气体浓度的确定的制作方法

本发明涉及气体浓度的确定。本发明尤其涉及气体浓度借助自由射流测量器的确定。

背景技术：

移动器具包括用于确定气体浓度的传感器。移动器具例如可以设置成用于确定在呼吸空气中的气态酒精的浓度。高价的分析器通常包括机械设备、例如喷嘴或泵，借助该机械设备引起气体传感器由呼吸空气的预先确定的入流。价格更便宜的分析器经常按照自由射流测量原理工作，在该自由射流测量原理中不能强迫气体传感器的预先确定的入流。为了确定气体浓度，气体传感器通常必须在要求预先确定的测量持续时间的测量过程期间被置于确定的运行状态或一系列预先确定的运行状态中，以便成功地结束测量。如果在该测量持续时间中不进行气体传感器由待测量的介质的预先确定的入流，那么所述测量可能是不准确或不能用的。

技术实现要素：

因此，本发明所基于的任务是，说明一种技术，借助该技术可以尤其借助自由射流气体传感器实施气体浓度的改进的确定。本发明借助独立权利要求的主题解决该任务。优选实施方式描述从属权利要求。

用于确定在介质中的预先确定的气体的浓度(气体浓度)的设备包括用于确定在介质流中的气体浓度的第一传感器、用于确定在介质流中的介质的物理参数的第二传感器和处理装置，该处理装置设置成基于第二传感器的信号确定借助第一传感器所进行的确定的质量。

本发明从如下自由射流传感器出发，该自由射流传感器在介质流中的位置不受附加措施的逼迫。为此，传感器通常固定在设备上，而用于引起介质的容积流的泵、风扇或闭合的管道系统不设置在传感器旁边。介质通常是气态的并且预先确定的气体与介质以优选的方式均匀地混合。优选地，预先确定的气体包括挥发性有机化合物(volatileorganiccompound，voc)。由此可以验证能够包含在漆、颜料清除剂、清洁剂、家具、办公室设备、粘接剂或含酒精物质中的溶剂，如甲醛。此外，可以验证包含在所消耗的呼吸空气中的并且可以表明人的疾病或物质交换的化合物。

物理参数尤其可以涉及介质的湿度、压力或温度。由此尤其可以监控介质在第一传感器处的入流行为。为此，第一和第二传感器优选在空间上相对彼此紧贴着布置并且尤其可以相互集成在一个共同的壳体中。合适的传感器以名称bme680包含在3x3x0.95mm³的壳体中。

通过测量质量的确定一方面可以监控，在所需的测量持续时间期间是否存在第一传感器的带来可用结果的入流。另一方面，所确定的质量可以用于解释已确定的气体浓度，例如其方式是，一起说明测量不确定性，或者在测量期间已做出关于确定质量的结论，使得操作人员能够直接影响测量条件。

所述设备尤其可以布置在移动器具中，该移动器具要么特定地设置成用于确定气体浓度，要么安置在另外的移动器具如智能手机或平板电脑中。第二传感器尤其可以要么已经设置在移动器具中，要么也为了其他目的在移动器具内部被解锁，从而在整体上可以得到扩展的器具用途。

优选地，处理装置还设置成用于根据所确定的质量来控制借助第一传感器所进行的气体浓度确定。

通常第一传感器必须以确定的方式运行，以便允许确定气体浓度。例如可能需要使第一传感器相继地达到一系列预先确定的温度。在这里也提到测量廓线(messprofil)，该测量廓线通常在外部并且优选通过处理装置控制。在此，优选可以在所确定的质量超过预先确定的阈值时测量廓线才开始。此外，如果在测量持续时间期间低于最低要求的质量的阈值，那么所述测量可以视为成功而中断。

特别优选地，设置有多个第二传感器，所述第二传感器设置成用于确定在流中的介质的不同物理参数，其中，处理装置设置成基于第二传感器的信号来确定所进行的确定的质量。

在流中的介质的越多物理参数被感测，那么可以越准确地描述或评价介质的入流行为。其他可能的参数例如可以包括露点或粘度。

在另外的实施方式中，设置有用于确定在设备的周围环境中的物理参数的第三传感器。在此，处理装置设置成用于附加地基于第三传感器的信号确定所进行的确定的质量。

第三传感器尤其可以给出关于设备的操作的消息。例如可以借助加速度传感器、转速传感器或磁传感器确定，移动器具在测量持续时间期间是否保持静止。如果第三传感器包括麦克风，那么可以分析处理介质的流动噪声。替代地或附加地，可以分析处理背景噪声，以便确定是否可能选择了对于测量而言不足够安静的环境。如果存在多个麦克风，那么可以借助旋转角度确定入流的方向。光学传感器、例如接近传感器或光传感器可以用于详细地检查设备的操作。那么例如可以确定，在呼吸空气分析时在用户和设备之间的距离是否改变。

