Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Feuchtigkeit eines Gegenstands, insbesondere der Feuchtigkeit der menschlichen Haut.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Hautfeuchtigkeitsmessgeräten bekannt, die allesamt gewisse Nachteile aufweisen. Insbesondere ist es schwierig, bei solchen Feuchtigkeitsmessgeräten auf einfache Weise berührungslos unverfälschte Messwerte jeweils von derselben Stelle der Haut zu erlangen. Zudem ist es bei aus dem Stand der Technik bekannten Tischgeräten zwar möglich, unter Laborbedingungen zu messen, diese sind aber nicht mobil. Bei Impedanzverfahren ist galvanischer Hautkontakt und damit eine Spannungsversorgung erforderlich. Die ermittelten Daten sind nicht mobil digital verfügbar oder weiterverarbeitbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Probleme zu lösen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Feuchtigkeit eines Gegenstands, insbesondere der Feuchtigkeit der menschlichen Haut, umfassend eine elektrisch isolierende Trägerschicht, auf der die folgenden Einheiten aufgebracht sind:

- zumindest zwei Elektroden, insbesondere Interdigitalelektroden, die auf einer ersten Seite der Trägerschicht angeordnet sind,

- eine digitale Kapazitätsmesseinrichtung, an die die Elektroden angeschlossen sind,

- einen NFC-Transponder mit einer Antenne, dem die Messergebnisse der Kapazitätsmesseinrichtung zur Weiterleitung mittels Funk über die Antenne zugeführt sind, wobei der NFC-Transponder und die Kapazitätsmesseinrichtung insbesondere im selben Chip angeordnet sind, und

- eine Schirmung, die auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht liegt und insbesondere mit der Systemmasse der Kapazitätsmesseinrichtung verbunden ist.

Eine solche Anordnung hat zudem den Vorteil, dass sie massentauglich ist und günstig herstellbar ist sowie eine einfache Anwendung im Hinblick auf das Auslesen der ermittelten Gegenstands- oder Hautfeuchtigkeitsmesswerte ermöglicht. Weiters ist aufgrund der Berührungslosigkeit der Initiierung des Messens nur eine geringe Anpressdruckabhängigkeit der Messwerte gegeben. Dies ist speziell bei kompressiblen Gegenständen, wie beispielsweise Haut, wichtig. Daraus resultiert eine geringe Beeinflussung des Messwerts, da die Messung auf Anfrage eines externen Datenkommunikationsgeräts insgesamt berührungslos erfolgt.

Um eine ortsfeste Messung insbesondere jeweils an der gleichen Stelle des menschlichen Körpers zu ermitteln und eine Vielzahl mehrerer Messungen jeweils an derselben Stelle vornehmen zu können, kann vorgesehen sein, dass eine Isolationsschicht vorgesehen ist, die auf derjenigen Seite der Trägerschicht angeordnet ist, die der Schirmung gegenüberliegt und auf den Elektroden aufliegt, wobei insbesondere die Isolationsschicht an der den Elektroden abgewandten Seite klebend ausgebildet ist.

Eine einfach zu fertigende Ausführungsform der Erfindung kann erreicht werden, indem , die Isolationsschicht eine Folie aufweist, an deren den Elektroden zugewandten Seite eine erste Verbindungsschicht, insbesondere Klebeschicht, angeordnet ist, die die Folie, insbesondere klebend, mit den Elektroden und/oder der Trägerschicht verbindet, und an der anderen Seite der Folie, die den Elektroden abgewandt ist, eine zweite Klebeschicht zum Anhaften an den Gegenstand vorhanden ist.

Um den Einfluss der Trägerschicht und Klebeschicht auf die Messung zu verringern und einen größeren Einfluss der eigentlichen Messgröße, nämlich der (Haut)feuchtigkeit, auf die gemessene Kapazität zu erreichen und parasitäre Wirkungen zu verringern, kann vorgesehen sein, dass die Trägerschicht und/oder die Isolationsschicht eine relative Permittivität von weniger als 20, insbesondere von weniger als 5, aufweisen.

Um den manuellen Zugriff auf die Schirmung bzw. die elektronischen Bauteile zu verhindern und die elektronischen Bauteile gegen Feuchte und mechanische Einflüsse zu schützen, kann vorgesehen sein, dass auf der Seite der Trägerschicht, an der sich die Schirmung befindet, eine Deckschicht angeordnet ist.

