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HINTERGRUND
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Feinstaubsensor.
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(b) Beschreibung des Standes der Technik
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Typischerweise hat die Durchsetzung von Abgasbestimmungen von Fahrzeugen zu einer Beschränkung und Reduzierung der zulässigen Grenzwerte des Abgasausstoßes geführt. Zum Beispiel wurde als eine repräsentative Referenz ein Toleranzwert von Stickoxid (NOx) auf ungefähr 0,4 g/kWh verringert. Im Allgemeinen erzeugt ein Dieselmotor einen Abgasstrom, der unterschiedliche Mengen an Feinstaub (Particulate Matter – PM) umfasst. Demzufolge, um den strengeren Vorschriften nachzukommen, erfordert ein Fahrzeug, das einen Dieselmotor umfasst, einen Dieselpartikelfilter (DPF), der den Abgasstrom reduziert, und eine On-Board-Diagnose (OBD), die eine Fehlfunktion des DPF erfasst.
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Ein OBD-Sensor ist ein Sensor, der eingerichtet ist, um einen Ausfall einer Fahrzeugkomponente, die einen Einfluss auf den Abgasausstoß hat, zu erfassen, und der eingerichtet ist, um einen Benutzer zu benachrichtigen, wenn ein DPF ausgefallen ist. Zum Beispiel umfasst der OBD-Sensor einen Breitband-Temperatursensor, einen Differenzdrucksensor, einen Sauerstoffsensor, einen NOx-Sensor und einen Feinstaub-(Particulate Matter – PM)Sensor. Eine empfohlene Abgasmenge von Feinstaub (PM) beträgt typischerweise weniger als etwa 0,009 g/km. Demzufolge ist es schwierig, eine PM-Überwachung durchzuführen, um die Anforderung mit einem Differenzdrucksensor, der bereits zum Überwachen einer PM-Abgasmenge genutzt worden ist, zu erfüllen. Daher ist ein PM-Sensor, der eine PM-Abgasmenge genauer misst, erforderlich.
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Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt offenbart werden, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sie können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, die einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt bereit einen Feinstaubsensor, der eine Abgasmenge von Feinstaub genauer messen kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Ausführungsbeispiel des Feinstaubsensors umfassen eine Feinstaub-Erfassungseinheit mit ersten und zweiten Elektroden, die an/auf einem Substrat getrennt angeordnet sind und eingerichtet sind, um eine Kapazität zu erzeugen, um einer Menge von Feinstaub, der sich zwischen den ersten und zweiten Elektroden ansammelt, zu entsprechen. Ein Signalgenerator kann eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal, das eine Resonanzfrequenz durch die Kapazität bestimmt, zu erzeugen. Ferner kann eine Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung (Erfassungsergebnisprozessor) eingerichtet sein, um eine Signalamplitude einer vorgegebenen Referenzfrequenz in dem Frequenzsignal zu erfassen und einen Abgaswert des Feinstaubs auf der Grundlage einer Änderung der Signalamplitude zu unterscheiden.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann ein Feinstaubsensor eine erhöhte Empfindlichkeit aufweisen, während eine Erfassungszeit zum Erfassen einer Feinstaub-Abgasmenge reduziert werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und anderen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich. In den Figuren zeigen:
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1 ein beispielhaftes Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine beispielhafte schematische perspektivische Ansicht einer Feinstaub-Erfassungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine beispielhafte Schnittdarstellung, die die Feinstaub-Erfassungseinheit entlang einer ersten Richtung von 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 eine beispielhafte Schnittdarstellung, die einen Betrieb einer Feinstaub-Erfassungseinheit in einem Feinstaubsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5A und 5B beispielhafte Diagramme, die Beispiele eines einen Signalgenerator in einem Feinstaubsensor bildenden Schwingkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
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6 ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erfassen von Feinstaub eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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7 einen beispielhaften Graphen, der ein Beispiel darstellt, in dem eine Frequenzcharakteristik eines von einem Signalgenerator ausgegebenen Frequenzsignals in Abhängigkeit von einer Konzentration des Feinstaubs in einem Feinstaubsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung variiert.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele gezeigt sind, ausführlicher beschrieben. Während die Erfindung n Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, um die Erfindung auf jene Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die Ausführungsbeispiele abzudecken, sondern ebenfalls verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist, umfasst sein können.
