PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005006861B4 16.11.2006
Titel Sensorelement mit Leiterstruktur und elektronischem Bauelement, Messsystem mit einem entsprechenden Sensorelement und Verfahren zum Betreiben desselben
Anmelder VOGT Electronic Components GmbH, 94130 Obernzell, DE
Erfinder Wimmer, Willi, 94051 Hauzenberg, DE;
Stemplinger, Andreas, 94107 Untergriesbach, DE;
Sammer, Hermann, 94078 Freyung, DE;
Stockinger, Josef, 94164 Sonnen, DE;
Straubinger, Franz, 94501 Aidenbach, DE
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 15.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005006861
Offenlegungstag 24.08.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2006
IPC-Hauptklasse G01N 27/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01W 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Sensorelemente, Messsysteme und Verfahren, wobei das Sensorelement eine auf einem dielektrischen Substrat aufgebrachte Leiterstruktur aufweist, die in der Nähe einer Sensorfläche angeordnet ist, so dass bei Aufbringen eines Probenmaterials sich die durch die Leiterstruktur gebildete induktive Komponente und/oder kapazitive Komponente ändert.

In vielen Bereichen der Industrie, in privaten Haushalten, in der Verkehrstechnik, beispielsweise in Fahrzeugen, Flugzeugen und dergleichen, ist häufig eine zuverlässige Bestimmung einer Messgröße erforderlich, deren Wert dann zur weiteren Auswertung und/oder Steuerung von weiteren Vorgängen benutzt wird. Zu diesem Zwecke werden häufig Sensorelemente in Verbindung mit Messsystemen verwendet, die so ausgebildet sind, dass sich zumindest eine Eigenschaft reproduzierbar unter dem Einfluss der zu bestimmenden Umweltmessgröße ändert, so dass daraus ein Signal in Abhängigkeit der Änderung der Messgröße ableitbar ist, das dann wiederum zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht. Eine Messgröße, die es häufig zu bestimmen gilt, um damit weitere Entscheidungen zu treffen und/oder Steuerungsaufgaben zu verrichten, ist die Feuchtigkeit, die beispielsweise in Form von Wasser, Schnee, Eis, etc. vorliegt und sich auf sensiblen Oberflächen niederschlagen kann, wobei neben dem Aggregatzustand insbesondere auch die Menge und deren lokale Verteilung auf der sensiblen Fläche in vielen Anwendungen von Bedeutung ist. Neben vielen weiteren Anwendungszwecken, wie beispielsweise die Bestimmung der an Oberflächen abgeschiedenen Menge von Wasser in speziellen Aggregatszuständen, beispielsweise bei Eisbildung auf Straßenoberflächen, Flugzeugflächen und dergleichen, sowie das Erkennen von Regen, Sprühwasser und dergleichen für die Steuerung automatischer Fenster und Türen, ist insbesondere die Anwendung von Befeuchtungssensoren und Messsystemen in Transportmitteln zur Steuerung der Scheibenwischeranlage von besonderer Bedeutung. Bei gewissen bekannten Sensoren, die in Fahrzeugen als Regensensor Verwendung finden, wird die Änderung des optischen Verhaltens eines Teils der Windschutzscheibe auf Grund des Beschlags mit Regen oder Schnee gemessen und das Messergebnis zur Ansteuerung der Scheibenwischeranlage verwendet. Bei anderen konventionellen Sensortypen, bei denen gewisse Nachteile der optischen Sensoren, etwa die Baugröße sowie die Erscheinungsform im montierten Zustand, vermieden werden, ist eine Leiterstruktur mit induktiver und kapazitiver Komponente vorgesehen, so dass durch die Befeuchtung der Windschutzscheibe eine Änderung im Wesentlichen der kapazitiven Komponente auf Grund des Vorhandenseins des Wassers, das eine hohe Permittivität aufweist, beeinflusst wird. Durch die Änderung der kapazitiven Komponente ändert sich somit auch das Frequenzverhalten der gesamten Leiteranordnung, die als Schwingkreis betrachtet werden kann, so dass auf Grund der Verschiebung der Resonanzfrequenz ein Maß für die in der Nähe des Sensorelements abgeschiedene Feuchtigkeit ableitbar ist.

So zeigt beispielsweise die Druckschrift DE 10127990 eine Vorrichtung zur Befeuchtungserkennung, die nach dem zuvor beschriebenen Schwingkreis-Prinzip aufgebaut ist, wobei auch insbesondere Ausführungsformen beschrieben sind, in denen das Sensorelement mit der Leiterstruktur galvanisch von einer entsprechenden Erregerschaltung und Auswerteschaltung entkoppelt ist. Des weiteren wird in dieser Schrift eine Ausführungsform beschrieben, in der ein oder mehrere Leiterstrukturen als Referenzbereiche vorgesehen sind, so dass ggf. Änderungen des Sensorausgangssignals, die nicht durch die Feuchtigkeit hervorgerufen werden, zumindest teilweise korrigiert oder für Auswertezwecke verwendet werden können. Das Vorsehen eines oder mehrerer Referenzsensorelemente kann jedoch zu einem größeren Aufwand hinsichtlich der Erregerschaltung und der Auswerteschaltung sowie zu einer geringeren Flexibilität beim Einsatz des Sensorelements führen, da die erforderliche Fläche groß und die Positionierung der einzelnen Sensorelemente auf der Windschutzscheibe unter Umständen schwierig sein kann. Ferner erweist es sich, dass in der Windschutzscheibe des Fahrzeugs verwendete Materialien, beispielsweise insbesondere das in der Frontscheibe zwischen den beiden Glasschichten verwendete PVB (Polyvinylbutyral), das ein amorphes Thermoplast ist, eine hohe Permittivität aufweist, die ferner stark temperaturabhängig ist. So ist beispielsweise bei ansteigender Temperatur des Bereichs der Frontscheibe, an oder in der das Sensorelement angebracht ist, ein Anstieg der kapazitiven Komponente beobachtbar, der zum Teil größer ist als dies für eine Befeuchtung der Frontscheibe der Fall ist. Auf Grund dieses stark temperaturabhängigen Verhaltens ist es in konventionellen Messsystemen mit den zuvor beschriebenen Sensorelementen unter Umständen schwierig, eine zuverlässige Ansteuerung der Scheibenwischeranlage zu erreichen.

Auf Grund dieser Sachlage besteht daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Messtechnik mit einem Sensorelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, um ein hohes Maß an Flexibilität beim Messen als auch beim Anordnen und Herstellen von entsprechenden Sensorelementen, insbesondere für die Messung zur Befeuchtung geeigneter Sensorelemente, zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Sensorelement gelöst, das ein dielektrisches Substrat umfasst, das eine daran angebrachte Leiterstruktur besitzt, die eine von dem Substrat beeinflusste induktive Komponente und/oder kapazitive Komponente bildet. Ferner umfasst das Sensorelement eine Sensorfläche zur Aufnahme von Probenmaterial, wobei die Sensorfläche mit dem Substrat in Verbindung ist und so benachbart zu der Leiterstruktur angeordnet ist, dass das Probenmaterial elektromagnetisch mit der Leiterstruktur wechselwirkt. Ferner zeichnet sich das Sensorelement dadurch aus, dass mindestens ein elektronisches Bauelement in dem Substrat vorgesehen ist, das einen von einer auf das Sensorelement einwirkenden spezifizierten Umweltmessgröße reproduzierbar abhängigen Zustand aufweist.

