DE2836734C2

DE2836734C2 - Schaltungsanordnung für einen Annäherungsschalter, insbesondere im Sanitärbereich

Info

Publication number: DE2836734C2
Application number: DE2836734A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 7000 Stuttgart Wertenauer
Original assignee: Hansa Metallwerke AG
Current assignee: Hansa Metallwerke AG
Priority date: 1978-08-22
Filing date: 1978-08-22
Publication date: 1980-03-27
Also published as: SE439076B; DK150876B; DK340779A; NL190302B; ATA565979A; FR2434524B1; JPS5559620A; DK150876C; NL190302C; NL7906299A; FR2434524A1; AT376841B; CH646288A5; SE7906649L; DE2836734B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Annäherungsschalter, insbesondere im Sanitärbereich, mit einem Sender, der eine modulierte Strahlung aussendet, mit einem Empfänger, der die empfangene modulierte Strahlung in ein elektrisches moduliertes Signal umsetzt, mit einem Verstärker und einer Schaltstufe für das elektrische modulierte Signal, wobei die Schaltstufe nach Überschreiten einer Schaltschwelle einen Verbraucher, beispielsweise ein Magnetventil ansteuert.

Derartige Schaltungsanordnungen sind im Sanitärbereich in zweierlei Ausführungen in Gebrauch.

Zum einen werden solche Schaltungen verwendet, bei denen der Empfänger bzw. die nachgeschaltete Elektronik auf statische Reflexionen am überwachten

Gegenstand anspricht. Derartige Schaltungen haben jedoch den Nachteil, daß bei ungenauer Einstellung der Schaltschwelle auch die dauernd stattfindende Reflexion, beispielsweise am Boden des Waschtisches, zu einem Auslösen des Verbrauchers, d. h, des Magnetventils führt. Unter Umständen läßt sich dann das Wasser gar nicht mehr abstellen.

Bei der zweiten Gruppe von Schaltungsanordnungen spricht die Elektronik nur auf solche Signale an, die eine ίο Bewegung des zu überwachenden Gegenstandes signalisieren. Hierdurch wird sichergestellt, daß dauernd vorhandene Gegenstände, wie beispielsweise der Boden des Waschtisches, zu keinem Fehlalarm führen. Andererseits haben derartige Schaltungsanordnungen wieder den Nachteil, daß sie vom Verbraucher verstanden werden müssen. Stellt beispielsweise der Verbraucher in Unkenntnis der Funktionsweise seine Bewegungen unter dem Wasserhahn ein, so bleibt die Wasserströmung aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der einerseits die Gefahr einer Fehlauslösung durch dauernd vorhandene Gegenstände nicht besteht und andererseits keine besonderen Anforderungen an die Kenntnisse des Benutzers von der Funktionsweise des Gerätes gestellt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verstärker ein in der Empfindlichkeit verände^rbarer Verstärker ist, und daß ein zweiter Schaltungsweg vorgesehen ist, der die Empfindlichkeit des Verstärkers erhöht, wenn im vom Sender und Empfänger überwachten Bereich Bewegungen stattfinden.

Zweckmäßigerweise ist der Verstärker ein spannungsgesteuerter Verstärker. Dann liegt im zweiten Schaltungszweig ein Demodulator, dessen Eingang mit dem Ausgang des Empfängers verbunden ist und dessen Ausgangssignal über einen Wechselspannungsverstärker und einen Gleichrichter zumindest mittelbar an den Steueranschluß des spannungsgesteuerten Verstärkers gelegt ist. Zum weiteren Abblocken von Störsignalen und restlichen Demodulationsfrequenzen liegt vorteilhafterweise zwischen dem Ausgang des Demodulators und dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers ein passives Tiefpaß-Filter. Zur weiteren Filterung aus demselben Grund kann zwischen dem Ausgang des Wechselspannungsverstärkers und dem Eingang des Gleichrichters ein aktives Tiefpaß-Filter liegen.

Zur Vermeidung von Schwingungen und anderen Instabilitäten kann zwischen dem Ausgang des Gleichrichters und dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Verstärkers ein Zeitglied angeordnet werden.

