DE10333750A1

DE10333750A1 - Einrichtung zur Erfassung von in Form physikalischer, chemischer und biologischer Parameter vorliegender Daten

Info

Publication number: DE10333750A1
Application number: DE10333750A
Authority: DE
Inventors: Uwe Apel; Jörg Burmester; Thomas Dose; Volker Dzaak; Michael Dr. Masson; Burkhard Wenzel; Tim Kaiser
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-03-03

Abstract

Es wird eine Einrichtung (10) zur Erfassung von Daten vorgeschlagen, umfassend wenigstens ein Sensorelement (12) zur Erfassung in Form physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer Parameter vorliegender Daten, wenigstens ein Speicherelement (13), wenigstens zum Einschreiben und Auslesen der erfaßten Daten sowie wenigstens eine Recheneinrichtung (14) zur Steuerung des Datenerfassungsvorganges, der Steuerung des Schreib- und Lesevorganges der Daten in das bzw. aus dem Speicherelement (13) und zur Aufbereitung und Darstellung der erfaßten Daten. Dabei werden sowohl die erfaßten Daten auf einer Anzeigeeinrichtung (26), die Teil der Datenerfassungseinrichtung (10) ist, als auch wenigstens die Daten, die die Kalibrierung des wenigstens einen Sensorelementes (12) betreffen, optisch angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Daten, umfassend wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung in Form physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer Parameter vorliegender Daten, wenigstens ein Speicherelement wenigstens zum Einschreiben und Auslesen der erfaßten Daten sowie wenigstens eine Recheneinrichtung zur Steuerung des Datenerfassungsvorganges, der Steuerung des Schreib- und Lesevorganges der Daten in das bzw. aus dem Speicherelement und zur Aufbereitung und Darstellung der erfaßten Daten.

Eine Einrichtung dieser Art ist bekannt (DE-A-198 42 920). Parameter, die mittels der bekannten Einrichtung erfaßt werden können, sind bspw. der Druck, die Temperatur, der Gasgehalt, der pH-Wert, die elektrische Leitfähigkeit bzw. die Wärmeleitfähigkeit usw. von festen, flüssigen und gasförmigen Medien, wobei die voranstehend aufgeführten Parameter hier nur beispielhaft für viele andere, hier nicht im einzelnen aufgeführte Parameter stehen. Mittels der bekannten Einrichtung werden die in Form physikalischer, chemischer und biologischer Parameter vorliegenden Daten, nachdem sie von wenigstens einem an der Einrichtung vorgesehenen Sensor erfaßt werden, in ein Speicherelement eingeschrieben und bei Bedarf aus dem Speicher ausgelesen, was mittels einer Recheneinrichtung vonstatten geht, die zur Steuerung des Datenerfassungsvorganges, der Steuerung des Schreib- und Lesevorganges der Daten in das bzw. aus dem Speicherelement dient. Zudem dient die Recheneinrichtung der bekannten Einrichtung auch zur Aufbereitung und Darstellung der erfaßten Daten, um diese bspw. nach dem Transport zu einer gesonderten elektronischen Auswert- und Aufbereitungsanordnung einer rechnergestützten Bearbeitung zu unterwerfen und die erfaßten Parameter dann visuell auf einem Bildschirm, einem gesonderten Display, einem Datendrucker oder einem sonstigen geeigneten Endgerät zuzuführen, um diese anhand dieser Darstellungen dann einer Bewertung bzw. Weiterverarbeitung durch den Benutzer für die gewünschten Zwecke zuzuführen.

Bei der bekannten Einrichtung findet somit im wesentlichen nur eine Erfassung der Daten statt, wohingegen die eigentliche Aufbereitung der den gesammelten Parametern entsprechenden Daten abgesetzt von der eigentlichen Einrichtung erfolgt. Aus diesem Grunde konnte bei der bekannten Einrichtung eine kostspielige Auswerteelektronik vermieden werden, und es konnten die Gestehungskosten auf ein Minimum reduziert werden, da lediglich die unmittelbar zur Ausführung der sensorischen Tätigkeit notwendigen elektronischen Einrichtungen wie ein Speicherelement, in einer dort beschriebenen modifizierten Ausgestaltung auch eine Recheneinrichtung, und wenigstens ein Sensorelement vorhanden ist.

Die bekannte Einrichtung braucht am Ort der durchzuführenden sensorischen Erfassung der Parameter bzw. deren Daten lediglich geeignet positioniert zu werden, was gleichermaßen auch für die hier beschriebene, gattungsgemäße Einrichtung gelten soll. Die Einrichtung soll darüber hinaus auch durch einen ungeübten Laien oder einen technisch an sich nicht vorgebildeten Wissenschaftler im Rahmen seiner Forschungstätigkeit positioniert und bestimmungsgemäß benutzt werden können.

