AT517281A1 - sensor arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (10) und ein Verfahren zur Ermittlung des Gehalts eines Stoffs innerhalb eines Messgegenstands, insbesondere innerhalb eines Körperteils, aus dem kontinuierlich Dampf oder Dunst enthaltend einen Stoff austritt, umfassend einen Bereich der Oberfläche des Messgegenstands begrenzende Messkammer (3), dadurch gekennzeichnet, - dass die Sensoranordnung (10) einen Feuchtigkeitssensor (2) umfasst, wobei der Feuchtigkeitssensor (2) derart angeordnet ist, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Messkammer (3) messbar ist, - dass die Sensoranordnung (10) zumindest einen weiteren Sensor (4) zur Erfassung des Gehalt zumindest eines Stoffes innerhalb der Messkammer (3) umfasst und - dass eine dem Feuchtigkeitssensor (2) und dem Sensor (4) nachgeschaltete Verarbeitungseinheit (40) vorgesehen ist, der die erfassten Messwerte des Sensors (4) und des Feuchtigkeitssensors (2) zugeführt sind und - dass die Verarbeitungseinheit (40) den Gehalt des Stoffs innerhalb des Messgegenstands ermittelt, indem sie den ermittelten Gehalt des Stoffs in der Messkammer (3) zu der in der Messkammer (3) ermittelten Feuchtigkeit in Relation setzt.The invention relates to a sensor arrangement (10) and a method for determining the content of a substance within a measurement object, in particular within a body part, from which continuously emerges vapor or vapor containing a substance comprising a measuring chamber (3) bounding the surface of the measurement object, characterized in that - the sensor arrangement (10) comprises a moisture sensor (2), wherein the moisture sensor (2) is arranged such that the moisture within the measuring chamber (3) is measurable, - that the sensor arrangement (10) at least one further sensor (4) for detecting the content of at least one substance within the measuring chamber (3) comprises and - that a the moisture sensor (2) and the sensor (4) downstream processing unit (40) is provided, the measured values of the sensor (4) and the moisture sensor (2) are fed and - that the processing unit (40) the content of the substance within of the measurement object determined by putting the determined content of the substance in the measuring chamber (3) in relation to the humidity determined in the measuring chamber (3).
Description
Sensoranordnungsensor arrangement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung des Gehalts eines Stoffes innerhalb eines Messgegenstandes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Ermittlung des Gehalts eines Stoffes innerhalb eines Messgegenstandes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 32. Über die Haut einer Person oder eines Tieres verlassen den Körper kontinuierlich Gase sowie Flüssigkeiten. Diese Gase sind je nach Körperregion bzw. Körperteil unterschiedlich, da die darunter liegenden Organe bzw. Körperregionen unterschiedliche Aufgaben erfüllen und somit andere Stoffwechselprodukte erzeugen. Die durch die Organe oder Körperzellen erzeugten Stoffwechselprodukte werden dann über den Blutkreislauf aus den Organen bzw. Körperregionen abtransportiert. Da der menschliche Körper versucht in der Blutbahn zirkulierende Stoffe bis auf Blutkörperchen und Blutplättchen möglichst rasch loszuwerden, ist die Blutbahn durchlässig und lässt Stoffe, beispielsweise Gase, durch die Blutmembran diffundieren. Je langsamer diese Stoffe durch den Blutkreislauf transportiert werden, desto rascher diffundieren die Stoffe der Blutgefäße in die Umgebung bzw. das die Blutgefäße umgebende Gewebe. Weiteres werden Abfallstoffe des Gewebes von Kapillarblutgefäßen aufgenommen und durch diese abtransportiert oder umgekehrt das Gewebe mit notwendigen Stoffen, wie Sauerstoff, versorgt. Es entsteht dadurch ein eindeutiges Regelprofil zwischen Blutader, Kapillarblutgefäß und Haut. Die an das Gewebe bzw. die Kapillarblutgefäße abgegebenen Stoffe werden somit auch teilweise über die Haut aus dem Körper ausgeschieden. Aufgrund der unterschiedlichen Aufgaben der Körperregionen ist die Haut als auch die Durchblutung der einzelnen Körperregionen unterschiedlich geregelt. Somit sind je nach Körperregion und Körperstelle die aus der Haut austretende Feuchtigkeit und die aus der Haut austretenden Stoffe unterschiedlich und je nach Vorhandensein in den darunter liegenden Kapillargefäßen variabel.The present invention relates to a sensor arrangement for determining the content of a substance within a measurement subject according to the preamble of claim 1 and a method for determining the content of a substance within a measurement subject according to the preamble of claim 32. About the skin of a person or an animal leave the Body continuously gases as well as liquids. These gases are different depending on the body region or body part, as the underlying organs or body regions fulfill different tasks and thus produce other metabolic products. The metabolic products produced by the organs or body cells are then removed from the organs or body regions via the bloodstream. Since the human body attempts to get rid of circulating substances in the bloodstream as quickly as possible, except for blood cells and platelets, the bloodstream is permeable and allows substances, for example gases, to diffuse through the blood membrane. The slower these substances are transported through the bloodstream, the faster the substances of the blood vessels diffuse into the environment or the tissue surrounding the blood vessels. Furthermore, waste products of the tissue are taken up by capillary blood vessels and transported away by them or, conversely, the tissue is supplied with necessary substances, such as oxygen. This creates a clear rule profile between blood vessel, capillary blood vessel and skin. The substances released to the tissue or the capillary blood vessels are thus also partially excreted from the body via the skin. Due to the different tasks of the body regions, the skin as well as the circulation of the individual body regions is regulated differently. Thus, depending on the body region and body site, the moisture exiting the skin and the substances exiting the skin are different and variable depending on the presence in the underlying capillaries.
Unter "Haut" wird in diesem Text und den nachstehend genannten Ausführungen jegliche äußere oder innere Oberfläche des Körpers oder eines Körperteils verstanden, insbesondere Hautoberflächen, Schleimhäute, Bindehäute, Organhäute, Darmhäute und dergleichen.By "skin" in this text and the statements below is meant any external or internal surface of the body or part of the body, in particular skin surfaces, mucous membranes, conjunctivae, organ membranes, intestinal membranes and the like.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Messgeräte bekannt, die die aus der Haut austretende Feuchtigkeit, den sogenannten Transepidermalen Wasserverlust oder TEWL-Wert messen. Derartige Messgeräte verwenden meist interne Kalibriertabellen die dieVarious measuring devices are known from the prior art, which measure the moisture exiting the skin, the so-called trans-epidermal water loss or TEWL value. Such gauges usually use internal calibration tables which
Anwendung und deren Bewertung beschränken. Weiters sind die aus dem Stand der Technik bekannten TEWL-Sensoren für eine bestimmte Umgebungsbedingungen und Umgebungstemperatur und Umgebungsfeuchtigkeit z.B. 23°C und 40% Luftfeuchtigkeit, vorgesehen und liefern reproduzierbare und vergleichbare Messwerte auch nur bei diesen Bedingungen. Bei warmem Wetter und entsprechender Schweißbildung oder nach verstärkter Aktivität der Testperson finden dadurch Fehlinterpretationen statt. Weiters sind Messgeräte zur Bestimmung von Gasen bekannt, die sich meist auf einen konkreten Anwendungsfall bzw. eine Messung an konkreten Körperstellen beschränken. Je nach Anwendungsfall sind die aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräte mit dem Anwendungsfall konkret zugeordneten Sensoren ausgebildet, wobei dadurch die Anwendung eingeschränkt wird, z.B. Infrarotmessung im Ohr. Die aus dem Stand der Technik verfügbaren Messgeräte weisen daher in vielerlei Hinsicht Nachteile auf. Durch Fehlanwendungen von bekannten Messgeräten an einer Person oder einem Tier, werden die gewonnen Messwerte daher oft fehlinterpretiert und Personen oder Tieren Schaden zugefügt. Weiters ist die Messung in oder an Körperöffnungen, die schwer zugänglich sind meist aufwendig und kompliziert und daher die meisten bekannten Messgeräte nur eingeschränkt nutzbar. Daher werden Messungen, insbesondere in Körperöffnungen, meist rein optisch oder durch Abstriche vorgenommen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräten und Messverfahren wird dabei jedoch weiters nicht auf die Umgebung Rücksicht genommen. Dies kann jedoch in bestimmten Umgebungen zu Fehlinterpretationen führen und eine Verschmutzung der Messstellen bzw. eine Verfälschung der Abstriche und somit ungewollte Fehler erzeugen.Restrict the application and its evaluation. Further, TEWL sensors known in the art are suitable for a particular environmental condition and ambient temperature and humidity, e.g. 23 ° C and 40% humidity, provided and deliver reproducible and comparable readings even under these conditions. In warm weather and corresponding sweating or after increased activity of the test person misinterpretations take place. Furthermore, measuring devices for the determination of gases are known, which are usually limited to a specific application or a measurement at specific parts of the body. Depending on the application, the measuring devices known from the prior art are designed with sensors assigned to the specific application, whereby the application is restricted, e.g. Infrared measurement in the ear. The measuring devices available from the prior art therefore have disadvantages in many respects. As a result of misuse of known measuring devices on a person or an animal, the measured values obtained are therefore often misinterpreted and harmed persons or animals. Furthermore, the measurement in or on body orifices that are difficult to access are usually complicated and complicated and therefore most of the known measuring instruments can only be used to a limited extent. Therefore, measurements, especially in body orifices, are usually made purely visually or by smears. However, the measuring devices and measuring methods known from the prior art do not take account of the environment. However, this can lead to misinterpretations in certain environments and lead to contamination of the measuring points or a falsification of the smears and thus unwanted errors.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Sensoranordnung bereitzustellen, die eine breitere Anwendungsmöglichkeit erreicht sowie den Zustand des zu vermessenden Gegenstandes, insbesondere der menschlichen Haut oder einer speziellen Körperstelle, berücksichtigt.It is therefore an object of the present invention to provide a sensor arrangement which achieves a broader application and also takes into account the condition of the object to be measured, in particular the human skin or a specific body site.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung einen Feuchtigkeitssensor umfasst, wobei der Feuchtigkeitssensor derart angeordnet ist, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Messkammer messbar ist, dass die Sensoranordnung zumindest einen weiteren Sensor zur Erfassung des Gehalt zumindest eines Stoffes innerhalb der Messkammer umfasst und dass eine dem Feuchtigkeitssensor und dem Sensor nachgeschaltete Verarbeitungseinheit vorgesehen ist, der die erfassten Messwerte des Sensors und des Feuchtigkeitssensors zugeführt sind und dass die Verarbeitungseinheit den Gehalt des Stoffs innerhalb des Messgegenstands ermittelt, indem sie den ermittelten Gehalt desThese objects are achieved by the characterizing features of claim 1. It is provided that the sensor arrangement comprises a moisture sensor, wherein the moisture sensor is arranged such that the moisture is measurable within the measuring chamber, that the sensor arrangement comprises at least one further sensor for detecting the content of at least one substance within the measuring chamber and that a the moisture sensor and the processing unit downstream of the sensor, to which the acquired measured values of the sensor and the moisture sensor are supplied, and in which the processing unit determines the content of the substance within the test object by determining the determined content of the substance
Stoffs in der Messkammer zu der in der Messkammer ermittelten Feuchtigkeit in Relation setzt.Stoffs in the measuring chamber to the determined in the measuring chamber moisture in relation sets.
Die erfindungsgemäße Anordnung eines Feuchtigkeitssensors in Kombination mit einem weiteren Sensor innerhalb der Messkammer ermöglicht die Bestimmung des Gehalts eines Stoffes in unterschiedlichen Zuständen des Gegenstandes. Durch die Bewertung des Gehalts des Stoffes in Relation zur Feuchtigkeit des Gegenstandes, können unabhängig der Zustände des Gegenstandes, der Gehalt eines Stoffes durch Normierung zur Feuchtigkeit bestimmt werden.The inventive arrangement of a moisture sensor in combination with another sensor within the measuring chamber allows the determination of the content of a substance in different states of the article. By evaluating the content of the substance in relation to the moisture content of the article, regardless of the conditions of the article, the content of a substance can be determined by normalization to moisture.
Weiters ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Messung des Gehalts eines Stoffes bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a method for measuring the content of a substance.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 32 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass im Bereich oberhalb des Messgegenstands eine abgeschlossene Messkammer ausgebildet wird, dass die Feuchtigkeit, insbesondere die Luftfeuchtigkeit, sowie der Gehalt des Stoffs innerhalb der Messkammer gemessen wird, und dass der Gehalt des Stoffs innerhalb des Messgegenstands ermittelt wird, indem der ermittelte Gehalt des Stoffs in der Messkammer zu der in der Messkammer ermittelten Feuchtigkeit, insbesondere durch eine Verarbeitungseinheit, in Relation gesetzt wird.This object is solved by the characterizing features of claim 32. It is provided that in the area above the measurement object a closed measuring chamber is formed, that the moisture, in particular the humidity, and the content of the substance within the measuring chamber is measured, and that the content of the substance is determined within the measurement subject by the determined Content of the substance in the measuring chamber to the determined in the measuring chamber moisture, in particular by a processing unit, in relation.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Sensoranordnung und des Verfahrens werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert:Particularly advantageous embodiments of the sensor arrangement and of the method are defined in more detail by the features of the dependent claims:
Vorteilhafte Ausbildungen der Messkammer werden bereitgestellt, indem die Messkammer, quader-, Zylinder-, glocken- oder kuppelförmig ausgebildet ist, wobei insbesondere der Feuchtigkeitssensor und/oder der Sensor im Bereich der Krümmung der Messkammer angeordnet sind.Advantageous embodiments of the measuring chamber are provided by the measuring chamber, cuboid, cylindrical, bell-shaped or dome-shaped, wherein in particular the moisture sensor and / or the sensor are arranged in the region of the curvature of the measuring chamber.
Ein Eintrag von Stoffen aus der Umgebung in die Messkammer und dadurch eine Verfälschung der Messwerte kann besonders gut verhindert werden, wenn die Messkammer eine gasdicht ausgebildete Wandung aufweist und bei Auflage auf einem Gegenstand, insbesondere der Haut einer Person, einen zur Umgebung der Messkammer gasdichter Messraum ausbildet.An entry of substances from the environment into the measuring chamber and thus a falsification of the measured values can be particularly well prevented if the measuring chamber has a gas-tight wall and when placed on an object, in particular the skin of a person, a gas-tight to the environment of the measuring chamber measuring space formed.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Sensoranordnung sieht vor, dass der Feuchtigkeitssensor als Sensor zur Feststellung des transepidermalen Wasserverlusts ausgebildet ist.A preferred embodiment of the sensor arrangement provides that the moisture sensor is designed as a sensor for detecting the transepidermal water loss.
Um den Gehalt eines Stoffes mehrfach oder den Gehalt mehrerer Stoffe zu bestimmen ist vorteilhaft vorgesehen, dass eine Anzahl von Sensoren vorgesehen ist, wobei die Sensoren derart angeordnet sind, dass sie den Gehalt eines oder mehrerer Stoffe innerhalb der Messkammer messen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Sensor oder die Sensoren im Inneren der Messkammer angeordnet sind.In order to determine the content of a substance several times or the content of several substances, it is advantageously provided that a number of sensors are provided, wherein the sensors are arranged such that they measure the content of one or more substances within the measuring chamber. It is preferably provided that the sensor or the sensors are arranged in the interior of the measuring chamber.
Eine bevorzugte Ausbildung der Sensoren wird erreicht, indem der Sensor oder zumindest einer der Sensoren ein Photomultiplier, insbesondere ein mycro Photomultiplier, ein Gassensor ein Partikelsensor und/oder Molekülsensor und/oder ein optischer Sensor und/oder ein pH-Sensor ist.A preferred embodiment of the sensors is achieved in that the sensor or at least one of the sensors is a photomultiplier, in particular a mycro photomultiplier, a gas sensor is a particle sensor and / or molecule sensor and / or an optical sensor and / or a pH sensor.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung einen Temperatursensor umfasst, der insbesondere in der Messkammer angeordnet ist, wobei die Temperatur in der Messkammer mit dem Temperatursensor messbar ist, wobei die Verarbeitungseinheit die Temperaturwerte, insbesondere in einem Speicher ablegt und zur Ermittlung des Gehalts des Stoffes heranzieht.Preferably, it can be provided that the sensor arrangement comprises a temperature sensor, which is arranged in particular in the measuring chamber, wherein the temperature in the measuring chamber with the temperature sensor is measurable, the processing unit stores the temperature values, in particular in a memory and for determining the content of the substance attracts.
Um die Dichte innerhalb der Messkammer und die Konzentration der Stoffe innerhalb der Messkammer konstant zu halten ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Wandung der Messkammer, eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung die Wandung der Messkammervollständig durchsetzt, sodass ein Teil des in der Messkammer befindlichen Mediums austritt.In order to keep constant the density within the measuring chamber and the concentration of the substances within the measuring chamber, it is advantageously provided that the wall of the measuring chamber has an opening, wherein the opening completely penetrates the wall of the measuring chamber so that a part of the medium located in the measuring chamber emerges ,
Um einen Austrag bestimmter Stoffe aus der Messkammer zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Wandung im Bereich der Öffnung durch einen Filter fortgesetzt wird, der innerhalb der Öffnung angeordnet ist oder dass die Öffnung durch einen Filter abgedeckt ist. Dabei weist der Filter vorteilhaft Aktivkohle, Fiberglaswolle, Sintermaterial, Keramik, Kunststofffolie mit Poren oder Löchern, Metall insbesondere Edelstahl mit Löchern, Silizium mit Löchern und/oder Germanium mit Löchern auf.In order to achieve a discharge of certain substances from the measuring chamber, it can be provided that the wall is continued in the region of the opening through a filter which is arranged within the opening or that the opening is covered by a filter. In this case, the filter advantageously activated carbon, fiberglass wool, sintered material, ceramic, plastic film with pores or holes, metal in particular stainless steel with holes, silicon with holes and / or germanium with holes.
Um einen definierten Teil des Volumens der Messkammer auszubringen oder einen Unterdrück und damit eine bestimmte Ausdampfungsrate aus dem Messgegenstand zur erwirken ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Sensoranordnung eine Absaugvorrichtung aufweist, wobei durch die Absaugvorrichtung, insbesondere über die Öffnung, ein definierter Teil des Volumens des in der Messkammer befindlichen Inhalts absaugbar ist.In order to bring out a defined part of the volume of the measuring chamber or to obtain a suppression and thus a certain evaporation rate from the measuring object, it is advantageously provided that the sensor arrangement has a suction device, whereby through the suction device, in particular via the opening, a defined part of the volume of the in the measuring chamber located content is sucked.
Eine vorteilhafte Anordnung und einfachere Herstellung der Sensoranordnung wird erreicht, wenn der Feuchtigkeitssensor und der Sensor, insbesondere die Sensoren, auf einem gemeinsamen Träger, insbesondere einer Platine, angeordnet sind.An advantageous arrangement and simpler manufacture of the sensor arrangement is achieved if the moisture sensor and the sensor, in particular the sensors, are arranged on a common carrier, in particular a printed circuit board.
