DE102018212863A1

DE102018212863A1 - Sensor arrangement for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space and method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space

Info

Publication number: DE102018212863A1
Application number: DE102018212863.4A
Authority: DE
Inventors: Mathias Klenk; Kersten Wehmeier; Markus Schreiber; Denis Kunz; Roman Siefert; Michael Scholl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Die Sensoranordnung (110) umfasst ein Sensorelement (112), wobei das Sensorelement (112) mindestens eine Elektrodenstruktur (114) umfasst, wobei die Elektrodenstruktur (114) mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung (116) mit mindestens einem ersten Elektrodenfinger (118) und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung (120) mit mindestens einem zweiten Elektrodenfinger (122) aufweist. Die Sensoranordnung (110) umfasst weiterhin eine Steuereinheit (124), wobei die Steuereinheit (124) mindestens eine Messvorrichtung (126) aufweist. Die Messvorrichtung (126) ist eingerichtet, um eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur (114) bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements (110) zu erfassen. Die Steuereinheit (124) umfasst weiterhin mindestens eine Prüfvorrichtung (128) zur Detektion von Defekten des Sensorelements (112), wobei die Prüfvorrichtung (128) eingerichtet ist, die Elektrodenstruktur (114) mit mindestens einem zeitlich veränderlichen Prüfsignal zu beaufschlagen und ein Antwortsignal der Elektrodenstruktur (114) zu erfassen und aus dem Antwortsignal auf einen Funktionszustand der Elektrodenstruktur (114) zu schließen.

A sensor arrangement (110) for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space is proposed. The sensor arrangement (110) comprises a sensor element (112), wherein the sensor element (112) comprises at least one electrode structure (114), wherein the electrode structure (114) comprises at least a first electrode device (116) with at least one first electrode finger (118) and at least one second electrode means (120) having at least one second electrode finger (122). The sensor arrangement (110) further comprises a control unit (124), wherein the control unit (124) has at least one measuring device (126). The measuring device (126) is set up in order to detect a change in electrical properties of the sensor element (110) due to an accumulation of the particles on the electrode structure (114). The control unit (124) further comprises at least one test device (128) for detecting defects of the sensor element (112), wherein the test device (128) is arranged to apply to the electrode structure (114) at least one time-varying test signal and a response signal of the electrode structure (114) and to conclude from the response signal to a functional state of the electrode structure (114).

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoranordnungen zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln. Insbesondere kann es sich bei den Partikeln um Ruß- oder Staubpartikel handeln. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Detektion von Rußpartikeln beschrieben.The prior art discloses a multiplicity of sensor arrangements for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space. For example, the measuring gas may be an exhaust gas of an internal combustion engine. In particular, the particles may be soot or dust particles. The invention will be described below without limiting further embodiments and applications, in particular with reference to sensor elements for the detection of soot particles.

Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem elektrisch isolierenden Träger angebracht sein. Die sich unter Einwirkung einer Spannung und/oder eines elektrischen Feldes anlagernden Teilchen, insbesondere die Rußpartikel, bilden in einer sammelnden Phase des Sensorelements elektrisch leitfähige Brücken zwischen den beispielsweise als kammartig ineinandergreifende Interdigitalelektroden ausgestalteten Elektroden und schließen diese dadurch kurz. In einer regenerierenden Phase werden die Elektroden üblicherweise mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. In der Regel werten die Partikelsensoren die aufgrund der Partikelanlagerung geänderten elektrischen Eigenschaften einer Elektrodenstruktur aus. Es kann beispielsweise ein abnehmender Widerstand oder ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung gemessen werden.Two or more metallic electrodes may be mounted on an electrically insulating support. The accumulating under the action of a voltage and / or an electric field particles, in particular the soot particles form in a collecting phase of the sensor element electrically conductive bridges between, for example, as a comb-like interdigitated interdigital electrodes electrodes and close this short. In a regenerating phase, the electrodes are usually baked by means of an integrated heating element. In general, the particle sensors evaluate the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured.

Nach diesem Prinzip arbeitende Sensoranordnungen werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und existieren in einer Vielzahl von Ausführungsformen, wie z.B. aus DE 10 2005 053 120 A1 , DE 103 19 664 A1 , DE10 2004 0468 82A1 , DE 10 2006 042 362 A1 , DE 103 53 860 A1 , DE 101 49 333 A1 und WO 2003/006976 A2 bekannt. Die als Rußsensoren ausgestalteten Sensoranordnungen werden üblicherweise zur Überwachung von Diesel-Partikelfiltern eingesetzt. Im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine sind die Partikelsensoren der beschriebenen Art in der Regel in ein Schutzrohr aufgenommen, das gleichzeitig beispielsweise die Durchströmung des Partikelsensors mit dem Abgas erlaubt.Sensor arrays operating according to this principle are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of embodiments, such as DE 10 2005 053 120 A1 . DE 103 19 664 A1 . DE10 2004 0468 82A1 . DE 10 2006 042 362 A1 . DE 103 53 860 A1 . DE 101 49 333 A1 and WO 2003/006976 A2 known. The configured as soot sensors sensor assemblies are commonly used to monitor diesel particulate filters. In the exhaust system of an internal combustion engine, the particle sensors of the type described are usually accommodated in a protective tube which simultaneously allows, for example, the flow through the particle sensor with the exhaust gas.

Aufgrund eines steigenden Umweltbewusstseins und auch zum Teil bedingt durch gesetzliche Vorschriften muss der Rußausstoß während des Fahrbetriebes überwacht und die Funktionalität der Überwachung sichergestellt werden. Diese Art der Überwachung der Funktionalität wird im Allgemeinen als On-board-Diagnose bezeichnet. Vorrichtungen und Verfahren zur Eigendiagnose eines Partikelsensors sind beispielsweise aus DE 10 2009 028 239 A1 , DE 10 2009 028 283 A1 , DE 2007 046 096 A1 und US 2012/0119759 A1 bekannt.Due to increasing environmental awareness and partly due to legal regulations, the soot emissions must be monitored while driving and the functionality of the monitoring must be ensured. This type of functionality monitoring is commonly referred to as on-board diagnostics. Devices and methods for self-diagnosis of a particle sensor are for example DE 10 2009 028 239 A1 . DE 10 2009 028 283 A1 . DE 2007 046 096 A1 and US 2012/0119759 A1 known.

Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoranordnungen zur Erfassung von Partikeln beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So ist insbesondere die gesetzlich geforderte Eigenüberwachung des Rußsensors hinsichtlich elektrischer Funktionalität in der Regel schwierig umzusetzen. Insbesondere eine kontinuierliche Überwachung, vorzugsweise mit einer fest vorgegebenen, minimalen Frequenz, wie beispielsweise eine Überwachung mit mindestens 2 Hz, stellt häufig eine Herausforderung dar. Weiterhin werden in der Regel Teilschädigungen, die zu einem Empfindlichkeitsverlust führen können, nicht oder nicht als solche erkannt. Weiterhin können parasitäre Effekte, wie beispielsweise eine Überlagerung eines Signals der Sensoranordnung durch einen parasitären Strom, welcher von einer Temperatur und/oder einer Alterung eines verwendeten Widerstands abhängen kann, die Eigendiagnose erschweren. Häufig ist weiterhin eine Trennung des durch die Partikel bedingten Signals von einem Offset-Signal nicht eindeutig möglich, so dass die Eigendiagnose während der Beladung des Sensorelements mit Partikeln erschwert ist. Despite the advantages of the prior art sensor arrangements for detecting particles, these still contain room for improvement. Thus, in particular the legally required self-monitoring of the soot sensor in terms of electrical functionality is usually difficult to implement. In particular, a continuous monitoring, preferably with a fixed predetermined minimum frequency, such as a monitoring with at least 2 Hz, often presents a challenge. Furthermore, partial damage, which can lead to a loss of sensitivity, usually not or not recognized as such. Furthermore, parasitic effects, such as a superposition of a signal of the sensor array by a parasitic current, which may depend on a temperature and / or aging of a resistor used, complicate the self-diagnosis. Often a separation of the particle-related signal from an offset signal is still not clearly possible, so that the self-diagnosis is difficult during the loading of the sensor element with particles.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher eine Sensoranordnung zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Unter einer „Sensoranordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Messgröße des Messgases zu erfassen. Unter einer „Sensoranordnung zur Erfassung von Partikeln eines Messgases“ kann dementsprechend im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, die Partikel in dem Messgas qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen und welche beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Ansteuereinheit und geeignet ausgestalteten Elektroden mindestens ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Partikel erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Bei den erfassten Partikeln kann es sich insbesondere um Rußpartikel und/oder Staubpartikel handeln. Hierbei können DC-Signale und/oder AC-Signale verwendet werden. Des Weiteren kann beispielsweise zur Signalauswertung aus der Impedanz ein resistiver Anteil und/oder ein kapazitiver Anteil verwendet werden.In the context of the present invention, therefore, a sensor arrangement for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space is proposed. In the context of the present invention, a "sensor arrangement" can basically be understood to mean any device which is set up to detect at least one measured variable of the measurement gas. Accordingly, in the context of the present invention, a "sensor arrangement for detecting particles of a measuring gas" can basically be understood to mean any device which is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting the particles in the measuring gas and which, for example, with the aid of a suitable control unit and suitably designed electrodes can generate at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current. The detected particles may in particular be soot particles and / or dust particles. In this case, DC signals and / or AC signals can be used. Furthermore, for example, a resistive component and / or a capacitive component can be used for signal evaluation from the impedance.

Die Sensoranordnung kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas des Kraftfahrzeugs handeln. Auch andere Gase und Gasgemische sind grundsätzlich möglich. Bei dem Messgasraum kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen, offenen oder geschlossenen Raum handeln, in welchem das Messgas aufgenommen ist und/oder welcher von dem Messgas durchströmt wird. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgasraum um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, handeln.The sensor arrangement can be set up in particular for use in a motor vehicle. In particular, the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle. Also other gases and gas mixtures are possible. In principle, the measurement gas space can be any, open or closed space in which the measurement gas is received and / or which is flowed through by the measurement gas. For example, the measuring gas space may be an exhaust gas tract of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine.

Die Sensoranordnung zur Erfassung von den Partikeln des Messgases in dem Messgasraum umfasst ein Sensorelement. Das Sensorelement umfasst mindestens eine Elektrodenstruktur, wobei die Elektrodenstruktur mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem ersten Elektrodenfinger und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem zweiten Elektrodenfinger aufweist. Die Sensoranordnung umfasst weiterhin eine Steuereinheit. Die Steuereinheit weist mindestens eine Messvorrichtung auf, wobei die Messvorrichtung eingerichtet ist, um eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Elektrodenstruktur, zu erfassen. Die Steuereinheit umfasst weiterhin mindestens eine Prüfvorrichtung zur Detektion von Defekten des Sensorelements, wobei die Prüfvorrichtung eingerichtet ist, die Elektrodenstruktur mit mindestens einem zeitlich veränderlichen Prüfsignal zu beaufschlagen und ein Antwortsignal der Elektrodenstruktur zu erfassen und aus dem Antwortsignal auf einen Funktionszustand der Elektrodenstruktur zu schließen.The sensor arrangement for detecting the particles of the measurement gas in the measurement gas space comprises a sensor element. The sensor element comprises at least one electrode structure, wherein the electrode structure has at least one first electrode device with at least one first electrode finger and at least one second electrode device with at least one second electrode finger. The sensor arrangement further comprises a control unit. The control unit has at least one measuring device, wherein the measuring device is set up in order to detect a change in electrical properties of the sensor element, in particular the electrode structure, caused by an accumulation of the particles on the electrode structure. The control unit furthermore comprises at least one test device for detecting defects of the sensor element, wherein the test device is set up to apply at least one temporally variable test signal to the electrode structure and to detect a response signal of the electrode structure and to deduce from the response signal a functional state of the electrode structure.

Es wird darauf hingewiesen, dass Zahlwörter, insbesondere Ordnungszahlen, die als Adjektive ein Substantiv näher beschreiben, beispielsweise als „erste Elektrodeneinrichtung“ oder als „zweites Antwortsignal“, nicht notwendigerweise eine Reihenfolge angeben, sondern insbesondere der eindeutigen Kennzeichnung der beschriebenen Objekte und ihrer Unterscheidbarkeit von anderen Objekten dienen können. So kann insbesondere eine Ordnungszahl zur eindeutigen Kennzeichnung eines Objekts eingesetzt werden, ohne dass die vorangehenden Ordnungszahlen zur Kennzeichnung anderer Objekte verwendet werden, wie geschehen beispielsweise in dem Ausdruck „zweites Antwortsignal“, welches dadurch eindeutig von dem „Antwortsignal der Elektrodenstruktur“ unterschieden ist, das auch lediglich als „Antwortsignal“ bezeichnet wird.It should be noted that numerals, in particular ordinal numbers, which describe a noun as adjectives in more detail, for example as a "first electrode device" or as a "second response signal", do not necessarily indicate an order, but in particular the unambiguous identification of the objects described and their distinctiveness from can serve other objects. Thus, in particular, an ordinal number can be used to uniquely identify an object without the preceding ordinal numbers being used to identify other objects, as is done, for example, in the expression "second response signal", which is thereby unambiguously distinguished from the "response signal of the electrode structure" also referred to merely as a "response signal".

