DE102017126712A1

DE102017126712A1 - Radarspektroskopie-basierter gassensor

Info

Publication number: DE102017126712A1
Application number: DE102017126712.3A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt; Robert Hermann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: US20180136120A1; US10215691B2; DE102017126712B4

Abstract

Ein Gassensor umfasst einen Sender, der ein erstes Radarsignal, in Zusammenhang mit einer Resonanzspitze entsprechend einem ersten Gas, durch einen Raum übertragen kann, der das erste Gas und ein zweites Gas enthält. Das erste Gas kann einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen. Der Sender kann ein erstes Infrarot(IR)-Signal, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend dem zweiten Gas, durch den Raum übertragen. Das erste Gas oder das zweite Gas kann einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen. Der Gassensor kann eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal umfassen.

Description

Ein spektroskopischer Sensor kann verwendet werden, um eine Konzentration eines Gases durch Bestimmen einer Menge eines Signals, bei einer bekannten Frequenz oder Wellenlänge, zu messen, die absorbiert wird, wenn das Signal durch einen Raum übertragen wird, der das Gas enthält.
Eine Aufgabe besteht somit insbesondere darin, bestehende Ansätze zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gassensor vorgeschlagen, der Folgendes umfasst:

- einen Sender zum
- - Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer Resonanzspitze entsprechend einem ersten Gas, durch einen Raum, der das erste Gas und ein zweites Gas enthält,
  - - wobei das erste Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen;
- - Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend dem zweiten Gas, durch den Raum,
  - - wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen;
- - eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner umfasst:

- mehrere IR-Pfade, um ein Unterscheiden zwischen mehreren Gasen zu ermöglichen,
- - wobei die mehreren IR-Pfade unterschiedliche IR-Emitter, IR-Emitter mit unterschiedlichen Filtern oder IR-Pfade umfassen, die zumindest teilweise durch ein eingekapseltes Referenzgas geführt werden,
- - wobei das zweite Gas eines der mehreren Gase ist.

Es ist eine Weiterbildung, dass das erste Radarsignal oder das erste IR-Signal durch ein Gehäuse übertragen werden soll, das dem ersten Gas und dem zweiten Gas ermöglicht, in einen Hohlraum des Gehäuses einzutreten.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Gehäuse einen Wellenleiter ausbildet, der einen Erweiterungsmodus bereitstellt, der auf die Resonanzspitze des ersten Gases abgestimmt ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass ein oder mehrere offene Teile des Gehäuses eine Breite aufweisen, die geringer als die Wellenlänge des ersten Radarsignals ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und einen IR-Empfänger zum Empfangen des zweiten IR-Signals umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner mindestens ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten Radarsignals durch das erste Gas oder eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass das mindestens eine Mikrofon in ein abgedichtetes Volumen eines Referenzgases eingekapselt ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Weiterhin wird ein Gassensor vorgeschlagen, der Folgendes umfasst:

- einen Sender zum
- Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer Resonanzspitze entsprechend einem Gas, durch einen Raum, der das Gas enthält,
- - wobei das Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen,
- - wobei das erste Radarsignal während der Übertragung des ersten Radarsignals durch den Raum durch ein Gehäuse übertragen werden soll, das dem Gas ermöglicht, in einen Hohlraum des Gehäuses einzutreten; und
- eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Resonanzspitze eine erste Resonanzspitze ist und das Gas ein erstes Gas ist, und

- wobei der Sender ferner zu Folgendem dient:
- - Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend einem zweiten Gas, durch den Raum,
- - wobei der Raum das zweite Gas enthält, und
- - wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen;
- wobei die Steuerung ferner zu Folgendem dient:
- - Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und einen IR-Empfänger zum Empfangen des zweiten IR-Signals umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten Radarsignals durch das erste Gas oder durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Sender die Übertragung des ersten Radarsignals und des ersten IR-Signals multiplexen soll.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Sender das erste Radarsignal und das erste IR-Signal gleichzeitig übertragen soll,

- wobei das erste Radarsignal und das erste IR-Signal bei unterschiedlichen Frequenzen moduliert werden sollen.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Weiterhin wird ein radarbasierter Gassensor angegeben, der Folgendes umfasst:

- einen Sender zum
- - Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer ersten Resonanzspitze entsprechend einem ersten Gas, durch einen Hohlraum eines Gehäuses, der das erste Gas und ein zweites Gas enthält,
  - - wobei das erste Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen;
- - Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend dem zweiten Gas, durch den Hohlraum des Gehäuses,
  - - wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen; und
- - eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und einen IR-Empfänger zum Empfangen des zweiten IR-Signals umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten Radarsignals durch das erste Gas oder eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Gassensor ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Gemäß einigen möglichen Umsetzungen kann ein Gassensor einen Sender für Folgendes umfassen: Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer Resonanzspitze entsprechend einem ersten Gas, durch einen Raum, der das erste Gas und ein zweites Gas enthält, wobei das erste Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen; Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend dem zweiten Gas, durch den Raum, wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen; und eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.
Gemäß einigen möglichen Umsetzungen kann ein Gassensor einen Sender für Folgendes umfassen: Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer Resonanzspitze entsprechend einem Gas, durch einen Raum, der das Gas enthält, wobei das Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen, wobei das erste Radarsignal während einer Übertragung des ersten Radarsignals durch den Raum durch ein Gehäuse übertragen werden soll, das dem Gas ermöglicht, in einen Hohlraum des Gehäuses einzutreten; und eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal.
Gemäß einigen möglichen Umsetzungen kann ein radarbasierter Gassensor einen Sender für Folgendes umfassen: Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer ersten Resonanzspitze entsprechend einem ersten Gas, durch einen Hohlraum eines Gehäuses, das das erste Gas und ein zweites Gas enthält, wobei das erste Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen; Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend dem zweiten Gas, durch den Hohlraum des Gehäuses, wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen; und eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden weiter ausgeführt im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.

1 ist ein Diagramm eines beispielhaften Gassensors, der in der Lage ist, eine Konzentration einer Gaskonzentration basierend auf Radarspektroskopie zu messen;
2 ist ein Diagramm eines beispielhaften Gassensors, der in der Lage ist, eine Konzentration eines Gases basierend auf Radarspektroskopie und IR-Spektroskopie zu messen;
3 ist ein Diagramm eines zusätzlichen beispielhaften Gassensors, der in der Lage ist, eine Konzentration eines Gases basierend auf Radarspektroskopie und IR-Spektroskopie zu messen; und
4 ist ein Diagramm eines weiteren beispielhaften Gassensors, der in der Lage ist, eine Konzentration eines Gases basierend auf Radarspektroskopie und IR-Spektroskopie zu messen.