Um die Aufnahme eines Gases oder eines Stoffes durch den Messgegenstand zu bewirken und/oder die Aufnahme eines Stoffes durch den Messgegenstand bei gleicher Konzentration des Stoffes in der Messkammer zu untersuchen ist vorteilhaftenweise vorgesehen, dass die Sensoranordnung ein Gaseintragselement zur Einbringung von Gasen in die Messkammer aufweist, wobei durch das Gaseintragselement, insbesondere über eine Eintragsöffnung in der Wandung der Messkammer, Gas und/oder Umgebungsluft in die Messkammer einbringbar ist.In order to effect the uptake of a gas or a substance through the measurement object and / or to investigate the uptake of a substance by the measurement object with the same concentration of the substance in the measurement chamber, it is advantageously provided that the sensor arrangement has a gas introduction element for introduction of gases into the measurement chamber in which gas and / or ambient air can be introduced into the measuring chamber through the gas introduction element, in particular via an entry opening in the wall of the measuring chamber.
Eine Verschmutzung der Messkammer und/oder des Sensors und/oder der Sensoren kann verhindert werden, wenn die Messkammer durch eine Abdeckkappe abgedeckt ist, wobei die Wandung der Abdeckkappe, insbesondere die Stirnwand, strahlungs-, dampf-, feuchtigkeits-, partikel-, und/oder lichtdurchlässig ausgebildet ist und/oder eine Anzahl von, insbesondere dampfdurchlässigen oder gasdurchlässigen, Femto-, Pico-, Nano,-oder Mikrolöchern aufweist. Dadurch kann weiters der Eintrag ungewollter Stoffe oder ein gezielter Eintrag eines einzelnen oder einzelner Stoffe durch die Bestimmung der Anzahl und der Durchlässigkeit der Abdeckkappe in die Messkammer unterbunden bzw. bestimmt werden.Contamination of the measuring chamber and / or the sensor and / or the sensors can be prevented if the measuring chamber is covered by a cap, wherein the wall of the cap, in particular the end wall, radiation, vapor, moisture, particulate, and has or is translucent and / or has a number of, in particular vapor-permeable or gas-permeable, femto, pico, nano, or microholes. As a result, the entry of unwanted substances or a targeted entry of a single or individual substances can be prevented or determined by determining the number and permeability of the covering cap in the measuring chamber.
Um den Gehalt eines oder mehrerer Stoffe in dem Messgegenstand in Relation zur Umgebung beurteilen zu können ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Sensoranordnung einen Umgebungssensor aufweist, der insbesondere an der der Umgebung zugewandten Außenseite der Wandung Messkammer angeordnet ist, wobei die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur der Umgebung durch den Umgebungssensor messbar ist.In order to be able to assess the content of one or more substances in the measurement object in relation to the environment, it is advantageously provided that the sensor arrangement has an environment sensor which is arranged in particular on the outside of the wall measuring chamber facing the environment, the air humidity and / or the temperature the environment is measurable by the environmental sensor.
Eine bevorzugte Ausbildung der Messkammer wird bereitgestellt, wenn die Messkammer einen Querschnitt mit einer Breite zwischen 1 mm und 6 mm und/oder eine Länge zwischen 1 mm und 6 mm aufweist und/oder der Abstand der Sensoren, insbesondere der Trägerplatte, von dem Ende der Messkammer 0,2 mm bis 2 mm beträgt.A preferred embodiment of the measuring chamber is provided when the measuring chamber has a cross section with a width between 1 mm and 6 mm and / or a length between 1 mm and 6 mm and / or the distance between the sensors, in particular the carrier plate, from the end of the Measuring chamber is 0.2 mm to 2 mm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Sensoranordnung bzw. der Sensoren sieht vor, dass der Sensor oder die Sensoren jeweils einen mit einer Substanz beaufschlagtenAn advantageous embodiment of the sensor arrangement or the sensors provides that the sensor or the sensors each acted upon by a substance
Trägerkörper und zumindest zwei voneinander beanstandet angeordneten Elektroden umfasst, wobei ein in der Messkammer befindlicher Stoff durch die Substanz reversibel aufnehmbar ist, dass der Trägerkörper aus oder mit einem offenporig porösen, luftfeuchte-invarianten, nicht-hygroskopischen und hohe innere Steifigkeit aufweisenden Trägermaterial gefertigt ist, dass zumindest die Poren des Trägermaterials mit der Substanz (43), vorzugsweise mit einem anorganischen Salz in gelöster, flüssiger, fester oder kristalliner Form, ausgefüllt oder zumindest an ihren Oberflächen bzw. Wänden beschichtet sind und dass die Konduktanz und/oder elektrische Permittivität der Substanz, insbesondere des Salzes, von dem Gehalt des Stoffes der mit dem damit beaufschlagten Trägermaterial des Trägerkörpers in Kontakt gebrachten oder stehenden Materials, reproduzierbar funktionell abhängig ist.Carrier body and at least two mutually spaced arranged electrodes comprises, wherein a substance located in the measuring chamber is reversibly absorbable by the substance that the carrier body is made of or with a porous, porous, humid-invariant, non-hygroscopic and high internal stiffness having carrier material, in that at least the pores of the carrier material are filled with the substance (43), preferably with an inorganic salt in dissolved, liquid, solid or crystalline form, or at least coated on their surfaces or walls, and that the conductance and / or electrical permittivity of the substance , in particular of the salt, is reproducibly functionally dependent on the content of the substance of the material which has been brought into contact with the carrier material of the carrier body which has been exposed thereto.
Hierbei ist vorteilhaft, dass ein mechanisch und chemisch robuster Sensor hergestellt wird, der innerhalb weiter Temperatur bzw. Luftfeuchtigkeitsbereiche einsetzbar ist und wiederholbare Ergebnisse erzielt. Zudem ist vorteilhaft, dass die aufgrund der Leitfähigkeit von Salzen auf Kunststoffuntergrund auftretenden Transportphänomene vermieden werden. Bei Sensoren mit einer Kunststoffträgerschicht besteht zudem das Problem, dass aufgrund von Transportphänomenen, insbesondere der lonenleitung, Salzionen in den Kunststoff diffundieren bzw. getrennt werden und die Luftfeuchteabhängigkeit der Kapazität variiert, womit ein Alterungsprozess des Sensors vorliegt.It is advantageous that a mechanically and chemically robust sensor is produced, which can be used within wide temperature or humidity ranges and achieves repeatable results. In addition, it is advantageous that the transport phenomena occurring due to the conductivity of salts on plastic substrates are avoided. In the case of sensors with a plastic carrier layer, there is also the problem that due to transport phenomena, in particular the ionic conduction, salt ions diffuse or separate into the plastic and the humidity susceptibility of the capacitance varies, as a result of which an aging process of the sensor is present.
Ein zusätzlicher vorteilhafter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das anorganische Salz in und auf dem Trägerkörper Natriumchlorid, Ammoniumdihydrogenphosphat, Kaliumnitrat, Kaliumchlorid, Natriumdichromat, Lithiumchlorid, Magnesiumchlorid, Ammoniumnitrat, Magnesiumnitrat oder Kaliumkarbonat oder Mischungen von Salzen und/oder die Substanz in und auf dem Trägerkörper ein Salz oder ein Enzym oder Mischungen von diesen ist. Hierdurch wird eine besonders hohe Festigkeit der oberflächlichen Beschichtung erzielt. Der Halt der Substanz in den Poren wird durch die Oberflächenbeschichtung erheblich verbessert. Zusätzlich steht eine größere Oberfläche zur Aufnahme von Luftfeuchte zur Verfügung. Umgekehrt wird auch durch den Halt des Salzes in den Poren die Oberflächenbeschichtung besonders gut verankert.An additional advantageous aspect of the invention provides that the inorganic salt in and on the support body sodium chloride, ammonium dihydrogen phosphate, potassium nitrate, potassium chloride, sodium dichromate, lithium chloride, magnesium chloride, ammonium nitrate, magnesium nitrate or potassium carbonate or mixtures of salts and / or the substance in and on the Carrier body is a salt or an enzyme or mixtures of these. As a result, a particularly high strength of the surface coating is achieved. The retention of the substance in the pores is considerably improved by the surface coating. In addition, a larger surface for absorbing humidity is available. Conversely, the surface coating is anchored particularly well by the retention of the salt in the pores.
Die Verwendung eines hoch- bzw. totgebrannten mineralischen Oxids weist zudem den Vorteil auf, dass der Trägerkörper aufgrund von in der Substanz eingelagerten Feuchtewassers nur geringen mechanischen Spannungen unterworfen ist. Hierfür eignet sich insbesondere Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder ein offenporiges Schaum- oder Sintermetall.The use of a high- or dead-burned mineral oxide also has the advantage that the carrier body is subjected to only minor mechanical stresses due to moisture water stored in the substance. For this purpose, in particular alumina, magnesium oxide or an open-pore foam or sintered metal is suitable.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Trägerkörper aus Leiterplattenmaterial besteht, in den Poren oberflächlich eingeätzt und/oder, vorzugsweise mit einem Laser, eingebrannt sind oder die Leiterplatte als solche über Poren verfügt. Diese Fortbildung der Erfindung ermöglicht eine alternative Integration eines Feuchtigkeitssensors in einer Leiterplatte, wobei der zusätzliche Fertigungsaufwand für die Anbringung der Feuchtigkeitssensoren äußerst gering ist und somit die Herstellungskosten stark reduziert werden können.A further preferred aspect of the invention provides that the carrier body consists of printed circuit board material in which the pores are superficially etched and / or, preferably with a laser, baked or the printed circuit board as such has pores. This development of the invention allows an alternative integration of a moisture sensor in a printed circuit board, wherein the additional manufacturing cost for the attachment of the moisture sensors is extremely low and thus the production cost can be greatly reduced.
Weiters ist vorteilhaft, wenn die Elektroden durch in die Poren des Trägerkörpers eingelagertes Metall ausgebildet sind. Hierdurch werden besonders gut im Trägermaterial verankerte Elektroden ermöglicht, deren Herstellung einfach zu bewerkstelligen ist.Furthermore, it is advantageous if the electrodes are formed by embedded in the pores of the carrier body metal. As a result, electrodes which are anchored particularly well in the carrier material are made possible, the production of which is easy to accomplish.
Zudem ist es vorteilhaft, dass der Trägerkörper einen schichtartigen Aufbau aufweist, und zumindest eine durchgängige makroskopische Ausnehmung aufweist, der durch die Ausnehmung gegebene Durchtrittsbereich durch den Trägerkörper zumindest oberflächlich mit der Substanz beschichtet ist und die Elektroden an, insbesondere einander gegenüberliegenden, Seiten des Trägerkörpers angeordnet sind. Dies ermöglicht eine einfache Fertigung eines Luftfeuchtigkeitssensors auf einer Leiterplatte.In addition, it is advantageous that the carrier body has a layer-like structure, and has at least one continuous macroscopic recess, which is at least superficially coated by the substrate through the passage area of the substance and arranged the electrodes on, in particular opposite, sides of the carrier body are. This allows easy production of a humidity sensor on a circuit board.
Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in und/oder auf dem Trägerkörper bzw. auf dessen Trägermaterial zumindest zwei Elektroden angeordnet sind, die einen Stromfluss und/oder eine Ladungsverschiebung zumindest in der Substanz, insbesondere im Salz, in den Poren des Trägermaterials des Trägerkörpers und/oder auf der Oberfläche des Trägerkörpers ermöglichen. Diese Ausführungsform ermöglicht den Einsatz geringer Ströme und Spannung, was die Verwendung der neuen Sensoren, insbesondere in hochexplosiven Atmosphären ermöglicht. Zudem wird durch diese Ausführungsform die Verschiebung von Salzionen im Zuge des Stromflusses zwischen den beiden Elektroden vermieden, wodurch der Sensor nur äußerst geringen Alterungseffekten unterliegt.A further particular embodiment of the invention provides that at least two electrodes are arranged in and / or on the carrier body or on the carrier material, which has a current flow and / or a charge shift at least in the substance, in particular in the salt, in the pores of the carrier material allow the carrier body and / or on the surface of the carrier body. This embodiment allows the use of low currents and voltage, which allows the use of the new sensors, especially in high-explosive atmospheres. In addition, this embodiment avoids the displacement of salt ions in the course of the current flow between the two electrodes, as a result of which the sensor is subject to only extremely slight aging effects.
Weiters kann vorgesehen werden, dass die Elektroden oberflächlich auf der Oberfläche des Trägerkörpers bzw. von dessen Trägermaterial angeordnet sind, und dass die Substanz in den Poren des Trägermaterials, und gegebenenfalls im Bereich zwischen den beiden Elektroden, angeordnet ist, wobei gegebenenfalls das Trägermaterial sowie zumindest eine der Elektroden zumindest teilweise mit einer Schicht der Substanz auf ihrer Oberfläche bedeckt sind. Hierbei wird vorteilhafterweise erreicht, dass direkt besonders einfach gefertigt werden können. Die Ausbildung der Elektroden geschieht dabei insbesondere durch Ausdampfen oder Aufsputtern der Metallschicht auf den Trägerkörper. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass die Substanz im Bereich zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. Somit wird die zwischen den Elektroden gemessene Kapazität bzw. die Konduktanz sehr stark von der Umgebungsluft-Feuchtigkeit abhängig.Furthermore, it can be provided that the electrodes are arranged superficially on the surface of the carrier body or of its carrier material, and that the substance is arranged in the pores of the carrier material, and optionally in the region between the two electrodes, wherein optionally the carrier material and at least one of the electrodes is at least partially covered with a layer of the substance on its surface. In this case, it is advantageously achieved that it is particularly easy to manufacture directly. The formation of the electrodes is done in particular by evaporation or sputtering of the metal layer on the carrier body. It is particularly advantageous that the substance is arranged in the region between the two electrodes. Thus, the capacitance or conductance measured between the electrodes becomes very much dependent on the ambient air humidity.
Weiters kann vorgesehen werden, dass die Elektroden in den Trägerkörper reichen bzw. diesen durchsetzen, wobei die mit der Substanz beschichteten oder gefüllten Poren des Trägerkörpers im Bereich zwischen den Elektroden angeordnet sind, sodass ein Stromfluss und/oder eine Ladungsverschiebung zwischen denselben ermöglicht ist. Dies ermöglicht besonders starke Abhängigkeiten der gemessenen Kapazität bzw. Konduktanz zwischen den beiden Elektroden von der jeweils herrschenden Luftfeuchtigkeit. Weiters wird eine besonders große Konduktanz bzw. Kapazität erzielt, wobei die Abhängigkeit der Konduktanz bzw. Kapazität zwischen den beiden Elektroden stark von der Luftfeuchtigkeit der Umgebung der Luft abhängt.Furthermore, it can be provided that the electrodes extend into or pass through the carrier body, wherein the substance-coated or filled pores of the carrier body are arranged in the region between the electrodes, so that a current flow and / or a charge displacement between them is made possible. This allows particularly strong dependencies of the measured capacitance or conductance between the two electrodes on the respective prevailing humidity. Furthermore, a particularly large conductance or capacitance is achieved, wherein the dependence of the conductance or capacitance between the two electrodes is highly dependent on the humidity of the environment of the air.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sieht vor, dass die Sensoranordnung eine Wärmequelle zur Desinfektion der Messkammer und/oder zur Wärmeinbringung in die Messkammer umfasst, wobei die Wärmequelle insbesondere ein Peltierelement oder eine Heizspule ist.An advantageous embodiment of the sensor arrangement according to the invention provides that the sensor arrangement comprises a heat source for disinfecting the measuring chamber and / or for heat input into the measuring chamber, wherein the heat source is in particular a Peltier element or a heating coil.
Weiters kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass innerhalb der Messkammer eine Lichtquelle oder Spektrumquelle, insbesondere eine LED-Lampe angeordnet ist, - dass die Lichtquelle oder Spektrumquelle auf den von der Messkammer abgeschlossenen Bereich der Oberfläche des Messgegenstands gerichtet ist, - dass ein optischer Sensor vorgesehen ist, der auf den von der Messkammer abgeschlossenen Bereich der Oberfläche des Messgegenstands gerichtet ist, wobei die Spektren des optischen Sensors und der Lichtquelle oder Spektrumquelle in einem Überschneidungsbereich überlappen. Insbesondere ist dabei der Überschneidungsbereich derart gewählt, dass die Absorption oder Reflexion bei Vorhandensein des Stoffes gegenüber der Absorption oder Reflexion bei Fehlen des Stoffes im Überschneidungsbereich erhöht oder verringert ist.Furthermore, it can advantageously be provided that a light source or spectrum source, in particular an LED lamp, is arranged within the measuring chamber, that the light source or spectrum source is directed onto the region of the surface of the measuring object closed by the measuring chamber, that an optical sensor is provided which is directed to the region of the surface of the measurement object closed by the measurement chamber, the spectra of the optical sensor and of the light source or spectrum source overlapping in an overlap region. In particular, the overlap region is selected such that the absorption or reflection in the presence of the substance is increased or reduced in relation to the absorption or reflection in the absence of the substance in the overlap region.
Um unterschiedliche Teilbereiche eines Messgegenstandes untersuchen zu können, ist vorgesehen, dass die Messkammer in eine Anzahl von, insbesondere voneinander gasdicht abgegrenzten, Teilbereichen unterteilt ist, wobei in zumindest einem derIn order to be able to examine different partial regions of a measurement object, it is provided that the measurement chamber is subdivided into a number of subregions, in particular gas-tightly demarcated, partial regions, wherein in at least one of the
Teilbereiche oder jeweils Innerhalb der Teilbereiche zumindest ein Sensor und/oder Feuchtigkeitssensor und/oder Temperatursensor angeordnet ist.Subareas or within the subregions at least one sensor and / or moisture sensor and / or temperature sensor is arranged.
Eine Vorteilhafte Ausführungsform der Sensoranordnung wird bereitgestellt wenn in zumindest einer Wandung der Messkammer zumindest zwei Elektroden derart angeordnet sind, dass bei Auflage der Sensoranordnung auf den Messgegenstand eine Impedanzmessung zwischen den beiden Elektroden erfolgen kann oder dass insbesondere die Elektroden zwei in der Abdeckkappe angeordnete Elektroden kontaktieren.An advantageous embodiment of the sensor arrangement is provided if at least two electrodes are arranged in at least one wall of the measuring chamber such that when the sensor arrangement is placed on the measurement object an impedance measurement between the two electrodes can take place or in particular if the electrodes make contact with two electrodes arranged in the covering cap.
Weiters wird ein vorteilhaftes Messgerät bereitgestellt das eine erfindungsgemäße Sensoranordnung enthält.Furthermore, an advantageous measuring device is provided which contains a sensor arrangement according to the invention.
