WO2023247621A1 - Feuchtesensor - Google Patents

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WO2023247621A1
WO2023247621A1 PCT/EP2023/066788 EP2023066788W WO2023247621A1 WO 2023247621 A1 WO2023247621 A1 WO 2023247621A1 EP 2023066788 W EP2023066788 W EP 2023066788W WO 2023247621 A1 WO2023247621 A1 WO 2023247621A1
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WO
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voltage
electrode
resonant
surface material
signal
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PCT/EP2023/066788
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French (fr)
Inventor
Ulrich Hilleringmann
Dmitry Petrov
Original Assignee
Universität Paderborn
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Publication date
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    • 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
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G08B21/20—Status alarms responsive to moisture

Definitions

  • the invention relates to a moisture sensor with a first electrode having a first surface material and with a second electrode having a second surface material that is different from the first surface material, so that when the first surface material and the second surface material come into contact with a moist medium electrical voltage is generated, with a voltage increasing device for increasing the electrical voltage, with an energy storage device for storing electrical energy provided to at least one of the two electrodes and with a transmitter unit for wireless transmission of information.
  • the object of the present invention is therefore to develop a moisture sensor in such a way that the effectiveness and in particular the operational reliability are increased in a simple manner.
  • an energy storage device is arranged in front of a voltage increasing device in the signal direction.
  • the potential difference present at the two electrodes is first measured by means of the voltage increasing device is increased to a voltage level so that the downstream energy storage device can be charged with an increased electrical voltage. Due to the increased voltage applied to the energy storage device, electrical supply energy for a downstream control device can be achieved more quickly or using the energy storage device with a lower capacity.
  • the invention also makes it possible for the humidity sensor to be localized or identified not only in a humid environment (sensor state) but also in a non-humid environment (test state). For this purpose, one of the electrodes is designed as an electrical coil (inductance).
  • the voltage increasing device has an operating point control.
  • the energy storage device is always charged with a power adjustment. This can advantageously shorten the charging time or use smaller electrodes with the same charging time.
  • the voltage increasing device is designed such that there is a voltage increase at an output of the voltage increasing device to a minimum voltage value of 3 V.
  • a relatively high voltage is therefore present at the input of the energy storage device, so that for the same charging power Capacity of the Energy storage device (capacitor) can be made smaller - this can advantageously save costs.
  • the voltage increasing device is designed such that a voltage increase occurs at a minimum input voltage of 200 mV, in particular 300 mV, preferably 350 mV.
  • the voltage increasing device is preferably designed as a charge pump with operating point control.
  • the electrodes only need to provide a comparatively small potential difference. This ensures a faster response of the moisture sensor and a larger measuring range.
  • the resonant resonant circuit is connected to a charging device in order to provide the electrical input voltage for the voltage booster circuit from a resonant signal of the resonant circuit.
  • the charging device preferably has a charging capacitor which is gradually charged to such an extent that it provides the electrical supply voltage for the voltage increasing device.
  • the charging device is arranged between the resonance circuit and the voltage increasing device.
  • the control device has a microcontroller and a transmitter unit.
  • the microcontroller has information data from the moisture sensor, for example an identifier, in a memory.
  • the transmitter device can, for example, have a radio antenna, by means of which the test or sensor signal is transmitted to an external evaluation device.
  • Fig. 2 is a top view of a first electrode and a second electrode of the moisture sensor.
  • a moisture sensor 1 can be used to detect moisture. To do this, the moisture sensor must be in a moist medium. He is then in a sensor state. If the humidity sensor 1 is in a dry medium, it is in a non-sensor state or test state, as will be explained later.
  • the voltage increasing device 7 is followed by an energy storage device 8 in the signal direction S.
  • the output signal U2 of the voltage increasing device 7 forms an input signal of the energy storage device 8.
  • the energy storage device 8 is used to charge electrical energy, which is sufficient to feed a control device 9 downstream in the signal direction S.
  • the energy storage device 8 comprises a capacitor that is charged to a supply voltage USP.
