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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer Konzentration eines Fluids für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung mit einer vorbestimmten Strahlungsleistung, mit einer Empfangseinrichtung zum Bereitstellen eines Empfangssignals in Abhängigkeit von der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten und zumindest teilweise von dem Fluid absorbierten elektromagnetischen Strahlung und mit einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Konzentration des Fluids. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrerassistenzsystem mit einer solchen Sensorvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Fahrerassistenzsystem. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Konzentration eines Fluids.
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Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensorvorrichtungen, mit denen die Konzentration eines Fluids bestimmt werden kann. Insbesondere kann mit einer derartigen Sensorvorrichtung die Konzentration eines Fluids im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise als Gassensor ausgebildet sein. Die Sensorvorrichtung kann auch dazu dienen, eine Feuchtigkeit in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
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Zur Messung der Konzentration eines Gases sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Gassensoren bekannt. Als Sensorprinzip kann beispielsweise die spektrale Gasmessung dienen. Ein solcher Gassensor umfasst eine Sendeeinrichtung, mit der elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Licht, mit einer bestimmten Wellenlänge ausgesendet wird. In Abhängigkeit von der Konzentration des Gases kann ein bestimmter Anteil der elektromagnetischen Strahlung absorbiert werden. Die elektromagnetische Strahlung, die teilweise von dem Gas absorbiert wird, wird von einer Empfangseinrichtung des Gassensors empfangen. Die Empfangseinrichtung kann hieraus ein entsprechendes Empfangssignal ermitteln. Weiterhin können optische Filter vorgesehen sein, mit denen bestimmte Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung herausgefiltert werden können. Solche Filter dienen also der Selektion und somit kann bestimmt werden, welches Gas detektiert werden soll. Derartige Gassensoren können beispielsweise in Halbleitertechnologie gefertigt sein.
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Des Weiteren umfassen derartige Gassensoren eine entsprechende Auswerteeinrichtung, mit der die Konzentration des Gases anhand des Empfangssignals bestimmt werden kann. Die Auswertung erfolgt gemäß dem Stand der Technik also elektronisch. Insbesondere wird eine entsprechende Absolutwertmessung durchgeführt, um die Konzentration des Gases zu bestimmen. Eine derartige Absolutwertmessung weist den Nachteil auf, dass Temperatureinflüsse, Alterungserscheinungen und Drifteinflüsse das Messsignal negativ beeinflussen können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer Konzentration eines Fluids zuverlässiger betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung dient zum Bestimmen einer Konzentration eines Fluids. Die Sensorvorrichtung kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Die Sensorvorrichtung umfasst eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung mit einer vorbestimmten Strahlungsleistung. Überdies umfasst die Sensorvorrichtung eine Empfangseinrichtung zum Bereitstellen eines Empfangssignals in Abhängigkeit von der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten und zumindest teilweise von dem Fluid absorbierten elektromagnetischen Strahlung. Zudem umfasst die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Konzentration des Fluids. Ferner umfasst die Sensorvorrichtung eine Referenzempfangseinrichtung zum Bereitstellen eines Referenzempfangssignals. Ferner umfasst die Sensorvorrichtung eine Reglereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ein Regelsignal zum Anpassen der Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlung auszugeben. Die Auswerteeinrichtung ist schließlich dazu ausgelegt, die Konzentration des Fluids anhand des Regelsignals zu bestimmen.
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Die Sensorvorrichtung dient insbesondere dazu, die Konzentration des Fluids in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Beispielsweise kann die Konzentration einer Flüssigkeit bestimmt werden. Insbesondere wird die Konzentration eines Gases mit der Sensorvorrichtung bestimmt. Mit der Sendeeinrichtung kann elektromagnetische Strahlung ausgesendet werden. Die elektromagnetische Strahlung kann eine vorbestimmte Wellenlänge aufweisen. Dabei kann die elektromagnetische Strahlung, die mit der Sendeeinrichtung ausgesendet wird, einen vorbestimmten Wellenlängenbereich aufweisen. Die elektromagnetische Strahlung wird mit einer vorbestimmten Strahlungsleistung ausgesendet. Diese elektromagnetische Strahlung trifft auf das Fluid, dessen Konzentration erfasst werden soll. In Abhängigkeit von dem Fluid bzw. der Moleküle des Fluids wird zumindest ein Wellenlängenbereich bzw. ein Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung von dem Fluid absorbiert. Die elektromagnetische Strahlung, die von der Sendeeinrichtung ausgesendet wird und zumindest teilweise von dem Fluid absorbiert wird, trifft auf die Empfangseinrichtung der Sensorvorrichtung. Die Empfangseinrichtung kann einen entsprechenden Strahlungsdetektor aufweisen. Zudem kann die Empfangseinrichtung ein entsprechendes Empfangssignal bereitstellen. Dieses Empfangssignal kann beispielsweise eine Information umfassen, welcher Spektralbereich der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung durch das Fluid gedämpft wird.