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In dieser Beschreibung und den Ansprüchen, die folgen, wenn es beschrieben wird, dass ein Element mit einem anderen Element ”gekoppelt” wird, kann das Element mit dem anderen Element ”direkt gekoppelt” werden oder mit dem anderen Element durch ein drittes Element ”elektrisch gekoppelt” werden.
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Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird).
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Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente. Zum Beispiel, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, sind Teile ohne Bezug/Beziehung nicht gezeigt, und Dicken/Stärken von Schichten und Bereichen sind der Klarheit wegen übertrieben dargestellt. Ferner, wenn es angegeben wird, dass sich eine Schicht ”auf” einer anderen Schicht oder einem Substrat befindet, kann sich die Schicht direkt auf einer anderen Schicht oder einem Substrat befinden oder eine dritte Schicht kann dort dazwischen angeordnet sein.
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Obwohl ein Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
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Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die notwendigen Zeichnungen ein Feinstaubsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt eine beispielhafte schematische perspektivische Ansicht einer Feinstaub-Erfassungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung, die die Feinstaub-Erfassungseinheit entlang einer ersten Richtung von 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 4 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung, die einen Betrieb der Feinstaub-Erfassungseinheit von 2 darstellt. 5A und 5B zeigen beispielhafte Diagramme, die Beispiele eines einen Signalgenerator bildenden Schwingkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Feinstaubsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Feinstaub-Erfassungseinheit 11, einen Signalgenerator 12, einen Frequenzwandler 13, einen Speicher 14, eine Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 und eine Erfassungsergebnis-Ausgabeeinheit 16 umfassen. Die verschiedenen Komponenten des Sensors können durch eine Steuerung betrieben werden. Die Feinstaub-Erfassungseinheit 11 kann innerhalb einer Abgasleitung eines Fahrzeugs angeordnet sein und kann eingerichtet sein, um ein elektrisches Signal, das einer Menge (z. B. Konzentration) von in dem Abgas umfasstem Feinstaub entspricht, zu erzeugen. Mit anderen Worten kann die Feinstaub-Erfassungseinheit 11 eingerichtet sein, um die Kapazität derart zu variieren, dass sie einer Konzentration von in einem Abgas umfasstem Feinstaub entspricht.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 kann die Feinstaub-Erfassungseinheit 11 ein Substrat 310, erste und zweite Elektroden 321 und 322 und ein Schutzsubstrat 330 umfassen. Das Substrat 310 kann aus einem Isoliermaterial/Isolierstoff hergestellt sein. Zum Beispiel kann das Substrat 310 aus verschiedenen Isoliermaterialien wie Silizium, Kristall und Glas hergestellt sein. Die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 können an einer ersten Fläche/Oberfläche des Substrats 310 angeordnet sein. Die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 können sich von einer ersten Fläche/Oberfläche des Substrats 310 erstrecken. Die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 können sich in einer zweiten Richtung, die eine erste Richtung schneidet, in der ein Abgas in einer Abgasleitung strömt, erstrecken. Die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 können durch einen vorgegebenen Spalt/Zwischenraum abwechselnd angeordnet und getrennt angeordnet (z. B. beabstandet) sein. Eine Nut/Rille 311 mit einer Rillenform kann zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 gebildet sein. An der zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 gebildeten Nut 311 kann Feinstaub innerhalb eines Abgases nach einer Sammlung und Ansammlung umfasst sein.
