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DE102007058088A1 - Sensor for depth-selective detection of dielectric materials and method for operating such a sensor - Google Patents

Sensor for depth-selective detection of dielectric materials and method for operating such a sensor Download PDF

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DE102007058088A1
DE102007058088A1 DE102007058088A DE102007058088A DE102007058088A1 DE 102007058088 A1 DE102007058088 A1 DE 102007058088A1 DE 102007058088 A DE102007058088 A DE 102007058088A DE 102007058088 A DE102007058088 A DE 102007058088A DE 102007058088 A1 DE102007058088 A1 DE 102007058088A1
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DE
Germany
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sensor
electrode
electrodes
transmitting
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Withdrawn
Application number
DE102007058088A
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German (de)
Inventor
Kai Renz
Bjoern Haase
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2008/063828 priority patent/WO2009071375A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Ortung dielektrischer Objekte (104), insbesondere einen Balkendetektor zur Suche dielektrischer Objekte (104) hinter der Oberfläche (103) von Bauwerkstoffen, mit einer Mehrzahl von Elektroden (401, 402, 403, 404; 601, 602, 603, 604), die ein Sendeelektroden-System (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) und ein Empfangselektroden-System (404, 601) bilden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Relativabstand der Elektroden (401, 402, 403, 404; 601, 602, 603, 604, 605) in Richtung orthogonal zur Messrichtung des Sensors so bemessen ist, dass die kapazitive Verkopplung der Koppelpfade zwischen Sendeelektroden-System und Empfangselektroden-System unterschiedliche Abhängigkeiten von der Distanz eines zu detektierenden Objekts (104) zum Sensor aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors.The invention relates to a sensor for locating dielectric objects (104), in particular a beam detector for searching dielectric objects (104) behind the surface (103) of building materials, comprising a plurality of electrodes (401, 402, 403, 404; 601, 602, 603, 604) constituting a transmitting electrode system (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) and a receiving electrode system (404, 601). According to the invention, it is proposed that the relative distance of the electrodes (401, 402, 403, 404; 601, 602, 603, 604, 605) in the direction orthogonal to the measuring direction of the sensor is dimensioned such that the capacitive coupling of the coupling paths between the transmitting electrode system and Receiving electrode system has different dependencies on the distance of an object to be detected (104) to the sensor. Furthermore, the invention relates to methods for operating such a sensor.

Description

Stand der TechnikState of the art

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Ortung dielektrischer Objekte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Sensors, insbesondere ein Verfahren zur Auswertung der Messsignale eines solchen Sensors.The The present invention relates to a sensor for locating dielectric objects according to the preamble of claim 1 and a method of operation such a sensor, in particular a method for evaluation the measurement signals of such a sensor.

Sensoren beziehungsweise Detektoren zur Ortung von beispielsweise hinter Bauwerkstoffen verborgenen, dielektrischen Objekten arbeiten derzeit in der Regel mit kapazitiven Verfahren. Ein derartiger kapazitiver Sensor besteht typischerweise aus mehreren leitfähigen Elektrodenflächen und einer Auswerteschaltung, die es gestattet, eine Veränderung der zwischen den Elektroden wirksamen Kapazität zu erkennen. Hierbei wird ausgenutzt, dass die sich zwischen zwei metallischen Elektroden ausbildende Kapazität verändert wird, sofern ein Dielektrikum in den Bereich verbracht wird, in den das elektrische Feld zwischen den Elektroden eingreift.sensors or detectors for locating, for example, behind Structural materials hidden, dielectric objects are currently working usually with capacitive methods. Such a capacitive one Sensor typically consists of several conductive ones Electrode surfaces and an evaluation circuit that allows a change in the effective between the electrodes To recognize capacity. This is exploited that the between two metallic electrodes forming capacity is changed, provided a dielectric in the range is spent in the the electric field between the electrodes intervenes.

Derartige kapazitive Sensoren finden ihren Einsatz zum Beispiel als kapazitive Näherungsschalter oder auch als sogenannte „Balkensucher" (engl. Studfinder), welche zu dem Zweck genutzt werden, eine Unterkonstruktion hinter einem Bauwerkstoff aufzufinden. Ein typischer Anwendungsfall für einen solchen „Balkensucher" ist beispielsweise die Aufgabe, einen massiven Holzbalken hinter einer Spanplatte oder einer Rigipsplatte aufzufinden. Dies ist eine häufig benötigte Anforderung, insbesondere auch im amerikanischen Wirtschaftsraum. Wenn z. B. an einer in Leichtbautechnik errichteten Wand ein schwerer Gegenstand aufgehängt werden soll, ist es wichtig, diesen in einem der massiven Stützbalken zu verankern.such Capacitive sensors find their use, for example, as capacitive Proximity switch or as a so-called "bar searcher" (engl. Studfinder), which are used for the purpose, a substructure to be found behind a building material. A typical application for such a "bar searcher" is for example the task of a solid wooden beam behind a chipboard or to find a plasterboard. This is a much needed one Requirement, especially in the American economic area. If z. B. on a built in lightweight construction wall a harder It is important to hang this object to anchor in one of the massive support beams.

Zur Lokalisierung dieser Stützbalken werden kapazitive Sensoren genutzt, deren Elektroden derart angeordnet sind, dass das sich in der Umgebung der Elektroden ausbreitende elektrische Feld in die Stützbalken eingreift.to Localization of these support beams become capacitive sensors used, whose electrodes are arranged such that the in the vicinity of the electrodes propagating electric field in engages the support beams.

Beispiele für aus dem Stand der Technik bekannte kapazitive Sensoren finden sich in der US 3896425 A , der US 6937951 A , der US 4853617 A , der US 5917314 A oder auch in der EP 0428502 A1 .Examples of known from the prior art capacitive sensors can be found in the US 3896425 A , of the US 6937951 A , of the US 4853617 A , of the US 5917314 A or in the EP 0428502 A1 ,

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Ansteuerung der Elektroden bekannt, bzw. zur Auswertung der an Elektroden abgegriffenen Signale. So beschreibt beispielsweise die US 6198271 A ein Verfahren in dem die Veränderung der Kapazität einer Elektrode relativ zu einer allgemeinen Massefläche durch eine Zeitverschiebung einer digitalen Flanke detektiert wird, wobei diese Messkapazität Teil eines passiven RC Netzwerks ist.Various methods for controlling the electrodes are known from the prior art, or for evaluating the signals tapped at electrodes. For example, describes the US 6198271 A a method in which the change in the capacitance of an electrode relative to a common ground plane is detected by a time shift of a digital edge, which measurement capacitance is part of a passive RC network.

Alternativ schlägt die US 3896425 A vor, die Verstimmung eines kapazitiven Spannungsteilers auszuwerten.Alternatively, the beats US 3896425 A to evaluate the detuning of a capacitive voltage divider.

Ebenfalls bekannt, aus der US 4853617 oder aus der US5917314 , sind Sensoren, die eine Mehrzahl von Sensorelektroden einsetzen, mit dem Ziel eine Information über die laterale Position eines Holzbalkens zu erhalten. So schlägt beispielsweise die US 5917314 A vor, drei lateral versetzte Elektroden mit dem Ziel einzusetzen, herauszufinden, ob sich der massive Holzbalken auf der rechten, auf der linken oder im Zentrum eines handgehaltenen Messgeräts befindet.Also known from the US 4853617 or from the US5917314 , are sensors that use a plurality of sensor electrodes, with the aim of obtaining information about the lateral position of a wooden beam. For example, the US 5917314 A To insert three laterally offset electrodes to determine if the solid wooden beam is on the right, left, or center of a hand-held meter.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den Detektoren bzw. Sensoren des Stands der Technik, einen kapazitiven Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Sensorcharakteristik derart ausgestaltet ist, dass der Sensor vorwiegend auf Dielektrika in einem begrenzten Intervall von Abständen relativ zum Sensor anspricht. D. h. dass die Sensorcharakteristik derart ausgestaltet werden soll, dass Signale, die von Dielektrika vermittelt werden, die sich außerhalb des begrenzten Ortsintervalls, das heißt bei deutlich kleineren oder deutlich größeren Abständen zu den Elektroden, befinden, zu einem merklich geringerem Signalausschlag führen, als Signale, die von innerhalb des Abstandsintervalls befindlichen Dielektrika vermittelt werden.Of the Invention is based on the object, starting from the detectors or sensors of the prior art, a capacitive sensor of the beginning specify type mentioned, configured the sensor characteristic is that the sensor is mainly limited to dielectrics in a limited Interval of distances relative to the sensor responds. D. H. that the sensor characteristic should be designed in such a way that signals that are mediated by dielectrics that are outside the limited local interval, that is, at much smaller or significantly larger distances to the Electrodes, at a significantly lower signal excursion lead, as signals, from within the distance interval located dielectrics are mediated.

Insbesondere besteht die Aufgabe darin, den Sensor so zu konstruieren, das die Verteilung der Dielektrika in der nahen Umgebung der Sensorelektroden möglichst nur eine geringfügige Auswirkung auf die elektrischen Eigenschaften des Sensors hat, mit dem Ziel, dass dieser erst ab einem gewissen Mindestabstand merklich auf Objekte anspricht.Especially The task is to construct the sensor so that the Distribution of dielectrics in the vicinity of the sensor electrodes possible only a minor effect on the electrical properties of the sensor has, with the aim that this only noticeably responding to objects after a certain minimum distance.

Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, einen derartigen Sensor insbesondere kostengünstig und mit möglichst geringen Anforderungen an Fertigungstoleranzen und kleinem Montageaufwand zu realisieren.About that It is also an object of the invention, such a sensor in particular cost-effective and with the lowest possible requirements to realize manufacturing tolerances and low installation costs.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor zur Ortung metallischer Objekte mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The The problem underlying the invention is solved by a sensor for locating metallic objects with the features of Claim 1.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Aufgabe, einen Holzbalken aufzufinden, welcher hinter einer durchgehenden verdeckenden Fläche verborgen ist, erweist sich aus den folgenden Gründen als schwierig.The task of finding a wooden beam, which behind a continuous concealing Surface is found to be difficult for the following reasons.

In der Regel befinden sich die Elektroden des kapazitiven Sensors im Innern eines handgehaltenen, insbesondere batteriebetriebenen Ortungsgerätes, welches über die Wandoberfläche bewegt werden kann.In As a rule, the electrodes of the capacitive sensor are in Interior of a hand-held, in particular battery-powered locating device, which are moved over the wall surface can.

Die Rückwirkung durch ein dielektrisches Objekt, d. h. im konkreten Anwendungsfall durch den Holzbalken, auf die Kapazität einer Elektrode ist im allgemeinen um so schwächer, je größer der Abstand des Objekts zu den Leiterflächen der Elektroden wird. Die Elektroden sind daher im typischerweise unmittelbar nahe der Unterseite des handgehaltenen Ortungsgerätes angebracht. Beispielsweise können diese als Kupferstruktur auf einer Leiterplatte ausgebildet sein, die in dem, der Wand zugewandten Teil des Gehäuses des Ortungsgeräts montiert ist.The Reaction by a dielectric object, d. H. in concrete Use case by the wooden beam, on the capacity An electrode is generally weaker, depending greater the distance of the object to the conductor surfaces of the electrodes. The electrodes are therefore typically immediately near the bottom of the handheld locator appropriate. For example, these may be as a copper structure be formed on a circuit board, in the, the wall facing Part of the housing of the locating device is mounted.

Das sich um die Elektroden des Sensors ausbildende elektrische Feld greift zur Messung durch das verdeckende Baumaterial, z. B. eine Spanplatte oder Rigipsplatte, hindurch und auch in den Bereich hinein, indem sich möglicherweise ein Holzbalken befindet.The electric field forming around the electrodes of the sensor accesses the measurement by the obscuring building material, eg. Legs Chipboard or plasterboard, through and into the area, There may be a wooden beam.

Wird der Balkendetektor in gleich bleibendem Abstand zum flächigen Oberflächenmaterial bewegt, so ergibt sich eine Veränderung der Eigenschaften des dielektrischen Sensors, sobald sich der zu findende Holzbalken in der Umgebung der Elektroden befindet.Becomes the beam detector at a constant distance to the surface Surface material moves, so there is a change the characteristics of the dielectric sensor as soon as the too finding wooden beams in the vicinity of the electrodes is located.

Man nutzt dabei aus, dass das verdeckende flächige Baumaterial bezüglich seiner Dicke und seiner dielektrischen Eigenschaften näherungsweise homogen ist. D. h., bei Abwesenheit eines Holzbalkens ist bezüglich der elektrischen Eigenschaften des Sensors nur eine geringfügige Änderung beobachtbar, wenn der Sensor in gleich bleibendem Abstand über die Fläche bewegt wird. Erst wenn sich der kapazitive Sensor einem Bereich nähert, in dem sich ein Holzbalken befindet, wird eine merkliche Modifizierung der elektrischen Eigenschaften des Sensors beobachtet.you takes advantage of the fact that the covering surface building material in terms of its thickness and its dielectric properties is approximately homogeneous. That is, in the absence of one Wooden beam is with respect to the electrical properties of the Sensors only a slight change observable if the sensor is at a constant distance over the surface is moved. Only when the capacitive sensor is in an area approaching, in which there is a wooden beam, one becomes noticeable modification of the electrical properties of the sensor observed.