Ein vorteilhafter Aspekt des Verfahrens ist, dass der Gehalt einer Anzahl von Stoffen in der Messkammer, insbesondere durch eine Anzahl von Sensoren, ermittelt wird und dass der Gehalt der Stoffe innerhalb des Messgegenstands ermittelt wird, indem der ermittelte Gehalt der Stoffe in der Messkammer zu der in der Messkammer ermittelten Feuchtigkeit, insbesondere durch eine Verarbeitungseinheit, in Relation gesetzt wird.An advantageous aspect of the method is that the content of a number of substances in the measuring chamber, in particular by a number of sensors, is determined and that the content of substances within the measuring object is determined by the determined content of the substances in the measuring chamber to the moisture detected in the measuring chamber, in particular by a processing unit, in relation.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass mittels eines Temperatursensors ein innerhalb der Messkammer herrschender Temperaturwert erfasst wird und dass der Temperaturwert bei der Ermittlung des Gehalt des Stoffs, insbesondere der Stoffe, berücksichtigt oder einbezogen wird.It is advantageously provided that a temperature value prevailing within the measuring chamber is detected by means of a temperature sensor and that the temperature value is taken into account or included in the determination of the content of the substance, in particular of the substances.
Um die Lage der Messkammer zum Messgegenstand reproduzieren und die Qualität der Wahl der Messstelle beurteilen zu können ist vorgesehen, dass ein optischer Sensor, insbesondere eine Kamera, die Lage der Messkammer zu oder an dem Messgegenstand erfasst und zur Beurteilung der Messung gespeichert und/oder herangezogen wird.In order to be able to reproduce the position of the measuring chamber relative to the measuring object and to judge the quality of the choice of the measuring point, it is provided that an optical sensor, in particular a camera, detects the position of the measuring chamber to or at the measuring object and stores and / or uses it to evaluate the measurement becomes.
Vorteilhaft vorgesehen ist, dass, insbesondere durch eine Absaugvorrichtung, der Inhalt, insbesondere über einen Filter, aus der Messkammer abgesaugt wird.It is advantageously provided that, in particular by a suction device, the content, in particular via a filter, is sucked out of the measuring chamber.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird bereitgestellt, indem die Dauer der Messung und der zeitliche Verlauf des Gehalts des Stoffes, insbesondere eine Gaskonzentration, aufgezeichnet und erfasst wird und zur Beurteilung der Ausdampfungsrate oder der Aufnahme eines Stoffes durch den Messgegenstand herangezogen wird.A further advantageous development of the method is provided by the duration of the measurement and the time course of the content of the substance, in particular a gas concentration, recorded and recorded and used to assess the evaporation rate or the absorption of a substance by the measurement object.
Um eine Ausdampfungsrate vorgeben zu können, ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Messgegenstands und/oder der Messgegenstand mittels einer, insbesondere innerhalb der Messkammer angebrachten, Wärmequelle mit Wärme bestahlt wird, und/oder auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird und dadurch eine bestimmte Ausdampfungsrate erzielt wird.In order to be able to predetermine an evaporation rate, it is provided that the surface of the measurement object and / or the measurement object is heat-treated with heat, in particular within the measurement chamber, and / or is heated to a specific temperature, thereby achieving a certain evaporation rate becomes.
Um eine Verschmutzung der Messkammer oder eine Übertragung von Keimen und Viren zu verhindern ist vorgesehen, dass vor und/oder nach Abschluss der Messung die Messkammer und/oder die Sensoren, insbesondere die gesamte Sensoranordnung, durch Erhitzen durch eine, insbesondere in die Sensoranordnung integrierte, Wärmequelle desinfiziert wird.In order to prevent contamination of the measuring chamber or a transmission of germs and viruses, it is provided that before and / or after completion of the measurement, the measuring chamber and / or the sensors, in particular the entire sensor array, by heating by a, in particular in the sensor array integrated Heat source is disinfected.
Um die in der Messkammer erfassten Messwerte in Relation zur Umgebung setzten zu können ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Feuchtigkeit, insbesondere die Luftfeuchtigkeit, und/oder die Temperatur der Umgebung der Messkammer erfasst wird und die ermittelte Feuchtigkeit, Temperatur und/oder der Gehalt des Stoffes in der Messkammer in Relation zu den in der Umgebung der Messkammer erfassten Messwerten, insbesondere mittels Differenzmethode, ausgewertet oder gesetzt werden.In order to be able to set the measured values recorded in the measuring chamber in relation to the environment, it is advantageously provided that the moisture, in particular the humidity, and / or the temperature of the environment of the measuring chamber is detected and the determined moisture, temperature and / or the content of the substance in the measuring chamber in relation to the measured values recorded in the vicinity of the measuring chamber, in particular by means of differential method, evaluated or set.
Vorteilhaft kann weiters vorgesehen sein, dass vor oder während der Messung, insbesondere mittels eines Gaseintragselements, ein oder mehrere Gase in die Messkammer eingebracht werden und die Messung der Konzentrationsveränderung der eingebrachten Gase ermittelt wird.Advantageously, it can further be provided that before or during the measurement, in particular by means of a gas introduction element, one or more gases are introduced into the measuring chamber and the measurement of the change in concentration of the introduced gases is determined.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird erreicht, indem durch Umrechnung der Messwerte die Realkonzentration im Messobjekt bzw. die Konzentration der Blutgase bestimmt wird.An advantageous development of the method is achieved by determining the real concentration in the test object or the concentration of the blood gases by converting the measured values.
Vorteilhaft ist es weiters, wenn, insbesondere durch eine Absaugvorrichtung, ein Unterdrück zur Beschleunigung der Ausgasung aus dem Messgegenstand in der Messkammer erzeugt wird.It is furthermore advantageous if, in particular by means of a suction device, a negative pressure for accelerating the outgassing is generated from the measurement object in the measuring chamber.
Die Dosierung eines Stoffes kann verbessert werden, wenn nach der erfolgten Messung abhängig von dem hierbei ermittelten Gehalt des Stoffs innerhalb des Messgegenstands eine Dosis für die Verabreichung einer Wirksubstanz an den Messgegenstand bestimmt wird, und insbesondere dass diese Wirksubstanz in der durch die Messung ermittelten Dosis verabreicht wird.The dosage of a substance can be improved if, after the measurement has taken place, a dose for administering an active substance to the measurement object is determined depending on the content of the substance determined within the measurement subject, and in particular that this active substance is administered in the dose determined by the measurement becomes.
Eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sieht vor die Sensoranordnung zur Bestimmung der Blutgase einer Person oder eines Tiers heranzuziehen.An advantageous use of the sensor arrangement according to the invention provides for the sensor arrangement for determining the blood gases of a person or an animal to be used.
Eine weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Ermittlung des Gehalts von Stoffen des Blutkreislaufes eines Fötus oder der Plazenta zu verwenden.A further aspect of the invention provides for a sensor arrangement according to the invention for determining the content of substances of the blood circulation of a fetus or the placenta.
Eine weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Ermittlung des Alkoholgehalts und/oder illegaler Substanzen und/oder Drogen im Blut, insbesondere über die Haut, oder zur Ermittlung des Blutzuckerspiegels zu verwenden. Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden, Ausführungsbeispielen in Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben:A further aspect of the invention provides for a sensor arrangement according to the invention for determining the alcohol content and / or illegal substances and / or drugs in the blood, in particular via the skin, or for determining the blood sugar level. Further advantages and embodiment of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings. The invention is illustrated below with reference to particularly advantageous, but not limiting, exemplary embodiments in drawings schematically and will be described with reference to the drawings by way of example:
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4a zeigt eine alternative Ausführungsform der vierten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 zeigt eine fünfte alternative Ausführungsform der in Fig. 4 dargestellten Sensoranordnung, Fig. 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 7 zeigt eine siebte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 gemäß der Fig. 1 bis 7 mit einer Abdeckkappe, Fig. 9 zeigt eine achte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 10 zeigt eine neunte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 11 zeigt eine zehnte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 12 zeigt eine elfte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 13 zeigt eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 14 zeigt ein erfindungsgemäßes Messgerät. Fig. 15 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Sensors mit einem Grundkörper aus Al203 mit einer rauen Oberfläche, Fig. 16 eine Ausführungsform der Erfindung mit feinkörnigem Al203 als Trägermaterial eines Trägerkörpers und geringer Oberflächenrauigkeit, Fig. 17 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors mit einer Vielzahl von Elektroden, Fig. 18 eine Ausführungsform der Sensoren mit einer Salzbeschichtung, Fig. 19 eine Ausführungsform der Sensoren analog zu Fig. 18 mit tieferen durchgängigen Poren, die beispielsweise durch Ätzen oder Einbrennen mittels eines Lasers erreicht werden, Fig. 20 eine Ausführungsform der Sensoren mit Durchströmungskanälen. Eine weitere besondere Ausführungsform der Sensoren ist in den Fig. 21,21a, 21b und 22 dargestellt Fig. 23 eine Ausführungsform der Sensoren in Draufsicht mit zwei Elektroden und einer Vielzahl von zwischen diesen Elektroden angeordneten Poren, Fig. 24 eine mögliche Seitenansicht der in Fig. 23 dargestellten Ausführungsform der Sensoren, Fig. 25 eine weitere Variante der in Fig. 23 dargestellten Ausführungsform der Sensoren in einer Seitenansicht und Fig. 26 eine dritte Variante der in Fig. 23 dargestellten Ausführungsform der Sensoren in einer Seitenansicht.Fig. 1 shows a first embodiment of the invention, Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, Fig. 3 shows a third embodiment of the invention, Fig. 4 shows a fourth embodiment of the invention, Fig. 4a shows an alternative embodiment of the fourth embodiment 5 shows a fifth alternative embodiment of the sensor arrangement shown in FIG. 4, FIG. 6 shows a sixth embodiment of the invention, FIG. 7 shows a seventh embodiment of the invention, FIG. 8 shows a sensor arrangement 10 according to the invention according to FIG Fig. 9 shows an eighth embodiment of the invention, Fig. 10 shows a ninth embodiment of the invention, Fig. 11 shows a tenth embodiment of the invention, Fig. 12 shows an eleventh embodiment of the invention, Figs. Fig. 13 shows a twelfth embodiment of the invention, and Fig. 14 shows a measuring device according to the invention. FIG. 16 shows an embodiment of the invention with fine-grained Al 2 O 3 as carrier material of a carrier body and low surface roughness, FIG. 17 shows a further embodiment of a sensor according to the invention with a multiplicity of 18 shows an embodiment of the sensors analogous to FIG. 18 with deeper continuous pores, which are achieved for example by etching or burn-in by means of a laser, FIG. 20 shows an embodiment of the sensors with by flow channels. FIG. 23 shows an embodiment of the sensors in plan view with two electrodes and a multiplicity of pores arranged between these electrodes, FIG. 24 shows a possible side view of the pores shown in FIG 23 shows a further variant of the embodiment of the sensors illustrated in FIG. 23 in a side view, and FIG. 26 shows a third variant of the embodiment of the sensors illustrated in FIG. 23 in a side view.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellungsform einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. Die Sensoranordnung 10 weist eine Messkammer 3 auf, die quaderförmig ausgebildet ist und an fünf der sechs Flächen durch eine Wandung 31 eines Gehäuses der Sensoranordnung 10 begrenzt ist. An der sechsten Fläche der quaderförmigen Messkammer 3 ist eine Öffnung ausgebildet, die die Messkammer 3 mit der Umgebung der Sensoranordnung 10 verbindet. Die Sensoranordnung 10 umfasst einen Feuchtigkeitssensor 2, der innerhalb der Messkammer 3 angeordnet ist und an der der Öffnung der Messkammer 3 gegenüberliegenden Fläche der quaderförmigen Messkammer 3 angeordnet ist. Mit dem Feuchtigkeitssensor 2 ist die Feuchtigkeit innerhalb der Messkammer 3 messbar. Die Sensoranordnung 10 umfasst weiters einen weiteren Sensor 4, der ebenfalls an der der Öffnung gegenüberliegenden Fläche der quaderförmigen Messkammer 3 in der Umgebung des Feuchtigkeitssensors 2 angeordnet ist und den Gehalt zumindest eines Stoffes innerhalb der Messkammer 3 bestimmt. Dem Feuchtigkeitssensor 2 und dem Sensor 4 ist eine Verarbeitungseinheit 40 nachgestellt, der die erfassten Messwerte des Sensors 4 und des Feuchtigkeitssensors 2 zugeführt sind. Die Verarbeitungseinheit 40 ist bei dieser Ausführungsform über eine elektrische Leitung 6 jeweils mit dem Feuchtigkeitssensor 2 und dem Sensor 4 verbunden. Der durch den Sensor 4 ermittelte Gehalt des Stoffes innerhalb der Messkammer 3 wird durch die Verarbeitungseinheit 40 in Relation zu der ermittelten Feuchtigkeit des Feuchtigkeitssensors 2 gesetzt und dadurch der Gehalt des Stoffes innerhalb eines Messgegenstandes normiert bzw. ermittelt.1 shows a schematic representation of a first embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention. The sensor arrangement 10 has a measuring chamber 3 which is of cuboid design and is delimited on five of the six surfaces by a wall 31 of a housing of the sensor arrangement 10. On the sixth surface of the cuboid measuring chamber 3, an opening is formed, which connects the measuring chamber 3 with the surroundings of the sensor arrangement 10. The sensor arrangement 10 comprises a moisture sensor 2, which is arranged within the measuring chamber 3 and is arranged on the surface of the cuboid measuring chamber 3 lying opposite the opening of the measuring chamber 3. With the moisture sensor 2, the moisture within the measuring chamber 3 can be measured. The sensor arrangement 10 further comprises a further sensor 4, which is likewise arranged on the surface of the parallelepiped-shaped measuring chamber 3 opposite the opening in the vicinity of the moisture sensor 2 and determines the content of at least one substance within the measuring chamber 3. The humidity sensor 2 and the sensor 4 are readjusted by a processing unit 40 to which the detected measured values of the sensor 4 and of the moisture sensor 2 are supplied. In this embodiment, the processing unit 40 is connected to the humidity sensor 2 and the sensor 4 via an electrical line 6. The determined by the sensor 4 content of the substance within the measuring chamber 3 is set by the processing unit 40 in relation to the determined humidity of the humidity sensor 2 and thereby normalized or determined the content of the substance within a measuring object.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10, die auf einen Messgegenstand 5, bei dieser Ausführungsform die Haut einer Person, aufgesetzt ist. Die Messkammer 3 ist bei dieser Ausführungsform kuppelförmig ausgebildet, wobei die Grundfläche der Messkammer 3 auf dem Messgegenstand 5 aufliegt. Aus dem Messgegenstand 5 tritt kontinuierlich Dampf oder Dunst, der einen Stoff enthält, aus. In der Messkammer 3 ist der Feuchtigkeitssensor 2 und der Sensor 4 im Bereich der Krümmung der Messkammer 3 gegenüber der Öffnung bzw. der Grundfläche angeordnet. Der Feuchtigkeitssensor 2 bestimmt die Feuchtigkeit des aus dem Messgegenstand 5 austretenden Dampfs oder Dunsts und der Sensor 4 bestimmt den Gehalt eines Stoffes, der aus dem Messgegenstand 5 im Dampf oder Dunst in die Messkammer 3 eintritt. Die Wandung 31 der Sensoranordnung 10 ist gasdicht ausgebildet und schließt mit dem Messgegenstand 5 gasdicht ab, sodass die Messkammer 3 gasdicht von der Umgebung der Sensoranordnung 10 bzw. der Messkammer 3 getrennt ist. Durch die gasdichte Abdichtung der Messkammer 3 wird ein Eintrag von Stoffen und Feuchtigkeit aus der Umgebung in die Messkammer 3 verhindert.2 shows a second embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention, which is placed on a measurement object 5, in this embodiment the skin of a person. The measuring chamber 3 is dome-shaped in this embodiment, wherein the base of the measuring chamber 3 rests on the measuring object 5. From the measurement object 5, vapor or vapor containing a substance continuously comes out. In the measuring chamber 3, the moisture sensor 2 and the sensor 4 are arranged in the region of the curvature of the measuring chamber 3 with respect to the opening or the base surface. The humidity sensor 2 determines the humidity of the vapor or vapor leaving the measurement object 5, and the sensor 4 determines the content of a substance entering the measurement chamber 3 from the measurement object 5 in the vapor or vapor. The wall 31 of the sensor arrangement 10 is gas-tight and terminates in a gastight manner with the measurement object 5, so that the measurement chamber 3 is separated in a gas-tight manner from the surroundings of the sensor arrangement 10 or the measurement chamber 3. The gas-tight sealing of the measuring chamber 3 prevents entry of substances and moisture from the environment into the measuring chamber 3.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 mit einer quaderförmigen Messkammer 3. An der der Öffnung gegenüberliegenden Fläche der Messkammer 3 ist der Feuchtigkeitssensor 2 sowie zwei weitere Sensoren 4a und 4b angeordnet. Die Sensoren 4a und 4b bestimmen den Gehalt eines oder mehrere Stoffe innerhalb der Messkammer 3 und führen der Verarbeitungseinheit 40, mit der sie über elektrische Leitungen 6 verbunden sind, die erfassten Messwerte zu. Die erfassten Messwerte der Sensoren 4a und 4b werden mit der durch den Feuchtigkeitssensor 2 erfassten Feuchtigkeit innerhalb der Messkammer in Relation gesetzt und dadurch der Gehalt eines oder mehrerer Stoffe innerhalb des Messgegenstandes 5 bestimmt.FIG. 3 shows a third embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention with a cuboid measuring chamber 3. The moisture sensor 2 and two further sensors 4a and 4b are arranged on the surface of the measuring chamber 3 opposite the opening. The sensors 4a and 4b determine the content of one or more substances within the measuring chamber 3 and supply the acquired measured values to the processing unit 40 with which they are connected via electrical lines 6. The detected measured values of the sensors 4a and 4b are related to the moisture detected within the measuring chamber by the moisture sensor 2, thereby determining the content of one or more substances within the measuring object 5.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. An der der Öffnung der Messkammer 3 gegenüberliegenden Deckfläche ist ein Feuchtigkeitssensor 2 und drei weitere Sensoren 4a, 4b und 4c angeordnet. Die Sensoren 4a, 4b, 4c können dabei den Gehalt eines oder mehrerer Stoffe innerhalb der Messkammer 3 bestimmen. Die Messkammer 3 weist eine in der Wandung 31 der Messkammer angeordnete Öffnung 32 auf. Die Öffnung 32 durchsetzt die Wandung 31 dabei vollständig und verbindet die Messkammer 3 mit der Umgebung der Sensoranordnung 10. Durch die Öffnung 32 kann ein Teil des in der Messkammer 3 befindlichen Mediums austreten, wobei die Menge des austretenden Mediums über die Abmessung der Öffnung 32 und der Messkammer 3 bestimmt wird. Alternativ können auch mehrere Öffnungen 32 innerhalb der Wandung 31, insbesondere gleichmäßig über die Seitenfläche der Messkammer 3, verteilt sein.4 shows a fourth embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention. A moisture sensor 2 and three further sensors 4a, 4b and 4c are arranged on the cover surface opposite the opening of the measuring chamber 3. The sensors 4a, 4b, 4c can determine the content of one or more substances within the measuring chamber 3. The measuring chamber 3 has an opening 32 arranged in the wall 31 of the measuring chamber. The opening 32 passes completely through the wall 31 and connects the measuring chamber 3 with the surroundings of the sensor arrangement 10. Through the opening 32, a part of the medium located in the measuring chamber 3 can emerge, the quantity of the emerging medium being greater than the dimension of the opening 32 and the measuring chamber 3 is determined. Alternatively, a plurality of openings 32 within the wall 31, in particular evenly over the side surface of the measuring chamber 3, be distributed.
