Signalen aus. Die ECU 32 sendet Daten an
die erste Schaltung 24 und die zweite Schaltung 26,
die die Daten empfangen und Signale senden und Ströme basierend
auf den Daten empfangen, um eine Kapazität zwischen den ausgewählten Elektroden
zu messen.
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Bei
einem Betrieb eines Ausführungsbeispiels
sendet die ECU 32 die Daten und empfängt die erste Schaltung 24 die
Daten über
das Netzwerk 22 und sendet ein Signal über die erste Elektrode 28 basierend
auf den Daten. Die zweite Schaltung 26 empfängt die
Daten über
das Netzwerk 22 und die zweite Schaltung 26 empfängt einen
Verschiebungsstrom, der dem gesendeten Signal entspricht, über die
zweite Elektrode 30 und basierend auf den Daten. Die erste
Schaltung 24 verwendet die Daten, um eine Signalfrequenz
auszuwählen,
Frequenzen über
eine Spreizspektrumssequenz zu schalten und das Signal zu einer
spezifizierten Zeit zu starten. Die zweite Schaltung 26 verwendet
die Daten, um sich selbst zu konfigurieren, um einen Verschiebungsstrom
nach der Startzeit des Signals zu erwarten und den empfangenen Verschiebungsstrom
basierend auf der ausgewählten
Frequenz und Spreizspektrumssequenz zu demodulieren.
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2 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines kapazitiven Sensorsystems 100 darstellt, das mehrere
Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108,
einen Sender 110 und einen Empfänger 112 umfasst.
Das kapazitive Sensorsystem 100 ist dem kapazitiven Sensorsystem 20 von 1 ähnlich.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das kapazitive Sensorsystem 100 verwendet, um einen
Abstand zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive
Sensorsystem 100 verwendet, um die Position zumindest eines
Objekts zu erfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive Sensorsystem 100 bei
einer Sitzbelegungsanwendung verwendet, wie beispielsweise einem
Automobilairbagsystem.
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Das
kapazitive Sensorsystem 100 umfasst ein erstes Sende-Empfangs-Gerät 102,
ein zweites Sende-Empfangs-Gerät 104,
einen Sender 110, einen Empfänger 112 und eine
ECU 114, die elektrisch mit einem Bus 116 gekoppelt
sind. Ferner ist ein viertes Sende-Empfangs-Gerät 108 induktiv mit
dem Bus 116 über
einen Transformator 118 und eine Transformatorschnittstellenschaltung 120 gekoppelt.
Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 empfängt Daten und
Leistung von dem Transformator 118. Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 ist
elektrisch mit einer Seite des Transformators 118 über eine
Kopplungsleitung 122 gekoppelt. Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 und
diese eine Seite des Transformators 118 sind elektrisch
mit einer Seite des ersten Kondensators 124 über eine
Kondensatorverbindungsleitung 126 gekoppelt. Die andere
Seite des ersten Kondensators 124 ist elektrisch mit einer
Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 128 gekoppelt. Das
vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 ist
elektrisch mit der Referenz bei 128 durch den ersten Kondensator 124 gekoppelt,
um eine Impedanz zu Masse für die
höheren
Signalfrequenzen zu verringern, die verwendet werden, um die Kapazität zwischen
Elektroden zu messen. Die andere Seite des Transformators 118 ist
elektrisch mit der Transformatorschnittstellenschaltung 120 über eine
Schnittstellenleitung 130 gekoppelt und die Transformatorschnittstellenschaltung 120 und
diese andere Seite des Transforma tors 118 sind elektrisch
mit der Referenz bei 128 gekoppelt. Zusätzlich ist die Transformatorschnittstellenschaltung 120 elektrisch
mit dem Bus 116 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Bus 116 um ein Steuerungsbereichsnetzwerk (CAN-Bus; CAN = controller-area
network). Bei einem Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Bus 116 um ein Lokalverbindungsnetzwerk
(LIN-Bus; LIN = local interconnect network).
