WO2025119830A1 - Betreibervorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines sensors - Google Patents

Betreibervorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines sensors Download PDF

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WO2025119830A1
WO2025119830A1 PCT/EP2024/084294 EP2024084294W WO2025119830A1 WO 2025119830 A1 WO2025119830 A1 WO 2025119830A1 EP 2024084294 W EP2024084294 W EP 2024084294W WO 2025119830 A1 WO2025119830 A1 WO 2025119830A1
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sensor
calibration parameters
electronic device
once
determined
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PCT/EP2024/084294
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Aibin Paul Lazar
Richard Fix
Muhammad Parambath
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G01D3/022—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation having an ideal characteristic, map or correction data stored in a digital memory

Definitions

  • the present invention relates to an operating device for a sensor.
  • the invention also relates to a sensor.
  • the invention relates to a method for calibrating a sensor.
  • Fig. 1 shows a coordinate system for explaining a conventional procedure for calibrating a prior art gas sensor device, which is known to the applicant as internal prior art.
  • the abscissa of the coordinate system of Fig. 1 is the time axis t.
  • at least one sensor-specific operator variable Xmax and Xmin is defined for the gas sensor device at all times t represented by the abscissa of the coordinate system of Fig. 1, using a provided set of calibration parameters and additionally taking into account at least one sensor signal provided/outputted in the meantime by the gas sensor device.
  • the same set of calibration parameters is thus used to define the at least one sensor-specific operator variable xmax and xmm .
  • the prior art gas sensor device is intended to be used during operation to detect gases from the group of volatile organic compounds (VOCs).
  • the ordinate of the coordinate system in Fig. 1 also indicates an actual concentration c of the volatile organic compounds in an environment surrounding the prior art gas sensor device.
  • the sensor-specific operator variables x max x and x mm determined using the conventional procedure described here fluctuate significantly depending on the actual concentration c of the volatile organic compounds.
  • the present invention provides an operator device for a sensor having the features of claim 1, a sensor having the features of claim 6 and a method for calibrating a sensor having the features of claim 9.
  • the present invention provides advantageous possibilities for calibrating a sensor in a manner that enables faster learning of specific sensor characteristics of the respective sensor.
  • the respective sensor can be calibrated such that the at least one sensor-specific operator variable determined thereby remains relatively constant for the sensor even in the event of strong fluctuations in environmental parameters in the vicinity of the sensor. This contributes to improving the operation of the sensor calibrated using the present invention.
  • more precise sensor values for at least one physical variable and/or chemical concentration to be determined by the sensor can be measured using the sensor calibrated in this way.
  • error deviations occur less frequently in a sensor calibrated using the present invention.
  • the present invention thus makes a significant contribution to improving a variety of sensor types.
  • the present invention is based on the realization that, after completion and/or commissioning of a sensor, it often needs to "stabilize” under its operating conditions until it exhibits its sensor-specific characteristics.
  • the calibration of the sensor can be adjusted accordingly. It is expressly pointed out that this calibration adjustment can only be achieved by designing/programming the electronics used for calibration. Therefore, using the present invention is not/hardly associated with additional costs or significant additional workload.
  • the electronic device is additionally designed and/or programmed such that the at least one sensor-specific operator variable can first be determined at least once by the electronic device using the set of initial calibration parameters, and only then, or upon the existence of at least one predetermined condition, can the at least one sensor-specific operator variable be determined at least once by the electronic device using the set of calibration parameters.
  • the embodiment of the operator device described here therefore enables calibration of the respective sensor, which takes into account that the sensor is generally not yet "stabilized" to the extent that it exhibits its typical sensor characteristics upon its completion and/or commissioning.
  • the initial use of the set of initial calibration parameters and the subsequent use of the set of calibration parameters nevertheless ensures good calibration of the sensor both immediately upon its completion and/or commissioning and throughout its comparatively long service life.
  • the electronic device can additionally be designed and/or programmed in such a way that, as long as the time elapsed since completion and/or commissioning of the sensor is below a predetermined limit time, the at least one sensor-specific operator variable is measured at least once by means of the electronic device below Using the set of initial calibration parameters, while as soon as the time elapsed since the completion and/or commissioning of the sensor exceeds the specified limit time, at least one sensor-specific operator variable can be determined at least once by means of the electronic device using the set of calibration parameters.
  • the limit time approximately
  • the electronic device can additionally be designed and/or programmed such that, as long as a total number of measurements performed by the sensor since completion and/or commissioning of the sensor is below a predetermined limit, the at least one sensor-specific operator variable can be determined at least once by the electronic device using the set of initial calibration parameters. As soon as the total number of measurements performed by the sensor since completion and/or commissioning of the sensor is above the predetermined limit, the at least one sensor-specific operator variable can be determined at least once by the electronic device using the set of calibration parameters.
  • the embodiment of the operator device described here also enables improved calibration of the respective sensor compared to the prior art.
  • the electronic device is additionally designed and/or programmed in such a way that, as long as at least one predetermined property of the sensor is not yet present from the completion and/or commissioning of the sensor, the at least one sensor-specific operator variable can be determined at least once by means of the electronic device using the set of initial calibration parameters, while as soon as at the completion and/or commissioning of the Sensor the at least one predetermined property of the sensor is present, the at least one sensor-specific operator variable can be determined at least once by means of the electronic device using the set of calibration parameters.
  • the at least one predetermined property can, for example, be at least one property/physical variable of a sensitive material desired for sensor operation of the sensor, which material is used to measure at least one sensor value of at least one physical variable and/or chemical concentration to be determined by means of the sensor.
  • the embodiment of the operator device described here is therefore particularly well suited for sensor types in which the sensitive material must first stabilize during operation of the sensor under its operating environment.
  • a sensor with such an operator device also realizes the advantages described above.
  • This sensor can be understood, in particular, as a sensor type that, after completion and/or commissioning, must first "stabilize” in its operating environment and therefore cannot be calibrated by means of in-line calibration. It should be noted, however, that the usability of the operator device is not limited to any specific sensor type.
  • the senor can be a gas sensor.
  • gas sensor types such as gas sensors for detecting hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, and/or gases from the VOC group (volatile organic compounds), use a gas-sensitive material to interact with the gas to be detected. This material must first "stabilize” in the ambient air after the respective gas sensor has been completed and/or put into operation.
  • the gas sensor may comprise a metal oxide as a gas-sensitive material.
  • the gas sensor is advantageously calibrated both immediately upon completion and/or commissioning and throughout its comparatively long service life, despite the "stabilization" of the metal oxide only occurring after a certain period of time following the completion and/or commissioning of the gas sensor.
  • a corresponding method for calibrating a sensor also provides the advantages explained above. It is expressly noted that the method for calibrating a sensor can be further developed according to the above-explained embodiments of the operator device and/or the sensor.