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Die Sensorvorrichtung umfasst außerdem eine Referenzempfangseinrichtung, mit der ein Referenzempfangssignal bereitgestellt werden kann. Des Weiteren ist eine Reglereinrichtung vorgesehen, mit der ein entsprechendes Regelsignal ausgegeben werden kann, wobei die Sendeeinrichtung mit dem Regelsignal entsprechend angesteuert werden kann. In Folge des Regelsignals kann die Strahlungsleistung, der elektromagnetischen Strahlung, die mit der Sendeeinrichtung ausgesendet wird, angepasst werden. Mittels der Regelereinrichtung kann die Strahlungsleistung der mit der Sendeeinrichtung bereitgestellten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit von dem Referenzempfangssignal geregelt werden. Insbesondere kann die Strahlungsleistung in Abhängigkeit von dem Referenzsignal angepasst werden. Die Auswerteeinrichtung ist nun dazu ausgelegt, die Konzentration des Fluids anhand des Regelsignals zu bestimmen. Beispielsweise kann die Amplitude des Regelsignals anhängig von der Konzentration des Fluids sein.
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Um die Empfindlichkeit der Sensorvorrichtung weiter zu steigern, wird erfindungsgemäß zusätzlich zu der Empfangseinrichtung die Referenzempfangseinrichtung bereitgestellt. Die Referenzempfangseinrichtung gibt ein Referenzempfangssignal aus, das als Referenz für eine Regelung dient. Das Regelsignal bzw. der Regelwert steht also insbesondere im direkten Verhältnis zu der Konzentration des zu messenden Fluids. Auf diese Weise kann eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer Konzentration eines Fluids bereitgestellt werden, die unabhängig von Temperatureinflüssen ist. Weiterhin können Alterungserscheinungen der Sensorvorrichtung kompensiert werden.
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In einer Ausführungsform ist die Regelereinrichtung dazu ausgelegt, die Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlung mittels des Regelsignals derart zu regeln, dass das Empfangssignal dem Referenzsignal entspricht. Mit der Regelereinrichtung kann also ein Regelsignal erzeugt werden, mit dem die Sendeeinrichtung derart geregelt wird, dass die Differenz zwischen dem Referenzempfangssignal und dem Empfangssignal im Wesentlichen zu Null wird. Somit ergibt sich ein Differenzsignal aus der Differenz des Referenzempfangssignals und des Empfangssignals. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass bei dem Empfangssignal und/oder dem Referenzempfangssignal nur ein vorbestimmter Frequenzbereich berücksichtigt wird. Das Differenzsignal kann beispielsweise in Form einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms bereitgestellt werden. Dieses Differenzsignal liegt nahe an dem Wert Null. Es weist also eine geringe Amplitude auf. Somit kann dieses Differenzsignal mit einer sehr hohen Verstärkung verstärkt werden. Auf diese Weise können geringste Konzentrationsänderungen des Fluids erkannt werden.
