专利名称：电容接近开关及具有该开关的家用器具的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种电容接近开关(Annahemngsschalter )，具有由电绝 缘盖板遮挡的导电的传感器面，作为具有可通过近似而改变的电容的电容 器的一部分，该传感器面与半导体开关的控制输入端连接，该半导体开关 还具有带有时钟信号的信号输入端和信号输出端。本发明还涉及具有这样 接近开关的家用器具。已公知有众多的具有电容传感器或开关的装置。本发明涉及一种特殊 的电容式工作的开关，其中，导电的传感器面被电绝缘的盖板遮盖。由此 用户不直接接触该传感器面，而只是在接触盖板时接近它。传感器面构成 开放的电容器板，电容器的电容量取决于该板与第二板(如地)之间的距 离，该距离例如通过用户手指的接近而改变。
背景技术：
一种这样的电容式接近开关已由DE 69519701 T2公开。在那里设置 了半导体开关，在其信号输入端输入极化的脉冲序列形式的输入信号，并 且该半导体开关在静止状态下、即在该接近开关未被操纵时处于截止状 态，从而在该半导体开关的信号输出端没有输出信号。但这样的接近开关 的缺点是，不能清楚地将用户的操纵与例如由于盖板污染而造成的错误操 作区分开。发明内容因此本发明要解决的技术问题在于，提出一种改进的价格合理的电容 接近开关。解决的使在半导体开关^的信号输出端5^^Bt钟信号的输出信4具有与由 传感器面构成的电容器的电容量成比例的信号分量。本发明的优点在于，在时钟信号的每一拍都有输出信号可供使用，由 此可以随时对由传感器面形成的电容器的容量改变进行分析。以这种方式、尤其是通过对时间上的改变的分析可以确定，电容量的改变是由于用 户操纵了该接近开关，还是由于盖板潮湿或污染而导致的错误操作。根据一优选实施方式，控制输入端为传感器面提供时钟信号，以及在 通过时钟信号对电容器充电期间输出信号施加在半导体开关的信号输出 端。尤其是，半导体开关具有晶体管，而传感器面与该晶体管的基极相连。 由于只要在传感器面有载荷子流动该半导体开关或晶体管就是接通的，因 此输出信号的形状与电容器的电容相关，并由此可以简单的方式来测量该 电容。优选为了提供时钟信号将信号输入端与微处理器的输出端相连。该输出端可以是模拟的也可以是数字的，如计时器输出、PWM输出或1/0输出。 优选尤其是由微处理器的输出端出来的时钟信号为周期性的时钟信号，尤 其是矩形信号并具有优选在10至100千赫范围内的频率。由此可以保证 足够频度地查询由传感器面形成的电容器的电容，以检测对接近开关的操 纵。此外可以省掉用于产生时钟信号的昂贵的分立频率发生器，由此减少 了所需组件的数量。尤其是时钟信号的频率可自动变化。由此可以自动选 择使输出信号具有最大信号摆幅(Signalhub)的频率。优选时钟信号周期性地分别在信号输入端上施加预定时间段。通过这 种方式可以按照固定的时间间隔检查是否存在对接近开关的操纵。而在这 些间隔之间的时间段则尤其可由微处理器用于其它功能。为对输出信号进行处理，将半导体开关的信号输出端与积分器电路或 峰值电压测量器或按照一优选实施方式与采样和保持电路连接。在使用积 分器电路时可以将多个输出信号脉冲积分为直流电压。利用峰值电压测量 器可以直接确定输出信号脉冲的高度。通过采样和保持电路可以与输出信 号脉沖峰值的幅度成比例地来提供直流电压以进行进一步处理。优选为了对输出信号进行分析，将半导体开关的信号输出端与微处理 器的模拟输入端连接，尤其是通过在它们之间连接的采样和保持电路。通 过这种方式可以通过软件程序对输出信号进行分析，并且对此不需要阈值 电路，由此进一步降低了组件的数量。微处理器对输出信号信号分量的时间变化进行分析，如利用软件程 序 依据输出信号的信号分量(如脉冲峰值的高度或脉冲宽度)随前后接 续的时钟周期改变的速度，微处理器可以识别出对接近开关的操纵。即， 如果信号分量在预先给定的时间段、如1秒内改变，则将其识别为操纵；如果信号分量改变得很慢，则不存在操纵。通过这种方式对接近开关操纵 的确定就与输出信号的绝对大小无关，由此消除了接近开关例如由于老化 过程的长期改变。按照本发明，传感器面具有有源屏蔽。该有源屏蔽由屏蔽面构成，时 钟信号同时施加在传感器面上和该屏蔽面上。如果传感器面和与该传感器 面相邻设置的屏蔽面被同时施以尽可能相同的或同一时钟信号，则带来的 优点是，在传感器面和屏蔽面之间不会形成电位差，由此也不会形成电荷 位移并且由此也不会产生对传感器面的电容性影响。