  • Fig. 1 shows a coordinate system for explaining a conventional
  • Fig. 2a and 2b show a flowchart and a coordinate system for explaining an embodiment of the method for calibrating a sensor
  • Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 2a and 2b show a flowchart and a coordinate system for explaining an embodiment of the method for calibrating a sensor. It is expressly pointed out that the feasibility of the method described below is not limited to any specific sensor type used. The information provided below regarding the sensor type of the sensor calibrated using the method described here should be interpreted only as an example.
  • the method comprises a method step S1 which is carried out at least once.
  • method step S1 at least one sensor-specific operator variable x max and x m m is determined for the sensor, taking into account at least one sensor signal provided/output by the sensor and using a set of initial calibration parameters.
  • method step S1 comprises a sub-step S1a in which the set of initial calibration parameters is provided or read out from a memory unit, preferably from a memory unit of the sensor.
  • a so-called initial calibration of the sensor takes place by determining the at least one sensor-specific operator variable x max and x m m, for which purpose the set of initial calibration parameters provided or read out from the memory unit is used.
  • Initial calibration can be understood in particular as a relatively rapid calibration.
  • Sic of process step S1 it can be checked whether the initial calibration has been successfully completed and, if this is not the case, the sub-step Slb can be repeated.
  • method step S2 After method step S1 has been carried out at least once, instead of the initial calibration, the sensor is recalibrated by carrying out method step S2 at least once.
  • the at least one sensor-specific operator variable x max and x m m is determined taking into account the at least one sensor signal (interimly) provided/output by the sensor and using a set of calibration parameters that differs from the set of initial calibration parameters. Therefore, method step S2 comprises a sub-step S2a in which the set of calibration parameters is provided from the memory unit or read out.
  • sub-step S2b of method step S2 the at least one sensor-specific operator variable x max and x m m is then determined as a so-called recalibration, for which purpose the set of calibration parameters is used.
  • the recalibration carried out in sub-step S2b can take significantly longer than the initial calibration carried out in sub-step S1b.
  • sub-step S2c of process step S2 It must be checked whether the recalibration has been completed successfully and, if not, sub-step S2b can be repeated.
  • method step S1 is first carried out at least once, while later, if method step S1 is not carried out at the same time, method step S2 is carried out at least once.
  • the at least one sensor-specific operator variable x max and x m m is determined at least once by carrying out method step S1 using (or co-using) the set of initial calibration parameters, and only then, or once at least one predetermined condition has been met, is the at least one sensor-specific operator variable x max and x m m determined at least once by carrying out method step S2 using (or co-using) the set of calibration parameters.
  • the set of calibration parameters is not used (or co-using) for an initial calibration carried out using method step S1. Accordingly, in a recalibration carried out by means of process step S2, the (co-)use of the set of initial calibration parameters is prevented.
  • the set of initial calibration parameters includes at least one calibration value that is not found in the set of calibration parameters. Accordingly, the set of calibration parameters also includes at least one calibration value that is "missing" from the set of initial calibration parameters.
  • the set of initial calibration parameters can, for example, differ from the set of calibration parameters at least in a filter time constant to be used for the respective initial calibration or calibration. Specifically, for the initial calibration, which is performed at least once, a filter time constant between 10 minutes and 5 hours, in particular between 30 minutes and 3 hours, can be specified in the set of initial calibration parameters, while for the recalibration, which is performed at least once, a filter time constant between one day and 28 days, in particular between 2 days and 5 days, is specified in the set of calibration parameters.
  • the set of initial calibration parameters may also differ from the set of calibration parameters in a difference between an amplitude minimum and an amplitude maximum of the sensor signal.
  • determining the at least one sensor-specific operator variable x max and x mm taking into account the at least one sensor signal provided/output by the sensor can also be understood as determining/calculating the at least one sensor-specific operator variable x max and X mm using at least one signal derived from the at least one sensor signal.
  • the at least one signal derived from the at least one sensor signal for example, compensated or pre-evaluated signals can be used for initial calibration and/or recalibration. If the sensor is, for example, a gas sensor with a gas-sensitive material, humidity-compensated signals derived from the sensor signals of the sensor can be used for initial calibration and/or recalibration.
  • the method described here also comprises an (optional) method step S0, which is carried out before a calibration of the sensor effected by executing method step S1 or method step S2.
  • method step S0 it can be determined whether the respective calibration is the first calibration of the sensor after its completion and/or commissioning or whether at least one predetermined condition exists that triggers execution of method step S1 instead of method step S2. If necessary, if the respective calibration is the first calibration of the sensor after its completion and/or commissioning or if the at least one predetermined condition exists that triggers execution of method step S2 instead of method step S1, method step S1 is carried out instead of method step S2, while otherwise method step S2 is carried out instead of method step S1.
  • the at least one condition that triggers execution of method step S1 instead of method step S2 it can be examined, for example, in method step S0, whether a time elapsed since the completion and/or commissioning of the sensor is below a predetermined limit time t0, whether a total number of measurements carried out by means of the sensor since the completion and/or commissioning of the sensor is below a predetermined limit number, and/or whether at least one predetermined property of the sensor is not yet present since the completion and/or commissioning of the sensor.
  • the at least one sensor-specific operator variable x max and x mm is determined by means of method step S1 using the set of initial calibration parameters.
  • the at least one sensor-specific operator variable X max and X mm is determined by means of method step S2 using the set of calibration parameters.
  • the at least one predetermined property of the sensor can be examined, for example, whether at least one physical parameter of the gas-sensitive material lies within a respectively predetermined normal value range.
  • the gas-sensitive material of the gas sensor often requires a certain amount of time from its completion and/or commissioning to stabilize in normal ambient air.
  • This circumstance can be taken into account by determining the at least one sensor-specific operator parameter x max x and x mm by means of method step S1 using the set of initial calibration parameters until the at least one physical parameter of the gas-sensitive material is within the respectively predetermined normal value range, and only when the at least one physical parameter is within the respective normal value range is the at least one sensor-specific operator parameter x max x and x mm determined by means of method step S2 using the set of calibration parameters.
  • the set of initial calibration parameters or set of calibration parameters used to execute the subsequent sub-step S1b or S2b can be selected taking into account at least one environmental condition of a current environment of the sensor.
  • the at least one environmental condition can be, for example, humidity, weather, outside air quality, a location type (such as a residential interior, a cold storage room, a production room), a season (summer or winter), and/or an application condition of the sensor (especially distinguishing between mounting the sensor on a mobile device or mounting the sensor on a stationary device).
  • a location type such as a residential interior, a cold storage room, a production room
  • a season summer or winter
  • an application condition of the sensor especially distinguishing between mounting the sensor on a mobile device or mounting the sensor on a stationary device.
  • a sensitivity of the sensor and/or an offset of the sensor can be determined by means of the sub-steps S1b and S2b.
  • a further set of sensor-specific calibration parameters can also be defined as the at least one operator variable xmax and xmm .
  • the sensor-specific calibration parameters last stored on the memory unit can be provided or read out in an (optional) method step S4 so that they can be used to execute sub-step S2b again.
  • the sensor used in this embodiment of the method is a gas sensor for detecting gases from the group of volatile organic compounds (VOCs).