Die folgende ausführliche Beschreibung von beispielhaften Umsetzungen bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen. Die gleichen Bezugszeichen können in unterschiedlichen Zeichnungen die gleichen oder ähnliche Elemente identifizieren.
Ein infrarot(IR)-basierter spektroskopischer Sensor kann zum Messen einer Konzentration eines Gases verwendet werden. Der IR-Sender kann ein IR-Signal (d. h. IR-Licht) durch einen Raum zu einem IR-Empfänger übertragen. Der Raum kann das zu messende Gas enthalten. Basierend auf dem durch den IR-Empfänger empfangenen IR-Signal (d. h. basierend auf der Menge des IR-Signals, die durch das Gas absorbiert wird) kann die Konzentration des Gases bestimmt werden.
Ein IR-basierter spektroskopischer Gassensor in Zusammenhang mit einem Messen einer Konzentration eines bestimmen Gases kann jedoch eine Querempfindlichkeit zu einem oder mehreren anderen Gasen aufweisen. Wenn beispielsweise ein IR-basierter spektroskopischer Gassensor zum Messen einer Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) in der Umgebungsluft verwendet wird, kann die gemessene Konzentration eine Empfindlichkeit gegenüber anderen in der Umgebungsluft vorhandenen Gasen aufweisen (z. B. Kohlenmonoxid (CO), Wasserdampf (H₂O), Sauerstoff (O₂), Ozon (O₃) oder dergleichen).
Die Querempfindlichkeit kann auftreten, da das IR-Signal, das durch den IR-basierten spektroskopischen Gassensor übertragen wird, sich über einen Bereich an Frequenzen erstrecken kann, die Resonanzspitzen für das bestimmte zu messende Gas sowie Resonanzspitzen für ein oder mehrere der anderen Gase umfassen. Eine Resonanzspitze ist eine Frequenz eines Signals, bei der ein Gasmolekül (z. B. CO₂, CO, H₂O, O₂, O₃ usw.) derart zum Vibrieren gebracht wird, dass eine Menge an Energie von dem Signal durch das Gasmolekül absorbiert wird. Ein IR-Signal, das sich über mehrere Resonanzspitzen (z. B. ein Breitband-IR-Spektrum), die unterschiedlichen Gasen entsprechen, erstreckt, kann bewirken, dass Moleküle mehrerer Gase das IR-Signal absorbieren, wodurch eine Genauigkeit einer gemessenen Konzentration für ein bestimmtes Gas verringert wird. Beispielsweise kann die gemessene Konzentration für das bestimmte Gas ein Durchschnitt aller Absorptionen in dem Frequenzbereich des Breitband-IR-Spektrums sein (gewichtet mit einer spektralen Dichte des Breitband-IR-Spektrums).
In einigen Fällen kann durch Einschließen von einem oder mehreren IR-Filtern in den IR-basierten spektroskopischen Gassensor der Bereich des übertragenen IR-Signals enger gefasst werden (z. B. derart, dass sich das übertragene IR-Signal über eine kleinere Anzahl an Resonanzspitzen erstreckt). Die Verwendung von IR-Filtern kann jedoch zu erhöhten Kosten und/oder einer höheren Komplexität des IR-basierten spektroskopischen Gassensors führen, da mehrere Detektoren, signalverarbeitende Komponenten oder dergleichen ebenfalls erforderlich sind. Zudem können sich IR-Sender erheblich verschlechtern (z. B. aufgrund von Alterungseffekten), was zu einer Genauigkeitsabweichung in Zusammenhang mit Heiz-Kühl-Heizzyklen während des Betriebs führen kann.
In den hierin beschriebenen Umsetzungen ist ein radarbasierter spektroskopischer Gassensor bereitgestellt, der zum Bestimmen einer Konzentration eines Gases verwendet werden kann. In einigen Umsetzungen kann der radarbasierte spektroskopische Gassensor (hierin als ein radarbasierter Gassensor bezeichnet) zum Bestimmen einer Konzentration eines bestimmten Gases verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der radarbasierte Gassensor verwendet werden, um eine Bestimmung einer durch einen IR-basierten spektroskopischen Gassensor gemessenen Gaskonzentration zu korrigieren oder zu ergänzen, wie weiter unten beschrieben. In einigen Umsetzungen kann Information, die Konzentrationen von einem oder mehreren Gasen identifiziert, verwendet werden, um ein System (z. B. ein Kraftfahrzeugsystem) zu steuern.
In einigen Umsetzungen kann ein in dem radarbasierten Gassensor enthaltener Radarsender ausgelegt sein, ein Radarsignal in einem engen Frequenzbereich zu emittieren, der eine Resonanzspitze in Zusammenhang mit einem bestimmten Gas abdeckt (d. h. der Radarsender kann ausgelegt sein, ein selektives Spektrum zu emittieren), wodurch Querempfindlichkeiten in Zusammenhang mit einem oder mehreren anderen Gasen verringert und/oder beseitigt wird.
Zudem kann durch die selektive Spektrumsfähigkeit eine höhere spektrale Dichte für eine gegebene Menge an Leistung (z. B. im Vergleich zu dem Breitband-IR-Spektrum entsprechend der gleichen Menge an Leistung) erhalten werden, was zu einer verbesserten Messung der Gaskonzentration ohne ein Erhöhen des Leistungsverbrauchs führen kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der radarbasierte Gassensor eine erhöhte Zuverlässigkeit im Vergleich zu einem IR-basierten Gassensor und/oder einem anderen Gassensortyp aufweisen. Beispielsweise kann eine Radarantenne eines radarbasierten Gassensors möglicherweise keiner erheblichen Verschlechterung oder Alterungseffekten ausgesetzt sein (z. B. im Vergleich zu einem IR-Sender oder einem IR-Empfänger).
1 ist ein Diagramm eines beispielhaften Gassensors 100, der in der Lage ist, eine Konzentration eines Gases basierend auf Radarspektroskopie zu messen. Wie in 1 gezeigt, kann der Gassensor 100 einen Sender (Tx) 105, eine Radar-Sendeantenne (Radar-Tx-Antenne) 110, eine Radar-Empfängerantenne (Radar-Rx-Antenne) 115, einen Empfänger (Rx) 120, eine Steuerung 125 und (optional) ein poröses oder teilweise poröses Gehäuse 130 umfassen. Zudem kann, wie in 1 gezeigt, der Gassensor 100 konzipiert sein, eine Konzentration eines bestimmten Gases (z. B. des Gases A) zu messen.
Der Tx 105 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen und zu übertragen (z. B. gesteuert durch ein von der Steuerung 125 empfangenes Signal) und das elektrische Signal zu der Radar-Tx-Antenne 110 zu übertragen. Beispielsweise kann der Tx 105 einen Sender für frequenzabstimmbare mikroelektromechanische Systeme (MEMS), einen Halbleitersender oder dergleichen umfassen, der in der Lage ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen und/oder an die Radar-Tx-Antenne 110 zu übertragen.
