DE102020215735A1

DE102020215735A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Auswerten von Signalen einer Sensoreinheit mit zumindest zwei Sensoren

Info

Publication number: DE102020215735A1
Application number: DE102020215735.9A
Authority: DE
Inventors: Philipp Nolte; Markus Ulrich; Christoph Zimmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-06-15
Also published as: US20220187179A1; CN114624391A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (500) zum Auswerten von Signalen einer Sensoreinheit (100) mit zumindest zwei Sensoren (105, 110). Das Verfahren (500) umfasst einen Schritt des Einlesens (510) zumindest eines ersten Sensorwertes (F1) eines ersten (105) der Sensoren (105, 110) der Sensoreinheit (100) und eines zweiten Sensorwertes (F2) eines zweiten (110) der Sensoren (105, 110) der Sensoreinheit (100), wobei der erste (F1) und zweite (F2) Sensorwert je einen Parameter (S1, S2) eines durch die Sensoren (105, 110) zu messenden Stoffes (G) oder eine Verknüpfung der Parameter repräsentieren und wobei ferner ein Schwellwertbereich (C1, C2) eingelesen wird, der einen Bereich von Kombinationen (410) zumindest des ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes abbildet, der das Vorhandensein des zu messenden Stoffes (G) in einer Umgebung des ersten (105) und zweiten (110) Sensors repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren (500) einen Schritt des Erkennens (520), dass eine Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes außerhalb des Schwellwertbereichs (C1, C2) liegt. Schließlich umfast das Verfahren (500) einen Schritt des Veränderns (530) des Schwellwertbereichs (C1, C2) in einen veränderten Schwellwertbereich (C1', C2')derart, dass die Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes innerhalb des veränderten Schwellwertbereichs (C1, C2) liegt, insbesondere wobei das Verändern (530) des Schwellwertbereichs (C1, C2) dann ausgeführt wird, wenn die Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes ein Veränderungskriterium (T) erfüllt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Elektronische Nasen als Sensoreinheiten zum Nachweis von Gerüchen/Aromen werden oft mittels mehrerer Sensoren dargestellt, welche unterschiedliche Querempfindlichkeiten auf verschiedene Substanzen haben, wodurch bei einem nachzuweisenden komplexen Gemisch von Substanzen (z. B. Gerüche, Aromen) die Sensoren in einzelnen Sensoren gleiche oder auch unterschiedliche Signale hervorrufen. Diese Signale können als ein Merkmal in Form eines Merkmalsvektors aufgefasst werden. Der dabei aufgespannte Merkmalsraum entspricht dann mindestens der Anzahl der verwendeten Sensoren. Über eine Hauptkomponentenanalyse (PCA, Principal Component Analysis) können die Merkmalsvektoren somit ausgewertet werden. Verschiedene Gerüche können dabei in verschiedenen Punktwolken des Merkmalsraums zu finden sein, wodurch eine Diskriminanz und Zuordnung der Gerüche über Clusteralgorithmen und Regressionsverfahren ermöglicht wird.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Auswerten von Signalen einer Sensoreinheit mit zumindest zwei Sensoren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einlesen zumindest eines ersten Sensorwertes eines ersten der Sensoren der Sensoreinheit und eines zweiten Sensorwertes eines zweiten der Sensoren der Sensoreinheit, wobei der erste und zweite Sensorwert je einen Parameter eines durch die Sensoren zu messenden Stoffes oder eine Verknüpfung der Parameter repräsentieren und wobei ferner ein Schwellwertbereich eingelesen wird, der einen Bereich von Kombinationen zumindest des ersten und zweiten Sensorwertes abbildet, der das Vorhandensein oder einen Wert des zu messenden Stoffes in einer Umgebung des ersten und zweiten Sensors repräsentiert;
- Erkennen, dass eine Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes außerhalb des Schwellwertbereichs liegt; und
- Verändern des Schwellwertbereichs in einen veränderten Schwellwertbereich derart, dass die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes innerhalb des veränderten Schwellwertbereichs liegt, insbesondere wobei das Verändern des Schwellwertbereichs dann ausgeführt wird, wenn die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes ein Veränderungskriterium erfüllt

Unter einer Sensoreinheit kann vorliegend ein Sensor verstanden werden, der zumindest zwei Teilsensoren aufweist, die je einen physikalischen Parameter messen und diesen Parameter, einen daraus abgeleiteten Wert oder eine Verknüpfung dieser Parameter miteinander als jeweiligen Sensorwert bereitstellen. Dieser Sensorwert kann beispielsweise ein Parameter wie eine Konzentration, eine absolute Menge eine Temperatur oder ähnlicher Wert eines zu messenden Stoffes repräsentieren, der sich in einer Umgebung des ersten und zweiten Sensors, also eines jeweils betreffenden Teilsensors befindet. Unter einem zu messenden Stoff kann beispielsweise ein Gas, ein Anteil eines Gases in einem Gasgemisch, beispielsweise Luft, oder beispielsweise auch einen Anteil von Partikeln in einer Umgebung bzw. einem Gasgemisch um die jeweils betreffenden Sensoren verstanden werden. Unter einer Kombination zumindest des ersten und zweiten Sensorwertes kann beispielsweise ein Tupel verstanden werden, bei denen der erste und zweite Sensorwert jeweils ein Objekt dieses Tupels bildet. Unter einem Schwellwertbereich kann beispielsweise ein Bereich von Kombinationen des ersten und zweiten Sensorwertes verstanden werden, der eine Grenze bildet, ab welcher das Vorhandensein oder der Wert des zu messenden Stoffs nicht mehr abgebildet oder erkannt werden kann. Unter einem Veränderungskriterium kann beispielsweise ein Kriterium verstanden werden, welches angibt, dass die Kombination des eingelesen ersten und zweiten Sensorwertes um nicht mehr als einen vordefinierten Abstandswert außerhalb des Schwellenwertebereichs liegt.