  • the abscissa is the time axis t, while the ordinate represents a limit value x max of a low-pass filter (Filter High) of the gas sensor, defined as the first sensor-specific operator variable x max , a limit value x m m of a high-pass filter (Filter Low) of the gas sensor, defined as the second sensor-specific operator variable x m m , and an actual concentration c of the volatile organic compounds in an environment of the gas sensor.
  • a limit value x max of a low-pass filter (Filter High) of the gas sensor defined as the first sensor-specific operator variable x max
  • a limit value x m m of a high-pass filter (Filter Low) of the gas sensor defined as the second sensor-specific operator variable x m m
  • the limit value x max of the low-pass filter (Filter High) of the gas sensor corresponds to a sensor offset of the gas sensor, while the limit value x m m of a high-pass filter (Filter Low) of the gas sensor allows conclusions to be drawn about the sensitivity of the gas sensor.
  • the limit values/sensor-specific operator variables x max and x mm shown in the coordinate system of Fig. 2b are each determined by executing the method of Fig. 2a, wherein before a time t0 (as the limit time t0) only the method step S1 is executed to determine the limit values/sensor-specific operator variables x max and x mm , and after the time t0 only the method step S2 is used to determine the limit values/sensor-specific operator variables x max and x mm .
  • a time t0 as the limit time t0
  • the method step S2 is used to determine the limit values/sensor-specific operator variables x max and x mm .
  • the limit values/sensor-specific operator variables x max and X mm can be determined/"learned" as sensor characteristics of the sensor more quickly and accurately.
  • limit values/sensor-specific operator variables x ma x and x m m can be obtained for the gas sensor by executing the method of Fig. 2a.
  • the method of Fig. 2a therefore offers an adaptive algorithm for individually learning the sensor characteristics of the sensor, even in an environment with strongly fluctuating environmental properties.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of an operator device for a sensor.
  • the usability of the operator device 10 described below is not limited to any specific sensor type of a sensor 12 that can be calibrated with it. The following description of the sensor 12 should therefore be interpreted only as an example.
  • the operator device 10 can optionally be a subunit of the sensor 12 or a unit separate from the sensor 12.
  • the operator device 10 comprises a memory unit 14 and an electronic device 16. At least one set 18a of initial calibration parameters and at least one set of calibration parameters 18b are stored on the memory unit 14.
  • the electronic device 16 is designed and/or programmed such that, by means of the electronic device 16, at least one sensor-specific operator variable 20 for the sensor 12 can be/is determined at least once, taking into account at least one sensor signal 22 provided/output by the sensor 12 and using the set 18a of initial calibration parameters provided or read out by the memory unit 14.
  • the at least one sensor-specific operator variable 20 can be/is determined at least once by means of the electronic device 16, taking into account the at least one sensor signal 22 provided/output by the sensor 12 and using the set 18b of calibration parameters provided or read by the memory unit 14.
  • the electronic device 16 is designed and/or programmed such that first the at least one sensor-specific operator variable 20 is determined at least once by means of the electronic device 16 using of the set 18a of initial calibration parameters, and only thereafter, or upon the existence of at least one predetermined condition, is the at least one sensor-specific operator variable 20 determinable/determined at least once by means of the electronic device 16 using the set 18b of calibration parameters.
  • the electronic device 16 can be designed and/or programmed such that, as long as a time elapsed since completion and/or commissioning of the sensor 12 is below a predetermined limit time, as long as a total number of measurements carried out by means of the sensor 12 since completion and/or commissioning of the sensor 12 is below a predetermined limit number, and/or as long as at least one predetermined property of the sensor 12 is not yet present since completion and/or commissioning of the sensor 12, the at least one sensor-specific operator variable 20 is determinable/determined at least once by means of the electronic device 16 using the set 18a of initial calibration parameters.
  • the at least one sensor-specific operator variable 20 can be/will be determined at least once by means of the electronic device 16 using the set 18b of calibration parameters.
  • the sensor 12 can, for example, be a gas sensor 12. Due to the improved calibration of the gas sensor 12 ensured by the advantageous design/programming of the operator device 10/its electronic device 16, a concentration of at least one gas to be detected, such as hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, and/or gases from the group of volatile organic compounds (VOCs), can be determined reliably and with high measurement accuracy during operation of the sensor 12.
  • the gas sensor 12 can comprise a metal oxide, specifically a semiconducting metal oxide, as the gas-sensitive material.
  • Such a gas sensor 12 can also be referred to as an MOX gas sensor.
  • a conductivity or resistance of the gas-sensitive material heated to a predetermined temperature corresponds to the respective concentration of the at least one gas to be detected that interacts with the gas-sensitive material in the environment of the sensor 12.
  • this gas-sensitive material requires a certain amount of time from the completion and/or commissioning of the sensor 12 to stabilize in normal ambient air.
  • the calibration of the sensor 12 is optimally adapted to this material property of its gas-sensitive material, thus ensuring reliable operation of the respective gas sensor.
  • the operator device 10/its electronic device 16 can additionally be designed/programmed such that all method steps of the method described above can be carried out therewith.
  • several different sets of initial calibration parameters and/or several sets of different calibration parameters can be stored/stored on the memory unit 14.
  • the electronic device is designed/programmed to select a subsequently used set of initial calibration parameters or set of calibration parameters, taking into account at least one environmental condition of a current environment of the sensor 12.
  • a "zero point" of the sensor signals 22 of the sensor 12 can also be determined at least once during its operation (due to software algorithms implemented on the electronic device 16).
  • tracking of temporal changes in the "zero point" of the sensor signals 22 can also be realized in this way. In this way, the accuracy of at least one sensor value measured by the sensor 12 can be increased through reliable baseline tracking.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betreibervorrichtung (10) für einen Sensor (12) mit einer Speichereinheit (14), auf welcher ein Satz (18b) von Kalibrierparametern hinterlegt ist, und einer Elektronikeinrichtung (16), welche derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (16) zumindest einmalig mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20) für den Sensor (12) unter Berücksichtigung mindestens eines von dem Sensor (12) bereitgestellten Sensorsignals (22) und unter Verwendung des von der Speichereinheit (14) bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes (18b) von Kalibrierparametern festlegbar ist, wobei auf der Speichereinheit (14) zusätzlich zu dem Satz (18b) von Kalibrierparametern auch ein Satz (18a) von Erst-Kalibrierparametern hinterlegt ist, und die Elektronikeinrichtung (16) zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (16) zumindest einmalig die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20) unter Berücksichtigung des mindestens einen Sensorsignals (22) und unter Verwendung des von der Speichereinheit (14) bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes (18a) von Erst-Kalibrierparametern festlegbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Betreibervorrichtung, und Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betreibervorrichtung für einen Sensor. Ebenso betrifft die Erfindung einen Sensor. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors.
Stand der Technik
Fig. 1 zeigt ein Koordinatensystem zum Erläutern einer herkömmlichen Vorgehensweise zum Kalibrieren einer Gassensorvorrichtung des Stands der Technik, welche der Anmelderin als interner Stand der Technik bekannt ist.
