用于气体和颗粒测量的装置和方法技术领域
本发明涉及用于气体或颗粒测量的一种装置和一种方法。本发明尤其涉及气体或
颗粒测量到可携带式娱乐电子器具中的集成。
背景技术
最近在许多的电子产品例如移动电话、智能手机等中越来越多地集成了环境传感
器。在此这些产品通常已包含显示单元，例如OLED(有机发光二极管)显示器或TFT(薄膜晶
体管)显示器；操作单元，例如键盘或触摸屏；发送和接收单元，例如用于GSM(全球移动通讯
系统)、UMTS(通用移动通信系统)、LTE(长期演进技术)、蓝牙、WLAN(无线局域网)、Zigbee
(紫蜂协议)。各个组件可分别借助所属的电子部件来操控。此处电子部件尤其通过基于微
处理器的结构来构成。由此所集成的环境传感器以及其他组件可以被响应、读出和求值。另
外，这些环境传感器也包括依赖于与周围环境进行气体交换的传感器。这类传感器例如可
以包括压力传感器、湿度传感器、用于检测气体的传感器或用于测量颗粒浓度的传感器。对
于这类传感器的功能需要的是，气体、例如周围环境空气相对慢地在传感器旁边流过。
这类电子器具，例如移动电话或智能手机，的壳体通常包括具有基于玻璃的显示
器的刚性的正面。此处背面大多数由柔性的或至少可变形的、由塑料或金属构成的盖制成。
这种壳体通常非常扁平，即壳体的高度比壳体的宽度或长度至少小一个数量级。
德国专利申请DE 10 2006 061 696 A1公开了一种具有集成的气体传感器的移动
电话。此处气体传感器由发射源和与发射源对置的气体检测器构成。
发明内容
本发明根据一个方面公开了一种具有独立权利要求1的特征的用于气体或颗粒测
量的装置并且根据另一方面公开了一种根据权利要求10所述的用于气体或颗粒测量的方
法。
因此设置有：
用于气体或颗粒测量的装置，该装置具有壳体、致动器、控制设备和传感器。壳体
包括可运动的外壁。可运动的外壁可相对于壳体的剩余外壁运动。此外，壳体包括溢流开
口。溢流开口被设计用于实现在壳体的内部空间和外部空间之间的气体交换。致动器被设
计用于使壳体的可运动的外壁偏移。
控制设备被设计用于操控致动器。传感器被设计用于检测在流过溢流开口的气流
中的物质。
此外设置有：
用于气体或颗粒测量的方法，该方法具有提供壳体和提供致动器的步骤，该壳体
具有相对于剩余壳体可运动的外壁，该致动器被设计用于使壳体的可运动的外壁偏移。此
外，所提供的壳体包括溢流开口，该溢流开口被设计用于实现在壳体的内部空间和外部空
间之间的气体交换。该方法还包括通过致动器使壳体的可运动的外壁偏移的步骤；和检测
在流过溢流开口的气流中的物质的步骤。
本发明的优点
本发明基于这样的构思：通过壳体的至少一个外壁的有针对性的偏移产生用于气
流的泵送运动。该泵送运动可被用于在传感器、尤其是气体传感器或颗粒传感器上产生有
针对性的气流或空气流。
此处壳体可以是电器具，例如移动电话、智能手机、智能手表、可携带式计算机、尤
其是平板电脑或类似物的任意壳体。此处壳体除溢流开口外应该不再具有其他开口，例如
槽、缝或类似开口，通过该其他开口可在壳体的内部空间与壳体的外部空间之间进行大量
的气体交换。此处在智能手机或移动电话领域中的大多数电子器具已包括了这种密封的壳
体，因为现在已经对关于灰尘以及水或者说湿气的密封性提出了非常高的要求。因此，根据
本发明的用于借助泵送运动的可控气体交换的扩展方案可以非常简单并且成本低地实现。
此处通过壳体可运动的外壁借助致动器的有针对性的偏移可以将经过溢流开口
在传感器旁边流过的气流有目的地调节到所希望的量。以该方式可调节有针对性地在传感
器上预给定的框架条件。由此可能的是，传感器可以在尽可能优化的框架条件下运行。因此