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Die
ECU 114 sendet Daten und kommuniziert mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerät 102, dem
zweiten Sende-Empfangs-Gerät 104,
dem Sender 110 und dem Empfänger 112 über den
Bus 116. Die ECU 114 sendet Daten und kommuniziert
mit dem vierten Sende-Empfangs-Gerät 108 über die Transformatorschnittstellenschaltung 120,
wobei die Transformatorschnittstellenschaltung 120 die
Daten empfängt
und die Daten an den Transformator 118 sendet, der die
Daten an das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 überträgt.
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Das
zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 und das
dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 sind
kommunikativ über
eine Hochfrequenzkommunikationsverbindung 132 (HF-Kommunikationsverbindung)
gekoppelt. Die ECU 114 sendet Daten an das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 über den
Bus 116 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 leitet
die Daten an das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 über die
HF-Kommunikationsverbindung 132 weiter. Unter Verwendung
eines Busses und/oder einer HF-Kommunikationsverbindung können Schaltungen,
wie beispielsweise der Sender 110, der Empfänger 112 und
die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108,
und die entsprechenden Elektroden derselben entfernt positioniert
sein, ohne lange Treiberleitungen und/oder lange Empfängerleitungen
zu den Elektroden zu verwenden.
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Das
Netzwerk, das den Bus 116, die Transformatorschnittstellenschaltung 120 und
den Transformator 118 und die HF-Kommunikationsverbindung 132 umfasst,
wird verwendet, um die Messungen zu konfigurieren, und zwar durch
Auswählen
von einem oder mehreren der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 und/oder
des Senders 110, um Signale zu senden, und von einem oder
mehreren der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 und/oder
des Empfängers 112,
um Signale zu empfangen. Parameter, die während einer Einrichtung gemeinschaftlich
verwendet werden können,
umfassen eine Frequenz, Amplituden, eine Phasenverzögerung,
Spreizspektrumeinstellung, einen Empfängergewinn, eine Filterbandbreite,
eine Integrationszeit und eine Abtastrate. Nachdem Messungen vorgenommen
sind, wird das Netzwerk verwendet, um die Messergebnisse von dem
ausgewählten
Empfänger
(den ausgewählten
Empfängern)
zu sammeln.
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Das
kapazitive Sensorsystem 100 umfasst eine erste Elektrode 134,
eine zweite Elektrode 136, eine dritte Elektrode 138,
eine vierte Elektrode 140, eine fünfte Elektrode 142 und
eine sechste Elektrode 144. Das erste Sende-Empfangs-Gerät 102 ist
elektrisch mit der ersten Elektrode 134 über eine
erste Verbindungsleitung 146 gekoppelt. Der Sender 110 ist
elektrisch mit der zweiten Elektrode 136 über eine zweite
Verbindungsleitung 148 gekoppelt. Der Empfänger 112 ist
elektrisch mit der dritten Elektrode 138 über eine
dritte Verbindungsleitung 150 gekoppelt. Das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 ist
elektrisch mit der vierten Elektrode 140 über eine
vierte Verbindungsleitung 152 gekoppelt. Das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 ist
elektrisch mit der fünften
Elektrode 142 über
eine fünfte
Verbindungsleitung 154 gekoppelt. Das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 ist elektrisch
mit der sechsten Elektrode 144 über eine sechste Verbindungsleitung 156 gekoppelt.
Die Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144 sind
kapazitiv miteinander gekoppelt und das kapazitive Sensorsystem 100 misst
die Kapazität
zwischen irgendwelchen zwei der Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144.
