ES2325813T3 - Circuito para un interruptor de proximidad capacitivo. - Google Patents
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Abstract
Circuitería para un interruptor de proximidad capacitivo destinado a determinar su estado de conmutación teniendo: - un elemento sensorial capacitivo, cuya capacidad (C3) varía en función de su estado de conmutación, - un condensador central (C2), - un primer elemento de conexión controlable (D2) que somete el elemento sensorial capacitivo (C3) a una tensión de carga (U3) en función de una señal de mando, y - un segundo elemento de conexión controlable (T1) que, en función de la señal de mando, conecta el elemento sensorial capacitivo (C3) al condensador central (C2) para transferir la carga del elemento sensorial capacitivo (C3) al condensador central (C2), caracterizada por el hecho de que - la tensión de carga (U3) es una tensión alterna y los elementos de conexión (D2, T1) son sometidos a la tensión alterna según la señal de mando, de tal manera que el primer elemento de conexión (D2) o el segundo elemento de conexión (T1) sean conductivos alternativamente.
Description
Circuito para un interruptor de proximidad
capacitivo.
La invención el refiere a una circuitería para
un interruptor de proximidad capacitivo según el concepto genérico
de la reivindicación 1, particularmente según el principio de
transferencia de carga.
Dichas circuiterías son conocidas y presentan
por ejemplo en la patente EP 0 859 468 A1 un elemento sensorial
capacitivo, cuya capacidad se modifica en función de su estado de
conmutación. Esta modificación de capacidad se evalúa para
averiguar el estado de conmutación. Para ello se somete el elemento
sensorial a una tensión de carga, por lo cual se transfiere una
determinada carga eléctrica al elemento sensorial en función de su
capacidad y su tensión de carga. Transcurrido un tiempo de carga,
se separa el elemento sensorial de la tensión de carga y se conecta
a un condensador central, por lo cual tiene lugar una transferencia
de carga del elemento sensorial al condensador central. El proceso
de carga y la sucesiva transferencia se repite para un número de
ciclos prefijado, por lo cual la carga del condensador central
alcanza un valor determinado que es fijado entre otras por el valor
de la capacidad del elemento sensor. La carga o la tensión
resultante de la misma del condensador central es en consecuencia
una medida para la capacidad a medir del elemento sensor. Mediante
la evaluación de la tensión del condensador central se puede
concluir el estado de conmutación del interruptor de proximidad.
Después de la evaluación de tensión, el condensador central es
descargado de manera definida y a continuación puede efectuarse un
nuevo ciclo de medición.
Los procesos de conmutación se realizan
convencionalmente mediante conmutadores análogos relativamente
caros. Además, el elemento sensorial se puede descargar solamente
hasta la tensión momentánea del condensador central, por lo cual la
carga transferible disminuye con la carga creciente del condensador
central y en consecuencia se reduce la resolución de señal.
Las patentes US 4,345,167, US 4,743,837 y DE 195
28 454 C1 muestran cada una circuitos para la medición de la
capacidad, en las cuales una tensión de carga, con la que se carga
un condensador a medir, es una tensión continua.
La invención se basa en la tarea de proveer una
circuitería del tipo inicialmente mencionado que garantice una
determinación segura del estado de mando del interruptor de
proximidad bajo todas las condiciones de servicio, que pueda
fabricarse económicamente y que sea insensible a las interferencias
de compatibilidad electromagnética CEM y de radiofrecuencia.
La invención resuelve esta tarea con una
circuitería con las características de la reivindicación 1. Las
configuraciones ventajosas así como preferidas de la invención son
objeto de otras reivindicaciones y son detalladamente descritas a
continuación. El texto de las reivindicaciones se realiza con
referencia explícita al contenido de la descripción.
