Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Detektionseinheit für einen Gassensor gemäß Anspruch 1 , einen Gassensor gemäß Anspruch 8, ein System zur Detektion einer Mehrzahl unterschiedlicher Zielgase gemäß Anspruch 9 sowie ein Verfahren zur Detektion eines Zielgases gemäß Anspruch 10.

Gassensoren dienen zur Detektion und Analyse von Gasen. Es sind Gassensoren mit physikalischen und chemischen Messprinzipien bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft kolorimetrische Gassensoren, bei welchen ein gassensitives Element zumindest ein gassensitives Material aufweist, welches seine optischen Eigenschaften abhängig von dem Kontakt mit einem Zielgas ändert. Solche kolorimetrischen Gassensoren werden insbesondere eingesetzt, wenn nur eine begrenzte Energieversorgung zur Verfügung steht und/oder kostengünstige Sensoren zur Verfügung gestellt werden sollen.

Es sind kolorimetrische Gassensoren bekannt, bei welchen mittels Analyse von Umgebungslicht, welches das gassensitive Element des Gassensors durchdringt, die Detektion des Zielgases erfolgt. Ein solcher Gassensor ist aus EP 3 783 341 A1 bekannt.

Es besteht ein Bedarf an kostengünstigen Gassensoren, welche von Benutzern verwendet werden können, die nicht über eine professionelle Ausstattung von speziell zur Gassensorik entwickelten Messgeräten verfügen. Insbesondere im privaten Bereich steigt die Nachfrage nach Sensoren zur Kontrolle von umweltkritischen und gesundheitsschädlichen Gasen stark an. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Möglichkeit zur Gasdetektion zur Verfügung zu stellen. Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Detektionseinheit für einen Gassensor gemäß Anspruch 1 , einen Gassensor mit solch einer Detektionseinheit gemäß Anspruch 8, ein System zur Detektion einer Mehrzahl unterschiedlicher Zielgase gemäß Anspruch 9 sowie einem Verfahren zur Detektion eines Zielgases gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Detektionseinheit, der erfindungsgemäße Gassensor sowie das erfindungsgemäße System zur Detektion einer Mehrzahl unterschiedlicher Zielgase sind bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere eine bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Durchführung mittels einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit, mittels eines erfindungsgemäßen Gassensors oder mittels eines erfindungsgemäßen Systems zur Detektion einer Mehrzahl unterschiedlicher Zielgase, insbesondere mittels bevorzugter Ausführungsformen dieser Vorrichtungen, ausgebildet.

Die vorliegende Erfindung ist auf der Erkenntnis begründet, dass mobile Geräte mit einer Bilderfassungseinheit weit verbreitet sind und in kostengünstiger Weise zur Detektion eines Zielgases verwendet werden können. Insbesondere Mobiltelefone weisen typischerweise nicht nur Bilderfassungseinheiten auf, welche eine Bilderfassung in hoher Qualität, insbesondere guter Farbwiedergabe ermöglichen. Darüber hinaus weisen solche Geräte Rechnereinheiten und Datenspeicher auf, welche eine ausreichende Rechenleistung zur Analyse der Bilddaten der Bilderfassungseinheit mittels bereitgestellter Fremdprogramme (Applikationen, „App“) zur Verfügung stellen.

Bei der vorliegenden Erfindung werden solche Geräte verwendet und mit einer Detektionseinheit ergänzt, um ein oder mehrere Zielgase zu detektieren.

Die eingangs gestellte Aufgabe ist daher durch eine Detektionseinheit gemäß

Anspruch 1 gelöst: Die erfindungsgemäße Detektionseinheit für einen Gassensor weist zumindest ein gassensitives Element mit zumindest einem gassensitiven Material auf, dessen optische Eigenschaften sich abhängig von dem Kontakt mit einem Zielgas ändern.

Solche gassensitiven Materialien sind aus dem Stand der Technik und insbesondere aus EP 3 783 341 A1 bekannt.

Wesentlich ist, dass die Detektionseinheit zum lösbaren Anordnen an eine mobile Auswerteeinheit mit einer Bilderfassungseinheit ausgebildet ist, um einen Gassensor auszubilden. Die Bilderfassungseinheit der mobilen Auswerteeinheit wird somit verwendet, um Umgebungslicht, welches das gassensitive Element der Detektionseinheit durchdringt, zu analysieren und derart eine Änderung der optischen Eigenschaft des gassensitiven Materials und somit die Präsenz des Zielgases detektiert.

Die erfindungsgemäße Detektionseinheit weist zumindest eine optische Linse auf und das gassensitive Element und die optische Linse sind derart angeordnet, dass Umgebungslicht, welches das gassensitive Element durchdringt, mittels der optischen Linse abbildbar ist. Hierdurch wird eine hochwertige und fehlerunanfällige Analyse des Umgebungslichts, welches das gassensitive Element durchdringt, ermöglicht. Das gassensitive Element und die optische Linse sind daher bevorzugt derart ausgebildet, dass das gassensitive Element, welches an der mobilen Auswerteeinheit angeordnet ist, vom Umgebungslicht durchdrungen wird und die Information mittels optischer Linse auf die Bilderfassungseinheit abbildbar ist.

Die optische Linse ist bevorzugt als Sammellinse ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Detektionseinheit ermöglicht somit eine kostengünstige Detektion eines Zielgases, da auf bereits vorhandene mobile Geräte wie beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein Tabletcomputer (Flachrechner) als mobile Auswerteeinheit zurückgegriffen wird und somit zusätzlich lediglich die Detektionseinheit, welche bevorzugt keine elektrischen oder elektronischen Komponenten aufweist, notwendig ist. Verglichen mit vorbekannten Gassensoren kann eine solche Detektionseinheit erheblich kostengünstiger hergestellt werden, so dass in Kombination mit der mobilen Auswerteeinheit mit Bilderfassungseinheit eine kostengünstige Detektion eines Zielgases auch für private Anwender ermöglicht wird.

