Bezug zu verwandten Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2008 035 627.1 , hinterlegt am 31. Juli 2008, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung von Änderungen in einem sensoraktiven Bereich eines Sensors unter Erzeugung eines elektrischen Feldes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu Grunde liegenden DE 40 06 119 C2 ist ein kapazitives Wegaufnehmersystem bekannt. Das System besteht aus einem Sensor beziehungsweise Oszillator, einer Sende- und Empfangskapazität, einem Demodulator und einem Schaltverstärker. Der Oszillator weist einen von außen beeinflussbaren Kondensator auf. Diesem Kondensator sind eine aktive Elektrode, eine Masseelektrode und eine zwischen diesen beiden Elektroden angeordnete Abschirmelektrode zugeordnet. Die aktive Elektrode und die Abschirmelektrode weisen das gleiche elektrische Potential auf, da die aktive Elektrode mittels einer Treiberstufe niederohmig auf die Abschirmelektrode getrieben wird, aktive Elektrode und Abschirmelektrode sind leitungsverbunden und werden vom selben Ausgang der Steuereinheit angesteuert.

Die DE 32 21 223 A1 offenbart einen kapazitiven Näherungsinitiator. Dieser besteht aus einem vollisolierten, rohrförmigen Gehäuse, an dessen Stirnseite eine Sensorelektrode an- geordnet ist. Eine Schutzelektrode und eine Schirmelektrode sind der Sensorelektrode zugeordnet. Schirm- und Schutzelektrode zeichnet ihre zylindrische Ringform aus. Schutz- und Schirmelektrode sind im Inneren des Gehäuses koaxial zueinander angeordnet, wobei sich die Schutzelektrode in einem geringen Abstand zur stirnseitig angeordneten Sensorelektrode befindet. Die Schirmelektrode schließt in einem geringen Abstand an die Schutzelektrode an. Die Schutzelektrode wird als .active guard' betrieben und ist über einen Impedanzwandler 42 mit der Sensorelektrode 13 verbunden, so dass an der Schutzelektrode dauernd das gleiche Signal wie an der Sensorelektrode anliegt. Aus der CH 661 391 A5 ist eine Vorrichtung für eine Schaltungsanordnung zum berührungslosen Schalten von elektrischen Einrichtungen bekannt. Ein Impulsgenerator gibt dort Impulse an eine ein elektrisches Feid aussendende Eiektrode über einen Signaiausgang einer Treiberschaltung ab. Die Treiber- und Auswerteschaltung ist an ihrem Signaleingang mit einer weiteren Elektrode verbunden, die zugleich auf einem Bezugspotenzial liegt. Beide Elektroden werden von einer gemeinsamen Elektrode als Kondensator übergriffen, die Änderungen im Umfeld wahrnimmt und durch die Sendeelektrode kapazitiv mitgeführt wird. Kommt es bei einer derartigen Anordnung jedoch zu einer Benetzung von einer Elektrode gegen ein Bezugspotenzial, z.B. ein umgebendes Gehäuse, wird das elektrische Feld kapa- zitiv kurzgeschlossen und eine Erfassung von Änderungen im Umfeld ist nicht mehr möglich.

Auch die DE 697 19 321 T2 zeigt einen Verschiebungsstromsensor, bei dem ein elektrisches Feld erzeugt und von Empfangselektroden empfangen wird. Es bleibt offen, wie die Ankopp- lung an die Treiber/Auswerteeinheit erfolgt.

Die DE 2 239 359 A zeigt einen kapazitiven Regensensor, bei dem die Sendeelektrode gegenüber der Empfangselektrode mit einer Masseelektrode abgeschirmt ist. Damit ist die Erfassung einer Änderung in Folge der Annäherung eines Objekts leicht durch sonstige Umgebungseinflüsse beeinflusst. Das Vorliegen von Feuchtigkeit führt zu einer Amplitudenän- derung.

