DE102020212007A1

DE102020212007A1 - Verfahren zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorsystem und Sensorsystem

Info

Publication number: DE102020212007A1
Application number: DE102020212007.2A
Authority: DE
Inventors: Joachim Kreutzer; Mike Schwarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorelement (201) eines Sensorsystems (200), mindestens umfassend:Aufnehmen (101) von ersten Messdaten einer ersten physikalischen Messgröße für einen das Sensorelement (201) umfassenden Bereich (202) des Sensorsystems (200) und Bestimmen (103) eines ersten Zustands des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) des Sensorsystems (200) auf Basis der ersten Messwerte durch eine erste Messeinrichtung (203);Aufnehmen (105) von zweiten Messdaten einer zweiten physikalischen Messgröße für den das Sensorelement (201) umfassenden Bereich (202) des Sensorsystems (200) und Bestimmen (107) eines zweiten Zustands des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) des Sensorsystems (200) auf Basis der zweiten Messwerte durch eine zweite Messeinrichtung (205); undPrüfen, ob eine Ablagerung (217) vorhanden ist und Detektieren (109) einer Ablagerung auf dem Sensorelement. undDie Erfindung betrifft ferner ein Sensorsystem (200) zum Ausführen des Verfahrens (100).Die Erfindung betrifft ferner ein Sensorsystem (200) zum Ausführen des Verfahrens (100)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorelement eines Sensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Sensorsystem zum Ausführen des Verfahrens.
Stand der Technik
Systeme interagieren mit der Anwesenheit von Wasser in unterschiedlicher Art und Weise. Im Falle eines Drucksensors kann die Auswirkung von Feuchtigkeit eine Drift oder ein Offset bedeuten, welcher zu einem Fehlsignal oder Verletzung der Spezifikation führt. Im schlimmsten Fall zu einem nicht abgleichbaren Fehler und somit einer Funktion außerhalb des spezifizierten Bereiches.
Eine Erkennung von eben dem entsprechenden Medium eröffnet eine Möglichkeit, einen Drift und einen Offset des Sensors abzugleichen.
Feuchte kann sich auf mehrere Arten in einem Sensorsystem bemerkbar machen. Kondensierte Feuchtigkeit kann sich z.B. in Form eines Wassertropfens auf dem Sensor absetzen. Im Falle von sensiblen Komponenten kann dies zu Oxidationen, Kurzschlüssen oder anderen ungewünschten Phänomenen führen.
Deswegen werden diese Komponenten oftmals durch ein druckübertragendes Medium geschützt, z.B. Öl oder Gel. Jedoch kann sich Luftfeuchtigkeit in diesem Medium anreichern und dadurch Eigenschaften verändern, die Auswirkungen auf das Sensorsignal haben. Als Beispiel sei hierbei eine feuchtebedingte Volumenänderung eines Öls in einer Kammer genannt, die zu einem veränderten Innendruck führen kann. Daneben kann sich ein Wassertropfen auf dem Medium ablagern und durch seine zusätzliche Masse das Sensorsignal verfälschen. Zusätzlich können neben Feuchte auch andere Einflüsse einen Einfluss haben. Hier seien insbesondere andere Ablagerungen auf dem Sensor erwähnt, z.B. Öltropfen, Partikel oder feste Strukturen wie Biofilme.
Es sind bereits Methoden bekannt, wie ein abgelagerter Wassertropfen detektiert werden kann.
In der Druckschrift US2004/108 861 A werden kapazitive Elektroden vorgeschlagen, mit denen abgelagerte Flüssigkeitstropfen detektiert werden können, da sich die kombinierte Dielektrizitätskonstante der Umgebung ändert.
Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus weitere Lösungen zum Detektieren von Flüssigkeitsablagerungen auf Sensorelementen bekannt.
Alle bekannten Lösungen haben jedoch gemeinsam, dass sie nur eine einzelne Messgröße aufnehmen können, beispielsweise die Kapazität um eine Elektrode oder die notwendige Zeit, um durch kontrolliertes Aufheizen eine bestimmte Temperatur zu erreichen. Bekanntermaßen lässt sich durch eine einzelne Messgröße jedoch nur eine einzelne Variable ermitteln, beispielsweise die Dielektrizitätskonstante um die Elektrode oder die zusätzliche thermische Masse. Damit ist es unmöglich, zusätzliche Informationen zu erhalten, um die Variable korrekt zuzuordnen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorsystem und ein Sensorsystem zum Ausführen des Verfahrens bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorelement eines Sensorsystems bereitgestellt, mindestens umfassend:

Aufnehmen von ersten Messdaten einer ersten physikalischen Messgröße für einen das Sensorelement umfassenden Bereich des Sensorsystems und Bestimmen eines ersten Zustands des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems auf Basis der ersten Messwerte durch eine erste Messeinrichtung;
Aufnehmen von zweiten Messdaten einer zweiten physikalischen Messgröße für einen das Sensorelement umfassenden Bereich des Sensorsystems und Bestimmen eines zweiten Zustands des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems auf Basis der zweiten Messwerte durch eine zweite Messeinrichtung; und
Prüfen, ob eine Ablagerung vorhanden ist und Detektieren einer Ablagerung auf dem Sensorelement auf Basis des ersten Zustands und/oder des zweiten Zustands.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein verbessertes Verfahren zum Detektieren einer Ablagerung auf einen Sensorelement eines Sensorsystems bereitgestellt werden kann. Durch die Messung der wenigstens zwei physikalischen Messgrößen durch die ersten und zweiten Messeinrichtungen kann eine exaktere Bestimmung bzw. Detektion einer Ablagerung auf dem Sensorelement erreicht werden. Indem physikalische Messgrößen ausgewählt werden, die einander ergänzende Informationen bezüglich einer möglichen Ablagerung bereitstellen, kann erreicht werden, dass selbst Ablagerungen detektiert werden können, die beispielsweise durch Messung lediglich einer der beiden physikalischen Messgrößen undetektiert bleiben würde, da aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Ablagerung diese für Messungen der einen physikalischen Größe unsichtbar bleibt. Durch Messung einer weiteren physikalischen Größe kann eine Detektion der Ablagerung dennoch erreicht werden.
Die verwendeten physikalischen Größen können hierbei vorteilhafterweise derart ausgewählt sein, dass bezüglich einer Vielzahl verschiedener Ablagerungen nichtredundante Informationen bezüglich der Ablagerungen durch Messungen der einzelnen physikalischen Messgrößen bereitgestellt werden können. Physikalische Messgrößen können beispielsweise eine elektrische Leitfähigkeit, eine thermische Leitfähigkeit, eine elektrische Kapazität, eine Wärmekapazität, eine Reflektivität einer elektromagnetischen Strahlung an einer Grenzfläche oder ähnliche Messgrößen sein.
Einschub: Ein Zustand des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems ist im Sinne der Anmeldung ein Verhalten des genannten Bereichs in Bezug auf die jeweilige physikalische Messgröße. So kann beispielsweise beim Messen eines Temperaturverhaltens des Bereichs der Zustand des Bereichs durch eine Wärmekapazität ausgedrückt sein. In Abhängigkeit von der Anwesenheit bzw. Abwesenheit verschieden gestalteter Ablagerungen kann der das Sensorelement umfassende Bereich unterschiedliche Temperaturverhalten in Form verschiedener Werte der Wärmekapazität aufweisen und somit bezüglich der jeweiligen Messgröße verschiedene Zustände aufweisen.
Nach einem zweiten Aspekt wird ein Sensorsystem mit einem Sensorelement, einer ersten Messeinrichtung, einer zweiten Messeinrichtung und einer Auswerteeinheit bereitgestellt, wobei das Sensorelement eingerichtet ist, Sensorwerte aufzunehmen, wobei die erste Messeinrichtung eingerichtet ist, erste Messdaten einer ersten physikalischen Messgröße aufzunehmen, wobei die zweite Messeinrichtung eingerichtet ist, zweite Messdaten einer zweiten physikalischen Messgröße aufzunehmen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, eine Auswertung der Sensorwerte durchzuführen, und wobei das Sensorsystem eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Sensorsystem bereitgestellt werden kann, das eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektieren von Ablagerungen mit den genannten Vorteilen durchzuführen.
