EP3658873A1 - Messsystem zur messung von druck und/oder feuchtigkeit - Google Patents

Messsystem zur messung von druck und/oder feuchtigkeit

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Publication number
EP3658873A1
EP3658873A1 EP19728909.3A EP19728909A EP3658873A1 EP 3658873 A1 EP3658873 A1 EP 3658873A1 EP 19728909 A EP19728909 A EP 19728909A EP 3658873 A1 EP3658873 A1 EP 3658873A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
processing unit
moisture
dielectric layer
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19728909.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mohammed KABANY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
B Horizon GmbH
Original Assignee
B Horizon GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by B Horizon GmbH filed Critical B Horizon GmbH
Publication of EP3658873A1 publication Critical patent/EP3658873A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0073—Control unit therefor
    • G01N33/0075—Control unit therefor for multiple spatially distributed sensors, e.g. for environmental monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric

Definitions

  • the present invention relates to a measuring system for measuring pressure and / or moisture and a method for measuring pressure and / or moisture comprising the respective preambles of claims 1 and 10.
  • the measuring system for measuring pressure and / or moisture comprises at least one sensor for measuring pressure and / or moisture, the sensor comprising at least one capacitor with at least two electrodes which, in particular in a horizontal direction, along and on one, in particular flexible, carrier material are arranged with respect to one another, with at least one dielectric layer being arranged between the electrodes.
  • the horizontal direction is preferably a main direction of extension of the flexible carrier material.
  • “flexible” means that the carrier material is at least in places flexible and thus elastic.
  • the backing material can be a woven fabric or an other clothing fabric such as a polyester.
  • the dielectric layer thus spaces the two electrodes in a horizontal and / or in a transverse direction perpendicular thereto.
  • at least one, at least partially, at least one, at least partially liquid-permeable and / or liquid-absorbing moisture layer is arranged on a side facing away from the carrier material and / or the dielectric layer, the at least one electrode and / or dielectric layer thus being in one Transverse direction are arranged between the carrier material and the moisture layer, so that a capacitance is at least partially changed by the liquid that at least partially strikes the dielectric layer, a processing unit being set up and intended to measure the measured values of the sensor and / or save so that a capacitive humidity sensor is created
  • the dielectric constant of the polymer material changes as a function of a moisture content.
  • the task of the processing unit is, among other things, to determine the relative humidity as precisely as possible from a measured ambient temperature and the moisture-dependent capacitance value of the sensor.
  • the data measured by the sensor are sent from the processing unit to a central CPU (Central Processing Unit), these data being processed by the processing unit.
  • the CPU and the processing unit are preferably different from one another.
  • the CPU and the processing unit are, for example, arranged at a distance from one another.
  • the processing unit and the CPU cannot be arranged on a common carrier and / or substrate unless the carrier is the carrier material, for example a textile.
  • the device claimed here and in particular the sensors are installed on an inner surface of a tire. It is also conceivable that the sensors are even inserted into the material of the tire. It is conceivable that the sensors are all inserted into the material and thus encased by the material of the tire, and that the processing units are arranged on the inner surface of the tire. Alternatively, however, the processing units can also be inserted into the material of the tire.
  • the senso Ren can then record the tire pressure, the tire temperature and / or the individual or total running time of the tire.
  • the measuring system comprises at least one device for measuring pressure and / or moisture, the device having at least one sensor for measuring pressure and / or moisture, the sensor comprising at least one capacitor with at least two electrodes , which are arranged in particular in a horizontal direction along and on a particularly flexible carrier material to one another, at least one dielectric layer being arranged between the electrodes.
  • the data measured by the sensor are sent from the processing unit to a central CPU (Central Processing Unit), these data being processed by the processing unit.
  • a central CPU Central Processing Unit
  • the sensor and / or the processing unit and / or the central CPU can be supplied with electrical energy by means of a battery or a fixed mains power supply.
  • Energy harvesting is the extraction of small amounts of electrical energy from sources such as ambient temperature, vibrations or air currents for mobile devices with low power.
  • the ones used for it Structures are also called nanogenerators.
  • energy harvesting avoids restrictions due to wired power supply or batteries. Possibilities of energy harvesting:
  • Piezoelectric crystals generate electrical voltages when subjected to force, for example by pressure or vibration. These crystals can be arranged on or on the carrier material.
  • Thermoelectric generators and pyroelectric crystals obtain electrical energy from temperature differences. These generators can be arranged on or on the carrier material.
  • the energy of radio waves can be captured and used energetically via antennas.
  • Passive RFIDs are an example of this. These antennas can be arranged on or on the carrier material.
  • An energy store of the device can be part of a processing unit.
  • one or more of the processing units can have such an energy store (local energy store).
  • only one or some of the processing units has such an energy store, so that one of these processing units supplies another processing unit (namely one which has no energy store) with electrical energy.
  • the energy storage unit (s) of the processing unit (s) to supply the CPU with electrical energy in whole or in part.
  • the CPU cannot be connected to any other energy storage devices and / or power supply lines.
  • At least one of the energy stores can be charged via the above-mentioned energy harvesting.
  • Wireless energy transmission in the near field also known as non-radiative coupling, includes, for example, inductive coupling based on the magnetic flux.
  • the term wireless energy transmission is often used synonymously for inductive energy transmission, since it plays a dominant role in practical applications. Wave phenomena play no role in the non-radiative coupling in the near field.
  • wireless energy transmission between the individual elements takes place by means of inductive coupling, resonant inductive coupling and / or capacitive coupling.
  • the measuring system has at least two sensors, the processing unit dividing the sensors into groups of at least one sensor based on at least one of the following criteria: location of the sensor or sensors on the carrier material, the
  • Substrate is divided into surface areas, and only sensors of one group are arranged within a surface area,
  • the measuring system comprises at least two devices for measuring pressure and / or moisture, each processing unit forwarding the data it receives from the sensors to the central CPU.
  • the data connection between the processing unit and the central CPU can be wired (with data connections) or wireless.
  • at least one processing unit can establish a Bluetooth connection to the central CPU.
  • At least one device comprises at least two sensors.
  • a sensor group can already be formed by these two sensors.
  • the two sensors can then be controlled and / or regulated by a common processing unit.
  • the multiplicity of processing units form a processing network, with the acquisition, processing and / or forwarding of the sensor data and / or the Processing data of each sensor and / or each processing unit is controlled by at least one control device (master).
  • the control unit can be identical to the CPU described above.
  • one or more of the processing units may represent the master, which controls the other processing units (slave) and / or the other sensors (slave).
  • one of the processing units and / or the CPU after the device has been started up (for example after the device has been switched on), can select sensors which are put into operation for a predefinable useful life.
  • all or some sensors can also be put into operation, but then it is conceivable that a processing unit and / or the CPU, in particular for the purpose of saving energy, only sends data of a predetermined number (ie less than all sensors) to the sensors CPU forwards (filtering).
  • This master processing unit can preferably communicate as a single unit with the CPU.
  • the processing network can be subdivided into at least two, only logically separate, network segments (VLANs) by means of at least one VLAN switch, each of the detection elements depending on the activation by a VLAN switch and / or the control device and can thus be controlled by each of the network segments.
  • VLANs network segments
  • a very large area for example a textile
  • individual processing units and / or sensors can then be categorized in a particularly simple manner (according to different priorities, etc.).
  • a “virtual”, that is to say VLAN, subdivision is therefore selected instead of a physical network subdivision. This ensures that changes in the categorization of the processing units and / or sensors are carried out particularly quickly and without complex modifications. can be reacted to.
  • the measuring system comprises at least one processing network, wherein at least one VLAN switch of the processing network can be subdivided into at least two, only logically separate, network segments (VLAN), and each processing unit and / or each of the sensors can be controlled by each of the network segments depending on the control by the VLAN switch.
  • VLAN switch can be installed in at least one of the processing units and / or sensors or in a separate component.
  • the VLAN switch is used to prioritize the individual network segments, in particular with regard to their data exchange.
  • At least one VLAN ID is assigned to each processing unit and / or each network segment, at least one sensor or another processing unit being controllable via each of the VLAN IDs. Individual sensors and / or individual processing units can form their own sub-network.
  • each subnetwork with a separate switch and separate physical data lines is therefore dispensed with, so that a single physical structure can be used for the entire network, this physical structure, ie network architecture, only by virtue of a logical, especially a mathematical distinction ⁇ . H. thought).
  • VLAN switch denotes such a network switch, which is set up and intended to operate a network in the form of a virtual local area network (VLAN).
  • VLAN virtual local area network
  • the network segments now claimed which can each be designed in the form of a VLAN network, make it possible for the separation of the network to be divided into several logical segments, that is to say the network segments.
  • the devices are logically separated by a VLAN ID when separated by VLANs.
  • the data stream of each station is provided with an identifier (the VLAN tag). This identifier determines the association of a data packet with a specific VLAN. All devices with the same VLAN identifier are now in a logical network.
  • a broadcast can be limited by the logical separation of the individual networks. Broadcasts are only distributed to members of the same VLAN and not to all control elements attached to the switch.
  • this not only contributes to higher performance, but also to more security, because data traffic is restricted to fewer addressees.
  • users or the controls in a VLAN generally have no way of breaking out of the assigned VLAN. Access (or attack) to another computer that does not belong to your own VLAN can therefore already be prevented by the network switch. If cross-VLAN communication is required, routes can be explicitly set up for this.
  • VLAN technology described here can be one which is adapted to and / or is compatible with the industry standard IEEE 802.1Q.
  • IEEE 802.1Q standard is a prioritization and VLAN technology standardized by the IEEE, which, in contrast to the older, only port-based VLANs, implements packet-based tagged VLANS.
  • the term “tagged” is derived from the English term “material tags”.
  • Tagged-VLANS are therefore networks that use network packets that have a special VLAN marking.
  • the 802.1 Q standard defines data fields for V-LAN tagging that can be introduced in the data area of an Ethernet packet.
  • the present network can be designed in the form of an Ethernet communication system.
  • This has the advantage that, as a rule, existing, older switches can also forward such packets.
  • the inserted tag usually consists of several fields, for example four fields with a total length of 32 bits.
  • 2 bytes are used for the protocol ID, 3 bits for the priority field, 1 bit for the indicator of the Canonical format and 12 bits for the VLAN ID.
  • VLAN ID 1
  • B. ID 2, 3, ...
  • the individual logical network connections are designed according to an OPC standard, ie for example in the form of OPC UA connections.
