用于检测液体和/或湿气的存在的传感器设备、测量系统和测量方法与流程

文档序号:19350261发布日期:2019-12-06 21:18阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于检测液体和/或湿气的传感器设备(10),包括

谐振电路,其包括连接到电容器(11)的电感器(13),

特征在于

所述电容器包括一起将介电基板(14)的至少一部分夹在中间的第一电极(11a)和第二电极(11b),以及

其中,所述第一电极和所述第二电极被配置为提供相对于彼此的重叠失配(ma),以及

其中,所述重叠失配区域是两个电极的重叠区域(oa)的至少0.1%。

2.根据权利要求1所述的传感器设备,其中,所述重叠失配区域(ma)小于所述两个电极的所述重叠区域(oa)的20%。

3.根据权利要求1或2所述的传感器设备,其中,所述第一电极和所述第二电极(11a,11b)之一提供比所述电极中的另一个更大的电极区域。

4.根据权利要求3所述的传感器设备,其中,提供更大电极区域的所述电极在与所述两个电极(11a,11b)中的另一个平行的平面中延伸,并且其中,具有更大电极区域的所述电极在所述平面中的至少一个方向上比所述电极中的另一个具有更大的范围。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)在所述介电基板(14)的第一端面侧(14a)上形成,并且其中,所述电感器(13)被形成为在所述介电基板的所述第一端面侧上的平面电感器。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述电感器(13)和所述电容器(11)的所述第二电极(11b)之间的连接由连接元件(12,16)提供。

7.根据权利要求6所述的传感器设备,其中,所述连接元件(12,16)包括电阻元件(16)或电容元件(12)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)包括金属层。

9.根据权利要求8所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)由铝或铜形成。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第二电极(11b)包括导电油墨或聚合物。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述介电基板(14)包括具有响应于在它的环境中的液体和/或湿气而可变的介电常数的均质材料。

12.根据权利要求11所述的传感器设备,其中,所述介电基板(14)被配置成吸收液体和/或湿气,并且其中,在完整的吸收-解吸循环之后,所述基板保持它的尺寸+/-0.1%,优选地+/-0.01%。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述介电基板(14)包括选自由聚酰亚胺和聚四氟乙烯组成的组的按重量至少70%的聚合物。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述介电基板(14)具有小于2mm、优选地小于1mm以及更优选地小于0.5mm的厚度。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)和所述第二电极(11b)中的至少一个是可渗透液体的。

16.根据权利要求15所述的传感器设备,其中,所述至少一个可渗透液体的电极(11a,11b)由可渗透液体的导电材料形成。

17.根据权利要求15或16所述的传感器设备,其中,所述至少一个可渗透液体的电极(11a,11b)被穿孔。

18.一种用于检测液体和/或湿气的传感器设备(10),包括:

谐振电路,其包括连接到电容器(11)的电感器(13),

特征在于,所述电容器包括一起将介电基板(14)的至少一部分夹在中间的第一电极(11a)和第二电极(11b),

其中,所述介电基板包括具有响应于在它的环境中的液体和/或湿气而可变的介电常数的均质材料。

19.根据权利要求18所述的传感器设备,其中,所述介电基板(14)被配置成吸收液体和/或湿气,并且其中,在完整的吸收-解吸循环之后,所述基板保持它的尺寸+/-0.1%,优选地+/-0.01%。

20.根据权利要求18-19中的任一项所述的传感器设备,其中,所述介电基板(14)包括选自由聚酰亚胺和聚四氟乙烯组成的组的按重量至少70%的聚合物。

21.根据权利要求18-20中的任一项所述的传感器设备,其中,所述介电基板(14)具有小于2mm、优选地小于1mm以及更优选地小于0.5mm的厚度。

22.根据权利要求18-21中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)和所述第二电极(11b)中的至少一个是可渗透液体的。

23.根据权利要求22所述的传感器设备,其中,所述至少一个可渗透液体的电极(11a,11b)由可渗透液体的导电材料形成。

24.根据权利要求22或23所述的传感器设备,其中,所述至少一个可渗透液体的电极(11a,11b)被穿孔。

25.根据权利要求18-24中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极和所述第二电极(11a,11b)被配置为提供相对于彼此的重叠失配,其中,所述重叠失配区域(ma)是两个电极的重叠区域(oa)的至少0.1%。