Im Zuge des erfolgten bestimmungsgemäßen Einsatzes der gattungsgemäßen Einrichtung haben sich aber in bestimmten Fällen Probleme für den Benutzer ergeben, wenn bspw. am Ort der sensorischen Erfassung der jeweils zu ermittelnden Daten bezüglich des gewünschten Parameters eine kurzfristige Entscheidung darüber getroffen werden muß, ob die jeweils erfaßten Daten auch aussagekräftig, d.h. brauchbar sind und ob die erfaßten Daten auch real sind, d.h. dem entsprechen, was normalerweise in bezug auf den zu erfassenden Parameter eine mit der Einrichtung richtig erfaßte Meßgröße ist.

Bei der bekannten Einrichtung sind Aussagen im vorangehend aufgeführten Sinne nur dann möglich, wenn die Einrichtung selbst in die besagte Auswerteeinrichtung überführt worden ist, die erfaßten Daten ausgelesen und auf oben beschriebene Weise aufbereitet und angezeigt werden. Dieses ist, wie gesagt, für viele Anwendungsfälle der Einrichtung nicht ausreichend bzw. auch nicht sachgerecht, da viele an sich ad hoc zu erfassen gewünschte Parameter sich somit gar nicht optimal, bisweilen sich so überhaupt nicht erfassen lassen.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auf sehr einfache Weise Daten, die auf physikalischen, chemischen, biologischen usw. Parametern beruhen, erfaßt und gespeichert werden können sollen und auch unmittelbar vor Ort der Erfassung schon Aussagen darüber möglich sein sollen, ob nach dem Ende des Datenerfassungsvorganges die erfaßten Daten einerseits reale Daten sind und andererseits die Daten meßtechnisch richtige Daten sind, so daß unmittelbar vor Ort der sensorischen Erfassung der Daten durch einen Benutzer der Einrichtung eine Aussage über die ermittelten Parameterdaten gemacht werden kann oder die jeweiligen erfaßten Daten verworfen werden können und eine Aussage unmittelbar am Ort der Messung durch den Benutzer möglich ist, ob die Erfassung der dem gewünschten Parameter entsprechenden Daten auf einer richtigen Messung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung beruht.

Gelöst wird die Aufgabe gem. der Erfindung dadurch, daß sowohl die erfaßten Daten auf einer Anzeigeeinrichtung, die Teil der Daten der Erfassungseinrichtung ist, als auch wenigstens die Daten, die die Kalibrierung des wenigstens einen Sensorelementes betreffen, wenigstens optisch angezeigt werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im wesentlichen darin, daß, wie angestrebt, unmittelbar am Ort der Erfassung dem Benutzer Aufschluß über den auf vorbestimmbare Weise zu erfassen gewünschten Parameter gegeben werden kann und das optisch angezeigte Ergebnis unmittelbar als richtiges Ergebnis gewertet oder als falsches Ergebnis verworfen werden kann und den Benutzer zudem in die Lage versetzt, unmittelbar am Ort der Erfassung aufgrund der dem gewünschten Parameter entsprechenden Daten beurteilen zu können, ob die Erfassung aufgrund einer einwandfreien apparativen Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt ist.

Die Einrichtung kann faktisch zu jeder Zeit in bezug auf ihre richtige technische Funktion überprüft, d.h. kalibriert werden, wobei anhand eines mittels der Einrichtung am Einsatzort durchgeführten Kalibrierungsvorganges somit nicht nur die bestimmungsgemäße technische Funktion der Einrichtung als richtig beurteilt werden kann, sondern auch, falls die Überprüfung ergeben hat, daß die einwandfreie technische Funktion der Einrichtung aufgrund des Driftens der einzelnen Bauelemente der Einrichtung nicht mehr gegeben ist, am Ort der Erfassung der Daten wiederum kalibriert werden kann.

Über die optische Anzeige wird der Bediener ebenfalls über den Status der Kalibrierung in Kenntnis gesetzt.

Gem. einer vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung ist wenigstens ein Bedienelement vorgesehen, mit dem die Einrichtung in- und außer Betrieb setzbar ist und mit dem die Datenerfassung zeitlich bestimmbar und terminierbar ist. Diese unterschiedlichen Bedienfunktionen mit dem einen Bedienelement können durch eine bestimmte, mit dem Bedienelement auslösbare Impulssequenz oder verschieden lange Impulse eingeleitet bzw. beendet werden.

