CN110411949A - 流体传感器以及提供该流体传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及流体传感器和提供流体传感器的方法。流体传感器包括壳体和布置在壳体中的热发射器，其被配置成在测量间隔期间以第一功率水平将第一热辐射发射到具有测量气体的壳体的检测容积中并且在位于测量间隔之外的中间间隔期间，以降低的第一功率水平发射或不发射第一热辐射；还包括布置在检测容积中的测量元件，其被配置为在测量间隔期间接收基于第一热辐射的辐射信号；还包括布置在壳体中的第二热发射器，其被配置为在中间间隔期间，以第二功率水平将第二热辐射发射到检测容积中，使得在包括测量间隔和中间间隔的连续时间段期间，相对于基于第一功率水平和第二功率水平之和的检测容积中的热辐射的总功率水平，热辐射的热振动最多为±50％。

Description

流体传感器以及提供该流体传感器的方法
技术领域
本公开涉及一种流体传感器(例如气体传感器)，以及提供该流体传感器的方法。本公开还涉及一种能量平衡的热声系统。
背景技术
光声传感器(PAS)可以具有红外发射器(信号源)和测量元件(信号接收器)，在它们之间布置吸收路径。热辐射可以从发射器通过吸收路径被发送到测量元件，其中热辐射的一部分在吸收路径中被位于该处的气体操作或吸收，这意味着气体像过滤器一样起作用。经过滤的辐射可以由测量元件接收和评估，由此能够推断出位于吸收路径中的流体/气体。
发明内容
期望能够提供高精度测量结果的流体传感器。
实施例提供了一种流体传感器，该流体传感器具有壳体和布置在壳体中的第一热发射器，该第一热发射器被配置为：在测量间隔期间，以第一功率水平将第一热辐射发射到壳体的检测容积中，该壳体具有测量气体；以及在中间间隔期间，以降低的第一功率水平发射第一热辐射，或不发射第一热辐射，该中间间隔期间位于测量间隔之外。该流体传感器包括布置在检测容积中的测量元件，该测量元件被配置为，在测量间隔期间，接收基于第一热辐射的辐射信号。该流体传感器包括布置在壳体中第二热发射器，该第二热发射器被配置为，在中间间隔内，以第二功率水平将第二热辐射发射到所述检测容积中，使得在包括测量间隔和中间间隔的连续时间段期间，相对于基于第一功率水平和第二功率水平之和的检测容积中的热辐射的总功率水平，热辐射的热振动不超过±50％。这意味着，在中间间隔期间，第二热发射器将热辐射提供到检测容积中，使得热振动或热调制保持较低，因此获得热振动对测量结果的较小影响，这导致精确的测量结果。在本公开的上下文中称为热振动的影响特别涉及热调制。借助本公开所解决的一些影响可以基于热调制的深度。这里描述的热振动可以具体指的是流体传感器的总热调制。
其他实施例提供了一种提供流体传感器的方法。该方法包括提供壳体，并在壳体中布置第一热发射器，使得第一热发射器被配置为：在测量间隔期间，以第一功率水平将第一热辐射发送到壳体的检测容积中，其中检测容积具有测量气体；并且在中间间隔期间，以降低的第一功率水平发射第一热辐射，或不发射第一热辐射，其中中间间隔布置在测量间隔之外。该方法包括将测量元件布置在检测容积中，使得测量元件被配置为，在测量间隔期间，接收基于第一热辐射的辐射信号。该方法包括将第二热发射器布置在壳体中，使得第一热发射器配置为，在中间间隔内，以第二功率水平将第二热辐射发射到检测容积中，使得在包括测量间隔和中间间隔的连续时间段期间，相对于检测容积中的热辐射的总功率水平，热辐射的热振动或热调制最高为±50％，所述总功率水平基于第一功率水平和第二功率水平之和。
附图说明
下面参考附图说明实施例。以下示出：
图1a示出了根据实施例的流体传感器的示意性框图；
图1b示出了图1a的流体传感器的两个热辐射器的示例性功率水平的示意图，其中纵坐标表示热功率，横坐标表示时间；
图1c示出了图1a的流体传感器的热辐射器的示例性功率水平的示意图，其中OFF水平相等，并且值为零；
