DE102019121540A1 - Device for measuring pressure and / or humidity - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, sowie ein Verfahren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit. Die Vorrichtung umfasst zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial zueinander angeordnet sind. Dabei ist zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer einem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet ist. Dabei sind somit die zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet. So verändert sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist diese Änderung zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.The invention relates to a device for measuring pressure and / or humidity and a method for measuring pressure and / or humidity. The device comprises at least one sensor for measuring pressure and / or humidity, the sensor comprising at least one capacitor with at least two electrodes, which are arranged in relation to one another, in particular in a horizontal direction along and on an, in particular flexible, carrier material. At least one dielectric layer is arranged between the electrodes. The invention is characterized in that at least one electrode and / or the dielectric layer, at least in places, at least one, at least partially liquid-permeable and / or liquid-absorbing moisture layer, is arranged on a side facing away from a carrier material. The at least one electrode and / or the dielectric layer are thus arranged in a transverse direction between the carrier material and the moisture layer. For example, a capacitance changes at least partially due to the liquid at least partially striking the dielectric layer, a processing unit being set up and provided for measuring and / or storing this change, so that a capacitive humidity sensor is created.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit sowie ein Verfahren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfassend die jeweiligen Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 8.The present invention relates to a device for measuring pressure and / or humidity and a method for measuring pressure and / or humidity, comprising the respective preambles of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfasst zumindest zwei Sensoren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei zumindest einer der Sensoren, vorzugsweise jedoch beide, der Sensoren zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung, entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblen, Trägermaterial zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist.The device according to the invention for measuring pressure and / or humidity comprises at least two sensors for measuring pressure and / or humidity, at least one of the sensors, but preferably both of the sensors comprising at least one capacitor with at least two electrodes, which, in particular in one horizontal direction, are arranged along and on a, in particular flexible, carrier material to one another, with at least one dielectric layer being arranged between the electrodes.
Die horizontale Richtung ist vorzugsweise eine Haupterstreckungsrichtung des flexiblen Trägermaterials.The horizontal direction is preferably a main direction of extent of the flexible carrier material.
„Flexibel“ heißt in diesem Zusammenhang, dass das Trägermaterial zumindest stellenweise biegsam und damit elastisch ist.In this context, “flexible” means that the carrier material is at least in places flexible and therefore elastic.
Insbesondere kann es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff oder um einen sonstigen Bekleidungsstoff wie zum Beispiel ein Polyester handeln.In particular, the carrier material can be a woven fabric or some other clothing material such as a polyester.
Die dielektrische Schicht beabstandet damit die beiden Elektroden in einer horizontalen und/oder in einer dazu senkrechten Querrichtung.The dielectric layer thus separates the two electrodes in a horizontal and / or in a transverse direction perpendicular thereto.
Erfindungsgemäß ist auf einer dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elektrode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit, zumindest teilweise verändert, wobei zumindest eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist diese Änderung zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.According to the invention, at least one electrode and / or the dielectric layer, at least in places, at least one, at least partially liquid-permeable and / or liquid-absorbing moisture layer is arranged on a side facing away from the carrier material, with the at least one electrode and / or dielectric layer in a transverse direction between the carrier material and the moisture layer are arranged so that a capacitance is at least partially changed by the liquid at least partially hitting the dielectric layer, at least one processing unit being set up and provided for measuring and / or storing this change so that a capacitive moisture sensor is created.
Vorzugsweise werden beide Sensoren durch die, zum Beispiel genau eine, Verarbeitungseinheit gesteuert und/oder geregelt.Both sensors are preferably controlled and / or regulated by the processing unit, for example precisely one.
Ein kapazitiver Feuchtesensor ist im Prinzip ein Kondensator, dessen Dielektrikum vorzugsweise aus einem hygroskopischen Polymerschicht besteht, die entsprechend der Feuchtigkeit der Umgebungsluft Feuchtigkeit aufnimmt (absorbiert) oder abgibt (desorbiert) bis ein Gleichgewichtszustand (Diffusionsgefälle ist = 0) erreicht ist. Dabei verändert sich die Dielektrizitätskonstante des Polymermaterials als Funktion eines Feuchtegehalts.A capacitive humidity sensor is basically a capacitor whose dielectric preferably consists of a hygroscopic polymer layer, which absorbs (absorbs) or releases (desorbed) humidity according to the humidity of the ambient air until a state of equilibrium (diffusion gradient = 0) is reached. The dielectric constant of the polymer material changes as a function of the moisture content.
Die Aufgabe der Verarbeitungseinheit besteht unter anderem darin, vorzugsweise auch aus einer gemessenen Umgebungstemperatur und dem feuchtigkeitsabhängigen Kapazitätswert des Sensors die relative Feuchte möglichst genau zu ermitteln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit zumindest zwei Sensoren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei zumindest einer der Sensoren, vorzugsweise jedoch beide der Sensoren jeweils zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines, insbesondere flexiblen, Trägermaterial und auf einem, insbesondere flexiblen, Trägermaterial zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist, und weiter wobei auf einer dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest einer Elektrode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise zumindest eine zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet ist, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, zumindest eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, diese Änderung zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht, und weiter wobei beide Sensoren durch die, zum Beispiel genau eine, Verarbeitungseinheit, steuerbar und/oder regelbar sind.
Die Feuchteschicht kann mit einem dielektrischen Material gebildet sein. Das Material der Feuchteschicht kann verschieden von dem Material der wasserundurchlässigen Schicht sein.The task of the processing unit is, among other things, to determine the relative humidity as precisely as possible from a measured ambient temperature and the humidity-dependent capacitance value of the sensor.
According to at least one embodiment, the device for measuring pressure and / or humidity comprises at least two sensors for measuring pressure and / or humidity, at least one of the sensors, but preferably both of the sensors each having at least one capacitor with at least two electrodes, which, in particular are arranged in a horizontal direction along a, in particular flexible, carrier material and on a, in particular flexible, carrier material to one another, with at least one dielectric layer being arranged between the electrodes, and furthermore with at least one electrode and / or the on a side facing away from the carrier material dielectric layer at least in places at least one at least partially liquid-permeable and / or liquid-absorbing moisture layer is arranged, with the at least one electrode and / or the dielectric layer in a transverse direction between the carrier material and the fire chteschicht are arranged so that a capacitance is at least partially changed by the liquid at least partially hitting the dielectric layer, at least one processing unit is set up and provided to measure and / or store this change, so that a capacitive humidity sensor is created, and further whereby both sensors can be controlled and / or regulated by the, for example exactly one, processing unit.
The moisture layer can be formed with a dielectric material. The material of the moisture layer can be different from the material of the water-impermeable layer.
Der Sensor und/oder die Verarbeitungseinheit können mittels einer Batterie oder einer Festnetzstromversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden.The sensor and / or the processing unit can be supplied with electrical energy by means of a battery or a landline power supply.
Alternativ oder zusätzlich ist die Erzeugung von elektrischer Energie zur Versorgung des Sensors und/oder Verarbeitungseinheit mittels sogenannten „Energy Harvesting“ möglich.Alternatively or in addition, it is possible to generate electrical energy to supply the sensor and / or processing unit by means of so-called “energy harvesting”.
Als Energy Harvesting (wörtlich übersetzt Energie-Ernten) bezeichnet man die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen für mobile Geräte mit geringer Leistung. Die dafür eingesetzten Strukturen werden auch als Nanogenerator bezeichnet. Energy Harvesting vermeidet bei Drahtlostechnologien Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batterien.Energy harvesting (literally translated as energy harvesting) is the name given to the production Small amounts of electrical energy from sources such as ambient temperature, vibrations or air currents for mobile devices with low power. The structures used for this are also referred to as nanogenerators. With wireless technologies, energy harvesting avoids restrictions due to wired power supply or batteries.
Möglichkeiten des Energy Harvesting:
- • Piezoelektrische Kristalle erzeugen bei Krafteinwirkung, beispielsweise durch Druck oder Vibration, elektrische Spannungen. Diese Kristalle können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.
- • Thermoelektrische Generatoren und pyroelektrische Kristalle gewinnen aus Temperaturunterschieden elektrische Energie. Diese Generatoren können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.