Gleichermaßen vorteilhaft ist es, daß mit dem einzigen Bedienelement ebenfalls der Kalibriervorgang des wenigstens einen Sensorelementes wenigstens eingeleitet werden kann. Auch in diesem Falle gilt, daß durch eine vorbestimmte, mit dem Bedienelement auslösbare Impulssequenz der Kalibriervorgang eingeleitet werden kann. Es kann vorgesehen sein, den Kalibriervorgang dann nach seiner Einleitung automatisch durchführen lassen zu können, es kann vorteilhafterweise aber auch möglich sein, den Kalibriervorgang durch eine wiederum vorbestimmbare, mit dem Bedienelement erzeugbare Impulssequenz zu beenden.

Bei allen mittels elektronischer Mittel funktionierender Einrichtungen, zu denen auch die erfindungsgemäße Einrichtung gehört, ist eine immerwährende Schwachstelle, die Spannungsversorgung der Einrichtung, wenn eine Fremdspannungsversorgung über eine Netzspannung, d.h. durch Fremdversorgung, nicht möglich ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung muß prinzipiell völlig autark an Orten einsetzbar sein können, an denen eine Fremdspannungsversorgung nicht möglich ist, d.h. sie muß völlig autark am bestimmungsgemäßen Erfassungsort uneingeschränkt funktionsfähig sein. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, daß die Einrichtung eine wenigstens das wenigstens eine Sensorelement, das wenigstens eine Speicherelement und die Recheneinrichtung mit elektrischer Spannung versorgende Einrichtung aufweist, die die elektrische Versorgungsspannung mit einer derartigen Konstanz und einer derartigen Höhe liefert, daß die bestimmungsgemäße Funktion der Einrichtung für den Erfassungs-, Speicher- und Aufbereitungsvorgang der Daten sowie die jeweilige Prozeßsteuerung dafür mittels der Recheneinrichtung gewährleistet ist.

Zwar kann es sinnvoll sein, dafür an sich im Stand der Technik bekannte Spannungsversorgungseinrichtungen wie Sekundärelemente oder Primärelemente zu verwenden, die über einen vorbestimmten Betriebszeitraum bei dabei zugrunde gelegtem vorbestimmten Entladestrom eine Spannungskonstanz sichern, um die bestimmungsgemäße Funktion der Einrichtung zu gewährleisten, diese bekannten Sekundär- und Primärelemente haben aber nur eine begrenzte Kapazität, so daß eine Datenerfassung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Verwendung dieser bekannten Sekundär- und Primärelemente an sehr beschränkte zeitliche und auch funktionelle Grenzen stößt.

Sollten die im Stand der Technik ebenfalls bekannten Spannungsversorgungseinrichtungen in Form von Lithium-Elementen eingesetzt werden, ist zwar eine größere Kapazität an elektrischer Leistung gegeben als bei den im allgemeinen bereitstellbaren Standard-Sekundär- und Primärelementen, die Lithium-Elemente haben aber den Nachteil, daß ihre Nenn-Abgabespannung sehr viel niedriger ist als die der bekannten Standard-Primär- und Sekundärelemente. Um aber einerseits die Vorteile der Lithium-Elemente zu nutzen, andererseits aber auch die Speicher-, Rechen- und Sensoreinrichtungen mit ausreichender Nennspannung zur Sicherung ihres bestimmungsgemäßen Betriebes versorgen zu können, ist es besonders vorteilhaft, die Einrichtung derart auszugestalten, daß der Spannungsversorgungseinrichtung nachgeschaltet eine sogen. Spannungspumpe (Step-Up DC-DC Converter) vorzusehen. Mittels dieser Einrichtung, die funktionell ein "Gleichspannungstransformator" ist, kann die für den Betrieb der vorgen. elektronischen Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung notwendige Spannungshöhe, Spannungskonstanz und eine hohe Kapazität an elektrischer Leistung auf elegante Weise sichergestellt werden. Der "DC-DC Converter" selbst ist als integrierter Schaltkreis verfügbar und somit wie die anderen elektronischen Komponenten der Einrichtung in entsprechend miniaturisierter Form einsetzbar und für diesen Zweck verfügbar.

