WO2010040588A1

WO2010040588A1 - Sensorsystem und verfahren zum betreiben eines sensorsystems

Info

Publication number: WO2010040588A1
Application number: PCT/EP2009/060473
Authority: WO
Inventors: Reinhard Nopper; Marko Rocznik; Jens Strobel; Janpeter Wolff
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2010-04-15
Also published as: DE102008042746A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit einem Sensorschwingkreis (10), dessen Güte (Qs) abhängig von einer Temperatur einer räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) ist, und einer Auswerteeinrichtung (18, 32) mit einem Auswerteschwingkreis (18), welcher bezüglich des Sensorschwingkreises (10) so angeordnet ist, dass eine induktive Kopplung (22) zwischen dem Sensorschwingkreis (10) und dem Auswerteschwingkreis (18) vorliegt, wobei die Auswerteeinrichtung (18, 32) dazu ausgelegt ist, bei einem aktiven Anregen des Auswerteschwingkreises (18) eine Energieübertragung von dem aktiv angeregten Auswerteschwingkreis (18) an den Sensorschwingkreis (10) zu ermitteln und unter Berücksichtigung der ermittelten Energieübertragung eine erste Information bezüglich der Temperatur der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) festzulegen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems.

Description

Beschreibung

Titel

Sensorsystem und Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems.

Stand der Technik

Für viele technische Anwendungen ist eine berührungslose Übertragung von Sensorsignalen vorteil- haft. Eine berührungslose Übertragung von Sensorsignalen von einer Sensoreinrichtung an eine Auswerteeinrichtung bietet sich beispielsweise an, wenn die Sensoreinrichtung an einem Objekt angeordnet werden soll, welches eine räumliche Bewegung ausführen kann und dessen Größe eine Anordnung der Auswerteinrichtung an dem Objekt nicht ermöglicht.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für die berührungslose Übertragung von Sensorsignalen ergibt sich beim Einsatz der Sensoreinrichtung bei extremen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise hohen Temperaturen, hohen Drücken, chemisch aggressiven Medien und/oder korossiven Medien. Die Auswerteeinrichtung kann häufig den extremen Umgebungsbedingungen der Messposition der Sensoreinrichtung nicht ausgesetzt werden. Dies ist beispielsweise in einem Abgasstrang eines Fahrzeugs der Fall.

Ein weiteres Einsatzgebiet für die Übertragung von Sensorsignalen ist die Medizintechnik. Hierbei sind Anwendungen, bei denen eine Sensoreinrichtung in einen menschlichen Körper implantiert wird, beispielsweise für eine Augeninnendruckmessung, von besonderer Bedeutung. Bei diesen Anwendun- gen muss auf eine geringe Größe, eine Biokompatibilität und/oder eine chemische Beständigkeit des implantierten Teils geachtet werden. Zusätzlich ist es häufig vorteilhaft, eine Energie zum Betreiben der Sensoreinrichtung berührungslos einzukoppeln, da eine fmplantation einer Sensoreinrichtung mit einer eigenen Batterie aus Gründen der biologischen Verträglichkeit und/oder einer Lebensdauer zu Nachteilen führen kann.

Eine Möglichkeit einer berührungslosen Übertragung von Sensor Signalen ist eine aus dem Stand der Technik bekannte induktive Kopplung zwischen zwei Schwingkreisen. Der erste der beiden Schwing- kreise ist dabei häufig ein Sensorschwingkreis, dessen Sensor-Resonanzfrequenz durch ein Einwirken einer Umgebungsbedingung veränderbar ist. Über ein Erfassen einer Änderung der Sensor- Resonanzfrequenz ist somit die Umgebungsbedingung festlegbar. Der zweite Schwingkreis dient als Auswerteschwingkreis dazu, mittels der induktiven Kopplung zwischen dem Sensorschwingkreis und dem Sensorschwingkreis die aktuelle Sensor-Resonanzfrequenz abzufragen. Dies erfolgt häufig mittels einer Technik, welche auch als Dip-Meter- Verfahren bezeichnet wird. Dabei wird der Auswerteschwingkreis so in einer Nähe des Sensorschwingkreises angeordnet, dass sich zwischen beiden Schwingkreisen eine induktive Kopplung ausbildet. Bedingt durch diese induktive Kopplung wird beim Anregen des Auswerteschwingkreises Energie aus dem Auswerteschwingkreis in den Sensor- Schwingkreis übertragen. Der Energieübertrag erreicht ein Maximum bei einer Auswerte- Resonanzfrequenz gleich der Sensor-Resonanzfrequenz. Man bezeichnet die Auswerte- Resonanzfrequenz deshalb häufig auch als Dip-Frequenz (Einbruch-Frequenz).

Allerdings ist die Resonanzfrequenz eines Sensorschwingkreises häufig nicht nur von der zu bestim- menden Umgebungsbedingung abhängig. Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz des Sensorschwingkreises auch von einer Temperatur in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises abhängen. Somit können beispielsweise Temperaturschwankungen an der Messposition des Sensorschwingkreises zu einer ungenau oder falsch bestimmten Umgebungsbedingung führen.