可避免由于在传感器前面的波动的和尤其未知的气流状况而产生的干扰或甚至错误。
根据一种实施方式，壳体的可运动的外壁包括柔性的壁。这样柔性的壁例如可通
过可挠曲的塑料元件或类似物来实现。此处尤其可能的是，壳体的可运动的、柔性的外壁在
向剩余壳体的过渡区域上与剩余壳体固定地连接。以该方式可实现特别密封的壳体。
根据替代的实施方式，壳体的可运动的外壁包括刚性的壁。此处在壳体的可运动
的外壁与剩余壳体之间布置有密封元件。通过该附加的密封元件，在可运动的外壁关于剩
余壳体相对运动时也总能够保证壳体的高密封性。
根据另一个实施方式，控制设备被设计用于激活传感器。尤其当操控致动器时，控
制设备可激活传感器。以该方式可能的是，当通过可运动的外壁借助致动器产生的偏移实
施泵送运动时，传感器主动地实施检测。通过致动器与传感器的同步，传感器的检测可被限
制在这样的时间区域上：在该时间区域中真正地实施泵送运动。以该方式一方面可能的是，
避免了在不实施泵送运动的时间区域中的错误检测。此外，通过在不实施泵送运动的时间
段中不激活传感器也达到能量节省。
根据另一个实施方式，致动器被设计用于使壳体的可运动的外壁以一个预给定的
速度偏移。此处通过外壁的有针对性的偏移可控制流过溢流开口的气流。以该方式可将经
过溢流开口的气流调节到预给定的气流，该预给定的气流特别适合于借助传感器的检测。
根据另一个实施方式，溢流开口被设计用于将经过溢流开口的体积流限制到预给
定的值。此处通过经由溢流开口流动的气流的体积流的适配可实现气流的特别简单的调
节。
根据另一个实施方式，致动器被设计用于使壳体的可运动的外壁从静止位置偏移
出来。此处用于气体或颗粒测量的装置还包括复位设备。该复位设备被设计用于将壳体的
可运动的外壁从偏移的位置复位到静止位置。以该方式可能的是，致动器仅激活情况下使
壳体的可运动的外壁偏移，而当致动器被操控成非激活时，则进行到静止位置的复位。该复
位设备例如可涉及弹簧元件或类似物。替代地也可能是，通过可移动的外壁的预应力来实
现偏移的可运动外壁的复位。
根据另一个实施方式，溢流开口包括第一阀，该阀被设计用于禁止气流从壳体的
内部空间流到外部空间。因此，通过溢流开口仅可出现一个方向上的气流，即从外部空间到
内部空间的气流。在该情况下壳体可包括具有第二阀的另一开口，其中，第二阀被设计用于
禁止气流从壳体的外部空间流到内部空间。因此，通过该另一开口，气流仅可以从壳体的内
部空间流到外部空间。以该方式可能的是，在传感器布置在溢流开口附近的情况下，仅检测
到从壳体外部流到内部空间中的气流，尤其是外部空气。
根据另一个实施方式，用于气体或颗粒测量的装置的壳体还包括与溢流开口相连
通的室。此处该室可包括至少一个部分柔性的外壁。以该方式在借助致动器的泵送运动期
间在壳体的外部空间与室的内部空间之间实现气体交换。因此，可阻止周围环境气体进入
壳体的处于该室以外其他内部空间中。
根据另一个实施方式，用于气体或颗粒测量的装置可包括附加的传感器。该附加
的传感器可涉及用于检测预给定的事件或预给定的环境条件的传感器。该附加的传感器例
如可涉及湿度传感器。但加速度传感器或类似的传感器也是可能的。如果通过该附加的传
感器检测到预给定的事件，例如湿度超过预给定的值，则可禁止可运动的外壁被致动器偏
移。以该方式可保证，在危险状况下，例如在壳体的外部空间中潮湿的情况下，不实施泵送
运动，该泵送运动有时可能导致壳体内部空间中元件的损坏。
根据另一个实施方式，该装置包括显示单元、操作单元、发送和接收单元、控制单
元、求值单元和/或能量供给单元，这些单元布置在该装置的壳体中。因此本发明尤其可包
括电子器具、例如娱乐电子器具，在该电子器具中集成了与用于气体或颗粒测量的装置相