Nach einem dritten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt, wenn es auf einer Auswerteeinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Bestimmen einer Eigenschaft der Ablagerung auf Basis des ersten Zustands und des zweiten Zustands des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems durch eine Auswerteeinheit.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass neben der Detektion einer Ablagerung auf dem Sensorelement zusätzliche Informationen bezüglich der Ablagerung bereitgestellt werden können. Neben einer einfachen binären Detektion einer Ablagerung auf dem Sensorelement, die lediglich eine Anwesenheit einer Ablagerung bzw. eine Abwesenheit einer Ablagerung bestimmen kann, kann über die zusätzliche Bestimmung einer Eigenschaft der Ablagerung die Präzision der Detektion der Ablagerung erhöht werden. Eine Eigenschaft der Ablagerung kann beispielsweise eine Materialeigenschaft, eine Massenangabe, ein Aggregatszustand bzw. beliebige physikalische Eigenschaften der Ablagerung umfassen. Je nach Wahl der ersten und zweiten physikalischen Messgrößen kann die bestimmbare Eigenschaft der Ablagerung dahingehend gewählt werden, welche Eigenschaften der Ablagerung durch Messung der jeweils gewählten physikalischen Messgröße bestimmbar sind. So können beispielsweise die ersten und zweiten physikalischen Messgrößen derart ausgewählt werden, dass relevante Eigenschaften, wie beispielsweise eine Masse bzw. ein Aggregatszustand, für eine Vielzahl von wahrscheinlichen Ablagerungen bestimmt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Detektieren der Ablagerung: Ermitteln einer ersten Abweichung des ersten Zustands von einem ersten Referenzzustand und/oder Ermitteln einer zweiten Abweichung des zweiten Zustands von einem zweiten Referenzzustand des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems durch die Auswerteeinheit und Bestimmen der Eigenschaft der Ablagerung auf Basis der ersten Abweichung und/oder der zweiten Abweichung, wobei der erste Referenzzustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein Zustand des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems ohne Ablagerung bezüglich der ersten physikalischen Messgröße und der zweiten physikalischen Messgröße ist.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine weitere Präzisierung der Detektion einer Ablagerung auf dem Sensorelement erreicht werden kann. Durch Ermitteln einer Abweichung des jeweils bestimmten Zustands von einem Referenzzustand, der einen Zustand des Sensorelements ohne eine entsprechende Ablagerung beschreibt, kann aus der Messung der jeweiligen physikalischen Messgröße eine Information bezüglich der detektierten Ablagerung ermittelt werden. Hierdurch kann eine entsprechende Eigenschaft der Ablagerung bezüglich der jeweils gemessenen physikalischen Messgröße bestimmt werden. Beispielsweise kann beim Messen eines Temperaturverhaltens des Sensorelements durch Abgleich des gemessenen Temperaturverhaltens zu einem bekannten Referenztemperaturverhalten des Sensorelements neben einer Detektion einer Ablagerung aufgrund der ermittelten Abweichung des gemessenen Temperaturverhaltens vom Referenztemperaturverhalten eine Aussage bezüglich des Temperaturverhaltens der Ablagerung getroffen werden. Neben der reinen Detektion der Ablagerung kann somit durch Berücksichtigung eines Referenzzustands und der Ermittlung einer entsprechenden Abweichung des gemessenen Zustands vom Referenzzustand eine Information über die detektierte Ablagerung bezüglich der jeweils gemessenen physikalischen Messgröße ermittelt werden, auf deren Basis eine Eigenschaft der detektierten Ablagerung bezüglich der gemessenen physikalischen Messgröße bestimmbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Detektieren der Ablagerung: Ermitteln eines ersten Merkmals der Ablagerung auf Basis der ersten Abweichung und Ermitteln eines zweiten Merkmals der Ablagerung auf Basis der zweiten Abweichung und Bestimmen einer Eigenschaft der Ablagerung unter Berücksichtigung des ersten Merkmals und des zweiten Merkmals.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine präzise Bestimmung einer Eigenschaft einer Ablagerung auf dem Sensorelement ermöglicht ist. Durch Bestimmung der verschiedenen Merkmale der Ablagerung, die jeweils eine Information bezüglich der jeweils gemessenen physikalischen Messgröße erlaubt, lässt sich eine Eigenschaft der Ablagerung unter Berücksichtigung der beiden Merkmale der Ablagerung ermitteln. Die Eigenschaft kann hierbei eine Materialeigenschaft, eine Masse, eine Position auf dem Sensorelement, ein Aggregatszustand oder eine beliebige andere Eigenschaft der Ablagerung sein. Die jeweiligen Messgrößen können insbesondere dahingehend ausgewählt werden, dass unter Berücksichtigung der durch die jeweils ausgewählten physikalischen Messgroßen ermittelbaren Merkmale der detektierten Ablagerung eine relevante Eigenschaft der Ablagerung bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Messeinrichtung ein Heizelement, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte ein Heizen und ein Bestimmen einer Temperatur und/oder einer zeitlichen Temperaturänderungsrate des das Sensorelement umfassenden Bereichs umfasst, und wobei der erste Zustand und der erste Referenzzustand jeweils eine Wärmeaufnahme des das Sensorelement umfassenden Bereichs umfassen.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine möglichst präzise und technisch einfache Detektion einer Ablagerung und Bestimmung einer entsprechend Eigenschaft der Ablagerung ermöglicht ist. Durch das Heizen und Bestimmen einer Temperatur bzw. einer zeitlichen Temperaturänderung des Sensorelements kann eine Wärmeaufnahme des Sensorelements bzw. des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems bestimmt werden. Durch Ermitteln einer entsprechend von einem Referenzzustand abweichenden Wärmeaufnahme des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems kann eine jeweilige Ablagerung auf dem Sensorelement, die zur Abweichung der Wärmeaufnahme beiträgt, detektiert werden. Da Temperaturmessungen technisch einfach und höchst präzise durchgeführt werden können, ist hierdurch eine höchst präzise Detektion einer Ablagerung ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite Messeinrichtung eine elektrische Kondensatoreinheit, wobei das Aufnehmen der zweiten Messwerte ein Messen einer elektrischen Kapazität umfasst, und wobei der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein dielektrisches Verhalten des das Sensorelement umfassenden Bereichs umfassen.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine weitere technische einfache und präzise Detektionsmethode einer Ablagerung bereitgestellt werden kann. Durch die Kondensatoreinheit als Messeinrichtung kann ein dielektrisches Verhalten des das Sensorelement umfassenden Bereichs des Sensorsystems ermittelt werden. Über die Detektion einer Abweichung zum Referenzzustand, der in dieser Ausführungsform ein dielektrisches Verhalten des Sensorelements bzw. des das Sensorelement umfassenden Bereichs ohne Ablagerung beschreibt, kann eine Ablagerung, die zur ermittelten Abweichung beiträgt, detektiert werden. Da Kapazitätsmessungen technisch einfach und höchst präzise durchführbar sind, kann hierdurch eine technisch einfache und höchst präzise Detektion einer Ablagerung erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Messeinrichtung oder die zweite Messeinrichtung eine Strahlungssensoreinheit zum Aussenden und/oder Empfangen von Strahlungssignalen, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte oder der zweiten Messwerte ein Messen einer Reflexion von Strahlungssignalen an einer Grenzfläche des Sensorelements umfasst, und wobei der erste Zustand und der ersten Referenzzustand oder der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein Reflexionsverhalten des Sensorelements umfassen. Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine weitere technisch einfache und präzise Messmethode zur Detektion einer Ablagerung bereitgestellt werden kann. Durch das Messen eines Reflexionsverhaltens an einer Grenzfläche des Sensorelements für eine vorbestimmte elektromagnetische Strahlung können eine Ablagerung detektiert und entsprechende Merkmale der Ablagerung bestimmt werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst die erste Messeinrichtung oder die zweite Messeinrichtung eine mechanische Anregungseinheit zum Anregen von mechanischen Schwingungen und/oder Empfangen von mechanischen Schwingungen eines bestimmten Frequenzbereichs der Objekte in dem das Sensorelement umfassenden Bereichs, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Messen von mechanischen Schwingungen eines bestimmten Frequenzbereichs des Sensorelements und/oder der Objekte im Bereich umfasst, und wobei der erste Zustand und der ersten Referenzzustand oder der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein Schwingungsverhalten des Sensorelements umfassen.
