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Die Erfindung betrifft ein Gassensorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Gassensorsystems.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Gassensorsysteme bekannt, bei denen ein Gassensorelement ein Sensormaterial aufweist, an das sich das zu sensierende Gas anlagern kann. Dies kann dazu führen, dass sich eine Impedanz des Sensormaterials ändert, wobei diese Änderung der Impedanz ausgelesen werden kann. Insbesondere kann dabei eine frequenzabhängige Impedanz bestimmt werden. Als Sensormaterial sind Metalloxide (MOx) verwendbar. In diesem Fall kann von einem Metalloxid-(MOx-)Sensorsystem gesprochen werden. MOx-Sensorsysteme sind wegen ihrer Fähigkeit, zahlreiche Gase durch die Auswahl des Basis-Werkstoffes (also des Metalls beziehungsweise Halbmetalls) und dessen Dotierung zu detektieren, weit verbreitet. Die Reaktionsdrift von MOx-Sensorsystemen stellt jedoch ein Problem dar.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Gassensorsystem bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren für ein solches Gassensorsystem bereitzustellen. Insbesondere soll mit dem verbesserten Gassensorsystem eine Drift reduziert beziehungsweise ausgeglichen werden. Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Nach einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Gassensorsystem mit einem ersten Gassensorelement, einem zweiten Gassensorelement sowie einer Ansteuerungseinheit. Das erste Gassensorelement weist ein erstes Sensormaterial sowie erste Elektroden auf. Das zweite Gassensorelement weist ein zweites Sensormaterial sowie zweite Elektroden auf. Das erste Sensormaterial und das zweite Sensormaterial können einer gemeinsamen Gasatmosphäre ausgesetzt werden. Die Ansteuerungseinheit ist dazu eingerichtet, das erste Gassensorelement über die ersten Elektroden mit einem ersten Anregungssignal anzusteuern und ein erstes Antwortsignal auszulesen sowie das zweite Gassensorelement über die zweiten Elektroden mit einem zweiten Anregungssignal anzusteuern und ein zweites Antwortsignal auszulesen. Das erste Anregungssignal weist eine erste Anregungsfrequenz auf. Das zweite Anregungssignal weist eine zweite Anregungsfrequenz auf. Die erste Anregungsfrequenz und die zweite Anregungsfrequenz sind unterschiedlich. Anhand des zweiten Antwortsignals kann von der Ansteuerungseinheit eine Drift bestimmt werden und das erste Antwortsignal um die Drift korrigiert werden.
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Die zweite Ansteuerungsfrequenz kann dabei insbesondere so gewählt sein, dass die Drift unabhängig von eventuell am zweiten Sensormaterial adsorbierten Gasen ist. Insbesondere kann die zweite Ansteuerungsfrequenz also in einem Bereich liegen, in dem eine Messgröße des zweiten Gassensorelements unabhängig von adsorbierten Gasen ist. Da ansonsten das erste Sensormaterial und das zweite Sensormaterial während einer Lebensdauer des Gassensorsystems den gleichen Bedingungen ausgesetzt waren, kann angenommen werden, dass eine Drift des ersten Gassensorelements identisch ist zur Drift des zweiten Gassensorelements. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Gassensorelement und das zweite Gassensorelement gleichzeitig ausgelesen werden, so dass eine Messdauer verkürzt sein kann und außerdem beispielsweise eine Heizung der Gassensorelemente kürzer aktiviert sein muss, so dass eine geringere Heizenergie ausreicht.
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Um das erste Sensormaterial und das zweite Sensormaterial einer gemeinsamen Gasatmosphäre auszusetzen, kann vorgesehen sein, dass das erste Gassensorelement und das zweite Gassensorelement in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei das Gehäuse Öffnungen zum Eintritt eines Gases aufweist und wobei innerhalb des Gehäuses ein Gasfluss vom ersten Gassensorelement zum zweiten Gassensorelement möglich ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das erste Gassensorelement und das zweite Gassensorelement in einem gemeinsamen Innenraum des Gehäuses angeordnet sind.
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Die Ansteuerungseinheit kann insbesondere eine Steuereinheit zur Ausgabe der Anregungssignale, eine Sensorschnittstelle zur Weitergabe der Anregungssignale an die Gassensorelemente und zum Auslesen der Antwortsignale und eine Recheneinheit zur Bestimmung der Drift und zur Korrektur des ersten Antwortsignals anhand der Drift eingerichtet sein. Ferner kann die Ansteuerungseinheit eine Ausgabeschnittstelle beinhalten, über die das korrigierte Antwortsignal analog oder digital ausgegeben werden kann.