应的气体或颗粒测量。
上述的构型和扩展方案(只要是有意义的)可任意地相互组合。本发明的其他可能
的构型、扩展方案和实施方式也包括以上或以下关于实施例所描述的本发明特征的未明确
列举的组合。此处尤其是专业人员也可添加作为对本发明的各个基本形式的改进或补充的
个别观点。
附图说明
以下将参照在示意性附图中给出的实施例来详细阐述本发明。附图中表示：
图1：根据一个实施方式的用于气体或颗粒测量的装置的横截面的示意性视图；
图2：根据另一个实施方式的用于气体或颗粒测量的装置的横截面的示意性视图；
图3：根据又一个实施方式的用于气体或颗粒测量的装置的横截面的示意性视图；
图4：根据一个实施方式的用于气体或颗粒测量的装置的俯视图的示意性视图；
图5：根据一个实施方式的具有用于气体或颗粒测量的装置的电子器件的横截面
的示意性视图；
图6：根据一个实施方式的用于气体或颗粒的测量的方法所基于的流程图的示意
性视图。
具体实施方式
只要没有其他说明，在所有的附图中相同的或功能等同的元件及装置设置有相同
的参考标记。
图1示出根据一个实施方式的用于气体或颗粒测量的装置1的示意性视图。此处装
置1包括壳体10。此处壳体10具有至少一个外壁11，该外壁相对于剩余壳体可运动。壳体10
例如可以是移动电话、智能手机、平板电脑或任意其他电子器具的壳体，尤其是可携带式电
子器具的壳体。此处壳体10除可运动的外壁11外优选由刚性的、即不是柔性的或至少不是
明显柔性的外壁构成。这种外壁可以例如由金属框、塑料元件和/或玻璃板制成。此处在该
实施例中，可运动的外壁11与壳体10的剩余部分未固定连接。而在可运动的外壁11与壳体
10的剩余部分之间的连接部位上可发生这两部分相互的相对运动。此处在可运动的外壁11
与壳体10的剩余部分之间的过渡区域上布置密封元件12。该密封元件12例如可涉及折叠
管、橡胶密封件或类似物。
壳体10包括一个溢流开口30。此处在最简单的情况下该溢流开口30可涉及具有预
给定尺寸的开口。此处溢流开口30例如可具有圆形、矩形或任意其他结构设计的形状。必要
时在溢流开口30上也可布置(这里未示出的)过滤元件。通过这种过滤元件可保证，不期望
的物质、尤其是超过预给定尺寸的颗粒不能够侵入到壳体10的内部空间。除溢流开口30外，
壳体10不具有其他开口，至少不具有显著的其他开口，经过该其他开口可以在壳体10的内
部空间与壳体10的外部空间之间进行气体交换。如图1示出，此外溢流开口30可以例如布置
在壳体10的边缘上。此外，溢流开口30也可以布置在壳体10的任意其他位置上。例如溢流开
口也可布置在可运动的外壁11中或在与可运动的外壁11对置的壳体侧上。原则上也可考
虑，利用已存在的开口、例如用于麦克风或类似物的开口作为溢流开口。
此外，用于气体或颗粒测量的装置1包括致动器20，该致动器被设计用于使壳体10
的可运动的外壁11偏移。此处致动器20优选布置在壳体10的内部空间中。此处致动器20可
使壳体10的可运动的外壁11沿箭头方向偏移。如果此处图1中的壳体10的可运动的外壁11
向上偏移，则壳体10的内部空间的体积增大。在此情况下为了壳体10的内部空间与外部空
间之间的压力平衡，气体、尤其外部空气由外部空间流入壳体10的内部空间。在此情况下气
体流过溢流开口30并且进一步流过传感器40旁边。此处传感器40可在经过溢流开口30并在
传感器40旁边流过的气体中检测出物质。此处该检测例如可涉及一种或多种预给定气体的
检测。传感器40例如可涉及用于氮、氧、臭氧、二氧化碳和/或其他任意气体的传感器。此外，
用于检测气体中的颗粒、尤其是预给定尺寸的颗粒或预给定尺寸范围的颗粒的传感器也是
可能的。此处这种用于检测颗粒的传感器可检测从旁边流过的气体的量或浓度。此外，也可