  • the supply voltage USP can, for example, have a minimum voltage value of 3 V.
  • the charge pump 7 preferably has an operating point control, so that the voltage increasing device 7 for charging the energy storage device 8 is always in a power adjustment mode. This allows the charging time of the capacitor of the energy storage device 8 can be reduced or the charging time can be reduced.
  • the voltage increase of the voltage increasing device 7 is so large that in order to provide the increasing voltage U 2 at the output of approximately 3 V, the tapping voltage U 1 and thus the input voltage U 1 of the voltage increasing device 7 have a minimum voltage value of 100 mV, in particular 200 mV or 300 mV, preferably at least 350 mV.
  • the first electrode 2 and/or the second electrode 4 each only need to have a small potential in the sensor state
  • the control device 9 has a microcontroller 10 and a transmitting unit 11, by means of which a sensor signal 12 can be transmitted wirelessly to an external evaluation device 13 in the sensor state of the moisture sensor 1.
  • the evaluation device 13 has a receiving unit 14.
  • the identifier of the humidity sensor 1 is transmitted as sensor signal 12.
  • Means for identifying the moisture sensor 1 from the sensor signal 12 are present in the evaluation device 13, so that the moisture sensor 1 can be identified as a moisture-detecting moisture sensor 1.
  • the moisture sensor 1 can serve as a leak sensor to detect a leak, for example in a pipeline.
  • Moisture detection occurs when a minimum voltage value of 200 mV rises across the two electrodes 2 and 4 and a current of, for example, 100 ⁇ A flows, which is sufficient to control the voltage increasing device 7.
  • the voltage increasing device 7 can, for example, charge a 200 pF capacitor of the energy storage device 8 in a time between one and five minutes, so that the microcontroller 10 of the control device 9 can then be started to generate the sensor signal 12 containing the identifier of the moisture sensor 1.
  • the sensor signal 12 is transmitted wirelessly by radio from the transmitter unit 11 to a receiving unit 14 of the external evaluation device 13.
  • one of the electrodes here in the exemplary embodiment the first electrode 2 is designed as a coil.
  • a capacitor 15 is connected in parallel to the coil 2, so that the coil 2 and the capacitor 15 form a parallel resonant resonant circuit 16.
  • the resonance signal (voltage signal U R ) applied to the capacitor 15 of the resonant resonant circuit 16 is charged to 200 mV by means of the charging device 18, which is available as an input voltage Ui for the voltage boosting circuit 7
  • the charging capacitor 23 has a capacity of 50 pF.
  • the resistor 22 can have a value of 10 k ⁇ .
  • the diode 21 is connected between a terminal of the charging capacitor 23 and the capacitor 15 in such a way that the charging capacitor 23 is charged in one direction, for example to 200 mV.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feuchtesensor mit einer ersten Elektrode aufweisend ein erstes Oberflächenmaterial und mit einer zweiten Elektrode aufweisend ein zu dem ersten Oberflächenmaterial unterschiedliches zweites Oberflächenmaterial, so dass bei Kontakt des ersten Oberflächenmaterials und des zweiten Oberflächenmaterials mit einem feuchten Medium eine elektrische Spannung erzeugt wird, mit einer Spannungserhöhungseinrichtung zur Erhöhung der elektrischen Spannung, mit einer Energiespeichereinrichtung zur Speicherung der von den beiden Elektroden bereitgestellten elektrischen Energie, und mit einer Sendereinheit zur drahtlosen Übertragung von Informationen, wobei die Energiespeichereinrichtung in Signalrichtung der Spannungserhöhungseinrichtung nachgeordnet ist, so dass in einem Sensorzustand des Feuchtesensors an einem Ausgang der Energiespeichereinrichtung eine elektrische Speiseenergie für eine Steuereinrichtung zum Bereitstellen eines Sensorsignals anliegt, und dass eine der Elektroden als eine Spule geformt ist, die mit einem Kondensator elektrisch verbunden ist zur Bildung eines Resonanzschwingkreises, so dass in einem Testzustand des Feuchtesensors der Resonanzschwingkreis durch ein externes Hochfrequenzsignal anregbar ist zur Erzeugung der elektrischen Speiseenergie für die Steuereinrichtung zum Bereitstellen eines Testsignals.