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Das Substrat 310 und die auf dem Substrat 310 gebildeten ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 können eine MEMS-(Micro Electro Mechanical Systems)Anordnung sein, die unter Verwendung einer MEMS-(Micro Electro Mechanical Systems)Technologie geformt und gebildet wird. Zum Beispiel, wie in 3 gezeigt, kann an einer ersten Fläche/Oberfläche des Substrats 310 eine Mehrzahl von Nuten 311 durch einen vorgegebenen Spalt durch ein Mikroverfahren, das eine MEMS-Technologie verwendet, getrennt werden, und eine Mehrzahl von vorstehenden Abschnitten/Teilen 312 kann die Mehrzahl von Nuten 311 umgeben. Die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 können eine leitende/leitfähige Schicht bilden, um die auf dem Substrat 310 gebildeten vorstehenden Abschnitte 312 zu bedecken. Mit anderen Worten kann an einer Fläche des Substrats 310 eine leitende Schicht in den übrigen/verbleibenden Abschnitten/Teilen gebildet werden, mit Ausnahme einer unteren Fläche/Unterseite jeder Nut 311 zum Bilden der Elektroden 321 und 322, die durch einen vorgegebenen Spalt getrennt angeordnet sind.
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Ferner können die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 ein leitendes Muster mit einer vorgegebenen Stärke an/auf einer flachen/ebenen Fläche des Substrats 310 durch ein Mikroverfahren, das eine MEMS-Technologie verwendet, gebildet werden. Um eine MEMS-Anordnung (z. B. das Substrat 310 und die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322) vor einer äußeren Einwirkung zu schützen, kann das Schutzsubstrat 330 mit einer Fläche, die einer Fläche gegenüberliegt, wo die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 in dem Substrat 310 angeordnet sind, gekoppelt werden. Das Schutzsubstrat 330 kann aus einem Material mit einem vorgegebenen Festigkeitsniveau gebildet werden (z. B. Keramik oder dergleichen) und kann in einer vorgegebenen Dicke/Stärke gebildet werden, um eine MEMS-Anordnung vor einer äußeren Einwirkung zu schützen.
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Wie in 4 gezeigt, kann die Feinstaub-Erfassungseinheit 11 einen durch die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 gebildeten Kondensator umfassen. Der Feinstaub (Particulate Matter – PM) kann sich an der Nut 311 zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 ansammeln. Eine Kapazität zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 kann basierend auf einer Menge von Feinstaub, der sich zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 ansammelt, variieren. Demzufolge kann der Feinstaubsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingerichtet sein, um eine Konzentration von Feinstaub in einem Abgas auf der Grundlage einer Kapazität zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 zu erfassen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Signalgenerator 12 eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal zu erzeugen, das die Kapazität in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 verwendet. Der Signalgenerator 12 kann umfassen einen Schwingkreis, der eingerichtet sein kann, um eine Kapazität zu verwenden, die in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 auftritt, und kann eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal unter Verwendung des Schwingkreises zu erzeugen.
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Unter Bezugnahme auf 5A kann ein Schwingkreis 50A umfassen den Signalgenerator 12 mit einem Treiber E, der eingerichtet sein kann, um eine Wechselstrom-(alternating curtrent – AC)Leistung zuzuführen, eine Spule L, die eingerichtet sein kann, um ein Magnetfeld durch die von dem Treiber E zugeführten Wechselstromleistung zu erzeugen, und einen Kondensator C, der mit der Spule L verbunden werden kann, um eine Schwingfrequenz (z. B. Resonanzfrequenz) eines Magnetfeldes zu bestimmen. Der Kondensator C kann eingerichtet sein, um eine Resonanzfrequenz in dem Schwingkreis 50A zu bestimmen. Insbesondere kann die Feinstaub-Erfassungseinheit 11 die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 verwenden, um einen Kondensator zu erzeugen.
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Eine Resonanzfrequenz des Schwingkreises 50A kann auf der Grundlage einer Induktivität der Spule L und Induktivität des Kondensators C variieren. Demzufolge, wenn eine Kapazität zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 geändert wird, kann eine Resonanzfrequenz des den Signalgenerator 12 bildenden Schwingkreises 50A variieren und eine Schwingfrequenz eines durch den Signalgenerator 12 erzeugten Frequenzsignals kann variieren.
