DE102007060403A1 - Capacitive sensor for material e.g. soap, dispenser, in e.g. hospital, has sensor electronics that operate together with sensor electrode including three dimensional surface element made of electrically conductive material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Materialspender gemäß Anspruch 13, ein Verfahren zum Betreiben eines Materialspenders gemäß Anspruch 21, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens zum Betreiben eines Materialspenders gemäß Anspruch 24.The The invention relates to a capacitive sensor according to the The preamble of claim 1, a material dispenser according to claim 13, a method of operating a material dispenser according to claim 21, and a computer program for carrying out the method for operating a material dispenser according to the claim 24th
Gattungsgemäße kapazitive Sensoren, im folgenden auch als Sensorsysteme bezeichnet, finden Verwendung in Spendervorrichtungen, wie Papierhandtuchspender, Seifenspender, Desinfektionsmittelspender, etc., wie sie im öffentlichen Bereich wie Gastronomie, Raststätten öffentlichen Toilettenanlagen, sonstige Öffentliche Bereiche, jedoch auch in Krankenhäusern und Kliniken, sowie in der Lebensmittelindustrie usw. eingesetzt werden können.generic capacitive sensors, also referred to as sensor systems in the following, find use in dispensing devices, such as paper towel dispensers, Soap dispensers, disinfectant dispensers, etc., as they are in public Area such as restaurants, rest houses public Toilets, other public areas, however also in hospitals and clinics, as well as in the food industry etc. can be used.
Die kapazitive Sensortechnik eignet sich ebenfalls für kleinere Papierrollen und Seifenspendersysteme wo sie somit auch im Privaten oder Büro Bereich einsetzbar sind.The Capacitive sensor technology is also suitable for smaller Paper rolls and soap dispenser systems where they are also in private or office area can be used.
Der erfindungsgemäße Sensor ist jedoch grundsätzlich für alle Anwendungen zur berührungslosen Detektion geeignet.Of the However, the sensor according to the invention is basically for all applications for contactless detection suitable.
Kapazitive Sensorsysteme wirken durch eine oder mehrere Wände, vorzugsweise aus Kunststoff hindurch nach außen, ohne dass spezielle Fenster in den betreffenden Wänden vorhanden sein müssen. Im Vergleich zu optischen Systemen werden sie dadurch nicht durch externe Einflüsse, wie Staub, Aerosol, Zigarettenrauch oder auch Aufkleben von Stickern, Kaugummi oder dergleichen beeinträchtigt.capacitive Sensor systems act through one or more walls, preferably made of plastic to the outside, without that special Windows must be present in the respective walls. in the Compared to optical systems they are not characterized by external Influences, such as dust, aerosol, cigarette smoke or even Sticking stickers, chewing gum or the like impaired.
Bei
herkömmlichen kapazitive Sensorsysteme bestehen meist wie
bei
Die
Bei
den bekannten kapazitiven Sensoren ist die Sensorfläche
meist auf einen kleinen Bereich an einem Spendersystem begrenzt.
Die nutzbaren Schaltabstände sind auch recht gering, beispielsweise
in der Ausführung gemäß der
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kapazitiven Sensor zu schaffen, der hinsichtlich der Gestaltung und Applikation der Sensorelektrode in einem Anwendungsgerät verbessert ist und eine flexible Anwendungsmöglichkeit erschließt. Weiterhin hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Materialspender zu entwickeln, der hinsichtlich der Gestaltung und Applikation eines berührungslos wirkenden Sensors zur Auslösung eines Materialspendvorgangs verbessert ist.It is therefore the object of the present invention, a capacitive Sensor to create, in terms of design and application the sensor electrode is improved in an application device and opens up a flexible application possibility. Furthermore, the invention has the task of a material dispenser to develop, with regard to the design and application of a non-contact sensor for triggering a Materialspendvorgangs is improved.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des kapazitiven Sensors gelöst durch einen kapazitiven Sensor gemäß Anspruch 1. Erfindungsgemäß also umfasst der kapazitive Sensor eine Sensorelektrode, eine Gegenelektrode, eine mit der Sensor- und Gegenelektrode zusammenwirkende Sensorelektronik, die eine Steuerplatine mit einer Steuerschaltung umfasst, wobei die Sensorelektrode räumlich distanziert von der die Gegenelektrode und Bauelemente der Sensorelektronik enthaltenden Steuerplatine angeordnet ist und die Sensorelektrode Kontaktelemente zur elektrischen Verbindung mit der Steuer- Platine aufweist, und wobei die Sensorelektrode aus einem beliebig dreidimensional geformten Flächenelement aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist.The Task is solved with respect to the capacitive sensor by a capacitive sensor according to claim 1. According to the invention, therefore, the capacitive comprises Sensor a sensor electrode, a counter electrode, one with the sensor and counter electrode cooperating sensor electronics, which is a control board comprising a control circuit, wherein the sensor electrode spatially distanced from the the counter electrode and components of the sensor electronics containing control board is arranged and the sensor electrode Contact elements for electrical connection to the control board and wherein the sensor electrode of any three-dimensional molded surface element of electrically conductive Material is formed.