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Sensorsystem zur kontinuierlichen Detektion von Fluiden und/oder Partikeln und Verfahren zum Betreiben des Sensorsystems
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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur kontinuierlichen Detektion von Fluiden und/oder Partikeln.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems zur kontinuierlichen Detektion von Fluiden und/oder Partikeln und ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorsystems zur kontinuierlichen Detektion von Fluiden und/oder Partikeln.
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Stand der Technik
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Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Fluide anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Wasser als Fluid erläutert.
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Aus der
DE 197 10 358 A1 ist ein mikrostrukturierter Sensor bekannt geworden, der eine dreidimensionale interdigitale Elektrodenanordnung aufweist sowie einen integrierten Temperaturwiderstand. Der mikrostrukturierte Sensor wird beispielsweise zur Feststellung des Wassergehalts in Bremsflüssigkeiten genutzt. Da die Feststellung über die Messung von Leitfähigkeit beziehungsweise Kapazität der Bremsflüssigkeit erfolgt und diese temperaturabhängig ist, weist der Sensor weiter einen Temperaturwiderstand zur Temperaturmessung auf.
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Aus der Schrift
DE 10 2016 218 667 A1 ist eine Drucksensorvorrichtung bekannt, bei der ein Fluiddruck-Übertragungseinrichtung vorgesehen ist, durch welchen hindurch ein Fluiddruck eines zu sensierenden Fluids auf die Sensiereinrichtung übertragen wird.
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Bei der Messung von Drücken durch bekannte Drucksensoren führt die Anwesenheit von Wasser zu einer Drift oder einem Offset, was zu einem fehlerhaften Messsignal des Drucksensors führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Sensorsystem zur Detektion eines Zustands und/oder einer Eigenschaft eines Umgebungsmediums des Sensorsystems bereit, umfassend
eine Sensoreinrichtung zur Detektion des Zustands und/oder zumindest einer Eigenschaft des Umgebungsmediums des Sensorsystems, wobei die Sensoreinrichtung kontaktfrei zum Umgebungsmedium angeordnet ist, d.h. ohne einen direkten Kontakt der Sensoreinrichtung zum Umgebungsmedium,
zumindest ein Übertragungsmittel, wobei zumindest ein Übertragungsmittel eine Oberfläche aufweist, die in Kontakt mit dem Umgebungsmedium ist, wobei mittels des zumindest einen Übertragungsmittels ein Zustand und/oder zumindest eine Eigenschaft des Umgebungsmediums durch die Sensoreinrichtung detektierbar ist,
eine Sendeeinrichtung, die ausgebildet ist, ein Signal auszusenden,
zumindest eine Empfangseinrichtung, die von der Sendeeinrichtung beabstandet im Bereich der Oberfläche angeordnet ist und die zum Empfang des von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Signals und zum Bereitstellen eines bei Anwesenheit eines Fluids und/oder zumindest eines Partikels im Bereich der Oberfläche veränderten Signals basierend auf dem empfangenen Signal ausgebildet ist,
eine Detektionseinrichtung, die ausgebildet ist, das von der Empfangseinrichtung veränderte Signal zu empfangen und anhand des veränderten Signals zumindest die Anwesenheit eines Fluids und/oder eines Partikels im Bereich der Empfangseinrichtung zu detektieren und
eine Auswerteeinrichtung, wobei mittels der Auswerteeinrichtung ein Ausgabesignal der Sensoreinrichtung basierend zumindest auf der detektierten Anwesenheit des Fluids und/oder des Partikels anpassbar ist.
