用于防碰撞设备的电容式传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于防碰撞设备的电容式传感器。用于检测目标，尤其是在可运动的车辆部件情况下检测碰撞情况的电容式传感器（2）具有电极装置（4），其包括至少一个传感器电极（5、6）。此外，传感器（2）还具有信号产生电路（7）和/或评估电路（8、9），以及经屏蔽的导线（11），其中，导线（11）具有信号导体（12）和包围该信号导体的线路屏蔽件（13），并且传感器电极（5、6）与信号产生电路（7）或评估电路（8、9）电连接。在此，在导线（11）与传感器电极（5、6）之间和/或导线（11）与信号产生电路（7）或评估电路（8、9）之间接有用于波阻匹配地终止导线（11）的器件（14、15）。
【专利说明】用于防碰撞设备的电容式传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电容式传感器，其用于检测目标，尤其是人的身体部分或物体；以及涉及一种具有这种传感器的防碰撞设备。
【背景技术】
[0002]电容式传感器使用在车辆技术中，尤其是防碰撞设备的范畴内。这样的防碰撞设备一般用于检测在车辆部件的敞开区域中的障碍物，该车辆部件可相对于固定框架在敞开位置与闭合位置之间运动。车辆部件(在下文中也被称为“调整件”)尤其是指车窗玻璃或后盖。此外，要监控的车辆部件或调整件也可以是侧门、行李箱盖或发动机箱盖、滑动式顶盖或折叠式车顶。在此，当分别配属的车辆部件由马达驱动来运动时，那么尤其使用防碰撞设备。
[0003]调整件在调整运动时扫过的空间被称为敞开区域。尤其是如下空间区域属于敞开区域，该空间区域布置在调整件闭合边缘与框架在调整件闭合位置中贴靠在调整件闭合边缘上的对应边缘之间。
[0004]当车辆的调整件，尤其是车窗玻璃或后盖闭合时，通常会出现身体部分或其他物体被夹在调整件的闭合边缘与车身之间的危险。在这种应用情况下也被称为防夹住设备的防碰撞设备用于以如下方式来避免这种夹住情况以及由此导致的人损伤和/或东西损伤的危险，即，防碰撞设备识别敞开区域中的障碍物并且在这种情况下停止或反转闭合运动。
[0005]此外，这种防碰撞设备也可以用在向外摆动的调整件中，以识别处于调整件打开路径中的障碍物。在这种应用情况下，当防碰撞设备识别出这种障碍物时，防碰撞设备也会停止或反转调整件的运动，以便避免由于调整件与障碍物碰撞造成的东西损伤。
[0006]在此，间接的防碰撞设备与直接的防碰撞设备是不同的。间接的防碰撞设备通过监控驱动调整件的伺服马达的运行参数，尤其是马达电流的异常上升或马达转速的异常降低来识别夹住情况或碰撞情况。直接的防碰撞设备通常包括一个或多个传感器，它们测定表征障碍物在敞开区域中存在或不存在的特征的测量参数；以及包括评估单元，其根据测量参数来判断，障碍物是否存在于敞开区域中，并且必要时触发相应的应对措施。在直接的防碰撞设备中又区分出带有所谓的触碰式传感器的系统以及带有非触碰式传感器的系统，其中，触碰式传感器在障碍物已经触碰传感器时才显示障碍物的存在，而非触碰式传感器在障碍物距传感器还有一定间距时就已经检测到了障碍物。尤其地，所谓的电容式(接近)传感器属于非触碰式传感器。
[0007]电容式传感器通常包括带有一个或多个(传感器)电极的电极装置，通过这些电极在调整件的敞开区域中建立起电场。在敞开区域中的障碍物通过监控电极装置中的电容来识别。在此充分利用障碍物，尤其是人的身体部分影响由传感器产生的电场并进而影响电极装置的电容。
[0008]在这种电容式传感器通常的结构方式中，传感器的电极装置包括至少一个发射电极，其与用于产生发射信号的信号产生电路相连；以及接收电极，其与用于处理在接收电极产生的接收信号的评估电路相连(发射器-接收器原理，Sender-Empfanger-Prmzip),作为传感器电极。这种传感器测量在发射电极与接收电极之间形成的电容或与之相关联的测