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Unter Bezugnahme auf 5B kann ein Schwingkreis 50B mit dem Signalgenerator 12 umfassen einen Sendeschwingkreis 510 und einen Empfangsschwingkreis 520. Die jeweiligen Schwingkreise 510 und 520 können Spulen L1 und L2 und Kondensatoren C1 und C2 umfassen. Insbesondere kann der Kondensator C1 den Sendeschwingkreis 510 umfassen und eine Kapazität kann durch die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 erzeugt werden. Eine Schwingfrequenz (z. B. Resonanzfrequenz) des Sendeschwingkreises 510 kann auf der Grundlage der Induktivität der Spule L1 und der Kapazität des Kondensators C1, die durch die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 erzeugt wird, variieren. Demzufolge, wenn eine Kapazität zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 variiert wird, kann eine Schwingfrequenz eines Magnetfeldes, das in dem Sendeschwingkreis 510 auftritt, ebenfalls variieren. Daher kann eine Resonanzfrequenz des Empfangsschwingkreises 520, der eingerichtet ist, um eine Resonanz durch eine Reaktion mit einem Magnetfeld des Sendeschwingkreises 510 durch eine Änderung in der induktiven Einkopplung zu erzeugen, nämlich die Änderung der Resonanzfrequenz, an einen Ausgangsanschluss des Signalgenerators 12 ausgegeben werden.
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Der Signalgenerator 12 kann umfassen einen LC-(Inductor and Capacitor – Induktivität und Kondensator)Schwingkreis (z. B. Resonanzkreis), der eine Kapazität von der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 verwendet, und kann eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal unter Verwendung des LC-Schwingkreises zu erzeugen. Der LC-Schwingkreis kann ein Schwingkreis sein, der eingerichtet ist, um eine LC-Resonanz zu verwenden. Eine Schwingfrequenz des LC-Schwingkreises kann bestimmt werden durch eine Induktivität einer Spule, die eingerichtet ist, um eine LC-Resonanz zu erzeugen, und eine Kapazität eines Kondensators.
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Wenn der Signalgenerator 12 einen LC-Schwingkreis umfasst, kann ein Kondensator eingerichtet sein, um durch die ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 erzeugt zu werden, und kann als ein Kondensator für eine LC-Resonanz verwendet werden. Demzufolge, wenn eine Kapazität zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 variiert, kann eine Resonanzfrequenz eines den Signalgenerator 12 bildenden LC-Schwingkreises variiert werden, uns somit kann eine Frequenzcharakteristik eines durch den Signalgenerator 12 erzeugten Frequenzsignals variieren.
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Wie oben beschrieben, kann der Signalgenerator 12 umfassen einen Resonanzkreis oder einen Schwingkreis, der eine Kapazität zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 verwendet, und kann eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal, in dem eine Frequenzcharakteristik auf der Grundlage einer Kapazität zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 variieren kann, auszugeben.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Frequenzwandler 13 eingerichtet sein, um ein von dem Signalgenerator 12 ausgegebenes Frequenzsignal in einen Frequenzbereich durch Fast-Fourier-Transformation (FFT) umzuwandeln. Mit anderen Worten kann der Frequenzwandler 13 eingerichtet sein, um ein von dem Signalgenerator 12 ausgegebenes Frequenzsignal in Frequenzkomponenten zu zerlegen. Jede Frequenzkomponente kann mit einer Signalamplitude/Signalgröße und einer Phase dargestellt werden. Der Speicher 14 kann eingerichtet sein, um eine Ausgangssignalamplitude M0 in einer vorgegebenen Referenzfrequenz zu speichern. Insbesondere kann eine Referenzfrequenz eine Resonanzfrequenz oder eine Schwingfrequenz eines Frequenzsignals, das durch den Signalgenerator 12 bei einem Initialisierungsschritt auftritt, darstellen. Die Ausgangssignalamplitude kann eine Signalamplitude in einer Resonanzfrequenz oder einer Schwingfrequenz eines Frequenzsignals, das durch den Signalgenerator 12 in einem Initialisierungsschritt auftritt, darstellen. Ferner kann ein Initialisierungsschritt den Feinstaubsensor 10 in einem Leerlaufzustand betätigen, wenn ein Fahrzeug kein Abgas ausstößt.
