DE102019124368B4 - Measuring system for measuring pressure and humidity - Google Patents
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Abstract
Messsystem (1000) zur Messung von Druck und Feuchtigkeit, umfassend zumindest eine Vorrichtung (100) zur Messung von Druck und Feuchtigkeit umfassend- zumindest einen Sensor (1) zur Messung von Druck und Feuchtigkeit, wobei der Sensor (1)- zumindest einen Kondensator (20) mit zumindest zwei Elektroden (10, 11) umfasst, welche in einer horizontalen Richtung (H1) entlang eines und auf einem flexiblem Trägermaterial (13) zueinander angeordnet sind, wobei in der horizontalen Richtung (H1) zwischen den Elektroden (10, 11) zumindest eine dielektrische Schicht (4) angeordnet ist, wobei auf einer dem Trägermaterial (13) abgewandten Seite zumindest einer Elektrode (10, 11) und/oder der dielektrischen Schicht (4) zumindest stellenweise zumindest eine zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht (3) angeordnet ist, wobei somit die zumindest eine Elektrode (10, 11) und/oder die dielektrische Schicht (4) in einer Querrichtung (Q1) zwischen dem Trägermaterial (13) und der Feuchteschicht (3) angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch eine auf die dielektrische Schicht (4) zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit (5) dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist Messwerte des Sensors (1) zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht, dadurch gekennzeichnet, dassvon der Verarbeitungseinheit (5) die von dem Sensor (1) gemessenen Daten an eine zentrale CPU (40) gesendet werden, wobei diese Daten von der Verarbeitungseinheit (5) verarbeitet werden, insbesondere wobei der Sensor (1) zusätzlich ein kapazitiver Drucksensor ist, wobei die Verarbeitungseinheit (5) zusätzlich dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine durch äußeren Druck verursachte Kapazitätsänderung des Kondensators (20) zu messen und/oder zu speichern, und weiter, wobei ein kapazitiver Drucksensor ein solcher ist, bei dem die Kapazitätsänderung infolge des Durchbiegens einer Membran und der resultierenden Änderung des Plattenabstands als Sensoreffekt ausgewertet wird, sodass es sich bei der Membran um die dielektrische Schicht (4) oder aber um die einzelnen Kondensatorelektroden (10, 11), handelt, und weiter wobei die zumindest zwei Elektroden (10, 11) verschieden von einer kammartigen Struktur mit mehreren vereinzelten Zähnen sind, und wobeiein Trennabstand (TRD) der zumindest zwei Elektroden (10, 11) von jeweils benachbarten Balken unterschiedlicher Elektroden (10, 11) in der horizontalen Richtung (H1) größer als 5 Mikrometer ist, wobeizumindest eine der Elektroden (10, 11) L-förmig, das heißt lediglich jeweils mit nur zwei innerhalb der horizontalen Richtung (H1) senkrecht zueinander verlaufenden Balken, ausgebildet ist.Measuring system (1000) for measuring pressure and humidity, comprising at least one device (100) for measuring pressure and humidity, comprising at least one sensor (1) for measuring pressure and humidity, the sensor (1) having at least one capacitor ( 20) with at least two electrodes (10, 11), which are arranged in a horizontal direction (H1) along and on a flexible carrier material (13) relative to one another, wherein in the horizontal direction (H1) between the electrodes (10, 11 ) at least one dielectric layer (4) is arranged, with at least one at least partially liquid-permeable and / or liquid-absorbing moisture layer on a side facing away from the carrier material (13) of at least one electrode (10, 11) and / or the dielectric layer (4). (3) is arranged, wherein the at least one electrode (10, 11) and/or the dielectric layer (4) are arranged in a transverse direction (Q1) between the carrier material (13) and the moisture layer (3), so that a Capacity is at least partially changed by a liquid that at least partially hits the dielectric layer (4), a processing unit (5) being set up and intended to measure and/or store measured values of the sensor (1), so that a capacitive moisture sensor is created, characterized in that the data measured by the sensor (1) are sent from the processing unit (5) to a central CPU (40), these data being processed by the processing unit (5), in particular wherein the sensor (1) is additionally a capacitive Pressure sensor is, wherein the processing unit (5) is additionally set up and intended to measure and / or store a change in capacitance of the capacitor (20) caused by external pressure, and further, wherein a capacitive pressure sensor is one in which the Change in capacitance as a result of the bending of a membrane and the resulting change in the distance between the plates is evaluated as a sensor effect, so that the membrane is the dielectric layer (4) or the individual capacitor electrodes (10, 11), and further where the at least two Electrodes (10, 11) are different from a comb-like structure with several isolated teeth, and wherein a separation distance (TRD) of the at least two electrodes (10, 11) from respectively adjacent bars of different electrodes (10, 11) in the horizontal direction (H1) is larger than 5 micrometers, wherein at least one of the electrodes (10, 11) is L-shaped, that is to say with only two bars running perpendicular to one another within the horizontal direction (H1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur Messung von Druck und Feuchtigkeit sowie ein Verfahren zur Messung von Druck und Feuchtigkeit umfassend die jeweiligen Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 13.The present invention relates to a measuring system for measuring pressure and moisture and a method for measuring pressure and moisture comprising the respective preambles of
Das erfindungsgemäße Messsystem zur Messung von Druck und Feuchtigkeit umfasst zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und Feuchtigkeit, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung, entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblen, Trägermaterial zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist.The measuring system according to the invention for measuring pressure and humidity comprises at least one sensor for measuring pressure and humidity, the sensor comprising at least one capacitor with at least two electrodes, which, in particular in a horizontal direction, along and on a, in particular flexible, carrier material are arranged relative to one another, with at least one dielectric layer being arranged between the electrodes.
Die beiden Elektroden können in der gleichen Ebene angeordnet sein. Zum Beispiel sind diese beiden Elektroden die einzigen in der jeweils gleichen Ebene angeordneten Elektroden. In einer wie später beschriebenen gestackten Ausführungsform sind zum Beispiel dann jeweils paarweise übereinander angeordnete Elektrodenpaare vorhanden. Vorzugsweise überlappen sich die Elektroden eines Sensors (also des gleichen Sensors) in einer zur Anordnungsebene (horizontale Ebene) von zwei Elektroden (welche einen Kondensator bilden) nicht. Die beiden Elektroden können daher, in zumindest einer Ausführungsform, ausschließlich in der horizontalen Ebene nebeneinander, und vorzugsweise auch auf gleicher Höhe angeordnet sein.The two electrodes can be arranged in the same plane. For example, these two electrodes are the only electrodes arranged in the same plane. In a stacked embodiment as described later, for example, pairs of electrodes arranged one above the other are present. Preferably, the electrodes of a sensor (i.e. the same sensor) do not overlap in an arrangement plane (horizontal plane) of two electrodes (which form a capacitor). The two electrodes can therefore, in at least one embodiment, be arranged next to one another exclusively in the horizontal plane, and preferably also at the same height.
Die horizontale Richtung ist vorzugsweise eine Haupterstreckungsrichtung des flexiblen Trägermaterials.The horizontal direction is preferably a main direction of extension of the flexible carrier material.
„Flexibel“ heißt in diesem Zusammenhang, dass das Trägermaterial zumindest stellenweise biegsam und damit elastisch ist.“Flexible” in this context means that the carrier material is at least partially flexible and therefore elastic.
Insbesondere kann es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff oder um einen sonstigen Bekleidungsstoff, wie zum Beispiel ein Polyester handeln.In particular, the carrier material can be a woven fabric or another clothing material, such as a polyester.
Bei dem Trägermaterial kann es sich jedoch auch um ein Trägersubstrat, zum Beispiel ein Halbleitersubstrat handeln, welches zumindest stellenweise biegsam ist. Im Sinne der Erfindung kommt als Trägermaterial jedoch insbesondere kein Möbelstück, wie zum Beispiel ein Tisch oder ein Bett in Betracht. Dies unter anderem deshalb, da diese Möbel im Sinne der Erfindung nicht als flexibel anzusehen sind. Es handelt es sich im Sinne der Erfindung hierbei vielmehr um statische, nicht flexible Gegenstände.However, the carrier material can also be a carrier substrate, for example a semiconductor substrate, which is flexible at least in places. For the purposes of the invention, however, no piece of furniture, such as a table or a bed, can be considered as a carrier material. This is, among other things, because this furniture is not to be viewed as flexible within the meaning of the invention. In the sense of the invention, these are rather static, non-flexible objects.
Zum Beispiel ist das Trägermaterial verschieden von einem Papier oder einer Pappe. Es wurde herausgefunden, dass Papier und Pappe als Trägermaterial schwer handhabbar und wenig formstabil ist. Zudem saugt sich Papier und Pappe zumindest teilweise mit der Feuchtigkeit voll. Vorzugsweise ist der gesamte hier beschriebe Sensor, und insbesondere auch die gesamte hier beschriebene Vorrichtung frei von Papier und Pappe basierten Materialien.For example, the carrier material is different from a paper or a cardboard. It has been found that paper and cardboard as carrier materials are difficult to handle and have little shape stability. In addition, paper and cardboard become at least partially saturated with moisture. Preferably, the entire sensor described here, and in particular the entire device described here, is free of paper and cardboard-based materials.
Die dielektrische Schicht beabstandet damit die beiden Elektroden in einer horizontalen und/oder in einer dazu senkrechten Querrichtung.
Erfindungsgemäß ist auf einer dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elektrode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit, zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, die Messwerte des Sensors zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.The dielectric layer thus distances the two electrodes in a horizontal and/or in a transverse direction perpendicular thereto.
According to the invention, at least one electrode and/or the dielectric layer is arranged at least in places on a side facing away from the carrier material, at least one, at least partially liquid-permeable and/or liquid-absorbing moisture layer, with the at least one electrode and/or dielectric layer thus being arranged in a transverse direction between the carrier material and the moisture layer are arranged, so that a capacitance is at least partially changed by the liquid hitting the dielectric layer, wherein a processing unit is set up and intended to measure and / or store the measured values of the sensor, so that a capacitive moisture sensor arises.