Description

Feuchtesensor
Die Erfindung betrifft einen Feuchtesensor mit einer ersten Elektrode aufwei- send ein erstes Oberflächenmaterial und mit einer zweiten Elektrode aufwei- send ein zu dem ersten Oberflächenmaterial unterschiedliches zweites Oberflä- chenmaterial, so dass bei Kontakt des ersten Oberflächenmatenals und des zweiten Oberflächenmaterials mit einem feuchten Medium eine elektrische Spannung erzeugt wird, mit einer Spannungserhöhungseinrichtung zur Erhö- hung der elektrischen Spannung, mit einer Energiespeichereinrichtung zur Speicherung von zumindest einer der beiden Elektroden bereitgestellten elektri- schen Energie und mit einer Sendereinheit zur drahtlosen Übertragung von In- formationen.
Aus der DE 10 2018 006 950 A1 ist ein Feuchtesensor mit einer ersten Elekt- rode und einer zweiten Elektrode bekannt, die unterschiedliche metallische Oberflächen materia lien aufweisen, so dass sie bei Kontakt mit Feuchtigkeit oder einer Flüssigkeit eine elektrische Spannung erzeugen, die an einer Ener- giespeichereinrichtung angelegt wird zur Speicherung von elektrischer Energie. Die Energiespeichereinrichtung weist einen elektrischen Kondensator auf, der nach Aufladung eine Spannungserhöhungseinrichtung speist, die die elektri- sche Spannung so weit erhöht, dass eine Speisespannung für den Betrieb einer Senderemrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen, beispiels- weise Orts- oder Identifikationsdaten, an eine Auswerteeinrichtung übertragen werden können. Nachteilig an dem bekannten Feuchtesensor ist, dass die Po- tentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden relativ groß sein muss, um die Energiespeichereinrichtung zu laden Zudem muss die Energiespeichereinrich- tung einen Kondensator mit einer relativ hohen Kapazität aufweisen, um die nötige Betriebsenergie für die Energiespeichereinrichtung bereitzustellen. Dar- über hinaus kann der Feuchtesensor nach dem Einbau nicht getestet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Feuchtesensor derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise die Effektivität und insbesondere die Betriebssicherheit erhöht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbe- griff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespei- chereinrichtung in Signalrichtung der Spannungserhöhungseinrichtung nach- geordnet ist, so dass in einem Sensorzustand des Feuchtesensors an einem Ausgang der Energiespeichereinrichtung eine elektrische Speisenergie für eine Steuereinrichtung zum Bereitstellen eines Sensorsignals anliegt, dass eine der Elektroden als eine Spute geformt ist, die mit einem Kondensator elektrisch verbunden ist zur Bildung eines Resonanzschwingkreises, so dass in einem Testzustand des Feuchtesensors der Resonanzschwingkreis durch ein externes Hochfrequenzsignal anregbar ist zur Erzeugung der elektrischen Speiseenergie für die Steuereinrichtung zum Bereitstellen eines Testsignals.