  • OPC UA connections per network segment via the control device io
  • the Control device and / or the VLAN switch should be provided to prefer first the data exchange of the higher-priority network segment in order to allow processing of the lower-priority network segment only after the tasks assigned to this higher-priority network segment have been completed.
  • the following generally applies: assignment and configuration of the OPC UA endpoints to a specific network segment according to the VLAN ID and assignment of a priority, according to the priority of the corresponding VLAN.
  • each sensor and / or each processing unit is assigned at least one VLAN ID and each network segment is in turn assigned at least one, for example exactly one, unique, preferably unambiguous, VLAN ID, with each of the VLAN IDs at least one control element can be controlled.
  • at least one device comprises at least one temperature sensor, wherein the temperature sensor measures an ambient temperature and / or a temperature of a sensor and forwards it to the processing unit of a device and / or to the central CPU.
  • the central CPU determines a degree of utilization (CPU load and / or memory consumption) of at least one processing unit, and when a limit temperature of the processing unit and / or at least one of the sensors assigned to this processing unit is exceeded, its performance is at least partially is throttled or switched off completely
  • the senor is additionally a capacitive pressure sensor, the processing unit being additionally set up and intended to measure and / or store a change in capacitance of the capacitor caused by external pressure.
  • a capacitive sensor is a sensor that works on the basis of the change in the electrical capacitance of an individual capacitor or a capacitor system. The capacity can be influenced by the size to be recorded in various ways, which is primarily determined by the intended use.
  • a capacitive sensor is based, among other things, on the fact that two electrodes, one of which can be the surface to be measured, form the "plates" of an electrical capacitor whose capacitance or change in capacitance is measured, which can be influenced as follows:
  • a plate is displaced and / or deformed by the metering effect, as a result of which the plate spacing and thus the electrical measurable capacitance change.
  • the plates are rigid and the capacitance changes as a result of bringing an electrically conductive material or a dielectric in close proximity.
  • the effective plate area changes by moving the plates against each other like a rotary capacitor.
  • the actual measuring electrode can often be surrounded by a shielding electrode, which shields the inhomogeneous edge area of the electrical field from the measuring electrode, which results in an approximately parallel electrical field between the measuring electrodes, usually grounded, counter electrode with the well-known characteristics of an ideal plate capacitor.
  • a capacitive pressure sensor is, in particular, one in which the change in capacitance due to the bending of a membrane and the resulting change in the plate spacing is evaluated as a sensor effect.
  • the membrane is the dielectric mentioned above or the individual capacitor electrodes, which can be designed in particular in the form of a plate.
  • a capacitive moisture sensor is combined with a capacitive pressure sensor in a novel manner, but without these components forming separate elements or two separate sensors, but rather the present embodiment is a “two in One "concept, in which the same sensor functions both as a moisture sensor and as a pressure sensor.
  • the carrier material is a woven fabric, in particular in which electrical conductor tracks for electrically contacting the sensor and the processing unit are woven.
  • a woven fabric is therefore a fabric that has been woven manually or by machine on the basis of individual threads.
  • the electrical conductor tracks can therefore also be integrated in a fabric in addition to the usual fibers and fabric strands or they can replace individual fabric strands which form the fabric network.
  • Fabrics are used in a longitudinally elastic manner using rubber threads used as warp threads (more ribbons used) or crimped and bulked yarns. They are tensioned, processed and contract in the idle state.
  • Bulk yarns consist of textured, i.e. crimped, synthetic fibers. The crimp changes the properties of the synthetic fibers.
  • the yarns spun on it are very elastic and voluminous and have good thermal insulation.
  • the carrier material can be part of a cover material for a seat, in particular a vehicle seat or an office chair.
  • the sensor can preferably be applied to the entire device, on the cover fabric of such a seat, or can be integrated into such.
  • the processing unit is set up and provided to record the individual moisture and pressure values and to determine from a combination of the individual moisture and pressure values at least one respective characteristic value from which it can be derived which individual (with weight and / or size) is currently occupying the vehicle seat.
  • a weight of the respective person can be derived and determined from the pressure measurement by the processing unit.
  • the respective moisture which the respective person emits to the sensor can also be measured, the respective The characteristic value is, for example, a product of the relative moisture value times the load weight determined by the processing unit.
  • the processing unit can issue a warning, in particular by means of a connection to the electronics of the vehicle.
  • This warning may indicate that the seat is overcrowded or the driver is sweating excessively.
  • this warning can also be replaced by a corresponding display as to what type of occupancy the seat is using.
  • An occupancy type can be a weight classification of a respective user, or it can also be a matter of whether the user is an animal, a human or even a thing.
  • the processing unit can therefore preferably be integrated into display electronics of the vehicle, or at least can be connected to such.
  • the processing unit connects to a receiving unit of the vehicle, for example by means of Bluetooth or another wireless connection, and the respective characteristic or limit value and / or the respective warning and / or the respective identification of the user on a display of the Vehicle can be played.
  • these individual values and / or identifications can also be called up externally and / or displayed externally.
  • the car can be monitored for overcrowding by an external controller.
  • the processing unit can be connected to a deployment unit of an airbag by means of a data connection, so that the processing unit can also control and / or regulate the deployment unit, in particular with regard to a deployment time of the airbag. Additionally and / or alternatively, it is possible for the processing unit to supply a controller unit of the airbag with data, for example with regard to an occupancy type, position and / or weight of a user of the vehicle seat.
  • At least one electrode and / or dielectric layer is printed on the carrier material or on a layer, in particular water-impermeable, arranged on the carrier material or applied by means of a thin-layer method.
  • At least one element is printed on the carrier material or a preferably electrically non-conductive, more preferably water-impermeable layer applied between the sensor and the carrier material by means of a printing process.
  • the printing process can, for example, be an inkjet process.
  • the processing unit is applied to the carrier material in the same way as the sensor.
  • the processing unit but at least one, in particular conductive, layer of the processing unit is also printed on the carrier material, for example.
  • the data communication between the processing unit and the sensor can then be established via the above-mentioned conductor tracks.
  • These conductor tracks can be at least partially, but preferably completely, woven into the woven fabric or even form individual fibers of the woven fabric itself.
  • At least one electrode is flat. This means that a thickness of the electrode is negligible compared to its surface area.
  • Such an electrode can therefore be manufactured in particular by means of a printing process.
  • a thickness of at least one electrode can be at most 5 mm.
  • the printing process can be used several times, so that at least two, but preferably then more, individual printing layers are stacked on top of one another.
  • the electrode can also be arranged on the carrier material by means of a 3D printing method.
  • Fused Filament Fabrication FFF
  • Fused Layer Modeling FLM
  • the process describes the layer-by-layer application (extrusion) of a material through a hot nozzle.
  • the consumable is in the form of a long wire (so-called filament) on a roll and is pushed by the conveyor unit into a print head, melted there and applied to a print bed.
  • the print head and / or print bed can be moved in three directions. Plastic layers can be applied to each other step by step.
  • the SLS process selective laser sintering
  • a laser in the SLS process alternatively also electron beam or infrared beam. So only a certain part of the powder is melted together.
  • a thin layer of powder is always applied by the coating unit on the print bed.
  • the laser or other energy source
  • the laser is now precisely aligned to individual points in the powder layer in order to form the first layer of the print data.
  • the powder is melted or melted and then solidifies again by slight cooling.
  • the unmelted powder remains around the sintered areas and serves as a support material.
  • the print bed After a layer has solidified, the print bed lowers by a fraction of a millimeter. The coating unit now runs over the print bed and applies the next powder layer. The second layer of print data is then sintered by the laser (or another energy source). This creates a three-dimensional object in layers.
  • the 3DP process works very similar to selective laser sintering, but instead of a directed energy source, a print head moves over the powder. This releases tiny droplets of binder onto the underlying powder layers, which are then bonded together. Otherwise, this procedure is the same as the SLS procedure. 4. Stereolithography (SLA)
  • liquid resins are used in the stereolithography process. They are hardened in layers by UV radiation and thus create three-dimensional objects. To do this, the construction platform in the Harz basin is gradually lowered.
  • polyjet process without an entire pool with liquid resin. To do this, an epoxy resin is applied drop by drop from a nozzle and immediately cured by a UV laser.
  • LOM Laminated Object Manufacturing
  • LLM Layer Laminated Manufacturing
  • One or more water-impermeable layers and / or the moisture layer can be applied in the same way and / or thickness as the electrode.
  • the moisture layer completely covers the capacitor.
  • the moisture layer delimits and closes the sensor from the outside, that is to say in the transverse direction, so that the sensor is arranged between the moisture layer and the carrier material.
  • the senor has at least one further capacitor which is arranged in the transverse direction below or above the capacitor and is spaced apart from the capacitor by a further water-impermeable layer or is arranged under this further water-impermeable layer, so that a capacitor stack is created.
  • the further capacitor can be constructed in the same way as the capacitor and can also be arranged on the further water-impermeable layer in the same way as the capacitor.
  • the sensor system can be refined in a particularly simple manner, to the extent that it is conceivable that with two sensors forming the capacitor stack, both sensors perform the same tasks, but that the individual sensors determine respective measured values which, taken together, suggest an average value to let. For example, the (relative) humidity of the environment is measured by each of the two sensors, and the average moisture value is then determined from these two measured values. The same can be done accordingly with the pressure measurement, so that the accuracy of the entire measurement, in particular a combination of the measurements of (relative) moisture and the respective pressure, can be designed particularly precisely.
  • the water-impermeable layer and / or the further water-impermeable layer at least partially forms the dielectric view itself.
  • this dielectric layer itself is formed by the water-impermeable layer and / or the further water-impermeable layer.
  • Such generation of the dielectric layer by the water-impermeable layer (s) therefore forms a particularly simple and inexpensive manufacturing process for an inexpensive device.
  • a maximum thickness of the moisture layer is at least 30% and at most 80% of the maximum thickness of the water-impermeable layer and / or the maximum thickness of the further water-impermeable layer. This not only ensures a particularly flat sensor, but also ensures a particularly fast response time to changes in moisture. The moisture acting on the moisture layer from the outside therefore does not have to travel long distances to the dielectric.
  • the present invention relates to a method for measuring pressure and / or moisture, it being particularly noted that all of the features disclosed for the above-described device are also disclosed for the method described here and vice versa.