Die hier vorgeschlagene Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass speziell für Sensoreinheiten mit mehreren separat messenden Sensoren eine einfache, automatische Kalibrierung der Sensoren dieser Sensoreinheit bzw. der Sensoreinheit selbst erfolgen kann, wenn erkannt wird, dass beispielsweise die Kombination des ersten und zweiten Sensorwertes zwar außerhalb des Schwellwertbereichs liegt, jedoch auch das Veränderungskriterium erfüllt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Drift der Sensorempfindlichkeit erkannt und kompensiert werden, die beispielsweise durch eine Alterung des Sensors bzw. der Teilsensoren oder den Betrieb mit einer anderen Spannung als der ursprünglich vorgesehenen Spannung verursacht ist. Die Sensoreinheit bzw. die Teilsensoren oder Sensoren brauchen dann nicht aufwändig manuell kalibriert zu werden, sondern es kann automatisiert und maschinell eine Nachführung der Empfindlichkeit oder Kalibrierung der Sensoren vorgenommen werden, was einerseits eine über die Lebensdauer der Sensoreinheit möglichst konstante Präzision der Messwerte dieser Sensoreinheit als auch eine deutliche Reduktion des erforderlichen Aufwandes für den Betrieb einer solchen Sensoreinheit ermöglicht.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Einlesens ein Schwellwertbereich eingelesen wird, der einen Bereich in einem durch den zumindest ersten und zweiten Sensorwert aufgespannten Sensorwerteraum repräsentiert. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Verwendung eines derart ausgestalteten Sensorwerteraums eine präzise Messung des Parameters des zu messenden Stoffes vornehmen zu können, da beispielsweise messtechnisch bedingte Variationen des ersten und zweiten Sensorwerts berücksichtigt werden können und dennoch der betreffende Wert oder das Vorhandensein des zu messenden Stoffs präzise erkannt werden kann.
Günstig ist auch eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Schritte des Einlesens, des Erkennens und des Veränderns wiederholt ausgeführt werden, wobei im wiederholt ausgeführten Schritt des Erkennens erkannt wird, dass eine Kombination der im wiederholt ausgeführten Schritt des Einlesens eingelesenen ersten und zweiten Sensorwerte außerhalb des veränderten Schwellwertbereichs liegt. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil einer kontinuierlichen Überwachung der Lage der Kombinationen des ersten und zweiten Sensorwerts, so dass zeitnah eine erneute Kalibrierung durch die Veränderung des Schwellwertbereichs erfolgen kann.
Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Einlesens und des wiederholt ausgeführten Schritts des Einlesens ferner je ein erster Betriebsparameter oder ein zweiter Betriebsparameter eingelesen werden, wobei der erste Betriebsparameter einen aktuellen Betriebszustand des erstens Sensors und/oder einen aktuellen Betriebszustand des zweiten Sensors repräsentiert und/oder wobei der zweite Betriebsparameter einen Betriebszustand des erstens Sensors und/oder einen Betriebszustand des zweiten Sensors für einen nachfolgenden Zeitpunkt repräsentiert, und wobei im Schritt des Veränderns ferner der Schwellwertbereich verändert wird, wenn der im Schritt des Einlesens eingelesene erste Betriebsparameter um mehr als einen vordefinierten Toleranzwert von dem im wiederholt ausgeführten Schritt des Einlesens eingelesenen zweite Betriebsparameter abweicht. Unter einem Toleranzbereich oder Toleranzwert kann beispielsweise eine Abweichung von 10 % des Werts des (ursprünglich eingelesenen) Betriebsparameters verstanden werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch die Berücksichtigung des Betriebsparameters bei der Kalibrierung eine Information mitberücksichtigt werden kann, dass sich ein Einsatzszenario für die Sensoreinheit verändert hat.
Eine solche Information gibt einen recht eindeutigen Hinweis darauf, dass in der neuen Einsatzumgebung der Sensoreinheit die Sensorwerte möglicherweise nicht mehr denjenigen Sensorwerten bei dem Vorliegen des zu messenden Stoffs entsprechen, für die der bisher verwendete Schwellenwertbereich gegolten hat, so dass nun eine Kalibrierung oder Neuanpassung dieses Schwellwertbereichs erforderlich ist.
Speziell kann gemäß einer Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes im Schritt des Einlesens als erster und/oder zweiter Betriebsparameter eine Information über eine Betriebsspannung und/oder eine Betriebstemperatur und/oder oder ein Alter des ersten und/oder zweiten Sensors eingelesen werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass insbesondere die Betriebsspannung, Betriebstemperatur und/oder das Alter der jeweiligen Sensoren einen Betriebsparameter darstellt, der einen erheblichen Einfluss auf die Ausgabe eines entsprechenden Sensorwertes hat, so dass eine Änderung dieser genannten konkreten Betriebsparameter mit hoher Wahrscheinlichkeit auch eine Anpassung des Schwellwertbereichs für eine präzise Messung des Parameters des zu messenden Stoffs erforderlich macht.
Um eine möglichst kontinuierliche Überwachung der Präzision der Sensoreinheit bzw. der Nachführung oder Kalibrierung der Sensoreinheit vorzunehmen, sollten miteinander zu vergleichende Sensorwerte oder Betriebsparameterwerte verglichen werden, die in einem nicht zu großen Zeitabstand nacheinander erfasst wurden. Aus diesem Grund kann gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes im Schritt des Erkennens ein erster Sensorwert, ein zweiter Sensorwert, ein erster Betriebsparameter und/oder ein zweiter Betriebsparameter für das Erkennen der außerhalb des Schwellwertbereichs liegenden Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes verwendet werden, wenn der erste Sensorwert, der zweite Sensorwert, der erste Betriebsparameter und/oder der zweite Betriebsparameter zu einem Zeitpunkt aufgenommen wurde, die zeitlich nicht mehr als eine vordefinierter Zeitspanne vor einem aktuellen Zeitpunkt liegt.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Schritt des Veränderns dann ausgeführt wird, wenn als Veränderungskriterium die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes um nicht mehr als einen vordefinierten oder relativen Abstandswert außerhalb des Schwellwertbereich liegt. Beispielsweise kann ein solcher Abstandswert derart gewählt werden, dass ein gleichmäßig verteilter Sicherheitsbereich um den Schwellwertbereich eingeschlossen wird, der höchstens der Hälfte, insbesondere höchstens 20 % des Schwellwertbereichs entspricht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch bei größeren Abweichungen der Kombination des ersten und zweiten Sensorwerts aus dem Schwellwertbereich keine Veränderung dieses Schwellwertbereichs und damit keine Kalibrierung der Sensoreinheit erfolgt, wenn durch die Sensoreinheit eigentlich eine klare und eindeutige Messung des Nicht-Vorhandenseins oder keines vorliegenden Wertes des zu messenden Stoffs erfolgt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann der Schritt des Veränderns der Schwellwertbereich unter Verwendung eines Algorithmus mit künstlicher Intelligenz und/oder eines Algorithmus eines maschinellen Lernverfahrens ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil einer sehr präzisen und einfachen Möglichkeit der Kalibrierung der Sensoreinheit unter Veränderung des Schwellenwertbereichs.