Unter einem „Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche als Funktionseinheit, beispielsweise für eine Sensoranordnung, dienen kann und als solche mindestens ein Messsignal erzeugen kann, beispielsweise das mindestens eine elektrische Messsignal entsprechend der erfassten Partikel. Unter einer „Elektrodenstruktur“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens zwei Elektrodeneinrichtungen umfasst. Weiterhin kann die Elektrodenstruktur eine oder mehrere Zuleitungen umfassen, insbesondere Zuleitungen zu den Elektrodeneinrichtungen, wobei die Zuleitungen beispielsweise in einem Kabelbaum und/oder einem Anschlusskabelbaum zusammengefasst sein können. Ferner kann die Elektrodenstruktur auch Kontaktierelemente und Leitungsübergänge umfassen, sowie weitere, hier nicht genannte Elemente, insbesondere hier nicht genannte elektrische Bauelemente. Insbesondere können die mindestens zwei Elektrodeneinrichtungen, insbesondere Teile davon, wie beispielsweise die weiter unten noch näher beschriebenen Elektrodenfinger, eine Anordnung zueinander aufweisen, welche ein wesentlicher Bestandteil der Elektrodenstruktur sein kann. Weiterhin können die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung jeweils mindestens eine Elektrodenform aufweisen, welche ebenfalls ein wesentlicher Bestandteil der Elektrodenstruktur sein kann. Unter einer „Elektrodeneinrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger elektrischer Leiter verstanden werden, der für eine Strommessung und/oder eine Spannungsmessung geeignet ist, und/oder welcher mindestens ein mit der Elektrodeneinrichtung in Kontakt stehendes Element mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagen kann. Unter einem „Elektrodenfinger“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausformung der Elektrodeneinrichtung verstanden werden, deren Abmessung in einer Dimension eine Abmessung in mindestens einer anderen Dimension deutlich überschreitet, beispielsweise mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 3, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 5. Der Elektrodenfinger kann insbesondere eine Elektrodenfingerform aufweisen. Beispielsweise kann die Elektrodenfingerform mindestens eine der folgenden Formen umfassen: eine Schleife, insbesondere eine offene oder geschlossene Schleife; eine Schlaufe, insbesondere eine offene oder geschlossene Schlaufe; eine Windung; eine Schlangenform; eine S-Form; eine Mäanderform. Unter einer Schleife kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Form verstanden werden, die eine Biegung aufweist. Insbesondere kann es sich dabei um eine starke Biegung handeln, so dass das die Biegung aufweisende Objekt eine Kreisform oder Spiralform aufweist. Insbesondere kann die Elektrodenfingerform des ersten Elektrodenfingers zu der Elektrodenform der ersten Elektrodeneinrichtung beitragen. Weiterhin kann die Elektrodenfingerform des zweiten Elektrodenfingers zu der Elektrodenform der zweiten Elektrodeneinrichtung beitragen.In the context of the present invention, a "sensor element" can in principle be understood as any device which can serve as a functional unit, for example for a sensor arrangement, and as such can generate at least one measuring signal, for example the at least one electrical measuring signal corresponding to the detected particles. In the context of the present invention, an "electrode structure" can basically be understood to mean any device which comprises at least two electrode devices. Furthermore, the electrode structure may comprise one or more supply lines, in particular supply lines to the electrode devices, wherein the supply lines may be combined, for example, in a cable harness and / or a connecting cable harness. Furthermore, the electrode structure can also comprise contacting elements and line junctions, as well as other elements not mentioned here, in particular electrical components not mentioned here. In particular, the at least two electrode devices, in particular parts thereof, such as the electrode fingers described in more detail below, can have an arrangement with respect to one another, which can be an essential component of the electrode structure. Furthermore, the first electrode device and the second electrode device can each have at least one electrode shape, which can likewise be an essential component of the electrode structure. In the context of the present invention, an "electrode device" can basically be understood as meaning any electrical conductor which is suitable for current measurement and / or voltage measurement, and / or which has at least one element in contact with the electrode device with a voltage and / or can apply a current. In the context of the present invention, an "electrode finger" may in principle be understood to mean any shape of the electrode device whose dimensions in one dimension significantly exceed a dimension in at least one other dimension, for example at least a factor of 2, preferably at least a factor of 3 preferably at least a factor of 5. The electrode finger may in particular have an electrode finger shape. For example, the electrode finger mold may comprise at least one of the following shapes: a loop, in particular an open or closed loop; a loop, in particular an open or closed loop; a turn; a snake shape; an S-shape; a meander shape. In the context of the present invention, a loop can basically be understood to mean a shape which has a bend. In particular, this may be a strong bend, so that the object having the bend has a circular or spiral shape. In particular, the electrode finger shape of the first electrode finger may contribute to the electrode shape of the first electrode device. Furthermore, the electrode finger shape of the second electrode finger may contribute to the electrode shape of the second electrode device.

Unter einer „Messvorrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Insbesondere kann es sich bei dem Messsignal um das mindestens eine Messsignal der Sensoranordnung, insbesondere des Sensorelements, entsprechend der erfassten Messgröße handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Messsignal um das mindestens eine elektrische Messsignal, beispielsweise die Spannung oder den Strom, entsprechend der erfassten Partikel handeln. Unter einer „elektrischen Eigenschaft“ einer Vorrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Merkmal oder eine beliebige Beschaffenheit der Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens eine elektrische Größe, beispielsweise eine Spannung oder einen Stromfluss, beeinflusst, wenn die Vorrichtung Teil eines elektrischen Stromkreises ist. Insbesondere kann es sich bei der elektrischen Eigenschaft um einen Widerstand oder um eine Impedanz handeln. So können insbesondere elektrisch leitfähige Rußbrücken zwischen den Elektrodeneinrichtungen die elektrischen Eigenschaften der Elektrodenstruktur, insbesondere ihren Widerstand, beeinflussen. In the context of the present invention, a "measuring device" can basically be understood to mean any device which is set up to detect at least one electrical signal. In particular, the measuring signal may be the at least one measuring signal of the sensor arrangement, in particular of the sensor element, corresponding to the detected measured variable. In particular, the measurement signal may be the at least one electrical measurement signal, for example the voltage or the current, corresponding to the detected particles. In the context of the present invention, an "electrical property" of a device may in principle be understood to be any feature or arbitrary nature of the device which influences at least one electrical variable, for example a voltage or a current flow, if the device is part of an electrical circuit , In particular, the electrical property may be a resistor or an impedance. In particular, electrically conductive soot bridges between the electrode devices can influence the electrical properties of the electrode structure, in particular its resistance.

Unter einer „Prüfvorrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist mindestens eine Eigenschaft, insbesondere den Funktionszustand, einer anderen Vorrichtung, insbesondere einer mit der Prüfvorrichtung elektrisch verbundenen Vorrichtung, zu kontrollieren oder zu überwachen. Unter einem „Defekt“ einer Vorrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Einschränkung oder ein Ausfall der Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung verstanden werden. Dementsprechend kann unter einem „Defekt des Sensorelements“ verstanden werden, dass das Sensorelement das mindestens eine Messsignal, beispielsweise das mindestens eine elektrische Messsignal entsprechend der erfassten Partikel, nicht oder nur eingeschränkt erzeugen kann, beispielsweise verzögert, nicht in der vorgesehenen Stärke oder nicht entsprechend der zu erfassenden Partikel. Insbesondere kann ein Bruch oder eine Beschädigung des mindestens einen ersten Elektrodenfingers oder des mindestens einen zweiten Elektrodenfingers oder eine fehlerhafte Anordnung der Elektrodenfinger zueinander, beispielsweise in Form eines Kurzschlusses, zu dem Defekt des Sensorelements führen. Unter einem „Funktionszustand“ einer Vorrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Zustand bezüglich der aktuellen Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung verstanden werden. So kann es insbesondere möglich sein, die Vorrichtung insbesondere mittels einer Überprüfung ihres Funktionszustands beispielsweise als defekt oder intakt einzuordnen. Unter einem „Prüfsignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges elektrisches Signal, insbesondere ein Spannungssignal oder ein Stromsignal, verstanden werden, mit dem eine Vorrichtung zum Zweck einer Überprüfung des Funktionszustands der Vorrichtung beaufschlagt wird. Unter einem „Antwortsignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein elektrisches Signal einer Vorrichtung verstanden werden, welches durch ein dem Antwortsignal zeitlich vorausgehendes elektrisches Signal hervorgerufen wird, mit welchem die Vorrichtung oder eine andere mit ihr in elektromagnetischem Kontakt stehende Vorrichtung beaufschlagt wurde. Insbesondere kann es sich bei dem zeitlich dem Antwortsignal vorausgehenden elektrischen Signal um das Prüfsignal handeln.In the context of the present invention, a "test device" may in principle be understood as any device which is set up to control or monitor at least one property, in particular the functional state, of another device, in particular a device electrically connected to the test device. In the context of the present invention, a "defect" of a device can basically be understood to mean a restriction or a failure of the functional capability of the device. Accordingly, a "defect of the sensor element" can be understood as meaning that the sensor element can not or only to a limited extent generate the at least one measurement signal, for example the at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles, not in the intended strength or not in accordance with the to be detected particles. In particular, a fracture or damage to the at least one first electrode finger or the at least one second electrode finger or a faulty arrangement of the electrode fingers relative to one another, for example in the form of a short circuit, can lead to the defect of the sensor element. In the context of the present invention, a "functional state" of a device can in principle be understood to mean an arbitrary state with regard to the current functionality of the device. Thus, it may be possible in particular to classify the device in particular by means of a check of its functional state, for example, as defective or intact. In the context of the present invention, a "test signal" can basically be understood to mean any electrical signal, in particular a voltage signal or a current signal, with which a device is subjected for the purpose of checking the functional state of the device. In the context of the present invention, a "response signal" can basically be understood as meaning an electrical signal of a device which is caused by an electrical signal which precedes the response signal, with which the device or another device in electromagnetic contact with it was subjected. In particular, the electrical signal preceding the response signal in time may be the test signal.

Die Sensoranordnung umfasst eine Steuereinheit. Insbesondere kann die Steuereinheit die bereits weiter oben beschriebene Ansteuereinheit umfassen. Weiterhin kann die Steuereinheit mindestens eine elektrische Energiequelle sowie mindestens einen Prozessor oder Schaltkreis aufweisen, welcher eine Steuerungsfunktion und/oder Auswertungsfunktion mindestens eines mit der Sensoranordnung, insbesondere mit dem Sensorelement, erzeugten Messsignals und/oder Antwortsignals ausüben kann. Die Steuereinheit weist mindestens eine Messvorrichtung und mindestens eine Prüfvorrichtung auf. Insbesondere kann die Messvorrichtung eingerichtet sein, um die Elektrodenstruktur mit einem elektrischen Basissignal zu beaufschlagen, wobei das zeitliche veränderliche Prüfsignal dem elektrischen Basissignal überlagert sein kann. Unter einem elektrischen Basissignal kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges elektrisches Signal verstanden werden, insbesondere ein Spannungssignal oder ein Stromsignal, mit dem die Elektrodenstruktur beaufschlagt wird, insbesondere zu dem Zweck, ein elektrisches Messsignal gemäß der erfassten Partikel zu erzeugen. Insbesondere kann das elektrische Basissignal dazu dienen, die elektrischen Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Elektrodenstruktur, und damit auch die Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Elektrodenstruktur, zu erfassen. Da die durch die Anlagerung der Partikeln an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Elektrodenstruktur, dem Erfassen der Partikel dienen, kann das elektrische Basissignal insbesondere dem Zweck dienen, ein elektrisches Messsignal gemäß der erfassten Partikel zu erzeugen. Das elektrische Basissignal kann insbesondere ein kontinuierliches elektrisches Signal sein. Ferner kann die Messvorrichtung mindestens eine Spannungsquelle zur Beaufschlagung der Elektrodenstruktur mit einer Basisspannung und mindestens eine Strommessvorrichtung zur Messung eines Stroms der Elektrodenstruktur aufweisen. Insbesondere kann es sich bei der Basisspannung um das elektrische Basissignal handeln.The sensor arrangement comprises a control unit. In particular, the control unit may comprise the drive unit already described above. Furthermore, the control unit can have at least one electrical energy source and at least one processor or circuit which can exert a control function and / or evaluation function of at least one measurement signal and / or response signal generated with the sensor arrangement, in particular with the sensor element. The control unit has at least one measuring device and at least one test device. In particular, the measuring device can be designed to apply a basic electrical signal to the electrode structure, wherein the temporally variable test signal can be superimposed on the electrical base signal. In the context of the present invention, an electrical base signal can in principle be understood to mean any electrical signal, in particular a voltage signal or a current signal, which is applied to the electrode structure, in particular for the purpose of generating an electrical measurement signal according to the detected particles. In particular, the electrical base signal can serve to detect the electrical properties of the sensor element, in particular of the electrode structure, and thus also the change in the electrical properties of the sensor element, in particular of the electrode structure. Since the changes in the electrical properties of the sensor element, in particular the electrode structure, caused by the attachment of the particles to the electrode structure serve to detect the particles, the electrical base signal can serve in particular for generating an electrical measurement signal according to the detected particles. The basic electric signal may in particular be a continuous electrical signal. Furthermore, the measuring device can have at least one voltage source for acting on the electrode structure with a base voltage and at least one current measuring device for measuring a current of the electrode structure. In particular, it may be the base voltage about the electrical base signal act.