Insbesondere durch das Vorsehen des zusätzlichen mindestens einen elektronischen Bauelements ergibt sich gegenüber konventionellen Schwingkreis-Sensorelementen die Möglichkeit, weitere Umweltmessgrößen zu erfassen, die ansonsten das Vorsehen eines weiteren Sensorelements erfordern und/oder einen Einfluss auf die Auswertung der durch das Probenmaterial auf die Leiterstruktur einwirkende Wechselwirkung ausüben. Insbesondere wenn die Sensorfläche zur Messung der Befeuchtung der Sensorfläche vorgesehen ist, kann sich auf Grund des temperaturabhängigen Verhaltens des dielektrischen Materials, in das die Leiterstruktur eingebettet ist, eine starke Temperaturabhängigkeit ergeben, wie dies zuvor beschrieben ist. Mittels des zusätzlich vorgesehenen elektronischen Bauelements, das besonders empfindlich für Temperaturänderungen sein kann, lässt sich die Temperatur des Sensorelements in lokal sehr präziser Weise erfassen und damit bei entsprechender Signalverarbeitung ein äußerst temperaturstabiles, dem Befeuchtungszustand entsprechendes Signal gewinnen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Leiterstruktur im Wesentlichen als planare Anordnung ausgeführt, so dass Abmessungen in lateraler Richtung der Leiterstruktur wesentlich größer sind als eine Abmessung senkrecht zu dieser Richtung. Auf Grund dieser Ausbildung ist das erfindungsgemäße Sensorelement als sehr flache Anordnung herstellbar, so dass diese sich insbesondere auf exponierte Oberflächen in bestehenden Vorrichtungen und dergleichen anbringen lässt. Insbesondere kann auf Grund dieses planaren Aufbaus das erfindungsgemäße Sensorelement in Glasscheiben, insbesondere in Verbundglasscheiben, integriert werden, ohne dass die Gesamterscheinungsform, das Herstellungsverfahren und die Funktion der Glasscheibe maßgeblich beeinflusst werden. Da ferner elektronische Bauelemente in sehr flacher Bauweise erhältlich sind, beispielsweise in Form von miniaturisierten SMD-Bauelemente, durch Planartechnik direkt auf Folie hergestellten Bauelementen, direkt auf Folie oder anderen geeigneten Trägern gefertigte Chips, oder da diese Bauelemente auf entsprechenden Substraten in im Wesentlichen planarer Weise hergestellt werden können, ergibt sich trotz des Vorsehens des elektronischen Bauelements eine sehr geringe Bauhöhe, so dass sich das Sensorelement auch vorteilhafterweise in Frontscheiben von Transportmitteln, etwa Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, etc. integrieren lässt. Die Ausführung der Leiterstruktur in einer im Wesentlichen planaren Anordnung ermöglicht auch den Einsatz kostengünstiger Technologien, insbesondere im Zusammenwirken mit entsprechenden Technologien zur Herstellung des elektronischen Bauelements, wobei beispielsweise die Leiterstruktur und/oder das elektronische Bauelement mittels Lithographie auf das dielektrische Material aufgebracht werden können. Ferner besteht auch die Möglichkeit andere Verfahren, beispielsweise das Aufbringen leitenden Materials, beispielsweise von Drähten, auf ein geeignetes Trägermaterial mittels Klebung, Löten, etc. anzuwenden. Auch können derartige Verfahren kombiniert werden, indem ein oder mehrere Bauelemente mit geringer Bauhöhe auf entsprechende Lötflächen aufgelötet werden, die gemeinsam mit der Leiterstruktur auf ein sehr dünnes Substrat oder eine Folie durch Lithographie und Ätzen aufgebracht wurden. Des weiteren lassen sich zur Herstellung einer äußerst planaren Struktur weitere Techniken verwenden, die aus der Halbleiterindustrie bekannt sind. Beispielsweise kann die Leiterstruktur auch durch entsprechende Lithographie-, Abscheide- und Ätztechniken hergestellt werden, woran sich unter Umständen geeignete Weiterverarbeitungsprozesse, etwa Ionenimplantation, etc. anschließen können, um somit in gesteuerter Weise das elektrische Verhalten der aufgebrachten Leiterstrukturen einzustellen. Hierbei kann beispielsweise das mindestes eine elektronische Bauelement als separate Struktur oder als ein Bestandteil der Leiterstruktur vorgesehen werden, wobei dann eben dessen Eigenschaften, beispielsweise die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes, etc. entsprechend eingestellt werden. Da die Abmessungen der Leiterstruktur und/oder des elektronischen Bauelements in der Regel im Vergleich zu den in der Halbleiterindustrie üblichen Abmessungen relativ groß sind, lässt sich hierbei ohne nennenswerten Aufwand ein hohes Maß an Präzision bei gleichzeitig äußerst geringer Herstellungstoleranz erzielen. Dies kann insbesondere bei der Massenfertigung von Sensorelementen von Bedeutung sein, da geringe Prozesstoleranzen die Möglichkeit bieten, standardisierte Kalibrierroutinen bei der Montage für eine Vielzahl von Sensorelementen einzusetzen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Leiterstruktur so ausgebildet, dass diese einen oder mehrere Schwingkreise bildet. Mit dieser Anordnung lässt sich ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Sensoren erreichen, die beispielsweise das galvanisch entkoppelte Anregen und damit Auslesen des Sensorzustands ermöglichen. Somit lässt sich auch in der erfindungsgemäßen Anordnung beispielsweise ein Aufbau erreichen, in welchem eine hohe induktive Kopplung zu einer Ansteuerschaltung bei gleichzeitig hoher Sensitivität der kapazitiven Komponente für das auf der Sensorfläche abzuscheidende Probenmaterial gewährleistet ist. Ferner lässt sich das mindestens eine elektronische Bauelement so anordnen, dass es das Schwingkreisverhalten in Abhängigkeit der spezifizierten Umweltmessgröße beeinflusst, so dass daraus ggf. die kombinierte Information für zwei oder auch mehrere Umweltmessgrößen gewonnen werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Leiterstruktur so ausgebildet, dass diese eine parasitäre Kapazität bildet, deren Wert durch das Probenmaterial auf der Sensorfläche veränderbar ist. Bei einer entsprechenden Anordnung ergibt sich ein hohes Maß an Empfindlichkeit für eine Befeuchtung der Sensorfläche, da, wie zuvor erläutert ist, Wasser eine relativ hohe Permittivität aufweist, die dann in sehr sensitiver Weise den Wert der parasitären Kapazität beeinflusst. Wenn beispielsweise eine sehr geringe parasitäre Induktivität der Leiterstruktur, d. h. des Bereichs der Leiterstruktur, der die parasitäre Kapazität bildet, gewünscht wird, so kann dies durch eine entsprechende Formgebung erreicht werden, in der benachbarte Leiterbahnabschnitte zwar dicht benachbart sind, aber entsprechende Leiterschleifen möglichst vermieden werden. Beispielsweise ist es in Ausführungsformen, die eine galvanische Ansteuerung des Sensorelements vorsehen, ggf. vorteilhaft, nur die kapazitive Komponente im Wesentlichen vorzusehen, so dass sich bei einer entsprechenden Ansteuerung deren Wert, der durch die Permittivität gekennzeichnet ist, ermitteln lässt. Dabei kann das mindestens eine elektronische Bauelement so vorgesehen sein, um beispielsweise das Temperaturverhalten der parasitären Kapazität zu korrigieren, wenn das Bauelement und die parasitäre Kapazität beispielsweise als RC-Schaltung verbunden sind, oder aber es lässt sich ein entsprechendes Temperatursignal an dem elektronischen Bauelement abgreifen. In anderen Ausführungsformen, in denen eine galvanische entkoppelte Ansteuerung des Sensorelements vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, eine von der parasitären Kapazität entkoppelte Induktivität bereitzustellen, die zur Einkopplung eines energieliefernden Signals und ggf. von Informationen aus einer Ansteuereinrichtung dient, wobei in dem elektronischen Bauelement aktive Komponenten vorgesehen sein können, um so dann in effizienter Weise die Kapazitätsänderung sowie den Einfluss der spezifizierten Umweltmessgröße zu registrieren. Entsprechende Signale, die die gewünschten Informationen enthalten, können dann über die induktive Komponente oder einen Bereich davon zurückgespeist werden, oder es kann bereits im Sensorelement ein gewisser Grad an Auswertung vorgenommen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das mindestens eine elektronische Bauelement ein temperaturempfindliches Bauelement. Auf diese Weise lässt sich in sehr effizienter und lokalisierter Weise die Temperatur im Sensorelement erfassen. Beispielsweise bei Anwendungen als Regensensor in Windschutzscheiben können lokal sehr unterschiedliche Temperaturen auftreten, beispielsweise bei einem sich über die Windschutzscheibe bewegenden Sonnenstrahl, so dass bei einer starken Temperaturabhängigkeit des für Befeuchtung sensitiven Sensorbereichs eine entsprechende Temperaturbestimmung erforderlich ist, so dass ein präzises temperaturunabhängiges Befeuchtungssignal erhalten wird. Da das elektronische temperaturempfindliche Bauelement, beispielsweise in Form eines Widerstands, eines Halbleiterbauelements, etc., in sehr geringer Baugröße vorgesehen werden kann, lässt sich damit ein sehr rasches Ansprechverhalten erreichen, so dass das temperaturempfindliche Bauelement und das umgebende Substrat im Wesentlichen stets die gleiche Temperatur aufweisen. Ferner lässt sich das temperaturempfindliche Bauelement nahezu an jeder beliebigen Stelle der Leiterstruktur vorsehen, oder es können mehrere temperaturempfindliche Bauelemente über die gesamte Leiterstruktur hinweg eingesetzt werden, so dass sich eine für die gesamte Leiterstruktur repräsentative Temperatur ermitteln lässt. Besonders vorteilhaft sind hierbei Ausführungsformen, in denen das temperaturempfindliche elektronische Bauelement in die Leiterstruktur integriert ist, da somit automatisch ein für die Leiterstruktur repräsentatives Temperatursignal erhalten wird. Beispielsweise können entsprechende Halbleiterelemente in die Leiterstruktur integriert werden, und/oder die Leiterstruktur oder Bereiche davon können aus einem temperaturabhängigen Widerstandsmaterial, beispielsweise dotiertem Halbleitermaterial, und dergleichen, hergestellt sein. In vorteilhaften Ausführungsformen umfasst daher das temperaturempfindliche Bauelement einen temperaturabhängigen Widerstand, der in Form eines separaten Widerstandselements und/oder eines in die Leiterstruktur integrierten Widerstandelements vorgesehen sein kann. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, dass der Begriff „temperaturempfindlich" so zu verstehen ist, dass das elektronische Bauelement eine stärkere Temperaturabhängigkeit aufweist, wie sie für handelsübliche standardmäßige Widerstandsbauelemente typisch ist. D.h., das temperaturempfindliche Bauelement weist einen Temperaturgang von mehr als 100 ppm pro Grad Celsius auf, wobei die Änderung der Leitfähigkeit mit der Temperatur sowohl negativ als auch positiv sein kann. Ferner kann des Temperaturverhalten des temperaturempfindlichen Bauelements linear oder auch nicht linear sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das temperaturempfindliche Bauelement mit der Leiterstruktur verbunden. Auf diese Weise lässt sich in einfacher Weise eine „Verkopplung" der durch die spezifizierte Umweltmessgröße hervorgerufenen Wirkung und der durch das Probenmaterial auf der Sensorfläche hervorgerufenen Wirkung erreichen. In vorteilhaften Ausführungsformen definiert die Leiterstruktur sowohl eine parasitäre induktive Komponente wie auch eine parasitäre kapazitive Komponente, die zusammen einen Schwingkreis bilden. Durch die elektrische Verbindung des temperaturempfindlichen Bauelements mit diesem Schwingkreis ergibt sich sodann eine temperaturabhängige Bedämpfung des Schwingkreises, die im Wesentlichen unabhängig von der durch die induktive und kapazitive Komponente bestimmten Resonanzfrequenz ist. Somit stellt die Güte des Schwingkreises ein Maß dar, aus der die aktuelle Temperatur des Sensorelements abgeleitet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das mindestens eine elektronische Bauelement ein lichtempfindliches Bauelement. Auf diese Weise lassen sich auch gleichzeitig zur Detektierung des Probenmaterials auf der Sensorfläche die aktuell an dem Sensorelement vorherrschenden Lichtverhältnisse bestimmen. Insbesondere bei Anwendungen des Sensorelements in Glasscheiben oder entsprechenden Strukturen, ist es häufig vorteilhaft, die exponierte Lage des Sensorelements auch zur Erfassung der Lichtverhältnisse und damit zur Ansteuerung entsprechender Vorrichtungen, etwa Lichtanlagen von Fahrzeugen, etc. auszunutzen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das lichtempfindliche Bauelement mit der Leiterstruktur verbunden. Ähnlich wie dies zuvor für das temperaturempfindliche Bauelement beschrieben ist, kann auch in diesem Falle in sehr effizienter Weise der Einfluss des lichtempfindlichen Bauelements auf das Schwingkreisverhalten ausgenutzt werden, um eine entsprechende Information über die Lichtverhältnisse zu erhalten. Insbesondere in Sensorelementen, in denen eine Temperaturkorrektur durch andere Mittel, beispielsweise durch selbstkompensierende Mechanismen im Sensorelement, andere Referenzstrukturen, etc., erreicht wird, lässt sich auf diese Weise wiederum die sich mit dem einfallenden Licht verändernde Güte des Schwingkreises ausnutzen, um ein lichtabhängiges Ausgangssignal zu erzeugen.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine elektronische Bauelement ein druckempfindliches Bauelement. Auf diese Weise können in effizienter Weise meteorologische Daten gewonnen werden, oder es können Informationen hinsichtlich des mechanischen Zustands des Sensorelements ermittelt werden. Beispielsweise kann das druckempfindliche Bauelement Krafteinwirkungen auf das Sensorelement detektieren, insbesondere wenn dieses in oder auf Fensterscheiben angebracht ist. Des weiteren können auch Spannungszustände im Sensorelement oder in damit mechanisch gekoppelten Gegenständen erfasst werden.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist mindestens ein aktives elektronisches Bauelement vorgesehen. Hierbei ist anzumerken, dass ein aktives Bauelement als ein Element betrachtet wird, das bei Vorhandensein einer Versorgungsspannung eine Schalt- und/oder Verstärkerfunktion ausüben kann. Beispielsweise sind Transistoren oder daraus hergestellte Schaltungen, die auch weitere passive Bauelemente, beispielsweise Kondensatoren, Widerstände, etc. aufweisen können, als aktives Bauelement zu betrachten. Insbesondere können entsprechende Halbleiterchips in dem Sensorelement vorgesehen sein, die für das Erfassen von Messdaten als sensorische Einheiten und/oder das Ansteuern der Leiterstruktur und/oder Auswerten des Verhaltens der Leiterstruktur oder davon gewonnener Signale verwendet sein können. Ferner können entsprechende aktive Komponenten auch zur Datenübertragung von und zu dem Sensorelement eingesetzt werden, um damit die Datenintegrität zu erhöhen. Beispielsweise kann durch eine Digitalisierung der Signale bereits im Sensorelement mit anschließender digitaler Signalverarbeitung ein hohes Maß an Störsicherheit und damit Zuverlässigkeit erreicht werden. Des weiteren können beliebige geeignete Modulationstechniken verwendet werden, um auch den Datentransfer zu peripheren Geräten und/oder weiteren Komponenten des Messsystems robuster gegenüber Störungen zu machen.

Vorteilhafterweise weist dazu das Sensorelement ein energiespeicherndes Bauelement auf, das mit der Leiterstruktur verbunden ist. Ein entsprechendes energiespeicherndes Element, beispielsweise ein Kondensator, der mit der Leiterstruktur verbunden ist, ermöglicht eine zumindest teilweise Speicherung des von einer Ansteuerschaltung in die Leiterstruktur eingekoppelten Energieinhalts. Zu diesem Zwecke wird eine Gleichrichterschaltung in Kombination mit der Leiterstruktur und dem Kondensator vorgesehen, so dass bei Einkopplung eines Ansteuersignals in die Leiterstruktur eine in einem gewissen Maße konstante Energieabgabe an die aktiven Komponenten des Sensorelements gewährleistet ist. Ferner ist in einigen Ausführungsformen vorgesehen, bei galvanischer Entkopplung des Sensorelements von einer entsprechenden Ansteuervorrichtung, die Energieeinspeisung und die Datenübertragung teilweise oder gänzlich voneinander zu entkoppeln. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise eine nur für die Energieeinspeisung vorgesehene induktive Komponente der Leiterstruktur verwendet werden, die dann zur Versorgung aktiver Komponenten in dem Sensorelement verwendet wird. Diese aktiven Komponenten, z.B. in Form eines Oszillators und dergleichen sorgen sodann für das Ansteuern beispielsweise einer kapazitiven Komponente sowie des mindestens einen von der Umweltmessgröße abhängigen Bauelements. Die aktiven Komponenten können dann weiterhin entsprechende Ressourcen für die Auswertung der Signale aufweisen, so dass ggf. nur eine sehr geringe Datenmenge zu einem peripheren Gerät, beispielsweise Einschaltpulse für eine Scheibenwischeranlage, zu übertragen sind. Auf diese Weise wird eine äußerst hohe Störsicherheit des Sensorelements und auch eine geringe Störstrahlungsentwicklung auf Grund der äußerst geringen Bandbreite, die zur Datenübertragung und zur Energieübertragung erforderlich ist, erreicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Leiterstruktur eine erste Struktur und eine zweite Struktur, die voneinander galvanisch entkoppelt sind, auf. Auf diese Weise lässt sich eine sehr effiziente Konfiguration des Sensorelements erreichen, da die erste und die zweite Struktur für den jeweiligen Anwendungszweck entsprechend gestaltet werden können, so dass beispielsweise eine Struktur für Informations- und/oder Übertragungszwecke verwendbar ist, während die zweite Struktur für Messzwecke vorgesehen sein kann. In anderen Ausführungsformen können die erste und die zweite Struktur als Mess- bzw. Referenzstruktur vorgesehen sein, um damit eine höhere Präzision und/oder ein höheres Maß an Flexibilität bei der Bestimmung der benötigten Umweltdaten zu erreichen.