La circuitería según la invención comprende un
primer elemento de conexión controlable que somete un elemento
sensorial capacitivo a una tensión de carga en función de una señal
de mando, y un segundo elemento de conexión controlable que conecta
el elemento sensorial capacitivo a un condensador central en
función de la señal de mando para la transferencia de la carga del
elemento sensorial capacitivo al condensador central. Al mismo
tiempo la tensión de carga es una tensión alterna y los elementos de
conexión puede ser sometidos a la tensión alterna, de tal manera
que alternativamente sean conductivos el primer elemento de
conexión o el segundo elemento de conexión. La conmutación entre
una fase de carga del elemento sensor y la fase de transferencia de
carga tiene lugar en el ciclo de la tensión alterna, por lo cual se
puede suprimir una lógica de conmutación adicional. Dicha
circuitería es fácil de construir y su fabricación es económica e
insensible a interferencias.
En un perfeccionamiento de la circuitería se
genera la tensión de carga con ayuda de una fuente de tensión
continua y una fuente de tensión de onda cuadrada con un potencial
de referencia común. Al mismo tiempo se introducen en un bucle un
diodo de apriete en dirección de bloqueo entre un nudo de tensión
de carga y la fuente de tensión continua y se introduce un
condensador y una resistencia en serie en un bucle entre el nudo de
tensión de carga y la fuente de tensión de onda cuadrada. Mediante
una disposición de este tipo es posible generar una tensión de
carga rectangular en el nudo de tensión de carga que alterna entre
el potencial de la fuente de tensión continua y un potencial
acumulativo de los potenciales de la fuente de tensión continua y el
nivel o potencial "1" de la fuente de tensión de onda cuadrada
en el ciclo de la fuente de tensión de onda cuadrada. Esto permite
una carga o descarga aproximadamente completa del elemento sensor
independientemente de la tensión de carga o del estado de carga del
condensador central, por lo cual se provoca una subida de tensión
lineal en el condensador central. De este modo la posible
resolución de señal mejora intensamente.
En un perfeccionamiento de la circuitería, el
primer elemento de conexión es un diodo y/o el segundo elemento de
conexión es un transistor bipolar, particularmente un transistor
pnp. Con ayuda de esta elección de los elementos de conexión es
fácil y económicamente posible realizar una función de conexión en
función de la tensión de carga, puesto que los elementos de
conexión son conductivos o bloqueantes en función de la tensión de
carga. Los conmutadores análogos caros y sensibles pueden
suprimirse. Además se compensa en gran parte una capacidad básica
típica para elementos sensoriales capacitivos debido a las
capacidades parasitarias del transistor, por lo cual se capta
esencialmente sólo la modificación de capacidad del elemento
sensor.
En un perfeccionamiento de la circuitería, la
base del transistor y/o el ánodo del diodo está(n)
conectado(s) al nudo de tensión de carga, el cátodo del
diodo y/o el emisor del transistor está(n) conectado(s) a una
resistencia de filtro acoplada al elemento sensorial capacitivo, y
el colector del transistor está conectado al condensador central,
cuya otra conexión está conectada a un potencial de referencia.
Debido a esta forma de conexión se logra que el diodo o el
transistor sean conductivos alternativamente en función de la
tensión de carga, sin que sean necesarias otras señales de mando.
La resistencia de filtro hace la circuitería insensible a
interferencias de compatibilidad electromagnética CEM y de
radiofrecuencia.
En un perfeccionamiento de la circuitería, un
interruptor está conectado en paralelo al condensador central. Esto
permite una descarga segura del condensador central antes del
comienzo de una nueva medición. Alternativamente puede emplearse
también una resistencia dimensionada adecuadamente. En un
perfeccionamiento de la circuitería, la misma presenta varios
elementos sensoriales capacitivos, a los cuales está asociado
respectivamente un primero y un segundo elemento de conexión, y
solamente un condensador central único que está conectado al
respectivo segundo elemento de conexión cada vez mediante un diodo
de desacoplamiento en dirección de paso, por lo cual el ánodo del
diodo de desacoplamiento está conectado a una señal de selección
correspondiente por medio de un diodo de selección en dirección de
paso. Con ayuda de una circuitería de este tipo es posible evaluar
el estado de conmutación de varios interruptores de proximidad en
servicio múltiple. La selección del correspondiente interruptor de
proximidad tiene lugar por la señal de selección, por lo cual se
libera la transferencia de carga del elemento sensorial
seleccionado al condensador central único. La carga de los
elementos sensoriales no seleccionados es ocasionada por el
respectivo diodo de selección. La tensión de carga puede ponerse a
disposición de forma centralizada.