Im praktischen Einsatz besteht daher die Bedienung eines Balkensuchers aus dem Stand der Technik aus zwei separaten Schritten. In einem ersten Schritt wird dabei der Sensor auf einen Bereich der, Wand aufgesetzt, hinter dem kein Holzbalken vermutet wird. Dort wird ein sogenannter „Kalibrierungsvorgang" gestartet, in welchem die elektrischen Eigenschaften des Sensors bestimmt werden. In einem zweiten Schritt wird dann der Sensor über die Wandoberfläche bewegt, und währenddessen kontinuierlich die elektrischen Eigenschaften des Sensors ermittelt. Die Anwesenheit eines Holzbalkens wird dabei durch eine Veränderung der Messsignale erkannt, d. h. eine Veränderung der Signale, die sich im Vergleich zur Kalibrierungsmessung und der Messung nach Bewegung des Sensors ergibt.in the practical use is therefore the operation of a bar searcher from the prior art from two separate steps. In one The first step is the sensor on an area of the wall put on, behind which no wooden beam is suspected. There will a so-called "calibration process" started in which the electrical properties of the sensor are determined. In one second step is then the sensor over the wall surface moved, and continuously the electrical Properties of the sensor determined. The presence of a wooden beam is detected by a change of the measuring signals, d. H. a change in the signals that are compared for calibration measurement and measurement after movement of the sensor results.

Diese Aufteilung in „Kalibrierung" und „Messung" ist deswegen erforderlich, da die elektrischen Eigenschaften des Sensors durch das Wandmaterial weit stärker beeinflusst werden, als durch einen in größerem Abstand befindlichen Holzbalken.These Division into "Calibration" and "Measurement" is because of this, because the electrical properties of the sensor be much more influenced by the wall material, as being at a greater distance Wooden beams.

So werden je nach Dielektrizitätskonstante (bzw. je nach flächigem Wandmaterial bzw. dessen Feuchtigkeit) und je nach Dicke des Wandmaterials stark unterschiedliche elektrische Eigenschaften beobachtet. Solange das Sensorsignal dominant von der Wandoberfläche beeinflusst wird und die Signalveränderungen, welche durch das zu suchende Objekt vermittelt werden, weit kleiner sind, kann auf den Kalibrierungsprozess nicht verzichtet werden.So Depending on the dielectric constant (or depending on the area Wall material or its moisture) and depending on the thickness of the wall material strong observed different electrical properties. As long as that Sensor signal dominated by the wall surface and the signal changes which are to be sought by the Object can be conveyed, far smaller, can on the calibration process not be waived.

Die Aufteilung in „Kalibrierung" und „Messung" ist insofern aber problematisch, als die Gefahr von Fehlbedienungen besteht. D. h. der Nutzer könnte das Gerät irrtümlich oberhalb eines der nicht sichtbaren Holzbalken kalibrieren und bekäme damit irreführende Messergebnisse oder müsste alternativ die Messung abbrechen und mit Kalibrierung an einem Ort wiederholen, einem Ort an dem sich kein Holzbalken hinter der Verkleidung befindet.The Division into "Calibration" and "Measurement" is insofar problematic as the risk of incorrect operation consists. Ie. the user could mistakenly use the device Calibrate above one of the invisible wooden beams and get it so that misleading measurement results or would have alternatively stop the measurement and with calibration in one place Repeat, a place where there is no wooden beam behind the paneling located.

Der Kalibrierprozess selbst ist insofern ebenfalls problematisch, als er nur bei näherungsweise homogenen Wandoberflächen funktioniert. Zeichnet sich die Wandoberfläche, hinter der ein Holzbalken gesucht wird, dadurch aus, dass Dicke und/oder Dielektrizitätskonstante je nach Ort stark variieren, so kann eine dadurch hervorgerufene Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensors irrtümlich als Anwesenheit oder Abwesenheit eines Holzbalkens interpretiert werden.Of the Calibration process itself is also problematic insofar as he only at approximately homogeneous wall surfaces works. Draws the wall surface, behind a wooden beam is sought, characterized in that thickness and / or Dielectric constant vary greatly depending on the location, so can a change in the electrical properties caused thereby of the sensor erroneously as presence or absence a wooden beam are interpreted.

Bei der Bedienung eines Balkensucher-Sensors nach dem Stand der Technik ist weiterhin zu beachten, dass die genaue Position des Sensors oberhalb des Wandmaterials einen großen Einfluss auf die Messsignale hat. Wird das Messgerät beispielsweise mit einem relativ großen Luftspalt oberhalb der zu untersuchenden Wandfläche verfahren, so ergeben sich durch den größeren Abstand zum flächigen Baumaterial andere Messsignale, als man bei einer analogen Messung bei kleinerem Luftspalt beobachten würde.at the operation of a bar search sensor according to the prior art Keep in mind that the exact position of the sensor Above the wall material a great influence on the Has measuring signals. If the meter is, for example, with a relatively large air gap above the to be examined Wandfläche proceed, so result from the larger Distance to the surface building material other measuring signals than one observes with an analog measurement with a smaller air gap would.

Um den Luftspalt möglichst genau konstant zu halten, ist es eine gängige Maßnahme, die Unterseite des Ortungsgeräts mit Filzgleitern zu versehen. Diese Filzgleiter stellen einen definierten, kleinen Abstand des Gehäuses des Ortungsgeräts zur Wandoberfläche sicher.Around It is the air gap as constant as possible to keep it constant a common measure, the bottom of the locator to provide with felt gliders. These felt pads represent a defined, small distance of the housing of the locating device secure to the wall surface.

Zur Lösung des Problems mit variablem Luftspalt schlägt die US 2005/0200368 vor, den Sensorkopf, in dem sich die Elektroden des Ortungsgeräts befinden, mittels einer Feder definiert auf die Wandoberfläche aufzudrücken. Eine Fehlbedienung durch den Benutzer, welche z. B. daraus resultiert, dass der Balkensucher oberhalb der Wandoberfläche verkippt oder abgehoben wird, kann so entgegengesteuert werden.To solve the problem with variable air gap proposes the US 2005/0200368 to press the sensor head, in which the electrodes of the locating device are defined by means of a spring on the wall surface. An incorrect operation by the user, which z. B. results from the fact that the beam finder is tilted or lifted above the wall surface, can be counteracted so.

Auf einen Balkendetektor bezogen, besteht die erfindungsgemäße Aufgabe somit darin, den Sensor möglichst wenig empfindlich auf eine Vergrößerung eines möglichen Luftspalts unterhalb des Messgerätes reagieren zu lassen und den Einfluss zu unterdrücken, den die Anwesenheit eines flächigen Wandmaterials unterhalb des Sensors hervorruft. Vielmehr sollen der Einfluss des flächigen Wandmaterials zugunsten des Einflusses eines in z. B. 2–3 cm Tiefe befindlichen Holzobjektes bewusst unterdrückt werden.On a beam detector, the invention consists Task thus, the sensor as little as possible on an enlargement of a possible Air gap below the meter to react and suppress the influence that the presence of a flat wall material below the sensor causes. Much more should the influence of the flat wall material in favor the influence of a z. B. 2-3 cm depth Wooden object deliberately suppressed.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es für einen kapazitiven Balkensucher möglich, bewusst den Einfluss der Wandoberfläche oder des sich unterhalb des Gerätes befindlichen Luftspalts auf das Messsignal weitgehend zu unterdrücken. Dies gestattet insbesondere, auf aufwändige mechanische Vorrichtungen, wie beispielsweise die bekannte Anpressvorrichtung, zu verzichten.With the embodiment of the invention is for a capacitive bar search possible, aware of the influence the wall surface or below the device Air gap to be largely suppressed to the measurement signal. This allows, in particular, for complex mechanical devices, such as the known pressure device to dispense.

Ein unmittelbarer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass auf diesem Weg eine tiefenselektive Detektionscharakteristik realisiert werden kann.One immediate advantage of the present invention is that in this way a depth-selective detection characteristic can be realized.

Dies wird dadurch erreicht, dass bei einem Sensor zur Ortung dielektrischer Objekte, insbesondere einem Balkendetektor zur Suche dielektrischer Objekte) hinter der Oberfläche von Bauwerkstoffen, der eine Mehrzahl von Elektroden aufweist, die ein Sendeelektroden-System sowie ein Empfangselektroden-System bilden, der Relativabstand der Elektroden, in Richtung orthogonal zur Messrichtung des Sensors so bemessen ist, dass die kapazitive Verkopplung der Koppelpfade zwischen Sendeelektroden-System und Empfangselektorden-System unterschiedliche Abhängigkeiten von der Distanz eines zu detektierenden Objekts zum Sensor aufweist.This is achieved in that a sensor for locating dielectric Objects, in particular a bar detector for searching dielectric objects) behind the surface of building materials, a majority of electrodes comprising a transmitting electrode system and a Receive electrode system, the relative distance of the electrodes, in the direction orthogonal to the measuring direction of the sensor so dimensioned is that the capacitive coupling of the coupling paths between transmitting electrodes system and receiver selector have different dependencies from the distance of an object to be detected to the sensor.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors sind eine Mehrzahl von Sendeelektroden sowie eine einzelne Empfangselektrode vorhanden.In an advantageous embodiment of the invention Sensors are a plurality of transmitting electrodes as well as a single one Receiver electrode present.

Dabei kann der Abstand der Sendeelektroden, insbesondere der laterale Abstand, zu der Empfangselektrode unterschiedlich groß ausgestaltet ist. Der laterale Abstand bezeichnet dabei einen Abstand der Elektroden zueinander in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht auf der Messrichtung des Sensors steht.there the distance of the transmitting electrodes, in particular the lateral Distance configured differently sized to the receiving electrode is. The lateral distance denotes a distance of the electrodes to each other in a plane that is substantially perpendicular to the Measuring direction of the sensor is.

Darüber hinaus kann auch die jeweilige laterale Ausdehnung der Sendeelektroden unterschiedlich groß ausgebildet sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die laterale Ausdehnung der Sendeelektroden eine Funktion des Abstands der jeweiligen Sendeelektrode zu der Empfangselektrode ist und beispielsweise mit diesem Abstand zunimmt.About that In addition, the respective lateral extent of the transmitting electrodes be formed differently large. In particular it is advantageous if the lateral extent of the transmitting electrodes a function of the distance of the respective transmitting electrode to the Receiving electrode is and increases, for example, with this distance.

In einer vorteilhafter Ausführungsform kann die laterale Ausdehnung zumindest einer Sendelektrode und/oder ihr Abstand zur Empfangselektrode, im Wesentlichen gleich dem minimalen Abstand zwischen den Elektroden und der Oberfläche des zu vermessenden Mediums sein.In In an advantageous embodiment, the lateral extent at least one transmitting electrode and / or their distance from the receiving electrode, in Essentially equal to the minimum distance between the electrodes and the surface of the medium to be measured.

Um gezielt besonders empfindlich auf die Größe des Luftspalts zu sein, der sich zwischen dem Messgerät und der Wandoberfläche ausbildet, wird sowohl die Breite der Elektrode als auch der Abstand zur Empfangselektrode etwa gleich groß gewählt, wie der Abstand zwischen Elektroden und flächigem Wandmedium. Beide könnten beispielsweise typisch 1–4 mm betragen, wenn der Luftspalt rund 2 mm groß ist und die Elektroden rund 2 mm von der Wandoberfläche entfernt angeordnet sind.Around specifically sensitive to the size of the Air gap to be between the meter and Forming the wall surface, both the width of the Electrode and the distance to the receiving electrode about the same chosen large, such as the distance between electrodes and flat wall medium. Both could, for example typically 1-4 mm, if the air gap is around 2 mm and remove the electrodes about 2 mm from the wall surface are arranged.

Eine in einem großen lateralen Abstand von der Empfangselektrode befindliche Elektrode zeichnet sich dadurch aus, dass ihre kapazitive Kopplung an die Empfangselektrode sowohl vom Wandmaterial, vom Luftspalt zwischen der wand und dem Sensor als auch von einem tief liegenden Objekt beeinflusst wird. Zu diesem Zweck ist Ihr Abstand von der Empfangselektrode in der gleichen Größenordnung wie ihr Abstand zum aufzufindenden Objekt.A at a large lateral distance from the receiving electrode located electrode is characterized by its capacitive Coupling to the receiving electrode both from the wall material, from the air gap between the wall and the sensor as well as from a low level Object is affected. For this purpose, your distance from the Receiving electrode of the same order of magnitude how their distance to the object to be found.