Für bestimmte Zwecke, wenn bspw. die Daten einer für bestimmte Erfassungszwecke eingesetzten großen Zahl von Einrichtungen gemeinsam in bezug auf die von den Einrichtungen erfaßten Daten zentral einer Bewertung unterzogen werden sollen, kann es außerordentlich vorteilhaft sein, die im Speicherelement erfaßten Daten entweder nach vorheriger Aufbereitung durch die der jeweiligen Einrichtung innenwohnende Recheneinrichtung oder gesondert von dieser in eine abgesetzt vom eigentlichen Einsatzort der Einrichtung vorgesehene elektronische Auswerte- und Datenaufbereitungseinrichtung einzubringen. Dazu ist es vorteilhaft, an der Einrichtung ein Interface vorzusehen und über das ein durch die besagte elektronische Auswerte- bzw. Datenverarbeitungseinrichtung externes Auslesen der im Speicherelement erfaßten Daten vollziehen zu lassen. Die Einrichtung wird somit an den Ort der elektronischen Auswerte- bzw. Datenverarbeitungseinrichtung verbracht, dort bspw. in einen geeigneten Kontakt mit dieser gebracht und es werden die Daten der Einrichtung durch die elektronische Auswerte- bzw. Datenverarbeitungseinrichtung gelesen. Dieses bezieht sich grundsätzlich auf alle Daten, die von der Einrichtung erfaßt und einrichtungsintern aufbereitet worden sind, d.h. bspw. die eigentlichen Erfassungs- bzw. Meßdaten und auch die Kalibrierungsdaten, wie oben beschrieben.

Das Interface kann vorzugsweise ein Magnetstreifen sein, es kann vorzugsweise aber auch auf sehr einfache Weise durch eine Mehrzahl von an der Einrichtung ausgebildeten Kontakten gebildet werden, wobei diese Kontakte, nachdem die Einrichtung in die elektronische Auswerte- bzw. Datenverarbeitungseinrichtung eingeführt worden ist, bzw. mit dieser in einen geeigneten Kontakt gebracht worden ist, dort mit entsprechenden Kontakten der Einrichtung in Berührung kommen und so die im Speicherelement der Einrichtung gespeicherten Daten ausgelesen werden können.

Das Interface ist natürlich grundsätzlich in der Lage, geeignete Daten auch von der elektronischen Auswerte- und Datenverarbeitungseinrichtung auf das Speicherelement bzw. die Recheneinrichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung zu übertragen, um bspw. Befehle im Zusammenhang mit dem Steuerungsalgorithmus für eine Änderung einer Steuerung des Sensors zu übertragen oder aber auch auf diese Weise unterschiedliche Programme für den Steuer- und/oder Auslesealgorithmus, soweit er durch eine gesonderte Recheneinrichtung ebenfalls gesteuert werden kann, zu laden.

Schließlich kann das Interface auch vorzugsweise durch wenigstens eine optogekoppelte Einrichtung gebildet werden, so daß für durchaus denkbare Spezialfälle eine galvanische Trennung zwischen der Einrichtung gem. der Erfindung einerseits und der elektronischen Auswerte- und Datenverarbeitungseinrichtung andererseits beim Auslesevorgang der gespeicherten Daten und ggf. beim Übertragen von Programmdaten und dgl. auf die Einrichtung gewährleistet ist.

Für bestimmte Fälle bzw. Anwendungen der Einrichtung kann es zudem vorteilhaft sein, selbst wenigstens das Sensorelement und das Speicherelement, ggf. aber auch die Recheneinrichtung, mit einer von außen zugeführten Fremdspannung zu versorgen, wenn am Einsatzort eine elektrische Spannung, bspw. erzeugt aus einem örtlichen Spannungsversorgungsnetz, zur Verfügung steht und die einrichtungsinterne elektrische Versorgungsspannungseinrichtung in diesem Falle nur als elektrische Puffereinrichtung oder für Notfälle vorzusehen oder für das Halten der gespeicherten Daten beim Transport zur besagten elektronischen Auswerte- bzw. Datenaufbereitungseinrichtung. Es sei aber noch darauf hingewiesen, daß auch eine von außen zur erfindungsgemäßen Einrichtung zugeführte Versorgungsspannung grundsätzlich auch die einrichtungseigene Anzeige insgesamt mit Spannung versorgen kann.

Gem. einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung bilden die äußeren Dimensionen der Einrichtung wenigstens teilweise ein kastenförmiges Format nach Art einer "SmartCard" oder einer Kreditkarte. Diese Art der Ausgestaltung der Einrichtung hat den Vorteil, daß die Einrichtung aufgrund ihrer somit guten Handhabbarkeit und ihres geringen Platzbedarfes gut transportiert, gut gelagert, gut vor Ort zur sensorischen Erfassung der Parameter sowie wiederum gut von dort zu der elektronischen Auswerte- und Aufbearbeitungseinrichtung überführt werden kann und in entsprechende Aufnahmeschlitze (Interface) nach Art der Aufnahmeschlitze bei Geldausgabeautomaten in der elektronischen Auswerte- und Aufbereitungseinrichtung eingeführt werden kann, um dort die im Speicherelement gespeicherten Daten auslesen zu lassen. Ggf. kann auch vor Ort der sensorischen Aufnahme eine Aufnahmevorrichtung positioniert sein, in die die Einrichtung ebenfalls über einen dort analog ausgebildeten Schlitz (Interface) und dgl. eingeführt werden kann. Der Hinweis auf das kartenförmige Format einer "SmartCard" oder einer Kreditkarte soll lediglich den Hinweis auf die Größenverhältnisse in bezug auf die äußeren Dimensionen geben. Natürlich hat die Funktion bzw. der Aufbau und auch die mechanische Dimensionierung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer Kreditkarte nichts zu tun.