Die EP 0 070 796 Al und die EP 0 521 1746 Al beschreiben Verfahren, welche den Temperaturgang von Bauelementen eines Sensorschwingkreises direkt ausgleichen. Allerdings sind die beschriebenen Verfahren nur unter spezifischen Einsatzbedingungen anwendbar.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, einen Sensorschwingkreis mittels einer aktiven Kühlung und/oder Heizung auf einer konstanten und/oder bekannten Temperatur für die Messzeit zu halten. Allerdings erhöht die aktive Kühlung/Heizung die Herstellungskosten für ein Sensorsystem und führt zu einem vergrößerten Platzbedarf an dem Sensorschwingkreis.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung schafft ein Sensorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 6.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Betrag einer Energieübertragung von einem Auswerteschwingkreis an einen Sensorschwingkreis von der temperaturabhängigen Güte des Sensorschwingkreises abhängt. Ausgehend von dieser Erkenntnis kann somit unter Berücksichtigung der ermittelten Energieübertragung die erste Information bezüglich der Temperatur in der Umgebung des Sensorschwingkreises festgelegt werden, ohne dass dazu eine Temperaturmessung mittels eines zusätzlichen Temperatursensors nötig ist.

Die vorliegende Erfindung bietet somit eine Möglichkeit, bei einer induktiven Kopplung eines Sensor- Schwingkreises an einen Auswerteschwingkreis, die erste Temperatur anhand der bereits herkömmlicherweise zur Verfügung stehenden Messgrößen festzulegen. Somit können die Kosten für den zusätzlichen Temperatursensor und der von dem Temperatursensor herkömmlicherweise beanspruchte Bauraum eingespart werden. Gleichzeitig kann anhand der ermittelten ersten Information eine Temperaturkompensation, sofern diese gewünscht wird, ausgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems ist eine Sensor-Resonanzfrequenz abhängig von mindestens einer weiteren Umgebungsbedingung der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises, wobei die Auswerteeinrichtung zusätzlich dazu ausgelegt ist, die Sensor-Resonanzfrequenz zu ermitteln und unter Berücksichtigung der ermittelten Sensor-Resonanzfrequenz eine zweite Informati- on bezüglich der mindestens einen weiteren Umgebungsbedingung festzulegen. Die zweite Information beinhaltet beispielsweise eine Information bezüglich eines Drucks und/oder einer Konzentration mindestens eines Mediums in einer Umgebung des Sensorschwingkreises.

Vorzugsweise ist, sofern die Sensor-Resonanzfrequenz zusätzlich abhängig von der Temperatur der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises ist, die Auswerteeinrichtung zusätzlich dazu ausgelegt, als erste Information eine temperaturbedingte Resonanzverschiebung der Sensor- Resonanzfrequenz festzulegen, und unter Berücksichtigung der festgelegten temperaturbedingten Resonanzverschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz die zweite Information bezüglich der mindestens einen weiteren Umgebungsbedingung festzulegen. Somit ist über einen geeigneten Algorithmus bei Kenntnis des Verhaltens des Sensorschwingkreises eine Kompensation von temperaturbedingten Effekten möglich. In diesem Fall kann der Einfluss der Temperatur auf die Sensor-Resonanzfrequenz messtechnisch und/oder rechnerisch herausgefiltert werden. Dabei kann eine temperaturabhängige Resonanzverschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz auch direkt aus der Energieübertragung ermittelt werden, ohne dass die Temperatur der Umgebung des Sensorschwingkreises bestimmt wird.

Herkömmliche Sensorsysteme mit gekoppelten Schwingkreisen erfordern für eine Temperaturkompensation mindestens einen Temperatursensor. Dies erhöht einen Bauraumbedarf und die Herstellungskosten für ein herkömmliches Sensorsystem mit gekoppelten Schwingkreisen. Mittels der vorliegenden Erfindung können diese Nachteile umgangen werden.

Beispielsweise ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, als zweite Information einen Druck in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises festzulegen. Der Sensorschwingkreis kann in diesem Fall einen als Drucksensor ausgebildeten Kondensator aufweisen, dessen Elektrodenabstand druckabhängig variiert. Die bei einem derartigen Kondensator häufig auftretende temperaturbedingte Auswölbung der auf einer Membran angebrachten Elektrodenfläche mit den daraus resultierenden Variationen des Elektrodenabstands kann mittels der vorliegenden Erfindung herausgefiltert werden.

Ebenso kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt sein, als zweite Information eine Konzentration mindestens eines Mediums in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises festzulegen. Auch bei einem für Konzentrations-Messungen ausgelegten Sensorschwingkreis ist eine Kompensation von temperaturbedingten Verschiebungen der Sensor-Resonanzfrequenz mittels der vorliegenden Erfϊn- düng möglich.

Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch durch ein entsprechendes Verfahren gewährleistet.