Nach einer Ausführungsform umfasst die erste Messeinrichtung oder die zweite Messeinrichtung eine kapazitive Detektionseinheit mit einer RFID-Sensor-/Empfängereinheit zum Bestimmen kapazitiver Werte der Objekte innerhalb des das Sensorelement umfassenden Bereichs mittels eines an der Grenzfläche angeordneten RFID-Tags, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Bestimmen von kapazitiven Eigenschaften des Sensorelements umfasst, und wobei der erste Zustand und der ersten Referenzzustand oder der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils kapazitive Eigenschaften des Sensorelements umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste Merkmal eine Wärmekapazität und/oder eine Masse der Ablagerung, wobei das zweite Merkmal eine Dielektrizitätskonstante und/oder eine Position auf dem Sensorelement der Ablagerung umfasst, und wobei die Eigenschaft eine Materialeigenschaft der Ablagerung umfasst.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine präzise und aussagekräftige Bestimmung verschiedener Merkmale der detektierten Ablagerung ermöglicht ist. Darüber hinaus ist über die Kombination der redundanten Informationen bezüglich der Wärmekapazität bzw. des dielektrischen Verhaltens eine Unterscheidung verschiedener detektierter Ablagerungen ermöglicht. So können Ablagerungen, die zu einer identischen oder vergleichbaren Änderung der Wärmekapazität des das Sensorelement umfassenden Bereichs führen, über die Ermittlung unterschiedlichen dielektrischen Verhaltens voneinander unterschieden werden. Für Ablagerungen, die ein identisches oder vergleichbares dielektrisches Verhalten aufweisen, kann wiederum über die Ermittlung einer unterschiedlichen Wärmekapazität eine Unterscheidung getroffen werden. Darüber hinaus kann über eine Kombination der verschiedenen Informationen bezüglich der Wärmekapazität bzw. des dielektrischen Verhaltens eine Position der Ablagerung auf dem Sensorelement bzw. verschiedene Materialeigenschaften der Ablagerung bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Detektieren einer Auswirkung der detektierten Ablagerung auf Sensorwerte des Sensorelements und/oder Ermitteln einer Fehlfunktion des Sensorelements durch die Auswerteeinheit.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Sensorsystem eine entsprechende Reaktion auf eine detektierte Ablagerung ermöglicht. So kann beispielsweise bei Detektion einer Ablagerung und einer damit verbundenen Verfälschung der durch das Sensorelement bestimmten Sensorwerte ein das Sensorsystem umfassendes System darauf aufmerksam gemacht werden, dass die bereitgestellten Sensorwerte fehlerhaft sind. So kann beispielsweise bei Verwendung des Sensorsystems in einem Mobilgerät dem Nutzer eine Fehlfunktion des Sensorsystems angezeigt werden, sodass dieser eine Wartung bzw. Reparatur veranlassen kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Kompensieren einer Auswirkung der detektierten Ablagerung auf Sensorwerte des Sensorelements und Generieren von kompensierten Sensorwerten durch die Auswerteeinheit.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine Korrektur bzw. Kompensation der Effekte der Ablagerung auf die Sensorwerte des Sensorelements bereitgestellt werden kann. Hierdurch können Auswirkungen der Ablagerung unmittelbar ausgeglichen werden, sodass eine Ablagerung die Funktionsweise des Sensorelements nicht beeinträchtigt.
Nach einer Ausführungsform umfassen die erste Messeinrichtung und/oder die zweite Messeinrichtung ein Heizelement und/oder eine mechanische Anregungseinheit, wobei das Verfahren ferner umfasst:

Entfernen der detektierten Ablagerung durch Ausführen des Heizelements und/oder der mechanischen Anregungseinheit der ersten Messeinrichtung und/oder der zweiten Messeinrichtung, wobei das Ausführen des Heizelements ein Heizen und ein Verdampfen der Ablagerung umfasst, und wobei das Ausführen der mechanischen Anregungseinheit ein in Vibration Versetzen des Sensorelements und ein durch die Vibrationen verursachtes Zerbrechen der Ablagerung umfasst.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine detektierte Ablagerung durch Ausführen der ersten und/oder zweiten Messeinrichtungen, mittels denen eine Detektion der Ablagerung durchgeführt wurde, entfernt werden kann. Hierdurch kann eine Normalfunktion ohne eine zusätzliche Wartung des Sensorsystems automatisch wieder hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren während eines Betriebs des Sensorsystems und/oder werkseitig während eines Kalibrierungs- oder Kontrollprozesses durchgeführt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein breiter Einsatzbereich des Verfahrens bereitgestellt werden kann. Bei der Durchführung des Verfahrens in einem werksseitigen Kalibrierungs- oder Kontrollprozess können fertigungsbedingte Ablagerungen wie beispielsweise Materialspäne detektiert und korrigiert und/oder in den Kalibrierungsprozess eingeführt bzw. in diesem berücksichtigt werden. Bei der Durchführung des Verfahrens während des Betriebs des Sensorsystems können gebrauchsbedingte Ablagerungen detektiert werden, wie beispielsweise Staubpartikel bzw. Feuchtigkeitstropfen detektiert werden. Hierdurch können gebrauchsbedingte Ablagerungen ermittelt und entsprechend berücksichtigt werden. Das Verfahren kann dabei in regelmäßigen Zeitabständen automatisch, ereignisinitiiert und/oder von einem Host-System initiiert durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ablagerung eine Flüssigkeitsablagerung, eine Festkörperablagerung oder eine atmosphärische Ablagerung. Es kann sich auch um eine Kombination mehrerer Ablagerungen handeln, also Mischungen von abhängigen oder unabhängigen Einzelablagerungen, gegebenenfalls auch verschiedener Aggregatszustände wie in Flüssigkeiten gelöste Festkörper, also z. B. Salzwasser.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein möglichst breiter Bereich verschiedener Ablagerungen detektiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Sensorelement ein Drucksensorelement.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine Ablagerung auf einem Drucksensorelement detektiert werden kann, bei dem eine entsprechende Ablagerung einen nicht vernachlässigbaren Einfluss auf die jeweiligen Sensorwerte haben kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit in das Sensorsystem integriert oder als eine externe oder partiell externe Auswerteeinheit ausgebildet.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine möglichst breite Ausführbarkeit des Verfahrens bereitgestellt werden kann. Das Verfahren kann beispielsweise durch einen ASIC, der in das Sensorsystem integriert ist, ausgeführt werden. Alternativ kann das Verfahren durch eine externe Auswerteeinheit, die beispielsweise durch eine Steuereinheit des Systems, in das das jeweilige Sensorsystem integriert ist, gebildet sein. Eine externe Auswerteeinheit kann darüber hinaus beispielsweise ein entsprechend trainiertes neuronales Netz umfassen, mittels dem eine Auswertung der jeweiligen ersten und zweiten Messwerte ermöglicht ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung in das Sensorsystem integriert.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein möglichst kompaktes Sensorsystem bereitgestellt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Sensorsystems;
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform;
3 ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung von Aspekten des Verfahrens in 2, 3 gemäß einer Ausführungsform;
5 eine weitere schematische Darstellung von Aspekten des Verfahrens in 2, 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 eine weitere schematische Darstellung von Aspekten des Verfahrens in 2, 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
7 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts gemäß einer Ausführungsform.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorsystems 200 gemäß einer Ausführungsform.
In der Ausführungsform in 1 umfasst das Sensorsystem 200 ein Sensorelement 201, eine erste Messeinrichtung 203, eine zweite Messeinrichtung 205, eine Auswerteeinheit 207 und ein Gehäuse 211. Das Sensorelement 201 umfasst ferner einen MEMS-Drucksensor 208 und ein oberhalb des MEMS-Drucksensors 208 und innerhalb des Gehäuses 211 angeordnetes druckübertragendes Medium 209.
Die Auswerteeinheit 207 kann beispielsweise als ein ASIC ausgebildet sein.