图2示出了根据其他实施例的流体传感器的示意性框图，其中，其具有驱动装置，被配置为用于控制热发射器；
图3a示出了根据实施例52的热发射器的示意性平面图；
图3b示出了根据其他实施例的具有两个导电结构的热发射器的示意性平面图；
图3c示出了根据实施例的热发射器的示意性平面图，该热发射器同样被配置为实现图1a的两个热发射器的功能；
图4a示出了根据实施例的流体传感器的示意性侧剖视图，其同时可用作麦克风，并且处于中间间隔的一个状态；
图4b示出了图4a中的流体传感器处于例如在测量间隔期间获得的状态；
图5a示出了根据本文所述的实施例的流体传感器的热发射器的驱动电压作为在时间上的电压幅度而被绘制出的示意图；
图5b示出了例如与图1b描述的总热功率水平相关联的和信号的示意图；
图6a示出了根据实施例的检测容积中的可能的温度曲线的示意图；
图6b示出了根据实施例的并且在时间上激励测量气体的特定组分的强度的示意性曲线；以及
图7示出根据实施例的用于提供流体传感器的方法的示意性流程图。
具体实施方式
在下文参考附图更详细地解释实施例之前，要指出的是，不同附图中的相等、功能相等或等同的元件、对象和/或结构使用相等的附图标记，从而在不同实施例中提出的元素的这些描述是可互换的或可以相互应用。
下文描述的一些实施例涉及流体传感器，特别是这样的流体传感器，基于热辐射来实现可测量和/或评估的膜结构的偏转。这种流体传感器的一个例子是所谓的光声传感器(PAS)。在这种情况下，待检测的测量气体暴露于电磁辐射中，使得测量气体与电磁辐射相互作用。例如，测量气体可以操作和/或吸收特定波长范围的电磁辐射。通常，可以基于电磁辐射来激励测量气体。该激励可以传递到测量元件，例如可偏转结构、弯曲梁结构或膜结构。该偏转能够可比地通过麦克风的评估来确定。通过了解发射的电磁辐射，并且评估测量气体与测量元件的相互作用，因此可以推断出测量气体的激励。该激励以及特定波长范围内的吸收和操作可能受到测量气体中的组分和/或其浓度的影响，使得基于可偏转元件的评估，能够推断出测量气体中的组分和/或其浓度。
为了激励测量气体，可以使用高能电磁辐射，例如热辐射和/或红外辐射。这些高能电磁辐射可以例如通过加热元件或热发射器较容易地产生。
热辐射可以加热测量气体，使得基于测量气体中的不同组分以及与热辐射的相互作用，实现测量气体的膨胀。测量气体的膨胀将导致测量元件上改变的压力，这导致测量元件的偏转并且可以是可估计的。同时，测量气体的变化的组分可能引起测量元件的特征性质的不同变化，其同样是可估计的，例如膜的共振频率。
图1a示出了根据实施例的流体传感器10的示意性框图。流体传感器10被构造为热声或光声流体传感器，但不限于此。相反，实施例可以变换为其他传感器构想，其中各个部件的可变温度输入可能导致测量不准确。
流体传感器10包括壳体12和布置在壳体12中的两个热发射器14和16，它们被配置为，交替地发射第一热辐射18和第二热辐射22。这里不应该理解，热辐射18或22中任一个的激活的前提必然需要热辐射22或18中的另一个在整个时间内的非激活。而是，热发射器14被配置为，在测量间隔期间将热辐射18发射到壳体的检测容积24中。在检测容积24中，布置测量流体26，特别是测量气体，例如气体混合物，其中也可以布置蒸汽组分和/或约束在气体中的固体或液体。尽管检测容积24是壳体12中封闭的容积，但是本公开的实施例不限于此。而是，检测容积24也可以是壳体12中的开放容积，和/或包括壳体12的整个容积。这意味着发射器14和/或发射器16也可以布置在检测容积24内。