In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Impedanzkurve durch Abfahren eines Frequenzbereichs mit einer einstellbaren Auswerte-Resonanzfrequenz des Auswerteschwingkreises ermittelt und die erste Information anhand einer Kurvenform der Impedanzkurve festgelegt. Als Parameter der Kurvenform können beispielsweise eine Flankensteilheit, eine Bandbreite und/oder ein Minimalwert ausgewertet werden. Anstelle der Impedanz können auch mit der Impedanz korrespondierende Größen, beispielsweise eine Stromstärke oder eine Spannung des Auswerteschwingkreises, herangezogen werden.

In einer zweiten Ausfuhrungsform des Verfahrens kann eine Impedanzdifferenz bezüglich einer vorgegebenen Variation der einstellbaren Auswerte-Resonanzfrequenz des Auswerteschwingkreises er- mittelt und die erste Information anhand der ermittelten Impedanzdifferenz festgelegt/bestimmt werden. Beide Ausführungsformen des Verfahrens sind einfach und schnell ausführbar. Dabei erfordern die Ausführung und die Auswertung keine teuren Geräte.

Die hier beschriebenen Vorteile des Verfahrens sind auch durch ein entsprechendes Sensorsystem realisierbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Sensorsystems; Fig. 2 ein Koordinatensystem zum Darstellen einer ersten Aus fuhrungs form des Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems;

Fig. 3A bis C jeweils ein Koordinatensystem zum Darstellen einer zweiten Ausfuhrungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems; und

Fig. 4A und B jeweils ein Koordinatensystem zum Darstellen einer dritten Aus fuhrungs form des

Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems.

Ausfiihrungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Sensor Systems.

Das dargestellte Sensorsystem umfasst einen Sensorschwingkreis 10 mit einem Kondensator 12, einer Spule 14 (mit einem parasitären Widerstand) und optional einem Widerstand 16. Die Resonanzfrequenz fs des Sensorschwingkreises 10, welche im Weiteren als Sensor-Resonanzfrequenz fs bezeichnet wird, ist durch die Kapazität Cs des Kondensators 12, die Induktivität Ls der Spule 14 und dem Gesamtwiderstand Rs des Sensorschwingkreises 10 festgelegt.

Eine Güte Qs des Sensorschwingkreises 10, welche auch als Gütefaktor des Sensorschwingkreises 10 bezeichnet werden kann, ist auch durch die Komponenten 12 bis 16 des Sensorschwingkreises 10, bzw. durch die Werte Cs, Ls und Rs, festgelegt. Beispielsweise gilt die folgende Gleichung:

Dabei kann gelten:

(G1.2) ^- » R_s

^s

In diesem Fall kann (Gl.l) zu folgender Gleichung vereinfacht werden:

^{(Gi.3) Q}s = T lτ Die Güte Qs ist gleich dem Kehrwert des Verlustfaktors (Dämpfung) des Sensorschwingkreises 10. In der Regel ist mindestens eine der Größen Cs, Ls und Rs von einer Temperatur einer räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 abhängig. In diesem Fall ist auch die Güte Qs des Sensor- Schwingkreises 10 abhängig von der Temperatur in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10.

Mindestens eine der Größen Cs, Ls und/oder Rs der Komponenten 12 bis 16 des Sensorschwingkreises 10 kann von mindestens einer weiteren Umgebungsbedingung der räumlichen Umgebung des Sen- sorschwingkreises 10 abhängig sein. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen den Elektroden des Kondensators 12 über eine Druck- oder Krafteinwirkung veränderbar sein. Entsprechend kann die Spule 14 so ausgelegt sein, dass die Induktivität Ls der Spule 14 bei einer Druck- oder Krafteinwirkung auf die Spule 14 verändert wird. Des Weiteren kann der Widerstand 16 so ausgelegt sein, das sich seine Leitfähigkeit bei einer auf den Widerstand 16 einwirkenden Kraft verändert. Ein Beispiel für einen derartigen Widerstand 16 ist ein piezoresistiver Widerstand. Die Sensor-Resonanzfrequenz fs ist in einem der aufgezählten Fälle abhängig von einem Druck in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 und/oder von einer Kraft, welche auf den Sensorschwingkreis 10 einwirkt.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen Sensorschwingkreis 10 mit einem Widerstand 16 eingeschränkt. Beispielsweise kann bei einem Sensorschwingkreis 10, bei welchem nur der Kondensator 12 und/oder die Spule 14 als sensitive Komponente fungieren, auf den Widerstand 16 verzichtet werden. Der Gesamtwiderstand Rs des Sensorschwingkreises ergibt sich in diesem Fall hauptsächlich aus dem parasitären Widerstand der Spule 14. Somit ist auch ein kostengünstigerer und kleiner ausführbarer Sensorschwingkreis 10 realisierbar.

Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann der Kondensator 12 so angeordnet sein, dass die Medienkonzentration zwischen seinen Elektroden einer Medienkonzentration in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 entspricht. Da die mittlere Dielektrizitätszahl von der Medienkonzentration zwischen den Elektroden abhängig ist, entspricht in diesem Fall die Kapazität Cs des Kon- densators 12 der Medienkonzentration in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10. Somit kann eine Zu- oder Abnahme einer Konzentration eines Gases oder einer Flüssigkeit eines Mediums in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 eine Änderung der Kapazität Cs des Kondensators 12 bewirken. Auch die Spule 14 kann so ausgebildet werden, dass die Medienkonzentration in der Spule 14 der Medienkonzentration in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkrei- ses 10 entspricht. Eine Änderung der mittleren magnetischen Permeabilität in der Spule 14 bewirkt in diesem Fall eine Zu- oder Abnahme der Induktivität Ls. Die Sensor-Resonanzfrequenz fs enthält dann eine Information über mindestens eine Stoffkonzentration in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10.

Im Weiteren wird das Ausführungsbeispiel beschrieben, dass die Kapazität Cs des Kondensators 12 und somit die Sensor-Resonanzfrequenz fs abhängig von einer Zu- oder Abnahme des Drucks in der Umgebung des Sensorschwingkreises 10 ist. Demgegenüber sind die Spule 14 und der Widerstand 16 so gewählt, dass die Druckabhängigkeit der Größen Ls und Rs vernachlässigbar ist. Es wird hier jedoch ausdrücklich daraufhingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist.

In einem geeigneten Abstand zu dem Sensorschwingkreis 10 weist das Sensorsystem einen Auswerteschwingkreis 18 auf. Vorzugsweise ist der Auswerteschwingkreis 18 innerhalb eines schematisch dargestellten Gehäuses 20 angeordnet und somit nicht den Umgebungsbedingungen der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10, wie beispielsweise extremen Temperaturen, hohen Druckbelas- tungen, hohen Kraftbelastungen, chemisch aggressiven Medien und/oder korossiven Medien ausgesetzt. Dies gewährleistet einen guten Schutz des Auswerteschwingkreises 18 und weiterer sensitiver Steuer- und Auswerteeinrichtungen, auf welche unten noch genauer eingegangen wird, vor den Umgebungsbedingungen der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10. Da ein geeignetes Gehäuse 20 aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird hier auf dessen Aufbau nicht eingegangen. Der Auswerte Schwingkreis 18 kann als Parallel- oder Serienschwingkreise ausgebildet sein.

Der Auswerteschwingkreis 18 weist einen Kondensator 24 mit einer Kapazität Ca und eine Spule 26 mit einer Induktivität La und einen Widerstand Ra auf. Dabei legen die Größen Ca, La und Ra der Komponenten 24 und 26 des Auswerteschwingkreis 18 die Resonanzfrequenz fa des Auswerte- Schwingkreises 18, welche im Weiteren als Auswerte- Resonanzfrequenz fa bezeichnet wird, fest. Vorzugsweise ist mindestens eine der Komponenten 24 und 26 so ausgelegt, dass ihre Größe Ca, La und/oder Ra aktiv einstellbar ist. Beispielsweise ist der Kondensator 24 eine Varaktor-Diode mit einer einstellbaren Kapazität Ca. Es wird hier jedoch daraufhingewiesen, dass die hier beschriebene Aus- führungsform des Sensorsystems nicht auf einen derartigen Kondensator 24 beschränkt ist.

Der Abstand zwischen den Schwingkreisen 10 und 18, die Anordnung der beiden Schwingkreise 10 und 18 und der Aufbau des Gehäuses 20 sind so gewählt, dass eine induktive Kopplung 22 zwischen den beiden Schwingkreisen 10 und 18 gewährleistet ist. Die induktive Kopplung 22 ermöglicht eine Energieübertragung von dem aktiv betriebenen Auswerteschwingkreis 18 zu dem passiv betriebenen Sensorschwingkreis 10. Der Betrag der Energieübertragung hängt dabei auch von einem Übereinstimmen der Auswerte-Resonanzfrequenz fa mit der Sensor-Resonanzfrequenz fs ab. Die Energieüber- tragung ist maximal, wenn die eingestellte Auswerte-Resonanzfrequenz fa der Sensor- Resonanzfrequenz fs entspricht.

Der aktiv betriebene Auswerteschwingkreis 18 weist während seiner aktiven Anregung eine definierte Stromstärke Ia (bzw. eine definierte Spannung Ua) auf. Da Verfahren zum aktiven Anregen des Auswerteschwingkreises 18 aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht darauf eingegangen.

Im Falle einer definierten Stromstärke Ia wird die Spannung Ua gemessen. Entsprechend wird bei einer definierten Spannung Ua die Stromstärke Ia gemessen. Im Weiteren wird bei dem hier beschrie- benen Ausfuhrungsbeispiel von einer definierten Stromstärke Ia des Auswerteschwingkreises 18 ausgegangen.

Die Spannung Ua des Auswerteschwingkreises 18 ist abhängig von der Energieübertragung über die induktive Kopplung 22. Über ein Bestimmen der Spannung Ua ist somit ein Übereinstimmen der Auswerte-Resonanzfrequenz fa mit der Sensor-Resonanzfrequenz fs ermittelbar. Es wird hier darauf hingewiesen, dass es sich bei diesem Verfahren um ein berührungsloses Messen der Sensor- Resonanzfrequenz fs handelt. Das Verfahren gewährleistet damit die schon genannten herkömmlichen Vorteile.

