WO2010079206A1 - Accumulating moisture sensor - Google Patents
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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- G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
- G01N27/225—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity by using hygroscopic materials
Definitions
- the invention relates to condition and corrosion monitoring for example for aircraft.
- the invention relates to a sensor device for an aircraft, in which an accumulated moisture as a measure of possible corrosion changes a capacitance of a capacitor arrangement and thus allows conclusions about a state of corrosion.
- the condition of the aircraft in particular the extent of corrosion, must be monitored to ensure the safety of the aircraft. This can be done with the help of a so-called corrosion monitoring.
- corrosion monitoring In this case, mechanical, electrical or electrochemical probes or sensors are exposed to the same conditions as the aircraft itself. Due to climatic and environmental influences, changes in measured variables of the probes or sensors can be caused. These changes can be detected and read out. Accordingly, it can be concluded from the changes in the measured quantities on the extent of corrosion.
- probes or sensors In the case of the conventionally used electrical or electrochemical probes or sensors, it is possible to detect a momentary change in the measured variables of the probes or sensors and thus to determine or calculate the instantaneous corrosion load / u.
- these probes or sensors can also have reversible effects that can cancel a change in the measured variable once caused, for example, by evaporation of a moisture once absorbed. Probes or sensors of this type must be read out continuously in order to determine the corrosion load over the service life and possibly the entire service life of the aircraft via the permanent change of the measured variables.
- a sensor device for state and corrosion monitoring comprises: a capacitor arrangement having a first electrode, a second electrode, a moisture-absorbing layer, which is arranged with respect to the first electrode and the second electrode such that the capacitor arrangement changes its capacity when the moisture-absorbing layer absorbs moisture, and a moisture diffusion diffusion-reducing barrier which covers the moisture-absorbing layer.
- the capacitance of the capacitor arrangement can be changed by means of a liquid storage in a moisture-absorbing layer.
- the moisture present on the sensor device over a certain period of time accumulates in the moisture-absorbing layer and in this way changes its relative permittivity. Since water has a relative dielectric constant of about 81, even a slight absorption of water leads to a change in the measured value of the capacitance value, provided that the wasscraufikide part is in a position close to the capacitor array.
- the moisture-absorbing layer can be arranged both between the first and the second electrode, as well as in its vicinity, in which case the inhomogeneous region of the capacitor arrangement contributes to the capacitance change.
- a cover of the moisture-absorbing Layer through a moisture diffusion-inhibiting barrier can on the one hand prevent over-rapid saturation of the moisture-absorbing layer and thus allow an extension of the period of use; however, such a barrier may also prevent or at least slow down the delivery of moisture once absorbed.
- a sensor device described above thus allows an integral statement about the moisture that is exposed to this sensor device and thus also an analogously arranged component over at least one service interval or over the entire life of the aircraft.
- the data used to determine the load or corrosion can be read in each case during the execution of the usual service and maintenance. As a result, costs for additional wiring and stationary readout devices can be avoided.
- valuable space in the aircraft which would be necessary for the devices and cables, can be saved. Furthermore, maintenance of additional equipment and cables is not necessary.
- a sensor device for state and corrosion monitoring wherein the capacitor arrangement is formed as an interdigital capacitor and the first electrode and the second electrode are formed in a surface, wherein the moisture-absorbing layer areally and electrically isolated to the first electrode and the second electrode is disposed on the surface.
- the electrodes engage in one another in a comb-like or meandering manner.
- These branches or turns of the individual electrodes can, for example, be in the range of a few micrometers. Due to the strong inhomogeneity, the sensitivity of the capacitor can be increased even for minor changes from the outside.
- An interdigital capacitor can be arranged flat on a surface or Obei surface. This surface can be flat or curved.
- the dnterdigitalkondensatoranssen can muster by simple convincedsluic. This can be done either on a substrate, but also on the component itself.
- the component not the capacitor form, but the capacitor assembly can be adapted to the component. It is understood that certain isolation conditions must be met to ensure the function of the capacitor.
- the moisture-absorbing layer is flat on the surface
- Elekrodenan extract Due to the proximity of the moisture-absorbing layer to the dielectric-relevant part of the capacitor, the capacitance value of the capacitor is measurably changed upon moisture absorption.
- the distances can be in the range of a few micrometers, for example between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m. Due to the surface coverage of the moisture-absorbing layer, a sufficient measurability and measurement accuracy is possible.
- a sensor device for state and corrosion monitoring wherein between the first electrode and the second electrode on the one hand and the moisture-absorbing layer on the other hand, a moisture-impermeable layer is provided.
- the moisture-absorbing layer may be arranged such that the moisture from both surface sides of the moisture-absorbing layer has access to the moisture-absorbing layer.
- a sensor device with a much smaller height is possible if the moisture-absorbing layer rests directly on the electrodes, only by a moisture-impermeable layer separated.
- the moisture-diffusion-barrier is then provided only on the side facing away from the moisture-impermeable layer side of the moisture-absorbing layer.
- the planar electrode assembly is accessible from both sides for moisture, either on both sides of a moisture-absorbing layer may be provided which is each isolated to the electrode assembly by a moisture-impermeable layer, or the moisture-absorbing layer only electrically isolated to the electrode assembly, but of be accessible to both sides of the ambient humidity. In the latter case, the barrier is covered from both sides of the moisture-absorbing layer. The moisture absorption then takes place from one side through the electrode arrangement.
- a highly moisture-absorbing material is usually provided a material that has a high affinity for water and the once absorbed water does not give off easily. Such a material absorbs the water, for example, absorbing. A limitation of the water absorption can then take place through the barrier, which limits the access of moisture. Once passed through the barrier, the highly moisture-absorbing layer then absorbs the water sometimes completely, as far as its moisture absorption capacity allows.
- a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture-absorbing layer comprises a polymer with incorporated particles of a highly moisture-absorbing material.
- a sensor device for state and corrosion monitoring wherein the moisture-absorbing layer is designed to absorb moisture irreversibly.
- the moisture-absorbing material or, more generally, the moisture-absorbent material may also be used.
- Moisture-absorbent materials include, for example, hydrophilic materials such as zeolites, silica gels, calcium chloride (CaCl 2 ), and alkali hydroxides. These materials may have the property of absorbing water molecules from the environment by absorption or adsorption. For example, moisture from the environment, in particular in the form of water vapor from the air, can be bound by hygroscopic materials.
- the hygroscopic materials may be contained or embedded as particles in another material of the layer.
- the hygroscopic materials can be arranged in the immediate vicinity of the electrode geometry.
- the layer thickness in which the hygroscopic materials are contained can be found in the Be range of a few microns, for example, about 10 to 50 microns.
- a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein a moisture-transporting layer is provided between the moisture diffusion-reducing barrier and the moisture-absorbing layer.
- the moisture transporting layer can provide some dampening of moisture wicking and also result in even distribution of moisture to the moisture absorbent material. Furthermore, the transport layer can serve as a carrier for the diffusion-reducing barrier.
- a sensor device for state and corrosion monitoring wherein the moisture-transporting layer comprises a polymer.
- the transport layer and the moisture-absorbing layer can be represented only by a partial accumulation of moisture-absorbent material in an otherwise homogeneous polymer matrix.
- the production costs for the stratification can be reduced by using only the polymer as starting material and subsequently changing the different ranges in their properties by further steps.
- a sensor device for condition and corrosion monitoring wherein the polymer comprises a material selected from the group consisting of polysulfone and phthalocyanine.
- the polymer layer may have, for example, polysulfones and / or phthalocyanines in its water-absorbing region.
- the highly hygroscopic particles can be embedded or arranged in the water-absorbing region of the polymer layer. This may be followed by another water-absorbing region of the polymer layer, which has no hygroscopic particles.
- a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture diffusion barrier diffusion barrier is formed as a separate layer.
- Such a separate barrier layer can be subjected to a separate production process and then applied to a carrier material. This allows to adapt the barrier material according to the requirements of a barrier.
- a sensor device for state and corrosion monitoring wherein the moisture diffusion barrier comprises a material from a group consisting of polytetrafluoroethylene, modified polytetrafluorethylene, polyethylene and polypropylene.
- polyletrafluoroethylene when designed as a micromembrane, has an impermeability to the liquid state of matter of water, but permeability to the gaseous state. In this way, for example, an effective protection against upcoming liquids can be achieved, in particular if the sensor device is exposed to direct weather influences such as rain.
- a sensor device for state and corrosion monitoring wherein the moisture diffusion-reducing barrier is formed by a modified surface of a moisture diffusion-reducing barrier-bearing layer.
- a surface treatment By a surface treatment, a direct modification of the Tiägermatcrials be made without a subsequent application of the Barricrematerials would be necessary.
- the subsequent surface treatment is simple and integral in terms of production, so that, for example, detachment of the layers can also be avoided.
- a sensor device for condition and corrosion monitoring wherein the modified surface is a plasma treated surface.
- the plasma treatment allows the surfaces to be modified evenly and effectively, it can be done with relatively simple
- Plasma generating devices such as Elektrodenan elbowcn made.
- the layer thickness is low, so that the overall height can also be kept low,
- a sensor device for state and corrosion monitoring wherein the Scnsorvo ⁇ chtung invention further comprises an inductance, wherein the capacitor arrangement and the inductance are formed as parts of a resonant circuit.
- the resonant circuit can be excited to vibrate from the outside. Assuming constancy of the inductance, the resonant frequency of the resonant circuit provides information about the capacitance value of the capacitor arrangement. The capacitance value in turn gives, with known geometry of the capacitor arrangement, information about the effective relative dielectric constant of the capacitor and thus about the degree of the stored moisture. Thus, the resonance frequency is directly linked to the amount of stored moisture.
- the resonant circuit may include an identification integrated circuit (IDIC). The individual components of the resonant circuit can be connected in series or in parallel.
- an RFID is provided with a resonant circuit with a sensor device according to the invention.
- the Radio Frequency Identifier RFID enables identification of objects equipped with RFID components.
- An RFID component odci RFID tag with a resonant circuit may be incorporated in a structure to be monitored or attached to it.
- an RFID tag with a sensor device according to the invention can be arranged on a metallic outer surface of an aircraft.
- a passive RFID tag may be excited to vibrate and then itself emit energy corresponding to a particular frequency, the resonant frequency. The radiated sequence can be detected. Subsequently, certain changes, such as a change in the capacitance of the capacitor arrangement, can be derived therefrom.
- the configuration of the sensor device as an RFID resonant circuit may be advantageous, since in this way the information about the extent of the corrosion that has been integrated or irreversibly recorded in the moisture-wetting layer of the capacitor arrangement can be wirelessly interrogated and transmitted.