  • the method for measuring pressure and / or moisture initially comprises a first step by means of which at least one measuring system, in particular according to at least one of the preceding claims, is provided, with at least one sensor for measuring pressure and / or moisture is provided, the sensor having at least one capacitor with at least two electrodes which are arranged, in particular in a horizontal direction along and on a, in particular flexible, support material, at least one dielectric layer being arranged between the electrodes is.
  • At least in places, at least in places, at least partially liquid-permeable and / or liquid-absorbing moisture layer is arranged on a side facing away from the carrier material and / or the dielectric layer, the at least one electrode and / or the dielectric layer thus being in one Are arranged transversely between the carrier material and the moisture layer, so that a capacitance changes at least partially due to the liquid that at least partially impinges on the dielectric layer, wherein a processing unit measures and / or stores this change, so that a capacitive moisture sensor is produced.
  • FIGS. 1A to 1C show an exemplary embodiment of a measuring system described and in accordance with the invention.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention for measuring pressure and / or moisture in a first exemplary embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of an exploded drawing shown in relation to the layer order.
  • FIG. 1 Another exemplary embodiment of a device described here is shown in FIG. 1
  • FIG. 1A shows a schematic structure of a measurement system 1000 according to the invention described here.
  • a processing unit 5 can be seen, which is in data communication with a plurality of sensors 1.
  • the processing unit 5 forms a device 100 together with the sensors 1.
  • the moisture and / or pressure values measured by the individual sensors 1 are sent to a central CPU 40 in order to be stored and / or processed there.
  • a temperature sensor 60 which measures an ambient temperature and / or a temperature of the sensor 1 and forwards it to the processing unit 5 of the device 100 and / or to the central CPU 40.
  • FIG. 1B schematically shows the entire measuring system 1000, with a plurality of sensor groups, which are formed by the individual devices 100 for measuring pressure and / or moisture and which each have a processing unit 5. A plurality of sensors 1 is therefore assigned to each processing unit 4.
  • FIG. 1C schematically shows an installation and integration of the measuring system 1000 in a chair, in particular in an office chair.
  • a device 100 for measuring pressure and / or moisture is shown there.
  • a sensor 1 is shown there by way of example, the sensor 1 showing a capacitor stack with a capacitor 20 and a capacitor 30, the individual electrodes 10, 11 of the capacitors 20, 30 being arranged one above the other in the horizontal direction H1, however, as an alternative to this, of course, an arrangement of the individual electrodes 10, 11 of an individual capacitor 20, 30 in the transverse direction Q1 which runs perpendicular to the horizontal direction H1 and thus also run or can be arranged perpendicular to the main direction of extent of the sensor 1 shown there ,
  • the individual electrodes 10, 11 are arranged on a carrier material 13.
  • the carrier material 13 can in particular be a woven fabric, in particular a flexible woven fabric.
  • a water-impermeable layer 4 is arranged on the carrier material 13, the two electrodes 10, 11 of the capacitor 20 being printed on this water-impermeable layer 4 in the horizontal direction H1.
  • the electrodes 10, 11 of the capacitor 20 are completely surrounded by another water-impermeable layer 14.
  • the further capacitor 30 with corresponding electrodes 10, 11 is printed on this water-impermeable layer 14 in the same way.
  • exposed outer surfaces of the individual electrodes 10, 11 of the further capacitor 30 are preferably completely surrounded by a water-permeable and / or water-absorbing moisture layer 3.
  • water can strike a dielectric layer 4, which in the present case is arranged in the horizontal direction H1 between the respective electrodes 10, 11 of a capacitor 20, 30.
  • the water-impermeable layer 4 itself forms a dielectric layer 4 of the capacitor 20.
  • the further water-impermeable layer 14 in relation to the further capacitor 30.
  • the dielectric properties, in particular of the dielectric layer 2 of the further capacitor 30 are changed.
  • a processing unit 5 can be seen, which is connected to the two capacitors 20, 30 in terms of data technology, this processing unit 5 being set up and intended to measure a change in the relative humidity of the environment and / or the moisture layer 3. Due to the “stackwise” arrangement shown in FIG.
  • the processing unit 5 can then compare a change in the capacitance of the further capacitor 30 with the stable capacitor capacitance of the capacitor 20, so that a particularly simple comparison can be made in the change in the relative humidity and / or the respective load pressure can.
  • the arrow shown in FIG. 2 also shows a pressure direction under which the sensor 1 is pressurized. Both can preferably be measured, evaluated and stored by the sensor 1 and in particular by the device 100.
  • the processing unit 5, which is shown as essential in the invention, serves in particular for this purpose, which can also measure and evaluate corresponding pressure values and, in so far, associated changes in the capacity of the individual sensors 1, so that the processing unit 5 is additionally set up and provided for this purpose measure and / or store a change in capacitance of the capacitor 20 and in particular also of the further capacitor 30 caused by external pressure.
  • the moisture layer 3 can be flexible or not flexible. It is also possible that the moisture layer 3 is designed as a woven fabric. In particular, it can be a woven fabric, which was mentioned as an example in the introductory part of the present application. In addition, however, it is also possible for the moisture layer 3 to be a substrate which has been applied, for example in the form of an epitaxy or an adhesive process, to the further capacitor 30, for example has been glued on.
  • the water-impermeable layer 14 and / or the water-impermeable layer 15 can also be designed to be flexible and not flexible, in particular also in the form of a woven fabric or a substrate in the same way as the moisture layer 3.
  • FIG. 3 shows an exploded drawing, in particular from FIG. 3 the respective arrangement of the electrodes 10, 11 of the capacitors 20, 30.
  • the force acting on the sensor 1, represented by the direction of the arrow, and the moisture acting on the individual schematically represented drops can again be seen.
  • the moisture penetrates in particular between the electrodes 10, 11 and has, for example, a considerable effect on the electrical property on the respective water-permeable layer 14, so that the capacitance of at least the further capacitor 30 as in FIG 1 explains changes in each case.
  • FIG. 4 shows that the sensor 1 can consist of two electrodes 10 and one electrode 11.
  • the electrodes 10 have one polarity (preferably the same polarity), while the electrode 11 has a different polarity, but in the lower part of FIG. 3 the exploded view of the left part of FIG. 3 is shown and it can be seen that three water-impermeable layers 4 , 14, 15 can be used.
  • the electrodes 10 can also have different polarities and / or electrical potentials.
  • the electrodes 10 can also be electrically connected to one another.
  • the electrodes 10, 11 can also each have and / or generate a separate polarity and / or a separate electrical potential. The same can also apply to the electrodes in the following figures.
  • the lowermost water-impermeable layer is again the water-impermeable layer 4, the subsequent water-impermeable layer 14 and the water-impermeable layer 15 arranged thereon in the transverse direction Q1 are a further water-impermeable layer.
  • permeable layer an electrode being applied to a separate water-impermeable layer, in particular being printed.
  • the capacitor 20 shown in the left part of FIG. 4 is therefore produced by merging these layers, the electrodes 10 in each case in the transverse direction Q1, as in the corresponding partial image can be removed are arranged on different levels.
  • the electrode 11 can also be applied together with at least one of the electrodes 10 in a common plane, that is to say on or in a common water-impermeable layer 4, 14, 15, so that, for example, only the second of the electrodes 10 remains on a separate impermeable layer 4, 14, 15 must be stacked on.
  • the individual electrodes 10, 11 can be arranged in different planes in the Q1 direction to one another.
  • a pairwise assignment between exactly one water-impermeable layer 4, 14, 15 with exactly one electrode 10, 1 1 applies.
  • the invention is not limited by the description based on the exemplary embodiment. Rather, the invention encompasses every new feature, as well as every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or in the exemplary embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Messung von Druck und/ oder Feuchtigkeit, umfassend zumindest eine Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, umfassend zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial zueinander angeordnet sind. Dabei ist zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer einem Trägermaterial abgewandte Seite zumindest eine Elektrode und/ oder die dielektrische Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet ist. Dabei sind somit die zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet. So verändert sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist Messwerte des Sensors zu messen und/oder zu speichern. So entsteht ein kapazitiver Feuchtesensor. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet dass von der Verarbeitungseinheit die von dem Sensor gemessenen Daten an eine zentrale CPU gesendet werden, wobei diese Daten von der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden.

Description

Messsystem zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur Messung von Druck und/oder Feuch- tigkeit sowie ein Verfahren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfassend die jeweiligen Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 10.
Das erfindungsgemäße Messsystem zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfasst zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung, entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblen, Träger- material zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine die lektrische Schicht angeordnet ist.
Die horizontale Richtung ist vorzugsweise eine Haupterstreckungsrichtung des flexiblen Trä- germaterials.
„Flexibel“ heißt in diesem Zusammenhang dass das Trägermaterial zumindest stellenweise biegsam und damit elastisch ist.
Insbesondere kann es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff oder um einen sons- tigen Bekleidungsstoff wie zum Beispiel ein Polyester handeln.
Die dielektrische Schicht beabstandet damit die beiden Elektroden in einer horizontalen und/oder in einer dazu senkrechten Querrichtung. Erfindungsgemäß ist auf einer dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elekt- rode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht ange- ordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht in einer Qu- errichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssig- keit, zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, die Messwerte des Sensors zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht
Ein kapazitiver Feuchtesensor ist im Prinzip ein Kondensator, dessen Dielektrikum vorzugs- weise aus einem hygroskopischen Polymerschicht besteht, die entsprechend der Feuchtig- keit der Umgebungsluft Feuchtigkeit aufnimmt (absorbiert) oder abgibt (desorbiert) bis ein Gleichgewichtszustand (Diffusionsgefälle ist = 0) erreicht ist. Dabei verändert sich die Die- lektrizitätskonstante des Polymermaterials als Funktion eines Feuchtegehalts.
Die Aufgabe der Verarbeitungseinheit besteht unter anderem darin, vorzugsweise auch aus einer gemessenen Umgebungstemperatur und dem feuchtigkeitsabhängigen Kapazitätswert des Sensors die relative Feuchte möglichst genau zu ermitteln.
Erfindungsgemäß werden von der Verarbeitungseinheit die von dem Sensor gemessenen Daten an eine zentrale CPU (Central Processing Unit) gesendet, wobei diese Daten von der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden. Die CPU und die Verarbeitungseinheit sind vor- zugsweise verschieden voneinander. Die CPU und die Verarbeitungseinheit sind zum Bei- spiel voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere können die Verarbeitungseinheit und die CPU nicht auf einem gemeinsamen Träger und/oder Substrat angeordnet sein, so- fern der Träger nicht das Trägermaterial, also zum Beispiel einem Textil, ist.