这尤其是对于由传感 器面构成的电容器的微微法拉数量级的电容量来说是重要的，因为在该范 围本身就有例如由导线、相邻传感器面或金属外壳引起的很小的干扰电容 会影响电容器电容量的测量。通过利用有源屏蔽使该干扰电容对传感器面 的影响最小化，可以将该接近开关设置在金属外壳部分的附近，即使这些 金属外壳部分接地。此外，不再需要将传感器面设置在紧邻接近开关的分 析电路以使干扰电容最小，而是可以将传感器面与屏蔽面一起远离分析电 路设置。由此可以价格低廉的镀铜聚酯薄膜的形式来实现传感器面和连接 导线，该聚酯薄膜具有至分析电路的连接。优选时钟信号通过低欧姆电阻施加在屏蔽面上。通过这种方式可使屏 蔽面上时钟信号的信号形状与传感器面上时钟信号的信号形状互相补偿。按照一优选实施方式，屏蔽面可以通过开关与地相连以施加地电势。 在此地应理解为固定电势，如地电势或接近开关的参考电势。为了检验接 近开关的功能，即为了确定输出信号的参考值，可以通过开关将屏蔽面间 或与地相连，由此使有源屏蔽间或失去作用并模拟接近开关的操纵。以这 种方式可以检验在操纵接近开关时是否存在足够的输出信号的信号摆幅， 或者是否可能由于污染或使用盖板或由于接近开关的老化过程而存在功 能缺陷。以这种方式可以避免接近开关的错误操作，由此改善接近开关的 功能可靠性。尤其是当接近开关的一项安全功能不再能被保证时，配备了 本发明的接近开关的设备可以自动断开。有时还可以通过改变时钟信号的 高度来动态匹配输出信号的信号摆幅，即接近开关可以自动校准。优选所述开关具有控制信号输入端，该控制信号输入端与微处理器的控制信号输出端连接。该开关尤其是晶体管，如PNP或NPN双极型晶体管， 其基极与微处理器的控制信号输出端相连。由此可以简单的方式利用软件 程序通过微处理器来接通该开关或晶体管，这样就可以在预定的时刻自动检验接近开关的功能。根据应用的情况可以不同地设置屏蔽面和传感器面。例如可以将屏蔽 面和传感器面设置在盖板的背面，在此屏蔽面包围该传感器面。尤其是可 以将屏蔽面和传感器面蒸镀或粘接或印刷在盖板的背面上。替代地，还可 以将屏蔽面和传感器面设置在支架的相同面上，在此屏蔽面同样包围传感 器面。在另一实施方式中，将传感器面设置在支架的正面而将屏蔽面至少在 该传感器面的区域内设置在该支架的背面。以这种方式可以使传感器面被 屏蔽掉反向设置的功率电路，尤其是在家用器具中，如洗衣机、烘干机、洗碗机、烘烤机(Gargerat)、抽湿器、制冷机、空调机、热水器或吸尘 器。支架尤其是构成为电路板，其正面的部分区域作为传感器面，而其整 个背面构成屏蔽面。根据一优选实施方式，支架设置得与盖板有一定距离，并且在盖板和 支架之间设置了桥接该距离的导电体，该导电体与传感器面导电连接和/ 或其表面的至少一部分构成传感器面的至少一部分。通过该导电体传感器 面的传感器敏感特性从支架转移到盖板的背面。屏蔽面通过支架与盖板之 间的空气层相对于盖板正面的电荷改变绝缘、尤其是在用户按压时。在另一实施方式中，支架是柔性电路板或镀铜塑料薄膜。这样的支架 可以适应各种弯曲的盖板，从而传感器面可以形状封闭地贴靠在盖板的背 面。尤其是这样的支架可以印刷或粘接在盖板的背面上。按照本发明，接近开关具有参考传感器面，用于为确定该接近开关的 操纵状态产生参考信号，在此该参考信号的信号分量与由该参考传感器面 形成的参考电容器的电容量成比例，并且该参考电容器的电容量由传感器 面的环境条件确定。这样做的优点在于，可以通过参考信号确定环境条件 如湿度、温度或瞬时温度梯度以及由老化等材料改变对传感器面输出信号 的影响，并在分析与由传感器面形成的电容器的电容量成比例的输出信号 时加以考虑。另一优点是，对于利用网络开关接通的设备通过参考信号在 接通时就能确定是否存在对接近开关的操纵。总之，通过参考信号可以减 少在分析输出信号时的真实性询问。优选将参考传感器面和传感器面设置在一个共同的支架上，尤其是设 置在该支架的同一面上。通过参考传感器面与传感器面的空间接近保证了 使参考信号代表传感器面的干扰电容。按照一优选实施方式，将支架设置在与盖板一定距离处，并且在该盖 板和支架之间设置了桥接该距离的导电体，该导电体与传感器面导电连接 和/或其表面的至少一部分构成该传感器面的至少一部分。通过该导电体 传感器面的传感器敏感特性从支架转移到盖板的背面。参考传感器面通过 支架与盖板之间的空气层相对于盖板正面的电荷改变绝缘、尤其是在通过 用户接触时，由此防止了用户对参考传感器面的有意或无意操纵。