- the capacity change data can be retrieved when needed, for example, during a service operation.
- the sensor device according to the invention may be arranged, for example, at one or more points of the aircraft, which come into contact with the outside air and thus with the humidity.
- the sensor device can be arranged on an aircraft skin of the wings or the fuselage of an aircraft.
- the sensor device can be arranged on devices and devices, such as antennas, which are located on the outside
- Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor device
- Interdigital capacitor with a stored moisture-absorbing material Interdigital capacitor with a stored moisture-absorbing material.
- FIG. 4 shows a sectional view of an exemplary embodiment of a sensor device with an interdigital capacitor with bilateral moisture-removing layers.
- Fig. 5 shows an exemplary embodiment of the invention with interdigital capacitor with a one-sided moisture-absorbing
- FIGS. 7 and 8 show an exemplary embodiment of an RFID with a sensor device according to an exemplary embodiment of the invention.
- FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor device in a sectional view.
- a support surface 7 which may be for example a board or a component, for example, an aircraft, is a
- the capacitance value of the capacitor arrangement with the electrodes 21, 22 is changed.
- the capacitance value of the electrodes 21, 22 is determined not only by the homogeneous region lying between the electrodes, but also by the inhomogeneous region, which is located above the electrodes in the view shown in FIG.
- the moisture-absorbing layer 24 is arranged in the embodiment shown in FIG. If the sensor device 10 shown in FIG. 1 now absorbs moisture in its moisture-absorbing layer 24, the capacitance value of the capacitor arrangement 20 changes, which in turn can be used as a measure of moisture absorption in a moisture-absorbing layer 24.
- the moisture-absorbing layer 24 is covered with a moisture diffusion-reducing barrier 26.
- the electrodes 21, 22 are arranged in one plane in FIG. 1, the electrodes 21, 22 may also be arranged in a curved surface which follows, for example, the curvature or the external shape of a component. In this way, the sensor device can be adapted to a component whose corrosion behavior is to be monitored.
- a moisture-impermeable layer 23 is provided between the moisture-absorbing layer 24 and the electrodes 21, 22, which prevents an uncontrolled absorption of moisture by the moisture-absorbing layer 24.
- the layer 23 is also electrically insulating, so that the electrodes 21, 22 are not short-circuited by the moisture-absorbing layer 24, in particular if the moisture-absorbing layer 24 becomes conductive due to the absorption of moisture.
- Presence of the transport layer 25 may both be a separately formed layer, as well as in a modified surface of a carrier layer. In the latter case, the moisture diffusion-reducing barrier is made substantially thinner.
- the carrier layer for the diffusion-reducing barrier 26 both the transport layer 25 and the moisture-absorbing layer 24 can serve.
- a surface modification can be done for example by a plasma treatment.
- the layers shown in the figures need not necessarily have a uniform thickness, but may also have different thicknesses. Furthermore, the thickness can also be configured over the surface area.
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention.
- the electrodes 21, 22 are again arranged on a surface 7.
- Moisture-absorbing materials are embedded in the moisture-absorbing layer 24 in the form shown in FIG. 3, for example in the form of particles 27.
- the moisture-absorbing layer 24 and the transport layer 25 can be configured in a common polymer matrix, wherein only in the moisture-absorbent layer 24, the moisture-absorbing particles 27 are provided.
- the layers 24 and 25 may be configured separately even when providing moisture-absorbing material or particles 27, as it is written in Figures 1 and 2.
- a moisture diffusion-reducing barrier 26 is again provided which In this embodiment, it may be configured both as a separate layer and as a surface-modified layer.
- a polymer matrix may be provided in which a moisture-absorbing material 27 is provided in a specific layer, in an overlying layer only the polymer matrix without an interposed moisture-absorbing material as transport layer 25 is provided , and the polymer matrix is surface-modified on its surface such that the surface-modified surface is a moisture diffusion-reducing barrier 26.
- a moisture-absorbing material 27 is provided in a specific layer, in an overlying layer only the polymer matrix without an interposed moisture-absorbing material as transport layer 25 is provided , and the polymer matrix is surface-modified on its surface such that the surface-modified surface is a moisture diffusion-reducing barrier 26.
- This barrier may, for example, constitute a separate layer but also a modified surface of a carrier material.
- the embodiment shown in FIG. 5 is suitable, for example, for an upright mounting which allows a moisture absorption from both sides of the capacitor arrangement. In this way, the sensitivity of the capacitor arrangement is increased.
- the embodiment shown in FIG. 5 essentially represents a duplication of the sensor devices shown in FIGS. 1 to 4, which is designed to be mirrored doubled with respect to the plane 7.
- the concrete embodiment shown in FIG. 5 corresponds to the doubled arrangement according to FIG. 1.
- the arrangements shown in FIGS. 2, 3 and 4 can likewise be designed to be doubled in an analogous manner.
- FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the moisture-absorbing layer 24 is provided in the immediate vicinity of the electrodes 21, 22.
- the embodiment shown in FIG. 6 does not have a moisture-impermeable layer 23. Rather, the moisture-diffusion-reducing barrier 26 covers the moisture-receiving layer on both sides. In this way, a moisture absorption is possible not only from the side facing away from the electrodes 21, 22 side of the moisture-absorbing layer 24, but also on the electrodes 21, 22 side facing, quasi through the electrode assembly.
- the electrodes 21, 22 can directly adjoin the moisture diffusion-reducing barrier 26, thus the Arrangement of the moisture absorption layer 24 and the moisture diffusion-reducing barrier 26 can serve as a support for the electrode arrangement 21, 22.
- a moisture transport layer 25 can also be provided in an analogous manner, which can be provided on the moisture-absorbing layer 24 both on one side and on both sides.
- a polymer matrix may be provided in which a moisture-absorbing material, for example in the form of particles 27, is embedded in a specific layer 24.
- a moisture transporting layer 25 may be provided in the polymer matrix. By modifying the surface, the polymer matrix may also form the moisture diffusion-reducing barrier, which barrier may be provided both directly on the moisture-receiving layer and on the moisture-transporting layer 25.
- FIGS. 1 to 6 may all represent capacitor arrangements of an interdigital capacitor, in which the corresponding electrodes mesh in the form of elongated electrodes in a comb or meander shape, in order to represent a capacitor-carrying capacitor arrangement.
- a capacitor arrangement can be formed, in particular, on a surface 7, so that the layered electrode arrangement otherwise customary for plate capacitors can be dispensed with.
- an interdigital condenser has a relatively small or no homogeneous region, but essentially only inhomogeneous regions.
- FIG. 7 shows an arrangement of a sensor device with a capacitor arrangement 20 and an inductance arrangement 30.
- Both the inductance arrangement 30 and the capacitor arrangement 20 are designed such that they can be formed on a surface or a plane. This makes such an arrangement suitable for attaching these, for example, to circuit boards having a relatively low height.
- Such an interconnection of inductance and capacitor represents a resonant circuit, which forms a characteristic resonant circuit frequency with an unchanged geometry. This resonant circuit frequency is essentially dependent on the inductance and the capacitance.
- Capacitor assembly 20 according to the embodiments described above, provided with a moisture-absorbing layer 24, the resonant circuit frequency can be changed by changing the capacitance of the capacitor assembly 20.
- Such an arrangement is shown in FIG. Essentially, the geometry of both the
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Abstract
Description
Akkumulierender Feuchtesensor Accumulating humidity sensor
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft die Zustands- und Korrosionsüberwachung für beispielsweise Luftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sensorvorrichtung für ein Luftfahrzeug, bei der eine akkumulierte Feuchtigkeit als Maß für eine mögliche Korrosion eine Kapazität einer Kondensatoranordnung verändert und somit Rückschlüsse über einen Korrosionszustand zulässt.The invention relates to condition and corrosion monitoring for example for aircraft. In particular, the invention relates to a sensor device for an aircraft, in which an accumulated moisture as a measure of possible corrosion changes a capacitance of a capacitor arrangement and thus allows conclusions about a state of corrosion.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Im Luftverkehr werden Luftfahrzeuge und insbesondere die Oberflächen von Luftfahrzeugen hohen Belastungen ausgesetzt und müssen sehr hohen Sicherheitsstandards gerecht werden. Bei Metalloberflächen dieser Luftfahrzeuge, die mit Feuchtigkeit in Berührung kommen, können Korrosionserscheinungen auftreten. Feuchtigkeit ist dabei nahezu unvermeidbar, insbesondere durch den Einsatz bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen, sowie wechselndeIn aviation, aircraft and in particular the surfaces of aircraft are subjected to high loads and must meet very high safety standards. Metal surfaces of these aircraft, which come into contact with moisture, can cause corrosion. Moisture is almost unavoidable, especially through use in different climatic conditions, as well as changing
Aufwärm- und Abkühlungsphasen, die eine Kondensation der Luftfeuchtigkeit nach sich ziehen können.Warm-up and cool-down phases that may cause condensation of humidity.
Der Zustand des Luftfahrzeugs, insbesondere das Ausmaß der Korrosion, muss überwacht werden, um die Sicherheit des Luftfahrzeugs sicherstellen zu können. Dies kann mit Hilfe einer so genannten Korrosionsüberwachung geschehen. Dabei werden mechanische, elektrische oder elektrochemische Sonden bzw. Sensoren den gleichen Bedingungen ausgesetzt, wie das Luftfahrzeug selbst. Durch Klima- und Umwelteinflüsse können Änderungen von Messgrößen der Sonden bzw. Sensoren verursacht werden. Diese Änderungen können detektiert und ausgelesen werden. Anschheßend kann aus den Änderungen der Messgrößen auf das Ausmaß der Korrosion geschlossen werden.The condition of the aircraft, in particular the extent of corrosion, must be monitored to ensure the safety of the aircraft. This can be done with the help of a so-called corrosion monitoring. In this case, mechanical, electrical or electrochemical probes or sensors are exposed to the same conditions as the aircraft itself. Due to climatic and environmental influences, changes in measured variables of the probes or sensors can be caused. These changes can be detected and read out. Accordingly, it can be concluded from the changes in the measured quantities on the extent of corrosion.