Beispielsweise ist eine an eine Spannungsmesseinheit 30 gekoppelte Auswerteeinheit 32 dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung der bereitgestellten Spannung Ua die Sensor-Resonanzfrequenz fs und/oder den Druck am Sensorschwingkreis 10 festzulegen. Mittels eines Abrasterns eines vorgegebenen Frequenzbereichs durch die einstellbare Auswerte-Resonanzfrequenz fa ist ein der maximalen Energieübertragung entsprechender Resonanzwert bestimmbar. Anstelle der Energieübertragung und/oder der Spannung Ua wird dabei häufig auch eine Impedanz der Energieübertragung auf einen

Extremwert untersucht. Dieses Verfahren wird häufig auch als Dip-Meter- Verfahren (Einbruch-Meter- Verfahren) zum Bestimmen einer Dip-Frequenz (Frequenz mit einem maximalen Einbruch der Impedanz) bezeichnet. Bei einer Auswerte-Resonanzfrequenz fa gleich der Dip-Frequenz wird ein Impedanzextremwert erreicht, was einer maximalen Energieübertragung mittels der induktiven Kopplung 22 zwischen den Schwingkreisen 10 und 18 entspricht. Die Dip-Frequenz kann anschließend als Sensor-Resonanzfrequenz fs festgelegt werden. Auf Ausfuhrungsbeispiele zum Erkennen der Sensor- Resonanzfrequenz fs anhand einer bereitgestellten Spannung Ua, bzw. einer bereitgestellten Impedanz, wird unten noch genauer eingegangen.

Allerdings weist ein Kondensator 12 mit einer druckabhängigen Kapazität Cs häufig die Eigenschaft auf, dass sich mindestens eine seiner Elektroden bei einer extremen Temperatur in der räumlichen Umgebung auswölbt. Die Auswölbung der mindestens einen Elektrode führt jedoch zu einer Ände- rang des mittleren Abstands zwischen den beiden Elektroden des Kondensators 12 und damit zu einer temperaturbedingten, nicht-druckbedingten Zu- oder Abnahme der Kapazität Cs. Die Folge ist eine temperaturbedingte, nicht-druckbedingte Zu- oder Abnahme der Sensor-Resonanzfrequenz fs.

Ein Sensorschwingkreis 10 ohne mindestens eine temperaturabhängige Größe Cs, Ls oder Rs in nach dem Stand der Technik kaum herstellbar. Herkömmlicherweise führt die temperaturbedingte, nicht- druckbedingte Zu- oder Abnahme der Sensor-Resonanzfrequenz fs deshalb häufig zu einem ungenau oder falsch bestimmten Druck. Insbesondere kann dabei die temperaturbedingte Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs die druckbedingte Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs überla- gern.

Im Folgenden wird beschrieben, wie die temperaturbedingte, nicht- drackbedingte Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs auf einfache und kostengünstige Weise herausfilterbar ist:

Bei der hier beschriebenen Ausführangsform ist die Auswerteeinheit 32 zusätzlich dazu ausgelegt, mit der Sensor-Resonanzfrequenz fs auch eine Information bezüglich der Temperatur in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 zu ermitteln. Das Festlegen der Information bezüglich der Temperatur in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 erfolgt basierend auf der Erkenntnis, dass der Betrag der Energieübertragung zwischen den beiden Schwingkreisen 10 und 18 nicht nur von dem Übereinstimmen der Resonanzfrequenzen fs und fa, sondern auch von der Güte Qs des Sensorschwingkreises 10 abhängt. Auf diese Weise kann die Auswerteeinheit 32 somit auch eine Größe bezüglich der Güte Qs des Sensorschwingkreises 10 ermitteln.

Beispielsweise ist die Auswerteeinheit 32 dazu ausgelegt, eine relative oder eine qualitative Bewer- tung der Temperatur auszuführen. Ebenso kann die Auswerteeinheit 32 anhand der Güte Qs oder einer Größe der Energieübertragung zwischen den Schwingkreisen 10 und 18 die Temperatur in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 als absoluten Wert bestimmen.

Als Alternative oder als Ergänzung kann die Auswerteeinheit 32 auch die temperaturbedingte, nicht- drackbedingte Verschiebung der Sensor- Resonanzfrequenz fs festlegen. Das Festlegen der temperaturbedingten, nicht-drackbedingten Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs kann dabei ohne ein Festlegen der Temperatur am Sensorschwingkreis 10 erfolgen. Die temperaturbedingte, nicht- drackbedingte Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs kann anschließend von einer ermittelten Sensor-Resonanzfrequenz fs abgezogen werden, um den Temperatureinfluss auf die Sensor- Resonanzfrequenz fs herauszufiltern. Anhand der korrigierten Sensor-Resonanzfrequenz fs kann der Druck in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises 10 verlässlicher und genauer bestimmt werden. In den oberen Absätzen wird ein Sensorsystem zum Korrigieren einer druckabhängigen Sensor- Resonanzfrequenz fs beschrieben. Ein Fachmann entnimmt der Beschreibung auch ein Sensorsystem zum Korrigieren einer von einer weiteren Umgebungsbedingung abhängigen Sensor- Resonanzfrequenz fs. Auf eine derartige Alternative des hier beschriebenen Sensorsystems wird deshalb nicht ausführlich eingegangen.

