专利名称：电容式自动换向装置及自动换向装置的操作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有第一电极和第二电极的电容式自动换向装置 (autoreverse)，所述第一电极和第二电极构成传感器的电极。本发明还涉及相应自动换向 装置的操作方法。
背景技术：
在门、舱口、遮阳蓬顶、活顶车篷等上使用的自动换向装置和方法在实践中已为人 熟知。这里主要使用光学式、接触式及电容式的方法。在工业应用方面，以DE 40 06 119 A1和EP 1 474 582 A1为例，在汽车行业的应用方面，则以DE 43 29 535 Al, DE 103 10 066 B3，DE 197 20 713 C1，DE 199 13 879 CI, DE 102 20 725 CI, DE 103 05 342 B4 以 及 EP 1 154 110 B1 为例。在接触式自动换向装置中，关键之处是探测在传感器和待辨认的物体之间发生直 接接触的障碍物。已经知道带有一个或两个导体的类型。例如，EP1474582A1中所描述的传 感器通过接触线形元件来辨认障碍物。从DE4329535A1得知的传感器与由导电塑料和/或 引入塑料的电导体制成的两个区域协同操作。通过挤压塑料区域或导体来形成欧姆接触， 其用于检测障碍物。接触式自动换向装置的一个长期存在的问题是，原理上必须发生接触。 如果要防止人肢体被夹住的话，这正好是不希望发生的。与接触式方法相反，电容式自动换向装置中可以存在无接触式检测。在此情况中 测度传感器的电容。传感器的电容在带介电性能的物体接近时会变化，这被用作测量作用。 已知对于电容测量，必须有被测量参考的规定参考电位。测量用的通常参考电位是接地。很 多已知的方法使用单独的电极并且传感器周围元件的大部分是接地的。其中明确使用两个 电极的方法也是知道的。这些方法包括已经提到的DE 40 06 119 Al，DE 103 10 066 B3 或EP 1 154 110 B1等。使用传感器电极和接地电极，接地电极设计为实际电极并与地面 连接，正如其名。带两个电极的已知方法的缺点在于，在所有不是稳固连接至地面的部件中，地线 没有被清楚地限定。例如，对于车辆而言，地线可以具有几伏特的电位差，视安装位置而定， 这会导致严重的测量误差。因此，与车体的确定的电连接并不能在车门或后箱盖中得到保 证，因为门铰链的润滑剂或金属表面的腐蚀会减小接触。电梯中也有类似的情况。在电梯 中，移动门扇只能按严格的方式经由接地电缆连接到确定的接地电位。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种刚才所提及类型的电容式自动换向装置，其中指 出的有关接地电位的问题得以解决。还给出了相应的方法。根据本发明藉权利要求1的特征解决上述任务。由此改进了所述的自动换向装 置，以对第一电极(2)供给第一电位(U 胃+)，对第二电极(3)供给第二电位(U 胃_)，第二 电位与第一电位(U 胃+)不同，且提供评估电路(evaluationelectronics) (5)，其测定第一电位(U 胃+)与第二电位(U 胃_)之差，并由该测定结果来确定传感器的电容(Cft
感器)°藉权利要求8的特征解决有关上述任务的方法。相应地，该方法的特征在于，对第 一电极⑵施加第一电位(U_+)，对第二电极⑶施加第二电位(u__)，第二电位(u__) 与第一电位(u_+)不同，测定第一电位(U 胃+)与第二电位(U 胃_)之差，并由该测定结果 来确定传感器的电容(Cftss)。根据本发明，最初认识到，在确定传感器的电容期间，规定的接地电位可以完全省 却。相反地，如果可以明确地确定传感器电极所处的电位之间的差异，这就足够了。因此， 根据本发明，第一电极带来第一电位，而第二电极带来第二电位。第一和第二电位必然参照 共同的接地。但是，地电位可以是未知的(在此具有主要优点)。