Die gemessene Kapazität
kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum und/oder
der Abstand zwischen Elektroden verändert hat.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
umfasst das kapazitive Sensorsystem 100 irgendeine geeignete
Anzahl von Sende-Empfangs-Geräten,
Sendern und/oder Empfängern
und irgendeine geeignete Anzahl von Elektroden, die mit jedem der
Sende-Empfangs-Geräte,
Sender und/oder Empfänger
gekoppelt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte, der Sender und/oder Empfänger mehrere
Elektroden auf, die mit demselben gekoppelt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist jedes der Sende-Empfangs-Geräte, der Sender und/oder Empfänger eine unterschiedliche
Gruppe von einer oder mehreren Elektroden auf, die mit demselben
gekoppelt sind. Es kann Leistung auf eine Anzahl von Arten an die
Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108,
den Sender 110 und den Empfänger 112 geliefert
werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird Leistung über getrennte
Leistungsversorgungen zugeführt.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird Leistung über
gemeinschaftlich verwendete Leistungsversorgungen zugeführt. Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird Leistung über
Leistungsquellen zugeführt,
wie beispielsweise Batterien, Generatoren, ein Platinennetz und/oder Solarzellen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird Leistung über
eine Kopplung zugeführt,
wie beispielsweise eine induktive Kopplung oder eine kapazitive
Kopplung.
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Die
Referenz bei 128 kann auch auf eine Anzahl von Arten realisiert
sein. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist Referenz bei 128 über
Drähte
realisiert. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Referenz bei 128 über das Chassis eines Automobils
realisiert.
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Zusätzlich können Leistungsversorgungen zum
Kommunizieren mit der verbundenen Vorrichtung (den verbundenen Vorrichtungen)
verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
werden Leistungsversorgungs- und Masseleitungen zum Kommunizieren über ein
Modulieren eines Versorgungsstroms und/oder einer Spannung verwendet.
Bei einem Ausführungsbeispiel
werden Leistungsversorgungs- und Masseleitungen zum Kommunizieren über ein
Multiplexen zwischen einem Liefern von Leistung und Kommunikationsphasen
verwendet.
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Eine
erste Leistungsversorgung 158 ist elektrisch mit dem ersten
Sende-Empfangs-Gerät 102 und
dem Sender 110 über
eine Leistungsversorgungsleitung 160 gekoppelt. Die erste
Leistungsversorgung 158 liefert Leistung an das erste Sende-Empfangs-Gerät 102 und
den Sender 110 über die
Leistungsversorgungsleitung 160. Die erste Leistungsversorgung 158,
das erste Sende-Empfangs-Gerät 102 und
der Sender 110 sind elektrisch mit der Referenz bei 128
gekoppelt.
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Eine
zweite Leistungsversorgung 162 ist elektrisch mit dem Empfänger 112 über eine
Leistungsversorgungsleitung 164 gekoppelt. Die zweite Leistungsversorgung 162 liefert
Leistung an den Empfänger 112 über die
Leistungsversorgungsleitung 164. Die zweite Leistungsversorgung 162 und der
Empfänger 112 sind
elektrisch mit der Referenz bei 128 gekoppelt.
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Eine
Batterie 166 ist elektrisch mit dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 104 über eine
Leistungsversorgungsleitung 168 gekoppelt. Die Batterie 166 liefert
Leistung an das Sende-Empfangs-Gerät 104 über die
Leistungsversorgungsleitung 168. Die Batterie 166 und
das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 sind
elektrisch mit einer Seite eines zweiten Kondensators 170 über eine
Kondensatorverbindungsleitung 172 gekoppelt. Die andere
Seite des zweiten Kondensators 170 ist elektrisch mit der
Referenz bei 128 gekoppelt. Bei anderen Ausführungsbeispielen
sind die Batterie 166 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 elektrisch
direkt mit der Referenz bei 128 gekoppelt.
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Eine
dritte Leistungsversorgung 174 ist elektrisch mit dem dritten
Sende-Empfangs-Gerät 106 über eine
Leistungsversorgungsleitung 176 gekoppelt. Die dritte Leistungsversorgung 174 liefert
Leistung an das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 über die
Leistungsversor gungsleitung 176. Die dritte Leistungsversorgung 174 und
das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 sind
elektrisch mit der Referenz bei 128 gekoppelt.