Die eingangs erwähnte Aufgabe ist daher ebenso durch einen Gassensor gemäß Anspruch 8 gelöst. Der Gassensor weist eine erfindungsgemäße Detektionseinheit, insbesondere eine vorteilhafte Ausgestaltung hiervon, auf und eine mobile Auswerteeinheit mit einer Bilderfassungseinheit, wobei die mobile Auswerteeinheit als Mobiltelefon oder Tabletcomputer (Flachrechner) ausgebildet ist.

Die Bilderfassungseinheit ist zur ortsaufgelösten Bilderfassung ausgebildet, bevorzugt mittels eines an sich bekannten Bilderfassungselements, insbesondere mittels zumindest eines CCD-Chips.

Die mobile Auswerteeinheit weist eine Rechnereinheit und eine Speichereinheit (Datenspeichereinheit) auf, um Programme auszuführen. Insbesondere ist die mobile Auswerteeinheit dazu ausgebildet, Programme auszuführen, um mittels der Bilderfassungseinheit erfasste Bilddaten auszuwerten.

Hierdurch wird die zuvor beschriebene kostengünstige Gasdetektion ermöglicht.

Die eingangs erwähnte Aufgabe ist ebenso durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

A. Anordnen einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit, insbesondere einer vorteilhaften Ausgestaltung, an einer mobilen Auswerteeinheit

(5) mit einer Bilderfassungseinheit (6), insbesondere an einem Mobiltelefon;

B. Analysieren des Umgebungslichts, welches das gassensitive Element (1) der Detektionseinheit durchdringt mittels der Bilderfassungseinheit

(6), um das Zielgas zu detektieren;

C. Ablösen der Detektionseinheit von der mobilen Auswerteeinheit (5). Hierdurch wir ein kostengünstiges, für den Benutzer unaufwendiges Verfahren zur Detektion eines Zielgases zur Verfügung gestellt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Detektionseinheit weist die Detektionseinheit eine Mehrzahl an optischen Linsen auf, welche in einer Linsenmatrix angeordnet sind, um einen flächigen Bereich in einer Mehrzahl von Fokussierungsstrahlen abzubilden, insbesondere bei, an der mobilen Auswerteeinheit angeordneter Detektionseinheit, einer Mehrzahl von Fokussierungsstrahlen auf eine Mehrzahl ortsverschiedener Punkte der Bilderfassungseinheit abzubilden.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine größere Fläche auf unterschiedliche Detektionsbereiche der Bilderfassungseinheit abgebildet werden kann.

Die Detektionseinheit wird bevorzugt durch den Benutzer lösbar an der mobilen Auswerteeinheit, bevorzugt unmittelbar an der Bilderfassungseinheit angeordnet. Typischerweise kann hierbei nicht sicher vorgegeben werden, an welcher Position, insbesondere in welchem Detektionsbereich der Bilderfassungseinheit das gassensitive Element der Detektionseinheit angeordnet wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Detektionseinheit daher zumindest eine Positionsmarke auf, um bei an der mobilen Auswerteeinheit angeordneter Detektionseinheit die Position der Detektionseinheit relativ zu der Bilderfassungseinheit zu bestimmen. Hierdurch kann in einfacher Weise die Position des gassensitiven Elements relativ zu der Bilderfassungseinheit bestimmt werden und somit auch die Bildpunkte der Bilderfassungseinheit bestimmt werden, auf welche das Umgebungslicht, welches das gassensitive Element durchdringt, mittels der optischen Linse oder der Mehrzahl an optischen Linsen fokussiert wird, um das gassensitive Element auf die Bilderfassungseinheit abzubilden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Positionsmarke als geometrische Form ausgebildet. Hierdurch lässt sich die Position des gassensitiven Elements bestimmen.

Vorteilhafterweise ist die Position des gassensitiven Elements, insbesondere bevorzugt aller gassensitiver Elemente, wenn die Detektionseinheit mehrere gassensitive Elemente aufweist, vorgegeben, insbesondere bevorzugt in der zu- vor beschriebenen Datenspeichereinheit der mobilen Auswerteeinheit gespeichert. Mittels der Bilderfassungseinheit wird die Positionsmarke erfasst und hierdurch die Position des gassensitiven Elements, insbesondere bevorzugt aller gassensitiver Elemente, wenn die Detektionseinheit mehrere gassensitive Elemente aufweist, bestimmt. Bevorzugt wird die Lage und Ausrichtung (Drehung) der Detektionseinheit relativ zu der mobilen Auswerteeinheit bestimmt.

Es ist daher vorteilhaft, dass die Positionsmarke als geometrische Figur mit einer Drehsymmetrie kleiner gleich 2, bevorzugt ohne Drehsymmetrie ausgebildet ist, um eine Mehrdeutigkeit bei Bestimmung der Lage zu verringern, insbesondere auszuschließen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Positionsmarke mit Abstand zu dem gassensitiven Element angeordnet, insbesondere als Figur und/oder Muster, welches zumindest für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, bevorzugt im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm, undurchlässig ist, insbesondere absorbierend oder reflektierend ausgebildet ist.