Auch die Prüfvorrichtung kann mindestens eine elektrische Energiequelle aufweisen. Insbesondere kann die Prüfvorrichtung mindestens eine Stromquelle und/oder Spannungsquelle aufweisen, insbesondere eine gepulste elektrische Energiequelle, zur Erzeugung des Prüfsignals. Insbesondere kann das Prüfsignal mindestens ein Spannungssignal umfassen. Insbesondere kann das Prüfsignal eine Frequenz von mindestens 2 Hz aufweisen. Die Prüfvorrichtung kann weiterhin mindestens eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Antwortsignals aufweisen, insbesondere eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. Die Prüfvorrichtung kann ferner mindestens ein elektrisches Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem elektrischen Schalter; einem Kondensator; einer Kapazität; einem Widerstand; einem Spannungsteiler; einer Spule; einem Spulenpaar. Insbesondere kann das elektrische Element die Prüfvorrichtung an die Messvorrichtung und/oder die Elektrodenstruktur koppeln, so dass über das elektrische Element das Prüfsignal dem von der Messvorrichtung erzeugten elektrischen Basissignal überlagerbar ist.The test device may also have at least one electrical energy source. In particular, the test apparatus can have at least one current source and / or voltage source, in particular a pulsed electrical energy source, for generating the test signal. In particular, the test signal may include at least one voltage signal. In particular, the test signal may have a frequency of at least 2 Hz. The test apparatus may further comprise at least one detection device for detecting the response signal, in particular a voltage measuring device and / or a current measuring device. The test apparatus may further comprise at least one electrical element selected from the group consisting of: an electrical switch; a capacitor; a capacity; a resistance; a voltage divider; a coil; a coil pair. In particular, the electrical element can couple the test device to the measuring device and / or the electrode structure, so that the test signal can be superimposed on the electrical base signal generated by the measuring device via the electrical element.

Die erste Elektrodeneinrichtung weist den mindestens einen ersten Elektrodenfinger auf und die zweite Elektrodeneinrichtung weist den mindestens einen zweiten Elektrodenfinger auf. Die erste Elektrodeneinrichtung kann insbesondere genau einen ersten Elektrodenfinger aufweisen. Die zweite Elektrodeneinrichtung kann insbesondere genau einen zweiten Elektrodenfinger aufweisen. Die erste Elektrodeneinrichtung kann aber auch zwei oder mehr erste Elektrodenfinger aufweisen. Auch die zweite Elektrodeneinrichtung kann zwei oder mehr zweite Elektrodenfinger aufweisen. Insbesondere können die zwei oder mehr ersten Elektrodenfinger und die zwei oder mehr zweiten Elektrodenfinger kammartig ineinandergreifen. Der erste Elektrodenfinger und der zweite Elektrodenfinger können ineinander greifen. Insbesondere können der erste Elektrodenfinger und der zweite Elektrodenfinger einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Unter einem mäanderförmigen Verlauf kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Verlauf verstanden werden, der mindestens eine S-Form oder mindestens eine Schlangenform oder mindestens eine Windung aufweist. Der erste Elektrodenfinger und der zweite Elektrodenfinger können über mindestens einen Kondensator miteinander verbunden sein. Unter dem Begriff „über eine Kondensator miteinander verbunden sein“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass zwei Bauelemente jeweils ein Element umfassen, wobei die Bauelemente derart zueinander angeordnet sind, dass die von Ihnen umfassten Elemente gemeinsam den Kondensator bilden. Der Kondensator kann insbesondere mindestens zwei einander gegenüberliegende Elemente umfassen, wobei die Elemente ausgewählt sein können aus der Gruppe bestehend aus: einer Vollfläche; einem Gitter; einem Netz; einer Linie. Insbesondere können die zwei Elemente durch mindestens eine elektrisch isolierende Schicht getrennt sein. Insbesondere kann der Kondensator eine Kapazität von 1 pF bis 1000 pF, bevorzugt von 50 pF bis 300 pF aufweisen. Weiterhin kann der Kondensator zumindest teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht bedeckt sein. Weiterhin kann das Sensorelement einen Heizer umfassen. Insbesondere kann der Heizer eingerichtet sein, das Sensorelement, insbesondere die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung von den Partikeln, insbesondere den Rußpartikeln, freizubrennen. Insbesondere können der erste Elektrodenfinger und der zweite Elektrodenfinger über jeweils mindestens einen Kondensator verbunden sein mit mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: dem Heizer; einem Temperaturmäander. Unter einem Temperaturmäander kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Leiterbahn, insbesondere eine platinhaltige Leiterbahn, verstanden werden, die ihren Widerstand temperaturabhängig ändert und eine Mäanderform aufweist. Der Kondensator kann insbesondere in einem von dem Messgas, insbesondere dem Abgas, abgetrennten Bereich, beispielsweise in einem Kabelbaum oder in der Steuereinheit, angeordnet sein.The first electrode device has the at least one first electrode finger and the second electrode device has the at least one second electrode finger. In particular, the first electrode device can have exactly one first electrode finger. In particular, the second electrode device can have exactly one second electrode finger. However, the first electrode device can also have two or more first electrode fingers. The second electrode device may also have two or more second electrode fingers. In particular, the two or more first electrode fingers and the two or more second electrode fingers may mesh in a comb-like manner. The first electrode finger and the second electrode finger can mesh with each other. In particular, the first electrode finger and the second electrode finger may have a meandering course. In the context of the present invention, a meander-shaped course can basically be understood to mean any course which has at least one S-shape or at least one snake-shape or at least one turn. The first electrode finger and the second electrode finger may be connected to one another via at least one capacitor. In the context of the present invention, the term "connected to one another via a capacitor" can basically be understood to mean that two components each comprise one element, the components being arranged in such a way that the elements encompassed by them together form the capacitor. In particular, the capacitor may comprise at least two opposing elements, which elements may be selected from the group consisting of: a solid surface; a grid; a network; a line. In particular, the two elements can be separated by at least one electrically insulating layer. In particular, the capacitor may have a capacity of 1 pF to 1000 pF, preferably from 50 pF to 300 pF. Furthermore, the capacitor may be at least partially covered with an electrically insulating protective layer. Furthermore, the sensor element may comprise a heater. In particular, the heater can be set up to free the sensor element, in particular the first electrode device and the second electrode device, from the particles, in particular the soot particles. In particular, the first electrode finger and the second electrode finger may each be connected via at least one capacitor to at least one element selected from the group consisting of: the heater; a meander of temperature. In the context of the present invention, a temperature meander can basically be understood as meaning a printed conductor, in particular a platinum-containing printed conductor, which changes its resistance as a function of temperature and has a meandering shape. The condenser can be arranged in particular in a region separated from the measurement gas, in particular the exhaust gas, for example in a cable harness or in the control unit.

Weiterhin kann die Sensoranordnung mindestens eine Vergleichsschaltung aufweisen, wobei die Prüfvorrichtung eingerichtet sein kann, die Vergleichsschaltung mit mindestens einem zeitlich veränderlichen zweiten Prüfsignal zu beaufschlagen und mindestens ein zweites Antwortsignal der Vergleichsschaltung zu erfassen und aus dem Antwortsignal der Elektrodenstruktur und dem zweiten Antwortsignal der Vergleichsschaltung auf den Funktionszustand der Elektrodenstruktur zu schließen. Unter einer „Vergleichsschaltung“, auch Vergleichsstruktur genannt, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige elektrische Schaltung, beispielswese elektrisch miteinander verbundene, insbesondere zu einem Schaltkreis miteinander verbundene, elektrische Bauelemente, verstanden werden, wobei die Schaltung mit einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Die Vergleichsschaltung kann ferner eine oder mehrere Zuleitungen umfassen, wobei die Zuleitungen beispielsweise mit den Zuleitungen der Elektrodenstruktur gemeinsam in dem Kabelbaum und/oder Anschlusskabelbaum zusammengefasst sein können. Ferner kann die Vergleichsschaltung auch Kontaktierelemente und Leitungsübergänge umfassen, sowie weitere, hier nicht genannte Elemente, insbesondere hier nicht genannte elektrische Bauelemente. Ferner kann die Prüfvorrichtung eingerichtet sein, das Antwortsignal der Elektrodenstruktur mit dem zweiten Antwortsignal der Vergleichsschaltung zu vergleichen. Insbesondere kann die Prüfvorrichtung eingerichtet sein, eine Differenz zwischen dem Antwortsignal der Elektrodeneinrichtung und dem zweiten Antwortsignal der Vergleichsschaltung zu bestimmen, insbesondere das zweite Antwortsignal der Vergleichsschaltung von dem Antwortsignal der Elektrodeneinrichtung zu subtrahieren und/oder das Antwortsignal der Elektrodeneinrichtung von dem zweiten Antwortsignal der Vergleichsschaltung Elektrodeneinrichtung zu subtrahieren. Weiterhin kann die Prüfvorrichtung eingerichtet sein, die Differenz mit einem vorgegebenen Differenzschwellenwert zu vergleichen. Insbesondere kann das zweite Prüfsignal mindestens ein Spannungssignal umfassen. Weiterhin können eine Amplitude und eine Dauer des Spannungssignals des Prüfsignals der Elektrodenstruktur und eine Amplitude und eine Dauer des Spannungssignals des zweiten Prüfsignals der Vergleichsstruktur gleich sein. Die Prüfvorrichtung kann ferner mindestens ein zweites elektrisches Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem elektrischen Schalter; einem Kondensator; einer Kapazität; einem Widerstand; einem Spannungsteiler; einer Spule; einem Spulenpaar; wobei das zweite elektrische Element die Prüfvorrichtung an die Messvorrichtung und/oder an die Vergleichsschaltung koppeln kann.Furthermore, the sensor arrangement can have at least one comparison circuit, wherein the test apparatus can be set up to apply at least one time-varying second test signal to the comparison circuit and to detect at least one second response signal of the comparison circuit and from the response signal of the electrode structure and the second response signal of the comparison circuit Close functional state of the electrode structure. In the context of the present invention, a "comparison circuit", also referred to as a comparison structure, can in principle be understood as meaning any electrical circuit, for example electrical components which are connected to one another electrically, in particular to form a circuit, wherein the circuit is connected to an electric current and / or an electrical voltage can be acted upon. The comparison circuit may further comprise one or more supply lines, wherein the supply lines may be combined, for example, with the leads of the electrode structure together in the wiring harness and / or connection harness. Furthermore, the comparison circuit can also comprise contacting elements and line junctions, as well as other elements not mentioned here, in particular electrical components not mentioned here. Furthermore, the Test device be adapted to compare the response signal of the electrode structure with the second response signal of the comparison circuit. In particular, the test device can be set up to determine a difference between the response signal of the electrode device and the second response signal of the comparison circuit, in particular to subtract the second response signal of the comparison circuit from the response signal of the electrode device and / or the response signal of the electrode device from the second response signal of the comparison circuit electrode device to subtract. Furthermore, the test apparatus can be set up to compare the difference with a predetermined difference threshold value. In particular, the second test signal may comprise at least one voltage signal. Furthermore, an amplitude and a duration of the voltage signal of the test signal of the electrode structure and an amplitude and a duration of the voltage signal of the second test signal of the comparison structure may be the same. The test apparatus may further comprise at least one second electrical element selected from the group consisting of: an electrical switch; a capacitor; a capacity; a resistance; a voltage divider; a coil; a coil pair; wherein the second electrical element may couple the testing device to the measuring device and / or to the comparison circuit.

Die Vergleichsschaltung kann insbesondere mindestens einen Widerstand umfassen. Weiterhin kann die Vergleichsschaltung auch weitere, hier nicht genannte Elemente, umfassen. Insbesondere können die Elektrodenstruktur und die Vergleichsschaltung mindestens ein gemeinsames Bauelement, insbesondere mindestens eine gemeinsame Zuleitung, aufweisen. Insbesondere kann die Vergleichsschaltung zumindest teilweise Teil eines Temperatursensors zur Erfassung einer Temperatur des Sensorelements und/oder zumindest teilweise Teil eines Heizers sein. Weiterhin kann die Prüfstruktur eingerichtet sein, von dem zweiten Antwortsignal der Vergleichsschaltung auf einen Funktionszustand der Vergleichsschaltung zu schließen. Insbesondere können das Antwortsignal der Elektrodenstruktur und das zweite Antwortsignal der Vergleichsschaltung an ein und demselben Punkt erfassbar und/oder messbar sein. Ferner kann die Messvorrichtung mindestens eine Strommessvorrichtung zur Messung des Stroms der Vergleichsschaltung aufweisen. Weiterhin kann die elektrische Energiequelle, insbesondere die Stromquelle und/oder Spannungsquelle, der Prüfvorrichtung das zweite Prüfsignal erzeugen.The comparison circuit may in particular comprise at least one resistor. Furthermore, the comparison circuit can also comprise other elements not mentioned here. In particular, the electrode structure and the comparison circuit can have at least one common component, in particular at least one common supply line. In particular, the comparison circuit may be at least partially part of a temperature sensor for detecting a temperature of the sensor element and / or at least partially part of a heater. Furthermore, the test structure may be configured to conclude from the second response signal of the comparison circuit to a functional state of the comparison circuit. In particular, the response signal of the electrode structure and the second response signal of the comparison circuit can be detectable and / or measurable at one and the same point. Furthermore, the measuring device can have at least one current measuring device for measuring the current of the comparison circuit. Furthermore, the electrical energy source, in particular the current source and / or voltage source, of the test device can generate the second test signal.

