KR102121326B1 - 전기 전도성 및/또는 분극성 입자를 검출하기 위한 센서, 센서 시스템, 센서의 작동 방법, 및 이러한 센서의 사용 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위한, 기판(11)을 포함하는 센서(10)로서, 상기 기판(11)의 적어도 한 면에는, 적어도 하나의 구조화된 전극층(31, 32) 및/또는 구조화된 절연체(20, 21)에서 검출된 입자(30, 30')에 접근 가능한 적어도 하나의 개구부(25, 26, 35, 36)가 형성되는 방식으로 제1 레벨(E1)의 제1 구조화된 절연체(20), 제2 레벨(E2)의 제1 구조화된 전극층(31), 제3 레벨(E3)의 제2 구조화된 절연체(21), 및 제4 레벨(E4)의 제2 전극층 구조체(32)가 직접 또는 간접적으로 배치되며, 상기 전극층(31, 32)은 각각 적어도 2개의 전극(40, 40', 41, 41'), 적어도 2개의 컨덕터 트랙(38, 39), 또는 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합을 가지는, 센서(10)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전기 전도성 및/또는 분극성 입자, 특히 그을음 입자를 검출하기 위한 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 센서 시스템, 센서의 작동 방법, 및 이러한 센서의 사용에 관한 것이다.
센서 캐리어를 가지는 센서는 공지되어 있으며, 전극 및 가열 구조체는 평면 배치에서 이러한 센서 캐리어 상에 배치된다. 검출 동작에서, 분극성 및/또는 전기 전도성 입자는 이러한 평면 배치 상에 증착된다. 증착된 입자들은 전극 사이의 저항을 감소시키고, 이러한 저항 강하는 증착된 미립자의 질량의 측정하는 데에 사용된다. 미리 규정된 저항의 임계값에 도달한 후에 센서 장치는, 가열 구조체에 의해 가열되어 증착된 입자가 버닝되게 되고, 세척 프로세스 이후에 센서는 추가 검출 사이클을 위해 사용될 수 있다.
DE102005029219A1는 내연 기관의 배출-가스 흐름에 있는 입자를 검출하기 위한 센서를 기술하는데, 전극, 히터, 및 온도 센서의 구조체가 평면 배치에서 센서 캐리어에 적용된다. 이러한 센서 배치의 단점 중 하나는, 그을음과 같은 전도성 및 분극성 입자를 측정할 때에 수용 가능한 민감도 범위에 도달하기 위해서는 브릿징될 전극들이 최소 길이를 가져야만 한다는 점이다. 그러나, 브릿징될 전극들이 최소 길이를 달성하기 위해서는 특정 크기의 센서 구성 요소를 필요로 한다. 이는 이러한 크기의 센서 구성 요소를 생산하는 데 있어서 대응되는 비용상의 단점을 초래한다.
본 발명의 목적은 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위해 더 발전된 센서를 명시하는 것이며, 센서의 크기는 최소화되어 전술한 단점들이 극복될 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 목적은 센서 시스템, 센서의 작동 방법, 및 이러한 센서의 개선된 용도를 명시하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 제1항에 따른 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위한 센서에 의해 달성된다. 센서 시스템과 관련하여, 상기 목적은 제12항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 센서의 작동 방법과 관련하여, 상기 목적은 제13항의 특징에 의해 달성된다. 센서의 사용과 관련하여, 상기 목적은 제15항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 센서의 작동 방법 또는 본 발명에 따른 센서의 유리하고 편리한 실시예, 또는 본 발명에 따른 센서의 사용은 종속항에 명시되어 있다.
본 발명의 근간을 이루는 아이디어는, 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위한 센서로서, 기판을 포함하고, 상기 기판의 적어도 한 면에는, 적어도 하나의 구조화된 전극층 및/또는 구조화된 절연체에서 검출된 입자에 접근 가능한 적어도 하나의 개구부가 형성되는 방식으로, 제1 레벨의 제1 구조화된 절연체, 제2 레벨의 제1 구조화된 전극층, 제3 레벨의 제2 구조화된 절연체, 및 제4 레벨의 제2 구조화된 전극층이 직접 또는 간접적으로 배치되며, 상기 전극층은 각각 적어도 2개의 전극, 적어도 2개의 컨덕터 트랙, 또는 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합을 가진다.
다시 말해서, 적어도 하나의 제1 구조화된 전극층과 적어도 하나의 제2 구조화된 전극층은 수평으로 하나씩 위에 배치되고, 적어도 하나의 구조화된 절연체는 2개의 구조화된 전극층 사이에 형성된 센서가 구비된다. 적어도 하나의 구조화된 절연체는 기판과 제2 레벨의 제1 구조화된 전극층 사이에 위치된다.
일반적으로, 기판은 평면 형태로 설계되어서 적어도 2개의 다른 표면보다 훨씬 큰 표면을 가진다. 그러나, 예를 들어 모든 표면이 대략 동일한 크기(입방체, 사면체, 등)이거나 단지 하나의 표면만이 다른 표면(들)(예를 들어, 원통 또는 반구)보다 큰 다른 형태들 또한 가능하다. 전극 또는 절연체 층은 적어도 하나의 표면 상에 도포되지만, 복수의 표면을 덮을 수도 있다. 기판의 두께는 수 ㎜일 수 있으며, 바람직하게는 0.2㎜ 내지 0.5㎜, 특히 바람직하게는 0.3㎜ 내지 0.4㎜의 범위이다.
기판은 절연성, 전도성, 또는 반전도성 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물, 유리, 세라믹, 및/또는 유리 세라믹이 절연 재료로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 재료는 Al2O3, ZrO2, 또는 MgO이다. 사용되는 전도성 재료는 작동 온도보다 더 높은 녹는점을 가지는 합금, 전도성 세라믹, 또는 금속이다. 바람직하게 니켈, 니켈-철 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄-크롬 합금이 전도성 재료로서 사용된다. 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 재료는 반도체로서 적합하다.
만약 기판으로 금속 또는 반도체가 사용되면, 하나의 전극층을 절약할 수 있고, 센서의 전체 두께가 줄어들 수 있다. 이것은 특히 기판의 양 면에 추가 층이 도포되는 경우에 유리하다. 금속 기판을 컨덕터 트랙으로 구현하고, 이를 가열 컨덕터 또는 온도 센서로 사용하는 것이 가능하다. 이러한 목적을 위해, 컨덕터 트랙 사이의 공간이 채워지고, 컨덕터 트랙 섹션은 서로 절연되며, 바람직하게는 절연체 층의 생산 중에 서로 절연된다.
센서가 4개 이상의 레벨을 가지는 것이 가능하기 때문에, 기판은 다른 구조화된 전극층 및 다른 구조화된 절연체를 가질 수 있다. 다시 말하면, 짝수 레벨은 구조화된 전극층을 가지는 반면, 홀수의 레벨은 구조화된 절연체를 가진다. 만약 2개보다 많은 구조화된 전극층이 형성되는 경우, 바람직하게 센서는 하나의 구조화된 절연체가 항상 2개의 구조화된 전극층 사이에 형성되는 방식으로 항상 설계된다. 레벨의 갯수는 기판으로부터 또는 기판의 한 면에서부터 계산된다.
구조화된 전극층은 서로의 상부에 배치되고, 특히 서로의 상부에 적층되며, 구조화된 전극층은 각각의 경우 적어도 하나의 구조화된 절연체에 의해 서로 이격되어 배치된다.
본 발명에 따른 센서는, 예를 들어, 적어도 3개의 구조화된 전극층 및 적어도 3개의 구조화된 절연체를 포함할 수 있으며, 하나의 절연체는 항상 2개의 구조화된 전극층 사이에 형성된다. 제1 구조화된 절연체는 바람직하게는 기판의 한 면 상에 형성된다.
구조화된 절연체는 2개 이상의 서브 층으로 구성될 수 있으며, 이들 층은 나란히 및/또는 서로의 상부에 배치될 수 있다. 구조화된 절연체의 2개 이상의 서브층은 상이한 재료로 구성될 수 있고, 및/또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.
구조화된 전극층은 적어도 2개의 전극, 적어도 2개의 컨덕터 트랙, 또는 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합으로 구성될 수 있다. 전극층은 따라서 3개의 전극, 3개의 컨덕터 트랙, 또는 2개의 전극과 하나의 컨덕터 트랙의 조합을 가질 수도 있다. 또한, 상이한 전극층은 각각 다르게 구성되는 것이 가능하다. 다시 말하면, 적어도 2개의 전극층은 상이한 갯수의 전극 및/또는 컨덕터 트랙으로부터 형성될 수 있다.