Auch ist denkbar, dass die hier beanspruchte Vorrichtung und insbesondere die Sensoren, auf einer Innenfläche eines Reifen verbaut sind. Auch ist denkbar, dass die Sensoren sogar mit in das Material des Reifen eingefügt sind. Dabei ist vorstellbar, dass die Sensoren alle in das Material eingefügt und damit von dem Material des Reifens ummantelt sind und die Ver- arbeitungseinheiten auf der Innenfläche des Reifens angeordnet sind. Alternativ können je- doch auch die Verarbeitungseinheiten in das Material des Reifens eingefügt sein. Die Senso- ren können dann den Reifeninnendruck, die Reifeninnentemperatur und/oder die Einzel- oder Gesamtlaufzeit des Reifens erfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Messsystem zumindest eines Vor- richtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei die Vorrichtung zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit aufweist, wobei der Sensor zu- mindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem insbesondere flexiblen Trägermate- rial zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektri- sehe Schicht angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist auf eine dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elekt- rode und/oder dielektrische Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teil- weise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Schicht (= Feuchteschicht) angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht in Qu- errichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssig- keit, zumindest teilweise verändert wird, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist diese Messwerte des Sensors zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.
Erfindungsgemäß werden von der Verarbeitungseinheit die von dem Sensor gemessenen Daten an eine zentrale CPU (Central Processing Unit) gesendet, wobei diese Daten von der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden.
Der Sensor und/oder die Verarbeitungseinheit und/oder die zentrale CPU können mittels einer Batterie oder einer Festnetzstromversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist die Erzeugung von elektrischer Energie zur Versorgung des Sensors und/oder Verarbeitungseinheit mittels sogenannten„Energy Harvesting“ möglich.
Als Energy Harvesting (wörtlich übersetzt Energie-Ernten) bezeichnet man die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibratio- nen oder Luftströmungen für mobile Geräte mit geringer Leistung. Die dafür eingesetzten Strukturen werden auch als Nanogenerator bezeichnet. Energy Harvesting vermeidet bei Drahtlostechnologien Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batte- rien. Möglichkeiten des Energy Harvesting:
- Piezoelektrische Kristalle erzeugen bei Krafteinwirkung, beispielsweise durch Druck o- der Vibration, elektrische Spannungen. Diese Kristalle können an oder auf dem Träger- material angeordnet sein.
- Thermoelektrische Generatoren und pyroelektrische Kristalle gewinnen aus Tempera- turunterschieden elektrische Energie. Diese Generatoren können an oder auf dem Trä- germaterial angeordnet sein.
- Über Antennen kann die Energie von Radiowellen, eine Form von elektromagnetischer Strahlung, aufgefangen und energetisch verwendet werden. Ein Beispiel dafür sind die passiven RFIDs. Diese Antennen können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.
- Photovoltaik, elektrische Energie aus der Umgebungsbeleuchtung.
- Osmose.
Ein Energiespeicher der Vorrichtung kann Teil einer Verarbeitungseinheit sein. Hierzu kön- nen eine oder mehrere der Verarbeitungseinheiten einen solchen Energiespeicher (lokale Energiespeicher) aufweisen. Zum Beispiel weist nur eine oder einige der Verarbeitungsein- heiten einen solchen Energiespeicher auf, sodass eine dieser Verarbeitungseinheiten eine andere Verarbeitungseinheit (nämlich eine solche, welche keinen Energiespeicher aufweist) mit elektrischer Energie versorgt. Auch ist denkbar, dass die Energiespeichereinheit(en) der Verarbeitungseinheit(en) die CPU mit elektrischer Energie ganz oder teilweise versorgt. Zum Beispiel kann so die CPU an kei- ne weiteren Energiespeicher und/oder Energieversorgungsleitungen angeschlossen sein.
Über das oben genannte Energy Harvesting kann zumindest einer der Energiespeicher ge- laden werden.
Die Energieübertragung zwischen den Sensoren und/oder den Verarbeitungseinheiten und/oder der CPU kann ganz oder teilweise drahtlos erfolgen. Zu der drahtlosen Energieübertragungen im Nahfeld, auch als nicht strahlende Kopplung bezeichnet, zählt beispielsweise die indukvtive Kopplung, basierend auf dem magnetischen Fluss. Häufig wird die Bezeichnung der drahtlosen Energieübertragung synonym für die in- duktive Energieübertragung verwendet, da diese in praktischen Anwendungen eine domi- nante Rolle einnimmt. Bei der nicht strahlenden Kopplung im Nahfeld spielen Wellenphäno- mene keine Rolle.
Zum Beispiel geschieht die drahtlose Energieübertragung zwischen den einzelnen Elemen- ten mittels induktiver Kopplung, resonanter induktiver Kopplung und/oder kapazitiver Kopp- lung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Messsystem zumindest zwei Sensoren auf, wobei durch die Verarbeitungseinheit die Sensoren in Gruppen aus zumindest einem Sensor auf Basis zumindest einem der folgenden Kriterien unterteilt werden: - Anordnungsort des Sensors oder der Sensoren auf dem Trägermaterial , wobei das
Trägermaterial in Flächengebiete eingeteilt ist, und innerhalb eines Flächengebiets nur Sensoren einer Gruppe angeordnet sind,
Flächenausdehnung eines Sensors. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Messsystem zumindest zwei Vorrich- tungen zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei jede Verarbeitungseinheit Ihre von den Sensoren empfangenen Daten an die zentrale CPU weiterleitet. Die Datenverbin- dung zwischen der Verarbeitungseinheit und der zentralen CPU kann kabelgebunden (mit Datenverbindungen) oder aber Wireless erfolgen. Hierzu kann zumindest eine Verarbei- tungseinheit eine Bluetooth Verbindung zu der zentralen CPU aufbauen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eine Vorrichtung zumindest zwei Sensoren. Insofern kann eine Sensorgruppe bereits durch diese zwei Sensoren gebil det sein. Die beiden Sensoren könne dann durch eine gemeinsame Verarbeitungseinheit gesteuert und/oder geregelt werden. Denkbar ist, dass die Vielzahl von Verarbeitungseinheiten ein Verarbeitungsnetzwerk ausbil- den, wobei die Erfassung, Verarbeitung und/oder Weitergabe der Sensordaten und/oder der Verarbeitungsdaten eines jeden Sensors und/oder einer jeden Verarbeitungseinheit durch zumindest eine Steuerungseinrichtung (Master) gesteuert wird. Die Steuerungseinheit kann identisch mit der oben beschriebenen CPU sein.
Es ist jedoch auch möglich, dass eine oder mehrere der Verarbeitungseinheiten den Master darstellen, welcher die übrigen Verarbeitungseinheiten (Slave) und/oder die übrigen Senso- ren (Slave) steuern.
Zum Beispiel kann eine der Verarbeitungseinheiten und/oder die CPU nach Inbetriebnahme der Vorrichtung (zum Beispiel nach eine Anschalten der Vorrichtung), solche Sensoren aus- wählen, welche für eine vorgebbare Nutzungsdauer in Betrieb genommen werden. Alternativ können auch alle oder einige Sensoren in Betrieb genommen werden, dann jedoch ist vor- stellbar, dass eine Verarbeitungseinheit und/oder die CPU, insbesondere zum Zwecke der Energieersparnis, nur Daten einer vorgegebenen Anzahl (also weniger als alle Sensoren) von Sensoren an die CPU weiterleitet (Filterung).
Diese Master-Verarbeitungseinheit kann vorzugsweise als einzige Einheit mit der CPU kommunizieren.
Weiter alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass eine oder alle Verarbeitungseinheiten und/oder ein Sensor (Slave oder Master) direkt mit der CPU kommunizieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verarbeitungsnetzwerk mittels zumindest eines VLAN-Switches in zumindest zwei, nur logisch voneinander getrennte, Netzwerkseg- mente (VLANs) unterteilbar, wobei jedes der Erfassungselemente in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch einen VLAN-Switch und/oder der Steuerungseinrichtung und somit durch jedes der Netzwerksegmente ansteuerbar ist.
Wird zum Beispiel eine sehr große Fläche (zum Beispiel ein Textil) mit einer Vielzahl von hier beanspruchten Sensoren und Verarbeitungseinheiten bestückt können in besonders einfa- cher Art und Weise dann einzelne Verarbeitungseinheiten und/oder Sensoren kategorisiert werden (nach verschiedenen Prioritäten etc.). Es wird somit in einer Ausführungsform statt einer physikalischen Netzwerkunterteilung eine„virtuelle“, das heißt VLAN-Unterteilung ge- wählt. Dies gewährleistet nämlich, dass auf Veränderungen in der Kategorisierung der Ver- arbeitungseinheiten und/oder Sensoren besonders schnell und ohne aufwendige Umbauar- beiten reagiert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Messsystem zumindest ein Verarbei- tungsnetzwerk, wobei mittels zumindest eines VLAN-Switches des Verarbeitungsnetzwerks, dieses in zumindest zwei, nur logisch voneinander getrennte, Netzwerksegmente (VLAN) unterteilbar ist, und wobei jeder Verarbeitungseinheiten und/oder jeder der Sensoren in Ab- hängigkeit von der Ansteuerung durch den VLAN-Switch durch jedes der Netzwerksegmente ansteuerbar sind. Dazu kann der VLAN-Switch in zumindest einem der Verarbeitungseinheiten und/oder Sen- soren oder in einem separaten Bauteil verbaut sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels des VLAN-Switches eine Priorisierung der einzelnen Netzwerksegmente insbesondere im Hinblick auf deren Datenaustausch durchgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder Verarbeitungseinheit und/oder jedem Netzwerksegment zumindest eine VLAN-ID zugeordnet, wobei über jede der VLAN-IDs zu- mindest ein Sensor oder eine andere Verarbeitungseinheit ansteuerbar ist. Einzelne Senso- ren und/oder einzelne Verarbeitungseinheiten können ein eigenes Sub-Netzwerk bilden.