In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist die Positionsmarke in dem gassensitiven Element integriert, insbesondere bevorzugt aus dem gassensitiven Material des gassensitiven Elements ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das gassensitive Element zumindest teilweise, bevorzugt umlaufend von einem optisch transparenten Bereich, bevorzugt im sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm transparenten Bereich umgeben. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung kann somit durch Detektion des gassensitiven Elements, insbesondere des oder der Ränder des gassensitiven Elements, die Position und Lage, insbesondere Drehung des gassensitiven Elements relativ zu der Bilderfassungseinheit bestimmt werden. Die transparenten Bereiche werden bevorzugt zusätzlich als Referenzbereich zur Messung einer Intensitätsänderung des Umgebungslichts und/oder für einen Weißlichtabgleich verwendet, wie jeweils an anderer Stelle beschrieben. Vorteilhafterweise ist daher das gassensitive Element als Positionsmarke ausgebildet, insbesondere bevorzugt mit einer Form ausgebildet, welche eine Drehsymmetrie kleiner gleich 2, bevorzugt keine Drehsymmetrie aufweist, um eine Mehrdeutigkeit bei Bestimmung der Lage zu verringern, insbesondere auszuschließen.

Für die Detektion unterschiedlicher Zielgase ist es vorteilhaft, Detektionseinheiten mit unterschiedlichen gassensitiven Materialien, die zur Detektion unterschiedlicher Zielgase geeignet sind, zur Verfügung zu stellen.

Typischerweise weisen gassensitive Materialien für unterschiedliche Zielgase auch eine unterschiedliche Änderung der optischen Eigenschaft bei Kontakt mit dem Zielgas auf.

Es ist daher vorteilhaft, die Auswertung der mittels der Bilderfassungseinheit erfassten Daten spezifisch für das jeweils verwendete gassensitive Material vorzugeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Detektionseinheit daher zumindest eine Identifikationsmarke auf, um die, an der mobilen Auswerteeinheit angeordneten Detektionseinheit, die Detektionseinheit mittels der Bilderfassungseinheit zu identifizieren.

Durch die Identifikation der Detektionseinheit und entsprechend die hierdurch gewonnene Kenntnis des gassensitiven Materials der an der mobilen Auswerteeinheit angeordneten Detektionseinheit, kann die für dieses gassensitive Material spezifisch abgestimmte Auswertung der Daten mittels der Bilderfassungseinheit der mobilen Auswerteeinheit erfolgen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher eine Detektionseinheit mit einer Identifikationsmarke verwendet. Weiterhin wird mittels der Bilderfassungseinheit und Identifikationsmarke die Detektionseinheit identifiziert und abhängig von der Identifizierung wird eines von mehreren in der mobilen Auswerteeinheit gespeicherten Auswerteverfahren für die Analyse des Umgebungslichts, welches das gassensitive Licht durchdringt, verwendet. Typische gassensitive Materialien unterscheiden sich bereits im Ausgangszustand ohne Kontakt mit dem Zielgas in ihren optischen Eigenschaften, insbesondere ihrer Farbe. In einer kostengünstigen alternativen vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Identifikation der Detektionseinheit über eine Analyse des Umgebungslichts, welches das gassensitive Element durchdringt, mittels der Bilderfassungseinheit. Anhand von Kenndaten, insbesondere anhand von spezifischen Spektraldaten für die unterschiedlichen gassensitiven Materialen, kann so eine Identifikation der Detektionseinheit erfolgen, ohne dass eine Identifikationsmarke notwendig ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das gassensitive Element als Identifikationsmarke ausgebildet. Hierzu weist das gassensitive Element eine spezifische Form auf, welche mittels der Bilderfassungseinheit detektiert wird, um die Detektionseinheit zu identifizieren. Insbesondere können mehrere Detektionseinheiten mit gassensitiven Elementen für unterschiedliche Zielgase voneinander unterschieden werden, indem in einer vorteilhaften Ausgestaltung die gassensitiven Elemente unterschiedliche Formen aufweisen.

Die Identifikationsmarke ist bevorzugt als Figurencode ausgebildet, insbesondere bevorzugt als optoelektronisch lesbare Schrift, bevorzugt als Strichcode (Barcode) oder zweidimensionaler Code (Matrix Barcode), insbesondere QR- Code oder DataMatrix-Code.

Aufgrund der Verwendung von Umgebungslicht als Lichtquelle liegen typischerweise Messbedingungen mit unterschiedlicher Lichtstärke und unterschiedlichen Spektren des Lichts vor, welches die Detektionseinheit durchdringt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Detektionseinheit daher zumindest einen für das Zielgas nicht gassensitiven Referenzbereich auf, welcher derart angeordnet ist, dass das Umgebungslicht, welches den Referenzbereich durchdringt, mittels der optischen Linse oder einer weiteren optischen Linse der Detektionseinheit abbildbar ist, insbesondere, sodass die an der mobilen Auswerteeinheit angeordnete Detektionseinheit auf die Bilderfassungseinheit abbildbar ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels der Bilderfassungseinheit separat das den Referenzbereich durchdringende Umgebungslicht erfasst werden kann und durch Auswertung dieser Bilddaten auf die Intensität und/oder das Spektrum des Umgebungslichts rückgeschlossen werden kann und diese Daten bei der Auswertung der Bilddaten, welche dem Umgebungslicht zugeordnet sind, welches das gassensitive Element durchdringt, verwendet werden.

Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die optischen Eigenschaften des Referenzbereichs im Wesentlichen den optischen Eigenschaften des gassensitiven Elements ohne Kontakt mit dem Zielgas entsprechen. Hierdurch ist in einfacher Weise ein Vergleich der mittels der Bilderfassungseinheit ermittelten Daten des Umgebungslichts, welches den Referenzbereich durchdringt, mit dem Umgebungslicht, welches das gassensitive Element durchdringt, möglich und in einfacher Weise kann eine Abweichung, welche auf eine Änderung der optischen Eigenschaften des gassensitiven Elements und somit ein Vorliegen des Zielgases indiziert, detektiert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher eine Detektionseinheit mit einem für das Zielgas nicht gassensitiven Referenzbereich verwendet und mittels der Bilderfassungseinheit wird Umgebungslicht analysiert, welches den Referenzbereich durchdringt.

In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist der Referenzbereich optisch transparent ausgebildet, bevorzugt im sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm transparent ausgebildet. Auch in dieser Ausgestaltung wird eine Intensitätsänderung des Umgebungslichts, welches den Referenzbereich durchdringt, erfasst und bei der Auswertung wie zuvor berücksichtigt. Bevorzugt wird daher zusätzlich die Intensität des mittels der Bilderfassungseinheit erfassten Umgebungslichts, welches den Referenzbereich durchdringt, erfasst und ein Verhältnis gebildet, vorliegend als Quotient dieser Referenzintensität mit der Lichtintensität des Umgebungslichts, welches das gassensitive Element durchdringt. Durch die Berücksichtigung dieser Referenzintensität können Fehldetektionen bei einer sich ändernden Intensität des Umgebungslichts vermieden werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Umgebungslicht, welches den Referenzbereich durchdringt, zusätzlich für einen Weißlichtabgleich verwendet, wie weiter unten beschrieben.

Zur Erhöhung der Genauigkeit beim Erfassen einer Farbänderung des gassensitiven Elements mittels der Bilderfassungseinheit ist es vorteilhaft, eine Farbkalibrierung durchzuführen, bevorzugt vor Verfahrensschritt B. Vorteilhafterweise weist die Detektionseinheit daher eine Kalibrierskala auf, welche mehrere farbige Flächen aufweist, insbesondere bevorzugt ein kalibriertes Farbmuster, bevorzugt eine RGB- oder CMYK-Farbskala. Mittels der Bilderfassungseinheit wird das Umgebungslicht, welches die Kalibrierskala durchdringt, erfasst. Weiterhin sind die Kalibrierdaten, insbesondere die Farbdaten der Kalibrierskala vorgegeben, insbesondere in einer Speichereinheit der mobilen Auswerteeinheit gespeichert. Mittels dieser Daten wird bevorzugt vor Durchführen der Gasdetektion eine Farbkalibrierung der Bilderfassungseinheit durchgeführt.

Vorteilhafterweise weist die Detektionseinheit eine flexible Folie als Trägersubstrat auf und das gassensitive Element und die optische Linse sind in dem Trägersubstrat ausgebildet und/oder an dem Trägersubstrat angeordnet. Hierdurch wird eine einfache Handhabung der Detektionseinheit ermöglicht.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das gassensitive Material des gassensitiven Elements auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, bevorzugt auf der Vorderseite des Trägersubstrats, welche der an der mobilen Auswerteeinheit angeordneten Detektionseinheit der Auswerteeinheit abgewandt ist.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die optische Linse an einer dem gassensitiven Element gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind optische Linse und gassensitives Element an einer gemeinsamen Seite des Trägersubstrates angeordnet. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die optische Linse zwischen gassensitivem Element und Trägersubstrat angeordnet ist. Hierdurch ist kein unmittelbarer Kontakt zwischen optischer Linse und mobiler Auswerteeinheit notwendig. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das gassensitive Element in dem Trägersubstrat ausgebildet ist, indem das gassensitive Material in das Trägersubstrat eingebettet ist. Hierdurch ergibt sich ein robuster Aufbau.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die optische Linse in dem Trägersubstrat ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die optische Linse durch Modifikation des Brechungsindex im Trägersubstrat ausgebildet wird. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die optische Linse durch Prägen oder Stanzen ausgebildet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die optische Linse als Fresnellinse ausgebildet. Hierdurch wird eine kostengünstige Herstellung und eine geringe Gesamtdicke der Detektionseinheit ermöglicht.

Vorteilhafterweise weist das Trägersubstrat eine Klebeschicht auf, um die Detektionseinheit lösbar an der mobilen Auswerteeinheit anzuordnen. Hierdurch ist eine für den Benutzer einfache Handhabung gewährleistet. Als Klebstoff für ein rückstanzfreies lösbares Anordnen des Trägersubstrats an der mobilen Auswerteinheit wird bevorzugt ein Kautschuk- oder Acrylat-basierter Klebstoff verwendet.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Detektionseinheit genau ein gassensitives Element mit genau einem gassensitiven Material aufweist. Hierdurch kann in kostengünstiger Weise die Detektion eines Zielgases erfolgen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Detektionseinheit mehrere nebeneinanderliegende gassensitive Elemente aufweist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen diese gassensitiven Elemente dasselbe gassensitive Material auf. Hierdurch können redundante Messungen durchgeführt werden, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Detektionseinheit mehrere nebeneinander liegende gassensitive Elemente mit unterschiedlichen gassensitiven Materialien auf, so dass mehrere Zielgase detektiert werden können, ohne dass die Detektionseinheit ausgetauscht werden muss. Die vorliegende Erfindung ermöglicht darüber hinaus die kostengünstige Bereitstellung eines Systems, welches zur Detektion unterschiedlicher Zielgase geeignet ist:

Das erfindungsgemäße System zur Detektion einer Mehrzahl unterschiedlicher Zielgase weist eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Detektionseinheiten, insbesondere gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung auf, wobei jede Detektionseinheit zur Detektion eines zu den anderen Detektionseinheiten unterschiedlichen Zielgase ausgebildet ist und eine zu den anderen Detektionseinheiten unterschiedliche Identifikationsmarke und/oder einen unterschiedlichen Referenzbereich aufweist.