En un perfeccionamiento de la circuitería, el
elemento sensorial capacitivo está formado para estar dispuesto en
el lado inferior de una superficie o recubrimiento con
características dieléctricas, por lo cual presenta preferiblemente
una superficie lisa plana para la instalación.
En un perfeccionamiento de la circuitería, el
elemento sensorial capacitivo es un cuerpo voluminoso, elástico,
preferiblemente alargado, de un material eléctricamente conductivo.
Un elemento sensorial de este tipo está descrito por ejemplo en la
patente EP 0859467 A1, a cuyo contenido se hace referencia
explícita en esta descripción.
Estas y otras características se deducen además
de las reivindicaciones también de la descripción y los dibujos,
donde las características individuales en cada caso pueden ser
realizadas por sí solas o varias en forma de combinaciones
alternativas en una forma de realización de la invención y en otros
campos y pueden representar formas de realización ventajosas así
como indicadas para su protección, protección que aquí se
reivindica. La subdivisión de la solicitud en secciones únicas así
como títulos provisionales no limita las declaraciones hechas en su
validez general.
Las formas de realización ventajosas de la
invención están representadas esquemáticamente en los dibujos y son
descritas a continuación. Aquí ilustran:
Fig. 1 un esquema eléctrico de una circuitería
para interruptores de proximidad capacitivos para determinar su
estado de conmutación,
Fig. 2 un diagrama del desarrollo de tensión de
una fuente de tensión alterna U2 de la Fig. 1 y de una tensión de
carga en un nudo de tensión de carga N1 de la Fig. 1,
Fig. 3 un diagrama del desarrollo de tensión en
un condensador central C2 de la Fig. 1 en función del estado de
conmutación de un interruptor de proximidad y
Fig. 4 un esquema eléctrico de una circuitería
con varios elementos sensores capacitivos.
La Fig. 1 ilustra un esquema eléctrico de una
circuitería para interruptores de proximidad capacitivos para
determinar su estado de conmutación. La circuitería abarca una
fuente de tensión continua U1 y una fuente de tensión de onda
cuadrada U2 con potencial de referencia común, por ejemplo masa,
por lo cual, entre un nudo de tensión de carga N1 que está sometido
a una tensión de carga, y la fuente de tensión continua U1, se
introduce un diodo de apriete D1 en dirección de bloqueo y entre el
nudo de tensión de carga N1 y la fuente de tensión de onda cuadrada
U1 se introduce en serie un condensador C1 y una resistencia R1. El
diodo de apriete D1 en cooperación con el condensador C1 provoca
una elevación de la tensión emitida desde la fuente de tensión de
onda cuadrada U2 al nudo N1 en el valor de tensión de la fuente de
tensión continua. La Fig. 2 ilustra la coherencia en un diagrama de
desarrollo de tensión de la fuente de tensión alterna U2 y de la
tensión de carga U3 en el nudo de tensión de carga N1 por encima del
tiempo.
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Además está previsto un primer dispositivo de
conmutación en forma de un diodo D2 y un segundo dispositivo de
conmutación en forma de un transistor pnp T1. La base del
transistor T1 y el ánodo del diodo D2 están conectados al nudo de
tensión de carga N1. El cátodo del diodo D2 y el emisor del
transistor T1 están conectados a una resistencia de filtro R2
acoplada al elemento sensorial capacitivo C3, y el colector del
transistor T1 está conectado a un condensador central C2, cuya otra
conexión está conectada al potencial de referencia.