Fig. 4a zeigt eine weitere Ausführungsform der in Fig. 4 beschriebenen Sensoranordnung 10. Innerhalb der Öffnung 32 ist ein Filter 8 angeordnet, der durch dessen Porengröße den Austritt des in der Messkammer 3 befindlichen Mediums definiert. Dabei wird die Porengröße des Filters 8 derart ausgewählt, dass definierte Stoffe innerhalb derFIG. 4a shows a further embodiment of the sensor arrangement 10 described in FIG. 4. Within the opening 32, a filter 8 is arranged, which defines by its pore size the outlet of the medium located in the measuring chamber 3. The pore size of the filter 8 is selected such that defined substances within the
Messkammer 3 gehalten werden und andere Stoffe über die Öffnung 32 aus der Messkammer 3 austreten. Der Filter 8 kann dabei Aktivkohle, Fiberglaswolle, Sintermaterial, Keramik, Kunststofffolie mit Poren oder Löchern, Metall wie Edelstahl mit Löchern, Silizium mit Löchern und/oder Germanium mit Löchern aufweisen oder aus diesen Materialien bestehen. Weiters sind andere geeignete aus dem Stand der Technik bekannte Filtermaterialien verwendbar. Der Filter 8 kann dabei innerhalb der Öffnung 32 angeordnet sein oder diese an deren Anfang oder Ende abdecken.Measuring chamber 3 are held and other substances escape through the opening 32 of the measuring chamber 3. The filter 8 can have activated carbon, fiberglass wool, sintered material, ceramic, plastic film with pores or holes, metal such as stainless steel with holes, silicon with holes and / or germanium with holes or consist of these materials. Furthermore, other suitable filter materials known from the prior art can be used. The filter 8 can be arranged within the opening 32 or cover this at the beginning or end.
In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform der in Fig. 4 dargestellten Sensoranordnung 10 gezeigt. Die Sensoranordnung 10 weist eine Absaugvorrichtung 9 auf, mit Hilfe derer ein definierter Teil des Volumens des in der Messkammer 3 befindlichen Mediums abgesaugt werden kann. Die Absaugvorrichtung 9 ist bei dieser Ausführungsform innerhalb der Öffnung 32 angeordnet und saugt den Inhalt des Mediums über die Öffnung 32 ab. Die Absaugvorrichtung, kann dabei einen definierten Unterdrück in der Messkammer 2 erzeugen und so die Ausdampfungsrate aus dem Messgegenstand 5 erhöhen bzw. einstellen. Die Sensoranordnung 10 kann weiters wie in Fig. 5 dargestellt auch ein Gaseintragselement 12 aufweisen, über das Gase oder andere Medien in die Messkammer 3 eingebracht werden können. Das Gaseintragselement 12 kann dabei innerhalb der Öffnung 32 oder über eine in der Wandung 31 der Messkammer 3 ausgebildeten Eintragsöffnung 33 angeordnet sein.FIG. 5 shows an alternative embodiment of the sensor arrangement 10 shown in FIG. 4. The sensor arrangement 10 has a suction device 9, by means of which a defined part of the volume of the medium located in the measuring chamber 3 can be sucked off. The suction device 9 is arranged in this embodiment within the opening 32 and sucks the contents of the medium through the opening 32 from. The suction device can generate a defined negative pressure in the measuring chamber 2 and thus increase or set the evaporation rate from the measuring object 5. The sensor arrangement 10 can furthermore, as shown in FIG. 5, also have a gas introduction element 12, via which gases or other media can be introduced into the measuring chamber 3. The gas introduction element 12 can be arranged inside the opening 32 or via an entry opening 33 formed in the wall 31 of the measuring chamber 3.
Fig. 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 mit einem Feuchtigkeitssensor 2, zwei weiteren Sensoren 4a und 4b und einem Temperatursensor 7. Der Feuchtigkeitssensor 2, die Sensoren 4a und 4b und der Temperatursensor 7 sind innerhalb der Messkammer 3 angeordnet und liegen der auf dem Messkörper 5 aufgelegten Öffnung der Messkammer 3 gegenüber. Der Feuchtigkeitssensor 2, die Sensoren 4a und 4b und der Temperatursensor 7 sind mit der Verarbeitungseinheit 40 verbunden und führen die erfassten Messwerte der Verarbeitungseinheit 40 zu. Der Temperatursensor 7 erfasst dabei die Temperatur innerhalb der Messkammer 3 und übermittelt diese an die Verarbeitungseinheit 40. So kann neben der Feuchtigkeit 3 bei der Bestimmung eines Gehalts eines Stoffes innerhalb des Messgegentandes 5 auch die Temperatur in herangezogen werden. Die Sensoranordnung 40 weist weiters einen Speicher 41 auf, in dem die Temperaturwerte, der durch die Sensoren 4a, 4b ermittelte Gehalt eines oder mehrerer Stoffe und/oder die Feuchtigkeitswerte abgespeichert und zur Verfügung gehalten werden können. Weiters kann die Sensoranordnung 10 auch eine Echtzeituhr aufweisen, die nach vordefinierten Zeitintervallen die Messwerte der Sensoren 4a und 4b, des Temperatursensors 7 und/oder des Feuchtigkeitssensors 2 abspeichert oder diese von der Verarbeitungseinheit 40 verarbeitet werden.6 shows a sixth embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention with a moisture sensor 2, two further sensors 4a and 4b and a temperature sensor 7. The moisture sensor 2, the sensors 4a and 4b and the temperature sensor 7 are arranged within the measuring chamber 3 and are located on the measuring body 5 launched opening of the measuring chamber 3 opposite. The humidity sensor 2, the sensors 4a and 4b, and the temperature sensor 7 are connected to the processing unit 40 and supply the detected measurement values to the processing unit 40. The temperature sensor 7 detects the temperature within the measuring chamber 3 and transmits it to the processing unit 40. Thus, in addition to the humidity 3 in the determination of a content of a substance within the Meßgegentandes 5, the temperature in be used. The sensor arrangement 40 furthermore has a memory 41 in which the temperature values, the content of one or more substances and / or the moisture values determined by the sensors 4a, 4b can be stored and made available. Furthermore, the sensor arrangement 10 can also have a real-time clock, which stores the measured values of the sensors 4a and 4b, the temperature sensor 7 and / or the moisture sensor 2 after predefined time intervals or these are processed by the processing unit 40.
Fig. 7 zeigt eine siebte Ausführungsform der Erfindung. Die Messkammer 3 weist einen Feuchtigkeitssensor 2 und zwei Sensoren 4a und 4b auf, mit denen der Gehalt eines oder mehrerer Stoffe innerhalb des Messgegentandes 5 bestimmt wird. Die Sensoranordnung 10 weist weiters einen Umgebungssensor 13 auf, der der Umgebung der Sensoranordnung 10 bzw. der Messkammer 3 zugewandt ist und die Bestimmung der Feuchtigkeit, der Temperatur und/oder des Gehalts eines oder mehrerer Stoffe in der Umgebung der Sensoranordnung 10 ermöglicht. Der Umgebungssensor 13 ist mit der Verarbeitungseinheit 40 verbunden und übermittelt die erfassten Umgebungsmesswerte an die Verarbeitungseinheit 40. Der Umgebungssensor 13 kann dabei einen analogen Aufbau zu dem in der Messkammer 3 angeordneten Feuchtigkeitssensor 2, den Sensoren 4a, 4b oder dem Temperatursensor 7 aufweisen. Mit Hilfe des Umgebungssensors 13 können somit auch die Feuchtigkeit, die Temperatur und/oder der Gehalt eines oder mehrerer Stoffe in der Umgebung der Sensoranordnung 10 berücksichtigt werden und in die Bestimmung des Gehalts eines oder mehrerer Stoffe innerhalb des Messgegenstandes 5 miteinbezogen werden.Fig. 7 shows a seventh embodiment of the invention. The measuring chamber 3 has a humidity sensor 2 and two sensors 4a and 4b, with which the content of one or more substances within the measuring material 5 is determined. The sensor arrangement 10 further has an environmental sensor 13, which faces the surroundings of the sensor arrangement 10 or the measuring chamber 3 and makes it possible to determine the moisture, the temperature and / or the content of one or more substances in the surroundings of the sensor arrangement 10. The environmental sensor 13 is connected to the processing unit 40 and transmits the detected ambient measured values to the processing unit 40. The environmental sensor 13 may have an analogous structure to the moisture sensor 2 arranged in the measuring chamber 3, the sensors 4a, 4b or the temperature sensor 7. With the aid of the environmental sensor 13, the moisture, the temperature and / or the content of one or more substances in the vicinity of the sensor arrangement 10 can thus also be taken into account and included in the determination of the content of one or more substances within the measurement object 5.
Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 gemäß der Fig. 1 bis 7. Die Messkammer 3 der Sensoranordnung 10 ist durch eine Abdeckkappe 20 abgedeckt, wobei die Öffnung der Messkammer 3 durch die Abdeckkappe 20 vollständig abgedeckt ist. Die Abdeckkappe 20 liegt auf dem Messgegenstand 5 auf und trennt die Messkammer 3 von dem Messgegenstand 5. Die Stirnwand 21 der Abdeckkappe 20 liegt auf dem Messgegenstand 5 auf und ist durchlässig ausgebildet. Die Abdeckkappe 20 kann dabei für Strahlung, Dampf, Feuchtigkeit, Partikel, Gase und/oder Licht durchlässig ausgebildet sein. Die Abdeckkappe 20 kann dazu, insbesondere im Bereich der Stirnwand 21 eine Anzahl von, insbesondere dampfdurchlässigen oder gasdurchlässigen, Femto-, Pico-, Nano,- oder Mikrolöchern 14 aufweisen, durch die Dampf oder Gas von dem Messgegenstand 5 in die Messkammer 3 einströmen können.8 shows a sensor arrangement 10 according to the invention according to FIGS. 1 to 7. The measuring chamber 3 of the sensor arrangement 10 is covered by a covering cap 20, wherein the opening of the measuring chamber 3 is completely covered by the covering cap 20. The cap 20 rests on the measuring object 5 and separates the measuring chamber 3 from the measuring object 5. The end wall 21 of the cap 20 rests on the measuring object 5 and is permeable. The cap 20 may be formed permeable to radiation, steam, moisture, particles, gases and / or light. The covering cap 20 may have, in particular in the region of the end wall 21, a number of, in particular vapor-permeable or gas-permeable, femto-, pico-, nano- or microholes 14, through which steam or gas can flow from the measuring object 5 into the measuring chamber 3 ,
Fig. 9 zeigt eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. Der Feuchtigkeitssensor 2 und die zwei Sensoren 4a, 4b sind innerhalb der Messkammer 3 auf einem gemeinsamen Träger 22, bei dieser Ausführungsform einer Platine, angeordnet. Alternativ zu den gezeigten Ausführungsformen kann der9 shows an eighth embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention. The moisture sensor 2 and the two sensors 4a, 4b are arranged within the measuring chamber 3 on a common carrier 22, in this embodiment a circuit board. Alternatively to the embodiments shown, the
Feuchtigkeitssensor 2 und/oder die weiteren Sensoren 4a, 4b... und/oder der gemeinsame Träger 22 auch an anderen Teilen der Wandung 31 der Messkammer 3 angeordnet sein.Moisture sensor 2 and / or the other sensors 4a, 4b ... and / or the common carrier 22 may also be arranged on other parts of the wall 31 of the measuring chamber 3.
Fig. 10 zeigt eine neunte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10, bei der die Messkammer 3 durch eine Öffnung 35 mit dem Messgegenstand 5 verbunden ist, wobei der Dampf enthaltend einen Stoff von dem Messgegenstand 5 über die Öffnung 35 in die Messkammer 3 eintritt. Innerhalb der Öffnung 35 kann ein Filter 8 angeordnet sein, der einen Teil der aus dem Messgegenstand 5 austretenden Stoffe ausfiltert bzw. zurückhält und so deren Eintrag in die Messkammer 3 verhindert. Weiters kann bei dieser Ausführungsform eine Öffnung 32 innerhalb der Wandung 31 ausgebildet sein, die die Messkammer 3 mit der Umgebung der Sensoranordnung 10 verbindet und den Austrag des innerhalb der Messkammer 3 befindlichen Mediums ermöglicht. Weiters kann innerhalb der Öffnung 32 ein Filter 8, wie in Fig. 4a gezeigt, angeordnet sein, der bestimmte Stoffe aus der Messkammer 3 ausfiltert.10 shows a ninth embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention, in which the measuring chamber 3 is connected to the measuring object 5 through an opening 35, wherein the vapor containing a substance enters the measuring chamber 3 from the measuring object 5 via the opening 35. Within the opening 35, a filter 8 may be arranged, which filters out or retains a part of the exiting from the measuring object 5 substances and thus prevents their entry into the measuring chamber 3. Furthermore, in this embodiment, an opening 32 may be formed within the wall 31, which connects the measuring chamber 3 with the environment of the sensor assembly 10 and allows the discharge of the medium located within the measuring chamber 3. Furthermore, within the opening 32, a filter 8, as shown in Fig. 4a, may be arranged, which filters out certain substances from the measuring chamber 3.
Alternativ zu den in den Fig. 1 bis 10 gezeigten ersten bis neunten Ausführungsformen 1 kann die Messkammer 3 auch andere Formen, beispielsweise eine Glocken, Kugel oder Pyramidenform aufweisen. Der Feuchtigkeitssensor 2 kann bei den gezeigten Ausführungsformen als Sensor zur Feststellung des transepidermalen Wasserverlusts ausgebildet sein und den transepidermalen Wasserverlust der Haut einer Person feststellen. Der Sensor 4 oder die Sensoren 4a, 4b, 4c,... können gleichartig ausgebildet sein und den Gehalt eines einzigen Stoffes detektieren oder derart ausgebildet sein, dass der Gehalt mehrerer Stoffe bestimmt wird. Der Sensor 4 oder zumindest einer der Sensoren 4a, 4b, 4c kann bei den gezeigten ersten bis neunten Ausführungsformen ein Photomultiplier, insbesondere ein Mikro-Photomultiplier, ein Gassensor und/oder ein Partikelsensor und/oder Molekülsensor und/oder ein optischer Sensor und/oder ein pH-Sensor sein.As an alternative to the first to ninth embodiments 1 shown in FIGS. 1 to 10, the measuring chamber 3 can also have other shapes, for example a bell, ball or pyramidal shape. In the illustrated embodiments, the humidity sensor 2 may be configured as a sensor for detecting transepidermal water loss and detecting the transepidermal water loss of a person's skin. The sensor 4 or the sensors 4a, 4b, 4c,... Can be designed identically and detect the content of a single substance or be designed such that the content of a plurality of substances is determined. In the first to ninth embodiments shown, the sensor 4 or at least one of the sensors 4 a, 4 b, 4 c may be a photomultiplier, in particular a micro photomultiplier, a gas sensor and / or a particle sensor and / or a molecular sensor and / or an optical sensor and / or be a pH sensor.
Die Größe der Messkammer 3 kann bei den gezeigten Ausführungsformen variieren, wobei der Querschnitt der Messkammer 3 bevorzugt eine Breite zwischen 1 mm und 6 mm aufweist und eine Länge zwischen 1 mm und 6 mm aufweist. Der Abstand der Sensoren 4a, 4b des Temperatursensors 7 des Feuchtigkeitssensors 2 und/oder der Trägerplatte 22 vom Ende der Messkammer bzw. der Öffnung der Messkammer 3 beträgt vorzugsweise 0,2 mm bis 2 mm. In der Messkammer 3 können die Sensoren 4a, 4b,4c, ...als Sensorenpaare oder nebeneinander anliegend oder in einem Abstand zueinander in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein. Die Abmessung des gemeinsamen Trägers 22 und/oder die Abmessung der durch die Sensoren 4a, 4b, 4c, ... gebildete Fläche kann vorteilhaft eine Breite zwischen 1 mm und 6 mm und eine Länge zwischen 1 mm und 6 mm aufweisen.The size of the measuring chamber 3 may vary in the embodiments shown, wherein the cross section of the measuring chamber 3 preferably has a width between 1 mm and 6 mm and a length between 1 mm and 6 mm. The distance of the sensors 4a, 4b of the temperature sensor 7 of the moisture sensor 2 and / or the support plate 22 from the end of the measuring chamber or the opening of the measuring chamber 3 is preferably 0.2 mm to 2 mm. In the measuring chamber 3, the sensors 4a, 4b, 4c, ... as pairs of sensors or adjacent to each other or at a distance from each other in one or more rows may be arranged. The dimension of the common carrier 22 and / or the dimension of the surface formed by the sensors 4a, 4b, 4c, ... may advantageously have a width between 1 mm and 6 mm and a length between 1 mm and 6 mm.
Fig. 11 zeigt eine zehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. Innerhalb der Messkammer 3 ist ein Träger 22 mit dem Feuchtigkeitssensor 2 und zwei Sensoren 4a, 4b angeordnet. Weiters weist die Sensoranordnung 10 eine Wärmequelle 14 auf, die innerhalb der Messkammer 3 angeordnet ist. Die Wärmequelle 14 ist bei dieser Ausführungsform als Peltierelement ausgebildet, kann aber alternativ auch eine Heizspule oder eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Wärmequelle sein. Über die Wärmequelle 14 kann die Temperatur innerhalb der Messkammer 3 vorgegeben werden oder Wärme ausgehend von der Wärmequelle 14 auf das Messobjekt 5 abgegeben werden. Durch die Vorbestimmung der Temperatur kann eine Ausdampfungsrate aus dem Messgegenstand 5 erzwungen werden und dadurch beispielsweise eine erhöhte Ausbringung des durch die Sensoren 4a, 4b gemessenen Stoffes oder der gemessenen Stoffe erhöht oder vorgegeben werden. Weiters kann über die Wärmequelle 14 die Messkammer 3, deren Wandung 31, sowie die in der Messkammer 3 angeordneten Sensoren 4a, 4b, der Feuchtigkeitssensor 2, gegebenenfalls der Träger 22, oder andere in der Messkammer 3 befindliche Sensoren erhitzt werden. Durch die Erhitzung der Messkammer 3 kann diese vor oder nach Benützung sterilisiert werden und von ungewünschten Stoffen befreit werden.11 shows a tenth embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention. Within the measuring chamber 3, a carrier 22 with the moisture sensor 2 and two sensors 4a, 4b are arranged. Furthermore, the sensor arrangement 10 has a heat source 14, which is arranged within the measuring chamber 3. The heat source 14 is formed in this embodiment as a Peltier element, but may alternatively be a heating coil or other known from the prior art heat source. Via the heat source 14, the temperature within the measuring chamber 3 can be predetermined or heat can be emitted from the heat source 14 to the measuring object 5. By predetermining the temperature, it is possible to force a vaporization rate out of the measurement object 5 and thereby, for example, increase or predetermine an increased output of the substance or substances measured by the sensors 4a, 4b. Furthermore, the measuring chamber 3, the wall 31 thereof, as well as the sensors 4a, 4b arranged in the measuring chamber 3, the moisture sensor 2, optionally the carrier 22, or other sensors located in the measuring chamber 3 can be heated via the heat source 14. By heating the measuring chamber 3, this can be sterilized before or after use and freed of undesirable substances.