- • Über Antennen kann die Energie von Radiowellen, eine Form von elektromagnetischer Strahlung, aufgefangen und energetisch verwendet werden. Ein Beispiel dafür sind die passiven RFIDs. Diese Antennen können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.
- • Photovoltaik, elektrische Energie aus der Umgebungsbeleuchtung.
- • Osmose.
- • Piezoelectric crystals generate electrical voltages when a force is applied, for example through pressure or vibration. These crystals can be arranged on or on the carrier material.
- • Thermoelectric generators and pyroelectric crystals generate electrical energy from temperature differences. These generators can be arranged on or on the carrier material.
- • The energy of radio waves, a form of electromagnetic radiation, can be captured and used energetically via antennas. Passive RFIDs are an example of this. These antennas can be arranged on or on the carrier material.
- • Photovoltaics, electrical energy from ambient lighting.
- • osmosis.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, jeden der Sensoren separat oder gleichzeitig anzusteuern, sodass hierdurch eine individuelle Sensoradressierung realisiert ist, jeden der Sensoren individuell zu adressieren. Jedem Sensor kann daher eine IP-Adresse zugeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Ansteuerung über die IP-Adresse auch über eine logische Schaltung realisiert sein. Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine logische Schaltung eine solche Schaltung, welche auf Basis von Digital- und/oder Analoglogiken konstruiert ist. Zum Beispiel wird einer oder beide Sensoren angesteuert, sofern eine Umgebungstemperatur (- und/oder Feuchtigkeit) über- oder unterschritten wird, und/oder ein auf die Sensoren und/oder die Verarbeitungseinheit ausgeübter Druck unter- oder überschritten wird. Auch kann entsprechend eine zeitliche Druckveränderung und deren zugeordneter Wert als Bezugsgröße verwendet werden. Die obigen Werte können entweder durch den Sensor selbst oder aber durch andere Bestückungssensoren, gemessen werden. „Ansteuern“ eines Sensors im Sinne der Erfindung kann heißen, dass die Sensoren erst durch die Verarbeitungseinheit mit einem Versorgungsstrom und/oder einer Versorgungsspannung beaufschlagt werden. Dabei kann ein Ansteuern gleichzusetzen mit einem in Betrieb nehmen sein.According to at least one embodiment, the processing unit is set up and provided to control each of the sensors separately or at the same time, so that individual sensor addressing is thereby implemented to address each of the sensors individually. An IP address can therefore be assigned to each sensor. As an alternative or in addition, the control via the IP address can also be implemented via a logic circuit. For the purposes of the invention, a logic circuit denotes such a circuit which is constructed on the basis of digital and / or analog logic. For example, one or both sensors is activated if an ambient temperature (and / or humidity) is exceeded or undershot and / or a pressure exerted on the sensors and / or the processing unit is undershot or exceeded. A change in pressure over time and its assigned value can also be used as a reference variable. The above values can either be measured by the sensor itself or by other placement sensors. “Controlling” a sensor within the meaning of the invention can mean that the sensors are only subjected to a supply current and / or a supply voltage by the processing unit. Activation can be equated with putting into operation.
Denkbar ist auch, dass zunächst nur ein Teil der Sensoren, zum Beispiel nur einer der Sensoren, angesteuert und damit in Betrieb genommen wird, und erst ab einem Über -oder Unterschreiten einer Umgebungstemperatur, einer Umgebungsfeuchtigkeit und/oder einem oder mehreren Druckwerten von diesen bereits in Betrieb genommenen Sensoren zumindest ein weiterer Sensor, zum Beispiel alle Sensoren, angesteuert werden.It is also conceivable that initially only a part of the sensors, for example only one of the sensors, is activated and thus started up, and only once the ambient temperature, ambient humidity and / or one or more pressure values are exceeded or fallen below put into operation sensors at least one further sensor, for example all sensors, are controlled.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist oder umfasst die Verarbeitungseinheit ein ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung). Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (englisch application-specific integrated circuit, ASIC, auch Custom Chip) ist eine elektronische Schaltung, die als integrierter Schaltkreis realisiert wurde. ASICs werden weltweit von vielen Herstellern nach Kundenanforderung gefertigt und normalerweise nur an diese geliefert. Dadurch unterscheidet sich das ASIC von anderen Mikrochips. Wird ein als ASIC entwickelter Baustein am Markt verkauft, spricht man häufig von einem anwendungsspezifischen Standardprodukt (ASSP).According to at least one embodiment, the processing unit is or comprises an ASIC (application-specific integrated circuit). An application-specific integrated circuit (ASIC, also custom chip) is an electronic circuit that has been implemented as an integrated circuit. ASICs are manufactured worldwide by many manufacturers according to customer requirements and usually only supplied to them. This is how the ASIC differs from other microchips. If a component developed as an ASIC is sold on the market, it is often referred to as an application-specific standard product (ASSP).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eine Vorrichtung zumindest zwei Sensoren. Insofern kann eine Sensorgruppe bereits durch diese zwei Sensoren gebildet sein. Die beiden Sensoren können dann durch eine gemeinsame Verarbeitungseinheit gesteuert und/oder geregelt werden.According to at least one embodiment, at least one device comprises at least two sensors. In this respect, a sensor group can already be formed by these two sensors. The two sensors can then be controlled and / or regulated by a common processing unit.
Denkbar ist, dass die Vielzahl von Verarbeitungseinheiten ein Verarbeitungsnetzwerk ausbildet, wobei die Erfassung, Verarbeitung und/oder Weitergabe der Sensordaten und/oder der Verarbeitungsdaten eines jeden Sensors und/oder einer jeden Verarbeitungseinheit durch zumindest eine Steuerungseinrichtung (Master) gesteuert wird. Eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten können identisch mit der oben beschriebenen CPU sein.It is conceivable that the plurality of processing units forms a processing network, the acquisition, processing and / or forwarding of the sensor data and / or the processing data of each sensor and / or each processing unit being controlled by at least one control device (master). One or more processing units can be identical to the CPU described above.
Es ist jedoch auch möglich, dass eine oder mehrere der Verarbeitungseinheiten den Master darstellen, welcher die übrigen Verarbeitungseinheiten (Slave) und/oder die übrigen Sensoren (Slave) steuern.However, it is also possible that one or more of the processing units represent the master, which controls the other processing units (slaves) and / or the other sensors (slaves).
Zum Beispiel kann eine der Verarbeitungseinheiten und/oder die CPU nach Inbetriebnahme der Vorrichtung (zum Beispiel nach einem Anschalten der Vorrichtung), solche Sensoren auswählen, welche für eine vorgebbare Nutzungsdauer in Betrieb genommen werden. Alternativ können auch alle oder einige Sensoren in Betrieb genommen werden, dann jedoch ist vorstellbar, dass eine Verarbeitungseinheit und/oder die CPU, insbesondere zum Zwecke der Energieersparnis, nur Daten einer vorgegebenen Anzahl (also weniger als alle Sensoren) von Sensoren an die CPU weiterleitet (Filterung).For example, one of the processing units and / or the CPU, after the device has been put into operation (for example after the device has been switched on), can select such sensors which are put into operation for a predefinable period of use. Alternatively, all or some sensors can also be put into operation, but then it is conceivable that a processing unit and / or the CPU, in particular for the purpose of saving energy, only forwards data of a predetermined number (ie fewer than all sensors) from sensors to the CPU (filtering).
Diese Master-Verarbeitungseinheit kann vorzugsweise als einzige Einheit mit der CPU kommunizieren.This master processing unit can preferably communicate with the CPU as the only unit.
Weiter alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass eine oder alle Verarbeitungseinheiten und/oder ein Sensor (Slave oder Master) direkt mit der CPU kommunizieren.As an alternative or in addition, it is also conceivable that one or all processing units and / or a sensor (slave or master) communicate directly with the CPU.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verarbeitungsnetzwerk mittels zumindest eines VLAN-Switches in zumindest zwei, nur logisch voneinander getrennte, Netzwerksegmente (VLANs) unterteilbar und wobei jedes der Erfassungselemente in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch einen VLAN-Switch und/oder der Steuerungseinrichtung und somit durch jedes der Netzwerksegmente ansteuerbar ist.According to at least one embodiment, the processing network can be subdivided into at least two, only logically separate, network segments (VLANs) by means of at least one VLAN switch and each of the detection elements depending on the control by a VLAN switch and / or the control device and thus by each of the network segments can be controlled.