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Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gassensorsystems. Hierzu wird das erste Gassensorelement über die ersten Elektroden mit einem ersten Anregungssignal angesteuert, wobei das erste Anregungssignal eine erste Ansteuerungsfrequenz aufweist. Ferner wird ein erstes Antwortsignal ausgelesen. Außerdem wird das zweite Gassensorelement über die zweiten Elektroden mit einem zweiten Anregungssignal angesteuert, wobei das zweite Anregungssignal eine von der ersten Ansteuerungsfrequenz verschiedene zweite Ansteuerungsfrequenz aufweist, und ein zweites Antwortsignal ausgelesen. Das Ansteuern der beiden Gassensorelemente und das Auslesen der Antwortsignale kann insbesondere jeweils gleichzeitig erfolgen. Nun wird eine Drift aus dem zweiten Antwortsignal bestimmt und das erste Antwortsignal um die Drift korrigiert. Insbesondere kann die Ansteuerungseinheit eingerichtet sein, diese Verfahrensschritte durchzuführen.
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Es kann ferner vorgesehen sein, das erste Sensorelement mit mehreren, voneinander unterschiedlichen, ersten Anregungsfrequenzen anzusteuern, beispielsweise wenn das erste Sensormaterial für verschiedene Gase bei unterschiedlichen ersten Frequenzen unterschiedlich gute erste Antwortsignale liefert. Diese können jeweils um die aus dem zweiten Antwortsignal bestimmten Drift korrigiert werden und so mehrere Gase bestimmt werden.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems ist die zweite Anregungsfrequenz mindestens zehnmal höher, insbesondere mindestens einhundertmal höher als die erste Anregungsfrequenz. Insbesondere bei höheren Frequenzen ist eine Bestimmung der Drift einfacher möglich und diese weniger abhängig von eventuell adsorbierten Gasen.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems ist die erste Ansteuerungsfrequenz im Bereich ein bis einhundert Kilohertz und die zweite Ansteuerungsfrequenz im Bereich ein bis zehn Megahertz. Insbesondere im Megahertzbereich kann eine Drift gut bestimmt werden, während der Kilohertzbereich gut zur Messung der adsorbierten Gase geeignet ist.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems weist das Gassensorsystem ferner ein drittes Gassensorelement mit einem dritten Sensormaterial sowie dritte Elektroden auf. Das dritte Sensormaterial kann ebenfalls der gemeinsamen Gasatmosphäre ausgesetzt werden. Die Ansteuerungseinheit ist dazu eingerichtet, das dritte Gassensorelement über die dritten Elektroden mit einem dritten Anregungssignal anzusteuern und ein drittes Antwortsignal auszulesen. Dabei kann das dritte Anregungssignal eine dritte Anregungsfrequenz aufweisen. Die dritte Anregungsfrequenz kann unterschiedlich zur ersten Anregungsfrequenz und zur zweiten Anregungsfrequenz sein. Alternativ kann das dritte Anregungssignal die erste Anregungsfrequenz aufweisen. Das dritte Antwortsignal kann von der Ansteuerungseinheit um die Drift korrigiert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Gase entweder am erstem Sensormaterial oder am dritten Sensormaterial adsorbieren. Mit einem solchen Gassensorsystem können dann mehrere Gase bestimmt werden. Insbesondere wenn das erste Sensormaterial und das dritte Sensormaterial identisch sind, kann die erste Anregungsfrequenz unterschiedlich zur dritten Anregungsfrequenz sein. Dies ermöglicht insbesondere mehrere parallele Messungen. Sind das erste Sensormaterial und das dritte Sensormaterial unterschiedlich, können insbesondere auch die erste Anregungsfrequenz und die dritte Anregungsfrequenz unterschiedlich sein. Hier kann es aber auch vorkommen, dass das erste Sensorelement und das dritte Sensorelement mit einer gleichen Anregungsfrequenz betrieben werden. Im letzteren Fall kann gegebenenfalls auch ein viertes Gassensorelement mit einem vierten Sensormaterial sowie vierten Elektroden vorgesehen sein, mit dem eine Drift des dritten Sensorelements bestimmt werden kann, beispielsweise mit einem vierten Anregungssignal mit einer vierten Anregungsfrequenz, die zu einem vierten Antwortsignal führt.