Dispositivo sensor y procedimiento de detección capacitiva de proximidad.

Un dispositivo sensor capacitivo, que comprende

- un sistema de electrodos, que comprende

- un primer electrodo

(Tx+) de transmisión y un primer electrodo (Rx+) de recepción, en el que el primer electrodo (Tx+) de transmisión está acoplado de forma capacitiva con el primer electrodo (Rx+) de recepción, y

- un segundo electrodo (Tx-) de transmisión y un segundo electrodo (Rx-) de recepción, en el que el segundo electrodo (Tx-) de transmisión está acoplado de forma capacitiva con el segundo electrodo (Rx-) de recepción,

- un generador de señales para suministrar al primer electrodo (Tx+) de transmisión una primera señal eléctrica alternante (WS1) y al segundo electrodo (Tx-) de transmisión una segunda señal eléctrica alternante (WS2), y

- un dispositivo (S) de procesamiento de señales, que está acoplado con el primer electrodo (Rx+) de recepción y con el segundo electrodo (Rx-) de recepción, y que está adaptado para formar una primera variable de medición a partir de la diferencia entre un primer valor eléctrico tomado en el primer electrodo (Rx+) de recepción y un segundo valor eléctrico tomado en el segundo electrodo (Rx+) de recepción,

caracterizado porque

el componente de tensión de CA de la primera señal eléctrica alternante (WS1) es inverso al componente de tensión de CA de la segunda señal eléctrica alternante (WS2).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/050058.

Solicitante: Microchip Technology Germany II GmbH & Co. KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Friedrichshafener Strasse 3 82205 Gliching ALEMANIA.

Inventor/es: BURGER, STEFAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS > TECNICA DE IMPULSO (medida de las características... > Conmutación o apertura de puerta electrónica, es... > H03K17/955 (utilizando un detector capacitivo)

PDF original: ES-2544085_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo sensor y procedimiento de detección capacitiva de proximidad La invención versa acerca de un dispositivo sensor capacitivo para detectar una aproximación de un objeto a los electrodos sensores del dispositivo sensor así como a un procedimiento de detección de la aproximación de un objeto por medio de un dispositivo sensor capacitivo según la invención. Además, la invención versa acerca de un dispositivo eléctrico, especialmente un dispositivo eléctrico portátil con un dispositivo sensor capacitivo según la invención, que está adaptado para llevar a cabo el procedimiento según la invención.

En sensores capacitivos de distancia o de proximidad se mide la distancia entre el sensor y un objeto eléctricamente conductor sin contacto generando y midiendo campos eléctricos alternantes. Se pueden derivar a partir de las funciones de medición de señales, por ejemplo, funciones de conmutación.

Una desventaja de los sensores capacitivos conocidos de la técnica anterior es que pueden ser influenciados mediante campos eléctricos interferentes procedentes del entorno del sensor capacitivo o de los electrodos sensores del sensor capacitivo, lo que puede tener un impacto negativo sobre el resultado de la medición. Otra desventaja consiste en el hecho de que la señal de medición depende de las condiciones de puesta a tierra del sensor capacitivo por una parte y del del objeto que se aproxima al sensor capacitivo por otra parte. Si no se conocen las condiciones concretas de puesta a tierra del sensor capacitivo o del objeto, no se puede garantizar una medición correcta de la distancia entre los electrodos sensores y el objeto o de una aproximación del objeto a los electrodos sensores del sensor capacitivo.

Para detectar la distancia o aproximación de un objeto sin contacto se conocen diversos principios de la técnica anterior, que varían en lo referente a una medición y a una generación de señales, al igual que al número de electrodos sensores necesarios.

Un primer principio conocido por la técnica anterior para una detección de aproximación o de distancia capacitiva contempla el uso de un sensor capacitivo de distancia con únicamente un electrodo. En este sistema de medición, se mide la capacitancia del electrodo con respecto al potencial de tierra de la electrónica de medición del sensor capacitivo de la distancia. Si un objeto, por ejemplo un usuario, se aproxima al electrodo sensor, aumenta la capacitancia en el electrodo sensor, que puede ser medida y evaluada en consecuencia.

Otro sistema de medición proporciona un sensor capacitivo de distancia o de proximidad con dos electrodos sensores. Se opera un electrodo sensor como un electrodo de transmisión y el otro electrodo sensor como un electrodo de recepción. El campo eléctrico alternante emitido en el electrodo de transmisión está acoplado con el electrodo de recepción y es medido por medio de una señal eléctrica tomada en el electrodo de recepción. En el caso de una aproximación de un usuario a los electrodos sensores el campo eléctrico alternante formado entre el electrodo de transmisión y el electrodo de recepción cambia, lo que puede medirse y evaluarse en consecuencia.

Otro sistema de medición adicional conocido por la técnica anterior proporciona un sensor capacitivo con tres electrodos sensores. Aquí, se operan dos electrodos como un electrodo de transmisión y el tercer electrodo como un electrodo de recepción. Los electrodos de transmisión están controlados en fase o antifase. En el electrodo de recepción se mide una suma de los campos eléctricos alternantes en los electrodos de transmisión. En el caso de una aproximación de un usuario, cambia el campo eléctrico alternante acoplado con el electrodo de recepción, lo que es consecuencia de los campos eléctricos alternantes emitidos en los electrodos de transmisión. En consecuencia, se puede evaluar el cambio del campo eléctrico alternante acoplado en el electrodo de recepción.