Wird zum Beispiel eine sehr große Fläche (zum Beispiel ein Textil) mit einer Vielzahl von hier beanspruchten Sensoren und Verarbeitungseinheiten bestückt, können in besonders einfacher Art und Weise dann einzelne Verarbeitungseinheiten und/oder Sensoren kategorisiert werden (nach verschiedenen Prioritäten etc.). Es wird somit in einer Ausführungsform statt einer physikalischen Netzwerkunterteilung eine „virtuelle“, das heißt VLAN-Unterteilung gewählt. Dies gewährleistet nämlich, dass auf Veränderungen in der Kategorisierung der Verarbeitungseinheiten und/oder Sensoren besonders schnell und ohne aufwendige Umbauarbeiten reagiert werden kann.If, for example, a very large area (for example a textile) is equipped with a large number of sensors and processing units used here, individual processing units and / or sensors can then be categorized in a particularly simple manner (according to different priorities etc.). In one embodiment, instead of a physical network subdivision, a “virtual”, ie VLAN, subdivision is chosen. This is because this ensures that changes in the categorization of the processing units and / or sensors can be responded to particularly quickly and without complex conversion work.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Kontrollsystem zumindest ein Verarbeitungsnetzwerk, wobei mittels zumindest eines VLAN-Switches des Verarbeitungsnetzwerks, dieses in zumindest zwei, nur logisch voneinander getrennte, Netzwerksegmente (VLAN) unterteilbar ist, und wobei jeder Verarbeitungseinheiten und/oder jeder der Sensoren in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch den VLAN-Switch durch jedes der Netzwerksegmente ansteuerbar sind.According to at least one embodiment, the control system comprises at least one processing network, which can be subdivided into at least two, only logically separated, network segments (VLAN) by means of at least one VLAN switch of the processing network, and with each processing unit and / or each of the sensors depending can be controlled from the control by the VLAN switch through each of the network segments.
Dazu kann der VLAN-Switch in zumindest einem der Verarbeitungseinheiten und/oder Sensoren oder in einem separaten Bauteil verbaut sein.For this purpose, the VLAN switch can be installed in at least one of the processing units and / or sensors or in a separate component.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels des VLAN-Switches eine Priorisierung der einzelnen Netzwerksegmente insbesondere im Hinblick auf deren Datenaustausch durchgeführt.According to at least one embodiment, the VLAN switch is used to prioritize the individual network segments, in particular with regard to their data exchange.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder Verarbeitungseinheit und/oder jedem Netzwerksegment zumindest eine VLAN-ID zugeordnet, wobei über jede der VLAN-IDs zumindest ein Sensor oder eine andere Verarbeitungseinheit ansteuerbar ist. Einzelne Sensoren und/oder einzelne Verarbeitungseinheiten können ein eigenes Sub-Netzwerk bilden.According to at least one embodiment, each processing unit and / or each network segment is assigned at least one VLAN ID, with at least one sensor or another processing unit being controllable via each of the VLAN IDs. Individual sensors and / or individual processing units can form their own sub-network.
Um über Netzwerkgrenzen zu kommunizieren, werden im Stand der Technik statische projektdynamische Routen eingesetzt. Dieses Modell der Trennung ist klar und übersichtlich und wurde über Jahre angewandt. Dies hat jedoch die Nachteile, dass Broadcastanforderungen im Subnetz für alle Teilnehmer sichtbar sind und von den Endpunkten betrachtet werden müssten. Mit anderen Worten konnten bisher verschiedene Endgeräte nur über entsprechende jedem Subnetz zugeordnete, separate und physikalisch voneinander getrennte Switches angesteuert werden. Ein derartiger Aufbau ist jedoch besonders kostspielig und umfangreich im Design.In order to communicate across network boundaries, static project-dynamic routes are used in the prior art. This model of separation is clear and concise and has been used for years. However, this has the disadvantage that broadcast requests in the subnet are visible to all participants and have to be viewed by the end points. In other words, different end devices could previously only be controlled via separate and physically separate switches that were assigned to each subnet. However, such a structure is particularly expensive and extensive in design.
Wie obig bereits erwähnt, ist somit insbesondere auf die Ausgestaltung eines jeden Subnetzwerks mit einem separaten Switch und separaten physikalischen Datenleitungen verzichtet, sodass für das gesamte Netzwerk eine einzige physikalische Struktur angewandt werden kann, wobei diese physikalische Struktur, d. h. Netzwerkarchitektur, nur aufgrund einer logischen, insbesondere auch mathematischen Unterscheidung (d. h. gedacht), aufgetrennt wird.As already mentioned above, the design of each subnetwork with a separate switch and separate physical data lines is therefore particularly dispensed with, so that a single physical structure can be used for the entire network, this physical structure, i. H. Network architecture, is only separated on the basis of a logical, in particular also a mathematical, distinction (i.e. thought).
Dabei bezeichnet die Abkürzung „VLAN-Switch“ einen solchen Netzwerkswitch, welcher dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, ein Netzwerk in Form eines Virtual Local Area Network (VLAN) mit zu betreiben.The abbreviation “VLAN switch” denotes such a network switch, which is set up and intended to operate a network in the form of a Virtual Local Area Network (VLAN).
Insofern wird somit durch die nunmehr beanspruchten Netzwerksegmente, welche jeweils in Form eines VLAN-Netzwerks ausgebildet sein können, es ermöglicht, dass die Trennung des Netzwerks in mehrere logische Segmente, also die Netzwerksegmente, unterteilt wird.In this respect, the network segments now claimed, which can each be designed in the form of a VLAN network, make it possible for the separation of the network to be divided into several logical segments, that is to say the network segments.
Anders als bei der physikalischen Trennung durch die Zuordnung zu einem Switch Port werden bei der Trennung durch VLANs die Geräte durch eine VLAN-ID logisch getrennt. Dabei wird der Datenstrom jeder Station mit einer Kennung (dem VLAN-„Tag“) versehen. Diese Kennung bestimmt die Zugehörigkeit eines Datenpakets zu einem bestimmten VLAN. Alle Geräte mit der gleichen VLAN-Kennung befinden sich nunmehr in einem logischen Netzwerk.In contrast to the physical separation through the assignment to a switch port, the devices are logically separated by a VLAN ID when they are separated by VLANs. The data stream of each station is given an identifier (the VLAN “tag”). This identifier determines whether a data packet belongs to a specific VLAN. All devices with the same VLAN ID are now in a logical network.
Insbesondere kann nämlich durch die logische Trennung der einzelnen Netzwerke ein Broadcast eingegrenzt werden. Broadcasts werden nämlich nur an Mitglieder des gleichen VLANS und nicht an alle am Switch hängenden Steuerelemente verteilt.In particular, a broadcast can be limited through the logical separation of the individual networks. Broadcasts will be namely distributed only to members of the same VLAN and not to all control elements attached to the switch.
Dies trägt insofern auch nicht nur zu einer höheren Leistung, sondern auch zu mehr Sicherheit bei, denn der Datenverkehr wird auf weniger Adressaten eingeschränkt. Hinzu kommt, dass Benutzer oder die Steuerelemente in der Regel in einem VLAN keine Möglichkeit haben aus dem zugewiesenen VLAN auszubrechen. Ein Zugriff (oder Angriff) auf einen anderen Rechner, der nicht zum eigenen VLAN gehört kann daher bereits durch den Netzwerkswitch verhindert werden. Wenn eine VLAN übergreifende Kommunikation notwendig ist, können hierfür explizit Routen eingerichtet werden.This not only contributes to higher performance, but also to more security, because the data traffic is restricted to fewer addressees. In addition, users or the controls in a VLAN usually have no way of breaking out of the assigned VLAN. Access (or attack) to another computer that does not belong to your own VLAN can therefore be prevented by the network switch. If cross-VLAN communication is necessary, routes can be set up for this purpose.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene VLAN-Technologie eine solche sein kann, welche an den Industriestandard IEEE 802.1Q angepasst ist und/oder mit diesem kompatibel ist.In particular, it should be noted that the VLAN technology described here can be one which is adapted to the industrial standard IEEE 802.1Q and / or is compatible with it.