Die US 7,019,540 B2 zeigt ein elektrostatisches Mikrofon, in dem ein Spannungsteiler vorgesehen ist. Damit liegen unterschiedliche Signal auf verschiedenen Strecken des aktiven Schwingkreis an. Wie die Ankopplung an die Treiber/Auswerteeinheit erfolgt, bleibt offen.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Sensor zu schaffen, mit dem eine verlässliche Erfassung von Änderungen im Sensorumfeld erreicht werden kann und der auch bei einem Belag oder einer Benetzung hin zu einem Bezugspotenzial unempfindlich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind im wesentlichen wenigstens eine Sendeelektrode und wenigstens eine weitere Elektrode vorgesehen. Die Sendeelektrode erzeugt das elektrische Feld, während die weitere Elektrode dieses Feld aufnimmt oder empfängt und dann ebenfalls ausstrahlt. Die Sendeelektrode ist niederohmig, vorzugsweise sehr niederohmig (z.B. kleiner gleich 200 Ohm) mit einer Steuereinheit verbunden, während die weitere Elektrode hochoh- mig mit der Steuereinheit verbunden ist und nicht von der Steuereinheit mit einem Signal zur Erzeugung des elektrischen Felds gespeist wird. Vielmehr wird an der weiteren Elektrode ein Signal hochohmig abgegriffen, das ein Indikator für eine Veränderung der Kapazität zwischen der weiteren Elektrode und einem Bezugspotenzial ist. Der wesentliche Unterschied zum Stand der Technik besteht darin, dass das Signal der Sendeelektrode nicht wie im Stand der Technik von der Sensorelektrode abgegriffen, z. B. mit einem „hochohmigen" Eingang eines Impedanzwandlers, und dann „niederohmig" an eine Schirmelektrode / Guarde- lektrode gegeben wird. Stattdessen wird die Sendeelektrode mit einem eigenständigen, von der Sensorelektrode, die hier als weitere Elektrode bezeichnet ist, vollständig unabhängigen Signal gespeist.

Das heißt: wenn aus irgendwelchen Gründen das „Signal" an der Sensorelektrode, sich ändert, z.B. in Folge einer Benetzung verringert wird, wird das Signal an der Sendeelektrode nicht wie im Stand der Technik mit verringert, sondern bleibt unbeeinflusst oder wird sogar vergrößert.

Im Stand der Technik würde ein Wasserbelag z.B. die Kapazität zwischen Sensorfläche und einer Bezugsmasse leicht erhöhen und somit die Spannung an der Sensorfläche etwas verkleinern. Damit würde die nachgeführte „Schirmelektrode" auch eine kleinere Spannung be- kommen und das Wasser hat somit wieder einen größeren Einfluss. Somit ist die Wirkung der „Schirmelektrode" auf den Feuchte-Einfluss nur gering. Die Hauptwirkung einer derartigen „Schirmelektrode" dürfte in der Reduzierung der Kapazität zwischen Sensorelektrode und entsprechenden Masseflächen bestehen.

Im erfindungsgemäßen Verfahren bleibt bei einer irgendwie gearteten Änderung der Spannung an der Sensorelektrode die Sendeelektrode unbeeinflusst. Bei einer theoretischen „Abnahme" der Spannung an der Sensorelektrode durch Wassereinfluss zwischen der Sensorelektrode und umgebender Nassfläche wird der Feuchtefilm durch die dazwischen liegende Sendelektrode direkt oder kapazitiv weiterhin mit der ursprünglichen, nicht veränder- ten Signalspannung beaufschlagt. Dies führt dazu, dass das Spannungssignal an der Sendeelektrode höher ist als an der Sensorelektrode. Dies ist somit genau das Gegenteil der Lösungen im Stand der Technik.

Damit spielt ein Belag oder eine Benetzung der Vorrichtung keine Rolle mehr und kann sich auf die Erfassung von Änderungen im Sensorumfeld nicht auswirken. Dabei wird die Sendeelektrode zwischen der weiteren Elektrode und einem Bezugspotenzial bzw. einem auf dem Bezugspotenzial liegenden Element wie z.B. einem metallischen Einbauort angeordnet. Dies führt dazu, dass die Wirkung der Sendeelektrode auf einen Belag oder eine Benetzung größer ist als die Wirkung des Belags oder der Benetzung auf eine Kapazität zwischen der Empfängerelektrode (der weiteren Elektrode) und dem Bezugspotenzial. Dadurch wirkt auch ein eventueller Belag noch als ein das elektrische Feld aussendendes Element, selbst wenn eine Verbindung des Belags zum Bezugspotenzial erfolgt.