Vorzugsweise sind die beiden Elektroden verschieden von einer kammartigen Struktur mit mehreren vereinzelten Zähnen.Preferably, the two electrodes are different from a comb-like structure with several scattered teeth.
Ein kapazitiver Feuchtesensor ist im Prinzip ein Kondensator, dessen Dielektrikum vorzugsweise aus einem hygroskopischen Polymerschicht besteht, die entsprechend der Feuchtigkeit der Umgebungsluft Feuchtigkeit aufnimmt (absorbiert) oder abgibt (desorbiert) bis ein Gleichgewichtszustand (Diffusionsgefälle ist = 0) erreicht ist. Dabei verändert sich die Dielektrizitätskonstante des Polymermaterials als Funktion eines Feuchtegehalts.A capacitive humidity sensor is in principle a capacitor whose dielectric preferably consists of a hygroscopic polymer layer that absorbs (absorbs) or releases (desorbs) moisture depending on the humidity of the ambient air until an equilibrium state (diffusion gradient = 0) is reached. The dielectric constant of the polymer material changes as a function of moisture content.
Die Aufgabe der Verarbeitungseinheit besteht unter anderem darin, vorzugsweise auch aus einer gemessenen Umgebungstemperatur und dem feuchtigkeitsabhängigen Kapazitätswert des Sensors die relative Feuchte möglichst genau zu ermitteln.The task of the processing unit is, among other things, to determine the relative humidity as accurately as possible from a measured ambient temperature and the humidity-dependent capacitance value of the sensor.
Erfindungsgemäß werden von der Verarbeitungseinheit die von dem Sensor gemessenen Daten an eine zentrale CPU (Central Processing Unit) gesendet, wobei diese Daten von der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden. Die CPU und die Verarbeitungseinheit sind vorzugsweise verschieden voneinander. Die CPU und die Verarbeitungseinheit sind zum Beispiel voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere können die Verarbeitungseinheit und die CPU nicht auf einem gemeinsamen Träger und/oder Substrat angeordnet sein, sofern der Träger nicht das Trägermaterial, also zum Beispiel einem Textil, ist.According to the invention, the data measured by the sensor is sent by the processing unit to a central CPU (Central Processing Unit), with this data being processed by the processing unit. The CPU and the processing unit are preferably different from each other. For example, the CPU and the processing unit are arranged at a distance from each other. In particular, the processing unit and the CPU cannot be arranged on a common carrier and/or substrate, unless the carrier is the carrier material, for example a textile.
Auch ist denkbar, dass die hier beanspruchte Vorrichtung und insbesondere die Sensoren, auf einer Innenfläche eines Reifen verbaut sind. Auch ist denkbar, dass die Sensoren sogar mit in das Material des Reifen eingefügt sind. Dabei ist vorstellbar, dass die Sensoren alle in das Material eingefügt und damit von dem Material des Reifens ummantelt sind und die Verarbeitungseinheiten auf der Innenfläche des Reifens angeordnet sind. Alternativ können jedoch auch die Verarbeitungseinheiten in das Material des Reifens eingefügt sein. Die Sensoren können dann den Reifeninnendruck, die Reifeninnentemperatur und/oder die Einzel- oder Gesamtlaufzeit des Reifens erfassen.It is also conceivable that the device claimed here and in particular the sensors are installed on an inner surface of a tire. It is also conceivable that the sensors are even integrated into the material of the tire. It is conceivable that the sensors are all inserted into the material and are therefore covered by the material of the tire and the processing units are arranged on the inner surface of the tire. Alternatively, however, the processing units can also be inserted into the material of the tire. The sensors can then record the internal tire pressure, the internal tire temperature and/or the individual or total running time of the tire.
Die
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Messsystem zumindest eines Vorrichtung zur Messung von Druck und Feuchtigkeit, wobei die Vorrichtung zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und Feuchtigkeit aufweist, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem insbesondere flexiblen Trägermaterial zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist.According to at least one embodiment, the measuring system comprises at least one device for measuring pressure and humidity, wherein the device has at least one sensor for measuring pressure and humidity, wherein the sensor comprises at least one capacitor with at least two electrodes, which in particular run along in a horizontal direction one and on a particularly flexible carrier material are arranged relative to one another, with at least one dielectric layer being arranged between the electrodes.
Erfindungsgemäß ist auf eine dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Schicht (= Feuchteschicht) angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht in Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit, zumindest teilweise verändert wird, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist diese Messwerte des Sensors zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.According to the invention, at least one electrode and/or dielectric layer is arranged at least in places on a side facing away from the carrier material, at least one, at least partially liquid-permeable and/or liquid-absorbing layer (= moisture layer), with the at least one electrode and/or dielectric layer being arranged in the transverse direction between the carrier material and the moisture layer are arranged, so that a capacitance is at least partially changed by the liquid hitting the dielectric layer, a processing unit being set up and intended to measure and/or store these measured values of the sensor, so that a capacitive humidity sensor is created.
Erfindungsgemäß werden von der Verarbeitungseinheit die von dem Sensor gemessenen Daten an eine zentrale CPU (Central Processing Unit) gesendet, wobei diese Daten von der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden.According to the invention, the data measured by the sensor is sent by the processing unit to a central CPU (Central Processing Unit), with this data being processed by the processing unit.
Der Sensor und/oder die Verarbeitungseinheit und/oder die zentrale CPU können mittels einer Batterie oder einer Festnetzstromversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden.The sensor and/or the processing unit and/or the central CPU can be used by means of a Battery or a landline power supply can be supplied with electrical energy.
Alternativ oder zusätzlich ist die Erzeugung von elektrischer Energie zur Versorgung des Sensors und/oder Verarbeitungseinheit mittels sogenannten „Energy Harvesting“ möglich.Alternatively or additionally, it is possible to generate electrical energy to supply the sensor and/or processing unit using so-called “energy harvesting”.
„Als Energy Harvesting (wörtlich übersetzt Energie-Ernten) bezeichnet man die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen für mobile Geräte mit geringer Leistung. Die dafür eingesetzten Strukturen werden auch als Nanogenerator bezeichnet. Energy Harvesting vermeidet bei Drahtlostechnologien Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batterien.“Energy harvesting refers to the extraction of small amounts of electrical energy from sources such as ambient temperature, vibrations or air currents for low-power mobile devices. The structures used for this are also known as nanogenerators. Energy harvesting avoids the limitations of wired power or batteries in wireless technologies.
Möglichkeiten des Energy Harvesting:
- - Piezoelektrische Kristalle erzeugen bei Krafteinwirkung, beispielsweise durch Druck oder Vibration, elektrische Spannungen. Diese Kristalle können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.
- - Thermoelektrische Generatoren und pyroelektrische Kristalle gewinnen aus Temperaturunterschieden elektrische Energie. Diese Generatoren können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.
- - Über Antennen kann die Energie von Radiowellen, eine Form von elektromagnetischer Strahlung, aufgefangen und energetisch verwendet werden. Ein Beispiel dafür sind die passiven RFIDs. Diese Antennen können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.
- - Photovoltaik, elektrische Energie aus der Umgebungsbeleuchtung.
- - Osmose." (Wikipedia - Die freie Enzyklopädie: Seite „Energy Harvesting“. Bearbeitungsstand: 30. Dezember 2018. URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Energy_Harvesting).
- - Piezoelectric crystals generate electrical voltages when force is applied, for example through pressure or vibration. These crystals can be arranged on or on the carrier material.
- - Thermoelectric generators and pyroelectric crystals generate electrical energy from temperature differences. These generators can be arranged on or on the carrier material.
- - The energy of radio waves, a form of electromagnetic radiation, can be collected and used energetically via antennas. An example of this are passive RFIDs. These antennas can be arranged on or on the carrier material.
- - Photovoltaics, electrical energy from ambient lighting.
- - Osmosis." (Wikipedia - The free encyclopedia: "Energy Harvesting" page. Edit status: December 30, 2018. URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Energy_Harvesting).
Ein Energiespeicher der Vorrichtung kann Teil einer Verarbeitungseinheit sein. Hierzu können eine oder mehrere der Verarbeitungseinheiten einen solchen Energiespeicher (lokale Energiespeicher) aufweisen. Zum Beispiel weist nur eine oder einige der Verarbeitungseinheiten einen solchen Energiespeicher auf, sodass eine dieser Verarbeitungseinheiten eine andere Verarbeitungseinheit (nämlich eine solche, welche keinen Energiespeicher aufweist) mit elektrischer Energie versorgt.An energy storage device of the device can be part of a processing unit. For this purpose, one or more of the processing units can have such an energy storage (local energy storage). For example, only one or some of the processing units have such an energy storage, so that one of these processing units supplies another processing unit (namely one that does not have an energy storage) with electrical energy.
Auch ist denkbar, dass die Energiespeichereinheit(en) der Verarbeitungseinheit(en) die CPU mit elektrischer Energie ganz oder teilweise versorgt. Zum Beispiel kann so die CPU an keine weiteren Energiespeicher und/oder Energieversorgungsleitungen angeschlossen sein.It is also conceivable that the energy storage unit(s) of the processing unit(s) supplies the CPU with electrical energy in whole or in part. For example, the CPU cannot be connected to any other energy storage and/or energy supply lines.
Über das oben genannte Energy Harvesting kann zumindest einer der Energiespeicher geladen werden.At least one of the energy storage devices can be charged using the energy harvesting mentioned above.
Die Energieübertragung zwischen den Sensoren und/oder den Verarbeitungseinheiten und/oder der CPU kann ganz oder teilweise drahtlos erfolgen.The energy transfer between the sensors and/or the processing units and/or the CPU can be entirely or partially wireless.