In der Ausführungsform in 1 ist das Sensorsystem 200, insbesondere das Sensorelement 201 als ein Drucksensor ausgebildet.
Ferner umfasst das Sensorsystem 200 einen Bereich 202, der sowohl das Sensorelement 201 als auch das druckübertragende Medium 209 sowie die ersten und zweiten Messeinrichtungen 203, 205 umfasst. In der Ausführungsform in 1 ist das Sensorelement 201 als ein MEMS-Sensor 208 ausgebildet.
Ferner sind in 1 ein erstes Messsignal 213 der ersten Messeinrichtung 203 und ein zweites Messsignal 215 der zweiten Messeinrichtung 205 dargestellt. Mittels den ersten und zweiten Messsignalen 213, 215 können erste und zweite Messwerte von zwei physikalischen Messgrößen für den Bereich 202 des Sensorsystems 200 aufgenommen werden.
Das Sensorsystem 200 ist insbesondere eingerichtet, ein Verfahren 100 zum Detektieren einer Ablagerung durchzuführen.
Die in 1 gezeigte Ausführungsform des Sensorsystems 200 ist lediglich schematisch und beispielhaft und soll die Erfindung nicht beschränken. Ein erfindungsgemäßes Sensorsystem 200 kann von der in 1 dargestellten Ausführungsform in Bezug auf Anordnung, Form, Ausgestaltung oder Anzahl der Komponenten, Größenrelationen der Komponenten und weitere Eigenschaften abweichen. Insbesondere können die Anordnung oder Ausgestaltung der ersten und zweiten Messeinrichtungen 203, 205 von der in 1 gezeigten Ausführung abweichen. Zusätzlich kann der Bereich 202 eine andere Form in als in 1 dargestellt aufweisen und gegebenenfalls zusätzlich weitere Objekte, insbesondere im Fall einer am Sensorelement 201 angeordneten Ablagerung, eine entsprechende Ablagerung umfassen.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorsystem 200 gemäß einer Ausführungsform.
Die im Folgenden in einer durch die 2 vorgegebenen Reihenfolge der Verfahrensschritte des Verfahrens 100 soll keine zeitliche Abfolge des Ausführens der Verfahrensschritte implizieren. Verfahrensschritte des Verfahrens 100 können gegebenenfalls in einer beleibeigen zeitlichen Reihenfolge, die auch ein zeitgleiches Ausführen von Verfahrensschritten umfasst, ausgeführt werden.
Das Verfahren 100 zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorelement 201 eines Sensorsystems 200 ist auf ein Sensorsystem 200 gemäß der Ausführungsform in 1 anwendbar.
Das Verfahren 100 in der Ausführungsform in 2 wie auch in der Ausführungsform in 3 wird mit Bezug auf die schematischen Darstellungen in den 4 bis 7 beschrieben werden.
Zum Detektieren einer Ablagerung auf dem Sensorelement 201 des Sensorsystems 200 werden in einem ersten Verfahrensschritt 101 zunächst von der ersten Messeinrichtung 203 erste Messdaten einer ersten physikalischen Messgröße für den Bereich 202 des Sensorsystems 200 aufgenommen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 103 wird auf Basis der ersten Messdaten ein erster Zustand des Sensorsystems 200 bestimmt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 105 werden durch die zweite Messeinrichtung 205 zweite Messdaten einer zweiten physikalischen Messgröße für den Bereich 202 des Sensorsystems 200 aufgenommen.
In einem weiteren Verfahrensschritt 107 wird ein zweiter Zustand des Sensorsystems 200 auf Basis der zweiten Messdaten bestimmt.
In einer Ausführungsform kann die erste Messeinrichtung 203 beispielsweise ein Heizelement umfassen. Mittels des Heizelements kann das Sensorsystem 200 insbesondere das Sensorelement 201 inklusive des MEMS-Sensors 208 und des druckübertragenden Mediums 209 auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt werden und eine Temperaturaufnahmerate bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise die Zeit ermittelt werden, die das Sensorsystem 200 benötigt, um auf die entsprechende Temperatur aufgeheizt zu werden. Alternativ kann innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums und einer vorbestimmten Heizleistung die erreichte Temperatur des Sensorsystems 200 ermittelt werden. Über die Aufnahme der entsprechenden ersten Messdaten, die in diesem Fall Daten von Temperatur- und Zeitmessungen umfassen und eine Heizrate beschreiben, kann somit eine Wärmekapazität des Sensorsystems 200, insbesondere des Bereichs 202 und der darin angeordneten Objekte, sprich dem MEMS-Sensors 208, dem druckübertragenen Mediums 209 und gegebenenfalls einer Ablagerung auf dem druckübertragenen Medium 209, bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Messeinrichtung 205 eine in den Figuren nicht dargestellte Kondensatoreinheit umfassen, mittels der eine elektrische Kapazität der Objekte innerhalb des Bereichs 202 des Sensorsystems 200 bestimmt wird. Die Kondensatoreinheit kann hierbei derart angeordnet sein, dass der MEMS-Sensor 208, das druckübertragende Medium 209 und gegebenenfalls eine Ablagerung zwischen den Platten des Kondensators angeordnet sind. Über Kapazitätsmessungen der Kondensatoreinheit können Änderungen der Objekte zwischen den Kondensatorplatten ermittelt werden, die auf die An- Abwesenheit von Ablagerungen zurückgeführt werden können. Platten des Kondensators können alternativ als Leiterelemente ausgebildet sein, die eingerichtet sind, ein elektrisches Feld zu erzeugen.
Alternativ kann die erste Messeinrichtung 203 bzw. die zweite Messeinrichtung 205 ein Strahlungssensorelement umfassen, das eingerichtet ist, Strahlungssignale einer bestimmten elektromagnetischen Strahlung in Richtung der Grenzfläche 223 des Sensorelements 201 auszusenden und an der Grenzfläche 223 reflektierte Strahlungssignale zu empfangen. Hierüber kann ein Reflexionsverhalten des Sensorelements 201 an der Grenzfläche 223 ermittelt werden. Anhand der gemessenen Reflektion kann eine Änderung der Grenzfläche 223 beobachtet werden, die auf die An- oder Abwesenheit von Ablagerungen zurück geführt werden kann. Als elektromagnetische Strahlung könnte beispielsweise der optische oder nahoptische beziehungsweise infrarote Bereich des Lichtspektrums genutzt werden.
Alternativ kann die erste Messeinrichtung 203 bzw. die zweite Messeinrichtung 205 eine Anregungseinheit umfassen, mittels der das Sensorelement 201, insbesondere der MEMS-Sensor 208 und das druckübertragende Medium 209, in eine Schwingung versetzt werden kann. Ferner können die ersten und zweiten Messeinrichtungen 203, 205 eine Schwingungsanalyseeinrichtung umfassen, mittels der eine Resonanzschwingung des Sensorelements 201 ermittelbar ist. Über Änderungen der Resonanzschwingung können somit Ablagerungen auf dem Sensorelement 201 detektiert werden. Alternativ können neben der Resonanzschwingung auch andere Schwingungsanteile zur Bestimmung zur Detektion einer Ablagerung berücksichtigt werden.
Alternativ kann die erste Messeinrichtung 203 bzw. die zweite Messeinrichtung 205 eine kapazitive Detektionseinheit mit einer RFID-Sensor-/Empfängereinheit zum Bestimmen kapazitiver Werte der Objekte innerhalb des Bereichs 202 mittels einem an der Grenzfläche 223 angeordneten RFID-Tags umfassen, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Bestimmen von kapazitiven Eigenschaften des Sensorelements 201 umfasst, und wobei der erste Zustand und der ersten Referenzzustand oder der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils kapazitive Eigenschaften des Sensorelements 201 umfassen.
Alternativ kann das Sensorsystem 200 weitere Messeinrichtungen umfassen, sodass zur Detektion einer Ablagerung auf dem Sensorelement 201 eine Mehrzahl verschiedener Messdaten bezüglich verschiedener physikalischer Messgrößen aufgenommen und ausgewertet werden können.
Auf Basis der ersten und zweiten Messdaten wird in einem folgenden Verfahrensschritt 109 eine Ablagerung auf dem Sensorelement 201 detektiert.