以为其他传感器，尤其例如用于检测湿度或类似物的传感器。
通过溢流开口30的尺寸或者说几何结构的适配和/或通过速度的调节(由致动器
20以该速度使可运动的外壁11偏移)，在此可调节经过溢流开口30在传感器20旁边流过的
气流。
此处壳体10的可运动的外壁11可通过致动器20一直偏移到最大偏移量。接着壳体
10的可运动的外壁11可沿相反方向运动。以该方式使壳体10的内部空间的体积缩小，并且
壳体10的内部空间中的气体或者说空气经过溢流开口30流到外部空间中。此处必要时也可
通过传感器40对在旁边流过的气体进行分析。替代地也可能的是，仅当气体由外部空间流
到内部空间中时才实施对旁流气体的分析，并且在流动方向反向的情况下不通过传感器40
实施检测。
为了图1中可运动的外壁11向下运动，即为了可运动的外壁11的用于缩小壳体10
的内部空间中的体积的运动，此处可通过致动器20在激活情况下使可运动的外壁11运动。
替代地也可能的是，借助附加的复位元件21实施该运动。在该情况下通过致动器20的激活
操控，通过致动器20来进行可运动的外壁11从静止位置出发的偏移，而当致动器20被操控
成非激活时，则通过复位元件21使偏移的可运动外壁11运动返回到静止位置。此处在通过
复位元件21使可运动的外壁11复位期间必要时也可以借助发电元件(这里未示出)来回收
能量。此处致动器20可涉及用于使可运动的外壁11偏移的任意元件。尤其可考虑如压电元
件或任意其他机电元件。
如果为了借助传感器40进行物质分析而需要的气体量比通过借助致动器20使可
运动的外壁11单次偏移的单次泵送运动可达到的气体量更多，则也可能的是，通过致动器
20使可运动的外壁11的预给定数量的偏移相继进行，以便达到用于通过传感器40进行分析
的预给定的气体体积量。
此处例如通过控制设备50来进行致动器20的操控。此处控制设备50尤其可使通过
传感器40的分析和可运动的外壁11的通过致动器20的偏移同步进行。例如传感器40总是在
通过致动器20使可运动的外壁11进行运动时被激活。此处例如当通过壳体10的可运动的外
壁11使壳体10的内部空间的体积增大以及缩小时可以激活传感器40。替换地也可能的是，
仅当致动器20使壳体10的可运动的外壁11向外运动时，即当壳体10的内部空间中的体积增
大时，也就是气流由壳体10的外部空间进入内部空间时，传感器40才被激活。
必要时用于气体或颗粒测量的装置1也可以包括其他传感器(未示出)，这些传感
器感测其他的参数、尤其其他的环境参数。例如必要时可以借助湿度传感器检测壳体10周
围的外部空间中的湿气或水。因此，在检测壳体10周围的外部空间中的湿气或水时，必要时
可禁止壳体10的可运动的外壁11的偏移。以该方式可保证，在外部空间中的高湿气或水的
情况下使该湿气或水不能经过溢流开口30进入到壳体10的内部空间，由此不会导致壳体10
的内部空间中的其他部件的损坏。附加地或替换地，必要时也可通过加速度传感器来检测
可能的振动，并且必要时也可禁止可运动的外壁的偏移。此外，也可借助位置传感器来检测
用于气体或颗粒测量的装置1的位置。例如仅当该用于气体或颗粒测量的装置1位于一个或
多个预给定地点时，才可激活气体或颗粒的测量。替代地，也可总是当在装置1的之前测量
的位置与当前位置之间检测到至少一个预给定距离时激活测量。此外，必要时也可借助定
时器在预给定时刻上或预给定的时间区间设定测量。
图2示出用于气体或颗粒测量的装置1的另一个实施方式。此处该实施方式与实施
方式1在很大程度上是相同的。此处根据图2的实施方式与根据图1的实施方式的区别仅在
于，可运动的外壁11是柔性的外壁。此处柔性的、可运动的外壁11可与壳体10的剩余部分固