Die Abszisse des Koordinatensystems der Fig. 1 ist die Zeitachse t. Bei der mittels des Koordinatensystems der Fig. 1 schematisch wiedergegebenen herkömmlichen Vorgehensweise zum Kalibrieren einer Gassensorvorrichtung des Stands der Technik wird zu allen mittels der Abszisse des Koordinatensystems der Fig. 1 wiedergegebenen Zeiten t unter Verwendung eines bereitgestellten Satzes von Kalibrierparametem und unter zusätzlicher Berücksichtigung mindestens eines zwischenzeitlich von der Gassensorvorrichtung bereitgestellten/ausgegebenen Sensorsignals mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße Xmax und Xmin für die Gassensorvorrichtung festgelegt. Bei allen während des Betriebs der Gassensorvorrichtung ausgeführten Kalibrierprozessen wird somit der gleiche Satz von Kalibrierparametem zur Festlegung der mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm genutzt. Als die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm gibt die Ordinate des Koordinatensystems der Fig. 1 einen festgelegten Grenzwert xmax eines Tiefpassfilters der Gassensorvorrichtung (Filter High) und einen festgelegten Grenzwert xmm eines Hochpassfilters der Gassensorvorrichtung (Filter Low) wieder. Die Gassensorvorrichtung des Stands der Technik soll während ihres Betriebs zum Detektieren von Gasen der Gruppe der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, Volatile Organic Compounds) genutzt werden. Mittels der Ordinate des Koordinatensystems der Fig. 1 ist auch eine tatsächliche Konzentration c der flüchtigen organischen Verbindungen in einer Umgebung der Gassensorvorrichtung des Stands der Technik angezeigt. Wie anhand des Koordinatensystems der Fig. 1 erkennbar ist, fluktuieren die mittels der hier beschriebenen herkömmlichen Vorgehensweise festgelegten sensorspezifischen Betreibergrößen xmax und xmm deutlich in Abhängigkeit von der tatsächlichen Konzentration c der flüchtigen organischen Verbindungen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Betreibervorrichtung für einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten zum Kalibrieren eines Sensors auf eine Weise, welche ein schnelleres Lernen von spezifischen Sensorcharakteristiken des jeweiligen Sensors ermöglicht. Gleichzeitig kann mittels einer Nutzung der vorliegenden Erfindung der jeweilige Sensor so kalibriert werden, dass die mindestens eine dabei festgelegte sensorspezifische Betreibergröße für den Sensor selbst bei starken Fluktuationen von Umgebungsparametern in der Umgebung des Sensors relativ konstant bleibt. Dies trägt zur Verbesserung eines Betriebs des unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kalibrierten Sensors bei. Insbesondere können mittels einer Nutzung der vorliegenden Erfindung mittels des auf diese Weise kalibrierten Sensors genauere Sensorwerte für mindestens eine mittels des Sensors zu bestimmende physikalische Größe und/oder chemische Konzentration gemessen werden. Ebenso treten Fehlerabweichungen bei einem mittels der vorliegenden Erfindung kalibrierten Sensors seltener auf. Die vorliegende Erfindung trägt damit wesentlich zur Verbesserung einer Vielzahl von Sensortypen bei. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass häufig nach einer Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme des jeweiligen Sensors sich dieser erst unter seinen Betriebsbedingungen „stabilisieren“ muss, bis der Sensor seine sensorspezifischen Sensorcharakteristiken aufweist. Mittels einer Verwendung der vorliegenden Erfindung kann die Kalibrierung des Sensors jedoch entsprechend angepasst werden. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Anpassung der Kalibrierung lediglich mittels einer Auslegung/Programmierung einer zum Kalibrieren verwendeten Elektronik realisierbar ist. Eine Nutzung der vorliegenden Erfindung ist deshalb nichl/kaum mit zusätzlichen Kosten oder einem signifikanten Mehrarbeitsaufwand verbunden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Betreibervorrichtung ist die Elektronikeinrichtung zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert, dass zuerst die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Erst-Kalibrierparametern festlegbar ist, und erst danach oder ab Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Bedingung die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Kalibrierparametern festlegbar ist. Die hier beschriebene Ausführungsform der Betreibervorrichtung ermöglicht deshalb eine Kalibrierung des jeweiligen Sensors, bei welcher berücksichtigt ist, dass der Sensor bei seiner Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme in der Regel noch nicht derart „stabilisiert“ ist, dass er seine typischen Sensorcharakteristiken aufweist. Durch die anfängliche Verwendung des Satzes von Erst- Kalibrierparametern und der späteren Verwendung des Satzes von Kalibrierparametern ist jedoch trotzdem eine gute Kalibrierung des Sensors sowohl unmittelbar ab dessen Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme als auch während dessen vergleichsweise langer Lebensdauer gewährleistet.
Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert sein, dass, solange eine ab einer Fertigstellung und/oder einer Inbetriebnahme des Sensors abgelaufene Zeit unter einer vorgegebenen Grenz-Zeit liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Erst-Kalibrierparametern festlegbar ist, während, sobald die ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors abgelaufene Zeit über der vorgegebenen Grenz-Zeit liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Kalibrierparametern festlegbar ist. Mittels einer einfachen Festlegung der Grenz-Zeit (ungefähr) gleich einer zur „Stabilisierung“ des jeweiligen Sensors „benötigten Zeit“ ist damit sowohl unmittelbar ab Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme des Sensors als auch während dessen vergleichsweise langer Lebensdauer ein guter Betrieb des optimal kalibrierten Sensors gewährleistet
Alternativ kann die Elektronikeinrichtung zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert sein, dass, solange eine Gesamtanzahl von ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors mittels des Sensors ausgeführten Messungen unter einer vorgegebenen Grenz-Anzahl liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Erst-Kalibrierparametern festlegbar ist, während, sobald die Gesamtanzahl von ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors mittels des Sensors ausgeführten Messungen über der vorgegebenen Grenz-Anzahl liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Kalibrierparametern festlegbar ist. Auch die hier beschriebene Ausführungsform der Betreibervorrichtung ermöglicht eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kalibrierung des jeweiligen Sensors.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Betreibervorrichtung ist die Elektronikeinrichtung zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert, dass, solange ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors noch nicht vorliegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Erst-Kalibrierparametern festlegbar ist, während, sobald ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors die mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors vorliegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung unter Verwendung des Satzes von Kalibrierparametern festlegbar ist. Die mindestens eine vorgegebene Eigenschaft kann beispielsweise mindestens eine für einen Sensorbetrieb des Sensors gewünschte Eigenschaft/physikalische Größe eines sensitiven Materials, welches zum Messen mindestens eines Sensorwerts mindestens einer mittels des Sensors zu bestimmenden physikalischen Größe und/oder chemischen Konzentration eingesetzt ist, sein. Die hier beschriebene Ausführungsform der Betreibervorrichtung eignet sich deshalb besonders gut für Sensortypen, bei welchen sich das sensitive Material erst während eines Betriebs des Sensors unter dessen Betriebsumgebung stabilisieren muss.
