CN110546491B - 检测液体和/或湿气存在的传感器设备、测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测液体和/或湿气的传感器设备(10)。该传感器设备包括谐振电路，该谐振电路包括连接到电容器(11)的电感器(13)，其中，电容器包括一起将介电基板(14)的至少一部分夹在中间的第一电极(11a)和第二电极(11b)。第一和第二电极被配置为提供相对于彼此的重叠失配，并且重叠失配区域(ma)是两个电极的重叠区域(oa)的至少0.1％。本发明还涉及一种用于读取传感器设备的系统(70)和一种用于读取传感器设备的方法(100，200)。

Description

检测液体和/或湿气存在的传感器设备、测量系统和方法
技术领域
本公开涉及用于检测液体的存在的传感器和测量方法，尤其是液体和/或湿气传感器的无线询问。
背景
存在一些情况，其中检测在结构中的液体和/或湿气的存在而不必破坏该结构的表面是合乎需要的。这些情况的示例可以是其中胶或用于固定或调平的化合物已经被涂敷在不可渗透液体的被暴露表面覆盖物下方。当基于水的胶被用于涂敷墙壁或地板的乙烯基覆盖物时将会是这情况。
在这些情况下，能够验证例如在胶中的溶剂(其可以但不必需是水)被下面的材料适当地吸收可能是合乎需要的。如果这没有发生，那么可能必须撕掉覆盖物并重新涂敷它。自然地，覆盖物的不可渗透性质使电气地测量在覆盖物下方的溶剂的存在变得不可能。
另一个示例可以是需要在建筑结构的施工完成后检测在建筑结构中的湿气的存在。这种检测可能在完工之后数年是需要的，以确定结构的状况。然而，为了进入结构的内部以电气地测量其中的湿气，建筑结构的被暴露表面将需要以破坏性的方式打开，其后该被暴露表面需要昂贵的修复。
在EP2275806B1中公开了一种用于检测水分的已知技术。然而，在这种传感器中使用的吸湿电解质在提供液体和/或湿气的准确检测方面有严重的缺点。电解质对水分或水的反应在某些条件下可能是不可预测的，从而使检测变得不可靠。
因此，存在对于允许对结构中的液体和/或湿气的存在的无破坏性和可靠检测的方法的需要。
概述
本发明的一个目的是提供用于检测在结构中的液体和/或湿气的存在的对结构无破坏性的解决方案。本发明由所附独立权利要求限定，实施例在所附从属权利要求中、在下面的描述中和在附图中被阐述。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于检测液体和/或湿气的传感器设备。传感器设备包括谐振电路，该谐振电路包括连接到电容器的电感器，其中，电容器包括一起将介电基板的至少一部分夹在中间的第一电极和第二电极。第一和第二电极被配置为提供相对于彼此的重叠失配，并且重叠失配区域是两个电极的重叠区域的至少0.1％。
传感器设备可以被提供以由测量单元读取。谐振电路可以被配置为响应于来自测量单元的询问信号，提供与测量单元的电感耦合。响应信号可以由询问信号在谐振电路中引起。响应信号的性质取决于谐振电路的特性。例如，响应信号的性质可取决于电容器的电容值和电感器的电感值。因此，谐振电路的设计将确定它的响应特性。谐振电路的设计因此对技术人员是已知的。
当电容器中的两个电极有意地或无意地被放置成失配时，寄生电容或杂散电容可能在电容器被供电时出现。本发明是基于下面的认识：当溶剂且特别是极性溶剂(例如水)存在于传感器设备周围时，所得到的电容器的电容值可能增加。空气的介电常数约为1，且大多数固体材料具有约3-5的介电常数。另一方面，水具有约80的介电常数。因此，当水存在于传感器设备周围时，寄生电容将大大增加。
这个效果可以通过有意地在第一和第二电极之间提供重叠失配区域来使用，并且可以通过测量在传感器设备中的电路的谐振响应信号而询问传感器设备来被检测。寄生电容可影响电容器的值，并从而影响谐振LC电路的谐振频率。LC电路的谐振频率可以由(L*C)的平方根的倒数提供。LC电路可以被调谐以在大约4-15MHz、优选地大约7-9.5MHz以及最优选地大约7.1-9.1MHz的频率下谐振。寄生电容的水平可以使电路的谐振频率在所述间隔内不同。因此，当接收到询问信号时由传感器设备提供的响应信号的频率可以用于检测在传感器设备的位置处的液体的存在。
重叠区域可以具有基板的公共区域的尺寸，第一和第二电极都沿着该公共区域在基板的各自相对侧上延伸。失配区域可以是第一电极和第二电极的各自延伸区域减去重叠区域的部分的总和，即基板的区域——电极中的任一个在该区域上延伸而对应的另一电极没有延伸到在基板的相对侧上的相同区域。在示例性实施例中，电极之一可以具有35*18mm的尺寸。另一个电极可以具有34.5*17.5mm的尺寸，使得较大的电极可以在其所有四个侧边上在较小电极的延伸部分之外延伸0.25mm。重叠区域因此可以是603.75mm2，以及失配区域可以是26.25mm2，失配区域等于重叠区域的4.3％。相对于重叠区域，更大和更小的失配区域都可能是合适的。例如，较大的电极可以仅在一个方向上在重叠区域之外延伸0.25mm。因此，失配区域可以是重叠区域的0.7％。使用更大的电极，可以提供更大的重叠区域(例如65*65mm)，并且在一个方向上的0.25mm的这种失配延伸可以提供0.4％的失配区域。
可能期望重叠区域的至少0.1％的失配区域。在一个实施例中优选地至少0.5％。在另一实施例中优选地至少1％。在另一个实施例中至少2％。在又一实施例中至少3％。
此外，失配区域可以在一个实施例中小于重叠区域的20％，在另一实施例中小于15％。小于20％或15％的失配区域可以提供必要量的寄生电容，而它们对所得到的电容没有太大的影响，且它们不负面地影响电容器的功能。
在一个实施例中，第一电极和第二电极之一可以提供比电极中的另一个更大的电极区域。
为了有意地引入某个量的寄生电容，可以在预期的重叠失配的情况下放置电极。这种失配可以由电极中的一个比电极中的另一个更大(即具有更大的电极区域)来提供。由此可以确保期望的失配量。较大的电极可以是与电感器在基板的同一端面侧上的第一电极或者布置在基板的相对的第二端面侧上的第二电极。
在另一个实施例中，提供更大电极区域的电极可以在与两个电极中的另一个平行的平面中延伸，并且具有更大电极区域的所述电极可以在所述平面中的至少一个方向上比所述电极中的另一个具有更大的延伸范围。
可以提供更大电极区域的电极可以在沿着所述平面的仅仅一个方向上提供更大的延伸。替代地，较大的电极可以在所述平面中的多个方向上提供更大的延伸。较大电极的延伸可以被设计成提供期望的寄生电容量。
在另一实施例中，第一电极可以在介电基板的第一端面侧上形成，并且电感器可以被形成为在介电基板的所述第一端面侧上的平面电感器。
传感器设备可以由介电基板形成，第一电极和电感器在介电基板的第一端面侧上形成，以及第二电极在介电基板的第二端面侧上形成，所述第二端面侧与所述第一端面侧相对。电感器可以与第一电极电连接。电极和电感器可以被印刷在基板上。第一电极和电感器可以在第一端面侧上由常见材料形成。
在一个实施例中，电感器和电容器的第二电极之间的连接可以由连接元件提供。
连接元件可以提供在基板的第一端面侧上形成的电感器和在第二端面侧上形成的第二电极之间的连接。连接元件可以提供穿过基板的连接。
在另一个实施例中，连接元件可以包括电阻元件或电容元件。