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In einer Ausführungsform ist die Referenzempfangseinrichtung dazu ausgelegt, das Referenzempfangssignal in Abhängigkeit von der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten und zumindest teilweise von dem Fluid absorbierten elektromagnetischen Strahlung bereitzustellen. Die Empfangseinrichtung und die Referenzempfangseinrichtung können beispielsweise baugleich ausgebildet sein. So können beispielsweise die Empfangseinrichtung und die Referenzempfangseinrichtung beide von dem Fluid umströmt werden. Somit können sowohl die Empfangseinrichtung als auch die Referenzempfangseinrichtung die elektromagnetische Strahlung, die von der Sendeeinrichtung ausgesendet wird und die zumindest teilweise von dem Fluid absorbiert wird, empfangen. Somit werden das Empfangssignal und das Referenzempfangssignal beide auf Grundlage der elektromagnetischen Strahlung, die von der Sendeeinrichtung ausgesendet wird und von der zumindest spektrale Bereiche durch das Fluid abgeschwächt werden, bestimmt. Auf diese Weise können beispielsweise Umfeldeinflüsse besonders zuverlässig berücksichtigt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Empfangseinrichtung ein optisches Filter zum Filtern von vorbestimmten Wellenlängen der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten und zumindest teilweise von dem Fluid absorbierten elektromagnetischen Strahlung auf. Mit anderen Worten kann auf der Empfangseinrichtung ein entsprechendes optisches Filter angeordnet sein, das beispielsweise nur für vorbestimmte Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung durchlässig ist. Die Referenzempfangseinrichtung kann kein derartiges optisches Filter umfassen. Somit kann mit der Empfangseinrichtung nur ein vorbestimmter Spektralbereich der beispielsweise die Wellenlänge, welche das zu messende Fluid absorbiert, umfasst. In dem Referenzempfangssignal können die Signalanteile über einen vorbestimmten weiteren Spektralbereich umfasst sein. Zudem können in dem Referenzempfangssignal die Spektren anderer Bestandteile des Fluids und/oder andere Spektralanteile des zu messenden Fluids berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann der Einfluss der elektromagnetischen Strahlung, die mit der Sendeeinrichtung ausgesendet wird, auf das Fluid bestimmt werden. Auf diese Weise kann das Fluid bzw. die Konzentration des Fluids genauer erfasst werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Referenzempfangseinrichtung dazu ausgelegt, das Referenzempfangssignal in Abhängigkeit von der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten und zumindest teilweise von einem Referenzfluid absorbierten elektromagnetischen Strahlung bereitzustellen. Die Referenzempfangseinrichtung kann beispielsweise gekapselt in einem Gehäuse oder in einer entsprechenden Aufnahme angeordnet sein. In diesem Gehäuse kann sich ein bestimmtes Referenzfluid befinden. Dabei kann das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass die elektromagnetische Strahlung, die von der Sendeeinrichtung ausgesendet wird, in das Gehäuse eindringen kann. Das Referenzfluid kann beispielsweise das Fluid sein, dessen Konzentration bestimmt werden soll. Das Referenzfluid kann beispielsweise eine vorbestimmte Reinheit bzw. eine vorbestimmte Konzentration aufweisen. Mit der Referenzempfangseinrichtung kann also das Fluid in statischer Umgebung, das heißt ohne Umströmung, erfasst werden. Somit können beispielsweise Einflüsse, die in Folge der Strömung des Fluids entstehen, berücksichtigt werden. Somit kann die Konzentration des Fluids zuverlässiger erfasst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Empfangseinrichtung dazu ausgelegt, das Referenzsignal in Abhängigkeit von der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung bereitzustellen. Dabei ist die Referenzempfangseinrichtung insbesondere dazu ausgelegt, das Referenzsignal unmittelbar anhand der elektromagnetischen Strahlung, die von der Sendeeinrichtung ausgesendet wird, bereitzustellen. Hierzu kann die Referenzempfangseinrichtung in unmittelbarer Nähe zu der Sendeeinrichtung angeordnet sein. In diesem Fall wird der rein optische Pfad ohne Kontakt zu dem Fluid, welches erfasst werden soll, berücksichtigt. Somit kann mittels der Referenzempfangseinrichtung beispielsweise ein Spektrum der Sendeeinrichtung der Sensorvorrichtung bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Referenzempfangseinrichtung dazu ausgelegt, das Referenzempfangssignal in Abhängigkeit von einer mit einer Referenzstrahlungsquelle ausgesendeten Referenzstrahlung bereitzustellen. Die Referenzstrahlung kann beispielsweise mit einer von der Sendeeinrichtung verschiedenen Referenzstrahlungsquelle beziehungsweise Leuchtquelle bereitgestellt werden. Die Referenzstrahlung kann beispielsweise die Wellenlänge oder den Wellenlängenbereich aufweisen, welche das zu messende Fluid absorbiert. Somit