Das System weist weiterhin eine mobile Auswerteeinheit mit einer Bilderfassungseinheit auf, insbesondere ein Mobiltelefon oder ein Tabletcomputer, wobei die mobile Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, die Detektionseinheit abhängig von den mittels der Bilderfassungseinheit erfassten optischen Daten der Identifikationsmarke und/oder des Referenzbereichs der Detektionseinheit zu identifizieren.

Der Benutzer kann somit je nach gewünschten Zielgas die entsprechende Detektionseinheit auswählen und an der mobilen Auswerteeinheit anordnen. Anhand der Identifikationsmarke der Detektionseinheit und/oder des Referenzbereichs identifiziert die mobile Auswerteeinheit automatisch die an der Auswerteeinheit angeordnete Detektionseinheit und wählt entsprechend die passende Auswertung der, mittels der Bilderfassungseinheit ermittelten, Bilddaten des Umgebungslichts aus, welches das gassensitive Element der Detektionseinheit durchdringt.

Vorteilhafterweise ist daher in einem Datenspeicher der mobilen Auswerteeinheit eine Mehrzahl von Auswerteverfahren gespeichert und eine Auswahl des Auswerteverfahrens zur Detektion eines Zielgases erfolgt, abhängig von der Identifikation der Detektionseinheit.

Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Auswerteverfahren für unterschiedliche Zielgase sich lediglich in Parametern des Auswerteverfahrens, welche für ein jeweiliges Zielgas spezifisch sind, unterscheiden. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, für unterschiedliche Zielgase unterschiedliche Auswerteverfahren mit unterschiedlichen Auswerteschritten vorzusehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position des gassensitiven Elementes relativ zu der Bilderfassungseinheit bestimmt, um einen Analysebereich des von der Bilderfassungseinheit erfassten Bildes zu lokalisieren, auf welchem das Umgebungslicht auftrifft, welches das gassensitive Element durchdringt. Hierdurch wird wie zuvor beschrieben sichergestellt, dass zur Detektion des Zielgases lediglich die relevanten Bereiche, insbesondere die relevanten Bildpunkte der Bilderfassungseinheit verwendet werden, auf welche das, das gassensitive Element durchdingende, Umgebungslicht auftrifft.

Vorteilhafterweise wird die Position des gassensitiven Elements anhand eines oder mehrerer der folgenden Merkmale

- ein umlaufender Rand des gassensitiven Elements, welcher unterschiedliche optische Eigenschaften zu dem gassensitiven Element aufweist;

- die Position einer Positionsmarke der Detektionseinheit;

- die Position einer Referenzmarke der Detektionseinheit, insbesondere einer als Farbfilter ausgebildeten Referenzmarke;

- die Position einer Identifikationsmarke der Detektionseinheit; bestimmt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zwischen den Verfahrensschritten A und B ein Weißlichtabgleich (AWB - automatic white balance) der Bilderfassungseinheit, um das Risiko einer Fehldetektion zu verringern. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Detektionseinheit zumindest einen Referenzbereich aufweist, welcher kein gassensitives Element aufweist, insbesondere, welcher zumindest im sichtbaren Wellenlängenbereich, bevorzugt im Wellenlängenbereich 380 nm bis 780 nm optisch transparent ausgebildet ist. Das mittels der Bilderfassungseinheit detektierte Umgebungslicht, welches den Weißlichtabgleichbereich durchdringt, ist somit nicht durch Absorption eines gassensitiven Elements verändert und wird zur Durchführung des Weißlichtabgleichs verwendet. Gasochrome Farbstoffe besitzen die Fähigkeit, bei der Reaktion mit einem Zielgas ihre Farbe im sichtbaren Spektralbereich zu ändern. Idealerweise passen Farbstoff und Gas wie „Schlüssel und Schloss“ zusammen, so dass nur ein bestimmtes Gas selektiv die Farbänderung auslöst. Die Farbänderung des gassensitiven Materials entspricht direkt der Absorptionsänderung des Lichts, welches das gassensitive Material durchdringt und ist für den jeweiligen Farbstoff spezifisch. Diese Änderung kann mit der Bilderfassungseinheit der mobilen Auswerteeinheit, insbesondere mittels eines Kamerachips detektiert werden.

Beispiele für farbsensitive Farbstoffe und die detektierbaren Zielgase sind in nachfolgender Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Um fehlerhafte Messungen zu vermeiden ist es vorteilhaft, vor Verfahrensschritt B, bevorzugt zwischen Verfahrensschritt A und B zumindest einen Selbsttest durchzuführen, bei welchem zumindest eine der folgenden Prüfungen durchgeführt wird: a) Vergleich der Form des gassensitiven Elements mit einer vorgegebenen Form, insbesondere Vergleich der Kontur des gassensitiven Elements mit einer vorgegebenen Kontur; b) Vergleich eines vorgegebenen Farbtons für das gassensitive Element mit dem mittels der Bilderfassungseinheit detektierten Farbton des Umgebungslichts, welches das gassensitive Element durchdrungen hat.

Solche Prüfungen ermöglichen das Erkennen fehlerhafter Detektionseinheiten. Mit dem vorgenannten Prüfkriterium a) können beispielsweise falsche Detekti- onseinheiten erkannt werden, ebenso beschädigte Detektionseinheiten, bei welchen das gassensitive Element beschädigt ist und daher eine andere Form aufweist. Mit Prüfkriterium b) können beispielsweise falsche Detektionseinheiten ohne oder mit unbekanntem gassensitivem Material erkannt werden. Ebenso kann erkannt werden, wenn die verwendete Detektionseinheit bereits in Kontakt mit dem Zielgas kam und ein Farbumschlag bereits erfolgte.