Un condensador C4 representa una capacidad
básica esencialmente constante del elemento sensor C3. Al
condensador central C2 está conectado en paralelo un interruptor S1
que se cierra antes del comienzo de una medición y por consiguiente
vacía el condensador central completamente. Si se evalúa el
desarrollo de tensión en el condensador central por medio de un
microcontrolador, este puede descargar el condensador central C2
antes del comienzo de una medición, cuando la entrada
correspondiente es conmutada brevemente al potencial de referencia.
El interruptor S1 no procede en este caso. El elemento sensorial
capacitivo C3 es aplicado por ejemplo en un lado inferior de una
superficie o recubrimiento con características dieléctricas.
El diodo D2 y la base del transistor T1 son
sometidos a la tensión de carga U3, por lo cual son conductivos
alternativamente el diodo D2 o el transistor T1. Cuando la tensión
de carga U3 presenta su valor más alto, el diodo D2 se hace
conductivo, por lo cual la capacidad del elemento sensor C3 se
carga aproximadamente al valor de la tensión de carga. En este caso
el transistor se bloquea, puesto que su tensión básica de emisor es
positiva. Si la tensión de carga U3 baja a su valor más bajo, se
bloquea el diodo D2 y el recorrido básico de emisor se hace
conductivo, es decir el transistor T1 se conecta directamente. Como
consecuencia, la carga de la capacidad de sensor C3 es pasada o
transferida al condensador central. Las capacidades parasitarias
del transistor T1 compensan una parte de la capacidad básica C4
del
elemento sensor C3, de modo que se capta esencialmente sólo la modificación de capacidad del elemento sensor C3.
elemento sensor C3, de modo que se capta esencialmente sólo la modificación de capacidad del elemento sensor C3.
La cantidad de carga pasada se determina por la
capacidad C3 del elemento sensor. En una conmutación del
interruptor de proximidad aumenta la capacidad C3, por lo cual sube
más rápidamente la tensión en el condensador central.
La Fig. 3 ilustra un diagrama de desarrollo de
tensión en el condensador central C2 en función del estado de
conmutación del interruptor de proximidad por encima del tiempo. En
un interruptor de proximidad no conmutado, la tensión se desarrolla
en forma de diente de sierra entre la tensión de referencia y una
primera tensión de rampa UR1. En un lapso de tiempo entre los
momentos t1 y t2, en caso de estar conmutado el interruptor de
proximidad, aumenta la subida de la rampa intensamente en el
momento t1 y la tensión en el condensador central C2 sube hasta una
tensión de rampa UR3. Los sucesivos ciclos de medición tienen lugar
hasta el momento t2 con una subida de rampa alta, donde se alcanza
respectivamente una tensión de rampa UR2. La tensión de rampa
lograda indica por consecuencia el estado de conmutación del
interruptor de proximidad y puede ser evaluado por una unidad no
mostrada, por ejemplo un microcontrolador.
La Fig. 4 ilustra un esquema eléctrico de una
circuitería con tres elementos sensores capacitivos C3, a los
cuales están asociados respectivamente un diodo D2 y un transistor
T1 como elemento de conexión. La parte del circuito para generar la
tensión de carga, consistente en las fuentes de tensión U1 y U2, el
diodo de apriete D1, el condensador C1 y la resistencia R1, está
presente sólo una vez y somete los respectivos elementos de
conexión a la tensión de carga U3. El condensador central C2
igualmente está presente solamente una vez. Los diodos D3 y D4 que
están conectados al colector del transistor T2 sirven para el
desacoplamiento mutuo. La selección de un interruptor de proximidad
tiene lugar con ayuda de la correspondiente señal de selección SL1,
SL2 o SL3. La señal de selección SL del interruptor de proximidad
elegido y seleccionado lleva una tensión superior a la tensión de
rampa que surge como máximo y la señal de selección del interruptor
de proximidad no seleccionado lleva la tensión de referencia. La
carga de los elementos sensoriales no seleccionados ocurre por
medio del respectivo diodo D3, mientras la carga del elemento
sensor seleccionado es transferida por el correspondiente diodo D4
al condensador central C2.