所述电容器可以是第一电容器，并且以电容元件的形式的连接元件可以被提供作为第二电容器。第二电容器可以由第三电极和第四电极形成。第三电极可以在基板的第一端面侧上形成。第四电极可以在基板的第二端面侧上形成。第三电极可以与电感器电连接。第四电极可以与第一电容器的第二电极电连接。第二电容器可以优选地以与第一电容器相同的方式在重叠失配的情况下被布置。因此，第二电容器的第三电极和第四电极之间的重叠失配区域可以是重叠区域的至少0.1％，在一个实施例中优选地至少0.5％，以及在另一实施例中优选地至少1％。在另一个实施例中，失配区域可以是重叠区域的至少2％。在又一实施例中至少3％。此外，失配区域可以在一个实施例中小于重叠区域的20％。在另一实施例中小于15％。在一个示例性实施例中，第二电容器中的电极之一可以具有60*10mm的区域，而电极中的另一个可以具有59.5*9.5mm的区域，使得较大的电极在其所有四个侧边上在较小电极的延伸部分之外延伸0.25mm。因此，重叠区域可以是565.25mm2，且失配区域可以是34.75mm2，这提供了为重叠区域的5.8％的失配区域。
通过提供第二电容器，可以以合适的布置在基板的各自端面侧上提供电感器和第一电容器之间的电连接。电感器的第一端可以连接到第一电容器的第一电极，并且第二电容器可以提供从布置在基板的第一端面侧上的电感器的第二端到基板的第二相对端面侧并进一步到第一电容器的第二电极的连接。
连接元件还可以被提供作为从基板的第一端面侧穿过基板延伸到基板的第二相对端面侧的电阻元件。电阻元件可以连接到在第一端面侧上的电感器，并连接到在第二端面侧上的第二电极。
电阻元件可以由在基板的第一端面侧上的第一连接器构件和在基板的第二端面侧上的第二连接器构件形成，其中，连接器构件之一延伸穿过基板以与两个连接器构件中的另一个直接连接。连接元件可以被形成为延伸穿过基板的电阻元件。两个连接器构件可以由单独的材料形成。在优选实施例中，第二连接器构件可以布置成延伸穿过基板。在一个实施例中，可以通过首先将第一连接器构件布置在基板的第一端面侧上来形成连接元件。接下来，可以在第一连接器构件的位置处提供穿过基板的孔，但是该孔可以不延伸穿过第一连接器构件。可以通过例如激光蚀刻来提供这种孔。接下来，可以通过因此将材料布置在基板的第二端面侧上来形成第二连接器构件，其中，所述材料还可以填充孔。
替代地，可以提供电阻元件作为由单一材料形成的元件，该单一材料穿过基板中的所述孔从第一端面侧延伸到第二端面侧。
当使用电阻元件作为连接元件时，第一电容器的尺寸可以减小，因为在谐振电路的部件之间的更有效的电连接可以被提供。
在一个实施例中，第一电极可以包括金属层。
可以在基板上提供第一电极作为金属层。金属层可以是图案化金属膜。在基板的第一端面侧上的所有部件(即第一电极和电感器)可以由相同的材料形成。在第二电容器被提供的实施例中，布置在第一端面侧上的第二电容器的第三电极也可以由所述材料形成。在电阻元件被提供的实施例中，布置在基板的第一端面侧上的电阻元件的一部分(例如连接器构件)也可以由相同的材料形成。
在一个实施例中，第一电极由铝或铜形成。替代地，可以使用其他导电材料。
替代地，可以通过导电油墨或聚合物的印刷来形成第一电极以及可选地在基板的第一端面侧上的其他部件。
在另一个实施例中，第二电极可以包括导电油墨或聚合物。
导电油墨或聚合物可以例如是含银油墨、导电聚合物或石墨烯。可以例如通过丝网印刷来将导电油墨或聚合物印刷在基板上。由导电油墨或聚合物形成的第二电极可以提供可渗透液体的电极，以便使液体和/或湿气能够到达在电极之间的基板。在基板的第一端面侧上的所有部件可以由相同的材料形成。在第二电容器被提供的实施例中，布置在基板的第二端面侧上的第二电容器的第四电极也可以由导电油墨或聚合物形成。在连接元件被提供的实施例中，布置在基板的第二端面侧上的连接元件的连接器构件也可以由导电油墨或聚合物形成。此外，穿过基板延伸的连接元件的连接器构件可以由导电油墨或聚合物形成。
在一个实施例中，介电基板可以包括具有响应于在它的环境中的液体和/或湿气而可变的介电常数的均质材料。
所谓均质可以意指没有液体或气体穴(pocket)的材料。基板的介电常数可能影响电容器的电容值。基板材料可以被配置成吸收在它的环境中的液体和/或湿气。这种液体/湿气可以提供传感器设备的环境的水或湿气的水分。因此，电容器的电容值可以根据传感器设备的周围湿气而变化。可以由基板吸收的液体和/或湿气的量可以与液体和/或湿气的存在成线性关系。当吸收液体和/或湿气时，基板的介电常数可能改变。更多被吸收的颗粒可以提供增加的介电常数。增加的介电常数可以提供电容器的增加的电容值，且因而提供电路的降低的谐振频率。通过使用具有可以响应于液体和/或湿气的存在而变化的介电常数的基板，不仅在电路中的寄生电容将变化，而且电容器的电容值也将由于基板的介电常数而变化。因此也许不仅可能通过寄生电容来检测液体或湿气的存在，而且可能通过基板的介电常数来测量周围环境的相对湿气。这可能当在传感器设备周围的液体的含量已经减少到环境中没有自由液体但有周围环境的湿气的这样的程度时是特别重要的。
在另一个实施例中，介电基板材料可以被配置成吸收液体和/或湿气，并且在完整的吸收-解吸循环之后，该材料可以保持它的尺寸+/-0.1％，优选地+/-0.01％。
介电基板材料可以被配置成在完整的吸收-解吸循环之后保持它的物理尺寸。通过这种循环，可以意味着基板在第一过程中在传感器设备处吸收环境中的液体和/或湿气，达到某个值，并且在第二过程中解吸相应量的液体和/或湿气。因此，基板的介电常数可以在吸收-解吸循环之前和之后是实质上相同的。通过保持它的物理尺寸，可以意味着它的尺寸+/-0.1％的保持，优选地+/-0.01％的保持。电容器的电容值由此可以不受基板的尺寸随时间的推移的任何变化的影响。
在又一个实施例中，介电基板可以包括选自由聚酰亚胺和聚四氟乙烯组成的组的按重量至少70％的聚合物。
包括聚酰亚胺或聚四氟乙烯的基板可以提供合适的液体和/或湿气吸收能力而没有显著的尺寸变化，而同时响应于在它的环境中的液体和/或湿气来提供变化的介电常数。可选地，基板可以基本上由所述聚合物组成。此外，可选地，基板可以由所述聚合物组成。
在一个实施例中，介电基板可以具有小于2mm、优选地小于1mm以及更优选地小于0.5mm的厚度。
在另一个实施例中，第一电极和第二电极中的至少一个可以是可渗透液体的。
为了检测在传感器设备的环境中的液体和/或湿气的存在，液体和/或湿气可能需要与基板接触。为了便于这样的过程，电极中的至少一个可以是可渗透液体的。所谓可渗透液体可以意指电极被形成使得它使液体和/或湿气能够通过其被输送。
在另一个实施例中，至少一个可渗透液体的电极可以由可渗透液体的导电材料形成。
在一个实施例中，液体渗透性可以由一种材料所形成的电极提供，该材料使液体和/或湿气能够通过该材料被输送。这种材料可以是具有实现这种颗粒输送的结构的多孔材料。这种材料的一个示例可以是银油墨。其他示例可以是导电聚合物或石墨烯。
在另一实施例中，至少一个可渗透液体的电极可以被穿孔。
为了提供通过电极的液体渗透性，电极可以被穿孔。可以提供通孔(throughhole)，液体和/或湿气可以通过该通孔被输送。在一个实施例中，这种孔在直径上可以是大约0.5-1mm，并且可以以离彼此大约0.5cm的距离被布置。因此，电极可以由具有合适的导电性质的材料形成而无实现液体和/或湿气输送的多孔结构。穿孔可以使液体和/或湿气能够到达基板，使得基板可以从周围环境吸收液体/湿气。穿孔还可以使被基板吸收的液体和/或湿气能够被解吸。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测液体和/或湿气的传感器设备。传感器设备包括谐振电路，该谐振电路包括连接到电容器的电感器。电容器包括一起将介电基板的至少一部分夹在中间的第一电极和第二电极。介电基板包括具有响应于在它的环境中的液体和/或湿气而可变的介电常数的均质材料。