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Schritt des Veränderns ansprechend auf ein Nutzereingabesignal ausgeführt wird, das eine manuelle Benutzereingabe repräsentiert. Dabei kann das Nutzereingabesignal ansprechend auf ein im Schritt des Erkennens ausgegebenes Erkennungssignal eingelesen werden, das ein Erkennen einer außerhalb des Schwellwertbereichs liegenden Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes repräsentiert. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, die Kalibrierung der Sensoreinheit oder die Verhinderung des Schwellwertbereichs nur dann vornehmen zu können, wenn auch einen Benutzer der Sensoreinheit aktiv zugestimmt hat. Auf diese Weise kann eine Überwachung der Kalibrierung der Sensoreinheit durch einen Benutzer vorteilhaft realisiert werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Einlesens der erste und/oder zweite Sensorwert als Messwert und/oder als verarbeiteter Messwert von einem Gassensor und/oder oder einem Sensor zur Messung von Partikeln in einem Fluid, insbesondere in einem Gas eingelesen wird. Speziell für die Messung von Gasen oder von Partikeln in Gasen ist eine kontinuierliche Überwachung von Vorteil, da in derartigen Sensoren Driften von Sensorwerten besonders kritisch sind.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der durch die Sensoreinheit nicht nur ein zu messender Stoff, sondern auch beispielsweise ein weiterer zu messender Stoff erfasst und ausgewertet werden soll. Beispielsweise kann dieser weitere zu messender Stoff ein zweites Gas oder ein zweiter Stoff sein, für den die Sensoreinheit empfindlich ist. Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann daher im Schritt des Einlesens ferner zumindest ein weiterer Schwellwertbereich eingelesen werden, der einen Bereich von Kombinationen zumindest des ersten und zweiten Sensorwertes abbildet, der das Vorhandensein oder einen Wert des zu messenden weiteren Stoffes in einer Umgebung des ersten und zweiten Sensors repräsentiert, wobei im Schritt des Erkennens erkannt wird, dass eine Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes außerhalb des weiteren Schwellwertbereichs liegt und wobei im Schritt des Veränderns der weitere Schwellwertbereich in einen veränderten weiteren Schwellwertbereich derart verändert wird, dass die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes innerhalb des veränderten weiteren Schwellwertbereichs liegt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, bei einem einer Sensoreinheit, die für mehrere voneinander unterschiedliche zu messende Stoffe empfindlich ist, eine automatische Kalibrierung der Auswertung der Sensoren für jeden zu messenden Stoff geschaffen werden kann. Auf diese Weise kann auch ein unterschiedliches Driftverhalten der Sensoren für den jeweiligen zu messenden Stoff automatisiert erkannt und kompensiert werden.
Denkbar ist auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Einlesens ferner zumindest ein dritter Sensorwert eines dritten der Sensoren der Sensoreinheit und eines vierten Sensorwertes eines vierten der Sensoren der Sensoreinheit eingelesen wird, wobei der dritte und vierte Sensorwert je einen Parameter des durch die Sensoren zu messenden Stoffes repräsentieren und wobei ferner im Schritt des Erkennens, erkannt wird dass eine Kombination des eingelesenen dritten und vierten Sensorwertes außerhalb des Schwellwertbereichs liegt, und wobei im Schritt des Veränderns der Schwellwertbereichs in einen veränderten Schwellwertbereich derart verändert wird, dass die Kombination des eingelesenen dritte und vierten Sensorwertes innerhalb des veränderten Schwellwertbereichs liegt. Der dritte Sensor und/oder der vierte Sensor können hierbei Teilsensoren des ersten und/oder zweiten Sensors sein oder auch von dem ersten und/oder zweiten Sensor komplett unabhängige, separate Sensoren darstellen. Durch die Verwendung von mehreren Sensoren, also hier die Verwendung des dritten und vierten Sensors samt der zugehörigen Sensorwerte kann dann eine besonders zuverlässige Erkennung des zu messenden Stoffes erreicht werden, da eine Messungenauigkeit in einem der von den Sensoren bereitgestellten Sensorwerten gut kompensiert werden kann.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Sensoreinheit, wie sie im Zusammenwirken mit dem hier vorgestellten Ansatz verwendet werden kann;
2 eine schematische Gegenüberstellung der Funktionsweise der Sensoreinheit in unterschiedlichen Szenarien, die sich beispielsweise durch unterschiedliche Betriebsparameter und unterscheiden;
3 zwei 3A und 3B, die jeweils zwei Diagramme abbilden, in denen die Wirkung einer Änderung eines Betriebsparameters über die Zeit auf die von den Messfühlern der Sensoren gelieferten Messsignale dargestellt ist;
4 ein Diagramm zu Erläuterung der Funktionsweise des hier vorgestellten Ansatzes;
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Sensoreinheit 100, wie sie im Zusammenwirken mit dem hier vorgestellten Ansatz verwendet werden kann. Die Sensoreinheit 100 umfasst hierbei zumindest einen ersten Sensor 105 und einen zweiten Sensor 110, wobei jedoch auch noch weitere Sensoren in dieser Sensoreinheit 100 umfasst sein können, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit des hier vorgestellten Ansatzes in der 1 nicht näher beschrieben sind. Dennoch kann der hier vorgestellte Ansatz auch unter Verwendung von mehr als zwei Sensoren umgesetzt werden. Ferner wird von der Sensoreinheit 100 zumindest ein erster Sensorwert F1 und ein zweiter Sensorwert F2 bereitgestellt, wobei der erste Sensorwert F1 beispielsweise einen Parameter eines durch den ersten Sensor 105 zu messenden Stoffes G repräsentiert und der zweite Sensorwert F2 beispielsweise einen Parameter eines durch den zweiten Sensor 110 zu messenden Stoff G repräsentiert. Dieser zu messenden Stoff G kann beispielsweise ein Gas oder einer Gaskomponente in einer Atmosphäre sein, wobei jedoch diese Form des zu messenden Stoffes nicht die Allgemeinheit des hier beschriebenen Ansatzes einschränkten braucht. Denkbar ist auch, dass der zu messenden Stoff ein fester oder partikelförmiger Stoff ist oder eine Flüssigkeit oder eine Komponente einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsgemisch darstellt. Im vorliegenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als zu messender Stoff G jedoch ein Gas betrachtet, welches auf die Sensoren 105 zum zweite 110 der Sensoreinheit 100 einwirkt und in den Sensorwerten F1 und F2 resultiert.