Die Sensoranordnung, insbesondere das Sensorelement kann mindestens einen Träger aufweisen, wobei die Elektrodenstruktur zumindest teilweise auf den Träger aufgebracht ist. Insbesondere kann die Elektrodenstruktur direkt oder indirekt, beispielsweise auf einer weiteren auf den Träger aufgebrachten Schicht, auf den Träger aufgebracht sein.The sensor arrangement, in particular the sensor element, can have at least one carrier, wherein the electrode structure is at least partially applied to the carrier. In particular, the electrode structure can be applied directly or indirectly, for example on a further layer applied to the carrier, to the carrier.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, wobei ein Sensorelement verwendet wird, wobei das Sensorelement mindestens eine Elektrodenstruktur umfasst, wobei die Elektrodenstruktur mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem ersten Elektrodenfinger und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem zweiten Elektrodenfinger aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space is proposed, wherein a sensor element is used, wherein the sensor element comprises at least one electrode structure, wherein the electrode structure at least one first electrode device with at least one first electrode finger and at least one second electrode device having at least one second electrode finger. The method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.

Die Verfahrensschritte sind:

a) Erfassung mindestens eines Messsignals, wobei mittels des Messsignals eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements erfassbar ist;
b) Durchführung mindestens eine Überprüfung eines Funktionszustand der Elektrodenstruktur, wobei die Überprüfung folgende Schritte umfasst:
1. i. Beaufschlagen der Elektrodenstruktur mit einem zeitlich veränderlichen Prüfsignal;
2. ii. Erfassen eines Antwortsignals der Elektrodenstruktur auf das zeitlich veränderliche Prüfsignal;
3. iii. Auswerten des Antwortsignals und Erzeugen mindestens einer Information bezüglich eines Funktionszustands der Elektrodenstruktur.

The process steps are:

a) detecting at least one measuring signal, wherein by means of the measuring signal a conditional by an attachment of the particles to the electrode structure change in electrical properties of the sensor element is detectable;
b) carrying out at least one check of a functional state of the electrode structure, wherein the checking comprises the following steps:
1. i. Impinging the electrode structure with a time-varying test signal;
2. ii. Detecting a response signal of the electrode structure on the time-varying test signal;
3. iii. Evaluating the response signal and generating at least one information regarding a functional state of the electrode structure.

Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorelements verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.In particular, the method can be carried out using a sensor element according to the present invention, that is to say according to one of the abovementioned embodiments or according to one of the embodiments described in more detail below. Accordingly, for definitions and optional configurations, reference may be made largely to the description of the sensor element. However, other embodiments are possible in principle.

Das zeitlich veränderlichen Prüfsignal in Schritt i. kann insbesondere mindestens ein Spannungssignal umfassen. Insbesondere kann das Spannungssignal mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem kapazitiv erzeugten Spannungssignal; einem elektrisch, insbesondere resistiv, erzeugten Spannungssignals; einem induktiv erzeugten Spannungssignal. Weiterhin kann das Beaufschlagen der ersten Elektrodeneinrichtung mit einem zeitlich veränderlichen Prüfsignal in Schritt i. mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz erfolgen.The time-varying test signal in step i. may in particular comprise at least one voltage signal. In particular, the voltage signal may comprise at least one element selected from the group consisting of: a capacitively generated voltage signal; an electrically, in particular resistively, generated voltage signal; an inductively generated voltage signal. Furthermore, the charging of the first electrode device with a time-varying test signal in step i. with a frequency of at least 2 Hz.

Ferner kann das Antwortsignal der Elektrodenstruktur in Schritt ii. mindestens ein kapazitives Signal umfassen.Furthermore, the response signal of the electrode structure in step ii. comprise at least one capacitive signal.

Weiterhin kann das Auswerten des Antwortsignals in Schritt iii. ein Vergleichen des Antwortsignals mit einem vorgegebenen Antwortschwellenwert umfassen. Ferner kann in Schritt iii. die Elektrodenstruktur als intakt eingeordnet werden, wenn das Antwortsignal größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, und die Elektrodenstruktur kann als fehlerhaft eingeordnet werden, wenn das Antwortsignal kleiner oder gleich dem vorgegebenen Antwortschwellenwert ist.Furthermore, the evaluation of the response signal in step iii. comprising comparing the response signal with a predetermined response threshold. Furthermore, in step iii. the electrode structure is classified as intact when the response signal is greater than the predetermined threshold, and the electrode structure may be classified as defective if the response signal is less than or equal to the predetermined response threshold.

Weiterhin können dem Schritt b) folgende Schritte vorausgehen:

a1) Messen eines Partikelstroms in Abwesenheit eines Prüfsignals;
a2) Vergleichen des Partikelstroms mit einem vorgegebenen Partikelstromschwellwert; wobei sich dem Schritt a2) die Schritte i. bis iii. anschließen, wenn der Partikelstrom kleiner ist als der vorgegebene Partikelstromschwellwert. Bei dem Partikelstrom in Schritt a1) kann es sich insbesondere um das Messsignal aus Schritt a) handeln. So kann insbesondere der Schritt a1) mit dem Schritt a) zusammenfallen. Weiterhin können die Schritte a1) und a2) zwischen den Schritten ii. und iii. ausgeführt werden. Weiterhin können sich dem Schritt a2) anstelle der Schritte a) und b) auch der Schritt c) anschließen, falls der in Schritt a1) gemessene und in Schritt a2) mit dem vorgegebenen Partikelstromschwellwert verglichene Partikelstrom größer oder gleich dem Partikelstromschwellwert ist:
c) Auswerten des Partikelstroms und Erzeugen mindestens einer Information bezüglich eines Funktionszustands der Elektrodenstruktur.

Furthermore, step b) may be preceded by the following steps:

a1) measuring a particle flow in the absence of a test signal;
a2) comparing the particle flow with a predetermined particle flow threshold; wherein step a2) comprises the steps i. to iii. when the particle flow is less than the predetermined particle flow threshold. The particle stream in step a1) can in particular be the measurement signal from step a). In particular, step a1) may coincide with step a). Furthermore, the steps a1) and a2) between steps ii. and iii. be executed. Furthermore, step a2) may also be followed by step c) instead of steps a) and b) if the particle flow measured in step a1) and compared with the predetermined particle flow threshold in step a1) is greater than or equal to the particle flow threshold value:
c) evaluating the particle flow and generating at least one information regarding a functional state of the electrode structure.

Insbesondere kann das Auswerten des Partikelstroms in Schritt c) ein Vergleichen des Partikelstroms mit einem vorgegebenen Diagnoseschwellwert umfassen. Ferner kann in Schritt c) die Elektrodenstruktur als intakt eingeordnet werden, wenn der Partikelstrom kleiner ist als der vorgegebene Diagnoseschwellwert, und die Elektrodenstruktur kann als fehlerhaft eingeordnet werden, wenn der Partikelstrom größer oder gleich dem vorgegebenen Diagnoseschwellwert ist.In particular, the evaluation of the particle flow in step c) may comprise a comparison of the particle flow with a predetermined diagnostic threshold. Further, in step c), the electrode structure may be classified as intact if the particle flow is less than the predetermined diagnostic threshold, and the electrode structure may be classified as faulty if the particle flow is greater than or equal to the predetermined diagnostic threshold.

Schritt b) des Verfahrens zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum kann weiterhin folgende Schritte umfassen:

iv. Beaufschlagen einer Vergleichsschaltung mit mindestens einem zeitlich veränderlichen zweiten Prüfsignal;
v. Erfassen mindestens eines zweiten Antwortsignals der Vergleichsschaltung auf das zeitlich veränderliche zweite Prüfsignal; wobei das Erzeugen der Information bezüglich des Funktionszustands der Elektrodenstruktur in Schritt iii) mittels eines Auswertens des Antwortsignals der Elektrodenstruktur und des zweiten Antwortsignals der Vergleichsschaltung erfolgt.

Step b) of the method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space may further comprise the following steps:

iv. Applying a comparison circuit with at least one time-varying second test signal;
v. Detecting at least one second response signal of the comparison circuit on the time-varying second test signal; wherein generating the information regarding the functional state of the electrode structure in step iii) by means of an evaluation of the response signal of the electrode structure and the second response signal of the comparison circuit.

Weiterhin kann das Auswerten in Schritt iii. ein Bestimmen einer Differenz zwischen dem Antwortsignal der Elektrodenstruktur und dem zweiten Antwortsignal der Vergleichsschaltung umfassen. Insbesondere kann die Differenz durch Subtrahieren des zweiten Antwortsignals der Vergleichsstruktur von dem Antwortsignal der Elektrodenstruktur und/oder durch Subtrahieren des Antwortsignals der Elektrodenstruktur von dem zweiten Antwortsignal der Prüfschaltung gebildet wird. Weiterhin kann das Auswerten in Schritt v. ein Vergleichen der Differenz mit einem vorgegebenen Differenzschwellenwert umfassen. Ferner kann in Schritt v. die Elektrodenstruktur als defekt eingeordnet werden, wenn die Differenz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Differenzschwellenwert ist und die Elektrodenstruktur kann als intakt eingeordnet werden, wenn die Differenz größer ist als der vorgegebene Differenzschwellenwert. Ferner kann das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfassen:

vi. Vergleichen des zweiten Antwortsignals mit einem vorgegebenen zweiten Antwortschwellenwert, wobei die Vergleichsstruktur als intakt eingeordnet wird, wenn das zweite Antwortsignal kleiner ist als der zweite Antwortschwellenwert, wobei die Vergleichsstruktur als defekt eingeordnet wird, wenn das zweite Antwortsignal größer oder gleich dem zweiten Antwortsignalschwellenwert ist.

Furthermore, the evaluation in step iii. determining a difference between the response signal of the electrode structure and the second response signal of the comparison circuit. In particular, the difference can be formed by subtracting the second response signal of the comparison structure from the response signal of the electrode structure and / or by subtracting the response signal of the electrode structure from the second response signal of the test circuit. Furthermore, the evaluation in step v. comprising comparing the difference with a predetermined difference threshold. Furthermore, in step v. the electrode structure is classified as defective if the difference is less than or equal to the predetermined difference threshold value and the electrode structure can be classified as intact if the difference is greater than the predetermined difference threshold value. Furthermore, the method may additionally comprise the following step:

vi. Comparing the second response signal to a predetermined second response threshold, wherein the comparison structure is classified as intact when the second response signal is less than the second response threshold, the comparison structure being classified as defective when the second response signal is greater than or equal to the second response signal threshold.

Insbesondere kann der zweite Antwortschwellenwert 3,5 Volt bis 5 Volt, bevorzugt 4 V, betragen. Ferner kann das Prüfsignal mindestens ein Spannungssignal umfassen und das zweite Prüfsignal kann ebenfalls mindestens ein Spannungssignal umfassen. Insbesondere können eine Amplitude und eine Dauer des Spannungssignals des Prüfsignals und eine Amplitude und eine Dauer des Spannungssignals des zweiten Prüfsignals gleich sein. Weiterhin können das Beaufschlagen der Elektrodenstruktur mit dem zeitlich veränderlichen Prüfsignal in Schritt i. und das Beaufschlagen der Vergleichsschaltung mit dem zweiten Prüfsignal in Schritt iv. mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz erfolgen. Insbesondere können das Beaufschlagen der Elektrodenstruktur mit dem Prüfsignal und das Beaufschlagen der Vergleichsschaltung mit dem zweiten Prüfsignal zeitlich versetzt erfolgen. Ferner kann das zweite Antwortsignal insbesondere mindestens ein kapazitives Signal umfassen.In particular, the second response threshold may be 3.5 volts to 5 volts, preferably 4 volts. Furthermore, the test signal may include at least one voltage signal and the second test signal may also comprise at least one voltage signal. In particular, an amplitude and a duration of the voltage signal of the test signal and an amplitude and a duration of the voltage signal of the second test signal may be the same. Furthermore, the application of the time-varying test signal to the electrode structure in step i. and applying the comparison circuit to the second test signal in step iv. with a frequency of at least 2 Hz. In particular, applying the electrode structure to the test signal and applying the comparison circuit to the second test signal can be offset in time. Furthermore, the second response signal may in particular comprise at least one capacitive signal.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Insbesondere kann es sich bei der Sensoranordnung um eine Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorelements verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method for producing a sensor arrangement for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space is proposed. In particular, the sensor arrangement may be a sensor arrangement according to the present invention, that is to say one of the abovementioned embodiments or one of the embodiments described in more detail below. Accordingly, for definitions and optional configurations, reference may be made largely to the description of the sensor element. However, other embodiments are possible in principle. The method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.

Die Verfahrensschritte sind:

u) Erzeugen der Elektrodenstruktur; und
v) Bereitstellen der Prüfvorrichtung.

The process steps are:

u) generating the electrode structure; and
v) providing the testing device.