根据本发明的这个方面的传感器设备提供对与上面提出的传感器设备相同的技术问题的替代解决方案。传感器设备可以被提供以由测量单元读取。谐振电路可以被配置为响应于来自测量单元的询问信号，提供与测量单元的电感耦合。响应信号可以在谐振电路中由询问信号引起。响应信号的性质取决于谐振电路的特性。例如，响应信号的性质可能取决于电容器的电容值。
谐振电路可以是LC电路。LC电路的谐振频率可以由(L*C)的平方根的倒数提供。LC电路可以被调谐以在大约4-15MHz、优选地大约7-9.5MHz以及最优选地大约7.1-9.1MHz的频率下谐振。
所谓均质可以意指没有液体或气体穴的材料。基板的介电常数可能影响电容器的电容值。基板材料可以被配置成吸收在它的环境中的液体和/或湿气。这种液体/湿气可以提供传感器设备的环境的水或湿气的水分。因此，电容器的电容值可以根据传感器设备的周围湿气而变化。可以由基板吸收的液体和/或湿气的量可以与液体和/或湿气的存在成线性关系。当吸收液体和/或湿气时，基板的介电常数可能改变。更多被吸收的颗粒可以提供增加的介电常数。增加的介电常数可以提供电容器的增加的电容值，且因而提供电路的降低的谐振频率。通过使用具有可以响应于液体和/或湿气的存在而变化的介电常数的基板，电容器的电容值可以变化。因此也许可能通过基板的介电常数来检测周围环境的液体和/湿气的存在。这可能当在传感器设备周围的液体的含量处于环境中没有自由液体但有周围环境的湿气的这样的程度时是特别重要的。
在一个实施例中，介电基板材料可以被配置成吸收液体和/或湿气，并且在完整的吸收-解吸循环之后，该材料保持它的尺寸+/-0.1％，优选地+/-0.01％。
介电基板材料可以被配置成在完整的吸收-解吸循环之后保持它的物理尺寸。通过这种循环，可以意味着基板在第一过程中在传感器设备处吸收环境中的液体和/或湿气，达到某个值，并且在第二过程中解吸相应量的液体和/或湿气。因此，基板的介电常数可以在吸收-解吸循环之前和之后是实质上相同的。通过保持它的物理尺寸，可以意味着它的尺寸+/-0.1％的保持，优选地+/-0.01％的保持。电容器的电容值由此可以不受基板的尺寸随时间的推移的任何变化的影响。具有这些性质的材料可能适合于基板。
在一个实施例中，介电基板可以包括选自由聚酰亚胺和聚四氟乙烯组成的组的按重量至少70％的聚合物。
包括聚酰亚胺或聚四氟乙烯的基板可以提供合适的液体和/或湿气吸收能力而没有显著的尺寸变化，而同时响应于在它的环境中的液体和/或湿气来提供变化的介电常数。可选地，基板可以基本上由所述聚合物组成。此外，可选地，基板可以由所述聚合物组成。
在一个实施例中，介电基板可以具有小于2mm、优选地小于1mm或更优选地小于0.5mm的厚度。
在一个实施例中，第一电极和第二电极中的至少一个可以是可渗透液体的。
为了检测在传感器设备的环境中的液体和/或湿气的存在，液体和/或湿气可能需要与基板接触。为了便于这样的过程，至少一个电极可以是可渗透液体的。所谓可渗透液体可以意指电极被形成使得它使液体和/或湿气能够通过其被输送。
在另一个实施例中，至少一个可渗透液体的电极由可渗透液体的导电材料形成。
在一个实施例中，液体渗透性可以由一种材料所形成的电极提供，该材料使液体和/或湿气能够通过该材料被输送。这种材料可以是具有实现这种颗粒输送的结构的多孔材料。这种材料的一个示例可以是银油墨。其他示例可以是导电聚合物或石墨烯。
在另一实施例中，至少一个可渗透液体的电极可以被穿孔。
为了提供通过电极的液体渗透性，电极可以被穿孔。可以提供通孔，液体和/或湿气可以通过该通孔被输送。在一个实施例中，这种孔在直径上可以是大约0.5-1mm，并且可以以离彼此大约0.5cm的距离被布置。因此，电极可以由具有合适的导电性质的材料形成而无实现液体颗粒输送的多孔结构。穿孔可以使液体和/或湿气能够到达基板，使得基板可以从周围环境吸收液体/湿气。穿孔还可以使被基板吸收的液体和/或湿气能够被解吸。
在一个实施例中，第一和第二电极可以被配置为提供相对于彼此的重叠失配，其中，重叠失配区域是两个电极的重叠区域的至少0.1％。
当电容器中的两个电极有意地或无意地在失配的情况下被放置时，寄生电容或杂散电容可能在电容器被供电时出现。本发明是基于下面的认识：当溶剂且特别是极性溶剂(例如水)存在于传感器设备周围时，所得到的电容器的电容值可能增加。空气的介电常数约为1，且大多数固体材料具有约3-5的介电常数。另一方面，水具有约80的介电常数。因此，当水存在于传感器设备周围时，寄生电容将大大增加。
这个效果可以通过有意地在第一和第二电极之间提供重叠失配区域来使用，并且可以通过测量在传感器设备中的电路的谐振响应信号而询问传感器设备来被检测。寄生电容可影响电容器的值，并从而影响谐振LC电路的谐振频率。LC电路的谐振频率可以由(L*C)的平方根的倒数提供。LC电路可以被调谐以在大约4-15MHz、优选地大约7-9.5MHz以及最优选地大约7.1-9.1MHz的频率下谐振。寄生电容的水平可以使电路的谐振频率在所述间隔内不同。因此，当接收到询问信号时由传感器设备提供的响应信号的频率可以用于检测在传感器设备的位置处的液体的存在。
重叠区域可以具有基板的公共区域的尺寸，第一和第二电极都沿着该公共区域在基板的各自相对侧上延伸。失配区域可以是第一电极和第二电极的各自延伸区域减去重叠区域的部分的总和，即基板的区域——电极中的任一个在该区域上延伸而对应的另一电极没有延伸到在基板的相对侧上的相同区域。在示例性实施例中，电极之一可以具有35*18mm的尺寸。另一个电极可以具有34.5*17.5mm的尺寸，使得较大的电极可以在其所有四个侧边上在较小电极的延伸部分之外延伸0.25mm。重叠区域因此可以是603.75mm2，以及失配区域可以是26.25mm2，失配区域等于重叠区域的4.3％。相对于重叠区域，更大和更小的失配区域都可能是合适的。例如，较大的电极可以仅在一个方向上在重叠区域之外延伸0.25mm。因此，失配区域可以是重叠区域的0.7％。使用更大的重叠区域(例如65*65mm)，在一个方向上的0.25mm的这种失配延伸可以提供0.4％的失配区域。
可能期望重叠区域的至少0.1％的失配区域。在一个实施例中优选地至少0.5％。在另一实施例中优选地至少1％。在另一个实施例中至少2％。在又一实施例中至少3％。
此外，失配区域可以在一个实施例中小于重叠区域的20％。在另一实施例中小于15％。
通过使用具有重叠失配的电极的第一电容器，不仅基板的介电常数可以变化，而且寄生电容也变化，这两者都可对电容器的变化的电容值做出贡献。因此也许不仅可能通过寄生电容来检测液体或湿气的存在，而且可能通过基板的介电常数来测量周围环境的相对湿气。这可能在不仅周围环境的湿气存在而且自由液体存在时是特别重要的。
在另一个实施例中，第一和第二电极之一可以提供比电极中的另一个更大的电极区域。
为了有意地引入某个量的寄生电容，可以在预期的重叠失配的情况下放置电极。这种失配可以由电极中的一个比电极中的另一个更大(即具有更大的电极区域)来提供。由此可以确保期望的失配量。较大的电极可以是与电感器在基板的同一端面侧上的第一电极或者布置在基板的相对的第二端面侧上的第二电极。
在又一个实施例中，提供更大电极区域的电极在与两个电极中的另一个平行的平面中延伸，并且其中，具有更大电极区域的所述电极在所述平面中的至少一个方向上提供比电极中的另一个更大的延伸范围。
可以提供更大电极区域的电极可以在沿着所述平面的仅仅一个方向上提供更大的延伸。替代地，较大的电极可以在所述平面中的多个方向上提供更大的延伸。较大电极的延伸可以被设计成提供期望的寄生电容量。
在一个实施例中，第一电极可以在介电基板的第一端面侧上形成，并且电感器可以被形成为在介电基板的所述第一端面侧上的平面电感器。