Um die Beeinflussung durch externe Felder zu verringern und die Schirmung zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Deckschicht elektrisch isolierend ausgebildet ist und die Schirmung vor Zugriffen von au ßen elektrisch isoliert. Eine besonders einfache Herstellung der Antenne mittels gedruckter Schaltungen kann erreicht werden, indem die Windungen der Antenne als leitfähige Schicht auf einer Seite der Trägerschicht aufgebracht und angeordnet sind.

Um eine Anpassung der Anordnung an nicht planare Oberflächen, wie sie auf der menschlichen Haut typisch sind, zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Trägerschicht und/oder die Isolierschicht und/oder die Abdeckschicht einen flexiblen Aufbau aufweisen.

Um eine Aufzeichnung von Datenwerten ohne Interaktion des Anwenders zu erreichen und diese Datenwerte zeitversetzt auszulesen, kann vorgesehen sein, eine Batterie vorhanden ist, die an den Kapazitätsmesseinrichtung angeschlossen ist, und insbesondere

die Kapazitätsmesseinrichtung zu vorgegebenen Zeitpunkten die Kapazität zwischen den Elektroden misst und diese in einem Datenzwischenspeicher abspeichert, wobei der NFC- Transponder sämtliche im Datenzwischenspeicher befindlichen Kapazitätsmesswerte auf Anfrage überträgt.

Alternativ ist es auch möglich, dass der NFC-Transponder die Kapazitätsmesseinrichtung mit in einem Energiezwischenspeicher abgespeicherten Energie, die aus dem die Antenne umgebenden elektromagnetischen Feld entnommen wurde, versorgt.

Zur Verringerung des Einflusses mechanischer Belastungen auf das Messergebnis kann vorgesehen sein, dass auf der Trägerschicht, insbesondere auf allen Seiten, ein Rand vorgesehen ist, der frei von Elektroden ist, wobei die Breite des Randes der Trägerschicht dabei zumindest 15%, insbesondere zumindest 30% der längsten Abmessung des von den Elektroden beanspruchten Flächenbereichs misst.

Zur Verringerung des Einflusses mechanischer Belastungen auf das Messergebnis kann auch vorgesehen sein, dass auf derjenigen Seite der Trägerschicht, die den Elektroden gegenüberliegt, ein Entlastungselement vorgesehen ist, das von der Trägerschicht absteht und innerhalb eines Randbereichs um die Elektroden angeordnet ist, dessen Breite größer ist als 15% der längsten Abmessung des von den Elektroden umfassten Flächenbereichs. Ein mechanisch einfacher und stabiler Aufbau, der den Einfluss mechanischer Belastungen auf das Messergebnis weiter verringert, sieht vor, dass das Entlastungselement eine Dicke von zwischen 0,5mm und 2 mm aufweist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der im Folgenden dargestellten Zeichnungsfiguren näher erörtert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt im Detail die elektrischen Verhältnisse zwischen zwei Elektroden, die an die menschliche Haut angelegt sind. Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Anordnung von dem zu untersuchenden Gegenstand aus gesehen. Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Kapazitätsmesseinrichtung und der NFC-Transponder auf der den Elektroden gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht angeordnet sind. Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem im Träger vorgesehenen Rand. Fig. 6 und 7 zeigen eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem auf dem Träger angeordneten Entlastungselement.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung 2 zur Bestimmung der Feuchtigkeit eines Gegenstands 1 weist eine elektrisch isolierende Trägerschicht 21 auf. An einer Seite der elektrisch isolierenden Trägerschicht 21 befinden sich zwei Elektroden 22a, 22b, die, wie in Fig. 3 dargestellt, als Interdigitalelektroden ausgebildet sind. Weiters ist in Fig. 1 eine digitale Kapazitätsmesseinrichtung 23 dargestellt, an die die Elektroden 22a, 22b angeschlossen sind (Fig. 3). Im selben Chip wie die Kapazitätsmesseinrichtung 23 ist auch ein NFC-Transponder 24 angeordnet, der an eine Antenne 25 angeschlossen ist, die im Umfangsbereich der Anordnung 2 angeordnet ist. Die Kapazitätsmesseinrichtung 23 sowie der NFC-Transponder 24 können auch in getrennten Chips angeordnet sein.