Die Anpassung des vom zweiten Schaltungszweig gelieferten Signales an den spannungsgesteuerten Verstärker erfolgt zweckmäßigerweise über einen Gleichspannungs-Anpassungsverstärker, der ebenfalls zwischen dem Ausgang des Gleichrichters und dem Eingang des spannungsgesteuerten Verstärkers angeordnet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird automatisch die Schaltschwelle so verändert, daß die Schaltstufe schon bei Anwesenheit eines Gegenstandes in der Nähe des Bodens des Waschtisches gelegt, wenn Bewegungen, wie sie beispielsweise von einer sich waschenden Hand ausgeführt werden, beobachtet werden. Bleiben diese Bewegungen aus, so wird aus Sicherheitsgründen die Schaltschwelle wieder näher zum Empfänger gelegt; die Anlage kann gleichwohl

nach Oberschreiten der Schaltschwelle wie eine herkömmliche Anlage ausgelöst werden.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die Figur zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, setzt sich die Schaltungsanordnung im wesentlichen aus zwei Zweigen zusammen. Der eine, der die Bauelemente 3, Ri, i?2, 4, 5, 6, 7, 8 umfaßt, weist bis auf einen noch zu ι ο erläuternden Unterschied Übereinstimmung mit bekannten Schaltungen auf.

Dieser erste Zweig beginnt beim Empfänger 3, der in nicht gezeigter Weise mit dem Netzteil 1 verbunden ist und von dem Sender 2 Strahlung empfängt Als Strahlung eignet sich insbesondere Infrarotlicht: andere elektromagnetische oder auch Schallwellen sind jedoch ebenfalls verwendbar.

Der selbst vom Netzteil 1 mitversorgte Sender 2 strahlt in ein räumliches Gebiet, das überwacht werden soll, beispielsweise in den Auslaufbereich einer Sanitärarmatur. Wird in dieses Gabiet ein Gegenstand, beispielsweise eine Hand, gebracht, so wird Sendelicht auf den Empfänger 3 reflektiert, woraufhin auf der Leitung 9 ein Signal erscheint. Dieses Signal spiegelt einerseits die Modulation wider, weiche der Strahlung durch den Sender 2 aufgeprägt wurde. Andererseits hängt die Größe des Signals im wesentlichen von der Entfernung zwischen Gegenstand und Empfänger ab.

Das modulierte Ausgangssignal des Empfängers 3 wird über den aus den Widerständen R₁ und R₂ bestehenden Spannungsteiler einem Verstärker 4 zugeführt, dessen besondere Ausführungsart erst später von Belang wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 4 wird im Gleichrichter 5 gleichgerichtet, zur Vermeidung von Instabilitäten auf das Zeitglied 6 und von dort auf die Schaltstufe 7 gegeben. Die Schaltstufe 7 schaltet das bzw. die Magnetventile, wenn am Eingang des Verstärkers 4 eine r.usreichend hohe Spannung liegt.

Bei Waschtischarmaturen muß mit dem als Potentiometer ausgebildeten Widerstand R2 diese Spannung so eingestellt werden, daß die am Waschtisch-Boden reflektierte und auf den Empfänger 3 gelangte Strahlung das Magnetventil nicht auslöst. Erst ein Gegenstand, der näher am Empfänger liegt, löst den « Wasserfluß aus.

Aus Sicherheitsgründen sollte diese Ansprechschwelle möglichst weit weg vom Boden des Waschtisches und möglichst nahe am Empfänger liegen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei Waschbewegungen der Hand der Empfindlichkeitsbereich unabsichtlich verlassen werden kann und der Wasserlauf zu einem unerwünschten Zeitpunkt zum Stehen kommt.

Um diesem Effekt vorzubeugen, ist der zweite, bisher noch nicht beschriebene Schaltungszweig vorgesehen. Er endet bei dem bereits bekannten Verstärker 4, der als spannungsabhängiger Verstärker ausgebildet ist. Das heißt: der von ihm gelieferte Verstärkungsfaktor läßt sich durch eine äußere Steuerungsspannung beeinflussen, hü

Der Grundgedanke des zweiten Schallungszweiges ist folgender: Solange sich in dem überwachten Bereich ein Gegenstand bewegt, soll die Empfindlichkeit des Verstärkers heraufgeschraubt und damit die Ansprechschwelle weit vom Empfänger weggelenkt werden. Erst h^r> wenn die Bewegungen (der waschenden Hand) aufgehört haben, wird der Verstärker 4 wieder auf den normalen Verstärkungsfaktor zurückgefahren, wobei die Ansprechschwelle wieder näher an den Empfänger rückt.