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems ist das erste Antwortsignal ein erster Impedanzmesswert. Das zweite Antwortsignal ist ein zweiter Impedanzmesswert. Insbesondere die Impedanzen der Sensormaterialien können sich ändern, wenn ein Gas am Sensormaterial adsorbiert ist, so dass dadurch eine einfache Gasmessung möglich ist. Das dritte Antwortsignal und/oder das vierte Antwortsignal können ebenfalls Impedanzmesswerte sein.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems sind das erste Gassensorelement und das zweite Gassensorelement auf einem Heizelement angeordnet. Gegebenenfalls können auch das dritte Gassensorelement und das vierte Gassensorelement auf einem Heizelement, beispielsweise auf dem Heizelement, auf dem das erste Gassensorelement und das zweite Gassensorelement angeordnet sind, angeordnet sein. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Heizung der Gassensorelemente, aber auch einen Vergleich der Messwerte bei verschiedenen Temperaturen.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems weist das erste Sensormaterial ein erstes Metalloxid auf. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Sensormaterial ein zweites Metalloxid auf. Das dritte Sensormaterial kann, falls vorhanden, ein drittes Metalloxid aufweisen. Das vierte Sensormaterial kann, falls vorhanden, ein viertes Metalloxid aufweisen. Insbesondere können das erste Metalloxid und das zweite Metalloxid identisch sein. Ferner kann das dritte Metalloxid identisch zum ersten Metalloxid sein oder unterschiedlich zum ersten Metalloxid sein. Das vierte Metalloxid identisch zum zweiten Metalloxid sein. Ferner kann das vierte Metalloxid identisch zum dritten Metalloxid sein. Metalloxide eignen sich gut als Sensormaterialien, da Gase gut an Metalloxiden adsorbieren und dabei eine Impedanz des Sensormaterials ändern.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems sind das erste Metalloxid und das zweite Metalloxid unterschiedlich dotiert. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das erste Metalloxid und das zweite Metalloxid grundsätzlich identisch sind, aber unterschiedlich dotiert. Auch das dritte Metalloxid und das vierte Metalloxid können, falls vorhanden, unterschiedlich dotiert sein.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems sind das erste Sensormaterial und das zweite Sensormaterial identisch. Dies ermöglicht ein besonders genaues Bestimmen der Drift. Auch das dritte Sensormaterial kann, falls vorhanden, identisch zum ersten Sensormaterial sein. Alternativ kann, falls vorhanden, das dritte Sensormaterial identisch zum vierten Sensormaterial sein.
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In einer Ausführungsform des Gassensorsystems ist das zweite Sensormaterial künstlich gealtert. Dies kann eine genauere Bestimmung der Drift ermöglichen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines solchen Gassensorsystems wird nach dem Auslesen des ersten Antwortsignals und des zweiten Antwortsignals das erste Gassensorelement über die ersten Elektroden mit einem weiteren zweiten Anregungssignal mit der zweiten Anregungsfrequenz angesteuert und ein weiteres zweites Antwortsignal ausgelesen sowie das zweite Gassensorelement über die zweiten Elektroden mit einem weiteren ersten Anregungssignal mit der ersten Ansteuerungsfrequenz angesteuert und ein weiteres erstes Antwortsignal ausgelesen. Das Ansteuern der beiden Gassensorelemente und das Auslesen der Antwortsignale kann dabei insbesondere jeweils gleichzeitig erfolgen. Nun wird eine Drift aus dem zweiten und weiteren zweiten Antwortsignal bestimmt und das erste und das weitere erste Antwortsignal um diese Drift korrigiert. Es wird also unmittelbar nach der Messung eine Messung über Kreuz durchgeführt. Die so gewonnenen beiden driftkorrigierten Antwortsignale können nun miteinander verglichen und beispielsweise durch Mittelwertbildung oder auf andere Weise miteinander zu einem Endergebnis verrechnet werden. Insbesondere kann die Ansteuerungseinheit eingerichtet sein, diese Verfahrensschritte durchzuführen. Durch diese Art der Kreuzreferenzierung bzw. Redundanzmessung ergibt sich die Möglichkeit einer robusteren Gasmessung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:
- 1 ein erstes Gassensorsystem;
- 2 ein zweites Gassensorsystem;
- 3 ein drittes Gassensorsystem; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Gassensorsystems.