Auch ein Sensor mit einer derartigen Betreibervorrichtung realisiert die vorausgehend beschriebenen Vorteile. Unter dem Sensor kann insbesondere ein Sensortyp verstanden werden, welcher sich nach seiner Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme erst an seiner Betriebsumgebung „stabilisieren“ muss, und deshalb nicht mittels einer Kalibrierung in seiner Fertigungslinie kalibriert werden kann. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Verwendbarkeit der Betreibervorrichtung auf keinen speziellen Sensortyp beschränkt ist.
Beispielsweise kann der Sensor ein Gassensor sein. Eine Vielzahl von Gassensortypen, wie z.B. Gassensoren zum Nachweisen von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und/oder Gasen der VOC-Gruppe (Volatile Organic Compounds, flüchtige organische Verbindungen), verwendet ein gassensitives Material zur Wechselwirkung mit dem jeweils nachzuweisenden Gas, welches sich nach der Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme des jeweiligen Gassensors erst an der Umgebungsluft „stabilisieren“ muss. Mittels der Ausstattung des erfindungsgemäßen Gassensors mit der oben erläuterten Betreibervorrichtung ist jedoch trotzdem sowohl unmittelbar nach Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme des Gassensors als auch während dessen längerer Lebensdauer ein vorteilhafter Betrieb des Gassensors gewährleistet. Insbesondere kann der Gassensor ein Metalloxid als gassensitives Material umfassen. Mittels der Ausstattung des erfindungsgemäßen Gassensors mit der oben erläuterten Betreibervorrichtung ist deshalb trotz der erst ab einer gewissen Zeitspanne nach der Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme des Gassensors eingetretenen „Stabilisierung“ des Metalloxids der Gassensor dennoch sowohl unmittelbar ab seiner Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme als auch während seiner vergleichsweise langen Lebensdauer vorteilhaft kalibriert
Des Weiteren schafft auch ein korrespondierendes Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors die oben erläuterten Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen der Betreibervorrichtung und/oder des Sensors weitergebildet werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Koordinatensystem zum Erläutern einer herkömmlichen
Vorgehensweise zum Kalibrieren einer Gassensorvorrichtung des Stands der Technik;
Fig. 2a und 2b ein Flussdiagramm und ein Koordinatensystem zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Sensors; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer
Betreibervorrichtung für einen Sensor.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 2a und 2b zeigen ein Flussdiagramm und ein Koordinatensystem zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Sensors. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Verfahrens auf keinen speziellen Sensortyp des verwendeten Sensors beschränkt ist. Die im Weiteren gemachten Angaben zu dem Sensortyp des mittels des hier beschriebenen Verfahrens kalibrierten Sensors sind nur beispielhaft zu interpretieren.
Das Verfahren weist einen Verfahrensschritt S1 auf, welcher mindestens einmalig ausgeführt wird. In dem Verfahrensschritt S1 wird mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm für den Sensor unter Berücksichtigung mindestens eines von dem Sensor bereitgestellten/ausgegebenen Sensorsignals und unter Verwendung eines Satzes von Erst-Kalibrierparametem festgelegt. Dazu umfasst der Verfahrensschritt S1 einen Teilschritt Sla, in welchem der Satz von Erst-Kalibrierparametem von einer Speichereinheit, vorzugsweise von einer Speichereinheit des Sensors, bereitgestellt oder ausgelesen wird. In einem weiteren Teilschritt Slb des Verfahrensschritts S1 erfolgt eine sogenannte Erst-Kalibrierung des Sensors durch Festlegen der mindestens einen sensorspezifischen Betreibergröße xmax und xmm, wozu der von der Speichereinheit bereitgestellte oder ausgelesene Satz von Erst-Kalibrierparametem verwendet wird. Unter der Erst-Kalibrierung kann insbesondere eine relativ schnelle Kalibrierung verstanden werden. Optionaler Weise kann in einem Teilschritt Sic des Verfahrensschritts S1 überprüft werden, ob die Erst-Kalibrierung erfolgreich abgeschlossen ist und, sofern dies nicht der Fall ist, der Teilschritt Slb wiederholt werden.
Nach dem mindestens einmaligen Ausfuhren des Verfahrensschritts S1 wird anstelle der Erst-Kalibrierung der Sensor durch mindestens einmaliges Ausfuhren eines Verfahrensschritts S2 neu kalibriert. Beim Ausfuhren des Verfahrensschritts S2 wird die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm unter Berücksichtigung des mindestens einen von dem Sensor (zwischenzeitlich) bereitgestellten/ausgegebenen Sensorsignals und unter Verwendung eines Satzes von Kalibrierparametem, welcher von dem Satz von Erst-Kalibrierparametem abweicht, festgelegt. Deshalb umfasst der Verfahrensschritt S2 einen Teilschritt S2a, in welchem der Satz von Kalibrierparametem von der Speichereinheit bereitgestellt oder ausgelesen wird. In einem weiteren Teilschritt S2b des Verfahrensschritts S2 wird dann die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm als sogenannte Neu-Kalibrierung festgelegt, wozu der Satz von Kalibrierparametem verwendet wird. Die in dem Teilschritt S2b ausgeführte Neu- Kalibrierung kann deutlich länger als die in dem Teilschritt Slb erfolgende Erst- Kalibrierung dauern. Als optionaler Teilschritt S2c des Verfahrensschritts S2 kann noch überprüft werden, ob die Neu-Kalibrierung erfolgreich beendet ist, und, sofern nicht, kann der Teilschritt S2b wiederholt werden.
Wie mittels des Flussdiagramms der Fig. 2a bildlich wiedergegeben ist, wird unmittelbar nach einer Fertigstellung und/oder einer Inbetriebnahme des Sensors zuerst mindestens einmalig der Verfahrensschritt S1 ausgeführt, während später bei gleichzeitiger Unterlassung eines Ausführens des Verfahrensschritts S1 mindestens einmalig der Verfahrensschritt S2 durchgeführt wird. Somit wird zuerst die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm mindestens einmalig durch Ausführen des Verfahrensschritts S1 unter (Mit-)Verwendung des Satzes von Erst-Kalibrierparametem festgelegt, und erst danach oder ab Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Bedingung die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm mindestens einmalig durch Ausführen des Verfahrensschritts S2 unter (Mit-)Verwendung des Satzes von Kalibrierparametem ermittelt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bei einer mittels des Verfahrensschritts S1 ausgeführten Erst-Kalibrierung der Satz von Kalibrierparametem nicht (mit-)verwendet wird. Entsprechend ist bei einer mittels des Verfahrensschritts S2 ausgeführten Neu-Kalibrierung eine (Mit-)Verwendung des Satzes von Erst-Kalibrierparametem unterbunden.