Las circuiterías ilustradas permiten la
determinación segura del estado de conmutación del o de los
interruptores de proximidad bajo todas las condiciones de servicio,
pueden ser fabricados económicamente y son insensibles a las
interferencias de compatibilidad electromagnética y de
radiofrecuencia.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de documentos citados por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector y no forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
\bullet EP 0859468 A1 [0002]
\bullet US 4345167 A [0004]
\bullet US 4743837 A [0004]
\bullet DE 19528454 C1 [0004]
\bullet EP 0859467 A1 [0013]
Claims (8)
1. Circuitería para un interruptor de proximidad
capacitivo destinado a determinar su estado de conmutación
teniendo:
- -
- un elemento sensorial capacitivo, cuya capacidad (C3) varía en función de su estado de conmutación,
- -
- un condensador central (C2),
- -
- un primer elemento de conexión controlable (D2) que somete el elemento sensorial capacitivo (C3) a una tensión de carga (U3) en función de una señal de mando, y
- -
- un segundo elemento de conexión controlable (T1) que, en función de la señal de mando, conecta el elemento sensorial capacitivo (C3) al condensador central (C2) para transferir la carga del elemento sensorial capacitivo (C3) al condensador central (C2),
caracterizada por el hecho de que
- -
- la tensión de carga (U3) es una tensión alterna y los elementos de conexión (D2, T1) son sometidos a la tensión alterna según la señal de mando, de tal manera que el primer elemento de conexión (D2) o el segundo elemento de conexión (T1) sean conductivos alternativamente.
2. Circuitería según la reivindicación 1,
caracterizada por el hecho de que la tensión de carga (U3)
se genera con ayuda de una fuente de tensión continua (U1) y una
fuente de tensión de onda cuadrada (U2) con potencial de referencia
común, por lo cual un diodo de apriete (D1) es introducido en bucle
en dirección de bloqueo entre un nudo de tensión de carga (N1) y la
fuente de tensión continua (U1) y un condensador (C1) y una
resistencia (R1) son introducidos en serie en un bucle entre el
nudo de tensión de carga (N1) y la fuente de tensión de onda
cuadrada (U2).
3. Circuitería según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada por el hecho de que el primer elemento de
conexión es un diodo (D2) y/o el segundo elemento de conexión es un
transistor bipolar, particularmente un transistor pnp (T1).
4. Circuitería según la reivindicación 3,
caracterizada por el hecho de que la base del transistor
(T1) y/o el ánodo del diodo (D2) está(n) unido(s) al nudo de
tensión de carga (N1), el cátodo del diodo (D2) y/o el emisor del
transistor (T1) está(n) unido(s) a una resistencia de filtro
(R2) acoplada al elemento sensorial capacitivo (C3), y el colector
del transistor (T1) está conectado al condensador central (C2),
cuya otra conexión está conectada a un potencial de referencia.
5. Circuitería según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que un interruptor (S1) está conectado en paralelo al condensador
central (C2).
6. Circuitería según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que la misma presenta varios elementos sensoriales capacitivos
(C3), a los cuales está asociado respectivamente un primero y un
segundo elemento de conexión (D2, T1), y solamente un condensador
central único (C2) que está conectado al segundo elemento de
conexión (T1) correspondiente por medio de respectivamente un diodo
de desacoplamiento (D4) en dirección de paso, por lo cual el ánodo
del diodo de desacoplamiento (D4) está conectado a la respectiva
señal de selección (SL1, SL2, SL3) por un diodo de selección (D3)
en dirección de paso.
7. Circuitería según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que el elemento sensorial capacitivo (C3) está concebido para ser
colocado en un lado inferior de una superficie o recubrimiento que
presenta características dieléctricas, por lo cual presenta
preferiblemente una superficie lisa plana para la instalación.
8. Circuitería según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizada por el hecho de que el elemento
sensorial capacitivo (C3) es un cuerpo voluminoso elástico,
preferiblemente alargado, de material eléctricamente
conductivo.
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