In einigen Umsetzungen kann der Tx 105 zudem einen Leistungsverstärker, einen rauscharmen Verstärker, einen spannungsgesteuerten Oszillator und/oder andere Schaltungsanordnungen zum Bereitstellen eines zeitlich veränderbaren Signals zum Modulieren des von der Steuerung 125 empfangenen Signals umfassen. In einigen Umsetzungen kann der Tx 105 auf eine Radarfrequenz basierend auf einem von der Steuerung 125 empfangenen Signal einstellbar sein.
Die Radar-Tx-Antenne 110 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, ein elektrisches Signal (z. B. empfangen vom Tx 105) in ein Radarsignal umzuwandeln und das Radarsignal in Richtung der Radar-Rx-Antenne 115 zu übertragen. Beispielsweise kann die Radar-Tx-Antenne 110 eine Dipolantenne, Patch-Antenne, Hornantenne, frequenzabstimmbare Antenne oder dergleichen umfassen, die in der Lage ist, das elektrische Signal in ein Radarsignal umzuwandeln und das Radarsignal in Richtung der Radar-Rx-Antenne 115 zu übertragen. Die Antenne kann aus Metalldrähten gebildet, auf eine PCB gedruckt, in eine IC, ein MEMS oder sein Gehäuse integriert sein oder dergleichen. Unterschiedliche Antennen können für unterschiedliche Frequenzbereiche verwendet werden, die über Hochfrequenzschalter auswählbar sind. Wie in 1 gezeigt, kann in einigen Umsetzungen ein Sendeteil der Radar-Tx-Antenne 110 in dem porösen Gehäuse 130 positioniert sein.
Die Radar-Rx-Antenne 115 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, ein Radarsignal (z. B. übertragen von der Radar-Tx-Antenne 110) zu empfangen, das Radarsignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln und das elektrische Signal dem Rx 120 zum Verarbeiten bereitzustellen. Wie in 1 gezeigt, kann in einigen Umsetzungen ein Empfangsteil der Radar-Rx-Antenne 115 in dem porösen Gehäuse 130 positioniert sein.
Der Rx 120 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, ein oder mehrere elektrische Signale (z. B. empfangen von der Radar-Rx-Antenne 115) zu empfangen und/oder zu verarbeiten. Beispielsweise kann die Radar-Rx-Antenne 110 eine Dipolantenne, Patch-Antenne, Hornantenne, frequenzabstimmbare Antenne oder dergleichen umfassen, die in der Lage ist, das elektrische Signal in ein Radarsignal umzuwandeln und das Radarsignal in Richtung der Radar-Rx-Antenne 115 zu übertragen. Die Antenne kann aus Metalldrähten gebildet, auf eine PCB gedruckt, in eine IC, ein MEMS oder sein Gehäuse integriert sein oder dergleichen. Unterschiedliche Antennen können für unterschiedliche Frequenzbereiche verwendet werden, die über Hochfrequenzschalter auswählbar sind. Der Rx 120 ist in der Lage, ein elektrisches Signal zu empfangen und/oder zu verarbeiten und das verarbeitete Signal der Steuerung 125 bereitzustellen. In einigen Umsetzungen kann der Rx 120 auf eine Radarfrequenz und/oder eine IR-Frequenz einstellbar sein. Der Rx 120 kann zudem einen Leistungsverstärker, einen rauscharmen Verstärker, einen spannungsgesteuerten Oszillator und/oder andere Schaltungsanordnungen zum Bereitstellen eines zeitlich veränderbaren Signals zum Demodulieren des von der Radar-Rx-Antenne 115 empfangenen Signals umfassen. In einigen Umsetzungen kann der Rx 120 der Steuerung 125 Information in Zusammenhang mit einem empfangenen Signal bereitstellen (z. B. derart, dass die Steuerung 125 eine Konzentration von einem oder mehreren Gasen in dem porösen Gehäuse 130 bestimmen kann).
Die Steuerung 125 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, den Betrieb des Gassensors 100 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerung 125 einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor, einen Digitalsignalprozessor, ein FPGA oder dergleichen umfassen. In einigen Umsetzungen kann die Steuerung 125 in der Lage sein, eine Konzentration eines Gases basierend auf Information in Zusammenhang mit einem übertragenen Signal (z. B. einem Radarsignal, einem IR-Signal) und Information in Zusammenhang mit einem empfangenen Signal entsprechend dem übertragenen Signal zu bestimmen. In einigen Umsetzungen kann die Steuerung 125 eine Komponente umfassen, die in der Lage ist, ein Signal zu senden, um anzuzeigen, ob die Konzentration des Gases eine Schwelle überschritten hat.
Das poröse Gehäuse 130 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, ein Signal (z. B. ein Radarsignal) einzugrenzen, zu begrenzen, zu lenken und/oder zu leiten, während einem Gas ermöglicht wird, in einen Hohlraum des porösen Gehäuses 130 einzutreten. Das poröse Gehäuse 130 kann beispielsweise ein metallischer oder nicht-metallischer (z. B. aus Kunststoff, dielektrischem Material oder dergleichen) hohler Wellenleiter sein. In einigen Umsetzungen bildet das poröse Gehäuse 130 einen Wellenleiter aus, der einen Erweiterungsmodus bereitstellt, der auf eine Resonanzspitze des Gases abgestimmt ist. Das poröse Gehäuse 130 kann auch einen Kerndraht enthalten, um einen Wellenleiter auf eine Weise ähnlich einer TEM-Zelle auszubilden.
In einigen Umsetzungen kann das poröse Gehäuse 130 einen oder mehrere offene Teile (z. B. Öffnungen) umfassen, die in der Lage sind, einem oder mehreren Gasen zu ermöglichen, in den Hohlraum des porösen Gehäuses 130 einzutreten. In einigen Umsetzungen kann eine Breite des einen oder der mehreren offenen Teile geringer als eine Wellenlänge des durch die Radar-Tx-Antenne 110 übertragenen Radarsignals sein, um eine Wahrscheinlichkeit zu verringern oder zu beseitigen, dass das Radarsignal aus dem Hohlraum des porösen Gehäuses 130 austritt.