In einer Ausführungsform ist die erste Struktur mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement und die zweite Struktur mit einem zweiten elektronischen Bauelement verbunden. Mit dieser Anordnung ergibt sich Möglichkeit, mit einer sehr einfachen Konfiguration ein hohes Maß an Information zu erhalten. Beispielsweise können die erste Struktur und die zweite Struktur als Schwingkreise ausgebildet sein, so dass durch die elektrische Verbindung mit jeweils einem elektronischen Bauelement eine entsprechende Beeinflussung des jeweiligen Schwingkreises stattfinden kann. Wenn das mindestens eine elektronische Bauelement und das zweite elektronische Bauelement für jeweils unterschiedliche Umweltmessgrößen empfindlich sind, lässt sich damit ein höheres Maß an Information gewinnen, wobei ferner eine hohe Empfindlichkeit für das zu detektierende Probenmaterial erhalten wird, da bei entsprechender Bauweise bei Bedarf beide Strukturen dem Einfluss der Wechselwirkung mit dem Probenmaterial unterliegen können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das mindestens eine elektronische Bauelement ein temperaturempfindliches Bauelement und das zweite elektronische Bauelement ist ein lichtempfindliches oder ein druckempfindliches Bauelement. Auf diese Weise kann das Sensorelement mehrere Umweltmessgrößen gleichzeitig erfassen. Beispielsweise liefert das temperaturempfindliche Bauelement im Zusammenhang mit der ersten Struktur ein entsprechendes Maß für den temperaturabhängigen Verlauf des Sensorelements, wobei bei ausreichender thermischer Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Struktur gleichzeitig auch ein Maß für den Temperaturgang der zweiten Struktur erhalten werden kann. Hierbei kann dann die frequenzabhängige Antwort in Reaktion auf Probenmaterial auf der Sensorfläche von beiden Strukturen bei Bedarf ausgewertet werden, wobei gleichzeitig die Lichtintensität oder der Druck mittels der zweiten Struktur ermittelt werden kann. In vorteilhaften Ausführungsformen kann beispielsweise die Lichtanlage eines Fahrzeuges mittels des Sensorelements gesteuert werden, wobei gleichzeitig eine zuverlässige Detektion der Befeuchtung in temperaturkorrigierter Weise des Sensorelements gewährleistet ist.