相宜地，在传感器面上施加时钟信号，在参考传感器面上施加另一时 钟信号或同一时钟信号。以这种方式可以类似于确定由传感器面形成的电 容器的电容量的方式来确定参考电容器的电容量，并类似于对由传感器面 形成的电容器的输出信号的处理来处理参考信号。优选以时间多路复用方法在传感器面上和在参考传感器面上施加时 钟信号。通过时钟信号的高频率可以保证对由传感器面形成的电容器和参 考电容器的电容量有足够的查询频度以检测对接近开关的操纵。仅使用一 个时钟信号的优点在于，只需要一个时钟发生器。在确定接近开关的操纵 状态时可以简单的方式通过微处理器的软件程序来考虑该参考信号。在支架设置得与盖板有一定距离并且在盖板和支架之间设置了桥接 该距离的导电体，该导电体与传感器面导电连接和/或其表面的至少一部 分构成该传感器面的至少一部分的优选实施方式中，被证明非常有利的是 在支架上设置至少一个电子组件，使其伸入到空腔中并被该导电体包围。 该特别是由伸展体盘绕的压力弹簧的导电体尤其是与设置在电路板背面 的屏蔽面一起形成用于该电子元件的法拉第力，从而使该电子元件被屏蔽 掉周围的电磁干扰信号。优选以这种方式将半导体开关设置在支架上并被 屏蔽掉电磁干扰信号，从而使输出信号的质量得到改善。优选在支架上在由导电体包围的空腔中设置突出的发光元件和/或在由传感器面限定的区域内设置发光元件，如LED、白炽灯或发光导体。该 发光元件可以用于标识传感器面或用于通知接近开关的不同电路状态。此 外为了标记传感器面在盖板表面的位置或者在透视盖板时在盖板底面的 位置，可以设置压印形式的标记。优选家用器具、如洗衣机、烘干机、洗碗机、烘烤机、抽湿器、制冷 机、空调机、热水器或吸尘器，或家用器具的输入板具有至少一个本发明 的接近开关。由此家用器具可以具有包含该输入板的贯通的挡板 (Blende)，从而保护家用器具免受出现的污染或潮湿的影响。在此该挡板相当于电绝缘的盖板并例如可由玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、塑料、木头或 石头制成。此外通过本发明的接近开关可以保证设备的安全性，因为当接 近开关失去作用能力时家用器具可以自动断开。根据一优选实施方式，输入板具有多个传感器面，它们以矩阵的形式 用多路复用方法连接以进行运行。此外输入板还可以具有一个或多个参考 传感器面。通过时钟信号的高频率可以保证对由传感器面形成的电容器还 有参考电容器的电容量有足够的查询频度以确定用户的操纵。仅使用一个 时钟信号具有只需要一个时钟发生器的优点。在另一实施方式中，将至少两个传感器面尤其是在盖板的背面或在共 同的支架上相邻地设置并共同构成位置传感器。根据在哪个相对于传感器 面的位置上由于属于传感器面的输出信号检测到用户的操作，可以触发不 同的电路状态。以这种方式可以构成没有机械移动的元件的滑动开关，其 中，用户例如用手指移过盖板或挡板的属于位置传感器的区域。要说明的是，从属权利要求的特征可以在不背离本发明思想的条件下 相互任意组合。
以下借助附图对本发明进行详细描述。图中示出 图l示意性示出具有带有按照本发明的输入板的挡板的家用器具的截 面图；图2示意性示出传感器面以及包围该传感器面的屏蔽面的实施方式的 正视图；图3A， 3B示意性示出图1的输入板的片段，带有用户对按照本发明 的电容接近开关的操纵；图4示意性示出按照本发明的电容接近开关的电路的一段；图5示意性示出按照本发明的具有有源屏蔽的接近开关的电路的一段；图6示 意性示出图1的输入板的电路，其具有多个以矩阵形式连接的 按照本发明的接近开关；图7示意性示出两个形成位置传感器的传感器面的实施方式的正视图；图8以侧视图示出图1的输入板的片段，带有按照图4的电路的电子由压力弹簧包围的空腔中。
具体实施方式