此外优选地，处理装置设置成用于输出关于所确定的质量的指示。尤其可以在所确定的质量不足够用于完全实施气体浓度的有意义的确定时进行输出。尤其当多个确定尝试相继地具有过小的质量时，可以实施具有缩短的测量廓线的另一测量。由此可以随着所确定的气体浓度一起提供降低的确定质量。

此外，处理装置可以设置成，基于所确定的质量和第二传感器和/或上述第三传感器的信号提供关于所述设备的改善的操作的指示。

该指示例如可以声学地、光学地或触觉地输出。在实施方式中，所述指示涉及仅一个操作参数或多个操作参数的组合。操作参数例如可以包括设备在空间中或相对于用户的位置。

用于确定在介质中的预先确定的气体的浓度的方法包括以下步骤：借助第一传感器确定在介质流中的气体浓度，借助第二传感器确定在介质流中的介质的物理参数，和基于第二传感器的信号确定借助第一传感器所进行的确定的质量。

所述方法尤其可以借助上述设备实施。

在实施方式中，当介质的物理参数在借助第一传感器的测量过程期间处于预先确定的范围内部时，气体浓度的确定被视为成功。为此可以指明对于物理参数的下限和/或上限。测量过程要求预先确定的测量持续时间，在该测量持续时间期间可以调整预先确定的范围的界限中的一个。

在另外的实施方式中，附加地或替代地观察介质的物理参数关于时间的导数。对于所述导数能够以相应的方式设置一范围并且范围界限可以随着测量持续时间改变。

在另外的实施方式中，观察介质的物理参数关于时间的更高阶导数。在这里也可以预先确定一范围，所述参数的更高阶导数必须位于该范围中，以便能够认为气体浓度的确定是成功的。

附图说明

现在参照附图详细描述本发明，在附图中示出：

图1用于确定介质中的气体浓度的设备；

图2图1的设备的物理参数的变化曲线；

图3在图1的设备上的传感器的测量廓线；和

图4用于借助图1的设备确定气体浓度的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出用于确定在介质105中的气体浓度的设备100。设备100尤其可以是移动器具、例如智能手机的部件。设备100包括处理装置110、设置成用于确定在介质105中的气体的浓度的第一传感器115、一个或多个设置成用于确定介质105的不同物理参数的第二传感器120以及优选一个或多个设置成用于分别感测在设备100的周围环境中的或在第一传感器115的周围环境中的物理参数的第三传感器125。第三传感器125例如可以包括加速度传感器、转速传感器、磁场传感器或位置传感器。在示出的优选实施方式中，第一传感器115和最多三个第二传感器120集成在一个共同的传感器组件130中。在本示例中，第二传感器120与介质105的温度、压力和相对湿度有关。

第一传感器115优选是自由射流传感器，即，所述第一传感器不具有主动装置如泵或风扇，该风扇以预先确定的方式确保介质105的流。通常也不设置被动装置如管、软管或节流阀以形成介质流。因此，第一传感器115可以从不同的方向并且以不同的方式由介质105入射，从而只能够困难地控制或确定测量条件。

第三传感器125优选直接布置在设备100上，但不必非常紧地贴靠到传感器115和120上。第三传感器125尤其可以确定设备100的关于在空间中的位置、振动、定向方面的操作或加速度。此外，借助第三传感器125可以描述设备100的周围环境的特征。例如可以至少大致确定，在设备100的区域中是否有一个或多个人135停留，设备100是否处于封闭空间中，并且大致确定是一天中的什么时间。

在另一实施方式中，可以借助所述第三传感器125中的一个或多个推断出介质105的流动行为。介质105的流动例如可以借助麦克风125再现(nachvollzogen)。

设备100也可以具有一个或多个输出件140。纯示例性地，在图1的示图中示出作为光学输出件的屏幕和作为声输出件的扬声器。此外，可以设置触觉输出件、例如振动电机，或者也可以设置另外的输出件140。输出件140可以使用于提供在介质105中的气体浓度的确定的结果。此外，可以借助输出件140输出关于确定质量的指示，更确切地说，在确定期间或在确定后输出关于确定质量的指示。此外，可以输出用于设备100的条件指示，以便尽可能地引导用户来设法达到优化的测量条件。

设备100可以用于一系列不同的目的。如果第一传感器115包括用于挥发性有机化合物的传感器，那么所述第一传感器例如可以用于人135的呼吸空气分析。在实施方式中，分析在人135的呼出空气105中的酒精含量。然后可以确定，人135是否有驾驶能力。在另一实施方式中，可以确定人135的口臭(嘴巴气味)或者用于燃脂的指示剂(酮糖)、哮喘指示剂(feno)、对于果糖耐受性的指示剂(h2)或其他参数。在另一个实施方式中，可以分析食物或饮料145的气味，以便确定内容成分。在这里可以根据气味进行酒精含量的确定。

如果分析人135的呼吸空气，那么通常要注意，可吹出的肺容量的尽可能大的分量均匀地并且以预先确定的角度经过第一传感器115。在确定食物或饮料145的气味时，通常努力达到饮料145和第一传感器115之间的尽可能均匀的对流。