Weiterhin ist mit dem erfindungsgemäßen Sensor ein Nutzerbetrieb möglich, der ohne einen Kalibrierprozess auskommt, da das Messsignal nicht mehr dominant vom Wandmaterial beeinflusst wird, sondern der Sensor in erster Linie nur auf einen in größerer Tiefe d. h. hinter der Oberfläche befindlichen Gegenstand anspricht.Farther is a user operation with the sensor according to the invention possible, which manages without a calibration process, since the Measurement signal is no longer dominantly influenced by the wall material, but the sensor primarily only one in larger Depth d. H. behind the surface responds.

Bezogen auf einen kapazitiven Näherungsschalter besteht der Vorteil darin, selektiv Objekte nur in einem gegebenen Abstand zum Sensor zu detektieren und Objekte in anderer Entfernung auszublenden.Based on a capacitive proximity switch is the advantage in it, selectively objects only at a given distance to the sensor to detect and hide objects at a distance.

In vorteilhafter Weise ist zumindest eine aus einem Paar von Elektrodenelementen gebildet. Die die zwei Elektrodenelementen der Sendeelektrode können dabei insbesondere symmetrisch, und dabei bevorzugt symmetrisch zur Empfangselektrode angeordnet sein. Dies ermöglicht, eine achssymmetrische Empfangscharakteristik. Die achssymmetrische Anordnung weist den Vorteil auf, dass die sich ergebende Richtcharakteristik des Sensors symmetrisch zur Achse ist. Vorteilhafterweise wirken sich dann Verkippungen des Sensors um die Symmetrieachse weniger auf die Anzeigesignale aus, als wenn ein asymmetrisches System genutzt würde.Advantageously, at least one of a pair of electrode elements is formed. The two electrode elements of the transmitting electrode can in particular be arranged symmetrically, and in this case preferably symmetrically with respect to the receiving electrode. This allows an axisymmetric reception characteristic. The axisymmetric Arrangement has the advantage that the resulting directional characteristic of the sensor is symmetrical to the axis. Advantageously, then tilting of the sensor around the axis of symmetry affect less on the display signals, as if an asymmetric system would be used.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors ist zusätzlich zu dem Empfangselektrodensystem und dem Sendeelektrodensystem zumindest eine Abschirmelektrode vorhanden.In an advantageous embodiment of the invention Sensor is in addition to the receiving electrode system and at least one shielding electrode is provided to the transmitting electrode system.

Werden das Sendeelektroden-System und Empfangselektorden-System flächig ausgebildet und beispielsweise in einer Ebene, insbesondere in einer Ebene einer Leiterplatte angeordnet, so kann vorteilhafter Weise die zumindest eine Abschirmelektrode in einer zweiten Ebene der Leiterplatte angeordnet werden.Become the transmitting electrode system and receiving electrode system are planar trained and, for example, in a plane, in particular in a plane arranged a circuit board, so may advantageously at least a shield electrode can be arranged in a second plane of the printed circuit board.

Zweckmäßiger Weise wird die flächige Elektrodengeometrie zusammen mit der Abschirmfläche auf zwei unterschiedlichen Lagen einer konventionellen Leiterplatte angeordnet. In einem weiteren Teil der Leiterplatte können dann in vorteilhafter Weise beispielsweise die Bauelemente einer Ansteuer- und Auswerteschaltung untergebracht werden.Appropriately Way is the area electrode geometry together with the shielding surface on two different layers of a arranged conventional circuit board. In another part of the PCB can then advantageously, for example housed the components of a control and evaluation circuit become.

Weiterhin ist denkbar, auch noch beispielsweise eine zusätzliche, passive Elektrode vorzusehen, mit der beispielsweise nach extern eingekoppelten Wechselspannungspotentialen, z. B. 50 Hz oder 60 Hz, gesucht werden kann. So kann der Balkensucher als Zusatzfunktion auch spannungsführende Netzleitungen hinter der Wand erkennen.Farther is conceivable, for example, an additional, Provide passive electrode, with the example to external coupled AC potentials, eg. B. 50 Hz or 60 Hz, can be searched. So the bar searcher can as an additional function also recognize live power lines behind the wall.

Darüber hinaus ist es in vorteilhafter Weise zudem möglich, den erfindungsgemäßen Sensor in oder an einer Werkzeugmaschine zu integrieren, um ein gefahrloses und sicheres Arbeiten mit einer solchen Maschine zu ermöglichen. So kann der Sensor beispielsweise in einem Bohr- oder Meißelwerkzeug integriert werden oder als ein mit einem solchen Werkzeug verbindbares Modul ausgebildet sein. Als ein möglicher Einbauort für den erfindungsgemäßen Sensor bietet sich in vorteilhafter Weise auch eine Absaugevorrichtung für Staub an, die mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, oder mit dieser verbindbar ist, und funktionsbedingt in der Nähe einer zu bearbeitenden Wand zum Einsatz kommt.About that In addition, it is also possible in an advantageous manner, the Sensor according to the invention in or on a machine tool to integrate a safe and secure working with one to allow such machine. For example, the sensor can be integrated in a drill or chisel tool or formed as a connectable with such a tool module be. As a possible installation location for the sensor according to the invention offers itself in an advantageous manner, a suction device for dust, which is connected to the machine tool, or connectable to it, and functionally nearby a wall to be processed is used.

Der erfindungsgemäße Sensor wird in vorteilhafter Weise derart betrieben, dass einzelne Verkopplungspfade zwischen den Elektroden des Sendeelektroden-Systems und des Empfangselektrodensystem sequentiell jeweils mit einem Ansteuersignal INn beaufschlagt werden. Die sich aus den Ansteuersignalen INn ergebenden Ausgangssignale Uxyz erden dann mit Gewichtungsfaktoren Fxyz, insbesondere konstanten Gewichtungsfaktoren, versehen und durch Addition oder Subtraktion zu einem Gesamtsignal zusammengefasst werden.The sensor according to the invention is advantageously operated in such a way that individual coupling paths between the electrodes of the transmitting electrode system and of the receiving electrode system are sequentially respectively applied with a drive signal IN n . The output signals U xyz resulting from the drive signals IN n are then provided with weighting factors F xyz , in particular constant weighting factors, and combined by addition or subtraction to form a total signal.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest zwei Gewichtungsfaktoren Fxyz unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.It is advantageous if at least two weighting factors F xyz have different signs.

Mit geringem Aufwand lässt sich ein Verfahren realisieren, bei dem eine lineare Gewichtung der Ausgangssignale Uxyz vorgenommen wird.With little effort, a method can be realized in which a linear weighting of the output signals U xyz is made.

In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für den Sensor werden einzelne Verkopplungspfade zwischen den Elektroden des Sendeelektrodensystem und Empfangselektrodensystem gleichzeitig, jedoch mit Ansteuersignalen INn unterschiedlicher Amplitude und Phase beaufschlagt werden.In an alternative embodiment of the operating method according to the invention for the sensor, individual coupling paths between the electrodes of the transmitting electrode system and receiving electrode system are applied simultaneously, but with control signals IN n of different amplitude and phase.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. ein es nach diesem Verfahren arbeitenden Messgerätes ergeben sich aus der Nachfolgenden Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung.Further Advantages of the method or give it a working according to this method measuring device arising from the following drawing and the associated Description.

Zeichnungdrawing

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensors dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren, sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.In The drawings are embodiments of the invention Sensors shown in the following description in more detail should be explained. The figures of the drawing, their description as well as the claims contain numerous features in combination. A person skilled in the art will also consider these features individually and summarize other, meaningful combinations.

Es zeigen:It demonstrate:

1a den prinzipiellen Aufbau einer Sensorgeometrie eines Sensors zur Ortung dielektrischer Objekte nach dem Stand der Technik in einer stark vereinfachten, schematisierten Schnittansicht, 1a the basic structure of a sensor geometry of a sensor for locating dielectric objects according to the prior art in a highly simplified, schematized sectional view,

1b ein elektronisches Ersatzschaltbild für den Aufbau nach 1a, 1b an electronic equivalent circuit diagram for the structure according to 1a .

2a ein Schnittbild durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung aus dem Stand der Technik mit einem Messelektrodenpaar und einer Abschirmelektrode in einer vereinfachten, schematischen Darstellung, 2a 1 is a sectional view through an alternative embodiment of a prior art electrode arrangement with a measuring electrode pair and a shielding electrode in a simplified, schematic representation,

2b ein elektronisches Ersatzschaltbild für den Aufbau nach 2a, 2 B an electronic equivalent circuit diagram for the structure according to 2a .

3 ein bekanntes Beispiel zur schaltungs-technischen Realisierung eines kapazitiven Sensors, mit einer Elektrodengeometrie analog zu 2, 3 a well-known example of the circuit-technical realization of a capacitive sensor, with an electrode geometry analogous to 2 .

4a ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in einer schematischen Schnittbild-Darstellung, 4a An embodiment of an electrode arrangement according to the invention in a schematic sectional image representation,

4b ein elektronisches Ersatzschaltbild für den Aufbau nach 4a, 4b an electronic equivalent circuit diagram for the structure according to 4a .

5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuer- und Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor mit einer Elektrodenkonfiguration analog zu 4, 5 An embodiment of a drive and evaluation circuit according to the invention for a capacitive sensor with an electrode configuration analogous to 4 .

6 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuer- und Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor mit einer Elektrodenkonfiguration analog zu 4, 6 an alternative embodiment of a drive and evaluation circuit according to the invention for a capacitive sensor with an electrode configuration analogous to 4 .

7 ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in einer schematischen Aufsicht-Darstellung. 7 an alternative embodiment of the electrode assembly according to the invention in a schematic plan view.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Zur Illustration der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensors beschrieben. Die Erfindung und insbesondere die Verwendung von mehreren Erreger-Elektroden ist dabei jedoch in keiner Weise auf die Verwendung bei Balkensuchern beschränkt, sondern kann ebenfalls bei anderen Anwendungsfällen für kapazitive Sensoren zum Einsatz kommen.to Illustrations of the invention are given below by way of example described the sensor of the invention. The Invention and in particular the use of multiple exciter electrodes However, it is in no way for use with bar searchers limited, but can also be used in other applications capacitive sensors are used.

Im Folgenden wird zunächst anhand eines Beispiels der Stand der Technik beschrieben (1 bis 3), um dann im nächsten Schritt detailliert zu erläutern, wie die oben beschriebene technische Aufgabe mit Hilfe der Erfindung gelöst wird. 1 und 2 zeigen in einer schematisierten Schnittbild-Darstellung das Funktionsprinzip eines kapazitiven Balkensensors. Zwei Messelektroden (101, 102, 201, 203) sind oberhalb eines flächigen Baumaterials (103) platziert. In 1a und 2a befindet sich unterhalb der Sensorelektroden (101, 102, 201, 203) ein eingeschlossener Gegenstand, beispielsweise ein Holzblock (104).In the following, the prior art will first be described by way of example ( 1 to 3 ), to then explain in detail in the next step how the above-described technical problem is solved with the aid of the invention. 1 and 2 show in a schematic sectional representation of the functional principle of a capacitive bar sensor. Two measuring electrodes ( 101 . 102 . 201 . 203 ) are above a laminar building material ( 103 ). In 1a and 2a located below the sensor electrodes ( 101 . 102 . 201 . 203 ) an enclosed object, for example a wooden block ( 104 ).

Praktisch wichtige Materialien für das flächige Baumaterial (103) sind beispielsweise u. a. Rigips, Spanplatte sowie Hartfaserplatten, deren Dicke beim praktischen Einsatz auf Baustellen zwischen rund 1 cm bis rund 3 cm variiert. Typische relative Dielektrizitätskonstanten dieser Materialien liegen bei Werten zwischen 1,5 und 6. Die typische relative Dielektrizitätskonstante massiver Holzblöcke liegt zwischen 2 und 4, je nach Feuchtigkeit und Holztyp.Practically important materials for the flat construction material ( 103 ) are, for example, Rigips, chipboard and hardboard whose thickness varies in practical use on construction sites between about 1 cm to about 3 cm. Typical relative dielectric constants of these materials are between 1.5 and 6. The typical relative dielectric constant of solid wood blocks is between 2 and 4, depending on moisture and wood type.