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Die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 kann eingerichtet sein, um ein Ergebnis zu empfangen und zu analysieren, wenn eine Frequenz durch den Frequenzwandler 13 umgewandelt wird, und kann eingerichtet sein, um einen Abgaswert von Feinstaub zu bestimmen. Ferner kann die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 eingerichtet sein, um die Erfassungsergebnis-Ausgabeeinheit 16 auf der Grundlage eines Abgaswertes/Abgasniveaus von Feinstaub zu betreiben. Wenn sich Feinstaubabgase durch eine Fehlfunktion oder eine Verschlechterung einer Abgassteuervorrichtung erhöhen, kann die Erfassungsergebnis-Ausgabeeinheit 16 eine Störungsanzeigelampe (Malfunction Indicating LAmp – MIL) umfassen, um einen Alarm über die Erhöhung der Feinstaubabgase an einen Benutzer bereitzustellen.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Erfassen von Feinstaub in dem Feinstaubsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben. 6 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erfassen von Feinstaub eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 7 zeigt einen beispielhaften Graphen, der ein Beispiel darstellt, in dem eine Frequenzcharakteristik eines von einem Signalgenerator ausgegebenen Frequenzsignals in Abhängigkeit von einer Konzentration des Feinstaubs in einem Feinstaubsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung variiert.
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Bezugnehmend auf die 6 und 7 kann der Feinstaubsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingerichtet sein, um eine Ausgangssignalamplitude M0 in einer Referenzfrequenz f0 zu erlangen (S100). Der Feinstaubsensor 10 kann eingerichtet sein, um eine Resonanzfrequenz eines Frequenzsignals von dem Signalgenerator 12 als eine Referenzfrequenz f0 zu erlangen, die in einem Leerlaufzustand erzeugt wird, wenn ein Fahrzeug keine Abgase ausstößt. Der Feinstaubsensor 10 kann eingerichtet sein, um eine Signalamplitude in der Referenzfrequenz f0 aus einem von dem Signalgenerator 12 in einem Leerlaufzustand ausgegebenen Signal zu erlangen, und kann eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass die erlangte Signalamplitude eine Ausgangssignalamplitude M0 in der Referenzfrequenz f0 ist (S100).
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Die erlangte Referenzfrequenz f0 und die Ausgangssignalamplitude M0 in der Referenzfrequenz f0 können in dem Speicher 14 gespeichert werden. Da Abgase beim Fahren des Fahrzeugs ausgestoßen werden, kann der Feinstaubsensor 10 eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal auf der Grundlage einer Feinstaub-Abgasmenge unter Verwendung der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 und des Signalgenerators 12 zu erzeugen.
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Da die Abgase innerhalb einer Abgasleitung strömen, die an der Nut 311 zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 angeordnet ist, kann Feinstaub gesammelt und angesammelt werden. Ferner kann eine Kapazität auf der Grundlage einer Ansammlungsmenge von Feinstaub zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 auftreten. Der Signalgenerator 12 kann eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal zu erzeugen, das einer Kapazität entspricht, die innerhalb der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 auftritt. Der Signalgenerator 12 kann umfassen einen Resonanzkreis oder einen LC-Schwingkreis und kann eingerichtet sein, um die Kapazität, die in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 auftritt, als Kapazität zum Bestimmen einer Resonanzfrequenz in dem Resonanzkreis oder dem LC-Schwingkreis zu verwenden. Demzufolge kann der Signalgenerator 12 eingerichtet sein, um ein Frequenzsignal zu erzeugen, wenn eine Schwingfrequenz durch die Kapazität bestimmt wird, die in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 auftritt (S101).