Die Sensorwerte F1 und F2 werden hierbei unter Berücksichtigung eines speziellen Betriebsparameters B erfasst, der beispielsweise eine spezielle Betriebsart der Sensoreinheit 100 oder eine Information über eine Eigenschaft der Sensoreinheit 100 repräsentiert. Beispielsweise kann ein solcher Betriebsparameter ein Alter der Sensoreinheit 100 bzw. des ersten Sensors 105 und/oder des zweiten Sensors 110 abbilden und mit den Sensorwerten F1 und F2 verknüpft werden, so dass erkennbar ist, welches Alter die jeweils die Sensorwerte F1 zum F2 liefernden Sensoren 105 bzw. 110 haben. Denkbar ist jedoch auch, dass dieser Betriebsparameter B eine Betriebstemperatur der Sensoren 105 oder 110 abbildet oder dass dieser Betriebsparameter eine Spannung bzw. Heizspannung U_H abbildet, welche an den Sensoren 105 bzw. 110 anliegt und beispielsweise eine für die Messung des zu messenden Stoffes G erforderliche Erwärmung eines Messfühlers abbildet.
Werden die Sensoren 105 bzw. 110 der Sensoreinheit 100 mit einem Gas G als zu messendem Stoff bei einer bestimmten Betriebsart bzw. einem bestimmten Betriebsparameter B beaufschlagt, wird einen Merkmalsvektor F mit den hier vorliegenden Sensorwerten F1 und F2 erzeugt. In der nachfolgenden Beschreibung wird der besseren Übersichtlichkeit ein Sensorwert Fi¹⁽¹⁾, der zu von dem ersten Sensor zu einem ersten Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines ersten Betriebsparameters B1 gemessen wurde vereinfacht als F1 bezeichnet, wogegen beispielsweise ein Sensorwert F₂ ¹⁽¹⁾, der zu von dem zweiten Sensor zu einem ersten Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines ersten Betriebsparameters B1 gemessen wurde vereinfacht als F2 bezeichnet. Analog können die ersten und zweiten Sensorwerte, die dann zu einem zweiten Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines ersten Betriebsparameters B1 gemessen werden als F₁ ²⁽¹⁾ bzw. F₂ ²⁽¹⁾ und die ersten und zweiten Sensorwerte, die zu einem ersten Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines zweiten Betriebsparameters B2 gemessen werden als F₁ ¹⁽²⁾ bzw. F₂ ¹⁽²⁾ bezeichnet werden. Um nicht eine für das Verständnis der Vorgehensweise gemäß dem hier vorgestellten Ansatze unnötige Information immer zu berücksichtigen, wird nachfolgend die Beschreibung der Vorgehensweise lediglich auf die Verwendung der Sensorwerte F1 und F2 abgestellt, wobei die jeweiligen Rahmenbedingungen in der entsprechenden Situation genannt werden.
Diese Sensorwerte F1 und F2 können jedoch auch verarbeitet worden sein, die beispielsweise durch eine Verarbeitung der von einem Messfühler der Sensoren 105 bzw. 110 selbst gelieferten Parameter erhalten werden, beispielsweise durch eine Differenzierung, eine Integration oder dergleichen. Denkbar ist auch, dass für den Erhalt dieser Sensorwerte F1 und F2 die Messwerte von mehreren Sensoren miteinander verknüpft werden, so dass beispielsweise der erste Sensorwert F1 nicht alleine aus von dem ersten Sensor 105 gelieferten Messwerten resultiert und beispielsweise der zweite Sensorwert F2 nicht alleine aus von dem zweiten Sensor 110 gelieferten Messwerten resultiert. Denkbar ist ferner auch, dass weitere Sensorwerte Fn von der Sensoreinheit geliefert werden, sei es, dass mehr als zwei Sensoren in der Sensoreinheit 100 Messwerte liefern oder die Messwerte zu unterschiedlichen Kombinationen miteinander verknüpft werden. Zugleich können auch in zeitlicher Abfolge unterschiedliche Messwerte durch die Sensoren 105 bzw. 110 aufgezeichnet und zu entsprechenden Sensorwerten F1 bzw. F2 verarbeitet und ausgegeben werden, die dann beispielsweise zur Kenntlichmachung ihrer zeitlichen Abfolge mit unterschiedlichen Ziffern als Index gekennzeichnet werden können, wie dies vorstehend bereits kurz angeschnitten wurde.
2 zeigt eine schematische Gegenüberstellung der Funktionsweise der Sensoreinheit 100 in unterschiedlichen Szenarien, die sich beispielsweise durch unterschiedliche Betriebsparameter B1 und B2 unterscheiden. Beispielsweise kann die Sensoreinheit 100 in der linken Teildarstellung aus 2 in einer Betriebsart betrieben werden, bei der der Betriebsparameter B1 eine erste Temperatur und/oder ein erstes Alter der Sensoren 105 bzw. 110 bezeichnet, wogegen die Sensoreinheit 100 in der rechten Teildarstellung aus 2 in einer Betriebsart betrieben wird, bei der der Betriebsparameter B2 eine zweite Temperatur und/oder ein zweites Alter der Sensoren 105 bzw. 110 bezeichnet. In beiden dargestellten Fällen wird die Sensoreinheit 100 jeweils mit dem gleichen zu messenden Stoff G, hier beispielsweise einem gleichen Gas beaufschlagt, so dass die resultierenden Messwerte bei ansonsten gleichen Umgebungsbedingungen auch miteinander vergleichbar sein sollten. Beispielsweise kann im ersten Messszenario zu einem ersten Messzeitpunkt 1, bei dem die Sensoreinheit 100 in eine Betriebsumgebung betrieben wird, die durch den ersten Betriebsparameter B1 spezifiziert ist vom ersten Sensor 105 ein erster Messwert S₁ ¹, vom zweiten Sensor 110 einen zweiter Messwert S₂ ¹, von einem dritten Sensor 200 dritter Messwert S₃ ¹ und von einem vierten Sensor 210 ein vierter Messwert S₄ ¹ ausgegeben werden. Hieraus kann dann beispielsweise der Merkmalsvektor F der Sensorwerte F₁ ¹, F₂ ¹, ..., F_n ¹ generiert und ausgegeben werden. Andererseits kann im zweiten Messszenario zu einem zweiten Messzeitpunkt 2, bei dem die Sensoreinheit 100 in eine Betriebsumgebung betrieben wird, die durch den zweiten Betriebsparameter B2 spezifiziert ist vom ersten Sensor 105 ein erster Messwert S₁ ², vom zweiten Sensor 110 einen zweiter Messwert S₂ ², von einem dritten Sensor 200 dritter Messwert S_s ² und von einem vierten Sensor 210 ein vierter Messwert S₄ ² ausgegeben werden. Hieraus kann dann beispielsweise ebenfalls wieder ein entsprechender Merkmalsvektor F der Sensorwerte generiert und ausgegeben werden, der in der 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt ist.