In einer weiteren Ausführungsform umschließt die zweite Struktur die erste Struktur. Auf diese Weise lässt sich eine sehr flächeneffiziente Bauweise erreichen, wobei sich durch die geometrische Anordnung eine Kopplung der ersten und der zweiten Struktur zueinander ergibt. Durch geeignete Bauweise dieser Strukturen sowie Auswahl der in deren Nähe befindlichen dielektrischen Materialien kann eine unterschiedliche Verhaltensweise im Hinblick auf Befeuchtung und/oder Temperatur dieser beiden Strukturen erreicht werden, wodurch sich durch geeignete Kalibiermaßnahmen eine Temperaturkorrekturfunktion ermitteln lässt. Somit kann durch diese Temperaturkorrekturfunktion ein relativ temperaturunabhängiges Signal beispielsweise hinsichtlich des Befeuchtungszustands der Sensorfläche ermittelt werden, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement dann für die Messung einer weiteren Umweltmessgröße zur Verfügung steht. Beispielsweise kann ein lichtempfindlicher Widerstand mit einer oder beiden Strukturen verbunden werden, so dass sich eine lichtabhängige Dämpfung des Schwingkreisverhaltens ergibt, was dann, wie dies zuvor bereits erläutert ist, in geeigneter Weise als quantitatives Maß des einfallenden Lichts ausgewertet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der erste und der zweite Leiter jeweils benachbarte parallele oder konzentrische Abschnitte auf. Obwohl prinzipiell sehr viele verschiedene geometrische Konfigurationen zur Erzeugung parasitärer Induktivitäten und/oder Kapazitäten möglich sind, ergibt diese Anordnung mit benachbarten parallelen oder konzentrischen Abschnitten bei geeigneter Wahl von Leiterbahnbreite und Leiterbahnabstand hohe Werte für Kapazitäten und/oder Induktivitäten, so dass auf relativ kleiner Fläche entsprechend große Werte erreicht werden können, um damit das frequenzabhängige Verhalten des Sensorelements auf einen gewünschten Frequenzbereich einzustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Leiterstruktur aus einem einzelnen zusammenhängenden Leiter aufgebaut. Auf diese Weise ergibt sich eine äußerst einfache Bauweise und ein entsprechend einfaches frequenzabhängiges Verhalten, da die aus einem einzelnen Leiter aufgebaute Leiterstruktur in der Regel durch eine einzelne Resonanzfrequenz charakterisiert ist. Wenn die Leiterstruktur in einem dielektrischen Material angeordnet ist, das eine hohe Temperaturabhängigkeit in Bezug auf seine Permittivität aufweist, kann hierbei das mindestens eine elektronische Bauelement vorteilhafterweise ein temperaturempfindlicher Widerstand sein, der in dem Leiter integriert sein kann oder als zur Leiterstruktur externes Bauelement vorgesehen und mit dem Leiter verbunden sein kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Glasscheibenstruktur bereitgestellt, wobei diese eine erste Glasscheibe, eine mit der ersten Glasscheibe überlappende und mit dieser einen Spalt bildende zweite Glasscheibe und ein in dem Spalt angeordnetes Sensorelement aufweist, wie es in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und in noch weiteren später erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben ist. Wie eingangs bereits näher erläutert ist, können Sensorelemente, die in Glasscheiben integriert sind, zu einer Erhöhung der Funktionalität, Sicherheit, Komfort und dergleichen beitragen. Beispielsweise lassen sich die erfindungsgemäßen Sensorelemente in sehr effizienter Weise bei der Herstellung einer Glasscheibenstruktur der zuvor beschriebenen Art in diese integrieren, so dass sich bei unwesentlicher Einschränkung hinsichtlich der Erscheinungsform und der Funktionalität eine Vielzahl von Anwendungen erschließt. So können Fensterscheiben in einfacher Weise mit den erfindungsgemäßen Sensorelementen versehen werden, um damit temperaturabhängige und/oder befeuchtungsabhängige und/oder druckabhängige Steuerungsaufgaben zu veranlassen, wobei in besonders vorteilhaften Ausführungsformen die Sensorelemente als galvanisch entkoppelte Einheiten vorgesehen sind. Z. B. können in Gebäuden in automatisierter Weise Öffnungs- und Schließvorgänge für entsprechende Fenster oder Türen veranlasst werden, wobei die entsprechenden Messwerte sehr „lokal" in dem interessierenden Bereich gewonnen werden. Auf diese Weise kann im Prinzip jedes mit einem Sensorelement versehene Fenster eine gewisse eigene „Intelligenz" entwickeln, die eine individuelle Steuerung beispielsweise in Abhängigkeit der Niederschlagsmenge, der Lichtverhältnisse usw. erlauben.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist ferner ein elastisches Füllmaterial in dem Spalt vorgesehen. In vorteilhaften Ausführungsformen repräsentiert das Füllmaterial ein amorphes Thermoplastmaterial, so dass sich auf Grund des Füllmaterials die Eigenschaften der Glasscheibenstruktur in weiten Bereichen in Hinblick auf mechanische Eigenschaften, Bruchverhalten usw. einstellen lassen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Glasscheibenstruktur als Windschutzscheibe eines Transportmittels ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich insbesondere im Verkehrswesen ein hohes Maß an Komfort und Sicherheit erreichen, da beispielsweise befeuchtungsabhängige und/oder lichtabhängige Steuervorgänge vorgenommen werden können, ohne dass ein Eingreifen des Anwenders erforderlich ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Messsystem mit einem Sensorelement gemäß einer der vorhergehenden oder nachfolgend noch zu beschreibenden Ausführungsbeispielen bereitgestellt. Das Messsystem umfasst ferner eine mit dem Sensorelement gekoppelte Ansteuereinrichtung, die ausgebildet ist, ein Signal mit mehreren Frequenzkomponenten in das Sensorelement einzuspeisen, und eine mit der Ansteuereinrichtung und/oder dem Sensorelement gekoppelte Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, ein dem Sensorzustand entsprechendes Ausgangssignal bereitzustellen. Mit dem erfindungsgemäßen Messsystem lässt sich aus dem Sensorelement ein Ausgangssignal ableiten, das in sehr zuverlässiger Weise für die weitere Verarbeitung zur Verfügung steht. Insbesondere wird gegenüber konventionellen Messsystemen mit Schwingkreissensoren eine sehr effiziente Messtechnik bereitgestellt, da auf Grund des zusätzlichen elektronischen Bauelements eine weitere Umweltmessgröße bestimmt werden kann, wobei je nach Ausführungsform des Sensorelements eine sehr einfache und kompakte Bauweise erreichbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind das Sensorelement und die Ansteuereinrichtung galvanisch voneinander entkoppelt. Auf Grund dieses Aufbaus ergibt sich ein hoher Freiheitsgrad in der Anordnung der Ansteuereinrichtung einerseits und des Sensorelements andererseits, so dass das Messsystem in einigen Ausführungsformen als mobile Einheit vorgesehen werden kann, oder die Integration des Messsystems in anderen Komponenten durchgeführt werden kann, ohne deren Gestalt und Funktion nennenswert zu beeinflussten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung galvanisch von dem Sensorelement entkoppelt. Mit dieser Anordnung lässt sich insbesondere in Verbindung mit der galvanisch entkoppelten Ansteuereinrichtung ein noch höheres Maß an Flexibilität bei der Installation des Messsystems sowie auch des Sensorelements erreichen. Insbesondere kann damit das Messsystem in Kombination mit der zuvor beschriebenen Glasscheibenstruktur betrieben werden, ohne dass bei der Herstellung und der Ausbildung der Glasscheibenstruktur ein hoher Aufwand zu betreiben ist, da in dieser Ausführungsform keine galvanischen Verbindungen zu der Ansteuereinrichtung und der Auswerteeinrichtung erforderlich sind. Des weiteren ergibt sich auch ein hohes Maß an Flexibilität für Anwendungen und die Montage des erfindungsgemäßen Messsystems, da beispielsweise das Sensorelement als völlig unabhängige Komponente bereitgestellt werden kann und an beliebigen Positionen angebracht werden kann, beispielsweise durch Kleben, Anhaften, etc., wohingegen die Ansteuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung räumlich getrennt an einer geeigneten Stelle vorgesehen werden können, so dass insbesondere das Sensorelement entsprechenden Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden kann, ohne dass die Notwendigkeit besteht, die Ansteuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung in unmittelbarerer Nähe anzubringen und damit den gleichen Umgebungsbedingungen auszusetzen. In dieser Form ist das erfindungsgemäße Messsystem auch als mobile Einheit sehr vorteilhaft, wobei das Sensorelement rasch an einer beliebigen gewünschten Komponente angebracht wird und die Ansteuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung so ausgebildet sind, dass durch entsprechende Kalibrierroutinen den jeweils unterschiedlichen Bedingungen hinsichtlich des Abstands, der Umgebung, etc. Rechnung getragen wird. Dazu kann das Messsystem vorteilhafterweise auch eine Schnittstelle aufweisen, die eine Kommunikation zu peripheren Geräten ermöglicht. So kann die Schnittstelle für eine kabellose Kommunikation mit peripheren Geräten ausgebildet sein, so dass die von dem Messsystem gewonnenen Daten zur weiteren Verarbeitung oder für weitere Steuerungsprozesse durch das externe Gerät ohne weitere Verkabelungen verwertet werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest ein Teil der Ansteuereinrichtung und/oder zumindest ein Teil der Auswerteeinrichtung in dem Sensorelement integriert. Wie zuvor bereits beschrieben ist, weist das Sensorelement zumindest ein elektronisches Bauelement zusätzlich zu der Leiterstruktur auf. In dieser Ausführungsform sind dazu auch eine oder mehrere aktive elektronische Bauelemente vorgesehen, die zumindest teilweise die Aufgabe der Ansteuereinrichtung und/oder zumindest teilweise die Aufgabe der Auswerteeinrichtung übernehmen können. Zum Beispiel kann es in manchen Anwendungen vorteilhaft sein, das Sensorelement als individuelle Komponente, die keine galvanische Verbindung zu weiteren Bereichen des Messsystems aufweist, vorzusehen, wobei jedoch gewisse Bedingungen hinsichtlich des Übertragungskanals zur Kommunikation des Sensorelements mit dem restlichen Messsystem zu berücksichtigen sind. Beispielsweise kann ein spezieller Frequenzbereich oder eine einzelne Frequenz für die Kommunikation vorgesehen sein, um ein hohes Maß an Störsicherheit und/oder eine geringe Störstrahlungsaussendung zu erreichen, so dass in diesem Falle die Ansteuerung des Sensorelements durch dieses selbst erfolgt, d. h. es können entsprechende aktive Komponenten, beispielsweise Oszillatoren und dergleichen vorgesehen sein, um damit die Leiterstruktur mit dem Signal mit den mehreren Frequenzkomponenten zu beaufschlagen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird gleichzeitig das frequenzabhängige Verhalten im Sensorelement selbst detektiert und zu einem gewissen Maße ausgewertet, so dass nur die Ergebnisse der Auswertung über den Übertragungskanal zu senden sind. In einfachen Fällen können dies Einschalt- und/oder Ausschaltinformationen für entsprechende Vorrichtungen, beispielsweise eine Scheibenwischeranlage, eine Lichtanlage, etc. sein. Die Energieversorgung für die aktiven Komponenten in dem Sensorelement können hierbei aus der Trägerwelle des Übertragungskanals und/oder durch andere Einrichtungen gewonnen werden. Zum Beispiel können photovoltaische Elemente, thermoelektrische Elemente mit entsprechenden energiespeichernden Einheiten in dem Sensorelement vorgesehen sein. Hierbei können für die aktiven Komponenten moderne äußerst verlustleistungsarme Technologien, beispielsweise die CMOS-Technologie, angewendet werden, so dass die entsprechenden Ansteuerungs- und Auswertungshardwareresourcen mit äußerst geringem Energiebedarf bereitgestellt werden können. Des weiteren ist es mit dieser Ausführungsform möglich, effiziente Ansteuer- und Auswerteverfahren innerhalb des Sensorelements zu integrieren, die ansonsten bei galvanisch entkoppelter Ansteuerung des Sensorelements eine sehr große Bandbreite fordern. Z. B. können geeignete Signalgeneratoren in dem Sensorelement galvanisch mit der Leiterstruktur oder Teilen davon gekoppelt sein, so dass sich mit sehr geringer Leistung störstrahlungsarm Signale mit hoher Bandbreite einspeisen lassen, die dann ein entsprechendes schnelles Erfassen des Frequenzverhaltens der Leiterstruktur oder des interessierenden Bereichs davon ermöglichen. Zu diesem Zwecke kann ggf. ein Impulsgenerator die Leiterstruktur oder einen interessierenden Teil davon gleichzeitig mit sehr vielen Frequenzen abtasten, woran sich dann eine frequenzselektive Auswertung des Antwortverhaltens, beispielsweise durch Fouriertransformation, anschließt. Entsprechend optimierte Bausteine für die digitale Signalverarbeitung lassen sich in CMOS-Technologie erstellen und ermöglichen daher einen Betrieb bei geringem Energiebedarf und dennoch hoher Rechnerleistung. Ferner können beliebige andere Arten von steuerbaren Oszillatoren, die beispielsweise ein Abtasten der Leiterstruktur mit gewünschten Frequenzkomponenten ermöglichen, integriert werden, so dass sich hierbei nach vollständiger oder teilweiser Auswertung ebenso eine Kommunikation mit deutlich reduzierter Bandbreite ergibt. Insbesondere können beim Vorsehen aktiver Komponenten, die einen Teil der Ansteuerung und/oder einen Teil der Auswertung übernehmen, die die weitere Umweltmessgröße bestimmenden elektronischen Bauelement elektrisch unabhängig von der Leiterstruktur vorgesehen werden. Beispielsweise können temperaturempfindliche und/oder lichtempfindliche und/oder druckempfindliche Komponenten in dem Sensorelement vorgesehen sein, deren Werte unabhängig von dem Verhalten der Leiterstruktur erfasst werden. Die entsprechend erfassten Messwerte können dann separat oder in Kombination mit dem frequenzabhängigen Verhalten der Leiterstruktur in dem Sensorelement und/oder in dem restlichen Messsystem weiterverarbeitet werden, um die gewünschte Information zu erhalten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das mindestens eine elektronische Bauelement ein temperaturempfindliches Bauelement und die Auswerteeinrichtung weist eine Temperaturkorrektureinrichtung auf, die ausgebildet ist, das Ausgangssignal auf der Grundlage des Zustands des temperaturempfindlichen Bauelements zu korrigieren. Diese Ausführungsform ermöglicht eine sehr präzise und zuverlässige Temperaturkorrektur des Ausgangssignals, indem beispielsweise lokal die Temperatur in dem Sensorelement ermittelt wird und über die Temperaturkorrekturfunktion mit dem von der Leiterstruktur gewonnenen Signal verarbeitet wird, um ein relativ temperaturstabiles Ausgangssignal zu erhalten. Die Temperaturkorrekturfunktion kann hierbei in beliebig geeigneter Weise in der Temperaturkorrektureinrichtung implementiert sein, beispielsweise in Form von Tabellen, mathematischen Funktionen und dergleichen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das mindestens eine elektronische Bauelement ein lichtempfindliches Bauelement und die Auswerteeinrichtung ist ferner ausgebildet, ein zweites den Zustand des lichtempfindlichen Bauteils repräsentierendes Ausgangssignal bereitzustellen. Auf diese Weise kann alternativ oder zusätzlich ein lichtabhängiges Signal gewonnen werden, das dann für weitere Steuerungsaufgaben zur Verfügung steht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals eines Sensorelements gemäß den Ausführungsformen, wie sie bisher beschrieben sind, oder wie sie nachfolgend noch beschrieben werden, bereitgestellt. Hierbei umfasst das Verfahren das Ermitteln des Sensorverhaltens bei einem ersten spezifizierten Zustand der Sensorfläche bei Änderung der spezifizierten Umweltmessgröße und das Ermitteln einer Referenzfunktion für die spezifizierte Umweltmessgröße auf der Grundlage des ermittelten Sensorverhaltens. Hierbei repräsentiert die ermittelte Referenzfunktion bei Anwendung auf das Ausgangssignal den Wert der spezifizierten Umweltmessgröße zumindest bei einem zweiten spezifizierten Zustand der Sensorfläche. Ferner umfasst das Verfahren das Anwenden der Referenzfunktion auf ein Ausgangssignal des Sensorelements und/oder eines weiteren zu dem Sensorelement baugleichen Sensorelements bei verschiedenen Zuständen der Sensorfläche.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit auf der Grundlage des Sensorelements zunächst dessen Verhalten bei einem spezifizierten Zustand der Sensorfläche ermittelt werden, wobei die weitere interessierende Umweltmessgröße, beispielsweise die Temperatur, die Lichtintensität, der Druck, etc. variiert werden. Hierbei ist das Ermitteln des Sensorverhaltens so zu verstehen, dass die interessierende Umweltmessgröße innerhalb eines Bereichs, der nicht notwendigerweise vorgegeben sein muss, kontinuierlich oder schrittweise verändert wird. In manchen Fällen kann hierbei die Änderung darin bestehen, dass lediglich das Sensorverhalten, d. h. ein entsprechendes Sensorausgangssignal, für zwei unterschiedliche Werte, die nicht notwendigerweise bekannt sein müssen, der interessierenden Umweltmessgröße vorhanden sind. In anderen Fällen können zusätzlich zu den experimentell erhaltenen Daten auch andere Daten verwendet werden, die beispielsweise das Verhalten des elektronischen Bauelements ausreichend präzise beschreiben, um damit das Gesamtverhalten des Sensorelements mit einer gewünschten Präzision vorhersagen zu können. Z. B. kann das elektronische Bauelement als temperaturempfindlicher Widerstand, der die als Schwingkreis ausgebildete Leiterstruktur somit temperaturabhängig dämpft, vorgesehen und sein Temperaturverhalten hinlänglich genau bekannt sein, um damit ausgehend von einem experimentell ermittelten Wert der Dämpfung diese für den weiteren Temperaturverlauf vorherzusagen. In vorteilhaften Ausführungsformen wird das Sensorverhalten auch bei mindestens einem weiteren spezifizierten Zustand der Sensorfläche für eine entsprechende Änderung der spezifizierten Umweltmessgröße festgestellt, so dass sich daraus der Einfluss der Zustand der Sensorfläche bei Durchlaufen einer gewissen Änderung der Umweltmessgröße bestimmen lässt. Hierzu kann beispielsweise ein Messzyklus mit sich ändernder Umweltmessgröße ohne Beaufschlagung der Sensorfläche mit Probenmaterial durchlaufen werden, woran sich dann ein entsprechender Messzyklus mit einer definierten Menge an Probenmaterial anschließen kann.

Sobald das Sensorverhalten im Hinblick auf seine Änderung der spezifizierten Umweltmessgröße für den ersten spezifizierten Zustand des Sensorfläche und ggf. für weitere spezifizierte Zustände ermittelt ist, was beispielsweise durch Aufzeichnen der entsprechenden Messwerte folgen kann, wird auf Grundlage des Sensorverhaltens sodann die Referenzfunktion festgelegt, die so bestimmt ist, dass diese bei Anwenden auf ein Sensorantwortsignal im Wesentlichen die spezifizierte Umweltmessgröße bei einem beliebigen zweiten Zustand der Sensorfläche repräsentiert. D. h. die Referenzfunktion stellt sicher, dass auch bei variierendem Zustand der Sensorfläche, beispielsweise bei veränderlicher Menge an Wasser, die darauf abgeschieden ist, ein der Umweltmessgröße, etwa der Temperatur, der Lichtintensität, etc., entsprechendes Signal gewonnen wird. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff Referenzfunktion, die auf das Ausgangssignal des Sensorelements anzuwenden ist, eine beliebige Bearbeitungsvorschrift bezeichnet, um bei Anwendung auf das Ausgangssignal ein entsprechendes Signal oder ein entsprechendes Maß innerhalb eines gewünschten Genauigkeitsgrades bereitzustellen, das die Umweltmessgröße repräsentiert. Anders ausgedrückt, die Referenzfunktion ergibt eine „Entkopplung" des unkorrigierten Ausgangssignals in Bezug auf die Umweltmessgröße und die detektierte Wechselwirkung des Probenmaterials auf der Sensorfläche, wenn sich eine Verhaltensänderung des elektronischen Bauelements auch auf das Verhalten der Leiterstruktur in Abhängigkeit der Wechselwirkung auswirkt, oder diese gibt im Wesentlichen die Änderung des elektronischen Bauelements bei variabler Umweltmessgröße war, wenn nahezu keine Beeinflussung zwischen der elektronischen Komponente und der Leiterstruktur gegeben ist. Ein Beispiel für den zuerst genannten Fall stellt der zuvor beschriebene gedämpfte Schwingkreis dar, dessen Güte aufgrund eines temperaturempfindlichen Widerstands mit der Temperatur variiert, wodurch in gewissem Maße auch die Resonanzfrequenz beeinflusst wird, die jedoch ihrerseits im wesentlichen durch die Wechselwirkung der parasitären Kapazität mit der Umgebung (z.B. Feuchtigkeit auf der Sensorfläche und Temperatur des Dielektrikums) bestimmt ist.