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegenelektrode als Steuerplatine ausgeführt, das heißt, sie ist als Leiterplatte ausgeführt, und trägt die für das Sensorsystem erforderlichen elektronischen Bauelemente.According to one Particularly advantageous embodiment of the invention is the counter electrode executed as a control board, that is, it is designed as a circuit board, and carries the for the sensor system required electronic components.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen kapazitiven Sensors und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments and improvements of the invention capacitive sensor and other advantages are the subclaims refer to.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht also erfindungsgemäß den Einsatz von Sensorelektroden mit Flächen, die in Größe und Form an die Anwendung, sprich eine Gehäuse- oder Geräteform angepasst werden. Die Sensorelektrode muss nicht mehr plan sein, wie bei den im Stand der Technik bekannten Sensorsystemen beschrieben. Die Sensorfläche kann auch dreidimensional der Gehäuseform oder der Anwendung folgen. Die Sensorelektrode selbst kann mit einem beliebigen leitfähigen Material gebildet sein. Sie muss leitfähig und kontaktierbar sein, um sie mindestens einpolig an die zugehörige Sensorelektronik anzuschließen.Thus, the present invention allows the use of sensor electrodes with surfaces that are adapted in size and shape to the application, that is, a housing or device shape. The sensor electrode no longer needs to be planar, as described in the sensor systems known in the art. The sensor surface can also follow three-dimensionally the case shape or the application. The sensor electrode itself may be formed with any conductive material. It must be conductive and contactable in order to connect it at least one pole to the associated sensor electronics.
Dadurch können auch komplette metallisierte Gehäuse von Spendersystemen als Sensor genutzt werden.Thereby can also be complete metallized case of Dispenser systems are used as a sensor.
Ebenso kann auch der Bereich an einem Spendesystem, der der Ausgabe des Mediums dient, großflächig als Sensor ausgebildet werden.As well can also be the area on a donation system, the issue of the Medium serves, formed over a large area as a sensor become.
Der Nutzer dieser Systeme kann leichter zum Sensor geführt werden, bzw. er gelangt intuitiv in den Bereich des Sensors und erhält das gewünschte Medium/Produkt gespendet.Of the Users of these systems can be guided more easily to the sensor or he intuitively gets into the area of the sensor and receives the desired medium / product donated.
Die zugehörige Sensorelektronik beinhaltet die Funktion der Anpassung der Sensorfläche zum gewünschten Schaltabstand, bezeichnet als Sensorflächenanpassung & Temperaturkompensation.The associated sensor electronics includes the function of Adaptation of the sensor surface to the desired switching distance, referred to as sensor surface adaptation & temperature compensation.
Die Gegenelektrode ist räumlich von der Wirkelektrode getrennt und durch eine mindestens einpolige Verbindung elektrisch mit der Gegenelektrode, beziehungsweise der Steuerplatine oder der die Auswerteelektronik tragenden Leiterplatte verbunden.The Counter electrode is spatially separated from the active electrode and by an at least single-pole connection electrically with the Counter electrode, or the control board or the transmitter connected to the supporting circuit board.
Hinsichtlich des Materialspenders wird die Aufgabe gelöst durch einen Materialspender gemäß Anspruch 13, bei dem also ein kapazitiver Sensor wie oben beschrieben eingesetzt ist, und wobei die Sensorelektronik zum Erkennen einer Änderung der aus der Sensor- und der Gegenelektrode gebildeten Messkapazität, verursacht durch die Nähe der Hand eines Benutzers, eingerichtet ist, und wobei Mittel zum Spenden von Material aus einem Materialspeicher in Reaktion auf die erkannte Kapazitätsänderung vorgesehen sind.Regarding the material dispenser, the task is solved by a Material dispenser according to claim 13, in which therefore a capacitive sensor is used as described above, and wherein the sensor electronics for detecting a change the measuring capacitance formed from the sensor and the counter electrode, caused by the proximity of a user's hand, set up and means for dispensing material from a material store in response to the detected capacity change are provided.
