CN109253838A - 传感器装置和用于测试传感器装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种传感器装置，包括：压力转换器，与具有流体的体积区域处于流体连通，其中，所述压力转换器被构造成响应于所述体积区域中的压力变化而输出压力信号，所述压力信号具有取决于所述压力变化的信号变化曲线；加热元件，所述加热元件被构造成引起位于所述体积区域中的流体的被限定的温度变化，其中，所述流体的温度变化引起所述体积区域中的压力变化；以及处理设备，所述处理设备被构造成基于所述压力信号的信号变化曲线来获取所述压力转换器的当前功能参数，所述信号变化曲线是在由所述加热元件引起的所述体积区域中的温度变化下获得的。

Description

传感器装置和用于测试传感器装置的方法
技术领域
实施例涉及传感器装置和测试或校准传感器装置的方法，并且尤其涉及热声麦克风或使用热声麦克风的传感器装置的现场测试。此外，实施例一般涉及诸如麦克风或光声传感器装置(PAS＝光声波谱仪)或气体传感器的声音转换器的校准方法。
背景技术
检测环境参数或周围参数，例如环境大气中的噪音、声音、温度和气体或气体成分在移动设备内实现相应的传感装置越来越重要，而且在家庭自动化(“智能家居”)和汽车领域的应用中也越来越重要。例如，有害健康的气体浓度，如增加的CO或NOx浓度，可能是由于空气污染也或者由于附近设备故障而造成的。因此，人的健康或者一般来说每个生命的健康都受到空气质量的强烈影响。因此，借助于成本低廉、始终可用且连接的传感器的气体检测未来是越来越突出的话题。但是随着越来越广泛地使用传感器，特别需要尽可能便宜但仍然非常可靠地确定，用于检测环境参数的传感器是否正确工作或者传感器的故障是否存在或者是否存在与传感器的预设的运行参数的相关偏差。
发明内容
因此需要可以检查传感器装置的功能参数或传感器装置的功能的方案，并且在需要时可以提供相应的校准信息。
根据实施例，传感器装置100包括：压力转换器110，与具有流体F的体积区域130流体连通，其中，压力转换器110被构造成响应于体积区域130中的压力变化ΔP而输出压力信号SP，压力信号SP具有取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP；加热元件150，该加热元件被构造成引起位于体积区域中的流体F的被限定的温度变化ΔT，其中，流体F的温度变化ΔT引起体积区域130中的压力变化ΔP；以及处理设备170，处理设备被构造成基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP来获取压力转换器110的当前功能参数FIST，该信号变化曲线是在由加热元件150引起的体积区域130中的温度变化ΔT下获得的。
根据实施例，用于测试传感器装置100的方法200包括：产生210位于体积区域130中的流体F的被限定的温度变化ΔT，其中，流体F的温度变化ΔT引起体积区域130中的压力变化ΔP；利用压力转换器110来检测220体积区域130中的压力变化ΔP，压力转换器110与具有流体F的体积区域130处于流体连通；响应于体积区域130中的压力变化ΔP而输出230压力信号，该压力信号具有取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP；以及基于在体积区域130中的温度变化ΔT下所获得的压力信号SP的信号变化曲线SΔP来获取240压力转换器110的当前功能参数FIST。
实施例因此涉及具有压力转换器的传感器装置的声学测试方法以及涉及用于具有压力转换器的传感器装置的校准信息的获取，其中，压力转换器例如能够构造为电容式、电感式或压电式的声音转换器，例如麦克风。
使用麦克风的所谓PAS传感器(PAS＝光声光谱仪)使用热源或加热元件产生所需的IR辐射(IR＝红外)。根据实施例，现在例如可以精确地使用该热源以便在体积区域、也就是说麦克风的测量体积或背部体积中产生声压变化，其中，压力转换器或麦克风与体积区域处于流体连通。基于体积区域内的压力变化的由麦克风检测到的信号变化曲线，该压力变化是由于位于其里面的流体的被限定和针对性产生的加热而引起的，例如可以确定压力转换器的功能参数，例如其灵敏度等，或传感器装置的其他系统属性。利用作为加热元件起作用的热源，例如通过经限定的能量造成在体积区域中的已知的温度变化。可以基于工厂测试情况或客户测试情况的热源的电特性或热特性的结果来获得该温度变化。
利用用于测试和/或校准具有压力转换器的传感器装置的这个过程方法例如不需要额外的外部声源，其中，例如内部热源被用作热声转换器，其中，通过这种热声转换器引起的在体积区域中限定的温度变化通过体积区域中所得到的压力变化借助于压力转换器或麦克风被检测或测量。作为热源，可以使用提供经限定的热量的每个结构元件。
根据实施例，现在能够基于“理想气体定律”评估由加热元件引起的在体积区域中的温度变化中所获得的压力信号的信号变化曲线，以获得压力转换器的当前运行特性，其中，可以将这些所测量的运行特性与期望值进行比较，以最终获取压力转换器的校准信息或具有压力转换器的传感器装置的校准信息。
附图说明
在下面例如参考附图更加详细地说明装置和/或方法的实施例。图示：
图1A-图1C是根据实施例的传感器装置的示意原理示图；
图2A-图2D是根据一个实施例的具有声音转换器(麦克风)的传感器装置在不同运行状态下的原理示图，用于获取在体积区域中的由加热元件引起的温度变化中的压力信号的信号变化曲线；
图3A-图3D是根据一个实施例的具有多个声音转换器的传感器装置在不同运行状态下的原理示图，用于获取在体积区域中的由加热元件引起的温度变化中的压力信号的信号变化曲线；
图4是根据一个实施例的用于测试传感器装置的方法；并且
图5A-图5F是根据一个实施例的用于校准传感器装置的示例性的流程图。
具体实施方式
在下面具体参考附图更详细地解释本发明的实施例之前，要指出的是，在不同附图中的相同的、功能相同的或作用相同的元件、对象、功能块和/或方法步骤设有相同的附图标记，使得在不同实施例中示出的对这些元件、对象、功能块和/或方法步骤的描述是可互换的或可以应用于彼此。
在下文中现在借助于图1A-图1C中的示意图来描述根据示例性实施例的传感器装置100的基本结构及其基本工作方式。
传感器装置100具有与具有流体F的体积区域130处于流体连通的压力转换器110。根据实施例，流体可以具有气体或气体混合物或液体或液体混合物。压力转换器110现在例如被构造成响应于体积区域130中的压力变化ΔP而输出具有取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SP的压力信号SP，传感器装置100现在还具有加热元件150，该加热元件被构造成引起位于体积区域130中的流体F的被限定的温度变化ΔT，其中，流体F的温度变化ΔT在体积区域130中引起压力变化ΔP。传感器装置100还具有处理设备170，该处理设备被构造成基于压力信号SP的信号变化曲线SP，以获取压力转换器110的当前功能参数FIST也或者压力转换器110的校准信息ICAL，在体积区域130中的由加热元件150引起的温度变化ΔT中获得该信号变化曲线。同时，处理设备170也可以接管加热元件150的操控也或者直接包括该加热元件。
根据其他实施例的传感器装置100的下文说明的可选构造方案可以备选地或者也可以以任何组合(除非明确地另外说明)应用于图1所示的传感器装置100。
根据一个实施例，处理设备170现在被构造成基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP来获取压力转换器110的当前运行参数FIST并且从中获取压力转换器110的校准信息ICAL。
根据实施例，处理设备170还能够被构造成利用控制信号SCONTROL来控制即激活并且随后再次解除激活加热元件150。
根据实施例，加热元件150还能够被构造为处理设备170的一部分。
根据实施例，压力转换器110可以被构造为绝对压力传感器元件、相对压力传感器元件和/或压差传感器元件。压力转换器110还能够被构造成检测相对于可选的参考体积区域190中的参考压力PREF的在体积区域130中的压力变化ΔP。
根据实施例，还能够设置在体积区域130和参考体积区域190之间的平衡孔或通气口132(可选)。根据实施例，体积区域130和参考体积区域190也可以彼此分开构造(在图1A中未示出)。
加热元件150现在被构造成引起具有位于里面的流体F的体积区域130的经限定的温度变化ΔT，而除了基本上不可避免的尤其可以忽略不计的热传导或传热效应(对流)以外，参考体积区域190例如可以不受进入体积区域130中的流体F的温度变化ΔT的影响。
根据实施例，压力转换器110例如具有基于所施加的压力或所施加的压力变化ΔP而可偏移的膜或叠片112，其中，可以例如电容式、电感式、压阻式、光学式或借助其它合适的物理效应来评估或读取这种机械偏移。压力信号的读取和评估可以例如由处理设备170实施。
因此，在电容式的原理中，压力转换器110的可偏移的膜112暴露于待测量的压力。膜的弯曲或偏移引起在膜与固定电极或反电极(图1中未示出)之间的距离变化，由此在膜和反电极之间的电容变化。
根据另外的实施例，例如也能够借助于例如在膜中的被植入的压阻式的电阻(图1中未示出)来读取膜的偏移或几何变形，其中，基于由膜的材料的所引起的机械张紧而引起的几何变形而改变压阻式电阻的电阻率。基于可变形膜的由压力引起的变形又可以评估压阻式的电阻元件的这种电阻变化。