Bei Anliegen einer Potentialdifferenz zwischen den Messelektroden kommt es zu einer kapazitiven Kopplung bzw. Verkopplung dieser Elektroden, so dass sich zwischen ihnen ein elektrisches Feld ausbildet, welches einen Kopplungspfad darstellt. Die Größe der Messelektrodenpaare (101, 102) bzw. (201, 203) ist so bemessen, dass sich das zwischen ihnen bei Potentialdifferenzen ausbildende elektrische Feld in das Wandmaterial und ebenfalls in einen gegebenenfalls vorhandenen Holzblock eingreift. Es entsteht somit ein Koppelpfad für elektrische Signale, ausgehend von der Sendeelektrode in den vor der Elektrode liegenden Halbraum und damit gegebenenfalls auch in ein zu untersuchendes Medium, hin zu einer Empfangselektrode. In den 1a, 2a und 4a ist der Verlauf der elektrischen Feldlinien, der im Wesentlichen diesen Koppelpfad markiert, mittels der Kreisbogensegmente stark schematisiert eingezeichnet. Der genaue Verlauf der Feldlinien und damit der jeweilige Kopplungspfad hängt stark von der Dielektrizitätskonstante der verschiedenen, vom Feld durchlaufenen dielektrischen Medien ab. Insbesondere verlaufen die Feldlinien in der Praxis nicht exakt entlang von Kreisbogensegmenten, die hier nur zur Illustration verwendet wurden. Trotz der stark vereinfachenden Darstellung kann jedoch eine wesentliche Eigenschaft kapazitiver Sensoren von der schematischen Darstellung auf die sich real ausbildende Feldverteilung übertragen werden:
Die Eindringtiefe der Feldlinien in ein unterhalb der Elektroden befindliches Dielektrikum hängt direkt mit dem Relativabstand zwischen den beiden Elektroden (101, 102), (201, 203) zusammen. Weit auseinander liegende Elektroden vermitteln Verschiebeströme entlang von Feldlinien, die auch in größerem Abstand zur Elektrodenebene verlaufen, als nahe beieinander liegende Elektroden.
When a potential difference between the measuring electrodes is applied, a capacitive coupling or coupling of these electrodes occurs, so that an electric field is formed between them, which represents a coupling path. The size of the measuring electrode pairs ( 101 . 102 ) respectively. ( 201 . 203 ) is dimensioned such that the electrical field forming between them in the case of potential differences engages in the wall material and likewise in an optionally present wooden block. Thus, a coupling path for electrical signals arises, starting from the transmitting electrode into the half space lying in front of the electrode and thus possibly also into a medium to be examined, towards a receiving electrode. In the 1a . 2a and 4a the course of the electric field lines, which essentially marks this coupling path, is shown in a highly schematic manner by means of the circular arc segments. The exact course of the field lines and thus the respective coupling path depends strongly on the dielectric constant of the various dielectric media passed through the field. In particular, in practice, the field lines do not run exactly along circular arc segments, which have been used here only for illustration. Despite the simplistic representation, however, an essential property of capacitive sensors can be transferred from the schematic representation to the real field distribution:
The penetration depth of the field lines into a dielectric located below the electrodes depends directly on the relative distance between the two electrodes ( 101 . 102 ) 201 . 203 ) together. Widely spaced electrodes impart displacement currents along field lines that also extend at a greater distance to the electrode plane than closely spaced electrodes.

Die beiden Elektroden aus 1a können in einem elektrischen Ersatzschaltbild, wie dies in 1b gezeigt ist, als Kondensator aufgefasst werden, bei dem die Kondensatorplatten durch die beiden flächigen Elektroden gebildet werden.The two electrodes off 1a can in an electrical equivalent circuit, as in 1b is shown as a condenser, in which the capacitor plates are formed by the two flat electrodes.

Das Vorhandensein oder nicht Vorhandensein eines dielektrisch wirkenden Holzblocks (104) wirkt sich dabei durch eine Veränderung der Kapazitiät aus und kann daher elektrisch gemessen werden.The presence or absence of a dielectric wood block ( 104 ) affects by a change in capacity and can therefore be measured electrically.

Ein Sensor mit nur zwei wirksamen Elektroden (Beispiel der 1) hat im Vergleich mit einem Sensor mit einer dritten Elektrode (202) (Beispiel der 2) den Nachteil, dass das elektrisch wirksame Feld sich sowohl oberhalb als auch unterhalb der Elektrode ausbildet. Dies ist beim Einsatz in einem handgehaltenen Ortungsgerät von Nachteil, da z. B. der Handgriff oberhalb der Elektroden befindlich sein kann und die Stellung der Hand Auswirkungen auf das Messergebnis haben kann. Durch Einführen einer Abschirmelektrode (202), wie dies in 2 dargestellt ist, kann dem entgegengewirkt werden und die Ausbreitung des elektrischen Feldes auf die Unterseite des Ortungsgeräts begrenzt werden. Im Ersatzschaltbild 2b ist dann die zusätzliche Kopplung des Messelektrodenpaars (201, 203) an diese Schirmelektrode (202) zu berücksichtigen, wie dies ebenfalls in dem symbolischen Schaltplan der 2b angedeutet sein soll..A sensor with only two effective electrodes (example of 1 ) has compared to a sensor with a third electrode ( 202 ) (Example of 2 ) has the disadvantage that the electrically effective field is formed both above and below the electrode. This is disadvantageous when used in a hand-held locating device because z. B. the handle above the electrodes can be located and the position of the hand can have an impact on the measurement result. By inserting a shielding electrode ( 202 ), as in 2 can be counteracted, and the propagation of the electric field to the Un terseite of the locating device are limited. In the equivalent circuit diagram 2 B is then the additional coupling of the measuring electrode pair ( 201 . 203 ) to this shield electrode ( 202 ), as is also the case in the symbolic circuit diagram of the 2 B should be indicated ..

Wie eine Ansteuer- und Auswerteschaltung für einen Sensor analog zu 2 in der Praxis aussehen kann, ist in 3 skizziert.Like a control and evaluation circuit for a sensor analogous to 2 can look in practice is in 3 outlined.

Um eine Veränderung der zwischen den Messelektroden (201) und (203) wirksamen Kapazität messen zu können, wird mittels einer Spannungsquelle ein Wechselspannungssignal (302) auf eine der beiden Elektroden aufgeschaltet. Wird beispielsweise ein rechteckförmiges Anregungssignal (302) verwendet, so ist es ggf. vorteilhaft, mittels eines passiven Netzwerks (303) Oberwellen tendenziell wegzuglätten, bevor sie auf die Elektroden aufgeschaltet werden.To change the between the measuring electrodes ( 201 ) and ( 203 ) to measure effective capacity, by means of a voltage source, an AC signal ( 302 ) connected to one of the two electrodes. If, for example, a rectangular excitation signal ( 302 ), it may be advantageous to use a passive network ( 303 ) Smooth out harmonics before they are applied to the electrodes.

Die Verwendung eines rechteckigen Quellsignals (302) kann dabei deswegen vorteilhaft sein, weil es schaltungstechnisch mit Hilfe von preisgünstigen Digital-Baugruppen sehr frequenzstabil realisiert werden kann.The use of a rectangular source signal ( 302 ) may be advantageous because it can be realized very frequency stable circuit technology with the help of inexpensive digital modules.

Das kapazitive Netzwerk (306) entspricht den drei in 2a skizzierten Elektroden, bzw. dem elektronischen Ersatzschaltbild in 2b, wobei die Schirmelektrode auf Massepotential gelegt wird. Über den Kopplungspfad zwischen den beiden Messelektroden (201) und (203) fließt bei Anlegen einer Wechselspannung ein Verschiebestrom, welcher an einem hochohmigen Lastwiderstand (305) einen Spannungsabfall hervorruft, der in einem Messverstärker (301) mit hoher Eingangsimpedanz abgegriffen und verstärkt wird.The capacitive network ( 306 ) corresponds to the three in 2a sketched electrodes, or the electronic equivalent circuit diagram in 2 B , wherein the shield electrode is grounded. Via the coupling path between the two measuring electrodes ( 201 ) and ( 203 ) flows when applying an alternating voltage, a displacement current, which at a high-impedance load resistor ( 305 ) causes a voltage drop in a measuring amplifier ( 301 ) is tapped and amplified with high input impedance.

Eine Veränderung der zwischen den beiden Messelektroden wirksamen Kapazität kann dann durch eine Veränderung der Spannung am Ausgang des Messverstärkers erkannt werden. D. h. das Vorhandensein oder nicht Vorhandensein eines massiven Objekts (104) unterhalb des Sensors äußert sich in variierenden Spannungen am Ausgang des Messverstärkers (301) und kann so erkannt und angezeigt werden.A change in the effective capacitance between the two measuring electrodes can then be detected by changing the voltage at the output of the measuring amplifier. Ie. the presence or absence of a massive object ( 104 ) below the sensor is expressed in varying voltages at the output of the measuring amplifier ( 301 ) and can be recognized and displayed.

Aus den in den 1a und 2a stark schematisierten Verläufen der Feldlinien zwischen den beiden Messelektroden kann abgelesen werden, dass der Großteil des Verschiebestroms durch Feldlinien vermittelt wird, welche nicht durch das zu suchende Objekt (104) verlaufen, sondern vielmehr durch das flächige Wandmaterial (103), welches sich in geringerem Abstand zu den Elektroden befindet. Eine Veränderung der Dicke oder der Dielektrizitätskonstante dieses Wandmaterials (103) hat aus diesem Grund einen weit größeren Einfluss auf die Spannung am Ausgang des Messverstärkers (301) als die Anwesenheit eines entfernteren und ggf. auch kleineren Objekts (104).From the into the 1a and 2a In the case of highly schematic progressions of the field lines between the two measuring electrodes, it can be seen that most of the displacement current is mediated by field lines which are not guided by the object to be searched (FIG. 104 ), but rather by the flat wall material ( 103 ), which is located closer to the electrodes. A change in the thickness or the dielectric constant of this wall material ( 103 ) has a far greater influence on the voltage at the output of the measuring amplifier ( 301 ) as the presence of a more distant and possibly smaller object ( 104 ).

Wenn vorhanden, bewirkt in der Praxis auch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Luftspalts unterhalb der Elektroden eine bedeutsame Spannungsänderung am Ausgang des Messverstärkers (301). Dies ist praktisch deswegen bedeutsam, weil während der Suche nach einem Holzbalken, d. h. während der Sensor über die Wandoberfläche (103) verschoben wird, es leicht vorkommen kann, dass der Sensor verkippt, oder leicht abgehoben wird. Die Signalveränderung, welche sich durch Anwesenheit des gesuchten Objekts (104) ergibt, wird dann durch die Signalveränderung durch variierenden Luftspalt überdeckt.If present, enlargement or reduction of the air gap below the electrodes in practice also causes a significant voltage change at the output of the measuring amplifier (FIG. 301 ). This is practically significant because while looking for a wooden beam, ie while the sensor is above the wall surface ( 103 ), it may easily happen that the sensor is tilted or slightly raised. The signal change, which is due to the presence of the searched object ( 104 ) is then covered by the signal change by varying air gap.

Diesen beiden wesentlichen Störeffekten kann mit der in 4 skizzierten vorteilhaften Elektrodenkonfiguration der Erfindung entgegengesteuert werden. Das ursprüngliche Paar von Sensorelektroden wird hier ersetzt durch eine Mehrzahl von Messelektroden. Unterschieden werden können dabei zwei separate Elektrodensysteme:
Einerseits ein Sendesystem, welches im Ausführungsbeispiel von 4 durch die drei Elektroden (401), (402) und (403) gebildet wird, und ein Empfangselektrodensystem, welches im Beispiel der 4 durch eine einzelne Elektrode (404) gebildet wird. Es ergeben sich somit ausgehend von einer jeden Sendeelektrode verschiedene Koppelpfade hin zu der Empfangselektrode.
These two major disruptive effects can be compared with the in 4 sketched advantageous electrode configuration of the invention counteracted. The original pair of sensor electrodes is here replaced by a plurality of measuring electrodes. A distinction can be made between two separate electrode systems:
On the one hand, a transmission system, which in the embodiment of 4 through the three electrodes ( 401 ) 402 ) and ( 403 ) is formed, and a receiving electrode system, which in the example of the 4 through a single electrode ( 404 ) is formed. Thus, starting from each transmitting electrode, there are different coupling paths towards the receiving electrode.

Betrachtet man die Elektroden (401), (402) und (403), so unterscheiden sie sich durch ihren Relativabstand zur Empfangselektrode (404) und ihre Größe. Die Sendeelektrode (403) befindet sich nahe bei der Empfangselektrode (404). Für die sich zwischen diesen beiden Elektroden ausbildende Kapazität ist insbesondere der Feldverlauf innerhalb des Luftspalts zwischen der Elektrodenoberfläche und der Oberfläche der Wand bzw. innerhalb der oberen Schichten des Wandmaterials (103) wichtig. Die kapazitive Kopplung zwischen diesen beiden direkt benachbarten Elektroden wird praktisch nicht durch das Vorhandensein des Objekts (104) beeinflusst, da der Relativabstand zwischen dem Objekt (104) und diesen Elektroden zu groß ist. Aus dem gleichen Grund ist für die kapazitive Kopplung dieses Elektrodenpaars die Dicke des flächigen Wandmaterials (103) nicht bedeutsam.Looking at the electrodes ( 401 ) 402 ) and ( 403 ), they differ by their relative distance to the receiving electrode ( 404 ) and her size. The transmitting electrode ( 403 ) is close to the receiving electrode ( 404 ). In particular, for the capacitance forming between these two electrodes, the field profile within the air gap between the electrode surface and the surface of the wall or within the upper layers of the wall material ( 103 ) important. The capacitive coupling between these two directly adjacent electrodes is practically unaffected by the presence of the object ( 104 ), since the relative distance between the object ( 104 ) and these electrodes is too large. For the same reason, for the capacitive coupling of this electrode pair, the thickness of the flat wall material ( 103 ) not significant.