Eine erste Sendeelektrode wird mit einem Sensorsignal wie z.B. 100 KHz Sinus oder Rechteck beaufschlagt und durch die kapazitive Wirkung zwischen der Sendeelektrode und der weiteren Elektrode wird die weitere Elektrode im wesentlichen auf demselben elektrischen Potenzial und dennoch unabhängig mitgeführt, also nicht dadurch, dass wie im Stand der Technik eine Schirmelektrode der Spannung der Sendeelektrode nachgeführt wird. Sowohl die Sendeelektrode als auch die weitere Elektrode senden damit ein Sensorsignal aus. Die weitere Elektrode wird nicht von der Steuereinheit mit einem Signal zur Erzeugung des elektrischen Felds gespeist. Zur Bestimmung der Kapazität der weiteren Elektrode gegen Masse wird die Abschwächung dieses Signals an der weiteren Elektrode bestimmt. Bei niederohmi- ger Anbindung der ersten Sendeelektrode an die Treiberstufe der Treiber-/ Auswerteeinheit und Einkopplung des magnetischen Felds in mögliche Beläge oder Benetzung sowie bei hochohmiger Anbindung der weiteren Elektrode an die Auswertung der Treiber-/ Auswerteeinheit lassen sich Störeinflüsse durch Benetzung oder Verschmutzung verhindern.

Um sicher zu stellen, dass die Sendeelektrode eine größere elektrische Wirkung auf die Be- netzung oder Verschmutzung ausübt als die Benetzung oder Verschmutzung zwischen der weiteren Elektrode und dem Bezugspotenzial, wird vorzugsweise die Sendeelektrode, gleichgültig ob sie als Ring, Rohr oder einzelne Elektrode an gemeinsamen oder benachbarten Flächen angeordnet ist, gegenüber der jeweiligen zugeordneten Oberfläche so angeordnet, dass ihr Abstand zur Oberfläche geringer ist als der Abstand der weiteren Elektrode zur nächstliegenden Oberfläche und/oder dass ihre Größe größer als die Größe der weiteren Elektrode ist.

Vorzugsweise ist sicher zu stellen, dass die das elektrische Feld erzeugende Sendeelektrode die weitere Elektrode zumindest teilweise umgibt, vorzugsweise zumindest in Richtung auf das Bezugspotenzial. Insofern kann ein kapazitiver Sensor z.B. auch im Rahmen einer Stoßstange als kapazitiver Annäherungssensor verwendet werden, sofern die weitere Elektrode gegen das Bezugspotenzial z.B. dem Fahrzeugchassis von der Sendeelektrode wei- testgehend umgeben ist.

Vorzugsweise ist die Sendeelektrode bei Vorhandensein eines Belags so ausgebildet ist, dass dort, wo am Sensor ein Belag oder eine Benetzung auftritt, die Sendeelektrode das elektrische Feld in den Belag oder die Benetzung so einkoppelt, dass der Belag oder die Benetzung selbst wieder zu einer sendenden „Elektrode" wird, dadurch ist ein Einfluss eines Belags oder einer Verschmutzung auf die weitere Elektrode ausgeschlossen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen in den Zeichnungen dargestellten Aus- führungsformen können dabei in beliebiger Weise kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu überschreiten.

Kurzbeschreibung der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine Schnittansicht durch eine Vorrichtung mit einem Sensor mit zylinderförmigen Sensorkopf, Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform mit einem flächigen Sensorkopf, Fig.3 eine Vorderansicht einer weiteren Sensorform, wie sie z.B. im Bereich einer

Stoßstange eines Fahrzeugs verwendet werden kann,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Sensor gemäß Fig. 2 mit angedeuteten Feldlinien, Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 4 bei Vorliegen eines Belags oder einer Benetzung,

Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5 bei Annäherung eines Objekts,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung von kapazitiven Änderungen, und Fig. 8 ein Blockschaltbild gemäß Fig. 7, wobei die Summationswiderstände durch

Impedanzwandler ersetzt sind.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen. Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder un- bestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.