根据实施例，也可以通过光学检测可变形膜的机械偏移的程度来光学地检测由于所施加的压力变化ΔP所引起的膜的变形。
根据实施例，还可以使用谐振式的压力传感器，其中，在谐振式的压力传感器中，相应设计的谐振器连接到检测压力的元件，其中，检测压力的元件的变形造成谐振器的变形并且因此造成谐振器的谐振频率的相应变化，该变化又能够被读取和评估。因此，谐振器的谐振频率对待测压力具有依赖性。
以上列举的不同压力传感器元件仅被认为是示例性的而不是详尽的，这是因为基本上每个压力传感器元件都可以被用作传感器装置100的压力转换器110。
根据一个实施例，加热元件150被构造成在激活该加热元件时引起位于体积区域130中的流体F的尽可能被限定的温度升高ΔT。加热元件150还能够根据一个实施例被构造成，在加热元件150的被激活的状态之后解除激活该加热元件时，引起位于体积区域130中的流体F的温度降低ΔT。
如下面的实施方案还示出的那样，加热元件150可以完全也或者部分地布置在具有流体F的体积区域130内。只要由加热元件150提供的热能可以(直接或间接地)能够引起其里面的流体F的温度变化，加热元件150就可以布置在体积区域130的外部。
加热元件也或者热源150因此能够针对性地改变在体积区域130中的流体温度，例如气体温度或液体温度，其中，对此能够基本使用任何热源。作为热源或加热元件150，能够使用辐射发射器(诸如IR发射器(IR＝红外)，该加热元件的在体积区域130中所发射的电磁辐射能够转换成热能量或(直接或间接)能够导致位于其里面的流体的温度变化，也或者能够使用开关元件，如电阻元件、晶体管或二极管，该开关元件例如布置在ASIC(ASIC＝专用集成电路)上也或者能够构造为单独的结构元件。此外，作为热源150也能够使用阻抗，该阻抗例如在频率范围中切换，以便在这些结构元件中引起功耗。其中，这些功耗又导致具有位于里面的流体的体积区域中的温度升高。此外，加热元件150也可以构造在压力转换器130中并且在那里例如构造在膜或叠片处，该膜或叠片然后可以本身充当加热结构。
根据一个实施例，压力转换器110可以例如被构造为声音转换器，其中，麦克风膜也或者背板(反电极)本身可以有效地用作加热元件150的加热结构。根据一个实施例，加热元件150也可以由体积区域130内的吸收面实现，其中，光源，即发射电磁辐射的源，能够被构造成通过利用例如激光的光照射来激活所限定的例如深色或黑色的吸收面，也就是说引起吸收面并且因此还有体积区域130的限定的温度升高。
上述实施方案使明显的是，根据实施例，基本上任何热源都可以用作测量体积或体积区域130中的加热元件150，该热源可能导致体积区域130中的流体F的被限定的温度变化。因此上面列举的加热元件仅被认为是说明性的而不是详尽的。
根据一个实施例，加热元件150可以被构造成在预定的时间段上将恒定量的热量(能量)引入体积区域130中。根据另一个实施例，当例如使用调节器来瞄准被限定的温度时，加热元件150可以被构造成提供可变的热能/时间函数作为可控制的热源。
根据一个实施例，能够基于具有布置在体积区域130和参考体积区域190之间的压力转换器110的在图1A中示出的传感器装置100，将“理想气体定律”适用于压力变化曲线，即适用于体积区域130中的当前压力P或压力变化ΔP：
PV＝nRT，
其中，P＝当前压力，V＝体积，n＝摩尔数，R＝气体常数，T＝体积区域130中的流体F的温度。
从借助于加热元件150造成的体积区域130中的流体F的被限定的温度变化ΔT开始，在体积区域130中实现体积变化(体积增加或体积减小)ΔV并且从中得到以压力增加或压力减小ΔP为形式的压力变化，而通气或补偿作为在体积区域130和参考体积区域190之间的压力补偿通过平衡孔或通气口132进行。根据上述公式，压力P将根据其已知的流体性质(mR)而改变，而利用加热元件150作为热源来设定温度T，而体积区域130的体积V可以被认为固定设定直到过渡点为止，即直到通气开始或激活为止。
由于体积区域130中的温度变化ΔT，考虑到通气时间常数或压力补偿时间常数而改变压力P，其中，这例如可以被认为是在体积区域130和参考体积区域190之间的体积补偿。如果现在用于温度变化ΔT的热脉冲被限定并且在公差范围内已知，那么该热脉冲可以例如用作校准脉冲，这是因为压力转换器110的不同性质，例如敏感度能够从绝对压力中导出或提取，并且以极限频率或通风频率为形式的过渡特性可以从取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP中导出或提取。
在图1B中现在还示出了压差传感器、例如麦克风的在具有N＝0、1、2、3，…的不同的时间间隔IN期间的例如取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP，其中，根据一个实施例，奇数的温度间隔I1、I3等表示一个状态，在该状态中，该加热元件150在激活该加热元件时，引起位于体积区域130中的流体F的被限定的温度升高ΔT，而在偶数的时间间隔I2、I4等中，在加热元件150的被激活的状态之后解除激活加热元件150时，引起位于体积区域130中的流体F的温度降低ΔT。
例如，出于说明的目的，图1b中的间隔IN具有持续时间5τ，其中，τ是信号变化曲线SΔP的下降区段的指数函数的时间常数τ。因此可以假设，在间隔IN结束时压力转换器110的膜再次松弛，即系统再次位于初始状态中。但是，间隔IN的持续时间基本上可以任意地例如利用N≥1能够选择，只要所期望的功能参数还能够从所得到的信号变化曲线SΔP中导出即可。
在图1B的示意中，在时间t上示出具有取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP的压力信号SP，其中，还例如示出了多个时间间隔I0、I1、I2、I3…。在时间间隔I1、I3期间，例如实现位于体积区域130中的流体F的被限定的温度升高ΔT，而在时间间隔I2中，实现位于体积区域130中的流体F的被限定的温度降低ΔT。在图1B的信号变化曲线SP中认为，直到在间隔I0中的时刻t0为止，压力转换器110的膜是松弛的，也就是说，由于加热元件150的激活或随后的解除激活而没有获得偏移。
对于在时间间隔I1开始时的时刻t0，加热元件150现在被激活，使得流体温度T从起始温度T0，即环境温度开始，直到时间间隔I1结束时的时刻t1为止，升高到经提高的温度T1，其中T1＝T0+ΔT。经过通过加热元件150限定的热量供应，温度变化ΔT在例如50％、20％、10％或1％的公差范围内可以被设定到升高的温度值T1上。响应于体积区域130中的流体F的温度升高ΔT，体积区域130中的流体F的相应的压力增加ΔP随着相应地升高信号变化曲线SΔP而进行。在时刻ta，例如出现了以信号变化曲线SΔP的局部最大值为形式的平衡状态。在此，在时刻ta处，由流体F的温度升高ΔT引起的体积区域130中的压力增加ΔP以及通过平衡孔或通气口132在体积区域130和参考体积区域190之间出现的流体交换达到了相同的值。
从时刻t0开始的具有带有不断减小的斜率的温度增加ΔT的温度变化曲线T现在直到时刻t1达到基本热稳定的值T1，而压力转换器110的膜112再次松弛。在此在体积区域130和参考体积区域190之间的平衡孔132充当过压阀并且再次基本补偿了体积区域130和参考体积区域190中的压力比，使得在体积区域130内的压力变化曲线在时刻t1(例如t1＝5τ)处几乎再次达到初始状态S0。
体积区域130中的温度变化曲线例如在一次近似中具有简单的指数函数，该指数函数在起始温度T0和升高的温度T1之间在互相接续的间隔中往复切换。温度变化曲线也可以在更加准确的观察中例如也被假设为例如能够彼此耦合的多个热RC函数(指数函数)。
如果加热元件150在时刻t1处被解除激活，那么在加热元件150的被激活的状态之后，从经提高的温度T1开始，造成在位于体积区域130中的流体F的被限定的温度降低ΔT。
在时刻t1处，即在时间间隔I2的开始处，此时解除激活加热元件150，使得流体温度T从温度T1开始在时间间隔I1结束时再次减小。响应于体积区域130中的流体F的温度降低ΔT，体积区域130中的流体F的相应的压力减小ΔP随着相应地降低信号变化曲线SΔP而进行。在时刻tb，例如出现了以信号变化曲线SΔP的局部最小值为形式的平衡状态。在此，在时刻tb处，由流体F的温度降低ΔT引起的体积区域130中的压力减小ΔP以及通过平衡孔或通气口132在体积区域130和参考体积区域190之间出现的流体交换达到相同的值。
从时刻t1开始的具有带有不断减小的坡度的温度下降ΔT的温度变化曲线T现在直到时刻t2再次达到基本热稳定的值T0，而压力转换器110的膜112再次松弛。在此在体积区域130和参考体积区域190之间的平衡孔132充当过压阀并且再次基本补偿了体积区域130和参考体积区域190中的压力比，使得在体积区域130内的压力变化曲线在时刻t2处再次达到初始状态S0。
在时刻t1和t2之间的时间间隔I2期间，因此压力转换器110的膜的偏移在与时间间隔I1期间相反的方向上进行。
如果加热元件150在时刻t2处被再次激活，那么在加热元件150的解除激活的状态之后在时间间隔I3期间，再次导致位于体积区域130流体F中的温度升高ΔT。因此关于信号变化曲线的实施方案在间隔I1期间以相同方式再次能够适用于时间间隔I3。同样，时间间隔I2的实施例能够适用于可能的时间间隔I4。