적어도 하나의 전극은 바람직하게는 적어도 2개의 끼워진 전극, 끼워지거나 적어도 일부 영역에서 서로 평행한 적어도 2개의 컨덕터 트랙, 또는 서로 끼워지거나 섞여짜여진 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합을 가진다. 따라서, 끼워진다는 것은 "서로 섞어짜여진" 또는 "서로 포개어있는" 또는 "서로 뒤얽혀있는" "서로 엮인" 것이라고 할 수 있다.
사용된 개별적인 전극층은 상이한 구조를 가질 수 있다.
전극층이 서로 교차되도록 형성하는 것 또한 가능하다.
바꾸어 말하면, 본 발명에 따른 센서는 적어도 2개의 절연체 및 적어도 2개의 구조화된 전극층을 포함하는 층 혼합체를 가질 수 있다.
더 나아가, 전극 및/또는 컨덕터 트랙 사이에서, 중첩하는 개구부는 적어도 2개의 레벨을 통해 형성되고, 상기 개구부는 검출될 입자에 접근 가능하다. 다시 말하자면, 기판의 복수의 층, 특히 복수의 구조화된 전극층 및/또는 복수의 구조화된 절연체는 개구부를 가지며, 상기 개구부는, 입자가 보다 아래쪽에 위치한 구조화된 전극층의 개구부 내로 관통하는 방식으로 서로의 상부에 배치된다. 개구부는 또한 기판을 통과할 수 있고, 다른 면의 절연체 층(레벨) 및 다른 전극의 개구부와 병합될 수 있다. 개구부는 일반적으로 서로 위에 배치되어 복수의 레벨에 걸쳐 연장되는 통로가 생성된다. 그러나, 개구부는 그들이 단지 부분적으로만 서로의 위에 있거나 서로의 위에 전혀 없는 방식으로 센서의 적어도 일부분에 배치될 수도 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 전극층의 개구부는 이러한 전극층의 에지 영역으로부터 이격되어 있고, 적어도 하나의 절연체의 개구부는 절연체의 에지 영역으로부터 이격되어 있다. 따라서, 바람직하게 개구부는 경계층에 형성되지 않거나 관련 층의 측부 에지에 형성되지 않는다.
상기 제1 구조화된 전극층과 상기 제2 구조화된 전극층은 이들 사이에 위치하는 제2 구조화된 절연체에 의해 서로 절연된다. 이러한 설계의 결과로서, 매우 민감한 센서가 형성될 수 있으며, 이는 종래 기술의 센서와 비교하여 전체적으로 크기가 더 작다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제3 구조화된 절연체는 제5 레벨에 형성될 수 있다.
또한, 제5 레벨에서는 제3 구조화된 절연체를 형성하고, 제6 레벨에서는 적어도 제3 구조화된 전극층이 적어도 2개의 전극, 적어도 2개의 컨덕터 트랙, 또는 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합과 함께 형성되는 것이 가능하다.
제5 레벨 및/또는 제6 레벨의 구성에 추가하여, 다른 구조화된 절연체 및 다른 구조화된 전극층이 다른 레벨에 형성되는 것이 가능하며, 전극층은 각각 적어도 2개의 전극, 적어도 2개의 컨덕터 트랙, 또는 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합을 포함할 수 있다.
구조화된 절연체는 적어도 일부 섹션에서, 그 위에 배치된 구조화된 전극층의 구조, 특히 그 위에 배치된 전극 및/또는 컨덕터 트랙을 가질 수 있다. 또한, 구조화된 절연체는 적어도 일부 섹션에서, 그 하부에 배치된 구조화된 전극층의 구조, 특히 그 아래에 배치된 전극 및/또는 컨덕터 트랙을 가지는 것이 가능하다.
기판과 제1 구조화된 절연체 사이 또는 기판과 제1 구조화된 절연체를 가지는 제1 레벨 사이에서, 전기 전도성 층, 특히 편평한 금속층이 구성될 수 있으며, 이는 기판, 특히 개구부의 영역을 덮는다. 편평한 금속층은 구조화될 수 있으나, 개구부 또는 통로가 없는 것이 바람직하다.
적어도 하나의 구조화된 절연체는 0.1㎛ 내지 50㎛, 특히 1.0㎛ 내지 40㎛, 특히 5.0㎛ 내지 30㎛, 특히 7.5㎛ 내지 20㎛, 특히 8㎛ 내지 12㎛의 두께를 가질 수 있다. 구조화된 절연체의 두께를 변화시킴으로써, 하나의 제1 전극층으로부터 다른 전극층까지의 거리가 조절될 수 있다. 센서의 감도는 서로의 상부에 위치한 구조화된 전극층의 간격을 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 절연체의 두께가 얇게 설계될수록 센서의 감도는 높아진다.
또한, 전극층(들)의 두께(들) 및/또는 기판의 절연체/절연체들 두께(들)가 변하는 것이 가능하다.
절연체가 상이한 두께의 층을 가지는 것이 가능하다. 따라서, 전극층들 사이의 거리는 변할 수 있다. 절연체들의 상이한 두께의 층을 사용함으로써 검출된 입자의 크기가 측정될 수 있다. 또한, 절연체의 상이한 층 두께에 기초하여 검출된 입자의 입자 크기 분포를 추론하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 구조화된 절연체는 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 산화 마그네슘(MgO), 아질산 규소(Si3N4), 유리, 세라믹, 유리 세라믹, 금속 산화물, 또는 이들의 임의의 혼합물로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 구조화된 절연체가 그 아래에 위치한 적어도 하나의 구조화된 전극층을 측면으로 둘러싸는 것이 가능하다. 다시 말하자면, 이 절연체는 이러한 전극층이 측면에서 절연되도록 하는 방식으로 전극층의 측면을 덮을 수 있다.
적어도 하나의 컨덕터 트랙이 기판과 제1 구조화된 절연체 사이 및/또는 기판의 다른 면 상에 및/또는 짝수 레벨에서 가열 컨덕터가 형성될 수 있다.
적어도 하나의 전극 및/또는 적어도 하나의 컨덕터 트랙은 전도성 재료, 특히 금속 또는 합금, 특히 고온 내성 금속 또는 고온 내성 합금, 특히 바람직하게는 백금족의 금속 또는 백금족의 금속 합금으로부터 구성된다. 백금족의 원소로는 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Ph), 오스뮴(Os), 및 이리듐(Ir)이 있다. 니켈(Ni)과 같은 비 귀금속, 또는 니켈/크롬 또는 니켈/철과 같은 비 귀금속 합금도 사용될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 전극 및/또는 적어도 하나의 컨덕터 트랙은 전도성 세라믹 또는 금속과 세라믹의 혼합물로부터 형성되는 것이 가능하다. 예를 들어, 적어도 하나의 전극층은 백금(Pt) 입자와 산화 알루미늄(Al2O3) 바디의 혼합물로부터 형성될 수 있다. 적어도 하나의 실제 전극 및/또는 적어도 하나의 컨덕터 트랙은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하거나 실리콘 카바이드(SiC)로부터 제조되는 것이 가능하다. 상술한 재료와 이들 금속들의 합금 또는 금속은 특히 높은 고온 내성을 가지기 때문에 내연 기관의 배기 가스 흐름에서 그을음 입자 검출하는데 사용될 수 있는 센서 요소를 구성하는데 적합하다.
전극 또는 컨덕터 트랙의 두께는 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있고, 10㎚ 내지 1000㎛ 범위의 두께가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 100㎚ 내지 100㎛, 특히 바람직하게는 0.6㎛ 내지 1.2㎛, 특히 더 바람직하게는 0.8㎛ 내지 0.9㎛ 범위의 두께가 사용된다.
전극 또는 컨덕터 트랙의 폭은 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있으며, 10㎛ 내지 10㎜ 범위의 폭이 사용된다. 바람직하게는, 30㎛ 내지 300㎛, 특히 바람직하게는 30㎛ 내지 100㎛, 특히 더 바람직하게는 30㎛ 내지 40㎛의 폭이 사용된다.