传感器设备可以由介电基板形成，第一电极和电感器在介电基板的第一端面侧上形成，以及第二电极在介电基板的第二端面侧上形成，所述第二端面侧与所述第一端面侧相对。电感器可以与第一电极电连接。电极和电感器可以被印刷在基板上。第一电极和电感器可以在第一端面侧上由常见材料形成。
在一个实施例中，电感器和电容器的第二电极之间的连接可以由连接元件提供。
连接元件可以提供在基板的第一端面侧上形成的电感器和在第二端面侧上形成的第二电极之间的连接。连接元件可以提供穿过基板的连接。
在另一个实施例中，连接元件可以包括电阻元件或电容元件。
所述电容器可以是第一电容器，并且以电容元件的形式的连接元件可以被提供作为第二电容器。第二电容器可以由第三电极和第四电极形成。第三电极可以在基板的第一端面侧上形成。第四电极可以在基板的第二端面侧上形成。第三电极可以与电感器电连接。第四电极可以与第一电容器的第二电极电连接。第二电容器可以优选地以与第一电容器相同的方式在重叠失配的情况下被布置。因此，在第二电容器的第三和第四电极之间的重叠失配区域可以是重叠区域的至少0.1％，在一个实施例中优选地至少0.5％，以及在另一实施例中优选地至少1％。在另一个实施例中，失配区域可以是重叠区域的至少2％。在又一实施例中至少3％。此外，失配区域可以在一个实施例中小于重叠区域的20％。在一个示例性实施例中，第二电容器中的电极之一可以具有60*10mm的区域，而电极中的另一个可以具有59.5*9.5mm的区域，使得较大的电极在其所有四个侧边上在较小电极的延伸部分之外延伸0.25mm。因此，重叠区域可以是565.25mm2，且失配区域可以是34.75mm2，这提供了为重叠区域的5.8％的失配区域。
通过提供第二电容器，可以以合适的布置在基板的各自端面侧上提供电感器和第一电容器之间的电连接。电感器的第一端可以连接到第一电容器的第一电极，并且第二电容器可以提供从布置在基板的第一端面侧上的电感器的第二端到基板的第二相对端面侧并进一步到第一电容器的第二电极的连接。
连接元件还可以被提供作为从基板的第一端面侧穿过基板延伸到基板的第二相对端面侧的电阻元件。电阻元件可以连接到在第一端面侧上的电感器，并连接到在第二端面侧上的第二电极。
电阻元件可以由在基板的第一端面侧上的第一连接器构件和在基板的第二端面侧上的第二连接器构件形成，其中，连接器构件之一延伸穿过基板以与两个连接器构件中的另一个直接连接。连接元件可以被形成为延伸穿过基板的电阻元件。两个连接器构件可以由单独的材料形成。在优选实施例中，第二连接器构件可以布置成延伸穿过基板。在一个实施例中，可以通过首先将第一连接器构件布置在基板的第一端面侧上来形成连接元件。接下来，可以在第一连接器构件的位置处提供穿过基板的孔，但是该孔可以不延伸穿过第一连接器构件。可以通过例如激光蚀刻来提供这种孔。接下来，可以通过因此将材料布置在基板的第二端面侧上来形成第二连接器构件，其中，所述材料还可以填充孔。
替代地，可以提供电阻元件作为由单一材料形成的元件，该单一材料穿过基板中的所述孔从第一端面侧延伸到第二端面侧。
当使用电阻元件作为连接元件时，第一电容器的尺寸可以减小，因为在谐振电路的部件之间的更有效的电连接可以被提供。
在一个实施例中，第一电极可以包括金属层。
可以在基板上提供第一电极作为金属层。金属层可以是图案化金属膜。在基板的第一端面侧上的所有部件(即第一电极和电感器)可以由相同的材料形成。在第二电容器被提供的实施例中，布置在第一端面侧上的第二电容器的第三电极也可以由所述材料形成。在连接元件被提供的实施例中，布置在基板的第一端面侧上的连接元件的电阻元件的一部分(例如连接器构件)也可以由相同的材料形成。替代地，第一电极和电感器可以由不同的导电材料形成。类似地，第一电极和/或电感器可以由不同于第三电极或电阻元件部分的导电材料形成。
在一个实施例中，金属层可以包括铝或铜。可选地，可以使用其他导电材料。
可以通过导电油墨或聚合物的印刷来形成第一电极以及可选地在基板的第一端面侧上的其他部件。
在另一个实施例中，第二电极可以包括导电油墨或聚合物。
导电油墨或聚合物可以例如是含银油墨、导电聚合物或石墨烯。可以例如通过丝网印刷来将导电油墨或聚合物印刷在基板上。由导电油墨或聚合物形成的第二电极可以提供可渗透液体的电极，以便使液体和/或湿气能够到达电极之间的基板。在基板的第一端面侧上的所有部件可以由相同的材料形成。在第二电容器被提供的实施例中，布置在基板的第二端面侧上的第二电容器的第四电极也可以由导电油墨或聚合物形成。在连接元件被提供的实施例中，布置在基板的第二端面侧上的连接元件的连接器构件也可以由导电油墨或聚合物形成。此外，延伸穿过基板的连接元件的连接器构件可以由导电油墨或聚合物形成。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于检测液体和/或湿气的存在的系统，该系统包括根据上面的实施例中的任一个的传感器设备以及包括电感构件和控制器的测量单元，其中，传感器设备布置在距待分析的结构的被暴露表面0.1-500mm的深度处。控制器被配置为向电感构件提供询问信号并从电感构件接收响应信号。
该系统可以被提供来实现对传感器设备的无线读取，以及因而实现对由传感器设备检测到的液体和/或湿气水平的测量。如上面所讨论的，传感器设备可以包括被配置为当接收到询问信号时反向散射响应信号的无源电路，其中，该电路的谐振频率响应于在它的环境中的液体和/或湿气的存在而变化。测量单元可以被配置成向传感器设备发送询问信号。因此，可以在测量单元和传感器设备之间提供电感耦合。测量单元中的电感构件可以起天线的作用，并且控制器可以提供预期的询问信号。询问信号可以无线地被发送到传感器设备，该传感器设备可以布置在待分析的结构的被暴露表面之下或背后的一深度处。传感器设备可以布置在结构的一部分上，或者可以被包围在结构的材料内部。测量单元还可以被配置成接收来自传感器设备的响应信号，并且基于该响应信号的性质来确定液体和/或湿气的存在。
待分析的结构可以是建筑部分，例如墙壁、地板、天花板或屋顶。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于检测在结构中的液体和/或湿气的存在的方法，该方法包括下面的步骤：在距结构的被暴露表面0.1-500mm的深度处提供用于检测液体和/或湿气的传感器设备；借助于测量单元中的控制器和电感构件来向传感器设备提供询问信号；从传感器设备接收响应信号；以及基于响应信号来检测液体和/或湿气的存在。
检测液体和/或湿气的存在的方法可以由如上所述的系统执行。所提供的传感器设备可以被配置为当被提供有来自测量单元的询问信号时反向散射响应信号。询问信号可以由起天线的作用的电感构件发送，并且被导引向传感器设备。传感器设备的电路可以被配置成用处于它的谐振频率由它的电感器发送的响应信号做出响应。然后，被接收到的响应信号可用于确定所检测的液体和/或湿气的存在。由于传感器设备的布置，谐振频率可以根据液体和/或湿气的存在而变化。因此，接收到的响应信号的频率可以响应于液体和/或湿气的存在而变化。液体和/或湿气的存在的检测因此可以基于接收到的响应信号的频率。
在一个实施例中，传感器设备可以是如上面的实施例中的任一个中所述的传感器设备。
在一个实施例中，检测液体和/或湿气的存在可以包括将响应信号与检测到的液体和/或湿气水平关联起来。
由测量单元接收的接收到的响应信号可用于检测在传感器设备的位置处的液体和/或湿气的存在。响应信号的性质可用于将接收到的响应信号与检测到的液体和/或湿气的某个水平关联起来。
在另一个实施例中，检测液体和/或湿气的存在可以包括确定响应信号的频率以将所述频率与检测到的液体和/或湿气水平关联起来。