在图1C中现在示出了在具有N＝0、1、2、3，…的不同时间间隔IN期间的另外的例如取决于压力变化ΔP的第一和第二信号变化曲线SΔ1P和SΔ2P，其中，根据一个实施例，奇数的温度间隔I1、I3等表示一个状态，在该状态中，该加热元件150在激活该加热元件时，引起位于体积区域130中的流体F的被限定的温度升高ΔT，而在偶数的时间间隔I2、I4等中，在加热元件150的被激活的状态之后解除激活加热元件150时，引起位于体积区域130中的流体F的温度降低ΔT。
图1C中的间隔IN例如具有持续时间2τ(例如，在1τ和3τ之间)，其中，τ是第一变化曲线SΔ1P和第二信号变化曲线SΔ2P的下降区段的指数函数的时间常数τ。因此可以假设，系统在间隔IN结束时尚未再次处于平衡状态。
在图1C中，现在例如示出了两个信号变化曲线SΔ1P和SΔ2P。根据一个实施例，例如第一信号变化曲线S1ΔP表示从压力转换器或麦克风110获得的信号变化曲线，而第二信号变化曲线S2ΔP表示以压力转换器110的期望功能参数FSOLL为形式的期望信号变化曲线或比较信号变化曲线，期望功能参数被例如存储在由该处理设备170可访问的存储器中。根据另外的实施例，例如第一信号变化曲线S1ΔP表示从压力转换器或麦克风110获得的信号变化曲线，而第二信号变化曲线S2ΔP表示从另一压力转换器(未在图1A中示出)获得的信号变化曲线，该信号变化曲线例与压力转换器110相邻布置。
在图1C中示出的第一信号变化曲线S1ΔP和第二信号变化曲线S2ΔP现在基本上与图1B所示的信号变化曲线SΔP的不同在于，具有激活的加热元件150的加热阶段和具有随后解除激活的加热元件150的冷却阶段比图1A中所示的系统100的信号变化曲线的衰减时间(例如5τ)更短并且基本上不完全衰减。因此，测试或校准过程可以显著更快地进行，但是其中还可以从具有加热间隔和冷却间隔的得到的信号变化曲线S1ΔP、S2ΔP中导出下极限频率、信号幅值和相位信息，而不会实现热稳定的基础状态。图1C中的间隔IN例如具有持续时间2τ(例如，在1τ和3τ之间)。但是，间隔IN的持续时间基本上可以任意地例如利用N≥1能够选择，只要所期望的功能参数还能够从所得到的信号变化曲线SΔP中导出即可。
对于在时间间隔I1开始时的时刻t0，加热元件150现在被激活，使得流体温度T从起始温度T0，即环境温度开始，直到时间间隔I1结束时的时刻t1为止，升高到经提高的温度T1，其中T1＝T0+ΔT。经过通过加热元件150限定的热量供应，温度变化ΔT在例如50％、20％、10％或1％的公差范围内可以被设定到升高的温度值T1上。响应于体积区域130中的流体F的温度升高ΔT，体积区域130中的流体F的相应的压力增加ΔP随着相应地升高信号变化曲线SΔ1P或SΔ2P而进行。在时刻ta，例如出现了以信号变化曲线SΔP的局部最大值为形式的平衡状态。在此，在时刻ta处，由流体F的温度升高ΔT引起的体积区域130中的压力增加ΔP以及通过平衡孔或通气口132在体积区域130和参考体积区域190之间出现的流体交换达到相同的值。
在时刻ta之后具有不断减小的温度增加ΔT的温度变化曲线T现在直到时刻t1还不达到基本热稳定的值，而压力转换器110的膜112再次松弛。在此在体积区域130和参考体积区域190之间的平衡孔132充当过压阀并且仅部分再次补偿了体积区域130和参考体积区域190中的压力比，使得在体积区域130内的压力变化曲线在时刻t1处达到中间状态SX。
如果加热元件150在时刻t1处被解除激活，那么在加热元件150的激活状态之后导致位于体积区域130中的流体F的温度降低ΔT。
对于在时间间隔I2开始时的时刻t1，加热元件150现在被解除激活，使得流体温度T从温度T1开始在时间间隔I1结束时再次减小。响应于体积区域130中的流体F的温度降低ΔT，体积区域130中的流体F的相应的压力减小ΔP随着相应地降低信号变化曲线S1ΔP，S2ΔP而进行。在时刻tb，例如出现了以信号变化曲线S1ΔP、S2ΔP的局部最小值为形式的平衡状态。在此，在时刻tb处，由流体F的温度降低高ΔT引起的体积区域130中的压力减小ΔP以及通过平衡孔或通气口132在体积区域130和参考体积区域190之间出现的流体交换达到相同的值。
在时刻tb之后具有不断减小的温度下降ΔT的温度变化曲线T现在直到时刻t2还不达到热稳定的值，而压力转换器110的膜112再次松弛。在此在体积区域130和参考体积区域190之间的平衡孔132充当过压阀并且再次基本补偿了体积区域130和参考体积区域190中的压力比，使得在体积区域130内的压力变化曲线在时刻t2处达到中间状态SY。
在时刻t1和t2之间的时间间隔I2期间，因此压力转换器110的膜的偏移在与时间间隔I1期间相反的方向上进行。
如果加热元件150在时刻t2处被再次激活，那么在加热元件150的解除激活的状态之后在时间间隔I3期间，再次导致位于体积区域130流体F中的温度升高ΔT。因此关于信号变化曲线S1ΔP、S2ΔP的实施方案在间隔I1期间以相同方式再次能够适用于时间间隔I3。同样，时间间隔I2的实施例能够适用于可能的时间间隔I4。
根据一个实施例，处理设备170现在被构造成基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP或S1ΔP，S2ΔP来获取压力转换器110的当前的运行参数FIST。
根据实施例，处理设备170还能够被构造成利用控制信号SCONTROL来控制即激活并且随后再次解除激活加热元件150。
关于图1B和图1C中所示的信号变化曲线SΔP或S1ΔP、S2ΔP，要指出的是，这些信号变化曲线将被认为是用于任意的压差转换器110的示例性的典型的信号变化曲线，但是其中，分别按照压力转换器110的特定实施方案，实际信号变化曲线取决于几何形状、壳体等并且所示信号变化曲线的另外的边缘参数可能在细节上不同。但是下面的实施方案示出的是，从实际所获得的信号变化曲线SΔP、S1ΔP、S2ΔP中能够确定和评估一系列的信息，例如信号变化曲线的极限频率、信号电平或幅度、相位和/或对称性，以获得声音转换器110或传感器装置100的当前功能参数。在下文中，通常参考具有一般的指代SΔP的所获得的信号变化曲线SΔP或所获得的信号变化曲线S1ΔP，S2ΔP。
该处理设备170可以根据实施例现在还被构造成将压力转换器110的当前功能参数FIST与期望功能参数FSOLL比较并且获得比较结果，并且基于比较结果获取压力转换器110或传感器装置100的校准信息。处理设备170现在还可以被构造成基于所获取的校准信息FCAL利用取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP来设定或改变用于压力转换器的运行或操控参数和/或用于压力转换器或用于所提供的压力信号SP的处理参数，也就是说基于被评估的信号变化曲线SΔP对运行参数或处理参数进行相应的匹配。从而例如压力转换器110的被改变的运行参数通过处理设备能够引起压力转换器110的经改变的操控。此外，压力转换器110的经改变的处理参数可以通过处理设备引起对压力信号SP的经改变的准备。
压力转换器110的当前被获取的功能参数FIST例如可以通过信号变化曲线SΔP的极限频率来确定。例如可以利用fC＝1/τ从在时刻ta或tb之后的由遵循指数函数的信号变化曲线SΔP的时间常数τ中获取极限频率fC。因此，极限频率直接连接到指数函数的信号下降(在信号变化曲线的时刻ta或tb之后)并且对应于时间常数τ的倒数。因此，信号变化曲线SΔP的信号下降越快，极限频率fC就越高，并且反之亦然。因此从极限频率fC能够作为当前功能参数FIST来获取压力转换器110的一个或多个平衡孔或通风口132的流体渗透率，也就是说气体渗透率或液体渗透率。因此，极限频率fC的减小可以指示压力转换器110的平衡孔132的流体渗透率降低。因此，极限频率fC可用作粒子/颗粒检测，例如如果粒子或颗粒位于压力转换器132的平衡孔132处并且具有这样的尺寸，使得这些粒子或颗粒可以至少部分地或完全地封锁或阻塞压力转换器110的平衡孔。此外，也可以检测声音端口104中的颗粒或粒子。
根据另一个实施例，信号电平或信号幅值能够以压力信号SP的信号变化曲线SΔP的绝对值最大的信号电平或绝对值最大的信号幅值SMAX(或S1MAX和S2MAX)为形式被获取为压力转换器110或传感器装置100的当前所获取的功能参数。在此，信号变化曲线SΔP的信号电平或信号幅值的变化指示压力转换器110的膜112的机械膜柔性的变化。
根据实施例，信号变化曲线SΔP的最大信号电平或最大值信号幅值SMAX还能够由处理设备170获取，其中，信号变化曲线的(最大信号电平或最大信号幅值＝峰值的)信号电平或信号幅值与信号电平或信号幅值的期望值的偏差可以指示压力转换器110的膜的机械膜柔性与膜柔性的相应期望值的偏差。
借助于加热元件150的热声刺激中的绝对值最大的信号幅值SMAX(峰值)得到了声音转换器、例如麦克风的输出信号电平。该最大的信号幅值(峰值)是压力转换器110的膜的机械膜柔性的直接指标。因此，例如压力转换器170的膜112的偏置电压或电偏压可以例如由处理设备170如此设置，以便获得信号变化曲线SΔP的在ta，tb测量的峰值SMAX与预校准的比较值或期望值的尽可能好的协调，例如在工厂校准时获得比较值或期望值。因此，一般来说，(最大的)信号幅值越低，压力转换器的膜就越硬，其中，因此偏压(偏置电压)例如可以由处理设备170设置到更高的值，以便例如获得静电弹簧软化效果。