Dem NFC-Transponder 24 sind die Messergebnisse der Kapazitätsmesseinrichtung 23 zugeführt. Gelangt eine Anfrage von einem externen Datenkommunikationsgerät über die Antenne 25 an den NFC-Transponder 24, so triggert dieser die Kapazitätsmesseinrichtung 23 zur Messung der Kapazität an ihrem Eingang, das heißt zwischen den an sie angeschlossenen Elektroden 22a, 22b. Die Kapazitätsmesseinrichtung 23 misst die zwischen den Elektroden 22a, 22b vorgegebene Kapazität und leitet das Messergebnis an den NFC-Transponder 24 weiter, der das Messergebnis über die Antenne 25 an das externe Datenkommunikationsgerät übermittelt. Zur Energieversorgung des NFC-Transponders 24 und der Kapazitätsmesseinrichtung 23 wird üblicherweise über die Antenne 25 vom NFC- Transponder 24 Energie aus dem Feld des externen Datenkommunikationsgeräts entzogen und vom NFC-Transponder 24 oder von der Kapazitätsmesseinrichtung 23 in einem dafür vorgesehenen Energiezwischenspeicher zwischengespeichert. Dabei wird dem die Antenne 25 umgebenden Feld so viel Energie entzogen und im Energiezwischenspeicher zwischengespeichert, dass der jeweils durchzuführende Messvorgang abgeschlossen werden kann.

Weiters weist die Anordnung 2 eine Schirmung 26 auf, die an der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite, das heißt auf der den Elektroden gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht, liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schirmung mit der Systemmasse der Kapazitätsmesseinrichtung 23 verbunden. Es bestehen aber auch andere Möglichkeiten, beispielsweise kann die Schirmung auch an das aktive Potential angeschlossen werden oder bei entsprechend größerer Ausführung auch überhaupt unkontaktiert bleiben.

Alternativ kann der Schirm nicht durchgängig sein, sondern exakt über der Kontur der Elektroden liegen. Somit ergeben sich zwei unterschiedliche, voneinander getrennte Schirmungen.

Weiters umfasst diese Ausführungsform der Erfindung auch eine Isolationsschicht 28, die auf derjenigen Seite der Trägerschicht angeordnet ist, die der Schirmung 26 gegenüber liegt bzw. an den Elektroden 22a, 22b anliegt oder auf diesen aufliegt. Die Isolationsschicht 28 ist an der den Elektroden 22a, 22b abgewandten Seite klebend ausgebildet. Wie sich weiter aus Fig. 1 ergibt, besteht die Isolationsschicht 28 aus drei Teilschichten, nämlich einer zentralen Folie 282 sowie einer ersten Klebeschicht 281 , die zwischen der Folie und den Elektroden 22a, 22b liegt und einer zweiten Klebeschicht 283, die dem Gegenstand 1 , insbesondere der zu untersuchenden menschlichen Haut, zugewandt ist. Daneben bestehen auch zahlreiche andere Möglichkeiten, eine Isolationsschicht herzustellen, etwa als Laminatverbund.

In Fig. 2 ist schematisch die Kapazitätsmessung zwischen den beiden Elektroden 22a, 22b dargestellt. Zwischen den beiden Elektroden 22a, 22b wird ein elektrisches Wechselfeld angelegt, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Frequenz von etwa 100 kHz aufweist. Grundsätzlich können zur Messung der Leitfähigkeit der Haut Frequenzen von etwa 40 kHz bis etwa 500 kHz verwendet werden. Eine Möglichkeit der Kapazitätsmessung kann vorgenommen werden, indem die integrierte Kapazitätsmesseinrichtung 23 ein Sigma-Delta Verfahren ausführt, bei welchem der unbekannte Kondensator mit einer fixen Spannung gepulst wird. Die Anzahl der Pulse, die notwendig ist, um eine fixe Referenz zu erreichen, erlaubt Rückschlüsse auf die Kapazität.