Zu beachten ist ferner, dass das Ermitteln des Sensorverhaltens und der Referenzfunktion unabhängig vom eigentlichen Messvorgang stattfinden kann. D. h., die entsprechenden Daten können in separaten Schritten ermittelt werden, beispielsweise nach der Fertigung des Sensorelements, nach der Montage des Sensorelements, etc., und die gewonnenen Daten können dann zum Betreiben eines oder mehrerer Sensorelemente verwendet werden. Dies gilt insbesondere, wenn bei der Fertigung und der Montage nur ein geringes Maß an Toleranzen zu erwarten ist. In anderen Ausführungsformen kann das Ermitteln des Sensorverhaltens und der Referenzfunktion individuell für jedes Sensorelement ein mal oder mehrere male ausgeführt werden. Beispielsweise können entsprechende automatisierte Abläufe oder anwenderinitiierte Abläufe in das Verfahren integriert werden, um eine Referenzfunktion zu erstellen oder um eine vorhandene Referenzfunktion zu aktualisieren.

Schließlich wird die gewonnene Referenzfunktion oder die aktualisierte Referenzfunktion im eigentlichen Messbetrieb angewendet, wobei diese auf ein Ausgangssignal bei variierenden Zuständen der Sensorfläche angewendet wird, um die für weitere Steuerungsaufgaben erforderlichen Informationen zu gewinnen.

In vorteilhaften Ausführungsformen repräsentieren der erste und der zweite Zustand der Sensorfläche eine Beaufschlagung der Sensorfläche mit dielektrischem Material. Insbesondere kann damit die Sensorfläche zur Detektion von Wasser in fester und flüssiger Form verwendet werden.

In weiteren Ausführungsformen umfasst das Ermitteln des Sensorverhaltens das Einspeisen eines Signals mit mehreren Frequenzen und das Bestimmen einer Eigenschaft des Frequenzverhaltens des Sensorelements auf das eingespeiste Signal. Hierzu lassen sich beispielsweise Änderungen registrieren, die durch eine Änderung von LR-Kreisen, RC-Kreisen, LRC-Kreisen, usw. bei Änderung einer oder mehrerer der individuellen Bestandteile hervorgerufen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform repräsentiert die Eigenschaft des Frequenzverhaltens die Güte eines in dem Sensorelement gebildeten Schwingkreises. Die Güte des Schwingkreises lässt sich in effizienter Weise bestimmen, so dass sich daraus in effektives Maß für die Ermittlung der Referenzfunktion gewinnen lässt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Sensorelement ein temperaturempfindliches Bauelement auf und die Referenzfunktion repräsentiert eine Temperaturkorrekturfunktion.

Wie eingangs bereits erläutert ist, weisen konventionelle Sensorelemente mit Schwingkreis ein Verhalten auf, das sowohl vom Befeuchtungszustand als auch von der Temperatur abhängig ist. Durch die Integration eines weiteren Bauelements, das im Wesentlichen nur temperaturabhängig ist, aber im Wesentlichen nicht von der Befeuchtung beeinflusst wird, lässt sich eine weitere Information hinsichtlich der Temperatur gewinnen, um damit die Referenzfunktion zuverlässig in eine Temperaturkorrekturfunktion umzugestalten, so dass der Einfluss der Sensortemperatur auf das Ausgangssignal kompensierbar ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung mittels eines Ausgangssignals, das gemäß dem Verfahren der vorhergehenden Ausführungsbeispiele erzeugt wird, bereitgestellt. Das Verfahren zum Steuern der Vorrichtung umfasst ferner: Festlegen einer Bedingung für das Ausgangssignal, wobei die Bedingung einem Zustand der Sensorfläche entspricht, der eine Statusänderung der Vorrichtung erfordert. Ferner umfasst das Verfahren das Vergleichen des Ausgangssignals mit der definierten Bedingung und das Initiieren der Statusänderung, wenn das Ausgangssignal die Bedingung erfüllt.

Auf diese Weise lässt sich eine effiziente Steuerung der Vorrichtung erreichen, die beispielsweise eine Scheibenwischeranlage, eine Lichtanlage, eine periphere Steuerungseinrichtung zur Verarbeitung von Sensorsignalen, etc., sein kann, auf der Grundlage des Ausgangssignals erreichen.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das erneute Einspeisen des Signals mit den mehreren Frequenzkomponenten, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist. Somit kann das Verfahren in einer „Messphase" verbleiben, in der ständig das Auftreten einer gewissen Bedingung, beispielsweise das Überschreiten einer vordefinierten Feuchtigkeitsmenge auf der Sensorfläche, überwacht wird. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung eine steuerbare Scheibenwischeranlage repräsentieren, deren Statusänderung einem Wischvorgang entspricht, wobei das Sensorelement überstrichen wird. In anderen Ausführungsformen kann die Vorrichtung eine steuerbare Lichtanlage repräsentieren.

In weiteren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Ermitteln einer geeigneten Frequenz aus einem von den mehreren Frequenzen gebildeten Band für das einzuspeisende Signal, um dessen Bandbreite zu verringern. In dieser Ausführungsform lässt sich somit während einer gewissen Messphase die zum Einspeisen eines Signals in das Sensorelement erforderliche Bandbreite deutlich verringern, indem temporär eine geeignete Frequenz oder einige wenige Frequenzkomponenten ausgewählt werden, die dennoch das Auslesen der benötigten Information aus dem Sensorelement ermöglichen. Beispielsweise kann, nachdem auf Grund des korrigierten oder referenzierten Ausgangsignals, das mit dem eingespeisten Signal mit großer Bandbreite erhalten wurde und ein entsprechendes Verhalten des Sensorelements in ausreichender Weise „eingegrenzt" wurde, für eine gewisse Zeit lang oder bis zum Auftreten vorgegebener Abbruchbedingungen der Messbetrieb mit der geringeren Bandbreite betrieben werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem Initiieren der Statusänderung der Vorrichtung das Einspeisen des Signals mit verringerter Bandbreite, das Detektieren eines ersten Antwortsignals des Sensorelements und das Verwenden des ersten Antwortsignals zum Erzeugen einer Referenz für ein nachfolgendes Antwortsignal. Auf diese Weise lässt sich auch während der Messphase mit geringer Bandbreite eine Referenzierung bzw. Korrektur durchführen, auch wenn ein „globaler" Überblick über das Frequenzverhalten des Sensorelements augenblicklich nicht verfügbar ist. Beispielsweise kann nach einem zuverlässigen Vorhersagen eines bestimmten Zustands der Sensorfläche auf der Grundlage der Referenzfunktion bzw. Korrekturfunktion ein geeigneter schmaler Frequenzbereich ausgewählt werden, der dennoch in zuverlässiger Weise den weiteren Zustand der Sensorfläche widerspiegelt. Somit kann in dieser Messphase bei Bedarf auf die Erzeugung eines Signals mit großer Bandbreite, die Auswertung des Antwortsignals des Sensorelements auf der Grundlage der Referenzfunktion und dergleichen verzichtet werden, so dass sich insgesamt ein effizienterer und schnellerer Messablauf ermöglichen lässt, der dennoch eine zuverlässige Aussage hinsichtlich des Zustands der Sensorfläche zulässt.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Initiieren einer weiteren Statusänderung der Vorrichtung, wenn ein nachfolgendes Antwortsignal in vordefinierter Weise von der Referenz abweicht und Verwenden eines Antwortsignals nach der erneuten Initiierung der Statusänderung zum Erzeugen einer aktualisierten Referenz. Somit ist ein wirksamer Mechanismus vorgegeben, der eine ständige Aktualisierung einer Referenzierung auch beim Betrieb mit eingeschränkter Bandbreite ermöglicht, wobei ferner die Option besteht, die Statusänderung der Vorrichtung in den Vorgang der. Referenzierung mit einzubeziehen. Beispielsweise kann der Zustand nach einem Wischereignis einer Scheibenwischanlage als relativ trocken betrachtet werden, so dass ein nach dem Wischvorgang erhaltenes Antwortsignals als Referenzsignal für nachfolgend eintreffende Antwortsignale verwendet werden kann, ohne dass ein größeres Abdriften selbst bei beispielsweise einer einsetzenden Temperaturänderung im Sensorelement auftritt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Detektieren der Statusänderung der Vorrichtung und das Erzeugen der Referenz in zeitlich korrelierter Weise nach Erkennen einer Statusänderung. Auf diese Weise kann in sehr effizienter Weise die Statusänderung der Vorrichtung, beispielsweise durch Erkennen von Einschalt- und Ausschaltimpulsen, durch Erkennen von Amplitudenänderungen beim Überwischen des Sensorelements, etc., verwendet werden, um die Referenzierung zeitlich mit der Aktivität der Vorrichtung abzustimmen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Definieren einer Abbruchbedingung für das Einspeisen des Signals mit verringerter Bandbreite und das Einspeisen des Signals mit den mehreren Frequenzkomponenten zur Erzeugung eines aktualisierten Ausgangssignals, wenn die Abbruchbedingung erfüllt ist. Auf diese Weise kann in effizienter Weise wieder in den „globalen" Modus zurückgekehrt werden, in welchem das Ausgangssignal des Sensorelements in sehr zuverlässiger Weise auf der Grundlage der Referenzfunktion bestimmt wird, so dass dann erneut die Möglichkeit besteht, zu entscheiden, ob in den vereinfachten Messablauf zurückzukehren ist. Hierbei kann das für das Zurückkehren in den Abtastmodus entscheidende Abbruchkriterium in beliebiger geeigneter Weise festgelegt werden, beispielsweise kann eine zeitliche Begrenzung für den Betrieb mit geringer Bandbreite vorgegeben werden.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung erläutert. Es wird Bezug genommen auf die Figuren, in denen:

1a schematisch eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer anschaulichen Ausführungsform zeigt;

1b schematisch ein elektrisches Ersatzschaltbild für eine Leiterstruktur mit einem elektronischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung zeigt;

1c schematisch in Querschnitt ein Sensorelement mit mehreren elektronischen Bauelementen gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigt;

1d schematisch den elektrischen Aufbau eines Sensorelements gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigt, in welchem aktive Komponenten enthalten sind;

1e schematisch einen Querschnitt durch eine Glasscheibenstruktur mit einem erfindungsgemäßen Sensorelement zeigt;

1f einen Graph darstellt, der qualitativ das Frequenzverhalten eines Sensorelements gemäß einer anschaulichen Ausführungsform beschreibt; und

2 schematisch ein Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, das mit einer Steuervorrichtung gekoppelt ist.