定地并且尤其也密封地连接或耦合。因此，必要时可取消附加的密封元件。此处优选在围绕
可运动的外壁11中心的区域中进行可运动的外壁11的偏移。以该方式可使可运动的外壁11
由静止位置偏移出来。此处优选通过可运动的外壁11借助致动器20向外拱曲来实现偏移。
但原则上也可以借助致动器20使可运动的外壁11向内拱曲。以该方式也可使壳体10的内部
空间的体积增大或缩小。此处柔性的、可运动的外壁11必要时可以具有预应力，当可运动的
外壁11在非激活情况下通过致动器20偏移时，该预应力将可运动的外壁11拉回到静止位置
中。
图3示出用于气体或颗粒测量的装置1的另一个实施方式。虽然此处可运动的外壁
11是与根据图1的实施例类似的刚性外壁，但该实施例也可以实现为根据图2的柔性的、可
运动的外壁11。此处根据图3的实施方式与前述的实施方式的区别尤其在于，壳体10除溢流
开口30外还具有至少一个另外的开口31。此处溢流开口30和另外的开口31分别可以如此设
计，即仅可能有沿一个方向的气流。为此例如可以在溢流开口30上布置第一阀35，并且在另
外的开口31上布置第二阀36。由此例如可达到，在溢流开口30上仅可出现从壳体10的外部
空间到内部空间的气流，而阀35阻止了从壳体10的内部空间到外部空间的气体流动。类似
地可能的是，实现经过另一个开口31上的第二阀36的仅从壳体10的内部空间到外部空间的
气流，并且阻止从壳体10的外部空间到内部空间的气体交换。以该方式可保证，在溢流开口
30上总是仅出现从壳体10的外部空间到内部空间的气流，并且在此情况下该气流从布置在
溢流开口30附近的传感器40的旁边流过。
此处必要时可通过横截面或致动器20的运动速度的适配，为了气体流入到壳体10
的内部空间和气体从内部空间流出到壳体10的外部空间，必要时分别设定气流的不同体积
流。换言之，由此可实现，与气体从内部空间流出到外部空间一样，气体更快或更慢地流入
到内部空间。必要时此处另外的开口36可相当于用于移动电话的麦克风的开口或类似物。
在此情况下，例如在气体从内部空间流出到外部空间的期间可借助在旁边流过的气体来
“吹”、即净化麦克风通道。
此外，在所有前面描述的实施方式中借助致动器20的相应操控，例如可运动的外
壁11的非常快速、强烈的偏移，也能够形成泵送运动，该泵送运动导致经过溢流开口30和/
或另一个开口31的大体积流并且在此情况下可排除在这些开口上有时可能有的污物。
图4示出用于气体或颗粒测量的装置的另一个实施方式。该实施方式基本上可与
每个前面已描述的实施方式相结合。此处该实施方式与前面所描述的实施方式的区别仅在
于：在壳体10中布置有附加的室15。该附加的室15将壳体10的内部空间的区域与壳体10的
其余内部空间隔开。此处气体可以从外部空间经过溢流开口30流入到室15中。此处室15具
有至少一个柔性的壁16。如果由此通过致动器20使壳体10的可运动的外壁11偏移，则在壳
体10的内部空间与外部空间之间首先得到压力差。该压力差由此导致室15的柔性壁16的偏
移。因此，气体或者说空气可经过溢流开口30从外部空间流到室15的内部空间中。此处室15
中的传感器40同样可以实施物质的检测。因为通过室15使经过溢流开口30与外部空间连接
的室15的内部空间与壳体10的其余内部空间隔开，此处可以使可能有害的物质、例如湿气
或侵蚀性的气体不能进入壳体10的其他内部空间中，从而不会导致壳体10中组件的可能损
坏。
图5示出用于气体或颗粒测量的装置集成在一个电子器具中的示意性视图。这里
电子器具例如可涉及娱乐电子器具。此处基本上根据所有前面描述的实施方式的用于气体