Der Standard IEEE 802.1Q ist eine durch das IEEE genormte Priorisierungs- und VLAN-Technologie, die im Unterschied zu den älteren, nur Port-basierten VLANs, paketbasierte tagged-VLANS implementiert. Der Ausdruck „tagged“ leitet sich vom englischen Ausdruck „material tags“ ab.The IEEE 802.1Q standard is a prioritization and VLAN technology standardized by the IEEE, which, in contrast to the older, only port-based VLANs, implements packet-based tagged VLANs. The term “tagged” is derived from the English term “material tags”.
Es handelt sich daher bei tagged-VLANS um Netze, die Netzwerkpakete verwenden, welche eine spezielle VLAN-Markierung tragen.Tagged VLANS are therefore networks that use network packets that have a special VLAN tag.
Insbesondere sind nämlich in den 802.1 Q-Standard Datenfelder für das V-LAN-tagging definiert, die in dem Datenbereich eines Ethernetpakets eingeführt werden können.In particular, data fields for V-LAN tagging are defined in the 802.1 Q standard, which can be introduced in the data area of an Ethernet packet.
Insofern kann das vorliegende Netzwerk in Form eines Ethernet-Kommunikationssystems ausgebildet sein.In this respect, the present network can be designed in the form of an Ethernet communication system.
Das hat den Vorteil, dass in der Regel auch bereits vorhandene, ältere Switches solche Pakete weiterleiten können. Das eingefügte Tag besteht in der Regel aus mehreren Feldern, beispielsweise vier Feldern mit einer Gesamtlänge von 32 Bit.This has the advantage that existing, older switches can usually also forward such packets. The inserted tag usually consists of several fields, for example four fields with a total length of 32 bits.
Für die Protokoll-ID werden 2 Byte, für das Prioritätenfeld 3 Bit, für Indikator des Canonicalformats 1 Bit und für VLAN-ID 12 Bit genutzt.2 bytes are used for the protocol ID, 3 bits for the priority field, 1 bit for the canonical format indicator and 12 bits for the VLAN ID.
Zur eindeutigen Identifizierung eines VLANS wird jedem VLAN daher zunächst eine eindeutige Nummer zugeordnet. Man nennt diese Nummer VLAN-ID. Ein Erkennungsmodul, das mit der VLAN-ID = 1 ausgestattet ist, kann mit jedem anderen Gerät im gleichen VLAN kommunizieren, nicht jedoch mit einem Gerät in einem anderen VLAN, wie z. B. ID = 2, 3,....To uniquely identify a VLAN, each VLAN is therefore initially assigned a unique number. This number is called the VLAN ID. A detection module equipped with VLAN-ID = 1 can communicate with any other device in the same VLAN, but not with a device in another VLAN, such as B. ID = 2, 3, ....
Um zwischen den VLANS zu unterscheiden, wird nach dem Standard IEEE 802.1Q ein Ethernetframe um 4 Byte erweitert. Davon sind 12 Bit zur Aufnahme der VLAN-ID vorgesehen, sodass (ohne Ausnutzung des Canonical Formats) theoretisch 4096-2 = 4094 VLANS möglich sind.In order to differentiate between the VLANS, an Ethernet frame is extended by 4 bytes according to the IEEE 802.1Q standard. Of these, 12 bits are provided for the VLAN ID, so that (without using the canonical format) 4096-2 = 4094 VLANS are theoretically possible.
Denkbar ist, dass die einzelnen logischen Netzwerkverbindungen entsprechend eines OPC-Standards, d. h. beispielsweise in Form von OPC UA-Verbindungen, ausgebildet sind. Insbesondere ist nämlich denkbar, dass pro Netzwerksegment über die Steuerungseinrichtung mehrere OPC UA-Endpunkte mit unterschiedlicher IP-Adresse, VLAN-ID und Priorisierung entsprechend des oben genannten Standards IEEE 802.1Q zur Verfügung stehen.It is conceivable that the individual logical network connections according to an OPC standard, i. H. for example in the form of OPC UA connections. In particular, it is conceivable that several OPC UA endpoints with different IP addresses, VLAN IDs and prioritization according to the above-mentioned IEEE 802.1Q standard are available per network segment via the control device.
Weist nun ein Netzwerksegment, welches eindeutig, vorzugsweise eineindeutig, eine bestimmte VLAN-ID zugewiesen bekommen hat, eine höhere Priorität auf als ein, nur in logischer Hinsicht, davon unterschiedliches Netzwerksegment einer entsprechend unterschiedlichen VLAN-ID, so können die Steuerungseinrichtung und/oder der VLAN-Switch dazu vorgesehen sein, zunächst den Datenaustausch des höher priorisierten Netzwerksegments zu bevorzugen, um erst nach Abbau der diesem höher priorisierten Netzwerksegment zugeordneten Aufgaben eine Abarbeitung des tiefer priorisierten Netzwerksegments zu erlauben.If a network segment that has been assigned a specific VLAN ID unambiguously, preferably unambiguously, has a higher priority than a network segment that differs therefrom, only in logical terms, with a correspondingly different VLAN ID, the control device and / or the VLAN switch can be provided to initially prefer the data exchange of the higher-priority network segment in order to allow the lower-priority network segment to be processed only after the tasks assigned to this higher-priority network segment have been removed.
Mit anderen Worten gilt generell: Zuordnung und Konfiguration der OPC UA Endpunkte zu einem bestimmten Netzwerksegment entsprechend der VLAN-ID und Zuordnung einer Priorität entsprechend der Priorität des entsprechenden VLANs.In other words, the following generally applies: Assignment and configuration of the OPC UA endpoints to a specific network segment according to the VLAN ID and assignment of a priority according to the priority of the corresponding VLAN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jedem Sensor und/oder jeder Verarbeitungseinheit zumindest eine VLAN-ID zugeordnet und jedem Netzwerksegment ist wiederum zumindest eine, beispielsweise genau eine, eindeutig, vorzugsweise eineindeutig, VLAN-ID zugeordnet, wobei über jede der VLAN-IDs zumindest ein Steuerelement ansteuerbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eine Vorrichtung zumindest einen Temperatursensor, wobei der Temperatursensor eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur eines Sensors misst und an die Verarbeitungseinheit einer Vorrichtung und/oder an die zentrale CPU weiterleitet.According to at least one embodiment, each sensor and / or each processing unit is assigned at least one VLAN ID and each network segment is in turn assigned at least one, for example exactly one, unambiguously, preferably one-to-one, VLAN ID, with at least one control element over each of the VLAN IDs is controllable. According to at least one embodiment, at least one device comprises at least one temperature sensor, wherein the temperature sensor measures an ambient temperature and / or a temperature of a sensor and forwards it to the processing unit of a device and / or to the central CPU.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ermittelt die zentrale CPU einen Auslastungsgrad (CPU-Last und/oder Speicherverbrauch) von zumindest einer Verarbeitungseinheit, wobei bei Überschreiten einer Grenztemperatur der Verarbeitungseinheit und/oder zumindest der dieser Verarbeitungseinheit zugeordneten Sensor diese(r) in seiner Leistung zumindest teilweise gedrosselt oder ganz abgeschaltet wirdIn accordance with at least one embodiment, the central CPU determines a degree of utilization (CPU load and / or memory consumption) of at least one processing unit, with the Processing unit and / or at least the sensor assigned to this processing unit, this (s) is at least partially throttled in its performance or completely switched off
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Verarbeitungseinheit und die zumindest zwei Sensoren zusammen sternförmig angeordnet, und zwar derart, dass die Verarbeitungseinheit einen Sternmittelpunkt und die Sensoren jeweils Sternäste bilden. Vorzugsweise sind die Sensoren über deren jeweiligem Sternast auf dem kürzest möglichem Weg, vorzugsweise über eine einzige gerade Verbindung, mit der Verarbeitungseinheit verbunden. Der Sternast kann daher eine elektrische Verbindung, insbesondere eine Kabelverbindung sein, welche frei von Knicken und Biegungen ist. Durch diese sternförmige Anordnung ist nicht nur eine besonders einfach und kostengünstige Fertigung realisiert, auch ist ermöglicht, dass jeder der Sensoren sein eigenes Sensorsegment (= entsprechend eines Kuchensegments) abdeckt und gleichzeitig eine hohe Detektionsdichte, insbesondere auch über den hier beschriebenen Sensor, herrscht, sodass sich die hier beschriebenen Vorteile des Sensors zusammen mit der sternförmigen Anordnung nicht nur addieren, sondern sogar einen synergistischen Effekt zusammen erzeugen. Dies auch deshalb, da die einzelnen Sensoren auf einem gemeinsamen Trägermaterial, zum Beispiel dem Trägermaterial, angeordnet sein können, und jede Verschiebung und/oder Belastung des Sternastes in umso stärkerem Maße auch zu einer von dem Sternast an den