제1 구조화된 절연체로부터 떨어져서 마주보는 최상부의 구조화된 전극층의 한 면에는 특히 세라믹 및/또는 유리 및/또는 금속 산화물 또는 이들의 임의의 조합으로부터 형성된 적어도 하나의 커버층이 구성될 수 있다. 다시 말하면, 적어도 하나의 커버층은 제1 구조화된 절연체에 대향하게 형성된 최상부 전극층의 한 면 상에 구성된다. 상기 커버층은 확산 장벽의 역할을 할 수 있으며, 또한 전극층, 최상부 전극층, 또는 가장 높은 짝수 레벨을 가지는 전극층의 증발을 감소시킨다. 이것은 특히 700°C 이상의 고온에서 중요하다. 배기 가스 흐름에서, 예를 들어 온도는 섭씨 850°이상에 도달될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 커버층은 최상부의 절연체 및/또는 다른 전극층을 측면으로 추가로 둘러쌀 수 있다. 즉, 최상부 전극층의 측면 및 하부 절연체의 측면은 적어도 하나의 커버층으로 덮일 수 있다. 따라서, 커버층의 측면을 둘러싸는 부분 또는 측면을 둘러싸는 영역은 최상부 전극층으로부터 바닥 전극층까지 연장될 수 있다. 이는 전극층(들) 및/또는 절연체/절연체들의 측면 절연을 제공한다.
적어도 하나의 커버층이 최상부 전극층을 완전히 덮지 않는 것이 가능하다. 다시 말해서, 적어도 하나의 커버층이 일부 섹션에서만 최상위 전극층을 덮는 것이 가능하다는 것이다.
만약 최상부 전극층이 가열층으로서 설계되는 경우, 가열 루프/가열 코일의 섹션만이 적어도 하나의 커버층에 의해 덮이는 것이 가능하다. 최상부 전극층은 기판으로부터 가장 멀리 배치된 전극층으로 규정된다. 바닥 전극층은 기판에 가장 가깝게 배치된 전극층으로 규정된다. 최상부 절연체는 기판으로부터 가장 멀리 이격된 절연체로 규정된다. 바닥 절연체는 기판에 가장 가깝게 형성된 절연체로 규정된다.
다공성 필터층은 최상부 전극층 및/또는 커버층 상에 형성될 수 있다. 이러한 다공성 필터층을 사용하면, 큰 입자 조각이 전극층 및 절연체의 배치에 가까이 가지않도록 할 수 있다. 필터층의 복수의 구멍 또는 적어도 하나의 구멍은 적절한 크기의 입자가 통과할 수 있는 필터층을 통하는 통로를 보장하는 방식으로 설계된다. 필터층의 구멍의 크기는 예를 들어, > 1㎛일 수 있다. 다공성 필터층은 또한 규정된 크기를 가지는 개구부가 존재하거나 생성되는 미세 구조화된 층일 수 있다.
특히 바람직하게는, 구멍의 크기는 20㎛ 내지 30㎛의 범위로 설계된다. 다공성 필터층은 예를 들어, 세라믹 재료로부터 형성될 수 있다. 또한, 다공성 필터층이 알루미늄 산화물 폼으로 제조된다고 생각될 수 있다. 센서의 개구부(들)을 덮는 필터층은 입자가 단락을 유발할 수 없게 하도록, 측정을 방해하는 큰 입자, 특히 그을음 입자가 적어도 하나의 통로에도 가까이 가지않도록 한다.
센서는 적어도 하나의 개구부를 갖는다. 센서의 적어도 하나의 개구부는 블라인드 홀로서 설계될 수 있으며, 제1 절연체의 섹션, 제1 구조화된 전극층의 섹션, 또는 선택적 편평한 금속층의 섹션은 블라인드 홀의 베이스로서 형성된다. 만약 센서가 커버층을 가지는 경우, 개구부도 이러한 커버층을 통해 연장된다. 다시 말하면, 절연체 및 커버층 뿐만 아니라 각 전극층 또한 개구부를 가지며, 이들 개구부는 바닥 전극층의 섹션, 바닥 절연체의 섹션, 또는 편평한 금속층의 섹션에 의해 베이스가 형성되는 통로, 특히 블라인드 홀 또는 세로 방향 함몰부가 형성되는 방식으로 서로의 상부에 배치된다. 개구부의 플로어, 특히 블라인드 홀 또는 세로 방향의 함몰부는 예를 들어 제1 절연체를 향하는 제1 전극층의 상부 측 상에 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극층은 블라인드 홀 또는 세로 방향 함몰부의 베이스를 형성하는 함몰부를 갖는 것으로 생각될 수 있다.
센서의 적어도 하나의 개구부는 직선형, 사행(meandering) 형상, 격자 또는 나선형의 형상을 가질 수 있다.
적어도 하나의 개구부, 특히 적어도 하나의 세로 방향 함몰부는 적어도 일부 섹션에서 V자형 및/또는 U자형 단면, 및/또는 반원형 및/또는 사다리꼴 단면을 가질 수 있다.
예를 들어, 블라인드 홀의 개구부의 단면은 예를 들어 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 벌집 형상, 다각형, 삼각형, 육각형일 수 있다. 상이한 유형의 구성, 특히 자유 형식 또한 고려될 수 있다.
예를 들어, 블라인드 홀은 3 x 3㎛2 내지 150 x 150㎛2, 특히 10 x 10㎛2 내지 100 x 100㎛2, 특히 15 x 15㎛2 내지 50 x 50㎛2, 특히 20 x 20㎛2의 면적을 갖는 정사각형 단면을 가질 수 있다.
본 발명의 추가의 확장에서, 센서는 복수의 통로 또는 개구부, 특히 복수의 블라인드 홀 및/또는 세로 방향의 함몰부를 가질 수 있으며, 블라인드 홀 및/또는 세로 방향의 함몰부는 상술한 바와 같이 설계될 수 있다. 또한, 적어도 2개의 통로, 특히 2개의 블라인드 홀 및/또는 2개의 세로 방향의 함몰부는 상이한 단면, 특히 상이한 크기의 단면을 가지는 것이 가능하므로, 상이한 크기의 블라인드 홀 단면 및/또는 상이한 크기의 함몰부의 단면을 가지는 복수의 측정 셀이 사용될 수 있는 복수의 필드를 가지는 센서 어레이가 형성될 수 있다. 전기 전도성 및/또는 분극성 입자, 특히 그을음 입자의 병렬 검출을 통해 입자의 크기 또는 입자의 크기 분포에 대한 추가 정보가 얻어진다.
센서는, 예를 들어 세로 방향 함몰부의 형태인 복수의 통로를 포함하고, 통로는 격자 방식으로 배치된다.
적어도 하나의 통로, 특히 세로 방향 함몰부는 적어도 일부 섹션에서 V자형 및/또는 U자형 단면 및/또는 반원형 및/또는 사다리꼴 단면을 가질 수 있다.
이러한 단면 또는 단면 프로파일은 원형 입자의 측정을 향상시킨다. 또한, 이러한 유형의 단면 또는 단면 프로파일을 사용함으로써 골프공 효과(golf ball effect)가 회피된다.
세로 방향 함몰부는 또한 트랜치 및/또는 그루브 및/또는 채널로도 지칭될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 센서는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 벌집형, 다각형, 삼각형, 육각형인 블라인드 홀의 형태의 적어도 하나의 통로와, 특히 직선형, 꼬불꼬불한 형태, 또는 격자 또는 나선형 형태의 세로 방향의 함몰부의 형태의 적어도 하나의 통로를 포함하는 것이 가능하다.
함몰부의 최상부 에지에서 세로 방향 함몰부의 폭은 0.1㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 200㎛, 특히 바람직하게는 4㎛ 내지 100㎛ 범위일 수 있다. 제1 전극층 근방의 세로 방향 함몰부의 폭은 0.1㎛ 내지 200㎛, 바람직하게는 0.1㎛ 내지 100㎛의 범위, 특히 바람직하게는 1㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있다. 세로 방향 함몰부의 폭은 다양할 수 있으며 센서의 다른 섹션의 폭을 바꾸는 것이 가능하다. 이는 또한 측정된 입자의 크기에 대한 결론을 이끌어낼 수 있는데, 왜냐하면 예를 들어 큰 입자는 좁은 함몰부에 진입할 수 없기 때문이다.