在对附图详细描述之前应注意的是，在所有附图中按照本发明的电容表示。如果在、二幅、附图(使用了;/个同5类的元件一或;部分，并i对它们使用 了不同的附图标记，则对相应附图标记的引导位置分别选择相同的数字。 相应附图标记的随后的位置用于区分同类的元件或部分。图1示意性示出具有带有按照本发明的输入板3的挡板2的家用器具 l的一段的截面图。挡板2是由绝缘体如玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、塑料、 木头或石头制成的电绝缘盖板。输入板3包含多个结构相同的电容接近开 关4，在此只示出了其中的两个并且在以下将仅描述其中的一个。与挡板 2有一定距离地设置了电路板5，其具有朝向挡板2背面6的导电传感器 面7。电路板5可以是塑料板，其至少在其平板一侧(Plattenseit)具有 所述的传感器面7以及必要时的线路，传感器面7通过这些线路与接近开 关4的开关电路14连接(参见图4、 5、 6)。传感器面7的导电层可以不 同的形式构成，如圆形或带角的、完全平面的、栅格形或者框架形。在挡板2和电路板5之间设置了盘绕的压力弹簧8形式的导电体，其 优选由弹簧丝构成。压力弹簧8在其上端具有平坦的线圈调节器9，其由 多个绕组构成，这些绕组由于压力弹簧8所处的应压力而螺旋形地彼此交 错并且形状封闭地与挡板2背面6极易成为拱形的形状相匹配。压力弹簧 8在其下端具有下绕组9，，压力弹簧8通过该下绕组9，平卧在电路板5 的传感器面7上并在那里与电路板5的传感器面7焊接或粘接在一起，或 者压力弹簧8通过该下绕组9，仅在应压力下固定地位于电路板5的传感 器面7上，从而在压力弹簧8和电路板5的传感器面7之间形成导电连接。 通过该导电连接电路板5的传感器面7的传感器敏感特性转移到挡板2的 背面6上，并且压力弹簧8现在本身形成传感器面7的至少一部分，尤其 是通过其线圈调节器9、 9，。替代盘绕的、金属的压力弹簧8，该导电体 还可以具有其它形状，如圆柱形、圆锥形或平行六面体形和/或由其它导 电材料构成，如由导电塑料或具有金属芯的塑料构成。在传感器面7所处的电路板5的同一侧上，即在朝向挡板2的背面6 的电路板5的正面上，设置了导电的参考传感器面10。参考传感器面10与传感器面7类似也与接近开关4的开关电路14导电连接。可以为每个 传感器面7设置一个所属的参考传感器面IO，或者为多个或所有传感器面 7设置一个共同的参考传感器面10。与传感器面7不同，参考传感器面10 没有导电压力弹簧8，因此参考传感器面10通过电路板5和挡板2之间的 空气层与挡板2正面上的电荷或电荷改变电绝缘。在电路板5的背面，在传感器面7和参考传感器面10的位置上分别 设置了导电的屏蔽面11,其作用方式将在以下图5中描述。替代为每个传 感器面7或参考传感器面10设置一个屏蔽面11，可以设置一个唯一的屏 蔽面11，其在电路板5的整个背面上伸展或者在电路板5的背面上至少覆 盖包括传感器面7或参考传感器面10的区域。电路板5尤其可以是柔性 的电路板或者是镀铜塑料薄膜。在图2所示的另一替代的实施方式中，在 此实施为圆形的传感器面7，和屏蔽面11都位于电路板5的正面上。在此 屏蔽面11由框架形围绕传感器面7的导电层构成，在此该框架的形状与 传感器面7的外轮廓相匹配。接近开关4的开关电路14可以设置在电路板5的正面或背面上，或 者设置在分立的印刷电路板上。此外，还可以为多个或所有接近开关4设 置一个共同的开关电路14。在图1示出的实施方式中，在电路板5的反向 区域中设置了具有印刷电路板13的电子模块l2，在该印刷电路板13的朝 向电路板5的正面具有接近开关4的开关电路14，而在其背面则具有家用 器具l的功率电路15。印刷电路板13与电路板5导电连接(未示出)。如果现在如图3A所示， 一个引导与传感器面7的电势不同的电势、 尤其是地电势的元件，如用户的手指16，接近与传感器面7相对置的挡板 2的表面区域和/或与之相接触，则由此引起由相关的元件或手指16、挡 板2以及传感器面7构成的或由传感器面7与压力弹簧8共同组成的电容 器17的电容改变(参见图3B)。由于传感器面7与接近开关4的开关电 路14导电连接，可以通过开关电路14来确定该电容改变并为了触发开关 信号而对其进行进一步分析，如以下所述。此外，可以在电路板5上在压 力弹簧8内的范围内设置一个光源35 (参见图8)，如LED，以标识传感 器面7或通知接近开关4的不同电路状态。图4示出开关电路14的电路图的一部分。开关电路14具有作为半导 体开关18的PNP双极型晶体管，传感器面7通过限流电阻20与半导体开 关18的控制输入端19、即其基极相连。此外半导体开关18还具有信号输入端21，即该PNP双极型晶体管的发射极，以及信号输出端22，即该PNP 双极型晶体管的集电极，在此信号输入端21通过基极-发射极电阻23与 传感器面7连接。限流电阻20和基极-发射极电阻23可以已经集成在该 PNP双极型晶体管中。半导体开关18的信号输出端22与公知类型的采样 和保持级24连接以对输出信号进行进一步处理，通过该采样和保持级" 可以提供与输出信号脉冲峰值的幅度成比例的直流电压信号，对此在这里 不再叙述。