Vorteilhafterweise weist ein erfindungsgemäßer Materialspender eine Abdeckhaube auf, wobei die Abdeckhaube ganz oder teilweise als Sensorelektrode nutzbar ist.advantageously, a material dispenser according to the invention has one Cover, wherein the cover completely or partially as a sensor electrode is usable.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Materialspender eine Dosiervorrichtung, die über eine die zu spendende Materialmenge pro Zeiteinheit festlegende Dosierspannung versorgt wird und zwischen einer Spendeposition, in der sie während einer Spendezeit Material spendet, und einer Verschlussposition umschaltbar ist, wobei die Dosiervorrichtung und die Dosierspannung mit der Steuerschaltung des Sensors zusammenwirken, und wobei die Spendezeit von der Steuerschaltung des Sensors in Abhängigkeit von der Dosierspannung gemäß einem in der Steuerschaltung des Sensors hinerlegten Algorithmus automatisch einstellbar ist, so dass die Menge an gespendetem Material unabhängig von einer Änderung der Dosierspannung einen vorgebbaren Wert beibehält.According to one another very advantageous embodiment comprises the Material dispenser a metering device, which has a the amount of material to be dispensed per unit time dosing voltage is supplied and between a donation position in which they during donating material, and a closing position is switchable, wherein the metering device and the metering interact with the control circuit of the sensor, and wherein the Dispensing time of the control circuit of the sensor in dependence from the metering voltage according to one in the control circuit the algorithm set by the sensor is automatically adjustable, so that the amount of donated material is independent of a change in the dosing voltage a predetermined value maintains.
Beispielsweise kann die Dosiereinrichtung eines erfindungsgemäßen Materialspenders eine durch einen Motor angetriebene Papierrolle, oder eine durch einen Motor angetriebene Pumpe sein. Die Motoren in solchen Materialspendern werden dabei durch Batterien angetrieben. Die Drehzahl des Motors und damit die Menge des pro Zeiteinheit gespendeten Papiers oder der pro Zeiteinheit gespendeten Flüssigkeit hängt dann von der Drehzahl des Motors und somit von dem Ladezustand der Batterie ab, wenn, wie allgemein üblich, nach Erkennen der Annäherung der Hand eines Benutzers ein Spendevorgang für eine festgelegte Spendezeit ausgelöst wird. Bei einem erfindungsgemäßen Materialspender wird hingegen sichergestellt, dass die bei einem ausgelösten Spendevorgang abgegebene Materialmenge unabhängig vom Ladezustand der Batterie ist.For example the metering device of an inventive Material dispenser a driven by a motor paper roll, or a pump driven by a motor. The motors In such material dispensers are driven by batteries. The speed of the motor and thus the amount of the per unit time donated paper or liquid donated per unit of time depends then on the speed of the engine and thus of the State of charge of the battery when, as is common practice, upon detecting the approach of a user's hand Dispensing is triggered for a specified donation time. In a material dispenser according to the invention while ensuring that the one triggered Dispensing process dispensed amount of material regardless of the state of charge the battery is.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuerschaltung ein programmgesteuerter Mikrocontroller und der Algorithmus eine Formel oder eine Tabelle, hinterlegt im Speicher des Mikrocontrollers. Der die Menge des zu spendenden Materials bestimmende Sollwert kann dann vorteilhafterweise über das Steuerprogramm des Mikrocontrollers vorgebbar sein.According to one advantageous embodiment, the control circuit is a programmatic microcontroller and the algorithm a formula or a table, stored in the memory of the microcontroller. The setpoint determining the amount of material to be dispensed can be then advantageously via the control program of the microcontroller be predeterminable.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Based of the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and further advantageous Embodiments and improvements of the invention in more detail explained and described.
Es zeigenIt demonstrate
Es
werde zunächst die
Die
Sensorelektrode oder Wirkelektrode
Die Sensorelektronik arbeitet nach dem, an sich bekannten, Prinzip eines verstimmten Oszillators. Dabei wird eine Änderung der Sensorkapazität im Kern dadurch erkannt, dass sich die Amplitude des Oszillatorsignals ändert.The Sensor electronics works according to the, known per se, principle of detuned oscillator. This will change the sensor capacity in the Kern recognized by the fact that changes the amplitude of the oscillator signal.
