本發(fā)明涉及確定空氣氣氛中的二氧化碳(co2)濃度的能量?jī)?yōu)化的測(cè)量方法。在該方法中借助co2傳感器確定co2濃度。在此，co2傳感器可以優(yōu)選以光聲傳感器的形式設(shè)計(jì)。在此，上述co2傳感器能夠特定地、即特別是與空氣氣氛的其它氣體隔開地測(cè)量二氧化碳、即co2。本發(fā)明還涉及測(cè)量空氣中的co2濃度的傳感器系統(tǒng)。該傳感器系統(tǒng)包括co2傳感器，該co2傳感器設(shè)計(jì)成特定地確定空氣氣氛中的二氧化碳(co2)的濃度。最后，本發(fā)明涉及移動(dòng)的且能源自給自足的co2測(cè)量?jī)x器。該測(cè)量?jī)x器可以優(yōu)選設(shè)計(jì)為手持式測(cè)量?jī)x器和/或數(shù)據(jù)記錄儀。該co2測(cè)量?jī)x器具有電蓄電池，該電蓄電池能夠?qū)崿F(xiàn)期望的能源自給自足的運(yùn)行。

背景技術(shù)：

1、為了評(píng)估室內(nèi)空氣質(zhì)量(indoor?air?quality＝iaq)，除了溫度、空氣濕度、voc濃度和顆粒數(shù)量之外，還檢測(cè)空氣中的co2含量。在此，空氣中的co2濃度是重要的參數(shù)，以便評(píng)估空氣的消耗程度或者說(shuō)在場(chǎng)者的健康感覺(jué)，并且必要時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施，例如用于通風(fēng)。常規(guī)使用的光學(xué)測(cè)量方法是昂貴的并且具有不允許實(shí)際蓄電池運(yùn)行的高能量需求。

2、例如，為了測(cè)量空氣氣氛中的co2濃度，迄今為止經(jīng)常使用非色散紅外傳感器(ndir傳感器)。這是光譜學(xué)的氣體傳感器，其使用紅外波長(zhǎng)來(lái)分析氣體樣本。在此，所尋找的氣體的濃度典型地通過(guò)紅外光譜中特定波長(zhǎng)的吸收程度以光電方式測(cè)量。為此，紅外源的光透射樣本室中的氣體樣品，隨后透射光學(xué)ir濾波器并且然后入射到提供測(cè)量信號(hào)的ir傳感器上。這種構(gòu)想已被證實(shí)并且是可靠的，但缺點(diǎn)在于這種類型的傳感器在持續(xù)運(yùn)行中顯示出相對(duì)高的電流消耗。因此，ndir傳感器通常不適用于移動(dòng)的能源自給自足的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、從所述背景出發(fā)，本發(fā)明希望提供co2傳感器，其在移動(dòng)的測(cè)量?jī)x器、優(yōu)選設(shè)計(jì)為手持式測(cè)量?jī)x器中在電池運(yùn)行中、即自給自足地由電壓供應(yīng)裝置運(yùn)行。在此，co2傳感器應(yīng)當(dāng)節(jié)能地設(shè)計(jì)。

2、為了實(shí)現(xiàn)所述任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明，權(quán)利要求1的特征設(shè)置為，確定空氣氣氛中的co2濃度的方法。特別是，因此根據(jù)本發(fā)明，為了實(shí)現(xiàn)該任務(wù)，在如開頭所述的測(cè)量方法中提出，co2傳感器在非連續(xù)的測(cè)量運(yùn)行中運(yùn)行，此外連續(xù)地、特別是以規(guī)則的時(shí)間間隔借助單獨(dú)的環(huán)境傳感器監(jiān)控(即特別是檢測(cè))環(huán)境事件，并且只有當(dāng)環(huán)境傳感器探測(cè)到這樣的環(huán)境事件時(shí)，才利用co2傳感器進(jìn)行co2濃度的相應(yīng)測(cè)量。