处理设备170现在也可以被构造成作为校准信息FCAL来提供用于压力转换器110的膜的经改变的电偏压的值，以便基于经改变的电偏压的值至少近似(在50％，20％，10％或1％的公差范围内)设定或获得用于压力转换器110的机械膜柔性的期望值。
传感器装置100现在可以具有例如多个压力转换器110，这些压力转换器例如排列成阵列。在此，所获取的当前功能参数可以是在多个压力转换器110的情况下的压力信号SP，S1P，S2P，…的相应信号变化曲线SΔP，S1ΔP，S2ΔP，…的相位信息。例如，在多个压力转换器110的情况下，所获取的当前功能参数可以是压力信号SP的信号变化曲线SΔP的相位定向。处理设备170现在可以还被构造成获取多个压力转换器的相应的压力信号SP的信号变化曲线SP的相位定向，其中，相应压力信号SP的压力信号SΔP的不同的相位定向例如指示具有与其他压力转换器具有相比不同的相位定向的压力转换器的错误装配。例如，压力转换器、例如声音转换器或麦克风的(关于后侧和前侧的)反向装配称为错误装配。处理设备现在也可以被构造成作为校准信息提供用于压力转换器的压力信号SP的反转的值，在该压力转换器中，存在并且获取相应的压力信号SP的信号变化曲线SΔP的反转的相位定向。
由此可以获取布置在阵列中的压力转换器的压力信号的相位定向作为被获取的当前功能参数。通过读出热声脉冲或信号变化曲线SΔP的相位，其中，加热元件150的加热脉冲由于温度升高例如引起升高的信号变化曲线，并且冷却或温度降低得到下降的信号变化曲线，一个或多个压力转换器的经读出的压力信号SP可以被反转或移动180°，在一个或多个压力转换器中获取错误的相位定向，以便修正或均匀化整个读出信号。
在另一个实施例中，传感器装置100例如又具有多个压力转换器110，该压力转换器又例如布置在阵列中，其中，处理设备还能够被构造成获取来自压力转换器阵列的多个不同的压力转换器110的不同压力信号SP的信号变化曲线SΔP的相移。处理设备170现在还可以被构造成作为校准信息来提供压力转换器阵列中的压力转换器的一个或多个压力信号SP的相位匹配，其中获取压力信号SP的信号变化曲线SΔP的超过极限值的相移。
根据实施例，因此压力转换器阵列110中的相位微调或“微调相位”是可能的，例如办法是：还将相位的微调执行为小于或大于180°，例如0.5°，1°，2°，5°，10°等的阶段中的相移。在先前描述的最大信号幅值的获取和匹配和/或阵列(见上)中的单个声音转换器110的相位定向已经被执行之后，例如可以执行布置在阵列中的声音转换器110的这种相位微调。通过这种过程方式，例如可以匹配或修正声音传播，其中，此外实现了读出协调，因此可以增加布置在阵列中的声音转换器110的读取质量。
根据实施例，传感器装置100可以包括布置在阵列中的多个压力转换器110。在此也可以使用单个压力转换器110的所获取的当前功能参数，以便在原则上确定单个压力转换器110的功能，即获取阵列的单个压力转换器是否有缺陷。因此，例如如果确定阵列的单个压力转换器是有缺陷的，则关闭该压力转换器，即例如其的输出信号不再被处理设备170考虑。
作为压力转换器110的另外所获取的当前功能参数FIST，在温度升高和随后在温度降低时还能够获取在所得到的信号变化曲线之间的对称考虑，即，在加热脉冲和冷却脉冲之间的对称性。
因此，根据一个实施例，压力转换器110的所获取的功能参数可以是环境条件或环境条件的变化。环境条件例如是环境大气中的环境温度，环境大气压力(环境空气压力)，环境空气湿度和/或环境气体含量，例如CO含量，NOx含量等。处理设备170现在也可以被构造成基于体积区域130中的流体F的加热时的压力信号SP的信号变化曲线SΔP的区段与体积区域130中的流体F的冷却时的压力信号SP的信号变化曲线SΔP的第二区段的比较来获取用于压力转换器110或传感器装置100的校准信息。因此，处理设备170还可以被构造成基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP的第一和第二区段之间的对称性考虑来获取校准信息。
在考虑到加热脉冲和冷却脉冲之间的对称性时可以考虑的是，理论上，压力信号变化曲线在温度升高时，即在加热的热声脉冲时应该具有基本上相同的形状，并且压力信号变化曲线在温度降低时，即在冷却脉冲时应该具有基本上相同的形状。但是因为不同的物理条件，如热耦合、热源和热槽(散热器)也或者不同的调节参数，即，不同的热边界条件都存在，所以以加热信号变化曲线和冷却信号变化曲线为形式的两个信号变化曲线不准确相似，但仍然非常相似。从而例如两个信号变化曲线(即，加热压力信号变化曲线和冷却压力信号变化曲线)之间的变化差异，能够被假定和考虑作为变化的环境条件的指标，例如变化的环境温度等的指标。
如上该，传感器装置100可以是光声传感器装置，压力传感器装置或具有MEMS压力传感器或MEMS压差传感器的压差传感器装置，也或者声转换器装置或麦克风装置。
图2A-图2D现在示出了在不同运行状态A至D中的具有被构造为声音转换器的压力转换器110的传感器装置100的基本视图，用于获取压力信号SP的取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP。
如图2A-图2D所示，传感器装置100例如被构造为声音转换器装置或麦克风装置，其中，压力转换器110被构造为麦克风或MEMS麦克风110。传感器装置100的构造方案仅被视为是示例性的，这是因为在当前方案中基本上可以使用任意的压力转换器实施方案。因此，传感器装置100作为具有MEMS麦克风110作为压力转换器的麦克风装置的示意被认为仅是示例性，并且用于说明用于测试或校准传感器装置100的当前方案。
如图2A-图2D所示，传感器装置或麦克风装置100具有壳体102，壳体例如具有壳壁(盖)102-1和载体(PCB＝印刷电路板)102-2并且具有声音开口或声音端口104，其中，麦克风110与在壳体102内的声音开口104相邻布置。在壳体102内还布置有加热元件150和ASIC，该ASIC可以作为图1的处理设备170有效。而且根据实施例也可以使用外部处理设备(在图2A-图2D中未示出)。在“声音传播方向”上位于麦克风110后面的内部体积130，即麦克风装置100的背部体积形成具有流体F的体积区域130。流体F因此例如是环境大气的气体或环境空气。因此，在图2A-图2D的麦克风装置100中，麦克风110与具有流体F的体积区域130、即背部体积流体连通，其中，声音转换器110被构造成响应于体积区域130中的压力变化ΔP而输出具有取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP的压力信号SP。在图2A-图2D中显示为独立元件的加热元件150现在被构造成引起位于在体积区域130中的流体F的被限定的温度变化ΔT，其中，流体F的温度变化ΔT在体积区域130中引起压力变化ΔP，根据实施例，加热元件150还能够被构造为ASIC 170的一部分。此外，可以在体积区域130和参考体积区域190之间的膜112中设置平衡孔或通气口132。
该处理设备170，即，例如所示的ASIC，现在被构造成基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP，在体积区域130中的由加热元件150引起的温度变化ΔT中获得信号变化曲线，以获得声音转换器110的校准信息。
声音转换器110现在例如被构造成，相对于参考体积区域190(即，环境区域或前部体积区域)中的参考压力、例如大气压获取在体积区域130(麦克风的背部体积)中压力变化ΔP。具有压力转换器110的传感器装置100的借助于图1a-c所示的实施例因此同样适用于图2a-d中所示的具有声音转换器110的麦克风装置100。
如图2A所示，运行状态A中的加热元件150例如在其接通状态之前处于解除激活状态，从而使麦克风膜松弛并处于“初始位置”。麦克风110因此仅检测从麦克风装置100的周围环境到达通过声音开口104进入的声音。图2A所示的麦克风装置100因此位于图1B或图1C的间隔I0中。
如图2B中作为运行状态B所示，加热元件150现在在时刻t0被激活(也参见图1B或图1C)，以便造成体积区域130中的流体F的被限定的温度升高ΔT。图2B中示出的麦克风装置100因此例如以麦克风110的膜的最大偏移在时刻ta位于图1B或图1C的间隔I1内。
如图2C在运行状态C的情况下所示，温度T现在图1B或图1C的时刻t1不久之前的时间间隔I1期间达到热稳定值T1。由于麦克风110的通风口或平衡孔，麦克风膜再次过渡到松弛状态(参见图1B)或至少部分松弛状态(参见图1C)，这是因为麦克风110的膜112的通气口132起到过压阀的作用并且将背部体积130中的内部压力与环境大气的外部压力平衡(见图1B或图1C)。
参考图1B和图1C的典型信号变化曲线，要指出的是，可以在加热器150仍然接通时达到麦克风110的背部体积130中的这种热稳定值，即，从加热器150输出到麦克风110的内部体积中130的热能和在麦克风的内部体积中的从中得到的另外的加热和压力增加ΔP通过经由麦克风110的通气口132进行的气体交换被更多补偿，使得麦克风的内部体积130中的初始“过压”在加热器150仍接通时仍然降低，如图2C的运行状态B所示。