替代采样和保持级24,半导体开关18的信号输出端22还可以 与公知的积分器电路或公知的峰值电压测量仪(未示出)连接以对输出信 号进行处理。半导体开关18的信号输入端21与微处理器26的模拟信号 输出端25连接，而半导体开关18的信号输出端22通过采样和保持级24 与微处理器26的模拟信号输入端27连接。还可以用两个不同的微处理器 来替代微处理器26，其中的一个与半导体开关18的信号输入端21连接， 而另一个与半导体开关18的信号输出端22连接。也可以采用其它半导体 开关18来替代PNP双极型晶体管，如用NPN双极型晶体管、场效应晶体管或普通的可控半导体元件。时钟信号28施加在半导体开关18的信号输入端21上，时钟信号28 例如由微处理器26的模拟信号输出端25提供。时钟信号28是矩形周期 性电压信号，其由微处理器26定期在地电势(即L0W(低)电平)和接近 开关4的开关电路14的运行电压(即HIGH (高)电平)之间转换，在此 该地电势可与用户的地电势不同。时钟信号28的时钟频率优选位于 10-100千赫的范围内。半导体开关18的信号输出端22、即PNP双极型晶 体管的集电极通过另一电阻29处于采样和保持级24的参考电位。通过时 钟信号28的LOW电平，半导体开关18的信号输入端21以及由此PNP双 极型晶体管的发射极E和基极-发射极电阻23都位于地电势。这导致传感 器面7或电容器17通过限流电阻20和基极-发射极电阻23放电。由此使 PNP双极型晶体管的基极B相对于PNP双极型晶体管的发射极E为正且PNP 双极型晶体管截止。通过时钟信号28的跟随在LOW电平之后的HIGH电平， 传感器面7以及由此电容器17通过基极-发射极电阻23和限流电阻20充 电。在传感器面7或电容器17充电期间在基极-发射极电阻23上产生电 压降。由此使PNP双极型晶体管的基极B相对于PNP双极型晶体管的发射 极E为负且PNP双极型晶体管导通，并且一直导通到传感器面7或电容器 17充电到时钟信号28的HIGH电平为止。在传感器面7或电容器17充电期间，通过时钟信号28在电阻29上施加输出信号，该输出信号与传感器 面7或电容器17的电容量成比例。由此在半导体开关18的信号输出端22 上存在输出信号，其跟随时钟信号28且其信号分量与传感器面7或电容 器17的电容量成比例。该输出信号通过采样和保持级被转换为直流电压信号并施加在微处 理器26的模拟信号输入端27。微处理器26例如利用软件程序对该直流电 压信号以及由此的输出信号的信号分量的时间变化进行分析。微处理器26 依据输出信号的信号分量如脉沖峰值高度或脉冲宽度随前后接续的时钟 周期变化的速度来识别对接近开关4的操纵。也就是说，如果信号分量在 例如一秒的预定时间段内改变，则被识别为操纵；如果信号分量改变得緩 慢，则不存在操纵。通过这种方式可以与输出信号绝对值无关地确定对接 近开关4的操纵，由此排除了接近开关例如由于老化过程的长期改变。图5示出按照本发明的具有有源屏蔽的接近开关4的开关电路14的 一段。该有源屏蔽通过屏蔽面11形成，其通过低欧姆电阻30与半导体开 关18的信号输入端21连接，并且通过低欧姆电阻30在屏蔽面上和在传 感器面7上同时施加时钟信号28。通过适当选择低欧姆电阻30可使屏蔽 面11上时钟信号28的信号形状与传感器面7上时钟信号28的信号形状 相补偿，从而使得在屏蔽面11和传感器面7之间没有电位差并由此没有 载荷转移，由此保证传感器面7通过屏蔽面11被屏蔽掉干扰电容。屏蔽面11通过在所示出的实施方式中为NPN双极型晶体管的开关31 与地连接以处于地电势。开关31具有控制信号输入端32、即NPN双极型晶体管的基极，其与 微处理器26的控制信号输出端33连接。由此通过微处理器26的软件程 序可以简单的方式接通开关31或NPN双极型晶体管。为了检验接近开关4 的功能、即确定输出信号的参考值，通过开关31将屏蔽面11间或与地电 势连接，由此使有源屏蔽间或失效并模拟对接近开关4的操纵。通过这种 方式可以检验在操纵接近开关4时输出信号是否有足够的信号摆幅，或者 是否可能由于挡板2的污染或潮湿、由于如温度和湿度等环境条件或者由 于接近开关4的老化过程而存在故障功能。有时还可以通过改变时钟信号 28的高度来动态地匹配输出信号的信号摆幅，即可以自动校准接近开关4， 由此改善了接近开关4的功能可靠性。