In Fig. 12 ist eine elfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 dargestellt. Innerhalb der Messkammer 3, bei dieser Ausführungsform an der dem Messgegenstand 5 gegenüberliegenden Innenseite der Messkammer 3, ist eine Lichtquelle 15 oder Spektrumquelle und ein optischer Sensor 18 angeordnet. Die Lichtquelle 15 oder Spektrumquelle ist auf den von der Messkammer 3 abgeschlossenen Bereich der Oberfläche des Messgegenstandes 5 gerichtet und strahlt Licht in einem definierten Spektrum an die Oberfläche des Messgegenstandes 5 ab. Der optische Sensor 18 ist ebenfalls auf den von der Messkammer 3 abgeschlossenen Bereich der Oberfläche des Messgegenstandes 5 gerichtet und das Spektrum des optischen Sensors 18 überlappt mit dem optischen Spektrum der Lichtquelle 15 in einem Überschneidungsbereich. Der Überschneidungsbereich der beiden Spektren der Lichtquelle 15 und des optischen Sensors 18 ist dabei derart ausgewählt, dass die Absorption oder Reflektion bei Vorhandensein eines Stoffes innerhalb der Messkammer 3 gegenüber der Absorption oder Reflektion bei Fehlen des Stoffes im Überschneidungsbereich erhöht oder verringert ist. Das Spektrum der Leichtquelle 15 kann dabei sichtbares aber auch nicht sichtbares Licht umfassen.FIG. 12 shows an eleventh embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention. Within the measuring chamber 3, in this embodiment, on the inside of the measuring chamber 3 opposite the measuring object 5, a light source 15 or spectrum source and an optical sensor 18 are arranged. The light source 15 or spectrum source is directed onto the region of the surface of the measurement object 5 which is closed by the measurement chamber 3 and radiates light in a defined spectrum to the surface of the measurement object 5. The optical sensor 18 is likewise directed to the region of the surface of the measuring object 5 which is closed off by the measuring chamber 3, and the spectrum of the optical sensor 18 overlaps the optical spectrum of the light source 15 in an overlapping region. The overlapping region of the two spectra of the light source 15 and of the optical sensor 18 is selected such that the absorption or reflection in the presence of a substance within the measuring chamber 3 is increased or reduced in relation to the absorption or reflection in the absence of the substance in the overlapping region. The spectrum of the light source 15 may include visible but not visible light.
Fig. 13 zeigt eine zwölfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. Die Messkammer 3 ist in drei Teilbereiche 34a, 34b und 34c unterteilt. Im Teilbereich 34a sind zwei Sensoren 4a und 4b an der Wand des Teilbereichs 34a angeordnet. Im Teilbereich 34b sind zwei Sensoren 4e und 4f ebenfalls im Bereich der Wandung des Teilbereichs 34b angeordnet. Im Teilbereich 34c ist der Feuchtigkeitssensor 2, zwei Sensoren 4c und 4d und ein Temperatursensor 7 angeordnet. Die Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f, der Feuchtigkeitssensor 2 und der Temperatursensor 7 sind jeweils mit der Verarbeitungseinheit 40 verbunden und liefern dieser die erfassten Messwerte. Mit Hilfe der zwölften Ausführungsform (Fig. 13) kann beispielsweise eine Atemgasmessung erfolgen, indem die Sensoranordnung 10 in der Mundhöhle platziert wird und so Gase entlang der Luftröhre erfasst werden können. Die unterschiedlichen Teilbereiche der Messkammer 3 ermöglichen damit eine unterschiedliche Detektion von Stoffen an unterschiedlichen Positionen.13 shows a twelfth embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention. The measuring chamber 3 is subdivided into three partial areas 34a, 34b and 34c. In the partial area 34a, two sensors 4a and 4b are arranged on the wall of the partial area 34a. In the partial area 34b, two sensors 4e and 4f are likewise arranged in the region of the wall of the partial area 34b. In the partial area 34c, the humidity sensor 2, two sensors 4c and 4d and a temperature sensor 7 are arranged. The sensors 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, the humidity sensor 2 and the temperature sensor 7 are each connected to the processing unit 40 and deliver the measured values to them. With the aid of the twelfth embodiment (FIG. 13), for example, a respiratory gas measurement can be carried out by placing the sensor arrangement 10 in the oral cavity and thus detecting gases along the trachea. The different sections of the measuring chamber 3 thus allow a different detection of substances at different positions.
Alternativ zu der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform sind viele andere Variationen der Teilbereiche der Messkammer oder der Messkammer 3 selbst denkbar. Beispielsweise könnten die Teilbereiche gasdicht voneinander getrennt sein und zwei unabhängige Messkammern 3 ausbilden.As an alternative to the embodiment shown in FIG. 13, many other variations of the subregions of the measuring chamber or the measuring chamber 3 itself are conceivable. For example, the sections could be separated from each other gas-tight and form two independent measuring chambers 3.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Sensoranordnung 10 können kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 um zwei Elektroden erweitert werden, die in zumindest einer Wandung 31 der Messkammer 3 angeordnet sind. Die Elektroden sind dabei vorzugsweise an der Stirnseite der zur Umgebung gewandten Fläche der Messkammer 3, die auf den Messgegenstand 5 aufgelegt, wird angeordnet. Im aufgelegten Zustand der Sensoranordnung auf dem Messgegenstand 5 ermöglichen die Elektroden über den Messgegenstand eine Impedanzmessung.In another embodiment, not shown, of the sensor arrangement 10, the sensor arrangement 10 according to the invention can be extended by two electrodes, which are arranged in at least one wall 31 of the measuring chamber 3. In this case, the electrodes are preferably arranged on the front side of the area of the measuring chamber 3 facing the surroundings, which is placed on the measuring object 5. In the mounted state of the sensor arrangement on the measurement object 5, the electrodes allow an impedance measurement via the measurement object.
Weiters können die Elektroden alternativ zwei in der Abdeckkappe 20 angeordnete Elektroden kontaktieren und über die Abdeckkappe 20 eine Impedanzmessung oder elektrische Stimulation des Messgegenstands ermöglichen.In addition, the electrodes may alternatively contact two electrodes arranged in the cover cap 20 and allow an impedance measurement or electrical stimulation of the measurement object via the cover cap 20.
Weiters kann die Sensoranordnung 10 ein Zeitglied oder einen Zeitgeber aufweisen mit dem die sequenzielle Abtastung der Sensoren 4a, 4b, 4c, ... des Feuchtigkeitssensors 2 und oder des Temperatursensors ermöglicht und koordiniert wird. Weiters kann mittels des Zeitgebers auch die Abtastung der einzelnen Sensoren 4a, 4b, 4c .. an die zu messenden Gase bzw. Stoffe angepasst werden und die Gase mit höherer Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Diffusionsgeschwindigkeit durch den Messgegenstand 5 oder die Haut schneller oder vor den Gasen mit geringer Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Diffusionsgeschwindigkeit durch den Messgegenstand 5 oder die Haut erfasst werden.Furthermore, the sensor arrangement 10 can have a timer or a timer with which the sequential scanning of the sensors 4a, 4b, 4c,... Of the humidity sensor 2 and / or the temperature sensor is enabled and coordinated. Furthermore, by means of the timer, the scanning of the individual sensors 4a, 4b, 4c .. be adapted to the gases or substances to be measured and the gases with higher propagation velocity or diffusion rate through the measurement object 5 or the skin faster or before the gases with less Propagation speed or diffusion rate can be detected by the measurement object 5 or the skin.
Fig. 14 zeigt ein erfindungsgemäßes Messgerät 100 mit einer Sensoranordnung 10. Die Sensoranordnung 10 kann dabei entsprechend einer der Ausführungsformen 1 bis 12 (Fig. 1 bis Fig. 13) ausgebildet sein.14 shows a measuring device 100 according to the invention with a sensor arrangement 10. In this case, the sensor arrangement 10 can be designed in accordance with one of the embodiments 1 to 12 (FIGS. 1 to 13).
Fig. 15 zeigt eine erste Ausführungsform eines Sensors 4 mit einem rauen Trägerkörper 42 ausgebildet, der eine Vielzahl von oberflächlich ausgebildeten Aufwölbungen 201 aufweist. Die Aufwölbungen 201 bewirken im Gegensatz zu einer alternativen ebenen Ausführungsform eine Vergrößerung der Oberfläche und ermöglichen dadurch auf nahe dem selben Raum eine höhere Anzahl von Elektroden 41 bzw. Sensoren 4a, 4b, ... anzuordnen bzw. richtungsabhängige Messungen durchzuführen. Der Trägerkörper 42 besteht aus rauem porösem Al203. In dieser Ausführungsform sind zwei Aufwölbungen 201 dargestellt, von denen die beiden äußeren Aufwölbungen 201a und 201c mit einer Metallschicht überzogen sind. Diese Metallschicht wird beispielsweise bei der Herstellung auf den Trägerkörper 42 aufgedampft bzw. aufgesputtert. Die mittlere Aufwölbung 201b weist aufgrund der inneren Struktur des Trägerkörpers 42 eine poröse Grundstruktur auf, die mit einer Substanz 43, im vorliegenden Fall Natriumchlorid NaCI ausgefüllt ist.FIG. 15 shows a first embodiment of a sensor 4 with a rough carrier body 42, which has a large number of superficially formed bulges 201. The bulges 201, in contrast to an alternative planar embodiment, increase the surface area and thereby make it possible to arrange a larger number of electrodes 41 or sensors 4a, 4b, ... or to perform direction-dependent measurements close to the same space. The carrier body 42 is made of rough porous Al 2 O 3. In this embodiment, two bulges 201 are shown, of which the two outer bulges 201a and 201c are coated with a metal layer. This metal layer is vapor-deposited or sputtered onto the carrier body 42 during production, for example. Due to the internal structure of the carrier body 42, the middle bulge 201b has a porous basic structure which is filled with a substance 43, in the present case sodium chloride NaCl.
Weiters ist eine Aufbringung der Salzschicht auf den Trägerkörper 42 mittels eines Spraycoating-Verfahrens möglich. Dabei wird das in einem Lösungsmittel gelöste Salz, insbesondere im Vakuum, auf den Trägerkörper 42 aufgesprüht, wobei sich im Bereich oberhalb des Trägerkörpers 42 ein Nebel der Lösung bildet, der sich auf den in Rotation versetzten Trägerkörper 42 niederschlägt und eine sehr dünne Salzschicht 132 ausbildet. Eine weitere Möglichkeit zur Aufbringung von Salz auf den Trägerkörper 42 besteht darin, eine Salzlösung in flüssiger oder gasförmiger Form unter hohem Druck in den Trägerkörper 42 einzusprühen bzw. einzuspritzen. Dabei kann ein positionierbarer Druckkopf zur Ausrichtung des Dampf- bzw. Flüssigkeitsstrahls auf den Trägerkörper 42 verwendet werden. Dabei gelangt die Lösung sehr gut in Poren 44 tiefer Schichten des Trägerkörpers 42.Furthermore, it is possible to apply the salt layer to the carrier body 42 by means of a spray coating method. In this case, the salt dissolved in a solvent, in particular in a vacuum, is sprayed onto the carrier body 42, wherein a mist of the solution forms in the region above the carrier body 42, which precipitates on the rotated carrier body 42 and forms a very thin salt layer 132 , Another possibility for applying salt to the carrier body 42 is to spray or inject a salt solution in liquid or gaseous form under high pressure into the carrier body 42. In this case, a positionable print head for aligning the steam or liquid jet can be used on the carrier body 42. The solution arrives very well in pores 44 of deeper layers of the carrier body 42.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Grundkörper eine Anzahl von mehrere Poren 44 verbindenden Kanälen 131 auf, die mit dieser Substanz ausgefüllt sind. Auch die Metallschicht, die die beiden äußeren Aufwölbungen 201a, 201c überdeckt, weist eine Anzahl von Poren oder Mikroausnehmungen 133 auf, die mit der Substanz 43 ausgefüllt sind.As shown in Fig. 1, the main body has a number of several pores 44 connecting channels 131 which are filled with this substance. The metal layer which covers the two outer bulges 201a, 201c also has a number of pores or micro-recesses 133 which are filled with the substance 43.
Einerseits kann das Metall selbst porös ausgebildet sein. Andererseits weisen viele Metalle eine raue Oberfläche auf, was ausreicht, dass genügend Mikrounebenheiten oder kleine Löcher bestehen, wo das Salz sich verankern kann.On the one hand, the metal itself may be porous. On the other hand, many metals have a rough surface, which is sufficient to have enough micro-bumps or small holes where the salt can anchor.
Der gesamte Sensor 4, umfassend den Trägerkörper 42, die Metallbeschichtungen auf den beiden äußeren Aufwölbungen 201a, 201c sowie die mittlere, mit Salz aufgefüllte Aufwölbung 201b ist mit einer Salzschicht 132 überzogen bzw. bedeckt. Die Salzschicht 132, die aus Natriumchlorid NaCI besteht, steht mit den mit Salz ausgefüllten Kanälen 131 sowie den in den Ausnehmungen 133 befindlichen Salzanteilen in Verbindung. Die beiden Metallschichten bilden Elektroden 41, an denen eine Wechselspannung angelegt werden kann, wodurch ein Stromfluss bzw. eine Ladungsverschiebung zwischen den beiden Elektroden 41 gemessen werden kann. Für die äußere Kontaktierung ist es dabei insbesondere vorteilhaft, dass die Salzschicht an der Kontaktstelle mit der äußeren Zuleitung die Elektroden 41 nicht zur Gänze abdeckt, sodass eine unmittelbare Kontaktierung der Zuleitung mit der Metallschicht möglich ist. Die Salzeinbringung ist üblicherweise der letzte Fertigungsschritt. Nachfolgende Schritte zur Aufbringung einer Isolierung sind möglich, wenn die Isolierung wasserdampfdurchlässig ist. Als Elektrodenmaterial wird in dieser Ausführungsform der Erfindung Platin verwendet.The entire sensor 4, comprising the carrier body 42, the metal coatings on the two outer bulges 201a, 201c, and the middle salt-filled bulge 201b, is coated or covered with a salt layer 132. The salt layer 132, which consists of sodium chloride NaCl, is in communication with the salt-filled channels 131 and the salt fractions located in the recesses 133. The two metal layers form electrodes 41, on which an alternating voltage can be applied, whereby a current flow or a charge shift between the two electrodes 41 can be measured. It is particularly advantageous for the outer contacting that the salt layer at the point of contact with the outer feed line does not completely cover the electrodes 41, so that an immediate contacting of the feed line with the metal layer is possible. The salt introduction is usually the last production step. Subsequent steps to apply insulation are possible if the insulation is permeable to water vapor. As the electrode material, platinum is used in this embodiment of the invention.
Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei der Trägerkörper 42 eine feinere Oberflächen-Struktur aufweist. Als Trägerkörper 42 wird ein feineres hoch- bzw. totgebranntes Aluminiumoxid Al203 verwendet, das eine geringere Porengröße aufweist, als das gemäß Fig. 1 verwendete Aluminiumoxid. Auf der Oberfläche des aus Aluminiumoxid bestehenden Trägerkörpers 42 sind zwei Elektroden 41, bestehend aus Gold, angeordnet. Die die Elektroden 41 bildende Goldschicht weist oberflächlich poröse Ausnehmungen 133 auf. Im Bereich 220 des Trägerkörpers 42 zwischen den beiden Elektroden 41 liegt Salz 43' in Kanälen 131 des porösen Trägermaterials des Trägerkörpers 42 vor. Die Goldelektroden müssen nicht porös sein. Es reicht die normale Oberflächenrauigkeit für die Verankerung der Salzschicht 132 auf den Elektroden 41 aus, da Mikrolöcher und Unebenheiten beim Herstellungsprozess der Elektroden 41 auf natürliche Weise entstehen und statistisch verteilt sind. Diese Salzkanäle reichen bis zur Oberfläche des Trägerkörpers 42, an der auch die beiden Elektroden 41 angeordnet, nämlich aufgedampft oder augesputtert sind.Fig. 16 shows a further embodiment of the invention, wherein the carrier body 42 has a finer surface structure. As a carrier body 42, a finer high-dead or dead burned alumina Al203 is used, which has a smaller pore size, than the aluminum oxide used in FIG. On the surface of the support consisting of alumina body 42, two electrodes 41, consisting of gold, arranged. The gold layer forming the electrodes 41 has superficially porous recesses 133. In the area 220 of the carrier body 42 between the two electrodes 41, salt 43 'is present in channels 131 of the porous carrier material of the carrier body 42. The gold electrodes need not be porous. The normal surface roughness for anchoring the salt layer 132 on the electrodes 41 suffices because microholes and unevenness in the manufacturing process of the electrodes 41 naturally occur and are statistically distributed. These salt channels extend to the surface of the carrier body 42, on which the two electrodes 41 are arranged, namely, vapor-deposited or sputter-coated.
Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel der Sensor 4 zur Gänze mit einer Schicht aus Natriumchlorid überzogen. Diese Schicht aus Natriumchlorid steht mit dem in den Kanälen 131 befindlichen Natriumchlorid in Verbindung und füllt auch die Ausnehmungen 133 in den Metallschichten der Elektroden 41 aus. Eine Kontaktierung der Elektroden 41 erfolgt in Analogie zur Ausführungsform der Fig. 1.As in the embodiment of FIG. 1, the sensor 4 is completely coated with a layer of sodium chloride in this embodiment as well. This layer of sodium chloride communicates with the sodium chloride in the channels 131 and also fills the recesses 133 in the metal layers of the electrodes 41. A contacting of the electrodes 41 takes place analogously to the embodiment of FIG. 1.
Im Folgenden wird kurz der Betrieb eines in den Fig. 15 oder 16 dargestellten Sensors 4 beschrieben:The operation of a sensor 4 shown in FIGS. 15 or 16 will be described briefly below:
Der Sensor 4 wird mit seinen beiden Elektroden 41 an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, die auf die beiden Elektroden 41 eine Spannung von etwa 2 mV, typischerweise von 100 mV bis zu 1 V, aufprägt. Die aufgeprägte Wechselspannung hat beispielsweise eine Frequenz von 35 kHz bis 5 MHz. Zur Bestimmung der Kapazität bzw. Konduktanz zwischen den beiden Elektroden 41 kann eine Strommesseinrichtung in Serie mit dem Sensor 4 geschaltet werden.The sensor 4 is connected with its two electrodes 41 to an AC voltage source which applies a voltage of approximately 2 mV, typically from 100 mV to 1 V, to the two electrodes 41. The impressed AC voltage has, for example, a frequency of 35 kHz to 5 MHz. To determine the capacitance or conductance between the two electrodes 41, a current measuring device can be connected in series with the sensor 4.