Insbesondere kann in Schritt u) die Elektrodenstruktur zumindest teilweise mithilfe eines Dickschicht-Verfahrens auf mindestens einen Träger gedruckt werden. Ferner kann in Schritt u) beim Erzeugen der Elektrodenstruktur mindestens ein Laserstrukturierungsverfahren zum Einsatz kommen. Ferner kann das Verfahren den folgenden Schritt umfassen:

w) Erzeugen der Vergleichsschaltung.

In particular, in step u), the electrode structure can be printed on at least one carrier at least partially by means of a thick-film method. Furthermore, at least one laser structuring method can be used in step u) when the electrode structure is produced. Further, the method may include the following step:

w) generating the comparison circuit.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung und die beschriebenen Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Sensoranordnungen und Verfahren der genannten Art zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann es möglich sein, mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl einen vollständigen Ausfall oder auch eine Teilschädigung zu erkennen. Dies kann insbesondere beispielsweise durch die Elektrodenstruktur erleichtert sein, welche insbesondere genau einen ersten Elektrodenfinger und genau einen zweiten Elektrodenfinger umfassen kann, so dass beispielsweise eine Unterbrechung eines oder mehrerer Teilbereiche mindestens eines Elektrodenfingers erkannt werden kann, insbesondere sofort erkannt werden kann. Insbesondere kann es möglich sein, mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren den Funktionszustand der Elektrodenstruktur zu überwachen, was auch als sogenannte „monitoring capability“ bezeichnet werden kann. Weiterhin kann es möglich sein, dass der Funktionszustand der Elektrodenstruktur mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und/oder den beschriebenen Verfahren überwacht werden kann, insbesondere mit der Frequenz von mindestens 2 Hz, ohne eine Sensorauslösezeit zu beeinflussen.The sensor arrangement according to the invention and the described methods have numerous advantages over conventional sensor arrangements and methods of the type mentioned. In particular, it may be possible to detect both complete failure or even partial damage with the sensor arrangement according to the invention and / or the method according to the invention. This may in particular be facilitated, for example, by the electrode structure, which may comprise in particular exactly a first electrode finger and exactly one second electrode finger, so that, for example, an interruption of one or more subregions of at least one electrode finger can be detected, in particular immediately recognized. In particular, it may be possible to monitor the functional state of the electrode structure with the sensor arrangement according to the invention and / or the method according to the invention, which may also be referred to as so-called "monitoring capability". Furthermore, it may be possible that the functional state of the electrode structure can be monitored with the sensor arrangement according to the invention and / or the described method, in particular with the frequency of at least 2 Hz, without influencing a sensor tripping time.

Ferner kann es möglich sein, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren äußere Einflüsse, insbesondere sich ändernde äußere Einflüsse, wie beispielsweise in einem Kabelbaum sich ansammelndes Wasser, besser kompensieren kann als Sensoranordnungen und Verfahren des Standes der Technik, so dass Ausfälle, insbesondere Ausfälle der Eigendiagnosefähigkeit bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden oder gegenüber Sensoranordnungen und Verfahren des Standes der Technik reduziert sind. Weiterhin kann es möglich sein, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren unempfindlich oder weniger empfindlich sind als Sensoranordnungen und Verfahren des Standes der Technik gegenüber unterschiedlichen Mengen von angelagerten Partikeln, insbesondere gegenüber unterschiedlichen Rußmassen. Weiterhin kann es möglich sein, dass eine Überwachung einer elektrischen Verbindung zwischen der Steuereinheit, insbesondere der Sensor Control Unit (SCU), einem die Steuereinheit mit dem Sensorelement verbindendem Kabelbaum und dem Sensorelement mit einer Frequenz von mindestens zwei Hz möglich ist.Furthermore, it may be possible for the sensor arrangement according to the invention and / or the method according to the invention to better compensate external influences, in particular changing external influences, such as, for example, water accumulating in a cable harness, than sensor arrangements and methods of the prior art, so that failures, In particular, failures of the self-diagnostic capability in the sensor arrangement according to the invention and / or the method according to the invention are avoided or are reduced compared to sensor arrangements and methods of the prior art. Furthermore, it may be possible for the sensor arrangement according to the invention and / or the method according to the invention to be insensitive or less sensitive than sensor arrangements and methods of the prior art for different amounts of deposited particles, in particular with respect to different soot masses. Furthermore, it may be possible that a monitoring of an electrical connection between the control unit, in particular the sensor control unit (SCU), a wiring harness connecting the control unit with the sensor element and the sensor element with a frequency of at least two Hz is possible.

Figurenlistelist of figures

Weitere Einzelheiten und optionale Merkmale der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen dargestellt, welche in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch gezeigt sind.Further details and optional features of the invention are shown in the embodiments which are shown schematically in the following drawings.

Es zeigen:

1A, 1B und 1C jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, wobei eine Prüfvorrichtung der Sensoranordnung einen Kondensator (1A), einen Widerstand ( 1B) oder eine Spule (1C) umfasst;
2A, 2B und 2C jeweils eine Elektrodenstruktur in einer perspektivischen Ansicht (2A und 2C) oder in einer Draufsicht (2B);
3A und 3B jeweils ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum;
4A, 4B und 4C jeweils ein Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sensoranordnung umfassend eine Vergleichsschaltung;
5A und 5B jeweils ein Antwortsignal der Elektrodenstruktur und ein zweites Antwortsignal der Vergleichsschaltung für unterschiedliche Funktionszustände der Sensoranordnung; und
6 ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches ein zweites Prüfsignal berücksichtigt.

Show it:

1A . 1B and 1C in each case an embodiment of a sensor arrangement according to the invention, wherein a test device of the sensor arrangement comprises a capacitor ( 1A) , a resistor ( 1B) or a coil ( 1C) includes;
2A . 2 B and 2C each an electrode structure in a perspective view ( 2A and 2C) or in a plan view ( 2 B) ;
3A and 3B in each case a flowchart of a method according to the invention for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber;
4A . 4B and 4C in each case an embodiment of the sensor arrangement according to the invention comprising a comparison circuit;
5A and 5B in each case a response signal of the electrode structure and a second response signal of the comparison circuit for different functional states of the sensor arrangement; and
6 a flowchart of another embodiment of the method according to the invention, which takes into account a second test signal.

Die 1A, 1B und 1C zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 110 zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum. Die Sensoranordnung 110 umfasst ein Sensorelement 112, wie in den 1A bis 1C durch das gestrichelte Rechteck gekennzeichnet. Das Sensorelement 112 umfasst mindestens eine Elektrodenstruktur 114, wobei die Elektrodenstruktur 114 mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung 116 mit mindestens einem ersten Elektrodenfinger 118 und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung 120 mit mindestens einem zweiten Elektrodenfinger 122 aufweist. Details der Elektrodenstruktur 114 sind in den 2A bis 2C dargestellt. Die Sensoranordnung 110 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 124, wie in den 1A bis 1C gezeigt. Die Steuereinheit 124 weist mindestens eine Messvorrichtung 126 auf, wobei die Messvorrichtung 126 eingerichtet ist, um eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur 114 bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements 112, insbesondere der Elektrodenstruktur 114, zu erfassen. Die Steuereinheit 124 umfasst weiterhin mindestens eine Prüfvorrichtung 128 zur Detektion von Defekten des Sensorelements 112, wobei die Prüfvorrichtung 128 eingerichtet ist, die Elektrodenstruktur 114 mit mindestens einem zeitlich veränderlichen Prüfsignal 180 zu beaufschlagen und ein Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 zu erfassen und aus dem Antwortsignal 170 auf einen Funktionszustand der Elektrodenstruktur 114 zu schließen.The 1A . 1B and 1C each show an embodiment of a sensor arrangement according to the invention 110 for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space. The sensor arrangement 110 includes a sensor element 112 as in the 1A to 1C indicated by the dashed rectangle. The sensor element 112 comprises at least one electrode structure 114 , wherein the electrode structure 114 at least one first electrode device 116 with at least a first electrode finger 118 and at least one second electrode device 120 with at least one second electrode finger 122 having. Details of the electrode structure 114 are in the 2A to 2C shown. The sensor arrangement 110 further comprises a control unit 124 as in the 1A to 1C shown. The control unit 124 has at least one measuring device 126 on, with the measuring device 126 is set up by an attachment of the particles to the electrode structure 114 conditional change of electrical properties of the sensor element 112 , in particular the electrode structure 114 , capture. The control unit 124 further comprises at least one testing device 128 for detecting defects of the sensor element 112 , wherein the testing device 128 is set up, the electrode structure 114 with at least one time-varying test signal 180 to apply and a response signal 170 the electrode structure 114 to capture and out of the response signal 170 to a functional state of the electrode structure 114 close.

Wie in den 1A bis 1C gezeigt, kann die Steuereinheit 124 mindestens eine elektrische Energiequelle, insbesondere eine Stromquelle und/oder eine Spannungsquelle 130, sowie mindestens einen Prozessor oder Schaltkreis aufweisen, welcher eine Steuerungsfunktion und/oder Auswertungsfunktion mindestens eines mit der Sensoranordnung 110, insbesondere mit dem Sensorelement 112, erzeugten Messsignals und/oder Antwortsignals 170 ausüben kann. Insbesondere können die Messvorrichtung 126 und die Prüfvorrichtung 128 jeweils ganz oder, wie in den 1A bis 1C gezeigt, auch nur teilweise auf einem gemeinsamen Microcontoller 132 ausgebildet sein, welcher den Prozessor und/oder den Schaltkreis umfassen kann. Insbesondere kann die Messvorrichtung 126 eingerichtet sein, um die Elektrodenstruktur 114 mit einem elektrischen Basissignal zu beaufschlagen, wobei das zeitliche veränderliche Prüfsignal 180 dem elektrischen Basissignal überlagert sein kann. Insbesondere kann das elektrische Basissignal dazu dienen, die elektrischen Eigenschaften des Sensorelements 112, insbesondere der Elektrodenstruktur 114, und damit auch die Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements 112, insbesondere der Elektrodenstruktur 114, zu erfassen. Da die durch die Anlagerung der Partikeln an der Elektrodenstruktur 114 bedingte Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements 112, insbesondere der Elektrodenstruktur 114, dem Erfassen der Partikel dient, kann das elektrische Basissignal insbesondere dem Zweck dienen, ein elektrisches Messsignal gemäß der erfassten Partikel zu erzeugen. Das elektrische Basissignal kann insbesondere ein kontinuierliches elektrisches Signal sein. Ferner kann die Messvorrichtung 126 die mindestens eine Spannungsquelle 130 zur Beaufschlagung der Elektrodenstruktur 114 mit einer Basisspannung und mindestens eine Strommessvorrichtung zur Messung eines Stroms der Elektrodenstruktur 114 aufweisen. Insbesondere kann es sich bei der Basisspannung um das elektrische Basissignal handeln.As in the 1A to 1C shown, the control unit 124 at least one electrical energy source, in particular a current source and / or a voltage source 130 , and at least one processor or circuit, which has a control function and / or evaluation function of at least one with the sensor arrangement 110 , in particular with the sensor element 112 , generated measuring signal and / or response signal 170 can exercise. In particular, the measuring device 126 and the tester 128 each whole or, as in the 1A to 1C shown, even partially on a common Microcontoller 132 be formed, which may include the processor and / or the circuit. In particular, the measuring device 126 be set up to the electrode structure 114 to apply an electrical base signal, wherein the time-varying test signal 180 can be superimposed on the electrical base signal. In particular, the electrical base signal can serve to control the electrical properties of the sensor element 112 , in particular the electrode structure 114 , and thus the change in the electrical properties of the sensor element 112 , in particular the electrode structure 114 , capture. Because of the attachment of the particles to the electrode structure 114 conditional change of the electrical properties of the sensor element 112 , in particular the electrode structure 114 , is used to detect the particles, the electrical base signal in particular serve the purpose of generating an electrical measurement signal according to the detected particles. The basic electric signal may in particular be a continuous electrical signal. Furthermore, the measuring device 126 the at least one voltage source 130 for loading the electrode structure 114 with a base voltage and at least one current measuring device for measuring a current of the electrode structure 114 exhibit. In particular, the base voltage may be the electrical base signal.

Durch die Anlagerung der Partikeln, insbesondere der elektrisch leitfähigen Rußpartikel, können sich zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung 116 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 120, insbesondere zwischen dem ersten Elektrodenfinger 118 und dem zweiten Elektrodenfinger 122, elektrisch leitfähige Rußbrücken ausbilden, welche einen Stromfluss zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung 116 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 120 ermöglichen können. Diese Situation ist in den 1A bis 1C durch einen die erste Elektrodeneinrichtung 116 und die zweite Elektrodeneinrichtung 120 verbindenden Widerstand 134 dargestellt. In Abwesenheit der elektrisch leitfähigen Rußbrücken fließt kein Strom zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung 116 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 120. Diese Situation ist in den 1A bis 1C durch einen die erste Elektrodeneinrichtung 116 und die zweite Elektrodeneinrichtung 120 verbindenden Kondensator 136 dargestellt. Die 1A bis 1C stellen daher über gestrichelte Linien zwei alternative Zustände der Elektrodenstruktur 114 gleichzeitig dar. Weiterhin kann das Sensorelement 112 einen Heizer 129 umfassen, wie in den 1A bis 1C gezeigt. Insbesondere kann der Heizer 129 eingerichtet sein, das Sensorelement 112, insbesondere die erste Elektrodeneinrichtung 116 und die zweite Elektrodeneinrichtung 120 von den Partikeln, insbesondere den Rußpartikeln, freizubrennen.By the addition of the particles, in particular the electrically conductive soot particles, can between the first electrode means 116 and the second electrode means 120 , in particular between the first electrode finger 118 and the second electrode finger 122 , electrically conductive Rußbrücken form, which is a current flow between the first electrode means 116 and the second electrode means 120 can enable. This situation is in the 1A to 1C by a first electrode means 116 and the second electrode means 120 connecting resistance 134 shown. In the absence of electrically conductive soot bridges, no current flows between the first electrode means 116 and the second electrode means 120 , This situation is in the 1A to 1C by a first electrode means 116 and the second electrode means 120 connecting capacitor 136 shown. The 1A to 1C therefore represent two alternative states of the electrode structure via dashed lines 114 at the same time. Furthermore, the sensor element 112 a heater 129 include, as in the 1A to 1C shown. In particular, the heater can 129 be set up, the sensor element 112 , in particular the first electrode device 116 and the second electrode means 120 free from the particles, in particular the soot particles.