3、換句話說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，co2傳感器的運(yùn)行由于間歇而中斷，間歇的長(zhǎng)度和/或時(shí)間安排基于利用環(huán)境傳感器獲得的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定。在此，co2傳感器和環(huán)境傳感器可以是根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的一部分，如在下面還更詳細(xì)地描述的那樣。

4、除了co2傳感器之外設(shè)置的環(huán)境傳感器優(yōu)選可以基于半導(dǎo)體傳感器芯片和/或設(shè)計(jì)為金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器。因?yàn)檫@樣可以以足夠的頻率相對(duì)高能效地且成本有利地監(jiān)控環(huán)境事件。

5、在根據(jù)本發(fā)明的方法中有利的是，可以根據(jù)要求調(diào)整、即可變地設(shè)計(jì)利用co2傳感器實(shí)施的測(cè)量的瞬時(shí)時(shí)間頻率。如果所檢測(cè)的環(huán)境事件表明強(qiáng)烈的測(cè)量值變化，則可以提高co2測(cè)量的頻率；否則，則所述頻率可以下降，以便因此節(jié)省否則將被用于co2傳感器的運(yùn)行所消耗的電能。因此可以使co2傳感器的可能的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間顯著延長(zhǎng)，這在測(cè)量系統(tǒng)的能源自給自足的和移動(dòng)的設(shè)計(jì)中為用戶提供了優(yōu)點(diǎn)。

6、因此，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)在于降低了可靠地連續(xù)確定co2濃度所需的能量需求。由此，這種類型的co2傳感裝置可以在電池運(yùn)行的測(cè)量?jī)x器、特別是co2數(shù)據(jù)記錄儀中使用。由此，測(cè)量?jī)x器可以在數(shù)小時(shí)至數(shù)天或者甚至數(shù)月的較長(zhǎng)時(shí)間段上能量自給自足地運(yùn)行。

7、根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)也可以通過(guò)根據(jù)從屬權(quán)利要求的其它有利的實(shí)施方案來(lái)解決。

8、例如可以規(guī)定，非連續(xù)的測(cè)量運(yùn)行的特征在于，co2傳感器在測(cè)量方法期間平均在至少30％的時(shí)間上、優(yōu)選甚至在至少80％的時(shí)間上不運(yùn)行或至少在節(jié)能模式中運(yùn)行。

9、然而，co2傳感器的非連續(xù)測(cè)量運(yùn)行的特征還在于，在測(cè)量方法期間僅當(dāng)至少一個(gè)環(huán)境參數(shù)經(jīng)歷變化時(shí)，co2傳感器才運(yùn)行。因此，如果環(huán)境傳感器探測(cè)到待測(cè)量的環(huán)境參數(shù)的這種(顯著)變化，則該探測(cè)能夠觸發(fā)co2傳感器的測(cè)量運(yùn)行。

10、因此，根據(jù)一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，借助環(huán)境傳感器對(duì)環(huán)境事件的檢測(cè)可以觸發(fā)利用co2傳感器對(duì)co2濃度的測(cè)量。

11、對(duì)環(huán)境事件的檢測(cè)和/或所述至少一個(gè)環(huán)境參數(shù)的改變可以基于多個(gè)參數(shù)；例如基于空氣氣氛的氣體組成變化和/或基于空氣氣氛的溫度變化和/或基于空氣氣氛的濕度變化和/或基于空氣氣氛中的揮發(fā)性有機(jī)氣體(volatile?organic?compounds＝voc)的濃度的變化。因此，所有這些環(huán)境事件可以被傳感器系統(tǒng)識(shí)別為“環(huán)境參數(shù)的變化”或被檢測(cè)為“環(huán)境事件”。相應(yīng)地，傳感器系統(tǒng)然后可以響應(yīng)于這些變化/檢測(cè)以實(shí)際的測(cè)量方法開始co2傳感器的運(yùn)行。否則，co2傳感器與之相反不運(yùn)行或至少在睡眠/節(jié)能模式中運(yùn)行，以便由此節(jié)省能量。