Eine Vergrößerung des Luftspalts zwischen Elektroden und Wandmaterial hat demgegenüber eine große Auswirkung auf die kapazitive Kopplung, genauso wie eine Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Wandmaterials.A Enlargement of the air gap between electrodes and wall material on the other hand has a large impact on the capacitive coupling, as well as a change the dielectric constant of the wall material.

Um gezielt besonders empfindlich auf die Größe des Luftspalts zu sein, der sich zwischen dem Messgerät und der Wandoberfläche ausbildet, wird sowohl die Breite der Elektrode (403) als auch der Abstand zur Empfangselektrode (404) etwa gleich groß gewählt, wie der Abstand zwischen Elektroden und flächigem Wandmedium (103). Beide könnten beispielsweise typisch 1–4 mm betragen, wenn der Luftspalt rund 2 mm groß ist und die Elektroden rund 2 mm von der Wandoberfläche entfernt angeordnet sind.In order to be particularly sensitive to the size of the air gap, which forms between the meter and the wall surface, both the width of the electrode ( 403 ) as well as the distance to the receiving electrode ( 404 ) is approximately the same size as the distance between the electrodes and the flat wall medium ( 103 ). For example, both could typically be 1-4 mm if the air gap is about 2 mm and the electrodes are located about 2 mm away from the wall surface.

Die in einem großen Abstand von der Empfangselektrode (404) befindliche Elektrode (401) zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, dass ihre kapazitive Kopplung an die Empfangselektrode (404) sowohl vom Wandmaterial (103), vom Luftspalt als auch von einem tief liegenden Objekt (104) beeinflusst wird. Zu diesem Zweck ist Ihr Abstand von der Empfangselektrode (404) in der gleichen Größenordnung wie ihr Abstand zum aufzufindenden Objekt (104). Zum Beispiel könnte der Abstand der Elektrodenmittelpunkte von Elektrode (401) und (404) rund 2–6 cm betragen, wenn Objekte in rund 1–4 cm Tiefe aufgefunden werden sollen. Für die Kopplung an die Elektrode (404) ist der Einfluss des Luftspalts deutlich geringer als für die Elektrode (403), da das Feld zu wesentlichen Teilen im dielektrischen Medium der Wand oder ggf. auch in der Luft unterhalb der Wand geführt wird.At a large distance from the receiving electrode ( 404 ) located electrode ( 401 ) is distinguished by the fact that its capacitive coupling to the receiving electrode ( 404 ) both from the wall material ( 103 ), from the air gap as well as from a low-lying object ( 104 ) being affected. For this purpose, your distance from the receiving electrode ( 404 ) in the same order of magnitude as their distance to the object to be found ( 104 ). For example, the distance of the electrode centers from electrode ( 401 ) and ( 404 ) are about 2-6 cm, if objects in about 1-4 cm depth are to be found. For coupling to the electrode ( 404 ), the influence of the air gap is significantly lower than for the electrode ( 403 ), since the field is conducted to a considerable extent in the dielectric medium of the wall or possibly also in the air below the wall.

Die Elektrode (402), welche sich in einem mittleren Abstand zur Empfangselektrode (404) befindet, zeichnet sich dadurch aus, dass ihre kapazitive Kopplung an die Elektrode (404) praktisch nur vom flächigen Wandmaterial (103) und der Größe des Luftspalts abhängt und nicht von der Existenz eines tiefliegenden Objekts (104) modifiziert wird. Bezüglich der relativen Stärke des Ansprechens auf eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Luftspalts zwischen Elektrode und Wandoberfläche liegt diese Elektrode zwischen der inneren (403) und der äußeren (401) Elektrode. Der typische Abstand dieser Elektrode (402) kann mit dem Ziel gewählt werden, dass sie möglichst nur auf die Eigenschaften des Wandmaterials (103) ansprechen soll. Ein zu kleiner Abstand von der Empfangselektrode (404) ist somit zu vermeiden, da sonst der Einfluss einer Vergrößerung des Luftspalts besonders stark werden würde. Andererseits sollte der Abstand zur Empfangselektrode (404) hinreichend klein sein, dass das sich zwischen ihnen ausbildende elektrische Feld nur in vernachlässigbarer Weise in ein tiefer liegendes Holzobjekt (104) eingreift. Bei einer typischen Dicke des Wandmediums (103) von 1–3 cm wird die Größe der Elektrode (402) und ihr Abstand von der Empfangselektrode (404) ebenfalls etwa 1–4 cm betragen.The electrode ( 402 ), which in a middle distance to the receiving electrode ( 404 ) is characterized in that its capacitive coupling to the electrode ( 404 ) practically only from the flat wall material ( 103 ) and the size of the air gap and not on the existence of a deep-seated object ( 104 ) is modified. Regarding the relative strength of the response to an increase or decrease in the air gap between the electrode and the wall surface, this electrode lies between the inner ( 403 ) and the outer ( 401 ) Electrode. The typical distance of this electrode ( 402 ) can be chosen with the aim of maximizing the properties of the wall material ( 103 ) should appeal. Too small a distance from the receiving electrode ( 404 ) is to be avoided, otherwise the influence of an enlargement of the air gap would be particularly strong. On the other hand, the distance to the receiving electrode ( 404 ) be sufficiently small that the electric field forming between them is only negligibly transformed into a deeper-lying wooden object ( 104 ) intervenes. At a typical thickness of the wall medium ( 103 ) of 1-3 cm, the size of the electrode ( 402 ) and their distance from the receiving electrode ( 404 ) also be about 1-4 cm.

Das Elektrodenensemble aus 4 wird komplettiert durch eine Schirmelektrode (405), welche oberhalb des Sende- und Empfangselektrodensystems angeordnet ist. Vernachlässigt man die kapazitiven Verkopplungen innerhalb des Sende- und innerhalb des Empfangs-Elektrodensystems, so ergibt sich das in 4b skizzierte elektrische Ersatzschaltbild, wobei die vier unteren Kondensatoren die Kopplung der Empfangs- und Sendeelektroden an die Abschirmfläche (405) beschreiben und die oberen drei Kondensatoren die kapazitiven Verkopplungen der einzelnen Sendeelektroden an die Empfangselektrode (404) beschreiben.The electrode ensemble off 4 is completed by a shield electrode ( 405 ), which is arranged above the transmitting and receiving electrode system. Neglecting the capacitive couplings within the transmitting and within the receiving electrode system, this results in the 4b sketched electrical equivalent circuit diagram, wherein the four lower capacitors, the coupling of the receiving and transmitting electrodes to the shielding ( 405 ) and the upper three capacitors describe the capacitive couplings of the individual transmitting electrodes to the receiving electrode ( 404 ).

Für die Erfindung ist dabei wesentlich, dass aufgrund der geometrischen Auslegung des Sende- und Empfangselektrodensystems sich die Störsignale und Messsignale unterschiedlich auf die kapazitiven Kopplungen der einzelnen Elektroden auswirken. Dies bereitet die Basis für eine Unterscheidung zwischen Kapazitätsänderungen, wie sie z. B. durch eine Vergrößerung des Luftspalts verursacht werden und Kapazitätsänderungen, wie sie durch die Anwesenheit eines zu suchenden Objekts (104) verursacht werden können. Dies ermöglicht es dann in vorteilhafter Weise, den Sensor gezielt auf Objekte in größerer Tiefe ansprechen zu lassen.It is essential for the invention that, due to the geometric design of the transmitting and receiving electrode system, the interfering signals and measuring signals have different effects on the capacitive couplings of the individual electrodes. This provides the basis for distinguishing between capacity changes such as B. caused by an increase in the air gap and capacity changes, as caused by the presence of an object to be searched ( 104 ) can be caused. This then makes it possible in an advantageous manner to have the sensor specifically addressed to objects at a greater depth.

5 zeigt schematisch, wie eine Ansteuerschaltung für die Elektrodengeometrie aus 4 in der Praxis aussehen kann. Das aus 3 bekannte eine Ansteuersignal (302) ist hier durch drei unabhängige Ansteuersignale (503, 504, 505) ersetzt, die im Folgenden mit IN1, IN2 und IN3 bezeichnet werden sollen. 5 schematically shows how a drive circuit for the electrode geometry 4 can look in practice. The end 3 Known a drive signal ( 302 ) is here by three independent control signals ( 503 . 504 . 505 ), which will be referred to below as IN 1 , IN 2 and IN 3 .

Für die praktische Realisierung ist es oft günstig, als Ansteuersignale Rechteck-Signalformen zu verwenden, da diese mit preisgünstigen Digital-Baugruppen erzeugt werden können. Diese werden mittels eines passiven Netzwerkes anschließend geglättet und auf die drei Erregerelektroden aufgeschaltet. Die Elektrodenanordnung (506) entspricht dem Aufbau nach 4a und somit im Wesentlichen dem Ersatzschaltbild der 4b, Das elektrische Feld greift dementsprechend über verschiedene Koppelpfade in ein zu untersuchendes Medium ein. Der sich in Summe am hochohmigen Lastwiderstand (502) ergebende Verschiebestrom, welcher durch die kapazitive Kopplung zwischen Empfangs- und Erreger-Elektrodensystem vermittelt wird, verursacht eine Signalspannung am Eingang eines hochohmigen Messverstärkers (501), welche anschließend digital oder analog ausgewertet werden kann.For practical implementation, it is often favorable to use rectangular signal forms as drive signals, since these can be produced with inexpensive digital modules. These are then smoothed by means of a passive network and switched to the three exciter electrodes. The electrode arrangement ( 506 ) corresponds to the structure according to 4a and thus essentially the equivalent circuit diagram of 4b Accordingly, the electric field intervenes via different coupling paths into a medium to be examined. The sum of the high-impedance load resistor ( 502 ), which is mediated by the capacitive coupling between the receiving and excitation electrode system, causes a signal voltage at the input of a high-impedance measuring amplifier ( 501 ), which can then be evaluated digitally or analogously.

Die technische Idee der Erfindung liegt in der Existenz von mehreren, unabhängigen Verkopplungspfaden, welche sich jeweils durch eine unterschiedliche Tiefencharakteristik auszeichnen. Führt man diese Informationen geeignet zusammen, so ist es möglich, ein tiefenselektives Gesamtsignal zu erzeugen.The technical idea of the invention lies in the existence of several, Independent coupling paths, each through distinguish a different depth characteristic. Leading this information suitable together so it is possible to produce a depth-selective overall signal.

Eine Möglichkeit für dieses Zusammenführen besteht darin, in einem sequentiellen Verfahren jeweils eines der Ansteuersignale IN1, IN2 und IN3 aus 5 aktiv zu schalten und die Verkopplung der zugehörigen Erregerelektrode (401, 402, 403) mit der Empfängerelektrode (404) separat zu vermessen, beispielsweise indem das Ausgangssignal des Verstärkers (501) digitalisiert und gespeichert wird. Die sich für die drei nacheinander aktivierten Eingangssignale (503, 504, 505) ergebenden, sequentiell gemessenen Ausgangssignale können dann mit passend gewählten, vorzugsweise konstanten, Gewichtsfaktoren bewertet und durch Addition bzw. Subtraktion zu einem Gesamtsignal zusammengefasst werden. Das zusammengefasste Ergebnissignal ergibt sich dann aus einer, beispielsweise linearen Überlagerung der drei Einzelsignale.One possibility for this merging is, in a sequential method, in each case one of the drive signals IN 1 , IN 2 and IN 3 5 active and the coupling of the associated excitation electrode ( 401 . 402 . 403 ) with the receiver electrode ( 404 ) separately, for example by the output signal of the amplifier ( 501 ) is digitized and stored. For the three consecutively activated input signals ( 503 . 504 . 505 ), sequentially measured output signals can then be evaluated with suitably selected, preferably constant, weight factors and summarized by addition or subtraction to form a total signal. The combined result signal then results from a, for example, linear superimposition of the three individual signals.