Im Rahmen dieser Anmeldung werden die Begriffe „niederohmig" und „hochohmig" verwen- det. Eine niederohmige Verbindung liegt vor, wenn die Sendeelektrode 15 direkt oder über einen Widerstand oder ein Widerstandsnetzwerk an einem Ausgang angeschlossen ist und die auftretende Kapazität gegen Masse zum Beispiel 80 pF beträgt, so dass das Signal an der Sendeelektrode so wenig „verschliffen" wird, dass sich keine Auswirkungen zeigen. Eine Objektannäherung mit einer Änderung von z.B. 1 pF ruft dann keine Wirkung im Ausgangs- signal hervor. Hochohmig bedeutet, dass ein Signal, das über diesen Widerstand oder dieses Widerstandsnetzwerk geschickt wird, eine Veränderung zum Beispiel bei der Objektannäherung erfährt, die eindeutig erfasst werden kann und im Messsignal eine messbare Veränderung bewirkt. Im konkreten Fall liegt nach dieser Definition eine niederohmige Verbindung im Bereich von z.B. <200 Ohm vor, während eine hochohmige Verbindung bei einem Widerstand im Bereich von z.B. > 50 kOhm vorliegt. Zwischen diesen Werten sind von beiden beschriebenen Szenarien Einflüsse festzustellen. Die hier genannten Werte sind abhängig von der verwendeten Messfrequenz. Wesentlich ist, dass ohne Objektannäherung die Spannung an der weiteren Elektrode 13 auf Grund der Kapazität zwischen Sendelektrode 15 und weiterer Elektrode 13 nahezu gleich groß ist wie die Spannung der Sendeelektro- de 15. Dies kann durch Abnahme der Spannung der weiteren Elektrode 13 mittels eines hochohmigen Feldeffekttransistors oder einer hochohmigen Einkoppelung mittels eines hochohmigen Widerstandes in einen relativ niederohmigen Verstärkereingang erfolgen.

Sollte die rein kapazitive Kopplung zwischen Sendeelektrode 15 und weiterer Elektrode 13 zu gering sein und sich daher nicht die gleiche Spannung an der weiteren Elektrode wie an der Sendelektrode einstellen, kann hilfsweise ein hochohmiger Widerstand 5.18, 5.19, 5.20 und/oder eine weitere Kapazität - wie in den Fig. 7 und 8 gestrichelt angedeutet - zwischen Sendelektrode 15 und weiterer Elektrode 13 geschaltet werden.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen Vorrichtungen zur kapazitiven Messung von Änderungen in einem sensoraktiven Bereich eines Sensors S. Der Sensor weist wenigstens zwei Elektroden 13, 15 auf, die in geeigneter Weise an eine Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 gekoppelt sind, die in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist. Es können insofern auch mehrere Elektroden sowohl als Sendeelektroden 15 oder auch als kapazitiv an die Sendeelektrode gekoppelte weitere E- lektroden 13 vorgesehen sein. Fig. 2 zeigt eine ringförmige Sendeelektrode 15, die alternativ auch durch mehrere Sendeelektroden gebildet sein könnte.

Die erste Elektrode ist eine das elektrische Feld erzeugende vorzugsweise röhr- oder ringförmige Sendeelektrode 15. Die Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 dient zur Auswertung der vom Sensor S gemessenen Änderungen. Dazu steht der Sensor S elektrisch mit der Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 in Verbindung, in der eine Änderung des elektrischen Felds und somit eine Änderung der Kapazitäten insbesondere zwischen den Elektroden 13 und einem Bezugspotenzial, wie z.B. Masse erfasst und ausgewertet wird. Sendeelektrode 15 und weitere Elektrode 13 befinden sich bei einer Messung der Kapazität gegen das Bezugspotenzial im wesentlichen auf dem selben elektrischen Potenzial, solange keine Änderung im Sensorumfeld wie z.B. durch Annäherung eines Objekts O erfolgt, wobei die Sendeelektrode 15 im Sensor S mit einem Wechselstromsignal beaufschlagt wird. Die weitere Elektrode 13 ist kapazitiv an die Sendeelektrode 15 gekoppelt und wird insofern kapazitiv mitgeführt, d.h. durch kapazitive Kopplung wird die Spannung von der Sendeelektrode auf die weitere Elektrode 13, die eigentliche Sensorelektrode, übertragen, im Gegensatz zum Stand der Technik sind die beiden aber nicht durch eine elektrische Leitungsverbindung zwischen Sendeelektrode 15 und weitere Elektrode 13 wie bei einer Abschirmelektrode verbunden.