Nach der Erfindung ist eine Energiespeichereinrichtung in Signalrichtung vor einer Spannungserhöhungseinrichtung angeordnet. Dies bedeutet, dass bei Betrieb des Feuchtesensors in einer Feuchteumgebung derselben (Sensorzu- stand) zuerst die an den beiden Elektroden anliegende Potentialdifferenz mittels der Spannungserhöhungseinrichtung auf ein Spannungsniveau erhöht wird, so dass die nachgeordnete Energiespeichereinrichtung mit einer erhöhten elektri- schen Spannung aufgeladen werden kann. Aufgrund der an der Energiespei- chereinrichtung anliegenden erhöhten Spannung kann eine elektrische Speise- energie für eine nachgeordnete Steuereinrichtung schneller oder unter Nutzung der Energiespeichereinrichtung mit einer geringeren Kapazität erreicht werden. Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus, dass die Lokalisierung oder Identifi- zierung des Feuchtesensors nicht nur in einer Feuchteumgebung (Sensorzu- stand), sondern auch in einer Nichtfeuchteumgebung (Testzustand) gegeben ist Hierzu ist eine der Elektroden als eine elektrische Spule (Induktivität) ge- formt ausgebildet, die zur Bildung eines Resonanzschwingkreises mit einem elektrischen Kondensator verbunden ist. Mittels eines externen Hochfrequenz- signals kann der Resonanzschwingkreis angeregt werden, so dass elektrische Energie bereitgestellt wird zur elektrischen Speisung der Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung erzeugt ein Testsignal zur Lokalisierung des Feuchtesensors oder zum Testen des Feuchtesensors, ohne dass der Feuchtesensor in einer Feuchteumgebung angeordnet sein muss. Somit kann in jedem Zustand des Feuchtesensors, ob in oder ohne feuchte Umgebung, eine Funktionsüberprü- fung des Feuchtesensors erfolgen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Spannungs- erhöhungseinrichtung eine Arbeitspunktregelung auf. Hierdurch erfolgt die La- dung der Energiespeichereinrichtung stets in einer Leistungsanpassung. Vor- teilhaft kann hierdurch die Ladezeit verkürzt oder kleinere Elektroden bei glei- cher Ladezeit verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Spannungserhöhungseinrich- tung derart ausgebildet, dass eine Spannungserhöhung an einem Ausgang der Spannungserhöhungseinrichtung auf einen Mindestspannungswert von 3 V vor- liegt An dem Eingang der Energiespeichereinrichtung liegt somit eine relativ hohe Spannung an, so dass für die gleiche Ladeleistung die Kapazität der Energiespeichereinrichtung (Kondensator) kleiner ausgeführt sein kann Vorteil- haft können hierdurch Kosten gespart werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Spannungserhöhungseinrich- tung derart ausgebildet, dass eine Spannungserhöhung erfolgt bei einer Min- desteingangsspannung von 200 mV, insbesondere 300 mV, vorzugsweise 350 mV. Die Spannungserhöhungseinrichtung ist vorzugsweise als eine Ladungs- pumpe mit Arbeitspunktregelung ausgebildet. Vorteilhaft brauchen die Elektro- den nur eine vergleichsweise geringe Potentialdifferenz liefern. Hierdurch ist ein schnelleres Ansprechen des Feuchtesensors bzw. ein größerer Messbereich gewährleistet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Resonanzschwingkreis mit einer Aufladungseinrichtung verbunden zur Bereitstellung der elektrischen Eingangs- spannung für die Spannungserhöhungsschaltung aus einem Resonanzsignal des Resonanzkreises. Vorzugsweise weist die Aufladungseinrichtung einen La- dekondensator auf, der nach und nach so weit aufgeladen wird, dass er die elektrische Speisespannung für die Spannungserhöhungseinrichtung bereit- stellt. Die Aufladungseinrichtung ist zwischen dem Resonanzkreis und der Spannungserhöhungseinrichtung angeordnet. Zum Absenden des Testsignals können die vorhandenen Komponenten des Feuchtesensors im Sensorzu- stand, nämlich die Spannungserhöhungseinrichtung, die Energiespeicherein- richtung und die Steuereinrichtung genutzt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die als Spute ausgeführte Elektrode spiralförmig ausgebildet und auf einem flächigen Träger angeordnet. Die spiral- förmige Spule umgibt bzw. rahmt die andere Elektrode ein, die ebenfalls auf dem Träger flächig angeordnet ist. Vorteilhaft dient die spiralförmige Elektrode als eine RFID-Antenne, die so auf das vorzugsweise hochfrequente elektromag- netische externe Wechselfeld abgestimmt ist, dass zusammen mit dem Kon- densator des Resonanzschwingkreises das Resonanzsignal erzeugt wird, wobei die Resonanzfrequenz allein abhängig ist von der Induktivität der Spule und der Kapazität des Kondensators, Die Spule des Resonanzschwingkreises dient zum einen zur Speisung des Resonanzschwingkreises mit elektrischer Energie und zum anderen als Teil des Resonanzschwingkreises zum Bereitstel- len des Resonanzsignals.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinrichtung einen Mikrokontroller und eine Sendereinheit auf. Der Mikrokontroller weist in einem Speicher Informationsdaten des Feuchtesensors, beispielsweise eine Kennung desselben, auf. Die Sendereinrichtung kann beispielsweise eine Funkantenne aufweisen, mitels derer das Test- oder Sensorsignal an eine externe Auswer- teeinrichtung übermittelt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnun- gen näher erläutert
Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feuchtesensor und
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode des Feuchtesensors.