或颗粒测量的装置在这种电子器具中的集成都是可能的。尤其可以例如是移动电话、智能
手机、智能手表、平板电脑和任意其他可携带式娱乐电子器具。此处溢流开口30优选不布置
在壳体10的可运动的外壁11中。
此处电子器具除了与以上实施例有关的所述部件外还包括显示单元110、操作单
元120、发送和接收单元130、控制单元140、求值单元150以及能量供给单元160。此处每个所
述单元也可包括合适的电子部件、尤其是微处理器控制的电子部件，该电子部件被设计用
于控制相应的单元。即使为了更好地理解本发明在图1到4中的上述实施例中未明确地列举
电子器具的附加单元，然而仍然可能的是，这些实施例中的每个均包括其他单元110到160。
显示单元110可涉及任意显示器，例如OLED显示器或TFT显示器。除了传统功能的
显示外，显示单元110也可被设计用于显示用于气体或颗粒测量的装置的测量结果。操作单
元120可涉及适合的全部形式的输入设备。例如可以借助键盘或触摸屏由使用者进行输入。
此外，也可为其他的输入方法，例如可为借助麦克风感测的语音输入。此处必要时通过触摸
屏或类似物的使用也可使显示单元110与操作单元120组合成一个单元。
发送和接收单元130可涉及通信装置，该通信装置被设计用于与外部的对方站交
换数据。发送和接收单元130例如可涉及无线电接口。发送和接收单元尤其可借助GSM、
UMTS、LTE、WLAN、蓝牙、Zigbee、红外线或类似技术实施无线通信。此处发送和接收单元130
尤其可被设计用于传递用于气体或颗粒测量的装置的测量结果和/或接收由用于气体或颗
粒测量的装置对于气体或颗粒测量的指令。控制单元140可被设计用于控制电子器具的功
能并且尤其控制用于气体或颗粒测量的装置的功能。为此控制单元140例如可包括微处理
器控制的电路。求值单元150可包括电路、尤其是微处理器控制的电路。此处求值单元150可
被设计用于接收电子器具不同部件的数据并且对这些数据求值或分析。求值单元150尤其
可以接收和处理不同传感器的数据、例如用于气体或颗粒测量的装置的传感器40的数据。
能量供给单元160例如可涉及电池或蓄电池。此外，也可能是其他部件，例如光伏
打电池模块或类似物，这些组件被设计用于提供电能。此外，还可以是受缆线束缚的能量供
给或借助电场、磁场或电磁场的能量传递。由此可对电子器具的各个组件并且尤其对用于
气体或颗粒测量的装置的各组件供给以电能。
图6示出根据实施方式的用于气体或颗粒的测量的方法基于的流程图的示意性视
图。在步骤S1中首先提供壳体10。该壳体10包括相对于壳体10的剩余部分可运动的外壁11。
此外，壳体包括溢流开口，该溢流开口被设计用于在壳体10的内部空间与外部空间之间实
现气体交换。此外，提供致动器20，该致动器被设计用于使壳体10的可运动的外壁11偏移。
在步骤S2中，通过致动器20使壳体10的可运动的外壁11偏移，接着在步骤S3中检测在经过
溢流开口流动的气流中的物质。这里所述的方法尤其被使用在电子器具中，尤其是娱乐电
子器具中，这如与图5相关地所描述的一样。
总结而言，本发明涉及可携带式电子器具中的用于气体或颗粒测量的一种装置和
一种方法。此处可携带式器具具有壳体，该壳体除溢流开口外差不多近似是气体密封或者
说空气密封的。在壳体中尤其集成显示单元、操作单元、发送和接收单元和可选择的能量供
给单元。此外，壳体还可包括所需的电子部件，例如控制单元、求值单元等。此处通过壳体的
可运动的外壁借助致动器产生的偏移可使壳体的内部空间的体积增大或缩小。因此，通过
壳体中的溢流开口可在壳体的内部空间与外部空间之间进行气体交换，并且此处在该气体
交换期间可分析在气流中的可能的物质，尤其是预给定的气态成分或颗粒的浓度。