개구부 또는 통로의 깊이는 층의 개수 및 층의 두께에 의존한다. 두께는 100㎚ 내지 10㎜의 범위, 바람직하게는 30㎛ 내지 300㎛의 범위, 특히 바람직하게는 30㎛ 내지 100㎛의 범위이다. 개구부와 통로의 깊이는 일반적으로 센서의 모든 개구부에서 동일하지만, 센서의 상이한 영역마다 변할 수도 있다.
만약 세로 방향 함몰부의 형태의 복수의 통로가 센서에 형성되는 경우, 이들은 하나 이상의 우선적인 방향으로 배향되도록 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 절연체의 적어도 하나의 개구부가 언더컷 및/또는 리세스를 형성하는 것이 가능하다. 다시 말하면, 절연체는 상기 절연체 아래에 배치된 전극층과 상기 절연체 위에 배치된 전극층에 대해 다시 오프셋되거나 리세스될 수 있다. 절연체의 개구부 내의 측 방향 리세스는 또한 원형 및/또는 V자형으로 설계될 수 있다. 통로에 리세스된 언더컷 또는 절연체의 형성은 원형 입자의 측정을 향상시킨다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 입자, 특히 원형 입자는 양호한 전기적 접촉을 허용하는 방식으로 전극층, 특히 전극 및/또는 컨덕터 트랙에 공급된다. 다시 말하면, 적어도 하나의 절연체의 개구부는 절연체의 상하에 배치된 전극층의 개구부보다 클 수 있다.
적어도 하나의 구조화된 전극층은 상기 구조화된 전극층 위에 배치된 센서층이 없는 전기 접촉 표면을 가질 수 있고, 이는 단자 패드에 연결되거나 연결될 수 있다. 전극층은 서로 절연되도록 단자 패드에 연결되거나 연결될 수 있다. 바람직하게는, 각 전극층 또는 각 전극 및/또는 전극층의 각 컨덕터 트랙에 대해, 단자 패드의 영역에서 전기적 접촉을 허용하도록 노출되는 적어도 하나의 전기적 접촉 표면이 형성된다. 바닥 전극층, 즉 바닥 전극 및/또는 바닥 컨덕터 트랙의 전기적 접촉 표면은 임의의 가능한 커버층과 절연체, 추가적인 전극층으로부터 자유로우며, 만약 적절하다면, 다공성 필터층으로부터도 자유롭다. 다시 말하자면, 절연체 또는 전극층의 어떠한 섹션도 바닥 전극층의 전기적 접촉 표면, 즉 바닥 전극(들) 및/또는 바닥 컨덕터 트랙(들) 위에 위치하지 않는다.
제1 전극층과 연결된 접촉 표면에 관한 설명은 그 위에 위치한 전극층에도 또한 적용되며, 이들 접촉 표면은 관련된 각 전극층 위에 위치된 임의의 센서층이 없다.
본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 제1 구조화된 전극층 및/또는 제2 구조화된 전극층은, 제1 전극층 및/또는 제2 전극층이 가열 코일 및/또는 온도 민감 층 및/또는 스크린 전극으로서 설계되는 방식으로 컨덕터 트랙 루프를 갖는다. 또한, 하나의 전극층, 특히 전극 및/또는 전극층의 컨덕터 트랙은 2개의 전기적 접촉 표면을 가지는 것이 또한 가능하다. 이러한 유형의 전극층은 온도 민감 층 뿐만 아니라 가열 코일 및 스크린 전극으로서 사용될 수 있다. 전기 접촉 표면의 적절한 전기적 접촉 방식에 의해, 관련 전극층은 가열용이거나 온도 민감 층 또는 스크린 전극으로서 사용될 수 있다. 전극층, 또는 적어도 2개의 전극, 또는 적어도 2개의 컨덕터 트랙, 또는 적어도 하나의 전극과 관련 전극층의 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합이 복수의 기능을 수행할 수 있기 때문에 이러한 전극층(들)의 설계는 소형 센서가 구비될 수 있게 한다. 따라서, 별도의 가열 코일층 및/또는 온도 민감 층 및/또는 스크린 전극층은 필요하지 않다.
적어도 하나의 전극층을 가열할 때, 센서 개구부 내에 존재하는 입자 및/또는 측정된 입자는 태워없애거나 버닝될 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 설계는 매우 정확한 측정 센서를 구비하도록 하는 것이라고 할 수 있다. 하나 이상의 얇은 절연층(들)을 구성함으로써, 센서의 감도가 실질적으로 증가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서의 구조는 공지된 센서의 구조보다 훨씬 작을 수 있다. 3차원 공간에서 센서를 설계함으로써, 복수의 전극층 및/또는 복수의 절연체가 더 작은 센서로서 조립될 수 있다. 또한, 센서의 생산 중에 기판 또는 웨이퍼 상에 상당히 많은 유닛이 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 센서는 가스의 입자를 검출하는 데에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 센서는 액체의 입자를 검출하는 데에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 센서는 기체와 액체 및/또는 기체-액체 혼합물 내의 입자를 검출하는 데에 사용될 수 있다. 액체 내의 입자를 검출하기 위해 센서를 사용하는 경우, 입자를 버닝하거나 태워없애는 것이 항상 가능하지는 않다는 것이 인정된다. 그러나 입자를 버닝하기 위해 액체를 제거하고 그 후 다시 측정될 액체에 센서를 노출시키는 것은 가능하다.
본 발명의 또다른 양태는 센서 시스템에 관한 것으로, 상기 센서 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 센서 및 적어도 하나의 회로, 특히 적어도 하나의 제어 회로를 포함하며, 상기 센서는 상기 센서가 측정 모드 및/또는 세척 모드 및/또는 모니터링 모드에서 작동될 수 있도록 설계된다.
본 발명에 따른 센서 및/또는 본 발명에 따른 센서 시스템은 적어도 하나의 보조 전극을 가질 수 있다. 보조 전극과 구조화된 전극층 사이 및/또는 보조 전극과 센서 시스템의 구성 요소, 특히 센서 하우징 사이에는, 측정된 입자를 센서 및/또는 센서 시스템에 의해 흡입하거나 또는 전기적으로 끌어당기는 종류의 전위가 인가될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 전압은 입자, 특히 그을음 입자가 센서의 적어도 하나의 개구부로 "흡입"되도록 적어도 하나의 구조화된 전극층 및 적어도 하나의 보조 전극에 인가되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 센서는 센서 하우징에 배치되는 것이 바람직하다. 센서 하우징은 예를 들어, 가늘고 긴 관 형상을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 센서 시스템은 또한 센서 하우징을 포함할 수 있다.
센서 하우징 및/또는 센서 하우징의 센서 및/또는 센서는 바람직하게는 센서, 특히 센서의 최상부 (전극)층 또는 기판으로부터 가장 멀리있는 층이 유체의 유동 방향에 대해 기울어지도록 설계 및/또는 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 유동은 전극층의 평면 상에 직각으로 충돌하지 않는다. 바람직하게는, 최상부 전극층의 평면에 대한 법선과 입자의 유동 방향 사이의 각도 α는 적어도 1°, 바람직하게는 적어도 10°, 특히 바람직하게는 적어도 30°이다. 더 나아가, 센서의 배향은 입자의 유동 방향과 전극 또는 루프의 바람직한 축 사이의 각도 ß는 바람직하게는 20°내지 90°사이이다. 이러한 실시예에서, 검출될 입자는 개구부, 특히 센서의 세로 방향의 함몰부 또는 블라인드 홀에 보다 쉽게 진입할 수 있고, 그에 의해 감도가 증가된다.
회로, 특히 제어 회로는 바람직하게는 구조화된 전극층 및/또는 대응하는 전극 및/또는 컨덕터 트랙이 상호 연결되는 방식으로 설계된다. 센서가 측정 모드 및/또는 세척 모드 및/또는 모니터링 모드로 작동될 수 있는 방식으로 상이한 전압이 전극층 및/또는 개별 전극층에 인가될 수 있다.
보조적인 측면에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 센서 시스템 및/또는 본 발명에 따른 센서를 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법의 결과로서, 센서는 측정 모드 및/또는 세척 모드 및/또는 모니터링 모드에서 작동될 수 있다.
측정 모드에서, 전극층 사이의 전기 저항의 변화, 및/또는 전극 및/또는 센서의 전극층의 컨덕터 트랙 사이의 전기 저항의 변화, 및/또는 전극층의 커패시턴스의 변화가 측정될 수 있다.