Fig. 2 zeigt ein Koordinatensystem zum Darstellen einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems. Die Abszisse des Ordinatensystems gibt eine einstellbare Auswerte- Resonanzfrequenz fa eines Auswerteschwingkreises an. Die Ordinate des Koordinatesystems entspricht der zugehörigen gemessen normierten Impedanz ZO (Dip-Impedanz).

Bei dem anhand der Fig. 2 dargestellten Verfahren wird für jede Resonanz- und Güte-Messung die Auswerte-Resonanzfrequenz fa über einen Resonanzbereich zwischen 100 MHz und 180 MHz in vor- gegebenen Intervallschritten variiert und für jede eingestellte Auswerte-Resonanzfrequenz fa eine zugehörige normierte Dip-Impedanz ZO bestimmt. In das Koordinatensystem sind ein erster Graph 50 für eine erste Resonanz- und Güte-Messung und ein zweiter Graph 52 für eine zweite Resonanz- und Güte-Messung eingezeichnet. Beide Graphen 50 und 52 weisen ein Minimum bei etwa 138 MHz auf. Somit liegt die Sensor-Resonanzfrequenz fs des zugehörigen Sensorschwingkreises bei etwa 138 MHz.

Die bestimmte Sensor-Resonanzfrequenz fs ermöglicht ein Festlegen einer Information bezüglich einer Umgebungsbedingung einer räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises. Beispielsweise können unter Berücksichtigung der bestimmten Sensor-Resonanzfrequenz fs ein Druck und/oder eine Konzentration mindestens eines Mediums in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises bestimmt werden.

Allerdings fällt beim Vergleich der Graphen 50 und 52 auf, dass ihre Kurvenformen sich deutlich unterscheiden. Insbesondere ist das Minimum des Graphen 50 deutlicher ausgeprägt als das Minimum des Graphen 52.

Die Güte des Sensorschwingkreises kann anhand der erhaltenen Kurvenform eines Graphen 50 oder 52 bestimmt werden. Das Festlegen der Güte des Sensorschwingkreises anhand der erhaltenen Kurvenform erfolgt beispielsweise nach der Gleichung:

⁽G1.4⁾ ß, =4 B _' wobei B die Bandbreite der Kurvenform ist.

Entsprechend kann aus den ermittelten Parametern der Dip-Kurvenform auch eine relative oder quali- tative Bewertung der Temperatur erfolgen. Mittels einer Kenntnis des Systemverhaltens, beispielsweise über messtechnisch oder über rechnerisch ermittelte Kennlinien, kann mittels eines geeigneten Algorithmus aus diesen Parametern auch die absolute Temperatur bestimmt werden. Dabei kann die Temperatur auch festgelegt werden, ohne dass zuvor die Güte des Sensorschwingkreises berechnet wird. Ebenso können die Parameter der Dip-Kurvenform auch direkt, das heißt ohne explizite Tempe- raturberechnung, zur Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Sensor-Resonanzfrequenz fs genutzt werden.

Auch die gemessenen minimalen normierten Impedanzwerte Z50 und Z52 (Dip-Impedanzwerte) der Graphen 50 und 52 weichen deutlich voneinander ab. Jedem der beiden minimalen normierten Impe- danzwerte Z50 und Z52 kann eine andere Güte des Sensorschwingkreises zugeordnet werden. In dem dargestellten Beispiel entspricht der minimale normierte Impedanzwert Z50 des Graphen 50 einer hohen Güte des Sensorschwingkreises und der minimale normierte Impedanzwert Z52 des Graphen 52 eine vergleichsweise niedrige Güte des Sensorschwingkreises. Die unterschiedlichen Güten, welche den Graphen 50 und 52 zuordbar sind, ergeben sich durch eine Temperaturabhängigkeit von mindes- tens einem Bauelement des Sensorschwingkreises. Dabei kann das jeweilige Bauelement sowohl einen positiven als auch einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen.