Sensor weitergeleiteten Zug-Druckspannung führt. Dies kann daran liegen, dass durch den „kürzesten Weg“ auch die kleinsten Druck- und/oder Zugspannungen entlang linearer Kraftwege an den Sensor weitergleitet werden. Im Übrigen kann auch die Verarbeitungseinheit auf dem gleichen Trägermaterial angeordnet sein.According to at least one embodiment, the processing unit and the at least two sensors are arranged together in a star shape, specifically in such a way that the processing unit forms a star center and the sensors each form star branches. The sensors are preferably connected to the processing unit via their respective star branches on the shortest possible route, preferably via a single straight connection. The star branch can therefore be an electrical connection, in particular a cable connection, which is free from kinks and bends. This star-shaped arrangement not only realizes a particularly simple and inexpensive production, it is also possible for each of the sensors to cover its own sensor segment (= corresponding to a cake segment) and at the same time to have a high detection density, especially via the sensor described here, so that The advantages of the sensor described here not only add up together with the star-shaped arrangement, but even create a synergistic effect together. This is also because the individual sensors can be arranged on a common carrier material, for example the carrier material, and each displacement and / or loading of the star branch leads to a greater extent to a tensile-compressive stress transmitted from the star branch to the sensor. This can be due to the fact that even the smallest compressive and / or tensile stresses are transferred to the sensor along linear force paths through the “shortest path”. In addition, the processing unit can also be arranged on the same carrier material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Verarbeitungseinheit und die zumindest zwei Sensoren zusammen entlang eines Streifens und/oder auf einem streifenförmigen Material, insbesondere dem Trägermaterial, angeordnet. Entlang der Haupterstreckungsrichtung des streifenförmigen Trägermaterials kann sich dann, zum Beispiel periodisch, zumindest ein Sensor mit zumindest einer Verarbeitungseinheit abwechseln. Im Falle mehrerer Verarbeitungseinheiten kann in jeder der Verarbeitungseinheiten und/oder der CPU (sofern diese vorhanden ist) hinterlegt sein, welche Verarbeitungseinheit welchen Sensor ansteuert und damit adressiert.According to at least one embodiment, the processing unit and the at least two sensors are arranged together along a strip and / or on a strip-shaped material, in particular the carrier material. At least one sensor with at least one processing unit can then alternate, for example periodically, along the main direction of extent of the strip-shaped carrier material. In the case of several processing units, each of the processing units and / or the CPU (if this is available) can store which processing unit controls which sensor and thus addresses it.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor zusätzlich ein kapazitiver Drucksensor, wobei die Verarbeitungseinheit zusätzlich dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine durch äußeren Druck verursachte Kapazitätsänderung des Kondensators zu messen und/oder zu speichern.According to at least one embodiment, the sensor is additionally a capacitive pressure sensor, the processing unit also being set up and provided to measure and / or store a change in capacitance of the capacitor caused by external pressure.
Grundsätzlich handelt es sich bei einem kapazitiven Sensor also um einen Sensor, welcher auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeitet. Die Beeinflussung der Kapazität durch die zu erfassende Größe kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen, die primär durch den Verwendungszweck bestimmt ist.In principle, a capacitive sensor is a sensor that works on the basis of the change in the electrical capacitance of an individual capacitor or a capacitor system. The capacity to be measured can be influenced in various ways, which are primarily determined by the intended use.
Ein kapazitiver Sensor basiert unter anderem darauf, dass zwei Elektroden, einer davon kann die zumessende Oberfläche sein, die „Platten“ eines elektrischen Kondensators bilden, dessen Kapazität oder Kapazitätsänderung gemessen wird, die folgendermaßen beeinflusst werden kann:
- - Eine Platte wird durch den zumessenden Effekt verschoben und/oder verformt, wodurch sich der Plattenabstand und damit die elektrische messbare Kapazität ändern.
- - Die Platten sind starr und die Kapazität an Sich ändert sich dadurch, dass ein elektrisch leitendes Material oder ein Dielektrikum in unmittelbare Nähe gebracht wird.
- - Die wirksame Plattenfläche ändert sich, indem die Platten wie bei einem Drehkondensator gegeneinander verschoben werden.
- - A plate is displaced and / or deformed by the effect being measured, which changes the plate spacing and thus the measurable electrical capacitance.
- - The plates are rigid and the capacitance changes in that an electrically conductive material or a dielectric is brought into close proximity.
- - The effective plate area changes when the plates are shifted against each other like a rotary capacitor.
Um auch kleine Veränderungen besser detektieren zu können kann die eigentliche Messelektrode häufig mit einer Schirmelektrode umgeben sein, die den inhomogenen Randbereich des elektrischen Feldes von der Messelektrode abschirmt, dadurch ergibt sich zwischen Messelektroden üblicherweise geerdeter Gegenelektrode eine annähernd paralleles elektrisches Feld mit der bekannten Charakteristik eines idealen Plattenkondensators.In order to be able to detect even small changes better, the actual measuring electrode can often be surrounded by a shielding electrode that shields the inhomogeneous edge area of the electric field from the measuring electrode.This results in an approximately parallel electric field with the known characteristics of an ideal between measuring electrodes, usually grounded counterelectrodes Plate capacitor.
Ein kapazitiver Drucksensor ist insbesondere ein solcher bei dem die Kapazitätsänderung infolge des Durchbiegens einer Membran und der resultierenden Änderung des Plattenabstands als Sensoreffekt ausgewertet wird. Zum Beispiel handelt es sich bei der Membran um das oben genannte Dielektrikum oder aber um die einzelnen Kondensatorelektroden, welche insbesondere in Form einer Platte ausgeführt sein können. Mit anderen Worten ist in einer derartigen Ausführungsform in neuartiger Art und Weise ein kapazitiver Feuchtesensor mit einem kapazitiven Drucksensor kombiniert, jedoch ohne dass diese Bauteile voneinander getrennte Elemente oder zwei separate Sensoren bildeten, sondern es handelt sich bei vorliegender Ausführungsform um ein „Two in One“-Konzept, in welchem der gleiche Sensor sowohl als Feuchtesensor als auch als Drucksensor fungiert.A capacitive pressure sensor is in particular one in which the change in capacitance due to the bending of a membrane and the resulting change in the plate spacing is evaluated as a sensor effect. For example, the membrane is the above-mentioned dielectric or else the individual capacitor electrodes, which can in particular be designed in the form of a plate. In other words, in such an embodiment, a capacitive humidity sensor is combined with a capacitive pressure sensor in a novel way, but without these components forming separate elements or two separate sensors, rather the present embodiment is a "two in one" -Concept in which the same sensor functions as both a humidity sensor and a pressure sensor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff, insbesondere in welchem elektrische Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des Sensors und der Verarbeitungseinheit eingewoben sind.According to at least one embodiment, the carrier material is a woven fabric, in particular in which it is electrical Conductor tracks for making electrical contact with the sensor and the processing unit are woven in.
Bei einem Webstoff handelt es sich im Sinne der Erfindung daher um ein Gewebe, welches manuell oder maschinell auf Basis von einzelnen Fäden gewebt wurde.For the purposes of the invention, a woven fabric is therefore a fabric that has been woven manually or by machine on the basis of individual threads.
Die elektrischen Leiterbahnen können in einem Gewebe daher zusätzlich neben den üblichen Fasern und Gewebesträngen integriert sein oder aber einzelne Gewebestränge, welche das Gewebenetz ausbilden ersetzen.The electrical conductor tracks can therefore be integrated in a fabric in addition to the usual fibers and strands of fabric, or they can replace individual strands of fabric that form the fabric network.