Die einzelnen elektronischen Komponenten einschl. des Sensors bzw., falls vorhanden, mehrere Sensoren, sind auf einem flächigen Trägerelement nach Art einer gedruckten Schaltung oder dgl. angeordnet. Die Einrichtung umfaß dabei vorzugsweise ein Gehäuse, das die Einrichtung in ihrer Gesamtheit wasser- und druckdicht hermetisch abschließt. Dabei kann das Gehäuse vorzugsweise mehrteilig, bspw. zweiteilig, ausgebildet sein und mit solchen Verbindungsmitteln versehen, die vollständig das Gehäuse umlaufend vorgesehen sind, die Gehäuseteile miteinander zu verbinden, ggf. nach Art einer "Clipverbindung".

Grundsätzlich kann das Gehäuse, ob nun ein- oder mehrteilig, aus einem beliebigen geeigneten Werkstoff bestehen, vorzugsweise wird jedoch aufgrund seiner sehr guten Ver- und Bearbeitbarkeit und aufgrund seiner Spritzfähigkeit im Zuge der Herstellung eines Spritzgußvorganges, Kunststoffwerkstoff gewählt werden, der zudem noch den Vorteil eines verhältnismäßig geringen Gewichts bei guten elektrisch und thermisch isolierenden Eigenschaften aufweist. In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, daß auch Verbundwerkstoffe beliebiger geeigneter Art zur Ausbildung des Gehäuses genutzt werden können, insbesondere wenn es darauf ankommt, einerseits eine sehr hohe mechanische Stabilität zu erreichen und andererseits ein sehr geringes Gewicht.