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1 zeigt ein erstes Gassensorsystem 100 mit einem ersten Gassensorelement 110, einem zweiten Gassensorelement 120 sowie einer Ansteuerungseinheit 150. Das erste Gassensorelement 110 weist ein erstes Sensormaterial 111 sowie erste Elektroden 112 auf. Das zweite Gassensorelement 120 weist ein zweites Sensormaterial 121 sowie zweite Elektroden 122 auf. Das erste Gassensorelement 110 und das zweite Gassensorelement 120 sind in einem Gehäuse 101 des Gassensorsystems 100 angeordnet, wobei das Gehäuse 101 Öffnungen 102 aufweist, durch die ein zu sensierendes Gas an die Gassensorelemente 110, 120 gelangen kann. Das erste Sensormaterial 111 und das zweite Sensormaterial 121 können also einer gemeinsamen Gasatmosphäre 103 ausgesetzt werden. Zur elektrischen Kontaktierung sind die Gassensorelemente 110, 120 über die Elektroden 112, 122 mit einem Substrat 104 verbunden. Selbstverständlich können auch andere Kontaktierungen wie beispielsweise Bonddrähte vorgesehen sein. Die Ansteuerungseinheit 150 ist mit den Elektroden 112, 122 verbunden. Ferner ist die Ansteuerungseinheit 150 dazu eingerichtet, das erste Gassensorelement 110 über die ersten Elektroden 112 mit einem ersten Anregungssignal anzusteuern und ein erstes Antwortsignal auszulesen sowie das zweite Gassensorelement 120 über die zweiten Elektroden 122 mit einem zweiten Anregungssignal anzusteuern und ein zweites Antwortsignal auszulesen. Dies kann über die Verbindung mit dem Substrat 104 erfolgen. Das erste Anregungssignal weist eine erste Anregungsfrequenz auf. Das zweite Anregungssignal weist eine zweite Anregungsfrequenz auf. Die erste Anregungsfrequenz und die zweite Anregungsfrequenz sind unterschiedlich. Anhand des zweiten Antwortsignals kann von der Ansteuerungseinheit 150 eine Drift bestimmt werden und das erste Antwortsignal um die Drift korrigiert werden.
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Die zweite Ansteuerungsfrequenz kann dabei insbesondere so gewählt sein, dass die Drift unabhängig von eventuell am zweiten Sensormaterial 121 adsorbierten Gasen ist. Insbesondere kann die zweite Ansteuerungsfrequenz also in einem Bereich liegen, in dem eine Messgröße des zweiten Gassensorelements 120 unabhängig von adsorbierten Gasen ist. Da ansonsten das erste Sensormaterial 111 und das zweite Sensormaterial 121 während einer Lebensdauer des Gassensorsystems 100 den gleichen Bedingungen ausgesetzt waren, kann angenommen werden, dass eine Drift des ersten Gassensorelements 110 identisch ist zur Drift des zweiten Gassensorelements 120. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Gassensorelement 110 und das zweite Gassensorelement 120 gleichzeitig ausgelesen werden, so dass eine Messdauer verkürzt sein kann und außerdem beispielsweise eine Heizung der Gassensorelemente 110, 120 kürzer aktiviert sein kann, so dass eine geringere Heizenergie ausreicht.
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Um das erste Sensormaterial 111 und das zweite Sensormaterial 121 der gemeinsamen Gasatmosphäre 103 auszusetzen, sind das erste Gassensorelement 110 und das zweite Gassensorelement 120 im Gehäuse 101 mit den Öffnungen 102 angeordnet. Die Öffnungen 102 dienen zum Eintritt eines Gases. Innerhalb des Gehäuses 101 ist ein Gasfluss vom ersten Gassensorelement 110 zum zweiten Gassensorelement 120 möglich. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das erste Gassensorelement 110 und das zweite Gassensorelement 120 in einem gemeinsamen Innenraum 105 des Gehäuses 101 angeordnet sind. Es sind grundsätzlich auch andere Ausgestaltungen denkbar, bei denen die Gassensorelemente 110, 120 beispielsweise auf einem Substrat 104 angeordnet sind und kein Gehäuse 101 vorgesehen ist.