2 Sensoren erzeugen Signale S₁ ¹, S₁ ⁿ, bzw. S₂ ¹, ... S₂ ^m und können dabei (gegebenenfalls auf verschiedenen Platinen) mit unterschiedlichen Betriebsparametern B1, B2 usw. betrieben werden und so je nach Gas G unterschiedliche Features {F₁ ¹⁽¹⁾, ... F₁ ¹⁽ⁿ⁾} erzeugen.
3 zeigt in den zweiten 3A und 3B jeweils zwei Diagramme, in denen die Wirkung einer Änderung eines Betriebsparameters B über die Zeit auf die von den Messfühlern der Sensoren gelieferten Messsignale S dargestellt ist. 3A zeigt hierbei im oberen Teildiagramm den Verlauf des Messesignals S über die Zeit, wenn beispielsweise eine Betriebstemperatur des Messfühler erstes betreffenden Sensors entsprechend der zeitlichen Verlaufs gemäß dem unteren Teildiagramm verändert wird, wobei diese Betriebstemperatur in der Form einer Rampe der Heizerspannung U_H dargestellt ist. Erkennbar ist, dass in diesem Fall das Messsignal zwei lokale Maxima zu den Zeitpunkten 300 und 310 110 aufweist. 3B zeigt im oberen Teildiagramm den Verlauf des Messesignals S über die Zeit, wenn beispielsweise ein Sprung einer Spannung UE an einer Messelektrode gemäß dem unteren Teildiagramm verändert wird. Erkennbar ist hierbei, dass nach einer Zeitspanne t_x der Wert des Messsignals S um einen Wert entsprechend dem Abstand 350 erhöht ist. Die Teilfiguren der 3 zeigen somit die Auswirkungen von verschiedenen Betriebsparametern hier z. B. Betriebstemperaturen (z. B. in Form einer Rampe der Heizerspannung U_H) oder Sprünge an der Elektrode U_E auf die Messsignale S.
4 zeigt ein Diagramm zu Erläuterung der Funktionsweise des hier vorgestellten Ansatzes. Hierbei ist das in der 4 dargestellte Diagramm als ein n-dimensionaler Merkmalsraum 400 (der auch als Sensorwerteraum bezeichnet werden kann), hier mit der Dimension n= 2, dargestellt. In dem Merkmalsraum 400 sind dabei Kombinationen 410 der auf der x-Achse aufgetragenen ersten Sensorwerte F1 und der auf der y-Achse aufgetragenen zweiten Sensorwerte F2 als Tupel oder Koordinate dargestellt, wobei die Sensorwerte praktisch als Koordinatenkomponenten der Kombinationen 410 dienen. Wird nun beispielsweise erkannt, dass eine Kombination 410 innerhalb eines Schwellwertbereichs C1 liegt, kann beispielsweise darauf zurückgeschlossen werden, dass die Sensoren 105 bzw. 110 der Sensoreinheit 100 mit einem ersten zu messenden Stoff G (wie beispielsweise dem Gas G) beaufschlagt wurden. Liegt dagegen eine Kombination 410 innerhalb eines zweiten Schwellenwertbereichs C2, kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass die Sensoren der Sensoreinheit 100 einem zweiten zu messenden Stoff G ausgesetzt wurden, analog gilt auch, dass für den Fall, dass die Kombination 410 innerhalb beispielsweise eines dritten Schwellwertbereichs C3 liegt, die Sensoren der Sensoreinheit 100 einem dritten zu messenden Stoff G ausgesetzt wurden. Denkbar ist jedoch auch, dass der zweite Schwellenwertbereich C2 und/oder der dritte Schwellenwertbereich C3 für Kombinationen eines dritten Sensorwerts und eines vierten Sensorwerts ermittelt werden, wobei beispielsweise der dritte Sensorwert unter Verwendung des in der 2 dargestellten und/oder beschriebenen dritten Messwerts S3 und/oder der vierte Sensorwert unter Verwendung des vierten Messwerts S4 ermittelt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der dritte Sensor 200 und der vierte Sensor 210 empfindlich einen anderen zu messenden Stoff ist, als der erste Sensor 105 und der zweite Sensor 110. Auf diese Weise können in einer gemeinsamen Sensoreinheit 100 unterschiedliche Sensoren verbaut sein, die für unterschiedliche zu messende Stoffe empfindlich sind, so dass dennoch jeder dieser zu messenden Stoffe mit einer hohen Präzision erkannt werden kann.
Wird nun beispielsweise entsprechend der linken Teildarstellung aus 2 die Sensoreinheit 100 unter einem veränderten Betriebsparameter B2 betrieben, (beispielsweise mit einem deutlich höheren Alter der Sensoren, einer geänderten Temperatur der Sensoren und/oder einer geänderten Spannungsversorgung der Sensoren) kann dies nun dazu führen, dass im Merkmalsraum 400 Kombinationen 420 der Sensorwerte F1 und F2 erhalten werden, die nicht mehr innerhalb des Schwellwertbereichs C1, des zweiten Schwellwertbereichs C2 und/oder des dritten Schwellwertbereichs C3 liegen und somit nicht mehr erkannt werden kann, dass der zu messenden Stoff, der zweite zu messenden Stoff und/oder der dritte zu messenden Stoff an dem jeweiligen Sensor vorliegt. Um eine solche Information über das Vorliegen des betreffenden Stoffs am Sensor dennoch geben zu können, kann beispielsweise der Schwellwertbereich C1 in einem veränderten Schwellwertbereich C1', der zweite Schwellenwertbereich C2 in einem veränderten zweiten Schwellwertbereich C2' und/oder der dritte Schwellwertbereich C3 in einem dritten veränderten Schwellwertbereich C3' verändert werden. Auf diese Weise kann nun auch bei dem Betrieb der Sensoreinheit in einer Einsatzumgebung des veränderten Betriebsparameters B2 zuverlässig das Vorliegen (oder ein Parameter) des zu messenden Stoffs G, des zweiten zu messenden Stoffs und/oder des dritten zu messenden Stoffs erkannt oder identifiziert werden. Ein solches Verändern des Schwellwerts auf einen veränderten Schwellenwerte kann beispielsweise durch Zuhilfenahme eines Algorithmus der künstlichen Intelligenz oder eines maschinellen Lernverfahrens ausgeführt werden. Um jedoch auch sicherzustellen, dass Kombinationen 410 auch bei dem veränderten Betriebsparameter B2 noch dem zu messenden Stoff und nicht den zu messenden weiteren Stoff zugeordnet werden, kann beispielsweise auch ein Toleranzbereich T um den Schwellenwertbereich C1 vorgesehen sein, der angibt, wie weit die betreffende Kombination 410 sich noch außerhalb des Schwellwertbereichs C1 befinden darf, damit dieser Schnellwertebereich C1 in den veränderten Schwellenwertebereich C1' verändert werden darf. Auf diese Weise kann ein fehlerhaftes Training der Erkennung des zu messenden Stoffs auf einen zweiten zu messenden Stoff vermieden werden.