传感器设备电路的谐振频率可以响应于在传感器设备的环境中的液体和/或湿气的存在而变化。由此，所接收到的从传感器设备反向散射的响应信号的频率可以指示在传感器设备处液体和/或湿气的水平。液体和/或湿气的检测因此可以包括确定响应信号的频率并将所述频率与检测到的液体和/或湿气水平关联起来的步骤。这种关联可以借助于查找表来建立，在查找表中，某个信号频率响应被指定为对应于预定的液体或湿气水平。
在一个实施例中，提供询问信号可以包括在不同频率下提供至少两个询问信号，并且接收响应信号的步骤可以包括在相应频率下接收至少两个响应信号。
在传感器设备中的电路的谐振频率可以根据液体和/或湿气的存在而变化。通过在不同频率下提供至少两个询问信号，基于接收到的响应信号对液体和/或湿气的存在的检测的准确度可以提高。
在另一个实施例中，提供询问信号可以包括在第一频率范围内以连续降低或升高的频率提供多个询问信号，并且接收响应信号可以包括接收相应的多个响应信号。
传感器设备电路的谐振频率可以基于液体和/或湿气的存在而变化的范围可以被称为第一频率范围。由此，所提供的询问信号可以被提供为在所述第一频率范围内的询问信号频率扫描。在频率范围内的响应信号的相应扫描因此将由测量单元接收。因此可以提高确定液体和/或湿气的存在的准确度。
在另一个实施例中，接收多个响应信号可以包括将测量单元的电感构件的谐振频率调谐到与多个询问信号相对应的连续降低或升高的频率。
通过提供测量单元天线或电感构件的谐振频率以跟随询问信号的频率扫描，可以进一步提高检测的准确度。它可以进一步改善和优化测量单元的最大频率读取范围。当通过频率扫描找到传感器设备电路的谐振频率时，询问信号频率以及传感器设备电路和测量单元的电感构件的谐振频率可以都是相同的，这可以提供在检测中的增加的灵敏度和准确度。
在一个实施例中，在第一频率范围内在连续降低或升高的频率下提供多个询问信号可以包括在第一频率范围内以第一步进速率提供所述多个询问信号，以及基于接收到的多个相应的响应信号来进一步在所述第一频率范围内的子范围内以高于第一步进速率的第二步进速率提供多个询问信号。询问信号可以首先在整个第一频率范围内被提供。这些询问信号可以以相对大的步长(提供第一步进速率)在连续降低或升高的频率下被发送。然后，可以在第一频率范围的子范围内以相对小的步长(即以高于第一步进速率的第二步进速率)在连续降低或升高的频率下提供另外的询问信号。子范围的选择可以基于接收到的多个响应信号的性质。例如，被确定为最接近传感器设备的当前谐振频率的响应信号的频率可以用作用于设置子范围的基础。因此，可以在最接近当前谐振频率的范围内提供频率扫描的微调。由此可以提供液体和/或湿气的检测的增加的准确度。
在另一实施例中，确定响应信号的频率可以包括比较在所述第一频率范围内在不同频率下的多个接收到的响应信号的响应信号功率水平，其中具有最大信号功率水平的响应信号的频率可以用于检测液体和/或湿气的存在。
当以频率扫描提供询问信号时，可以比较在第一频率范围内在多个频率下的相应的接收到的响应信号的信号功率水平，以便找到具有最大信号功率水平的响应信号。在传感器设备电路的谐振频率处可以提供最大水平的响应信号。因此，当找到最大水平的响应信号时，该信号可以提供传感器设备电路的当前谐振频率的信息。该谐振频率可用于将响应信号与检测到的液体和/或湿气水平关联起来。
在另一实施例中，具有公共相位的多个询问信号可以被发送，并且多个接收到的响应信号的相位被确定并用于检测液体和/或湿气的存在。可以将在连续降低或升高的频率下发送的询问信号控制为具有相同的相位。接收到的响应信号的相位可以基于传感器设备的性质而不同。在传感器设备的当前谐振频率下询问信号的响应信号的相位可以不同于低于或高于谐振频率时询问信号的响应信号的相位。通过确定多个响应信号的相位，谐振频率由此可以被识别并用于液体和/或湿气的检测。
在另一个实施例中，多个接收到的响应信号中的与所发送的询问信号同相的响应信号可以用于检测液体和/或湿气的存在。替代地，多个接收到的响应信号中的具有最接近询问信号的相位的相位的响应信号可以用于检测液体和/或湿气的存在。在传感器设备的当前谐振频率下发送的询问信号可以提供与所发送的询问信号同相的接收到的响应信号。在低于或高于传感器设备的当前谐振频率的频率下的询问信号可以提供与询问信号异相的响应信号。低于谐振频率的询问信号可以提供在询问信号的相位之前的响应信号相位，而高于谐振频率的询问信号可以提供在询问信号的相位之后的响应信号。使用响应信号的相位来检测液体和/或湿气可以提供精确和有效的检测过程，从而导致可靠的检测到的液体和/或湿气值。
在一个实施例中，所述询问信号可以是第一询问信号，并且该方法还可以包括提供第二询问信号的步骤，该步骤包括在第二频率范围内在连续降低或升高的频率下提供多个询问信号，并且接收响应信号的步骤可以包括接收相应的多个响应信号。
询问信号扫描的提供可以在两个频率范围内的两次独立扫描中被提供。由此可以确定响应信号频率的不同性质。在传感器设备包括具有电极的重叠失配的第一电容器和由具有响应于液体和/或湿气的被吸收量而变化的介电常数的材料制成的基板的实施例中，可以提供在两个频率范围内的两次扫描以分别读取这两个部分。可以进行在第一频率范围内的询问信号扫描以主要检测由被基板吸收的湿气的量提供的湿气的存在。可以进行第二询问信号扫描以主要检测由来自第一电容器的寄生电容的量提供的液体的存在。基板可以吸收高达不再有颗粒可以被吸收的水平(对应于大约100％的湿气水平)的湿气。此后，自由液体可能存在，这可能不会进一步影响基板的介电常数。然后可以检测自由液体的量，寄生电容可以响应于自由液体的量而变化，因而可以检测电路的谐振频率。
在另一个实施例中，第二频率范围可以至少部分地在第一频率范围之外。
第一和第二频率范围可以包括单独的频率，但可以重叠。重叠范围可以小于频率范围中的每个范围的一半。
在一个实施例中，第一频率范围可以是大约7.5-9.1MHz。此外，在一个实施例中，第二频率范围可以是大约7.1-7.7MHz。
在一个实施例中，提供第二询问信号的步骤可以仅在根据第一询问信号接收到的响应信号被分配到大于95％湿气、优选地大于100％湿气的湿气水平的情况下被提供。
传感器设备电路的谐振频率可以响应于在传感器设备的环境中的液体和/或湿气的存在而变化。谐振频率可以变化的范围可以取决于液体是作为湿气存在还是作为自由液体存在。谐振频率可以首先在与高达100％湿气水平的湿气水平对应的第一频率范围内变化。此后，谐振频率可以在与当前自由液体的水平对应的范围内变化。在湿气水平没有达到100％或至少95％的情况下，自由液体的检测可能是不必要的。因此，可以在第一频率范围内提供第一询问信号扫描，其中，第一频率范围至少部分地对应于谐振频率可以响应于检测到的湿气水平而变化的范围。如果检测到的湿气水平为至少95％或至少100％，则可以提供在第二频率范围内的第二询问信号扫描，其中，第二频率范围至少部分地对应于谐振频率可以响应于检测到的自由液体水平而变化的范围。在替代实施例中，在第一和第二频率范围内的两次询问信号扫描可以被如上提供，但两次扫描可以不考虑来自第一询问信号扫描的检测到的湿气水平而被提供。
在一个实施例中，提供具有不同频率的在第一频率范围内的多个询问信号的步骤可以包括提供在第一频率范围内的具有不同频率的至少100个、优选地至少1000个以及最优选地至少2000个询问信号。此外，在一个实施例中，提供具有不同频率的在第二频率范围内的多个询问信号的步骤可以包括提供在第二频率范围内的具有不同频率的至少100个、优选地至少1000个以及最优选地至少2000个询问信号。
因此，在第一频率范围和第二频率范围内的每次询问信号扫描可以被提供为在相应频率范围内的在不同频率下的至少100个、1000个或2000个询问信号。可以根据液体和/或湿气的检测所需的准确度或者根据传感器设备电路及其提供的响应信号的特性来选择询问信号扫描的分辨率。