Je nach Abstand und Eigenschaften der einzelnen Fäden (hochgedreht, bauschig, usw.) können ganz lockere Gewebe, wie Verbandgewebe oder Dichtegewebe wie Brokatstoff entstehen. Längselastisch werden Gewebe durch, als Kettenfäden eingesetzte Gummifäden (mehr Bändern verwendet) oder Kräusel- und Bauschgarne verwendet. Sie werden gespannt, verarbeitet und ziehen sich im Ruhezustand zusammen. Bauschgarne bestehen aus texturierten, also gekräuselten, synthetischen Fasern. Die Kräuselung verändert die Eigenschaften der synthetischen Fasern. Die darauf gesponnenen Garne sind sehr elastisch und voluminös und haben eine gute Wärmedämmung.Depending on the distance and properties of the individual threads (twisted up, fluffy, etc.), very loose fabrics such as bandages or dense fabrics such as brocade fabric can arise. Textiles are used longitudinally elastic through rubber threads used as warp threads (more ribbons used) or crimped and bulked yarns. They are tense, processed and contract when at rest. Bulky yarns consist of textured, i.e. crimped, synthetic fibers. The crimp changes the properties of the synthetic fibers. The yarns spun on it are very elastic and voluminous and have good thermal insulation.
Zum Beispiel kann das Trägermaterial Teil eines Bezugstoffes eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes oder eines Bürostuhls, sein. Insofern kann der Sensor, vorzugsweise jedoch die gesamte Vorrichtung, auf dem Bezugsstoff eines solchen Sitzes aufgebracht oder in einen solchen integriert sein.For example, the carrier material can be part of a cover material for a seat, in particular a vehicle seat or an office chair. In this respect, the sensor, but preferably the entire device, can be applied to the cover material of such a seat or integrated into such a seat.
Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, die einzelnen Feuchte- sowie Druckwerte zu erfassen und aus einer Kombination der einzelnen Feuchte- und Druckwerte zumindest einen jeweiligen Kennwert zu ermitteln, aus welchem ableitbar ist, welches Individuum (mit Gewicht und/oder Größe) gerade den Fahrzeugsitz besetzt.For example, the processing unit is set up and provided to record the individual humidity and pressure values and to determine at least one respective characteristic value from a combination of the individual humidity and pressure values, from which it can be derived which individual (with weight and / or height) ) currently occupies the vehicle seat.
Zum Beispiel kann aus der Druckmessung durch die Verarbeitungseinheit ein Gewicht der jeweiligen Person abgeleitet und festgestellt werden. Auch kann die jeweilige Feuchtigkeit, welche die jeweilige Person an den Sensor abgibt, gemessen werden, wobei der jeweilige Kennwert zum Beispiel ein Produkt aus dem relativen Feuchtigkeitswert mal der von der Verarbeitungseinheit ermittelten Belastungsgewicht ist.For example, a weight of the respective person can be derived and determined from the pressure measurement by the processing unit. The respective humidity that the respective person emits to the sensor can also be measured, the respective characteristic value being, for example, a product of the relative humidity value times the load weight determined by the processing unit.
Überschreitet ein derartiger Kennwert einen entsprechenden Grenzwert kann die Verarbeitungseinheit insbesondere mittels einer Anbindung an die Elektronik des Fahrzeugs, eine Warnung aussprechen. Diese Warnung kann dahingehend lauten, dass der Sitz überbelegt ist oder der Fahrer zu stark schwitzt. Diese Warnung kann jedoch auch ersetzt werden durch eine entsprechende Anzeige dahingehend welcher Belegungstyp den Sitz nutzt. Bei einem Belegungstyp kann es sich um eine Gewichtsklassifikation eines jeweiligen Benutzers handeln, oder aber auch darum Handeln ob es sich bei dem Benutzer um ein Tier, einen Menschen oder auch um eine Sache handelt. Vorzugsweise ist daher die Verarbeitungseinheit in eine Anzeigenelektronik des Fahrzeugs integrierbar, zumindest jedoch mit einer solchen verbindbar.If such a characteristic value exceeds a corresponding limit value, the processing unit can issue a warning, in particular by means of a connection to the electronics of the vehicle. This warning could be that the seat is overcrowded or the driver is sweating too much. This warning can, however, also be replaced by a corresponding display indicating which occupancy type is using the seat. An occupancy type can be a weight classification of a particular user, or it can also be a question of whether the user is an animal, a person or a thing. The processing unit can therefore preferably be integrated into display electronics of the vehicle, but at least can be connected to such.
Hierzu ist denkbar, dass die Verarbeitungseinheit sich zum Beispiel mittels Bluetooth oder einer sonstigen Wireless Verbindung mit einer Empfangseinheit des Fahrzeugs verbindet und der jeweilige Kenn- oder Grenzwert und/oder die jeweilige Warnung und/oder die jeweilige Identifikation des Benutzers auf einem Display des Fahrzeugs wiedergegeben werden.For this purpose, it is conceivable that the processing unit connects to a receiving unit of the vehicle, for example by means of Bluetooth or another wireless connection, and the respective characteristic or limit value and / or the respective warning and / or the respective identification of the user is reproduced on a display of the vehicle become.
Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass diese einzelnen Werte und/oder Identifikationen auch extern abrufbar und/oder extern darstellbar sind. Zum Beispiel kann das Auto auf eine Überbelegung hin von einem externen Controller überwacht werden.Alternatively or additionally, it is conceivable that these individual values and / or identifications can also be called up and / or displayed externally. For example, the car can be monitored for overcrowding by an external controller.
Zum Beispiel kann mittels einer Datenverbindung die Verarbeitungseinheit mit einer Auslöseinheit eines Airbags in Verbindung stehen, sodass die Verarbeitungseinheit auch die Auslöseinheit steuern und/oder regeln kann, insbesondere in Bezug auf einen Auslösezeitpunkt des Airbags. Zusätzlich und/oder alternativ ist es möglich, dass die Verarbeitungseinheit eine Controllereinheit des Airbags mit Daten zum Beispiel im Hinblick auf einen Belegungstyp, Position und/oder Gewicht eines Benutzers des Fahrzeugsitzes versorgt.For example, the processing unit can be connected to a triggering unit of an airbag by means of a data connection, so that the processing unit can also control and / or regulate the triggering unit, in particular with regard to a triggering time of the airbag. Additionally and / or alternatively, it is possible for the processing unit to supply a controller unit of the airbag with data, for example with regard to an occupancy type, position and / or weight of a user of the vehicle seat.
Diese Daten können dazu führen, dass der Auslösezeitpunkt und die Auslösereihenfolge des Airbags auf den Benutzer angepasst sind, sodass ein Personenschaden an dem Benutzer vermieden wird.These data can lead to the deployment time and the deployment sequence of the airbag being adapted to the user, so that personal injury to the user is avoided.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht auf dem Trägermaterial oder auf einer auf dem Trägermaterial angeordneten, insbesondere wasserundurchlässigen Schicht aufgedruckt oder mittels eines Dünnschichtverfahrens aufgebracht.According to at least one embodiment, at least one electrode and / or dielectric layer is printed on the carrier material or on a, in particular water-impermeable, layer arranged on the carrier material or applied by means of a thin-film method.
Dies heißt, dass zumindest ein Element, vorzugsweise sowohl die Elektrode als auch die dielektrische Schicht, auf dem Trägermaterial oder einer zwischen dem Sensor und dem Trägermaterial aufgebrachten vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen, weiter vorzugsweise wasserundurchlässigen Schicht mittels eines Druckverfahrens aufgedruckt.This means that at least one element, preferably both the electrode and the dielectric layer, is printed by means of a printing process on the carrier material or a preferably electrically non-conductive, further preferably water-impermeable layer applied between the sensor and the carrier material.
Bei dem Druckverfahren kann es sich zum Beispiel um ein Inkjetverfahren handeln.The printing process can be an inkjet process, for example.
Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit in der gleichen Weise wie der Sensor auf das Trägermaterial aufgebracht. Hierzu ist vorstellbar, dass auch die Verarbeitungseinheit, zumindest jedoch eine, insbesondere leitende, Schicht der Verarbeitungseinheit auf das Trägermaterial zum Beispiel aufgedruckt ist. Die Datenkommunikation zwischen der Verarbeitungseinheit und dem Sensor kann dann über die oben genannten Leiterbahnen entstehen. Diese Leiterbahnen können zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, in den Webstoff eingewoben sein oder sogar einzelne Fasern des Webstoffs selbst ausbilden.For example, the processing unit is applied to the carrier material in the same way as the sensor. For this purpose, it is conceivable that the processing unit, but at least one, in particular conductive, layer of the processing unit is, for example, printed onto the carrier material. The data communication between the processing unit and the sensor can then take place via the conductor tracks mentioned above. These conductor tracks can be at least partially, but preferably completely, woven into the woven fabric or even form individual fibers of the woven fabric itself.