Auch die Prüfvorrichtung 128 kann mindestens eine elektrische Energiequelle aufweisen. Insbesondere kann die Prüfvorrichtung 128 mindestens eine Stromquelle und/oder mindestens eine Spannungsquelle 130 aufweisen, insbesondere eine gepulste elektrische Energiequelle, zur Erzeugung des Prüfsignals 180. Insbesondere kann das Prüfsignal 180 mindestens ein Spannungssignal umfassen. Insbesondere kann das Prüfsignal 180 eine Frequenz von mindestens 2 Hz aufweisen. Die Prüfvorrichtung 128 kann weiterhin mindestens eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Antwortsignals 170 aufweisen, insbesondere eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. Die Prüfvorrichtung 128 kann ferner mindestens ein elektrisches Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem elektrischen Schalter 138; einem Kondensator 136; einer Kapazität; einem Widerstand 134; einem Spannungsteiler 140; einer Spule; einem Spulenpaar 142. Die 1A bis 1C zeigen drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 110, wobei sich die drei Ausführungsbeispiele der Sensoranordnung 110 insbesondere in den Prüfvorrichtungen 128 unterscheiden. So weist das Ausführungsbeispiel in 1A eine Prüfvorrichtung 128 auf, wobei die Prüfvorrichtung 128 neben weiteren elektrischen Elementen einen Schalter 138 und einen Kondensator 136 umfasst, mit deren Hilfe das Prüfsignal 180 kapazitiv in die Elektrodenstruktur 114 einkoppelbar ist. Weiterhin weist das Ausführungsbeispiel in 1B eine Prüfvorrichtung 128 auf, wobei die Prüfvorrichtung 128 neben weiteren elektrischen Elementen einen Schalter 138 und einen Spannungsteiler 140 umfasst, mit deren Hilfe das Prüfsignal 180 in die Elektrodenstruktur 114 einkoppelbar ist. Ferner weist das Ausführungsbeispiel in 1C eine Prüfvorrichtung 128 auf, wobei die Prüfvorrichtung 128 neben weiteren elektrischen Elementen einen Schalter 138 und Spulenpaar 142 umfasst, mit deren Hilfe das Prüfsignal 180 induktiv in die Elektrodenstruktur 114 einkoppelbar ist. Insbesondere kann das mindestens eine elektrische Element die Prüfvorrichtung 128 an die Messvorrichtung 126 und/oder an die Elektrodenstruktur 114 koppeln, so dass über das elektrische Element das Prüfsignal 180 dem von der Messvorrichtung erzeugten elektrischen Basissignal überlagerbar ist.Also the test device 128 can have at least one electrical energy source. In particular, the test device 128 at least one power source and / or at least one voltage source 130 have, in particular a pulsed electrical energy source, for generating the test signal 180 , In particular, the test signal 180 include at least one voltage signal. In particular, the test signal 180 have a frequency of at least 2 Hz. The tester 128 may further comprise at least one detection device for detecting the response signal 170 have, in particular a voltage measuring device and / or a current measuring device. The tester 128 may further comprise at least one electrical element selected from the group consisting of: an electrical switch 138 ; a capacitor 136 ; a capacity; a resistance 134 ; a voltage divider 140 ; a coil; a coil pair 142 , The 1A to 1C show three embodiments of the sensor arrangement according to the invention 110 , wherein the three embodiments of the sensor arrangement 110 especially in the test devices 128 differ. Thus, the embodiment in 1A a test device 128 on, with the tester 128 next to other electrical elements a switch 138 and a capacitor 136 includes, with the help of which the test signal 180 Capacitive in the electrode structure 114 can be coupled. Furthermore, the embodiment in 1B a test device 128 on, with the tester 128 next to other electrical elements a switch 138 and a voltage divider 140 includes, with the help of which the test signal 180 into the electrode structure 114 can be coupled. Furthermore, the embodiment in 1C a test device 128 on, with the tester 128 next to other electrical elements a switch 138 and coil pair 142 includes, with the help of which the test signal 180 inductively in the electrode structure 114 can be coupled. In particular, the at least one electrical element may be the testing device 128 to the measuring device 126 and / or to the electrode structure 114 couple, so that via the electrical element the test signal 180 is superimposed on the electrical base signal generated by the measuring device.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Steuereinheit 124 die mindestens eine Messvorrichtung 126 und die mindestens eine Prüfvorrichtung 128 aufweist. Die Messvorrichtung 126 ist eingerichtet, um die durch die Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur 114 bedingte Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements 112, insbesondere der Elektrodenstruktur 114, zu erfassen. Dazu kann die Messvorrichtung 126 eingerichtet sein, die Elektrodenstruktur 114 mit dem elektrischen Basissignal zu beaufschlagen und das gemäß den erfassten Partikeln erzeugte Messsignal der Elektrodenstruktur 114 zu erfassen. Die Prüfvorrichtung 128 ist eingerichtet, die Elektrodenstruktur 114 mit dem mindestens einen zeitlich veränderlichen Prüfsignal 180 zu beaufschlagen und das Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 zu erfassen und aus dem Antwortsignal 170 auf einen Funktionszustand der Elektrodenstruktur 114 zu schließen. Das elektrische Basissignal kann ein kontinuierliches elektrisches Signal sein. Das zeitlich veränderliche Prüfsignal 180 kann dem elektrischen Basissignal überlagert sein.In summary, it can be stated that the control unit 124 the at least one measuring device 126 and the at least one testing device 128 having. The measuring device 126 is set up by the attachment of the particles to the electrode structure 114 conditional change of the electrical properties of the sensor element 112 , in particular the electrode structure 114 , capture. For this purpose, the measuring device 126 be set up the electrode structure 114 to act on the electrical base signal and the measurement signal of the electrode structure generated in accordance with the detected particles 114 capture. The tester 128 is set up, the electrode structure 114 with the at least one time-varying test signal 180 to apply and the response signal 170 the electrode structure 114 to capture and out of the response signal 170 to a functional state of the electrode structure 114 close. The base electrical signal may be a continuous electrical signal. The time-varying test signal 180 can be superimposed on the electrical base signal.

Die Steuereinheit 124, insbesondere die Prüfvorrichtung 128 und/oder die Messvorrichtung 126, kann insbesondere mindestens einen DC/DC-Konverter und/oder mindestens einen Verstärker 145 und/oder mindestens eine Diode aufweisen.The control unit 124 , in particular the test device 128 and / or the measuring device 126 , In particular, at least one DC / DC converter and / or at least one amplifier 145 and / or at least one diode.

Die 2A, 2B und 2C zeigen jeweils eine Elektrodenstruktur 114, wobei die Elektrodenstruktur 114 die mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung 116 mit dem mindestens einen ersten Elektrodenfinger 118 und die mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung 120 mit dem mindestens einen zweiten Elektrodenfinger 122 aufweist. Die erste Elektrodeneinrichtung 116 kann insbesondere genau einen Elektrodenfinger 118 aufweisen, wie in den 2A bis 2C dargestellt. Die zweite Elektrodeneinrichtung 120 kann insbesondere genau einen zweiten Elektrodenfinger aufweisen, wie ebenfalls in den 2A bis 2C zu sehen. Die erste Elektrodeneinrichtung 116 kann aber auch zwei oder mehr erste Elektrodenfinger 118 aufweisen. Auch die zweite Elektrodeneinrichtung 120 kann zwei oder mehr zweite Elektrodenfinger 122 aufweisen. Der erste Elektrodenfinger 118 und der zweite Elektrodenfinger 122 können ineinander greifen, wie in den 2A bis 2C gezeigt. Insbesondere können der erste Elektrodenfinger und der zweite Elektrodenfinger einen mäanderförmigen Verlauf 144 aufweisen, wie ebenfalls in den 2A bis 2C zu sehen. Der erste Elektrodenfinger 118 und der zweite Elektrodenfinger 122 können über mindestens einen Kondensator 136 miteinander verbunden sein, wie ebenfalls in den 2A und 2B gezeigt. Insbesondere kann der Kondensator 136 eine Kapazität von 1 pF bis 1000 pF, bevorzugt von 50 pF bis 300 pF aufweisen. Weiterhin kann der Kondensator 136 zumindest teilweise mit einer in den Figuren nicht gezeigten elektrisch isolierenden Schutzschicht bedeckt sein. Weiterhin können, wie in 2C dargestellt, der erste Elektrodenfinger 118 und der zweite Elektrodenfinger 122 über jeweils mindestens einen Kondensator 136 verbunden sein mit mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: dem Heizer 129 ; einem T-Mäander. Der Kondensator 136 kann insbesondere in einem von dem Messgas, insbesondere dem Abgas, abgetrennten Bereich, beispielsweise in einem Kabelbaum oder in der Steuereinheit, angeordnet sein. Die Sensoranordnung 110, insbesondere das Sensorelement 112, kann mindestens einen in den Figuren nicht gezeigten Träger aufweisen, wobei die Elektrodenstruktur 114 zumindest teilweise auf den Träger aufgebracht sein kann. Insbesondere kann die Elektrodenstruktur 114 direkt oder indirekt, beispielsweise auf einer weiteren auf den Träger aufgebrachten Schicht, auf den Träger aufgebracht sein.The 2A . 2 B and 2C each show an electrode structure 114 , wherein the electrode structure 114 the at least one first electrode device 116 with the at least one first electrode finger 118 and the at least one second electrode device 120 with the at least one second electrode finger 122 having. The first electrode device 116 in particular, exactly one electrode finger 118 have, as in the 2A to 2C shown. The second electrode device 120 can in particular have exactly a second electrode finger, as also in the 2A to 2C to see. The first electrode device 116 but can also be two or more first electrode fingers 118 exhibit. Also the second electrode device 120 may be two or more second electrode fingers 122 exhibit. The first electrode fingers 118 and the second electrode finger 122 can mesh, as in the 2A to 2C shown. In particular, the first electrode finger and the second electrode finger can have a meandering course 144 have, as also in the 2A to 2C to see. The first electrode finger 118 and the second electrode finger 122 can have at least one capacitor 136 be connected with each other, as well as in the 2A and 2 B shown. In particular, the capacitor 136 have a capacity of 1 pF to 1000 pF, preferably from 50 pF to 300 pF. Furthermore, the capacitor 136 at least partially covered with an electrically insulating protective layer, not shown in the figures. Furthermore, as in 2C shown, the first electrode finger 118 and the second electrode finger 122 via at least one capacitor 136 connected to at least one element selected from the group consisting of: the heater 129 ; a T-meander. The capacitor 136 can in particular be arranged in a region separated from the measurement gas, in particular the exhaust gas, for example in a cable harness or in the control unit. The sensor arrangement 110 , in particular the sensor element 112 , may have at least one carrier not shown in the figures, wherein the electrode structure 114 at least partially applied to the carrier. In particular, the electrode structure 114 be applied directly or indirectly, for example on a further applied to the carrier layer on the support.

Die 4A, 4B und 4C zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 110 umfassend eine Vergleichsschaltung 164. Die Prüfvorrichtung 128 kann insbesondere eingerichtet sein, die Vergleichsschaltung 164 mit mindestens einem zeitlich veränderlichen zweiten Prüfsignal 166 zu beaufschlagen und mindestens ein zweites Antwortsignal 168 der Vergleichsschaltung 164 zu erfassen und aus dem Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 und dem zweiten Antwortsignal 168 der Vergleichsschaltung 164 auf den Funktionszustand der Elektrodenstruktur 114 zu schließen. Die Vergleichsschaltung 164 kann insbesondere einen Spannungsregler 172 umfassen, wie in den 4A, 4B und 4C zu sehen. Weiterhin kann die Prüfvorrichtung 128 mindestens ein zweites elektrisches Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem elektrischen Schalter 138; einem Kondensator 136; einer Kapazität; einem Widerstand 134; einem Spannungsteiler 140; einer Spule; einem Spulenpaar 142; wobei das zweite elektrische Element die Prüfvorrichtung 128 an die Messvorrichtung 126 und/oder an die Vergleichsschaltung 164 koppeln kann.The 4A . 4B and 4C each show a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention 110 comprising a comparison circuit 164 , The tester 128 In particular, the comparison circuit can be set up 164 with at least one time-varying second test signal 166 to apply and at least a second response signal 168 the comparison circuit 164 to capture and out of the response signal 170 the electrode structure 114 and the second response signal 168 the comparison circuit 164 on the functional state of the electrode structure 114 close. The comparison circuit 164 in particular, a voltage regulator 172 include, as in the 4A . 4B and 4C to see. Furthermore, the test device 128 at least one second electrical element selected from the group consisting of: an electrical switch 138 ; a capacitor 136 ; a capacity; a resistance 134 ; a voltage divider 140 ; a coil; a coil pair 142 ; wherein the second electrical element is the testing device 128 to the measuring device 126 and / or to the comparison circuit 164 can couple.