Die
Sensorelektrode
Der
Oszillator
Das
gleichgerichtete Signal wird mittels eines Signalverstärkers
und Komparators
Ein
Präzisionsspannungsregler
In
Die Wirk- und die Gegenelektrode, die Transistoren T1, T2, deren Beschaltung mit Widerständen R und Kondensatoren C bilden dabei den Oszillator.The Active and the counter electrode, the transistors T1, T2, their wiring with resistors R and capacitors C form the Oscillator.
Bei gegebener Fläche und Anordnung der Wirkelektrode und der gegebener Bauelemente ändert sich die Amplitude des Oszillators bei Annäherung einer menschlichen Hand an die Wirkelektrode.at given area and arrangement of the active electrode and the given components, the amplitude of the oscillator changes approaching a human hand to the active electrode.
Wirk- und Gegenelektrode bilden einen Kondensator. Durch Einbringen eines Dielektrikums mit εr > 1, vorzugsweise die menschliche Hand die mit ihrem hohen Wasseranteil ein εr von ca. 81 hat, in diesen Kondensator ändert sich die Amplitude des Oszillators.Active and counter electrodes form a capacitor. By introducing a dielectric with ε r > 1, preferably the human hand with its high water content an ε r of about 81, in this capacitor, the amplitude of the oscillator changes.
Das Oszillatorsignal wird über C4, R6, D3 und R7 dem Komparator und Verstärker IC2 zugeführt. IC2 bereitet das Signal für den μController IC3 auf. IC3 steuert die Anwendung, hier konkret den Motor M1.The Oscillator signal is via C4, R6, D3 and R7 the comparator and amplifier IC2 supplied. IC2 is preparing that Signal for μController IC3. IC3 controls application, in particular engine M1.
Die für die Transistoren T1, T2 den Arbeitspunkt bestimmenden Widerstände R10, R15, R1, R2, R5 und R18 haben für verschieden Sensorflächengrößen und -geometrien immer den gleichen Wert.The for the transistors T1, T2 determining the operating point Resistors R10, R15, R1, R2, R5 and R18 have for different sensor surface sizes and geometries always the same value.
Die Anpassung an die Sensorfläche und -Geometrie erfolgt einerseits mittels des Kondensators C6, dessen Wert etwa dem Wert des Kondensators entspricht der durch die Wirk- und Gegenelektrode gebildet wird. Bei Spendersystemen von Darreichungsautomaten mit Sensorflächen von ca. 10 cm2 bis 100 cm2 kann ein Wert für C6 von 1 pF–10 pF gewählt werden.The adaptation to the sensor surface and -Geometrie on the one hand by means of the capacitor C6, whose value corresponds approximately to the value of the capacitor is formed by the active and counter electrode. For dispenser systems of dispensing machines with sensor areas of about 10 cm 2 to 100 cm 2 , a value for C6 of 1 pF-10 pF can be selected.
Eine zweite Möglichkeit der Anpassung auf die Anwendung, d. h. Sensorfläche und -geometrie, erfolgt über die Bauelemente R16, Tr4, Tr1. Diese Bauelemente legen den für die Anwendung geforderten Schaltabstand fest. Dabei legt R16 den eigentlichen Schaltabstand fest, mit Tr4 werden werksseitig die Toleranzen aller Bauelemente kompensiert, und Tr1 dient dem Nutzer, um den Schaltabstand seines Gerätes in einem festgelegten Intervall selbst zu wählen.A second possibility of adaptation to the application, d. H. Sensor surface and geometry, via the Components R16, Tr4, Tr1. These components set the for the application required switching distance fixed. It puts the R16 the actual switching distance fixed, with Tr4 are the factory Tolerances of all components compensated, and Tr1 serves the user, by the switching distance of his device in a fixed Interval itself.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können auch beide Möglichkeiten kombiniert werden.In a further advantageous embodiment can also both possibilities are combined.
Die Bauelemente RTC1 und NTC1, die zu R18 parallel geschaltet sind, kompensieren die Temperaturdrift der Transistoren, so dass die Sensoren im Bereich von –20°–+85° einsetzbar sind.The Devices RTC1 and NTC1 connected in parallel with R18, compensate the temperature drift of the transistors, so that the sensors in the Range from -20 ° - + 85 ° can be used are.
NTC1 ist ein NTC-Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, angepasst an die oben beschriebene Anwendung.NTC1 is an NTC resistor with a negative temperature coefficient, adjusted to the application described above.