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Eine Menge an Feinstaub, der sich an der Nut 311 der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 ansammelt, kann auf der Grundlage einer Konzentration von Feinstaub innerhalb eines Abgases variieren. Ferner kann die Kapazität, die in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 auftritt, auf der Grundlage einer Konzentration von Feinstaub innerhalb des Abgases variieren. Daher kann eine Frequenzcharakteristik eines durch den Signalgenerator 12 erzeugten Frequenzsignals auf der Grundlage einer Konzentration von Feinstaub innerhalb eines Abgases variieren.
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Der Frequenzwandler 13 kann eingerichtet sein, um eine Frequenz eines von dem Signalgenerator 12 erzeugten Frequenzsignals unter Verwendung einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) umzuwandeln (S102). Die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 kann eingerichtet sein, um eine Signalamplitude M1 in einer vorgegebenen Referenzfrequenz f0 aus einem Frequenzumwandlungsergebnis, das von dem Frequenzwandler 13 ausgegeben wird, zu erlangen (S103). Danach kann die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 eingerichtet sein, um Differenzwerte M1–M10 zwischen einer Signalamplitude M1 (S103) und einer Ausgangssignalamplitude M0 (S100–S104) zu berechnen, und kann eingerichtet sein, um einen kumulativen Mittelwert der Differenzwerte M1–M10 zu berechnen (S105).
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Danach, um einen Abgaswert von Feinstaub zu unterscheiden, kann die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 eingerichtet sein, um einen Mittelwert der Differenzwerte M1–M10, der berechnet wird (S105), mit einem vorgegebenen Schwellenwert Mc zu vergleichen (S106). Zum Beispiel kann der Schwellenwert 1 Volt oder 10 dB betragen. Wenn ein Mittelwert der Differenzwerte M1–M10 gleich oder größer als ein Schwellenwert Mc ist (S106), kann die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass eine Abgasmenge des Feinstaubs auf eine Warnstufe erhöht ist. Demzufolge kann die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 eingerichtet sein, um die Erfassungsergebnis-Ausgabeeinheit 16 zu erzeugen um eine Warnausgabe auszugeben, die eine Warnung oder Benachrichtigung über eine Erhöhung einer Feinstaub-Abgasmenge bereitstellt (S107).
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Wenn ein Mittelwert der Differenzwerte M1–M10 kleiner als ein Schwellenwert Mc ist (S106), kann die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass kein Problem in einer Abgasmenge des Feinstaubs besteht. Demzufolge, um einen nächsten kumulativen Mittelwert zu berechnen, kann die Erfassungsergebnis-Verarbeitungsvorrichtung 15 eingerichtet sein, um einen Mittelwert der Differenzwert M1–M10 in dem Speicher 14 zu speichern, und der Feinstaubsensor 10 kann eingerichtet sein, um die vorherigen Bestimmungen zu wiederholen (S101 bis S106).
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Der Feinstaubsensor 10 kann eingerichtet sein, um den Feinstaub zu erfassen und zu bestimmen, ob eine vorgegebene Zeit verstrichen ist (S108). Wenn eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, kann der Feinstaubsensor 10 zurückgesetzt werden, und in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 angesammelter Feinstaub kann entfernt werden (S109). Ein Zurücksetzen (Reset) des Feinstaubsensors 10 kann umfassen einen Prozess zum Entfernen von Feinstaub, der sich zwischen den ersten und zweiten Elektroden 321 und 322 angesammelt hat. Zum Beispiel kann Wärme auf die Feinstaub-Erfassungseinheit 11 unter Verwendung einer Heizvorrichtung (nicht gezeigt) aufgebracht werden.