量参数。
[0009]在备选的结构方式中，电容式传感器的电极装置仅包括一个传感器电极或多个相同类型的传感器电极，它们被加载以发射信号，并且通过它们来测定例如位移电流形式的依赖电容的接收信号或响应信号(单电极原理，Ein-Elektroden-Prinzip)0在这种传感器中考虑传感器外部位于接地电势上的物体，尤其是在其中安装有传感器的车辆的车身作为配对电极。因此，在这种传感器中，传感器电极相对于地的电容被测定作为测量参数。
[0010]作为发射信号大多考虑到电交变信号，其以预先给定的发射频率振荡。为了测量在传感器电极中(尤其是在接收电极中)感生的位移电流，评估电路经常低电阻地实施。在这种情况下，评估电路经常包括跨阻放大器。这种电容式传感器例如由DE102007001712A1公开。
[0011]在电容式传感器用于机动车范围中的情况下，信号产生电路和/或评估电路由于空间原因经常可能相对于配属的传感器电极较远地布置。相应地，为了将传感器电极和配属的电路电连接需要比较长的导线。为了避免这些导线本身作为主动式传感器面起作用并进而干扰或歪曲传感器的测量结果，这些导线有时是受电气屏蔽的。这种经屏蔽的导线除了原本的信号导体之外还包括导体屏蔽件，其包围导体，并且在传感器运行时置于固定的参考电势。这种具有经屏蔽的导线的电容式传感器尤其由DE102011008275A1和DE102011008277A1公开。然而缺点是，屏蔽在导线足够长的情况下会由于信号反射的原因自身引起干扰效果。
【发明内容】
[0012]本发明的任务在于，说明一种用于检测目标的、不易受干扰的电容式传感器，以及一种尤其是用于检测和避免可运动的车辆部件与目标的夹住情况或其他碰撞的附属的防碰撞设备。
[0013]在电容式传感器方面，该任务根据本发明通过权利要求1的特征部分来解决。在防碰撞设备方面，该任务根据本发明通过权力要求10的特征部分来解决。本发明有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题，或从下面的描述中得出。
[0014]根据本发明的传感器包括电极装置，其包括至少一个传感器电极。传感器除此之外还包括信号产生电路和/或评估电路以及经屏蔽的导线，通过该导线传感器电极与信号产生电路或评估电路电连接。经屏蔽的导线又包括信号导体和线路屏蔽件，该线路屏蔽件包围信号导体。在本发明的框架内，导线尤其可以构造为同轴电缆。根据本发明，在导线与传感器电极之间和/或导线与信号产生电路或评估电路之间接有用于波阻匹配地终止导线的器件。通过波阻匹配(也就是相应于导线的波阻)地终止导线，将避免或较小地保持在导线各自的端部上的波阻的跳跃式变化，由此再次抑制了导线端部上的信号反射。
[0015]在导线在电极侧端部上，也就是在导线与传感器电极之间，优选设置有欧姆式终端电阻作为用于波阻匹配地终止导线的器件，该终端电阻与传感器电极(确切的说是，与包含传感器电极的电容器)并联。在本发明的框架内，这种与传感器并联的终端电阻(在下文中也被称为并联电阻)可以通过单独的电子构件，例如通常的电阻来形成。但是在本发明特别适宜的实施方式中，并联电阻与传感器电极或导线整体式实施。在提到的第一种情况中，并联电阻例如与传感器电极灌封或注塑包封为整体构件。在第二种情况中，并联电阻通过导线的信号导体与线路屏蔽件之间的限制导电能力的区域形成。在这两种情况中，并联电阻在适宜的设计方案中由具有与导线波阻匹配地确定的导电能力的塑料构成。