Mit dem Ziel, beispielsweise den Einfluss des Luftspalts herauszurechnen, kann die Gewichtung derart durchgeführt werden, dass die äußere (401) und innere (403) Erregerelektrode mit einem Gewichtungsfaktor gleichen Vorzeichens bewertet werden, und die mittlere Erregerelektrode (402) mit einem Gewichtungsfaktor des anderen Vorzeichens. Die mittlere Elektrode weist prinzipbedingt eine schwächere Abhängigkeit von der Größe des Luftspalts auf als die innere Elektrode (403), jedoch eine größere als die äußere Elektrode (401). Linearisiert man den Zusammenhang, der die Größe des Luftspalts mit der am Messverstärker abgegriffenen Ausgangsspannung verknüpft, bzw. approximiert man diesen durch eine Gerade, so ergeben sich für die unterschiedlichen Erregerelektroden unterschiedliche Steigungen.For example, with the aim of excluding the influence of the air gap, the weighting can be carried out in such a way that the outer ( 401 ) and inner ( 403 ) Are evaluated with a weighting factor of the same sign, and the middle excitation electrode ( 402 ) with a weighting factor of the other sign. The middle electrode has in principle a weaker dependence on the size of the air gap than the inner electrode ( 403 ), but a larger than the outer electrode ( 401 ). If the relationship which links the size of the air gap with the output voltage picked up at the measuring amplifier is linearized, or if this is approximated by a straight line, different slopes result for the different excitation electrodes.

Wählt man die Gewichtungsfaktoren für die Elektroden passend, so kann eine Situation hergestellt werden, dass sich für die mit gleichem Vorzeichen bewerteten Elektroden (401) und (403) in Summe ein betraglich gleicher Einfluss einer Vergrößerung des Luftspalts ergibt, wie für die mittlere Erregerelektrode (402).If the weighting factors for the electrodes are chosen appropriately, a situation can be produced such that for the electrodes with the same sign ( 401 ) and ( 403 ) results in a sum equal to an influence of an increase in the air gap, as for the middle excitation electrode ( 402 ).

Konkret bedeutet dies, dass sich beispielsweise bei Vergrößerung des Luftspalts der Betrag der Verkopplung und somit das am Messverstärker (501) abgegriffene Ausgangssignal für die Erregerelektrode (402) um einen gegebenen Spannungspegel dU402 verringert.Specifically, this means that, for example, the magnification of the air gap, the amount of coupling and thus the measuring amplifier ( 501 ) tapped output signal for the excitation electrode ( 402 ) is reduced by a given voltage level dU 402 .

Ebenfalls verringert sich die zu den Elektroden (401) und (403) zugehörige Ausgangsspannung am Messverstärker dU401 und dU403. Die drei Spannungen können nun derart mit Gewichtungsfaktoren Fxyz (F401, F402, F403) beaufschlagt werden, dass die Summengröße ΔS mit ΔS = F401·dU401 + F402·dU402 + F403·dU403 sich bei Veränderung der Größe des Luftspalts nicht, oder nicht merklich verändert. Dies gelingt insbesondere, wenn die Gewichtsfaktoren unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es z. B., wenn F402 einerseits und F401 und F403 andererseits unterschiedliches Vorzeichen aufweisen.Also reduces the to the electrodes ( 401 ) and ( 403 ) corresponding output voltage at the measuring amplifier dU 401 and dU 403 . The three voltages can now be so loaded with weighting factors F xyz (F 401 , F 402 , F 403 ) that the sum size .DELTA.S with ΔS = F 401 ·you 401 + F 402 ·you 402 + F 403 ·you 403 does not change or changes noticeably when the size of the air gap changes. This succeeds in particular if the weighting factors have different signs. It is particularly advantageous z. For example, if F 402 on the one hand and F 401 and F 403 on the other hand have different signs.

Bei gegebener Elektrodengeometrie sind die drei vorzeichenbehafteten Wichtungsfaktoren F401, F402 und F403 im Prinzip frei wählbar. Sieht man von einer Absolutskalierung aller drei Faktoren ab, so verbleiben somit zwei Freiheitsgrade bei der Auswahl von F401, F402 und F403. Diese Freiheitsgrade können so genutzt werden, dass bis zu zwei Stör-Effekte kompensiert werden. Beispielsweise können die Faktoren zunächst so gewählt werden, dass, wie oben beschrieben, die Abhängigkeit des Summensignals S von der Größe des Luftspalts zwischen den Elektroden und der Oberfläche eines zu vermessenden Mediums minimiert wird. Es verbleibt jedoch weiterhin ein Freiheitsgrad bei der Wahl der Wichtungsfaktoren. Dieser kann dazu genutzt werden, beispielsweise den Einfluss einer Veränderung der Dielektrizitätskonstante des flächigen Wandmaterials (103) auf das Summensignal S zu unterdrücken.For a given electrode geometry, the three signed weighting factors F 401 , F 402 and F 403 are in principle freely selectable. Apart from an absolute scaling of all three factors, two degrees of freedom therefore remain in the selection of F 401 , F 402 and F 403 . These degrees of freedom can be used to compensate for up to two noise effects. For example, the factors may initially be chosen such that, as described above, the dependence of the sum signal S on the size of the air gap between the electrodes and the surface of a medium to be measured is minimized. However, one degree of freedom remains in the choice of weighting factors. This can be used to, for example, the influence of a change in the dielectric constant of the sheet wall material ( 103 ) to suppress the sum signal S.

Ein derart generiertes Summensignal ΔS ist hervorragend als Indikator für die Anwesenheit von Holz (104) in größerer Tiefe hinter der Wandoberfläche (103) geeignet: Es weist nur eine geringe Abhängigkeit von der Größe des Luftspalts zwischen Elektroden und Oberfläche auf und reagiert nur wenig auf eine Veränderung der Dielektrizitätskonstanten des flächigen Wandmaterials. Das Summensignal reagiert somit selektiver auf die Anwesenheit von Objekten in größerer Tiefe, d. h. hinter dem Oberflächenmaterial (103), als es beispielsweise die isolierte Betrachtung des Signals der äußeren Erregerelektrode (401) ergeben würde.A sum signal ΔS thus generated is excellent as an indicator of the presence of wood ( 104 ) at a greater depth behind the wall surface ( 103 ): it has only a small dependence on the size of the air gap between the electrodes and the surface and reacts only slightly to a change in the dielectric constant of the sheet-like wall material. The sum signal thus reacts more selectively to the presence of objects at greater depth, ie behind the surface material ( 103 ), as, for example, the isolated observation of the signal of the external excitation electrode ( 401 ).

Bisher wurde die Bewertung der einzelnen Elektrodensignale innerhalb eines sequentiellen Verfahrens beschrieben, bei dem nacheinander bei mehreren Erregerelektroden jeweils einzelne Spannungspegel eingekoppelt wurden und an einer gemeinsamen Empfängerelektrode ein Messsignal abgegriffen wurde. Es ist naturgemäß ebenso möglich, Empfängerseite und Erregerseite zu vertauschen und z. B. die bisherige Empfängerelektrode (404) zur Erregerelektrode umzufunktionieren und mit einem Wechselspannungssignal zu beaufschlagen. Messgrößen wären dann die sich durch die kapazitive Verkopplung an den bisherigen Erregerelektroden (401), (402) und (403) ergebenden Spannungen. Nachteil von der Umkehr von Sende und Empfangsseite wäre dabei ggf. die Notwendigkeit einer Mehrzahl von Messverstärkern.So far, the evaluation of the individual electrode signals within a sequential method has been described in which in each case individual voltage levels were coupled in succession at several excitation electrodes and at a common receiver electrode, a measurement signal was tapped. It is naturally also possible to exchange receiver side and exciter side and z. B. the previous receiver electrode ( 404 ) Umzufunktionieren to the excitation electrode and to apply an AC signal. Measured variables would then be the capacitive coupling to the previous exciter electrodes ( 401 ) 402 ) and ( 403 ) resulting voltages. Disadvantage of the reversal of the transmitting and receiving side would be the necessity of a plurality of measuring amplifiers.

Da die Umkehr des Signalpfades auf die Vorteile der Erfindung keinen Einfluss hat, soll im Folgenden, wenn Bezug auf Empfänger und Erreger-Elektroden genommen wird, die Umkehrung des Signalpfades, als implizit mit beschrieben aufgefasst werden.Since the reversal of the signal path has no influence on the advantages of the invention, in the following, when reference to receiver and Erre ger electrodes, the reversal of the signal path, as implicitly described with described.

Die Existenz von verschiedenen kapazitiven Verkopplungspfaden im erfindungsgemäßen Sensor, insbesondere solchen Verkopplungspfaden mit jeweils unterschiedlicher Tiefencharakteristik, ist in Kombination mit der Zusammenführung der jeweiligen Einzelsignale dieser Verkopplungspfade zu einem Gesamtsignal ΔS daher von großem Vorteil. Diese Zusammenführung kann wie oben skizziert durch sequenzielle Messung und digitale, rechnerische Verknüpfung erfolgen. Besonders vorteilhaft ist dabei eine lineare Verknüpfung der sich sequentiell ergebenden Einzelmesswerte. (Eine exaktere Kompensation wird im Allgemeinen nur eine nichtlineare rechnerische Verknüpfung der Einzelmesswerte ergeben, in der Praxis lassen sich jedoch auch mit weniger aufwändigen linearen Approximationen gute Resultate erzielen.)The Existence of different capacitive coupling paths in the invention Sensor, in particular such coupling paths, each with different Depth characteristic, is in combination with the merge the respective individual signals of these coupling paths to a total signal .DELTA.S therefore a great advantage. This merge as outlined above by sequential measurement and digital, arithmetic operation. Especially advantageous is a linear combination of sequentially resulting Individual readings. (A more exact compensation generally becomes only a non-linear computational combination of the individual measured values However, in practice, can also be with less complex linear approximations produce good results.)

Bei einer solchen linearen Verknüpfung der Messgrößen der jeweiligen Einzelelektroden ist es ggf. vorteilhaft, die sequenzielle Messung, Speicherung und anschließend rechnerische Zusammenfassung durch eine zeitgleich erfolgende Messung und Verknüpfung zu realisieren. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die rechnerische Summation der oben eingeführten Gleichung ΔS = F401·dU401 + F402·dU402 + F403·dU403 durch eine analoge Spannungssummation realisiert wird. 6 zeigt eine Modifikation von 5, in der dies erfindungsgemäß realisiert ist.In such a linear combination of the measured variables of the respective individual electrodes, it may be advantageous to realize the sequential measurement, storage and then computational summary by a simultaneous measurement and linkage. This can be realized by the computational summation of the equation introduced above ΔS = F 401 ·you 401 + F 402 ·you 402 + F 403 ·you 403 is realized by an analog voltage summation. 6 shows a modification of 5 in which this is realized according to the invention.

Zu diesem Zweck werden die drei Erregersignale (503) IN1, IN2 und IN3 gemäß 5 bei der Ausführungsform gemäß 6 durch ein einzelnes, beispielsweise digitales Erregersignal (703) mit der Frequenz f ersetzt.For this purpose, the three excitation signals ( 503 ) IN 1 , IN 2 and IN 3 according to 5 in the embodiment according to 6 by a single, for example digital excitation signal ( 703 ) with the frequency f replaced.

In der Schaltung wird ein zu diesem Erregersignal um 180° phasenverschobenes synchrones zweites Erregersignal (704) erzeugt. Das Netzwerk (710) entspricht analog zum Netzwerk (506) dem erfindungsgemäßen Elektrodensystem (401, 402, 403, 404, 405) aus 4.In the circuit, a synchronous second exciter signal which is phase-shifted by 180.degree. 704 ) generated. The network ( 710 ) corresponds to the network ( 506 ) the electrode system according to the invention ( 401 . 402 . 403 . 404 . 405 ) out 4 ,

Die Amplitude der an den Elektroden (401) bis (403) wirksamen Spannung kann durch geeignete Wahl von kapazitiven oder resistiven Spannungsteilern (708, 707) vorgewählt werden. Die an der Empfängerelektrode (404) abgegriffene Spannung wird bei Ansteuerung von mehr als einer Erreger-Elektrode durch die Summe der einzelnen überkoppelnden Spannungen gebildet. Dies entspricht der Summenbildung der drei Einzelterme in der oben stehenden Gleichung.The amplitude of the electrodes ( 401 ) to ( 403 ) can be achieved by suitable choice of capacitive or resistive voltage dividers ( 708 . 707 ). The at the receiver electrode ( 404 ) tapped voltage is formed when driving more than one exciter electrode by the sum of the individual over-coupling voltages. This corresponds to the summation of the three individual terms in the above equation.

Die Ansteuerung der verschiedenen Erreger-Elektroden mit Spannungen unterschiedlich hohen Betrags kommt dann einer Wichtung mit einem frei wählbaren Wichtungsfaktor gleich, analog zu den Faktoren F401, F402 und F403 aus der oben stehenden Gleichung. Eine Subtraktion von Elektrodensignalen kann dadurch realisiert werden, dass einzelne Erregerelektroden mit Signalen gleicher Frequenz aber um 180° verschobener Phasenlage (704) angesteuert werden.The control of the different excitation electrodes with voltages of different magnitude is then equal to a weighting with a freely selectable weighting factor, analogous to the factors F 401 , F 402 and F 403 from the above equation. A subtraction of electrode signals can be realized in that individual excitation electrodes with signals of the same frequency but shifted by 180 ° phase position ( 704 ).