In einigen Umsetzungen kann die Radar-Tx-Antenne 110, basierend auf durch den Tx 105 bereitgestellter Information, ein Radarsignal erzeugen und übertragen, dessen Frequenz einer Resonanzspitze für das bestimmte Gas (z. B. Gas A) entspricht. Die Radarsignalfrequenz kann beispielsweise 22 oder 183 Gigahertz (GHz) für H₂O, 63 GHz für O₂ oder dergleichen sein. In einigen Umsetzungen können Moleküle des bestimmten Gases einen Teil der Energie von dem übertragenen Radarsignal absorbieren (d. h. um ein vermindertes Radarsignal zu erzeugen) und die Radar-Rx-Antenne 115 kann ein Radarsignal entsprechend einer Menge an Energie in Zusammenhang mit dem Radarsignal empfangen, die nicht durch das bestimmte Gas absorbiert wird, während sich das Signal von der Radar-Tx-Antenne 110 zu der Radar-Rx-Antenne 115 bewegt. Die Radar-Rx 115 kann das empfangene Radarsignal in ein elektrisches oder digitales Signal umwandeln und das elektrische oder digitale Signal dem Rx 120 bereitstellen. Der Rx 120 kann der Steuerung 125 Information in Bezug auf das elektrische Signal bereitstellen. Die Steuerung 125 kann eine Konzentration des bestimmten Gases basierend auf einem Vergleichen der Information in Bezug auf das elektrische oder digitale Signal und Information in Bezug auf das übertragene Radarsignal bestimmen (d. h. durch Bestimmen einer Menge des Radarsignals, die durch das Gas absorbiert wird).
In einigen Umsetzungen kann ein Leiten des Radarsignals durch das poröse Gehäuse 130 geometrische Verluste verringern und/oder ein Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-To-Noise Ratio - SNR) erhöhen (z. B. im Vergleich zu einem Gassensor ohne ein poröses Gehäuse). Zusätzlich kann die Tatsache, dass die Breite des einen oder der mehreren offenen Teile geringer als die Wellenlänge des durch die Radar-Tx-Antenne 110 übertragenen Radarsignals ist, die Wahrscheinlichkeit, dass das Radarsignal aus dem porösen Gehäuse 130 austritt, verringern oder beseitigen.
In einigen Umsetzungen kann der Gassensor 100 in der Lage sein, Konzentrationen mehrerer Gase zu messen. Beispielsweise kann die Radar-Tx-Antenne 110, basierend auf durch den Tx 105 bereitgestellter Information, ein erstes Radarsignal erzeugen und übertragen, dessen Frequenz einer ersten Resonanzspitze für ein erstes Gas (z. B. H₂O) entspricht, und kann ein zweites Radarsignal erzeugen und übertragen, dessen Frequenz einer zweiten Resonanzspitze für ein zweites Gas (z. B. O₂) entspricht. Moleküle des ersten und des zweiten Gases können einen ersten Teil der Energie von dem ersten Radarsignal bzw. einen zweiten Teil der Energie von dem zweiten Radarsignal absorbieren. Hier kann die Radar-Rx-Antenne 115 das erste Radarsignal (z. B. entsprechend einer Menge an Energie, die nicht durch das erste Gas absorbiert wird) und das zweite Signal (z. B. entsprechend einer Menge an Energie, die nicht durch das zweite Gas absorbiert wird) empfangen, kann das erste und das zweite empfangene Signal in ein erstes und ein zweites elektrisches oder digitales Signal umwandeln und kann dem Rx 120 das erste und das zweite elektrische Signal bereitstellen. Der Rx 120 kann der Steuerung 125 Information in Bezug auf das erste und das zweite elektrische Signal bereitstellen.
Hier kann die Steuerung 125 eine Konzentration des ersten Gases und eine Konzentration des zweiten Gases basierend auf der Information in Bezug auf das erste elektrische Signal (d. h. Information in Zusammenhang mit dem empfangenen ersten Radarsignal), Information in Zusammenhang mit dem übertragenen ersten Radarsignal, der Information in Bezug auf das zweite elektrische Signal (d. h. Information in Zusammenhang mit dem empfangenen zweiten Radarsignal) und Information in Zusammenhang mit dem übertragenen zweiten Radarsignal bestimmen. In einigen Umsetzungen kann eine gleiche Radar-Tx-Antenne 110 und Radar-Rx-Antenne 115 verwendet werden, um sowohl das erste als auch das zweite Radarsignal zu übertragen und zu empfangen (z. B. wenn die erste Frequenz, in Zusammenhang mit dem ersten Radarsignal, und die zweite Frequenz, in Zusammenhang mit dem zweiten Radarsignal, innerhalb einer Frequenzbereichsschwelle liegen, etwa weniger als oder gleich ca. 20 GHz abweichend).
Die Anzahl, die Anordnung und/oder die Art von in 1 dargestellten Komponenten sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten, unterschiedlich angeordnete Komponenten und/oder unterschiedliche Arten von Komponenten als die in 1 dargestellten vorhanden sein. Ferner können zwei oder mehr Komponenten, die in 1 dargestellt sind, in einer einzelnen Komponente umgesetzt sein oder eine einzelne in 1 dargestellte Komponente kann als mehrere verteilte Komponenten umgesetzt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein in 1 dargestellter Satz von Komponenten (z. B. eine oder mehrere Komponenten) eine oder mehrere Funktionen durchführen, die so beschrieben sind, dass sie durch einen anderen Satz von in 1 dargestellten Komponenten durchgeführt werden.
2 ist ein Diagramm eines beispielhaften Gassensors 200, der in der Lage ist, eine Konzentration eines Gases basierend auf Radarspektroskopie und IR-Spektroskopie zu messen. Wie in 2 gezeigt, kann der Gassensor 200 den Tx 105, die Radar-Tx-Antenne 110, die Radar-Rx-Antenne 115, den Rx 120, die Steuerung 125, einen IR-Sender (IR-Tx) 135 und einen IR-Empfänger (IR-Rx) 140 umfassen. Wie ferner gezeigt, kann der Gassensor 200 (optional) das poröse Gehäuse 130 umfassen. Wie ebenso in 2 gezeigt, kann der Gassensor 200 in der Lage sein, eine Konzentration (z. B. X %) eines ersten Gases (z. B. des Gases A) und eine Konzentration (z. B. Y %) eines zweiten Gases (z. B. des Gases B) zu messen.
Der IR-Tx 135 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, ein elektrisches Signal (z. B. empfangen vom Tx 105) in ein IR-Signal umzuwandeln und das IR-Signal in Richtung des IR-Rx 140 zu übertragen. Beispielsweise kann der IR-Tx 135 eine IR-Leuchtdiode (z. B. eine InAlSb-LED), eine Glühlampe, einen MEMS-Strahler oder dergleichen umfassen. Wie gezeigt, kann der IR-Tx 135 in einigen Umsetzungen in dem porösen Gehäuse 130 positioniert sein.
Der IR-Rx 140 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, ein IR-Signal zu empfangen, das IR-Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln und dem Rx 120 das elektrische Signal zum Verarbeiten bereitzustellen. Beispielsweise kann der IR-Rx 140 eine Thermosäule, ein pyroelektrisches Element, einen Bolometer-Widerstand, eine oder mehrere optische Fasern oder dergleichen umfassen. Wie gezeigt, kann der IR-Rx 140 in einigen Umsetzungen in dem porösen Gehäuse 130 positioniert sein.