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Die Ansteuerungseinheit 150 kann insbesondere eine Steuereinheit 151 zur Ausgabe der Anregungssignale, eine Sensorschnittstelle 152 zur Weitergabe der Anregungssignale an die Gassensorelemente 110, 120 und zum Auslesen der Antwortsignale und eine Recheneinheit 153 zur Bestimmung der Drift und zur Korrektur des ersten Antwortsignals anhand der Drift eingerichtet sein. Ferner kann die Ansteuerungseinheit 150 eine Ausgabeschnittstelle 154 beinhalten, über die das korrigierte Antwortsignal analog oder digital ausgegeben werden kann.
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In 1 ist ferner optional ein Heizelement 160 gezeigt, mit dem das erste Sensormaterial 111 und das zweite Sensormaterial 121 beheizt werden können. Insbesondere können das erste Sensormaterial 111 und das zweite Sensormaterial 121 auf dem Heizelement angeordnet sein. In 1 ist das Heizelement 160 in eine Membran 106 eingebettet. angeordnet. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Heizelement 160 in direktem Kontakt mit den Gassensorelementen 110, 120 steht. Um das Heizelement 160 anzusteuern, kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Ansteuerungseinheit 150 eine Heizungsschnittstelle 155 aufweist, wie ebenfalls in 1 optional dargestellt. Die Gassensorelemente 110, 120 sind ferner optional den Öffnungen 102 zugewandt.
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2 zeigt ein zweites Gassensorsystem 100, das dem Gassensorsystem 100 der 1 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Das Gassensorsystem 100 weist ferner ein drittes Gassensorelement 130 mit einem dritten Sensormaterial 131 sowie dritten Elektroden 132 auf. Das dritte Sensormaterial kann ebenfalls der gemeinsamen Gasatmosphäre 103 ausgesetzt werden. Die Ansteuerungseinheit 150 ist dazu eingerichtet, das dritte Gassensorelement 130 über die dritten Elektroden 132 mit einem dritten Anregungssignal anzusteuern und ein drittes Antwortsignal auszulesen. Das dritte Anregungssignal weist eine dritte Anregungsfrequenz auf. Die dritte Anregungsfrequenz ist unterschiedlich zur zweiten Anregungsfrequenz. Das dritte Antwortsignal kann von der Ansteuerungseinheit 150 um die Drift korrigiert werden.
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Die dritte Anregungsfrequenz kann unterschiedlich zur ersten Anregungsfrequenz sein. Alternativ kann das dritte Anregungssignal die erste Anregungsfrequenz aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Gase entweder am erstem Sensormaterial 111 oder am dritten Sensormaterial 131 adsorbieren. Mit einem solchen Gassensorsystem 100 können dann mehrere Gase gleichzeitig bestimmt werden. Insbesondere wenn das erste Sensormaterial 111 und das dritte Sensormaterial 131 identisch sind, kann die erste Anregungsfrequenz unterschiedlich zur dritten Anregungsfrequenz sein. Dies ermöglicht insbesondere mehrere parallele Messungen. Sind das erste Sensormaterial 111 und das dritte Sensormaterial 131 unterschiedlich, können insbesondere auch die erste Anregungsfrequenz und die dritte Anregungsfrequenz unterschiedlich sein. Hier kann es aber auch vorkommen, dass das erste Sensorelement 110 und das dritte Sensorelement 130 mit einer gleichen Anregungsfrequenz betrieben werden.
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3 zeigt ein drittes Gassensorsystem 100, das dem Gassensorsystem 100 der 1 oder 2 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Auf einer Membran 106 sind analog zu 1 das erste Gassensorelement 110 und das zweite Gassensorelement 120 angeordnet. Auf der Membran 106 sind ferner ein drittes Gassensorelement 130 analog zu 2 und ein viertes Gassensorelement 140 mit einem vierten Sensormaterial 141 sowie vierten Elektroden 142 angeordnet. Das erste Gassensorelement 110 sowie das zweite Gassensorelement 120 liegen dabei dem dritten Gassensorelement 130 sowie dem vierten Gassensorelement 140 gegenüber. Es kann vorgesehen sein, dass mit dem vierten Gassensorelement 140 eine Drift des dritten Sensorelements 130 bestimmt werden kann, beispielsweise mit einem vierten Anregungssignal mit einer vierten Anregungsfrequenz, die zu einem vierten Antwortsignal führt.
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Im Folgenden werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, die in allen drei 1 bis 3 optional zum Einsatz kommen können.