26.根据权利要求25所述的传感器设备,其中,所述重叠失配区域(ma)小于所述两个电极的所述重叠区域(oa)的20%。

27.根据权利要求26所述的传感器设备,其中,所述第一电极和所述第二电极(11a,11b)之一提供比所述电极中的另一个更大的电极区域。

28.根据权利要求27所述的传感器设备,其中,提供更大电极区域的所述电极在与所述两个电极(11a,11b)中的另一个平行的平面中延伸,并且其中,具有更大电极区域的所述电极在所述平面中的至少一个方向上比所述电极中的另一个具有更大的范围。

29.根据权利要求18-28中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)在所述介电基板(14)的第一端面侧(14a)上形成,并且其中,所述电感器(13)被形成为在所述介电基板的所述第一端面侧上的平面电感器。

30.根据权利要求18-29中的任一项所述的传感器设备,其中,所述电感器(13)和所述电容器的所述第二电极(11b)之间的连接由连接元件(12,16)提供。

31.根据权利要求30所述的传感器设备,其中,所述连接元件(12,16)包括电阻元件(16)或电容元件(12)。

32.根据权利要求18-31中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)包括金属层。

33.根据权利要求18-32中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第一电极(11a)由铝或铜形成。

34.根据权利要求18-33中的任一项所述的传感器设备,其中,所述第二电极(11b)包括导电油墨或聚合物。

35.一种用于检测液体和/或湿气的存在的系统(70),其特征在于,所述系统包括:

根据前述权利要求中的任一项的传感器设备(10),其中,所述传感器设备布置在距待分析的结构(30)的被暴露表面(32)0.1-500mm的深度处,

测量单元(20),其包括电感构件(24)和控制器(22),

其中,所述控制器被配置为向所述电感构件提供询问信号(40)并从所述电感构件接收响应信号(50)。

36.一种用于检测在结构中的液体和/或湿气的存在的方法(100),包括:

在距所述结构(30)的被暴露表面(32)0.1-500mm的深度处提供(102)用于检测液体和/或湿气的传感器设备(10),

借助于在测量单元(20)中的控制器(22)和电感构件(24)来向所述传感器设备提供(104)询问信号(40),

从所述传感器设备接收(106)响应信号(50),以及

基于所述响应信号来检测(108)液体和/或湿气的存在。

37.根据权利要求36所述的方法,其中,所述传感器设备是根据权利要求1-34中的任一项的传感器设备。

38.根据权利要求36或37所述的方法,其中,检测(108)液体和/或湿气的存在包括将所述响应信号(50)与检测到的液体和/或湿气水平关联起来。

39.根据权利要求36-37中的任一项所述的方法,其中,检测(108)液体和/或湿气的存在包括确定所述响应信号(50)的频率以将所述频率和检测到的液体和/或湿气水平关联起来。

40.根据权利要求36-39中的任一项所述的方法,其中,提供(104)询问信号包括在不同频率下提供至少两个询问信号,并且其中,接收(106)响应信号包括在相应频率下接收至少两个响应信号。

41.根据权利要求36-40中的任一项所述的方法,其中,提供(104)询问信号包括在第一频率范围内在连续降低或升高的频率下提供多个询问信号,并且其中,接收(106)所述响应信号包括接收相应的多个响应信号。

42.根据权利要求41所述的方法,其中,接收(106)多个响应信号包括将所述测量单元(20)的所述电感构件(24)的谐振频率调谐到与所述多个询问信号(40)相对应的连续降低或升高的频率。

43.根据权利要求41-42中的任一项所述的方法,其中,在第一频率范围内在连续降低或升高的频率下提供(104)所述多个询问信号包括在所述第一频率范围内以第一步进速率提供所述多个询问信号,以及基于所述接收到的多个相应的响应信号来进一步在所述第一频率范围内的子范围内以高于所述第一步进速率的第二步进速率提供多个询问信号。

44.根据权利要求41-43中的任一项所述的方法,其中,确定所述响应信号(50)的频率包括比较在所述第一频率范围内在不同频率下的多个接收到的响应信号的响应信号功率水平,其中,具有最大信号功率水平的所述响应信号的频率用于检测液体和/或湿气的存在。

45.根据权利要求41-43中的任一项所述的方法(100,300),其中,具有公共相位的所述多个询问信号被发送(302),并且其中,所述多个接收到的响应信号的相位被确定并用于(310)检测液体和/或湿气的存在。

46.根据权利要求45所述的方法(100,300),其中,所述多个接收到(304)的响应信号中的与所发送的询问信号同相或相位最接近的响应信号用于(310)检测液体和/或湿气的存在。