다시 말하면, 측정 모드에서, 센서의 한 레벨의 컨덕터 트랙 및/또는 전극 사이의 전기 저항의 변화, 및/또는 센서의 한 레벨의 컨덕터 트랙 및/또는 전극의 커패시턴스의 변화가 측정된다.
측정 모드에서, 센서의 적어도 두 레벨의 컨덕터 트랙 또는 전극 사이의 전기 저항의 변화, 및/또는 센서의 적어도 두 레벨의 컨덕터 트랙 및/또는 전극의 커패시턴스의 변화가 측정된다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 전극층 및/또는 전극 및/또는 복수의 전극층의 컨덕터 트랙과 하나의 전극층의 컨덕터 트랙 사이의 저항의 측정된 변화에 기초하여 입자는 검출되거나 측정될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 입자는 측정된 임피던스의 변화에 기초하여 검출되거나 측정될 수 있고, 전극층(들) 및/또는 전극(들) 및/또는 하나 이상의 전극층(들)의 컨덕터 트랙(들)의 커패시턴스를 측정함으로써 검출되거나 측정될 수 있다. 전극층 사이의 저항의 변화를 측정하는 것이 바람직하다.
측정 모드에서, 전기적 저항 측정, 즉 저항성 원리에 따른 측정이 수행될 수 있다. 이러한 방법에서, 두 전극층 사이의 전기적 저항이 측정되며, 전기적 저항은 입자, 특히 그을음 입자가 전기적 컨덕터로서 작용하여 적어도 2개의 전극층 및/또는 적어도 2개의 전극 및/또는 적어도 2개의 컨덕터 트랙을 가로질러 브릿지할 때 감소한다.
측정 모드에 적용되는 기본 원리는 전극층, 및/또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙에 상이한 전압을 인가함으로써 측정된 입자, 특히 그을음 입자의 상이한 특성을 검출할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 입자 크기 및/또는 입자 직경 및/또는 전기적 전하 및/또는 입자의 분극률이 결정될 수 있다.
적어도 하나의 전극층, 적어도 하나의 전극, 적어도 하나의 컨덕터 트랙이 가열 코일 또는 가열 층으로서 사용되거나 또는 그와 같이 연결될 수 있다면, 가열 코일 또는 가열 층의 활성화 시간을 결정하기 위해 전기 저항 측정이 추가로 사용될 수 있다. 가열 코일 또는 가열층의 활성화는 수행될 세척 모드에 대응한다.
바람직하게는, 적어도 2개의 전극층 사이 및/또는 적어도 2개의 전극 사이 및/또는 적어도 2개의 컨덕터 트랙 사이 및/또는 전극과 컨덕터 트랙의 조합 사이의 전기적 저항의 감소는, 입자, 특히 그을음 입자가 전극층 및/또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙 상에 증착되었음을 나타낸다. 전기적 저항이 낮은 임계값에 도달하자마자, 가열 코일 또는 가열층이 활성화된다. 다시 말하면, 입자는 버닝된다. 버닝된 입자의 개수 또는 버닝된 입자의 부피가 증가하면 전기적 저항이 증가한다. 버닝은 상부 전기 저항 값이 측정되기에 충분히 긴 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상부 전기 저항 값이 도달되면, 이는 재생되거나 세척된 센서를 나타낸다. 그런 다음, 새로운 측정 사이클이 시작되거나 수행될 수 있다.
대안으로 또는 추가적으로, 전극층 및/또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙 및/또는 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합의 커패시턴스 변화를 측정하는 것이 가능하다. 입자의 로딩 증가, 특히 그을음 입자의 로딩 증가는 전극층 및/또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙의 커패시턴스를 증가시킨다. 입자를 가지는 센서의 점유는 전하 이동 또는 유전율(ε)의 변화를 가져오고, 이는 커패시턴스(C)를 증가시킨다. 이하의 기본적인 관계식이 적용된다: C = (ε x A)/d, 여기서 A는 전극층 및/또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙의 활성 전극 면적을 나타내고, d는 2개의 전극층 및/또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙 사이의 거리를 나타낸다.
커패시턴스의 측정은, 예를 들면:
- 정전류에 대한 전압 증가율 결정 및/또는
- 전압을 인가하고 전류 충전을 결정 및/또는
- AC 전압을 인가하고 전류 파형을 측정 및/또는
- LC 공진 회로를 사용함으로써 공진 주파수를 결정
함으로써 수행될 수 있다.
상술한 전극층의 커패시턴스의 변화의 측정은 모니터링 모드를 사용하여 수행될 수 있다.
OBD(On Board Diagnostics) 규정에 따라 모든 배출 관련 부분과 구성 요소가 올바르게 기능하는지 점검하는 것이 필요하다. 기능 점검은 예를 들어, 자동차를 시동한 직후에 수행되어야만 한다.
예를 들어, 활성 전극 표면 면적 A의 감소와 연관된 것으로, 적어도 하나의 전극층이 손상될 수 있다. 활성 전극면(A)이 커패시턴스(C)에 정비례하므로, 손상된 전극층, 손상된 전극, 또는 손상된 컨덕터 트랙의 측정된 커패시턴스(C)는 감소한다.
모니터링 모드에서, 전극층 및/또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙을 컨덕터 회로로 설계하는 것이 대안적으로 또는 추가적으로 가능하다. 컨덕터 회로는 닫히거나 개방된 컨덕터 회로로서 설계될 수 있으며, 만약 필요하다면 닫힐 수 있고, 예를 들면 스위치에 의해 닫힐 수 있다.
또한, 모니터링 모드에서 테스트 전류가 적어도 하나의 컨덕터 회로를 통해 흐르는지 여부를 결정하기 위한 점검이 이루어지는 동안, 적어도 하나의 스위치를 사용하여 전극층 또는 전극 및/또는 컨덕터 트랙을 닫아서 적어도 하나의 컨덕터 회로를 형성하는 것이 가능하다. 만약 전극층, 특히 전극 또는 컨덕터 트랙에 균열이 있거나 손상을 입거나 파괴되면, 테스트 전류가 흐르지 않거나 매우 작은 테스트 전류가 흐를 것이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 복수의 센서의 사용이 특히 선호된다. 종속항 제15항에 따르면, 본 발명에 따른 센서의 사용은 전기 전도성 및/또는 분극성 입자, 특히 그을음 입자의 검출에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위한 본 발명에 따른 센서의 사용에 관한 것으로, 상기 입자의 유동 방향은 구조화된 전극층의 평면 상에 수직으로 충돌하지 않는다.
본 발명의 또 다른 양태는 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위한 본 발명에 따른 센서의 사용에 관한 것으로, 구조화된 전극층의 최상부의 평면에 대한 법선과 입자의 유동 방향 사이의 각도 α는 적어도 1°, 바람직하게는 10°, 특히 바람직하게는 적어도 30°이다.
본 발명의 또다른 양태는 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위한 본 발명에 따른 센서의 사용에 관한 것으로, 입자의 유동 방향과 전극 및/또는 컨덕터 트랙의 우선적인 방향 사이의 각도 ß는 20°내지 30°이다. 전극 및/또는 컨덕터 트랙 및/또는 루프의 우선적인 방향은 전극 및/또는 컨덕터 트랙 및/또는 루프가 주로 연장되는 축을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 컨덕터 트랙 루프 및/또는 전극은 메인 우선적인 방향을 가진다. 이하에서, 본 발명은 첨부된 개략적인 도면들을 참조하고 예시적인 실시예들에 기초하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출을 위한 본 발명에 따른 센서의 제1 실시예의 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 가능한 전극층들에 대해 도시한 것이다.
도 3은 통로의 다양한 횡단면 크기를 도시한 것이다.
도 4는 센서 내에 가능한 통로의 다른 단면 프로파일을 도시한 것이다.
도 5와 도 6은 절연체 또는 리세스된 절연체의 언더컷의 단면도이다.
도 7a와 도 7b는 유체 흐름에서 센서의 가능한 배치를 도시한 것이다.
이하에서, 동일하거나 기능적으로 동일한 부분에는 동일한 도면 부호가 사용된다.
도 2a와 도 2b는 가능한 전극층들에 대해 도시한 것이다.
도 3은 통로의 다양한 횡단면 크기를 도시한 것이다.
도 4는 센서 내에 가능한 통로의 다른 단면 프로파일을 도시한 것이다.
도 5와 도 6은 절연체 또는 리세스된 절연체의 언더컷의 단면도이다.