Die 4A bis 4C zeigen drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 110, wobei sich die drei Ausführungsbeispiele der Sensoranordnung 110 insbesondere in den Prüfvorrichtungen 128 unterscheiden. So weist das Ausführungsbeispiel in 4A eine Prüfvorrichtung 128 auf, wobei die Prüfvorrichtung 128 neben weiteren elektrischen Elementen einen Schalter 138 und einen Kondensator 136 umfasst, mit deren Hilfe das zweite Prüfsignal 166 kapazitiv in die Vergleichsschaltung 164 einkoppelbar ist. Weiterhin weist das Ausführungsbeispiel in 4B eine Prüfvorrichtung 128 auf, wobei die Prüfvorrichtung 128 neben weiteren elektrischen Elementen einen Schalter 138 und einen Spannungsteiler 140 umfasst, mit deren Hilfe das zweite Prüfsignal 166 in die Vergleichsschaltung 164 einkoppelbar ist. Ferner weist das Ausführungsbeispiel in 4C eine Prüfvorrichtung 128 auf, wobei die Prüfvorrichtung 128 neben weiteren elektrischen Elementen einen Schalter 138 und Spulenpaar 142 umfasst, mit deren Hilfe das zweite Prüfsignal 166 induktiv in die Vergleichsschaltung 164 einkoppelbar ist. Insbesondere kann die Vergleichsschaltung 164 zumindest teilweise Teil eines Temperatursensors 174 zur Erfassung einer Temperatur des Sensorelements 112 und/oder zumindest teilweise Teil eines Heizers 129 sein. Weiterhin können die Elektrodenstruktur 114, die Vergleichsschaltung 164 sowie der Temperatursensor 174 und der Heizer 129 jeweils eine oder mehrere Zuleitungen 176 aufweisen. Insbesondere können zwei oder mehr der Zuleitungen 176 in einem gemeinsamen Kabelbaum 178 räumlich zusammengefasst sein, wie in den 4A, 4B und 4C dargestellt. Die erste Elektrodeneinrichtung 116 und die zweite Elektrodeneinrichtung 120 der in den 4A bis 4C gezeigten Ausführungsformen der Sensoranordnung 110 können insbesondere wie bereits oben beschrieben und/oder beispielsweise wie in den 2A bis 2C dargestellt ausgestaltet sein. Die erste Elektrodeneinrichtung 116 kann jedoch auch eine Mehrzahl von zwei oder mehr ersten Elektrodenfingern 118 aufweisen und die zweite Elektrodeneinrichtung 120 kann eine Mehrzahl von zwei oder mehr zweiten Elektrodenfingern 122 aufweisen und die ersten Elektrodenfinger 118 und die zweiten Elektrodenfinger 122 können insbesondere kammartig ineinandergreifen.The 4A to 4C show three embodiments of the sensor arrangement according to the invention 110 , wherein the three embodiments of the sensor arrangement 110 especially in the test devices 128 differ. Thus, the embodiment in 4A a test device 128 on, with the tester 128 next to other electrical elements a switch 138 and a capacitor 136 includes, with the help of the second test signal 166 Capacitive in the comparison circuit 164 can be coupled. Furthermore, the embodiment in 4B a test device 128 on, with the tester 128 next to other electrical elements a switch 138 and a voltage divider 140 includes, with the help of the second test signal 166 in the comparison circuit 164 can be coupled. Furthermore, the embodiment in 4C a test device 128 on, with the tester 128 next to other electrical elements a switch 138 and coil pair 142 includes, with the help of the second test signal 166 inductively in the comparison circuit 164 can be coupled. In particular, the comparison circuit 164 at least partially part of a temperature sensor 174 for detecting a temperature of the sensor element 112 and / or at least partially part of a heater 129 be. Furthermore, the electrode structure 114 , the comparison circuit 164 as well as the temperature sensor 174 and the heater 129 one or more supply lines 176 exhibit. In particular, two or more of the supply lines 176 in a common wiring harness 178 be spatially summarized, as in the 4A . 4B and 4C shown. The first electrode device 116 and the second electrode means 120 in the 4A to 4C shown embodiments of the sensor arrangement 110 can in particular as already described above and / or for example as in the 2A to 2C be configured represented. The first electrode device 116 however, may also be a plurality of two or more first electrode fingers 118 and the second electrode means 120 may be a plurality of two or more second electrode fingers 122 and the first electrode fingers 118 and the second electrode fingers 122 can intermesh in particular comb-like.

Die 5A und 5B zeigen jeweils ein Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 und ein zweites Antwortsignal 168 der Vergleichsschaltung 164 bei intakter Elektrodenstruktur 114 (5A) und bei defekter Elektrodenstruktur 114 (5B) nach dem Beaufschlagen der Elektrodenstruktur 114 mit dem Prüfsignal 180 und nach dem Beaufschlagen der Vergleichsschaltung 164 mit dem zweiten Prüfsignal 166. Hierbei kann insbesondere die erste Elektrodeneinrichtung 116 mit dem Prüfsignal 180 beaufschlagbar sein und die Vergleichsschaltung 164 kann mit dem zweiten Prüfsignal 166 beaufschlagbar sein. Insbesondere können das Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 das zweite Antwortsignal 168 der Vergleichsschaltung 164 an ein und demselben Punkt erfassbar und/oder messbar sein, insbesondere an der Zuleitung 176 der zweiten Elektrodeneinrichtung 120, wie aus den 4A, 4B und 4C ersichtlich.The 5A and 5B each show a response signal 170 the electrode structure 114 and a second response signal 168 the comparison circuit 164 with intact electrode structure 114 ( 5A) and with defective electrode structure 114 ( 5B) after applying the electrode structure 114 with the test signal 180 and after applying the comparison circuit 164 with the second test signal 166 , In this case, in particular, the first electrode device 116 with the test signal 180 be acted upon and the comparison circuit 164 can with the second test signal 166 be acted upon. In particular, the response signal 170 the electrode structure 114 the second response signal 168 the comparison circuit 164 be detectable and / or measurable at one and the same point, in particular at the supply line 176 the second electrode device 120 , like from the 4A . 4B and 4C seen.

5A zeigt ein Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 und ein zweites Antwortsignal 168 der Vergleichsschaltung 164 bei intakter Elektrodenstruktur 114. Hierbei überschreitet eine Signalhöhe des Antwortsignals 170 der Elektrodenstruktur 114 eine Signalhöhe des zweiten Antwortsignals 168 der Vergleichsschaltung 164, wie durch einen Doppelpfeil illustriert. Die größere Signalhöhe des Antwortsignals 170 der Elektrodenstruktur 114 kann insbesondere auf der im Vergleich zu der Vergleichsschaltung 164 höheren Kapazität der Elektrodenstruktur 114 beruhen. Ist die Elektrodenstruktur 114 defekt, insbesondere durch eine unterbrochene erste Elektrodeneinrichtung 114 und/oder durch eine unterbrochene zweite Elektrodeneinrichtung 120, kann sich die Signalhöhe des Antwortsignals 170 der Elektrodeneinrichtung an die Signalhöhe des zweiten Antwortsignals 168 der Vergleichsschaltung 164 angleichen, wie in 5B zu sehen. In den 5A und 5B ist die Signalhöhe des Prüfsignals 180, des Antwortsignals 170, des zweiten Antwortsignals 168 und des zweiten Prüfsignals 166 gegen die Zeit aufgetragen. 5A shows a response signal 170 the electrode structure 114 and a second response signal 168 the comparison circuit 164 with intact electrode structure 114 , In this case exceeds a signal level of the response signal 170 the electrode structure 114 a signal level of the second response signal 168 the comparison circuit 164 as illustrated by a double arrow. The greater signal level of the response signal 170 the electrode structure 114 can especially on the compared to the comparison circuit 164 higher capacity of the electrode structure 114 based. Is the electrode structure 114 defective, in particular by a broken first electrode means 114 and / or by a broken second electrode device 120 , the signal level of the response signal can be 170 the electrode device to the signal level of the second response signal 168 the comparison circuit 164 match, as in 5B to see. In the 5A and 5B is the signal level of the test signal 180 , the response signal 170 , the second response signal 168 and the second test signal 166 applied against time.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welches in zwei Ausführungsbeispielen in den Flussdiagrammen 146 in den 3A und 3B gezeigt ist. Zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Sensorelement 110 verwendet: Das Sensorelement 110 umfasst mindestens eine Elektrodenstruktur 114, wobei die Elektrodenstruktur 114 mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung 116 mit mindestens einem ersten Elektrodenfinger 118 und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung 120 mit mindestens einem zweiten Elektrodenfinger 122 aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method is proposed for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space, which in two exemplary embodiments is shown in the flow diagrams 146 in the 3A and 3B is shown. To carry out the method according to the invention is a sensor element 110 used: The sensor element 110 comprises at least one electrode structure 114 , wherein the electrode structure 114 at least one first electrode device 116 with at least a first electrode finger 118 and at least one second electrode device 120 with at least one second electrode finger 122 having. The method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.

Die Verfahrensschritte sind, wie in 3A dargestellt:

a) Erfassung mindestens eines Messsignals, wobei mittels des Messsignals eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur 114 bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements 112 erfassbar ist;
b) Durchführung mindestens eine Überprüfung eines Funktionszustands der Elektrodenstruktur 114, wobei die Überprüfung folgende Schritte umfasst:
1. i. Beaufschlagen der Elektrodenstruktur 114 mit einem zeitlich veränderlichen Prüfsignal 180;
2. ii. Erfassen eines Antwortsignals 170 der Elektrodenstruktur 114 auf das zeitlich veränderliche Prüfsignal 180;
3. iii. Auswerten des Antwortsignals 170 und Erzeugen mindestens einer Information bezüglich eines Funktionszustands der Elektrodenstruktur 114.

The process steps are as in 3A shown:

a) detecting at least one measuring signal, wherein by means of the measuring signal one by an attachment of the particles to the electrode structure 114 conditional change of electrical properties of the sensor element 112 is detectable;
b) carrying out at least one check of a functional state of the electrode structure 114 where the review includes the following steps:
1. i. Applying the electrode structure 114 with a time-varying test signal 180 ;
2. ii. Detecting a response signal 170 the electrode structure 114 on the time-varying test signal 180 ;
3. iii. Evaluation of the response signal 170 and generating at least one information regarding a functional state of the electrode structure 114 ,

Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung eines Sensorelements 110 gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.The method can be used, in particular, using a sensor element 110 According to the present invention, that is, according to one of the above embodiments or according to one of the embodiments described in more detail below are performed. However, other embodiments are possible in principle.

Das zeitlich veränderliche Prüfsignal 180 in Schritt i. kann insbesondere mindestens ein Spannungssignal umfassen. Insbesondere kann das Spannungssignal mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem kapazitiv erzeugten Spannungssignal; einem elektrisch, insbesondere resistiv, erzeugten Spannungssignals; einem induktiv erzeugten Spannungssignal. Weiterhin kann das Beaufschlagen der Elektrodenstruktur 114, insbesondere der ersten Elektrodeneinrichtung 116, mit einem zeitlich veränderlichen Prüfsignal 180 in Schritt i. mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz erfolgen. Ferner kann das Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114, insbesondere der zweiten Elektrodeneinrichtung 120, in Schritt ii. mindestens ein kapazitives Signal umfassen.The time-varying test signal 180 in step i. may in particular comprise at least one voltage signal. In particular, the voltage signal may comprise at least one element selected from the group consisting of: a capacitively generated voltage signal; an electrically, in particular resistively, generated voltage signal; an inductively generated voltage signal. Furthermore, the application of the electrode structure 114 , in particular the first electrode device 116 , with a time-varying test signal 180 in step i. with a frequency of at least 2 Hz. Furthermore, the response signal 170 the electrode structure 114 , in particular the second electrode device 120 in step ii. comprise at least one capacitive signal.

Weiterhin kann das Auswerten des Antwortsignals 170 in Schritt iii. ein Vergleichen des Antwortsignals 170 mit einem vorgegebenen Antwortschwellenwert umfassen. Ferner kann in Schritt iii. die Elektrodenstruktur 114 als intakt eingeordnet werden, wenn das Antwortsignal 170 größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, und die Elektrodenstruktur 114 kann als fehlerhaft eingeordnet werden, wenn das Antwortsignal 170 kleiner oder gleich dem vorgegebenen Antwortschwellenwert ist.Furthermore, the evaluation of the response signal 170 in step iii. a comparison of the response signal 170 with a given answer threshold. Furthermore, in step iii. the electrode structure 114 are classified as intact when the response signal 170 greater than the predetermined threshold, and the electrode structure 114 can be classified as faulty if the response signal 170 is less than or equal to the given response threshold.