Zum Beispiel ist zumindest eine Elektrode flächig ausgeführt. Das heißt, dass eine Dicke der Elektrode im Vergleich zu deren Flächenausdehnung vernachlässigbar ist. Eine solche Elektrode kann daher insbesondre mittels eines Druckverfahrens hergestellt werden.For example, at least one electrode is designed to be flat. This means that a thickness of the electrode is negligible compared to its surface area. Such an electrode can therefore be produced in particular by means of a printing process.
Alternativ hierzu kann eine Dicke zumindest einer Elektrode höchstens 5 mm betragen. Hierzu kann das Druckverfahren mehrmals angewandt werden, sodass zumindest zwei, vorzugsweise jedoch dann mehr, Einzeldruckschichten übereinander gestapelt werden.Alternatively, a thickness of at least one electrode can be at most 5 mm. To this end, the printing method can be used several times, so that at least two, but then preferably more, individual printing layers are stacked on top of one another.
Des Weiteren kann die Elektrode auch mittels eines 3D-Druckverfahrens auf dem Trägermaterial angeordnet sein.Furthermore, the electrode can also be arranged on the carrier material by means of a 3D printing process.
Das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling)The FDM process (Fused Deposition Modeling)
Alternativbezeichnungen: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM)Alternative names: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM)
Das Verfahren bezeichnet schichtweises Auftragen (Extrusion) eines Materials durch eine heiße Düse. Das Verbrauchsmaterial befindet sich in Form eines langen Drahts (sog. Filament) auf einer Rolle und wird durch die Fördereinheit in einen Druckkopf geschoben, dort eingeschmolzen und auf einem Druckbett ausgebracht. Druckkopf und/oder Druckbett sind dabei in drei Richtungen beweglich. So können Kunststoffschichten schrittweise aufeinander aufgebracht werden.The process refers to the application of layers (extrusion) of a material through a hot nozzle. The consumables are in the form of a long wire (so-called filament) on a roll and are pushed into a print head by the conveyor unit, where they are melted and placed on a print bed. The print head and / or print bed can be moved in three directions. In this way, layers of plastic can be applied to one another in stages.
Das SLS Verfahren (Selektives Lasersintern)The SLS process (selective laser sintering)
Im Unterschied zum Sinterverfahren, bei dem Stoffe in Pulverform unter Hitzeeinwirkung miteinander verbunden werden, geschieht dies beim SLS-Verfahren selektiv durch einen Laser (alternativ auch Elektronenstrahl oder Infrarotstrahl). Es wird also nur ein bestimmter Teil des Pulvers miteinander verschmolzen.In contrast to the sintering process, in which substances are bonded together in powder form under the action of heat, in the SLS process this is done selectively by means of a laser (alternatively electron beam or infrared beam). So only a certain part of the powder is fused together.
Dazu wird stets eine dünne Pulverschicht von der Beschichtungseinheit auf dem Druckbett ausgebracht. Der Laser (oder andere Energiequelle) wird nun punktgenau auf einzelne Stellen der Pulverschicht ausgerichtet, um die erste Schicht der Druckdaten auszubilden. Hierbei wird das Pulver an- oder aufgeschmolzen und verfestigt sich anschließend wieder durch geringfügiges Abkühlen. Das nicht aufgeschmolzene Pulver bleibt um die gesinterten Bereiche herum liegen und dient als Stützmaterial. Nachdem eine Schicht verfestigt ist, senkt sich das Druckbett um den Bruchteil eines Millimeters ab. Die Beschichtungseinheit fährt nun über das Druckbett und bringt die nächste Pulverschicht aus. Anschließend wird die zweite Schicht der Druckdaten durch den Laser (oder eine andere Energiequelle) gesintert. So entsteht schichtweise ein dreidimensionales Objekt.For this purpose, a thin layer of powder is always applied to the printing bed by the coating unit. The laser (or other energy source) is now aimed precisely at individual points of the powder layer in order to form the first layer of the print data. The powder is melted or melted and then solidifies again by cooling it slightly. The unmelted powder remains around the sintered areas and serves as a support material. After a layer has solidified, the print bed lowers by a fraction of a millimeter. The coating unit now moves over the print bed and applies the next layer of powder. Then the second layer of the print data is sintered by the laser (or other energy source). This creates a three-dimensional object in layers.
Three-Dimensional Printing (3DP)Three-Dimensional Printing (3DP)
Das 3DP-Verfahren funktioniert sehr ähnlich wie das selektive Lasersintern, doch anstelle einer gerichteten Energiequelle verfährt ein Druckkopf über das Pulver. Dieser gibt winzige Tröpfchen von Bindemittel auf die zugrunde liegenden Pulverschichten ab, die so miteinander verbunden werden. Ansonsten ist dieses Verfahren dem SLS-Verfahren gleich.The 3DP process works very similarly to selective laser sintering, but instead of a directed energy source, a print head moves over the powder. This releases tiny droplets of binding agent onto the underlying powder layers, which are thus bonded together. Otherwise this procedure is the same as the SLS procedure.
Stereolithographie (SLA)Stereolithography (SLA)
Anstelle eines Kunststoffdrahts oder Druckmaterials in Pulverform kommen beim Stereolithographie-Verfahren flüssige Harze, sog. Photopolymere, zum Einsatz. Sie werden schichtweise durch UV-Strahlung verhärtet und erzeugen so dreidimensionale Objekte. Dafür wird die Bauplattform im Harzbecken schrittweise abgesenkt. Es gibt auch Varianten (sog. Polyjet-Verfahren) ohne ein ganzes Becken mit flüssigem Harz. Dafür wird ein Epoxidharz tröpfchenweise aus einer Düse aufgebracht und durch einen UV-Laser sofort ausgehärtet.Instead of a plastic wire or printing material in powder form, liquid resins, so-called photopolymers, are used in the stereolithography process. They are hardened in layers by UV radiation and thus create three-dimensional objects. To do this, the construction platform in the Harz Basin is gradually lowered. There are also variants (the so-called Polyjet process) without a whole basin with liquid resin. For this, an epoxy resin is applied drop by drop from a nozzle and immediately cured by a UV laser.
Laminated Object Manufacturing (LOM)Laminated Object Manufacturing (LOM)
Alternativbezeichnung: Layer Laminated Manufacturing (LLM)Alternative designation: Layer Laminated Manufacturing (LLM)
Das Verfahren basiert weder auf chemischen Reaktionen noch auf einem thermischen Prozess. Es wird dabei mit einem trennenden Werkzeug (z.B. einem Messer oder Kohlendioxidlaser), einer Folie oder einer Platte (z.B. Papier) an der Kontur geschnitten und schichtweise aufeinander geklebt. So entsteht durch Absenken der Bauplattform ein Schichtobjekt aus geklebten, übereinanderliegenden Folien.The process is based neither on chemical reactions nor on a thermal process. The contour is cut with a separating tool (e.g. a knife or carbon dioxide laser), a film or a plate (e.g. paper) and glued on top of each other in layers. By lowering the construction platform, a layered object is created from glued, overlapping foils.
Eine oder mehrere wasserundurchlässige Schichten und/oder auch die Feuchteschicht können in derselben Art und/oder Dicke wie die Elektrode aufgebracht werden.One or more water-impermeable layers and / or also the moisture layer can can be applied in the same type and / or thickness as the electrode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Feuchteschicht den Kondensator vollständig.According to at least one embodiment, the moisture layer completely covers the capacitor.
Dies kann heißen, dass die Feuchteschicht, nach außen, das heißt in der Querrichtung den Sensor nach außen abgrenzt und abschließt, sodass der Sensor zwischen der Feuchteschicht und dem Trägermaterial angeordnet ist.This can mean that the moisture layer delimits and closes off the sensor towards the outside, that is to say in the transverse direction, so that the sensor is arranged between the moisture layer and the carrier material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor zumindest einen weiteren Kondensator auf, welcher in der Querrichtung unter oder über dem Kondensator angeordnet und durch eine weitere wasserundurchlässige Schicht beabstandet von dem Kondensator auf oder unter dieser weiteren wasserundurchlässigen Schicht angeordnet ist, sodass ein Kondensatorenstack entsteht.According to at least one embodiment, the sensor has at least one further capacitor, which is arranged in the transverse direction below or above the capacitor and spaced apart from the capacitor by a further water-impermeable layer or is arranged below this further water-impermeable layer, so that a capacitor stack is created.