Der Satz von Erst-Kalibrierparametem wiest mindestens einen Kalibrierwert auf, welche in dem Satz von Kalibrierparametem nicht zu finden ist. Entsprechend umfasst auch der Satz von Kalibrierparametem mindestens einen Kalibrierwert, welche in dem Satz von Erst-Kalibrierparametem „fehlt“. Der Satz von Erst-Kalibrierparametem kann sich beispielsweise von dem Satz von Kalibrierparametem zumindest in einer zur jeweiligen Erst-Kalibrierung oder Kalibrierung zu verwendenden Filterzeitkonstante unterscheiden. Speziell kann für die mindestens einmalig ausgeführte Erst-Kalibrierung eine Filterzeitkonstante zwischen 10 Minuten und 5 Stunden, insbesondere zwischen 30 Minuten und 3 Stunden, in dem Satz von Erst-Kalibrierparametem vorgegeben sein, während für die mindestens einmalig ausgeführte Neu-Kalibrierung eine Filterzeitkonstante zwischen einem Tag und 28 Tagen, besonderer Weise zwischen 2 Tagen und 5 Tagen, in den Satz von Kalibrierparametem angegeben ist. Alternativ oder ergänzend kann sich der Satz von Erst-Kalibrierparametem auch von dem Satz von Kalibrierparametem in einer Differenz zwischen einem Amplitudenminimum und einem Amplitudenmaximum des Sensorsignals unterscheiden. Es wird hier auch darauf hingewiesen, dass unter dem Festlegen der mindestens einen sensorspezifischen Betreibergröße xmax und xmm unter Berücksichtigung des mindestens einen von dem Sensor bereitgestellten/ausgegebenen Sensorsignals auch ein Festlegen/Berechnen der mindestens einen sensorspezifischen Betreibergröße xmax und Xmm unter Verwendung mindestens eines aus dem mindestens einen Sensorsignal abgeleiteten Signals verstanden werden kann. Als das mindestens eine aus dem mindestens einen Sensorsignal abgeleitete Signal können beispielsweise kompensierte oder vorausgewertete Signale zur Erst-Kalibrierung und/oder zur Neu-Kalibrierung verwendet werden. Sofern der Sensor beispielsweise ein Gassensor mit einem gassensitiven Material ist, können aus den Sensorsignalen des Sensors abgeleitete Feuchtigkeits-kompensierte Signale zur Erst-Kalibrierung und/oder zur Neu-Kalibrierung genutzt werden.
Bevorzugter Weise umfasst das hier beschriebene Verfahren auch einen (optionalen) Verfahrensschritt SO, welcher jeweils vor einer durch Ausfuhren des Verfahrensschritts S1 oder des Verfahrensschritts S2 bewirkten Kalibrierung des Sensors ausgefiihrt wird. In dem Verfahrensschritt SO kann ermittelt werden, ob die jeweilige Kalibrierung die erste Kalibrierung des Sensors nach dessen Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme ist oder ob mindestens eine vorgegebene Bedingung, welche ein Ausfuhren des Verfahrensschritts S1 anstelle des Verfahrensschritts S2 auslöst, vorliegt. Gegebenenfalls wird dann, sofern die jeweilige Kalibrierung die erste Kalibrierung des Sensors nach dessen Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme ist oder sofern die mindestens eine vorgegebene Bedingung, welche ein Ausfuhren des Verfahrensschritts S2 anstelle des Verfahrensschritts S1 auslöst, vorliegt, der Verfahrensschritt S1 anstelle des Verfahrensschritts S2 ausgeführt, während anderenfalls der Verfahrensschritt S2 anstelle des Verfahrensschritts S1 ausgeführt wird.
Als die mindestens eine Bedingung, welche ein Ausführen des Verfahrensschritts S1 anstelle des Verfahrensschritts S2 auslöst, kann beispielsweise in dem Verfahrensschritt SO untersucht werden, ob eine ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors abgelaufene Zeit unter einer vorgegebenen Grenz-Zeit to liegt, ob eine Gesamtanzahl von ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors mittels des Sensors ausgeführten Messungen unter einer vorgegebenen Grenz-Anzahl liegt, und/oder ob ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors noch nicht vorliegt. Solange die mindestens eine vorgegebene Bedingung vorliegt, wird die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm mittels des Verfahrensschritts S1 unter Verwendung des Satzes von Erst- Kalibrierparametern festgelegt. Sobald jedoch die mindestens eine vorgegebene Bedingung vorliegt, wird die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße Xmax und Xmm mittels des Verfahrensschritts S2 unter Verwendung des Satzes von Kalibrierparametern festgelegt.
Sofern der Sensor ein Gassensor mit einem gassensitiven Material ist, kann als die mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors z.B. untersucht werden, ob mindestens eine physikalische Größe des gassensitiven Materials in einem jeweils vorgegebenen Normalwertebereich liegt. Häufig braucht das gassensitive Material des Gassensors ab dessen Fertigstellung und/oder Inbetriebnahme erst eine bestimmte Zeit, um sich an normaler Umgebungsluft zu stabilisieren. Diesem Umstand kann Rechnung getragen werden, indem so lange die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm mittels des Verfahrensschritts S1 unter Verwendung des Satzes von Erst-Kalibrierparametern festgelegt wird, bis die mindestens eine physikalische Größe des gassensitiven Materials in dem jeweils vorgegebenen Normalwertebereich hegt, und erst ab Vorliegen der mindestens einen physikalischen Größe in dem jeweiligen Normalwertebereich die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße xmax und xmm mittels des Verfahrensschritts S2 unter Verwendung des Satzes von Kalibrierparametern festgelegt wird.
Es wird hier auch darauf hingewiesen, dass anstelle von nur einem Satz vor Erst- Kalibrierparametern auch mehrere voneinander abweichende Sätze von Erst- Kalibrierparametern auf der Speichereinheit hinterlegt sein können. Entsprechend oder alternativ können auch mehrere Sätze von unterschiedlichen Kalibrierparametem auf der Speichereinheit hinterlegt sein. Gegebenenfalls kann in dem Teilschritt Sla oder S2a der jeweils zum Ausfuhren des nachfolgenden Teilschritts Slb oder S2b verwendete Satz von Erst-Kalibrierparametern oder Satz von Kalibrierparametem unter Berücksichtigung mindestens einer Umgebungsbedingung einer aktuellen Umgebung des Sensors ausgewählt werden. Die mindestens eine Umgebungsbedingung kann beispielsweise eine Feuchtigkeit, das Wetter, eine Außenluftqualität, ein Ortstyp (wie ein Wohninnenraum, ein Kühlraum, ein Produktionsraum), eine Jahreszeit (Sommer oder Winter) und/oder eine Applikationsbedingung des Sensors (speziell Unterscheidung zwischen Montage des Sensors an einem Mobilgerät oder Montage des Sensors an einem ortsfesten Gerät) sein. Als die mindestens eine Betreibergröße Xmax und Xmin können mittels der Teilschritte Slb und S2b beispielsweise eine Sensitivität des Sensors und/oder ein Offset des Sensors bestimmt werden. Ebenso kann als die mindestens eine Betreibergröße xmax und xmm auch ein weiterer Satz von sensorspezifischen Kalibrierparametem festgelegt werden. Gegebenenfalls können dann, wenn in einem (optionalen) Verfahrensschritt S3 erkannt wird, dass eine weitere Kalibrierung des Sensors vorteilhaft wäre, die zuletzt auf der Speichereinheit abgespeicherten sensorspezifischen Kalibrierparameter in einem (optionalen) Verfahrensschritt S4 bereitgestellt oder ausgelesen werden, so dass diese zum erneuten Ausfuhren des Teilschritts S2b genutzt werden können.