Weiterhin können, wie in 3B gezeigt, dem Schritt b) folgende Schritte vorausgehen:

a1) Messen eines Partikelstroms in Abwesenheit eines Prüfsignals 180;
a2) Vergleichen des Partikelstroms mit einem vorgegebenen Partikelstromschwellwert; wobei sich dem Schritt a2) die Schritte i. bis iii. anschließen, wenn der Partikelstrom kleiner ist als der vorgegebene Partikelstromschwellwert. Bei dem Partikelstrom in Schritt a1) kann es sich insbesondere um das Messsignal aus Schritt a) handeln. So kann insbesondere der Schritt a1) mit dem Schritt a) zusammenfallen. Weiterhin können die Schritte a1) und a2) zwischen den Schritten ii. und iii. ausgeführt werden. Weiterhin können sich dem Schritt a2) anstelle der Schritte a) und b) auch der Schritt c) anschließen, falls der in Schritt a1) gemessene und in Schritt a2) mit dem vorgegebenen Partikelstromschwellwert verglichene Partikelstrom größer oder gleich dem Partikelstromschwellwert ist:
c) Auswerten des Partikelstroms und Erzeugen mindestens einer Information bezüglich eines Funktionszustands der Elektrodenstruktur.

Furthermore, as in 3B shown, step b) precede the following steps:

a1) measuring a particle flow in the absence of a test signal 180 ;
a2) comparing the particle flow with a predetermined particle flow threshold; wherein step a2) comprises the steps i. to iii. when the particle flow is less than the predetermined particle flow threshold. The particle stream in step a1) can in particular be the measurement signal from step a). In particular, step a1) may coincide with step a). Furthermore, the steps a1) and a2) between steps ii. and iii. be executed. Furthermore, step a2) may also be followed by step c) instead of steps a) and b), if the step measured in step a1) and in step a2) the particle flow compared to the predetermined particle flow threshold is greater than or equal to the particle flow threshold:
c) evaluating the particle flow and generating at least one information regarding a functional state of the electrode structure.

Wie in 6 illustriert, kann Schritt b) des Verfahrens zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum kann weiterhin folgende Schritte umfassen:

iv. Beaufschlagen einer Vergleichsschaltung 164 mit mindestens einem zeitlich veränderlichen zweiten Prüfsignal 166;
v. Erfassen mindestens eines zweiten Antwortsignals 168 der Vergleichsschaltung 164 auf das zeitlich veränderliche zweite Prüfsignal 166; wobei das Erzeugen der Information bezüglich des Funktionszustands der Elektrodenstruktur 114 in Schritt iii) mittels eines Auswertens des Antwortsignals 170 der Elektrodenstruktur 114 und des zweiten Antwortsignals 168 der Vergleichsschaltung 164 erfolgt.

As in 6 illustrated step b) of the method for detecting particles of a sample gas in a sample gas space may further comprise the following steps:

iv. Actuation of a comparison circuit 164 with at least one time-varying second test signal 166 ;
v. Detecting at least one second response signal 168 the comparison circuit 164 on the time-varying second test signal 166 ; wherein generating the information regarding the functional state of the electrode structure 114 in step iii) by means of an evaluation of the response signal 170 the electrode structure 114 and the second response signal 168 the comparison circuit 164 he follows.

Weiterhin kann das Auswerten in Schritt iii. ein Bestimmen einer Differenz zwischen dem Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 und dem zweiten Antwortsignal 168 der Vergleichsschaltung164 umfassen. Insbesondere kann die Differenz durch Subtrahieren des zweiten Antwortsignals 168 der Vergleichsstruktur 164 von dem Antwortsignal 170 der Elektrodenstruktur 114 und/oder durch Subtrahieren des Antwortsignals 170 der Elektrodenstruktur 114 von dem zweiten Antwortsignal 168 der Prüfschaltung 164 gebildet werden. Weiterhin kann das Auswerten in Schritt v. ein Vergleichen der Differenz mit einem vorgegebenen Differenzschwellenwert umfassen. Ferner kann in Schritt v. die Elektrodenstruktur 114 als defekt eingeordnet werden, wenn die Differenz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Differenzschwellenwert ist und die Elektrodenstruktur 114 kann als intakt eingeordnet werden, wenn die Differenz größer ist als der vorgegebene Differenzschwellenwert. Ferner kann das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt in den Figuren nicht dargestellten Schritt umfassen:

vi. Vergleichen des zweiten Antwortsignals 168 mit einem vorgegebenen zweiten Antwortschwellenwert, wobei die Vergleichsstruktur 164 als intakt eingeordnet wird, wenn das zweite Antwortsignal 168 kleiner ist als der zweite Antwortschwellenwert, wobei die Vergleichsstruktur 164 als defekt eingeordnet wird, wenn das zweite Antwortsignal 168 größer oder gleich dem zweiten Antwortsignalschwellenwert ist.

Furthermore, the evaluation in step iii. determining a difference between the response signal 170 the electrode structure 114 and the second response signal 168 the comparison circuit 164. In particular, the difference can be obtained by subtracting the second response signal 168 the comparison structure 164 from the response signal 170 the electrode structure 114 and / or by subtracting the response signal 170 the electrode structure 114 from the second response signal 168 the test circuit 164 be formed. Furthermore, the evaluation in step v. comprising comparing the difference with a predetermined difference threshold. Furthermore, in step v. the electrode structure 114 be classified as defective if the difference is less than or equal to the predetermined difference threshold value and the electrode structure 114 can be classified as intact if the difference is greater than the predetermined difference threshold. Furthermore, the method may additionally include the following step in the figures, not shown:

vi. Compare the second response signal 168 with a predetermined second response threshold, the comparison structure 164 is classified as intact when the second response signal 168 is smaller than the second response threshold, with the comparison structure 164 is classified as defective when the second response signal 168 is greater than or equal to the second response signal threshold.

Insbesondere kann der zweite Antwortschwellenwert 3,5 Volt bis 5 Volt, bevorzugt 4 V, betragen. Ferner kann das Prüfsignal 180 mindestens ein Spannungssignal umfassen und das zweite Prüfsignal 166 kann ebenfalls mindestens ein Spannungssignal umfassen. Insbesondere können eine Amplitude und eine Dauer des Spannungssignals des Prüfsignals 180 und eine Amplitude und eine Dauer des Spannungssignals des zweiten Prüfsignals 166 gleich sein. Weiterhin können das Beaufschlagen der Elektrodenstruktur 114 mit dem zeitlich veränderlichen Prüfsignal 180 in Schritt i. und das Beaufschlagen der Vergleichsschaltung 164 mit dem zweiten Prüfsignal 166 in Schritt iv. mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz erfolgen. Insbesondere können das Beaufschlagen der Elektrodenstruktur 114 mit dem Prüfsignal 180 und das Beaufschlagen der Vergleichsschaltung 164 mit dem zweiten Prüfsignal 166 zeitlich versetzt erfolgen. Ferner kann das zweite Antwortsignal 168 insbesondere mindestens ein kapazitives Signal umfassen.In particular, the second response threshold may be 3.5 volts to 5 volts, preferably 4 volts. Furthermore, the test signal 180 comprise at least one voltage signal and the second test signal 166 may also include at least one voltage signal. In particular, an amplitude and a duration of the voltage signal of the test signal 180 and an amplitude and a duration of the voltage signal of the second test signal 166 be equal. Furthermore, the application of the electrode structure 114 with the time-varying test signal 180 in step i. and applying the comparison circuit 164 with the second test signal 166 in step iv. with a frequency of at least 2 Hz. In particular, the application of the electrode structure 114 with the test signal 180 and applying the comparison circuit 164 with the second test signal 166 timed offset. Furthermore, the second response signal 168 in particular comprise at least one capacitive signal.

In den Flussdiagrammen 146 in den 3A und 3B und 6 sind den Verfahrensschritten Bezugszeichen in folgender Weise zugeordnet: Schritt a) entspricht Bezugszeichen 148, Schritt b) entspricht Bezugszeichen 150, Schritt i. entspricht Bezugszeichen 152, Schritt ii. entspricht Bezugszeichen 154, Schritt iii. entspricht Bezugszeichen 156, Schritt a1) entspricht Bezugszeichen 158, Schritt a2) entspricht Bezugszeichen 160, Schritt c) entspricht Bezugszeichen 162, Schritt iv. entspricht Bezugszeichen 182, Schritt v. entspricht Bezugszeichen 184.In the flowcharts 146 in the 3A and 3B and 6 are assigned to the method steps reference numerals in the following manner: step a) corresponds to reference numerals 148 , Step b) corresponds to reference numeral 150 , Step i. corresponds to reference numeral 152 , Step ii. corresponds to reference numeral 154 , Step iii. corresponds to reference numeral 156 , Step a1) corresponds to reference numeral 158 , Step a2) corresponds to reference numeral 160 , Step c) corresponds to reference numeral 162 , Step iv. corresponds to reference numeral 182 , Step v. corresponds to reference numeral 184 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims

Sensor arrangement (110) for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space, wherein the sensor arrangement (110) comprises a sensor element (112), wherein the sensor element (112) comprises at least one electrode structure (114), wherein the electrode structure (114) at least a first Electrode device (116) having at least one first electrode finger (118) and at least one second electrode device (120) having at least one second electrode finger (122), wherein the sensor arrangement (110) further comprises a control unit (124), wherein the control unit (124) at least one measuring device (126), wherein the measuring device (126) is set up to detect a change in electrical properties of the sensor element (110) due to an attachment of the particles to the electrode structure (114), the control unit (124) furthermore remaining at least a test device (128) for detecting defects of the sensor element (112), wherein the P Rüfvorrichtung (128) is arranged to apply to the electrode structure (114) with at least one time-varying test signal and to detect a response signal of the electrode structure (114) and to close from the response signal to a functional state of the electrode structure (114).

Sensor assembly (110) according to the preceding claim, wherein the measuring device (126) is adapted to apply to the electrode structure (116) with a base electrical signal, wherein the time-varying test signal is superimposed on the electrical base signal.

A sensor assembly (110) according to the preceding claim, wherein the base electrical signal is a continuous electrical signal.

Sensor arrangement (110) according to one of the preceding claims, wherein the measuring device (126) has at least one voltage source (130) for applying a base voltage to the electrode structure (114) and at least one current measuring device for measuring a current of the electrode structure (114).

A sensor assembly (110) according to any one of the preceding claims, wherein the test device (128) comprises at least one electrical energy source for generating the test signal, the test device (128) further comprising a detection device for detecting the response signal.

The sensor assembly (110) of any one of the preceding claims, wherein the test device (128) comprises at least one electrical element selected from the group consisting of: an electrical switch (138); a capacitor (136); a capacity; a resistor (134); a voltage divider (140); a coil; a coil pair (142).

Sensor arrangement (110) according to the preceding claim, wherein the electrical element, the test device (128) to the measuring device (126) and / or the electrode structure (114) couples, so that via the electrical element, the test signal generated by the measuring device (126) electrical base signal is superimposed.

Sensor arrangement (110) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement (110) further comprises at least one comparison circuit (164), wherein the test device (128) is arranged to apply to the comparison circuit (164) at least one time-varying second test signal and at least to detect a second response signal of the comparison circuit (164) and from the response signal of the electrode structure (114) and the second response signal of the comparison circuit (164) to close the functional state of the electrode structure (114).

Method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space, wherein a sensor element (112) is used, wherein the sensor element (112) comprises at least one electrode structure (114), wherein the electrode structure (114) has at least one first electrode device (116) with at least one first electrode finger (118) and at least one second electrode device (120) with at least one second electrode finger (122), the method comprising the following steps: a) detecting at least one measuring signal, wherein by means of the measuring signal a conditional by an attachment of the particles to the electrode structure (114) change in electrical properties of the sensor element (112) can be detected; and b) carrying out at least one check of a functional state of the electrode structure (114), the checking comprising the following steps: i. Applying a time-varying test signal to the electrode structure (114); ii. Detecting a response signal of the electrode structure (114) to the time-varying test signal; iii. Evaluating the response signal and generating at least one information regarding a functional state of the electrode structure (114).

Method according to the preceding claim, wherein the evaluation of the response signal in step iii. comprising comparing the response signal with a predetermined response threshold.

Method according to the preceding claim, wherein in step iii. the electrode structure as is intact when the response signal is greater than the predetermined response threshold value, wherein the electrode structure (114) is classified as erroneous if the response signal is less than or equal to the predetermined response threshold value.

Method according to one of the preceding claims, a method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space, wherein the steps b) precede the following steps: a1) measuring a particle flow in the absence of a test signal; a2) comparing the particle flow with a predetermined particle flow threshold; wherein step a2) comprises the steps i. to iii. when the particle flow is less than the predetermined particle flow threshold.

Method according to one of the preceding claims, a method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber, wherein step b) further comprises the following steps: iv. Applying a comparison circuit (164) with at least one time-varying second test signal; v. Detecting at least one second response signal of the comparison circuit (164) on the time-varying second test signal; wherein generating the information regarding the functional state of the electrode structure in step iii. by means of an evaluation of the response signal and the second response signal.

Method according to the preceding claim, wherein the evaluation in step iii. determining a difference between the response signal of the electrode structure (114) and the second response signal of the comparison circuit (164).

Method for producing a sensor arrangement (110) according to one of the preceding claims relating to a sensor arrangement (110), the method comprising the following steps: u) generating the electrode structure (114); and v) providing the testing device (128).