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In einem Ausführungsbeispiel des Gassensorsystems 100 ist die zweite Anregungsfrequenz mindestens zehnmal höher, insbesondere mindestens einhundertmal höher als die erste Anregungsfrequenz. Insbesondere bei höheren Frequenzen ist eine Bestimmung der Drift einfacher möglich und diese weniger abhängig von eventuell adsorbierten Gasen. Die dritte Anregungsfrequenz kann ebenfalls um diesen Faktor niedriger sein als die zweite Anregungsfrequenz beziehungsweise die vierte Anregungsfrequenz.
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In einem Ausführungsbeispiel des Gassensorsystems 100 ist die erste Ansteuerungsfrequenz im Bereich ein bis einhundert Kilohertz und die zweite Ansteuerungs-frequenz im Bereich ein bis zehn Megahertz. Insbesondere im Megahertzbereich kann eine Drift gut bestimmt werden, während der Kilohertzbereich gut zur Messung der adsorbierten Gase geeignet ist. Die dritte Anregungsfrequenz kann ebenfalls im Bereich ein bis einhundert Kilohertz und die vierte Ansteuerungs-frequenz im Bereich ein bis zehn Megahertz sein, sofern das dritte Gassensorelement 130 beziehungsweise das vierte Gassensorelement 140 vorhanden sind.
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In einem Ausführungsbeispiel des Gassensorsystems 100 ist das erste Antwortsignal ein erster Impedanzmesswert. Das dritte Antwortsignal und das vierte Antwortsignal können, sofern vorhanden, ebenfalls Impedanzmesswerte sein. Das zweite Antwortsignal ist ein zweiter Impedanzmesswert. Insbesondere die Impedanzen der Sensormaterialien 111, 121, 131, 141 können sich ändern, wenn ein Gas am Sensormaterial 111, 121, 131, 141 adsorbiert ist, so dass dadurch eine einfache Gasmessung möglich ist..
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In einem Ausführungsbeispiel des Gassensorsystems 100 weist das erste Sensormaterial 111 ein erstes Metalloxid 113 auf. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Sensormaterial 121 ein zweites Metalloxid 123 auf. Das dritte Sensormaterial 131 kann, falls vorhanden, ein drittes Metalloxid 133 aufweisen. Das vierte Sensormaterial 141 kann, falls vorhanden, ein viertes Metalloxid 143 aufweisen. Insbesondere können das erste Metalloxid 113 und das zweite Metalloxid 123 identisch sein. Ferner kann das dritte Metalloxid 133 identisch zum ersten Metalloxid 113 sein oder unterschiedlich zum ersten Metalloxid 113 sein. Das vierte Metalloxid 143 kann identisch zum zweiten Metalloxid 123 sein. Ferner kann das vierte Metalloxid 143 identisch zum dritten Metalloxid 133 sein. Metalloxide 113, 123, 133, 143 eignen sich gut als Sensormaterialien 111, 121, 131, 141, da Gase gut an Metalloxiden 113, 123, 133, 143 adsorbieren und dabei eine Impedanz des Sensormaterials 111, 121, 131, 141 ändern.
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In einem Ausführungsbeispiel des Gassensorsystems 100 sind das erste Metalloxid 113 und das zweite Metalloxid 123 unterschiedlich dotiert. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das erste Metalloxid 113 und das zweite Metalloxid 123 grundsätzlich identisch sind, aber unterschiedlich dotiert. Auch das dritte Metalloxid 133 und das vierte Metalloxid 143 können, falls vorhanden, unterschiedlich dotiert sein.
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In einem Ausführungsbeispiel des Gassensorsystems 100 sind das erste Sensormaterial 111 und das zweite Sensormaterial 121 identisch. Dies ermöglicht ein besonders genaues Bestimmen der Drift. Auch das dritte Sensormaterial 131 kann, falls vorhanden, identisch zum ersten Sensormaterial 111 sein. Alternativ kann, falls vorhanden, das dritte Sensormaterial 131 identisch zum vierten Sensormaterial 141 sein. Insbesondere können also erstes Sensormaterial 111 und zweites Sensormaterial 121 identisch sein und das dritte Sensormaterial 131 identisch zum vierten Sensormaterial 141, aber unterschiedlich zum ersten Sensormaterial 111 und zweiten Sensormaterial 121 sein.