从得知的参考未知电位水 平的两个电位，可以替代地测定第一电位与第二电位之差，以及由此确定由上述两电极形 成的传感器的电容cftsS。由于传感器的电容在物体接近时会发生变化，出现在测量范围内 的物体可以从电容测量中检测到。实践中很多已知的方法可用于此目的。例如，电荷测量 和时间测量可以用于此目的。藉第一电压源可方便地实现向第一电极施加第一电位U 胃+。该第一电压源可经 过开关连接到电压源。它可将电极提升至规定电位，并在开启开关之后进行电容测量。开 关可以用实践中已知的不同方法形成。但是，如果开关是半导体元件将有利于简化电子控 制电路。这同样可应用于第二电极，它可以通过第二电压源获得第二电位同样地， 该电极和电压源之间的开关用于分隔电容测量。在电容测量中的一个障碍被证实为在传感器的电极与传感器的接地(地Ml)之 间具有寄生偏置电容和C_N，而传感器的接地是未知的或者甚至在操作期间是变化 的。应再次指出，地Ml因上面已提及的原因通常会偏离评估电路的接地(地M2)，因此不能 用于测量。因此，评估电路相对于地M2建立相应的电位。因此，为了改进的电容测量，由并联的电荷源补偿偏置电容和C_N，其中，规 定的电位连接到传感器的电极上。由此可达到的状况是，用于测量的测量窗 移位到评估区，在该区传感器的灵敏度较高。补偿电位可以是正或负值，使得补偿电位 增加或减小提供到电极的电位。因此测量窗可独立地将偏置电容移位到最佳范围内。实际测量总是发生在固定电容窗内，它可具有相对于地面不同的电容或电位。因 此，不接地测量是可行的，地电位变化不会影响测量结果。实施中，传感器的电容非常大，例如，在100pF的量级。另一方面，当手靠近时，电 容只有(例如)几PF的变化，使得灵敏度，即有用信号，相比装置的总电容而言是相当有限 的。因而可使用并联供电的补偿电位来补偿传感器的高的基本电容，因此取得高分辨率的 测量窗。测量窗也可以移位到对评估有利的范围内。无论偏置电容如何波动，传感器都具 有恒定的灵敏度。为了建立补偿电位U +和U _，在安装后可进行校准测量。在样品环境上进行 的测量系列也可应用于相应的安装环境。作为另一种选择，可进行补偿电位调整，以使测得 的电容值在测量期间呈现希望值或希望的数值范围，而无需物体在测量范围内。补偿电位U
和可以呈现相同的量值。但是，这不是绝对需要的。相反地，电位的量值可以不同。最好设置至少一个另外的电压源来施加补偿电位。这些补偿电位可添加到第一电 位和第二电位上，以获得可行的补偿。对于自动换向装置的进一步应用灵活性，由另外的电压源释放的电位也是可控 的。取决于期望的边界条件，电极的电位将会因此升高或降低。具体地说，通过可控电压源 可实现对变化的偏置电容的反应。作为另一种选择或附件的特征，电压源可通过开关进行切换。因而可为每个电极 设置正和负的补偿电位，按需要将补偿电位切换到电极。较佳的是，一个或多个另外的电压源可以由评估电路来控制。评估电路也可实现 对电极的补偿电位的接通或断开。评估电路因而可选择电极上的电位，以致于可取得最理 想的可能测量。对于简化的评估，评估电路具有对称的输入。在一有利的改进中，通过追踪电位U 胃+和U参考-以及补偿电位和，可 以进行漂移补偿。个别或所有的电位都可能会发生改变。如果电线之间的距离改变，将会 发生例如电容漂移的情况。该改变可能相对简单地是因为，例如在太阳辐射期间由加热引 起温度的变化并导致密封型材的形状改变，而产生的。在密封型材上融化水或凝结水也会 改变电容，因为水的介电常数较高。但是，过了较长的一段时间后，由于所使用材料的老化 效应，例如塑料收缩，也会使电容发生变化。这些类型的漂移会使偏置电容和传感器电容都 以不希望的方式改变。通过追踪参考电位U参考+和U参考-以及补偿电位u 和，可以 允许这种漂移。可以自由设定漂移补偿率。藉改变上述漂移补偿率或使用不同的测量频率，通过 将测量频率置于不会被干扰所影响的某一范围内，可有意地掩蔽异常。为了识别障碍物，特 别是人，需要非常快速的检测。测量周期在几毫秒的范围内。