12、縮寫voc(volatile?organic?compounds)表示揮發(fā)性有機(jī)化合物。voc的物質(zhì)組包括例如烴、醇和有機(jī)酸。voc實(shí)際上始終存在于室內(nèi)空氣中。通常，內(nèi)部空間中的各個(gè)voc的濃度相對(duì)低并且因此不必?fù)?dān)心健康影響。各個(gè)voc可以具有不同的影響；這些影響的范圍從嗅覺(jué)遲鈍和呼吸道和眼睛發(fā)炎、急性影響到長(zhǎng)期影響。這包括對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響和誘導(dǎo)過(guò)敏或增強(qiáng)過(guò)敏的特性。在室內(nèi)部空間中，如果沒(méi)有超過(guò)單一標(biāo)準(zhǔn)值，則voc的總濃度平均應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.3mg/m3。對(duì)于來(lái)自voc光譜的大量物質(zhì)或物質(zhì)組，經(jīng)常預(yù)先給定標(biāo)準(zhǔn)值，所述標(biāo)準(zhǔn)值因此優(yōu)先于總體評(píng)價(jià)。

13、在這方面應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)環(huán)境事件不必一定是特定確定的。例如，環(huán)境事件可以非特定地利用環(huán)境傳感器來(lái)檢測(cè)。因此，在這種情況下可能還不清楚實(shí)際上利用環(huán)境傳感器檢測(cè)到了哪個(gè)準(zhǔn)確事件、特別是空氣氣氛中的哪種類型的變化。例如，當(dāng)環(huán)境傳感器響應(yīng)于多個(gè)參數(shù)的變化(即它可以被檢測(cè)為環(huán)境事件)時(shí)，就是這種情況。

14、該方法的一個(gè)設(shè)計(jì)方案規(guī)定，利用co2傳感器對(duì)第一次測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值并且利用co2傳感器對(duì)第二次測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值(特別是由傳感器系統(tǒng)本身)，以確定所測(cè)量的co2濃度的瞬時(shí)趨勢(shì)。對(duì)此替代地或補(bǔ)充地，也可以利用環(huán)境傳感器對(duì)第一次測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和利用環(huán)境傳感器對(duì)第二次測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行差值(特別是由傳感器系統(tǒng)本身)，以確定所測(cè)量的co2濃度的瞬時(shí)趨勢(shì)。然后可以基于這樣的趨勢(shì)來(lái)調(diào)整、即例如提高或降低利用co2傳感器進(jìn)行的co2測(cè)量的時(shí)間頻率。

15、在此，一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，利用co2傳感器根據(jù)所確定的趨勢(shì)以預(yù)先給定的時(shí)間間隔實(shí)施重新測(cè)量，亦或不(根據(jù)趨勢(shì)的變化過(guò)程)實(shí)施重新測(cè)量，特別是以便因此必要時(shí)節(jié)省能量。在此，可以以規(guī)則的間隔通過(guò)利用co2傳感器重新測(cè)量來(lái)進(jìn)行趨勢(shì)的確定，并且通過(guò)評(píng)估相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果因此可以(特別是連續(xù)地)更新趨勢(shì)。在此也優(yōu)選的是，co2傳感器在co2濃度的測(cè)量之間不運(yùn)行或至少在節(jié)能模式中運(yùn)行。

16、為了實(shí)現(xiàn)該任務(wù)，也提出如開頭所描述的傳感器系統(tǒng)。該傳感器系統(tǒng)可以優(yōu)選設(shè)計(jì)用于執(zhí)行如之前所闡述的根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法。這樣的根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的特征可以在于，傳感器系統(tǒng)包括優(yōu)選非光學(xué)的環(huán)境傳感器。例如，環(huán)境傳感器可以基于半導(dǎo)體傳感器芯片。此外，傳感器系統(tǒng)可以包括測(cè)量調(diào)節(jié)器，該測(cè)量調(diào)節(jié)器特別是可以以微控制器的形式設(shè)計(jì)。測(cè)量調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)用于實(shí)施如之前所描述的或根據(jù)針對(duì)這種方法的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法。換句話說(shuō)，測(cè)量調(diào)節(jié)器因此可以相應(yīng)地操控和/或讀取co2傳感器和環(huán)境傳感器，以便執(zhí)行各個(gè)方法步驟。