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In einem Ausführungsbeispiel des Gassensorsystems 100 ist das zweite Sensormaterial 121 künstlich gealtert. Dies kann eine genauere Bestimmung der Drift ermöglichen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm 200 eines Verfahrens zum Betreiben eines Gassensorsystems 100, das den Gassensorsystemen 100 der 1 bis 3 entsprechen kann. Nach einem Messstart 201 wird eine Ansteuerung 211 des ersten Gassensorelements 110 über die ersten Elektroden 112 mit dem ersten Anregungssignal und eine Ansteuerung 212 des zweiten Gassensorelements 120 über die zweiten Elektroden 122 mit dem zweiten Anregungssignal vorgenommen. Das erste Anregungssignal weist die erste Ansteuerungsfrequenz auf. Das zweite Anregungssignal weist eine von der ersten Ansteuerungsfrequenz verschiedene zweite Ansteuerungsfrequenz auf. Ferner findet ein Auslesen 221 des ersten Antwortsignals und ein Auslesen 222 des zweiten Antwortsignals statt.
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Die Ansteuerung 211, 212 der beiden Gassensorelemente 110, 120 und das Auslesen 221, 222 der Antwortsignale kann insbesondere jeweils gleichzeitig erfolgen. Nun wird in einer ersten Driftbestimmung 232 eine Drift aus dem zweiten Antwortsignal bestimmt und das erste Antwortsignal mittels der Drift in einer ersten Driftkorrektur 241 korrigiert. Anschließend kann optional vorgesehen sein, dass eine Ausgabe 250 des korrigierten ersten Antwortsignals erfolgt. Insbesondere kann die Ansteuerungseinheit 150 eingerichtet sein, diese Verfahrensschritte durchzuführen.
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Es kann ferner vorgesehen sein, das erste Sensorelement 110 mit mehreren, voneinander unterschiedlichen, ersten Anregungsfrequenzen während der Ansteuerung 211 anzusteuern, beispielsweise wenn das erste Sensormaterial 111 für verschiedene Gase bei unterschiedlichen ersten Frequenzen unterschiedlich gute erste Antwortsignale liefert. Diese können jeweils um die aus dem zweiten Antwortsignal bestimmten Drift korrigiert werden und so mehrere Gase bestimmt werden.
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In 4 sind außerdem optionale Verfahrensschritte gezeigt. Nach dem Messstart 201 kann eine Ansteuerung 213 des dritten Gassensorelements 130 über die dritten Elektroden 132 mit dem dritten Anregungssignal erfolgen. Das dritte Anregungssignal kann dabei wie weiter oben bereits beschrieben eine von der ersten Anregungsfrequenz verschiedene dritte Anregungsfrequenz aufweisen. Alternativ können erste Anregungsfrequenz und dritte Anregungsfrequenz identisch sein. Anschließend findet ein Auslesen 223 des dritten Antwortsignals statt. Anschließend kann in einer zweiten Driftkorrektur 242 das dritte Antwortsignal korrigiert werden. Hierzu ist eine gestrichelte Verbindung von der ersten Driftbestimmung 232 zur zweiten Driftkorrektur 242 gezeigt. Anschließend kann optional vorgesehen sein, dass eine Ausgabe 250 des korrigierten dritten Antwortsignals erfolgt. Insbesondere kann die Ansteuerungseinheit 150 eingerichtet sein, diese Verfahrensschritte durchzuführen. Neben diesen Schritten kann auch dem Messstart 201 eine Ansteuerung 214 des vierten Gassensorelements 140 über die vierten Elektroden 142 mit dem vierten Anregungssignal erfolgen. Das vierte Anregungssignal kann dabei wie weiter oben bereits beschrieben eine zur dritten Anregungsfrequenz identische vierte Anregungsfrequenz aufweisen. Anschließend findet ein Auslesen 224 des vierten Antwortsignals und eine zweite Driftbestimmung 234 statt. In der zweiten Driftkorrektur 242 kann in diesem Fall das dritte Antwortsignal um die in der zweiten Driftbestimmung 234 bestimmten Drift korrigiert werden. Anschließend kann optional vorgesehen sein, dass eine Ausgabe 250 des korrigierten dritten Antwortsignals erfolgt. Insbesondere kann die Ansteuerungseinheit 150 eingerichtet sein, diese Verfahrensschritte durchzuführen.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm 200 eines Verfahrens zum Betreiben eines Gassensorsystems 100, das dem Ablaufdiagramm 200 der 4 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Vor der ersten Driftkorrektur 241 sind weitere Verfahrensschritte eingezeichnet. Nach dem Auslesen 221 des ersten Antwortsignals erfolgt eine Ansteuerung 262 des ersten Gassensorelements 110 über die ersten Elektroden 112 mit einem weiteren zweiten Anregungssignal. Nach der ersten Driftbestimmung 232 erfolgt eine Ansteuerung 261 des zweiten Gassensorelements 120 über die zweiten Elektroden 122 mit einem weiteren ersten Anregungssignal. Das weitere erste Anregungssignal kann dabei die erste Ansteuerungsfrequenz aufweisen. Das weitere zweite Anregungssignal kann die zweite Ansteuerungsfrequenz aufweisen. Insbesondere können das weitere erste Anregungssignal und das weitere zweite Anregungssignal unterschiedliche Anregungsfrequenzen aufweisen. Ferner findet ein Auslesen 272 eines weiteren zweiten Antwortsignals des ersten Gassensorelements 110 und ein Auslesen 271 des weiteren ersten Antwortsignals des zweiten Gassensorelements 120 statt.