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Die
ECU 114 sendet digitale Daten an das erste Sende-Empfangs-Gerät 102,
das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104,
den Sender 110 und den Empfänger 112 über den
Bus 116. Die ECU 114 sendet Daten an das dritte
Sende-Empfangs-Gerät 106 durch
Senden der Daten an das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 über den
Bus 116 und das zweite Sende-Empfangs-Gerät 104 leitet die Daten
an das dritte Sende-Empfangs-Gerät 106 über die
HF-Kommunikationsverbindung 132 weiter.
Die ECU sendet Daten an das vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 durch Senden
der Daten an die Transformatorschnittstellenschaltung 120 über den
Bus 116 und die Transformatorschnittstellenschaltung 120 liefert
die Daten an den Transformator 118, der die Daten an das
vierte Sende-Empfangs-Gerät 108 überträgt. Die gesendeten
Daten umfassen Informationen über
das elektronische Signal, das zwischen den Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144 gesendet
werden soll. Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 114 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz
oder eine Spreizspektrumeinstellung für das Signal umfassen. Bei
einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 114 Daten, die zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder
den Sender 110 zum Senden des elektrischen Signals und
zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder
den Empfänger 112 zum
Empfangen des Verschiebungsstroms, der dem gesendeten Signal entspricht,
auswählen.
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Jedes
der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 umfasst
eine Treibereinheit und eine Messeinheit. Die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 empfangen
Daten und senden entweder ein Signal über eine Treibereinheit, empfangen
einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine
Messeinheit, oder bleiben im Leerlauf, basierend auf den Daten.
Die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 senden
Signale und empfangen Verschiebungsströme über die Elektroden 134, 140, 142 bzw. 144.
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Der
Sender 110 umfasst eine Treibereinheit und der Empfänger 112 umfasst
eine Messeinheit. Der Sender 110 empfängt die Daten und sendet ein Signal über eine
Treibereinheit oder bleibt im Leerlauf, basierend auf den Daten.
Der Empfänger 112 empfingt
die Daten und empfängt
einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine
Messeinheit, oder bleibt im Leerlauf, basierend auf den Daten. Der
Sender 110 sendet Signale über die Elektrode 136 und
der Empfänger 112 empfängt einen
Verschiebungsstrom über die
Elektrode 138.
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In
Betrieb sendet die ECU 114 Daten über den Bus 116. Die
ECU 114 wählt
zumindest eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder
den Sender 110 aus, um elektrische Signale über die
entsprechende(n) Elektrode(n) zu senden. Die ECU 114 wählt zumindest
eines der Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108 oder
den Empfänger 112 aus,
um einen Verschiebungsstrom über die
entsprechende(n) Elektrode(n) zu empfangen. Die Sende-Empfangs-Geräte 102, 104, 106 und 108, der
Sender 110 und der Empfänger 112 empfangen die
Daten und senden Signale und empfangen Ströme basierend auf den Daten,
um eine Kapazität
zwischen den ausgewählten
Elektroden zu messen.
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Die
gesendeten Daten umfassen Informationen über das elektronische Signal,
das zwischen den Elektroden 134, 136, 138, 140, 142 und 144 gesendet
werden soll. Jede Sendeschaltung verwendet die Informationen, um
ein elektrisches Signal zu senden, und jede Empfangsschaltung verwendet
die Informationen, um sich selbst zu konfigurieren, um den Verschiebungsstrom
zu empfangen, der dem gesendeten Signal entspricht, und um den empfangenen
Verschiebungsstrom zu demodulieren. Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 114 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel sendet
die ECU 114 Daten, die eine Spreizspektrumssequenz des
Signals umfassen.