Zu der drahtlosen Energieübertragungen im Nahfeld, auch als nicht strahlende Kopplung bezeichnet, zählt beispielsweise die indukvtive Kopplung, basierend auf dem magnetischen Fluss. Häufig wird die Bezeichnung der drahtlosen Energieübertragung synonym für die induktive Energieübertragung verwendet, da diese in praktischen Anwendungen eine dominante Rolle einnimmt. Bei der nicht strahlenden Kopplung im Nahfeld spielen Wellenphänomene keine Rolle.Wireless energy transmission in the near field, also known as non-radiative coupling, includes, for example, inductive coupling based on the magnetic flux. The term wireless energy transmission is often used synonymously with inductive energy transmission because this plays a dominant role in practical applications. In non-radiative coupling in the near field, wave phenomena play no role.
Zum Beispiel geschieht die drahtlose Energieübertragung zwischen den einzelnen Elementen mittels induktiver Kopplung, resonanter induktiver Kopplung und/oder kapazitiver Kopplung.For example, the wireless energy transfer between the individual elements occurs using inductive coupling, resonant inductive coupling and/or capacitive coupling.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Messsystem zumindest zwei Sensoren auf, wobei durch die Verarbeitungseinheit die Sensoren in Gruppen aus zumindest einem Sensor auf Basis zumindest einem der folgenden Kriterien unterteilt werden:
- - Anordnungsort des Sensors oder der Sensoren auf dem Trägermaterial, wobei das Trägermaterial in Flächengebiete eingeteilt ist, und innerhalb eines Flächengebiets nur Sensoren einer Gruppe angeordnet sind,
- - Flächenausdehnung eines Sensors.
- - Arrangement location of the sensor or sensors on the carrier material, the carrier material being divided into surface areas and only sensors of a group being arranged within a surface area,
- - Area extent of a sensor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Messsystem zumindest zwei Vorrichtungen zur Messung von Druck und Feuchtigkeit, wobei jede Verarbeitungseinheit Ihre von den Sensoren empfangenen Daten an die zentrale CPU weiterleitet. Die Datenverbindung zwischen der Verarbeitungseinheit und der zentralen CPU kann kabelgebunden (mit Datenverbindungen) oder aber Wireless erfolgen. Hierzu kann zumindest eine Verarbeitungseinheit eine Bluetooth Verbindung zu der zentralen CPU aufbauen.According to at least one embodiment, the measuring system comprises at least two devices for measuring pressure and humidity, with each processing unit forwarding the data received from the sensors to the central CPU. The data connection between the processing unit and the central CPU can be wired (with data connections) or wireless. For this purpose, at least one processing unit can establish a Bluetooth connection to the central CPU.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eine Vorrichtung zumindest zwei Sensoren. Insofern kann eine Sensorgruppe bereits durch diese zwei Sensoren gebildet sein. Die beiden Sensoren könne dann durch eine gemeinsame Verarbeitungseinheit gesteuert und/oder geregelt werden.According to at least one embodiment, at least one device comprises at least two sensors. In this respect, a sensor group can already be formed by these two sensors. The two sensors can then be connected through a common connection working unit can be controlled and/or regulated.
Denkbar ist, dass die Vielzahl von Verarbeitungseinheiten ein Verarbeitungsnetzwerk ausbilden, wobei die Erfassung, Verarbeitung und/oder Weitergabe der Sensordaten und/oder der Verarbeitungsdaten eines jeden Sensors und/oder einer jeden Verarbeitungseinheit durch zumindest eine Steuerungseinrichtung (Master) gesteuert wird. Die Steuerungseinheit kann identisch mit der oben beschriebenen CPU sein.It is conceivable that the plurality of processing units form a processing network, with the acquisition, processing and/or forwarding of the sensor data and/or the processing data of each sensor and/or each processing unit being controlled by at least one control device (master). The control unit can be identical to the CPU described above.
Es ist jedoch auch möglich, dass eine oder mehrere der Verarbeitungseinheiten den Master darstellen, welcher die übrigen Verarbeitungseinheiten (Slave) und/oder die übrigen Sensoren (Slave) steuern.However, it is also possible for one or more of the processing units to represent the master, which controls the remaining processing units (slave) and/or the remaining sensors (slave).
Zum Beispiel kann eine der Verarbeitungseinheiten und/oder die CPU nach Inbetriebnahme der Vorrichtung (zum Beispiel nach einem Anschalten der Vorrichtung), solche Sensoren auswählen, welche für eine vorgebbare Nutzungsdauer in Betrieb genommen werden. Alternativ können auch alle oder einige Sensoren in Betrieb genommen werden, dann jedoch ist vorstellbar, dass eine Verarbeitungseinheit und/oder die CPU, insbesondere zum Zwecke der Energieersparnis, nur Daten einer vorgegebenen Anzahl (also weniger als alle Sensoren) von Sensoren an die CPU weiterleitet (Filterung).For example, after the device has been put into operation (for example after the device has been switched on), one of the processing units and/or the CPU can select those sensors which are put into operation for a predeterminable period of use. Alternatively, all or some sensors can be put into operation, but then it is conceivable that a processing unit and/or the CPU, in particular for the purpose of saving energy, only forwards data from a predetermined number (i.e. less than all sensors) of sensors to the CPU (Filtering).
Diese Master-Verarbeitungseinheit kann vorzugsweise als einzige Einheit mit der CPU kommunizieren.This master processing unit can preferably be the only unit that can communicate with the CPU.
Weiter alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass eine oder alle Verarbeitungseinheiten und/oder ein Sensor (Slave oder Master) direkt mit der CPU kommunizieren.Alternatively or additionally, it is conceivable that one or all processing units and/or a sensor (slave or master) communicate directly with the CPU.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verarbeitungsnetzwerk mittels zumindest eines VLAN-Switches in zumindest zwei, nur logisch voneinander getrennte, Netzwerksegmente (VLANs) unterteilbar, wobei jedes der Erfassungselemente in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch einen VLAN-Switch und/oder der Steuerungseinrichtung und somit durch jedes der Netzwerksegmente ansteuerbar ist.According to at least one embodiment, the processing network can be divided into at least two network segments (VLANs) that are only logically separated from one another by means of at least one VLAN switch, each of the detection elements depending on the control by a VLAN switch and / or the control device and thus by each of the network segments can be controlled.
Wird zum Beispiel eine sehr große Fläche (zum Beispiel ein Textil) mit einer Vielzahl von hier beanspruchten Sensoren und Verarbeitungseinheiten bestückt können in besonders einfacher Art und Weise dann einzelne Verarbeitungseinheiten und/oder Sensoren kategorisiert werden (nach verschiedenen Prioritäten etc.). Es wird somit in einer Ausführungsform statt einer physikalischen Netzwerkunterteilung eine „virtuelle“, das heißt VLAN-Unterteilung gewählt. Dies gewährleistet nämlich, dass auf Veränderungen in der Kategorisierung der Verarbeitungseinheiten und/oder Sensoren besonders schnell und ohne aufwendige Umbauarbeiten reagiert werden kann.For example, if a very large area (e.g. a textile) is equipped with a large number of sensors and processing units used here, individual processing units and/or sensors can then be categorized in a particularly simple manner (according to different priorities, etc.). In one embodiment, a “virtual”, i.e. VLAN, division is chosen instead of a physical network division. This ensures that changes in the categorization of the processing units and/or sensors can be responded to particularly quickly and without complex conversion work.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Messsystem zumindest ein Verarbeitungsnetzwerk, wobei mittels zumindest eines VLAN-Switches des Verarbeitungsnetzwerks, dieses in zumindest zwei, nur logisch voneinander getrennte, Netzwerksegmente (VLAN) unterteilbar ist, und wobei jeder Verarbeitungseinheiten und/oder jeder der Sensoren in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch den VLAN-Switch durch jedes der Netzwerksegmente ansteuerbar sind.According to at least one embodiment, the measuring system comprises at least one processing network, wherein by means of at least one VLAN switch of the processing network, this can be divided into at least two network segments (VLAN) that are only logically separated from one another, and wherein each processing unit and/or each of the sensors depends can be controlled by each of the network segments by the VLAN switch.
Dazu kann der VLAN-Switch in zumindest einem der Verarbeitungseinheiten und/oder Sensoren oder in einem separaten Bauteil verbaut sein.For this purpose, the VLAN switch can be installed in at least one of the processing units and/or sensors or in a separate component.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels des VLAN-Switches eine Priorisierung der einzelnen Netzwerksegmente insbesondere im Hinblick auf deren Datenaustausch durchgeführt.According to at least one embodiment, the individual network segments are prioritized using the VLAN switch, particularly with regard to their data exchange.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder Verarbeitungseinheit und/oder jedem Netzwerksegment zumindest eine VLAN-ID zugeordnet, wobei über jede der VLAN-IDs zumindest ein Sensor oder eine andere Verarbeitungseinheit ansteuerbar ist. Einzelne Sensoren und/oder einzelne Verarbeitungseinheiten können ein eigenes Sub-Netzwerk bilden.According to at least one embodiment, at least one VLAN ID is assigned to each processing unit and/or each network segment, with at least one sensor or another processing unit being controllable via each of the VLAN IDs. Individual sensors and/or individual processing units can form their own sub-network.
Um über Netzwerkgrenzen zu kommunizieren, werden im Stand der Technik statische projektdynamische Routen eingesetzt. Dieses Modell der Trennung ist klar und übersichtlich und wurde über Jahre angewandt. Dies hat jedoch die Nachteile, dass Broadcastanforderungen im Subnetz für alle Teilnehmer sichtbar sind und von den Endpunkten betrachtet werden müssten. Mit anderen Worten, konnten bisher verschiedene Endgeräte nur über entsprechende, jedem Subnetz zugeordnete, separate und physikalisch voneinander getrennte Switches angesteuert werden. Ein derartiger Aufbau ist jedoch besonders kostspielig und umfangreich im Design.In order to communicate across network boundaries, static project-dynamic routes are used in the prior art. This model of separation is clear and concise and has been used for years. However, this has the disadvantage that broadcast requests in the subnet are visible to all participants and would have to be viewed by the endpoints. In other words, previously different end devices could only be controlled via corresponding, separate and physically separate switches assigned to each subnet. However, such a structure is particularly expensive and extensive in design.