Lediglich beispielhaft ist der bei dieser Ausfiihrungsform des Verfahrens verwendete Sensor ein Gassensor zum Detektieren von Gasen der Gruppe der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, Volatile Organic Compounds). Bei dem Koordinatensystem der Fig. 2b ist die Abszisse die Zeitachse t, während mittels der Ordinate ein als erste sensorspezifische Betreibergröße xmax festgelegter Grenzwert xmax eines Tiefpassfilters (Filter High) des Gassensors, ein als zweite sensorspezifische Betreibergröße xmm festgelegter Grenzwert xmm eines Hochpassfilters (Filter Low) des Gassensors, und eine tatsächliche Konzentration c der flüchtigen organischen Verbindungen in einer Umgebung des Gassensors wiedergegeben sind. Der Grenzwert xmaxdes Tiefpassfilters (Filter High) des Gassensors entspricht einem Sensor-Offset des Gassensors, während der Grenzwert xmm eines Hochpassfilters (Filter Low) des Gassensors Rückschlüsse auf die Sensitivität des Gassensors ermöglicht.
Die in dem Koordinatensystem der Fig. 2b eingezeichneten Grenzwerte/sensorspezifischen Betreibergrößen xmax und xmm sind jeweils durch Ausführen des Verfahrens der Fig. 2a festgelegt, wobei vor einem Zeitpunkt to (als der Grenz-Zeit to) lediglich der Verfahrensschritt S1 zum Bestimmen der Grenzwerte/sensorspezifischen Betreibergrößen xmax und xmm ausgeführt wird, und nach dem Zeitpunkt to ausschließlich der Verfahrensschritt S2 zur Bestimmung der Grenzwerte/sensorspezifischen Betreibergrößen xmax und xmm verwendet wird. Wie anhand eines Vergleichs der Koordinatensysteme der Fig. 1 und 2b auffällt, können im Unterschied zu der oben erläuterten herkömmlichen Vorgehensweise durch Ausführen des Verfahrens der Fig. 2a die Grenzwerte/sensorspezifischen Betreibergrößen xmax und Xmm als Sensorcharakteristiken des Sensors schneller und genauerer ermittelt/„gelemt“ werden. Insbesondere können trotz des Auftretens von großen Fluktuationen der Konzentration c der flüchtigen organischen Verbindungen in der Umgebung des Gassensors verlässlichere, d.h. weniger stark mitfluktuierende Grenzwerte/sensorspezifische Betreibergrößen xmax und xmm durch Ausführen des Verfahrens der Fig. 2a gewonnen werden. Das Verfahren der Fig. 2a bietet deshalb einen adaptiven Algorithmus zum individuellen Erlernen der Sensorcharakteristiken des Sensors auch in einer Umgebung mit stark fluktuierenden Umgebungseigenschaften.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausfiihrungsform einer Betreibervorrichtung für einen Sensor.
Eine Verwendbarkeit der im Weiteren beschriebenen Betreibervorrichtung 10 ist auf keinen speziellen Sensortyp eines damit kalibrierbaren Sensors 12 limitiert. Die nachfolgende Beschreibung des Sensors 12 ist darum nur beispielhaft zu interpretieren. Wahlweise kann die Betreibervorrichtung 10 eine Untereinheit des Sensors 12 oder eine von den Sensor 12 getrennte Einheit sein.
Die Betreibervorrichtung 10 umfasst eine Speichereinheit 14 und eine Elektronikeinrichtung 16. Auf der Speichereinheit 14 sind zumindest ein Satz 18a von Erst- Kalibrierparametern und zumindest ein Satz von Kalibrierparametern 18b hinterlegl/abgespeichert. Die Elektronikeinrichtung 16 ist derart ausgelegt und/oder programmiert, dass mittels der Elektronikeinrichtung 16 zumindest einmalig mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße 20 für den Sensor 12 unter Berücksichtigung mindestens eines von dem Sensor 12 bereitgestellten/ausgegebenen Sensorsignals 22 und unter Verwendung des von der Speichereinheit 14 bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes 18a von Erst- Kalibrierparametern festlegbar ist/festgelegt wird. Ebenso isl/wird mittels der Elektronikeinrichtung 16 zumindest einmalig die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße 20 unter Berücksichtigung des mindestens einen von dem Sensor 12 bereitgestellten/ausgegebenen Sensorsignals 22 und unter Verwendung des von der Speichereinheit 14 bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes 18b von Kalibrierparametern festlegbar/festgelegt. Damit bewirkt auch die hier beschriebene Betreibervorrichtung 10 die oben beschriebenen Vorteile.
Bevorzugter Weise ist die Elektronikeinrichtung 16 derart ausgelegt und/oder programmiert, dass zuerst die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße 20 mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung 16 unter Verwendung des Satzes 18a von Erst- Kalibrierparametern festlegbar isl/festgelegt wird, und erst danach oder ab Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Bedingung die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße 20 mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung 16 unter Verwendung des Satzes 18b von Kalibrierparametern bestimmbar ist/bestimmt wird. Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung 16 derart ausgelegt und/oder programmiert sein, dass, solange eine ab einer Fertigstellung und/oder einer Inbetriebnahme des Sensors 12 abgelaufene Zeit unter einer vorgegebenen Grenz-Zeit liegt, solange eine Gesamtanzahl von ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors 12 mittels des Sensors 12 ausgeführten Messungen unter einer vorgegebenen Grenz-Anzahl liegt, und/oder solange ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors 12 mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors 12 noch nicht vorliegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße 20 mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung 16 unter Verwendung des Satzes 18a von Erst- Kalibrierparametern festlegbar ist/festgelegt wird. Gegebenenfalls isl/wird dann erst, sobald die ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors 12 abgelaufene Zeit über der vorgegebenen Grenz-Zeit liegt, sobald die Gesamtanzahl von ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors 12 mittels des Sensors 12 ausgeführten Messungen über der vorgegebenen Grenz-Anzahl liegt, und/oder sobald ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors 12 die mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors 12 vorliegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße 20 mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung 16 unter Verwendung des Satzes 18b von Kalibrierparametern festlegbar/festgelegt.