当流体交换小于麦克风110的最小被接收的压力变化ΔP时，因此膜112不再移动，并且温度T更确切地说经由壳壁(盖)102-1或PCB(载体)102-2的结构机械交换，然后达到运行状态C，在该运行状态中建立体积区域130中的内部压力与外部体积190中的外部压力之间的平衡。因此不再有明显的压力交换。
图2D现在代表麦克风装置100的运行状态D，其中加热元件150在时刻t1在被激活的状态之后在间隔I1期间被解除激活，以便现在在间隔I2期间造成位于体积区域130中的流体F的温度降低(参见图1B或图1C)。在加热元件150被断开之后，麦克风装置100(即整个系统)由此再次冷却，其中，在背部体积130中的温度下降造成的是，位于其中的流体F再次以气体或空气的形式收缩，并且麦克风膜112在背部体积或测量体积130的方向上被向内拉动。
由于现在温度T在时刻t2附近或时刻处在间隔I2结束时再次达到热稳定值，所以麦克风膜112再次松弛，其中，麦克风膜112的平衡孔或通气口132在另一方向上再次作为过压阀是有效的并且使得背部体积130中的内部压力P与周围环境190的外部压力平衡，从而再次实现了图2A的麦克风装置100的状态。
基于所获得的压力信号SP的信号变化曲线SΔP，现在可以例如通过处理设备170(ASIC)获取麦克风110的当前函数参数FIST，其中，在这方面被称为用于获取图1A-图1C的当前功能参数的实施方案，该实施方案可以在这里同样地应用。
压力转换器110的当前被获取的功能参数FIST例如可以通过信号变化曲线SΔP的极限频率来确定。根据另一个实施例，信号电平或信号幅值能够以压力信号SP的信号变化曲线SΔP的绝对值最大的信号电平或绝对值最大的信号幅值SMAX为形式被获取为压力转换器110或传感器装置100的当前所获取的功能参数。传感器装置100现在可以具有例如多个压力转换器110，这些压力转换器例如排列成阵列。在此，所获取的当前功能参数能够是在多个压力转换器110中的该压力信号SP的相应信号变化曲线SΔP的相位信息。在另一个实施例中，传感器装置100例如又具有多个压力转换器110，该压力转换器又例如布置在阵列中，其中，处理设备还能够被构造成获取来自压力转换器阵列的多个不同的压力转换器110的不同压力信号SP的信号变化曲线SΔP的相移。也可以使用单个压力转换器110的所获取的当前功能参数，以便在原则上确定单个压力转换器110的功能，即获取阵列的单个压力转换器是否有缺陷。作为压力转换器110的另外所获取的当前功能参数FIST，在温度升高和随后在温度降低时还能够获取在所得到的信号变化曲线之间的对称考虑，即，在加热脉冲和冷却脉冲之间的对称性。因此，根据一个实施例，压力转换器110的所获取的功能参数可以是环境条件或环境条件的变化。环境条件例如是环境大气中的环境温度，环境大气压力(环境空气压力)，环境空气湿度和/或环境气体含量，例如CO含量，NOx含量等。
此外，当评估麦克风信号时，可以考虑另外的边界条件，例如空气湿度、环境空气压力等。例如如果系统100的热容量变化很大，则可以这样进行。原则上，这些参数或边界条件只进入热流或温度变化曲线的指数函数，指数函数变得更快(更陡峭)或更慢(更浅)。如果测量间隔选得足够长(例如，比最差情况更长)，那么这些效果应该再次下降，因此影响可以忽略不计。例如，如果这些效果在定义上远低于麦克风的拐角频率(下极限频率fC)并且因此被衰减得太多，即低于麦克风110的SNR比(信噪比)，则是这种情况。
图3A-图3D现在示出具有处于不同运行状态中的多个(例如两个)声音转换器或麦克风110、110-1的传感器装置或麦克风装置100的另外的原理视图，以便例如执行在多个麦克风110、110-1之间的相位偏移测量和修正。
如图3A-图3D所示，除了声音转换器110之外，麦克风装置100还包括具有膜112-1和声音开口132-1的另一个声音转换器110-1，其中，与另一个声音开口104-1相邻的另一个声音转换器110-1布置在麦克风装置100的壳体102中。否则，图3A-图3D的麦克风装置100具有与图2A-图2D的麦克风装置100相同的基本结构。
如图3A原则上所示，两个麦克风110、110-1都电连接到评估设备170，以读出相应的信号变化曲线。如图3A另外所示，两个麦克风110、110-1例如直接彼此相邻地布置在壳体102内，从而两个麦克风110、110-1受到基本相同的入射声音或声压。如在图3A中还例如进一步示出的，第一麦克风110和第二麦克风110-1将相移的电信号S1、S2(例如相移180°的电信号)提供给处理设备170。当两个麦克风110或110-1中的一个麦克风被不正确安装时，即关于其正面和背面颠倒安装在壳体102处时，可以出现例如180°的这样的相位偏移。
如在图3B中原则上所示，处理设备170可以检测第一和第二麦克风110、110-1的相应的各信号变化曲线S1ΔP，S2ΔP，第一和第二麦克风暴露于体积区域130中的流体F的基本上相同的压力变化ΔP和温度变化ΔT，只要加热元件150引起位于体积区域130中的流体F的被限定的温度变化ΔT并且因此导致体积区域130中的相应的压力变化ΔP即可。因此，如图3b所示，处理设备170可以将两个麦克风110、110-1处的压力信号的相应信号变化曲线S1ΔP，S2ΔP的相位定向获取为当前功能参数。如果处理设备170检测到例如180°的相位差，处理设备170现在还能够被构造成引起例如错误安装的麦克风110-1的压力信号的异相信号变化曲线的相位匹配或相位反转作为校准信息。
如图3C所示，相位修正可以通过反转第二麦克风110-1的180°异相的压力信号S2P来实现。
如图3D和两个麦克风110、110-1的相关输出信号S1、S2所示，现在两个麦克风110、110-1都处于相位中，即声音检测等同于电气检测。
下面将参照图4描述用于测试传感器装置100的方法200的实施例。在方法200中再次参考如借助图1A-图1C，图2A-图2D和图3A-图3D的传感器装置100。
在方法200中，首先在步骤210中产生位于体积区域130中的流体F的被限定的温度升高ΔT，其中，流体F的温度变化ΔT在体积区域130中引起压力变化ΔP，
在步骤220中，现在利用压力转换器110检测体积区域130中的压力变化ΔP，其中，压力转换器110处于与具有流体F的体积区域130的流体连通中。
在步骤230中，响应于在体积区域130中的压力变化ΔP，输出具有取决于压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP的压力信号SP。
在步骤240中，压力转换器110的校准信息ICAL基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP来获取，其中获得体积区域130中的温度变化ΔT时的信号变化曲线SΔP。
例如，在检测压力变化ΔP的步骤220中，相对于参考体积区域190中的参考压力PREF来检测体积区域130中的压力变化ΔP，以便输出具有取决于该压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP的压力信号SP。
产生定义的温度变化的步骤210现在也可以例如被执行，办法是：首先激活加热元件150以实现流体区域130中的流体F的经限定的温度升高，并且然后加热元件150在被激活状态之后被解除激活，以造成位于体积区域130中的流体F的被限定的温度降低。
在获取校准信息的步骤240中，压力转换器110的当前功能参数FIST可以进一步基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP来获取，于是可以将当前功能参数FIST与压力转换器110的期望功能参数FSOLL进行比较以便获得比较结果，并且其中，还可以基于比较结果来获取压力转换器110的校准信息。
此外，在可选步骤250中，压力转换器110的运行参数或处理参数能够基于校准信息而改变，其中，该压力转换器110的经改变的运行参数导致该压力转换器的经改变的操控，并且其中压力转换器110的改变的处理参数引起对压力信号SP的改变的准备和/或处理。
根据实施例，可以使用图1A-图1C、图2A-图2D或图3A-图3D的处理设备170也或者另一个处理设备(图中未示出)，以便执行借助图4描述的方法，使得借助于处理设备170所描述的方面也表示相应方法的描述，使得借助于处理设备170所描述的功能和特性也被理解为相应的方法步骤或者作为方法步骤的特征。
现在下面借助于图5描述用于测试或校准传感器装置100的流程图或过程图，其中，参考借助于图1A-图1B、图2A-图2D、图3A-图3D所描述的传感器装置100的结构元件和功能特性以及借助于图4所描述的方法步骤。
如图5A所示，首先提供具有麦克风110的传感器装置或麦克风装置100。利用麦克风例如检测通过接近口102进入麦克风110的声音信号，其中，处理设备170例如被构造成评估和准备该声音信号。因此，在图5A中，执行周围环境的声压级(SPL＝声压级)的声学测量。
如图5B所示，通过加热元件150的激活现在引起体积区域130(背部体积)中的流体F的被限定的温度升高。(见图4的步骤210)。因此，通过加热元件150产生加热脉冲或加温脉冲，加热脉冲或加温脉冲在体积区域130中产生例如大于当前环境声压级SPL(声压级)的压力变化。为了获得足够的信噪比(SNR参数)，体积区域130中的通过温度变化ΔT引起的压力变化ΔP可以比当前声压级至少高大约6dBSPL(因子2)。取决于外部音量和体积大小，这可以例如在体积区域130中的流体F的温度升高ΔT为1至2°开尔文的情况下实现。