Wie obig bereits erwähnt, ist somit insbesondere auf die Ausgestaltung eines jeden Subnetzwerks mit einem separaten Switch und separaten physikalischen Datenleitungen verzichtet, sodass für das gesamte Netzwerk eine einzige physikalische Struktur angewandt werden kann, wobei diese physikalische Struktur, d. h. Netzwerkarchitektur, nur aufgrund einer logischen, insbesondere auch mathematischen Unterscheidung (d. h. gedacht), aufgetrennt wird.As already mentioned above, the design of each subnetwork with a separate switch and separate physical data lines is dispensed with, so that a single physical structure can be used for the entire network, this physical structure, i.e. H. Network architecture, is only separated (i.e. thought) based on a logical, especially mathematical distinction.
Dabei bezeichnet die Abkürzung „VLAN-Switch“ einen solchen Netzwerkswitch, welcher dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, ein Netzwerk in Form eines Virtual Local Area Network (VLAN) mit zu betreiben.The abbreviation “VLAN switch” refers to a network switch that is set up and intended to operate a network in the form of a Virtual Local Area Network (VLAN).
Insofern wird somit durch die nunmehr beanspruchten Netzwerksegmente, welche jeweils in Form eines VLAN-Netzwerks ausgebildet sein können, ermöglicht, dass die Trennung des Netzwerks in mehrere logische Segmente, also die Netzwerksegmente, unterteilt wird.In this respect, the now claimed network segments, which can each be designed in the form of a VLAN network, make it possible for the network to be divided into several logical segments, i.e. the network segments.
Anders als bei der physikalischen Trennung durch die Zuordnung zu einem Switch Port werden bei der Trennung durch VLANs die Geräte durch eine VLAN-ID logisch getrennt. Dabei wird der Datenstrom jeder Station mit einer Kennung (dem VLAN-„Tag“) versehen. Diese Kennung bestimmt die Zugehörigkeit eines Datenpakets zu einem bestimmten VLAN. Alle Geräte mit der gleichen VLAN-Kennung befinden sich nunmehr in einem logischen Netzwerk.In contrast to physical separation through assignment to a switch port, with separation through VLANs the devices are logically separated by a VLAN ID. The data stream of each station is provided with an identifier (the VLAN “tag”). This identifier determines whether a data packet belongs to a specific VLAN. All devices with the same VLAN identifier are now in a logical network.
Insbesondere kann nämlich durch die logische Trennung der einzelnen Netzwerke ein Broadcast eingegrenzt werden. Broadcasts werden nämlich nur an Mitglieder des gleichen VLANS und nicht an alle am Switch hängenden Steuerelemente verteilt.In particular, a broadcast can be limited by the logical separation of the individual networks. Broadcasts are only distributed to members of the same VLAN and not to all controls attached to the switch.
Dies trägt insofern auch nicht nur zu einer höheren Leistung, sondern auch zu mehr Sicherheit bei, denn der Datenverkehr wird auf weniger Adressaten eingeschränkt. Hinzu kommt, dass Benutzer oder die Steuerelemente in der Regel in einem VLAN keine Möglichkeit haben aus dem zugewiesenen VLAN auszubrechen. Ein Zugriff (oder Angriff) auf einen anderen Rechner, der nicht zum eigenen VLAN gehört kann daher bereits durch den Netzwerkswitch verhindert werden. Wenn eine VLAN übergreifende Kommunikation notwendig ist, können hierfür explizit Routen eingerichtet werden.This not only contributes to higher performance, but also to greater security because data traffic is restricted to fewer recipients. In addition, users or controls in a VLAN usually have no way of breaking out of the assigned VLAN. Access (or attack) to another computer that does not belong to your own VLAN can therefore be prevented by the network switch. If cross-VLAN communication is necessary, routes can be explicitly set up for this purpose.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene VLAN-Technologie eine solche sein kann, welche an den Industriestandard IEEE 802.1Q angepasst ist und/oder mit diesem kompatibel ist.In particular, it should be noted that the VLAN technology described here may be one that is adapted to and/or compatible with the industry standard IEEE 802.1Q.
Der Standard IEEE 802.1Q ist eine durch das IEEE genormte Priorisierungs- und VLAN-Technologie, die im Unterschied zu den älteren, nur Port-basierten VLANs, paketbasierte tagged-VLANS implementiert. Der Ausdruck „tagged“ leitet sich vom englischen Ausdruck „material tags“ ab.The IEEE 802.1Q standard is a prioritization and VLAN technology standardized by the IEEE, which, in contrast to the older, only port-based VLANs, implements packet-based tagged VLANS. The term “tagged” is derived from the English expression “material tags”.
Es handelt sich daher bei tagged-VLANS um Netze, die Netzwerkpakete verwenden, welche eine spezielle VLAN-Markierung tragen.Tagged VLANS are therefore networks that use network packets that carry a special VLAN tag.
Insbesondere sind nämlich in den 802.1Q-Standard Datenfelder für das V-LAN-tagging definiert, die in dem Datenbereich eines Ethernetpakets eingeführt werden können.In particular, data fields for V-LAN tagging are defined in the 802.1Q standard, which can be introduced in the data area of an Ethernet packet.
Insofern kann das vorliegende Netzwerk in Form eines Ethernet-Kommunikationssystems ausgebildet sein.In this respect, the present network can be designed in the form of an Ethernet communication system.
Das hat den Vorteil, dass in der Regel auch bereits vorhandene, ältere Switches solche Pakete weiterleiten können. Das eingefügte Tag besteht in der Regel aus mehreren Feldern, beispielsweise vier Feldern mit einer Gesamtlänge von 32 Bit.This has the advantage that older switches that already exist can usually forward such packets. The inserted tag usually consists of several fields, for example four fields with a total length of 32 bits.
Für die Protokoll-ID werden 2 Byte, für das Prioritätenfeld 3 Bit, für Indikator des Canonicalformats 1 Bit und für VLAN-ID 12 Bit genutzt.2 bytes are used for the protocol ID, 3 bits for the priority field, 1 bit for the canonical format indicator and 12 bits for the VLAN ID.
Zur eindeutigen Identifizierung eines VLANS wird jedem VLAN daher zunächst eine eindeutige Nummer zugeordnet. Man nennt diese Nummer VLAN-ID. Ein Erkennungsmodul, das mit der VLAN-ID = 1 ausgestattet ist, kann mit jedem anderen Gerät im gleichen VLAN kommunizieren, nicht jedoch mit einem Gerät in einem anderen VLAN, wie z. B. ID = 2, 3,....To uniquely identify a VLAN, each VLAN is first assigned a unique number. This number is called VLAN ID. A discovery module equipped with VLAN ID = 1 can communicate with any other device on the same VLAN, but not with a device on a different VLAN, such as: E.g. ID = 2, 3,....
Um zwischen den VLANS zu unterscheiden, wird nach dem Standard IEEE 802.1Q ein Ethernetframe um 4 Byte erweitert. Davon sind 12 Bit zur Aufnahme der VLAN-ID vorgesehen, sodass (ohne Ausnutzung des Canonical Formats) theoretisch 4096-2 = 4094 VLANS möglich sind.In order to distinguish between the VLANS, an Ethernet frame is expanded by 4 bytes according to the IEEE 802.1Q standard. Of these, 12 bits are intended to record the VLAN ID, so that 4096-2 = 4094 VLANS are theoretically possible (without using the canonical format).
Denkbar ist, dass die einzelnen logischen Netzwerkverbindungen entsprechend eines OPC-Standards, d. h. beispielsweise in Form von OPC UA-Verbindungen, ausgebildet sind. Insbesondere ist nämlich denkbar, dass pro Netzwerksegment über die Steuerungseinrichtung mehrere OPC UA-Endpunkte mit unterschiedlicher IP-Adresse, VLAN-ID und Priorisierung entsprechend des oben genannten Standards IEEE 802.1Q zur Verfügung stehen.
Weist nun ein Netzwerksegment, welches eindeutig, vorzugsweise eineindeutig, eine bestimmte VLAN-ID zugewiesen bekommen hat, eine höhere Priorität auf als ein, nur in logischer Hinsicht, davon unterschiedliches Netzwerksegment einer entsprechend unterschiedlichen VLAN-ID, so können die Steuerungseinrichtung und/oder der VLAN-Switch dazu vorgesehen sein, zunächst den Datenaustausch des höher priorisierten Netzwerksegments zu bevorzugen, um erst nach Abbau der diesem höher priorisierten Netzwerksegment zugeordneten Aufgaben eine Abarbeitung des tiefer priorisierten Netzwerksegments zu erlauben.It is conceivable that the individual logical network connections are designed according to an OPC standard, that is, for example in the form of OPC UA connections. In particular, it is conceivable that several OPC UA endpoints with different IP addresses, VLAN IDs and prioritization are available per network segment via the control device in accordance with the above-mentioned IEEE 802.1Q standard.
If a network segment that has been uniquely, preferably uniquely, assigned a specific VLAN ID now has a higher priority than a network segment that is different from it only in logical terms and has a correspondingly different VLAN ID, then the control device and/or the VLAN switch is intended to initially prefer the data exchange of the higher-priority network segment in order to only allow processing of the lower-priority network segment after the tasks assigned to this higher-priority network segment have been eliminated.