Zu diesem Zwecke wird das vom Empfänger 3 auf der Leitung 9 gelieferte Signal auf einen Demodulator 10 gegeben, welcher das Eingangsglied des zweiten Schaltungszweiges ist. Am Ausgang des Demodulators 10 liegt ein Signal, das frei von der Trägerfrequenz ist und ein Gleichstromsignal ist, wenn im überwachten Raum keine Bewegungen stattfinden. Dieses Gleichstromsignal wird im zweiten Schaltungszweig nicht weiter verarbeitet

Finden im überwachten Bereich (durch die sich waschenden Hände) Bewegungen statt, so liegt am Ausgang des Demodulators 10 ein demoduliertes Signal variabler Amplitude. Dieses Signal gelangt über ein als RC-Glied ausgebildetes Tiefpaß-Filter auf einen Verstärker 11, von dort zu einem weiteren, vorzugsweise als aktives Bauelement ausgebildeten Tiefpaß-Filter 12. Die Grenzfrequenz dieses Tiefpaß-Filters liegt etwa bei 10 Hertz.

Das Wechselstrom-Ausgangssignal des Tiefpaß-Filters 12 wird im Gleichrichter 13 gleichgerichtet und auf der Leitung 14 an den Steuereingang des Verstärkers 4 gelegt Zur Anpassung der beiden Schaltungszweige aneinander kann in der Leitung 14 noch ein Verstärker 15 liegen. Schließlich kann es sich empfehlen, zur Vermeidung von Instabilitäten in die Leitung 14 ein Zeitglied 16 zu legen.

Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltung ist folgende:

Zunächst sei angenommen, daß sich im überwachten Raum kein Gegenstand befindet. Dann rührt die gesamte, vom Empfänger 3! erhaltene Strahlung von der Reflexion an dem Waschtischboden her. Das Ausgangssignal des Demodulators 10 ist zeitlich konstant, was zur Folge hat, daß der Verstärker 4 von keiner Steuerspannung angesteuert wird und einen verhältnismäßig kleinen Verstärkungsfaktor beibehält. Mit Hilfe des Widerstandes R2 wird die Ansprechschwelle der Schaltstufe 2 weit vom Boden des Waschtisches weg in die Nähe des Empfängers gelegt. Damit ist mit Sicherheit eine Selbstauslösung der Wascharmatur ausgeschlossen. Auch ein versehentlich auf den Boden des Waschtisches gestellter Gegenstand kann das Wasser nicht zum Laufen bringen.

Wird nun ein Gegenstand, insbesondere die zu waschende Hand, in den überwachten Bereich gebracht und führt dort Bewegungen, wie beim Waschen üblich, nus, so erscheint am Ausgang des Demodulators IO ein Signal veränderlicher Amplitude. Dieses wird von den Bauelementen 11, 12, 13 und gegebenenfalls 14, 15 ?u einer Steuerspannung für den spannungsgesteuerten Verstärker 4 verarbeitet. Diese Steuerspannung hat zur Folge, daß der Verstärker 4 empfindlicher wird. Dies wiederum legt die Ansprechschwelle für die Schaltstufe 2 weiter vom Empfänger weg und zum Boden des Waschtisches hin.

Es besteht deshalb koine Gefahr, daß die sich waschenden Hände versehentlich den Empfindlichkeitsbereich der Einrichtung verlassen und der Wasserstrom zu einen unerwünschten Moment ausbleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für einen Annäherungsschalter, insbesondere im Sanitärbereich, mit einem Sender, der eine modulierte Strahlung aussendet, mit einem Empfänger, der die empfangene modulierte Strahlung in ein elektrisches moduliertes Signal umsetzt, mit einem Verstärker und einer Schaltstufe für das elektrische modulierte Signal, wobei die Schaltstufe nach Überschreiten einer Schaltschwelle einen Verbraucher, beispielsweise ein Magnetventil ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (4) ein in der Empfindlichkeit veränderbarer Verstärker ist und daß ein zweiter Schaltungszweig (10 bis 15) vorgesehen ist, der die Empfindlichkeit des Verstärkers (4) erhöht, wenn im vom Sender (2) und Empfänger (3) überwachten Bereich Bewegungen stattfinden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (4) ein spannungsgesteuerter Verstärker ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltungszweig einen Demodulator (10) umfaßt, dessen Eingang mit dem Ausgang des Empfängers (3) verbunden ist, und dessen Ausgangssignal über einen Wechselspannungsverstärker (11) und einen Gleichrichter (13) zumindest mittelbar an den Steueranschluß des spannungsgesteuerten Verstärkers (4) gelegt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Demodulators (10) und dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers (11) ein passives Tiefpaß-Filter liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (11) und dem Eingang des Gleichrichters (13) ein aktives Tiefpaß-Filter (12) liegt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Gleichrichters (13) und dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Verstärkers (4) ein Zeitglied (16) liegt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Gleichrichters (13) und dem Eingang des spannungsgesteuerten Verstärkers ein Gleichspannungs-Anpassungsverstärker (15i) liegt.