Bevorzugt wird bei Nichterfüllen des oder der Prüfkriterien eine Warnung an den Benutzer ausgegeben, insbesondere eine optische und/oder akustische Warnung mittels einer Anzeigeeinheit und/oder einer Lautsprechereinheit der mobilen Auswerteeinheit.

Die optische Linse ist bevorzugt als Sammellinse ausgebildet und weist bevorzugt eine Brennweite im Bereich 1 mm bis 2 cm auf.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 Eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors mit einer Detektionseinheit gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors mit einer Detektionseinheit gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit in Schnittdarstellung;

Fig. 6 eine Draufsicht von vorne auf das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5;

Fig. 7 eine Draufsicht von hinten auf das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5;

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors mit einer Detektionseinheit, die ein als Identifikations- und Positionsmarke ausgebildetes gassensitives Element aufweist. Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleich oder gleichwirkende Elemente.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit für einen Gassensor.

Die Detektionseinheit weist ein gassensitives Element 1 mit einem gassensitiven Material auf. Das gassensitive Element ist an sich bekannter Weise als gaso- chrome Schicht ausgebildet, so dass sich die optischen Absorptionseigenschaften abhängig von dem Kontakt mit einem Zielgas ändern. Vorliegend ist das gassensitive Material des gassensitiven Elements als Bromphenolblau ausgebildet, um Ammoniak (NH3) als Zielgas zu detektieren.

Beispiele für alternative Ausgestaltungen mit alternativen Farbstoffen und den damit detektierbaren Zielgasen sind in der zuvor aufgeführten Tabelle 1 angegeben.

Die Detektionseinheit weist eine als Sammellinse ausgebildete optische Linse 2 auf, welche an einem optisch transparenten Linsenträgerelement 3 angeordnet ist. Die optische Linse und das Linsenträgerelement 3 sind vorliegend aus Polymeren ausgebildet.

Auf dem Linsenträgerelement 3 ist das gassensitive Element 3 angeordnet.

Die Detektionseinheit ist zum lösbaren Anordnen an eine mobile Auswerteeinheit mit einer Bilderfassungseinheit ausgebildet, um einen Gassensor auszubilden.

Hierzu weist die Detektionseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein als flexible Folie ausgebildetes Trägersubstrat 4 auf, welches optisch transparent ist und aus Polymeren ausgebildet ist. Das gassensitive Element 1 und die optische Linse 2 sind derart angeordnet, dass das Umgebungslicht, welches das gassensitive Element 1 durchdringt, mittels der optischen Linse 2 fokussiert wird.

In Figur 1 ist schematisch ein Teilbereich einer mobilen Auswerteeinheit 5, welche vorliegen als Mobiltelefon ausgebildet ist, mit einer Bilderfassungseinheit dargestellt.

Mittels dem Trägersubstrat 4 ist die Detektionseinheit an der mobilen Auswerteeinheit angeordnet, so dass das Umgebungslicht, welches das gassensitive Element 1 durchdringt, mittels der optischen Linse 2 auf die Bilderfassungseinheit der mobilen Auswerteeinheit 5 abbildbar ist, wie nachfolgend in Figur 2 näher erläutert.

Aufgrund des geringen Gewichts der Detektionseinheit ist eine ausreichende Haftung an der mobilen Auswerteeinheit bereits durch den Luftdruck der Umgebung vorhanden.

In einer Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels ist das Trägersubstrat 4 als Adhäsionsfolie ausgebildet, um eine bessere Haftung zu erzielen.

In einer alternativen Weiterbildung weist das Trägersubstrat 4 an der der optischen Linse 2 abgewandten Seite vorliegend eine Kautschuk-basierte Klebeschicht auf, um die Detektionseinheit lösbar an der mobilen Auswerteeinheit anzuordnen. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Klebeschicht eine oder Ac- rylat-basierte Klebeschichten. Ebenso liegt die Verwendung anderer Klebeschichten im Rahmen der Erfindung

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors dargestellt. Der Gassensor weist die in Figur 1 gezeigte Detektionseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf sowie eine mobile Auswerteeinheit mit Bilderfassungseinheit, welche vorliegend als Mobiltelefon ausgebildet ist. In einer alternativen Ausgestaltung ist die mobile Auswerteeinheit als Tabletcomputer ausgebildet. Die Bilderfassungseinheit 6 der mobilen Auswerteeinheit 5 weist eine in Figur 2 obenliegende dargestellte erste Kamera und eine darunterliegende zweite Kamera für das übliche Farbspektrum im sichtbaren Bereich zur Aufnahme von Fo- tographien auf. Die Detektionseinheit wird vorliegend an einer der beiden Kameras, vorliegend an der unteren Kamera der Bilderfassungseinheit 6 der mobilen Auswerteeinheit 5 angeordnet, um einen Farbumschlag des gassensitiven Elements 1 der Detektionseinheit mittels dieser Kamera zu detektieren.

Die Ränder des Linsenträgerelementes 3 sind gestrichelt dargestellt.

Das Umgebungslicht durchdringt sowohl das gassensitive Element 1 , als auch den das gassensitive Element 1 umgebenden Bereich und wird mittels der optischen Linse 2 auf die Bilderfassungseinheit 6 der mobilen Auswerteeinheit 5 fokussiert, so dass das gassensitive Element auf die Bilderfassungseinheit 6 abgebildet wird.