Der weitere Kondensator kann in der gleichen Weise wie der Kondensator aufgebaut sein und ebenso in einer gleichen Weise wie der Kondensator auf die weitere wasserundurchlässige Schicht angeordnet sein.The further capacitor can be constructed in the same way as the capacitor and can also be arranged on the further water-impermeable layer in the same way as the capacitor.
Mittels eines derartigen Kondensatorenstacks kann die Sensorik ganz besonders einfach verfeinert werden nämlich insofern, als dass denkbar ist das bei zwei den Kondensatorstack ausbildenden Sensoren beide Sensoren die gleichen Aufgaben verrichten, jedoch durch die einzelnen Sensoren jeweilige Messwerte ermittelt werden, die zusammen genommen auf einen Mittelwert schließen lassen. Zum Beispiel wird von jedem der beiden Sensoren jeweils die (relative) Feuchtigkeit der Umgebung gemessen wobei aus diesen beiden Messwerten dann der Feuchtigkeitsmittelwert ermittelt wird. Gleiches kann entsprechend mit der Druckmessung geschehen, sodass die Genauigkeit der gesamten Messung insbesondere einer Kombination der Messungen von (relativer) Feuchtigkeit und dem jeweiligen Druck besonders genau ausgestaltet werden kann.By means of such a capacitor stack, the sensor system can be particularly easily refined insofar as it is conceivable that, with two sensors forming the capacitor stack, both sensors perform the same tasks, but the individual sensors determine respective measured values which, taken together, conclude a mean value to let. For example, the (relative) humidity of the environment is measured by each of the two sensors, the average humidity value being determined from these two measured values. The same can happen accordingly with the pressure measurement, so that the accuracy of the entire measurement, in particular a combination of the measurements of (relative) humidity and the respective pressure, can be configured particularly precisely.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht die dielektrische Sicht zumindest teilweise selbst aus.According to at least one embodiment, the water-impermeable layer and / or the further water-impermeable layer at least partially form the dielectric view itself.
Dies kann heißen, dass ein anstatt der separaten Positionierung einer dielektrischen Schicht neben der wasserundurchlässigen Schicht und/oder neben der weiteren wasserundurchlässigen Schicht, diese dielektrische Schicht selbst durch die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht gebildet ist.This can mean that, instead of separately positioning a dielectric layer next to the water-impermeable layer and / or next to the further water-impermeable layer, this dielectric layer itself is formed by the water-impermeable layer and / or the further water-impermeable layer.
Eine derartige Erzeugung der dielektrischen Schicht durch die wasserundurchlässigen Schicht(en) bildet daher ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren zu einer kostengünstigen Vorrichtung.Such a production of the dielectric layer by the water-impermeable layer (s) therefore forms a particularly simple and cost-effective production method for an inexpensive device.
Davon abgesehen kann grundsätzlich vorgesehen sein die Elektroden, die dielektrische Schicht und die wasserundurchlässige Schicht(en) derart zueinander anzuordnen, dass ein elektrischer Kurzschluss in jedem Fall verhindert ist.Apart from this, the electrodes, the dielectric layer and the water-impermeable layer (s) can in principle be arranged in relation to one another in such a way that an electrical short circuit is prevented in any case.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine maximale Dicke der Feuchteschicht wenigstens 30 % und höchstens 80 % der maximalen Dicke der wasserundurchlässigen Schicht und/oder der maximalen Dicke der weiteren wasserundurchlässigen Schicht.According to at least one embodiment, a maximum thickness of the moisture layer is at least 30% and at most 80% of the maximum thickness of the water-impermeable layer and / or the maximum thickness of the further water-impermeable layer.
Dies stellt nicht nur einen besonders flach gebauten Sensor sicher, sondern gewährleistet auch eine besonders schnelle Reaktionszeit auf Feuchtigkeitsveränderungen. Die von außen auf die Feuchteschicht einwirkende Feuchtigkeit muss daher keine großen Strecken zu dem Dielektrikum durchwandern.This not only ensures a particularly flat sensor, but also ensures a particularly fast response time to changes in humidity. The moisture acting on the moisture layer from the outside therefore does not have to travel long distances to the dielectric.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit wobei insbesondere angemerkt sei, dass alle für die obig beschriebene Vorrichtung offenbarten Merkmale auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart sind und umgekehrt.Furthermore, the present invention relates to a method for measuring pressure and / or humidity, it being particularly noted that all of the features disclosed for the device described above are also disclosed for the method described here and vice versa.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zu Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit zunächst einen ersten Schritt mittels welchem zumindest ein Sensor zu Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit bereitgestellt wird, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial zueinander angeordnet sind aufweist, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist.According to at least one embodiment, the method for measuring pressure and / or moisture initially comprises a first step by means of which at least one sensor for measuring pressure and / or moisture is provided, the sensor having at least one capacitor with at least two electrodes which, in particular in in a horizontal direction along and on a, in particular flexible, carrier material to one another, with at least one dielectric layer being arranged between the electrodes.
Erfindungsgemäß ist auf einer dem Trägermaterialabgewandten Seite zumindest einer Elektrode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit diese Änderung misst und/oder speichert, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.According to the invention, at least one electrode and / or the dielectric layer, at least in places, at least one, at least partially liquid-permeable and / or liquid-absorbing moisture layer is arranged on a side facing away from the carrier material, with the at least one electrode and / or the dielectric layer in a transverse direction between the carrier material and the moisture layer are arranged so that a capacitance changes at least partially as a result of the liquid at least partially striking the dielectric layer, a processing unit measuring and / or measuring this change stores, so that a capacitive humidity sensor is created.
Dabei weist das oben beschrieben Verfahren die gleichen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen wie die obig beschriebene Vorrichtung auf.The method described above has the same advantages and advantageous configurations as the device described above.
Im Folgenden wird die hier beschriebene Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele und den dazugehörigen Figuren näher beschrieben.The invention described here is described in more detail below using two exemplary embodiments and the associated figures.
Gleiche oder gleichwirkende Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Components that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols.
In der
In der
In der
Die
Wie nun der
Beispielhaft ist dort ein Sensor
Die einzelnen Elektroden
Auf dem Trägermaterial
Die Elektroden
Über diese Feuchteschicht
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der
Durch Auftreffen und Durchdringen der Feuchtigkeit über die Feuchteschicht
Darüber hinaus ist eine Verarbeitungseinheit
Durch die in der
Durch den in der
Die Feuchteschicht
Die wasserundurchlässige Schicht
Zudem ist vorteilhaft denkbar, dass die Elektroden
In der
In der
Zum Beispiel können die Elektroden
Zum Beispiel ist die unterste wasserundurchlässige Schicht wiederum die wasserundurchlässige Schicht
In dieser Stackung der einzelnen wasserundurchlässigen Schichten
Alternativ hierzu kann auch die Elektrode
Grundsätzlich können daher die einzelnen Elektroden
In der
In der
In der
In the
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal, sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder in den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not restricted by the description based on the exemplary embodiment. Rather, the invention encompasses every new feature, as well as every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or in the exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Sensorsensor
- 33
- FeuchteschichtMoisture layer
- 44th
- dielektrische Schicht/ wasserundurchlässige Schichtdielectric layer / waterproof layer
- 55
- VerarbeitungseinheitProcessing unit
- 1010
- Elektrodeelectrode
- 1111
- Elektrodeelectrode
- 1212
- Elektrodeelectrode
- 1313
- TrägermaterialCarrier material
- 1414th
- wasserundurchlässige Schichtwaterproof layer
- 1515th
- wasserundurchlässige Schichtwaterproof layer
- 2020th
- Kondensatorcapacitor
- 3030th
- Kondensatorcapacitor
- 100100
- Vorrichtungcontraption
- 200200
- Verfahren Procedure
- H1H1
- horizontalen Richtunghorizontal direction
- Q1Q1
- QuerrichtungTransverse direction
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Cited By (1)
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