这些数值仅作为示例，并且可能会根据传感器装置100的实际构造方案而变化。
在图5C中示出，在体积区域130中检测由温度升高导致的压力变化，并且输出具有信号变化曲线SΔP的压力信号SP(参见图4的步骤220和230)。因此，在图5C的声学测量中，检测由加热元件150产生的热声脉冲。(参见图4的步骤220和230)
在图5D中，通过在被激活状态之后解除激活加热元件150，体积区域中的流体F的温度降低。因此通过关闭加热元件150产生冷却脉冲，冷却脉冲通过冷却流体F在体积区域130中产生压力减小。
在图5E中，基于通过麦克风110进行的声学测量，获取压力转换器110的功能参数或校准信息，例如用于调谐(参见图4的步骤240)。
在图5F中，处理设备(ASIC)170基于所获取的校准信息获取或调整压力转换器110的运行参数(操控参数)和/或处理参数。在此压力转换器110的经改变的运行参数造成压力转换器的经改变的操控，而压力转换器的经改变的处理参数引起压力信号的经改变的准备或处理。在图5f中，借助于处理设备或ASIC 170根据被提取或获取的功能参数设置或校准以传感器装置100形式的系统。(见图4的可选步骤250)
可选地，测量可以在循环中进行，也就是说测试或校准过程可以在这里结束或者在图5a中作为初始点相应地再次重复并且经历。
在下文中，现在将一般性地讨论当前传感器装置100的当前方案以及用于测试和校准传感器装置100的方案的若干应用可行方案和另外方面。
如上所述，当前方案例如适用于麦克风装置100也或者也适用于使用麦克风110的光声传感器(气体测量系统)100。
光声传感器(PAS传感器)使用光电效应，其中电磁辐射被分子吸收，其中，借助于压力转换器110，直接检测由吸收产生的压力波动。在此，在产生光声信号时，可以观察不同的阶段。首先，电磁辐射被分子在完全特定的波长处吸收。由此导致的能量增加或温度升高被显示在分子的更快运动中，这导致系统中的压力增加。在闭合体积中，压力变化或压力增加例如由麦克风检测，从而被吸收的电磁能量转换成声音。宽带发射的电磁能量源在测量体积中产生最大光声信号。所发射的电磁辐射被调制并且通过限定的测量路径被耦合到填充有目标气体的光声单元中。光声单元100中的麦克风110检测由调制的辐射输入引起的压力波动。如果目标气体的分子存在于测量路径中，则电磁辐射的一部分已经在测量路径中被吸收。由此减少了光声单元中的信号。与此相反，如果测量室中没有目标气体，那么那里所测量到的压力信号是最大的。压力信号因此提供关于测量室中的目标气体的成分的信息。
因此例如当前方案可以被应用于光声气体传感器(PAS传感器)100，并且可以被认为是一般的麦克风校准方案。由于作为加热元件150，可以使用能够改变测量中的气体温度的任何热源，所以根据实施例也可以使用如在PAS热源中所使用的红外(IR发射器)。
处理设备170现在可以基于压力信号SP的信号变化曲线SΔP或用于压力转换器110的校准信息来获取压力转换器110的当前功能参数FIST。因此压力转换器110的运行参数或处理参数能够基于校准信息而改变，其中，该压力转换器110的经改变的运行参数导致该压力转换器的经改变的操控，并且其中压力转换器110的改变的处理参数引起对压力信号SP的改变的准备和/或处理。
根据实施例，可以使用图1A-图1C、图2A-图2D或图3A-图3D的处理设备170也或者另一个处理设备(图中未示出)，以便执行借助图4和图5所描述的方法。
由于所描述的测试或校准方案不使用额外的外部组件并使用内部声源作为热源，因此当前方案能够在实际使用中用于校准(现场校准)。实施例进一步描述了用作现场测量的可能的工厂侧或客户侧的声学校准例程。
用于测试或校准传感器装置100的传感器装置100或方法200的实施例可以毫不费力地应用于现有的气体传感器方案，特别是其中，测试和校准过程相比以前的过程方式在PAS气体传感器中能够被显著减小。
本说明书的实施例集中于例如声学测试方案和相应的麦克风校准。由于大多数PAS传感器已经使用热源来产生IR光，例如根据实施例可以使用这种类型的热源，以在体积区域130中生成声压变化以确定麦克风灵敏度和另外确定其他系统属性。一个要求在于热源处的已知温度，该已知温度例如是工厂或客户测试情况的电特性或热特性的结果。当前方案不需要额外的外部或内部声源，其中，内部热源被用作加热元件(作为热声转换器)，其中，利用压力转换器或麦克风110检测通过加热元件引起的温度变化。因此，可以使用加热电阻元件，晶体管的导通电阻RON或结构元件作为热源，通过加热该结构元件，该结构元件输出电气损耗功率。
用于测试和校准传感器装置的当前方案能够由客户用于现场校准光声气体传感器中的压力转换器或麦克风。声学校准也可以在工厂侧或在运行时间中在客户处在用于微调的自动校准过程期间事先进行。所有的信号处理都可以用原始数据和/或来自处理设备(ASIC)170的后处理数据来处理。
实施例因此描述了没有外部声学刺激的声学现场校准。借助于热源，即加热元件150和热声耦合在内部产生声学刺激。热源，即加热器，电阻，具有电气损耗功率的结构元件等等耦合热能进入测量室气体，即体积区域130中的流体，这导致压力增加，即加热或压力减小，即冷却。瞬态振荡特性现在示出了压力转换器特性或麦克风特性，例如幅度或极限频率。考虑到通风方案和平衡方案，极限频率也能够用于在密封的或非密封的壳体之间进行区分。
按照第一方面，传感器装置100能够具有下述特征：压力转换器110，与具有流体F的体积区域130流体连通，其中，压力转换器110被构造成响应于体积区域130中的压力变化ΔP，输出具有取决于该压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP的压力信号SP；加热元件150，该加热元件被构造成引起位于体积区域中的流体F的被限定的温度变化ΔT，其中，流体F的温度变化ΔT引起体积区域130中的压力变化ΔP；以及处理设备170，该处理设备被构造成基于该压力信号SP的信号变化曲线SΔP来获取该压力转换器110的当前功能参数FIST，该信号变化曲线是在由该加热元件150引起的该体积区域130中的温度变化ΔT下获得的。
按照参考第一方面的第二方面，压力转换器110能够被构造成检测体积区域130中相对于参考体积区域190中的参考压力PREF的压力变化ΔP。
根据参考第一方面的第三方面，压力转换器110可以具有压差传感器或绝对压力传感器。
根据参考第一方面的第四方面，加热元件150可以被构造成在激活时实现位于体积区域130中的流体F的被限定的温度升高ΔT。
根据参考第一方面的第五方面，加热元件150还可以被构造成在被激活状态之后在解除激活时引起位于体积区域130中的流体F的温度降低ΔT。
根据参考第一方面的第六方面，该处理设备170还被构造成基于该压力转换器110的当前功能参数FIST来获取用于该压力转换器110的校准信息ICAL。
根据参考第六方面的第七方面，该处理设备170还能够被构造成比较当前功能参数FIST与该压力转换器110的期望功能参数FSOLL并获得比较结果，并且基于该比较结果来获取用于该压力转换器110的校准信息ICAL。
根据参考第一方面的第八方面，处理设备170还能够被构造成基于校准信息ICAL来改变用于压力转换器110的运行参数和/或处理参数。
根据参考第八方面的第九方面，该处理设备170能够被构造成基于该压力转换器110的经改变的该运行参数来引起该压力转换器110的经改变的操控。
根据参考第八方面的第十方面，该处理设备170能够被构造成基于该压力转换器110的经改变的该处理参数来引起该压力信号SP的经改变的准备或处理。
根据参考第六方面的第十一方面，当前功能参数是压力转换器110的一个或多个平衡孔的流体渗透率。
根据参考第十一方面的第十二方面，处理设备170还能够被构造成获取信号变化曲线SΔP的下极限频率fC，其中，下极限频率的降低指示压力转换器110的一个或多个平衡孔的经减小的流体渗透率。
根据参考第六方面的第十三方面，当前功能参数基于压力转换器110的膜的机械膜柔性。
根据参考第十三方面的第十四方面，处理设备170还能够被构造成获取信号变化曲线SΔP的最大信号幅值，其中，信号变化曲线SΔP的最大信号幅值的变化指示压力转换器110的膜的机械膜柔性的变化。
根据参考第十三方面的第十五方面，处理设备170还能够被构造成获取信号变化曲线SΔP的最大信号幅值，其中，该信号变化曲线SΔP的最大信号幅值与期望值的偏差指示该压力转换器的膜的机械膜柔性与期望值的偏差。
根据参考第十三方面的第十六方面，处理设备170现在也可以被构造成作为校准信息ICAL来提供用于压力转换器的膜的经改变的电偏压的值，以便基于经改变的该电偏压至少近似获得该压力转换器110的机械膜柔性的期望值。
根据参考第六方面的第十七方面，传感器装置100可以具有多个压力转换器110，其中，在多个压力转换器110的情况下，当前功能参数是该压力信号SP的相应信号变化曲线SΔP的相位信息。
根据参考第十七方面的第十八方面，在多个压力转换器的情况下，当前功能参数能够是该压力信号的信号变化曲线SΔP的相位定向。
根据参考第十七方面的第十九方面，处理设备170还能够被构造成获取该多个压力转换器110的相应压力信号的该信号变化曲线SΔP的相位定向，其中，相应压力信号SP的信号变化曲线SΔP的不同的相位定向指示压力转换器110的错误装配。