在另一实施例中，提供询问信号的步骤可以包括提供处于第一功率水平的询问信号以及确定相应的接收到的响应信号是否在预定功率水平范围内的步骤。
借助于询问信号和相应的响应信号在测量单元和传感器设备之间提供的电感耦合可以根据测量单元和传感器设备之间的距离而改变。这个电感耦合还可以受到询问信号的功率水平的影响。如果电感耦合变得过强，则传感器设备电路的谐振频率可能偏移，这在响应信号频率的测量中引起误差。这可能是由于在传感器设备电路中感应出的过大的电流。过强的询问信号功率水平可以提供相应的过强的响应信号功率水平。因此，响应信号的功率水平可以用来确定过强的电感耦合是否存在。接收到的响应信号的功率水平可以与响应信号的预定功率水平范围比较。如果响应信号在所述预定范围内，则响应信号的频率可能是可靠的并且可用于液体和/或湿气的检测。
在另一个实施例中，提供询问信号的步骤可以包括：如果根据第一功率水平询问信号接收到的响应信号不在预定功率水平范围内，则提供处于第二功率水平的询问信号，并确定相应的接收到的响应信号是否在预定功率水平范围内。
在另一个实施例中，提供询问信号的步骤可以包括在连续更低或更高的询问信号功率水平处重复该方法的步骤，直到在预定响应信号功率水平范围内的相应响应信号被接收到为止。
克服过强的电感耦合的一种方式可以是在测量单元和传感器设备之间提供更大的距离，即，将测量单元移动得离传感器设备更远。然而，实现适当的电感耦合水平的距离范围可能很窄，并且用户可能难以准确地调整距离。反而，可以将所提供的询问信号的功率水平调整到一个或几个附加功率水平。通过提供询问信号功率水平的逐步调整，可以将每个相应的响应信号与预定功率水平范围进行比较。当实现了在预定范围内的响应信号时，可以终止询问信号功率水平调整。除了为检测提供提高的准确性和可靠性之外，功率水平调整还在传感器设备的可能放置方面提供增加的灵活性。相对于结构的被暴露表面的传感器设备放置的增加的深度可以是可能的，因为增加的初始询问信号可以被使用，而没有在测量放置在较低深度处的传感器设备时功率水平过高的风险。
在一个实施例中，该方法可以包括确定在第一时间点的第一液体和/或湿气水平，以及确定在第二时间点的第二液体和/或湿气水平，其中，第一和第二时间点可以相隔多于一天、相隔多于一周或相隔多于一个月，以及比较第一和第二液体和/或湿气水平以确定液体和/或湿气水平是否降低了。
在结构中的液体和/或湿气的存在的检测可用于确定液体和/或湿气存在随时间的推移的变化。当将本发明用于检测放置在例如地板或墙壁上的不可渗透液体的覆盖层(该覆盖层使用包括溶剂(例如水)的胶被紧固)下面的传感器设备的位置处的液体和/或湿气时，可以通过以下操作来控制下层结构对溶剂的吸收：在接近胶和覆盖层的涂敷的第一时间点以及在至少一天之后的第二时间点测量液体和/或湿气水平，并且比较两次测量的结果。优选地，可以在从涂敷时间起更后的时间点进行额外的测量。由此可以控制期望的吸收过程。
根据本发明的第五方面，提供了一种包括控制器和至少一个电感构件的测量单元，其中，控制器和电感构件被配置为执行下面的步骤：根据上面讨论的方法的实施例中的任一个，向传感器设备提供询问信号以及从传感器设备接收响应信号。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于读取包括谐振电路的无源无线传感器设备的方法，其中，该方法包括下面的步骤：借助于测量单元中的电感构件向传感器设备提供无线询问信号，以及从传感器设备接收响应信号。提供询问信号的步骤包括提供处于连续降低或升高的信号功率水平的多个询问信号，直到在预定响应信号功率水平范围内的相应的响应信号被接收到为止。该方法还可以包括将接收到的信号的功率水平与预定响应信号功率水平范围进行比较的步骤，并且提供处于连续降低或升高的信号功率水平的询问信号的步骤被执行，直到接收到被确定为在预定响应信号功率水平范围内的相应的响应信号为止。
无源无线传感器设备可以是被配置成反向散射由询问信号引起的响应信号的传感器设备。传感器设备可以包括具有谐振频率的LC电路，在该谐振频率下响应信号可以被提供。借助于询问信号和相应的响应信号在测量单元和传感器设备之间提供的电感耦合可以根据测量单元和传感器设备之间的距离而改变。这个电感耦合还可以受到询问信号的功率水平的影响。如果电感耦合变得过强，则传感器设备电路的谐振频率可能偏移，这在响应信号频率的接收中引起误差。这可能是由于在传感器设备电路中感应出的过大的电流。过强的询问信号功率水平可以提供相应的过强的响应信号功率水平。因此，响应信号的功率水平可以用来确定过强的电感耦合是否存在。接收到的响应信号的功率水平可以与响应信号的预定功率水平范围比较。如果响应信号在所述预定范围内，则响应信号的频率可能是可靠的，并且传感器设备的读数可能是准确的。
克服过强的电感耦合的一种方式可以是在测量单元和传感器设备之间提供更大的距离，即，将测量单元移动得离传感器设备更远。然而，实现适当的电感耦合水平的距离范围可能很窄，并且用户可能难以准确地调整距离。反而，可以将所提供的询问信号的功率水平调整到一个或几个附加功率水平。通过提供询问信号功率水平的逐步调整，可以将每个相应的响应信号与预定功率水平范围进行比较。当实现了在预定范围内的响应信号时，可以终止询问信号功率水平调整。除了为检测提供提高的准确性和可靠性之外，功率水平调整还在传感器设备的可能放置方面提供增加的灵活性。传感器设备和测量单元之间的增加的距离可以是可能的，因为增加的初始询问信号可以被使用，而没有在测量放置在近范围处的传感器设备时功率水平过高的风险。
传感器设备可以是用于检测液体和/或湿气的无线传感器设备。在一个实施例中，传感器设备可以是根据上述的实施例中的任一个的传感器设备。
根据本发明的第七方面，一种用于读取包括谐振电路的无源无线传感器设备的测量单元，其中，该测量单元被配置为执行上面的用于读取这种传感器设备的方法。
附图简述
在下面将参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意性俯视图；
图2a-图2b示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意性仰视图；
图3示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意性横截面图；
图4a和图4b示出了根据本发明的实施例的电容器的示意性俯视图；
图5示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意性电路图；
图6示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意性电路图；
图7示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意性俯视图；
图8a-图8b示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意仰视图；
图9a-图9b示出了根据本发明的实施例的传感器设备的示意性横截面图；
图10示出了根据本发明的实施例的系统的示意性透视图；
图11示出了根据本发明的实施例的测量单元的示意性框图；
图12示出了根据本发明的实施例的方法的流程图；
图13示出了根据本发明的实施例的方法的流程图；以及
图14示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。
实施例的描述