Im Zwischenbereich zwischen den beiden Elektroden 22a, 22b bildet sich eine Kapazität aus, die für die vorliegende Messung als parasitär betrachtet werden kann und die von der eigentlichen Messgröße, nämlich der Feuchte des Gegenstands, insbesondere der Haut, im obersten Bereich des Gegenstands 1 nicht beeinflusst ist. Das von den beiden Elektroden 22a, 22b ausgehende elektrische Feld dringt durch die Isolationsschicht 28 hindurch in den Gegenstand 1 bzw. in dessen obere Bereiche ein. Hierdurch wird die zwischen den beiden Elektroden gemessene Kapazität abhängig vom Wassergehalt in den jeweils oberen Hautschichten. Um eine Beeinflussung der Messung durch die Trägerschicht oder die Klebeschicht zu vermeiden, werden als Materialien für die Trägerschicht 21 und die Isolationsschicht 28 Materialien mit einer geringen relativen Permittivität von weniger als 20, insbesondere von weniger als 5, verwendet. Typische Materialien für die Trägerschicht sind etwa Kunststoffe, wie PET oder Polyimid, bzw. Polyesterfolien; typische Materialien für Klebstoffe wären z.B. Acrylatpolymere.

Die Trägerschicht 21 , die Isolationsschicht 28 und die Abdeckschicht 27 sind grundsätzlich als flexible und flache Schichten ausgebildet, um eine Anpassung an nicht planare Oberflächen zu ermöglichen.

Zum Schutz der verwendeten elektronischen Komponenten auf der Trägerschicht 21 ist auf der Seite der Trägerschicht 21 , an der sich die Schirmung 26 befindet, eine Deckschicht 27 angeordnet, die sämtliche elektronischen Komponenten, insbesondere die Schirmung abdeckt. Die Deckschicht 27 ist elektrisch isolierend ausgebildet und isoliert die Schirmung 26 vor Zugriffen von au ßen, hierdurch wird auch ein auch mechanischer Basisschutz gewährleistet. In der alternativen Ausführungsform der Fig. 4 sind neben der Abschirmung 26 auch der Chip umfassend den NFC-Transponder 24 und die Kapazitätsmesseinrichtung 23 sowie die Antenne 25 auf der den Elektroden 22a, 22b gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht 21 angeordnet. Auch diese Komponenten werden, wie in Fig. 4 dargestellt, von der Deckschicht 27 vor Zugriffen von au ßen geschützt. Sowohl bei der in Fig. 1 als auch bei der in Fig. 4 darstellten Ausführungsform ist die Antenne als leitfähige Schicht ausgebildet, die vollständig auf einer Seite der Trägerschicht 21 aufgebracht oder angeordnet ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Antenne als Schicht auf derselben Seite wie die Elektroden 22a, 22b angeordnet. Insbesondere können die Elektroden wie auch die Antenne 25 als gedruckte Schaltung auf der Trägerschicht 21 angeordnet sein. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Antenne bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in einem Überkreuzungsbereich zwischen den Punkten 251 , 252 an der den Elektroden abgewandten Seite der Trägerschicht geführt.

Bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, anstelle oder zusätzlich zur Entnahme der Energie aus dem elektromagnetischen Feld mittels der Antenne auch eine in den Fig. nicht dargestellte Batterie vorzusehen, an die die Kapazitätsmesseinrichtung 23 und gegebenenfalls auch der NFC-Transponder 24 angeschlossen sind. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Kapazitätsmesseinrichtung 23 zu automatisch vorgegebenen Zeitpunkten die Kapazität zwischen den Elektroden 22a, 22b misst und diese in einem Datenzwischenspeicher abspeichert, der ebenfalls im Chip gemeinsam mit dem NFC-Transponder 24 und der Kapazitätsmesseinrichtung 23 integriert sein kann. Auf Anfrage eines externen Datenkommunikationsgeräts besteht die Möglichkeit, dass sämtliche im Datenzwischenspeicher abgespeicherten Kapazitätsmesswerte vom NFC-Transponder 24 an das externe Datenkommunikationsgerät übertragen werden.

Die beiden im Folgenden dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind geeignet, die Einflüsse von unkonstantem Anpressdruck auf die Messergebnisse zu unterdrücken bzw zu minimieren.