Der wesentliche Unterschied zum Stand der Technik besteht darin, dass das Signal der Sendeelektrode 15 nicht wie im Stand der Technik von der weiteren Elektrode 13 als Sensorelektrode abgegriffen, z. B. mit einem „hochohmigen" Eingang eines Impedanzwandlers, und dann „niederohmig" an eine Schirmelektrode / Guardelektrode gegeben wird. Stattdessen wird die Sendeelektrode 15 mit einem eigenständigen, von der weiteren Elektrode 13 unabhängigen Signal gespeist. Die Sendeelektrode 15 ist zwischen der weiteren Elektrode 13 und einem Bezugspotenzial bzw. einem auf dem Bezugspotenzial liegenden Element 11 angeordnet. Die Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 besitzt insofern Mittel zum Anlegen eines ersten Potenzials an die Sendeelektrode 15 und Mittel zum Messen einer Kapazität zwischen der weiteren Elektrode 13 und einem auf dem Bezugspotenzial liegenden Element 11.

Die wenigstens eine Sendeelektrode 15 und die weitere Elektrode 13 können in einem Kunststoffmaterial eingebettet oder auf beliebige andere Weise zueinander angeordnet sein. Entsprechende Herstellungsverfahren sind dem Fachmann bekannt. Die Sendeelektrode 15 wird mit einem Wechselstromsignal gespeist und aufgrund der Kapazität zwischen den bei- den Elektroden 13, 15 folgt die weitere Elektrode 13 dem Signalverlauf an der ersten Sendeelektrode 15. Die weitere Elektrode 13 strahlt somit das Wechselstromsignal ins Sensorumfeld ab. Damit verlaufen die elektrischen Feldlinien 19, 21 ohne ein Objekt gemäß Fig. 4 ins Umfeld. Die kapazitive Kopplung kann zwischen der Sendeelektrode 15 und der weiteren Elektrode 13 auch bzw. ergänzend über eine extern zwischengeschaltete Kapazität erfolgen.

Das heißt: wenn aus irgendwelchen Gründen das „Signal" an der weiteren Elektrode 13 sich ändert, z.B. in Folge einer Benetzung verringert wird, wird das Signal an der Sendeelektrode 15 nicht wie im Stand der Technik mit verringert, sondern bleibt unbeeinflusst oder wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7, 8 sogar vergrößert. Im Stand der Technik würde ein Wasserbelag z.B. die Kapazität zwischen Sensorfläche und einer Bezugsmasse leicht erhöhen und somit die Spannung an der Sensorfläche etwas verkleinern. Damit würde die nachgeführte „Schirmelektrode" auch eine kleinere Spannung be- kommen und das Wasser hat somit wieder einen größeren Einfluss. Somit ist die Wirkung „Schirmelektrode" auf den Feuchte-Einfluss nur gering.

Im erfindungsgemäßen Verfahren bleibt bei einer irgendwie gearteten Änderung der Spannung an der der Sensorelektrode entsprechenden weiteren Elektrode 13 die Sendeelektrode 15 weitestgehend unbeeinflusst. Bei einer theoretischen „Abnahme" der Spannung an der weiteren Elektrode 13 durch Wassereinfluss zwischen der weiteren Elektrode und umgebender Nassfläche wird der Feuchtefilm durch die dazwischen liegende Sendelektrode 15 direkt oder kapazitiv weiterhin mit der ursprünglichen, nicht veränderten Signalspannung beaufschlagt. Dies führt dazu, dass das Spannungssignal an der Sendeelektrode 15 höher ist als an der weiteren Elektrode 13. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7, 8 wird sogar bei „Abnahme" der Spannung an der weiteren Elektrode 13 die Spannung an der Sendeelektrode 15 erhöht, so dass die „Abnahme" der Spannung an der weiteren Elektrode wieder ausgeglichen wird. Dies ist somit genau das Gegenteil der Lösungen im Stand der Technik.

Der oben erwähnte „theoretische" Einfluss von Wasser ist bei entsprechender Einkoppelung der Feldlinien der Sendelektrode 15 in den umgebenden Wasserfilm nicht messbar. Nur eine Annäherung eines leitfähigen Körpers von Außen an die Messvorrichtung wird detektiert.

Im Stand der Technik liegt durch das Nachführen der Schirmelektrode auf das Potential der Sendeelektrode eine Mitkopplung vor, wogegen erfindungsgemäß eine Gegenkopplung gegeben ist.