如果由于例如挡板2的污染而不再 能够保证接近开关的可靠功能，则家用器具l将自动断开。参考传感器面IO相应于传感器面7连接。参考传感器面IO与传感器 面7相邻地设置，从而使参考传感器面IO或由参考传感器面IO形成的开 放参考电容器的电容量成为对传感器面7的环境条件、即干扰电容的度量， 而且也是对温度、湿度或由于老化引起的材料改变对输出信号的影响的度 量。施加在参考传感器面10上的时钟信号28与施加在传感器面7上的相 同，尤其是以时间多路复用方法来施加，即相继为传感器面7和参考传感 器面IO提供不同周期的同一时钟信号28。替代地，还可以在参考传感器 面IO上施加来自微处理器26的另一模拟信号输出端的另一时钟信号。在 对由传感器面7产生的输出信号进行分析时，由参考传感器面10产生的 参考信号在微处理器26中被作为输出信号的基本电平来考虑，并由此用 于确定接近开关4的操纵状态。在利用网络开关接通的家用器具l中，借 助该参考信号在接通时就已经能够确定是否存在对接近开关4的操纵。图6示意性示出输入板3的开关电路14，其具有9个以3x3矩阵形式 连接的、以时间多路复用方法运行的按照本发明的接近开关4。第一列三 个接近开关的传感器面711、 712、 713与微处理器26的第一信号输出端 251连接。第二列三个接近开关的传感器面721、 722、 723与微处理器26 的第二信号输出端252连接。第三列三个接近开关的传感器面731、 732、 733与微处理器26的第三信号输出端253连接。传感器面711、 721、 731 通过其各自的半导体开关和第一采样和保持级与微处理器26的第一信号 输入端271连接。传感器面712、 722、 732通过其各自的半导体开关和第 二采样和保持级与微处理器26的第二信号输入端272连接。传感器面713、 723、 733通过其各自的半导体开关和第三采样和保持级与微处理器26的 第三信号输入端273连接。时钟信号28分别针对预定的时间段、即针对预定的时钟周期数由微 处理器26的三个信号输出端251、 252、 253中的一个输出。在此信号输 出端25K 252、 253前后交替并周期性地重复。在由三个信号输出端251、 252、 253之一输出时钟信号28的时间段内，分别对微处理器26的所有三 个信号输入端271、 272、 273进行分析。通过这种方式可以仅利用 一个开 关电路先后对所有9个传感器面711、 712、 713、 721、 722、 723、 731、 732、 733进行检验，看是否存在用户对相应接近开关的操纵。图7示意性示出两个一起形成位置传感器的传感器面71和72的实施 方式的正视图。传感器面71和72构成为直角三角形的形式，并相邻地设置在共同的支架5上或设置在挡板2的背面上，在此传感器面71和72以 其斜边相对设置。传感器面71和72被共同的、在传感器面71和72之间 沿三角形斜边延伸的屏蔽面11框住。根据用户通过在传感器面71和72 区域内触摸了挡板2并由此触摸了位置传感器而在相对于传感器面71和 72侧边延展的哪个位置进行了操纵，由于传感器面71和72的三角形形状 由传感器面71和72形成的电容器的电容量也不相同。因此，借助属于传 感器面71和72的输出信号可以确定操纵的位置并由此触发与该位置相应 或对应的开关状态。在操纵位置改变或移动时，例如用户在挡板2上移动 其手指时，同样可以检测到该移动并在必要时触发相应于9个位置之一的 开关状态。通过这种方式位置传感器形成一个没有要机械移动的元件的滑 动开关，通过该滑动开关例如可以调节炉盘、空调机或制冷机的温度或功 率。图8示意性示出图1的输入板的片段的剖视图。在电路板5上有焊环 7，，通过该焊环7，将由盘绕的压力弹簧8的下边两个绕组构成的线圏调 节器9，与电路板5焊接在一起，并通过这种方式与开关电路14连接。压 力弹簧8的绕组围绕出空腔34。在电路板5上，在焊环7，内在开关电路 14的电子组件朝向盖板2的一侧设置了半导体开关18的PNP双极型晶体 管以及其基极-发射极电阻23和限流电阻20以及发光二极管35,它们伸 入到由压力弹簧8围绕出的空腔34内。为了能够将这些电子组件与开关 电路14的其它组件电连接，焊环7，不是完全封闭的环，而是在侧面断开 的(未示出)。替换地，还可以贯穿电路板5地实现该电连接。