另一方面，温度变化会在几秒 或几分钟的范围内发生。老化效应会延续几个月或几年。另一方面，在比几毫秒更小的范 围内发现电磁干扰。通过适当选择测量频率或通过多频率方法，在很大程度上能够达到无 干扰操作。本发明的技术方案因其对称构型而在很大程度上不受电磁干扰的打扰。由于传感 器的两条线相互以有限的间隔安装，例如隔开几毫米，干扰通过外部电磁场以相同方式作 用在两条线上。两条线相对于地M2的电位被移位。但是，通过传感器的对称布局以及与接 地独立的测量，这些干扰会以相同方式作用在两个电极上。由于这个原因可取得系统的共 模抑制，因此，测量在很大程度上不受外界干扰。如果传感器设计成只有一条电线且电容相 对于地面测得，或者传感器设计成有两条电线且其中一条电线接地，干扰不会被消除且会 不利地影响测量。
有不同的可能性去有利地构成和改进本发明的构思。为此，一方面可参照从属于 权利要求1和8的权利要求，另一方面，结合附图参照以下对本发明的较佳实施例的叙述。 通过附图对本发明的较佳实施例作出说明，本发明的一般较佳实施例和改进也作了说明。图1所示为本发明的自动换向装置的基本结构的示意图；以及
图2所示为被设计成放大器电路的评估电路的电路图。
具体实施例方式图1示出本发明的电容式自动换向装置1的基本设计。两个传感器电极-第一电 极2和第二电极3-每个电极均由电线构成，电线之间相隔一定距离且相互平行地沿着待固 定其上的门或窗的封口边缘延伸。电线可以集成在车门的窗玻璃的密封橡胶内。两个电极 2，3形成电容(#|^。由结构或其环境产生的相对于地面Ml的寄生电容定义为和C{S ^。如果某物体，比如手指4，接近传感器装置1，则电容会变化。对电容或其变化的 测量用设计成放大器电路的评估电路5进行，所述放大器电路由运算放大器的符号表示。 评估以已知方式发生，例如，通过电荷测量或通过时间测量进行。图2所示为评估电路5的详细电路图。评估电路5的核心为运算放大器6，其反相 输入连接第一电极2，而同相输入连接第二电极3。运算放大器6产生差分信号，该信号送 到第二运算放大器7。它生成离开评估电路5的输出信号8。电容用作运算放大器6 的电线，它们每个将运算放大器6的一个输出向后耦合到上述反相或同相输入。评估电路 5与地M2连接。将电极2，3同步切换和连接到运算放大器6的两个开关9设置在电极2，3和运算 放大器6之间。为了描述寄生效应，再次显示电容，其中每个电容位于电容c
和地Ml的其中一个连接之间。在第一电极2与电容的连接点上，第一电位U 胃 +和两个补偿电位和可以通过开关10，11和12进行切换。在第二电极3和电 容的连接点上，第二电位和两个补偿电位和U 可以通过开关10，13 和14进行切换。然后布置开关10，使得它能够同步切换两条线。对于偏置电容CfiBP，C{SBN的补偿，该两偏置电容已经在安装期间通过施加补偿电 压+和U补偿-而作了补偿，使得第一运算放大器6上的测量窗处于实际电容测量的有利 范围内。补偿电压和均可以按照要求被极化，相对于地M2或者为正，或者为负。为了测量传感器的电容，以已知方式使用电荷源，其中在第一步骤中将参考 电压U 胃+和经开关10施加到传感器电容CftsS。在电荷施加步骤之后，通过打开开 关10再次将参考电压分开。在第二步骤中，通过开关9由运算放大器6通过在电容上 积分来测定传感器电容上的电荷。该装置一直到运算放大器6的输出都是对称的。 然后将来自运算放大器6的差分信号在运算放大器7中放大并作为电压经输出8送出。然 后该信号可以进一步传送以作进一步处理，例如，传送到窗提手、电梯门等的控制电子电路 上。对于与本发明装置的其它有利实施例相关的内容，可参考说明书的总体部分以及 随附的权利要求书，以避免重复。最后应明确指出，上述本发明装置的实施例只是用作说明要求保护的构思，并不 是将本发明限于这些实施例。参考标号清单1. 自动换向装置2. 第一电极3. 第二电极
4.手指
5.评估电路
6.运算放大器
7.运算放大器
8.输出信号