In einigen Umsetzungen kann die Radar-Tx-Antenne 110, basierend auf durch den Tx 105 bereitgestellter Information, ein Radarsignal erzeugen und übertragen, dessen Frequenz einer Resonanzspitze für ein erstes Gas (z. B. H₂O) entspricht. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der IR-Tx 135, basierend auf durch den Tx 105 bereitgestellter Information, ein IR-Signal erzeugen und übertragen, dessen Frequenz eine Resonanzspitze für das zweite Gas (z. B. CO₂) umfasst.
In einigen Umsetzungen können Moleküle des ersten Gases einen Teil der Energie von dem übertragenen Radarsignal absorbieren und die Radar-Rx-Antenne 115 kann ein Radarsignal empfangen, das einer Menge an Energie in Zusammenhang mit dem Radarsignal entspricht, die nicht durch das erste Gas absorbiert wird, während sich das Signal von der Radar-Tx-Antenne 110 zu der Radar-Rx-Antenne 115 bewegt. Die Radar-Rx-Antenne 115 kann das empfangene Radarsignal in ein erstes elektrisches Signal umwandeln und das erste elektrische Signal dem Rx 120 bereitstellen. Der Rx 120 kann der Steuerung 125 Information in Bezug auf das erste elektrische Signal bereitstellen. Die Steuerung 125 kann eine Konzentration des ersten Gases basierend auf einem Vergleichen der Information in Bezug auf das erste elektrische Signal (d. h. Information in Zusammenhang mit dem empfangenen Radarsignal) und Information in Zusammenhang mit dem übertragenen Radarsignal bestimmen.
Zusätzlich oder alternativ dazu können Moleküle des ersten Gases oder des zweiten Gases einen Teil der Energie von dem übertragenen IR-Signal absorbieren (d. h. um ein vermindertes Radarsignal zu erzeugen) und der IR-Rx 140 kann ein IR-Signal empfangen, das einer Menge an Energie in Zusammenhang mit dem IR-Signal entspricht, die nicht durch das zweite Gas absorbiert wird, während sich das Signal von dem IR-Tx 135 zu dem IR-Rx 140 bewegt. Der IR-Rx 140 kann das empfangene IR-Signal in ein zweites elektrisches Signal umwandeln und das zweite elektrische Signal dem Rx 120 bereitstellen. Der Rx 120 kann der Steuerung 125 Information in Bezug auf das zweite elektrische Signal bereitstellen. Die Steuerung 125 kann eine Konzentration des zweiten Gases basierend auf einem Vergleichen der Information in Bezug auf das zweite elektrische Signal (d. h. Information in Zusammenhang mit dem empfangenen IR-Signal) und Information in Zusammenhang mit dem übertragenen IR-Signal bestimmen.
Wie weiter oben in der Beschreibung erwähnt, kann ein IR-basierter Gassensor eine Querempfindlichkeit zu einem oder mehreren nicht zu messenden Gasen aufweisen, da ein IR-Sender über ein Breitband-IR-Spektrum übertragen kann, wodurch sich eine Genauigkeit einer gemessenen Konzentration für ein bestimmtes Gas verringert. Dieses Problem wird durch den Gassensor 200 gelöst, da die Steuerung 125 den IR-Absorptionseffekt der Konzentration des ersten Gases (z. B. H₂O) von dem IR-Absorptionseffekt der Konzentration des zweiten Gases (z. B. CO₂) abziehen kann, wodurch die Querempfindlichkeit der Messung des zweiten Gases verringert oder beseitigt wird. Durch die Beseitigung der Querempfindlichkeit kann die Konzentration des zweiten Gases genauer bestimmt werden als es der Fall wäre, wenn keine radarbasierte Erfassung verwendet würde.
Die Anzahl, die Anordnung und/oder die Art von in 2 dargestellten Komponenten sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten, unterschiedlich angeordnete Komponenten und/oder unterschiedliche Arten von Komponenten als die in 2 dargestellten vorhanden sein. Ferner können zwei oder mehr Komponenten, die in 2 dargestellt sind, in einer einzelnen Komponente umgesetzt sein oder eine einzelne in 2 dargestellte Komponente kann als mehrere verteilte Komponenten umgesetzt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein in 2 dargestellter Satz von Komponenten (z. B. eine oder mehrere Komponenten) eine oder mehrere Funktionen durchführen, die so beschrieben sind, dass sie durch einen anderen Satz von in 2 dargestellten Komponenten durchgeführt werden.
3 ist ein Diagramm eines zusätzlichen beispielhaften Gassensors 300, der in der Lage ist, eine Konzentration eines Gases basierend auf Radarspektroskopie und IR-Spektroskopie zu messen. Wie in 3 gezeigt, kann der Gassensor 300 den Tx 105, die Radar-Tx-Antenne 110, den Rx 120, die Steuerung 125, den IR-Tx 135 und ein Mikrofon 145 umfassen. Wie ferner gezeigt, kann der Gassensor 300 (optional) das poröse Gehäuse 130 umfassen. Wie ebenso in 3 gezeigt, kann der Gassensor 300 konzipiert sein, eine Konzentration (z. B. X %) eines ersten Gases (z. B. des Gases A) und eine Konzentration (z. B. Y %) eines zweiten Gases (z. B. des Gases B) zu messen.
Das Mikrofon 145 umfasst eine Komponente, die in der Lage ist, Schallwellen, die durch Druckänderungen verursacht werden, in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Beispielsweise kann das Mikrofon 145 ein Mikrofon mit mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) umfassen, das mithilfe eines photoakustischen Effekts funktioniert. Der photoakustische Effekt ist die Entstehung von Schallwellen infolge von Lichtabsorption in einer Materialprobe (z. B. X % Gas A und Y % Gas B in dem porösen Gehäuse 130). Hier entsteht durch eine Absorption von Strahlungsenergie (z. B. dem IR-Signal, dem Radarsignal) durch ein Gas eine lokale Erwärmung. Diese lokale Erwärmung wird in eine lokale Änderung des Drucks umgewandelt (gemäß der allgemeinen Gasgleichung: Druck × Volumen/Temperatur = Konstante). Wenn das Signal in einem akustischen Frequenzbereich moduliert wird, kann die lokale Druckänderung als Schall wahrgenommen und somit durch das Mikrofon 145 gemessen werden. In einigen Umsetzungen stellt die Verwendung des Mikrofons 145 (z. B. eines MEMS-Mikrofons) eine hohe Empfindlichkeit und eine langfristige Stabilität bereit (z. B. im Vergleich zu dem IR-Rx 140). In einigen Umsetzungen kann das Mikrofon 145 in ein abgedichtetes Volumen eines Referenzgases eingekapselt sein.