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Das Sensorsystem, insbesondere die Sensoreinrichtung kann dabei insbesondere als mikrostrukturierte Vorrichtung oder als MEMS-Vorrichtung ausgeführt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems gemäß einem der Ansprüche 1-11 bereit, wobei Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung eine definierte Resonanzfrequenz miteinander aufweisen und die Sendeinrichtung die Empfangseinrichtung mit einem Sendesignal in der Resonanzfrequenz beaufschlagt und die Detektionseinrichtung eine Änderung der Resonanzfrequenz detektiert und daraus zumindest die Anwesenheit eines Fluids und/oder von Partikeln ermittelt.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorsystems zur Detektion eines Zustands und/oder einer Eigenschaft eines Umgebungsmediums des Sensorsystems gemäß einem der Ansprüche 1-11 bereit, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen einer Sensoreinrichtung zur Detektion des Zustands und/oder zumindest einer Eigenschaft des Umgebungsmediums des Sensorsystems, wobei die Sensoreinrichtung kontaktfrei zum Umgebungsmedium angeordnet wird,
- - Bereitstellen zumindest eines Übertragungsmittels, wobei zumindest ein Übertragungsmittel mit einer Oberfläche versehen wird, die in Kontakt mit dem Umgebungsmedium ist, wobei mittels des zumindest einen Übertragungsmittels ein Zustand und/oder zumindest eine Eigenschaft des Umgebungsmediums durch die Sensoreinrichtung detektiert werden kann,
- - Bereitstellen einer Sendeeinrichtung, die ausgebildet ist, ein Signal auszusenden,
- - Bereitstellen zumindest einer Empfangseinrichtung, die von der Sendeeinrichtung beabstandet im Bereich der Oberfläche angeordnet wird und die zum Empfang des von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Signals und zum Bereitstellen eines bei Anwesenheit eines Fluids und/oder zumindest eines Partikels im Bereich der Oberfläche veränderten Signals basierend auf dem empfangenen Signal ausgebildet wird,
- - Bereitstellen einer Detektionseinrichtung, die ausgebildet wird, das von der Empfangseinrichtung veränderte Signal zu empfangen und anhand des veränderten Signals zumindest die Anwesenheit eines Fluids und/oder eines Partikels im Bereich der Empfangseinrichtung zu detektieren und
- - Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung, wobei mittels der Auswerteeinrichtung ein Ausgabesignal der Sensoreinrichtung basierend zumindest auf der detektierten Anwesenheit des Fluids und/oder des Partikels angepasst werden kann.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit eine insbesondere kontaktlose Erkennung von Fluiden, also zumindest deren Anwesenheit, ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass damit die Zuverlässigkeit von Drucksensoren wesentlich verbessert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Erkennung von Genauigkeitsverlusten durch Störeinflussfaktoren ermöglicht wird.
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Der Begriff „Bereich“ in Bezug auf den Begriff „Oberfläche“ ist im weitesten Sinne zu verstehen und bezieht sich insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung auf den Bereich, in dem bei Anwesenheit eines Fluids oder Partikels ein Sendesignal durch die Sendeeinrichtung bei Empfang durch die Empfangseinrichtung im Rahmen der Messgenauigkeit noch beeinflusst wird. Ein Element „im Bereich der Oberfläche“ ist daher nahe, unterhalb, in oder auf der Oberfläche, beispielsweise auf einer Geloberfläche oder einer Membran angeordnet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Sendeeinrichtung ausgebildet, ein elektromagnetisches Wechselfeld auszusenden. Vorteil hiervon ist, dass damit auf einfache Weise ein Sendesignal bereitgestellt werden kann, das flexibel, beispielsweise durch Anpassen der Frequenz des Wechselfeldes, angepasst werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung beträgt eine Frequenz des elektromagnetischen Wechselfeldes mehr als 0,3 GHz, vorzugsweise mehr als 3 GHz, insbesondere mehr als 0,1 THz, vorzugsweise mehr als 1 THz. Vorteil hiervon ist, dass damit gute Resonanzeigenschaften für die Detektion von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, bereitgestellt werden können, was die Zuverlässigkeit der Detektion von Flüssigkeiten verbessert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Sensorsystem ausgebildet, Fluide in Form von Flüssigkeiten mittels Anpassung der Frequenz des elektrischen Wechselfelds zu verdampfen, insbesondere wobei die Frequenz des elektrischen Wechselfelds im