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Ein Rücksetzvorgang kann durchgeführt werden, um einen Fehler zu verhindern, der auftreten kann, wenn der Feinstaubsensor 10 eine Abgasmenge von Feinstaub auf eine Warnstufe falsch interpretiert/bewertet, wenn zum Beispiel Feinstaub für eine verlängerte Laufzeit in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 angesammelt wird. Wenn in der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 angesammelter Feinstaub durch einen Rücksetzvorgang entfernt wird, kann der Feinstaubsensor 10 die Abtast-/Erfassungsvorgänge wiederholen (S100) und kann eingerichtet sein, um eine Referenzfrequenz f0 und eine Ausgangssignalamplitude M1 in der Referenzfrequenz f0 zu erlangen. Der Feinstaubsensor 10 kann weiterhin einen Feinstaub-Erfassungsvorgang durchführen (S101 bis S106).
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Wie oben beschrieben, kann der Feinstaubsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingerichtet sein, um eine Kapazitätsänderung auf der Grundlage einer Sammelmenge von Feinstaub zum Variieren einer Resonanzfrequenz umzuwandeln. Ferner kann ein Abgaswert/Abgasniveau von Feinstaub unterschieden werden auf der Grundlage eines Pegels, um den sich eine Signalamplitude in einer vorgegebenen Referenzfrequenz basierend auf einer Änderung einer Resonanzfrequenz ändert. Unter Bezugnahme auf 7, da sich eine Sammelmenge von Feinstaub ändert, wenn eine Kapazität der Feinstaub-Erfassungseinheit 11 variiert, können sich in einem durch den Signalgenerator 12 ausgegebenen Signal die Signalamplituden M0 und M1 in den Resonanzfrequenzen f0 und f1 und eine bestimmte Frequenz f0 ebenfalls ändern.
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Insbesondere kann eine Änderung der Breite ΔM der Signalamplituden M0 und M1 verglichen mit einer Änderung der Breite in den Resonanzfrequenzen f0 und f1 relativ groß dargestellt werden. Mit anderen Worten können, selbst wenn die Resonanzfrequenzen f0 und f1 mit einer minimalen Breite eingestellt werden, die Signalamplituden M0 und M1 in der bestimmten Frequenz mit einer größeren Breite eingestellt werden. Demzufolge kann der Feinstaubsensor 10 basierend auf einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingerichtet sein, um Feinstaub genauer zu messen. Zum Beispiel kann ein Abgaswert/Abgasniveau von Feinstaub auf der Grundlage einer Änderung von Signalamplituden M0 und M1 in der bestimmten Frequenz anstatt einer Frequenzänderung unterschieden werden und somit kann die Empfindlichkeit davon verbessert werden.
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Ein Verfahren zum Erfassen von Feinstaub gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann durch Software ausgeführt werden. Wenn es mit Software ausgeführt wird, dann sind Bestandteile der vorliegenden Erfindung Code-Segmente, die notwendige Arbeiten/Tätigkeiten ausführen. Ein Programm oder Code-Segmente können in einem prozessorlesbaren Medium gespeichert werden oder können durch ein Computerdatensignal, das mit einem Träger in einem Übertragungsmedium oder einem Kommunikationsnetzwerk gekoppelt ist, übertragen werden.
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Ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium umfasst eine ganze Reihe von Aufzeichnungsmedien, die Daten speichern, die durch ein Computersystem gelesen werden können. Eine computerlesbare Aufzeichnungsvorrichtung kann zum Beispiel einen Festwertspeicher (ROM – Read-Only Memory), einen Direktzugriffsspeicher (RAM – Random-Access Memory), eine CD-ROM (Compact Disc-ROM), eine DVD-ROM (Digital Versatile Disk-ROM), eine DVD-RAM (Digital Versatile Disk-RAM), ein Magnetband, eine Diskette, eine Festplatte und eine optische Speichervorrichtung umfassen. Ferner können in dem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium Codes, die verteilt werden in einem Computersystem, das mit einem Netzwerk verbunden ist und in dem ein Computer mit einem verbreiteten Verfahren lesen kann, gespeichert und ausgeführt werden.
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Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.