도 7a와 도 7b는 유체 흐름에서 센서의 가능한 배치를 도시한 것이다.
이하에서, 동일하거나 기능적으로 동일한 부분에는 동일한 도면 부호가 사용된다.
도 1은 전기 전도성 및/또는 분극성 입자의 검출, 특히 그을음 입자의 검출을 위한 센서(10)의 단면을 도시한다. 센서(10)는 원칙적으로 가스 및 액체 내의 입자의 검출에 사용될 수 있다.
센서(10)는 기판(11) 및 기판(11)의 상부, 특히 기판(11)의 제1 면(12) 상에 형성된 층 복합체를 포함한다. 기판(11)의 제1 면(12)에는 전기 전도층(13), 특히 평면 금속층이 형성된다. 이러한 전기 전도층(13)의 위에는 복수의 레벨, 특히 7개의 레벨 E1, E2, E3, E4, E5, E6, 및 E7이 형성된다. 제1 레벨(E1)에서, 제1 구조화된 절연체(20)가 형성된다. 제2 레벨(E2)에서, 제1 구조화된 전극층(31)이 형성되고, 제1 구조화된 전극층(31)은 제1 전극(40) 및 제2 전극(40')으로부터 형성된다. 구조화된 절연체는 제3 레벨(E3), 제5 레벨(E5), 및 제7 레벨(E7), 즉 구조화된 절연체(21), 구조화된 절연체(22) 및 구조화된 절연체(23)로 차례대로 형성된다. 제4 레벨(E4)에는 제2 전극층(32)이 형성된다. 제2 전극층(32)은 제1 전극(41)과 제2 전극(41')으로 구성된다. 제6 레벨(E6)에는 제3 전극층(33)이 형성된다. 제3 전극층(33)은 제1 전극(42)과 제2 전극(42')으로 구성된다.
따라서, 절연체(20, 21, 22, 23)는 홀수 레벨, 즉 E1, E3, E5, 및 E7에 형성된다. 짝수 레벨, 즉, E2, E4, 및 E6에서는 전극층이 형성되고, 즉, 제1 전극층(31), 제2 전극층(32), 및 제3 전극층(33)이 형성된다. 전극층(31, 32, 33) 사이에는 절연체(21, 22)가 형성된다. 또한, 제1 구조화된 절연체(20)는 제1 전극층(31)과 기판(11) 사이에 형성된다. 최상부, 즉 제3 전극층(33)은 다시 제4 절연체(23)에 의해 덮인다.
센서(10)는 3개의 전극층(31, 32, 33)과 4개의 절연체(20, 21, 22, 23)를 포함한다.
전극층(31, 32, 33) 사이의 간격은 절연체(21, 22)의 두께에 의해 결정된다. 절연체(21, 22)의 두께는 0.1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 본 발명에 따른 센서(10)의 민감도는 절연체(21, 22)의 두께를 감소시킴으로써 증가될 수 있다.
전극층(31, 32, 33)은 각각 적어도 2개의 전극(40, 40') 또는 (41, 41') (42', 42')를 갖는다. 이들 전극은 본 발명에 따라 서로 엇갈려있다.
개구부(25, 35, 26, 36, 27, 37, 28)는 제1 절연체(20), 제1 전극층(31), 제2 절연체(21), 제2 전극층(32), 제3 절연체(22), 제3 전극층(33), 및 제4 절연체(23)에 형성된다.
제1 절연체(20)의 개구부(25), 제1 전극층(31)의 개구부(35), 제2 절연체(21)의 개구부(26), 제2 전극층(32)의 개구부(36), 제3 절연체(22)의 개구부(27), 제3 전극층(33)의 개구부(37), 및 제4 절연체(23)의 개구부(28)는 통로(15)가 형성되는 방식으로 서로의 상부에 배치된다. 개구부(25, 26, 27, 28, 35, 36, 37)는 검출될 입자(30, 30')에 접근 가능하다. 도시된 예시적인 실시예에서, 2개의 입자(30, 30')는 전기 전도층(13)의 제1 면(14) 상에 놓여있다. 전기 전도층(13)의 제1 면(14)은 기판(11)으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 제1 절연체(20)는 전기 전도층(13)의 제1 면(14) 상에 장착된다.
통로(15)를 통과하는 투시된 부분은 입자(30, 30')가 전기 전도층(13)의 제1 면(14) 상에 놓여있음을 도시한다. 따라서, 제1 면(14)은 통로(15)의 베이스를 형성한다. 도시된 예시에서 작은 입자(30)는 제1 전극층(31), 특히 제1 전극층(31)의 제1 전극(40)에만 접촉하고 있다. 큰 입자(30')는 제1 전극층(31), 제2 전극층(32), 및 제3 전극층(33)을 모두 접촉하고 있다. 또한, 큰 입자(30')는 단지 전극층(31, 32, 33)의 각각의 제1 전극(40, 41, 42)과만 접촉한다. 만약 입자의 검출이 저항성 원리에 기초하여 수행된다면, 전극층(31, 32, 33) 사이의 저항이 측정되며, 이 저항은, 만약 입자(30)가 예를 들어 제1 전극층(31), 제2 전극층(32), 및 제3 전극층(33)을 가로질러 브릿지한다면 감소한다. 입자(30')는 작은 입자(30)보다 더 많은 전극층을 가로질러 브릿지한다. 입자(30')는 입자(30)와 비교하여 더 큰 입자로서 검출된다.
전극층(31, 32, 33) 또는 각각의 제1 전극(40, 41, 42) 또는 각각의 제2 전극(40', 41', 42')에 상이한 전압을 인가함으로써, 상이한 입자 특성, 특히 (그을음) 입자의 직경 및/또는 크기, 및/또는 (그을음) 입자의 전하, 및/또는 (그을음) 입자의 분극 가능성과 같은 상이한 그을음 특성이 측정될 수 있다.
고온에서 호환되는 어플리케이션을 위해, 기판(11)은 예를 들어 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 티타네이트(titanate), 또는 스테아타이트(steatite)로 형성된다.
전극층(31, 32, 33) 및/또는 각각의 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42')은 예를 들어 백금 및/또는 백금-티타늄 합급(Pt-Ti)으로 형성될 수 있다.
절연체(20, 21, 22, 23)는 높은 절연 저항을 가지는 내열성 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연체(20, 21, 22, 23)는 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 질화규소(Si3N4), 또는 유리로 만들어질 수 있다.
개별 층 및 절연체 재료의 선택에 기초하여, 도시된 센서(10)는 예를 들어 최대 860°C까지의 고온 어플리케이션에 적합하다. 따라서, 센서(10)는 내연 기관의 배기 가스 유동에서 그을음 입자 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명의 대안적인 실시예에서, 각각의 전극층(31, 32, 33)은 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합으로 형성되는 것이 고려될 수 있다.
도 2a에는 전극층(31, 32, 33)의 가능한 실시예의 평면도가 도시되어 있다. 각 전극층은 하나의 제1 전극(40, 41, 또는 42)과 하나의 제2 전극(40', 41', 또는 42')을 포함한다. 전극은 끼워지도록 설계되었다. 또한, 전극이 짜여지거나 서로 짜여지도록 설계되는 것 또한 고려될 수 있다. 전극의 상호 엇갈린 상태 또는 설계 또한 가능하다. 전극층(30, 31, 32)의 개구부(35, 36, 37)도 개략적으로 도시되어 있다. 개구부는 긴 홀 형태로 구현된다. 만약 하나 이상의 개구부가 서로의 상부에 배치되고, 절연체 또한 개구부의 기하학적 구조와 유사한 구조를 가지는 경우, 세로 방향의 함몰부가 형성될 수 있다. 전극이 정렬되는 우선적인 축 x가 얻어진다.
도 2b는 전극층(31, 32, 33)의 구조에 관한 또다른 실시예를 도시한다. 이들 전극층은 적어도 2개의 컨덕터 트랙, 즉 제1 컨덕터 트랙(38)과 제2 컨덕터 트랙(39)을 갖는다. 컨덕터 트랙(38, 39)은 컨덕터 트랙 루프를 형성한다. 이러한 컨덕터 트랙 루프 또한 서로 얽혀있으며, 넓은 영역에서는 서로 평행하게 진행한다. 컨덕터 트랙(38, 39) 사이에는 긴 개구부라고 할 수 있는 또다른 개구부가 더 형성된다. 이와 관련하여, 컨덕터 트랙 루프의 우선적인 축 x가 형성된다.