Bei den herkömmlich verwendeten elektrischen beziehungsweise elektrochemischen Sonden bzw, Sensoren ist es möglich, eine momentane Messgrößenänderung der Sonden bzw. Sensoren zu erfassen und damit die momentane Korrosionsbelastung /u ermitteln bzw. zu berechnen. Diese Sonden bzw. Sensoren können jedoch auch reversible Effekte aufweisen, die eine einmal hervorgerufene Änderung der Messgröße rückgängig machen können, etwa durch Verdunstung einer einmal aufgenommenen Feuchtigkeit. Sonden bzw. Sensoren dieser Art müssen kontinuierlich ausgelesen werden, um über die permanente Veränderung der Messgrößen die Korrosionsbelastung über die Betriebsdauer und gegebenenfalls die gesamte Lebensdauer des Luftfahrzeugs zu bestimmen.In the case of the conventionally used electrical or electrochemical probes or sensors, it is possible to detect a momentary change in the measured variables of the probes or sensors and thus to determine or calculate the instantaneous corrosion load / u. However, these probes or sensors can also have reversible effects that can cancel a change in the measured variable once caused, for example, by evaporation of a moisture once absorbed. Probes or sensors of this type must be read out continuously in order to determine the corrosion load over the service life and possibly the entire service life of the aircraft via the permanent change of the measured variables.
Besonders bei Luftfahrzeugen kann das kontinuierliche Auslesen zu hohem zusätzlichem Aufwand in Form von langen Wartungszeiten und damit verbundenen erhöhten Kosten führen. Des Weiteren ist bei herkömmlichen Sonden bzw. Sensoren, für den Fall, dass die Änderung der Sonden- bzw. Sensoreigenschaften nicht kontinuierlich ausgelesen werden kann, die Sicherheit des Luftfahrzeugs u.U. nicht mehr gewährleistet, insbesondere, wenn reversible Effekte auftreten, die zwar die Sonde bzw. den Sensor in einen vorherigen Messzustand zurückversetzen, nicht jedoch den Korrosionszustand des zu überwachenden Bauteils.Especially in aircraft, continuous readout can lead to high overhead in the form of long maintenance times and associated increased costs. Furthermore, in the case of conventional probes or sensors, in the event that the change in the probe or sensor characteristics can not be continuously read out, the safety of the aircraft may be impaired. no longer guaranteed, in particular, when reversible effects occur, although the sensor or the sensor return to a previous measurement state, but not the corrosion state of the component to be monitored.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Sensorvorrichtung zur Zustandsund Korrosionsüberwachung bei beispielsweise Luftfahrzeugen bereitzustellen, die insbesondcre kumulativ, d.h. über einen längeren Zeitraum, Eigenschaften erfassen und behalten kann.It is an object of the invention to provide an improved sensor device for condition and corrosion monitoring in, for example, aircraft, which In particular, cumulatively, ie over a longer period of time, it is possible to record and retain properties.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche, bevorzugte bzw. vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche verkörpert.The object of the present invention is achieved by the subject matter of the independent claims, preferred or advantageous developments are represented by the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsübel wachung bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung aufweist: eine Kondensatoranordnung, mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode, einer feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht, die bezüglich der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode derart angeordnet ist, dass die Kondensatoranordnung bei einer Feuchtigkeitsaufnahme der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht seine Kapazität ändert, und eine feuchtigkeitsdiffusionsdiffusionsvermindernde Barriere, die die feuchtigkeits aufnehmende Schicht abdeckt.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the sensor device comprises: a capacitor arrangement having a first electrode, a second electrode, a moisture-absorbing layer, which is arranged with respect to the first electrode and the second electrode such that the capacitor arrangement changes its capacity when the moisture-absorbing layer absorbs moisture, and a moisture diffusion diffusion-reducing barrier which covers the moisture-absorbing layer.
Durch eine derart strukturierte Kondensatoranordnung kann die Kapazität der Kondensatoranordnung durch eine Flüssigkeitseinlagerung in einer feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht verändert werden. Die über einen gewissen Zeitraum an der Sensorvorrichtung anstehende Feuchtigkeit sammelt sich in der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht und verändert auf diese Weise deren relative Dielektrizitätszahl. Da Wasser eine relative Dielektrizitätszahl von etwa 81 aufweist, führt bereits eine geringe Wasseraufnahme zu einer Veränderung der Messgrößc des Kapazitäts wertes, sofern sich der wasscraufnehmende Teil in einer Lage nahe der Kondensatoranordnung befindet. Die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht kann dabei sowohl zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet sein, als auch in deren Nähe, wobei dann der inhomogene Bereich der Kondensatoranordnung zur Kapazitätsänderung beiträgt. Eine Abdeckung der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht durch eine feuchtigkeitsdiffusionshemmendc Barriere kann zum einen eine überschnelle Sättigung der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht verhindern und somit eine Verlängerung des Einsatzzeitraumes erlauben; jedoch kann eine derartige Barriere auch die Abgabe der einmal aufgenommenen Feuchtigkeit verhindern oder zumindest verlangsamen. Eine oben beschriebene Sensorvorrichtung erlaubt somit eine integrale Aussage über die Feuchtigkeit, der diese Sensorvorrichtung und damit auch ein analog angeordnetes Bauteil über mindestens ein Service-Intervall oder auch über die gesamte Lebensdauer des Luftfahrzeugs ausgesetzt ist. Die Daten, die der Bestimmung der Belastung beziehungsweise der Korrosion dienen, können jeweils bei der Durchführung der üblichen Service- und Wartungsarbeiten ausgelesen werden. Dadurch können Kosten für zusätzliche Verkabelung und stationäre Auslesegräte vermieden werden. Zusätzlich kann wertvoller Platz im Luftfahrzeug, der für die Geräte und Kabel notwendig wäre, eingespart werden. Des Weiteren ist auch eine Wartung von zusätzlichen Geräten und Kabeln nicht notwendig.By means of a capacitor arrangement structured in this way, the capacitance of the capacitor arrangement can be changed by means of a liquid storage in a moisture-absorbing layer. The moisture present on the sensor device over a certain period of time accumulates in the moisture-absorbing layer and in this way changes its relative permittivity. Since water has a relative dielectric constant of about 81, even a slight absorption of water leads to a change in the measured value of the capacitance value, provided that the wasscraufnehmende part is in a position close to the capacitor array. The moisture-absorbing layer can be arranged both between the first and the second electrode, as well as in its vicinity, in which case the inhomogeneous region of the capacitor arrangement contributes to the capacitance change. A cover of the moisture-absorbing Layer through a moisture diffusion-inhibiting barrier can on the one hand prevent over-rapid saturation of the moisture-absorbing layer and thus allow an extension of the period of use; however, such a barrier may also prevent or at least slow down the delivery of moisture once absorbed. A sensor device described above thus allows an integral statement about the moisture that is exposed to this sensor device and thus also an analogously arranged component over at least one service interval or over the entire life of the aircraft. The data used to determine the load or corrosion can be read in each case during the execution of the usual service and maintenance. As a result, costs for additional wiring and stationary readout devices can be avoided. In addition, valuable space in the aircraft, which would be necessary for the devices and cables, can be saved. Furthermore, maintenance of additional equipment and cables is not necessary.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die Kondensatoranordnung als ein Interdigitalkondensator ausgebildet ist und die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einer Fläche ausgebildet sind, wobei die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht flächig und elektrisch isoliert zu der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode auf der Fläche angeordnet ist.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the capacitor arrangement is formed as an interdigital capacitor and the first electrode and the second electrode are formed in a surface, wherein the moisture-absorbing layer areally and electrically isolated to the first electrode and the second electrode is disposed on the surface.
Bei einem ϊnterdigitalkondensator greifen die Elektroden kammartig oder mäanderformig ineinander. Diese Verzweigungen oder Windungen der einzelnen Elektroden können zum Beispiel im Bereich einiger Mikrometer erfolgen. Durch die starke Inhomogenität kann die Sensitivität des Kondensators auch für geringfügige Veränderungen von außen erhöht werden. Durch den Einsatz von Interdigitalkondensatoren bei der Korrosionsüberwachung in Luftfahrzeugen kann eine bessere Messgenauigkeit erzielt werden. Ein Interdigitalkondensator lässt sich flächig auf einer Fläche bzw. Obei fläche anordnen. Diese Fläche kann dabei plan oder gekrümmt sein. Insbesondere lässt sich die ϊnterdigitalkondensatoranordnung durch einfache Fertigungsprozessc aufbringen. Das kann entweder auf einem Substrat erfolgen, jedoch auch auf dem Bauteil selbst. Insofern ist für derartige Ausführungsformen eine gekrümmte Oberfläche möglich, sodass das Bauteil nicht der Kondensatorform, sondern die Kondensatoranordnung dem Bauteil angepasst werden kann. Dabei versteht sich, dass gewisse Isolationsbedingungen eingehalten werden müssen, um die Funktion des Kondensators zu gewährleisten. Die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht ist dabei flächig auf der flächigenIn the case of a secondary digital capacitor, the electrodes engage in one another in a comb-like or meandering manner. These branches or turns of the individual electrodes can, for example, be in the range of a few micrometers. Due to the strong inhomogeneity, the sensitivity of the capacitor can be increased even for minor changes from the outside. Through the use of interdigital capacitors in corrosion monitoring in aircraft can a better measurement accuracy can be achieved. An interdigital capacitor can be arranged flat on a surface or Obei surface. This surface can be flat or curved. In particular, the dnterdigitalkondensatoranordnung can muster by simple Fertigungsprozessc. This can be done either on a substrate, but also on the component itself. Insofar as a curved surface is possible for such embodiments, so that the component not the capacitor form, but the capacitor assembly can be adapted to the component. It is understood that certain isolation conditions must be met to ensure the function of the capacitor. The moisture-absorbing layer is flat on the surface
Eleklrodenanordnung angebracht. Durch die Nähe der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht zu dem für ein Dielektrikum relevanten Teil des Kondensators wird der Kapazitätswert des Kondensators bei einer Feuchtigkeitsaufnahme messbar verändert. Die Abstände können sich dabei im Bereich einiger Mikrometer bewegen, etwa zwischen lOμm und 50μm. Durch die flächige Belegung mit der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht ist eine hinreichende Messbarkeit und Messgenauigkeit möglich.Elekrodenanordnung attached. Due to the proximity of the moisture-absorbing layer to the dielectric-relevant part of the capacitor, the capacitance value of the capacitor is measurably changed upon moisture absorption. The distances can be in the range of a few micrometers, for example between 10 μm and 50 μm. Due to the surface coverage of the moisture-absorbing layer, a sufficient measurability and measurement accuracy is possible.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensor Vorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode einerseits und der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht andererseits eine feuchtigkeitsundurchlässige Schicht vorgesehen ist.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein between the first electrode and the second electrode on the one hand and the moisture-absorbing layer on the other hand, a moisture-impermeable layer is provided.