Es kann daher zusammengefasst werden, dass die Komponenten bzw. Kombinationen 410 der Sensorwerte aus den entsprechend gebildeten Merkmalsvektoren Punktcluster im n-Dimensionalen Merkmalsraum bilden, wobei dieser Merkmalsraum auch als Sensorwerteraum 400 bezeichnet werden kann. Diese (Punkt-) Cluster können sich mit der Zeit verändern hinsichtlich Größe, Lage, Form, Schwerpunkt usw. Die Veränderung der Merkmale bzw. hier der Sensorwerte F ist dadurch bedingt, dass diese diese Werte in der Regel nur in einem streng vorgegebenen Aufbau eindeutig und konstant, der jedoch in vielen Einsatzumgebungen nicht gegeben ist. Sich verändernde Bedingungen wie z. B. andere Randbedingungen (z. B. Betriebsparameter, Alterungsphänomene oder auch äußere Randbedingungen wie z. B. die Größe des Raums in dem ein solcher Sensor eingesetzt wird) können zu einer Verschiebung der Merkmals-Punktwolken, ihres Schwerpunkts und ihrer Form führen. Hierdurch kann es zu Fehlinterpretationen kommen. Zudem macht der Einsatz in solchen Fällen häufige Neukalibrationen der Sensoren erforderlich.
Um dennoch eine eindeutige Erkennung eines zu messenden Stoffes zu ermöglichen kann eine solche „Bewegung“ der Merkmalscluster durch eine Nachführung der Schwellwerbereiche (z. B. C1 → C1') erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Algorithmus über Adaptive Learning Methoden oder eines Algorithmus der künstlichen Intelligenz.
Mittels Methoden aus dem Machine Learning können somit die sich verändernden Bedingungen erkannt und die Merkmale bzw. die Schwellwertbereiche C neu angepasst werden. Hierdurch wird eine benutzerunabhängige und universelle Nutzung beispielsweise einer solchen elektronischen Nase ohne häufige Eingriffe und Rekalibrationen durch einen Nutzer ermöglicht. Zusätzlich kann sich ein etwaiger Nach-Kalibrierprozess vereinfachen und eine erhöhte Genauigkeit erreicht werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines vollständigen Ablaufs des hier vorgestellten Ansatzes wird dabei nachfolgend näher beschrieben. Die Merkmale bzw. Sensorwerte werden zunächst wie gehabt (wie z.B. oben beschrieben über eine Hauptkomponentenanalyse / Clusterverfahren) initial eingelernt. Anschließend werden gefundene Zuordnungen immer wieder mittels adaptiver Learning Methoden getestet und in einer Trainingsmenge übernommen. Hierbei wird zunächst geschaut wie weit das gefundene Merkmal von der Menge der bisherigen Merkmale abweicht und über eine geeignete Metrik bewertet. Liegt das Ergebnis innerhalb eines tolerierten Vertrauensbereichs (beispielsweise innerhalb des Toleranzbereichs T), so wird das Ergebnis übernommen. Liegt das Ergebnis hingegen außerhalb des bisherigen Vertrauensintervalls, so wird der Benutzer aufgefordert, das gefundene Ergebnis manuell zu bestätigen bzw. zu verifizieren. Das Ergebnis (unabhängig ob Bestätigung oder Widerspruch zur Algorithmus-Vorhersage) wird beispielsweise zum Pool der Trainingsdaten hinzugefügt und das Vorhersagemodell aktualisiert. Um eine Adaption an veränderte Bedingungen (z. B. Alterung) zu ermöglichen, werden beispielsweise immer nur die aktuellsten 80% oder 60% oder 40% etc. der bisherigen Trainingsmenge beibehalten. Ältere Daten werden verworfen. Beispielsweise kann dies auch durch das Vorsehen einer Zeitspanne erfolgen, die die Sensorwerte maximal alt sein dürfen. Der Vertrauensbereich kann auch zum Beispiel über die Unsicherheit in der Vorhersage definiert sein. Wenn man einen Gaußprozess als Model des maschinellen Lernens verwendet, dann übernimmt die prädiktive Varianz diese Funktion.
Durch eine solche beispielhafte Vorgehensweise wird eine permanente Nachführung des Schwellwertbereichs ermöglicht, welche sowohl veränderte externe Randbedingungen als auch intrinsische Effekte wie z. B. Alterungseffekte wie z. B. eine Signaldrift ausgleichen kann.
Die Komplexität des Merkmalsraum bzw. des Sensorwerteraums 400 und somit die Diskriminanz kann dabei dadurch erhöht werden, dass (a) mehrere Sensoren wie beispielsweise die Sensoren 105, 110, 200 und/oder 210 mit unterschiedlichen Ansprechverhalten (z. B. Empfindlichkeiten auf eine bestimmte Zielsubstanz als zu messendem Stoff) verschiedene Sensorsignale S1, S2, ..., Sn erzeugen. Diese Sensoren können dabei einzeln oder in Gruppen mit verschiedenen Betriebsparametern betrieben sein, die entweder statisch sein können, aber auch dynamisch (z. B. Spannungssprünge -oder Rampen an der Elektrode oder dem Heizer). Hierdurch werden beispielsweise statische oder dynamische Features (z. B. Ansprechzeiten, Peaks, Anfangs- und Endniveaus von Signalen und deren Hub usw.) {F₁ ⁽¹⁾¹, F₁ ⁽²⁾¹, ... F₁ ^(k)1} eines einzelnen Sensors erzeugt. Die Gesamtheit aller Features von allen Sensoren bildet dann die Eingangsgröße als Merkmalsvektor F für die Merkmalserkennung und - zuordnung.
Als verschiedene Betriebsmodi B können dabei z. B. Heizrampen und oder Spannungssprünge dienen. Die Features werden dann (beispielsweise in der Kombination der Sensorwerte im Merkmalsvektor F und der Betriebsparameter B) in den n-dimensionalen Merkmals- bzw. Sensorwerteraum 400 eingetragen und über Clusteralgorithmen zugeordnet. Diese Merkmale können sich nun, wie zuvor beschrieben, mit der Zeit verschieben (z. B. C1 → C1').