Trifft nun in der Messkammer 3 gelöstes Feuchtigkeitswasser bzw. Wasserdampf enthaltend einen Stoff auf den Sensor 4 auf, dringt der Stoff in die Salzschicht 132 sowie in die darunter liegenden Poren 44 ein. Durch die Aufnahme des Stoffes in den Poren 44 wird erreicht, dass sich sowohl die Konduktivität als auch die Permittivität lokal in den Kanälen 131, wie auch in der Salzschicht 132 erhöht. Ferner ändert sich durch die Aufnahme des Stoffes die Porengeometrie, sodass sich die Kapazität bzw. Konduktanz des gesamten Sensors 4 ändert.If moist water or water vapor containing a substance which has been dissolved in the measuring chamber 3 now impinges on the sensor 4, the substance penetrates into the salt layer 132 as well as into the underlying pores 44. The absorption of the substance in the pores 44 ensures that both the conductivity and the permittivity increase locally in the channels 131 as well as in the salt layer 132. Furthermore, the inclusion of the substance changes the pore geometry, so that the capacitance or conductance of the entire sensor 4 changes.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 17 dargestellt ist, umfasst eine Vielzahl von Elektroden 41, die aus einem porösen Material bestehen bzw. aus einem Material bestehen, das oberflächlich Ausnehmungen aufweist. Diese Ausnehmungen sind, wie auch die Poren 44 des Trägerkörpers 42, mit Salz ausgefüllt. Dabei kann über die Aufnahme bzw. den Einbau von Salzkristallen in die Elektroden 41 eine zusätzliche Steigerung der Kapazität bzw. der Konduktanz erzielt werden.Another embodiment of the invention shown in FIG. 17 comprises a plurality of electrodes 41 made of a porous material or made of a material having recesses on the surface. These recesses are, like the pores 44 of the carrier body 42, filled with salt. In this case, an additional increase in the capacitance or the conductance can be achieved via the inclusion or incorporation of salt crystals in the electrodes 41.
Die Fig. 18 bis 20 zeigen einen Sensor 4, dessen Trägerkörper 42 im Bereich zwischen den beiden Elektroden 41 vollkommen mit Kanälen 131 mit Salz-Beschichtung durchsetzt ist. Der Trägerkörper 42 weist eine Öffnung 81 auf, die bei Auflage auf einen Feuchtigkeit abgebenden Körper einen Analysenraum 83 ausbildet. Diese Öffnung 20 weist, insbesondere die Form einer Wanne auf. Die Größe dieser Wanne determiniert den Analysenraum 83, wobei durchaus unterschiedliche Wannengrößen und Wannenformen möglich sind.FIGS. 18 to 20 show a sensor 4, the carrier body 42 of which is completely interspersed with channels 131 with salt coating in the region between the two electrodes 41. The carrier body 42 has an opening 81, which forms an analysis space 83 when placed on a moisture-emitting body. This opening 20 has, in particular the shape of a trough. The size of this tub determines the analysis space 83, whereby quite different tub sizes and tub shapes are possible.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, eine Einrichtung zur Messung der Konduktanz bzw. der Kapazität direkt auf den Trägerkörper 42 zu integrieren. Dabei werden eine Strommesseinrichtung bzw. eine Spannungsquelle auf dem mit dem Trägermaterial des Trägerkörpers 42 in Verbindung stehenden Substrat ausgebildet.In principle, it is possible to integrate a device for measuring the conductance or the capacitance directly on the carrier body 42. In this case, a current measuring device or a voltage source are formed on the substrate which is in contact with the carrier material of the carrier body 42.
Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 21a und 21b dargestellt. Wesentlicher Unterschied zu der in den Fig. 18 bis 20 dargestellten Ausführungsformen ist, dass im Trägerkörper 42 die wannenförmigen Öffnungen 212, 213 vorgesehen sind, die einander am Trägerkörper 42 gegenüber liegen. Bei beiden wannenförmigen Öffnungen 212, 213 ist der poröse Unterbereich jeweils bis zu einer vorgegebenen Tiefe mit Salz 43' befüllt. Weiters weisen beide Wannen in ihrem Bodenbereich eine Salzschicht 132 auf. Zwischen dem Trägerkörper 42 und der Salzschicht 132 ist eine Vielzahl von kammförmig angeordneten Elektroden 41 vorgesehen. Die kammförmige Anordnung der Elektroden 41 ist dabei in Fig. 21b dargestellt, wobei an jeder der beiden Seiten des in Fig. 21a dargestellten Sensors 4 jeweils zwei ineinander verzahnte kammförmige Elektroden 41 an der Oberfläche des Trägerkörpers 42 unterhalb der Salzschicht angeordnet sind. Die Endbereiche 47 der Elektroden 41 bilden die Anschlüsse des Sensors 4. Jeder in Fig. 17a dargestellte Sensor weist dabei jeweils vier Anschlüsse auf, nämlich zwei Anschlüsse 47 für jede der beiden Seiten.Another particular embodiment of the invention is shown in Figs. 21a and 21b. A significant difference from the embodiments shown in FIGS. 18 to 20 is that the trough-shaped openings 212, 213 are provided in the carrier body 42, which lie opposite one another on the carrier body 42. In both trough-shaped openings 212, 213, the porous subregion is filled with salt 43 'in each case up to a predetermined depth. Furthermore, both trays have a salt layer 132 in their bottom area. Between the carrier body 42 and the salt layer 132, a plurality of comb-shaped electrodes 41 is provided. The comb-shaped arrangement of the electrodes 41 is shown in FIG. 21b, wherein on each of the two sides of the sensor 4 shown in FIG. 21a two intermeshed comb-shaped electrodes 41 are arranged on the surface of the carrier body 42 below the salt layer. The end regions 47 of the electrodes 41 form the terminals of the sensor 4. Each sensor shown in FIG. 17a has in each case four connections, namely two connections 47 for each of the two sides.
Alternative können die Beschriebenen Elektroden auch als 41 auch als ionenselektive Feldtransitoren ISFET, ionenselektive Elektroden oder parallel zueinander angeordnete gerade Elektroden ausgebildet sein.Alternatively, the electrodes described may also be designed as 41 also as ion-selective field transistors ISFET, ion-selective electrodes or straight electrodes arranged parallel to one another.
In den Fig. 23 bis 26 sind unterschiedliche Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Sensors in Draufsicht sowie in Seitenansicht dargestellt. Dabei sind die Elektroden 41 durch Metallquader ausgebildet, zwischen denen sich das poröse Material des Trägerkörpers 42 befindet. Die Ausführungsformen der Fig. 24, 25 und 26 weisen grundsätzlich die gleiche Draufsicht; wie in der Fig. 23 dargestellt, auf.Different configurations of a sensor according to the invention in plan view and in side view are shown in FIGS. In this case, the electrodes 41 are formed by metal cuboids, between which the porous material of the carrier body 42 is located. The embodiments of FIGS. 24, 25 and 26 basically have the same plan view; as shown in Fig. 23, on.
Bei der in Fig. 26 dargestellten Ausführungsform befindet sich das Trägermaterial des Trägerkörpers 42 sowohl im Bereich unterhalb der Elektroden 41 sowie auch im Bereich unmittelbar zwischen den Elektroden 41. Salz ist im Wesentlichen in die Poren 211 im Trägermaterial des Trägerkörpers 42 zwischen den Elektroden 41 eingebracht. Lediglich einzelne Poren im Bereich unterhalb der beiden Elektroden 41 sind mit Salz ausgefüllt. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dargestellt in Fig. 25, zeigt die beiden Elektroden 41, die auf einen Trägerkörper aufgesetzt, das heißt aufgedampft oder aufgesputtert sind. Im unmittelbaren Zwischenbereich zwischen den beiden Elektroden befindet sich eine oberflächlich am Trägerkörper anhaftende, außerhalb der Poren befindliche Salzschicht. Im Bereich unterhalb dieser Salzschicht sind die Poren mit dem Salz 43' ausgefüllt.In the embodiment illustrated in FIG. 26, the carrier material of the carrier body 42 is located both in the region below the electrodes 41 and also in the region directly between the electrodes 41. Salt is introduced substantially into the pores 211 in the carrier material of the carrier body 42 between the electrodes 41 , Only individual pores in the region below the two electrodes 41 are filled with salt. A further embodiment of the invention, shown in Fig. 25, shows the two electrodes 41, which are placed on a carrier body, that is vapor-deposited or sputtered. In the immediate intermediate region between the two electrodes is a superficially adhering to the carrier body, located outside the pores salt layer. In the area below this salt layer, the pores are filled with the salt 43 '.
Eine weitere Ausführungsform, dargestellt in Fig. 26, zeigt einen Sensor 4 mit zwei Elektroden 41, die auf einen Trägerkörper 42 aufgebracht sind. Im Zwischenbereich zwischen den beiden Elektroden 41 kann die Umgebungsluft direkt zum Trägerkörper 42 strömen. Die Poren 44 im Zwischenbereich zwischen den beiden Elektroden 41 sind mit Salz 43 ausgefüllt.A further embodiment, shown in FIG. 26, shows a sensor 4 with two electrodes 41, which are applied to a carrier body 42. In the intermediate region between the two electrodes 41, the ambient air can flow directly to the carrier body 42. The pores 44 in the intermediate region between the two electrodes 41 are filled with salt 43.
Die Sensoren 4a, 4b, 4c,.... können als Gassensoren, Partikelsensoren oder Molekülsensoren ausgebildet sein, wobei aus dem Stand der Technik bekannte Gassensoren, Partikelsensoren oder Molekülsensoren verwendet werden können. Bevorzugt sind die Sensoren 4a, 4b, 4c, ... derart ausgebildet dass folgende Gase detektiert werden können:The sensors 4a, 4b, 4c, .... may be designed as gas sensors, particle sensors or molecular sensors, wherein gas sensors known from the prior art, particle sensors or molecular sensors can be used. Preferably, the sensors 4a, 4b, 4c, ... are designed such that the following gases can be detected:
Ammoniak NH3, Antimonwasserstoff SbH3, Argon Ar, Arsenfluorid AsF5, Arsin AsH3, Bis(fluoroxy)perfluormethan CF402, Bismutan BiH3, Bortrichlorid BCI3, Bortrifluorid BF3, Bromchlordifluormethan CBrCIF2, Bromchlorid BrCI, Bromdifluorethylen C2HBrF2,Ammonia NH3, antimony acid SbH3, argon Ar, arsenic fluoride AsF5, arsine AsH3, bis (fluoroxy) perfluoromethane CF402, bismuthan BiH3, boron trichloride BCI3, boron trifluoride BF3, bromochlorodifluoromethane CBrCIF2, bromine chloride BrCl, bromodifluoroethylene C2HBrF2,
Bromdifluormethan CHBrF2, Bromdifluorphosphan PBrF2, Bromethen C2H3Br, Bromethin C2HBr, Bromfluormethan CH2BrF, Bromheptafluorpropan C3BrF7, Brompentafluorethan C2BrF5, Bromtrifluorethen C2BrF3, Bromtrifluormethan CF3Br, Bromwasserstoff HBr, Butadien C4H6, Butadiin C4H2, Butan-iso C4H10, Butan-n C4H10, Buten-1 C4H8, Buten-2-cis C4H8, Buten-2-trans C4H8, Butin-1 C4H6, Carbonylboran BH3CO, Carbonylfluorid COF2, Carbonylselenid COSe, Carbonylsulfid COS, Chlor Cl2, Chlorcyan CICN, Chlordifluoramin NCIF2, Chlordifluorethan C2H3CIF2, Chlordifluorethen-2-1,1 C2HCIF2, Chlordifluormethanluormethan CHCIF2, Chlordifluorphosphan PCIF2,Bromodifluoromethane CHBrF2, bromodifluorophosphane PBrF2, bromoethylene C2H3Br, bromoethyne C2HBr, bromofluoromethane CH2BrF, bromoheptafluoropropane C3BrF7, bromopentafluoroethane C2BrF5, bromotrifluoroethene C2BrF3, bromotrifluoromethane CF3Br, hydrogen bromide HBr, butadiene C4H6, butadiene C4H2, butane-iso C4H10, butane-n C4H10, butene-1 C4H8 , Butene-2-cis C4H8, butene-2-trans C4H8, butyne-1 C4H6, carbonylborane BH3CO, carbonyl fluoride COF2, carbonylselenide COSe, carbonylsulfide COS, chlorine Cl2, cyanogen chloride CICN, chlorodifluoramine NCIF2, chlorodifluoroethane C2H3CIF2, chlorodifluoroethene-2-1, 1 C2HCIF2, chlorodifluoromethane fluoromethane CHCIF2, chlorodifluorophosphane PCIF2,
Chlordifluorphosphoroxid POCIF2, Chlordioxid CI02, Chlorethan C2H5CI, Chlorethen C2H3CI, Chlorethin C2HCI, Chlorfluorid CIF, Chlorfluormethan CH2CIF,Chlorodifluorophosphorus oxide POCIF2, chlorine dioxide CI02, chloroethane C2H5CI, chloroethene C2H3CI, chloroethine C2HCI, chlorofluoride CIF, chlorofluoromethane CH2CIF,
Chlorheptafluorpropan-2 C3CIF7, Chlorhexafluorpropan-1-1,1,2,3,3,3 C3HCIF6, Chlorhexafluorpropan-2-1,1,1,3,3,3 C3HCIF6, Chlormethan CH3CI, Chlormonoxid Cl20, Chlorofluorethan-1-1 C2H4CIF, Chlorpentafluoraceton C3CIF5, Chlorpentafluorethan C2CIF5, Chlorpentafluorid CIF5, Chlorpentafluorpropen-2-1,1,3,3,3-1 C3CIF5, Chlortetrafluorethan-1 -1,1,2,2 C2HCIF4, Chlortetrafluorethan-2-1,1,1,2 C2HCIF4, Chlortrifluorethan-1-1,1,2 C2H2CIF3, Chlortrifluorethen C2CIF3, Chlortrifluorgermanium, GeF3CI, Chlortrifluorid CIF3, Chlortrifluormethan CCIF3, Chlortrifluorsilan CIF3Si, Chlorwasserstoff HCl, Chlorylfluorid CI02F, Chloryltrifluorid CI02F3, Cyclobutan C4H8, Cyclobuten C4H6, Cyclopropan C3H6, Cyclopropen C3H4, Deuterium D2, Diazomethan CH2N2, Diboran B2H6, Dichlordifluorgerman GeF2CI2, Dichlordifluormethan CCI2F2, Dichlordifluorsilan CI2F2Si, Dichlorfluormethan CHCI2F, Dichlorfluorphosphan PCI2F, Dichlorsilan SiH2CI2, Dichlortetrafluorethan-1,1 C2CI2F4, Dichlortetrafluorethan-1,2 C2CI2F4 Difluoramin NHF2, Difluordiazin-cis N2F2, Difluordiazin-trans N2F2i Difluordioxid F202, Difluorethan-1,1 C2H4F2, Difluorethan-1,2 C2H4F2i Difluorethen-1,1 C2H2F2i Difluorethen-cis-1,2 C2H2F2i Difluorethen-trans-1,2 C2H2F2, Difluormethan CH2F2i Difluorpropan-1,1 C3H6F2,Chlorheptafluoropropane-2 C3CIF7, chlorohexafluoropropane-1-1,1,2,3,3,3 C3HCIF6, chlorohexafluoropropane-2-1,1,1,3,3,3 C3HCIF6, chloromethane CH3Cl, chlorine monoxide Cl20, chlorofluoroethane-1-1 C2H4CIF, chloropentafluoroacetone C3CIF5, chloropentafluoroethane C2CIF5, chloropentafluoride CIF5, chloropentafluoropropene-2-1,1,3,3,3-1 C3CIF5, chlorotetrafluoroethane-1,1,1,2,2C2HCIF4, chlorotetrafluoroethane-2-1,1,1 , 2C2HCIF4, chlorotrifluoroethane-1-1,1,2C2H2CIF3, chlorotrifluoroethene C2CIF3, chlorotrifluororgermanium, GeF3CI, chlorotrifluoride CIF3, chlorotrifluoromethane CCIF3, chlorotrifluorosilane CIF3Si, hydrogen chloride HCl, chlorofluoride CI02F, chloryl trifluoride CI02F3, cyclobutane C4H8, cyclobutene C4H6, cyclopropane C3H6, cyclopropene C3H4, Deuterium D2, Diazomethane CH2N2, Diborane B2H6, Dichlorodifluoromermer GeF2CI2, Dichlorodifluoromethane CCI2F2, Dichlorodifluorosilane CI2F2Si, Dichlorofluoromethane CHClI, Dichlorofluorophosphane PCI2F, Dichlorosilane SiH2Cl2, Dichlorotetrafluoroethane-1,1 C2CI2F4, Dichlorotetrafluoroethane-1,2C2Cl2F4 Difluoram in NHF2, difluorodiazine-cis N2F2, difluorodiazine-trans N2F2i difluorodioxide F202, difluoroethane-1,1C2H4F2, difluoroethane-1,2C2H4F2i difluoroethylene-1,1C2H2F2i difluoroethene-cis-1,2C2H2F2i difluoroethene-trans-1,2C2H2F2 , Difluoromethane CH2F2i Difluoropropane-1,1 C3H6F2,