In Fig. 5 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die bis auf die im Folgenden dargestellten Details der in Fig. 1 oder Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Bei dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist auf allen Seiten der Trägerschicht 21 ein Rand 21 a vorgesehen, der frei von Elektroden 22a, 22b ist. Die Breite des Randes 21 a der Trägerschicht 21 misst dabei zumindest 15%, insbesondere zumindest 30% der längsten Abmessung des von den Elektroden 22a, 22b beanspruchten Flächenbereichs 220. Ist der die Elektroden 22a, 22b tragende Flächenbereich 220 wie in dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet, so kann die Trägerschicht 21 ebenfalls rechteckig ausgebildet sein, wobei ein umlaufender Rand 21 a vorgesehen ist. Die Breite des Rands 21 a entspricht in der dargestellten Ausführungsform 50% der jeweiligen Kantenlänge des rechteckigen Flächenbereichs 220. Um signifikante Verbesserungen der Messung zu erzielen, reicht mitunter auch ein Rand 21 a mit einer Breite von mindestens 15% der jeweiligen Kantenlänge des rechteckigen Flächenbereichs 220.

In Fig. 6 und 7 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, die bis auf die im Folgenden dargestellten Details der in Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung entspricht.

Auf derjenigen Seite des Trägers 21 , die dem Gegenstand 1 abgewandt ist bzw die den Elektroden 22a, 22b gegenüber liegt, befindet sich ein Entlastungselement 29, das in der vorliegenden Ausführungsform als Entlastungsring 29 ausgebildet ist. Das Entlastungselement 29 umgibt die Elektroden 22a, 22b derart, dass bei Auflage eines flachen Gegenstands 3 wie insbesondere eines Lesegeräts 3, insbesondere in Form eines Mobiltelefons 3, auf dem Entlastungselement 29, Auflagekräfte nicht auf die Elektroden 22a, 22b wirken und damit keine Verzerrung des Messergebnisses bewirken. Das Entlastungselement 29 hält das Lesegerät 3 in ausrechendem Abstand zu den Elektroden 22a, 22b des Trägers 21 . Auch die vom Lesegerät 3 eingebrachten Kräfte wirken im ausreichenden Abstand von den Elektroden 22a, 22b auf den Träger ein, um Verzerrungen des Trägers 21 im Bereich dieser Elektroden 22a, 22b zu vermeiden und den Träger 21 im Bereich der Elektroden 22a, 22b von Spannungen und Verzerrungen zu entlasten.

Die Geometrie des Entlastungselements 29 ermöglicht, wie in Fig. 7 dargestellt, eine Ableitung der Auflagekräfte in den Gegenstand 1 bzw den menschlichen Körper an den Elektroden 22a, 22b vorbei. Um dies zu gewährleisten, können grundsätzlich unterschiedliche Ausführungsformen eines Entlastungselements 29 gewählt werden. In einer bevorzugten Variante ist der Entlastungselement 29 aus flexiblem Gummimaterial ausgebildet.

Das Entlastungselement 29 ist vorteilhafterweise zwischen 0,5mm und 2mm dick. Dies hat den Vorteil, dass das Entlastungselement 29 mit dieser Dicke noch einfach in den Träger 21 integrierbar ist und andererseits das Lesegerät 3 ausreichend auf Abstand hält, um Verzerrungen des Trägers im Bereich der Elektroden 22a, 22b zu vermeiden und den Träger 21 im Bereich der Elektroden 22a, 22b zu entlasten. Das Entlastungselement 29 ist vorteilhafterweise innerhalb eines Randbereichs 21 a um die Elektroden 22a, 22b angeordnet, dessen Breite größer ist als 15% der längsten Abmessung des von den Elektroden 22a, 22b beanspruchten Flächenbereichs 220. Durch diesen Abstand wird vermieden, dass über das Lesegerät oder sonst ausgeübte Kräfte in den Bereich der Elektroden 22a, 22b übertragen werden und derart die Messung verfälscht wird.

Im vorliegenden Anwendungsbeispiel liegt diese Breite zwischen 15% der längsten Abmessung des von den Elektroden 22a, 22b beanspruchten Flächenbereichs 220 und 200 mm. Diese Breite liegt zwischen 15% und 200% der längsten Abmessung des von den Elektroden 22a, 22b beanspruchten Flächenbereichs 220.

Das Entlastungselement kann sowohl unter der Deckschicht 27 als auch über der Deckschicht 27 platziert werden.

Bei allen Ausführungsformen können die Trägerschicht 21 und/oder die Isolationsschicht 28 atmungsaktiv ausgebildet sein, um Schweiß- und Flüssigkeitsansammlungen zu vermeiden.