Mikrowellenbereich zwischen 1 GHz und 300 GHz bereitstellbar ist. Vorteil hiervon ist, dass bei Detektion einer Flüssigkeit im Bereich der Empfangseinrichtung, diese mittels Evaporation entfernt werden kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Empfangseinrichtung elektrisch passiv ausgebildet, insbesondere als Antenne, vorzugsweise RFID-Antenne. Insbesondere mittels einer RFID (radio-frequency identification) -Antenne wird ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Empfangseinrichtung bereitgestellt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist als Übertragungsmittel ein inkompressibles Fluid, insbesondere ein Gel oder ein Öl, vollständig im Zwischenraum zumindest zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung und/oder zwischen Sensoreinrichtung und Oberfläche angeordnet. Vorteil hiervon ist, dass damit der Zwischenraum zwischen Sende- und Empfangseinrichtung und/oder zwischen Sensoreinrichtung und Oberfläche geschützt ist und ein Eindringen von Partikeln, die gegebenenfalls das Sendesignal und/oder das veränderte Signal und/oder stören können, vermieden werden. Allgemein kann das inkompressible Fluid hier als sogenanntes Transfermedium dienen, welches einen Zustand und/oder Eigenschaft des Umgebungsmediums an die Sensoreinrichtung „transferiert“: Der Druck des Umgebungsmediums kann mittels des inkompressiblen Fluids an die Sensoreinrichtung weitergegeben beziehungsweise übertragen werden, die dann den jeweiligen Druck messen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Empfangseinrichtung in oder auf dem inkompressiblen Fluid angeordnet. Vorteil hiervon ist beispielsweise eine lange Lebensdauer, da diese nicht direkt dem zu detektierenden Fluid ausgesetzt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorsystem ein weiteres Übertragungsmittel, angeordnet auf dem Übertragungsmittel auf, wobei durch das weitere Übertragungsmittel die Oberfläche gebildet ist, die in Kontakt mit dem Umgebungsmedium ist, insbesondere wobei das weitere Übertragungsmittel in Form eines flexiblen Elements bereitgestellt ist, vorzugsweise wobei die Empfangseinrichtung zumindest teilweise in das weitere Übertragungselement eingebettet und/oder auf dieses aufgebracht ist. Vorteil hiervon ist unter anderem eine einfache Bereitstellung eines Sensorsystems zur Druckmessung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das insbesondere flexible Element in Form einer Folie, einem Klebstofftropfen und/oder einem Kunststoffelement bereitgestellt. Damit wird ein einfacher Schutz der Empfangsvorrichtung ermöglicht wobei gleichzeitig die Empfangseinrichtung flexibel und geschützt angeordnet werden kann. Weist das Sensorsystem insgesamt ein Gehäuse auf, kann die Empfangseinrichtung auch in einem geeigneten Teil des Gehäuses des Sensorsystems angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Empfangseinrichtung zumindest teilweise zum direkten Kontakt mit dem Fluid und/oder mit Partikeln ausgebildet. Damit kann eine genauere Detektion des Fluids und/oder der Partikel ermöglicht werden. Durch den direkten Kontakt des Fluids oder der Partikel wird das Sendesignal stärker verändert, sodass das veränderte Signal eine höhere Auflösung und eine höhere Sensitivität aufweist, was wiederum dessen Detektion verbessert. Gleichzeitig kann die Struktur, Form und/oder das Material der Empfangseinrichtung an mögliche auftretende Partikel angepasst sein, beispielsweise hinsichtlich Härte, chemischer Resistenz oder dergleichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Detektionseinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung ausgebildet, neben der Anwesenheit auch die Menge und/oder Art des Fluids und/oder des Partikels anhand des veränderten Signals zu ermitteln. Vorteil hiervon ist eine höhere Genauigkeit, sodass beispielsweise im Falle von Drucksensoren eine Kompensation des Druckmesssignals genauer anhand der Menge und/oder Art des detektierten Fluids oder der Partikel erfolgen kann. Die Erkennung der Menge und/oder Art des detektierten Fluids oder der Partikel ermöglicht es, das Ausmaß dieser Störeinflussfaktoren zu erkennen und geeignete Maßnahmen für eine Kompensation mittels der Auswerteeinrichtung für ein Ausgangs- oder Ausgabesignal der Sensoreinrichtung zu realisieren. Darüber hinaus werden die Anwendungsmöglichkeiten des Sensorsystems vergrößert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Sensoreinrichtung in Form eines Druck-, Feuchtigkeits- und/oder Temperatursensors ausgebildet. Damit können allgemein