Darauf folgend wird in einem weiteren Verfahrensschritt 111 eine Eigenschaft der Ablagerung unter Berücksichtigung der ersten und zweiten Messdaten ermittelt.
Nach einer Ausführungsform, in der die erste Messeinrichtung 203 ein Heizelement und die zweite Messeinrichtung 205 eine elektrische Kondensatoreinheit umfasst, wird von der ersten Messeinrichtung 203 ein Aufwärmverhalten des Bereichs 202 und von der zweiten Messeinrichtung 205 ein dielektrisches Verhalten des Bereichs 202 bestimmt. Auf Basis des Aufwärmverhaltens lässt sich ein erster Zustand des Bereichs 202 ermitteln, der beispielsweise eine Wärmekapazität der Objekte innerhalb des Bereichs 202 beschreibt, während auf Basis des dielektrischen Verhaltens ein zweiter Zustand des Bereichs 202 ermittelt werden kann, der beispielsweise dielektrische Eigenschaften der Objekte, beziehungsweise einer Gesamtheit der Objekte innerhalb des Bereichs 202 beschreibt. Auf Basis der Wärmekapazität und der ermittelten dielektrischen Eigenschaften, die beispielsweise in einer Dielektrizätskonstante der Gesamtheit der Objekte innerhalb des Bereichs 202 beschrieben werden können, ist zum einen eine Ablagerung detektierbar, wenn eine Wärmekapazität bzw. eine Dielektrizitätskonstante ermittelt wird, die von der Wärmekapazität bzw. Dielektrizitätskonstante des Sensorelements 201 ohne Ablagerung abweicht.
Über die ermittelte Wärmekapazität bzw. Dielektrizitätskonstante lässt sich neben der Detektion der Ablagerung zusätzlich eine Eigenschaft der Ablagerung bestimmen. Diese kann beispielsweise ein Typ einer Ablagerung, eine Materialeigenschaft, eine Masse oder eine Position der Ablagerung auf dem Sensorelement 201 sein. Eine Ablagerung aus einem bestimmten Material und einer bestimmten Masse weist eine charakteristische Wärmekapazität bzw. weist ein charakteristisches dielektrisches Verhalten auf. Das dielektrische Verhalten kann insbesondere über die Position der Ablagerung auf dem Sensorelement beeinflusst werden, insbesondere wenn die Ablagerung lediglich teilweise innerhalb des Bereichs 202 und somit innerhalb der Kondensatoreinheit angeordnet ist.
3 zeigt ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens 100 zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorsystem 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Ausführungsform in 3 basiert auf der Ausführungsform in 2 und umfasst alle dort dargestellten Verfahrensschritte. Sofern diese in der folgenden Ausführungsform unverändert bleiben, wird von einer erneuten detaillierten Beschreibung abgesehen.
In der Ausführungsform in 3 umfasst der Verfahrensschritt 109 ferner einen Verfahrensschritt 113, in dem eine erste Abweichung des ersten Zustands von einem ersten Referenzzustand ermittelt wird. Der erste Referenzzustand beschreibt hierbei einen Zustand, den das Sensorsystem bezüglich der ersten physikalischen Messgröße einnimmt, wenn keine Ablagerung auf dem Sensorelement angeordnet ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt 115 wird zum Detektieren der Ablagerung eine zweite Abweichung des zweiten Zustands des Sensorsystems 200 von einem zweiten Referenzzustand ermittelt. Der zweite Referenzzustand beschreibt hierbei einen Zustand des Sensorsystems 200 ohne Ablagerung bezüglich der zweiten physikalischen Messgröße.
In einem folgenden Verfahrensschritt 119 wird auf Basis der ersten Abweichung ein erstes Merkmal der Ablagerung bestimmt.
In einem folgenden Verfahrensschritt 121 wird auf Basis der zweiten Abweichung ein zweites Merkmal der Ablagerung bestimmt.
In einem folgenden Verfahrensschritt 123 wird die Eigenschaft der Ablagerung unter Berücksichtigung der ersten und zweiten Merkmale der Abweichung bestimmt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, in der die erste Messeinrichtung 203 ein Heizelement und die zweite Messeinrichtung 205 eine Kondensatoreinheit umfassen, beschreibt der erste Zustand des Bereichs 202 eine Wärmekapazität bzw. ein Aufwärmverhalten des Bereichs 202, während der erste Referenzzustand eine Wärmekapazität des Bereichs 202 beschreibt, für ein Sensorelement 201, auf dem keine Ablagerung angeordnet ist. Der zweite Zustand des Bereichs 202 beschreibt in dieser Ausführungsform ein dielektrisches Verhalten bzw. eine Dielektrizitätskonstante, während der zweite Referenzzustand ein dielektrisches Verhalten bzw. eine Dielektrizitätskonstante des Bereichs 200 für ein Sensorelement 201 beschreibt, auf dem keine Ablagerung angeordnet ist.
Durch eine auf dem Sensorelement 201 angeordnete Ablagerung ändert sich sowohl die Wärmekapazität der Objekte beziehungsweise der Gesamtheit der Objekte innerhalb des Bereichs 202 als auch gegebenenfalls das dielektrische Verhalten der Objekte innerhalb des Bereichs 202 des Sensorsystems 200. Durch Messen der Wärmekapazität der Objekte innerhalb des Bereichs 202 durch die erste Messeinrichtung 203 kann eine Abweichung der gemessenen Wärmekapazität zu einer bekannten Wärmekapazität für den Bereich 202 für ein Sensorelement 201, auf dem keine Ablagerung angeordnet ist, ermittelt werden. Durch die angeordnete Ablagerung erhöht sich die Wärmekapazität der Objekte innerhalb des Bereichs 202. Analog kann über eine Messung eines dielektrischen Verhaltens der Objekte innerhalb des Bereichs 202 durch die zweite Messeinrichtung 205 eine Abweichung vom dielektrischen Verhalten des Sensorelements 201, auf dem keine Ablagerung angeordnet ist, festgestellt werden. Durch die Ablagerung auf dem Sensorelement 201 wird eine Änderung des dielektrischen Verhaltens der Objekte innerhalb des Bereichs 202 hervorgerufen.
Durch Ermittlung der ersten Abweichung in Form der geänderten Wärmekapazität und der zweiten Abweichung in Form des veränderten dielektrischen Verhaltens kann ein erstes Merkmal in Form einer entsprechenden Wärmekapazität und ein zweites Merkmal in Form eines entsprechenden dielektrischen Verhaltens der Ablagerung bestimmt werden. Neben der reinen Detektion der Ablagerung können somit zusätzliche Informationen bezüglich der detektierten Ablagerung in Form der ersten und zweiten Merkmale bestimmt werden. Auf Basis der ersten und zweiten Merkmale kann anschließend eine Eigenschaft der Ablagerung bestimmt werden.
Diese kann beispielsweise eine Materialeigenschaft und eine Masse der Ablagerung auf dem Sensorelement 201 sein. Durch Bestimmung der Wärmekapazität und des dielektrischen Verhaltens der Ablagerung, die sich jeweils aus den ersten und zweiten Merkmalen der Ablagerung ergeben, lässt sich beispielsweise eine Masse und eine Materialeigenschaft der Ablagerung ermitteln. Da das dielektrische Verhalten charakteristisch für Ablagerungen unterschiedlicher Materialien ist, ermöglicht die Messung des dielektrischen Verhaltens eine Bestimmung des Materials der Ablagerung. In Kombination mit der ermittelten Wärmekapazität, die wiederum materialspezifisch ist, kann somit eine Masse der auf dem Sensorelement 201 angeordneten Ablagerung bestimmt werden.
Darüber hinaus lassen sich weitere Merkmale bzw. Eigenschaften der Ablagerung bestimmen, die gegebenenfalls in Abhängigkeit von der gewählten Messgröße stehen. Durch geeignete Wahl der ersten und zweiten Messgröße lassen sich somit neben der reinen Detektion der Ablagerung beliebige Eigenschaften der auf dem Sensorelement 201 angeordneten Ablagerung bestimmen.