Mit anderen Worten gilt generell: Zuordnung und Konfiguration der OPC UA Endpunkte zu einem bestimmten Netzwerksegment entsprechend der VLAN-ID und Zuordnung einer Priorität, entsprechend der Priorität des entsprechenden VLANs.In other words, the following generally applies: assignment and configuration of the OPC UA endpoints into one specific network segment according to the VLAN ID and assigning a priority, according to the priority of the corresponding VLAN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jedem Sensor und/oder jeder Verarbeitungseinheit zumindest eine VLAN-ID zugeordnet und jedem Netzwerksegment ist wiederum zumindest eine, beispielsweise genau eine, eindeutig, vorzugsweise eineindeutig, VLAN-ID zugeordnet, wobei über jede der VLAN-IDs zumindest ein Steuerelement ansteuerbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eine Vorrichtung zumindest einen Temperatursensor, wobei der Temperatursensor eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur eines Sensors misst und an die Verarbeitungseinheit einer Vorrichtung und/oder an die zentrale CPU weiterleitet.According to at least one embodiment, at least one VLAN ID is assigned to each sensor and/or each processing unit and each network segment is in turn assigned at least one, for example exactly one, unique, preferably one-to-one, VLAN ID, with at least one control element via each of the VLAN IDs can be controlled. According to at least one embodiment, at least one device comprises at least one temperature sensor, wherein the temperature sensor measures an ambient temperature and/or a temperature of a sensor and forwards it to the processing unit of a device and/or to the central CPU.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ermittelt die zentrale CPU einen Auslastungsgrad (CPU-Last und/oder Speicherverbrauch) von zumindest einer Verarbeitungseinheit, wobei bei Überschreiten einer Grenztemperatur der Verarbeitungseinheit und/oder zumindest der dieser Verarbeitungseinheit zugeordneten Sensor diese(r) in seiner Leistung zumindest teilweise gedrosselt oder ganz abgeschaltet wirdAccording to at least one embodiment, the central CPU determines a degree of utilization (CPU load and/or memory consumption) of at least one processing unit, whereby if a limit temperature of the processing unit and/or at least the sensor assigned to this processing unit is exceeded, its performance is at least partially throttled or switched off completely
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor zusätzlich ein kapazitiver Drucksensor, wobei die Verarbeitungseinheit zusätzlich dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine durch äußeren Druck verursachte Kapazitätsänderung des Kondensators zu messen und/oder zu speichern.According to at least one embodiment, the sensor is additionally a capacitive pressure sensor, wherein the processing unit is additionally set up and intended to measure and/or store a change in capacitance of the capacitor caused by external pressure.
Grundsätzlich handelt es sich bei einem „kapazitiven Sensor“ also um einen Sensor, welcher auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeitet. Die Beeinflussung der Kapazität durch die zu erfassende Größe kann dabei auf verschiedene Arten, erfolgen die primär durch den Verwendungszweck bestimmt ist.Basically, a “capacitive sensor” is a sensor that works based on the change in the electrical capacity of an individual capacitor or a capacitor system. The capacity can be influenced by the size to be recorded in various ways, which are primarily determined by the intended use.
„Ein kapazitiver Sensor basiert unter anderem darauf, dass zwei Elektroden, einer davon kann die zumessende Oberfläche sein, die „Platten“ eines elektrischen Kondensators bilden, dessen Kapazität oder Kapazitätsänderung gemessen wird, die folgendermaßen beeinflusst werden kann:
- - Eine Platte wird durch den zu messenden Effekt verschoben und/oder verformt, wodurch sich der Plattenabstand und damit die elektrische messbare Kapazität ändern.
- - Die Platten sind starr und die Kapazität an Sich ändert sich dadurch, dass ein elektrisch leitendes Material oder ein Dielektrikum in unmittelbare Nähe gebracht wird.
- - Die wirksame Plattenfläche ändert sich, indem die Platten wie bei einem Drehkondensator gegeneinander verschoben werden.
- - A plate is displaced and/or deformed by the effect to be measured, which changes the distance between the plates and thus the electrical measurable capacity.
- - The plates are rigid and the capacity itself changes when an electrically conductive material or dielectric is brought into close proximity.
- - The effective plate area changes by moving the plates against each other like a variable capacitor.
Um auch kleine Veränderungen besser detektieren zu können, kann die eigentliche Messelektrode häufig mit einer Schirmelektrode umgeben sein, die den inhomogenen Randbereich des elektrischen Feldes von der Messelektrode abschirmt, dadurch ergibt sich zwischen Messelektroden üblicherweise geerdeter Gegenelektrode eine annähernd paralleles elektrisches Feld mit der bekannten Charakteristik eines idealen Plattenkondensators.In order to be able to better detect even small changes, the actual measuring electrode can often be surrounded by a shielding electrode, which shields the inhomogeneous edge region of the electric field from the measuring electrode. This results in an approximately parallel electric field with the known characteristic of a counter electrode between measuring electrodes and a usually grounded counter electrode ideal plate capacitor.
Ein kapazitiver Drucksensor ist insbesondere ein solcher, bei dem die Kapazitätsänderung infolge des Durchbiegens einer Membran und der resultierenden Änderung des Plattenabstands als Sensoreffekt ausgewertet wird." (Wikipedia – Die freie Enzyklopädie: Seite „Kapazitiver Sensor“. Bearbeitungsstand: 30. August 2019. URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Kapazitiver_Sensor).A capacitive pressure sensor is in particular one in which the change in capacitance as a result of the bending of a membrane and the resulting change in the distance between the plates is evaluated as a sensor effect." (Wikipedia - The free encyclopedia: "Capacitive sensor" page). Edit status: August 30, 2019. URL : https://de.wikipedia.org/wiki/Kapazitiver_Sensor).
Zum Beispiel handelt es sich bei der Membran um das oben genannte Dielektrikum oder aber um die einzelnen Kondensatorelektroden welche insbesondere in Form einer Platte ausgeführt sein können. Mit anderen Worten ist in einer derartigen Ausführungsform in neuartiger Art und Weise ein kapazitiver Feuchtesensor mit einem kapazitiven Drucksensor kombiniert, jedoch ohne dass diese Bauteile voneinander getrennte Elemente oder zwei separate Sensoren bildeten, sondern es handelt sich bei vorliegender Ausführungsform um ein „Two in One“-Konzept, in welchem der gleiche Sensor sowohl als Feuchtesensor, als auch als Drucksensor fungiert.For example, the membrane is the above-mentioned dielectric or the individual capacitor electrodes, which can in particular be designed in the form of a plate. In other words, in such an embodiment, a capacitive humidity sensor is combined with a capacitive pressure sensor in a novel way, but without these components forming separate elements or two separate sensors, but in the present embodiment it is a “two in one”. -Concept in which the same sensor functions as both a humidity sensor and a pressure sensor.
Erfindungsgemäß ist zumindest eine der Elektroden L-förmig, das heißt lediglich jeweils mit nur zwei innerhalb der horizontalen Richtung senkrecht zueinander verlaufenden Balken, welche sich elektrisch leitend berühren, ausgebildet.According to the invention, at least one of the electrodes is L-shaped, that is to say with only two bars that run perpendicular to one another within the horizontal direction and which touch each other in an electrically conductive manner.
Erfindungsgemäß ist ein Trennabstand der beiden Elektroden von jeweils benachbarten Balken unterschiedlicher Elektroden in der horizontalen Richtung größer als 5 Mikrometer. Es wurde erkannt, dass ab diesem Wert ein besonders einfaches Aufbringen, durch zum Beispiel drucken und/oder im Rahmens Dünnschichtverfahrens, möglich ist. Geringere Werte führten zu hohen Produktionskosten aufgrund der hohen Anforderungen an eine Auflösung.According to the invention, a separation distance of the two electrodes from adjacent bars of different electrodes in the horizontal direction is greater than 5 micrometers. It was recognized that from this value onwards a particularly simple application is possible, for example by printing and/or using a thin-film process. Lower values resulted in high production costs due to the high resolution requirements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform variiert der Trennabstand in der horizontalen Richtung zwischen benachbarten Balken unterschiedlicher Elektroden in der horizontalen Richtung und ist damit nicht konstant. Dies kann heißen, dass zumindest eine Elektrode innerhalb der horizontalen Ebene eines Sensors mäanderformig ausgebildet ist.According to at least one embodiment, the separation distance in the horizontal direction between adjacent bars of different electrodes varies in the horizontal direction and is therefore not constant. This can mean that at least at least one electrode is designed in a meander shape within the horizontal plane of a sensor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen Balken unterschiedlicher Elektroden in einem vorgegebenen Winkel zueinander. Zum Beispiel ist der Winkel größer oder kleiner als 90 Grad. Sind die beiden Elektroden L-förmig ausgebildet, sind in einer solchen Ausführungsform die beiden Elektroden in der horizontalen Richtung verdreht zueinander.According to at least one embodiment, bars of different electrodes run at a predetermined angle to one another. For example, the angle is greater or less than 90 degrees. If the two electrodes are L-shaped, in such an embodiment the two electrodes are twisted relative to one another in the horizontal direction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff, insbesondere in welchem elektrische Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des Sensors und der Verarbeitungseinheit eingewoben sind.According to at least one embodiment, the carrier material is a woven material, in particular into which electrical conductor tracks are woven for electrical contacting of the sensor and the processing unit.
Bei einem Webstoff handelt es sich im Sinne der Erfindung daher um ein Gewebe, welches manuell oder maschinell auf Basis von einzelnen Fäden gewebt wurde.For the purposes of the invention, a woven fabric is therefore a fabric that has been woven manually or mechanically based on individual threads.
Die elektrischen Leiterbahnen können in einem Gewebe daher zusätzlich neben den üblichen Fasern und Gewebesträngen integriert sein oder aber einzelne Gewebestränge, welche das Gewebenetz ausbilden ersetzen.The electrical conductor tracks can therefore be integrated into a fabric in addition to the usual fibers and fabric strands or individual fabric strands that replace the fabric network.