Der Vorteil bei Ansteuerung der einzelnen Erreger-Elektroden mit Spannungen jeweils unterschiedlicher Amplitude und Phase besteht darin, dass nur ein einzelner Messverstärker (701) erforderlich ist, und am Ausgangssignal des Messverstärkers (701) unmittelbar das summierte Messsignal ΔS verfügbar ist.The advantage of controlling the individual excitation electrodes with voltages of different amplitude and phase in each case is that only a single measuring amplifier ( 701 ) and the output signal of the measuring amplifier ( 701 ) immediately the summed measurement signal ΔS is available.

Zum Zweck einer internen Kalibrierung kann es hilfreich sein, den Verstärkungsfaktor und eine ggf. auftretende Phasenverschiebung des Messverstärkers (701) bestimmen zu können. Zu diesem Zweck ist es möglich, zusätzlich zum Haupt-Erregersignal (703) ein weiteres unabhängiges Erregersignal (713) über ein Referenzpfad-Netzwerk (712) auf den Eingang des Messverstärkers aufzuschalten. Die kapazitive Kopplung vom Referenzsignal (713) auf den Eingang des Messverstärkers erfolgt in diesem Fall nicht über Elektroden, sondern über übliche passive Bauelemente (712).For the purpose of an internal calibration, it may be helpful to determine the amplification factor and any phase shift of the measurement amplifier ( 701 ) to determine. For this purpose it is possible, in addition to the main excitation signal ( 703 ) another independent exciter signal ( 713 ) via a reference path network ( 712 ) connect to the input of the measuring amplifier. The capacitive coupling of the reference signal ( 713 ) on the input of the measuring amplifier takes place in this case not via electrodes, but via conventional passive components ( 712 ).

Bei der Fertigung des kapazitiven Detektors im Werk wird die kapazitive Kopplung vom Referenz-Signal (713) auf den Eingang des Messverstärkers (701) über den Referenzpfad vermessen und der Messwert in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Während dieser Messung wird das Erregersignal (703) abgeschaltet.When manufacturing the capacitive detector at the factory, the capacitive coupling of the reference signal ( 713 ) to the input of the measuring amplifier ( 701 ) are measured via the reference path and the measured value stored in a non-volatile memory. During this measurement, the exciter signal ( 703 ) shut off.

Unmittelbar vor der Nutzung des kapazitiven Sensors wird diese Messung erneut wiederholt. Über einen Vergleich der originalen Messung bei Fertigung des Sensors im Werk mit der kurz vor dem Messbetrieb wiederholten Vermessung des Referenzsignals ist es möglich, Drift und Alterung des Messverstärkers zuverlässig zu erkennen und ggf. die Ausgangssignale des Messverstärkers rechnerisch zu kompensieren. Dies ist insbesondere deswegen interessant, weil dann innerhalb des Messverstärkers driftanfälligere und kostengünstigere Schaltkreise verwendet werden können, ohne die Messleistung des kapazitiven Sensors negativ zu beeinträchtigen.immediate before the use of the capacitive sensor, this measurement is again repeated. About a comparison of the original measurement when manufacturing the sensor in the factory with the shortly before the measuring operation repeated measurement of the reference signal it is possible Drift and aging of the amplifier reliable to recognize and possibly the output signals of the measuring amplifier computationally compensate. This is especially interesting because then within the measuring amplifier drift-prone and less expensive circuits can be used, without negatively affecting the measuring performance of the capacitive sensor.

Weiterhin zeigt 6 auch ein weiteres Anpassnetzwerk (711), welches mittels eines Koppelkondensators C_COMP, welcher beispielsweise als gewöhnliches passives Bauteil realisiert werden kann, ebenfalls ein Signal auf den Eingang des Messverstärkers einkoppelt. Amplitude und Phase dieses Kompensationssignals sind so bemessen, dass sich unter Berücksichtigung der über die Elektrodenflächen einkoppelnden Signale beim Einsatz des kapazitiven Sensors ein möglichst kleines Spannungssignal am Eingang des Messverstärkers ausbildet. Dieses Kompensationsnetzwerk ist gewissermaßen zur Kompensation des Offsets des Sensors vorgesehen und dient dazu, Übersteuerungen im Messverstärker (701) zu vermeiden.Further shows 6 also another matching network ( 711 ), which also couples a signal to the input of the measuring amplifier by means of a coupling capacitor C_COMP, which can be realized, for example, as a normal passive component. Amplitude and phase This compensation signal is dimensioned so that, taking into account the signals coupling in via the electrode surfaces, the smallest possible voltage signal is formed at the input of the measuring amplifier when the capacitive sensor is used. This compensation network is to a certain extent provided for compensating the offset of the sensor and serves to prevent overmodulation in the measuring amplifier (FIG. 701 ) to avoid.

Die 1, 2 und 4 zeigen mögliche Anordnungen der Elektroden in einer schematischen Schnittdarstellung. 7 zeigt demgegenüber, ein konkretisiertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodengeometrie in einer Aufsicht. Die Empfängerelektrode (601) entspricht dabei der Elektrode (404) gemäß der Darstellung der 4. Die Erregerelektroden (602), (603), (604) sind hier halbkreisförmig in unterschiedlichem Abstand zur Empfängerelektrode (601) derart angeordnet, dass sie jeweils einen unterschiedlichen lateralen Abstand zur Empfängerdiode besitzen. Die Elektroden (602) bis (604) bestehen dabei jeweils aus einem paarweise rechts und links von einer Symmetrieachse (606) angeordneten Elektrodenpaar, welches elektrisch über Leitungen verbunden ist. Die Sender- oder Erregerelektroden (602), (603), (604) bilden damit ein zur Achse (606) spiegelsymmetrisches System.The 1 . 2 and 4 show possible arrangements of the electrodes in a schematic sectional view. 7 shows in contrast, a more concrete embodiment of an inventive electrode geometry in a plan view. The receiver electrode ( 601 ) corresponds to the electrode ( 404 ) according to the illustration of 4 , The exciter electrodes ( 602 ) 603 ) 604 ) are here semicircular at different distances to the receiver electrode ( 601 ) are arranged such that they each have a different lateral distance to the receiver diode. The electrodes ( 602 ) to ( 604 ) consist in each case of a pairwise right and left of an axis of symmetry ( 606 ) arranged electrode pair, which is electrically connected via lines. The transmitter or exciter electrodes ( 602 ) 603 ) 604 ) thus form an axis ( 606 ) mirror symmetric system.

In vorteilhafter Weise ist die Elektrodengeometrie des erfindungsgemäßen Sensors spiegelsymmetrisch zu einer Mittenachse (606) ausgebildet. Dies ermöglicht, eine achssymmetrische Empfangscharakteristik. Die achssymmetrische Anordnung gemäß 7 weist den Vorteil auf, dass die sich ergebende Richtcharakteristik des Sensors symmetrisch zur Achse ist. Vorteilhafterweise wirken sich dann Verkippungen des Sensors um die Symmetrieachse (606) weniger auf die Anzeigesignale aus, als wenn ein asymmetrisches System genutzt würde.Advantageously, the electrode geometry of the sensor according to the invention is mirror-symmetrical to a center axis ( 606 ) educated. This allows an axisymmetric reception characteristic. The axisymmetric arrangement according to 7 has the advantage that the resulting directional characteristic of the sensor is symmetrical to the axis. Advantageously, then tilting of the sensor around the axis of symmetry ( 606 ) less on the display signals than if an asymmetric system were used.

Im Ausführungsbeispiel der 7 sind das Sendeelektroden-System (602, 603, 604, 605) und Empfangselektorden-System (601) flächig ausgebildet und liegen in einer Ebene (607). Die Ebene wird dabei gebildet durch eine Oberfläche einer Leiterplatte.In the embodiment of 7 are the transmitting electrode system ( 602 . 603 . 604 . 605 ) and receiving selector system ( 601 ) are flat and lie in one plane ( 607 ). The plane is formed by a surface of a printed circuit board.

In Ergänzung zur Ausführungsform gemäß 4 zeigt 7 eine vierte Erregerelektrode (605), welche mit dem Ziel genutzt werden kann, bewusst Objekte in noch größerem Abstand, beispielsweise bei einer Tiefe von ca. 10 cm auszublenden. Zu diesem Zweck ist diese Elektrode beispielsweise ca. 7–15 cm von der Empfängerelektrode (601) entfernt und wird zweckmäßiger Weise mit der gleichen Phasenlage betrieben, mit der die mittlere Elektrode (402) aus 4 angesteuert wird.In addition to the embodiment according to 4 shows 7 a fourth exciter electrode ( 605 ), which can be used with the goal to deliberately hide objects at a greater distance, for example, at a depth of about 10 cm. For this purpose, this electrode is for example about 7-15 cm from the receiver electrode ( 601 ) and is suitably operated with the same phase position with which the middle electrode ( 402 ) out 4 is controlled.

Auf der der Seite (607) des Detektionsbereichs und damit der zu untersuchenden Wand abgewandten Seite der Elektroden, d. h. beispielsweise auf der Unterseite einer entsprechenden Platine, befindet sich eine, in 7 nicht eingezeichnete, flächige Abschirmlage, welche bezüglich der Elektroden des kapazitiven Sensors auf Massepotential liegt und analog zu Elektrode (405) zu betrachten ist. Auf diese Elektrode kann gegebenenfalls auch verzichtet werden, mit dem Nachteil, dass dann die Empfindlichkeit des kapazitiven Sensors sich nicht auf den Bereich unterhalb des Sensors beschränkt.On the side ( 607 ) of the detection area and thus the side of the electrodes facing away from the wall to be examined, ie, for example, on the underside of a corresponding board, there is a, in 7 not shown, planar shielding layer, which is at ground potential with respect to the electrodes of the capacitive sensor and analogous to electrode ( 405 ) is to be considered. Optionally, this electrode may also be dispensed with, with the disadvantage that then the sensitivity of the capacitive sensor is not limited to the area below the sensor.

Zweckmäßiger Weise wird die flächige Elektrodengeometrie zusammen mit der nicht gezeigten Abschirmfläche auf zwei unterschiedlichen Lagen einer konventionellen Leiterplatte angeordnet. Im unteren Teil der Leiterplatte aus 7 könnten beispielsweise die Bauelemente einer Ansteuer- und Auswerteschaltung untergebracht werden.Appropriately, the planar electrode geometry is arranged together with the shielding surface, not shown, on two different layers of a conventional circuit board. In the lower part of the circuit board off 7 For example, the components of a control and evaluation circuit could be accommodated.

Weiterhin ist denkbar, im Inneren des von den Elektroden gebildeten Halbkreises nach 7 noch eine zusätzliche, passive Elektrode (608) vorzusehen, mit der beispielsweise nach extern eingekoppelten Wechselspannungspotentialen, z. B. 50 Hz oder 60 Hz, gesucht werden kann. So kann der Balkensucher als Zusatzfunktion auch spannungsführende Netzleitungen hinter der Wand erkennen.It is also conceivable inside the semicircle formed by the electrodes 7 one more passive electrode ( 608 ) Provide, for example, with the externally coupled AC voltage potentials, eg. B. 50 Hz or 60 Hz, can be searched. Thus, the beam finder can also detect live power cables behind the wall as an additional function.

Es kann bezüglich der Funktion des kapazitiven Sensors hilfreich sein, diese ggf. hinzugefügten Zusatzelektroden auf Massepotential zu legen. Beispielsweise ist dies dadurch möglich, dass die Messung der kapazitiven Verkopplungen des erfindungsgemäßen Sensors bei einer Messfrequenz f erfolgt, und die Zusatzelektroden oder auch die Abschirmelektroden für diese Frequenz f auf Massepotential gelegt werden. Dies kann dadurch realisiert werden, dass ein passiver LC-Serienschwingkreis mit Resonanzfrequenz f verwendet wird, um Massepotential und Zusatzelektrode elektrisch zu verbinden. Bezüglich der Messfrequenz f ergibt sich somit eine niederimpedante Verbindung der Zusatzelektrode zur Masse, während sich bei der Wechselspannungs-Suchfrequenz (z. B. 50 oder 60 Hz) weiterhin eine hochohmige Verbindung ergibt. Alternativ zu schmalbandigen LC-Filtern können auch einfachere RC-Filter zum Einsatz kommen, mit dem Nachteil, dass diese Filter auch die bei Wechselspannungs-Suchfrequenzen auf der Zusatzelektrode eingekoppelten Signale in gewissem Maße dämpfen werden.It can help with the function of the capacitive sensor be, this possibly added additional electrodes at ground potential to lay. For example, this is possible because of the measurement of the capacitive couplings of the invention Sensor takes place at a measurement frequency f, and the additional electrodes or also the shielding electrodes for this frequency f Ground potential are placed. This can be realized by that a passive LC series resonant circuit with resonant frequency f used is to electrically connect ground potential and auxiliary electrode. With respect to the measuring frequency f, this results in a niederimpedante Connection of additional electrode to earth while at the AC search frequency (eg, 50 or 60 Hz) a high-resistance connection results. Alternative to narrowband LC filters can also use simpler RC filters come with the disadvantage that these filters are also at AC voltage search frequencies on the additional electrode coupled signals to some extent be dampened.