Um den photoakustischen Effekt zu erhalten, sollte die Intensität des Signals variieren, entweder periodisch (z. B. moduliertes Licht) oder als einzelner Blitz (z. B. gepulstes Licht). Der photoakustische Effekt wird dann durch Messen des entstandenen Schalls (z. B. verursacht durch die Druckänderung in dem porösen Gehäuse 130) mit dem Mikrofon 145 quantifiziert. Die zeitliche Änderung der elektrischen Ausgabe (z. B. des Stroms, der Spannung) von dem Mikrofon 145 ist ein photoakustisches Signal und kann zum Bestimmen einer Menge des Signals (z. B. des Radarsignals, des IR-Signals) verwendet werden, die durch das Gas in dem porösen Gehäuse 130 absorbiert wird.
In einigen Umsetzungen moduliert der Tx 105 das Radarsignal und/oder das IR-Signal im Tonfrequenzbereich (z. B. 10 Hz, 15 Hz, 30 Hz oder dergleichen). Die Tx-Antenne 110 und/oder der IR-Tx 135 übertragen das Radarsignal und/oder das IR-Signal durch das erste Gas und das zweite Gas in dem porösen Gehäuse 130. Das Mikrofon 145 misst den Schall (d. h. die Druckänderungen) in Zusammenhang mit dem ersten Gas und dem zweiten Gas und erzeugt das photoakustische Signal basierend auf der zeitlichen Änderung der durch das Mikrofon 145 detektierten Schallwellen. Die Steuerung 125 kann eine Konzentration des ersten Gases und des zweiten Gases basierend auf einem Vergleichen des empfangenen photoakustischen Signals mit dem übertragenen Radarsignal und dem übertragenen IR-Signal bestimmen.
In einigen Umsetzungen können das Radarsignal und das IR-Signal bei der gleichen Frequenz moduliert sein. In einem solchen Fall können das Radarsignal und das IR-Signal derart gemultiplext sein, dass das Radarsignal und das IR-Signal durch das Mikrofon 145 zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen werden (d. h. derart, dass der Rx 120 Signale, entsprechend dem empfangenen Radarsignal und dem empfangenen IR-Signal, zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfängt). Mit anderen Worten können das Radarsignal und das IR-Signal gemultiplext sein, um zu ermöglichen, dass eine Messung des Radarsignals und des IR-Signals sequenziell erfolgen kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu können das Radarsignal und das IR-Signal bei unterschiedlichen (z. B. Ton-) Frequenzen moduliert sein und gleichzeitig übertragen werden. In einem solchen Fall können Messungen des Radarsignals und des IR-Signals gleichzeitig durchgeführt werden. Hier können ein oder mehrere zusätzliche Filter durch den Rx 120 und/oder die Steuerung 125 verwendet werden, um das Radarsignal und das IR-Signal zu trennen.
Wie weiter oben beschrieben, kann ein IR-basierter Gassensor einer erheblichen Verschlechterung oder Alterungseffekten ausgesetzt sein. Das Verwenden des Mikrofons 145 (z. B. anstelle des IR-Rx 140) kann dazu führen, dass die Bestimmung der Konzentrationen von Gasen stabiler ist und/oder eine geringere Verschlechterung erfährt, da das Mikrofon 145 im Vergleich zu dem IR-Rx 140 nicht einer erheblichen Verschlechterung oder Alterungseffekten ausgesetzt ist.
Die Anzahl, die Anordnung und/oder die Art von in 3 dargestellten Komponenten sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten, unterschiedlich angeordnete Komponenten und/oder unterschiedliche Arten von Komponenten als die in 3 dargestellten vorhanden sein. Ferner können zwei oder mehr Komponenten, die in 3 dargestellt sind, in einer einzelnen Komponente umgesetzt sein oder eine einzelne in 3 dargestellte Komponente kann als mehrere verteilte Komponenten umgesetzt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein in 3 dargestellter Satz von Komponenten (z. B. eine oder mehrere Komponenten) eine oder mehrere Funktionen durchführen, die so beschrieben sind, dass sie durch einen anderen Satz von in 3 dargestellten Komponenten durchgeführt werden.
4 ist ein Diagramm eines weiteren beispielhaften Gassensors 400, der in der Lage ist, eine Konzentration eines Gases basierend auf Radarspektroskopie und IR-Spektroskopie zu messen. Wie in 4 gezeigt, kann der Gassensor 400 den Tx 105, die Radar-Tx-Antenne 110, die Radar-Rx-Antenne 115, den Rx 120, die Steuerung 125, den IR-Tx 135 und ein Mikrofon 145 umfassen. Wie ferner gezeigt, kann der Gassensor 300 (optional) das poröse Gehäuse 130 umfassen. Wie ebenso in 4 gezeigt, kann der Gassensor 400 konzipiert sein, eine Konzentration (z. B. X %) eines ersten Gases (z. B. des Gases A) und eine Konzentration (z. B. Y %) eines zweiten Gases (z. B. des Gases B) zu messen.
In einigen Umsetzungen kann die Radar-Tx-Antenne 110, basierend auf durch den Tx 105 bereitgestellter Information, ein Radarsignal erzeugen und übertragen, dessen Frequenz einer Resonanzspitze für das erste Gas (z. B. H₂O) entspricht. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der IR-Tx 135, basierend auf durch den Tx 105 bereitgestellter Information, ein IR-Signal erzeugen und übertragen, dessen Frequenz einer Resonanzspitze für das zweite Gas (z. B. CO₂) entspricht. Die Radar-Tx-Antenne 110 und der IR-Tx 135 übertragen das Radarsignal und das IR-Signal jeweils durch ein erstes Gas und ein zweites Gas in dem porösen Gehäuse 130.
In einigen Umsetzungen können Moleküle des ersten Gases einen Teil der Energie von dem übertragenen Radarsignal absorbieren (d. h. um ein vermindertes Radarsignal zu erzeugen) und die Radar-Rx-Antenne 115 kann ein Radarsignal empfangen, das einer Menge an Energie in Zusammenhang mit dem Radarsignal entspricht, die nicht durch das erste Gas absorbiert wird, während sich das Signal von der Radar-Tx-Antenne 110 zu der Radar-Rx-Antenne 115 bewegt. Die Radar-Rx 115 kann das empfangene Radarsignal in ein erstes elektrisches Signal umwandeln und das erste elektrische Signal dem Rx 120 bereitstellen.
Zusätzlich oder alternativ dazu können Moleküle des ersten Gases und des zweiten Gases einen Teil der Energie von dem übertragenen IR-Signal absorbieren (d. h. um ein vermindertes IR-Signal zu erzeugen) und das Mikrofon 145 kann Schall (z. B. Druckänderungen) in Zusammenhang mit dem ersten Gas und dem zweiten Gas messen und ein photoakustisches Signal basierend auf der zeitlichen Änderung der durch das Mikrofon 145 detektierten Schallwellen erzeugen. Das Mikrofon 145 kann das photoakustische Signal in ein zweites elektrisches Signal umwandeln und das zweite elektrische Signal dem Rx 120 bereitstellen.