Die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht kann beispielsweise so angeordnet sein, dass die Feuchtigkeit von beiden Flächenseiten der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht einen Zugang zu der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht hat. Jedoch ist eine Sensorvorrichtung mit einer wesentlich geringeren Bauhöhe möglich, wenn die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht direkt auf den Elektroden aufliegt, lediglich durch eine feuchtigkeitsundurchlässige Schicht getrennt. Die feuchtigkeitsdiffusionshemmcnde Barriere ist dann nur auf der von der feuchtigkeitsundurchlässigen Schicht abgewandten Seite der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht vorgesehen. Wenn die flächige Elektrodenanordnung von beiden Seiten für Feuchtigkeit zugänglich ist, kann entweder auf beiden Seiten eine feuchtigkeitsaufnehmende Schicht vorgesehen sein, die jeweils zur Elektrodenanordnung durch eine feuchtigkeitsundurchlässigen Schicht isoliert ist, oder aber die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht lediglich elektrisch isoliert zu der Elektrodenanordnung angeordnet sein, jedoch von beiden Seiten der Umgebungsfeuchtigkeit zugänglich sein. Im letzteren Fall erfolgt die Abdeckung der Barriere von beiden Seiten der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht. Die Feuchtigkeitsaufnahme erfolgt dann von der einen Seite durch die Elektrodenanordnung hindurch.For example, the moisture-absorbing layer may be arranged such that the moisture from both surface sides of the moisture-absorbing layer has access to the moisture-absorbing layer. However, a sensor device with a much smaller height is possible if the moisture-absorbing layer rests directly on the electrodes, only by a moisture-impermeable layer separated. The moisture-diffusion-barrier is then provided only on the side facing away from the moisture-impermeable layer side of the moisture-absorbing layer. If the planar electrode assembly is accessible from both sides for moisture, either on both sides of a moisture-absorbing layer may be provided which is each isolated to the electrode assembly by a moisture-impermeable layer, or the moisture-absorbing layer only electrically isolated to the electrode assembly, but of be accessible to both sides of the ambient humidity. In the latter case, the barrier is covered from both sides of the moisture-absorbing layer. The moisture absorption then takes place from one side through the electrode arrangement.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht ein stark feuchtigkeitsaufnehmendes Material aufweist.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture-absorbing layer has a high moisture-absorbing material.
Durch ein stark feuchtigkeitsaufnehmendes Material wird in der Regel ein Material bereitgestellt, dass eine hohe Affinität zu Wasser aufweist und das einmal aufgenommene Wasser nicht mehr ohne weiteres abgibt. Ein derartiges Material nimmt das Wasser beispielsweise absorbierend auf. Eine Begrenzung der Wasseraufnahme kann dann durch die Barriere erfolgen, die den Zutritt einer Feuchtigkeit begrenzt. Einmal durch die Barriere hindurchgetreten, nimmt die stark feuchtigkeitsaufnehmende Schicht das Wasser dann mitunter vollständig auf, soweit es ihre Feuchtigkeitsaufnahmekapazität erlaubt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchügkeitsaufnehmende Schicht ein Polymer mit eingebundenen Partikeln aus einem stark feuchtigkeitsaufnehmenden Material aufweist.By a highly moisture-absorbing material is usually provided a material that has a high affinity for water and the once absorbed water does not give off easily. Such a material absorbs the water, for example, absorbing. A limitation of the water absorption can then take place through the barrier, which limits the access of moisture. Once passed through the barrier, the highly moisture-absorbing layer then absorbs the water sometimes completely, as far as its moisture absorption capacity allows. According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture-absorbing layer comprises a polymer with incorporated particles of a highly moisture-absorbing material.
Das Polymer kann dabei als eine Art Trägermaterial für das feuchtigkeitsaufnehmende Material dienen. Dies ist insbesondere für Fälle sinnvoll, in denen das feuchtigkeitsaufnehmende Material selbst nicht einfach zu bearbeiten oder zu applizieren äst, etwa, wenn dieses in kristalliner Form vorliegt. Das Polymer kann dabei auch eine gewisse Abdämpfung der anstehenden Flüssigkeit bewirken. Ferner kann das Polymer eine Flüssigkeitstransportfunktion erfüllen, die einen Transport der Flüssigkeit zu dem feuchtigkeitsaufnehmenden Material bewirkt.The polymer can serve as a kind of carrier material for the moisture-absorbing material. This is particularly useful in cases where the moisture-absorbing material itself is not easy to process or apply, such as when it is in crystalline form. The polymer can also cause some attenuation of the upcoming liquid. Further, the polymer may perform a liquid transport function that effects transport of the liquid to the moisture-absorbent material.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht ausgelegt ist eine Feuchtigkeit irreversibel aufzunehmen.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture-absorbing layer is designed to absorb moisture irreversibly.
Neben der feuchtigkeitsdiffusionshemmenden Barriere kann auch das feuchtigkeitsaufnehmende Material oder allgemeiner die feuchtigkeitsaufnehmendeIn addition to the moisture-diffusion-inhibiting barrier, the moisture-absorbing material or, more generally, the moisture-absorbent material may also be used
Schicht selbst die Abgabe einer einmal aufgenommenen Feuchtigkeit verhindern.Layer even prevent the release of a once absorbed moisture.
Das kann zum einen über eine entsprechende Wahl des feuchtigkeitsaufnehmendenOn the one hand, this can be achieved through an appropriate choice of the moisture-absorbent
Materials erfolgen, jedoch auch über die Wahl eines entsprechenden Polymers oder eines weiteren Barriereneffektes im Schichtinneren.Materials are made, but also on the choice of a corresponding polymer or a further barrier effect in the layer interior.
Gemäß einer Λusführungsfcrm der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zurAccording to one embodiment of the invention, a sensor device for
Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeits- aufnehraendc Schicht als feuchligkcitsaυfnehmendes Material einen nanoskaligen Adsorbenten aufweist.Condition and corrosion monitoring provided, whereby the moisture Aufnehraendc layer as a moisturizing material has a nanoscale adsorbent.
Nanoskalig bedeutet hier, dass die Materialien als eine Vielzahl von Partikeln beziehungsweise Molekülen vorliegen. Dabei liegt die Größe der Partikel im Bereich einiger Nanometer (nm). Adsorbenten im Sinne der Erfindung sind feste Stoffe, die in der Lage sind, bestimmte Stoffe (wie Wasser) aus einer benachbarten gasförmigen oder flüssigen Phase an ihrer Grenzfläche selektiv anzureichern. Die für die Bcschichtung verwendeten hygroskopischen Materialien können hydrophile beziehungsweise polare Adsorbenten sein.Nanoscale here means that the materials are present as a multiplicity of particles or molecules. The size of the particles is in the range of a few nanometers (nm). Adsorbents in the context of the invention are solid substances which are able to selectively enrich certain substances (such as water) from an adjacent gaseous or liquid phase at their interface. The hygroscopic materials used for the coating may be hydrophilic or polar adsorbents.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht als feuchtigkeitsaufnehmendes Material ein Material aufweist aus einer Gruppe bestehend aus Zeolith, Silicagel, Calziumchiorid, Alkalihydroxid (z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid) sowie Erdalkalioxide (z.B. Magnesiumoxid, Kalziumoxid).According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture-absorbing layer as the moisture-absorbing material comprises a material consisting of a group consisting of zeolite, silica gel, calcium chloride, alkali metal hydroxide (eg sodium hydroxide, potassium hydroxide) and alkaline earth oxides (eg magnesium oxide, calcium oxide ).
Feuchtigkeitsaufnehmende Materialien sind beispielsweise wasseranziehende Materialien, wie zum Beispiel Zeolithe, Silicagcle, Caliumchlorid (CaCl2) und Alkalihydoxide. Diese Materialien können die Eigenschaft aufweisen, Wassermoleküle aus der Umgebung durch Absorption oder Adsorption aufzunehmen. Beispielsweise kann durch hygroskopische Materialien Feuchtigkeit aus der Umgebung, insbesondere in Form von Wasserdampf aus der Luft, gebunden werden. Die hygroskopischen Materialien können als Partikel in einem weiteren Material der Schicht enthalten oder eingebettet sein. Die hygroskopischen Materialien können in unmittelbarer Nähe der Elektrodengeometrie angeordnet sein. Die Schichtdicke, in der die hygroskopischen Materialien enthalten sind, kann im Bereich einiger Mikrometer sein, beispielsweise etwa 10 bis 50 Mikrometer betragen.Moisture-absorbent materials include, for example, hydrophilic materials such as zeolites, silica gels, calcium chloride (CaCl 2 ), and alkali hydroxides. These materials may have the property of absorbing water molecules from the environment by absorption or adsorption. For example, moisture from the environment, in particular in the form of water vapor from the air, can be bound by hygroscopic materials. The hygroscopic materials may be contained or embedded as particles in another material of the layer. The hygroscopic materials can be arranged in the immediate vicinity of the electrode geometry. The layer thickness in which the hygroscopic materials are contained can be found in the Be range of a few microns, for example, about 10 to 50 microns.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei zwischen der feuchtigkeitsdiffusionsvermindernden Barriere und der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht eine feuchtigkeitstransportierende Schicht vorgesehen ist.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein a moisture-transporting layer is provided between the moisture diffusion-reducing barrier and the moisture-absorbing layer.
Die feuchtigkeitstransportierende Schicht kann eine gewisse Dämpfung eines Feuchtigkeitstransportes bewirken und ferner zu einer gleichmäßigen Verteilung der Feuchtigkeit zu dem feuchtigkeitsaufnehmenden Material bewirken. Ferner kann die Transportschicht als Träger für die diffusionsvermindernde Barriere dienen.The moisture transporting layer can provide some dampening of moisture wicking and also result in even distribution of moisture to the moisture absorbent material. Furthermore, the transport layer can serve as a carrier for the diffusion-reducing barrier.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeitstransportierende Schicht ein Polymer aufweist.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture-transporting layer comprises a polymer.