Je nach Abstand und Eigenschaften der einzelnen Fäden (hochgedreht, bauschig, usw.) können ganz lockere Gewebe, wie Verbandgewebe oder Dichtegewebe wie Brokatstoff entstehen. Längselastisch werden Gewebe durch, als Kettenfäden eingesetzte Gummifäden (mehr Bändern verwendet) oder Kräusel- und Bauschgarne verwendet. Sie werden gespannt, verarbeitet und ziehen sich im Ruhezustand zusammen. Bauschgarne bestehen aus texturierten, also gekräuselten synthetischen Fasern. Die Kräuselung verändert die Eigenschaften der synthetischen Fasern. Die darauf gesponnenen Garne sind sehr elastisch und voluminös und haben eine gute Wärmedämmung.Depending on the distance and properties of the individual threads (highly twisted, bulky, etc.), very loose fabrics such as bandage fabrics or dense fabrics such as brocade fabric can be created. Longitudinal elastic fabrics are made from rubber threads used as warp threads (more tapes are used) or crimped and bulky yarns. They are tensioned, processed and contract when at rest. Bulky yarns consist of textured, i.e. crimped, synthetic fibers. The crimp changes the properties of the synthetic fibers. The yarns spun on it are very elastic and voluminous and have good thermal insulation.
Zum Beispiel kann das Trägermaterial Teil eines Bezugstoffes eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes oder eines Bürostuhls, sein. Insofern kann der Sensor vorzugsweise jedoch die gesamte Vorrichtung, auf dem Bezugsstoff eines solchen Sitzes aufgebracht oder in einen solchen integriert sein.For example, the carrier material can be part of a cover material for a seat, in particular a vehicle seat or an office chair. In this respect, however, the sensor can preferably be the entire device, applied to the cover material of such a seat or integrated into it.
Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, die einzelnen Feuchte- sowie Druckwerte zu erfassen und aus einer Kombination der einzelnen Feuchte- und Druckwerte zumindest einen jeweiligen Kennwert zu ermitteln, aus welchem ableitbar ist, welches Individuum (mit Gewicht und/oder Größe) gerade den Fahrzeugsitz besetzt.For example, the processing unit is set up and intended to record the individual moisture and pressure values and to determine at least one respective characteristic value from a combination of the individual moisture and pressure values, from which it can be deduced which individual (with weight and / or size ) is currently occupying the vehicle seat.
Zum Beispiel kann aus der Druckmessung durch die Verarbeitungseinheit ein Gewicht der jeweiligen Person abgeleitet und festgestellt werden. Auch kann die jeweilige Feuchtigkeit, welche die jeweilige Person an den Sensor abgibt, gemessen werden, wobei der jeweilige Kennwert zum Beispiel ein Produkt aus dem relativen Feuchtigkeitswert mal der von der Verarbeitungseinheit ermittelten Belastungsgewicht ist.For example, a weight of the respective person can be derived and determined from the pressure measurement by the processing unit. The respective moisture that the respective person releases to the sensor can also be measured, the respective characteristic value being, for example, a product of the relative moisture value times the load weight determined by the processing unit.
Überschreitet ein derartiger Kennwert einen entsprechenden Grenzwert kann die Verarbeitungseinheit insbesondere mittels einer Anbindung an die Elektronik des Fahrzeugs, eine Warnung aussprechen. Diese Warnung kann dahingehend lauten, dass der Sitz überbelegt ist oder der Fahrer zu stark schwitzt. Diese Warnung kann jedoch auch ersetzt werden durch eine entsprechende Anzeige dahingehend welcher Belegungstyp den Sitz nutzt. Bei einem Belegungstyp kann es sich um eine Gewichtsklassifikation eines jeweiligen Benutzers handeln, oder aber auch darum Handeln ob es sich bei dem Benutzer um ein Tier, einen Menschen oder auch um eine Sache handelt. Vorzugsweise ist daher die Verarbeitungseinheit in eine Anzeigenelektronik des Fahrzeugs integrierbar, zumindest jedoch mit einer solchen verbindbar.
Hierzu ist denkbar, dass die Verarbeitungseinheit sich zum Beispiel mittels Bluetooth oder einer sonstigen Wireless Verbindung mit einer Empfangseinheit des Fahrzeugs verbindet und der jeweilige Kenn- oder Grenzwert und/oder die jeweilige Warnung und/oder die jeweilige Identifikation des Benutzers auf einem Display des Fahrzeugs wiedergegeben werden.If such a characteristic value exceeds a corresponding limit value, the processing unit can issue a warning, in particular by means of a connection to the electronics of the vehicle. This warning may indicate that the seat is overcrowded or the driver is sweating too much. However, this warning can also be replaced by a corresponding display indicating which occupancy type is using the seat. An occupancy type can be a weight classification of a respective user, or whether the user is an animal, a person or even a thing. Preferably, the processing unit can therefore be integrated into display electronics of the vehicle, or at least connectable to such.
For this purpose, it is conceivable that the processing unit connects to a receiving unit of the vehicle, for example via Bluetooth or another wireless connection, and the respective characteristic or limit value and/or the respective warning and/or the respective identification of the user is displayed on a display of the vehicle become.
Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass diese einzelnen Werte und/oder Identifikationen auch extern abrufbar und/oder extern darstellbar sind. Zum Beispiel kann das Auto auf eine Überbelegung hin von einem externen Controller überwacht werden.Alternatively or additionally, it is conceivable that these individual values and/or identifications can also be accessed externally and/or represented externally. For example, the car can be monitored for overcrowding by an external controller.
Zum Beispiel kann mittels einer Datenverbindung die Verarbeitungseinheit mit einer Auslöseinheit eines Airbags in Verbindung stehen, sodass die Verarbeitungseinheit auch die Auslöseinheit steuern und/oder regeln kann, insbesondere in Bezug auf einen Auslösezeitpunkt des Airbags. Zusätzlich und/oder alternativ ist es möglich, dass die Verarbeitungseinheit eine Controllereinheit des Airbags mit Daten zum Beispiel im Hinblick auf einen Belegungstyp, Position und/oder Gewicht eines Benutzers des Fahrzeugsitzes versorgt.For example, the processing unit can be connected to a triggering unit of an airbag by means of a data connection, so that the processing unit can also control and/or regulate the triggering unit, in particular with regard to a triggering time of the airbag. Additionally and/or alternatively, it is possible for the processing unit to supply a controller unit of the airbag with data, for example with regard to an occupancy type, position and/or weight of a user of the vehicle seat.
Diese Daten können dazu führen, dass der Auslösezeitpunkt und die Auslösereihenfolge des Airbags auf den Benutzer angepasst sind, sodass ein Personenschaden an dem Benutzer vermieden wird.This data can result in the time and sequence of deployment of the airbag being adapted to the user, so that personal injury to the user is avoided.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht auf dem Trägermaterial oder auf einer auf dem Trägermaterial angeordneten, insbesondere wasserundurchlässigen Schicht aufgedruckt oder mittels eines Dünnschichtverfahrens aufgebracht.According to at least one embodiment, at least one electrode and/or dielectric layer is printed on the carrier material or on a, in particular water-impermeable, layer arranged on the carrier material or applied by means of a thin-film process.
Dies heißt, dass zumindest ein Element, vorzugsweise sowohl die Elektrode als auch die dielektrische Schicht, auf dem Trägermaterial oder einer zwischen dem Sensor und dem Trägermaterial aufgebrachten vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen, weiter vorzugsweise wasserundurchlässigen Schicht mittels eines Druckverfahrens aufgedruckt.This means that at least one element, preferably both the electrode and the dielectric layer, is printed on the carrier material or a preferably electrically non-conductive, more preferably water-impermeable layer applied between the sensor and the carrier material by means of a printing process.
Bei dem Druckverfahren kann es sich zum Beispiel um ein Inkjetverfahren handeln.The printing process can be, for example, an inkjet process.
Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit in der gleichen Weise wie der Sensor auf das Trägermaterial aufgebracht. Hierzu ist vorstellbar, dass auch die Verarbeitungseinheit, zumindest jedoch eine, insbesondere leitende, Schicht der Verarbeitungseinheit auf das Trägermaterial zum Beispiel aufgedruckt ist. Die Datenkommunikation zwischen der Verarbeitungseinheit und dem Sensor kann dann über die oben genannten Leiterbahnen entstehen. Diese Leiterbahnen können zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, in den Webstoff eingewoben sein oder sogar einzelne Fasern des Webstoffs selbst ausbilden.For example, the processing unit is applied to the carrier material in the same way as the sensor. For this purpose, it is conceivable that the processing unit, but at least one, in particular conductive, layer of the processing unit is also printed on the carrier material, for example. Data communication between the processing unit and the sensor can then occur via the above-mentioned conductor tracks. These conductor tracks can be at least partially, but preferably completely, woven into the woven fabric or even form individual fibers of the woven fabric itself.
Zum Beispiel ist zumindest eine Elektrode flächig ausgeführt. Das heißt, dass eine Dicke der Elektrode im Vergleich zu deren Flächenausdehnung vernachlässigbar ist. Eine solche Elektrode kann daher insbesondre mittels eines Druckverfahrens hergestellt werden.For example, at least one electrode is designed to be flat. This means that the thickness of the electrode is negligible compared to its surface area. Such an electrode can therefore be produced in particular using a printing process.
Alternativ hierzu kann eine Dicke zumindest einer Elektrode höchstens 5 mm betragen. Hierzu kann das Druckverfahren mehrmals angewandt werden, sodass zumindest zwei, vorzugsweise jedoch dann mehr, Einzeldruckschichten übereinandergestapelt werden.Alternatively, a thickness of at least one electrode can be at most 5 mm. For this purpose, the printing process can be used several times, so that at least two, but preferably more, individual printing layers are stacked on top of each other.
Des Weiteren kann die Elektrode auch mittels eines 3D-Druckverfahrens auf dem Trägermaterial angeordnet sein.Furthermore, the electrode can also be arranged on the carrier material using a 3D printing process.