도 3 내지 도 6은 각각 최상부 절연체(20)로부터 기판(11)을 향해 시작하는 센서(10)에 수직인 단면도가 도시된다. 도 3 내지 도 6의 센서(10)는 7개의 레벨, 즉 E1 내지 E7를 갖는다. 레벨 E1, E3, E5, 및 E7에서, 절연체들(20, 21, 22, 23)이 각각 형성된다. 레벨 E2, E4, 및 E6 에서는 각각 2개의 전극, 즉 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42')을 가지는 전극층(31, 32, 33)이 각각 형성된다.
도 3에 따른 센서(10)에서, 2개의 통로의 단면 프로파일은 세로 방향의 함몰부(15, 15')의 형태로 도시되어 있다. 2개의 통로(15, 15')는 V형 단면을 갖는다. 개구부 크기 및/또는 개구부 단면은 제4 절연체(23)로부터 기판(11) 쪽으로, 특히 전기 전도층(13)을 향해 감소한다. 개구부(28, 37, 27, 36, 26, 35, 25)의 단면은 개구부(28)의 제1 개구부 단면으로부터 시작하여 개구부(25)의 바닥 단면 개구부를 향하여 크기가 감소한다.
또한, 도 3은 통로(15, 15')가 상이한 폭을 가질 수 있다는 것을 도시한다. 좌측 통로(15)는 폭(B1)을 갖는다. 우측 통로(15')는 폭(B2)를 갖는다. B1이 B2보다 크다. 상이한 폭을 가지는 통로(15, 15')의 설계는 수행될 입자(30)의 특정-크기 측정을 가능하게 한다.
V형 단면 프로파일은 원형 입자의 측정을 향상시킨다.
도 4에서, 대안적인 실시예에서 세로 방향 함몰부(15)가 U자형 단면 또는 U자형 단면 프로파일을 가질 수 있다는 사실을 도시하는 예시가 제시된다. 개구부 크기 및/또는 개구부 단면은 제4 절연체(23)로부터 전기 전도층(13)으로 갈수록 감소한다. 개구부(28, 37, 27, 36, 26, 35, 25)의 단면은 개구부(28)의 제1 개구부 단면으로부터 개구부(25)의 바닥 단면 개구부를 향해 크기가 감소한다. U자형 단면 프로파일의 사용은 원형 입자의 측정을 향상시킬 수 있다.
도 5는 리세스된 절연체(20, 21, 22, 23)의 단면을 도시한다. 원형 입자의 경우 편평하거나 부드러운 통로 표면의 형성은 바람직하지 않다. 리세스되거나 언더컷된 절연체(20, 21, 22, 23)의 형성은 원형 입자의 측정을 개선한다. 절연체(20, 21, 22, 23)는 전극층(31, 32, 33)과 비교하여 리세스된다. 절연체(23, 22, 21, 20)의 각각의 개구부(28, 27, 26, 25)는 각각의 절연체 위에 배치된 전극층(31, 32, 33)의 상부에 형성된 개구부(35, 36, 37)보다 크다. 통로(15)의 단면 프로파일은 V자형 설계를 가지므로, 모든 층(23, 33, 22, 32, 21, 31, 20)의 개구부는 기판(11)으로 갈수록 더 작아져서 절연체(20, 21, 22, 23)의 개구부(25, 26, 27, 28)는 동일한 크기를 가지지 않는다.
도 6은 절연체(20, 21, 22, 23) 내의 언더컷의 단면도를 도시한다. 이와 관련하여, 절연체의 언더컷 설계로 원형 입자의 측정이 향상될 수 있다. 절연체(20, 21, 22, 23)는 언더컷 또는 리세스(90)를 갖는다. 따라서, 절연체(20, 21, 22, 23)의 개구부(25, 26, 27, 28)의 크기는 전극층(31, 32, 33)의 개구부(35, 36, 37)의 크기보다 크다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 센서(10)는 입자의 유동 방향(a)이 전극층(31, 32, 33)의 평면(x, y) 상에 수직으로 충돌하지 않는 방식으로 유체 유동으로 도입된다. 최상부 전극층(33)의 평면(x, y)에 대한 법선(z)과 입자의 유동 방향(a) 사이의 각도 α는 적어도 1도, 바람직하게는 적어도 10도, 특히 바람직하게는 적어도 30도이다. 따라서, 입자는 개구부 또는 통로(15, 15') 내로 더 쉽게 통과될 수 있고, 따라서 그 내부에 형성된 전극층(30, 31, 33)의 개구부의 벽에 보다 쉽게 통과될 수 있다.
도 7b에서, 센서(10)는 입자의 유동 방향(a)과 전극 및/또는 컨덕터 트랙의 (도 2a와 도 2b의 우선적인 축을 도시하는) 우선적인 축 x 사이의 각도(β)가 20도 내지 90도 사이에 있는 방식으로 유체 흐름에 도입된다.
이 포인트에서, 도 1 내지 도 7b에 따른 실시예와 관련하여 전술한 모든 요소 및 구성 요소, 특히 도면에 도시된 세부 사항은 단독으로 사용되거나 임의의 조합으로 사용되거나에 상관없이 본 발명에 필수적인 것으로서 청구된다는 점에 유의해야한다.
10 센서
11 기판
12 기판의 제1 면
13 전기 전도층
14 전기 전도층의 제1 면
15 통로
20 제1 절연체
21 제2 절연체
22 제3 절연체
23 제4 절연체
25 제1 절연체의 개구부
26 제2 절연체의 개구부
27 제3 절연체의 개구부
28 제4 절연체의 개구부
30, 30' 그을음 입자
31 제1 전극층
32 제2 전극층
33 제3 전극층
35 제1 전극층의 개구부
36 제2 전극층의 개구부
37 제3 전극층의 개구부
38 제1 컨덕터 트랙
39 제2 컨덕터 트랙
40, 40' 제2 레벨의 제1 전극/제2 전극
41, 41' 제4 레벨의 제1 전극/제2 전극
42, 42' 제6 레벨의 제1 전극/제2 전극
90 언더컷
a 흐름 방향
B1 통로의 폭
B2 통로의 폭
x 전극의 우선적인 축
α 전극 평면의 법선과 유동 방향 사이의 각도
β 우선적인 축과 유동 방향 사이의 각도
E1 제1 레벨
E2 제2 레벨
E3 제3 레벨
E4 제4 레벨
E5 제5 레벨
E6 제6 레벨
E7 제7 레벨
11 기판
12 기판의 제1 면
13 전기 전도층
14 전기 전도층의 제1 면
15 통로
20 제1 절연체
21 제2 절연체
22 제3 절연체
23 제4 절연체
25 제1 절연체의 개구부
26 제2 절연체의 개구부
27 제3 절연체의 개구부
28 제4 절연체의 개구부
30, 30' 그을음 입자
31 제1 전극층
32 제2 전극층
33 제3 전극층
35 제1 전극층의 개구부
36 제2 전극층의 개구부
37 제3 전극층의 개구부
38 제1 컨덕터 트랙
39 제2 컨덕터 트랙
40, 40' 제2 레벨의 제1 전극/제2 전극
41, 41' 제4 레벨의 제1 전극/제2 전극
42, 42' 제6 레벨의 제1 전극/제2 전극
90 언더컷
a 흐름 방향
B1 통로의 폭
B2 통로의 폭
x 전극의 우선적인 축
α 전극 평면의 법선과 유동 방향 사이의 각도
β 우선적인 축과 유동 방향 사이의 각도
E1 제1 레벨
E2 제2 레벨
E3 제3 레벨
E4 제4 레벨
E5 제5 레벨
E6 제6 레벨
E7 제7 레벨
Claims (18)
- 센서(10)로서,
전기 전도성 입자, 분극성 입자, 또는 전기 전도성 입자와 분극성 입자 둘 다의 검출, 또는 그을음 입자의 검출을 위한 것이고,
상기 센서는 기판(11)을 포함하고, 상기 기판(11)의 적어도 한 면에는,
적어도 하나의 구조화된 전극층(31, 32), 구조화된 절연체(20, 21), 또는 적어도 하나의 구조화된 전극층(31, 32)과 구조화된 절연체(20, 21) 둘 다에서 검출된 입자(30, 30')에 접근 가능한 적어도 하나의 개구부(25, 26, 35, 36)가 형성되는 방식으로,
- 제1 레벨(E1)의 제1 구조화된 절연체(20),
- 제2 레벨(E2)의 제1 구조화된 전극층(31),
- 제3 레벨(E3)의 제2 구조화된 절연체(21), 및
- 제4 레벨(E4)의 제2 구조화된 전극층(32)이 직접 또는 간접적으로 배치되며,
상기 전극층(31, 32)은 각각 적어도 2개의 전극(40, 40', 41, 41'), 적어도 2개의 컨덕터 트랙(38, 39), 또는 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합을 가지고,
상기 전극층(31, 32, 33)은 각각 적어도 2개의 끼워진 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42'), 서로 끼워진 적어도 2개의 컨덕터 트랙(38, 39), 또는 서로 끼워지거나 섞여짜여진 적어도 하나의 전극과 적어도 하나의 컨덕터 트랙의 조합을 가지고,
상기 구조화된 절연체(20, 21) 및 상기 전극층(31, 32)은 서로의 상부에 직접적으로 배열되는,
센서(10). - 제1항에 있어서,
상기 전극들(40, 40', 41, 41', 42, 42') 사이, 상기 컨덕터 트랙들(38, 39) 사이, 또는 전극들(40, 40', 41, 41', 42, 42')과 컨덕터 트랙들(38, 39) 사이에 중첩하는 개구부(25, 26, 27, 28, 35, 36, 37)는 검출될 입자(30, 30')에 접근 가능한 적어도 2개의 레벨(E1, E2, E3, E4)을 통해 형성되는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