Da die weitere Elektrode 13 vorzugsweise rein kapazitiv an die Sendeelektrode 15 angekoppelt ist und somit bei hochohmiger Abnahme des Signals auf gleichem Potenzial mitgeführt wird, haben Störeinflüsse durch Feuchtigkeit, Benetzung oder Belag 18 gemäß Fig. 5 keinen Einfluss. Solche Schichten aus elektrisch leitfähiger Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, werden nämlich in ähnlicher Weise wie die weitere Elektrode 13 auf dem elektrischen Potenzial der beiden Elektroden 13, 15 gehalten und führen damit nicht zu einer Veränderung des von der weiteren Elektrode 13 ausgehenden Feldlinienbildes. Die Benetzung sendet vielmehr selbst gemäß Fig. 5 elektrische Feldlinien 20 aus.

In Fig. 6 befindet sich ein Objekt O im sensoraktiven Bereich. Zur Verdeutlichung sind dabei die Feldlinien 20 weggelassen, die auch dort von der Benetzung 18 ausgehen. Durch das Objekt O kommt es gemäß Fig. 6 zu einer Veränderung im sensoraktiven Bereich, da auch die weitere Elektrode 13 verstärkt Feldlinien 21 zum Objekt ausbildet. Dadurch kommt es zu einem Spannungsabfall an der weiteren Elektrode 13, der durch die Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 wie unten erläutert erfasst wird.

Der Sensor S kann beispielsweise gemäß den Figuren 1 bis 3 in einer dort dargestellten Ausgestaltung aufgebaut sein. Der Abstand der Elektroden 15 zur Außenfläche des Sensors S ist vorzugsweise verhältnismäßig gering, um eine vergleichsweise große Kapazität zu erhalten. Vorzugsweise ist die Sendeelektrode 15 so angeordnet, dass ihr Abstand zur jeweils nächstliegenden Oberfläche 16 in Fig. 1 bzw. 17 in Fig. 2 geringer ist als der Abstand der weiteren Elektrode 13 zur nächstliegenden Oberfläche 17. Analog kann auch die Größe der Sendeelektrode größer als die Größe der weiteren Elektrode sein. Auf diese Weise ist eine Kapazität zwischen der weiteren Elektrode 13 und der Außenfläche des Sensors S kleiner als die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und der Außenfläche des Sensors, so dass eine eventuelle Benetzung oder Verschmutzung 18 der Außenfläche eher durch die Sende- elektrode als durch die weitere Elektrode beeinflusst wird. Dazu wird die Sendeelektrode niederohmig angesteuert. Der Einfluss der Benetzung auf das von der Sendeelektrode erzeugte elektrische Feld bleibt dadurch gering. Grundsätzlich sind die Sendeelektroden so aufgebaut, dass sie dort, wo ein Belag oder eine Benetzung 18 auftritt, noch ein elektrisches Feld aussenden und in den Belag oder die Benetzung 18 einleiten können.

Die Sendelektrode 15 kann gemäß Fig. 1 ring- oder rohrförmig ausgebildet sein, es ist jedoch ebenso möglich, sie gemäß Fig. 2 scheibenförmig auszubilden. Ebenso können aber auch zwei oder mehrere miteinander elektrisch verbundene Sendeelektroden vorgesehen sein. Gemäß Fig. 1 ist die Vorrichtung in einem zylinderförmigen Gehäuse 10 angeordnet, an dessen vorderen Ende die ringförmige Sendeelektrode 15 an den Zylinderwandungen angeordnet ist, während die weitere Elektrode 13 stirnseitig angeordnet ist. Die weitere E- lektrode 13 kann sowohl innerhalb des Rings als auch stirnseitig vor dem Ring angeordnet sein. Es ist ebenso denkbar, dass die Sendeelektrode die weitere Elektrode 13 nach hinten abdeckt, um sie dadurch gegenüber Einflüssen nach hinten, also in Fig. 1 nach unten abzudecken.

Bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 können die wenigstens eine Sendeelektrode 15 und die weitere Elektrode 13 auch etwa in einer Ebene vorzugsweise parallel zu einer gemeinsamen Oberfläche 17 angeordnet sein.