Ein Feuchtesensor 1 kann zur Detektion von Feuchtigkeit eingesetzt werden. Hierzu muss sich der Feuchtesensor in einem feuchten Medium befinden. Er ist dann in einem Sensorzustand. Befindet sich der Feuchtesensor 1 in einem trocknen Medium, ist er in einem Nichtsensorzustand bzw. Testzustand, wie später noch erläutert wird.
Der Feuchtesensor 1 weist eine erste Elektrode 2 mit einem ersten Oberflä- chenmaterial 3 und eine zweite Elektrode 4 mit einem zweiten Oberflächenmaterial 5 auf. Das erste Oberflächenmaterial 3 und das zweite Oberflächenmatenal 5 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, vorzugs- weise unterschiedlichen Metallmaterialien. Beispielsweise kann das erste Oberflächenmaterial 3 aus einem Gold- oder Kupfer- oder Nickelmaterial be- stehen. Beispielsweise kann das zweite Oberflächenmaterial 5 aus einem Zinkmaterial bestehen. Befindet sich der Feuchtesensor 1 in einem Sensorzu- stand, d. h. die erste Elektrode 2 und die zweite Elektrode 4 befinden sich in einem feuchten Medium 6, beispielsweise einer Flüssigkeit, kann an Anschlüs- sen der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 4 eine elektrische Ab- greifspannung abgegriffen werden, die als eine elektrische Eingangsspannung Ui dient für eine Spannungserhöhungseinrichtung 7.
Die Spannungserhöhungseinrichtung 7 ist vorzugsweise als eine Ladungs- pumpe ausgebildet, die nach Art eines Gleichspannungswandlers aus der Ab- greifspannung Ui (Eingangsspannung) ausgangsseitig eine Erhöhungsspan- nung II2 (Ausgangsspannung) bereitstellt. Die Ladungspumpe 7 kann vorzugs- weise mehrere Kondensatoren und Dioden aufweisen.
Der Spannungserhöhungseinrichtung 7 ist in Signalrichtung S eine Energie- speichereinrichtung 8 nachgeordnet. Das Ausgangssignal U2 der Spannungs- erhöhungseinrichtung 7 bildet ein Eingangssignal der Energiespeichereinrich- tung 8 Die Energiespeichereinrichtung 8 dient zum Laden von elektrischer Energie, die dazu ausreicht, eine in Signalrichtung S nachgeordnete Steuer- einrichtung 9 zu speisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Energiespeichereinrichtung 8 einen Kondensator, der auf eine Speisespan- nung USP aufgeladen wird. Die Speisespannung USP kann beispielsweise ei- nen Mindest-Spannungswert von 3 V betragen.
Vorzugsweise weist die Ladungspumpe 7 eine Arbeitspunktregelung auf, so dass sich die Spannungserhöhungseinrichtung 7 zur Ladung der Energiespei- chereinrichtung 8 stets in einer Leistungsanpassung befindet. Hierdurch kann die Ladezeit des Kondensators der Energiespeichereinrichtung 8 verkleinert bzw. die Ladezeit verringert werden.