kann beispielsweise auf einfache Weise erreicht werden, dass sich das Empfangssignal und das Referenzempfangssignal im Wesentlichen zu Null ergänzen. Somit kann das Regelsignal zum Regeln der Sendeeinrichtung besonders präzise bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung dazu ausgerichtet, die Sendeeinrichtung in einem ersten Betriebsmodus zum Bereitstellen des Referenzsignals mittels der Referenzempfangseinrichtung und in einem zweiten Betriebsmodus zum Bereitstellen des Regelsignals mittels der Reglereinrichtung anzusteuern. Beispielsweise kann in dem ersten Betriebsmodus für eine vorbestimmte zeitliche Dauer die Sendeeinrichtung derart angesteuert werden, dass die Sendeeinrichtung die elektromagnetische Strahlung mit der vorbestimmten Strahlungsleistung ausgibt. In diesem ersten Betriebsmodus kann das Referenzempfangssignal ermittelt werden. Um das Empfangssignal an das Referenzsignal anzupassen, kann in einem zweiten Betriebsmodus, der beispielsweise zeitlich auf den ersten Betriebsmodus folgt, für eine vorbestimmte zeitliche Dauer das Regelsignal bereitgestellt werden, mittels welchem die Sendeleistung der Sendeeinrichtung eingestellt werden kann. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung periodisch in dem ersten Betriebsmodus und anschließend in dem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Somit kann mittels einer einzigen Sendeeinrichtung sowohl das Referenzempfangssignal als auch das Regelsignal bereitgestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird mittels der Sensorvorrichtung eine Konzentration von Wasser als das Fluid in der Umgebung des Kraftfahrzeugs bestimmt. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass eine Konzentration von Wasserdampf in der Umgebung des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Insbesondere kann mit der Sensorvorrichtung ein Wellenlängenbereich um den Bereich von 1,45 µm erfasst werden. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Wasser bei einer Wellenlänge von ca. 1,45 µm absorbiert. Wenn Wasser in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst wird, kann beispielsweise ein Rückschluss auf den Fahrbahnzustand erfolgen. So kann beispielsweise ermittelt werden, ob die Fahrbahn trocken oder nass ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Sendeeinrichtung dazu ausgelegt, als die elektromagnetische Strahlung eine elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängebereich auszusenden. So kann beispielsweise eine elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1 mm ausgesendet werden. Somit können beispielsweise Energiezustände in Molekülen angeregt werden. Auf diese Weise können Gase und Flüssigkeiten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zuverlässig erkannt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Sensorvorrichtung als mikromechanisches Bauteil ausgebildet. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung mittels eines mikromechanischen Herstellungsverfahrens gefertigt sein. Beispielsweise können die Empfangseinrichtung und die Referenzempfangseinrichtung auf einem gemeinsamen Substrat, insbesondere Halbleitersubstrat gefertigt sein. In gleicher Weise kann beispielsweise ein optisches Filter auf dem gleichen Halbleitersubstrat gefertigt sein. Auch die Sendeeinrichtung kann zusammen mit der Empfangseinrichtung und der Referenzempfangseinrichtung auf einem gemeinsamen Substrat gefertigt sein. Das optische Filter kann beispielsweise als resonantes Filter ausgebildet sein. Somit kann die Sensorvorrichtung besonders Bauraum sparend und kostengünstig hergestellt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem umfasst eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, entsprechende Funktionen des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensorvorrichtung zu steuern. Wenn beispielsweise die Konzentration von Wasser in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst wird, kann beispielsweise ein Scheibenwischer entsprechend in Abhängigkeit von der erfassten Konzentration angesteuert werden. Weiterhin kann anhand des Signals der Sendeeinrichtung eine Information über den Zustand der Fahrbahn bereitgestellt werden. Somit kann beispielsweise eine Antriebsschlupfregelung, eine Traktionskontrolle, ein Notbremsassistent und/oder dergleichen in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand der Fahrbahn angesteuert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bestimmen einer Konzentration eines Fluids mittels einer Sensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird elektromagnetische Strahlung mit einer vorbestimmten Strahlungsleistung mittels einer Sendeeinrichtung ausgesendet. Zudem wird mittels einer Empfangseinrichtung ein Empfangssignal von der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten und zumindest teilweise von dem Fluid absorbierten elektromagnetischen Strahlung bereitgestellt. Ferner wird mittels einer Auswerteeinrichtung die Konzentration des Fluids bestimmt. Zudem wird mittels einer Referenzempfangseinrichtung ein Referenzempfangssignal bereitgestellt, mittels einer Regeleinrichtung wird ein Regelsignal zum Anpassen der Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit von dem Referenzempfangssignal ausgegeben und mittels einer Auswerteeinrichtung wird die Konzentration des Fluids anhand des Regelsignals bestimmt.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer Konzentration eines Fluids für ein Kraftfahrzeug, welche eine Empfangseinrichtung und eine Referenzempfangseinrichtung aufweist;