[0016]在适宜的实施方式中，并联电阻接在导线的线路屏蔽件与信号导体之间。在这种情况下有利的是，并联电阻也用于诊断，也就是说用于检查导线的功能性。为此适宜的是，在导线远离电极的端部上，在信号导体与线路屏蔽件之间施以(尤其在时间上恒定的)检查电压，并且直接或间接测量导线的欧姆电阻。在此，导线的功能性通过可在信号导体和线路屏蔽件之间测得的电阻至少近似相应于并联电阻来识别。为了可以实现自动的线路检查，信号产生电路和/或评估电路包括诊断电路，其被设置用于在导线上施以检查电压。此外适宜的是，诊断电路被设置用于测量由于检查电压而流过导线的电流或导线的欧姆电阻，并基于测试来评估导线的功能性。
[0017]作为对布置在导线在电极侧端部上的并联电阻的附加或备选，在导线与此对置的(远离电极的)端部上，也就是说在导线与信号产生电路或评估电路之间优选设置有(必要时其他)欧姆式终端电阻作为用于波阻匹配地终止导线的器件。该电阻与导线的信号导体串联，并且因此也被称为串联电阻。在本发明的框架内，串联电阻也可以由单独的电子构件，例如通常的电阻形成，或者构造为导线或者信号产生电路或评估电路的整体组成部分。在本发明的框架内，尤其可以从一开始就已经如下这样确定了信号产生电路或评估电路的输出电阻的规格，即，其相应于导线的波阻。在这种情况下，不设置单独的串联电阻。
[0018]原则上，本发明可以用在如下传感器中，该传感器根据前面描述的单电极原理工作。但是在优选的实施方式中，电极装置包括至少一个用于在加载以发射信号的情况下放出电场的发射电极以及至少一个接收电极作为传感器电极。在此，用于产生发射信号的信号产生电路接在发射电极之前，而评估电路接在接收电极之后，该评估电路用于处理在接收电极中在电场作用下产生的接收电极的接收信号。也就是说，优选使用根据前面描述的发射器-接收器原理工作的传感器。
[0019]根据本发明的防碰撞设备包括根据前面描述的本发明的电容式传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图详细描述本发明的实施例，其中:
[0021]图1示出在可运动的车辆部件中用于识别和避免夹住情况的防夹住设备的示意框图，该防夹住设备具有电容式传感器，其包括发射电极、接收电极、接在发射电极之前的信号产生电路以及接在接收电极之后的评估电路，其中，信号产生电路通过经屏蔽的导线与发射电极连接，导线在传感器侧的端部被波阻匹配地终止；
[0022]图2在根据图1的图示中示出防夹住设备的备选实施方式，其中，导线朝向信号产生电路的端部被波阻匹配地终止；以及
[0023]图3在根据图1的图示中示出防夹住设备的另一实施方式，其中，导线的两个端部都被波阻匹配地终止。
[0024]彼此相应的部件和参数在所有图中始终设有相同的附图标记。【具体实施方式】
[0025]图1示出防夹住设备I的示意图，该防夹住设备用于机动车的可运动的调整件(未详细示出)，尤其是以马达驱动方式运动的门或后盖。防夹住设备I包括电容式传感器2以及监控单元3。
[0026]传感器2基于电容测量技术。传感器2相应地包括电极装置4，其具有至少一个发射电极5以及至少一个相反电极或匹配电极6。电极装置4优选(以未详细示出的方式)包括多个发射电极5，它们与共同接的收电极6交互作用。
[0027]在传感器2运行时，通过在多个或每个发射电极5上施加电交流电压，在调整件的敞开区域中产生了(仅示意出的)电场F，而通过接收电极6测定由发出场的发射电极5和接收电极6形成的电容器的(电)容量或者与之相关联的测量参数。
[0028]详细来说，除了电极装置4之外，传感器2还包括信号产生电路7、接收电路8和电容测量环节9。在此，接收电路8和电容测量环节9 一起形成了前面提到的评估电路。信号产生电路7通过输出放大器10和导线11与发射电极5连接。