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3 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines kapazitiven Sensorsystems 200 darstellt, das zwei
lokale Gruppen von Elektroden 202 und 204 umfasst.
Das kapazitive Sensorsystem 200 misst die Kapazität zwischen
Elektroden in den zwei lokalen Gruppen von Elektroden 202 und 204, wobei
die gemessene Kapazität
verwendet wird, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum und/oder
der Abstand zwischen Elektroden verändert hat. Das kapazitive Sensorsystem 200 ist
dem kapazitiven Sensorsystem 20 von 1 und dem
kapazitiven Sensorsystem 100 von 2 ähnlich.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das kapazitive Sensorsystem 200 verwendet, um einen
Abstand zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive
Sensorsystem 200 verwendet, um die Position von zumindest einem
Objekt zu erfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das kapazitive
Sensorsystem 200 bei einer Sitzbelegungsanwendung verwendet,
wie beispielsweise einem Automobilairbagsystem.
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Das
kapazitive Sensorsystem 200 umfasst ein erstes Sende-Empfangs-Gerät 206,
ein zweites Sende-Empfangs-Gerät 208 und
eine ECU 210, die elektrisch mit einem Netzwerkbus 212 gekoppelt sind.
Die ECU 210 sendet Daten und kommuniziert mit dem ersten
Sende-Empfangs-Gerät 206 und
dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 208 über den
Bus 212. Das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 ist elektrisch
mit Elektroden 202a–202d in
der ersten lokale Gruppe von Elektroden 202 über Elektrodenverbindungsleitungen 214 gekoppelt.
Das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 ist
elektrisch über
Elektrodenverbindungsleitungen 216 mit Elektroden 204a und 204b in
der zweiten lokalen Gruppe von Elektroden 204 gekoppelt.
Die Elektroden 202a–202d, 204a und 204b sind
kapazitiv miteinander gekoppelt. Das kapazitive Sensorsystem 200 misst
die Kapazität zwischen
irgendwelchen zwei der Elektroden 202a–202d, 204a und 204b.
Die gemessene Kapazität
kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob sich das Dielektrikum
und/oder der Abstand zwischen den Elektroden 202a–202d, 204a und 204b geändert hat.
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Eine
erste Leistungsversorgung 218 ist elektrisch mit dem ersten
Sende-Empfangs-Gerät 206 über eine
Leistungsversorgungsleitung 220 gekoppelt. Die erste Leistungsversorgung 218 liefert
Leistung an das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 über die
Leistungsversorgungsleitung 220. Die erste Leistungsversorgung 218 und
das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 sind
elektrisch mit einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 222 gekoppelt.
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Eine
zweite Leistungsversorgung 224 ist elektrisch mit dem zweiten
Sende-Empfangs-Gerät 208 über eine
Leistungsversorgungsleitung 226 gekoppelt. Die zweite Leistungsversorgung 224 liefert Leistung
an das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 über die
Leistungsversorgungsleitung 226. Die zweite Leistungsversorgung 224 und
das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 sind
elektrisch mit der Referenz bei 222 gekoppelt.
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Die
ECU 210 sendet digitale Daten an das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 und
das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 über den
Bus 212. Die gesendeten Daten umfassen Informationen über das elektronische
Signal, das zwischen den Elektroden 202a–202d, 204a und 204b gesendet
werden soll. Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 210 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz
oder eine Spreizspektrumeinstellung für das Signal umfassen. Bei
einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 210 Daten, die eines der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 zum Senden
des elektrischen Signals und das andere der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 zum
Empfangen des Verschiebungsstroms, der dem gesendeten Signal entspricht,
auswählen.
Bei einem Ausführungsbeispiel sendet
die ECU 210 Daten, die zumindest eine der Elektroden 202a–202d,
die mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerät 206 gekoppelt sind, und
zumindest eine der Elektroden 204a und 204b, die
mit dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 208 gekoppelt sind,
auswählen.