9.开关
10.开关
11.开关
12.开关
13.开关
14.开关
权利要求
一种电容式自动换向装置，具有第一电极(2)和第二电极(3)，所述第一电极(2)和所述第二电极(3)形成传感器的电极，其特征在于，所述第一电极(2)被供给第一电位(U参考+)，所述第二电极(3)被供给第二电位(U参考-)，所述第二电位(U参考-)与所述第一电位(U参考+)不同，且配备了一个评估电路(5)，所述评估电路测定所述第一电位(U参考+)与所述第二电位(U参考-)之差并确定所述传感器的电容(C传感器)。
2.如权利要求1所述的自动换向装置，其特征在于，所述第一电极(2)经开关(10)与 由第一电压源连接以被供电到所述第一电位(U_+)，所述第二电极(3)经开关(10)与第 二电压源连接以供电到所述第二电位(U__)。
3.如权利要求1或2所述的自动换向装置，其特征在于包括至少一个另外的电压源，以 提供补偿电位(uws+，utte_)。
4.如权利要求3所述的自动换向装置，其特征在于，由所述另外的电压源产生的所述 电位(U补偿+，U补偿_)是可控的。
5.如权利要求3或4所述的自动换向装置，其特征在于，所述另外的电压源由开关 (11，12，13，14)进行切换。
6.如权利要求4或5所述的自动换向装置，其特征在于，所述另外的电压源由所述评估 电路(5)控制和/或切换。
7.如权利要求1至6其中一项所述的自动换向装置，其特征在于，所述评估电路(5)具 有对称输入。
8.一种操作具有第一电极(2)和第二电极(3)的自动换向装置、尤其是如权利要求1 至7中任一项所述的自动换向装置的方法，其中，所述第一电极(2)和所述第二电极(3)形 成传感器的电极，其特征在于，对所述第一电极(2)供给第一电位(υ·@+)，对所述第二电极 (3)供给第二电位(υ·@_)，所述第二电位不同于所述第一电位(υ·@+)，测定所述 第一电位与所述第二电位之差，并由此确定所述传感器的电容(Cftss)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，至少一个补偿电位(UWS+，UWS_)是通过至 少一个另外的电压源生成的。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过补偿电位(Uws+，U补偿_)补偿偏置电I (C偏置P，C偏置N) °
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，由补偿电位(UWS+，UWS_)控制所述 传感器的灵敏度。
12.如权利要求9至11其中一项所述的方法，其特征在于，通过补偿电位(Utte+，U补 βJ补偿所述传感器的漂移。
13.如权利要求9至12其中一项所述的方法，其特征在于，由补偿电位(Uws+，U补偿_) 补偿干扰。
14.如权利要求8至13其中一项所述的方法，其特征在于，用电荷测量来确定所述传感 器的电容(Cftss)。
15.如权利要求8至13其中一项所述的方法，其特征在于，用时间测量来确定所述传感 器的电容(Cftss)。
全文摘要
一种具有第一电极(2)和第二电极(3)的电容式防夹装置，其中，第一电极(2)和第二电极(3)形成传感器的电极，作为与地电位(M1)无关的测量装置，其特征在于，第一电极(2)被供给第一电位(U参考+)，第二电极(3)被供给第二电位(U参考-)，其中，第二电位(U参考-)不同于第一电位(U参考+)，所述装置还配备了评估电路(5)，该评估电路测定第一电位(U参考+)与第二电位(U参考-)之差，并从所述差值确定传感器的电容(C传感器)。本发明还公开了操作该防夹装置的相应方法。
文档编号E05F15/00GK101842985SQ200880114004
公开日2010年9月22日 申请日期2008年9月1日 优先权日2007年8月30日
发明者K·维斯培特纳, N·瑞纳德 申请人:微-埃普西龙测量技术有限两合公司