Wie eingangs erwähnt, kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung selbständig eine Kalibrierung vom Benutzer der Einrichtung durchgeführt werden, und das nicht nur im Labor, sondern, wie gesagt, auch unmittelbar am Einsatzort der Einrichtung zur Ausführung der bestimmungsgemäßen Erfassung der den zu erfassen gewünschten Parametern zugrunde liegenden Daten. Zu diesem Zweck weist die Einrichtung schließlich vorteilhafterweise eine Mulde auf, die bspw. im Gehäuse ausgebildet sein kann und vom Gehäuseäußeren aus zugänglich ist. In dieser Mulde ist wenigstens das wenigstens eine Sensorelement angeordnet. Eine Kalibrierflüssigkeit wird in die Mulde gegeben, wobei der oder die Sensoren in der Mulde mit der Kalibrierflüssigkeit dann in Kontakt sind. Dann kann der Kalibrierungsvorgang vom Benutzer der Einrichtung in Gang gesetzt werden. Nach Abschluß des Kalibriervorganges wird über die optische Anzeige der Bediener über den Status der Kalibrierung unterrichtet.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgend schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben. Darin zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung eine von einem Gehäuse umgebenen Einrichtung gem. der Erfindung, aus der insbesondere in der oberen Ecke eine Mulde zur Aufnahme von Kalibrierflüssigkeit ersichtlich ist und wobei die 1 eine Einrichtung in geringfügig vergrößerter Darstellung gegenüber realen äußeren Dimensionen einer derartigen Einrichtung zeigt,
2 ein Blockschaltbild zur Darstellung der für die Einrichtung wesentlichen elektronischen Komponenten zur Darstellung der Funktionsweise der Einrichtung und
3 Meßkurven von Signalen eines Sensors der Erfindung mit und ohne Verstärkung der von einem Sensor gelieferten Signale.
Es wird zunächst auf 2 Bezug genommen, das in Form eines Blockschaltbildes das Zusammenwirken der die Einrichtung 10 bildenden einzelnen Komponenten darstellt.
Die Einrichtung 10 gem. 2 weist wenigstens ein Sensorelement 12 und ein Speicherelement 13 auf und eine Spannungsversorgungseinrichtung 16. Die Spannungsversorgungseinrichtung 16 kann grundsätzlich in Form eines im Handel erhältlichen Primärelementes oder Sekundärelementes ausgebildet sein. Für die Realisierung der Einrichtung 10 eignet sich besonders ein Lithium-Element, das bspw. in Form der allseits bekannten "Knopfzellen" ausgebildet sein kann. Das Lithium-Element, das hier vorzugsweise die Spannungsversorgungseinrichtung 16 bildet, bspw. in Form eines Produkts "Varta" (Varta ist eine eingetragene Marke) des Modells 2032: 230 mAh, 3 V, verändert seine Nennabgabespannung in Abhängigkeit von der Stromentnahme über die Zeit. Aus diesem Grunde umfaßt die Einrichtung 10 zur Spannungsversorgung der einzelnen elektronischen Komponenten eine Spannungspumpe 28 (Ste-Up DC-DC Converter), worauf im einzelnen noch weiter unten eingegangen wird.
Zur Klarstellung sei auch darauf hingewiesen, daß Sensorelement 12 auch bedeuten kann, daß hier eine Mehrzahl von Sensorelementen 12 vorgesehen sind, die geeignet auf einem Trägerelement 11, das eine Leiterplatte sein kann, ebenso wie die anderen elektronischen Komponenten der Einrichtung 10 angeordnet sein können. Auch bezüglich des Speicherelementes 13 gilt, daß davon auch Ausgestaltungen der Einrichtung 10 gemeint sind, in denen eine Mehrzahl von Speicherelementen 13 angeordnet sind. Speicherelement 13 im Sinne der Einrichtung 10 sind z.B. elektronische Speicherelemente wie RAMs, ROMs, PROMs, ePROMs usw., d.h. alle elektronischen Speicherelemente, wie sie im Stand der Technik vorhanden sind.
Die Einrichtung 10 umfaßt zudem eine Recheneinrichtung 14, die in der Darstellung gem. 2 durch einen Block, zusammen mit dem Speicherelement 13 dargestellt ist. Die Recheneinrichtung 14 und die Speichereinrich tung 13 sind in der Regel durch gesonderte integrierte Schaltkreise realisierbar. Da die Speichereinrichtung 13 und die Recheneinrichtung 14 aber in bezug auf das Steuerprogramm und das Betriebssystem der Recheneinrichtung 14, das überwiegend in der Speichereinrichtung 13 neben den eigentlichen zu erfassenden Daten gespeichert ist, wird hier aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich ein gemeinsamer Block dargestellt.
Schließlich ist auf der Einrichtung 10, in der Darstellung gem. 2 auf dem Trägerelement 11 selbst, an geeigneter Stelle ein Interface 15 angeordnet, über das ggf. ein Auslesen der im Speicherelement 13 gespeicherten erfaßten Daten auf eine externe elektronische Auswerte- und Datenverarbeitungseinrichtung 18 erfolgen kann. Umgekehrt kann über das Interface 15 von der Datenauswerte- und Aufbereitungseinrichtung 18 ein Datenfluß auf das Speicherelement 13 und/oder auf die Recheneinrichtung 14 gegeben werden.
Die Einrichtung 10 wird über das Bedienelement 27, vgl. auch 1, bspw. durch einmaliges kurzes Drücken in Betrieb genommen. Ein elektronischer Schalter 33 sorgt dafür, daß nach dem Drücken des Bedienungselements 27 der Betriebszustand "Einrichtung eingeschaltet" beibehalten wird. Die Spannungspumpe 28 pumpt, wenn bspw. das oben beschriebene besagte Lithium-Element die Spannungsversorgungseinrichtung 16 bildet, die Spannung des Lithium-Elementes auf eine konstante Spannung von 3,3 V. Diese Spannung ist bspw. für den Betrieb der Recheneinrichtung 14, die bspw. durch einen Mikroprozessor in Form eines integrierten Schaltkreises gebildet sein kann, erforderlich. Für die anderen elektronischen Komponenten der Einrichtung 10 ist ggf. eine Konstanz der Versorgungsspannung und ggf. eine Höhe der Versorgungsspannung, wie sie für die Recheneinrichtung 14 erforderlich ist, nicht erforderlich, so daß die anderen elektronischen Komponenten der Einrichtung 10 nicht zwingend über die Spannungspumpe 28 im voraufgeführten Sinne mit konstanter Versorgungsspannung und einer vorbestimmten Höhe versorgt zu werden brauchen.