Der Rx 120 kann das erste und das zweite elektrische Signal empfangen und der Steuerung 125 Information in Bezug auf das erste und das zweite elektrische Signal bereitstellen. Die Steuerung 125 kann eine Konzentration des ersten Gases und eine Konzentration des zweiten Gases basierend auf der Information in Bezug auf das erste und das zweite elektrische Signal (d. h. Information in Zusammenhang mit dem empfangenen Radarsignal, dem photoakustischen Signal), Information in Zusammenhang mit dem übertragenen Radarsignal und Information in Zusammenhang mit dem übertragenen IR-Signal bestimmen.
In einigen Umsetzungen können Radarkomponenten des Gassensors 400 verwendet werden, um die IR-Komponenten im Gassensor 400 zu kalibrieren, wodurch ein bei den IR-Komponenten im Zeitverlauf auftretender Drifteffekt verringert wird. Beispielsweise können eine IR-basierte Gasmessung und eine radarbasierte Gasmessung zu einem bestimmten Zeitpunkt vorgenommen werden (z. B. beim Start eines Fahrzeugs) und die radarbasierte Gasmessung kann verwendet werden, um die IR-basierte Gasmessung zu kalibrieren (z. B. derart, dass der Effekt eines ersten Gases in Zusammenhang mit der radarbasierten Messung bei zusätzlichen (d. h. späteren) IR-basierten Messungen beseitigt wird).
Die Anzahl, die Anordnung und/oder die Art von in 4 dargestellten Komponenten sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten, unterschiedlich angeordnete Komponenten und/oder unterschiedliche Arten von Komponenten als die in 4 dargestellten vorhanden sein. Ferner können zwei oder mehr Komponenten, die in 4 dargestellt sind, in einer einzelnen Komponente umgesetzt sein oder eine einzelne in 4 dargestellte Komponente kann als mehrere verteilte Komponenten umgesetzt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein in 4 dargestellter Satz von Komponenten (z. B. eine oder mehrere Komponenten) eine oder mehrere Funktionen durchführen, die so beschrieben sind, dass sie durch einen anderen Satz von in 4 dargestellten Komponenten durchgeführt werden.
In den hierin beschriebenen Umsetzungen ist ein radarbasierter spektroskopischer Gassensor bereitgestellt, der zum Bestimmen einer Konzentration eines Gases verwendet werden kann. In einigen Umsetzungen kann der radarbasierte spektroskopische Gassensor zum Bestimmen einer Konzentration eines bestimmten Gases verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der radarbasierte Gassensor verwendet werden, um eine Bestimmung einer durch einen IR-basierten spektroskopischen Gassensor gemessenen Gaskonzentration zu korrigieren oder zu ergänzen.
Die vorangegangene Offenbarung stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung bereit, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass diese vollständig sind oder die Umsetzungen auf die präzise offenbarte Form einschränken. Modifikationen und Veränderungen sind angesichts der obigen Offenbarung möglich oder können aus der Praxis der Umsetzungen erlangt werden.
Beispielsweise kann in einigen Umsetzungen ein Gassensor mehrere IR-Pfade in Zusammenhang mit einem Unterscheiden zwischen mehreren unterschiedlichen Gasen umfassen. Hier kann jeder der mehreren IR-Pfade unterschiedliche IR-Emitter, IR-Emitter mit unterschiedlichen Filtern und/oder IR-Pfade umfassen, die zumindest teilweise durch ein eingekapseltes Referenzgas geführt werden, um eine derartige Unterscheidung zu ermöglichen.
Wie vorliegend verwendet, ist beabsichtigt, dass der Begriff Komponente allgemein als Hardware, Firmware und/oder eine Kombination von Hardware und Software ausgelegt wird.
Manche Umsetzungen werden vorliegend in Verbindung mit Schwellen beschrieben. Wie vorliegend verwendet, kann sich ein Erreichen einer Schwelle auf einen Wert beziehen, der größer als die Schwelle, mehr als die Schwelle, höher als die Schwelle, größer als die oder gleich der Schwelle, kleiner als die Schwelle, weniger als die Schwelle, geringer als die Schwelle, kleiner als die oder gleich der Schwelle, gleich der Schwelle usw. ist.
Obwohl bestimmte Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen vorgetragen und/oder in der Beschreibung offenbart sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Kombinationen die Offenbarung möglicher Umsetzungen einschränken. Tatsächlich können viele dieser Merkmale auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch in den Ansprüchen vorgetragen und/oder in der Beschreibung offenbart sind. Obwohl jeder im Folgenden aufgeführte abhängige Anspruch direkt nur von einem Anspruch abhängen kann, beinhaltet die Offenbarung möglicher Umsetzungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch im Anspruchssatz.
Kein vorliegend verwendetes Element, keine vorliegend verwendete Handlung oder Anweisung sollte als kritisch oder notwendig ausgelegt werden, es sei denn, dies ist ausdrücklich derartig beschrieben. Es ist außerdem vorgesehen, dass die Artikel „ein“ und „eine“, wie vorliegend verwendet, ein oder mehrere Elemente beinhalten und austauschbar mit „ein oder mehrere“ bzw. „eine oder mehrere“ bzw. „einen oder mehrere“ verwendet werden können. Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Begriff „Satz“, wie vorliegend verwendet, ein oder mehrere Elemente (z. B. zusammengehörige Elemente, zusammenhanglose Elemente, eine Kombination von zusammengehörigen Elementen und zusammenhanglosen Elementen usw.) beinhaltet und austauschbar mit „ein oder mehrere“ bzw. „eine oder mehrere“ bzw. „einen oder mehrere“ verwendet werden kann. Wenn nur ein Element beabsichtigt ist, wird der Begriff „Eins“ oder dergleichen verwendet. Außerdem ist vorgesehen, dass die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „aufweisend“ oder dergleichen, wie vorliegend verwendet, offene Begriffe sind. Des Weiteren ist beabsichtigt, dass der Ausdruck „basierend auf“ „zumindest teilweise basierend auf“ bedeutet, es sei denn, es wird ausdrücklich anderes angegeben.