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Die Ansteuerung 262, 261 der beiden Gassensorelemente 110, 120 und das Auslesen 272, 271 der Antwortsignale kann insbesondere jeweils gleichzeitig erfolgen. Nun wird in einer weiteren ersten Driftbestimmung 282 eine Drift aus dem weiteren zweiten Antwortsignal bestimmt und das weitere erste Antwortsignal mittels der Drift in der ersten Driftkorrektur 241 korrigiert. Anschließend kann optional vorgesehen sein, dass eine Ausgabe 250 des korrigierten ersten Antwortsignals erfolgt. Insbesondere kann die Ansteuerungseinheit 150 eingerichtet sein, diese Verfahrensschritte durchzuführen. Während der ersten Driftkorrektur 241 kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die in der ersten Driftbestimmung 232 und in der weiteren ersten Driftbestimmung 282 bestimmte Drift gemittelt wird und dann zur Korrektur des ersten Antwortsignals und des weiteren ersten Antwortsignals die gemittelte Drift verwendet wird. Korrigiertes erstes Antwortsignal und korrigiertes weiteres erstes Antwortsignal können ebenfalls gemittelt werden.
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In 5 sind außerdem optionale Verfahrensschritte gezeigt. Vor der zweiten Driftkorrektur 242 sind weitere Verfahrensschritte eingezeichnet. Nach dem Auslesen 223 des dritten Antwortsignals erfolgt eine Ansteuerung 264 des dritten Gassensorelements 130 über die dritten Elektroden 132 mit einem weiteren vierten Anregungssignal. Nach der zweiten Driftbestimmung 234 erfolgt eine Ansteuerung 263 des vierten Gassensorelements 140 über die vierten Elektroden 142 mit einem weiteren dritten Anregungssignal. Das weitere dritte Anregungssignal kann dabei die dritte Ansteuerungsfrequenz aufweisen. Das weitere vierte Anregungssignal kann die vierte Ansteuerungsfrequenz aufweisen. Insbesondere können das weitere dritte Anregungssignal und das weitere vierte Anregungssignal unterschiedliche Anregungsfrequenzen aufweisen. Ferner findet ein Auslesen 274 eines weiteren vierten Antwortsignals des dritten Gassensorelements 130 und ein Auslesen 273 des weiteren dritten Antwortsignals des vierten Gassensorelements 140 statt.
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Die Ansteuerung 264, 263 der beiden Gassensorelemente 130, 140 und das Auslesen 274, 273 der Antwortsignale kann insbesondere jeweils gleichzeitig erfolgen. Nun wird in einer weiteren zweiten Driftbestimmung 284 eine Drift aus dem weiteren vierten Antwortsignal bestimmt und das weitere dritte Antwortsignal mittels der Drift in der zweiten Driftkorrektur 242 korrigiert. Anschließend kann optional vorgesehen sein, dass eine Ausgabe 250 des korrigierten dritten Antwortsignals erfolgt. Insbesondere kann die Ansteuerungseinheit 150 eingerichtet sein, diese Verfahrensschritte durchzuführen. Während der zweiten Driftkorrektur 242 kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die in der zweiten Driftbestimmung 234 und in der weiteren zweiten Driftbestimmung 284 bestimmte Drift gemittelt wird und dann zur Korrektur des dritten Antwortsignals und des weiteren dritten Antwortsignals die gemittelte Drift verwendet wird. Korrigiertes drittes Antwortsignal und korrigiertes weiteres drittes Antwortsignal können ebenfalls gemittelt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen hieraus können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.