Darüber hinaus lassen sich durch die Kombination der Messungen der wenigstens zwei unterschiedlichen physikalischen Größen Ablagerungen detektieren, die mit der Messung lediglich einer physikalischen Messgröße nicht detektierbar wäre. So lässt sich beispielsweise durch Bestimmen der Wärmekapazität der Objekte innerhalb des Bereichs 200 eine Ablagerung detektieren, die ein zum Sensorelement 201 identisches dielektrisches Verhalten aufweist, und somit durch eine Messung des dielektrischen Verhaltens durch die Kondensatoreinheit der zweiten Messeinrichtung 205 nicht detektierbar wäre.
Zusätzlich lässt sich durch die Kombination der Messungen der wenigsten zwei unterschiedlichen physikalischen Größen beispielsweise eine Masse des druckübertragenden Mediums 209 bestimmen. So lässt sich beispielsweise ein Wert einer Wärmekapazität, der nicht mit einem druckübertragenden Medium 209 einer bestimmten Masse übereinstimmt, über eine Messung beispielsweise eines dielektrischen Verhaltens damit erklären, dass das druckübertragende Medium 209 eine von der ursprünglich angenommenen abweichenden Masse umfasst.
Ferner umfasst das Verfahren 100 in der Ausführungsform in 3 einen weiteren Verfahrensschritt 125, in dem eine Auswirkung der im Verfahrensschritt 109 detektierten Ablagerung auf Sensorwerte des Sensorelements 201 bestimmt wird. Durch die Ablagerung auf dem Sensorelement 201 können die Sensorwerte des Sensorelements 201 derart verfälscht werden, dass die entsprechenden Sensorwerte des Sensorelements 201 unbrauchbar sind. Dies kann insbesondere für Sensorelemente 201, die als Drucksensor ausgebildet sind, auftreten.
In einem folgenden Verfahrensschritt 127 wird auf Basis der detektierten Auswirkung der Ablagerung auf die Sensorwerte eine Fehlfunktion des Sensorelements 201 ermittelt. Die Ermittlung der Fehlfunktion kann beispielsweise das Aussenden einer entsprechenden Fehlernachricht umfassen. Eine Fehlfunkton kann auch durch einen Offset der Sensorwerte des Sensorelements 201 umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann in einem weiteren Verfahrensschritt 129 eine Kompensation der Auswirkung der Ablagerung auf die Sensorwerte des Sensorelements 201 durchgeführt werden.
Durch die Kombination der durch die ersten und zweiten Messeinrichtungen 203, 205 definierten Detektionsmethoden sind eine vergleichsweise genaue Ermittlung einer durch die Ablagerung bestimmten Störgröße und eine verbesserte Kompensation oder Korrektur der Sensorwerte ermöglicht als dies mit nur einer Detektionsmethode und dem Bestimmen lediglich einer Messgröße möglich wäre.
Im Folgenden Verfahrensschritt 131 können basierend auf der Kompensation oder den Kompensationen kompensierte Sensorwerte generiert werden. Hierdurch kann ein direkter Ausgleich der Auswirkungen der Ablagerung auf die Sensorwerte des Sensorelements 201 erreicht werden.
Das beschriebene Verfahren kann während eines Kalibrierungsprozesses werksseitig bei der Fertigung bzw. unmittelbar nach Fertigung des Sensorsystems 200 durchgeführt werden, um beispielsweise den Referenzzustand zu bestimmen In kontrollierten Umgebungsbedingungen wie beispielsweise beim Trimming erlauben die unterschiedlichen Methoden außerdem eine bessere oder effizientere Bestimmung eines Referenzzustandes. So ist beispielsweise eine Bestimmung der Höhe des druckübertragenden Mediums durch Kombination von kapazitivem und thermischem Messwert möglich ohne ein externes Messgerät wie eine lasergestützte Abstandsmessung notwendig zu machen. Alternativ kann das Verfahren 100 während eines Kontrollprozesses durchgeführt werden, um beispielsweise unerwünschte Ablagerungen in Folge der Fertigung oder der Integration in ein übergeordnetes System zu erkennen und gegebenenfalls zu korrigieren. Alternativ kann das Verfahren 100 während des Betriebs des Sensorsystems 200 durchgeführt werden, indem beispielsweise in vorgegebenen Zeitabständen Messungen der ersten Messeinrichtung 203 bzw. der zweiten Messeinrichtung 205 durchgeführt werden, um somit entsprechende Ablagerungen zu detektieren.
Das vorgestellte Konzept kombiniert mindestens zwei unterschiedliche Methoden zur Detektion einer Ablagerung, die verschiedene physikalische Prinzipien nutzen. Daraus ergeben sich mindestens zwei unabhängige Messwerte, die Ablagerungen mehrdimensional zuordnen können, also beispielsweise mindestens deren Ausmaß und Typ.
Die zusätzlichen Messwerte können darüber hinaus verwendet werden, um die Detektion hinsichtlich Genauigkeit und/oder Präzision zu erhöhen. Sie können außerdem als Selbst-Test der Flüssigkeitsdetektion dienen, indem unabhängige Messungen zur gegenseitigen Verifikation genutzt werden. Dies erhöht die Verlässlichkeit der Detektion auf Kosten der unabhängigen Variablen, indem z.B. ein bestimmter Ablagerungstyp wie Wasser angenommen wird und dessen Ausmaß über unabhängige Methoden mit ähnlichem Resultat bestimmt werden muss.
Hervorzuheben ist hierbei, dass die Kombination der Methoden nicht redundante, sondern sich ergänzende Informationen erzeugt, die komplett neue Use Case ermöglichen, die erst durch die Synthese möglich werden. Dies umfasst unter anderem eine passende Kompensation des Sensorsignalfehlers, wie beispielsweise unterschiedliche Messwertanpassungen bei unterschiedlichen Ablagerungen wie beispielsweise Wasser- oder Öltropfen, Aufforderungen zur Reinigung bei Staubablagerungen) oder gestaffelte Detektionen, eine gezielte Gegenmaßnahme (z.B. Zerstören von Biofilmen durch energiereiche Vibrationen vs. Verdampfen von Wasser durch Erhitzen vs. Aufforderungen zur Reinigung bei Staubablagerungen) oder gestaffelte Detektionen (eine effiziente Ablagerungsdetektion, die regelmäßig ausgeführt wird, löst beim Überschreiten eines Schwellwerts eine weitere Detektionsmethode aus, die die erste Detektion verifiziert, verbessert und/oder ergänzt).
Neben der Kombination der Methoden mit dem primären Zweck der synergetischen Verbesserung der Detektion von Ablagerungen können diese Methoden auch für weitere Funktionen wiederverwendet werden. Dies kann Möglichkeiten einer Gegenmaßnahme umfassen. So kann das oben beschriebene Heizelement nach Detektion von vorhandenen Ablagerungen dazu verwendet werden, flüssige Ablagerungen zu verdampfen. Daneben kann die Wiederverwendung auch Selbsttests umfassen. So kann eine anregungsfähige Komponente, die geeignet ist, das Sensorelement in Schwingungen zu versetzen und über die angeregten Schwingungen das Vorhandensein von Ablagerungen, die das Schwingverhalten des Sensorelements 201 verändern, zu detektieren, dazu verwendet werden, Festkörperablagerungen durch entsprechende Schwingungen vom Sensorelement abzulösen. Gleicherweise kann eine derartige anregungsfähige Komponente genutzt werden, mechanische Bewegungseinschränkungen zu erkennen oder die thermische Komponente genutzt werden, um das Temperaturverhalten des Sensors zu bestimmen.
4 zeigt eine schematische Darstellung von Aspekten des Verfahrens 100 in 2, 3 gemäß einer Ausführungsform.
4 zeigt in zwei Einzeldarstellungen A und B Aspekte des oben beschriebenen Verfahrens 100 zum Detektieren von Ablagerungen.
In 4 ist der Fall dargestellt, dass durch die Kombination der zwei Messungen der zwei unterschiedlichen physikalischen Messgrößen zwei Ablagerungen gleichen Materials aber unterschiedlicher Größe bzw. unterschiedlicher Masse voneinander unterschieden werden können.
Das in 4 dargestellte Sensorsystem 200 entspricht dem in 1 dargestellten Sensorsystem 200, sodass von einer erneuten detaillierten Beschreibung der einzelnen Merkmale des Sensorsystems 200 abgesehen wird.