Die so verschobenen Merkmale bzw. Kombinationen 410 werden nun beispielsweise über unsere adaptiven Learning Methoden nachgeführt. Da diese Nachführung unter Umständen während des Einsatzes (also z. B. nach Auslieferung durch bedienendes Personal) erfolgt, ist es wichtig, den Aufwand möglichst gering zu halten. Daher ist es wichtig, nicht alle Merkmalskombinationen vom Personal bewerten zu lassen, sondern nur solche, welche größtmögliche Information tragen. Diese Rolle erfüllt ein Active Learning-Algorithmus. Ein Active Learning-Algorithmus verwendet beispielsweise ein Informationsmaß (z. B. prädiktive Varianz bei Gaußprozessen), um auszuwählen, welche Merkmalskombination als nächste bewertet wird.
Die genannte Nachführung funktioniert dann besonders gut, wenn über einen Messzeitraum Ereignisse eintreten, die die Merkmale C_i, C_i' erzeugen. Die Erkennung und Nachführung kann dann automatisch erfolgen, wobei der Active Learning-Algorithmus eine Bewertungsanforderung ausspricht, sobald die Information oberhalb einer vorgegebenen Informationsschwelle ist.
Ein Active Learning-Algorithmus ist darüber hinaus auch in der Lage eine gezielte Anforderung an Merkmalskombinationen zu formulieren. In diesem Fall, bzw. wenn zu detektierende Ereignisse sehr selten eintreten (z. B. im Abstand von mehreren Monaten oder Jahren) oder die Vielfalt der faktisch vorgekommenen Ereignisse sehr gering ist, kann es hilfreich sein, eine Option für eine vereinfachte Nachkalibrierung zu bieten. Im Gegensatz zu einer aufwendigen Laborkalibrierung zeichnet sich die vereinfachte Nachkalibrierung aus durch:

1. sie findet an Ort und Stelle des gewöhnlichen Einbauorts statt:
- - kein Ausbau und Transport in ein Kalibrier-Labor
- - kein Anbieten einer Schutzatmosphäre mit bekanntem Gase-Hintergrund, sondern Nutzung der am Ort herrschenden Grund-Atmosphäre
2. keine aufwendigen Prüfgase sind zu verwenden, sondern die Real-Life-Situation kann direkt in einem qualitativen Test nachgestellt werden (z. B. bestimmte Lebensmittelsorten werden in den Messraum gelegt; Flasche mit Lösungsmittel wird geöffnet etc...). Eine solche Testprozedur könnte von Laien durchgeführt werden, keine Experten erforderlich.
3. um die korrigierte Positon C_j' gegenüber einer ursprünglichen Position C_j zu erhalten, kann, aber braucht nicht zwangsläufig das Ereignis j imitiert werden. Es ist auch möglich, andere Ereignisse k, l, m... heranzuziehen, deren Punktewolken C_k, C_l, C_m ... in der Umgebung der Punktewolke C_j liegt, um durch C_k', C_l', C_m' die Lage von C_j' zu erschließen.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Auswerten von Signalen einer Sensoreinheit mit zumindest zwei Sensoren. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Einlesen zumindest eines ersten Sensorwertes eines ersten der Sensoren der Sensoreinheit und eines zweiten Sensorwertes eines zweiten der Sensoren der Sensoreinheit, wobei der erste und zweite Sensorwert je einen Parameter eines durch die Sensoren zu messenden Stoffes oder eine Verknüpfung der Parameter repräsentieren und wobei ferner ein Schwellwertbereich eingelesen wird, der einen Bereich von Kombinationen zumindest des ersten und zweiten Sensorwertes abbildet, der das Vorhandensein des zu messenden Stoffes in einer Umgebung des ersten und zweiten Sensors repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 520 des Erkennens, dass eine Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes außerhalb des Schwellwertbereichs liegt. Schließlich umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 530 des Veränderns des Schwellwertbereichs in einen veränderten Schwellwertbereich derart, dass die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes innerhalb des veränderten Schwellwertbereichs liegt, wobei das Verändern des Schwellwertbereichs dann ausgeführt wird, wenn die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes ein Veränderungskriterium erfüllt.
6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 600 zum Auswerten von Signalen einer Sensoreinheit 100 mit zumindest zwei Sensoren 105 und 110. Die Vorrichtung 600 umfast eine Einleseschnittstelle 610 zum Einlesen zumindest eines ersten Sensorwertes eines ersten der Sensoren der Sensoreinheit und eines zweiten Sensorwertes eines zweiten der Sensoren der Sensoreinheit, wobei der erste und zweite Sensorwert je einen Parameter eines durch die Sensoren zu messenden Stoffes oder eine Verknüpfung der Parameter repräsentieren und wobei die Einleseschnittstelle 610 ferner ausgebildet ist, um einen Schwellwertbereich C₁, C_i einzulesen, der einen Bereich von Kombinationen zumindest des ersten und zweiten Sensorwertes abbildet, der das Vorhandensein des zu messenden Stoffes in einer Umgebung des ersten und zweiten Sensors repräsentiert. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 600 eine Einheit 620 zum Erkennen, dass eine Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes außerhalb des Schwellwertbereichs liegt und eine Einheit 630 zum Verändern des Schwellwertbereichs C_i, C_i in einen veränderten Schwellwertbereich C₁', C_i' derart, dass die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes innerhalb des veränderten Schwellwertbereichs liegt, insbesondere wobei das Verändern des Schwellwertbereichs dann ausgeführt wird, wenn die Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes ein Veränderungskriterium erfüllt. Denkbar ist auch, dass die Einheit 620 zum Erkennen ein Erkennungssignal 635 ausgibt, um zu signalisieren, dass eine außerhalb des Schwellwertbereichs liegende Kombination des eingelesenen ersten und zweiten Sensorwertes erkannt wurde, und daraufhin ansprechend ein Nutzereingabesignal 640 in der Einheit 630 zum Verändern eingelesen wird, das eine manuelle Benutzereingabe repräsentiert. Auf diese Weise kann nochmals durch einen Nutzer geprüft oder bestätigt werden, dass der Schwellwertbereich tatsächlich verändert werden soll.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Verfahren (500) zum Auswerten von Signalen einer Sensoreinheit (100) mit zumindest zwei Sensoren, wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist: - Einlesen (510) zumindest eines ersten Sensorwertes (F1) eines ersten (105) der Sensoren (105, 110) der Sensoreinheit (100) und eines zweiten Sensorwertes (F2) eines zweiten (110) der Sensoren (105, 110) der Sensoreinheit (100), wobei der erste (F1) und zweite (F2) Sensorwert je einen Parameter (S1, S2) eines durch die Sensoren (105, 110) zu messenden Stoffes (G) oder eine Verknüpfung der Parameter repräsentieren und wobei ferner ein Schwellwertbereich (C1, C2) eingelesen wird, der einen Bereich von Kombinationen (410) zumindest des ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes abbildet, der das Vorhandensein oder einen Wert des zu messenden Stoffes (G) in einer Umgebung des ersten (105) und zweiten (110) Sensors repräsentiert; - Erkennen (520), dass eine Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes außerhalb des Schwellwertbereichs (C1, C2) liegt; und - Verändern (530) des Schwellwertbereichs (C1, C2) in einen veränderten Schwellwertbereich (C1', C2') derart, dass die Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes innerhalb des veränderten Schwellwertbereichs (C1, C2) liegt, insbesondere wobei das Verändern (530) des Schwellwertbereichs (C1, C2) dann ausgeführt wird, wenn die Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes ein Veränderungskriterium (T) erfüllt.