Difluorpropan-2,2 C3H6F2i Dimethylamin C2H7N, Dimethyldiazin-cis C2H6N2, Dimethyldiazin-trans C2H6N2, Dimethylether C2H60, Dimethylperoxid C2H602i Dimethylpropan-2,2 C5H12, Dimethylsilan C2H6Si, Disilan Si2H6, Disilylmethan, CH8Si2, Distickstoffmonoxid N20, Distickstofftrioxid N203, Ethan C2H6, Ethenon C2H20, Ethin C2H2, Ethinylsilan C2H4Si, Ethoxytrifluorsilan C2H5F3OSi, Ethylamin C2H7N, Ethylen C2H4i Ethylenoxid C2H40, Ethylmethylether C3H80, Ethylnitrit C2H5N02, Ethyltrifluorsilan C2H5F3Si, Fluor F2, Fluorbutadien-2-1,3 C4H5F, Fluorcyan CFN, Fluorethan C2H5F, Fluorethen C2H3F, Fluorformaldehyd CHFO, Fluormethan CH3F, Fluornitrat FN03, Fluorperchlorat FCI04i Fluorpropan-1 C3H7F, Fluorpropan-2 C3H7F, Fluorpropen-2 C3H5F, Fluorpropen-3 C3H5F, Fluorwasserstoff HF, Formaldehyd CH20, Gallan GaH3t German GeH4, Germaniumfluorid-IV GeF4t Helium He, 3He, Heptafluorpropan-1,1,1,2,3,3,3 C3HF7t Hexafluoraceton C3F60, Hexafluorbutadien-1,1,2,3,4,4-1,3 C4F6, Hexafluorbutin-1,1,1,4,4,4-2 C4F6, Hexafluorcyclobuten C4F6, Hexafluorethan C2F6i Hexafluormethandiamin CF6N2i Hexafluorpropan-1,1,1,2,2,3 C3H2F6, Hexafluorpropan-1,1,1,2,3,3 C3H2F6i Hexafluorpropan-1,1,1,3,3,3 C3H2F6, Hexafluorpropan-1,1,2,2,3,3 C3H2F6, Hexafluorpropen C3F6,Difluoropropane-2,2 C3H6F2i Dimethylamine C2H7N, dimethyldiazine cis C2H6N2, dimethyldiazine trans C2H6N2, dimethyl ether C2H60, dimethyl peroxide C2H602i dimethylpropane-2,2 C5H12, dimethylsilane C2H6Si, disilane Si2H6, disilylmethane, CH8Si2, nitrous oxide N20, dinitrogen trioxide N203, ethane C2H6, Ethenone C2H20, ethyne C2H2, ethynylsilane C2H4Si, ethoxytrifluorosilane C2H5F3OSi, ethylamine C2H7N, ethylene C2H4i ethylene oxide C2H40, ethyl methyl ether C3H80, ethyl nitrite C2H5NO2, ethyl trifluorosilane C2H5F3Si, fluorine F2, fluorobutadiene-2-1.3C4H5F, fluorocane CFN, fluoroethane C2H5F, fluoroethene C2H3F, Fluoroformate CHFO, fluoromethane CH3F, fluoronitrate FN03, fluoroperchlorate FCI04i fluoropropane-1 C3H7F, fluoropropane-2 C3H7F, fluoropropene-2 C3H5F, fluoropropene-3 C3H5F, hydrogen fluoride HF, formaldehyde CH20, gallane GaH3t German GeH4, germanium fluoride-IV GeF4t helium He, 3He , Heptafluoropropane-1,1,1,2,3,3,3 C3HF7t hexafluoroacetone C3F60, hexafluorobutadiene-1,1,2,3,4,4-1,3 C4F6, hexafluorobutene-1,1,1,4,4 , 4-2 C4F6, Hexa fluorocyclobutene C4F6, hexafluoroethane C2F6i hexafluoromethanediamine CF6N2i hexafluoropropane-1,1,1,2,2,3 C3H2F6, hexafluoropropane-1,1,1,2,3,3 C3H2F6i hexafluoropropane-1,1,1,3,3,3 C3H2F6 , Hexafluoropropane-1,1,2,2,3,3 C3H2F6, hexafluoropropene C3F6,
Hexafluorpropylenoxid C3F60, Hexafluortrifluormethylpropan-1,1,1,3,3,3-2 C4HF9, lodheptafluorid IF7, lodwasserstoff HI, Kohlendioxid C02, 13C02, Kohlenmonoxid CO, Krypton Kr, Luft-trocken —, Methan CH4, Methanthiol CH4S, Methylamin CH5N, Methylarsin CH5As, Methylbromid CH3Br, Methylchlorsilan CH5CISi, Methylcyclopropan C4H8, Methyigerman CH6Ge, Methylnitrit CH3N02, Methylphosphin CH5P, Methylsilan CH6Si, Methylstannan CH6Sn, Methyltrifluormethylether C2H3F30, Methylvinylether C3H60, Monochlorsilan SiH3CI, Neon Ne, Nitrilchlorid N02CI, Nitrilfluorid N02F, Nitrosylbromid NOBr, Nitrosylchlorid NOCI, Nitrosylfluorid NOF, Octafluorbuten-1-1,1,2,3,3,4,4,4 C4F8, Octafluorcyclobutan C4F8, Octafluorpropan C3F8, Octafluortetrahydrofuran C4F80, Oxalsäuredinitril C2N2, Ozon 03, Pentafluorethan C2HF5, Pentafluormethoxyethan-1,1,1,2,2-2 C3H3F50, Pentafluorpropan-1,1,1,2,2 C3H3F5, Pentafluorpropan-1,1,1,2,3 C3H3F5, Pentafluorpropan-1,1,1,3,3 C3H3F5, Perchlorylfluorid CIF03, Perfluorbutan C4F10, Perfluorbuten-2 C4F8, Perfluordimethoxymethan C3F802, Perfluorethylvinylether C4F80, Perfluorisobutan C4F10, Perfluorisobuten C4F8i Perfluormethylvinylether C3F60,Hexafluoropropylene oxide C3F60, hexafluorotrifluoromethylpropane-1,1,1,3,3,3-2 C4HF9, iodine heptafluoride IF7, hydrogen iodide HI, carbon dioxide C02, 13C02, carbon monoxide CO, krypton Kr, air-dry, methane CH4, methanethiol CH4S, methylamine CH5N , methylarsine CH5As, methyl CH3Br, methylchlorosilane CH5CISi, methyl cyclopropane C4H8, Methyigerman CH6Ge, methyl nitrite CH3N02, methylphosphine CH5P, methylsilane CH6Si, methyl stannane CH6Sn, Methyltrifluormethylether C2H3F30, methyl C3H60, monochlorosilane SiH3CI, neon Ne, Nitrilchlorid N02CI, Nitrilfluorid N02F, nitrosyl bromide NOBr, nitrosyl NOCI, nitrosyl fluoride NOF, octafluorobutene-1-1,1,2,3,3,4,4,4 C4F8, octafluorocyclobutane C4F8, octafluoropropane C3F8, octafluorotetrahydrofuran C4F80, oxalodinitrile C2N2, ozone 03, pentafluoroethane C2HF5, pentafluoromethoxyethane-1,1, 1,2,2-2 C3H3F50, pentafluoropropane-1,1,1,2,2 C3H3F5, pentafluoropropane-1,1,1,2,3 C3H3F5, pentafluoropropane-1,1,1,3,3 C3H3F5, perchloryl fluoride CIF03 , Perfluorobutane C4F10, Pe rfluorobutene-2 C4F8, perfluorodimethoxymethane C3F802, perfluoroethyl vinyl ether C4F80, perfluoroisobutane C4F10, perfluoroisobutene C4F8i perfluoromethyl vinyl ether C3F60,
Perfluoroxetan C3F60, Phosgen COCI2, Phosphoniumchlorid PH4CI,Perfluoroxetane C3F60, phosgene COCI2, phosphonium chloride PH4CI,
Phosphorchloridtetrafluorid PCIF4, Phosphordibromtrifluorid PBr2F3t Phosphorpentafluorid PF5i Phosphortrifluorid PF3, Phosphorwasserstoff PH3 Phosphorylchlorid POF3, Phospordichlortrifluorid PCL2F3, Propadien C3H4i Propadiendion-1,2-1,3 C302t Propan C3H8, Propen C3H6t Propin C3H4, Radon Ra, Sauerstoff 02t Sauerstoffdifluorid OF2, Schwefelbrompentafluorid SBrF5 Schwefelchlorpentafluorid SCIF5, Schwefeldioxid S02t Schwefelhexafluorid SF6, Schwefelpentafluoridhypofluorit F5SOF, Schwefeltetrachlorid SCI4, Schwefeltetrafluorid SF4, Schwefelwasserstoff H2S, Selendioxidifluorid Se02F2,Phosphorus chloride tetrafluoride PCIF4, Phosphordibromtrifluorid PBr2F3t phosphorus pentafluoride PF5i phosphorus trifluoride PF3, phosphine PH3 phosphoryl POF3, Phospordichlortrifluorid PCL2F3, propadiene C3H4i Propadiendion-1.2-1.3 C302t propane C3H8, propene C3H6t propyne C3H4, radon Ra, oxygen 02t oxygen difluoride OF2, Schwefelbrompentafluorid SBrF5 sulfur chlorine pentafluoride SCIF5 , Sulfur dioxide S02t Sulfur hexafluoride SF6, Sulfur pentafluoride hypofluorite F5SOF, Sulfur tetrachloride SCI4, Sulfur tetrafluoride SF4, Hydrogen sulfide H2S, Selenium dioxide fluoride Se02F2,
Selenhexafluorid SeF6, Selenwasserstoff H2Se, Silan SiH4, Siliciumtetrafluorid SiF4 Stickstoff N2, Stickstoffmonoxid NO, Stickstofftrifluorid NF3i Sulfurylfluorid S02F2, Tellurhexafluorid TeF6, Tellurwasserstoff TeH2, Tetraboran B4H10, Tetrafluordiboran B2F4, Tetrafluordimethylether-1,1,1',1' C2H2F40, Tetrafluorethan-1,1,1,2 C2H2F4iTetrafluorethan-1,1,2,2 C2H2F4i Tetrafluorethen C2F4, Tetrafluorhydrazin N2F4, Tetrafluormethan CF4, Tetrafluorpropen-2,3,3,3 C3H2F4, Thionylfluorid SOF2, Thiophosphorchloriddifluorid PSCIF2, Thiophosphortrifluorid PSF3, Thiothionylfluorid SSF2, Trichlorfluorsilan SiCI3F, Trifluoracetonitril C2F3N, Trifluoracetylchlorid C2CIF30, Trifluoraminoxid NOF3, Trifluorbutan-1,1,1 C4H7F3, Trifluorethan-1,1,1 C2H3F3, Trifluorethan-1,1,2 C2H3F3,Selenium hexafluoride SeF6, hydrogen selenide H2Se, silane SiH4, silicon tetrafluoride SiF4 nitrogen N2, nitric oxide NO, nitrogen trifluoride NF3i sulfuryl fluoride SO2F2, tellurium hexafluoride TeF6, tellurium hydrogen TeH2, tetraborane B4H10, tetrafluorodiborane B2F4, tetrafluorodimethyl ether 1,1,1 ', 1' C2H2F40, tetrafluoroethane-1 , 1,1,2,2-C2H2F4iTetrafluoroethane-1,1,2,2C2H2F4i tetrafluoroethene C2F4, tetrafluorohydrazine N2F4, tetrafluoromethane CF4, tetrafluoropropene-2,3,3,3C3H2F4, thionyl fluoride SOF2, thiophosphorus chloride difluoride PSCIF2, thiophosphorus trifluoride PSF3, thiothionyl fluoride SSF2, trichlorofluorosilane SiCI3F , Trifluoroacetonitrile C2F3N, trifluoroacetyl chloride C2CIF30, trifluoramine oxide NOF3, trifluorobutane-1,1,1 C4H7F3, trifluoroethane-1,1,1C2H3F3, trifluoroethane-1,1,2C2H3F3,
Trifluorethen C2HF3, Trifluoriodmethan CF3I, Trifluormethan CHF3, Trifluormethyldifluormethylether C2HF50, Trifluormethylschwefelpentafluorid CF8S, Trifluormethylsilan CH3F3Si, Trifluormethyltetrafluorethylether-1,1,2,2 C3HF70, Trifluorpropan-1,1,1 C3H5F3, Trifluorpropan-1,2,2 C3H5F3, Trifluorpropen-3,3,3 C3H3F3, Trifluorpropin-3,3,3-1 C3HF3,Trifluorsilan SiHF3, Trimethylamin C3H9N, Trimethylbor C3H9B, Trimethylsilan C3H10Si, Vinylacetylen C4H4, Wasserstoff-n H2, Wasserstoff-p H2, Wolframhexafluorid WFSiXenon Xe, Zinntetrahydrid SnH4iTrifluoroethene C2HF3, trifluoro-iodomethane CF3I, trifluoromethane CHF3, trifluoromethyl difluoromethyl ether C2HF50, trifluoromethylsulphur pentafluoride CF8S, trifluoromethylsilane CH3F3Si, trifluoromethyltetrafluoroethylether-1,1,2,2 C3HF70, trifluoropropane-1,1,1 C3H5F3, trifluoropropane-1,2,2 C3H5F3, trifluoropropene-3 , 3,3 C3H3F3, trifluoropropyne-3,3,3-1C3HF3, trifluorosilane SiHF3, trimethylamine C3H9N, trimethylborane C3H9B, trimethylsilane C3H10Si, vinylacetylene C4H4, hydrogen-n H2, hydrogen-p H2, tungsten hexafluoride WFSiXenon Xe, tin tetrahydride SnH4i
In Tabelle 1 ist in Spalte eins eine Auswahl von Substanzen 43 die der Sensor 4 aufweisen kann dargestellt wobei Spalte zwei die damit detektierbaren Stoffe zeigt.In Table 1, in column one, a selection of substances 43 which may comprise the sensor 4 is shown, where column two shows the substances detectable therewith.
Tabelle 1:Table 1:
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Gehalts eines Stoffs innerhalb eines Messgegenstands beispielhaft beschrieben, wobei die Sensoranordnungen der Fig. 1 bis 13, das Messgerät der Fig. 14 oder die Sensoren der Fig. 15 bis 26 bevorzugt herangezogen werden:In the following, advantageous embodiments of the method according to the invention for determining the content of a substance within a measurement object are described by way of example, wherein the sensor arrangements of FIGS. 1 to 13, the measuring device of FIG. 14 or the sensors of FIGS. 15 to 26 are preferably used:
Fig. 3 zeigt eine Sensoranordnung 10 die auf einem Messgegenstand 5, bei dieser Ausführungsform die Haut einer Person, aufgebracht wird. Die Wandung 31 der Messkammer 3 liegt gasdicht auf dem Messgegenstand bzw. Haut auf und bildet somit eine gasdichte Messkammer 3 aus. Aus der Haut bzw. dem Messgegenstand 5 treten kontinuierlich Wasserdampf und andere Stoffe aus, die in der Messkammer 3 angereichert werden. Je nach Wert des transepidermalen Wasserverlusts (TEWL) Wert werden mehr oder weniger Partikel oder Gase aus der Haut abgeben. Der Feuchtigkeitssensor 2 erfasst den Feuchtigkeitswert innerhalb der Messkammer 3 und übermittelt diesen an die Verarbeitungseinheit 40, beispielsweise einen Mikrocontroller. Die Sensoren 4a und 4b erfassen den Wert eines Stoffes innerhalb der Messkammer 3, beispielsweise Schwefel und Kohlendioxid, und leiten diese erfassten Werte auch an die Verarbeitungseinheit 40 weiter. Die Verarbeitungseinheit 40 bestimmt mittels der durch den Feuchtigkeitssensor 2 gemessenen Feuchtigkeit den TEWL-Wert und Normiert diesen auf vordefinierte Bedingungen, z.B. 20°C, 40% Luftfeuchtigkeit. Damit können spezielle Räumlichkeiten wo Messungen bei identen Messbedingungen erfolgen, um die Vergleichbarkeit der Messwerte zu erreichen, entfallen. Durch die Verarbeitungseinheit 40 kann dann mittels des TEWL-Wertes und entsprechende Referenzmessungen oder an dem Messgerät 100 hinterlegte Umrechnungstabellen der Gehalt des Stoffes, z.B. des Kohlendioxid und/oder des Schwefels, berechnet werden. Alternativ der Messgegenstand 5 auch direkt menschliches oder tierisches Blut oder andere Körperflüssigkeiten sein.3 shows a sensor arrangement 10 which is applied to a measurement object 5, in this embodiment the skin of a person. The wall 31 of the measuring chamber 3 lies gas-tight on the measuring object or skin and thus forms a gas-tight measuring chamber 3. From the skin or the object of measurement 5 continuously occur water vapor and other substances, which are enriched in the measuring chamber 3. Depending on the value of the transepidermal water loss (TEWL) value, more or less particles or gases will be released from the skin. The moisture sensor 2 detects the moisture value within the measuring chamber 3 and transmits it to the processing unit 40, for example a microcontroller. The sensors 4a and 4b detect the value of a substance within the measuring chamber 3, for example sulfur and carbon dioxide, and also forward these detected values to the processing unit 40. The processing unit 40 determines the TEWL value by means of the humidity measured by the moisture sensor 2 and normalizes it to predefined conditions, e.g. 20 ° C, 40% humidity. This makes it possible to eliminate special premises where measurements are carried out under identical measuring conditions in order to achieve comparability of the measured values. The processing unit 40 can then use the TEWL value and corresponding reference measurements or conversion tables stored on the measuring device 100 to determine the content of the substance, e.g. of carbon dioxide and / or sulfur. Alternatively, the measurement object 5 may also be directly human or animal blood or other body fluids.
Wie zu Fig. 6 beschrieben kann durch eine entsprechende Messanordnung 10 eine Messung der Temperatur innerhalb der Messkammer 3 erfasst werden und diese mit den Feuchtigkeitswerten zusätzlich zur Berechnung der Blutgase oder des Gehalt eines Stoffes im Messgegenstand 5 herangezogen werden oder als separater Temperaturwert abgespeichert werden.As described with reference to FIG. 6, a measurement of the temperature within the measuring chamber 3 can be detected by a corresponding measuring arrangement 10 and used in addition to the calculation of the blood gases or the content of a substance in the measuring object 5 or stored as a separate temperature value with the moisture values.
Weiters ist vorgesehen, dass mittels einer Kamera oder eines in der Sensoranordnung integrierten optischen Sensors 18 ein Bild von der Lage der Messkammer 3 während der Messung aufgenommen wird und dieses zur Beurteilung der richtigen Messbedingungen, insbesondere der richtigen Lage bzw. der Messstelle selbst herangezogen wird.It is further provided that an image of the position of the measuring chamber 3 during the measurement is taken by means of a camera or an optical sensor integrated in the sensor arrangement and this is used to assess the correct measuring conditions, in particular the correct position or the measuring point itself.
Weiters ist vorgesehen, dass über ein Absaugvorrichtung 9 (Fig. 5) ein definierter Teil des Inhalts bzw. ein definiertes Volumen der Messkammer 3, beispielsweise über die Öffnung 32 oder 33 abgesaugt wird und so eine Anreicherung ungewünschter Stoffe oder einer steigende Konzentration eines zu messenden Stoffes verhindert wird. Die Absaugung kann insbesondere über einen Filter 8 erfolgen um einen Austrag bestimmter Stoffe zu vermeiden.Furthermore, it is provided that via a suction device 9 (FIG. 5) a defined part of the contents or a defined volume of the measuring chamber 3 is sucked off, for example via the opening 32 or 33, thus enriching unwanted substances or an increasing concentration of a measuring element Stoffes is prevented. The suction can be done in particular via a filter 8 to avoid discharge of certain substances.
Alternativ zu der momentan Messung des Gehalts eines Stoffes innerhalb der Messkammer 3 kann auch währende der Dauer der Messung der zeitliche Verlauf des Gehalts des Stoffes, insbesondere eine Gaskonzentration, aufgezeichnet und erfasst werden. So kann der zeitliche Verlauf zur Beurteilung der Ausdampfungsrate oder der Aufnahme oder Abgabe eines Stoffes durch den Messgegenstand 5 herangezogen werden. Ebenfalls ist eine Messung des Gehalts eines Stoffes, der Feuchtigkeit oder andere Werte innerhalb der Messkammer 3 in zeitlich definierten Intervallen möglich, wodurch beispielsweise die Veränderung der Ausdampfungsrate bestimmt werden kann.As an alternative to the instantaneous measurement of the content of a substance within the measuring chamber 3, the duration of the measurement of the time course of the content of the substance, in particular a gas concentration, can also be recorded and recorded. Thus, the time course for assessing the evaporation rate or the absorption or release of a substance by the measurement object 5 can be used. Also, a measurement of the content of a substance, the humidity or other values within the measuring chamber 3 at timely intervals possible, whereby, for example, the change in the evaporation rate can be determined.