[0029]在传感器2运行时，信号产生电路7产生预先给定频率的脉冲电压信号形式的或正弦交流电压形式的发射信号SE。信号产生电路7发送发射信号Se到发射电极5上，该发射电极在发射信号Se的作用下发出电场F。如果传感器2包括多个发射电极5，那么优选在输出放大器10与电极装置4之间接入时分多路复用器(未详细示出)，其在时间上交替地将发射信号Se发送到其中各一个发射电极5上。在这种情况下，其中每个发射电极5分别通过自己的导线11与时分多路复用器连接。
[0030]在电场F的作用下，在接收电极6中产生电交变信号，其在下文中被称为接收信号Sro接收信号Sk在无干扰运行中相位同步或有固定相位偏移地以发射信号Se的频率振荡。但是与发射信号Se不同，接收信号Sk的信号振幅还额外地依赖于要测量的电容。
[0031]接收信号Sk作为输入信号被输送给接收电路8。在此可选的是，在接收电极6与接收电路8之间接入用于预过滤接收信号Sk的低通滤波器(未明确示出)。接收电路8低电阻地构造，并且在优选实施方式中包括跨阻放大器作为主要组成部分。在此，接收电路8发出电压信号(在下文中被称为接收信号S/ )，其与在发射信号Se的作用下在接收电极6中感生的位移电流是成比例的。该接收信号S/被输送给接在接收电路8之后的电容测量环节9，其由此产生了与电容成比例的测量参数K。
[0032]测量参数K被输送给接在传感器2之后的监控单元3。监控单元3 (其优选由带有在其中执行的监控软件的微控制器形成)将测量参数K与存储的触发阈值进行比较。在超出阈值的情况下，监控单元3发出触发信号A，该触发信号指示可能的夹住情况，并且在其作用下使配属于防夹住设备I的调整件的运动反转。
[0033]导线11是经(电气)屏蔽的导线。导线11相应地包括信号导体12 (其引导发射信号Se)和线路屏蔽件13，其(尤其是与信号导体同轴地)包围信号导体12。线路屏蔽件13在导线11朝向信号产生电路7的端部处置于固定的参考电势，尤其是接地电压M。在导线11朝向发射电极5的端部处布置有欧姆电阻(在下文中被称为并联电阻14)，通过该并联电阻，信号导体12与线路屏蔽件13电连接。因此，并联电阻14经由线路屏蔽件13及其接地连接与由发射电极5和接收电极6形成的电容器并联。并联电阻14与导线11的电波阻相应地确定规格，并且由此用于波阻匹配地终止导线。[0034]并联电阻14尤其实施为导线11的或发射电极5的整体组成部分。
[0035]图2中示出的防夹住设备I的实施方式与根据图1的实施方式的不同在于，缺少并联电阻14。取而代之的是，在图2的实施方式中线路屏蔽件13朝向发射电极5的端部是开放的。此外与图1不同的是，在根据图2的传感器中，在输出放大器10(或同样存在的时分多路复用器)与导线11朝向该输出放大器(或同样存在的时分多路复用器)的端部之间接有欧姆电阻。这个电阻与导线11的信号导体12串联，并且因此在下文中也被称为串联电阻15。串联电阻15同样与导线11的电波阻相应地确定规格，并且由此用于波阻匹配地终止导线。如果输出放大器10本身具有不可忽略的输出电阻，那么串联电阻15相应较小地确定规格，从而得到与导线11的波阻相应的电阻和。
[0036]在根据图3的防夹住设备I的实施方式中，传感器2不仅具有并联电阻14 (其类似于图1布置在导线11靠近电极的端部上)，而且还具有串联电阻15 (其类似于图2布置在导线11远离电极的端部上)，作为用于使导线11在两侧波阻匹配地终止的器件。
[0037]虽然结合前面的实施例使本发明变得特别清楚，但是本发明不局限于这些实施例。具体而言，技术人员可以从前面的描述中推导出本发明的大量其他实施方式。尤其是在本发明的框架内，作为对布置在信号产生电路7与发射电极5之间的导线11的附加或备选，也可以在接收电极6与接收电路8之间设置有相应的经屏蔽的且被波阻匹配地终止的导线。
[0038]附图标记列表
[0039]I防夹住设备
[0040]2传感器