1a zeigt schematisch ein Sensorelement 100 gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Sensorelement 100 weist ein Substrat 101 auf, das aus einem beliebigen geeigneten dielektrischen Material gebildet ist. Das Substrat 101 definiert eine Sensorfläche 110, die zur Aufnahme eines Probenmaterials geeignet ist. In vorteilhaften Ausführungsformen ist die Sensorfläche 110 so ausgebildet, um darauf, zumindest zeitweilig, Wasser in Form von Regen, Schnee, Eis, etc., aufzunehmen. In dem Substrat 101 oder auf dem Substrat 101, d. h. auf der Sensorfläche 110, ist eine Leiterstruktur 130 vorgesehen, die aus einem geeigneten elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. Beispielsweise kann die Leiterstruktur aus Kupfer, Silber, Aluminium, Halbleitermaterial, dotiertem Halbleitermaterial, und dergleichen hergestellt sein. Die Abmessungen der Leiterstruktur, d. h. deren Gesamtabmessung und die Länge, Dicke und Breite der entsprechenden Leiterbahnen wird so ausgewählt, um das gewünschte elektrische Verhalten zu erreichen und um mit der anzuwendenden Herstellungstechnologie verträglich zu sein. Beispielsweise kann die Leiterstruktur 130 durch Lithographie und Ätzen in sehr präziser Weise auf das Substrat 101 übertragen werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Leiterstruktur 130 zwei galvanisch voneinander gekoppelte Strukturen 131 bzw. 132, wobei in anderen Ausführungsformen nur eine einzelne zusammenhängende Leiterstruktur oder mehr als zwei Strukturen, die ggf. auch miteinander galvanisch verbunden sein können, vorgesehen sein können. Obwohl beliebige geometrische Konfigurationen für die Leiterstruktur 130 möglich sind, ist es vorteilhaft zum Erreichen einer gewünschten parasitären Komponente und/oder einer gewünschten parasitären induktiven Komponente, Anordnungen bereitzustellen, die eng benachbarte parallele Abschnitte oder im Wesentlichen konzentrische Abschnitte aufweisen. Beispielsweise lässt sich mit den in 1a dargestellten Formen, die jedoch auf vielen Weisen variiert werden können, eine relativ hohe Kapazität und Induktivität erreichen, so dass einerseits eine große Empfindlichkeit für Probenmaterial auf der Sensorfläche 110 erreicht wird, dessen Permittivität sich von der von Luft unterscheidet, und so dass die sich aus den Strukturen 131 und 132 ergebenden Schwingkreisresonanzfrequenzen in einem für Anwendungen praktikablen Frequenzbereich liegen. Ferner ist in dem Sensorelement 100 mindestens eine elektronisches Bauelement 120 vorgesehen, das empfindlich ist für eine spezifizierte Umweltmessgröße. Beispielsweise kann das Bauelement 120 ein temperaturempfindliches Bauelement repräsentieren, beispielsweise in Form eines Halbleiterbauelements, eines temperaturabhängigen Widerstands und dergleichen. In 1a ist ferner ein weiteres elektronisches Bauelement 121 vorgesehen, das sich ebenso in reproduzierbarer Weise in Abhängigkeit einer spezifizierten Umweltmessgröße ändert. Das Bauelement 121 kann auf die gleiche Umweltmessgröße reagieren oder kann für eine andere Umweltmessgröße sensibel sein. Beispielsweise kann das Bauelement 121 einen druckempfindlichen oder lichtempfindlichen Widerstand repräsentieren. Hierbei ist zu betonen, dass der Begriff empfindlich in Bezug auf eine Umweltmessgröße eine gut detektierbare Eigenschaft der Bauelemente 120 und 121 charakterisiert, deren Eigenschaft sich in Abhängigkeit der spezifizierten Umweltmessgröße reproduzierbar und auswertbar ändert. Beispielsweise zeigen speziell gestaltete temperaturabhängige Widerstände eine deutlich stärkere Temperaturabhängigkeit als „normale" Widerstände, die typischerweise so aufgebaut sind, dass sie eine Werteänderung von weniger als 50 ppm pro Grad Celsius Temperaturänderung zeigen. Ferner sind in der dargestellten Ausführungsform die Bauelemente 120 und 121 jeweils mit den Strukturen 131 und 132 galvanisch verbunden, so dass sich eine Änderung der Bauelemente 120 und 121 in Abhängigkeit einer oder mehrerer spezifizierter Umweltmessgrößen auch auf das Gesamtverhalten der Strukturen 131 und 132 auswirkt, die wiederum so angeordnet sein können, dass sie gegenseitig elektromagnetisch gekoppelt sind, oder die soweit beabstandet sind, dass eine gegenseitige Kopplung im Wesentlichen nicht vorhanden ist. In diesem Falle können die beiden Strukturen 131 und 132 als zwei unabhängige Sensorelemente betrachtet werden.

1b zeigt schematisch ein elektrisches Ersatzschaltbild für eine der beiden Strukturen 131 oder 132 in Verbindung mit dem jeweiligen elektronischen Bauelement 120 bzw. 121, wenn dieses als variabler Widerstand vorgesehen ist. D. h., das Schaltbild in 1b zeigt einen Schwingkreis mit der durch die jeweilige Leiterstruktur gebildeten parasitären Induktivität L und der entsprechenden parasitären Kapazität C, der durch den veränderbaren Widerstand R gedämpft ist. Mit einer entsprechenden Anordnung ergibt sich eine sehr einfache Schaltung, die zur Erzeugung eines frequenzabhängigen Antwortsignals keinerlei aktive Komponenten erforderlich macht. Ein entsprechendes Verhalten der Schaltung aus 1b wird nachfolgend mit Bezug zu 1f detaillierter erläutert.

Die Bauelemente 120 und 121 können durch beliebige geeignete an sich bekannte Technologien direkt auf dem Substrat 101 hergestellt oder als separate Komponenten darauf angebracht werden. So lassen sich entsprechende Lötflächen zur Kontaktierung der Strukturen 131 und/oder 132 zusammen mit den entsprechenden Leiterbahnen für diese Strukturen herstellen, woran dann anschließend die Bauelemente 120 und 121 auf die Lötflächen aufgebracht werden. Eventuell nötige Verbindungsleitungen zwischen den Anfangs- und Endpunkten der Strukturen 131 bzw. 132 können beispielsweise gleichzeitig mit den Strukturen 131 und 132 hergestellt werden, z. B. in Form von Durchkontaktierungen und Leiterbahnen, die in einer anderen Ebene als die Bahnen der Strukturen 131 und 132 verlaufen, oder es können externe Anschlussverbindungen in Form von Drähten und dergleichen aufgebracht werden. In anderen Herstellungsverfahren können verschiedene Schichten aufgebracht werden, so dass beispielsweise die Leiter für die Struktur 130 in einer ersten Ebene gebildet werden, z. B. durch Lithographie und Ätzung, sodann eine Isolierschicht aufgebracht wird, die dann an geeigneten Stellen so strukturiert wird, um eine Kontaktierung zu der darunter liegenden Struktur 130 freizulegen, woran sich das Ausbilden entsprechender Verbindungen und ggf. auch entsprechender Strukturen für die Bauelemente 120 und 121 anschließt. Entsprechende Herstellungsschritte sind aus der Halbleiterindustrie gut bekannt und können auch vorteilhafterweise zur Herstellung von Leiterstruktur 130, der Bauelemente 120 und 121 und eventuell erforderlicher Verbindungen zwischen diesen Elementen verwendet werden. Ferner kann die Position der Bauelemente 120 und 121 so gewählt werden, dass der durch die Umweltmessgröße ausgeübte Einfluss in geeigneter Weise berücksichtigt wird. D. h., in einigen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, das Bauelement 120 oder 121 so in Beziehung zu den jeweiligen Strukturen 131 bzw. 132 anzuordnen, dass beispielsweise auch die Temperatur in den entsprechenden Strukturen 131 und 132 durch die jeweiligen Bauelemente korrekt erfasst wird. Ferner können die Bauelemente 120 und 121, sofern sie temperaturabhängige Bauelemente repräsentieren, so angebracht werden, dass eine gute thermische Verbindung zu dem Substrat 101 vorhanden ist, so dass bei geringer Baugröße der Bauelemente 120 und 121 deren Temperatur im Wesentlichen identisch zur Substrattemperatur ist. Wenn die Bauelemente 120 und 121 andere Umweltmessgrößen erfassen, beispielsweise die Lichtintensität, den Druck, etc., so können Positionen gewählt werden, die für die Erfassung dieser Umweltgrößen geeignet sind. Ferner ist es auch möglich, mehrere ähnliche Bauelemente für eine einzelne Leiterstruktur vorzusehen, so dass bereits eine gewisse Mittelung über die Fläche der jeweiligen Strukturen hinweg erfolgt. Beispielsweise können mehrere Bauelemente 120, in Reihe geschaltet oder auch parallel geschaltet, an diversen Positionen der Struktur 131 vorgesehen werden, so dass der Gesamtwiderstand eine „mittlere" Temperatur repräsentiert. In einigen Ausführungsformen ist das Bauelement 120 oder 121 ein integrales Bestandteil der entsprechenden Leiterstruktur 131 bzw. 132, wobei sich das Bauteil über die gesamte Leiterstruktur „erstrecken" kann oder lediglich in einem Abschnitt davon vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Leiterstruktur aus einem leitenden Material hergestellt werden, dessen Leitfähigkeit stark temperaturabhängig ist, so dass der Widerstand des Bauelements 120 über die gesamte Struktur hinweg „verteilt" ist. Zu diesem Zwecke können beispielsweise Halbleitermaterialien und dergleichen verwendet werden, die je nach benötigter Eigenschaft entsprechend dotiert oder anderweitig behandelt werden können. Des weiteren können ein oder mehrere Bauteile in der Leiterstruktur 130 lokal integriert werden, wofür sich insbesondere Fertigungsverfahren der Halbleitertechnologie anbieten, in denen die Bauelemente und die Leiterstruktur in einem gemeinsamen Prozess hergestellt werden.

1c zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Sensorelements 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen. Hierbei sind auf dem Substrat 101, das beispielsweise aus einer dünnen Trägerfolie mit einem dielektrischen Material aufgebaut sein kann, eine oder mehrere Leiterstrukturen 130 sowie ein oder mehrere elektronische Bauteile 120 gebildet, die hierbei zumindest ein aktives Bauteil umfassen. Beispielsweise können die Bauteile 120 Widerstände, Kondensatoren und dergleichen in Verbindung mit Transistoren und dergleichen aufweisen, so dass sich sehr leistungsstarke elektronische Schaltungen auf dem Sensorelement 100 verwirklichen lassen, die dann für sensorische Zwecke und/oder Ansteuerungszwecke und/oder Auswertungszwecke einsetzbar sind.

1d zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Ersatzschaltbildes des Sensorelements 100 aus 1c. Hierbei repräsentieren die Kapazität C und die Induktivität L die jeweiligen parasitären Werte, die durch die Leiterstruktur 130 gebildet werden, wohingegen die elektronischen Bauelemente mit der aktiven Komponente 120 als Elektronikblock repräsentiert sind, die mit dem Schwingkreis aus L und C gekoppelt ist. Wie zuvor bereits erläutert ist, müssen nicht notwendigerweise beide Komponenten L und C vorgesehen sein, wenn für die interessierende Anwendung von vernachlässigbaren unvermeidlichen Streukapazitäten oder Streuinduktivitäten abgesehen wird. Hierbei kann die elektronische Schaltung 120 eine beliebig komplexe Schaltung repräsentieren, wie sie zur Funktion des Sensorelements und ggf. eines Messsystems erforderlich ist. Insbesondere ist hierbei in der Elektronikschaltung 120 ein energiespeicherndes Bauelement, beispielsweise ein hochkapazitiver Kondensator oder dergleichen vorgesehen, so dass ein zuverlässiger Betrieb der Elektronikschaltung 120 zumindest über gewisse Zeitdauern hinweg möglich ist. Beispielsweise kann die Elektronikschaltung 120 eine Gleichrichtereinheit in Verbindung mit einem Kondensator aufweisen, um damit in dem LC-Kreis eingekoppelte elektromagnetische Energie gleichzurichten und zumindest kurzfristig zu speichern. Des weiteren kann die Elektronikschaltung 120 komplexe Schaltungen, etwa ASICs (anwenderspezifische integrierte Schaltungen), Mikroprozessoren, Speicherbauelemente, digitale Signalprozessoren, Signalgeneratoren, Hochfrequenzbereiche und dergleichen aufweisen. Des weiteren können eine Vielzahl anderer Sensorelemente in der Elektronikschaltung 120 vorgesehen werden, die dann in geeigneter Weise ausgewertet werden können. Selbstverständlich sind auch diverse Modifizierungen möglich, wobei eine Leiterstruktur lediglich für die Energienkopplung und Informationsübertragung von und zu dem Sensorelement verwendet wird, während andere Leiterstrukturen, die dann in ganz spezieller Weise, z. B. als Kapazität ausgebildet sind, in Kombination mit weiteren Sensorelementen verwendet werden können, um die gewünschten Informationen zu erhalten, so dass nahezu die vollständige Ansteuerung und Signalauswertung im Sensorelemente 100 stattfinden kann.

1e zeigt schematisch eine Glasscheibenstruktur 150, die eine erste Glasscheibe 151 und eine zweite Glasscheibe 152 aufweist, die übereinander gestapelt und so angeordnet sind, dass sie einen Spalt 154 dazwischen bilden. In dem Spalt 154 ist ein Sensorelement 100 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet, wobei in der dargestellten Ausführungsform das Sensorelement 100 keine galvanischen Verbindungen zur Peripherie aufweist. In anderen Ausführungsformen können jedoch entsprechende Verbindungsleitungen vorgesehen sein, um das Sensorelement 100 mit peripheren Einrichtungen elektrisch zu verbinden. Des weiteren ist in der dargestellten Ausführungsform ein Füllmaterial 153 in dem Spalt 154 vorgesehen, das beispielsweise PVB sein kann, wie es üblicherweise in Verbundglasscheiben für Fahrzeuge verwendet wird. Das Sensorelement 100, das sich mit sehr geringer Bauhöhe und auf teilweise flexiblen Trägerfolien herstellen lässt, kann damit in sehr einfacher Weise in einen typischen Herstellungsprozess für ein PVB-Glas integriert werden. Dazu ist lediglich vor dem Zusammenfügen der einzelnen Glasscheiben 151 und 152 das Sensorelement 100 an einer dieser Scheiben anzubringen, oder es wird nach dem Auftragen des PVBs 153 auf dieses aufgebracht und anschließend wird die weitere Glasscheibe durch Druck und Temperatur verbunden. Hierbei ist anzumerken, dass auf Grund der Elastizität des PBVs das Sensorelement 100 ohne Gefahr mechanischer Schäden in die Glasscheibenstruktur 150 integriert werden kann, wobei auch die beim Herstellungsprozess auftretenden erhöhten Temperaturen in der Regel die elektronischen Bauteilelemente nicht schädigen, auch wenn diese als aktive Komponenten, Chips und dergleichen vorgesehen sind.