压力弹簧 8与设置在电路板5背面的屏蔽面11一起形成针对设置在压力弹簧8内部 区域34中的这些电子元件的法拉第力，从而使这些电子元件被屏蔽掉周 围的电附图标记列表 1家用器具2挡板 3输入板 4接近开关 5电路板 6挡板的背面 7传感器面 7，焊环 8压力弹簧9上绕组的线圏调节器9，下绕组的线圈调节器10参考传感器面11屏蔽面12电子模块13印刷电路板14接近开关的开关电路15功率电路16用户的手指17电容器18半导体开关19半导体开关的控制输入端20限流电阻21半导体开关的信号输入端22半导体开关的信号输出端2 3基极-发射极电阻24采样和保持级25微处理器的模拟信号输出端26微处理器27微处理器的模拟信号输入端 28时钟信号 29电阻30低欧姆电阻 31开关32开关的控制信号输入端 33微处理器的控制信号输出端 34由压力弹簧围绕的空腔 35发光二极管
权利要求
1. 一种电容接近开关，具有由电绝缘盖板(2)遮挡的导电的传感器面(7)，作为具有可通过接近而改变的电容的电容器(17)的一部分，该传感器面(7)与半导体开关(18)的控制输入端(19)连接，该半导体开关还具有带有时钟信号(28)的信号输入端(21)和信号输出端(22)，其特征在于，在该半导体开关(18)的信号输出端(22)上具有跟随时钟信号(28)的输出信号，该输出信号具有与由传感器面(7)构成的电容器(17)的电容量成比例的信号分量。
2. 根据权利要求1所述的接近开关，其特征在于，所述控制输入 端(19 )为传感器面(7 )提供时钟信号(28 )，以及在通过时钟信号 对电容器(17)充电期间所述输出信号施加在半导体开关(18)的信 号输出端(22)上。
3. 根据权利要求1或2所述的接近开关，其特征在于，所述半导 体开关(18)具有晶体管，而传感器面(7)与该晶体管的基极相连。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的接近开关，其特征在于， 为了提供时钟信号(28)，将所述信号输入端(21)与微处理器(26) 的输出端(25)相连。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的接近开关，其特征在于， 所述时钟信号(28)是周期性时钟信号。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的接近开关，其特征在于， 所述时钟信号(28)是矩形信号。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的接近开关，其特征在于， 所述时钟信号(28)具有在10至100千赫范围内的频率。
8. 根据权利要求7所述的接近开关，其特征在于，所述时钟信号 (28)的频率可自动变化。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的接近开关，其特征在于， 所述时钟信号(28)周期性地分别在所述信号输入端(21)上施加预 定的时间段。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的接近开关，其特征在于， 为对输出信号进行处理，将所述半导体开关(18)的信号输出端(22) 与积分器电路或峰值电压测量器或采样和保持电路(24)连接。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的接近开关，其特征在于， 为对输出信号进行分析，将所述半导体开关(18)的信号输出端(22) 与所述微处理器(26)的模拟输入端(27)连接。
12. 根据权利要求11所述的接近开关，其特征在于，所述微处理 器(26)对输出信号的信号分量的时间变化进行分析。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的接近开关，其特征在于， 所述传感器面(7)具有有源屏蔽，并且该有源屏蔽由屏蔽面(11)构 成，所述时钟信号(28)在施加在传感器面(7)上的同时也施加在该 屏蔽面(11)上。
14. 根据权利要求13所述的接近开关，其特征在于，所述时钟信 号(28)通过低欧姆电阻(30)施加在屏蔽面(11)上。
15. 根据权利要求13或14所述的接近开关，其特征在于，所述 屏蔽面(11)可以通过开关(31)与地相连以处于地电势。
16. 根据权利要求15所述的接近开关，其特征在于，所述开关(31 ) 具有控制信号输入端(32)，该控制信号输入端(32)与所述微处理 器(26)的控制信号输出端(33)连接。