In den Einzeldarstellungen A und B ist auf dem Sensorelement 201 jeweils eine Ablagerung 217 dargestellt, die innerhalb des Bereichs 202 auf der Grenzfläche 223 des druckübertragenden Mediums 209 des Sensorelements 201 angeordnet ist. In der Ausführungsform in 4 ist die Ablagerung 217 als ein Wassertropfen 219 dargestellt.
Durch Messungen der ersten und zweiten physikalischen Messgröße durch die erste Messeinrichtung 203 und die zweite Messeinrichtung 205 kann gemäß dem oben beschriebenen Verfahren 100 die Ablagerung 217 innerhalb des Bereichs 202 detektiert werden. Die erste Messeinrichtung 203 empfängt hierbei erste Messsignale 213, während die zweite Messeinrichtung 205 zweite Messsignale 215 empfängt. Je nach Ausgestaltung der ersten und zweiten Messeinrichtung 203, 205 können unterschiedliche physikalische Messgrößen ermittelt werden. Beispielsweise kann über die erste Messeinrichtung 203 ein Temperaturverhalten bzw. Aufwärmverhalten des Bereichs 202 und damit verbunden eine Wärmekapazität der Objekte innerhalb des Bereichs 202 ermittelt werden. Über die zweite Messeinrichtung 205 kann beispielsweise ein dielektrisches Verhalten der Objekte innerhalb des Bereichs 202 bestimmt werden.
Die Messung des Temperaturverhaltens bzw. des dielektrischen Verhaltens umfasst hierbei sowohl den MEMS-Sensor 208 als auch das druckübertragende Medium 209 des Sensorelements 201 und gegebenenfalls auf der Grenzfläche 223 des Sensorelements 201 abgelagerte Ablagerungen 217.
Durch Messungen der Wärmekapazität bzw. des thermischen Verhaltens und des dielektrischen Verhaltens durch die ersten und zweiten Messeinrichtungen 203, 205 insbesondere unter Berücksichtigung einer Wärmekapazität bzw. eines dielektrischen Verhaltens des Sensorsystems 200 ohne eine innerhalb des Bereichs 202 angeordnete Ablagerung kann eine Detektion der Ablagerung 217 wie oben beschrieben durch Ermittlung entsprechender Abweichungen der gemessenen Werte von Referenzwerten erreicht werden. Durch Kombination der gemessenen Wärmekapazität bzw. des thermischen Verhaltens und eines dielektrischen Verhaltens kann neben einer Detektion der Ablagerung 217 eine zusätzliche Information in Form einer Eigenschaft bzw. einer Mehrzahl von Eigenschaften der Ablagerung 217 ermittelt werden. Eine Eigenschaft der Ablagerung 217 kann beispielsweise eine Materialeigenschaft sein, so kann in der vorliegenden Ausführungsform die Ablagerung 217 als Wassertropfen erkannt werden, indem die für Wasser charakteristische Wärmekapazität bzw. das für Wasser charakteristische dielektrische Verhalten über die ersten und zweiten Messeinrichtungen 203, 205 bestimmt werden.
Im Vergleich hierzu ist in der Einzeldarstellung B die Ablagerung 217 als ein im Vergleich zur Einzeldarstellung A kleinerer Wassertropfen 219 dargestellt. Über die Bestimmung der Wärmekapazität durch die erste Messeinrichtung 203 kann neben der Materialbestimmung der Ablagerung 217 eine Bestimmung der Masse der Ablagerung 217 durchgeführt werden, indem Ablagerungen verschiedener Masse zu unterschiedlichem Temperaturverhalten führen. Die unterschiedlichen Größen der Wassertropfen 219 in den Einzeldarstellungen A und B führen zu unterschiedlichen Messwerten 213, 215, die durch die verschieden großen Pfeile dargestellt sind.
5 zeigt eine weitere schematische Darstellung von Aspekten des Verfahrens 100 in 2, 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In 5 ist der Fall dargestellt, dass durch die Kombination der beiden Messungen der zwei unterschiedlichen physikalischen Messgrößen zwei Ablagerungen gleicher Masse und gleichen Aggregatszustands aber unterschiedlicher Materialien voneinander unterscheidbar sind.
Die Einzeldarstellung A entspricht der Einzeldarstellung A in 4 und wird somit nicht erneut beschrieben. In der Einzeldarstellung B ist die Ablagerung 217 als ein Öltropfen 221 dargestellt. Dies führt zu abweichenden Messwerten 213, 215 im Vergleich zu dem in der Einzeldarstellung A dargestellten Wassertropfen 219. Durch die Messung des Temperaturverhaltens bzw. der Wärmekapazität und des dielektrischen Verhaltens, die beide charakteristisch für die jeweilige Ablagerung 217 sind, kann durch das oben beschriebene Verfahren 100 eine Unterscheidung zwischen Ablagerungen 217 unterschiedlichen Materials erreicht werden.
In Abhängigkeit der gewählten durch die entsprechenden Messeinrichtungen gemessenen Messgrößen können unterschiedliche Eigenschaften der Ablagerung 217 ermittelt werden.
6 zeigt eine weitere schematische Darstellung von Aspekten des Verfahrens in 2, 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In 6 ist der Fall dargestellt, dass durch die Kombination der zwei Messungen der zwei unterschiedlichen physikalischen Messgrößen eine Unterscheidung zweier Ablagerungen ermöglicht ist, die bei lediglich einer Messung einer physikalischen Messgröße identisch wären.
In den Einzeldarstellungen A und B ist die Ablagerung 217 jeweils als ein großer Wassertropfen 219 und ein kleiner Öltropfen 221 dargestellt. Ferner ist dargestellt, dass die Messung der zweiten physikalischen Messgröße durch die zweite Messeinrichtung 205 jeweils für den Wassertropfen 219 und den Öltropfen 221 zu identischen Messwerten führen, was in den Einzeldarstellungen A und B durch die identisch großen Pfeildarstellungen gezeigt ist. Aufgrund der unterschiedlichen Materialcharakteristiken von Wasser und Öl führt jedoch eine Messung der ersten physikalischen Messgröße durch die erste Messeinrichtung 203 zu unterschiedlichen ersten Messdaten, die in den Einzeldarstellungen A und B durch die unterschiedlich großen Pfeildarstellungen gezeigt ist. Durch Kombination der Messungen der ersten Messeinrichtung 203 und der zweiten Messeinrichtung 205 lassen sich somit der Wassertropfen 219 und der Öltropfen 217 voneinander unterscheiden. Hierdurch ist eine erhöhte Präzision der Detektion einer Ablagerung erreicht.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts 300 gemäß einer Ausführungsform, wobei auf dem Computerprogrammprodukt 300 Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens 100 gespeichert sind, und wobei das Computerprogrammprodukt 300 auf einem computerlesbaren Datenträger 301 gespeichert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004108861 A [0007]

Claims

Verfahren (100) zum Detektieren einer Ablagerung auf einem Sensorelement (201) eines Sensorsystems (200), mindestens umfassend: Aufnehmen (101) von ersten Messdaten einer ersten physikalischen Messgröße für einen das Sensorelement (201) umfassenden Bereich (202) des Sensorsystems (200) und Bestimmen (103) eines ersten Zustands des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) des Sensorsystems (200) auf Basis der ersten Messwerte durch eine erste Messeinrichtung (203); Aufnehmen (105) von zweiten Messdaten einer zweiten physikalischen Messgröße für den das Sensorelement (201) umfassenden Bereich (202) des Sensorsystems (200) und Bestimmen (107) eines zweiten Zustands des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) des Sensorsystems (200) auf Basis der zweiten Messwerte durch eine zweite Messeinrichtung (205); und Prüfen, ob eine Ablagerung (217) vorhanden ist und Detektieren (109) einer Ablagerung auf dem Sensorelement auf Basis des ersten Zustands und/oder des zweiten Zustands.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen (111) einer Eigenschaft der Ablagerung (217) auf Basis des ersten Zustands und/oder des zweiten Zustands des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) des Sensorsystems (200) durch eine Auswerteeinheit (207).