17、但作為這些特征的替代或補(bǔ)充，根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的特征也可以在于，傳感器系統(tǒng)包括非光學(xué)環(huán)境傳感器；如已經(jīng)提到的，所述環(huán)境傳感器可以優(yōu)選基于半導(dǎo)體傳感器芯片和/或設(shè)計(jì)為金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器。此外，特征可以是，與之相反將co2傳感器設(shè)計(jì)為光學(xué)傳感器。在此，優(yōu)選作為光聲傳感器和/或作為ndir傳感器的設(shè)計(jì)方案，因?yàn)檫@能夠?qū)崿F(xiàn)特別精確且高效地(空間和能量地)檢測(cè)co2濃度。

18、最后也可以規(guī)定，(特別是光學(xué)的)co2傳感器設(shè)計(jì)用于非連續(xù)的測(cè)量運(yùn)行，以便因此與持續(xù)運(yùn)行相比節(jié)省能量。在這種非連續(xù)的測(cè)量運(yùn)行中，co2傳感器例如可以規(guī)律地并且自動(dòng)地不運(yùn)行或至少在節(jié)能模式中運(yùn)行。

19、此外可以規(guī)定，co2傳感器特別是僅根據(jù)環(huán)境傳感器的測(cè)量值設(shè)計(jì)用于檢測(cè)測(cè)量值。在這種情況下，co2傳感器因此不會(huì)與環(huán)境傳感器無(wú)關(guān)地進(jìn)行任何測(cè)量，而是僅基于環(huán)境傳感器提供的測(cè)量結(jié)果來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

20、在實(shí)際的測(cè)量運(yùn)行中，環(huán)境傳感器例如可以具有比在測(cè)量運(yùn)行中的co2傳感器低至少25％、優(yōu)選低至少50％的電能消耗。因此，在這樣設(shè)計(jì)方案中可以從環(huán)境傳感器的節(jié)能運(yùn)行中獲益并且仍然可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前co2濃度的足夠精確的時(shí)間分辨率。測(cè)量運(yùn)行在此可以理解為利用相應(yīng)的傳感器實(shí)施測(cè)量，特別是在能量消耗降低并且在待機(jī)模式下不進(jìn)行測(cè)量的情況下與待機(jī)運(yùn)行的區(qū)別；或者與完全在沒(méi)有能量消耗的情況下將傳感器置于靜止?fàn)顟B(tài)的區(qū)別。

21、優(yōu)選地，傳感器系統(tǒng)的環(huán)境傳感器可以包括至少一個(gè)金屬氧化物(mox)半導(dǎo)體氣體傳感器元件；這可以優(yōu)選以氣體敏感的金屬氧化物半導(dǎo)體層的形式來(lái)設(shè)計(jì)。環(huán)境傳感器因此特別是可以設(shè)計(jì)為金屬氧化物(mox)半導(dǎo)體傳感器。

22、在此，mox氣體傳感器的功能基于由于氣體的作用而導(dǎo)致其氣體敏感的mox半導(dǎo)體氣體傳感器元件(其特別是可以設(shè)計(jì)為氣體敏感的薄層)的導(dǎo)電性的變化。因?yàn)槎喾N氣體原則上可以引起這種變化，所以測(cè)量必然不是對(duì)各個(gè)引起變化的氣體特定的。

23、根據(jù)一個(gè)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，環(huán)境傳感器可以非特定地探測(cè)以下氣體中的至少兩種、或優(yōu)選地甚至至少三種：一氧化碳(co)、氫氣(h2)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no2)、臭氧(o3)、氨氣(nh3)、二氧化硫(so2)、甲烷(ch4)、丙烷(c3h8)、醇(cxhyoh)(即例如乙醇(c2h5oh))或其它揮發(fā)性有機(jī)化合物(vocs)，這些之前已經(jīng)闡述過(guò)。非特定的探測(cè)在此也意味著，環(huán)境傳感器雖然可以探測(cè)多個(gè)所述氣體的存在，但不能強(qiáng)制在各個(gè)氣體之間進(jìn)行區(qū)分(兩種氣體可以觸發(fā)環(huán)境傳感器的類似的測(cè)量結(jié)果)。