Sensoren, die den Zustand, Eigenschaften und/oder die Zusammensetzung der Umgebung detektieren, bereitgestellt werden. Deren Funktionsweise kann dabei durch Wassertropfen oder dergleichen beeinträchtigt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung des Sensorsystems wird die Empfangseinrichtung mittels Metallisieren eines Teils der Oberfläche eines Übertragungsmittels hergestellt, insbesondere wobei die Oberfläche durch ein zweites Übertragungsmittel in Form einer Membran gebildet wird, insbesondere eines Teils einer Außenseite der Membran für den Kontakt mit einem Fluid und/oder mit zumindest einem Partikel, vorzugsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung. Dies ermöglicht - neben dem Einschluss eines Fluidvolumens, insbesondere eines Öls oder dergleichen, mittels der Membran zur Druckdetektion - eine Fluid- oder Partikeldetektion außerhalb des Sensorsystems beziehungsweise eine Leckage des Fluidvolumens. Insgesamt wird damit die Zuverlässigkeit des hergestellten Sensorsystems verbessert beziehungsweise neben der Druckerkennung können zusätzlich Informationen über Fluide im Bereich des Sensorsystems bereitgestellt werden. Hierbei kann in einer weiteren Ausführungsform nach dem Metallisieren auf die so metallisierte Membran beziehungsweise deren entsprechend metallisierter Teil eine Schutzschicht aufgebracht werden, um die metallisierte Membran beziehungsweise deren entsprechend metallisierter Teil vor Umgebungseinflüssen zu schützen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
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Figurenliste
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Dabei zeigt
- 1 ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
- 2 ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
- 3 das Sensorsystem gemäß 2 in perspektivischer Ansicht von außen;
- 4 in schematischer Form Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 5 in schematischer Form Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
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Im Detail ist in 1 ein Sensorsystem 1 gezeigt. Das Sensorsystem 1 weist ein nach oben offenes Gehäuse 10 auf, in dem eine Sensoreinrichtung 2 zur Druckmessung angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung 2 weist hierbei einen MEMS-Drucksensor 11 auf, der auf einem ASIC (application-specific integrated circuit) als Auswerteeinrichtung 6 angeordnet ist. Der ASIC bildet hierbei im Wesentlichen den unteren Abschluss des Gehäuses 10, wobei das Gehäuse 10 zusammen mit dem ASIC als Auswerteeinrichtung 6 weiter auf einer Leiterplatte (nicht in den Figuren bezeichnet) angeordnet ist. Weiter ist rechts neben dem MEMS-Drucksensor 11 in 1 eine Sendeeinrichtung 3 angeordnet, die ebenfalls gleichzeitig als Detektionseinrichtung 4 dient. Sendeeinrichtung 3 und Detektionseinrichtung 4 können auch als separate Einrichtungen ausgeführt werden. In das Gehäuse 10 ist ein Gel 7 teilweise eingefüllt und im oberen Bereich des Gels 7 ist ein RFID-Tag schematisch dargestellt oder wie hier im vorliegenden Fall eine RFID-Antenne, beispielsweise in Form einer Spule, angeordnet. Es können aber auch mehrere RFID-Tags angeordnet sein. Auf der Oberseite des Gels 7, welches die Oberfläche 20 zum Umgebungsmedium 21, also der Umwelt des Sensorsystems 1 bildet, befindet sich im Bereich der RFID-Antenne ein Wassertropfen 8 als Beispiel eines zu detektierenden Fluids. Es ist ebenso möglich, einen oder mehrere Partikel auf der Oberfläche 20 zu detektieren oder auch eine Kombination eines oder mehrerer Fluide mit einem oder mehreren Partikeln.
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Zur Detektion des Wassertropfens 8 wird nun das Prinzip des RFID-Tags genutzt, um eine Änderung des Mediums von Luft in Wasser mittels einer Änderung und/oder Abschwächung eines von der Sendeeirichtung 3 ausgesendeten hochfrequenten Wechselsignals in Form eines elektromagnetischen Wechselfeldes zu detektieren. Die RFID-Antenne, die zusätzlich bei einem RFID-Tag mit einem Mikrocontroller verbunden sein kann, übernimmt dabei die Funktion des Empfängers des von der Sendeeinrichtung 3 ausgesendeten Signals. Die durch die RFID-Antenne aufgenommene Energie des Sendesignals kann zur Energieversorgung eines gegebenenfalls vorhandenen Mikrocontrollers verwendet werden. Dieser kann wiederum benutzt werden, um eine entsprechende Antwort auf das Empfangen des Sendesignals durch Schwächung des Sendesignals mittels kontaktfreiem Kurzschluss und/oder durch gegenphasige Reflexion des Sendesignals