In vorteilhafter Weise lässt sich auch eine Kombination des kapazitiven Sensors mit einem nahebei angeordneten Metalldetektor realisieren.In Advantageously, can also be a combination of capacitive sensor with a nearby metal detector realize.

Soll der kapazitive Sensor mit einem induktiven Sensor kombiniert werden, so ist es vorteilhaft, die Elektrodenstrukturen nicht flächig, sondern vielmehr aus vielen getrennten und möglichst dünnen Einzelleitern auszubilden, beispielsweise durch kammartige oder mäanderartige Strukturen, die im mathematischen Sinn eine einfach zusammenhängende Fläche ausbilden. Auf diese Weise kann das Ausbilden größerer Stromschleifen innerhalb der kapazitiven Elektroden effektiv unterbunden werden, und somit vermieden werden, dass die Empfindlichkeit eines in der Nähe des kapazitiven Sensors befindlichen induktiven Sensors beeinträchtigt wird. Der Ersatz der zusammenhängenden Flächen durch Mäanderstrukturen beeinträchtigt dabei die Funktion des kapazitiven Sensors in keiner Weise.If the capacitive sensor is to be combined with an inductive sensor, then it is advantageous for the electrode structures not to be planar, but much form more of many separate and as thin as possible individual conductors, for example by comb-like or meander-like structures that form a simply coherent surface in the mathematical sense. In this way, the formation of larger current loops within the capacitive electrodes can be effectively inhibited, thus avoiding that the sensitivity of an inductive sensor located in the vicinity of the capacitive sensor is impaired. The replacement of the contiguous surfaces by meander structures does not adversely affect the function of the capacitive sensor in any way.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Verwendung einer Mehrzahl von Elektroden, die sich dadurch auszeichnen, dass ihr Relativabstand so bemessen ist, dass ihre kapazititive Verkopplung jeweils eines einzelnen Koppelpfades, welcher durch ein Elektrodenpaar gebildet wird, eine unterschiedliche Abhängigkeit von der Distanz eines zu detektierenden Objekts zum Sensor aufweist. Wesentlich ist weiterhin, dass in einem zweiten Schritt die kapazitiven Verkopplungen der Elektroden derart zu einem Gesamtsignal S zusammengefasst werden, dass sich eine selektive Tiefenempfindlichkeit ausbildet.One An essential feature of the invention is the use of a plurality of electrodes, which are characterized by their relative distance so is measured that their capacitive coupling each of a single Coupling path, which is formed by a pair of electrodes, a different dependence on the distance of one to having detecting object to the sensor. It is still essential that in a second step, the capacitive couplings of Electrodes are combined to form a total signal S, that forms a selective depth sensitivity.

Der erfindungsgemäße Sensor mit seinen zuvor dargelegten Vorteilen ermöglicht ein zuverlässiges und preiswertes Messgerät, insbesondere einen Detektor zur Ortung dielektrischer Gegenstände und einen Balkendetektor zum Einsatz beispielsweise auf Baustellen, welcher bezüglich seiner Handhabung und Bedienung insbesondere dadurch vereinfacht werden kann, dass er nur die für den Nutzer relevante Information anzeigt (z. B. die Anwesenheit eines Holzbalkens (104)), für den Nutzer irrelevante Einflussgrößen (wie beispielsweise die Größe des Luftspaltes unter dem Sensor oder die Dielektrizitätskonstante eines Wand-Oberflächenmaterials (103)) aber ausblendet.The sensor according to the invention with its advantages set out above enables a reliable and inexpensive measuring device, in particular a detector for locating dielectric objects and a beam detector for use, for example, on construction sites, which can be simplified in terms of its handling and operation in particular, that he only those for the user relevant information (eg the presence of a wooden beam ( 104 )), irrelevant influencing variables for the user (such as, for example, the size of the air gap under the sensor or the dielectric constant of a wall surface material ( 103 )) but hides.

Der Sensor ist dabei kostengünstig zu fertigen, insbesondere mit geringen Anforderungen an die Drift und Stabilität der verwendeten Messverstärker. Darüber hinaus ist es in vorteilhafter Weise möglich, den erfindungsgemäßen Sensor in oder an einer Werkzeugmaschine zu integrieren, um ein gefahrloses und sicheres Arbeiten mit einer solchen Maschine zu ermöglichen. So kann der Sensor beispielsweise in einem Bohr- oder Meißelwerkzeug integriert werden oder als ein mit einem solchen Werkzeug verbindbares Modul ausgebildet sein. Als ein möglicher Einbauort für den erfindungsgemäßen Sensor bietet sich in vorteilhafter Weise auch eine Absaugevorrichtung für Staub an, die mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, oder mit dieser verbindbar ist, und funktionsbedingt in der Nähe einer zu bearbeitenden Wand zum Einsatz kommt.Of the Sensor is inexpensive to manufacture, in particular with low drift and stability requirements the measuring amplifier used. Furthermore it is possible in an advantageous manner, the inventive Integrate sensor in or on a machine tool to a Safe and safe working with such a machine too enable. For example, the sensor can be used in one Drill or chisel tool can be integrated or as a be formed with such a tool connectable module. As a possible installation for the inventive Sensor is also advantageously a suction device for dust, which is connected to the machine tool, or connectable to it, and functionally nearby a wall to be processed is used.

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Claims (19)

Sensor zur Ortung dielektrischer Objekte (104), insbesondere ein Balkendetektor zur Suche dielektrischer Objekte (104) hinter der Oberfläche (103) von Bauwerkstoffen, mit einer Mehrzahl von Elektroden (401, 402, 403, 404; 601, 602, 603, 604), die ein Sendeelektroden-System (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) und ein Empfangselektroden-System (404, 601) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativabstand der Elektroden (401, 402, 403, 404; 601, 602, 603, 604, 605), in Richtung orthogonal zur Messrichtung des Sensors so bemessen ist, dass die kapazitive Verkopplung der Koppelpfade zwischen Sendeelektroden-System und Empfangselektorden-System unterschiedliche Abhängigkeiten von der Distanz eines zu detektierenden Objekts (104) zum Sensor aufweist.Sensor for locating dielectric objects ( 104 ), in particular a bar detector for searching dielectric objects ( 104 ) behind the surface ( 103 ) of building materials, with a plurality of electrodes ( 401 . 402 . 403 . 404 ; 601 . 602 . 603 . 604 ), which is a transmitting electrode system ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ) and a receiving electrode system ( 404 . 601 ), characterized in that the relative distance of the electrodes ( 401 . 402 . 403 . 404 ; 601 . 602 . 603 . 604 . 605 ) is dimensioned in the direction orthogonal to the measuring direction of the sensor such that the capacitive coupling of the coupling paths between the transmitting electrode system and the receiving selector system has different dependencies on the distance of an object to be detected ( 104 ) to the sensor. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Sendeelektroden (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) sowie eine Empfangselektrode (404; 601) vorhanden sind.Sensor according to claim 1, characterized in that a plurality of transmitting electrodes ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ) as well as a receiving electrode ( 404 ; 601 ) available. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Sendeelektroden (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605), insbesondere der laterale Abstand, zu der Empfangselektrode (404, 601) unterschiedlich groß ausgestaltet ist.Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the spacing of the transmitting electrodes ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ), in particular the lateral distance, to the receiving electrode ( 404 . 601 ) is configured differently large. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, dass die jeweilige laterale Ausdehnung der Sendeelektroden (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) unterschiedlich groß ist.Sensor according to one of the preceding claims, characterized. in that the respective lateral extent of the transmitting electrodes ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ) is different in size. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Ausdehnung der Sendeelektroden (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) eine Funktion des Abstands der jeweiligen Sendeelektrode (401, 402, 403; 602, 603, 604) zu der Empfangselektrode (404, 601) zunimmt.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the lateral extent of the transmitting electrodes ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ) a function of the distance of the respective transmitting electrode ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 ) to the receiving electrode ( 404 . 601 ) increases. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Ausdehnung zumindest einer Sendelektrode (401, 402, 403; 602, 603, 604) und/oder ihr Abstand zur Empfangselektrode (404, 601), im wesentlichen gleich dem minimalen Abstand zwischen den Elektroden und der Oberfläche des zu vermessenden Mediums ist.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the lateral extent of at least one transmitting electrode ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 ) and / or their distance to the receiving electrode ( 404 . 601 ), is substantially equal to the minimum distance between the electrodes and the surface of the medium to be measured. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sendeelektrode (602, 603, 604) aus einem Paar von Elektrodenelementen (602a, 602b; 603a, 603b; 604a, 604b) gebildet ist.Sensor according to one of the preceding claims, in particular according to claim 2, characterized in that at least one transmitting electrode ( 602 . 603 . 604 ) from a pair of electrode elements ( 602a . 602b ; 603a . 603b ; 604a . 604b ) is formed. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Elektrodenelementen (602a, 602b; 603a, 603b; 604a, 604b) der Sendeelektrode symmetrisch, insbesondere symmetrisch zur Empfangselektrode (601) angeordnet sind.Sensor according to claim 9, characterized in that the two electrode elements ( 602a . 602b ; 603a . 603b ; 604a . 604b ) of the transmitting electrode symmetrical, in particular symmetrical to the receiving electrode ( 601 ) are arranged. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Empfangselektrodensystem (404, 601) und dem Sendeelektrodensystem (401, 402, 403; 602, 603, 604) zumindest eine Abschirmelektrode (405) vorhanden ist.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the receiving electrode system ( 404 . 601 ) and the transmitting electrode system ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 ) at least one shielding electrode ( 405 ) is available. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendeelektroden-System (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) und Empfangselektorden-System (404, 601) flächig ausgebildet sind.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting electrode system ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ) and receiving selector system ( 404 . 601 ) are formed flat. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendeelektroden-System und Empfangselektorden-System in einer Ebene, insbesondere in einer Ebene einer Leiterplatte (607) angeordnet sind.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting electrode system and receiving selector system in a plane, in particular in a plane of a printed circuit board ( 607 ) are arranged. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Abschirmelektrode (405) in einer zweiten Ebene der Leiterplatte (607) angeordnet ist.Sensor according to one of the preceding claims 9 to 11, characterized in that the at least one shielding electrode ( 405 ) in a second plane of the printed circuit board ( 607 ) is arranged. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Empfangselektrodensystem und dem Sendeelektrodensystem ein weiterer Sensor (608), insbesondere ein induktiver Metallsensor vorgesehen ist.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the receiving electrode system and the transmitting electrode system, a further sensor ( 608 ), in particular an inductive metal sensor is provided. Werkzeugmaschine mit einem Sensor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13.Machine tool with a sensor after at least one of claims 1 to 13. Verfahren zum Betreiben eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Verkopplungspfade zwischen den Elektroden des Sendeelektroden-Systems (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) und des Empfangselektrodensystem (404, 601) sequentiell jeweils mit einem Ansteuersignal INn beaufschlagt werden.Method for operating a sensor according to one of Claims 1 to 13, characterized in that individual coupling paths between the electrodes of the transmitting electrode system ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ) and the receiving electrode system ( 404 . 601 ) are applied sequentially each with a drive signal IN n . Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die sich aus den Ansteuersignalen INn ergebenden Ausgangssignale Uxyz mit Gewichtungsfaktoren Fxyz, insbesondere konstanten Gewichtungsfaktoren, versehen werden und durch Addition oder Subtraktion zu einem Gesamtsignal zusammengefasst werden.Method according to Claim 15, characterized in that the output signals U xyz resulting from the drive signals IN n are provided with weighting factors F xyz , in particular constant weighting factors, and are combined by addition or subtraction to form an overall signal. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Gewichtungsfaktoren Fxyz, unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.A method according to claim 16, characterized in that at least two weighting factors F xyz , have different signs. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine lineare Gewichtung der Ausgangssignale Uxyz vorgenommen wird.A method according to claim 16 or 17, characterized in that a linear weighting the output signals U xyz is made. Verfahren zum Betreiben eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Verkopplungspfade zwischen den Elektroden des Sendeelektrodensystem (401, 402, 403; 602, 603, 604, 605) und Empfangselektrodensystem (404, 601) gleichzeitig, jedoch mit Ansteuersignalen INn unterschiedlicher Amplitude und Phase beaufschlagt werden.Method for operating a sensor according to one of Claims 1 to 13, characterized in that individual coupling paths between the electrodes of the transmitting electrode system ( 401 . 402 . 403 ; 602 . 603 . 604 . 605 ) and receiving electrode system ( 404 . 601 ) at the same time, but with control signals IN n different amplitude and phase are applied.
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