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2 eine Sensorvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, wobei Referenzempfangseinrichtung in einem Gehäuse angeordnet ist;
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3 eine Sensorvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, wobei die Referenzempfangseinrichtung derart angeordnet ist, dass sie eine von einer Sendeeinrichtung ausgesendete elektromagnetische Strahlung empfängt; und
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4 eine Sensorvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, wobei die Referenzempfangseinrichtung die Strahlung einer Referenzstrahlungsquelle empfängt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 1 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die Sensorvorrichtung 1 dient zum Erfassen eines Fluids in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs. Mit der Sensorvorrichtung kann also eine Flüssigkeit oder ein Gas in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Insbesondere kann mit der Sensorvorrichtung 1 eine Konzentration von Wasser oder Wasserdampf in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Somit kann auf die Feuchtigkeit in der Umgebung des Kraftfahrzeugs rückgeschlossen werden. Anhand der Feuchtigkeit in der Umgebung des Kraftfahrzeugs kann auf den Zustand der Fahrbahn rückgeschlossen werden. Ausgehend von dieser Information können beispielsweise Fahrerassistenzsysteme des Kraftfahrzeugs entsprechend angesteuert bzw. betrieben werden.
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Die Sensorvorrichtung 1 umfasst eine Sendeeinrichtung 2. Die Sendeeinrichtung 2 ist dazu ausgelegt, elektromagnetische Strahlung auszusenden. Insbesondere kann mit der Sendeeinrichtung 2 elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Die von der Sendeeinrichtung 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung trifft auf eine Ablenkeinrichtung 4. Die Ablenkeinrichtung 4 kann eine entsprechende optische Einrichtung sein, an der die von der Sendeeinrichtung 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung reflektiert wird. Die Ablenkeinrichtung 4 kann beispielsweise als Spiegel oder als entsprechende Linse ausgebildet sein. In einem Zwischenraum 3 zwischen der Sendeeinrichtung 2 und der Ablenkeinrichtung 4 befindet sich das zu messende Fluid, welches vorliegend nicht näher dargestellt ist. Das Fluid kann beispielsweise durch den Zwischenraum 3 zwischen der Sendeeinrichtung 2 und der Ablenkeinrichtung 4 strömen. Dies ist vorliegend schematisch durch den Pfeil 5 verdeutlicht.
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Wenn die elektromagnetische Strahlung auf das Fluid bzw. auf Moleküle des Fluids trifft, können die Energiezustände der Moleküle angeregt werden. In Folge der Anregung der Energiezustände wird die elektromagnetische Strahlung in bestimmten Spektralbereichen bzw. Frequenzbereichen gedämpft. Die Frequenzbereiche, die gedämpft werden, sind abhängig von den Molekülen also dem zu messenden Fluid.
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Die elektromagnetische Strahlung, die von der Ablenkeinrichtung 4 reflektiert wird, trifft auf eine Empfangseinrichtung 6 der Sensorvorrichtung 1. Die Empfangseinrichtung 6 kann einen entsprechenden Strahlungsdetektor, beispielsweise ein Bolometer, umfassen. Die Empfangseinrichtung 6 ist dazu ausgelegt, anhand der empfangenen elektromagnetischen Strahlung ein Empfangssignal E1 auszugeben. Das Empfangssignal E1 umfasst beispielsweise eine Information darüber, welcher Spektralanteil der elektromagnetischen Strahlung gedämpft ist. Ferner umfasst die Empfangseinrichtung 6 ein optisches Filter 8, welches dazu dient, vorbestimmte Frequenzbereiche der elektromagnetischen Strahlung zu filtern.
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Ferner umfasst die Sensorvorrichtung 1 eine Referenzempfangseinrichtung 7. Die Referenzempfangseinrichtung 7 kann baugleich zu der Empfangseinrichtung 6 ausgebildet sein. Die Referenzempfangseinrichtung 7 ist ebenso dazu ausgelegt, die von der Sendeeinrichtung 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung, die in bestimmten Spektralbereichen gedämpft ist, zu empfangen. Mit der Referenzempfangseinrichtung 7 kann ein Referenzempfangssignal E2 bereitgestellt werden.