Um über Netzwerkgrenzen zu kommunizieren, werden im Stand der Technik statische pro- jektdynamische Routen eingesetzt. Dieses Modell der Trennung ist klar und übersichtlich und wurde über Jahre angewandt. Dies hat jedoch die Nachteile, dass Broadcastanforde- rungen im Subnetz für alle Teilnehmer sichtbar sind und von den Endpunkten betrachtet werden müssten. Mit anderen Worten, konnten bisher verschiedene Endgeräte nur über ent- sprechende, jedem Subnetz zugeordnete, separate und physikalisch voneinander getrennte Switches angesteuert werden. Ein derartiger Aufbau ist jedoch besonders kostspielig und umfangreich im Design.
Wie obig bereits erwähnt, ist somit insbesondere auf die Ausgestaltung eines jeden Sub- netzwerks mit einem separaten Switch und separaten physikalischen Datenleitungen ver- zichtet, sodass für das gesamte Netzwerk eine einzige physikalische Struktur angewandt werden kann, wobei diese physikalische Struktur, d. h. Netzwerkarchitektur, nur aufgrund einer logischen, insbesondere auch mathematischen Unterscheidung^. h. gedacht), aufge- trennt wird.
Dabei bezeichnet die Abkürzung„VLAN-Switch“ einen solchen Netzwerkswitch, welcher da- zu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, ein Netzwerk in Form eines Virtual Local Area Net- work (VLAN) mit zu betreiben.
Insofern wird somit durch die nunmehr beanspruchten Netzwerksegmente, welche jeweils in Form eines VLAN-Netzwerks ausgebildet sein können, ermöglicht, dass die Trennung des Netzwerks in mehrere logische Segmente, also die Netzwerksegmente, unterteilt wird.
Anders als bei der physikalischen Trennung durch die Zuordnung zu einem Switch Port wer- den bei der Trennung durch VLANs die Geräte durch eine VLAN-ID logisch getrennt. Dabei wird der Datenstrom jeder Station mit einer Kennung (dem VLAN-'Tag") versehen. Diese Kennung bestimmt die Zugehörigkeit eines Datenpakets zu einem bestimmten VLAN. Alle Geräte mit der gleichen VLAN-Kennung befinden sich nunmehr in einem logischen Netz- werk.
Insbesondere kann nämlich durch die logische Trennung der einzelnen Netzwerke ein Broadcast eingegrenzt werden. Broadcasts werden nämlich nur an Mitglieder des gleichen VLANS und nicht an alle am Switch hängenden Steuerelemente verteilt.
Dies trägt insofern auch nicht nur zu einer höheren Leistung, sondern auch zu mehr Sicher- heit bei, denn der Datenverkehr wird auf weniger Adressaten eingeschränkt. Hinzu kommt, dass Benutzer oder die Steuerelemente in der Regel in einem VLAN keine Möglichkeit ha- ben aus dem zugewiesenen VLAN auszubrechen. Ein Zugriff (oder Angriff) auf einen ande- ren Rechner, der nicht zum eigenen VLAN gehört kann daher bereits durch den Netz- werkswitch verhindert werden. Wenn eine VLAN übergreifende Kommunikation notwendig ist, können hierfür explizit Routen eingerichtet werden.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene VLAN-Technologie eine solche sein kann, welche an den Industriestandard IEEE 802.1Q angepasst ist und/oder mit diesem kompatibel ist. Der Standard IEEE 802.1Q ist eine durch das IEEE genormte Priorisierungs- und VLAN- Technologie, die im Unterschied zu den älteren, nur Port-basierten VLANs, paketbasierte tagged-VLANS implementiert. Der Ausdruck„tagged“ leitet sich vom englischen Ausdruck „material tags“ ab.
Es handelt sich daher bei tagged-VLANS um Netze, die Netzwerkpakete verwenden, welche eine spezielle VLAN-Markierung tragen.
Insbesondere sind nämlich in den 802.1 Q-Standard Datenfelder für das V-LAN-tagging defi- niert, die in dem Datenbereich eines Ethernetpakets eingeführt werden können.
Insofern kann das vorliegende Netzwerk in Form eines Ethernet-Kommunikationssystems ausgebildet sein. Das hat den Vorteil, dass in der Regel auch bereits vorhandene, ältere Switches solche Pa- kete weiterleiten können. Das eingefügte Tag besteht in der Regel aus mehreren Feldern, beispielsweise vier Feldern mit einer Gesamtlänge von 32 Bit.
Für die Protokoll-ID werden 2 Byte, für das Prioritätenfeld 3 Bit, für Indikator des Canonical- formats 1 Bit und für VLAN-ID 12 Bit genutzt.
Zur eindeutigen Identifizierung eines VLANS wird jedem VLAN daher zunächst eine eindeu- tige Nummer zugeordnet. Man nennt diese Nummer VLAN-ID. Ein Erkennungsmodul, das mit der VLAN-ID = 1 ausgestattet ist, kann mit jedem anderen Gerät im gleichen VLAN kommunizieren, nicht jedoch mit einem Gerät in einem anderen VLAN, wie z. B. ID = 2, 3,....
Um zwischen den VLANS zu unterscheiden, wird nach dem Standard IEEE 802.1Q ein Ethernetframe um 4 Byte erweitert. Davon sind 12 Bit zur Aufnahme der VLAN-ID vorgese- hen, sodass (ohne Ausnutzung des Canonical Formats) theoretisch 4096-2 = 4094 VLANS möglich sind.
Denkbar ist, dass die einzelnen logischen Netzwerkverbindungen entsprechend eines OPC- Standards, d. h. beispielsweise in Form von OPC UA-Verbindungen, ausgebildet sind. Ins- besondere ist nämlich denkbar, dass pro Netzwerksegment über die Steuerungseinrichtung io
mehrere OPC UA-Endpunkte mit unterschiedlicher IP-Adresse, VLAN-ID und Priorisierung entsprechend des oben genannten Standards IEEE 802.1 Q zur Verfügung stehen.
Weist nun ein Netzwerksegment, welches eindeutig, vorzugsweise eineindeutig, eine be- stimmte VLAN-ID zugewiesen bekommen hat, eine höhere Priorität auf als ein, nur in logi scher Hinsicht, davon unterschiedliches Netzwerksegment einer entsprechend unterschiedli- chen VLAN-ID, so können die Steuerungseinrichtung und/oder der VLAN-Switch dazu vor- gesehen sein, zunächst den Datenaustausch des höher priorisierten Netzwerksegments zu bevorzugen, um erst nach Abbau der diesem höher priorisierten Netzwerksegment zugeord- neten Aufgaben eine Abarbeitung des tiefer priorisierten Netzwerksegments zu erlauben.
Mit anderen Worten gilt generell: Zuordnung und Konfiguration der OPC UA Endpunkte zu einem bestimmten Netzwerksegment entsprechend der VLAN-ID und Zuordnung einer Prio- rität, entsprechend der Priorität des entsprechenden VLANs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jedem Sensor und/oder jeder Verarbeitungs- einheit zumindest eine VLAN-ID zugeordnet und jedem Netzwerksegment ist wiederum zu- mindest eine, beispielsweise genau eine, eindeutig, vorzugsweise eineindeutig, VLAN-ID zugeordnet, wobei über jede der VLAN-IDs zumindest ein Steuerelement ansteuerbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eine Vorrichtung zumindest einen Temperatursensor, wobei der Temperatursensor eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur eines Sensors misst und an die Verarbeitungseinheit einer Vor- richtung und/oder an die zentrale CPU weiterleitet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ermittelt die zentrale CPU einen Auslastungsgrad (CPU-Last und/oder Speicherverbrauch) von zumindest einer Verarbeitungseinheit, wobei bei Überschreiten einer Grenztemperatur der Verarbeitungseinheit und/oder zumindest der dieser Verarbeitungseinheit zugeordneten Sensor diese(r) in seiner Leistung zumindest teil- weise gedrosselt oder ganz abgeschaltet wird
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor zusätzlich ein kapazitiver Druck- sensor, wobei die Verarbeitungseinheit zusätzlich dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine durch äußeren Druck verursachte Kapazitätsänderung des Kondensators zu mes- sen und/oder zu speichern. Grundsätzlich handelt es sich bei einem kapazitiven Sensor also um einen Sensor, welcher auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeitet. Die Beeinflussung der Kapazität durch die zu erfassen- de Größe kann dabei auf verschiedene Arten, erfolgen die primär durch den Verwendungs- zweck bestimmt ist.
Ein kapazitiver Sensor basiert unter anderem darauf, dass zwei Elektroden, einer davon kann die zumessende Oberfläche sein, die„Platten“ eines elektrischen Kondensators bilden, dessen Kapazität oder Kapazitätsänderung gemessen wird, die folgendermaßen beeinflusst werden kann:
Eine Platte wird durch den zumessenden Effekt verschoben und/oder verformt, wodurch sich der Plattenabstand und damit die elektrische messbare Kapazität ändern.
Die Platten sind starr und die Kapazität an Sich ändert sich dadurch, dass ein elektrisch leitendes Material oder ein Dielektrikum in unmittelbare Nähe gebracht wird.
Die wirksame Plattenfläche ändert sich, indem die Platten wie bei einem Drehkondensa- tor gegeneinander verschoben werden.
Um auch kleine Veränderungen besser detektieren zu können kann die eigentliche Mes- selektrode häufig mit einer Schirmelektrode umgeben sein, die den inhomogenen Randbe- reich des elektrischen Feldes von der Messelektrode abschirmt, dadurch ergibt sich zwi- schen Messelektroden üblicherweise geerdeter Gegenelektrode eine annähernd paralleles elektrisches Feld mit der bekannten Charakteristik eines idealen Plattenkondensators. Ein kapazitiver Drucksensor ist insbesondere ein solcher bei dem die Kapazitätsänderung infolge des Durchbiegens einer Membran und der resultierenden Änderung des Plattenab- stands als Sensoreffekt ausgewertet wird. Zum Beispiel handelt es sich bei der Membran um das oben genannte Dielektrikum oder aber um die einzelnen Kondensatorelektroden welche insbesondere in Form einer Platte ausgeführt sein können. Mit anderen Worten ist in einer derartigen Ausführungsform in neuartiger Art und Weise ein kapazitiver Feuchtesensor mit einem kapazitiven Drucksensor kombiniert, jedoch ohne dass diese Bauteile voneinander getrennte Elemente oder zwei separate Sensoren bildeten, sondern es handelt sich bei vor- liegender Ausführungsform um ein„Two in One“-Konzept, in welchem der gleiche Sensor sowohl als Feuchtesensor, als auch als Drucksensor fungiert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff, insbesondere in welchem elektrische Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des Sensors und der Verarbeitungseinheit eingewoben sind. Bei einem Webstoff handelt es sich im Sinne der Erfindung daher um ein Gewebe, welches manuell oder maschinell auf Basis von einzelnen Fäden gewebt wurde.