Die Spannungserhöhung der Spannungserhöhungseinrichtung 7 ist so groß, dass zur Bereitstellung der Erhöhungsspannung U2 am Ausgang von ca. 3 V die Abgreifspannung U1 und somit die Eingangsspannung U1 der Spannungs- erhöhungseinrichtung 7 einen Mindestspannungswert von 100 mV, insbeson- dere 200 mV oder 300 mV, vorzugsweise mindestens 350 mV, betragen kann. Vorteilhaft brauchen die erste Elektrode 2 und/oder die zweite Elektrode 4 je- weils nur ein betragsmäßig kleines Potential im Sensorzustand aufweisen
Die Steuereinrichtung 9 weist einen Mikrokontroller 10 sowie eine Sendeein- heit 11 auf, mittels derer im Sensorzustand des Feuchtesensors 1 ein Sensor- signal 12 drahtlos an eine externe Auswerteeinrichtung 13 übertragen werden kann. Zu diesem Zweck weist die Auswerteeinrichtung 13 eine Empfangsein- heit 14 auf. Als Sensorsignal 12 wird beispielsweise die Kennung des Feuch- tesensors 1 übertragen. In der Auswerteeinrichtung 13 sind Mittel zur Identifi- kation des Feuchtesensors 1 aus dem Sensorsignal 12 vorhanden, so dass der Feuchtesensor 1 als feuchtigkeitsdetektierender Feuchtesensor 1 identifi- ziert werden kann. Beispielsweise kann der Feuchtesensor 1 als ein Leck- sensor dienen zur Erkennung eines Lecks, beispielsweise einer Rohrleitung. Eine Feuchtedetektion erfolgt, wenn an den beiden Elektroden 2 und 4 ein Mindestspannungswert von 200 mV anhegt und ein Strom von beispielsweise 100 μA fließt, was zur Ansteuerung der Spannungserhöhungseinrichtung 7 ausreicht. Die Spannungserhöhungseinrichtung 7 kann beispielsweise einen 200 pF-Kondensator der Energiespeichereinrichtung 8 aufladen in einer Zeit zwischen einer und fünf Minuten, so dass dann der Mikrokontroller 10 der Steuereinrichtung 9 gestartet werden kann zum Erzeugen des die Kennung des Feuchtesensors 1 enthaltenen Sensorsignals 12. Die Übertragung des Sensorsignals 12 erfolgt drahtlos per Funk von der Sen- dereinheit 11 zu einer Empfangseinheit 14 der externen Auswerteeinrichtung 13.
Damit eine Lokalisierung des Feuchtesensors 1 oder ein Testen desselben in einem Nichtfeuchtezustand bzw. Testzustand des Feuchtesensors 1 erfolgen kann, ist eine der Elektroden, hier im Ausführungsbeispiel die erste Elektrode 2, als eine Spule ausgebildet. Zur Spule 2 ist ein Kondensator 15 parallel an- geschlossen, so dass die Spule 2 und der Kondensator 15 einen Parallelreso- nanzschwingkreis 16 bilden.
Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, ist die erste Elektrode 2 spiralförmig ausgebil- det, wobei sie flächig auf einem Träger 17 angeordnet ist. Im Zentrum bzw im Inneren der Spule 2 ist die zweite Elektrode 4 flächig auf demselben Träger 17, der als Elektrodenträger ausgebildet ist, angeordnet. Die zweite Elektrode 2 kann rechteckförmig - wie in Figur 2 dargesteilt - oder ovaiförmig oder kreis- rund ausgebildet sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die erste Elektrode 2 ein erstes Oberflächenmaterial 3 aus einem Goldmaterial auf. Die zweite Elektrode 4 weist als zweites Oberflächenmaterial 5 ein Zinkmaterial auf.
Der Elektrodenträger 17 kann aus einem starren oder flexiblen Kunststoffma- terial bestehen.
Die spiralförmige Spulenelektrode 2 umgibt somit die zweite Elektrode 4, wo- bei sich beide Elektroden 2, 4 in einer gemeinsamen Ebene erstrecken.