Los tres principios de medición conocidos por la técnica anterior tienen en común los dos problemas ya mencionados, es decir, la señal de medición -puede ser perturbada por medio de campos eléctricos interferentes externos y/o -depende de cómo están puestos a tierra la electrónica de los sensores y/o el objeto que se aproxima a los electrodos sensores.

En el estado de la técnica se intentan reducir estos problemas mediante medidas apropiadas, por ejemplo mediante -filtración analógica o digital de la señal de medición y/o -elección apropiada del momento de medición y/o mediante una elección apropiada del ciclo de medición y/o -información adicional de procesamiento y/o evaluación de la condición de trabajo.

Sin embargo, estas medidas requieren un mayor consumo del circuito y, por lo tanto, complejo de electrónica de medición, tienen un impacto negativo sobre la producción de elementos sensores capacitivos y los costes de producción. Además, mediante estas medidas solo se reduce el efecto de campos interferentes externos o las condiciones de puesta a tierra de la electrónica de los sensores o de un objeto que se aproxima a los electrodos sensores sobre la señal de medición, por lo que no puede garantizarse una evaluación correcta de la señal de medición.

Otro ejemplo de sensor de proximidad se describe en el documento DE 10 2007 026 307 A1, donde se evita una detección errónea causada por el entorno.

El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo sensor capacitivo y un procedimiento para la detección capacitiva de aproximación que evitan, al menos parcialmente, las desventajas conocidas por la técnica anterior, y con los que se pueden aumentar considerablemente la fiabilidad y la robustez de la función del sensor y se puede ampliar el campo de aplicación del dispositivo sensor capacitivo. Se pueden conseguir estos y otros objetos por medio de un dispositivo sensor, un procedimiento y dispositivo eléctrico según se define en las reivindicaciones independientes. Se caracterizan mejoras adicionales en las reivindicaciones dependientes.

Se consigue este objeto según la invención por medio de un dispositivo sensor capacitivo y un procedimiento para la detección de una aproximación de un objeto según las reivindicaciones independientes. Se indican realizaciones y mejoras ventajosas de la invención en las reivindicaciones dependientes respectivas. Una parte de la solución también es un dispositivo eléctrico que presenta un dispositivo sensor capacitivo según la invención.

Por lo tanto, la solución proporciona un dispositivo sensor capacitivo, que comprende -un sistema de electrodos, que tiene 15 -un primer electrodo de transmisión y un primer electrodo de recepción, en el que el primer electrodo de transmisión está acoplado de forma capacitiva con el primer electrodo de recepción, y -un segundo electrodo de transmisión y un segundo electrodo de recepción, en el que el segundo electrodo de transmisión está acoplado de forma capacitiva con el segundo electrodo de recepción, -un transmisor de señales para suministrar al primer electrodo de transmisión una primera señal eléctrica alternante y al segundo electrodo de transmisión una segunda señal eléctrica alternante, en el que el componente de tensión de CA de la primera señal eléctrica alternante es inverso al componente de tensión de CA de la segunda señal eléctrica alternante, y -un dispositivo de procesamiento de señales, que está acoplado al primer electrodo de recepción y con el segundo electrodo de recepción, y que está adaptado para formar una primera variable de medición a partir 25 de la diferencia entre un primer valor eléctrico tomado en el primer electrodo de recepción y un segundo valor eléctrico tomado en el segundo electrodo de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo sensor capacitivo, que comprende -un sistema de electrodos, que comprende -un primer electrodo (Tx+) de transmisión y un primer electrodo (Rx+) de recepción, en el que el primer 5 electrodo (Tx+) de transmisión está acoplado de forma capacitiva con el primer electrodo (Rx+) de recepción, y -un segundo electrodo (Tx-) de transmisión y un segundo electrodo (Rx-) de recepción, en el que el segundo electrodo (Tx-) de transmisión está acoplado de forma capacitiva con el segundo electrodo (Rx-) de recepción, -un generador de señales para suministrar al primer electrodo (Tx+) de transmisión una primera señal eléctrica alternante (WS1) y al segundo electrodo (Tx-) de transmisión una segunda señal eléctrica alternante (WS2) , y -un dispositivo (S) de procesamiento de señales, que está acoplado con el primer electrodo (Rx+) de recepción y con el segundo electrodo (Rx-) de recepción, y que está adaptado para formar una primera variable de medición a partir de la diferencia entre un primer valor eléctrico tomado en el primer electrodo (Rx+) de recepción y un segundo valor eléctrico tomado en el segundo electrodo (Rx+) de recepción, caracterizado porque el componente de tensión de CA de la primera señal eléctrica alternante (WS1) es inverso al 20 componente de tensión de CA de la segunda señal eléctrica alternante (WS2) .