Die elektrischen Leiterbahnen können in einem Gewebe daher zusätzlich neben den übli- chen Fasern und Gewebesträngen integriert sein oder aber einzelne Gewebestränge welche das Gewebenetz ausbilden ersetzen.
Je nach Abstand und Eigenschaften der einzelnen Fäden (hochgedreht, bauschig, usw.) können ganz lockere Gewebe, wie Verbandgewebe oder Dichtegewebe wie Brokatstoff ent- stehen. Längselastisch werden Gewebe durch, als Kettenfäden eingesetzte Gummifäden (mehr Bändern verwendet) oder Kräusel- und Bauschgarne verwendet. Sie werden ge- spannt, verarbeitet und ziehen sich im Ruhezustand zusammen. Bauschgarne bestehen aus texturiertem, also gekräuseltem synthetischen Fasern. Die Kräuselung verändert die Eigen- schaften der synthetischen Fasern. Die darauf gesponnenen Garne sind sehr elastisch und voluminös und haben eine gute Wärmedämmung.
Zum Beispiel kann das Trägermaterial Teil eines Bezugstoffes eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes oder eines Bürostuhls, sein. Insofern kann der Sensor vorzugsweise jedoch die gesamte Vorrichtung, auf dem Bezugsstoff eines solchen Sitzes aufgebracht oder in einen solchen integriert sein.
Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, die ein- zelnen Feuchte- sowie Druckwerte zu erfassen und aus einer Kombination der einzelnen Feuchte- und Druckwerte zumindest einen jeweiligen Kennwert zu ermitteln, aus welchem ableitbar ist, welches Individuum (mit Gewicht und/oder Größe) gerade den Fahrzeugsitz besetzt.
Zum Beispiel kann aus der Druckmessung durch die Verarbeitungseinheit ein Gewicht der jeweiligen Person abgeleitet und festgestellt werden. Auch kann die jeweilige Feuchtigkeit, welche die jeweilige Person an den Sensor abgibt gemessen werden, wobei der jeweilige Kennwert zum Beispiel ein Produkt aus dem relativen Feuchtigkeitswert mal der von der Verarbeitungseinheit ermittelten Belastungsgewicht ist.
Überschreitet ein derartiger Kennwert einen entsprechenden Grenzwert kann die Verarbei- tungseinheit insbesondere mittels einer Anbindung an die Elektronik des Fahrzeugs, eine Warnung aussprechen. Diese Warnung kann dahingehend lauten, dass der Sitz überbelegt ist oder der Fahrer zu stark schwitzt. Diese Warnung kann jedoch auch ersetzt werden durch eine entsprechende Anzeige dahingehend welcher Belegungstyp den Sitz nutzt. Bei einem Belegungstyp kann es sich um eine Gewichtsklassifikation eines jeweiligen Benutzers han- dein, oder aber auch darum Handeln ob es sich bei dem Benutzer um ein Tier, einen Men- schen oder auch um eine Sache handelt. Vorzugsweise ist daher die Verarbeitungseinheit in eine Anzeigenelektronik des Fahrzeugs integrierbar, zumindest jedoch mit einer solchen verbindbar. Hierzu ist denkbar, dass die Verarbeitungseinheit sich zum Beispiel mittels Bluetooth oder einer sonstigen Wireless Verbindung mit einer Empfangseinheit des Fahrzeugs verbindet und der jeweilige Kenn- oder Grenzwert und/oder die jeweilige Warnung und/oder die jewei- lige Identifikation des Benutzers auf einem Display des Fahrzeugs wiedergegeben werden. Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass diese einzelnen Werte und/oder Identifikatio- nen auch extern abrufbar und/oder extern darstellbar sind. Zum Beispiel kann das Auto auf eine Überbelegung hin von einem externen Controller überwacht werden.
Zum Beispiel kann mittels einer Datenverbindung die Verarbeitungseinheit mit einer Auslös- einheit eines Airbags in Verbindung stehen, sodass die Verarbeitungseinheit auch die Auslö- seinheit steuern und/oder regeln kann, insbesondere in Bezug auf einen Auslösezeitpunkt des Airbags. Zusätzlich und/oder alternativ ist es möglich, dass die Verarbeitungseinheit eine Controllereinheit des Airbags mit Daten zum Beispiel im Hinblick auf einen Belegungstyp, Position und/oder Gewicht eines Benutzers des Fahrzeugsitzes versorgt.
Diese Daten können dazu führen, dass der Auslösezeitpunkt und die Auslösereihenfolge des Airbags auf den Benutzer angepasst sind, sodass ein Personenschaden an dem Benutzer vermieden wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine Elektrode und/oder dielektri sche Schicht auf dem Trägermaterial oder auf einer auf dem Trägermaterial angeordneten, insbesondere wasserundurchlässigen Schicht aufgedruckt oder mittels eines Dünnschicht- verfahrens aufgebracht.
Dies heißt, dass zumindest ein Element, vorzugsweise sowohl die Elektrode als auch die dielektrische Schicht, auf dem Trägermaterial oder einer zwischen dem Sensor und dem Trägermaterial aufgebrachten vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen, weiter vorzugsweise wasserundurchlässigen Schicht mittels eines Druckverfahrens aufgedruckt.
Bei dem Druckverfahren kann es sich zum Beispiel um ein Inkjetverfahren handeln.
Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit in der gleichen Weise wie der Sensor auf das Trä- germaterial aufgebracht. Hierzu ist vorstellbar, dass auch die Verarbeitungseinheit, zumin- dest jedoch eine, insbesondere leitende, Schicht der Verarbeitungseinheit auf das T rägerma- terial zum Beispiel aufgedruckt ist. Die Datenkommunikation zwischen der Verarbeitungsein- heit und dem Sensor kann dann über die oben genannten Leiterbahnen entstehen. Diese Leiterbahnen können zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, in den Webstoff eingewoben sein oder sogar einzelne Fasern des Webstoffs selbst ausbilden.
Zum Beispiel ist zumindest eine Elektrode flächig ausgeführt. Das heißt, dass eine Dicke der Elektrode im Vergleich zu deren Flächenausdehnung vernachlässigbar ist. Eine solche Elekt- rode kann daher insbesondre mittels eines Druckverfahrens hergestellt werden. Alternativ hierzu kann eine Dicke zumindest einer Elektrode höchstens 5 mm betragen. Hier- zu kann das Druckverfahren mehrmals angewandt werden, sodass zumindest zwei, vor- zugsweise jedoch dann mehr, Einzeldruckschichten übereinander gestapelt werden.
Des Weiteren kann die Elektrode auch mittels eines 3D-Druckverfahrens auf dem Trägerma- terial angeordnet sein.
1. Das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling)
Alternativbezeichnungen: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM) Das Verfahren bezeichnet schichtweises Aufträgen (Extrusion) eines Materials durch eine heiße Düse. Das Verbrauchsmaterial befindet sich in Form eines langen Drahts (sog. Fila- ment) auf einer Rolle und wird durch die Fördereinheit in einen Druckkopf geschoben, dort eingeschmolzen und auf einem Druckbett ausgebracht. Druckkopf und/oder Druckbett sind dabei in drei Richtungen beweglich. So können Kunststoffschichten schrittweise aufeinander aufgebracht werden.
2. Das SLS Verfahren (Selektives Lasersintern) Im Unterschied zum Sinterverfahren, bei dem Stoffe in Pulverform unter Hitzeeinwirkung miteinander verbunden werden, geschieht dies beim SLS-Verfahren selektiv durch einen Laser (alternativ auch Elektronenstrahl oder Infrarotstrahl). Es wird also nur ein bestimmter Teil des Pulvers miteinander verschmolzen. Dazu wird stets eine dünne Pulverschicht von der Beschichtungseinheit auf dem Druckbett ausgebracht. Der Laser (oder andere Energiequelle) wird nun punktgenau auf einzelne Stel- len der Pulverschicht ausgerichtet, um die erste Schicht der Druckdaten auszubilden. Hierbei wird das Pulver an- oder aufgeschmolzen und verfestigt sich anschließend wieder durch ge- ringfügiges Abkühlen. Das nicht aufgeschmolzene Pulver bleibt um die gesinterten Bereiche herum liegen und dient als Stützmaterial. Nachdem eine Schicht verfestigt ist, senkt sich das Druckbett um den Bruchteil eines Millimeters ab. Die Beschichtungseinheit fährt nun über das Druckbett und bringt die nächste Pulverschicht aus. Anschließend wird die zweite Schicht der Druckdaten durch den Laser (oder eine andere Energiequelle) gesintert. So ent- steht schichtweise ein dreidimensionales Objekt.
3. Three-Dimensional Printing (3DP)
Das 3DP-Verfahren funktioniert sehr ähnlich wie das selektive Lasersintern, doch anstelle einer gerichteten Energiequelle verfährt ein Druckkopf über das Pulver. Dieser gibt winzige Tröpfchen von Bindemittel auf die zugrunde liegenden Pulverschichten ab, die so miteinan- der verbunden werden. Ansonsten ist dieses Verfahren dem SLS-Verfahren gleich. 4. Stereolithographie (SLA)
Anstelle eines Kunststoffdrahts oder Druckmaterials in Pulverform kommen beim Stereo- lithographie-Verfahren flüssige Harze, sog. Photopolymere, zum Einsatz. Sie werden schichtweise durch UV-Strahlung verhärtet und erzeugen so dreidimensionale Objekte. Da- für wird die Bauplattform im Harzbecken schrittweise abgesenkt. Es gibt auch Varianten (sog. Polyjet-Verfahren) ohne ein ganzes Becken mit flüssigem Harz. Dafür wird ein Epoxid- harz tröpfchenweise aus einer Düse aufgebracht und durch einen UV-Laser sofort ausgehär- tet.
5. Laminated Object Manufacturing (LOM)
Alternativbezeichnung: Layer Laminated Manufacturing (LLM) Das Verfahren basiert weder auf chemischen Reaktionen, noch auf einem thermischen Pro- zess. Es wird dabei mit einem trennenden Werkzeug (z.B. einem Messer oder Kohlendioxid- laser), einer Folie oder einer Platte (z.B. Papier) an der Kontur geschnitten und schichtweise aufeinander geklebt. So entsteht durch Absenken der Bauplattform ein Schichtobjekt aus geklebten, übereinanderliegenden Folien.