Der Resonanzschwingkreis 16 ist mit einer Aufladungseinrichtung 18 verbun- den zur Bereitstellung der Eingangsspannung U1 der Spannungserhöhungs- einrichtung 7 Ausgangsklemmen der Aufladungseinrichtung 18 bilden Eingangsklemmen der Spannungserhöhungseinrichtung 7. Im Testzustand bzw. im Nichtfeuchtezustand des Feuchtesensors 1 ist das Potential an der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 4 Null, so dass der Anschluss der zweiten Elektrode 4 (Zinkelektrode) an der Minuseingangsklemme der Spannungserhöhungseinrichtung 7 keinen Einfluss auf die Eingangsspannu1g U1 hat Die Eingangsspannung U1 der Spannungserhöhungseinrichtung 7 wird allein durch das Anregen des Resonanzschwingkreises 16 bewirkt. Zu diesem Zweck dient die Elektrodenspule 2 als eine RFID-Antenne, die durch ein exter- nes Hochfrequenzsignal 19 einer Hochfrequenzquelle 20 gespeist wird. Die Hochfrequenzquelle 20 ist derart ausgebildet, dass als Hochfrequenzsignal 19 ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, dem die Elektrodenspule 2 ausgesetzt ist.
Der Resonanzschwingkreis 16 ist mit einer Aufiadungseinrichtung 18 verbun- den zur Bereitstellung der Eingangsspannung Ui der Spannungserhöhungs- einrichtung 7. Die Aufiadungseinrichtung 18 weist im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel eine Diode 21 , einen Widerstand 22 sowie einen Ladekondensa- tor 23, der an die Eingangsklemmen der Spannungserhöhungseinrichtung 7 angeschlossen ist.
Das an dem Kondensator 15 des Resonanzschwingkreises 16 anliegende Re- sonanzsignal (Spannungssignal UR) wird mittels der Aufladungseinrichtung 18 auf 200 mV aufgeladen, die als Eingangsspannung Ui für die Spannungserhö- hungsschaltung 7 zur Verfügung steht
Wenn der Kondensator 15 des Resonanzschwingkreises 16 beispielsweise eine Kapazität von 100 nF aufweist, weist der Ladekondensator 23 eine Kapa- zität von 50 pF auf. Der Widerstand 22 kann ein Wert von 10 kΩ aufweisen. Die Diode 21 ist derart zwischen einem Anschluss des Ladekondensators 23 und des Kondensators 15 geschaltet, dass der Ladekondensator 23 in einer Richtung aufgeladen wird, beispielsweise auf 200 mV. Die hierdurch gebildete Eingangsspannung U1 am Eingang der Spannungserhöhungseinrichtung 7 reicht dazu aus, die Spannungserhöhungseinrichtung 7 zu aktivieren, so dass nach nachfolgendem Aufladen der Energiespeichereinrichtung 8 der Mikro- kontroller 10 der Steuereinrichtung 9 aktiviert werden kann, um die Kennung des Feuchtesensors 1 als Testsignal 24 über die Funkschnittstelle von der Sendeinheit 11 der Steuereinrichtung 9 zu der Empfangseinheit 14 der Aus- werteeinrichtung 13 zu übertragen. Somit kann auch im Nichtfeuchtezustand bzw. Testzustand des Feuchtesensors 1 eine Lokalisierung bzw. Test des Feuchtesensors 1 erfolgen
Die Elektrodenspule 2 kann eine Windungszahl im Bereich zwischen zwei und 50 Windungen aufweisen. Wenn die Elektrodenspule 2 beispielsweise 10 Win- dungen aufweist, beträgt die Resonanzfrequenz im vorliegenden Ausführungs- beispiel 200 kHz. Dies ist abhängig von der gewünschten Resonanzfrequenz. Das von der Sendereinheit 11 abgesandte Sensorsignal 12 und Testsignal 24 kann in einem MHz-Bereich, beispielsweise im Bereich von 868 MHz, liegen.