구조화된 절연체(20, 21, 22, 23)는, 그 위에 배치된 구조화된 전극층(31, 32, 33)의 구조; 또는 그 위에 배치된 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42'), 컨덕터 트랙(38, 39), 또는 배치된 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42')과 컨덕터 트랙(38, 39) 둘 다를 적어도 일부 섹션에서 가지는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판(11)과 상기 제1 구조화된 절연체(20) 사이에서, 전기 전도성 층(13)이 형성되는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판(11)과 상기 제1 구조화된 절연체(20) 사이에, 상기 기판(11)의 다른 면 상에, 또는 짝수 레벨(E2, E4, E6)에서 적어도 하나의 컨덕터 트랙 또는 가열 컨덕터가 형성되는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 하나의 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42'), 적어도 하나의 컨덕터 트랙(38, 39), 또는 적어도 하나의 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42')과 적어도 하나의 컨덕터 트랙(38, 39) 둘 다는 전도성 재료, 금속이나 합금, 고온 내성 금속이나 고온 내성 합금, 또는 백금족의 금속이나 백금족의 금속 합금으로부터 형성되는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 구조화된 절연체(20)로부터 떨어져서 마주보는 최상부의 구조화된 전극층(33)의 한 면에 적어도 하나의 커버층이 형성되는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 하나의 개구부(15, 15')가 블라인드 홀로서 형성되는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 하나의 개구부(15, 15')가 직선형, 사행(meandering) 형태, 격자, 또는 나선의 형상으로 형성되는,
센서(10). - 제9항에 있어서,
적어도 하나의 개구부(15, 15')는 세로 방향 함몰부(longitudinal depression)의 형태로 형성되는,
센서(10). - 제1항 또는 제2항에 따른 센서(10)를 적어도 하나 포함하는 센서 시스템으로서,
적어도 하나의 회로 또는 적어도 하나의 제어 회로를 포함하며, 상기 센서(10)는 측정 모드, 세척 모드, 및 모니터링 모드 중 적어도 하나에서 작동될 수 있도록 설계된,
센서 시스템. - 제1항 또는 제2항에 따르는 센서(10)를 제어하는 방법으로서,
센서(10)는 측정 모드, 세척 모드, 및 모니터링 모드 중 적어도 하나에서 작동되는,
센서(10)를 제어하는 방법. - 제12항에 있어서,
측정 모드에서,
상기 센서의 레벨의 전극들 사이, 컨덕터 트랙들 사이, 또는 전극들과 컨덕터 트랙들 사이의 전기적 저항의 변화; 및
상기 센서의 전극들, 컨덕터 트랙들, 또는 전극들과 컨덕터 트랙들의 커패시턴스의 변화
중 적어도 하나가 측정되는,
센서(10)를 제어하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
전기 전도성 입자, 분극성 입자, 또는 전기 전도성 입자와 분극성 입자 둘 다의 검출, 또는 그을음 입자(30, 30')의 검출을 위해 사용되는,
센서(10). - 제14항에 있어서,
입자(30, 30')의 유동 방향(a)은 구조화된 전극층(31, 32, 33)의 평면(x, y) 상에 수직으로 충돌하지 않는,
센서(10). - 제14항에 있어서,
최상부 구조화된 전극층(33)의 평면(x, y)에 대한 법선(z)과 입자(30, 30')의 유동 방향(a) 사이의 각도(α)는 적어도 1도, 적어도 10도, 또는 적어도 30도인,
센서(10). - 제14항에 있어서,
입자(30, 30')의 유동 방향(a)과 전극(40, 40', 41, 41', 42, 42') 또는 컨덕터 트랙(38, 39)의 우선적인 축(x) 사이의 각도(β)가 20도 내지 90도인,
센서(10). - 삭제
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| WO2022074636A1 (en) * | 2020-10-09 | 2022-04-14 | Yonatan Gerlitz | Pathogen detection apparatus and method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014211533A1 (de) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Partikelsensors |
| DE102014212858A1 (de) * | 2014-07-02 | 2016-01-07 | Robert Bosch Gmbh | Sensor zur Detektion von Teilchen |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT403528B (de) * | 1989-04-04 | 1998-03-25 | Urban Gerald | Mikro-mehrelektrodenstruktur für elektrochemische anwendungen und verfahren zu ihrer herstellung |
| DE3941837C2 (de) * | 1989-12-19 | 1994-01-13 | Bosch Gmbh Robert | Widerstandsmeßfühler zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in Gasgemischen und Verfahren zu seiner Herstellung |
| GB9810568D0 (en) * | 1998-05-18 | 1998-07-15 | Imco 1097 Limited | Electrode system |
| DE19907164C2 (de) * | 1999-02-19 | 2002-10-24 | Micronas Gmbh | Meßeinrichtung sowie Verfahren zu deren Herstellung |
| DE10244702A1 (de) * | 2001-10-09 | 2003-05-08 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom und Sensor hierzu |
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| DE10353860B4 (de) * | 2003-11-18 | 2023-03-30 | Robert Bosch Gmbh | Sensor zum Erfassen von Partikeln in einem Gasstrom, sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
| CN101023343A (zh) * | 2004-08-20 | 2007-08-22 | 诺和诺德公司 | 用于生产细小传感器的制造工艺 |
| DE102004043122A1 (de) * | 2004-09-07 | 2006-03-09 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement für Partikelsensoren und Verfahren zur Herstellung desselben |
| DE102005016395B4 (de) * | 2005-04-18 | 2012-08-23 | Andreas Hauser | Rußimpedanzsensor |
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| JP5004705B2 (ja) * | 2007-07-20 | 2012-08-22 | コバレントマテリアル株式会社 | 微細流路構造体及び微細流路構造体の製造方法 |
| DE102008041808A1 (de) * | 2008-09-04 | 2010-03-11 | Robert Bosch Gmbh | Partikelsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP5201193B2 (ja) * | 2010-10-28 | 2013-06-05 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出センサ |
| JP2012127907A (ja) * | 2010-12-17 | 2012-07-05 | Nippon Soken Inc | 粒子状物質検出センサ |
| EP3033608A1 (de) * | 2013-08-14 | 2016-06-22 | Robert Bosch GmbH | Partikelsensor und verfahren zum herstellen eines partikelsensors |
| DE102013223630A1 (de) * | 2013-11-20 | 2015-05-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors |
| US10705002B2 (en) * | 2014-12-23 | 2020-07-07 | Heraeus Nexensos Gmbh | Sensor for detecting electrically conductive and/or polarizable particles and method for adjusting such a sensor |
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|---|---|---|---|---|
| DE102014211533A1 (de) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Partikelsensors |
| DE102014212858A1 (de) * | 2014-07-02 | 2016-01-07 | Robert Bosch Gmbh | Sensor zur Detektion von Teilchen |
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