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Jedes
der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 umfasst
eine Treibereinheit und eine Messeinheit. Die Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 empfangen
die Daten und senden entweder ein Signal über eine Treibereinheit, empfangen
einen Verschiebungsstrom, der einem gesendeten Signal entspricht, über eine
Messeinheit, oder bleiben im Leerlauf, basierend auf den Daten.
Das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 sendet
Signale und empfängt
einen Strom über
die Elektroden 202a–202d und
das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 sendet Signale
und empfangt einen Strom über
die Elektroden 204a und 204b.
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In
Betrieb eines Ausführungsbeispiels
sendet die ECU 210 Daten über den Bus 212. Die
ECU 210 wählt
eines der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 aus,
um elektrische Signale zu senden, und das andere der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208,
um einen Verschiebungsstrom zu empfangen, der den gesendeten Signalen
entspricht. Die ECU 210 wählt ferner zumindest eine der
Elektroden 202a–202d,
die mit dem ersten Sende-Empfangs-Gerät 206 gekoppelt
sind, und zumindest eine der Elektroden 204a und 204b,
die mit dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät 208 gekoppelt sind,
aus. Die Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 empfangen die
Daten und senden Signale und empfangen Ströme basierend auf den Daten,
um eine Kapazität
zwischen den ausgewählten
Elektroden zu messen. Falls ein Objekt, wie beispielsweise ein Objekt 230, sich
zwischen den ausgewählten
Elektroden bewegt, verändert
sich das Dielektrikum und die Kapazität zwischen den ausgewählten Elektroden
und das Objekt kann erfasst und gemessen werden.
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Die
Daten, die über
die ECU 210 gesendet werden, umfassen Informationen, um
auszuwählen, welches
der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 sendet
und welches der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 empfängt. Die
Daten, die über
die ECU 210 gesendet werden, umfassen auch Informationen,
um auszuwählen,
welche Elektroden 202a–202d und 204a und 204b verwendet
werden, um die Kapazitätsmessung
vorzunehmen. Zusätzlich umfassen
die Daten, die über
die ECU 210 gesendet werden, Informationen über das
elektronische Signal, das gesendet werden soll. Das Sendende der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 verwendet
die Informationen, um ein elektrisches Signal zu senden, und das
Empfangende der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 verwendet
die Informationen, um sich selbst zu konfigurieren, um den Verschiebungsstrom zu
empfangen, der dem gesendeten Signal entspricht, und um den empfangenen
Verschiebungsstrom zu demodulieren. Bei einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalstartzeit umfassen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 210 Daten, die eine Signalfrequenz umfassen. Bei
einem Ausführungsbeispiel
sendet die ECU 210 Daten, die eine Spreizspektrumsequenz
des Signals umfassen. Bei anderen Ausführungsbeispielen umfassen die
gesendeten Daten keine Informationen, um auszuwählen, welches der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 sendet
und welches der Sende-Empfangs-Geräte 206 und 208 empfängt, und/oder
Informationen, um auszuwählen,
welche Elektroden verwendet werden.
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Unter
Verwendung des Busses 212 können das erste Sende-Empfangs-Gerät 206 und
die Elektroden 202a–202d sowie
das zweite Sende-Empfangs-Gerät 208 und
die Elektroden 204a und 204b entfernt positioniert
sein, ohne lange Treiberleitungen und/oder lange Empfängerleitungen
zu den Elektroden 202a–202d, 204a und 204b zu
verwenden.
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Obwohl
spezifische Ausführungsbeispiele hierin
dargestellt und beschrieben wurden, ist es Durchschnittsfachleuten
auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine Vielfalt anderer und/oder äquivalenter
Implementierungen die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
ersetzen kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen
der spezifischen Ausführungsbeispiele
abdecken, die hierin erörtert
sind. Deshalb ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch
die Ansprüche
und die Äquivalente
derselben begrenzt sein soll.