Die Menge des zu spendenden Materials, beispielsweise die Papierlänge oder die Menge an auszugebender Flüssigkeit, beispielsweise Seife oder Desinfektionsmittel, wird rein über die Software quasi konstant gehalten. Beim Erkennen eines gültigen Sensorsignals wird der Motor, M1, für eine bestimmte Zeit, die einem bestimmten Stück Papierlänge oder einer bestimmten Menge Flüssigkeit entspricht, eingeschaltet. Wird die Batterieleistung und damit verbunden die Batteriespannung geringer, läuft der Motor, M1, langsamer und das Papierstück würde dementsprechend, ohne dass weitere Maßnahmen ergriffen würden, bei vorgegebener Laufzeit kürzer werden.The Amount of material to be dispensed, for example the paper length or the amount of liquid to be dispensed, for example Soap or disinfectant is pure about the software, so to speak kept constant. Upon detection of a valid sensor signal is the engine, M1, for a certain time, the one certain piece of paper length or a specific one Amount of liquid equals, switched on. Will the battery power and connected to the battery voltage lower, the runs Engine, M1, slower and the piece of paper would accordingly, without further action being taken, shorter for a given runtime.
Bei dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Materialspender wird die Batteriespannung über den Spannungsteiler R23 und R24 an einen AD-Wandlerkanal des Mikrocontrollers, IC3, geführt. Der Mikrocontroller, IC3, bewertet die an seinem Wandlereingang anliegende Spannung und lässt bei nachlassender Batteriespannung den Motor, M1, länger laufen als bei neuen, vollständig geladenen Batterien.In the case of the material dispenser according to the invention described here, the battery voltage is conducted via the voltage divider R23 and R24 to an AD converter channel of the microcontroller, IC3. The microcontroller, IC3, evaluates the voltage applied to its converter input and, with decreasing battery voltage, keeps the motor, M1, running longer than new, fully charged bat criteria.
Wie lange dieser Nachlauf dauern muss, um immer die quasi gleich Länge Papier oder die gleiche Menge Flüssigkeit zu erhalten, ist in einer Formel und Tabelle in der Software, also im Programm- oder Datenspeicher des Mikrocontrollers hinterlegt.As long this caster must take to be always the same length To get paper or the same amount of liquid is in a formula and table in the software, ie in the program or data storage of the microcontroller deposited.
Dieses Verfahren eignet sich sowohl für Papierspender, bei denen die Papierlänge konstant gehalten werden soll, als auch für Seifen- oder Desinfektionsmittelspender, bei denen die Seifenmenge konstant gehalten werden soll. Hier wird die Laufzeit der Seifen- oder Desinfektionsmittelpumpe an die Batteriespannung, wie oben beschrieben, angepasst.This Method is suitable for both paper dispensers where the paper length should be kept constant, as well for soap or disinfectant dispensers in which the amount of soap should be kept constant. Here is the term of the Soap or disinfectant pump to the battery voltage, such as described above, adapted.
- 11
- Wirkelektrodeactive electrode
- 22
- Gegenelektrodecounter electrode
- 33
- Oszillatoroscillator
- 44
- Sensorflächenanpassung und TemperaturkompensationSensor surface adjustment and temperature compensation
- 55
- Gleichrichtungrectification
- 66
- Signalverstärkung und Komperatorsignal amplification and comparator
- 77
- μControllermicroontroller
- 88th
- PräzisionsspannungsreglerPrecision voltage regulator
- 99
- Anwendungapplication
- 1010
- Stromversorgungpower supply
- 1111
- Kapazitiver Sensorcapacitive sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 0994667 B1 [0006, 0007] EP 0994667 B1 [0006, 0007]
- - DE 20121612 U1 [0006, 0008] - DE 20121612 U1 [0006, 0008]
- - EP 099466781 [0009] EP 099466781 [0009]
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102007060403A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009001412A1 (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-16 | Volkswagen Ag | Capacitive display and operating element for use in capacitive display and operating unit of arrangement in motor vehicle, has sensor plate, where capacitive convergence or contact sensor electrode is provided at front side |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE20121612U1 (en) | 2001-10-02 | 2003-01-09 | WELLGO GmbH Werkzeuge und Spritzgußteile, 66625 Nohfelden | Capacitive sensor for washrooms has separate electrode with larger capacitance |
| EP0994667B1 (en) | 1998-05-12 | 2003-04-02 | Blatz, Wilhelm | Towel dispenser |
-
2007
- 2007-12-15 DE DE102007060403A patent/DE102007060403A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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| DE102009001412B4 (en) * | 2009-03-09 | 2018-10-11 | Volkswagen Ag | Capacitive display and control element |
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