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (510) des Einlesens ein Schwellwertbereich (C1, C2) eingelesen wird, der einen Bereich in einem durch den zumindest ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwert aufgespannten Sensorwerteraum (400) repräsentiert.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (510) des Einlesens, des Erkennens (520) und des Veränderns (530) wiederholt ausgeführt werden, wobei im wiederholt ausgeführten Schritt (510) des Erkennens erkannt wird, dass eine Kombination (410) der im wiederholt ausgeführten Schritt (510) des Einlesens eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwerte außerhalb des veränderten Schwellwertbereichs (C1', C2') liegt.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (510) des Einlesens und des wiederholt ausgeführten Schritts (510) des Einlesens ferner je ein erster Betriebsparameter (B1) oder ein zweiter Betriebsparameter (B2) eingelesen wird, wobei der erste Betriebsparameter (B1) einen aktuellen Betriebszustand des erstens Sensors (105) und/oder einen aktuellen Betriebszustand des zweiten Sensors (110) repräsentiert und/oder wobei der zweite Betriebsparameter (B2) einen Betriebszustand des erstens Sensors (105) und/oder einen Betriebszustand des zweiten Sensors (110) für einen nachfolgenden Zeitpunkt repräsentiert, und wobei im Schritt des Veränderns ferner der Schwellwertbereich (C1, C2) verändert wird, wenn der im Schritt (510) des Einlesens eingelesene erste Betriebsparameter (B1) um mehr als einen vordefinierten Toleranzwert von dem im wiederholt ausgeführten Schritt (510) des Einlesens eingelesenen zweite Betriebsparameter (B2) abweicht.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (510) des Einlesens als erster (B1) und/oder zweiter Betriebsparameter (B2) eine Information über eine Betriebsspannung (U_E, U_H) und/oder eine Betriebstemperatur und/oder oder ein Alter des ersten (105) und/oder zweiten (110) Sensors eingelesen wird.
Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem im Schritt (520) des Erkennens ein erster Sensorwert (F1), ein zweiter Sensorwert (F2), ein erster Betriebsparameter (B1) und/oder ein zweiter Betriebsparameter (B2) für das Erkennen der außerhalb des Schwellwertbereichs (C1, C2) liegenden Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes verwendet wird, wenn der erste Sensorwert (F1), der zweite Sensorwert (F2), der erste Betriebsparameter (B1) und/oder der zweite Betriebsparameter (B2) zu einem Zeitpunkt aufgenommen wurde, die zeitlich nicht mehr als eine vordefinierter Zeitspanne vor einem aktuellen Zeitpunkt liegt.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (530) des Veränderns dann ausgeführt wird, wenn als Veränderungskriterium (T) die Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes um nicht mehr als einen vordefinierten oder relativen Abstandswert außerhalb des Schwellwertbereich (C1, C2) liegt.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (530) des Veränderns der Schwellwertbereich (C1, C2) unter Verwendung eines Algorithmus mit künstlicher Intelligenz und/oder eines Algorithmus eines maschinellen Lernverfahrens ausgeführt werden.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (530) des Veränderns ansprechend auf ein Nutzereingabesignal (640) ausgeführt wird, das eine manuelle Benutzereingabe repräsentiert, insbesondere wobei das Nutzereingabesignal (640) ansprechend auf ein im Schritt (520) des Erkennens ausgegebenes Erkennungssignal (635) eingelesen wird, das ein Erkennen eines außerhalb des Schwellwertbereichs (C1, C2) liegende Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes repräsentiert.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (510) des Einlesens der erste (F1) und/oder zweite (F2) Sensorwert als Messwert (S1, S2) und/oder als verarbeiteter Messwert von einem Gassensor und/oder oder einem Sensor zur Messung von Partikeln in einem Fluid, insbesondere in einem Gas oder einer Flüssigkeit eingelesen wird.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens ferner zumindest ein weiterer Schwellwertbereich (C2) eingelesen wird, der einen Bereich von Kombinationen (410) zumindest des ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes abbildet, der das Vorhandensein oder einen Wert des zu messenden weiteren Stoffes (G) in einer Umgebung des ersten (105) und zweiten Sensors (110) repräsentiert, wobei im Schritt (520) des Erkennens erkannt wird, dass eine Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes außerhalb des weiteren Schwellwertbereichs (C2) liegt und wobei im Schritt (530) des Veränderns der weitere Schwellwertbereich (C2) in einen veränderten weiteren Schwellwertbereich (C2') derart verändert wird, dass die Kombination (410) des eingelesenen ersten (F1) und zweiten (F2) Sensorwertes innerhalb des veränderten weiteren Schwellwertbereichs (C2') liegt.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens ferner zumindest ein dritter Sensorwert eines dritten (200) der Sensoren (105, 110, 200, 210) der Sensoreinheit (100) und eines vierten Sensorwertes eines vierten (210) der Sensoren (105, 110, 200, 210) der Sensoreinheit (100) eingelesen wird, wobei der dritte und vierte Sensorwert je einen Parameter des durch die Sensoren (105, 110, 200, 210) zu messenden Stoffes (G) oder eine Verknüpfung der Parameter repräsentieren und wobei ferner im Schritt (520) des Erkennens, erkannt wird dass eine Kombination (410) des eingelesenen dritten und vierten Sensorwertes außerhalb des Schwellwertbereichs (C1, C2) liegt, und wobei im Schritt (530) des Veränderns der Schwellwertbereichs (C1, C2) in einen veränderten Schwellwertbereich (C1', C2') derart verändert wird, dass die Kombination (410) des eingelesenen dritte und vierten Sensorwertes innerhalb des veränderten Schwellwertbereichs (C1`, C2') liegt.
Vorrichtung (600), die eingerichtet ist, um die Schritte (510, 520, 530) des Verfahrens (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (610, 620, 630) auszuführen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.