根据参考第十九方面的第二十方面，处理设备170还能够被构造成提供用于该压力转换器110的压力信号SP的反转的值作为该校准信息ICAL，其中存在该相应压力信号SP的该信号变化曲线SΔP的反转的相位定向。
根据参考第十七方面的第二十一方面，传感器装置现在可以具有多个压力转换器，压力转换器布置在压力转换器阵列中。其中，处理设备170还被构造成获取该压力转换器阵列的多个不同的压力转换器110、110-1的压力信号SP的信号变化曲线SΔP的相移。
根据参照第二十一方面的第二十二方面，该处理设备170还能够被构造成提供在该压力转换器阵列中的该压力转换器的一个或多个压力信号SP的相位匹配作为校准信息ICAL。
根据参考第六方面的第二十三方面，当前功能参数可以是环境条件。
根据参考第二十三方面的第二十四方面，环境条件可以是环境温度、环境空气压力、环境空气湿度和/或环境大气中的环境气体含量。
根据参考第二十三方面的第二十五方面，该处理设备170还能够被构造成基于在加热该体积区域130中的该流体F时的该压力信号的第一信号变化曲线与在冷却该体积区域中的该流体F时的该压力信号的第二信号变化曲线的比较来获取该校准信息ICAL。
根据参考第二十五方面的第二十六方面，处理设备170还可以被构造成基于压力信号SP的第一和第二信号变化曲线之间的对称性考虑来获取校准信息ICAL。
根据参考第一方面的第二十七方面，传感器装置100可以是光声传感器装置。
根据参考第一方面的第二十八方面，传感器装置100可以是具有MEMS压力传感器的压力传感器装置。
根据第二十九方面，用于测试传感器装置100的方法200可以包括以下步骤：产生210位于体积区域130中的流体F的被限定的温度变化ΔT，其中，流体F的温度变化ΔT引起体积区域130中的压力变化ΔP；利用压力转换器110来检测220该体积区域130中的压力变化ΔP，该压力转换器110与具有该流体F的体积区域130处于流体连通；响应于该体积区域130中的该压力变化ΔP而输出230压力信号，该压力信号具有取决于该压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP；并且基于在该体积区域130中的该温度变化ΔT下所获得的该压力信号SP的该信号变化曲线SΔP来获取240该压力转换器110的当前的功能参数FIST。
根据参考第二十九方面的第三十方面，在检测220压力变化ΔP的步骤中，能够检测测体积区域130中相对于参考体积区域190中的参考压力PREF的压力变化ΔP，以便输出具有取决于该压力变化ΔP的信号变化曲线SΔP的压力信号SP。
根据参考第二十九方面的第三十一方面，产生210经限定的温度变化ΔT的步骤还能够具有下述步骤：激活220A加热元件150，以引起位于该体积区域130中的流体F的被限定的温度升高ΔT；和/或在该加热元件150的激活状态之后解除激活220B该加热元件150，以便引起位于该体积区域130中的流体F的温度降低。
根据参考第二十九方面的第三十二方面，该获取240的步骤还能够具有下述步骤：基于该压力转换器110的当前功能参数FIST，通过比较该当前功能参数FIST与该压力转换器110的期望功能参数FSOLL来获得比较结果，并且基于该比较结果通过确定用于该压力转换器110的校准信息ICAL，来获取用于该压力转换器110的校准信息ICAL。
根据参考第二十九方面的第三十三方面，该方法200还可以具有以下步骤：基于该校准信息来改变250用于该压力转换器110的运行参数或处理参数，其中，该压力转换器110的经改变的运行参数引起该压力转换器110的经改变的操控，并且其中，该压力转换器110的经改变的处理参数引起该压力转换器的经改变的准备。
尽管已经结合装置描述了一些方面，但显然的是，这些方面也表明对相应方法的描述，因此框或装置的结构元件也被理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，结合方法步骤或作为方法步骤被描述的方面也表示相应装置的相应块或具体情况或特征的描述。方法步骤中的一些或全部方法步骤可以由硬件装置(或使用硬件装置)执行，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或多个方法步骤可以由这样的装置执行。
分别按照特定的实施要求，本发明的实施例可以用硬件或软件来实现，或者至少部分用硬件来实现，或者至少部分用软件来实现。该实现可以使用数字存储介质，如软盘、DVD、蓝光盘、CD、ROM、PROM、EPROM以及EEPROM或FLASH存储器、硬盘或其它磁存储器或光存储器来执行，电子可读控制信号存储在该数字存储介质上，电子可读控制信号与可编程计算机系统能够配合作用或配合作用，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例因此包括具有电子可读控制信号的数据载体，电子可读控制信号能够与可编程计算机系统进行配合作用，以便执行这里描述的方法之一。
通常，本发明的实施例可以实现为具有程序代码的计算机程序产品，其中，当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码可以有效地执行该方法之一。
程序代码也能够例如存储在机器可读的载体上。
其他实施例包括用于执行这里该的方法之一的计算机程序，其中，计算机程序存储在机器可读载体上。换句话说，根据本发明的方法的实施例因此是计算机程序，该计算机程序具有当该计算机程序在计算机上运行时用于执行本文所描述的方法之一的程序代码。
因此，根据本发明的方法的另一个实施例是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，在该数据载体上记录有用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。数据载体或数字存储介质或计算机可读介质通常是有形的和/或非易失性的。
因此，根据本发明方法的另一个实施例是数据流或信号序列，该数据流或信号序列表示用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。该数据流或信号序列例如可以被配置为通过数据通信连接(例如通过互联网)得以传送。
另一个实施例包括处理设备，诸如计算机或可编程逻辑结构元件，处理设备被配置成或匹配于执行本文描述的方法之一。
另一个实施例包括计算机，在该计算机上安装有计算机程序以执行这里描述的方法之一。
按照本发明的另一实施例包括装置或系统，该装置或系统被设计成把用于执行这里描述的方法中的至少一个方法的计算机程序传输给接收器。该传输可以例如以电子方式或光学方式进行。接收器可以例如是计算机、移动设备、存储设备或类似装置。装置或系统可以例如包括用于将计算机程序传输给接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可以使用可编程逻辑结构元件(例如，现场可编程门阵列，FPGA)来执行本文描述的方法的一些功能或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器配合作用以执行本文描述的方法之一。通常，在一些实施例中，该方法由任何硬件装置执行。这可以是诸如计算机处理器(CPU)的通用硬件或特定于该方法的硬件，诸如ASIC。
上述的实施例仅表示本发明的原理的展示。显然的是，其它的专业人员能够明白这里所描述的装置和具体情况的变型方案和变体方案。因此目的是，本发明仅由所附权利要求的保护范围来限制，而不是由借助于实施例的描述和解释而在这里呈现的具体细节来限制。

Claims (34)

1.一种传感器装置(100)，具有下述特征：
压力转换器(110)，与具有流体(F)的体积区域(130)处于流体连通，其中，所述压力转换器(110)被构造成响应于所述体积区域(130)中的压力变化(ΔP)而输出压力信号(SP)，所述压力信号(SP)具有取决于所述压力变化(ΔP)的信号变化曲线(SΔP)，
加热元件(150)，所述加热元件被构造成引起位于所述体积区域中的流体(F)的被限定的温度变化(ΔT)，其中，所述流体(F)的所述温度变化(ΔT)引起所述体积区域(130)中的压力变化(ΔP)，以及
处理设备(170)，所述处理设备被构造成基于所述压力信号(SP)的所述信号变化曲线(SΔP)来获取所述压力转换器(110)的当前功能参数(FIST)，所述信号变化曲线(SΔP)是在由所述加热元件(150)引起的所述体积区域(130)中的所述温度变化(ΔT)下获得的。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(100)，其中，所述压力转换器(110)被构造成检测所述体积区域(130)中相对于参考体积区域(190)中的参考压力(PREF)的压力变化(ΔP)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(100)，其中，所述压力转换器(110)具有压差传感器或绝对压力传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述加热元件(150)被构造成在激活时引起位于所述体积区域(130)中的流体(F)的被限定的温度升高(ΔT)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述加热元件(150)还被构造成在所述加热元件的激活状态之后解除激活时，引起位于所述体积区域(130)中的流体(F)的温度降低(ΔT)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成基于所述压力转换器(110)的当前功能参数(FIST)来获取用于所述压力转换器(110)的校准信息(ICAL)。