Beim Betrieb des Sensorelements 100 wird dieses mittels eines Signals mit mehreren Frequenzkomponenten, die somit eine vorbestimmte Bandbreite des eingespeisten Signals definieren, beaufschlagt und es wird ein entsprechendes Antwortsignal des Sensorelements 100 ausgewertet, um ein den Zustand der Sensorfläche 110 repräsentierendes und/oder den Zustand des elektronischen Bauelements 120 bzw. 121 repräsentierendes Ausgangssignals zu erhalten. Zuvor sind die grundlegenden Prinzipien zum Betreiben des Sensorelements 100 bereits dargestellt, so dass nunmehr in einer beispielhaften Ausführungsform die Funktionsweise des Sensorelements 100 erläutert werden soll, wenn dieses eine einzelne Leiterstruktur mit einem daran gekoppelten temperaturabhängigen Widerstand aufweist. Beispielsweise repräsentiert die Struktur 131 in Verbindung mit dem elektronischen Bauelement 120 in der Form eines temperaturabhängigen Widerstands aus der 1a eine entsprechende Konfiguration.

1f zeigt ein typisches Frequenzverhalten, wenn beispielsweise ein Ansteuersignal mit mehreren Frequenzen in das Sensorelemente 100 eingespeist wird. Wenn eine Anordnung verwendet, wie sie in 1a gezeigt ist, erfolgt die Einspeisung des Ansteuersignals mit mehreren Frequenzen und damit mit einer relativ großen Bandbreite elektromagnetisch, d. h. induktiv, während in anderen Ausführungsformen eine galvanische Einspeisung des Ansteuersignals ebenso möglich ist. Ferner sei zunächst angenommen, dass die Sensorfläche 110 einen vordefinierten Zustand aufweist, beispielsweise einen Zustand, in welchem sich im Wesentlichen kein Probenmaterial auf der Fläche befindet. In der graphischen Darstellung repräsentiert die Kurve A das Frequenzverhalten für den Fall einer ersten Temperatur, wenn das einzuspeisende Signal mit einer vordefinierten Bandbreite zugeführt wird. Das Frequenzverhalten des Sensorelements 100 kann beispielsweise erfasst werden, indem die Impedanz des ansteuernden Schaltkreises, der ein Signal mit variierender Frequenz bereitstellt, in Abhängigkeit der Frequenz dargestellt wird, wenn die einzelnen Frequenzen selektiv eingespeist werden. Auf Grund des Schwingkreisverhaltens des Sensorelements 100 ergibt sich ein ausgeprägtes lokales Maximum und Minimum in der Nähe der Resonanzfrequenz, die hier mit fA bezeichnet ist und durch den Wert der induktiven und kapazitiven Komponente sowie in geringem Maße auch von dem Wert des Bauelements 120 abhängig ist.

Des weiteren ist die Dämpfung und damit die Güte des Schwingkreises von dem Widerstandswert des Bauelements 120 abhängig. In der Figur ist die Güte QA der Kurve A als proportional zum Abstand des Maximums und des Minimums dargestellt. Wie zuvor ausführlich erläutert ist, weist das dielektrische Material des Substrats 101 in der Regel selbst eine gewisse Temperaturabhängigkeit im Hinblick auf seine Permittivität auf, so dass bei einer Temperaturänderung des Sensorelements 100 eine Änderung der kapazitiven Komponente auftritt, die damit zu einer Veränderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises führt. In diesem Beispiel wird angenommen, dass sich die Permittivität des Dielektrikums mit steigender Temperatur erhöht, wie dies typischerweise für Glas und insbesondere für PVB der Fall ist, so dass sich daher die Resonanzfrequenz des Schwingkreises erniedrigt. Die Kurve B repräsentiert somit das Frequenzverhalten des Sensorelements 100, wenn die Temperatur größer ist als zum Zeitpunkt der Aufnahme der Kurve A. Des weiteren sei nun angenommen, dass der temperaturabhängige Widerstand 120 ein Verhalten zeigt, so dass sich dessen Widerstandswert mit zunehmender Temperatur verringert. Auf Grund der nun kleineren Dämpfung verändert sich zu einem gewissen Grade die Resonanzfrequenz und insbesondere vergrößert sich die Güte, was sich an einem ausgeprägteren Maximum und Minimum und einem kleinerem Abstand dazwischen zeigt. Somit kann beispielsweise durch Festlegen der Resonanzfrequenzen fA und fB sowie der zugehörigen Gütefaktoren QA und QB oder dazu äquivalenter Werte das Temperaturverhalten des Sensorelements 100 ermittelt werden. Diese Messwerte können selbstverständlich für eine Vielzahl unterschiedlicher Temperaturen ermittelt werden, um somit die Genauigkeit einer daraus ermittelten Referenzfunktion oder Temperaturkorrekturfunktion zu erhöhen. Wie zuvor erläutert ist, führt eine Ablagerung eines dielektrischen Materials auf der Sensorfläche 110 ebenso zu einer Änderung der Gesamtpermittivität und damit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, so dass sich aus dieser Änderung Aussagen über die Art und Menge des Materials auf der Sensorfläche ableiten lassen. Im Falle einer Befeuchtungsvorrichtung wirkt sich die abgeschiedene Feuchtigkeit in einer von der abgeschiedenen Menge abhängigen Resonanzfrequenzverschiebung aus, die die Resonanzfrequenz um so mehr nach unten verschiebt, je mehr Feuchtigkeit auf der Sensoroberfläche 110 vorhanden ist. Wie aus 1f zu erkennen ist, besitzt jedoch eine Temperaturzunahme des Sensorelements 100 hinsichtlich der Resonanzfrequenz eine ähnliche Wirkung, so dass nur durch Bestimmung der Resonanzfrequenz eine zuverlässige Unterscheidung zwischen einer Temperaturzunahme oder Regen kaum möglich ist. Auf Grund des ermittelten Temperaturverhaltens, das jedoch auch die Güte des Schwingkreises berücksichtigt, wird damit mit einer entsprechenden Temperaturkorrekturfunktion eine Unterscheidung einer durch Feuchtigkeit hervorgerufene Resonanzfrequenzverschiebung von einer durch Temperatur hervorgerufenen Verschiebung in robuster Weise ermöglicht. Beispielsweise kann die Referenzfunktion oder die Temperaturkorrekturfunktion so auf ein Ausgangssignal angewendet werden, dass bei einer ermittelten Resonanzfrequenz die dazugehörige Güte mit der entsprechenden Güte der Referenzfunktion bzw. Temperaturkorrekturfunktion verglichen wird, so dass eine entsprechende Abweichung auf das Vorhandensein und die Menge von Feuchtigkeit hinweist. Selbstverständlich können beliebige andere Referenzfunktionen oder Korrekturfunktionen und entsprechende Algorithmen implementiert werden, um daraus ein entsprechend korrigiertes Ausgangssignal zu gewinnen. Insbesondere können beim Ermitteln der Referenzfunktion bzw. Korrekturfunktion das Sensorverhalten, wie es in 1f für verschiedene Temperaturen dargestellt ist, auch für verschiedene Benetzungsgrade der Sensorfläche 110 durchlaufen werden, um damit eine „robustere" Referenzfunktion oder Korrekturfunktion zu erhalten. Analoges gilt für andere Umweltmessgrößen, beispielsweise Lichtintensität, der Druck, etc. Hierbei können die entsprechenden Auswirkungen auf beispielsweise die Güte ausgenutzt werden, um Informationen über entsprechende Umweltmessgrößen zu erhalten.

2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 260, die ein Messsystem 240, eine mit dem Messsystem 240 gekoppelte Steuereinrichtung 230 sowie an diese angeschlossene Anlagen 240 und 250 aufweist. In der gezeigten Ausführungsform repräsentiert die Anlage 240 eine Scheibenwischeranlage während die Anlage 250 eine Lichtanlage repräsentiert, die in diesem Beispiel beide durch die Steuereinrichtung 230 gesteuert werden. Das Messsystem 240 umfasst ein Sensorelement 200, das so ausgebildet ist, wie dies in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben ist, wobei das Sensorsystem 200 mit einer Ansteuereinrichtung 210 und einer Auswerteeinrichtung 220 gekoppelt ist. Die Ansteuereinrichtung 210 ist ausgebildet, ein Ansteuersignal mit mehreren Frequenzkomponenten in die Leiterstruktur des Sensorelements 200 einzuspeisen, während die Auswerteeinrichtung 220 so gekoppelt ist, um zumindest ein Frequenzverhalten der Leiterstruktur des Sensorelements 200 zu erfassen. In Ausführungsformen, in denen das Sensorelement 200 äußerst einfach und effizient ohne aktive Komponenten aufgebaut ist, kann das Einspeisen des Ansteuersignals mittels Zuleitungen erfolgen, oder in besonders vorteilhaften Ausführungsformen in galvanisch entkoppelter Weise. In dieser Ausführungsform kann hierbei die Auswerteeinrichtung 220 ein entsprechendes Signal der Ansteuereinrichtung 210 auslesen, das dann auch ein Maß für das frequenzabhängige Antwortverhalten des Sensorelements 200 darstellt. Beispielsweise kann ein durchstimmbarer Signalgenerator über eine Koppelspule induktiv das Ansteuersignal auf die Leiterstruktur des Sensorelements 200 einkoppeln, wobei die Impedanz im Stromkreis, die Phase, oder dergleichen als ein Maß für das Sensorausgangssignal der Auswerteeinrichtung 220 zugeführt ist. Wie zuvor bereits erwähnt ist, kann das Sensorelement 200 auch aktive Komponenten aufweisen, so dass ein Teil der Funktion der Ansteuereinrichtung 210 im Sensorelement 200 selbst eingerichtet sein kann, oder wobei die gesamte Ansteuerung der Leiterstruktur, die zur Erfassung einer Messgröße vorgesehen ist, in dem Sensorelement 200 selbst durchgeführt werden kann. In gleicher Weise kann ein Teil oder die gesamte Funktion der Auswerteeinrichtung 220 in dem Sensorelement 200 vorgesehen sein, wie dies zuvor bereits erläutert ist. Ein Ausgangssignal, das entsprechend korrigiert oder referenziert ist, wird sodann der Steuereinrichtung 230 zugeleitet, die wiederum die entsprechenden Anlagen 240 und 250 in Abhängigkeit des empfangenen Ausgangssignals ansteuern kann.