Claims

Gassensor, der Folgendes umfasst: - einen Sender zum - Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer Resonanzspitze entsprechend einem ersten Gas, durch einen Raum, der das erste Gas und ein zweites Gas enthält, - wobei das erste Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen; - Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend dem zweiten Gas, durch den Raum, - wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen; - eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.
Gassensor nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: - mehrere IR-Pfade, um ein Unterscheiden zwischen mehreren Gasen zu ermöglichen, - wobei die mehreren IR-Pfade unterschiedliche IR-Emitter, IR-Emitter mit unterschiedlichen Filtern oder IR-Pfade umfassen, die zumindest teilweise durch ein eingekapseltes Referenzgas geführt werden, - wobei das zweite Gas eines der mehreren Gase ist.
Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Radarsignal oder das erste IR-Signal durch ein Gehäuse übertragen werden soll, das dem ersten Gas und dem zweiten Gas ermöglicht, in einen Hohlraum des Gehäuses einzutreten.
Gassensor nach Anspruch 3, bei dem das Gehäuse einen Wellenleiter ausbildet, der einen Erweiterungsmodus bereitstellt, der auf die Resonanzspitze des ersten Gases abgestimmt ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem ein oder mehrere offene Teile des Gehäuses eine Breite aufweisen, die geringer als die Wellenlänge des ersten Radarsignals ist.
Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und einen IR-Empfänger zum Empfangen des zweiten IR-Signals umfasst.
Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner mindestens ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten Radarsignals durch das erste Gas oder eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Gassensor nach Anspruch 7, bei dem das mindestens eine Mikrofon in ein abgedichtetes Volumen eines Referenzgases eingekapselt ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Gassensor, der Folgendes umfasst: - einen Sender zum - Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer Resonanzspitze entsprechend einem Gas, durch einen Raum, der das Gas enthält, - wobei das Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen, - wobei das erste Radarsignal während der Übertragung des ersten Radarsignals durch den Raum durch ein Gehäuse übertragen werden soll, das dem Gas ermöglicht, in einen Hohlraum des Gehäuses einzutreten; und - eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal.
Gassensor nach Anspruch 10, bei dem die Resonanzspitze eine erste Resonanzspitze ist und das Gas ein erstes Gas ist, und - wobei der Sender ferner zu Folgendem dient: - Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend einem zweiten Gas, durch den Raum, - wobei der Raum das zweite Gas enthält, und - wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen; - wobei die Steuerung ferner zu Folgendem dient: - Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.
Gassensor nach Anspruch 11, der ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und einen IR-Empfänger zum Empfangen des zweiten IR-Signals umfasst.
Gassensor nach einem der Ansprüche 11 oder 12, der ferner ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten Radarsignals durch das erste Gas oder durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Gassensor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Sender die Übertragung des ersten Radarsignals und des ersten IR-Signals multiplexen soll.
Gassensor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem der Sender das erste Radarsignal und das erste IR-Signal gleichzeitig übertragen soll, - wobei das erste Radarsignal und das erste IR-Signal bei unterschiedlichen Frequenzen moduliert werden sollen.
Gassensor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, der ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Radarbasierter Gassensor, der Folgendes umfasst: - einen Sender zum - Übertragen eines ersten Radarsignals, in Zusammenhang mit einer ersten Resonanzspitze entsprechend einem ersten Gas, durch einen Hohlraum eines Gehäuses, der das erste Gas und ein zweites Gas enthält, - wobei das erste Gas einen Teil des ersten Radarsignals absorbieren soll, um ein zweites Radarsignal zu erzeugen; - Übertragen eines ersten Infrarot(IR)-Signals, in Zusammenhang mit einer zweiten Resonanzspitze entsprechend dem zweiten Gas, durch den Hohlraum des Gehäuses, - wobei das erste Gas oder das zweite Gas einen Teil des ersten IR-Signals absorbieren soll, um ein zweites IR-Signal zu erzeugen; und - eine Steuerung zum Bestimmen einer Konzentration des zweiten Gases basierend auf dem zweiten Radarsignal und dem zweiten IR-Signal.
Radarbasierter Gassensor nach Anspruch 17, der ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und einen IR-Empfänger zum Empfangen des zweiten IR-Signals umfasst.
Radarbasierter Gassensor nach einem der Ansprüche 17 oder 18, der ferner ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten Radarsignals durch das erste Gas oder eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.
Radarbasierter Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 19, der ferner eine Antenne zum Empfangen des zweiten Radarsignals und ein Mikrofon zum Messen von Schall, der durch eine Druckänderung entsteht, die durch eine Absorption des Teils des ersten IR-Signals durch das erste Gas oder das zweite Gas verursacht wird, umfasst.