[0041]3监控单元
[0042]4电极装置
[0043]5发射电极
[0044]6接收电极
[0045]7信号产生电路
[0046]8接收电路
[0047]9电容测量环节
[0048]10输出放大器
[0049]11 导线
[0050]12信号导体
[0051]13线路屏蔽件
[0052]14并联电阻
[0053]15串联电阻
[0054]F (电)场
[0055]Se发射信号
[0056]Se接收信号
[0057]K测量参数
[0058]A触发信号
[0059]M接地电压
【权利要求】
1.一种用于检测目标，尤其是在能运动的车辆部件情况下检测碰撞情况的电容式传感器(2)，所述电容式传感器具有: -电极装置(4)，所述电极装置包括至少一个传感器电极(5、6)； -信号产生电路(7)和/或评估电路(8、9);以及 -经屏蔽的导线(11)，所述导线包括信号导体(12)和包围所述信号导体的线路屏蔽件(13)，其中，所述传感器电极(5、6)通过所述导线(11)与所述信号产生电路(7)或评估电路(8,9)电连接； 其特征在于， 在所述导线(11)朝向所述传感器电极(5、6)的端部上，和/或在所述导线(11)朝向所述信号产生电路(7)或评估电路(8、9)的端部上，布置有用于波阻匹配地终止所述导线(11)的器件(14、15)。
2.根据权利要求1所述的传感器(2)，其特征在于，在所述导线(11)朝向所述传感器电极(5、6)的端部上布置有欧姆式终端电阻(14)作为用于波阻匹配地终止所述导线(11)的器件，所述终端电阻(14)与所述传感器电极(5、6)并联。
3.根据权利要求2所述的传感器(2)，其特征在于，与传感器并联的所述终端电阻(14)与所述传感器电极(5、6)整体式实施。
4.根据权利要求2所述的传感器(2)，其特征在于，与传感器并联的所述终端电阻(14)与所述导线(11)整体式实施。
5.根据权利要求2至4之一所述的传感器(2)，其特征在于，与传感器并联的所述终端电阻(14)接在所述信号导体(12)与所述线路屏蔽件(13)之间。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述信号产生电路(7)和/或所述评估电路(8、9)具有诊断电路，为了检查所述导线(11)能借助所述诊断电路在所述信号导体(12)与所述线路屏蔽件(13)之间施以检查电压。
7.根据权利要求1至6之一所述的传感器(2)，其特征在于，在所述导线(11)朝向所述信号产生电路(7)或评估电路(8、9)的端部上，布置有欧姆式终端电阻(15)作为用于波阻匹配地终止所述导线(11)的器件，所述终端电阻(15)与所述信号导体(12)串联。
8.根据权利要求1至7之一所述的传感器(2)，其特征在于，所述导线(11)由同轴电缆形成。
9.根据权利要求1至8之一所述的传感器(2)， -其中，所述电极装置(4)具有至少一个用于在加载以发射信号(Se)的情况下放出电场(F)的发射电极(5)以及至少一个接收电极(6)作为传感器电极；并且 -其中，用于产生所述发射信号(Se)的信号产生电路(7 )接在所述发射电极(5 )之前；并且 -其中，用于处理在所述接收电极(6)中在所述电场(F)的作用下产生的所述接收电极(6)的接收信号(Sk)的评估电路(8、9)接在所述接收电极(6)之后。
10.具有根据权利要求1至9之一所述的电容式传感器(2)的防碰撞设备(I)。
【文档编号】G01V3/08GK103576204SQ201310337213
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】德特勒夫·鲁斯, 霍尔格·维斯特莱恩, 拉尔夫·戴明格尔, 弗洛里安·波尔 申请人:博泽哈尔施塔特汽车零件两合公司