Die Ansicht gemäß Fig. 3 könnte die Frontalansicht auf eine Stoßstange eines Fahrzeugs sein, wobei die Stoßstange z.B. ein Kunststoffteil 12 ist, auf dem die beiden Elektroden 13, 15 angeordnet sind. Läuft Wasser in der Blattebene über die Stoßstange hat dies aus den besagten Gründen keinen Einfluss auf die Kapazität zwischen der weiteren Elektrode 13 und einem auf einem Bezugspotential befindlichen Element 1 1 wie dem Fahrzeugchassis.

Bei allen Ausführungsformen gilt allerdings vom Grundsatz her, dass dort, wo keine unmit- telbare Nähe eines Bezugspotenzials vorliegt, auch nicht unbedingt eine Sendeelektrode angeordnet sein muss, so dass die Sendeelektrode 15 die weitere Elektrode 13 nur teilweise umgeben kann.

Beispielhafte Schaltbilder, für die Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 sind in den Figuren 7 und 8 dargestellt, die die Wirkungsweise der Erfindung bzw. der Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 verdeutlichen sollen. Als Sensor wird dabei die Anordnung gemäß Fig. 2 gewählt, die alternativen Anordnungen gemäß den Figuren 1 und 3 können jedoch ebenfalls eingesetzt werden wie auch weitere Ausgestaltungen für den Fachmann denkbar sind. An der Funktionsweise der Erfindung und speziell an der Funktionsweise der Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 ändert dies nichts. Im Bezug auf die Figuren 7 und 8 werden im Zusammenhang mit Fig. 8 lediglich die von der Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 der Fig. 7 verschiedenen Elemente detailliert erläutert. Im Übrigen sind Elemente, die mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, identisch oder zumindest funktionell gleich.

In der Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 liefert ein Taktgenerator 5.8 ein erstes Taktsignal 5.13 an einen ersten Amplitudenregler 5.10 und ein zweites, invertiertes Taktsignal 5.12 an einen zweiten Amplitudenregler 5.9. Der niederohmige Ausgang des ersten Amplitudenreglers 5.10 und damit der Ausgang der Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0 ist an die Sendeelektrode 15 angeschlossen. Diese überträgt aufgrund kapazitiver Effekte das erste Taktsignal 5.13 auf die weitere Elektrode 13. Eine elektrische Leitungsverbindung zwischen Sendeelektrode 15 und weiterer Elektrode 13 besteht vorzugsweise nicht. Über den hochohmigen Summati- onswiderstand 5.4 wird das Signal der weiteren Elektrode 13 auf den Eingang des Wechselspannungsverstärkers 5.5 gegeben. Das zweite, zum ersten Taktsignal 5.13 invertierte Taktsignal 5.12 wird über den zweiten Amplitudenregler 5.9 auf die Referenzreihenkapazität 5.1 und über einen zweiten, hochohmigen Summationswiderstand 5.2 auf den Eingang des Wechselspannungsverstärkers 5.5 gegeben. Der Eingang des Wechselspannungsverstärkers 5.5 ist auch der Eingang der Treiber-/ Auswerteeinheit 5.0. Die Referenzreihenkapazität

5.1 sollte in etwa die gleiche Größe wie die Kapazität der Elektroden 15 und 13 zueinander aufweisen. Eine auftretende Kapazität der weiteren Elektrode 13 gegenüber der Umgebung kann durch den Parallelkondensator 5.3 ausgeglichen werden. Die Summationswiderstände

5.2 und 5.4 sollten vorzugsweise hochohmig sein und gleiche Werte aufweisen.

Bei entsprechender Amplitudenregelung heben sich die zuvor summierten Taktsignale 5.12 und 5.13 am Eingang des vorzugsweise als Wechselspannungsverstärkers ausgebildeten Verstärkers 5.5 auf. Da der Verstärker 5.5. am Eingang im Idealfall nach dem gegenseitigen Auslöschen der Taktsignale lediglich Rauschen sieht, kann er sehr hoch verstärken, bzw. als hochverstärkender Begrenzerverstärker ausgeführt werden.