Der Sensor 12 kann z.B. ein Gassensor 12 sein. Aufgrund der mittels der vorteilhaften Ausbildung/Programmierung der Betreibervorrichtung 10/ihrer Elektronikeinrichtung 16 gewährleisteten verbesserten Kalibrierung des Gassensors 12 kann während eines Betriebs des Sensors 12 eine Konzentration mindestens eines zu detektierenden Gases, wie beispielsweise Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und/oder Gase der Gruppe der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, Volatile Organic Compounds) verlässlich und mit einer hohen Messgenauigkeit bestimmt werden. Insbesondere kann der Gassensor 12 ein Metalloxid, speziell ein halbleitendes Metalloxid, als gassensitives Material aufweisen. Ein derartiger Gassensor 12 kann auch als ein MOX-Gassensor bezeichnet werden. Sobald das gassensitive Material des Gassensors 12 sich im geeigneten Zustand befindet, entspricht eine Leitfähigkeit oder ein Widerstand des auf eine vorgegebene Temperatur erwärmten gassensitiven Materials der jeweiligen Konzentration des mindestens einen mit dem gassensitive Material wechselwirkenden zu detektierenden Gas in der Umgebung des Sensors 12. Allerdings braucht dieses gassensitive Material ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors 12 erst eine bestimmte Zeit, um sich an normaler Umgebungsluft zu stabilisieren. Mittels der vorteilhaften Ausbildung/Programmierung der Betreibervorrichtung 10 ist jedoch die Kalibrierung des Sensors 12 optimal an diese Materialeigenschaft seines gassensitiven Materials angepasst, so dass anschließend ein verlässlicher Betrieb des jeweiligen Gassensors gewährleistet ist.
Die Betreibervorrichtung 10/ihre Elektronikeinrichtung 16 kann zusätzlich derart ausgebildel/programmiert sein, dass alle Verfahrensschritte des vorausgehend beschriebenen Verfahrens damit ausführbar sind. Insbesondere können auf der Speichereinheit 14 auch mehrere voneinander abweichende Sätze von Erst- Kalibrierparametem und/oder mehrere Sätze von unterschiedlichen Kalibrierparametem hinterlegt/abgespeichert sein. Gegebenenfalls ist die Elektronikeinrichtung dazu ausgelegt/programmiert, unter Berücksichtigung mindestens einer Umgebungsbedingung einer aktuellen Umgebung des Sensors 12 einen anschließend verwendeten Satz von Erst- Kalibrierparametem oder Satz von Kalibrierparametem auszuwählen. Mittels der Betreibervorrichtung 10 kann außerdem auch (aufgrund von auf der Elektronikeinrichtung 16 ausgebildeten Software-Algorithmen) ein „Nullpunkt“ der Sensorsignale 22 des Sensors 12 während dessen Betrieb mindestens einmal bestimmbar sein. Insbesondere kann auf diese Weise auch ein Tracking von zeitlichen Änderung des „Nullpunkts“ der Sensorsignale 22 realisiert werden. Auf diese Weise kann eine Genauigkeit des mindestens einen mittels des Sensors 12 gemessenen Sensorwerts durch eine verlässliche Basislinienverfolgung gesteigert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Betreibervorrichtung (10) für einen Sensor (12) mit: einer Speichereinheit (14), auf welcher ein Satz (18b) von Kalibrierparametern hinterlegt ist; und einer Elektronikeinrichtung (16), welche derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (16) zumindest einmalig mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) für den Sensor (12) unter Berücksichtigung mindestens eines von dem Sensor (12) bereitgestellten Sensorsignals (22) und unter Verwendung des von der Speichereinheit (14) bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes (18b) von Kalibrierparametern festlegbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass auf der Speichereinheit (14) zusätzlich zu dem Satz (18b) von Kalibrierparametern auch ein Satz (18a) von Erst- Kalibrierparametern hinterlegt ist; und die Elektronikeinrichtung (16) zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (16) zumindest einmalig die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) unter Berücksichtigung des mindestens einen von dem Sensor (12) bereitgestellten Sensorsignals (22) und unter Verwendung des von der Speichereinheit (14) bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes (18a) von Erst- Kalibrierparametern festlegbar ist.
2. Betreibervorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Elektronikeinrichtung (16) zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass zuerst die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18a) von Erst- Kalibrierparametern festlegbar ist, und erst danach oder ab Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Bedingung die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18a) von Kalibrierparametern festlegbar ist.
3. Betreibervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikeinrichtung (16) zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass, solange eine ab einer Fertigstellung und/oder einer Inbetriebnahme des Sensors (12) abgelaufene Zeit unter einer vorgegebenen Grenz-Zeit (to) liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18a) von Erst- Kalibrierparametern festlegbar ist, während, sobald die ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors (12) abgelaufene Zeit über der vorgegebenen Grenz-Zeit (to) liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18b) von Kalibrierparametern festlegbar ist.
4. Betreibervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikeinrichtung (16) zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass, solange eine Gesamtanzahl von ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors (12) mittels des Sensors (12) ausgeführten Messungen unter einer vorgegebenen Grenz-Anzahl liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18a) von Erst- Kalibrierparametern festlegbar ist, während, sobald die Gesamtanzahl von ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors (12) mittels des Sensors (12) ausgeführten Messungen über der vorgegebenen Grenz-Anzahl liegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18b) von Kalibrierparametern festlegbar ist.
5. Betreibervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikeinrichtung (16) zusätzlich derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass, solange ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors (12) mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors (12) noch nicht vorliegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18a) von Erst-Kalibrierparametern festlegbar ist, während, sobald ab der Fertigstellung und/oder der Inbetriebnahme des Sensors (12) die mindestens eine vorgegebene Eigenschaft des Sensors (12) vorliegt, die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig mittels der Elektronikeinrichtung (16) unter Verwendung des Satzes (18b) von Kalibrierparametern festlegbar ist.
6. Sensor (12) mit: einer Betreibervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
7. Sensor (12) nach Anspruch 6, wobei der Sensor (12) ein Gassensor (12) ist.
8. Sensor (12) nach Anspruch 7, wobei der Gassensor (12) ein Metalloxid als gassensitives Material umfasst.
9. Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors (12) mit dem Schritt: zumindest einmaliges Festlegen mindestens einer sensorspezifischen Betreibergröße (20, xmax, xmm) für den Sensor (12) unter Berücksichtigung mindestens eines von dem Sensor (12) bereitgestellten Sensorsignals (22) und unter Verwendung eines von einer Speichereinheit (14) bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes (18b) von Kalibrierparametern (S2); gekennzeichnet durch: zumindest einmaliges Festlegen der mindestens einen sensorspezifischen Betreibergröße (20, xmax, xmm) unter Berücksichtigung des mindestens einen von dem Sensor (12) bereitgestellten Sensorsignals (22) und unter Verwendung eines von der Speichereinheit (14) bereitgestellten oder ausgelesenen Satzes (18a) von Erst- Kalibrierparametern (S1).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zuerst die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, xmm) mindestens einmalig unter Verwendung des Satzes (18a) von Erst- Kalibrierparametern festgelegt wird, und erst danach oder ab Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Bedingung die mindestens eine sensorspezifische Betreibergröße (20, xmax, Xmin) mindestens einmalig unter Verwendung des Satzes (18b) von Kalibrierparametern festgelegt wird.
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