1. Das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling)1. The FDM process (Fused Deposition Modeling)
Alternativbezeichnungen: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM) Das Verfahren bezeichnet schichtweises Auftragen (Extrusion) eines Materials durch eine heiße Düse. Das Verbrauchsmaterial befindet sich in Form eines langen Drahts (sog. Filament) auf einer Rolle und wird durch die Fördereinheit in einen Druckkopf geschoben, dort eingeschmolzen und auf einem Druckbett ausgebracht. Druckkopf und/oder Druckbett sind dabei in drei Richtungen beweglich. So können Kunststoffschichten schrittweise aufeinander aufgebracht werden.Alternative names: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM) The process refers to the layer-by-layer application (extrusion) of a material through a hot nozzle. The consumable material is in the form of a long wire (so-called filament) on a roll and is pushed through the conveyor unit into a print head, where it is melted and applied to a print bed. The print head and/or print bed can be moved in three directions. In this way, plastic layers can be applied step by step.
2. Das SLS Verfahren (Selektives Lasersintern)2. The SLS process (selective laser sintering)
Im Unterschied zum Sinterverfahren, bei dem Stoffe in Pulverform unter Hitzeeinwirkung miteinander verbunden werden, geschieht dies beim SLS-Verfahren selektiv durch einen Laser (alternativ auch Elektronenstrahl oder Infrarotstrahl). Es wird also nur ein bestimmter Teil des Pulvers miteinander verschmolzen.In contrast to the sintering process, in which materials in powder form are bonded together under the influence of heat, with the SLS process this is done selectively using a laser (alternatively electron beam or infrared beam). So only a certain part of the powder is melted together.
Dazu wird stets eine dünne Pulverschicht von der Beschichtungseinheit auf dem Druckbett ausgebracht. Der Laser (oder andere Energiequelle) wird nun punktgenau auf einzelne Stellen der Pulverschicht ausgerichtet, um die erste Schicht der Druckdaten auszubilden. Hierbei wird das Pulver an- oder aufgeschmolzen und verfestigt sich anschließend wieder durch geringfügiges Abkühlen. Das nicht aufgeschmolzene Pulver bleibt um die gesinterten Bereiche herum liegen und dient als Stützmaterial. Nachdem eine Schicht verfestigt ist, senkt sich das Druckbett um den Bruchteil eines Millimeters ab. Die Beschichtungseinheit fährt nun über das Druckbett und bringt die nächste Pulverschicht aus. Anschließend wird die zweite Schicht der Druckdaten durch den Laser (oder eine andere Energiequelle) gesintert. So entsteht schichtweise ein dreidimensionales Objekt.For this purpose, a thin layer of powder is always applied to the printing bed by the coating unit. The laser (or other energy source) is now aimed precisely at individual points in the powder layer to form the first layer of the print data. Here the powder is melted or melted and then solidifies again through slight cooling. The unmelted powder remains around the sintered areas and serves as a supporting material. After a layer has solidified, the print bed lowers by a fraction of a millimeter. The coating unit now moves over the print bed and applies the next layer of powder. The second layer of print data is then sintered by the laser (or another energy source). This creates a three-dimensional object layer by layer.
3. Three-Dimensional Printing (3DP)3. Three-Dimensional Printing (3DP)
Das SDP-Verfahren funktioniert sehr ähnlich wie das selektive Lasersintern, doch anstelle einer gerichteten Energiequelle verfährt ein Druckkopf über das Pulver. Dieser gibt winzige Tröpfchen von Bindemittel auf die zugrunde liegenden Pulverschichten ab, die so miteinander verbunden werden. Ansonsten ist dieses Verfahren dem SLS-Verfahren gleich.The SDP process works very similarly to selective laser sintering, but instead of a directed energy source, a print head moves over the powder. This releases tiny droplets of binder onto the underlying powder layers, which are then bonded together. Otherwise, this procedure is the same as the SLS procedure.
4. Stereolithographie (SLA)4. Stereolithography (SLA)
Anstelle eines Kunststoffdrahts oder Druckmaterials in Pulverform kommen beim Stereolithographie-Verfahren flüssige Harze, sog. Photopolymere, zum Einsatz. Sie werden schichtweise durch UV-Strahlung verhärtet und erzeugen so dreidimensionale Objekte. Dafür wird die Bauplattform im Harzbecken schrittweise abgesenkt. Es gibt auch Varianten (sog. Polyjet-Verfahren) ohne ein ganzes Becken mit flüssigem Harz. Dafür wird ein Epoxidharz tröpfchenweise aus einer Düse aufgebracht und durch einen UV-Laser sofort ausgehärtet.Instead of a plastic wire or printing material in powder form, the stereolithography process uses liquid resins, so-called photopolymers. They are hardened layer by layer by UV radiation and thus create three-dimensional objects. To do this, the construction platform in the resin basin is gradually lowered. There are also variants (so-called polyjet process) without an entire basin of liquid resin. To do this, an epoxy resin is applied drop by drop from a nozzle and immediately cured by a UV laser.
5. Laminated Object Manufacturing (LOM)5. Laminated Object Manufacturing (LOM)
Alternativbezeichnung: Layer Laminated Manufacturing (LLM)Alternative name: Layer Laminated Manufacturing (LLM)
Das Verfahren basiert weder auf chemischen Reaktionen, noch auf einem thermischen Prozess. Es wird dabei mit einem trennenden Werkzeug (z.B. einem Messer oder Kohlendioxidlaser), einer Folie oder einer Platte (z.B. Papier) an der Kontur geschnitten und schichtweise aufeinander geklebt. So entsteht durch Absenken der Bauplattform ein Schichtobjekt aus geklebten, übereinanderliegenden Folien.The process is based neither on chemical reactions nor on a thermal process. The contour is cut using a separating tool (e.g. a knife or carbon dioxide laser), a film or a plate (e.g. paper) and glued together in layers. By lowering the construction platform, a layered object is created from glued, superimposed films.
Eine oder mehrere wasserundurchlässige Schichten und/oder auch die Feuchteschicht können in derselben Art und/oder Dicke wie die Elektrode aufgebracht werden.One or more waterproof layers and/or the moisture layer can be applied in the same type and/or thickness as the electrode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Feuchteschicht den Kondensator vollständig.According to at least one embodiment, the moisture layer completely covers the capacitor.
Dies kann heißen, dass die Feuchteschicht, nach außen, das heißt in der Querrichtung den Sensor nach außen abgrenzt und abschließt, sodass der Sensor zwischen der Feuchteschicht und dem Trägermaterial angeordnet ist.This can mean that the moisture layer delimits and closes off the sensor to the outside, i.e. in the transverse direction, so that the sensor is arranged between the moisture layer and the carrier material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor zumindest einen weiteren Kondensator auf, welcher in der Querrichtung unter oder über dem Kondensator angeordnet und durch eine weitere wasserundurchlässige Schicht beabstandet von dem Kondensator auf oder unter dieser weiteren wasserundurchlässigen Schicht angeordnet ist, sodass ein Kondensatorenstack entsteht.According to at least one embodiment, the sensor has at least one further capacitor, which is arranged in the transverse direction below or above the capacitor and spaced from the capacitor by a further water-impermeable layer on or below this further water-impermeable layer, so that a capacitor stack is created.
Der weitere Kondensator kann in der gleichen Weise wie der Kondensator aufgebaut sein und ebenso in einer gleichen Weise wie der Kondensator auf die weitere wasserundurchlässige Schicht angeordnet sein.The further capacitor can be constructed in the same way as the capacitor and can also be arranged on the further water-impermeable layer in the same way as the capacitor.
Mittels eines derartigen Kondensatorenstacks kann die Sensorik ganz besonders einfach verfeinert werden nämlich insofern, als dass denkbar ist das bei zwei den Kondensatorstack ausbildenden Sensoren beide Sensoren die gleichen Aufgaben verrichten, jedoch durch die einzelnen Sensoren jeweilige Messwerte ermittelt werden, die zusammen genommen auf einen Mittelwert schließen lassen. Zum Beispiel wird von jedem der beiden Sensoren jeweils die (relative) Feuchtigkeit der Umgebung gemessen wobei aus diesen beiden Messwerten dann der Feuchtigkeitsmittelwert ermittelt wird. Gleiches kann entsprechend mit der Druckmessung geschehen, sodass die Genauigkeit der gesamten Messung insbesondere einer Kombination der Messungen von (relativer) Feuchtigkeit und dem jeweiligen Druck besonders genau ausgestaltet werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht die dielektrische Sicht zumindest teilweise selbst aus.By means of such a capacitor stack, the sensor system can be refined particularly easily, namely in the sense that it is conceivable that with two sensors forming the capacitor stack, both sensors perform the same tasks, but respective measured values are determined by the individual sensors, which, taken together, result in an average value let. For example, the (relative) humidity of the environment is measured by each of the two sensors, and the average humidity value is then determined from these two measured values. The same can be done accordingly with the pressure measurement, so that the accuracy of the entire measurement, in particular a combination of the measurements of (relative) humidity and the respective pressure, can be made particularly precise.
According to at least one embodiment, the waterproof layer and/or the further waterproof layer at least partially forms the dielectric layer itself.
Dies kann heißen, dass ein anstatt der separaten Positionierung einer dielektrischen Schicht neben der wasserundurchlässigen Schicht und/oder neben der weiteren wasserundurchlässigen Schicht, diese dielektrische Schicht selbst durch die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht gebildet ist.This can mean that instead of separately positioning a dielectric layer next to the water-impermeable layer and/or next to the further water-impermeable layer, this dielectric layer itself is formed by the water-impermeable layer and/or the further water-impermeable layer.
Eine derartige Erzeugung der dielektrischen Schicht durch die wasserundurchlässigen Schicht(en) bildet daher ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren zu einer kostengünstigen Vorrichtung.Such production of the dielectric layer by the water-impermeable layer(s) therefore forms a particularly simple and cost-effective manufacturing process for a cost-effective device.