Das Ausgangssignal 5.14 des Verstärkers 5.5 wird dem Synchrondemodulator 5.6 zugeführt. Die den beiden Taktsignalen 5.12 und 5.13 zuordenbaren Ausgangssignale des Synchron- demodulators 5.6 werden vom integrierenden Komparator 5.7 auf Amplitudenunterschiede untersucht. Der Komparator 5.7 kann als hochverstärkende Vergleicherschaltung ausgeführt sein. Jede noch so kleine Abweichung der Eingangsspannung 5.15 und 5.17 führt zu einer entsprechenden Abweichung des Regelwertes 5.16 vom momentanen Wert. Die Amplitudenregler 5.9 und 5.10 werden mittels Invertierstufe 5.11 gegeneinander mit dem Regelwert 5.16 invertiert angesteuert. Steigt die Ausgangsamplitude eines Amplitudenreglers an, so fällt sie im anderen entsprechend ab. Somit wird das Eingangssignal des Wechselspannungsverstärkers 5.5 ständig auf Null gehalten, d.h., es sind keinerlei taktsynchronen Sig- nalanteile enthalten.

Ändert sich beispielsweise durch ein Objekt O die Kapazität der weiteren Elektrode 13 gegenüber dem Bezugspotenzial, wirkt diese zusätzliche Kapazität zusammen mit der Kapazität zwischen den Elektroden 15 und 13 ähnlich einem kapazitiven Spannungsteiler und die Spannung an der weiteren Elektrode 13 nimmt entsprechend ab. Diese Abnahme führt am Eingang des Verstärkers 5.5 zur unvollständigen Auslöschung der Taktsignale 5.12 und 5.13. Nach der Synchrondemodulation im Synchrondemodulator 5.6 und Auswertung der Abweichung der Unterschiede in den separierten Signalanteilen der Eingangsspannungen 5.15 und 5.17 führt dies zu einer Abweichung des Regelwerts 5.16. Dieser Regelwert 5.16 kann dann zur Anzeige der im sensoraktiven Bereich des Sensors S erfolgten Änderung herangezogen werden. Die Abweichung im Regelwert 5.16 wird so lange gegenüber einem vorherigen Wert ansteigen bzw. abfallen, bis sich am Eingang des Wechselspannungsverstärkers 5.5 das Taktsignal 5.13 und das invertierte Taktsignal 5.12 wieder vollständig aufheben.

Im übrigen können die in Figur 7 gezeigten Summationswiderstände 5.2 bzw. 5.4 auch durch Kondensatoren bzw. Reihenschaltungen aus Widerstand und Kondensator ersetzt werden. Vorteilhaft können die Summationswiderstände 5.2 und 5.4 gemäß Figur 6 auch durch Impedanzwandler 6.3 bzw. 6.4 mit hochohmigem Eingang ausgeführt werden, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Durch die aktive Beschaltung wird das Nutzsignal an der weiteren Elektrode 13 nicht belastet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kapazitiven Messung von Änderungen in einem sensoraktiven Bereich kann auf verschiedensten Gebieten eingesetzt werden. Beispielsweise sind im Bereich industrieller Anwendungen die Erfassung der Annäherung von Objekten oder Medien möglich. Weitere Anwendungen sind in der Anlagentechnik sowie in der Robotik denkbar. Viele Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch im Automobil- und Nutzfahrzeugbereich, beispielsweise zur Erfassung von Bewegungen am, im oder um das Fahr- zeug. Grundsätzlich kann die Vorrichtung überall eingesetzt werden, wo es auf die Erfassung von Änderungen in einem elektrischen Feld ankommt, aber ein eventueller Balg nicht gesehen werden soll.

Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Ände- rungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.

Bezugszeichenliste

5.0 I reiber-/ Auswerteeinheit

5.1 Referenz Reihenkapazität

5.2 hochohmiger Summationswiderstand

5.3 Parallelkondensator

5.4 hochohmiger Summationswiderstand

5.5 Wechselspannungsverstärker

5.6 Synchrondemodulator

5.7 integrierender Komparator

5.8 Taktgenerator

5.9 Amplitudenregler

5.10 Amplitudenregler

5.11 Invertierstufe

5.12 invertiertes Taktsignal

5.13 erstes Taktsignal

5.14 Ausgangssignal

5.15 Eingangsspannung

5.16 Regelwert

5.17 Eingangsspannung

5.18, 5.19, 5.20 Widerstand

6.3, 6.4 Impedanzwandler

10 Gehäuse

11 Element auf Bezugspotenzial

12 KunstSioffteil

13 weitere Elektrode

15 Sendeelektrode

16, 17 Oberfläche

18 Belag oder Benetzung

19, 20, 21 Feldlinien

O Objekt

S Sensor