Die Temperaturabhängigkeit der Bauelemente des Sensorschwingkreises kann zu einer temperaturbe- dingten Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs führen. Allerdings kann diese temperaturbe- dingte Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs mittels eines Ermittelns der temperaturabhängigen Güte, bzw. einer temperaturabhängigen Güteänderung, herausgefiltert werden. Beispielsweise wird dabei ein ermittelter minimaler normierter Impedanzwert Z50 oder Z52 jeweils einer zugehörigen temperaturbedingten Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs zugeordnet. Die jeweilige temperaturbedingte Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs wird anschließend beim Ermitteln der nicht-temperaturbedingten Verschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz fs berücksichtigt. Selbstverständlich kann zusätzlich auch eine aktuelle Temperatur in einer Umgebung des Sensorschwingkreises anhand eines gemessenen minimalen normierten Impedanzwerts Z50 oder Z52 bestimmt werden.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Vorgehensweise zum Festlegen der Information bezüglich der Temperatur am Sensorschwingkreis beschränkt. Beispiele für weitere Messverfahren zum Festlegen der Information bezüglich der Temperatur am Sensorschwingkreis werden nachfolgend beschrieben: Fig. 3A bis C zeigen jeweils ein Koordinatensystem zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Sensor Systems. Wie in dem oben beschriebenen Beispiel gibt die Abszisse des Koordinatensystems eine einstellbare Auswerte-Resonanzfrequenz fa und die Ordinate des Koordinatensystems eine Impedanz Z an.

Über die Temperaturabhängigkeit mindestens eines Bauelements eines Sensorschwingkreises ergibt sich, wie oben schon beschrieben, eine Änderung der Güte des Sensorschwingkreises. Hieraus resultiert eine Änderung der Kopplungsbedingungen zwischen den beiden Schwingkreisen, und somit eine Zu- oder Abnahme der Energieübertragung bei einer Auswerte-Resonanzfrequenz fa gleich der Sensor- Resonanzfrequenz fs.

Im Allgemeinen führt eine niedrigere Güte zu einem weniger stark ausgeprägten Resonanz-Minimum der Impedanz-Kurve, bzw. zu einer reduzierten Ausprägung einer Dip-Form. Die Ausprägung der Dip-Form der in den Koordinatensystemen der Fig. 3A bis C eingetragenen Graphen 60, 62 und 64 hängt somit von der aktuellen Güte des Sensorschwingkreises ab.

Somit besteht die Möglichkeit, eine Güte des Sensorschwingkreises zu messen, indem eine zumindest näherungsweise bekannte Sensor-Resonanzfrequenz fs des Sensorschwingkreises als Auswerte- Resonanzfrequenz fa eingestellt wird. Die bei der Auswerte-Resonanzfrequenz fa gleich fs gemessenen Impedanzwerte Z60, Z62 und Z64 der Graphen 60 bis 64 können anschließend zum Bestimmen einer Information bezüglich der Güte des Sensorschwingkreises und/oder einer Temperatur am Sensorschwingkreis ausgewertet werden. Beispielsweise wird anschließend unter Berücksichtigung der Impedanzwerte Z60, Z62 und/oder Z64 die Güte des Sensorschwingkreises und/oder die Temperatur am Sensorschwingkreis berechnet.

Das anhand der Fig. 3A bis C beschrieben Verfahren eignet sich besonders gut zur Verwendung bei einem Sensorschwingkreis, dessen Sensor-Resonanzfrequenz fs in erster Näherung kaum temperaturabhängig ist. Auf diese Wiese kann der Auswerteschwingkreis, dessen Auswerte-Resonanzfrequenz fa konstant bei einer wahrscheinlichen Sensor-Resonanzfrequenz fs liegt, besonders kostengünstig ausgeführt werden.

Fig. 4A und B zeigen jeweils ein Koordinatensystem zum Darstellen einer dritten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems. Bei jedem der beiden Koordinatensysteme gibt die Abszisse eine einstellbare Auswerte-Resonanzfrequenz fa und die Ordinate eine Impedanz Z an. Bei dem dargestellten Verfahren wird eine Impedanzdifferenz ΔZ70 und ΔZ72 mittels einer Variation Δfa der Auswerte-Resonanzfrequenz fa bestimmt. Es ist somit nicht notwendig, die in die Koordinatensysteme eingetragenen Graphen 70 und 72 zu messen und anschließend die Graphen 70 und 72 bezüglich ihrer Kurvenformen auszuwerten. Stattdessen wird die Information bezüglich einer Tempe- ratur in einer räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises lediglich durch Messen und Auswerten der Impedanzdifferenz ΔZ70 oder ΔZ72 festgelegt. Beispiele für eine derartige Information sind oben schon beschrieben.

Die Variation Δfa der Auswerte-Resonanzfrequenz fa erfolgt vorzugsweise um eine zumindest nähe- rungsweise bekannte oder durch ein geeignetes messtechnisches Verfahren bestimmte Sensor- Resonanzfrequenz fs des abgefragten Sensorschwingkreises. Bevorzugt wird dabei eine periodische Variation Δfa der Auswerte-Resonanzfrequenz fa, beispielsweise ein sinusförmiges Signal, ein recht- eckfόrmiges Signal oder ein dreieckförmiges Signal.