Davon abgesehen kann grundsätzlich vorgesehen sein die Elektroden, die dielektrische Schicht und die wasserundurchlässige Schicht(en) derart zueinander anzuordnen, dass ein elektrischer Kurzschluss in jedem Fall verhindert ist.Apart from that, it can basically be provided that the electrodes, the dielectric layer and the water-impermeable layer(s) are arranged relative to one another in such a way that an electrical short circuit is prevented in any case.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine maximale Dicke der Feuchteschicht wenigstens 30% und höchstens 80% der maximalen Dicke der wasserundurchlässigen Schicht und/oder der maximalen Dicke der weiteren wasserundurchlässigen Schicht.According to at least one embodiment, a maximum thickness of the moisture layer is at least 30% and at most 80% of the maximum thickness of the waterproof layer and/or the maximum thickness of the further waterproof layer.
Dies stellt nicht nur einen besonders flach gebauten Sensor sicher, sondern gewährleistet auch eine besonders schnelle Reaktionszeit auf Feuchtigkeitsveränderungen. Die von außen auf die Feuchteschicht einwirkende Feuchtigkeit muss daher keine großen Strecken zu dem Dielektrikum durchwandern.This not only ensures a particularly flat sensor, but also ensures a particularly fast response time to changes in humidity. The moisture acting on the moisture layer from outside therefore does not have to travel long distances to the dielectric.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Messung von Druck undFeuchtigkeit wobei insbesondere angemerkt sei, dass alle für die obig beschriebene Vorrichtung offenbarten Merkmale auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart sind und umgekehrt.Furthermore, the present invention relates to a method for measuring pressure and humidity, it being particularly noted that all features disclosed for the device described above are also disclosed for the method described here and vice versa.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zu Messung von Druck und Feuchtigkeit zunächst einen ersten Schritt mittels welchem zumindest ein Messsystem, insbesondere nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, bereitgestellt wird, wobei durch das Messsystem zumindest ein Sensor zu Messung von Druck undFeuchtigkeit bereitgestellt wird, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden, welche, insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial zueinander angeordnet sind aufweist, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist.According to at least one embodiment, the method for measuring pressure and humidity initially comprises a first step by means of which at least one measuring system, in particular according to at least one of the preceding claims, is provided, wherein at least one sensor for measuring pressure and humidity is provided by the measuring system, wherein the sensor has at least one capacitor with at least two electrodes, which, in particular in a horizontal len direction along and on a, in particular flexible, carrier material are arranged relative to one another, with at least one dielectric layer being arranged between the electrodes.
Erfindungsgemäß ist auf einer dem Trägermaterialabgewandten Seite zumindest einer Elektrode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit diese Änderung misst und/oder speichert, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht.According to the invention, at least one electrode and/or the dielectric layer is arranged at least in places on a side facing away from the carrier material, at least one, at least partially liquid-permeable and liquid-absorbing moisture layer, with the at least one electrode and/or the dielectric layer being arranged in a transverse direction between the carrier material and the Moisture layer are arranged, so that a capacitance changes at least partially due to the liquid hitting the dielectric layer, with a processing unit measuring and / or storing this change, so that a capacitive moisture sensor is created.
Dabei weist das oben beschrieben Verfahren die gleichen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen wie die obig beschriebene Vorrichtung auf.The method described above has the same advantages and advantageous configurations as the device described above.
Im Folgenden wird die hier beschriebene Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele und den dazugehörigen Figuren näher beschrieben.The invention described here is described in more detail below using two exemplary embodiments and the associated figures.
Gleiche oder gleichwirkende Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Components that are the same or have the same effect are given the same reference numerals.
Die
In der
In der
In der
Der
The
Die
Die
Wie nun der
How now?
Beispielhaft ist dort ein Sensor 1 dargestellt, wobei der Sensor 1 einen Kondensatorstack zeigt mit einem Kondensator 20, sowie einem Kondensator 30, wobei die einzelnen Elektroden 10, 11 der Kondensatoren 20, 30 in der horizontalen Richtung H1 übereinander angeordnet sind, wobei alternativ hierzu jedoch selbstverständlich eine Anordnung der einzelnen Elektroden 10, 11 eines einzelnen Kondensators 20, 30 in der Querrichtung Q1 welche senkrecht zur horizontalen Richtung H1 verläuft und damit auch senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des dort gezeigten Sensors 1 verlaufen oder angeordnet sein können.A
Die einzelnen Elektroden 10, 11 sind auf einem Trägermaterial 13 angeordnet. Bei dem Trägermaterial 13 kann es sich insbesondere um einen Webstoff, insbesondere um einen flexiblen Webstoff handeln.The
Auf dem Trägermaterial 13 ist eine wasserundurchlässige Schicht 4 angeordnet, wobei auf dieser wasserundurchlässigen Schicht 4 die beiden Elektroden 10, 11 des Kondensators 20 in der horizontalen Richtung H1 aufgedruckt sind.A water-
Die Elektroden 10, 11 des Kondensators 20 sind vollständig von einer weiteren wasserundurchlässigen Schicht 14 umgeben. Auf dieser wasserundurchlässigen Schicht 14 ist in der gleichen Art und Weise der weitere Kondensator 30 mit entsprechenden Elektroden 10, 11 aufgedruckt. Zudem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel freiliegende Außenflächen der einzelnen Elektroden 10, 11 des weiteren Kondensators 30 vorzugsweise vollständig von einer wasserdurchlässigen und/oder wasserabsorbierenden Feuchteschicht 3 umgeben.The
Über diese Feuchteschicht 3 kann Wasser auf eine dielektrische Schicht 4 treffen, welche vorliegend in der horizontalen Richtung H1 zwischen den jeweiligen Elektroden 10, 11 eines Kondensators 20, 30 angeordnet ist.Via this
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der
Darüber hinaus ist eine Verarbeitungseinheit 5 erkennbar, welche in datentechnischer Verdingung mit den beiden Kondensatoren 20, 30 steht, wobei diese Verarbeitungseinheit 5 dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine Änderung der relativen Feuchtigkeit der Umgebung und/oder der Feuchteschicht 3 zu messen.In addition, a processing unit 5 can be seen, which is in data-related communication with the two
Durch die in der
Durch den in der
Die Feuchteschicht 3 kann flexibel oder nicht flexibel ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, dass die Feuchteschicht 3 als Webstoff ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich um einen Webstoff handeln, welcher im einleitenden Teil der vorliegenden Anmeldung beispielhaft genannt wurde. Zudem ist es jedoch auch möglich, dass es sich bei der Feuchteschicht 3 um ein Substrat handelt welches, zum Beispiel in Form eines Epitaxie- oder eines Klebeprozesses auf den weiteren Kondensator 30 aufgebracht, zum Beispiel aufgeklebt wurde.
Die wasserundurchlässige Schicht 14 und/oder die wasserundurchlässige Schicht 15 können ebenso flexibel und nicht flexibel, insbesondere auch ebenso in Form eines Webstoffes oder eines Substrats in der gleichen Weise wie die Feuchteschicht 3 ausgebildet sein.The
The water-
Zudem ist vorteilhaft denkbar, dass die Elektroden 10, 11 der beiden Kondensatoren 20, 30 auf die wasserundurchlässige Schicht 14 und die weitere wasserundurchlässige Schicht 15 in Form eines Druckprozesses zum Beispiel eines Tintenstrahldruckprozesses aufgedruckt wurden.In addition, it is advantageously conceivable that the
In der
Dabei ist insbesondere aus der
In der
Zum Beispiel können die Elektroden 10, 11 auch jeweils eine separate Polarität und/oder ein separates elektrisches Potential aufweisen und/oder generieren. Entsprechendes kann auch für die in den hier folgenden Figuren in Bezug auf die Elektroden gelten.For example, the
Zum Beispiel ist die unterste wasserundurchlässige Schicht wiederum die wasserundurchlässige Schicht 4, die darauffolgende wasserundurchlässige Schicht 14 und die in der Querrichtung Q1 darauf angeordnete wasserundurchlässige Schicht 15 eine weitere wasserundurchlässige Schicht, wobei jeweils eine Elektrode auf einer separaten wasserundurchlässigen Schicht jeweils aufgebracht insbesondere aufgedruckt ist.For example, the lowest waterproof layer is in turn the
In dieser Stackung der einzelnen wasserundurchlässigen Schichten 4, 14 und 15 wird daher durch Zusammenführen dieser Schichten der im linken Teil der
Alternativ hierzu kann auch die Elektrode 11 zusammen mit zumindest einer der Elektroden 10 in einer gemeinsamen Ebene, das heißt auf oder in einer gemeinsamen wasserundurchlässigen Schicht 4, 14, 15 aufgebracht werden, sodass zum Beispiel nur noch die zweite der Elektroden 10 auf eine separaten wasserundurchlässigen Schicht 4, 14, 15 aufgestackt werden muss.Alternatively, the
Grundsätzlich können daher die einzelnen Elektroden 10,11 in unterschiedlichen Ebenen in der Q1-Richtung zueinander angeordnet sein. Zum Beispiel gilt eine paarweise Zuordnung zwischen genau einer wasserundurchlässigen Schicht 4, 14, 15 mit genau einer Elektrode 10, 11.In principle, the
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal, sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder in den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description based on the exemplary embodiment. Rather, the invention encompasses every new feature, as well as every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or in the exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Sensorsensor
- 33
- FeuchteschichtMoisture layer
- 44
- dielektrische Schicht/ wasserundurchlässige Schichtdielectric layer/waterproof layer
- 55
- VerarbeitungseinheitProcessing unit
- 1010
- Elektrodeelectrode
- 1111
- Elektrodeelectrode
- 1212
- Elektrodeelectrode
- 1313
- TrägermaterialCarrier material
- 1414
- wasserundurchlässige Schichtwaterproof layer
- 1515
- wasserundurchlässige Schichtwaterproof layer
- 2020
- Kondensatorcapacitor
- 3030
- Kondensatorcapacitor
- 4040
- CPUCPU
- 6060
- TemperatursensorTemperature sensor
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- Vorrichtungcontraption
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- VerfahrenProceedings
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