17. 根据权利要求15或16所述的接近开关，其特征在于，所述 开关(31)是晶体管。
18. 根据权利要求13至17中任一项所述的接近开关，其特征在 于，所述屏蔽面(11)和传感器面(7)设置在所述盖板(2)的背面(6)，并且该屏蔽面(11)包围该传感器面(7)。
19. 根据权利要求13至17中任一项所述的接近开关，其特征在 于，所述屏蔽面(11)和传感器面(7)设置在支架(5)的相同面上， 并且该屏蔽面(11)包围该传感器面(7)。
20. 根据权利要求13至17中任一项所述的接近开关，其特征在 于，所述传感器面(7)设置在支架(5)的正面而所述屏蔽面(11) 至少在该传感器面(7)的区域内设置在该支架(5)的背面。
21. 根据权利要求19或20所述的接近开关，其特征在于，所述 支架(5)设置得与所述盖板(2)有一定距离，并且在该盖板(2)和 支架(5)之间设置了桥接该距离的导电体(8)，该导电体(8)与传 感器面(7)导电连接和/或其表面的至少一部分构成该传感器面(7) 的至少一部分。
22. 根据权利要求19或20所述的接近开关，其特征在于，所述 支架(5)是柔性电路板或镀铜塑料薄膜。
23. 根据权利要求1至22中任一项所述的接近开关，其特征在于， 该接近开关(4 )具有参考传感器面(10 )，用于为确定该接近开关(4 ) 的操纵状态而产生参考信号，该参考信号的信号分量与由该参考传感 器面(10)形成的参考电容器的电容量成比例，以及该参考电容器的 电容量由所述传感器面(7)的环境条件确定。
24. 根据权利要求23所述的接近开关，其特征在于，所述参考传 感器面(10)和传感器面(7)设置在一个共同的支架(5)上。
25. 根据权利要求24所述的接近开关，其特征在于，所述参考传 感器面(10)和传感器面(7)设置在支架(5)的同一面上。
26. 根据权利要求24或25所述的接近开关，其特征在于，所述 支架(5 )设置在与盖板(2 ) —定距离处，并且在该盖板(2 )和支架(5)之间设置了桥接该距离的导电体(8),该导电体(8)与传感器 面(7)导电连接和/或其表面的至少一部分构成该传感器面(7)的至 少一部分。
27. 根据权利要求23至26中任一项所述的接近开关，其特征在 于，在所述传感器面(7)上施加时钟信号(28)，在所述参考传感器 面(10)上施加另一时钟信号或同一时钟信号(28)。
28. 根据权利要求23至26中任一项所述的接近开关，其特征在 于，以时间多路复用方法在所述传感器面(7)上和在参考传感器面(10) 上施加时钟信号(28)。
29. 根据权利要求21或26所述的接近开关，其特征在于，在所 述支架(5)上设置至少一个电子组件(18， 20， 23， 35)，使其伸入 空腔中并被导电体(8)包围。
30. 根据权利要求29所述的接近开关，其特征在于，所述电子组 件是半导体开关(18, 20， 23)和/或发光元件(35)。
31. 根据权利要求29或30所述的接近开关，其特征在于，所述 导电体(8)是由伸展体盘绕的压力弹簧。
32. —种用于家用器具的输入板，具有至少一个根据权利要求1 至31中任一项所述的接近开关(4 )。
33. 根据权利要求32所述的输入板，其特征在于，以矩阵形式将多个传感器面(711， 712， 713， 721, 722, 723， 731， 732， 733 )以 多路复用方法进行连接，以进行运行。
34. 根据权利要求32或33所述的输入板，其特征在于，将至少 两个传感器面(71， 72)相邻地设置并共同构成位置传感器。
35. —种具有根据权利要求32至34中任一项所述的输入板的家 用器具。
全文摘要
本发明涉及一种电容接近开关(4)，具有由电绝缘盖板(2)遮挡的导电的传感器面(7)，作为具有可通过接近而改变的电容的电容器(17)的一部分，该传感器面(7)与半导体开关(18)的控制输入端(19)连接，该半导体开关还具有带有时钟信号(28)的信号输入端(21)和信号输出端(22)。在该半导体开关(18)的信号输出端(22)上跟随时钟信号(28)的输出信号具有与由传感器面(7)构成的电容器(17)的电容量成比例的信号分量。
文档编号H03K17/96GK101258678SQ200680031722
公开日2008年9月3日 申请日期2006年8月14日 优先权日2005年8月30日
发明者W·克洛普弗 申请人:Bsh博施及西门子家用器具有限公司