2. Un dispositivo sensor según la reivindicación 1, en el que el dispositivo (S) de procesamiento de señales está adaptado, además, para formar una segunda variable de medición a partir de la suma del primer valor eléctrico y del segundo valor eléctrico.

3. Un dispositivo sensor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, además, un

dispositivo (A) de evaluación, al que se suministra la primera variable de medición y que está adaptado para derivar una señal de información a partir de la primera variable de medición.

4. Un dispositivo sensor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 2-3, que comprende, además, un dispositivo (A) de evaluación, al que se suministra la segunda variable de medición y que está adaptado para derivar una señal de información a partir de la segunda variable de medición.

5. Un dispositivo sensor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los electrodos (Tx+, Rx+, Tx-, Rx-) están dispuestos mutuamente de tal forma que -un campo eléctrico alternante emitido en el primer electrodo (Tx+) de transmisión se acopla sustancialmente únicamente en el primer electrodo (Rx+) de recepción, y -un campo eléctrico alternante emitido en el segundo electrodo (Tx-) de transmisión se acopla 35 sustancialmente únicamente en el segundo electrodo (Rx-) de recepción.

6. Un dispositivo sensor según una de las reivindicaciones 2 a 5, en el que los electrodos (Tx+, Rx+, Tx-, Rx-) están separados entre sí, de forma que la segunda variable de medición es sustancialmente igual a cero sin la influncia de un objeto sobre las capacidades formadas por los electrodos (Tx+, Rx+, Tx-, Rx-) .

7. Un dispositivo sensor según una de las reivindicaciones 2 a 4, en el que los electrodos (Tx+, Rx+, Tx-, Rx-)

están separados entre sí, de forma que la segunda variable de medición es sustancialmente igual a cero en el caso de una influencia sustancialmente similar.

8. Un dispositivo sensor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer valor eléctrico y el segundo valor eléctrico comprenden la corriente eléctrica acoplada en el electrodo respectivo (Rx-; Rx+) de recepción o la tensión resultante en el electrodo respectivo (Rx-, Rx+) de recepción.

9. Un procedimiento de detección de proximidad de un objeto, que comprende al menos las siguientes etapas:

- aplicar una primera señal eléctrica alternante (WS1) a un primer electrodo (Tx+) de transmisión y una segunda señal eléctrica alternante (WS2) a un segundo electrodo (Tx-) de transmisión, de manera que se forme un primer campo eléctrico alternante entre el primer electrodo (Tx+) de transmisión y un primer electrodo (Rx+) de recepción y se forme un segundo campo eléctrico alternante entre el segundo 50 electrodo (Tx-) de transmisión y un segundo electrodo (Rx-) de recepción, en el que las señales eléctricas alternantes (WS1, WS2) están seleccionadas de tal forma que el componente de tensión de CA de la primera señal eléctrica alternante (WS1) es inverso al componente de tensión de CA de la segunda señal eléctrica alternante (WS2) , -tomar un primer valor eléctrico en el primer electrodo (Rx+) de recepción y un segundo valor eléctrico en 55 el segundo electrodo (Rx-) de recepción, y 7

- generar una primera variable de medición formando la diferencia entre el primer valor eléctrico y el segundo valor eléctrico.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que se forma una segunda variable de medición a partir de la suma del primer valor eléctrico y del segundo valor eléctrico.

11. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 9 o 10, en el que los electrodos (Tx+, Rx+, Tx-, Rx-) están dispuestos mutuamente de tal forma que -el primer campo eléctrico alternante se acopla sustancialmente únicamente con el primer electrodo (Rx+) de recepción, y -el segundo campo eléctrico alternante se acopla sustancialmente únicamente con el segundo electrodo 10 (Rx-) de recepción.

12. Un dispositivo eléctrico, especialmente un dispositivo eléctrico portátil, con un dispositivo sensor capacitivo según una de las reivindicaciones 1 a 8.

13. Un dispositivo eléctrico según la reivindicación 12, en el que hay dispuesto un primer par de electrodos en una pared izquierda del alojamiento y hay dispuesto un segundo par de electrodos en una pared derecha del

alojamiento, en el que el primer par de electrodos comprende el primer electrodo (Tx+) de transmisión y el primer electrodo (Rx+) de recepción y el segundo par de electrodos comprende el segundo electrodo (Tx-) de transmisión y el segundo electrodo (Rx-) de recepción.

14. Un dispositivo eléctrico según la reivindicación 12 o 13, en el que se selecciona la disposición de los pares de electrodos en relación mutua, de tal forma que el primer electrodo (Rx+) de recepción mide sustancialmente el campo eléctrico alternante entre el primer electrodo (Tx+) de transmisión y el primer electrodo (Rx+) de recepción y el segundo electrodo (Rx-) de recepción mide sustancialmente el campo eléctrico alternante entre el segundo electrodo (Tx-) de transmisión y el segundo electrodo (Rx-) de recepción.

15. Un dispositivo eléctrico según la reivindicación 12, en el que los electrodos primero y segundo (Rx+, Rx-) de recepción están dispuestos entre los electrodos primero y segundo (Tx+, Tx-) de transmisión, respectivamente.