Dabei kann die Transportschicht und die feuchtigkeitsaufnehmendc Schicht lediglich durch eine partielle Anreicherung von feuchtigkeitsaumehmendem Material in einer ansonsten homogenen Polymermatrix dargestellt werden. Der Herstellungsaufwand für die Schichtung kann verringert werden, indem nur das Polymer als Ausgangsmaterial verwendet wird und nachträglich durch weitere Schritte die unterschiedlichen Bereiche in ihren Eigenschaften verändert werden.In this case, the transport layer and the moisture-absorbing layer can be represented only by a partial accumulation of moisture-absorbent material in an otherwise homogeneous polymer matrix. The production costs for the stratification can be reduced by using only the polymer as starting material and subsequently changing the different ranges in their properties by further steps.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei das Polymer ein Material aufweist aus einer Gruppe bestehend aus Polysulfon und Phtalocyanin. Die Polymerschicht kann in ihrem wasserabsorbierenden Bereich zum Beispiel Polysulfone und/oder Phtalocyanine aufweisen. Die stark hygroskopischen Partikel können in dem wasserabsorbierenden Bereich der Polymerschicht eingebettet beziehungsweise angeordnet sein. Darauf kann ein weiterer wasserabsorbierender Bereich der Polymerschicht folgen, der keine hygroskopischen Partikel aufweist. Es kann von Vorteil sein, dass der wasscrabsorbierende Bereich ohne die hygroskopischen Partikel näher an der Luft und damit an der Luftfeuchtigkeit angeordnet ist, als der Bereich mit den hygroskopischen Partikeln, da auf diese Weise ein Diffundieren von Wasser durch den gut wasserleitenden beziehungsweise -absorbierenden Bereich der Polymerschicht ermöglicht wird. Das Wasser kann also durch den wasserabsorbicrenden Bereich zu dem Bereich mit den wasseranziehenden Partikeln transportiert werden, wo es irreversibel aufgenommen werden kann.According to one embodiment of the invention, there is provided a sensor device for condition and corrosion monitoring wherein the polymer comprises a material selected from the group consisting of polysulfone and phthalocyanine. The polymer layer may have, for example, polysulfones and / or phthalocyanines in its water-absorbing region. The highly hygroscopic particles can be embedded or arranged in the water-absorbing region of the polymer layer. This may be followed by another water-absorbing region of the polymer layer, which has no hygroscopic particles. It may be advantageous that the water-casconcorbent area without the hygroscopic particles is arranged closer to the air and thus to the air humidity than the area with the hygroscopic particles, since in this way a diffusion of water through the well-water-conducting or -absorbing area the polymer layer is made possible. Thus, the water can be transported through the water-absorbing area to the area with the water-attracting particles, where it can be irreversibly absorbed.
Gemäß einer Λusführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeitsdilϊusionsdiffusionsverminderndc Barriere als eine separate Schicht ausgebildet ist.According to an embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture diffusion barrier diffusion barrier is formed as a separate layer.
Eine derartige separate Barriereschicht kann einem getrennten Herstellungsverfahren unterzogen sein und anschließend auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Dies erlaubt, das Barrierematerial entsprechend den Anforderungen an eine Barriere anzupassen.Such a separate barrier layer can be subjected to a separate production process and then applied to a carrier material. This allows to adapt the barrier material according to the requirements of a barrier.
Gemäß einei Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeitsdiffusionsveπnindernde Barriere ein Material aufweist aus einer Gruppe bestehend aus Polylctrafluorethylen, modifiziertes Polytetraflυorelhylen, Polyäthylen und Polypropylen.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture diffusion barrier comprises a material from a group consisting of polytetrafluoroethylene, modified polytetrafluorethylene, polyethylene and polypropylene.
Derartige Materialien weisen bei einer entsprechenden Ausgestaltung eine begrenzte Durchlässigkeit für Feuchtigkeit auf. Insbesondere Polyletrafluorethylen weist bei einer entsprechenden Ausgestaltung als Mikromembran eine Undurchlässigkeit bezüglich des flüssigen Aggregatzustandes von Wasser auf, jedoch eine Durchlässigkeit bezüglich des gasförmigen Λggrcgatzustandcs. Auf diese Weise kann etwa ein wirksamer Schutz gegen anstehende Flüssigkeiten erreicht werden, insbesondere wenn die Sensorvorrichtung direkten Witterungseinflüssen wie Regen ausgesetzt ist.Such materials, with a corresponding design, have limited moisture permeability. In particular, polyletrafluoroethylene, when designed as a micromembrane, has an impermeability to the liquid state of matter of water, but permeability to the gaseous state. In this way, for example, an effective protection against upcoming liquids can be achieved, in particular if the sensor device is exposed to direct weather influences such as rain.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die feuchtigkeitsdiffusionsvermindernde Barriere durch eine modifizierte Oberfläche einer die feuchtigkeitsdiffusionsvermindernde Barriere tragenden Schicht ausgebildet ist.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the moisture diffusion-reducing barrier is formed by a modified surface of a moisture diffusion-reducing barrier-bearing layer.
Durch eine Oberflächenbearbeitung kann eine direkte Modifizierung des Tiägermatcrials vorgenommen werden, ohne dass eine spätere Applikation des Barricrematerials notwendig wäre. Insbesondere bei einer Polymermatrix, die in bestimmten Schichten ein feuchtigkeitsaufnehmendes Material aufweist um so sowohl die Transportschicht als auch die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht auszubilden, ist die anschließende Oberflächenbehandlung fertigungstechnisch einfach und integral zu realisieren, sodass beispielsweise auch ein Ablösen der Schichten vermieden werden kann. Gcmäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die modifizierte Oberfläche eine plasmabehandelte Oberfläche ist.By a surface treatment, a direct modification of the Tiägermatcrials be made without a subsequent application of the Barricrematerials would be necessary. In particular, in the case of a polymer matrix which has a moisture-absorbing material in certain layers in order to form both the transport layer and the moisture-absorbing layer, the subsequent surface treatment is simple and integral in terms of production, so that, for example, detachment of the layers can also be avoided. According to one embodiment of the invention, there is provided a sensor device for condition and corrosion monitoring, wherein the modified surface is a plasma treated surface.
Die Plasmabehandlung erlaubt die Oberflächen gleichmäßig und zielgerichtet zu modifizieren, Sic kann mit verhältnismäßig einfachenThe plasma treatment allows the surfaces to be modified evenly and effectively, it can be done with relatively simple
Plasmaerzeugungsvorrichtungen, wie Elektrodenanordnungcn, vorgenommen werden. Die Schichtdicke ist gering, sodass die Gesamtbauhöhe ebenfalls gering gehalten werden kann,Plasma generating devices, such as Elektrodenanordnungcn made. The layer thickness is low, so that the overall height can also be kept low,
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Zustands- und Korrosionsüberwachung bereitgestellt, wobei die erfindungsgemäße Scnsorvoπϊchtung ferner eine Induktivität aufweist, wobei die Kondensatoranordnung und die Induktivität als Teile eines Schwingkreises ausgebildet sind.According to one embodiment of the invention, a sensor device for state and corrosion monitoring is provided, wherein the Scnsorvoπϊchtung invention further comprises an inductance, wherein the capacitor arrangement and the inductance are formed as parts of a resonant circuit.
Der Schwingkreis kann von außen zum Schwingen angeregt werden. Bei angenommener Konstanz der Induktivität gibt die Resonanzfrequenz des Schwingkreises Aufschluss über den Kapazitätswert der Kondensatoranordnung. Der Kapazitätswert wiederum gibt bei bekannter Geometrie der Kondensatoranordnung Aufschluss über die effektive relative Dielcktrizitätszahl des Kondensators und somit über den Grad der eingelagerten Feuchtigkeit. Somit ist die Resonanzfrequenz direkt mit dem Quantum an eingelagerter Feuchtigkeit verknüpft. Des Weiteren kann der Schwingkreis ein Identification Integrated Circuit (IDIC) enthalten. Die einzelnen Komponenten des Schwingkreises können in Reihe oder parallel geschaltet sein.The resonant circuit can be excited to vibrate from the outside. Assuming constancy of the inductance, the resonant frequency of the resonant circuit provides information about the capacitance value of the capacitor arrangement. The capacitance value in turn gives, with known geometry of the capacitor arrangement, information about the effective relative dielectric constant of the capacitor and thus about the degree of the stored moisture. Thus, the resonance frequency is directly linked to the amount of stored moisture. Furthermore, the resonant circuit may include an identification integrated circuit (IDIC). The individual components of the resonant circuit can be connected in series or in parallel.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein RFID mit einem Schwingkreis mit einer erfmdungsgemäßen Sensorvorrichtung bereitgestellt. Mittels Radio Frequency Identifier RFID ist eine Identifikation von Objekten möglich, die mit RFID Bauteilen versehen sind. Ein RFID Bauteil odci RFID-Tag mit einem Schwingkreis kann in eine zu überwachende Struktur eingearbeitet sein oder an ihr angebracht sein. Beispielsweise kann ein RFID-Tag mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung an einer metallischen Außenfläche eines Flugzeugs angeordnet sein. Ein passiver RFID-Tag kann beispielsweise zu Schwingungen angeregt werden und daraufhin selbst Energie entsprechend einer bestimmten Frequenz, der Resonanzfrequenz, abstrahlen. Die abgestrahlte Fiequenz kann detektiert werden. Anschließend können daraus bestimmte Verändeiungen, wie beispielsweise eine Veränderung der Kapazität der Kondensatoranordnung, abgeleitet werden. Die Ausgestaltung der Sensorvorrichtung als RFID-Schwingkreis kann vorteilhaft sein, da auf diese Weise die integrierten beziehungsweise irreversibel in der feuchügkeitsaumehmenden Schicht der Kondensatoranordnung aufgenommenen Informationen über das Ausmaß der Korrosion drahtlos abgefragt und übertragen werden können. Damit können die Daten über die Kapazitätsänderung beispielsweise genau dann abgerufen werden, wenn sie benötigt werden, beispielsweise während eines Servicevorgangs.According to one embodiment of the invention, an RFID is provided with a resonant circuit with a sensor device according to the invention. The Radio Frequency Identifier RFID enables identification of objects equipped with RFID components. An RFID component odci RFID tag with a resonant circuit may be incorporated in a structure to be monitored or attached to it. For example, an RFID tag with a sensor device according to the invention can be arranged on a metallic outer surface of an aircraft. For example, a passive RFID tag may be excited to vibrate and then itself emit energy corresponding to a particular frequency, the resonant frequency. The radiated sequence can be detected. Subsequently, certain changes, such as a change in the capacitance of the capacitor arrangement, can be derived therefrom. The configuration of the sensor device as an RFID resonant circuit may be advantageous, since in this way the information about the extent of the corrosion that has been integrated or irreversibly recorded in the moisture-wetting layer of the capacitor arrangement can be wirelessly interrogated and transmitted. Thus, for example, the capacity change data can be retrieved when needed, for example, during a service operation.