In den vorhergehenden Absätzen sind Verfahren beschrieben, bei welchen eine Güte eines Sensorschwingkreises als temperaturabhängige Größe des Sensorschwingkreises direkt oder indirekt ermittelt wird. Die jeweiligen Verfahren eignen sich besonders gut für Hochgütesysteme. Sie sind modifizierbar, indem anstelle der Güte eine Abnehmkonstante eines Sensorschwingkreises direkt oder indirekt bestimmt wird. In allen beschriebenen Verfahren können alternativ oder als Ergänzung zu einer Be- Stimmung der Impedanz Z auch korrespondierende Größen wie eine Stromstärke, eine Spannung, ein Stromstärkeverlauf und/oder Spannungsverlauf zum Festlegen der Information bezüglich der Temperatur an dem Sensorschwingkreis herangezogen werden.

Claims

Ansprüche:

1. Sensorsystem mit:

einem Sensorschwingkreis (10), dessen Güte (Qs) abhängig von einer Temperatur einer räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) ist; und

einer Auswerteeinrichtung (18,32) mit einem Auswerteschwingkreis (18), welcher bezüglich des Sensorschwingkreises (10) so angeordnet ist, dass eine induktive Kopplung (22) zwischen dem Sensorschwingkreis (10) und dem Auswerteschwingkreis (18) vorliegt;

wobei die Auswerteeinrichtung (18,32) dazu ausgelegt ist, bei einem aktiven Anregen des Auswerteschwingkreises (18) eine Energieübertragung von dem aktiv angeregten Auswerteschwingkreis (18) an den Sensorschwingkreis (10) zu ermitteln und unter Berücksichtigung der ermittelten Energieübertragung eine erste Information bezüglich der Temperatur der räumlichen Umgebung des Sensorschwing- kreis es (10) festzulegen.

2. Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei eine Sensor-Resonanzfrequenz (fs) des Sensorschwingkreises (10) abhängig von mindestens einer weiteren Umgebungsbedingung der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) ist, und wobei die Auswerteeinrichtung (18,32) zusätzlich dazu ausgelegt ist, die Sensor-Resonanzfrequenz (fs) zu ermitteln und unter Berücksichtigung der ermittelten Sensor-Resonanzfrequenz (fs) eine zweite Information bezüglich der mindestens einen weiteren Umgebungsbedingung festzulegen.

3. Sensorsystem nach Anspruch 2, wobei die Sensor-Resonanzfrequenz (fs) zusätzlich abhängig von der Temperatur der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) ist, und wobei die Auswerteeinrichtung (18,32) zusätzlich dazu ausgelegt ist, als erste Information eine temperaturbedingte Resonanzverschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz (fs) festzulegen, und unter Berücksichtigung der festgelegten temperaturbedingten Resonanzverschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz (fs) die zweite Information bezüglich der mindestens einen weiteren Umgebungsbedingung festzulegen.

4. Sensorsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Auswerteeinrichtung (18,32) dazu ausgelegt ist, als zweite Information einen Druck in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) festzulegen.

5. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Auswerteeinrichtung (18,32) dazu ausgelegt ist, als zweite Information eine Konzentration mindestens eines Mediums in der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) festzulegen.

6. Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems mit einem Sensorschwingkreis (10), dessen Güte (Qs) abhängig von einer Temperatur einer räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) ist, und einem Auswerteschwingkreis (18), welcher bezüglich des Sensorschwingkreises (10) so angeordnet ist, dass eine induktive Kopplung (22) zwischen dem Sensorschwingkreis (10) und dem Auswerteschwingkreis (18) vorliegt, mit den Schritten:

Aktives Anregen des Auswerteschwingkreises (18);

Ermitteln einer Energieübertragung von dem aktiv angeregten Auswerteschwingkreis (18) an den Sensorschwingkreis (10); und

Festlegen einer Information bezüglich der Temperatur der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) unter Berücksichtigung der ermittelten Energieübertragung.

7. Verfahren nach Anspruch 6, mit den zusätzlichen Schritten:

Ermitteln einer Sensor-Resonanzfrequenz (fs) des Sensorschwingkreises (10); und

Festlegen einer zweiten Information bezüglich mindestens einer weiteren Umgebungsbedingung der räumlichen Umgebung des Sensorschwingkreises (10) unter Berücksichtigung der ermittelten Sensor- Resonanzfrequenz (fs).

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei als erste Information eine temperaturbedingte Resonanzverschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz (fs) festgelegt wird, und wobei die zweite Information bezüglich der mindestens einen weiteren Umgebungsbedingung unter Berücksichtigung der festgelegten temperaturbedingten Resonanzverschiebung der Sensor-Resonanzfrequenz (fs) festgelegt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Impedanzkurve (50,52) durch Abfahren eines Frequenzbereichs mit einer einstellbaren Auswerte-Resonanzfrequenz (fa) des Auswerte- Schwingkreises (18) ermittelt wird und die erste Information anhand einer Kurvenform der Impedanzkurve (50,52) festgelegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Impedanzdifferenz (ΔZ70, ΔZ72) bezüglich einer vorgegebenen Variation (Δfa) der einstellbaren Auswerte-Resonanzfrequenz (fa) des Auswerteschwingkreises (18) ermittelt wird und die erste Information anhand der ermittelten Impedanzdifferenz (ΔZ70, ΔZ72) festgelegt wird.