bereitzustellen. Da die Feldänderung beziehungsweise Wechselwirkung zwischen Sendeinrichtung 3 und Empfangseinrichtung 5 in Abwesenheit eines Fluids bekannt ist, lässt sich eine entsprechende Änderung bei Anwesenheit eines Fluids oder auch eines oder mehrerer Partikel mittels der Detektionseinrichtung 4 detektieren. Die Bekanntheit der Wechselwirkung bei Abwesenheit eines Fluids oder Partikels kann durch Erfahrungswerte während des Trimmens, in Selbst-Tests oder bei Durchführung bei bekannten äußeren Bedingungen der Vorrichtung 1 zu festlegbaren Zeitpunkten ermittelt werden. Durch das vorhandene Wasser 8 wird ein Teil der elektrischen Energie des Sendesignals absorbiert und führt wie bereits ausgeführt zu einer Feldschwächung, die dann mittels der Detektionseinrichtung 4 detektiert wird. Der ASIC kann nun anhand der detektierten Anwesenheit des Wassertropfens entsprechende Ausgangssignale des MEMS-Drucksensors 11 korrigieren, damit die Ausgangssignale trotz der Anwesenheit des Wassertropfens 8 auf der Oberfläche 20 korrekte Druckwerte übermitteln. Mit anderen Worten wird dadurch die Anwesenheit von Wasser auf der Oberfläche des Drucksensors kompensiert und das Sensorsystem liefert weiterhin korrekte Druckwerte. Hierbei kann auch auf eine Korrektur und/oder Anpassung des Ausgabe- oder Ausgangssignals der Sensoreinrichtung 2 verzichtet werden, beispielsweise, wenn aufgrund der detektierten Menge und/oder Art des Fluids oder eines Partikels eine Korrektur nicht erforderlich ist, insbesondere wenn die detektierte Menge gering ist. Darüber hinaus kann eine Detektion von Fluid und/oder von Partikeln auf der Oberfläche bei Bedarf, zufällig oder regelmäßig, insbesondere periodisch erfolgen, insbesondere während des regulären Betriebs und Einsatzes des Sensorsystems 1. Ein Bedarf kann sich hierbei beispielsweise intern durch ein Ausgabesignal der Sensoreinrichtung 2 außerhalb eines vorgegebenen Ausgabebereichs ergeben oder auch extern durch eine mit dem Sensorsystem verbundene Einrichtung.
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Es ist ebenso möglich, dass die Auswerteeinrichtung 6 und/oder die Detektionseinrichtung 4 und/oder eine separate Steuereinrichtung zur Steuerung der Sendeeinrichtung 3 oder einer anderen Einrichtung ausgebildet sind, den Wassertropfen zu entfernen. Dies erfolgt vorzugsweise durch Verdampfen des Wassertropfens mittels Mikrowellen.
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Ist kein Mikrocontroller vorhanden, also lediglich eine RFID-Antenne, die ein passives elektrisches Bauteil darstellt, sind die Sendeeinrichtung 3 und die Empfangseinrichtung 4 per se durch eine bestimmte Resonanzfrequenz in Abwesenheit eines Fluids 8 aufeinander abgestimmt. Ist das Fluid 8 nun im Bereich der Empfangseinrichtung 5 anwesend, ändert sich die dielektrische Konstante in der Umgebung der RFID-Antenne und die Resonanzfrequenz verschiebt sich in Abhängigkeit der Art und Menge des Fluids 8. Diese Verschiebung kann dann durch die Detektionseinrichtung 4 ermittelt werden und daraus die Anwesenheit, Art und/oder Menge des Fluids 8, hier Wasser, detektiert werden.
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Anstelle einer vollständigen Einbettung in ein Gel 7 kann in einer Ausführungsform die Empfangseinrichtung 5 zumindest teilweise auch direkt in Kontakt mit der Umwelt, also einem Fluid 8, angeordnet sein, was mit einer höheren Empfindlichkeit für die Detektion des Fluids 8 einhergeht.
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In einer Ausführungsform kann die Empfangseinrichtung 5 auch in oder auf einer flexiblen Folie angeordnet werden, in Form eines Die oder dergleichen. Die Anordnung der Empfangseinrichtung 5 auf der Folie kann beispielsweise durch einen Metallisierungsprozess, beispielsweise physikalische Gasphasenabscheidung oder dergleichen, erfolgen. Mittels einer Maske oder einer selektiven Opferschicht kann die entsprechende Selektivität erreicht werden. Anwendungsbereiche für eine Empfangseinrichtung 5 auf oder in einer Folie können beispielsweise Öl-gefüllte Volumina darstellen, in denen ein Sensorelement eingebracht ist.
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Die Folie kann dann das Gehäuse versiegeln. Zusätzlich zu dem Sensorelement im Öl-Volumen können dann Fluide auf der Außenseite des Öl-Volumens detektiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform können auch eine Vielzahl von Empfangseinrichtungen angeordnet werden, um größere Flächenbereiche zur Detektion von Fluiden abzudecken.