提出，处理装置110设置成基于第二传感器120和可能的第三传感器125来确定借助第一传感器115所进行的气体浓度确定的质量。在实施方式中，确定质量可以被输出或者使用于解释所确定的气体浓度。在另外的实施方式中，处理装置110可以基于所确定的质量控制借助第一传感器115所进行的气体浓度确定。

图2示出在图1的设备100上的物理参数的示例性变化曲线。以示例性的方式，由以下为出发点：所示出的变化曲线基于人135的借助设备100的呼吸空气分析。

第一变化曲线205涉及介质105的温度。由于人135呼气，介质105的所确定的温度升高。作为用于借助第一传感器115测量气体浓度的初始条件，可以预先确定最低温度。此外，可以要求，在测量期间的温度处于预先确定的范围中。过低的温度可以导致介质105的组分的液化并且由此导致测量结果的扭曲。

第二变化曲线210涉及介质105的压力。由于人135呼气，压力首先剧烈升高，但在短时间后又回落到初始水平。也许人135只有短时间朝着配属的第二传感器120的方向呼气，但这以足够高的强度由呼吸空气积聚围绕第一传感器115的容积。下面观察到的变化曲线215和220能够推断出上述结论。

第三变化曲线215涉及介质105的相对湿度。在第二变化曲线210的压力达到其最大值之前，相对湿度已经开始升高。所示出的变化曲线215表明人135的前期的、强度小的呼气或湿的呼吸空气到气体室中的扩散，所配属的第二传感器120存在于该气体室中。示出的湿度值位于预先确定的预期范围中。所呼出的空气通常是饱和的，即包含高的相对湿度。如果相对湿度超过预先确定的阈值，那么可以推断出，在第二传感器120的区域中的介质105包括人135的呼出空气。

第四变化曲线220涉及借助第一传感器115确定的气体浓度。第四变化曲线220与第三变化曲线215相似并且由此可以被认为是可信的。

在时间段225内存在能够使气体浓度的确定显得有意义的条件。相应地，第一传感器115可以被操控用于实施气体浓度的确定。

图3示出在图1的设备100上的第一传感器115的测量廓线300。测量廓线300示出示例性的参数，第一传感器115必须获得该参数，以便实施预先确定的测量。该参数当前包括可以处于直至几百摄氏度的范围中的温度。在基于第二传感器120(并且可能基于一个或多个第三传感器125)确定的时间段225内部，第一传感器115相继达到不同的时间点305，以便能够进行所需要的确定。在所述时间点305中的每个时间点上，可以实施气体浓度的确定。确定的气体的类型可以取决于所操控的温度。

图4示出用于借助图1的设备100确定气体浓度的方法400的流程图。所述方法400尤其设置成用于在设备100或处理装置110上进行。

在步骤405中，借助一个或多个第二传感器120确定介质105的一个或多个第一物理参数。与此并行地，可以在步骤410中借助一个或多个第三传感器125进行在设备100的区域中的第二物理参数的确定。

基于所确定的参数，在步骤415中确定确定质量。所述质量表明，传感器115、120、125的输出信号的变化曲线205至220是否是可信的，以便实施测量。可信度可以理解为，传感器信号、其单次时间导数或其多次时间导数位于预先确定的范围内部。替代地或附加地，所述信号可以相互联系，以便确保一致性。

在步骤420中确定，所述质量是足够的，从而在步骤425中可以开始所述测量。在步骤430中，借助第一传感器115确定气体浓度。为此，可以使第一传感器115达到测量廓线300的预先确定的测量点305上(参见图3)。在步骤435中检查，所述测量是否已经结束。如果没有结束，那么所述方法400可以返回起点并且重新进行。否则，在步骤440中确定，所述测量已成功完成并且在步骤450中可以输出确定结果。附加地，可以输出确定的测量质量或基于所确定的质量进行对所述测量的解释。

如果在所述测量期间在步骤420中确定，至少一个传感器信号或其导数位于预先确定的范围外部，或者两个或多个信号相对彼此不合理，那么所述方法400可以跳到状态445中，在该状态中将所述测量评价为失败的。

由状态445出发可以实施传感器115至125的各个信号的分析，以便确定为何有效性检查是否定的。这样例如可以感测出设备100的错误保持、在呼吸分析时以关于设备100的错误角度而进行的呼气或者在传感器115至125前面的被污染的过滤器。由此可以借助输出件140输出关于失败测量的指示或关于要如何改善测量条件的指示，以便能够实现有效测量。尤其可以输出图像说明，即动画化，以便阐明设备100的正确操作。此外，可以要求重复所述测量。

在步骤415中确定的质量、在步骤405中确定的第一物理参数和/或在步骤410中确定的第二物理参数可以在步骤455中考虑用于确定关于确定质量的指示。由此可以在测量期间、尤其在时间段225期间输出关于所确定的质量的指示。如有必要，所述指示可以与用于改善确定质量的建议一起在步骤455中输出。