Die mobile Auswerteeinheit 5 weist eine Recheneinheit und eine Datenspeichereinheit auf. In der Datenspeichereinheit ist ein Auswerteprogramm gespeichert, um mittels der Rechnereinheit die Bilddaten der Bilderfassungseinheit 6 zu analysieren.

Auch wenn kein Kontakt zwischen einem Zielgas und dem gassensitiven Element 1 besteht, kann mittels Analyse der ortsaufgelösten Bilddaten der Bilderfassungseinheit 6 die Position des gassensitiven Elements ermittelt werden, da das gassensitive Element auch ohne Kontakt mit dem Zielgas eine Absorption und somit eine charakteristische Farbe aufweist und daher in den Bilddaten der Bilderfassungseinheit 6 lokalisiert werden kann, beispielsweise durch Filtern auf Bildpunkte mit den entsprechenden Farbwerten.

Bei der Auswertung erfolgt zunächst wie zuvor beschrieben eine Lokalisierung derjenigen Bildpunkte, welche Umgebungslicht erfassen, das das gassensitive Element durchdringt. Da das verwendete gassensitive Material und dessen optische Eigenschaften bekannt sind, ist in dem Auswerteprogramm weiterhin ein Farbspektrum vorgegeben, welches der Farbe des gassensitiven Elements bei Kontakt mit dem Zielgas entspricht.

Mittels des Auswerteprogramms wird nun sich wiederholend geprüft, ob ein Farbumschlag in das vorgegebene Spektrum an den Bildpunkten der Bilderfassungseinheit 6, welche dem gassensitiven Element zugeordnet sind, erfolgt. Bei Vorliegen eines Farbumschlags wird dem Benutzer auf einer Anzeigeeinheit der mobilen Auswerteeinheit 5, welche auf der Bilderfassungseinheit 6 gegenüberliegenden Seite der mobilen Auswerteeinheit 5 angeordnet ist, eine Warnmeldung ausgegeben, dass das Zielgas detektiert wurde.

In einer alternativen Ausgestaltung wird mittels des Auswerteprogramms und der Bilderfassungseinheit 6 lediglich die Lichtintensität als Indikator verwendet, um eine Änderung der optischen Eigenschaften des gassensitiven Elements und somit ein Vorliegen des Zielgases zu detektieren. Bei einer solchen Auswertung besteht das Risiko, dass eine Änderung der Intensität des Umgebungslichts zu einer Fehldetektion führt. In einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels wird daher zusätzlich die Intensität des mittels der Bilderfassungseinheit 6 erfassten Umgebungslicht, welches nicht das gassensitive Element durchdringt, erfasst und ein Verhältnis gebildet, vorliegend als Quotient dieser Referenzintensität mit der Lichtintensität des Umgebungslichts, welches das gassensitive Element durchdringt. Durch die Berücksichtigung dieser Referenzintensität können Fehldetektionen bei einer sich ändernden Intensität des Umgebungslichts vermieden werden.

In einer Abwandlung des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels sind an der in Figur 1 obenliegende Seite des Linsenträgerelementes 3 mehrere gassensitive Elemente angeordnet, insbesondere ist bevorzugt eine Matrix mit einer Vielzahl gassensitiver Elemente, vorliegend eine 5x5 Matrix mit somit insgesamt 25 gassensitiven Elementen ausgebildet. Die gassensitiven Elemente weisen zueinander verschiedene gassensitive Materialien auf, so dass eine Detektion einer Vielzahl von Zielgasen möglich ist. In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit in Schnittdarstellung gezeigt. In Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors mit einer Detektionseinheit gemäß Figur 3. Die zweiten Ausführungsbeispiele von Detektionseinheit und Gassensor sind weitgehend gleich den ersten Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 1 und 2 aufgebaut. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen.

Die Detektionseinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist insgesamt neun gassensitive Elemente mit verschiedenen gassensitiven Materialien auf, so dass 9 verschiedene Zielgase detektiert werden können. Die neun gassensitiven Elemente sind in einer quadratischen 3x3 Matrix auf dem Linsenträgerelement 3 angeordnet. In der Schnittdarstellung gemäß Figur 3 sind daher 3 gassensitive Elemente ersichtlich, wobei das rechtsliegende gassensitive Element exemplarisch mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist. In einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels weist dieses lediglich 3 unterschiedliche gassensitive Materialien auf, wobei jeweils 3 gassensitive Elemente das gleiche gassensitive Material aufweisen. In dieser Abwandlung können somit 3 unterschiedliche Zielgase detektiert werden und es besteht bei den Messungen darüber hinaus Redundanz, so dass die Messgenauigkeit verbessert wird.

Bei der in Figur 4 gezeigten Draufsicht von oben ist, wie auch in Figur 2, eine Umrandung des Linsenträgerelementes 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die 9 gassensitiven Elemente sind durch unterschiedliche Schraffierungen gekennzeichnet. Die 9 gassensitiven Elemente sind im Abstand voneinander angeordnet, sodass zwischen den gassensitiven Elementen die Detektionseinheit durchdringendes Umgebungslicht nicht oder nur in geringem Umfang absorbiert und nicht im Spektrum verändert wird.

Mittels des Bildsensors 6a der Bilderfassungseinheit 6 kann somit das rechtwinklige Gitter, welches die Abstände zwischen den gassensitiven Elementen ausbilden, detektiert werden. Anhand der Lage des rechtwinkligen Gitters kann auf die Position der Detektionseinheit relativ zu der mobilen Auswerteeinheit 5 rückgeschlossen werden. Insbesondere erfolgt eine Prüfung, ob alle 9 Felder des rechtwinkligen Gitters mittels der Bilderfassungseinheit 6 erfasst werden. Ist dies nicht der Fall, so wird dem Benutzer über die optische Anzeige der mobilen Auswerteeinheit 5 eine Fehlermeldung ausgegeben, sodass er die Detektionseinheit korrekt positionieren kann.