47.根据权利要求41-46中的任一项所述的方法,其中,所述询问信号(40)是第一询问信号,并且所述方法还包括提供第二询问信号,所述提供第二询问信号包括在第二频率范围内在连续降低或升高的频率下提供多个第二询问信号,并且其中,所述接收(106)响应信号(50)的步骤包括接收相应的多个响应信号。

48.根据权利要求47所述的方法,其中,所述第二频率范围至少部分地在所述第一频率范围之外。

49.根据权利要求41-48中的任一项所述的方法,其中,所述第一频率范围是大约7.5-9.1mhz。

50.根据权利要求47-49中的任一项所述的方法,其中,所述第二频率范围是大约7.1-7.7mhz。

51.根据权利要求47-50中的任一项所述的方法,其中,仅在根据所述第一询问信号(40)接收到的所述响应信号(50)被分配到大于95%湿气、优选地大于100%湿气的湿气水平的情况下提供第二询问信号。

52.根据权利要求41-51中的任一项所述的方法,其中,所述提供具有不同频率的在所述第一频率范围内的多个询问信号的步骤包括提供在所述第一频率范围内的具有不同频率的至少100个、优选地至少1000个以及最优选地至少2000个询问信号。

53.根据权利要求47-52中的任一项所述的方法,其中,所述提供具有不同频率的在所述第二频率范围内的多个询问信号的步骤包括提供在所述第二频率范围内的具有不同频率的至少100个、优选地至少1000个以及最优选地至少2000个询问信号。

54.根据权利要求36-53中的任一项所述的方法,其中,提供(104)所述询问信号(40)包括提供处于第一功率水平的所述询问信号以及确定相应的接收到的响应信号是否在预定功率水平范围内。

55.根据权利要求54所述的方法,其中,提供(104)所述询问信号(40)包括:如果根据第一功率水平询问信号的所述接收到的响应信号不在所述预定功率水平范围内,则提供处于第二功率水平的所述询问信号,以及确定所述相应的接收到的响应信号是否在预定功率水平范围内。

56.根据权利要求54-55中的任一项所述的方法,其中,提供(104)所述询问信号(40)包括在连续更低或更高的询问信号功率水平处重复所述方法的步骤,直到在所述预定响应信号功率水平范围内的相应响应信号(50)被接收到为止。

57.根据权利要求36-56中的任一项所述的方法,其中,所述方法包括在第一时间点确定第一液体和/或湿气水平,以及在第二时间点确定第二液体和/或湿气水平,其中,所述第一时间点和所述第二时间点相隔多于一天、相隔多于一周或相隔多于一个月,以及比较所述第一液体和/或湿气水平和所述第二液体和/或湿气水平以确定液体和/或湿气水平是否降低。

58.一种测量单元(20),包括:

控制器(22)和至少一个电感构件(24),

特征在于,所述控制器和所述电感构件被配置为执行在根据权利要求36-57中的任一项所述的方法中提供(104)询问信号(40)以及接收(106)响应信号(50)的步骤。

59.一种用于读取无源无线传感器设备(10)的方法(200),所述无源无线传感器设备(10)包括谐振电路,所述方法包括下列步骤:

借助于测量单元(20)中的电感构件(24)向所述传感器设备提供(202)无线询问信号(40),

从所述传感器设备接收(204)响应信号,

特征在于

所述方法还包括将所述接收到的信号的功率水平与预定响应信号功率水平范围进行比较,以及

其中,提供所述询问信号的所述步骤包括提供(208)处于连续降低或升高的信号功率水平的多个询问信号,直到接收到被确定为在预定响应信号功率水平范围内的相应的响应信号为止。

60.根据权利要求59所述的方法,其中,所述无源无线传感器设备是根据权利要求1-34中的任一项的传感器设备。

61.一种用于读取无源传感器(10)的测量单元(20),所述无源传感器(10)被配置为执行权利要求59或60所述的方法(200)。


技术总结
本发明涉及一种用于检测液体和/或湿气的传感器设备(10)。该传感器设备包括谐振电路,该谐振电路包括连接到电容器(11)的电感器(13),其中,电容器包括一起将介电基板(14)的至少一部分夹在中间的第一电极(11a)和第二电极(11b)。第一和第二电极被配置为提供相对于彼此的重叠失配,并且重叠失配区域(ma)是两个电极的重叠区域(oa)的至少0.1%。本发明还涉及一种用于读取传感器设备的系统(70)和一种用于读取传感器设备的方法(100,200)。

技术研发人员:简·斯特兰德贝里;邓肯·普拉特
受保护的技术使用者:英维森斯有限公司
技术研发日:2018.02.21
技术公布日:2019.12.06
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