Eine oder mehrere wasserundurchlässige Schichten und/oder auch die Feuchteschicht kön- nen in derselben Art und/oder Dicke wie die Elektrode aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Feuchteschicht den Kondensator voll- ständig.
Dies kann heißen, dass die Feuchteschicht, nach außen, das heißt in der Querrichtung den Sensor nach außen abgrenzt und abschließt, sodass der Sensor zwischen der Feuchte- schicht und dem Trägermaterial angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor zumindest einen weiteren Kon- densator auf, welcher in der Querrichtung unter oder über dem Kondensator angeordnet und durch eine weitere wasserundurchlässige Schicht beabstandet von dem Kondensator auf oder unter dieser weiteren wasserundurchlässigen Schicht angeordnet ist, sodass ein Kon- densatorenstack entsteht.
Der weitere Kondensator kann in der gleichen Weise wie der Kondensator aufgebaut sein und ebenso in einer gleichen Weise wie der Kondensator auf die weitere wasserundurchläs- sige Schicht angeordnet sein.
Mittels eines derartigen Kondensatorenstacks kann die Sensorik ganz besonders einfach verfeinert werden nämlich insofern, als dass denkbar ist das bei zwei den Kondensatorstack ausbildenden Sensoren beide Sensoren die gleichen Aufgaben verrichten, jedoch durch die einzelnen Sensoren jeweilige Messwerte ermittelt werden, die zusammen genommen auf einen Mittelwert schließen lassen. Zum Beispiel wird von jedem der beiden Sensoren jeweils die (relative) Feuchtigkeit der Umgebung gemessen wobei aus diesen beiden Messwerten dann der Feuchtigkeitsmittelwert ermittelt wird. Gleiches kann entsprechend mit der Druck- messung geschehen, sodass die Genauigkeit der gesamten Messung insbesondere einer Kombination der Messungen von (relativer) Feuchtigkeit und dem jeweiligen Druck beson- ders genau ausgestaltet werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht die dielektrische Sicht zumindest teilweise selbst aus.
Dies kann heißen, dass ein anstatt der separaten Positionierung einer dielektrischen Schicht neben der wasserundurchlässigen Schicht und/oder neben der weiteren wasserundurchläs- sigen Schicht, diese dielektrische Schicht selbst durch die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht gebildet ist.
Eine derartige Erzeugung der dielektrischen Schicht durch die wasserundurchlässigen Schicht(en) bildet daher ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren zu einer kostengünstigen Vorrichtung.
Davon abgesehen kann grundsätzlich vorgesehen sein die Elektroden, die dielektrische Schicht und die wasserundurchlässige Schicht(en) derart zueinander anzuordnen, dass ein elektrischer Kurzschluss in jedem Fall verhindert ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine maximale Dicke der Feuchteschicht wenigstens 30% und höchstens 80% der maximalen Dicke der wasserundurchlässigen Schicht und/oder der maximalen Dicke der weiteren wasserundurchlässigen Schicht. Dies stellt nicht nur einen besonders flach gebauten Sensor sicher, sondern gewährleistet auch eine besonders schnelle Reaktionszeit auf Feuchtigkeitsveränderungen. Die von außen auf die Feuchteschicht einwirkende Feuchtigkeit muss daher keine großen Strecken zu dem Dielektrikum durchwandern. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit wobei insbesondere angemerkt sei, dass alle für die obig beschriebe- ne Vorrichtung offenbarten Merkmale auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart sind und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zu Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit zunächst einen ersten Schritt mittels welchem zumindest ein Messsys- tem, insbesondere nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, bereitgestellt wird, wobei durch das Messsystem zumindest ein Sensor zu Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit bereitgestellt wird, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumin- dest zwei Elektroden, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial zueinander angeordnet sind aufweist, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist auf einer dem Trägermaterialabgewandten Seite zumindest einer Elekt- rode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht ange- ordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit diese Änderung misst und/oder speichert, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.
Dabei weist das oben beschrieben Verfahren die gleichen Vorteile und vorteilhaften Ausge- staltungen wie die obig beschriebene Vorrichtung auf. Im Folgenden wird die hier beschriebene Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele und den dazugehörigen Figuren näher beschrieben.
Gleiche oder gleichwirkende Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 1A bis 1 C zeigen ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenes und erfin- dungsgemäßes Messsystems.
In der Figur 2 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit gezeigt.
In der Figur 3 ist einer schematisch perspektivischen Ansicht eine in Bezug auf die Schich- tenordnung dargestellte Explosionszeichnung dargestellt.
In der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Vorrichtung ge- zeigt.
Der Figur 1A ist in einem Ausschnitt ein schematischer Aufbau eines hier beschriebenen erfindungsgemäßen Messsystems 1000 gezeigt. Erkennbar ist eine Verarbeitungseinheit 5, welche in Datenkommunikation mit einer Mehrzahl von Sensoren 1 ist. Die Verarbeitungs- einheit 5 bildet zusammen mit den Sensoren 1 eine Vorrichtung 100. Die von den einzelnen Sensoren 1 gemessen Feuchtigkeits- und/oder Druckwerte werden eine zentrale CPU 40 gesendet um dort gespeichert und/oder weiterverarbeitet zu werden. Zudem ist ein Tempera- tursensor 60, welcher eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur des Sensors 1 misst und an die Verarbeitungseinheit 5 der Vorrichtung 100 und/oder an die zentrale CPU 40 weiterleitet.
Die Figur 1 B zeigt schematisch das gesamte Messsystem 1000, mit einer Mehrzahl an Sen- sorgruppen, welche durch die einzelnen Vorrichtungen 100 zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit gebildet sind und welche jeweils eine Verarbeitungseinheit 5 zeigen. Jeder Ver- arbeitungseinheit 4 ist daher eine Mehrzahl an Sensoren 1 zugeordnet.
Die Figur 1 C zeigt schematisch eine Verbauung und Integration des Messsystems 1000 in einen Stuhl, insbesondere in einen Bürostuhl. Wie nun der Figur 2 entnommen werden kann, ist dort eine Vorrichtung 100 zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit gezeigt.
Beispielhaft ist dort ein Sensor 1 dargestellt, wobei der Sensor 1 einen Kondensatorstack zeigt mit einem Kondensator 20, sowie einem Kondensator 30, wobei die einzelnen Elektro- den 10, 11 der Kondensatoren 20, 30 in der horizontalen Richtung H1 übereinander ange- ordnet sind, wobei alternativ hierzu jedoch selbstverständlich eine Anordnung der einzelnen Elektroden 10, 11 eines einzelnen Kondensators 20, 30 in der Querrichtung Q1 welche senk- recht zur horizontalen Richtung H1 verläuft und damit auch senkrecht zur Haupterstre- ckungsrichtung des dort gezeigten Sensors 1 verlaufen oder angeordnet sein können.
Die einzelnen Elektroden 10, 1 1 sind auf einem Trägermaterial 13 angeordnet. Bei dem Trä- germaterial 13 kann es sich insbesondere um einen Webstoff, insbesondere um einen flexib- len Webstoff handeln.
Auf dem Trägermaterial 13 ist eine wasserundurchlässige Schicht 4 angeordnet, wobei auf dieser wasserundurchlässigen Schicht 4 die beiden Elektroden 10, 1 1 des Kondensators 20 in der horizontalen Richtung H1 aufgedruckt sind. Die Elektroden 10, 1 1 des Kondensators 20 sind vollständig von einer weiteren wasserun- durchlässigen Schicht 14 umgeben. Auf dieser wasserundurchlässigen Schicht 14 ist in der gleichen Art und Weise der weitere Kondensator 30 mit entsprechenden Elektroden 10, 1 1 aufgedruckt. Zudem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel freiliegende Außenflä- chen der einzelnen Elektroden 10, 1 1 des weiteren Kondensators 30 vorzugsweise vollstän- dig von einer wasserdurchlässigen und/oder wasserabsorbierenden Feuchteschicht 3 umge- ben.
Über diese Feuchteschicht 3 kann Wasser auf eine dielektrische Schicht 4 treffen, welche vorliegend in der horizontalen Richtung H1 zwischen den jeweiligen Elektroden 10, 1 1 eines Kondensators 20, 30 angeordnet ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 bildet die wasserundurchlässige Schicht 4 selbst eine dielektrische Schicht 4 des Kondensators 20 auf. Selbiges gilt für die weitere wasserundurchlässige Schicht 14 in Bezug auf den weiteren Kondensator 30. Durch Auftreffen und Durchdringen der Feuchtigkeit über die Feuchteschicht 3 werden die dielektrischen Eigenschaften insbesondere der dielektrischen Schicht 2 des weiteren Kon- densators 30 verändert. Darüber hinaus ist eine Verarbeitungseinheit 5 erkennbar, welche in datentechnischer Ver- dingung mit den beiden Kondensatoren 20, 30 steht, wobei diese Verarbeitungseinheit 5 dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine Änderung der relativen Feuchtigkeit der Umgebung und/oder der Feuchteschicht 3 zu messen. Durch die in der Figur 3 dargestellte„stackwise“-Anordnung und dadurch, dass die weitere wasserundurchlässige Schicht 14 verhindert, dass der Kondensator 20 mit Feuchtigkeit in Kontakt kommt, kann daher vorgesehen sein, dass lediglich der weitere Kondensator 30 und dessen dielektrische Schicht 4 der Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Hierzu kann die Verarbei- tungseinheit 5 dann eine Veränderung der Kapazität des weiteren Kondensators 30 verglei- chen mit der stabilen Kondensatorkapazität des Kondensators 20, sodass hierzu ein beson- ders einfacher Vergleich in der Veränderung der relativen Feuchtigkeit und/auch des jeweili gen Belastungsdruckes hergestellt sein kann.
Durch den in der Figur 2 dargestellten Pfeil ist auch eine Druckrichtung unter welcher der Sensor 1 mit Druck beaufschlagt wird gezeigt. Beides kann vorzugsweise durch den Sensor 1 und insbesondere durch die Vorrichtung 100 gemessen, ausgewertet und gespeichert werden. Hierzu dient insbesondere die in der Erfindung als wesentlich dargestellte Verarbei- tungseinheit 5, welche zusätzlich auch entsprechende Druckwerte und insofern damit ver- bundene Änderungen in der Kapazität der einzelnen Sensoren 1 messen und auswerten kann, sodass die Verarbeitungseinheit 5 zusätzlich dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist eine durch äußeren Druck verursachte Kapazitätsänderung des Kondensators 20 und insbesondere auch des weiteren Kondensators 30 zu messen und/oder zu speichern.