Die Einrichtung 10 ist nun prinzipiell betriebsbereit, d.h. sie kann vor Ort dem zu erfassenden festen, flüssigen oder gasförmigen Medium ausgesetzt werden. Ist das zu erfassende Medium ein flüssiges Medium, wird die Einrichtung 10 in das Medium wenigstens teilweise eingetaucht, so daß das Sensorelement 12 das Medium erfassen kann. Das Sensorelement 12 liefert ein elektrisches Signal, das auf eine Signalverstärkungseinrichtung 31 gegeben wird, um derart verstärkt von der nachgeschalteten Recheneinrichtung 14 auch verarbeitet werden zu können. In der Recheneinrichtung 14 werden die elektrischen Signale, die den zu erfassenden Daten der entsprechenden zu untersuchenden Parameter geliefert werden, in interpretierbare Daten umgewandelt. Die erfaßten Daten werden fortlaufend in einer mit der Recheneinrichtung 14 bzw. dem Speicherelement 13 verbundenen Anzeigeeinrichtung, bspw. in Form eines optisch von der Einrichtung 10 von außen erfaßbaren Displays, bspw. in Form einer LED-Anzeige, angezeigt. Ein Benutzer erhält somit die Möglichkeit, unmittelbar vor Ort aufgrund der in der Anzeigeneinrichtung 26 angezeigten Größen Rückschlüsse darauf zu ziehen, ob die sensorische Erfassung des jeweiligen zu untersuchenden physikalischen, chemischen, biologischen oder sonstigen Parameters real ist. Er kann diese sensorische Erfassung durch geeignete Betätigung des Bedienelementes 27 wiederholen, um sich sicheren Aufschluß über die Richtigkeit der real angezeigten Daten zu verschaffen.
Durch entsprechend vorgegebene Betätigung des Bedienungselementes 27 kann die Einrichtung ebenfalls wieder in einen Zustand "Einrichtung außer Betrieb" überführt werden. Die Art der zur Auslösung der einzelnen Funktionen der Steuerung der Einrichtung 10 über das Bedienungselement 27 kann auf vorbestimmbare Weise beliebig geeignet gewählt werden.
Ein Kalibrierprogramm ist in dem mit der Recheneinrichtung 14 zusammenwirkenden Speicherelement 13, s.o., geladen oder kann ggf. auch gesondert geladen werden. Die Einleitung der Kalibrierung kann ebenfalls über das Bedienungselement 27 eingeleitet werden. Hierfür wird bspw. das Bedienungselement 27 eine bestimmte Zeit lang gedrückt, bspw. 5 Sek. Auf der Anzeigeeinrichtung 26 wird angezeigt, daß bspw. das Sensorelement 12, oder dann, wenn mehrere Sensoren 12 auf der Einrichtung 10 vorgesehen sind, ein vorbestimmter Sensor 12, kalibriert wird. Durch erneute kurze Betätigung des Bedienelementes 27 wird die Kalibrierung des (hier im Beispiel einen) Sensorelementes 12 begonnen. Nach Beendigung der Kalibrierung gem. dem geladenen Kalibrierprogramm kann auf der Anzeigeeinrichtung 26 eine Information angezeigt werden, daß der Kalibriervorgang abgeschlossen ist. Es ist aber auch möglich, entweder alternativ oder kumulativ, ein akustisches Signal abzugeben, bspw. durch eine Akustikanzeige 32, die bspw. durch einen piezoelektrischen Summer gebildet werden kann.
Sind mehrere Sensorelemente 12 vorhanden, kann die Kalibrierung gem. dem voraufgezeigten Ablauf so lange fortgesetzt werden, bis alle Sensoren 12 kalibriert sind.
Grundsätzlich kann der Bediener die Kalibrierung auch nach Wunsch abbrechen. Wenn der Bediener keinen weiteren Sensor für die Kalibrierung auswählt, kann bspw. auf der Anzeigeeinrichtung 26 eine Information angezeigt werden, die bspw. "abbrechen" lauten kann. Ein weiteres kurzes Betätigen des Bedienungselementes 27 kann das Kalibrierprogramm beenden bzw. insgesamt abbrechen.
Das Gehäuse 29, das das Trägerelement 11 hermetisch druckdicht und flüssigkeitsdicht verschließt, so daß lediglich die Anzeigeeinrichtung 26, das Sensorelement bzw. die Sensorelemente und das Bedienungselement 27 von außen zugänglich freigegeben wird, weist im Bereich des Sensorelementes 12 bzw. mehrerer dort angeordneter Sensorelemente 12 eine vom Gehäuseäußeren aus zugängliche Mulde 30 auf.
Die für den Kalibriervorgang des Sensorelementes 12 bzw. der Sensorelemente 12 erforderliche Kalibrierflüssigkeit (hier nicht dargestellt), wird in die Mulde 30 gegeben. Die benötigte Flüssigkeitsmenge der Kalibrierflüssigkeit ist über das Volumen der Mulde 30 vorgegeben. Das Volumen beträgt typischerweise bspw. lediglich 0,5 ml. Allgemein gilt, daß das Sensorelement 12 bzw. die Sensorelemente 12 nach längeren Meßintervallen, größeren Meßpausen oder nach einem Einsatz in stark belasteten realen zu untersuchenden Medien kalibriert werden müssen, da sich die Steilheit der Sensoren 12 oder durch Drifterscheinungen auch die Potentiallage verändert haben kann. Das Ansprechverhalten der Sensoren 12 wird durch den Kalibriervorgang ermittelt. Die Kalibrierlösung enthält zu einer exakt in bezug auf das Volumen analytfreien Wasserprobe, um bei diesem Beispiel zu bleiben, genau bestimmte Volumina einer Meßionenlösung. Die Kalibrierkurve zwischen dem Meß- und Referenzsensor ermittelt Spannungswerte in Abhängigkeit vom dekadischen Logarithmus der Konzentration der Kalibrierlösung. Aus der Kurve kann dann Steilheit, ein linearer Bereich und eine Nachweisgrenze ermittelt werden. Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 ist somit eine Kalibrierung auf sehr einfache Weise durch einen Bediener möglich.
Ist die Kalibrierung der Einrichtung 10 abgeschlossen, kann auf oben bestimmte Weise die Erfassung der Daten des gewünschten zu untersuchenden Parameters ausgeführt werden. Ist diese Erfassung am Meßort abgeschlossen, kann die Einrichtung 10 auch einer hier nicht dargestellten Datenauswert- und Aufbereitungseinrichtung zugeführt werden. Über das Interface 15 können die Daten entweder von der gesonderten externen Datenauswerte- und Aufbereitungseinrichtung entweder direkt gesteuert oder über die einrichtungseigene Recheneinrichtung 10 gesteuert, die sich im Speicherelement 13 befindenden Meßdaten ausgelesen und auf die Datenauswerte- und Aufbereitungseinrichtung 18 übertragen und dort einer weiteren Aufbereitung unterzogen werden, wobei dort in der externen Datenauswerte- und Aufbereitungseinrichtung auch die Daten von weiteren Einrichtungen 10 eingelesen, gesammelt und insgesamt ausgewertet werden können. Dieses ist in der DE-A-198 42 920 eingehend beschrieben, wobei die in dem vorgen. Dokument beschriebene Einrichtung in bezug auf die dortige Offenbarung vollumfänglich Teil dieser jetzigen Patentanmeldung ist.