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Detektieren (109) der Ablagerung (217) umfasst: Ermitteln (113) einer ersten Abweichung des ersten Zustands von einem ersten Referenzzustand und/oder Ermitteln (115) einer zweiten Abweichung des zweiten Zustands von einem zweiten Referenzzustand des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) des Sensorsystems (200) durch die Auswerteeinheit (207) und Bestimmen (117) der Eigenschaft der Ablagerung (217) auf Basis der ersten Abweichung und/oder der zweiten Abweichung, wobei der erste Referenzzustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein Zustand des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) des Sensorsystems (200) ohne Ablagerung (217) bezüglich der ersten physikalischen Messgröße und der zweiten physikalischen Messgröße ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei das Detektieren (109) der Ablagerung (217) umfasst: Ermitteln (119) eines ersten Merkmals der Ablagerung (217) auf Basis der ersten Abweichung und Ermitteln (121) eines zweiten Merkmals der Ablagerung auf Basis der zweiten Abweichung und Bestimmen (123) der Eigenschaft der Ablagerung unter Berücksichtigung des ersten Merkmals und des zweiten Merkmals.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Messeinrichtung (203) oder die zweite Messeinrichtung (205) ein Heizelement umfasst, wobei das Aufnehmen (101) der ersten Messwerte ein Heizen und ein Bestimmen einer Temperatur und/oder einer zeitlichen Temperaturänderungsrate des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) umfasst, und wobei der erste Zustand und der erste Referenzzustand jeweils eine Wärmeaufnahme des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) umfassen.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Messeinrichtung (203) oder die zweite Messeinrichtung (205) eine elektrische Kondensatoreinheit umfasst, wobei das Aufnehmen der zweiten Messwerte ein Messen einer elektrischen Kapazität umfasst, und wobei der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein dielektrisches Verhalten des das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) umfassen.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Messeinrichtung (203) oder die zweite Messeinrichtung (205) eine Strahlungssensoreinheit zum Aussenden und/oder Empfangen von Strahlungssignalen im oder nahe des optischen Frequenzbereichs umfasst, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte oder der zweiten Messwerte ein Messen einer Reflexion von Strahlungssignalen an einer Grenzfläche (223) des Sensorelements (201) umfasst, und wobei der erste Zustand und der ersten Referenzzustand oder der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein Reflexionsverhalten des Sensorelements (201) umfassen.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Messeinrichtung (203) oder die zweite Messeinrichtung (205) eine mechanische Anregungseinheit zum Anregen von mechanischen Schwingungen und/oder Empfangen von mechanischen Schwingungen eines bestimmten Frequenzbereichs der Objekte im Bereich (202) umfasst, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Messen von mechanischen Schwingung eines bestimmten Frequenzbereichs des Sensorelements (201) und/oder der Objekte im Bereich (202) umfasst, und wobei der erste Zustand und der ersten Referenzzustand oder der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils ein Schwingungsverhalten des Sensorelements (201) umfassen.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Messeinrichtung (203) oder die zweite Messeinrichtung (205) eine kapazitive Detektionseinheit mit einer RFID-Sensor-/Empfängereinheit zum Bestimmen kapazitiver Werte der Objekte innerhalb des Bereichs (202) mittels eines an der Grenzfläche (223) angeordneten RFID-Tags umfasst, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Bestimmen von kapazitiven Eigenschaften des Sensorelements (201) umfasst, und wobei der erste Zustand und der ersten Referenzzustand oder der zweite Zustand und der zweite Referenzzustand jeweils kapazitive Eigenschaften des Sensorelements (201) umfassen.
Verfahren (100) nach einem Anspruch 5 oder 6 wobei das erste Merkmal eine Wärmekapazität und/oder eine Masse der Ablagerung umfasst, wobei das zweite Merkmal eine Dielektrizitätskonstante und/oder eine Position auf dem Sensorelement (201) der Ablagerung (217) umfasst, und wobei die Eigenschaft eine Materialeigenschaft der Ablagerung (217) umfasst.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Detektieren (125) einer Auswirkung der detektierten Ablagerung auf Sensorwerte des Sensorelements (201) und/oder Ermitteln (127) einer Fehlfunktion des Sensorelements (201) durch die Auswerteeinheit (207).
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Kompensieren (129) einer Auswirkung der detektierten Ablagerung (217) auf Sensorwerte des Sensorelements (201) und Generieren (131) von kompensierten Sensorwerten durch die Auswerteeinheit (207).
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Messeinrichtung (203) und/oder die zweite Messeinrichtung (205) ein Heizelement und/oder eine mechanische Anregungseinheit umfassen, und wobei das Verfahren (100) ferner umfasst: Entfernen der detektierten Ablagerung (217) durch Ausführen des Heizelements und/oder der mechanischen Anregungseinheit der ersten Messeinrichtung (203) und/oder der zweiten Messeinrichtung (205), wobei das Ausführen des Heizelements ein Heizen und ein Verdampfen der Ablagerung umfasst, und wobei das Ausführen der mechanischen Anregungseinheit ein in Vibration Versetzen des Sensorelements (201) und ein durch die Vibrationen verursachtes Zerbrechen der Ablagerung (217) umfasst.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (100) während eines Betriebs des Sensorsystems (200) und/oder werkseitig während eines Kalibrierungsprozesses und/oder Kontrollprozesses durchgeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Ablagerung (217) eine Flüssigkeitsablagerung, eine Festkörperablagerung oder eine atmosphärische Ablagerung ist.
Sensorsystem (200) mit einem Sensorelement (201), einer ersten Messeinrichtung (203), einer zweiten Messeinrichtung (205) und einer Auswerteeinheit (207), wobei das Sensorelement (201) eingerichtet ist, Sensorwerte aufzunehmen, wobei die erste Messeinrichtung (203) eingerichtet ist, erste Messwerte einer ersten physikalischen Messgröße aufzunehmen, wobei die zweite Messeinrichtung (205) eingerichtet ist, zweite Messwerte einer zweiten physikalischen Messgröße aufzunehmen, wobei die Auswerteeinheit (207) eingerichtet ist, eine Auswertung der Sensorwerte durchzuführen, und wobei das Sensorsystem (200) eingerichtet ist, das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Sensorsystem (200) nach Anspruch 16, wobei die erste Messeinrichtung (203) und/oder die zweite Messeinrichtung (205) ein Heizelement umfasst, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Heizen und ein Bestimmen einer Temperatur und/oder einer zeitlichen Temperaturänderungsrate eines das Sensorelement (201) umfassenden Bereichs (202) umfasst; und/oder wobei die erste Messeinrichtung (203) und/oder die zweite Messeinrichtung (205) eine elektrische Kondensatoreinheit umfasst, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Messen einer elektrischen Kapazität umfasst; und/oder wobei die erste Messeinrichtung (203) und/oder die zweite Messeinrichtung (205) eine mechanische Anregungseinheit zum Anregen von mechanischen Schwingungen und/oder Empfangen von mechanischen Schwingungen eines bestimmten Frequenzbereichs der Objekte im Bereich (202) umfasst, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Messen von mechanischen Schwingung eines bestimmten Frequenzbereichs des Sensorelements (201) und/oder der Objekte im Bereich (202) umfasst; und/oder wobei die erste Messeinrichtung (203) oder die zweite Messeinrichtung (205) eine kapazitive Detektionseinheit mit einer RFID-Sensor-/Empfängereinheit zum Bestimmen kapazitiver Werte der Objekte innerhalb des Bereichs (202) mittels eines an der Grenzfläche (223) angeordneten RFID-Tags umfasst, wobei das Aufnehmen der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte ein Bestimmen von kapazitiven Eigenschaften des Sensorelements (201) umfasst.
Sensorsystem (200) nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Sensorelement (201) ein Drucksensorelement ist.
Sensorsystem (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei die Auswerteeinheit (207) in das Sensorsystem (200) integriert ist oder als eine externe oder partiell externe Auswerteeinheit ausgebildet ist.
Sensorsystem (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche 16 bis 19, wobei die erste Messeinrichtung (203) und die zweite Messeinrichtung (205) in das Sensorsystem (200) integriert sind.
Computerprogrammprodukt (300) mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 15, wenn es auf einer Auswerteeinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.