Die Feuchteschicht 3 kann flexibel oder nicht flexibel ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, dass die Feuchteschicht 3 als Webstoff ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich um einen Webstoff handeln, welcher im einleitenden Teil der vorliegenden Anmeldung beispielhaft genannt wurde. Zudem ist es jedoch auch möglich, dass es sich bei der Feuchteschicht 3 um ein Substrat handelt welches, zum Beispiel in Form eines Epitaxie- oder eines Klebeprozes- ses auf den weiteren Kondensator 30 aufgebracht, zum Beispiel aufgeklebt wurde. Die wasserundurchlässige Schicht 14 und/oder die wasserundurchlässige Schicht 15 können ebenso flexibel und nicht flexibel, insbesondere auch ebenso in Form eines Webstoffes oder eines Substrats in der gleichen Weise wie die Feuchteschicht 3 ausgebildet sein. Zudem ist vorteilhaft denkbar, dass die Elektroden 10, 1 1 der beiden Kondensatoren 20, 30 auf die wasserundurchlässige Schicht 14 und die weitere wasserundurchlässige Schicht 15 in Form eines Druckprozesses zum Beispiel eines Tintenstrahldruckprozesses aufgedruckt wurden. In der Figur 3 ist eine Explosionszeichnung gezeigt, wobei insbesondere aus der Figur 3 die jeweilige Anordnung der Elektroden 10, 11 der Kondensatoren 20, 30 hervorgeht. Erkennbar ist wiederum die durch die Pfeilrichtung dargestellte Krafteinwirkung auf den Sensor 1 , sowie durch die einzelnen schematisch dargestellten Tropfen einwirkende Feuchtigkeit. Insbeson- dere ist wiederum erkennbar, dass die Feuchtigkeit insbesondere zwischen den Elektroden 10, 1 1 eindringt und auf die jeweilige wasserdurchlässige Schicht 14 einen zum Beispiel er- heblichen Effekt auf die elektrische Eigenschaft hat, sodass sich die Kapazität zumindest des weiteren Kondensators 30 wie in der Figur 1 erläutert jeweils ändert.
In der Figur 4 ist in einer weiteren Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung ge- zeigt, dass der Sensor 1 aus zwei Elektroden 10, sowie einer Elektrode 11 bestehen kann. Die Elektroden 10 haben eine Polarität (vorzugsweise die gleiche Polarität), während die Elektrode 11 eine davon unterschiedliche Polarität aufweist, wobei jedoch im unteren Teilbild der Figur 3 die Explosionszeichnung des linken Teils der Figur 3 gezeigt ist und erkennbar ist, dass drei wasserundurchlässige Schichten 4, 14, 15 verwendet werden. Die Elektroden 10 können auch unterschiedliche Polaritäten und/oder elektrische Potentiale aufweisen.
Auch können die Elektroden 10 miteinander elektrisch verbunden sein.
Zum Beispiel können die Elektroden 10, 1 1 auch jeweils eine separate Polarität und/oder ein separates elektrisches Potential aufweisen und/oder generieren. Entsprechendes kann auch für die in den hier folgenden Figuren in Bezug auf die Elektroden gelten.
Zum Beispiel ist die unterste wasserundurchlässige Schicht wiederum die wasserundurch- lässige Schicht 4, die darauffolgende wasserundurchlässige Schicht 14 und die in der Quer- richtung Q1 darauf angeordnete wasserundurchlässige Schicht 15 eine weitere wasserun- durchlässige Schicht, wobei jeweils eine Elektrode auf einer separaten wasserundurchlässi- gen Schicht jeweils aufgebracht insbesondere aufgedruckt ist.
In dieser Stackung der einzelnen wasserundurchlässigen Schichten 4, 14 und 15 wird daher durch Zusammenführen dieser Schichten der im linken Teil der Figur 4 gezeigte Kondensa- tor 20 erzeugt, wobei hierbei in der Querrichtung Q1 , die Elektroden 10 jeweils, wie im dem- entsprechenden Teilbild entnommen werden kann auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sin. Alternativ hierzu kann auch die Elektrode 1 1 zusammen mit zumindest einer der Elektroden 10 in einer gemeinsamen Ebene, das heißt auf oder in einer gemeinsamen wasserundurch- lässigen Schicht 4, 14, 15 aufgebracht werden, sodass zum Beispiel nur noch die zweite der Elektroden 10 auf eine separaten wasserundurchlässigen Schicht 4, 14, 15 aufgestackt wer- den muss.
Grundsätzlich können daher die einzelnen Elektroden 10,11 in unterschiedlichen Ebenen in der Q1 -Richtung zueinander angeordnet sein. Zum Beispiel gilt eine paarweise Zuordnung zwischen genau einer wasserundurchlässigen Schicht 4, 14, 15 mit genau einer Elektrode 10, 1 1 .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels be- schränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal, sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder in den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Sensor
3 Feuchteschicht
4 dielektrische Schicht/ wasserundurchlässige Schicht
5 Verarbeitungseinheit
10 Elektrode
1 1 Elektrode
12 Elektrode
13 Trägermaterial
14 wasserundurchlässige Schicht
15 wasserundurchlässige Schicht
20 Kondensator
30 Kondensator
40 CPU
60 T emperatursensor
100 Vorrichtung
200 Verfahren
1000 Messsystem
H1 horizontalen Richtung
Q1 Querrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Messsystem (1000) zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, umfassend
zumindest eine Vorrichtung (100) zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfassend
- zumindest einen Sensor (1 ) zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei der Sensor (1)
- zumindest einen Kondensator (20) mit zumindest zwei Elektroden (10, 11 ), welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung (H1) entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial (13) zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden (10, 11) zumindest eine dielektrische Schicht (4) angeordnet ist, wobei
auf einer dem Trägermaterial (13) abgewandten Seite zumindest einer Elektrode (10, 11) und/oder der dielektrischen Schicht (2) zumindest
stellenweise zumindest eine zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht (3) angeordnet ist, wobei somit die zumindest eine Elektrode (10, 11) und/oder die dielektrische Schicht (4) in einer Querrichtung (Q1) zwischen dem Trägermaterial (13) und der Feuchteschicht (3) angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht (4) zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit (5) dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist
Messwerte des Sensors (1) zu messen und/oderzu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Verarbeitungseinheit (5) die von dem Sensor gemessenen Daten an eine zentrale CPU (40) gesendet werden, wobei diese Daten von der
Verarbeitungseinheit (5) verarbeitet werden.
2. Messsystem (1000) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (1000) zumindest zwei Sensoren (1) aufweist, wobei durch die Verarbeitungseinheit (5) die Sensoren (1) in Gruppen aus zumindest einem Sensor (1) auf Basis zumindest einem der folgenden Kriterien unterteilt werden:
- Anordnungsort des Sensors (1 ) oder der Sensoren (1 ) auf dem T rägermaterial (13), wobei das Trägermaterial (13) in Flächengebiete eingeteilt ist, und innerhalb eines Flächengebiets nur Sensoren (1 ) einer Gruppe angeordnet sind,
- Flächenausdehnung eines Sensors (1).
3. Messsystem (1000) nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet, durch
zumindest zwei Vorrichtungen (100) zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei jede Verarbeitungseinheit (5) Ihre von den Sensoren (1) empfangenen Daten an die zentrale CPU (40) weiterleitet.
4. Messsystem (1000) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Vorrichtung (100) zumindest zwei Sensoren (1) umfasst.
5. Messsystem (1000) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Vorrichtung (100) zumindest einen Temperatursensor (60) umfasst, wobei der Temperatursensor (60) eine Umgebungstemperatur und/oder eine
Temperatur eines Sensors (1) misst und an die Verarbeitungseinheit (5) einer Vorrichtung (100) und/oder an die zentrale CPU (40) weiterleitet.
6. Messsystem (1000) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperatursensor (60) eine Temperatur der ihm zugeordneten
Verarbeitungseinheit (5) misst und an die Verarbeitungseinheit (5) einer Vorrichtung (100) und/oder an die zentrale CPU (40) weiterleitet.
7. Messsystem (1000) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zentrale CPU (40) eine Auslastungsgrad (CPU-Last und/oder Speicherverbrauch) von zumindest einer Verarbeitungseinheit (5) ermittelt und bei Überschreiten einer Grenztemperatur der Verarbeitungseinheit (5) und/oder von zumindest einem dieser Verarbeitungseinheit (5) zugeordneten Sensor (1) diese(r) in seiner Leistung zumindest teilweise gedrosselt oder ganz abgeschaltet wird.
8. Messsystem (1000) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet, durch
zumindest ein Verarbeitungsnetzwerk, wobei mittels zumindest eines VLAN-Switches des Verarbeitungsnetzwerks, dieses in zumindest zwei, nur logisch voneinander getrennte, Netzwerksegmente (VLAN) unterteilbar ist und wobei jeder
Verarbeitungseinheiten (5) und/oder jeder der Sensoren (1 ) in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch den VLAN-Switch durch jedes der Netzwerksegmente
ansteuerbar sind.
9. Messsystem (1000) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des VLAN-Switches eine Priorisierung der einzelnen Netzwerksegmente insbesondere im Hinblick auf deren Datenaustausch durchgeführt wird.
10. Verfahren (200) zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfassend zunächst einen ersten Schritt mittels welchem ein Messsystem (1000) bereitgestellt wird, welches umfasst:
- zumindest einen Sensor (1 ) zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit
bereitgestellt wird, wobei der Sensor (1 )
- zumindest einen Kondensator (20) mit zumindest zwei Elektroden (10, 11), welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung (H1) entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial (13) zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden (10, 11) zumindest eine dielektrische Schicht (4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf einer dem Trägermaterial (13) abgewandten Seite zumindest einer Elektrode (10, 11) und/oder der dielektrischen Schicht (4) zumindest stellenweise zumindest eine zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht (3) angeordnet ist, wobei somit die zumindest eine Elektrode (10, 11) und/oder die dielektrische Schicht (4) in einer Querrichtung (Q1 ) zwischen dem Trägermaterial (13) und der Feuchteschicht (3) angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht (4) zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit (5) Messwerte des Sensors (1 ) misst und/oder speichert, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.
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