24、為了改善測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度并且由此也改善傳感器系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化的運(yùn)行特別是可以規(guī)定，co2傳感器具有集成的空氣濕度傳感器和集成的溫度傳感器。更確切地說(shuō)，由此可以實(shí)現(xiàn)由co2傳感器提供的co2濃度的測(cè)量結(jié)果是溫度和濕度補(bǔ)償?shù)摹?/p>

25、傳感器系統(tǒng)的co2傳感器可以設(shè)計(jì)為光聲傳感器和/或nir傳感器、特別是設(shè)計(jì)為ndir傳感器(在此nir表示“近紅外”，即近紅外波長(zhǎng)范圍)。換句話說(shuō)，co2傳感器因此可以具有nir光源，其提供在近紅外波長(zhǎng)范圍(780至3000nm)內(nèi)的測(cè)量波長(zhǎng)。

26、光聲傳感器在此特別是可以理解為基于光聲光譜(pas)的測(cè)量原理的傳感器。pas是用于檢測(cè)氣體的最靈敏的測(cè)量方法之一并且基于所謂的光聲效應(yīng)。在此，通過(guò)閃光以快速的順序?qū)⒛芰枯斔徒o氣體樣品。在氣體樣品中的加熱和冷卻之間的產(chǎn)生的不斷變化(由于吸收閃光)導(dǎo)致交替的熱膨脹和收縮。在氣體樣品中的這種振動(dòng)可以在合適的情況下作為聲波被探測(cè)到，其中，確定的氣體產(chǎn)生聲波的特征頻率。由此可以非常特定地測(cè)量恰好co2。

27、ndir傳感器在此可以特別是理解為非色散紅外傳感器。這種傳感器可以被理解為光譜測(cè)量系統(tǒng)。ndir傳感器經(jīng)常用于氣體分析。這樣的ndir傳感器可以包括例如紅外輻射器、樣本室、光學(xué)波長(zhǎng)濾波器和一個(gè)或多個(gè)紅外探測(cè)器。

28、最后，本發(fā)明還提出移動(dòng)的且能量自給自足的co2測(cè)量?jī)x器，其如開頭已經(jīng)提到的那樣可以設(shè)計(jì)為手持式測(cè)量?jī)x器和/或數(shù)據(jù)記錄儀(即可以在包括相應(yīng)的測(cè)量時(shí)刻在內(nèi)的較長(zhǎng)的時(shí)間段上存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)的設(shè)備)。開頭所述的具有電蓄電池的測(cè)量?jī)x器能夠?qū)崿F(xiàn)能量自給自足的運(yùn)行，該測(cè)量?jī)x器的特征在于，該測(cè)量?jī)x器包括如之前所述的根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)或者根據(jù)針對(duì)傳感器系統(tǒng)的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)。換句話說(shuō)，co2測(cè)量?jī)x器、即特別是co2測(cè)量?jī)x器的測(cè)量調(diào)節(jié)器可以設(shè)計(jì)用于實(shí)施、更確切地說(shuō)優(yōu)選持續(xù)地實(shí)施根據(jù)方法權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法。

29、特別是當(dāng)co2測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)記錄儀時(shí)，可以建議，co2測(cè)量?jī)x器具有內(nèi)部存儲(chǔ)器并且設(shè)計(jì)用于將利用co2傳感器檢測(cè)到的測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。替代地或補(bǔ)充地，測(cè)量?jī)x器也可以通過(guò)數(shù)據(jù)接口輸出這種測(cè)量數(shù)據(jù)。在此，測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)接口特別是可以設(shè)計(jì)成無(wú)線的。