Der Feuchtesensor 1 ist in dem Sensorzustand, wenn sich die Elektroden 2, 4 in einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, befinden. Er befindet sich auch in dem Sensorzustand, wenn die beiden Elektroden 2, 4 in Kontakt stehen mit ei- nem feuchtebindenden Medium, wie beispielsweise einem feuchtesensitiven Vlies (Vlies mit LiCI-Beschichtung oder anderer hygroskopischer Beschich- tung).

Claims

Patentansprüche
1 . Feuchtesensor mit einer ersten Elektrode (2) aufweisend ein erstes Oberflächenmaterial (3) und mit einer zweiten Elektrode (4) aufwei- send ein zu dem ersten Oberflächenmaterial (3) unterschiedliches zweites Oberflächen material (5), so dass bei Kontakt des ersten Oberflächenmatenals (3) und des zweiten Oberflächenmatenals (5) mit einem feuchten Medium (6) eine elektrische Spannung (U1 ) er- zeugt wird, mit einer Spannungserhöhungseinrichtung (7) zur Erhö- hung der elektrischen Spannung (U1 ), mit einer Energiespeicherein- richtung (8) zur Speicherung von zumindest einer der beiden Elektro- den (2, 4) be rettgestellten elektrischen Energie und mit einer Sen- dereinheit (11 ) zur drahtlosen Übertragung von Informationen, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Energiespeichereinrichtung (8) in Signalrichtung (S) der Spannungserhöhungseinrichtung (7) nachgeordnet ist, so dass in einem Sensorzustand des Feuchtesensors (1 ) an ei- nem Ausgang der Energiespeichereinrichtung (8) eine elektri- sche Speisenergie (USP) für eine Steuereinrichtung (9) zum Bereitstellen eines Sensorsignals (12) anliegt,
- dass eine der Elektroden (2, 4) als eine Spule geformt ist, die mit einem Kondensator (15) elektrisch verbunden ist zur Bil- dung eines Resonanzschwingkreises (16), so dass in einem Testzustand des Feuchtesensors (1 ) der Resonanzschwing- kreis (16) durch ein externes Hochfrequenzsignal (19) anreg- bar ist zur Erzeugung der elektrischen Speiseenergie (USP) für die Steuereinrichtung (9) zum Bereitstellen eines Testsignals (24). Feuchtesensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserhöhungseinrichtung (7) eine Arbeitspunktregelung aufweist, so dass sich die Spannungserhöhungseinrichtung (7) in ei- ner Leistungsanpassung befindet. Feuchtesensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserhöhungseinrichtung (7) derart ausgebildet, dass an einem Ausgang der Spannungserhöhungseinrichtung (7) ein Mindestspannungswert von 3 V vorliegt. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Spannungserhöhungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass die Spannungserhöhung erfolgt bei einer Min- desteingangsspannung am Eingang der Spannungserhöhungsein- richtung (7) von 100 mV, insbesondere 300 mV, vorzugsweise min- destens 350 mV. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Resonanzschwingkreis (16) mit einer Aufla- dungseinrichtung (18) verbunden ist zur Bereitstellung der Eingangs- spannung (U1) der Spannungserhöhungseinrichtung (7) aus einem Resonanzsignal (UR) des Resonanzschwingkreises (16). Feuchtesensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladungseinrichtung (18) einen Ladekondensator (23) aufweist, der an dem Eingang der Spannungserhöhungseinrichtung (7) anliegt und der eine höhere Kapazität aufweist als der Kondensator (15) des Resonanzschwingkreises (16). Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Resonanzschwingkreis (16) als ein paralle- ler Resonanzschwingkreis (16) ausgebildet ist. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die als Spute ausgeführte eine Elektrode (2) des Resonanzschwingkreises (16) spiralförmig auf einem Träger (17) um die andere Elektrode (4) herumgeführt angeordnet ist. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die als Spute ausgeführte Elektrode (2) eine Windungszahl in einem Bereich zwischen 2 und 50 Windungen auf- weist. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9) einen Mikrokontroller (10) und die Sendereinheit (11) aufweist zur drahtlosen Übertragung des Sensorsignals (12) und/oder des Testsignals (24) an eine ex- terne Auswerteeinrichtung (13)
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