Weiters ist vorgesehen, dass durch eine in der Messkammer 3 angeordnete Wärmequelle 14 eine Ausdampfungsrate des Messgegenstandes bzw. der Haut einer Person oder eines Tieres vorgegeben wird. Dazu kann beispielsweise die Temperatur auf einen bestimmten Wert erhöht werden oder ein Temperaturprofil in der Messkammer 3 erzwungen werden.Furthermore, it is provided that an evaporation rate of the measurement object or the skin of a person or an animal is predetermined by a heat source 14 arranged in the measuring chamber 3. For this purpose, for example, the temperature can be increased to a certain value or a temperature profile in the measuring chamber 3 can be forced.
Nach oder vor der Messung kann die Messkammer 3, die Sensoren 4a, 4b, ..., der Feuchtigkeitssensor 2 oder andere in der Messkammer 3 befindliche Objekte mittels einer Wärmequelle wie einem Peltierelement erhitzt werden und so eine Sterilisierung bzw. Desinfektion der Messkammer 3 erfolgen.After or before the measurement, the measuring chamber 3, the sensors 4a, 4b,..., The moisture sensor 2 or other objects located in the measuring chamber 3 can be heated by means of a heat source such as a Peltier element, thus sterilizing or disinfecting the measuring chamber 3 ,
Weiters kann, insbesondere mittels eines Umgebungssensors 13, die Feuchtigkeit, Temperatur und/oder der Gehalt eines Stoffes in der Umgebung der Messkammer 3 bzw. des Messgegenstandes 5 ermittelt werden und diese zur Berechnung des Gehalts eines oder mehrerer Stoffe im Messgegenstand 5 berücksichtigt werden. Dies kann beispielsweise durch Differenzmethode erfolgen.Furthermore, in particular by means of an environmental sensor 13, the moisture, temperature and / or the content of a substance in the environment of the measuring chamber 3 or of the measuring object 5 can be determined and taken into account for calculating the content of one or more substances in the measuring object 5. This can be done for example by difference method.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise über ein Gaseintragselement 12 Gas oder ein definierter Stoff in die Messkammer 3 eingebracht werden und so die Messung der Konzentrationsveränderung der eingebrachten Gase ermittelt wird.In a further step of the method according to the invention, for example via a gas introduction element 12, gas or a defined substance can be introduced into the measuring chamber 3 and thus the measurement of the change in concentration of the introduced gases is determined.
Ein weiterer alternativer Schritt des Verfahrens sieht vor, dass nach der erfolgten Messung der Konzentration bzw. des Gehalts eines oder mehrerer Stoffe abhängig von dem hierbei ermittelten Gehalt des Stoffs innerhalb des Messgegenstands eine Dosis für die Verabreichung einer Wirksubstanz an den Messgegenstand bestimmt wird. Die bestimmte Dosis kann dann weiters beispielsweise als Basis für die Verabreichung einer Wirksubstanz dienen.A further alternative step of the method provides that, after the measurement of the concentration or the content of one or more substances has been carried out, a dose for administering an active substance to the measurement object is determined as a function of the content of the substance determined within the measurement subject. The particular dose may then further serve, for example, as a basis for the administration of an active substance.
Ermittlung des Gehalts von Stoffen des Blutkreislaufes eines Fötus oder der Plazenta:Determining the content of substances in the bloodstream of a fetus or the placenta:
Die Plazenta vergrößert sich mit fortschreitendem Wachstum des Fötus und besteht aus einem kindlichen Anteil und einem mütterlichen Anteil. Die mütterliche Plazenta ist mit dem Fötus über die Nabelschnur verbunden. Der Embryo bezieht aus dem Blut der Mutter Sauerstoff, Nährstoffe und Flüssigkeit, Abfallprodukte aus dem kindlichen Stoffwechsel werden über die Plazenta zurückgeleitet. Die beiden Blutkreisläufe sind durch eine dünne Membran voneinander getrennt, sodass sich das mütterliche und das kindliche Blut nicht miteinander mischen.The placenta enlarges with progressive growth of the fetus and consists of a childish part and a maternal part. The maternal placenta is connected to the fetus via the umbilical cord. The embryo draws oxygen, nutrients and fluid from the mother's blood, and waste products from the child's metabolism are returned via the placenta. The two bloodstreams are separated by a thin membrane, so that the maternal and the child's blood do not mix.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoranordnung 10 bzw. das Messgerät 100 zur Messung des Gehalts von Stoffen in der Plazenta ausgebildet. Dazu sind in der Messkammer 3 bevorzugt folgende Sensoren angeordnet: ein Feuchtigkeitssensor 2 bzw. TEWL Sensor, eine Temperatursensor 7, - weiters sind die Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d,... als o Schwermetallsensoren (z.B. Pb, As, Cd), o Alkoholsensoren, o Sensoren zur Detektion von Viren und Bakterien, o Sensoren zur Detektion von Gasen, wie Sauerstoff, Kohlendioxid usw. ausgebildet.In one embodiment of the invention, the sensor arrangement 10 or the measuring device 100 is designed to measure the content of substances in the placenta. For this purpose, the following sensors are preferably arranged in the measuring chamber 3: a moisture sensor 2 or TEWL sensor, a temperature sensor 7, furthermore the sensors 4a, 4b, 4c, 4d,... As o heavy metal sensors (eg Pb, As, Cd) , o alcohol sensors, o sensors for the detection of viruses and bacteria, o sensors for the detection of gases, such as oxygen, carbon dioxide, etc. formed.
Das Messgerät 100 bzw. die Sensoranordnung 10 wird auf den Bauch der Mutter vorzugsweise auf den Bereich des Bauchs über der Plazenta oder alternativ auf die Brust der Frau, vorzugsweise auf die Milchdrüsen, aufgesetzt. Die Lage der Plazenta kann dabei zuvor mittels Ultraschall bestimmt werden um eine optimale Lage bzw. eine optimale Messstelle in Relation zur Plazenta zu erhalten. Bevorzugte Messstellen zur Messung sind am Bauch in der Nähe der Plazenta wo sich das Baby eingenistet hat bzw. der Bereich der Haut an den Brustwarzen sowie oberhalb der Milchgänge um bei schwangeren Rückschlüsse auf den Fötus zu ermöglichen und eine nicht invasive Untersuchung des Föten. Dabei können die Abfallprodukte aus dem kindlichen Stoffwechsel gemessen werden, wobei optional die Stoffe der Mutter gemessen werden. Je näher die Messestelle dem Blutkreislauf des Embryos bzw. der Plazenta ist desto genauer sind die erhabeneren Messwerte. Durch Differenzmessungen an zwei Stellen einem Nahe dem Blutkreislauf des Embryos und einer entfernteren Blutkreislaufstelle können optional auch der Gehalt der Stoffe der Mutter bestimmt und berücksichtigt werden.The measuring device 100 or the sensor arrangement 10 is placed on the abdomen of the mother, preferably on the area of the abdomen above the placenta or alternatively on the breast of the woman, preferably on the mammary glands. The position of the placenta can be previously determined by ultrasound in order to obtain an optimal position or an optimal measuring point in relation to the placenta. Preferred measuring points for the measurement are on the abdomen near the placenta where the baby has nested or the area of the skin on the nipples and above the milk ducts to allow for pregnant conclusions on the fetus and a non-invasive examination of the fetus. In this case, the waste products can be measured from the child's metabolism, optionally measuring the materials of the mother. The closer the measuring point is to the blood circulation of the embryo or the placenta, the more accurate the higher measured values. Differential measurements at two sites near the circulatory system of the embryo and at a more distant circulatory site can optionally also determine and take into account the content of the mother's substances.
Ermittlung des Blutzuckerspiegels mit einer Ausführungsform der Sensoranordnung als Glucosemessgerät:Determination of the blood sugar level with an embodiment of the sensor arrangement as a glucose meter:
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 wird ein Glucosemessgerät durch Anordnung eines Feuchtigkeitssensors 2 bzw. eine TEWL Sensors und eines als Glucosesensor ausgebildeten weiteren Sensors 4 in der Messkammer 3 bereitgestellt. Die Temperatur in der Messkammer 3 wird mittels in der Messkammer 3 angeordneter Wärmequelle 15 über eine Schwellentemperatur gebracht um die menschliche Haut zum gezielten Schwitzen zu bringen. Im Schweiß ist u.a. Glucose in gelöster Form enthalten. Mit Hilfe des Sensors 4 wird der Gehalt der Glucose im Schweiß gemessen und an die Verarbeitungseinheit 40 übermittelt. Die Flüssigkeits-, bzw. Schweißmenge wird durch den Feuchtigkeitssensor 2 bzw. den TEWL-Sensor erfasst und ebenfalls an die Verarbeitungseinheit 40 übermittelt. Der Glucosewert kann beispielhaft in folgenden Schritten getrennt oder kombiniert bestimmt werden: 1) Erfassung des TEWL-Werts zu Beginn der Messung als Startwert und laufende Messung des TEWL-Werts mit Bestimmung der Differenz zwischen Startwert und aktuellem Wert z.B. durch Differenzmessung, 2) Bestimmung des Glucosewerts durch Impedanzmessung mittels Enzymen als Beschichtung die sensitiv für Glucose sind z.B. Glucose-Oxidase 3) Bestimmung der Schweißmenge z.B. über definierte Kapillare oder Löcher in der Abdeckkappe 20, der Messkammer 3 oder der Messung der aus der Öffnung 32 abgesaugten Schweißmenge;In one embodiment of the sensor arrangement 10 according to the invention, a glucose measuring device is provided in the measuring chamber 3 by arranging a moisture sensor 2 or a TEWL sensor and a further sensor 4 designed as a glucose sensor. The temperature in the measuring chamber 3 is brought by means disposed in the measuring chamber 3 heat source 15 above a threshold temperature to bring the human skin for targeted sweating. In sweat is u.a. Contain glucose in dissolved form. With the aid of the sensor 4, the content of glucose in the sweat is measured and transmitted to the processing unit 40. The amount of liquid or sweat is detected by the moisture sensor 2 or the TEWL sensor and also transmitted to the processing unit 40. The glucose value can be determined, for example, in the following steps separately or combined: 1) detection of the TEWL value at the beginning of the measurement as start value and continuous measurement of the TEWL value with determination of the difference between start value and current value, e.g. 2) determination of the glucose value by impedance measurement by means of enzymes as coating which are sensitive to glucose, e.g. Glucose oxidase 3) Determination of the amount of sweat e.g. via defined capillary or holes in the cap 20, the measuring chamber 3 or the measurement of the extracted from the opening 32 welding amount;
Die Glucosebestimmung kann dabei nach folgendem Prinzip erfolgen:The determination of glucose can be carried out according to the following principle:
Oxidation von Glucose durch die Glucose-Oxidase, einem Enzym, das die sauerstoffabhängige Oxidation des Ci-Kohlenstoffatoms des Zuckers katalysiert. Dabei entstehen Gluconolacton und Wasserstoffperoxid. Aus dem Lacton entsteht spontan oder enzymatisch durch Gluconolactonase die Gluconsäure. Das Wasserstoffperoxid wird dann in einer nachgeschalteten Farbreaktion zu Wasser reduziert. Diese Farbreaktion wird durch eine Peroxidase (POD) - meist Meerrettichperoxidase - katalysiert. Daher ist auch manchmal vom „GOD/POD-Test“ die Rede. Außerdem kann über das gebildete Wasserstoffperoxid mit Hilfe einer elektrochemischen Messung eine Quantifizierung, d.h. eine genaue Konzentrationsbestimmung, der Glucose erfolgen.Oxidation of glucose by the glucose oxidase, an enzyme that catalyzes the oxygen-dependent oxidation of the Ci carbon atom of the sugar. This produces gluconolactone and hydrogen peroxide. The gluconic acid is spontaneously or enzymatically produced by gluconolactonase from the lactone. The hydrogen peroxide is then reduced to water in a downstream color reaction. This color reaction is catalyzed by a peroxidase (POD) - mostly horseradish peroxidase. Therefore, sometimes the "GOD / POD test" is mentioned. In addition, via the hydrogen peroxide formed by means of electrochemical measurement, quantification, i. a precise determination of the concentration of glucose.
Um eine vorteilhafte Menge an Schweiß zu erzielen wird die Temperatur in der Messkammer 3 mittels der Wärmequelle 14 auf zumindest 24°C bevorzugt 25°C erhöht und gehalten. Durch Messung der Umgebungstemperatur und der Umgebungsfeuchtigkeit in der Umgebung der Messkammer, insbesondere mit einem Umgebungsmesser 15, werden die Rahmenbedingungen der Messung bestimmt. Bereits auf der Körperoberfläche befindlicher Schweiß kann durch beispielsweise Bakterien in seinen Inhaltsstoffen verändert sein. Daher wird die Differenz zum bestehenden Schweiß das sogenannte "Add on" vorteilhaft gemessen. Durch eine vorteilhafte Ausbildung der Messkammer 3 oder ein Aufsetzen einer Abdeckkappe 20 kann der bereits auf der Oberfläche befindliche Schweiß beispielsweise durch Druck/Anpressen einer Abdeckung bzw. der Abdeckkappe 20 oder durch Reinigung der Messstelle vor der Messung entfernt werden.In order to achieve an advantageous amount of sweat, the temperature in the measuring chamber 3 is increased and maintained by means of the heat source 14 to at least 24 ° C., preferably 25 ° C. By measuring the ambient temperature and the ambient humidity in the vicinity of the measuring chamber, in particular with an environmental meter 15, the framework conditions of the measurement are determined. Already on the body surface befindlicher sweat can be changed by, for example, bacteria in its ingredients. Therefore, the difference to the existing sweat, the so-called "add on" is advantageously measured. By an advantageous embodiment of the measuring chamber 3 or placing a cap 20, the already located on the surface sweat can be removed, for example by pressure / pressing a cover or the cap 20 or by cleaning the measuring point before the measurement.
Durch optionale bzw. zusätzliche pH-Messung, mittels eines als pH-Sensors ausgebildeten Sensors 4, kann der Zustand des Messgegenstands 5 bzw. der Haut verbessert bestimmt werden. Durch den pH-Wert können etwaig vorhandeneBy optional or additional pH measurement, by means of a sensor 4 designed as a pH sensor, the condition of the measurement object 5 or of the skin can be determined improved. Due to the pH, any existing
Oberflächenbakterien oder Fehlstellen der Haut zusätzlich bestimmt werden, sodass diese Einflüsse in der Messung berücksichtigt werden oder die Messung an einer anderen, geeigneteren Messstelle wiederholt werden kann.Surface bacteria or defects of the skin are additionally determined so that these influences can be taken into account in the measurement or the measurement can be repeated at another, more suitable measuring point.
Besonders vorteilhaft ist die Messkammer 3 zur Messung des Blutzuckerspiegels oder der Messung von Blutgasen mittels eines offenporigen Keramikträgers oder Silizium mit definierten Löchern oder Kunststofffolie z.B. PETG mit Poren oder Löchern abzudecken oder den Glucosesensor oder allgemein der Sensoren 4a, 4b, 4c, ... damit auszustatten. Der Durchmesser der Poren, Löcher oder Geflechte kann beispielsweise je nach Größe des gewünschten Moleküls gewählt werden (siehe Tabelle 2).Particularly advantageous is the measuring chamber 3 for measuring the blood sugar level or the measurement of blood gases by means of an open-pore ceramic carrier or silicon with defined holes or plastic film, e.g. Cover PETG with pores or holes or the glucose sensor or generally the sensors 4a, 4b, 4c, ... equip it. The diameter of the pores, holes or braids may be chosen, for example, depending on the size of the desired molecule (see Table 2).
Tabelle 2: 1 nm 1x10 9m Durchmesser des Glucose Molleküls 2 nm 2x109 m Durchmesser des DNA-helix 5 nm 5x109 m Durchmesser des Insulin Moleküls 6 nm 6x109 m Durchmesser des Hämoglobin Moleküls 75 nm 7.5x10"8 m Größe eines typischen Virus 200 nm 2x10"7 m Durchmesser des kleinsten BakteriumsTable 2: 1 nm 1x10 9m diameter of the glucose molecule 2 nm 2x109 m diameter of the DNA helix 5 nm 5x109 m diameter of the insulin molecule 6 nm 6x109 m diameter of the hemoglobin molecule 75 nm 7.5x10 "8 m size of a typical virus 200 nm 2x10 "7 m diameter of the smallest bacteria
Der Durchmesser der Poren oder Mikrolöcher 14 der Abdeckung oder der Abdeckkappe 20 wird vorteilhaft kleiner als 60nm gewählt, damit gesichert kein Virus die Abdeckung passieren kann oder zu den Sensoren gelangt. Ein Wassermolekül hat den Durchmesser von 282 pm = 3x10'10 m und kann somit die Abdeckung bzw. die Abdeckkappe 30 passieren und in die Messkammer 3 gelangen, vorteilhaft kann die Messkammer und/oder Abdeckkappe 20 vor der Messung erhitzt werden, um die Restfeuchtigkeit und den Schweiß/Wasser, Wasserdampf vor der Messung zu entfernen. Für die Normalisierung des TEWL-Wertes wird die Umgebungstemperatur und Umgebungsfeuchtigkeit zusätzlich erfasst. Dieser TEWL-Wert wird TEWLNorml genannt. Dieser TEWL-Norm1 liegt je nach Körperregion im Hautbereich zwischen 4-8 g/m2h liegen. Der Glucosewert wird mit dem TEWL Wert normalisiert und dann auf den Blutwert normalisiert. Optional wird der Glucosewert auf mehrfache Art gemessen oder durch mehrere Glucosesensoren parallel gemessen werden.The diameter of the pores or microholes 14 of the cover or cap 20 is advantageously chosen to be less than 60 nm so that no virus can pass through the cover or reach the sensors. A water molecule has the diameter of 282 pm = 3x10'10 m and can thus pass through the cover or the cover cap 30 and enter the measuring chamber 3, advantageously the measuring chamber and / or cap 20 can be heated prior to the measurement to determine the residual moisture and moisture content remove the sweat / water, water vapor before the measurement. For the normalization of the TEWL value, the ambient temperature and ambient humidity are additionally recorded. This TEWL value is called TEWLNorml. This TEWL standard1 is between 4-8 g / m2h depending on the body region in the skin area. The glucose value is normalized with the TEWL value and then normalized to the blood value. Optionally, the glucose value can be measured in multiple ways or measured in parallel by several glucose sensors.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| REJ | Rejection |
Effective date: 20240615 |