Die er findungs gemäße Sensorvorrichtung kann beispielsweise an einer oder mehreren Stellen des Luftfahrzeugs angeordnet sein, die in Kontakt mit der Außenluft und damit mit der Luftfeuchtigkeit kommen. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung an einer Flugzeughaut der Tragflächen oder des Rumpfes eines Flugzeugs angeordnet sein. Des weiteren kann die Sensorvorrichtung an Geräten und Vorrichtungen, wie beispielsweise Antennen, angeordnet sein, die außen amThe sensor device according to the invention may be arranged, for example, at one or more points of the aircraft, which come into contact with the outside air and thus with the humidity. For example, the sensor device can be arranged on an aircraft skin of the wings or the fuselage of an aircraft. Furthermore, the sensor device can be arranged on devices and devices, such as antennas, which are located on the outside
Luftfahrzeug angebracht sind. Luftfahrzeuge können beispielsweise Flugzeuge und Helikopter sein. Die Sensorvorrichtung kann jedoch auch für andere Flüssigkeiten ausgelegt sein, um etwa aggressive Lösungsmittel zu detektieren. Die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht sowie feuchtigkeitsdiffusionshemmende Schicht können dann entsprechend adaptiert werden.Aircraft are attached. Aircraft may, for example, be airplanes and helicopters. However, the sensor device can also be designed for other liquids in order to detect aggressive solvents, for example. The moisture-absorbing layer and moisture diffusion-inhibiting layer can then be adapted accordingly.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.Of course, the individual features can also be combined with each other, which can also be partially beneficial effects that go beyond the sum of the individual effects.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch dieThese and other aspects of the present invention are achieved by the
Bezugnahme auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erläutert und verdeutlicht.Reference will be made and illustrated with reference to the exemplary embodiments described hereinafter.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Beispielhafte Λusführungsformcn der Eifindung werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the following figures.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensorvorrichtung mitFig. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor device with
Interdigital kondensator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.Interdigital capacitor according to an exemplary embodiment of the invention.
Fig. 2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführ ungs form der Erfindung mit Interdigitalkondensator mit einer Transporlschicht. Fig. 3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung mitFIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention having an interdigital capacitor with a transport layer. Fig. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention with
Interdigitalkondensator mit einem eingelagerten feuchtigkeitsaufnehmenden Material.Interdigital capacitor with a stored moisture-absorbing material.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer beispielhaften Aus führungs form einer Sensorvorrichtung mit Interdigitalkondensator mit beidseitigen Feuchtigkeitsausnehmenden Schichten.4 shows a sectional view of an exemplary embodiment of a sensor device with an interdigital capacitor with bilateral moisture-removing layers.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung mit Interdigitalkondensator mit einer einseitigen feuchtigkeitsaufnehmendenFig. 5 shows an exemplary embodiment of the invention with interdigital capacitor with a one-sided moisture-absorbing
Schicht.Layer.
Fig. 6 zeigt eine schematischc Ansicht eines RFID mit einem Schwingkreis.6 shows a schematic view of an RFID with a resonant circuit.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform eines RFID mit einer Sensorvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.FIGS. 7 and 8 show an exemplary embodiment of an RFID with a sensor device according to an exemplary embodiment of the invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTERDETAILED DESCRIPTION EXAMPLE
AUSFÜHRUNGSFORMENEMBODIMENTS
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensorvorrichtung in einer Schnittansicht. Auf einer Trägerfläche 7, die beispielsweise eine Platine oder auch ein Bauteil beispielsweise eines Luftfahrzeuges sein kann, ist eineFIG. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor device in a sectional view. On a support surface 7, which may be for example a board or a component, for example, an aircraft, is a
Kondensatoranordnung angeordnet mit einer ersten Elektrode 21 sowie einer zweiten Elektrode 22. Die Mehrzahl hier gezeigter Elektroden kann jeweils miteinander verbunden sein, sodass diese eine Elektrodcnanordnung ergeben, die beispielsweise incinander greifen und dadurch eine Kondensator anordnung bilden, wie etwa einen Interdigitalkondensator. Die Kondensatoranordnung 20 weist ferner eine feuchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 auf, die bezüglich der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode derart angeordnet ist, dass der Kondensator bei einer Feuchtigkeitsaufnahme der feuchtigkeits aufnehmenden Schicht 24 seine Kapazität ändert. Bei einer Feuchtigkeitsaufnahme der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht wird in der feuchügkeitsaufnehmenden Schicht 24 Wasser eingelagert. Das Wasser weist eine verhältnismäßig hohe Dielektrizitätszahl von ungefähr 81 auf. Im Vergleich zu einem Schichtmaterial, das noch keine Feuchtigkeit aufgenommen hat, ist die effektive relative Dielektrizitätszahl im Wasser aufgenommenen Zustand wesentlich höher. Auf diese Weise wird der Kapazitätswert der Kondensatoranordnung mit den Elektroden 21, 22 verändert. Der Kapazitätswert der Elektroden 21 , 22 bestimmt sich nicht nur durch den zwischen den Elektroden liegenden homogenen Bereich, sondern auch durch den inhomogenen Bereich, der sich in der in Figur 1 gezeigten Ansicht oberhalb der Elektroden befindet. Innerhalb dieses inhomogenen Bereiches ist in der in Figur 1 gezeigten Λusführungsform die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 angeordnet. Nimmt die in Figur 1 gezeigte Sensorvorrichtung 10 in ihrer feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 nun eine Feuchtigkeit auf, so ändert sich der Kapazitätswert der Kondensatoranordnung 20, der wiederum als ein Maß für eine Feuchtigkeitsaufnahme in einer feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 herangezogen werden kann. Die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 ist mit einer feuchtigkeitsdiffusionsvermindernden Barriere 26 abgedeckt. Auf diese Weise wird die Feuchtigkeitsaufnahme der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 mengenmäßig über einen gewissen Zeitraum begrenzt, sodass nicht frühzeitig eine Sättigung der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 eintritt. Auf diese Weise kann ein zunehmender Feuchtigkeitsgehalt über einen langen Zeitraum gewährleistet werden, sodass die Sensorvorrichtung 10 über einen verhältnismäßig langen Zeitraum kontinuierlich eine Feuchtigkeit in der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 aufnehmen kann. Die Feuchtigkeitsaufnahme in der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 kann dabei irreversibel erfolgen, sodass ein umkehrender Effekt einer Feuchtigkeitsabgabe im Wesentlichen verhindert werden kann. Auf diese Weise kann die Sensorvorrichtung 10 Auskunft darüber geben, welcher integralen Feuchtigkeitsbelastung die Sensorvorrichtung und damit auch ein analog angeordnetes, einer Feuchtigkeitsbelastung unterworfenes Bauteil ausgesetzt ist, um auf diese Weise einen Rückschluss auf eine Alterung bzw. eine Korrosion zu erhalten.Capacitor arrangement arranged with a first electrode 21 and a second electrode 22. The plurality of electrodes shown here may each be connected to each other, so that they result in a Elektrodcnanordnung, for example incinerate and thereby form a capacitor arrangement, such as an interdigital capacitor. The capacitor assembly 20 further includes a moisture-absorbing layer 24 disposed with respect to the first electrode and the second electrode such that the capacitor changes its capacitance upon moisture absorption of the moisture-absorbing layer 24. When a moisture absorption of the moisture-absorbing layer 24 water is stored in the moisture-absorbing layer. The water has a relatively high dielectric constant of about 81. Compared to a layered material that has not yet absorbed moisture, the effective relative dielectric constant in the water absorbed state is much higher. In this way, the capacitance value of the capacitor arrangement with the electrodes 21, 22 is changed. The capacitance value of the electrodes 21, 22 is determined not only by the homogeneous region lying between the electrodes, but also by the inhomogeneous region, which is located above the electrodes in the view shown in FIG. Within this inhomogeneous region, the moisture-absorbing layer 24 is arranged in the embodiment shown in FIG. If the sensor device 10 shown in FIG. 1 now absorbs moisture in its moisture-absorbing layer 24, the capacitance value of the capacitor arrangement 20 changes, which in turn can be used as a measure of moisture absorption in a moisture-absorbing layer 24. The moisture-absorbing layer 24 is covered with a moisture diffusion-reducing barrier 26. In this way, the moisture absorption of the moisture-absorbing layer 24 is limited in terms of quantity over a certain period of time, so that saturation of the moisture-absorbing layer 24 does not occur in good time. In this way, an increasing moisture content over a long period of time can be ensured, so that the sensor device 10 over a relatively long period can continuously absorb moisture in the moisture-absorbing layer 24. The moisture absorption in the moisture-absorbing layer 24 can be irreversible, so that a reversing effect of a moisture release can be substantially prevented. In this way, the sensor device 10 can provide information about which integral moisture load the sensor device and thus also an analogously arranged, subjected to a moisture load component is exposed in order to obtain a conclusion on aging or corrosion.
Obgleich in der Figur 1 die Elektroden 21, 22 auf einer Ebene angeordnet sind, können die Elektroden 21 , 22 auch in einer gewölbten Fläche angeordnet sein, die beispielsweise der Krümmung oder der äußeren Form eines Bauteils folgt. Auf diese Weise kann die Sensorvorrichtung einem Bauteil angepasst werden, dessen Korrosionsverhalten überwacht werden soll. In der in Figur 1 gezeigten Anordnung ist zwischen der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 und den Elektroden 21, 22 eine feuchtigkeitsundurchlässige Schicht 23 vorgesehen, die verhindert, dass eine unkontrollierte Feuchtigkeitsaufnahme durch die feuchügkeitsaufnehmende Schicht 24 erfolgt. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist die Schicht 23 zusätzlich auch elektrisch isolierend, sodass die Elektroden 21 , 22 durch die feuchtigkeits aufnehmende Schicht 24 nicht kurzgeschlossen werden, insbesondere wenn die feuchtigkeits aufnehmende Schicht 24 durch die Feuchtigkeitsaufnahme leitfähig wird.Although the electrodes 21, 22 are arranged in one plane in FIG. 1, the electrodes 21, 22 may also be arranged in a curved surface which follows, for example, the curvature or the external shape of a component. In this way, the sensor device can be adapted to a component whose corrosion behavior is to be monitored. In the arrangement shown in FIG. 1, a moisture-impermeable layer 23 is provided between the moisture-absorbing layer 24 and the electrodes 21, 22, which prevents an uncontrolled absorption of moisture by the moisture-absorbing layer 24. In addition, in the embodiment shown in FIG. 1, the layer 23 is also electrically insulating, so that the electrodes 21, 22 are not short-circuited by the moisture-absorbing layer 24, in particular if the moisture-absorbing layer 24 becomes conductive due to the absorption of moisture.