参考附图在下文中将更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以体现在许多不同的形式中，且不应被解释为被限制到在本文中所阐述的实施例；而是，这些实施例被提供，使得本公开将是透彻和完整的，且本发明的范围将完全传达给本领域中的技术人员。在附图中，相似的数字表示相似的元件。
图1和图2a-2b示出了包括具有第一端面侧14a和第二端面侧14b的基板14的传感器设备10。在第一端面侧14a上布置电感器13。第一电容器11包括在第一端面侧14a上的第一电极11a和在第二端面侧14b上的第二电极11b。第一电极11a和第二电极11b将基板14夹在中间以形成电容器11。基板14是适合于借助布置在其上的电极来形成薄电容元件的介电基板。
电感器13直接连接到在第一端面侧14a上的第一电极11a。在图1和图2a-2b的所示实施例中，电感器13经由第二电容器12和连接线15还耦合到第二电极11b。第二电容器12包括在第一端面侧14a上的第三电极12a和在第二端面侧14b上的第四电极12b。第三电极12a和第四电极12b将基板14夹在中间以形成第二电容器12。
在第一端面侧14a上的第一电极11a、第三电极12a和电感器13可以由常见材料例如铝或铜或其他导电材料形成。在第二端面侧14b上的第二电极11b、第四电极12b和连接线15可以由常见材料形成，优选地由银墨形成。
介电基板14可以由聚酰亚胺形成，聚酰亚胺可以由均质层构成。聚酰亚胺材料给基板14提供在传感器设备10的位置处吸收在环境的湿气中的液体的能力。基板14的介电常数因此可以响应于基板的吸收水平而变化。第一电容器11的电容值将因此而变化。在其中第二电容器12被提供的所示实施例中，第二电容器12的电容值也将变化。第一电容器11和第二电容器12的变化的电容值将影响传感器设备10的谐振频率。
在图2a所示的实施例中，第一电极11a和第二电极11b具有相等的尺寸。在图2b所示的实施例中，第一电极11a和第二电极11b形成预期的重叠失配。在图1和图2b中且进一步在图3和图4a中，示出了第一电极11a比第二电极11b在更大的区域上延伸。如在图3中看到的，第一电极11a和第二电极11b的相邻的外边缘中的至少一对可以间隔开一段距离m。在图4a中，两个电极11a、11b的延伸区域被可视化，以便示出重叠区域oa(即第一电极11a和第二电极11b都邻接基板14的公共区域)。此外，示出了失配区域ma，失配区域ma是第一电极11a的延伸区域，该延伸区域没有第二电极11b沿着基板14的相应延伸。在图4a的实施例中，失配区域ma被提供为第一电极11a的延伸区域减去第二电极11b的延伸区域。在所示实施例中，第一电极11a被布置成使得失配区域ma沿着电极的四个侧面均匀地分布。替代地，失配区域ma可以仅沿着第二电极11b的周边的一部分设置。沿着剩余的周边，两个电极11a、11b的边缘可以成一直线。
图4b示出了第一电极11a和第二电极11b的替代布置。两个电极11a、11b不是具有不同的尺寸而是偏移。重叠区域oa相应地是两个电极11a、11b沿着基板14的公共区域。失配区域ma部分地由两个电极11a、11b中的每一个提供。
当在电路中引起信号时，具有重叠失配ma的第一电容器11的布置提供了寄生电容的产生。有意地提供寄生电容，使得它们可以响应于在传感器设备10的环境中存在的液体而影响第一电容器11的电容值。
图5和图6示出了传感器设备电路的示意性电路图。图5的电路图提供了用于传感器设备10的功能的通用电路以根据询问信号反向散射响应信号，该电路图包括电感器13和电容器11。在电感器13和第一电容器11的两侧之间提供直接的电连接。图6示出了包括与第一电容器11和电感器13串联的第二电容器12的实施例的电路。
图7和图8a-图8b示出了传感器设备10的替代实施例，其中，电感器13和电容器11之间的连接由电阻元件16提供。在所示实施例中，电阻元件16包括在第一端面侧14a上的第一连接器构件16a和在第二端面侧14b上的第二连接器构件16b。在第二端面侧14b上，第二连接器构件16b经由连接线15与第二电极11b连接。第一连接器构件16a连接到电感器13。在替代实施例中，电阻元件16可以由从第一端面侧14a延伸到第二端面侧14b并且进一步与电感器13和第二电极11b电连接的单一材料的元件形成。如所示的，第一电极11a和第二电极11b可以具有相同的尺寸或者具有预期的失配区域。
在图9a-图9b中，示出了传感器设备10沿线A-A的横截面。电阻元件16穿过基板14中的孔17布置以提供从第一端面侧14a到第二端面侧14b的连接。第一连接器构件16a和第二连接器构件16b中的一个穿过孔17延伸到连接器构件中的另一个。在所示实施例中，第二连接器构件16b在第二端面侧14b上并穿过孔17延伸以与第一连接器构件16a连接。由此，经由电阻元件16和连接线15提供在第一端面侧14a上的电感器13和在第二端面侧14b上的第二电极11b之间的连接。
图10示出了用于检测在结构30中的液体和/或湿气的存在的系统70。系统70包括布置在结构部件34上距结构30的被暴露表面32一段距离或深度处的传感器设备10。系统70还包括被配置为读取传感器设备10的测量单元20。如在图11中示意性所示的，测量单元20包括控制器22和电感构件24。测量单元20被配置成向传感器设备10发送询问信号40。询问信号40由控制器22提供到电感构件24，电感构件24提供其无线传输。测量单元20还可以包括给控制器供电的电源(例如电池)以及使用户能够控制测量单元的操作并接收检测的信息的用户界面。
当传感器设备10接收到询问信号40时，响应信号50被引起并返回。测量单元20通过电感构件24接收响应信号50，并且控制器使用响应信号50来确定来自传感器设备10的检测到的液体和/或湿气水平。
图12示出了使用包括传感器设备10和测量单元20的系统70来检测液体和/或湿气的存在的方法100。在第一步骤102中，传感器设备10设置在结构30中在液体和/或湿气的存在将被检测到的位置处。传感器设备10被配置为借助于吸收湿气并由此影响第一电容器11的电容值的基板14和/或借助于响应于液体的存在而影响第一电容器11的电容值的寄生电容来对液体和/或湿气的存在做出反应。
响应于由基板14吸收的湿气和/或寄生电容的第一电容器11的电容值的变化将改变传感器设备10的谐振频率。
在第二步骤104中，测量单元20用于向传感器设备10提供询问信号40。在第三步骤106中，响应于询问信号40，将响应信号50从传感器设备10返回到测量单元20。响应信号50被生成为在传感器设备电路中由询问信号40引起的反向散射谐振信号。基于接收到的响应信号50来检测在传感器设备10的位置处的液体和/或湿气的存在。响应信号50用于液体和/或湿气水平的检测。
用于检测108的响应信号50在传感器设备电路的谐振频率下被提供。如上所述，谐振频率将根据液体和/或湿气的存在而变化。由于传感器设备电路的性质，谐振频率可以变化的谐振频率范围是已知的。然而，在特定时间点的准确谐振频率可能不是已知的，因为它取决于在该时间点的液体和/或湿气的存在。为了接收处于谐振频率的响应信号50，在所示实施例中，提供104询问信号40的步骤包括提供在连续的不同频率处的多个询问信号40的步骤。频率扫描询问信号以预定的步长以连续地降低或升高的频率被提供。多个询问信号40由控制器22提供到电感构件24。电感构件24被相应地调谐以接收在与连续的询问信号相同的频率处的信号。
接收到的响应信号50将具有不同的功率水平。当询问信号40在传感器设备10的谐振频率处或最接近于传感器设备10的谐振频率处被提供时，将接收到最大响应信号功率水平。因此，接收响应信号50的步骤106包括确定在不同频率处的多个接收到的响应信号50的功率水平的步骤，且提供最大响应信号功率水平的响应信号频率被用于检测液体和/或湿气的存在的步骤108。