7.根据权利要求6所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成比较所述当前功能参数(FIST)与所述压力转换器(110)的期望功能参数(FSOLL)并获得比较结果，并且基于所述比较结果来获取用于所述压力转换器(110)的校准信息(ICAL)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成基于所述校准信息(ICAL)来改变用于所述压力转换器(110)的运行参数和/或处理参数。
9.根据权利要求8所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)被构造成基于所述压力转换器(110)的经改变的所述运行参数来引起所述压力转换器(110)的经改变的操控。
10.根据权利要求8或9所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)被构造成基于所述压力转换器(110)的经改变的所述处理参数来引起所述压力信号(SP)的经改变的准备或处理。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述当前功能参数是所述压力转换器(110)的一个或多个平衡孔的流体渗透率。
12.根据权利要求11所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成获取所述信号变化曲线(SΔP)的下极限频率(fC)，其中，所述下极限频率的降低指示所述压力转换器(110)的一个或多个平衡孔的减小的流体渗透率。
13.根据权利要求6至10中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述当前功能参数基于所述压力转换器(110)的膜的机械膜柔性。
14.根据权利要求13所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成获取所述信号变化曲线(SΔP)的最大信号幅值，其中，所述信号变化曲线(SΔP)的最大信号幅值的变化指示所述压力转换器(110)的膜的机械膜柔性的变化。
15.根据权利要求13或14所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成获取所述信号变化曲线(SΔP)的最大信号幅值，其中，所述信号变化曲线(SΔP)的最大信号幅值与期望值的偏差指示所述压力转换器的膜的机械膜柔性与期望值的偏差。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)被构造成提供所述压力转换器的膜的经改变的电偏压的值作为所述校准信息(ICAL)，以便基于经改变的所述电偏压至少近似获得所述压力转换器(110)的机械膜柔性的期望值。
17.根据权利要求6至10中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述传感器装置(100)具有多个压力转换器(110)，其中，在所述多个压力转换器(110)的情况下，所述当前功能参数是所述压力信号(SP)的相应信号变化曲线(SΔP)的相位信息。
18.根据权利要求17所述的传感器装置(100)，其中，在所述多个压力转换器的情况下，所述当前功能参数是所述压力信号的信号变化曲线(SΔP)的相位定向。
19.根据权利要求17或18所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成获取所述多个压力转换器(110)的相应压力信号的信号变化曲线(SΔP)的相位定向，其中，所述相应压力信号(SP)的所述信号变化曲线(SΔP)的不同的相位定向例如指示所述压力转换器(110)的错误装配。
20.根据权利要求19所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成提供用于所述压力转换器(110)的压力信号(SP)的反转的值作为所述校准信息(ICAL)，其中存在所述相应压力信号(SP)的所述信号变化曲线(SΔP)的反转的相位定向。
21.根据权利要求17所述的传感器装置(100)，其中，所述传感器装置具有布置成压力转换器阵列的多个压力转换器，其中，所述处理设备(170)还被构造成获取所述压力转换器阵列的多个不同的压力转换器(110、110-1)的压力信号(SP)的信号变化曲线(SΔP)的相移。
22.根据权利要求21所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成提供所述压力转换器阵列中的所述压力转换器的一个或多个压力信号(SP)的相位匹配作为校准信息(ICAL)。
23.根据权利要求6至10中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述当前功能参数是环境条件。
24.根据权利要求23所述的传感器装置(100)，其中，所述环境条件是环境温度、环境空气压力、环境空气湿度和/或在环境大气中的环境气体含量。
25.根据权利要求23或24所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成基于在加热所述体积区域(130)中的所述流体(F)时的所述压力信号的第一信号变化曲线与在冷却所述体积区域中的所述流体(F)时的所述压力信号的第二信号变化曲线的比较来获取所述校准信息(ICAL)。
26.根据权利要求25所述的传感器装置(100)，其中，所述处理设备(170)还被构造成基于在所述压力信号的第一信号变化曲线和第二信号变化曲线之间的对称性考虑来获取所述校准信息(ICAL)。
27.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述传感器装置(100)是光声传感器装置。
28.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述传感器装置(100)是具有MEMS压力传感器的压力传感器装置。
29.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述加热元件(150)被构造为欧姆电阻元件、阻抗元件或光学吸收面。
30.一种用于测试传感器装置(100)的方法(200)，具有以下步骤：
产生(210)位于体积区域(130)中的流体(F)的被限定的温度变化(ΔT)，其中，所述流体(F)的所述温度变化(ΔT)引起所述体积区域(130)中的压力变化(ΔP)，
利用压力转换器(110)来检测(220)所述体积区域(130)中的所述压力变化(ΔP)，所述压力转换器(110)与具有所述流体(F)的所述体积区域(130)处于流体连通，
响应于所述体积区域(130)中的所述压力变化(ΔP)而输出(230)压力信号，所述压力信号具有取决于所述压力变化(ΔP)的信号变化曲线(SΔP)，并且
基于在所述体积区域(130)中的所述温度变化(ΔT)下所获得的所述压力信号(SP)的所述信号变化曲线(SΔP)来获取(240)所述压力转换器(110)的当前功能参数(FIST)。
31.根据权利要求30所述的方法(200)，其中，在检测(220)所述压力变化(ΔP)的步骤中，检测所述体积区域(130)中相对于参考体积区域(190)中的参考压力(PREF)的压力变化(ΔP)，以便输出具有取决于所述压力变化(ΔP)的信号变化曲线(SΔP)的压力信号(SP)。
32.根据权利要求30或31所述的方法(200)，其中，产生(210)经限定的温度变化(ΔT)的步骤还具有下述步骤：
激活(220A)加热元件(150)，以引起位于所述体积区域(130)中的流体(F)的被限定的温度升高(ΔT)，和/或
在所述加热元件(150)的激活状态之后解除激活(220B)所述加热元件(150)，以便引起位于所述体积区域(130)中的流体(F)的温度降低。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法(200)，其中，所述获取(240)的步骤还具有下述步骤：
基于所述压力转换器(110)的所述当前功能参数(FIST)，通过比较所述当前功能参数(FIST)与所述压力转换器(110)的期望功能参数(FSOLL)来获得比较结果，并且基于所述比较结果通过确定用于所述压力转换器(110)的校准信息(ICAL)，来获取用于所述压力转换器(110)的校准信息(ICAL)。
34.根据权利要求30至33中任一项所述的方法(200)，还具有以下步骤：
基于所述校准信息来改变(250)用于所述压力转换器(110)的运行参数或处理参数，
其中，所述压力转换器(110)的经改变的运行参数引起所述压力转换器(110)的经改变的操控，并且其中，所述压力转换器(110)的经改变的处理参数引起所述压力转换器的经改变的准备。
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