Figur 2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Sensorvorrichtung. Ebenso wie in Figur 1 sind die Elektroden 21, 22 auf einer Fläche 7 ausgebildet, die auch in der hier gezeigten Ausführungsform sowohl eben als auch gekrümmt sein kann. Oberhalb der bereits beschriebenen feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht ist eine feuchtigkeitstransportieren.de Schicht 25 vorgesehen, die einen Feuchtigkeitstransport zu der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 erlaubt. In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform sind beide Schichten durch eine diffusionsvermindernde Barriere 26 abgedeckt. Die feuchtigkeitsdiffusionsvermindernde Barriere 26 kann ungeachtet desFIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a sensor device. As in FIG. 1, the electrodes 21, 22 are formed on a surface 7 which, in the embodiment shown here, can be both planar and curved. Above the moisture-absorbing layer already described is a Moisture transporting layer 25 is provided, which allows a moisture transport to the moisture-absorbing layer 24. In the embodiment shown in FIG. 2, both layers are covered by a diffusion-reducing barrier 26. The moisture diffusion-reducing barrier 26 can be used regardless of
Vorhandenseins der Transportschicht 25 sowohl eine separat ausgebildete Schicht sein, als auch in einer modifizierten Oberfläche einer Trägerschicht stehen. In letzterem Fall ist die feuchtigkeitsdiffusionsvermindernde Barriere wesentlich dünner ausgestaltet. Als Trägerschicht für die diffusionsvermindernde Barriere 26 kann dabei sowohl die Transportschicht 25 als auch die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 dienen. Eine Oberflächenmodifikation kann beispielsweise durch eine Plasmabehandlung erfolgen. Die in den Figuren dargestellten Schichten müssen nicht zwangsweise eine einheitliche Dicke aufweisen, sondern können auch unterschiedliche Dicken aufweisen. Ferner kann die Dicke auch über die Flächenausdehnung vaiiieren.Presence of the transport layer 25 may both be a separately formed layer, as well as in a modified surface of a carrier layer. In the latter case, the moisture diffusion-reducing barrier is made substantially thinner. As the carrier layer for the diffusion-reducing barrier 26, both the transport layer 25 and the moisture-absorbing layer 24 can serve. A surface modification can be done for example by a plasma treatment. The layers shown in the figures need not necessarily have a uniform thickness, but may also have different thicknesses. Furthermore, the thickness can also be configured over the surface area.
Figur 3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung. In der in Figur 3 gezeigten Aus führ ungs form sind die Elektroden 21, 22 wiederum auf einer Fläche 7 angeordnet. In der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 sind die in der in Figur 3 gezeigten Aus führungs form feuchtigkeitsaufnehmende Materialien eingebettet, beispielsweise in Form von Partikeln 27. Dabei können die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 und die Transportschicht 25 in einet gemeinsamen Polymermatrix ausgestaltet sein, wobei lediglich in der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 die feuchtigkeitsaufnehmenden Partikel 27 vorgesehen sind. Selbstverständlich können die Schichten 24 und 25 auch bei einem Vorsehen von feuchtigkeitsaufnehmendem Material bzw. Partikeln 27 separat ausgestaltet sein, so wie es in den Figuren 1 und 2 geschrieben ist. Ferner ist wiederum eine feuchtigkeitsdiffusionsvermindernde Barriere 26 vorgesehen, die aυch in dieser Ausführungsform sowohl als separate Schicht als auch als Oberflächenmodifizierte Schicht ausgestaltet sein kann. Es sei angemerkt, dass insbesondere in der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform eine Polymermatrix vorgesehen sein kann, in der in einer bestimmte Schicht ein feuchtigkeitsaufnehmendes Material 27 vorgesehen ist, in einer darüber liegenden Schicht lediglich die Polymermatrix ohne ein eingelagertes feuchtigkeitsaufnehmendes Material als Transportschicht 25 vorgesehen ist, und die Polymermatrix an ihrer Oberfläche oberflächenmodifiziert ist derart, dass die oberflächenmodifizierte Oberfläche eine feuchtigkeitsdiffusionsverminderndc Barriere 26 darstellt. Eine derartige Anordnung ist in Figur 4 dargestellt. Insofern die Polymermatrix und das darin eingebettete feuchtigkeitsaufnehmende Material die Elektroden 21, 22 nicht kurzschließt, kann die Polymermatrix auch unmittelbar auf die Elektrode 21 , 22 aufgebracht werden. Auf diese Weise kann eine einheitliche Polymermatrix ausgebildet werden, in der in Elektrodennähe ein feuchtigkeitsaufnehmendes Material, beispielsweise in Form von eingelagerten Partikeln 27 vorgesehen sein kann, eine darüber liegende Transportschicht verwirklicht werden kann, und an der von den Elektroden abgewandten Oberfläche der Polymermatrix eine feuchtigkeitsdiffusionsvermindernde Barriere 26 realisiert werden kann. Auf diese Weise lässt sich verhältnismäßig effizient und einfach eine Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung herstellen.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention. In the embodiment shown in FIG. 3, the electrodes 21, 22 are again arranged on a surface 7. Moisture-absorbing materials are embedded in the moisture-absorbing layer 24 in the form shown in FIG. 3, for example in the form of particles 27. The moisture-absorbing layer 24 and the transport layer 25 can be configured in a common polymer matrix, wherein only in the moisture-absorbent layer 24, the moisture-absorbing particles 27 are provided. Of course, the layers 24 and 25 may be configured separately even when providing moisture-absorbing material or particles 27, as it is written in Figures 1 and 2. Furthermore, a moisture diffusion-reducing barrier 26 is again provided which In this embodiment, it may be configured both as a separate layer and as a surface-modified layer. It should be noted that, in particular in the embodiment shown in FIG. 3, a polymer matrix may be provided in which a moisture-absorbing material 27 is provided in a specific layer, in an overlying layer only the polymer matrix without an interposed moisture-absorbing material as transport layer 25 is provided , and the polymer matrix is surface-modified on its surface such that the surface-modified surface is a moisture diffusion-reducing barrier 26. Such an arrangement is shown in FIG. Insofar as the polymer matrix and the moisture-absorbing material embedded therein does not short-circuit the electrodes 21, 22, the polymer matrix can also be applied directly to the electrode 21, 22. In this way, a uniform polymer matrix can be formed in which a moisture-absorbing material, for example in the form of embedded particles 27 can be provided near the electrodes, an overlying transport layer can be realized, and a moisture diffusion-reducing barrier on the surface of the polymer matrix facing away from the electrodes 26 can be realized. In this way, a sensor device according to the present invention can be produced relatively efficiently and simply.
Figur 5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung 10. Während die Sensorvorrichtung gemäß Figuren 1 bis 4 im Wesentlichen für eine Feuchtigkeitsaufnahme von einer Seite ausgelegt waren, ist die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform für eine Feuchtigkeitsaufnahme von zwei Seiten vorgesehen. Die Elektroden 21, 22 eines Kondensators sind hier in eine Schicht 23 eingebettet, die feuchtigkeitsundurchlässig ist. Diese Schicht 23 kann bei Bedarf zudem elektrisch isolierend ausgestaltet sein. In unmittelbarer Nähe zu den Elektroden 21, 22 ist beidseitig eine feυchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 vorgesehen, die jeweils zu der den Elektroden zugewandten Seite durch die feuchtigkeitsundurchlässige Schicht 23 gegen Feuchtigkeit abgedichtet ist. Die von den Elektroden 21 , 22 abgewandte Seite der feuchügkeitsaufnehmenden Schicht 24 ist hingegen mit einer feuchtigkeitsdiffusionsvermindernden Barrieren 26 ausgestaltet. Diese Barriere kann beispielsweise eine separate Schicht, jedoch ebenso eine modifizierte Oberfläche eines Trägermaterials darstellen. Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform ist beispielsweise für eine aufrechte Montage geeignet, die eine Feuchtigkeitsaufnahme von beiden Seiten der Kondensatoranordnung erlaubt. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit der Kondensatoranordnung erhöht. Es sei verstanden, dass die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform im Wesentlichen eine Verdoppelung der Figuren 1 bis 4 gezeigten Sensorvorrichtungen darstellt, die bezüglich der Ebene 7 gespiegelt verdoppelt ausgestaltet ist. Dabei entspricht die konkrete in Figur 5 gezeigte Ausführungsform der verdoppelten Anordnung gemäß Figur 1. Es sei jedoch verstanden, dass ebenso die in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Anordnungen analog gedoppelt ausgeführt sein können.FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a sensor device 10. While the sensor device according to FIGS. 1 to 4 was designed essentially for a moisture absorption from one side, the embodiment shown in FIG. 5 is provided for a moisture absorption from two sides. The electrodes 21, 22 of a capacitor are embedded here in a layer 23 which is moisture impermeable. If necessary, this layer 23 can also be made electrically insulating. In close proximity to the electrodes 21, 22 is a moisture-absorbing layer 24 is provided on both sides, which is sealed against moisture by the moisture-impermeable layer 23 in each case toward the side facing the electrodes. The side of the moisture-absorbing layer 24 facing away from the electrodes 21, 22, on the other hand, is designed with a barrier 26 which reduces moisture diffusion. This barrier may, for example, constitute a separate layer but also a modified surface of a carrier material. The embodiment shown in FIG. 5 is suitable, for example, for an upright mounting which allows a moisture absorption from both sides of the capacitor arrangement. In this way, the sensitivity of the capacitor arrangement is increased. It should be understood that the embodiment shown in FIG. 5 essentially represents a duplication of the sensor devices shown in FIGS. 1 to 4, which is designed to be mirrored doubled with respect to the plane 7. In this case, the concrete embodiment shown in FIG. 5 corresponds to the doubled arrangement according to FIG. 1. However, it should be understood that the arrangements shown in FIGS. 2, 3 and 4 can likewise be designed to be doubled in an analogous manner.