10: Einrichtung
11: Trägerelement
12: Sensorelement
13: Speicherelement
14: Recheneinrichtung
15: Interface
16: Spannungsversorgungseinrichtung
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19
20
21
22
23
24
25
26: Anzeigeeinrichtung
27: Bedienungselement
28: Spannungspumpe
29: Gehäuse
30: Mulde
31: Signalvertärkungseinrichtung
32: Akustikanzeige
33: elektronischer Schalter

Claims

Einrichtung zur Erfassung von Daten, umfassend wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung in Form physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer Parameter vorliegender Daten, wenigstens ein Speicherelement wenigstens zum Einschreiben und Auslesen der erfaßten Daten sowie wenigstens eine Recheneinrichtung zur Steuerung des Datenerfassungsvorganges, der Steuerung des Schreib- und Lesevorganges der Daten in das bzw. aus dem Speicherelement und zur Aufbereitung und Darstellung der erfaßten Daten, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erfaßten Daten auf einer Anzeigeeinrichtung (26) die Teil der Datenerfassungseinrichtung (10) ist, als auch wenigstens die Daten, die die Kalibrierung des wenigstens eines Sensorelementes (12) betreffen, optisch angezeigt werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bedienelement (27) vorgesehen ist, mit dem die Einrichtung (10) in und außer Betrieb setzbar ist und die Datenerfassung zeitlich bestimmbar und terminierbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bedienelement (27) ebenfalls der Kalibriervorgang des wenigstens einen Sensorelementes (12) wenigstens eingeleitet werden kann.
Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine wenigstens das wenigstens eine Sensorelement (12), das wenigstens eine Speicherelement (13) und die Recheneinrichtung (14) mit elektrischer Spannung versorgende Einrichtung (16) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsversorgungseinrichtung (16) nachgeschaltet eine Spannungspumpe (28) (Step-Up DC-DC Converter) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinrichtung (16) ein Sekundärelement oder ein Primärelement ist.
Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinrichtung (16) ein Lithium-Element ist.
Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein externes Auslesen der im Speicherelement (13) erfaßten Daten über ein von der Einrichtung (10) umfaßtes Interface (15) erfolgen kann.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Interface (15) durch einen Magnetstreifen gebildet wird.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Interface (15) durch eine Mehrzahl von Kontakten gebildet wird.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Interface (15) durch eine optogekoppelte Einrichtung gebildet wird.
Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Dimensionen der Einrichtung (10) wenigstens teilweise ein kastenförmiges Format nach Art einer "SmartCard" oder einer Kreditkarte bilden.
Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Gehäuse (29) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (29) eine vom Gehäuseäußeren aus zugängliche Mulde (30) ausgebildet ist, in der wenigstens das wenigstens eine Sensorelement (12) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) mehrteilig ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) aus Kunststoffwerkstoff besteht.