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Das Empfangssignal E1 und das Referenzempfangssignal E2 werden einer Reglereinrichtung 9 zugeführt. Die Reglereinrichtung 9 ist dazu ausgebildet, die Differenz zwischen dem Referenzempfangssignal E2 und dem Empfangssignal E1 zu bestimmen. Anhand der ermittelten Differenz bzw. einem Differenzsignal kann die Reglereinrichtung 9 ein entsprechendes Regelsignal R ausgeben. Dieses Regelsignal R wird der Sendeeinrichtung 2 zugeführt. Anhand des Regelsignals kann die Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlung, die mit der Sendeeinrichtung 2 bereitgestellt wird, angepasst werden. Somit kann das Regelsignal R derart bestimmt werden, dass die Differenz zwischen dem Referenzempfangssignal E2 und dem Empfangssignal E1 im Wesentlichen den Wert Null annimmt.
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Das Regelsignal R wird zudem einer Auswerteeinrichtung 10 der Sensorvorrichtung 1 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 10 ist dazu ausgelegt, anhand des Regelsignals R die Konzentration des Gases 3 zu bestimmen. Das Regelsignal R steht in Verhältnis zu der Konzentration des zu messenden Fluids. Dadurch, dass das Regelsignal R derart gewählt wird, dass die Differenz zwischen dem Referenzempfangssignal E2 und dem Empfangssignal E1 im Wesentlichen den Wert Null annimmt, kann das Differenzsignal, das sich aus der Differenz zwischen dem Referenzempfangssignal E2 und dem Empfangssignal E1 berechnet, aufgrund der geringen Amplitude mit einem hohen Verstärkungsfaktor verstärkt werden.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Referenzempfangseinrichtung kein optisches Filter auf. Somit werden mit der Referenzempfangseinrichtung 7 im Vergleich zu der Empfangseinrichtung 6 auch andere Spektralbereiche der elektromagnetischen Strahlung erfasst.
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Die Referenzempfangseinrichtung 7 kann auch derart ausgebildet werden, dass diese ein entsprechendes optisches Filter aufweist. Dies ist in 2 veranschaulicht. In diesem Fall kann sich die Referenzempfangseinrichtung 7 in einer statischen Umgebung befinden. Vorliegend ist die Referenzempfangseinrichtung 7 in einem entsprechenden Gehäuse 11. In dem Gehäuse 11 kann sich beispielsweise Referenzfluid befindet. Das Referenzfluid kann das Fluid sein, dessen Konzentration erfasst werden soll. Das Gehäuse kann so ausgebildet sein, dass die elektromagnetische Strahlung, die von der Sendeeinrichtung 2 ausgesendet und von der Ablenkeinrichtung 4 reflektiert wird in das Gehäuse eindringen kann. Somit können Einflüsse, die in Folge der Strömung des Fluids entstehen, berücksichtigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Referenzempfangseinrichtung 7 derart angeordnet ist, dass sie direkt die von der Sendeeinrichtung 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung empfängt. Die Anordnung der Referenzempfangseinrichtung 7 zu der Sendeeinrichtung 2 ist vorliegen vereinfacht dargestellt. Die Referenzempfangseinrichtung 7 ist insbesondere so zu der Sendeeinrichtung 2 angeordnet, dass Fluid nicht zwischen die Referenzempfangseinrichtung 7 und die Sendeeinrichtung 2 gelangen kann. Eine derartige Ausführungsform der Sensorvorrichtung 1 ist in 3 schematisch dargestellt. In diesem Fall wird also der Einfluss des Fluids auf die elektromagnetische Strahlung in dem Referenzempfangssignal E2 nicht berücksichtigt.
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Schließlich kann es vorgesehen sein, dass die Referenzempfangseinrichtung 7 eine Referenzstrahlung empfängt, die von einer Referenzstrahlungsquelle 12 bereitgestellt wird. Dies ist in 4 veranschaulicht. Die Wellenlänge der Referenzstrahlung kann derart ausgelegt sein, dass diese der Wellenlänge entspricht, die von dem zu messenden Fluid absorbiert wird. Somit kann auf einfache Weise erreicht werden, dass sich das Empfangssignal E1 und das Referenzempfangssignal E2 zu dem Wert Null überlagern.
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Mit der Sensorvorrichtung 1, die eine entsprechende Referenzempfangseinrichtung 7 aufweist, können Temperatureinflüsse und andere Umwelteinflüsse berücksichtigt werden. Ebenso kann die Alterung der Sensorvorrichtung berücksichtigt werden.