Figur 6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der in unmittelbarer Nähe zu den Elektroden 21 , 22 die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 vorgesehen ist. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen weist die in Figur 6 gezeigte Ausführungsform keine feuchtigkeitsundurchlässige Schicht 23 auf. Vielmehr deckt die feuchügkeitsdiffusionsvermindernde Barriere 26 die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht an beiden Seiten ab. Auf diese Weise ist eine Feuchtigkeitsaufnahme nicht nur von der von den Elektroden 21 , 22 abgewandten Seite der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 möglich, sondern auch auf der den Elektroden 21 , 22 zugewandten Seite, quasi durch die Elektrodenanordnung hindurch. Ebenso sei verstanden, dass die Elektroden 21, 22 unmittelbar an die feuchtigkeitsdiffusionsmindernde Barriere 26 angrenzen können, somit die Anordnung der feuchtigkcitsaufnehmenden Schicht 24 und der fcuchtigkeitsdiffusionsmindernden Barriere 26 als Träger für die Elektrodenanordnung 21, 22 dienen kann. Wenn auch in Figur 6 nicht explizit gezeigt, so kann jedoch analog auch eine Feuchtigkeitstransportschicht 25 vorgesehen sein, die sowohl einseitig als auch zweiseitig auf der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 vorgesehen sein kann. Ebenso kann wiederum eine Polymermatrix vorgesehen sein, in die in einer bestimmten Schicht 24 ein feuchtigkeitsaufnehmendes Material, beispielsweise in Form von Partikeln 27 eingebettet ist. Weiterhin kann eine feuchügkeitstransportierende Schicht 25 in der Polymermatrix vorgesehen sein. Durch Modifizierung der Oberfläche kann die Polymermatrix ebenso die feuchtigkeitsdiffusionsmindernde Barriere ausbilden, wobei die Barriere sowohl unmittelbar auf der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht, als auch auf der feuchtigkeitslransporticrenden Schicht 25 vorgesehen sein kann.FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the moisture-absorbing layer 24 is provided in the immediate vicinity of the electrodes 21, 22. In contrast to the embodiments described above, the embodiment shown in FIG. 6 does not have a moisture-impermeable layer 23. Rather, the moisture-diffusion-reducing barrier 26 covers the moisture-receiving layer on both sides. In this way, a moisture absorption is possible not only from the side facing away from the electrodes 21, 22 side of the moisture-absorbing layer 24, but also on the electrodes 21, 22 side facing, quasi through the electrode assembly. Likewise, it should be understood that the electrodes 21, 22 can directly adjoin the moisture diffusion-reducing barrier 26, thus the Arrangement of the moisture absorption layer 24 and the moisture diffusion-reducing barrier 26 can serve as a support for the electrode arrangement 21, 22. Although not explicitly shown in FIG. 6, a moisture transport layer 25 can also be provided in an analogous manner, which can be provided on the moisture-absorbing layer 24 both on one side and on both sides. Likewise, in turn, a polymer matrix may be provided in which a moisture-absorbing material, for example in the form of particles 27, is embedded in a specific layer 24. Furthermore, a moisture transporting layer 25 may be provided in the polymer matrix. By modifying the surface, the polymer matrix may also form the moisture diffusion-reducing barrier, which barrier may be provided both directly on the moisture-receiving layer and on the moisture-transporting layer 25.
Es sei angemerkt, dass die in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Λusführungsformcn sämtlich Kondensatoranordnungen eines Interdigitalkondensators darstellen können, bei denen die entsprechenden Elektroden als langgezogene Elektroden kammförmig oder mäanderförmig ineinandergreifen, um auf diese Weise eine kapazitätstragende Kondensatoranordnung darzustellen. Wie den Figuren 1 bis 6 zu entnehmen ist, kann eine derartige Kondensatoranordnung insbesondere auf einer Fläche 7 ausgebildet werden, sodass die ansonsten für Plattenkondensatoren übliche geschichtete Elektrodenanordnung entfallen kann. Vielmehr weist ein derartiger Interdigitalkondcnsator einen verhältnismäßig geringen bzw. keinen homogenen Bereich auf, sondern im Wesentlichen nur inhomogene Bereiche. Dieses macht den Interdigitalkondcnsator jedoch empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen, sodass dieser besonders geeignet ist für Sensor- bzw. Detektoranordnungen. Figur 7 zeigt eine Anordnung einer Sensorvorrichtung mit einer Kondensatoranordnung 20 sowie einer Induktivitätsanordnung 30. Sowohl die Induktivitätsanordnung 30 als auch die Kondensatoranordnung 20 sind derart ausgestaltet, dass sie auf einer Fläche bzw. einer Ebene ausgebildet werden können. Dies macht eine derartige Anordnung geeignet, um diese beispielsweise auf Schaltkreisplatinen anzubringen, die eine verhältnismäßig geringe Bauhöhe aufweisen. Eine derartige Zusammenschaltung von Induktivität und Kondensator stellt einen Schwingkreis dar, der bei einer unveränderten Geometrie eine charakteristische Schwingkreisfrequenz ausbildet. Diese Schwingkreisfrequenz ist im Wesentlichen von der Induktivität und der Kapazität abhängig. Wird nun dieIt should be noted that the embodiments shown in FIGS. 1 to 6 may all represent capacitor arrangements of an interdigital capacitor, in which the corresponding electrodes mesh in the form of elongated electrodes in a comb or meander shape, in order to represent a capacitor-carrying capacitor arrangement. As can be seen from FIGS. 1 to 6, such a capacitor arrangement can be formed, in particular, on a surface 7, so that the layered electrode arrangement otherwise customary for plate capacitors can be dispensed with. Rather, such an interdigital condenser has a relatively small or no homogeneous region, but essentially only inhomogeneous regions. However, this makes the Interdigitalkondcnsator sensitive to external influences, so that it is particularly suitable for sensor or detector arrangements. FIG. 7 shows an arrangement of a sensor device with a capacitor arrangement 20 and an inductance arrangement 30. Both the inductance arrangement 30 and the capacitor arrangement 20 are designed such that they can be formed on a surface or a plane. This makes such an arrangement suitable for attaching these, for example, to circuit boards having a relatively low height. Such an interconnection of inductance and capacitor represents a resonant circuit, which forms a characteristic resonant circuit frequency with an unchanged geometry. This resonant circuit frequency is essentially dependent on the inductance and the capacitance. Will now the
Kondensatoranordnung 20 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit einer feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 versehen, so kann die Schwingkreisfrequenz durch die Veränderung der Kapazität der Kondensatoranordnung 20 verändert werden. Eine derartige Anordnung ist in Figur 8 gezeigt. Dabei bleibt im Wesentlichen die Geometrie sowohl derCapacitor assembly 20 according to the embodiments described above, provided with a moisture-absorbing layer 24, the resonant circuit frequency can be changed by changing the capacitance of the capacitor assembly 20. Such an arrangement is shown in FIG. Essentially, the geometry of both the
Induktivitätsanordnung 30 als auch der Kondensatoranordnung 20 unverändert. Die im Wesentlichen einzige Veränderung bezüglich der Kapazität der Kondensatoranordnung 20 erfolgt durch die Feuchtigkeitseinlagerung in der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24, durch die sich die Kapazität der Kondensatoranordnung 20 verändert. Auf diese Weise ändert sich zugleich auch die Schwingkreisfrequenz, sodass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises bzw. eine Verschiebung der Resonanzfrequenz als Messgröße verwendet werden kann um letztlich die Feuchtigkeitsaufnahme in der feuchtigkeitsaufnehmenden Schicht 24 zu ermitteln.Inductance 30 and the capacitor assembly 20 unchanged. The substantially only change in the capacitance of the capacitor assembly 20 is due to the moisture in the moisture-absorbing layer 24, through which the capacitance of the capacitor assembly 20 changes. In this way, at the same time the resonant circuit frequency changes, so that the resonant frequency of the resonant circuit or a shift of the resonant frequency can be used as a measure to ultimately determine the moisture absorption in the moisture-absorbing layer 24.
Die in den Figuren 7 und 8 gezeigten Anordnungen können beispielsweise in einer sehr flachen Bauform ausgestaltet sein. Weiterhin können die in den Figuren 7 und 8 gezeigten Anordnungen als sogenannten Radio-Frequency-Identifier-RFID Bauteile ausgestaltet sein, die mittels eines äußeren magnetischen Wechselfeldes zu einer Schwingung angeregt werden können, sodass diese RFID aufgrund der sich dann einstellenden Resonanzfrequenz des Schwingkreises eine Information darüber abgeben, welchen Feuchtigkeitseinlagerungsgrad die feuchtigkeitsaufnehmende Schicht 24 erreicht hat. Auf diese Weise kann ohne eine elektrische Kontaktierung die Sensorvorrichtung 10 ausgelesen werden. Insbesondere kann die Integrität der Kondensatoranordnung gewahrt bleiben, sodass kein äußerer elektrischer Zugang notwendig ist.The arrangements shown in FIGS. 7 and 8 can be designed, for example, in a very flat design. Furthermore, the arrangements shown in Figures 7 and 8 as so-called Radio Frequency Identifier RFID components be configured, which can be excited by means of an external magnetic alternating field to a vibration, so that these RFID give due to the then adjusting the resonant frequency of the resonant circuit information about what moisture storage level has reached the moisture-absorbing layer 24. In this way, the sensor device 10 can be read without an electrical contact. In particular, the integrity of the capacitor arrangement can be maintained, so that no external electrical access is necessary.
Es sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung neben denIt should be noted that the present invention besides the
Einsatzbereichen der Luftfahrt ebenso in anderen Bereichen eingesetzt werden kann, wo es um die Überwachung von Feuchtigkeitszuständen oder Korrosionsgefährdungen geht. Insbesondere können derartige Vorrichtungen eingesetzt werden, wenn es um die Überwachung von erlaubten Luftfeuchtigkeitswerten geht, um beispielsweise auch von Consumer-Produkten die Einhaltung von beispielsweise Gewährleistungsbedingungen überwachen zu können.Areas of application of aviation can also be used in other areas, where it is about the monitoring of moisture conditions or corrosion hazards. In particular, such devices can be used when it comes to the monitoring of permitted humidity values, for example, to be able to monitor compliance of consumer products, for example, warranty conditions.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein" und „eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.It should be noted that the term "comprising" does not exclude other elements or method steps, just as the term "a" and "an" does not exclude multiple elements and steps.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird. BEZUGSZEICHENUSTEThe reference numerals used are for convenience of reference only and are not to be considered as limiting, the scope of the invention being indicated by the claims. BEZUGSZEICHENUSTE
10 Sensorvorrichtung10 sensor device
7 Fläche in der die Kondensatoreleklroden angeordnet sind7 area in which the Kondensatoreleklroden are arranged
20 Kondensatoranordnung20 capacitor arrangement
21 erste Elektrode21 first electrode
22 zweite Elektrode 23 feuchtigkeitsundurchlässige Schicht22 second electrode 23 moisture-impermeable layer
24 feuchtigkeitsaufnehmcnde Schicht24 moisture-absorbing layer
25 Transpoilschicht25 transpoil layer
26 feuchtigkeitsdiffusionsvermindernde Barriere26 moisture diffusion-reducing barrier
27 feuchtigkeits aufnehm ende s Material 30 Induktivität 27 moisture absorption s material 30 inductance
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