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2 zeigt ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt und 3 das Sensorsystem gemäß 2 in perspektivischer Ansicht von außen.
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Im Detail zeigen die 2 und 3 im Wesentlichen ein Sensorsystem 1 gemäß 1. Im Unterschied zum Sensorsystem 1 gemäß 1 ist bei dem Sensorsystem 1 gemäß der 2 und 3 die Oberseite des Gehäuses 10 durch eine Membran 9 hermetisch verschlossen. Die Außenseite der Membran 9 bildet hierbei die Oberfläche 20. Die Membran 9 ist dabei nachgiebig ausgeführt, um ein Angleichen des Innendrucks im Gehäuse 10 an den Außendruck außerhalb des Gehäuses 10 zu ermöglichen. Wird die nicht elektrisch leitende Membran 5 eingedrückt, wird durch ein inkompressibles Fluid 7, hier Öl, der Druck an die Sensoreinrichtung 2 mit MEMS-Drucksensor 11 weitergeleitet. Insgesamt wird damit ein Drucksensor bereitgestellt. Die RFID-Antenne ist dabei auf der dem eingeschlossenen Öl-Volumen abgewandten Seite der Membran 9 angeordnet. Die RFID-Antenne ist hierbei spiralförmig ausgebildet, das Gehäuse 10 zylinderförmig und die Membran 9 im Wesentlichen kreisförmig. Sendeeinrichtung 3 und Empfangseinrichtung 5 weisen hierbei einen Abstand zwischen 50-900 Mikrometer auf, vorzugsweise zwischen 100 Mikrometer und 500 Mikrometer.
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4 zeigt in schematischer Form Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt Schritte eines Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems gemäß einem der Ansprüche 1-11, wobei Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung eine definierte Resonanzfrequenz miteinander aufweisen und die Sendeinrichtung die Empfangseinrichtung mit einem Sendesignal in der Resonanzfrequenz in einem ersten Schritt T1 beaufschlagt und die Detektionseinrichtung eine Änderung der Resonanzfrequenz in einem weiteren Schritt T2 detektiert und daraus zumindest die Anwesenheit eines Fluids und/oder von Partikeln in einem weiteren Schritt T3 ermittelt.
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In 5 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorsystems zur Detektion eines Zustands und/oder einer Eigenschaft eines Umgebungsmediums des Sensorsystems gemäß einem der Ansprüche 1-11 gezeigt. Dieses umfasst die Schritte
- - Bereitstellen S1 einer Sensoreinrichtung zur Detektion des Zustands und/oder zumindest einer Eigenschaft des Umgebungsmediums des Sensorsystems, wobei die Sensoreinrichtung kontaktfrei zum Umgebungsmedium angeordnet wird,
- - Bereitstellen S2 zumindest eines Übertragungsmittels, wobei zumindest ein Übertragungsmittel mit einer Oberfläche versehen wird, die in Kontakt mit dem Umgebungsmedium ist, wobei mittels des zumindest einen Übertragungsmittels ein Zustand und/oder zumindest eine Eigenschaft des Umgebungsmediums durch die Sensoreinrichtung detektiert werden kann,
- - Bereitstellen S3 einer Sendeeinrichtung, die ausgebildet ist, ein Signal auszusenden,
- - Bereitstellen S4 zumindest einer Empfangseinrichtung, die von der Sendeeinrichtung beabstandet im Bereich der Oberfläche angeordnet wird und die zum Empfang des von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Signals und zum Bereitstellen eines bei Anwesenheit eines Fluids und/oder zumindest eines Partikels im Bereich der Oberfläche veränderten Signals basierend auf dem empfangenen Signal ausgebildet wird,
- - Bereitstellen S5 einer Detektionseinrichtung, die ausgebildet wird, das von der Empfangseinrichtung veränderte Signal zu empfangen und anhand des veränderten Signals zumindest die Anwesenheit eines Fluids und/oder eines Partikels im Bereich der Empfangseinrichtung zu detektieren und
- - Bereitstellen S6 einer Auswerteeinrichtung, wobei mittels der Auswerteeinrichtung ein Ausgabesignal der Sensoreinrichtung basierend zumindest auf der detektierten Anwesenheit des Fluids und/oder des Partikels angepasst werden kann.
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Zusammenfassend kann zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile und/oder Merkmale bereitstellen:
- - Kontaktlose Detektion von Fluiden, insbesondere von Wasser.
- - Höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
- - Hohe Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Ausführungen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