In Figur 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit in Schnittdarstellung gezeigt. Die Detektionseinheit weist eine Matrix von insgesamt 49 Detektionsfeldern auf, welche in einer quadratischen 7x7 Matrix angeordnet sind. Jedes Detektionsfeld weist 9 gassensitive Elemente auf, welche in einer quadratischen 3x3 Matrix wie bei dem 2. Ausführungsbeispiel zu den Figuren 3 und 4 beschrieben angeordnet sind.

Das in Figur 5 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel weist somit eine große Anzahl von gassensitiven Elementen auf, wobei für jedes der 9 Zielgase, eine große Redundanz der Detektion vorliegt, da für jedes der 9 Zielgase jeweils 49 Detektionseinheiten auf dem Linsenträgerelement 3 angeordnet sind.

Im Unterschied zu dem 1. und dem 2. Ausführungsbeispiel einer Detektionseinheit weist die in Figur 5 dargestellte Detektionseinheit eine Mehrzahl von optischen Linsen auf, welche aus dem Material des Linsenträgerelementes 3 ausgebildet sind und als halbkugelförmige Fortsätze an der den gassensitiven Elementen gegenüberliegenden Seite des Linsenträgerelementes 3 angeordnet sind. Exemplarisch ist in Figur 5 die rechtsliegende optische Linse mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet. Für jedes Detektionsfeld ist eine optische Linse ausgebildet, sodass entsprechend auch die optischen Linsen in einer quadratischen 7x7 Matrix angeordnet sind.

Die optischen Linsen 2 weisen eine Klebeschicht auf, um die Detektionseinheit an der mobilen Auswerteeinheit 5 anzuordnen. Zur Verdeutlichung ist in Figur 5 ein Teilausschnitt der Bilderfassungseinheit 6 der mobilen Auswerteeinheit 5 dargestellt. Die mobile Auswerteeinheit 5 ist vorliegend als Tabletcomputer ausgebildet.

In Figur 6 ist eine Draufsicht auf die in Figur 5 gezeigte Detektionseinheit dargestellt, wobei schematisch die in der 7x7 Matrix angeordneten Detektionsfelder als Quadrate dargestellt sind. Das links obenliegende Detektionsfeld ist mit einer Ausschnittsvergrößerung gezeigt, wobei in der Ausschnittsvergrößerung die einzelnen gassensitiven Elemente ersichtlich sind, welche in einer 3x3 Matrix angeordnet sind.

Figur 7 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite der in Figur 5 gezeigten Detektionseinheit, wobei schematisch die optischen Sammellinsen, welche in einer 7x7 Matrix angeordnet sind, jeweils als Kreis dargestellt sind.

In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionseinheit dargestellt. Der Aufbau gleicht weitgehend dem in Figur 2 gezeigten Aufbau, mit mobiler Auswerteeinheit 5, welche die Bilderfassungseinheit 6 aufweist, an welcher die Detektionseinheit mit Trägersubstrat 4 und durch gestrichelte Linien gekennzeichnetem Linsenträgerelement 3 und gassensitivem Element 1 angeordnet ist.

Ein wesentlicher Unterschied zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist, dass das gassensitive Element 1 als geometrische Figur ausgebildet ist und somit sowohl eine Positionsmarke als auch eine Identifikationsmarke darstellt.

Das gassensitive Element weist mehrere winkelförmige Elemente auf. Mittels des Bildsensors wird die Position der Winkelelemente erfasst, sodass die Position und Drehung des gassensitiven Elementes relativ zu dem Bildsensor erfasst werden kann. Darüber hinaus kann die Detektionseinheit von anderen Detektionseinheiten unterschieden werden, welche ein gassensitives Element aufweisen, dessen Form und/oder Einzelelemente unterschiedlich zu dem in Figur 8 gezeigten ausgebildet sind. Dem Nutzer kann somit eine Mehrzahl von Detektionseinheiten zur Verfügung gestellt werden, die unterschiedliche gassensitive Farbstoffe aufweisen und somit zur Detektion unterschiedlicher Zielgase geeignet sind.

Anhand der Form des gassensitiven Elements wird die Detektionseinheit identifiziert, sodass die Auswertung spezifisch für das an der mobilen Auswerteeinheit angebrachte gassensitive Element erfolgt und dem Benutzer das mit dieser gassensitiven Detektionseinheit detektierte Zielgas im Klartext auf einer optischen Anzeige der mobilen Auswerteeinheit 5 angezeigt werden kann. Die Zwischenräume zwischen den winkelförmigen Elementen des gassensitiven Elementes sind für Licht im sichtbaren Bereich optisch transparent, sodass mittels der Bildpunkte des Bildsensors der Bilderfassungseinheit 6, welche Urnge- bungslicht erfassen, das diese Zwischenräume durchdringt, die Intensität des Umgebungslichts gemessen werden kann und eine Schwankung der Intensität des Umgebungslichts wie zuvor beschrieben durch Quotientenbildung bei der Auswertung berücksichtigt werden kann.

Bezugszeichenliste

1 gassensitives Element 2 optische Linse

3 Linsenträgerelement

4 Trägersubstrat

5 mobile Auswerteeinheit

6 Bilderfassungseinheit 6a Bildsensor

7 Klebeelement

U Umgebungslicht