Beispielhaft sei hier die Funktionsweise der Vorrichtung 260 gemäß anschaulicher Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei auf eine einfache Sensorkonfiguration Bezug genommen wird, wie sie mit Bezug zu 1f dargelegt ist. Hierbei stellt sich die Aufgabe in der Vorrichtung 260, in zuverlässiger Weise zumindest die Scheibenwischeranlage 240 und ggf. die Lichtanlage 250, wenn eine Anordnung mit zwei Leiterstrukturen wie in 1a gezeigt, vorgesehen ist, zu steuern. Hierbei wird zunächst in einer ersten Betriebsphase regelmäßig ein Ausgangssignal in der Auswerteeinrichtung 220 gewonnen, das dann ständig mit einer vorgegebenen Bedingung verglichen wird, um festzustellen, ob der Befeuchtungszustand des Sensorelements 200 einen vorgegeben Wert übersteigt oder nicht. Da auf Grund des Messverfahrens (siehe 1f) wiederholt die Resonanzfrequenz sowie auch ein für die Güte repräsentierendes Maß des frequenzabhängigen Verhaltens der Leiterstruktur des Sensorelements 200 gemessen wird, lässt sich auf Grund der zuvor ermittelten Referenzfunktion oder Temperaturkorrekturfunktion der Zustand der entsprechenden Sensorfläche zuverlässig auch für variierende Temperaturverhältnisse auf der Windschutzscheibe ermitteln. Sobald eine gewisse Menge an Niederschlag durch die Auswerteeinrichtung 220 detektiert wird, wird die Steuereinrichtung 230 veranlasst, die Scheibenwischeranlage 240 zu aktivieren. In ähnlicher Weise kann ein entsprechendes Signal für Lichteinfall auf das Sensorelement 200 alternativ oder zusätzlich zu dem feuchtigkeitsanzeigenden Signal ausgewertet werden, um bei entsprechenden Bedingungen die Lichtanlage 250 zu aktivieren. Ein entsprechender Messzyklus kann dann ständig wiederholt werden, um die Aktivierung der Scheibenwischeranlage 240 auf den aktuellen Befeuchtungszustand des Sensorelements 200 abzustimmen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Messsystem 240 ferner so ausgebildet, um in einen weiteren Messzustand überzugehen, in welchem die Ansteuerung des Sensorelements 200 und das Auswerten entsprechender Antwortsignale wesentlich vereinfacht wird. Hierzu kann beim Erkennen eines kritischen Befeuchtungszustandes während der Phase mit der Abtastung mit vielen Frequenzen sodann eine für die weitere Messung geeignete Frequenz oder ein schmalbandiger Frequenzbereich oder mehrere einzelne Frequenzen ausgewählt werden, mit denen dann das Sensorelement 200 angeregt wird. Beispielsweise lässt sich in dieser Messphase eine Frequenz in der Nähe der aktuellen Resonanzfrequenz ermitteln, bei der eine hohe Änderung der Signalamplitude bei einer entsprechenden Änderung des Zustands der Sensorfläche und damit der aktuellen Resonanzfrequenz auftritt. Nach Auswahl einer derartigen Frequenz kann das daraus gewonnene Antwortsignal des Sensorelements 200 als Referenz, zumindest kurzzeitig, für die weitere Messung verwendet werden. Hierbei ist allerdings vorteilhaft, zunächst einen Wischervorgang auszulösen, so dass unmittelbar nach dem Wischerereignis gut definierte Verhältnisse auf dem Sensorelement 200 vorherrschen, so dass das daraufhin gewonnene Antwortsignal als effzienterer Referenzwert für nachfolgende Messungen verwendet werden kann. Insbesondere kann nach jedem Wischvorgang ein aktualisierter Referenzwert ermittelt werden, wobei die Aktualisierung des Referenzwertes in zeitlich korrelierter Weise zu dem Wischvorgang vorgenommen werden kann. Diese Messphase, in der das einzuspeisende Signal nur mit geringer Bandbreite bereitgestellt wird und die Auswertung sehr einfach ist, erlaubt ggf. eine wesentlich höhere Messrate, so dass mehrere aufeinanderfolgende Messwerte in geeigneter Weise gemittelt werden können, um damit Schwankungen zu minimieren und auch die Gefahr einer Fehlauslösung der Scheibenwischeranlage 240 zu reduzieren. Um ein Abdriften während dieser Messphase zu vermeiden, kann eine entsprechende Abbruchbedingung für diese Messphase mit reduzierter Bandbreite dynamisch variabel oder fest eingestellt werden, so dass bei Erfüllung der Abbruchbedingung wieder in den Messablauf zurückgekehrt wird, in welchem die Resonanzfrequenz und die Güte ermittelt werden.


Anspruch[de]
Sensorelement mit:

einem dielektrischen Substrat,

einer an dem Substrat angebrachten Leiterstruktur, die eine von dem Substrat beeinflusste induktive Komponente und/oder eine kapazitive Komponente aufweist,

einer Sensorfläche zur Aufnahme von Probenmaterial, die mit dem Substrat in Verbindung ist und benachbart so zu der Leiterstruktur angeordnet ist, dass das Probenmaterial elektromagnetisch mit der Leiterstruktur wechselwirkt,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens ein elektronisches Bauelement in dem Substrat vorgesehen ist, das einen von einer auf das Sensorelement einwirkenden spezifizierten Umweltmessgröße reproduzierbaren abhängigen Zustand aufweist.
Sensorelement nach Anspruch 1, wobei die Leiterstruktur im Wesentlichen als planare Anordnung ausgeführt ist, so dass Abmessungen in lateraler Richtung der Leiterstruktur wesentlich größer sind als eine Abmessung senkrecht zur lateralen Richtung. Sensorelement nach Anspruch 1, wobei die Leiterstruktur so ausgebildet ist, dass diese einen oder mehrere Schwingkreise bildet. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Leiterstruktur so ausgebildet ist, dass diese eine parasitäre Kapazität bildet, deren Wert durch das Probenmaterial auf der Sensorfläche veränderbar ist. Sensorelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement ein temperaturempfindliches Bauelement ist. Sensorelement nach Anspruch 5, wobei das temperaturempfindliche Bauelement einen temperaturabhängigen Widerstand umfasst. Sensorelement nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das temperaturempfindliche Bauelement mit der Leiterstruktur verbunden ist. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement ein lichtempfindliches Bauelement ist. Sensorelement nach Anspruch 8, wobei das lichtempfindliche Bauelement mit der Leiterstruktur verbunden ist. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement ein druckempfindliches Bauelement ist. Sensorelement nach Anspruch 10, wobei das druckempfindliche Bauelement mit der Leiterstruktur verbunden ist. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei als Bauelement ein aktives elektronisches Bauelement vorgesehen ist. Sensorelement nach Anspruch 12, wobei ein energiespeicherndes Bauelement vorgesehen ist. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Leiterstruktur eine erste Struktur und eine zweite Struktur, die voneinander galvanisch entkoppelt sind, aufweist. Sensorelement nach Anspruch 14, wobei die erste Struktur mit einem elektronischen Bauelement und die zweite Struktur mit einem zweiten elektronischen Bauelement verbunden ist. Sensorelement nach Anspruch 15, wobei das eine elektronische Bauelement ein temperaturempfindliches Bauelement und das zweite elektronische Bauelement ein lichtempfindliches oder ein druckempfindliches Bauelement ist. Sensorelement nach Anspruch 14 oder 15, wobei die zweite Struktur die erste Struktur lateral umschließt. Sensorelement nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die erste Struktur aus einem einzelnen zusammenhängenden ersten Leiter und die zweite Struktur aus einem einzelnen zusammenhängenden zweiten Leiter aufgebaut sind. Sensorelement nach Anspruch 18, wobei der erste und der zweite Leiter jeweils benachbarte parallele oder konzentrische Abschnitte aufweisen. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Leiterstruktur aus einem zusammenhängenden Leiter aufgebaut ist. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement als integraler Bestandteil der Leiterstruktur vorgesehen ist. Glasscheibenstruktur mit:

einer ersten Glasscheibe,

einer mit der ersten Glasscheibe überlappenden und mit dieser einen Spalt bildenden zweiten Glasscheibe und

einem in dem Spalt angeordneten Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21.
Glasscheibenstruktur nach Anspruch 22, die ein elastisches Füllmaterial in dem Spalt aufweist. Glasscheibenstruktur nach Anspruch 23, wobei das Füllmaterial ein amorphes Thermoplastmaterial aufweist. Glasscheibenstruktur nach Anspruch 24, die als Windschutzscheibe eines Transportmittels ausgebildet ist. Messsystem mit:

einem Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21,

einer mit dem Sensorelement gekoppelten Ansteuereinrichtung, die ausgebildet ist, ein Signal mit mehreren Frequenzkomponenten in das Sensorelement einzuspeisen, und

einer mit der Ansteuereinrichtung und/oder dem Sensorelement gekoppelten Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, ein dem Sensorzustand entsprechendes Ausgangssignal bereitzustellen.
Messsystem nach Anspruch 26, wobei das Sensorelement und die Ansteuereinrichtung galvanisch entkoppelt sind. Messsystem nach Anspruch 26 oder 27, wobei das Sensorelement und die Auswerteeinrichtung galvanisch entkoppelt sind. Messsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei zumindest ein Teil der Ansteuereinrichtung und/oder zumindest ein Teil der Auswerteeinrichtung in dem Sensorelement integriert sind. Messsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei das Sensorelement ein temperaturempfindliches Bauelement umfasst und wobei die Auswerteeinrichtung eine Temperaturkorrektureinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, das Ausgangssignal auf der Grundlage des Zustands des temperaturempfindlichen Bauelements zu korrigieren. Messsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei das Sensorelement ein lichtempfindliches Bauelement umfasst und wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, ein den Zustand des lichtempfindlichen Bauteils repräsentierendes Ausgangssignal bereit zu stellen. Messsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei die Ansteuereinrichtung ausgebildet ist, die mehreren Frequenzkomponenten des Ansteuersignals sequentiell in das Sensorelement einzuspeisen. Messsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei die Ansteuereinrichtung ausgebildet ist, die mehreren Frequenzkomponenten des Ansteuersignals gleichzeitig in das Sensorelement einzuspeisen. Messsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 33, wobei das Sensorelement in einer Glasscheibenstruktur integriert ist. Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals eines Sensorelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Verfahren umfasst:

Ermitteln des Sensorverhaltens bei einem ersten spezifizierten Zustand der Sensorfläche bei Änderung der spezifizierten Umweltmessgröße,

Ermitteln einer Referenzfunktion für die spezifizierte Umweltmessgröße auf der Grundlage des ermittelten Sensorverhaltens, wobei die ermittelte Referenzfunktion bei Anwendung auf das Ausgangssignal den Wert der spezifizierten Umweltmessgröße zumindest bei einem zweiten spezifizierten Zustand der Sensorfläche repräsentiert und

Anwenden der Referenzfunktion auf ein Ausgangssignal des Sensorelements und/oder eines weiteren zu dem Sensorelement baugleichen Sensorelements bei verschiedenen Zuständen der Sensorfläche.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der erste und der zweite Zustand eine Beaufschlagung der Sensorfläche mit einem dielektrischen Material repräsentieren. Verfahren nach Anspruch 36, wobei das dielektrische Material Wasser aufweist. Verfahren nach Anspruch 35 und/oder 36, wobei Ermitteln des Sensorverhaltens umfasst:

Einspeisen eines Signals mit mehreren Frequenzen, und

Bestimmen einer Eigenschaft des Frequenzverhaltens des Sensorelements auf das eingespeiste Signal.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei die Eigenschaft die Güte eines in dem Sensorelement gebildeten Schwingkreises repräsentiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 39, wobei die Referenzfunktion eine Temperaturkorrekturfunktion repräsentiert. Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung mittels eines Ausgangssignals, das gemäß dem Verfahren eines der Ansprüche 35 bis 40 erzeugt wird, wobei das Verfahren zum Steuern der Vorrichtung umfasst:

Festlegen einer Bedingung für das Ausgangssignal, wobei die Bedingung einem Zustand der Sensorfläche entspricht, der eine Statusänderung der Vorrichtung erfordert,

Vergleichen des Ausgangssignals mit der definierten Bedingung und

Initiieren der Statusänderung, wenn das Ausgangssignal die Bedingung erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 41, das umfasst:

erneutes Einspeisen des Signals mit den mehreren Frequenzkomponenten, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Vorrichtung eine steuerbare Scheibenwischeranlage repräsentiert, deren Statusänderung einem Wischvorgang entspricht, wobei das Sensorelement überstrichen wird. Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Vorrichtung eine steuerbare Lichtanlage repräsentiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 43, das ferner umfasst:

Ermitteln einer geeigneten Frequenz aus einem von den mehreren Frequenzen gebildeten Band für das einzuspeisende Signal, um dessen Bandbreite zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 45, das umfasst: nach Initiieren der Statusänderung der Vorrichtung, Einspeisen des Signals mit verringerter Bandbreite, Detektieren eines ersten Antwortsignals des Sensorelements und Verwenden des ersten Antwortsignals zum Erzeugen einer Referenz für ein nachfolgendes Antwortsignal. Verfahren nach Anspruch 46, das umfasst: Initiieren einer weiteren Statusänderung der Vorrichtung, wenn ein nachfolgendes Antwortsignal in vordefinierter Weise von der Referenz abweicht, und Verwenden eines Antwortsignals nach der erneuten Initiierung der Statusänderung zum Erzeugen einer aktualisierten Referenz. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 oder 47, wobei das erste Antwortsignal und/oder das nachfolgende Antwortsignal und/oder das Antwortsignal nach der erneuten Initiierung als Mittelwerte einzelner Messereignisse repräsentiert sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 48, das umfasst: Detektieren der Statusänderung der Vorrichtung und Erzeugen der Referenz in zeitlich korrelierter Weise nach Erkennen einer Statusänderung. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 49, das umfasst: Definieren einer Abbruchbedingung für das Einspeisen des Signals mit verringerter Bandbreite und Einspeisen des Signals mit den mehreren Frequenzkomponenten zur Erzeugung eines aktualisierten Ausgangssignals, wenn die Abbruchbedingung erfüllt ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com