图13示出了使用接收到的多个响应信号50的功率水平的替代方法300。发送302具有预定相位的询问信号。接收304响应信号。确定306响应信号的相位。如果响应信号与询问信号的相位同相或者在预定范围内，则响应信号被确定为将被接收用于传感器设备的当前谐振频率。该接收到的响应信号由此用于310传感器设备的读取以及液体和/或湿气的检测。如果响应信号与询问信号不同相，则新的询问信号在连续降低或升高的频率下以与先前发送的询问信号相同相位被发送308。然后以相同的方式将新的接收到的响应信号的相位与询问信号的相位进行比较。
图14示出了用于读取无源谐振传感器设备10的方法200，其中，从测量单元20提供询问信号40。在方法200中，当提供具有第一询问信号功率水平的第一询问信号40时，提供第一步骤202。第一询问信号被提供给传感器设备10，并且响应信号50以传感器设备的谐振频率从传感器设备10返回并且由测量单元20接收204。接收到的响应信号50的功率水平由测量单元20中的控制器22确定206。将响应信号功率水平与预定范围进行比较。如果接收到的响应信号功率水平在预定功率水平范围内，则响应信号50由测量单元20使用来读取传感器设备10。响应信号功率水平在预定范围内可以指示响应信号的性质是可靠的。
如果响应信号功率水平不在预定范围内，则新的询问信号在连续地降低或升高的功率水平处由测量单元20提供208。因此，可以重复步骤204和步骤206以确定新的接收到的响应信号功率水平是否在预定范围内。
作为替代方案，可能总是提供在不同功率水平处的信号的完整集合，由此可以基于某个其他标准(例如形成最高功率范围内响应和最低功率范围内响应的平均值的功率)来选择值。
询问的第一功率水平可以在最大功率水平处，并且如果需要，连续的询问信号功率水平在连续步骤中是降低的功率水平。这些步骤可以根据预定的步骤模式。
在一个实施例中，与方法100的实施例结合来使用方法200，其中，在连续的不同频率下提供询问信号，提供询问信号40的每个步骤202、208包括在连续降低或升高的频率下提供多个询问信号。
在附图和说明书中，公开了本发明的优选实施例和示例，并且尽管特定的术语被采用，但它们仅在一般和描述性意义上被使用且不是为了限制的目的，本发明的范围在权利要求中被阐述。

Claims (15)

1.一种用于检测液体和湿气的存在的系统，其特征在于，所述系统包括：
用于检测液体和湿气的传感器设备(10)，包括：
谐振电路，其包括连接到电容器(11)的电感器(13)，
所述电容器包括一起将介电基板(14)的至少一部分夹在中间的第一电极(11a)和第二电极(11b)，其中，所述介电基板具有响应于在它的环境中的液体和湿气而可变的介电常数，以及
其中，所述第一电极和所述第二电极被配置为提供相对于彼此的重叠失配(ma)，
其中，所述重叠失配区域(ma)是两个电极的重叠区域(oa)的至少0.1％，且小于所述两个电极的所述重叠区域(oa)的20％，并且
其中，所述传感器设备布置在距待分析的结构(30)的被暴露表面(32)0.1-500mm的深度处，
测量单元(20)，其包括电感构件(24)和控制器(22)，
其中，所述控制器被配置为向所述电感构件提供询问信号(40)并从所述电感构件接收响应信号(50)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一电极和所述第二电极(11a,11b)之一提供比所述电极中的另一个更大的电极区域。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述介电基板(14)包括具有响应于在它的环境中的液体和湿气而可变的介电常数的均质材料。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述介电基板(14)包括具有响应于在它的环境中的液体和湿气而可变的介电常数的均质材料。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述介电基板(14)包括选自由聚酰亚胺和聚四氟乙烯组成的组的按重量至少70％的聚合物。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述第一电极(11a)和所述第二电极(11b)中的至少一个是可渗透液体的。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一电极(11a)和所述第二电极(11b)中的至少一个是可渗透液体的。
8.一种用于检测在结构中的液体和湿气的存在的方法，包括：
在距所述结构(30)的被暴露表面(32)0.1-500mm的深度处提供用于检测液体和湿气的传感器设备(10)，
借助于在测量单元(20)中的控制器(22)和电感构件(24)来向所述传感器设备提供询问信号(40)，
从所述传感器设备接收响应信号(50)，以及
基于所述响应信号来检测液体和湿气的存在，
其中，用于检测液体和湿气的传感器设备(10)包括谐振电路，所述谐振电路包括连接到电容器(11)的电感器(13)，所述电容器包括一起将介电基板(14)的至少一部分夹在中间的第一电极(11a)和第二电极(11b)，其中，所述介电基板具有响应于在它的环境中的液体和湿气而可变的介电常数，其中，所述第一电极和所述第二电极被配置为提供相对于彼此的重叠失配(ma)，并且其中，所述重叠失配区域(ma)是两个电极的重叠区域(oa)的至少0.1％，且小于所述两个电极的所述重叠区域(oa)的20％。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，检测液体和湿气的存在包括将所述响应信号(50)与检测到的液体和湿气水平关联起来。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，检测液体和湿气的存在包括确定所述响应信号(50)的频率以将所述频率和检测到的液体和湿气水平关联起来。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其中，提供询问信号包括在第一频率范围内在连续降低或升高的频率下提供多个询问信号，并且其中，接收所述响应信号包括接收相应的多个响应信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定所述响应信号(50)的频率包括比较在所述第一频率范围内在不同频率下的多个接收到的响应信号的响应信号功率水平，其中，具有最大信号功率水平的所述响应信号的频率用于检测液体和湿气的存在。
13.根据权利要求8-10和12中的任一项所述的方法，其中，提供所述询问信号(40)包括在连续更低或更高的询问信号功率水平处重复所述方法的步骤，直到在预定响应信号功率水平范围内的相应响应信号(50)被接收到为止。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述询问信号(40)包括在连续更低或更高的询问信号功率水平处重复所述方法的步骤，直到在预定响应信号功率水平范围内的相应响应信号(50)被接收到为止。
15.一种测量单元(20)，包括：
控制器(22)和至少一个电感构件(24)，
特征在于，所述控制器和所述电感构件被配置为执行在根据权利要求8-14中的任一项所述的方法中提供询问信号(40)以及接收响应信号(50)的步骤。
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