流体传感器10包括测量元件28，该测量元件28布置在检测容积24中，并且被配置为在测量间隔期间，接收基于发射器14的热辐射18的辐射信号32。因此，布置在发射器14和测量元件28之间的空间走向中的测量气体26可以至少部分地构成流体传感器10的吸收路径。发射器14可以被配置为仅暂时性地发射热辐射18。在此期间至少暂时地将测量元件28配置为，接收热辐射32，从而检测热辐射18在测量气体26中或与测量气体26一起引起的相互作用(例如通过可移动元件的偏转)，和/或提供相应的信号。以简化的方式，测量元件28可以在测量间隔期间，提供热辐射18与测量气体26的相互作用的测量。
在中间间隔期间，并且可选地至少在这之前和/或之后，热发射器14可以被配置为，以(与测量间隔相比)降低的功率水平发射热辐射18，或者不发射热辐射18。也就是说，在位于测量间隔之外的中间间隔期间，以降低的功率水平发射热辐射18，或不发射热辐射18。例如，可以通过减小施加的DC电压或减小施加的AC电压来获得功率降低，替代地或附加地，可以通过可变的或减小的PWM信号的占空比来获得功率的降低，基于PWM占空比的增加，可以获得热性能的提高。替代地或附加地，脉冲密度调制信号(PDM)的可变脉冲密度能够被用于，基于可变脉冲密度来获得功率增加或功率减小。
在中间间隔内，这意味着暂时地或连续地在中间间隔期间，热发射器16可以发射热辐射22。这可以通过功率水平来完成并且执行，使得热辐射22也进入检测容积24。当单独地观察热辐射18时，从没有热辐射18的参考状态开始，检测体积24中的热辐射18的作用导致通过测量气体26接纳热辐射18的能量，这导致例如测量气体26的膨胀。替代地或附加地，流体传感器10的其他部件(例如壳体12)可以吸收热辐射18的一部分。这可能导致在测量元件28上或检测容积24中，通过接通并随后关闭(如有必要，重复接通过程和/或关闭过程)引起热振动，这可能导致所获得的测量信号的不准确。特别地，考虑测量信号的不精确性，提供使用的部件(例如壳体部件和/或盖子等)以越来越小的空间和/或材料厚度来实现，使得即使少量的热能足以引起固体变形和/或相关的气体膨胀。
同时，流体传感器10可以如此构造，使得热发射器14仅被暂时地激活。在中间间隔期间，该热发射器16提供热辐射22，使得在包括测量间隔和中间间隔的连续时间段期间，相对于检测容积中热辐射的总功率水平而言，热辐射的热振动至多为50％，优选至多40％，特别优选至多30％。总功率水平可以被理解为能量总和或能量总和的频谱，这是基于热辐射18的功率水平和热辐射22的功率水平的总和而获得的。换句话说，热辐射22可以在中间间隔期间提供热功率，该热功率在中间间隔期间至少部分地防止热能从检测容积24流出，从而可以阻止、减少或甚至防止热振动的产生。
该热发射器14和/或热发射器16可独立地通过单个热发射器构成。替代地，在根据本公开的流体传感器中，第一热发射器14和/或第二热发射器16可以被构成为包括多个(n)辐射元件。也就是说，热发射器14和/或16中的一个或两个也可以通过(共同提供的热辐射的)多个热发射器、或单个发射器/辐射元件来形成。这种分布式布置的单个发射器的数量可以是n的任何值，其中n≥1、n≥2、n≥3或更大，例如n≥10或n≥15，其中n对于发射器14和16可以是相等或不同的。换句话说，根据本文描述的实施例的热切换或热调制的原理也适用于多个(n)热源，例如，在相应的时间间隔期间，上述热源可以以100/n占空比不同地或相等地驱动，这是非常有利的。
壳体12可以布置在设备中，或者可以是设备本身的壳体。例如，流体传感器10可以构成移动设备的至少一部分，例如移动电话或便携式音乐设备，其中本文描述的实施例不限于此。移动设备的其他示例包括计算机，例如笔记本电脑或平板电脑，但也包括汽车。替代地，也可以将流体传感器10布置为固定设备或将其布置在固定设备中。
测量元件28可以包括可偏转元件，可以例如被构造为微机电系统(MEMS)。测量元件可以例如包括可偏转弯曲梁和/或可偏转隔膜，其运动、偏转和/或加速度是可检测的，例如基于可变电势和/或可变电特性，例如电容值。
图1b示出了示意图，其中在纵坐标上绘制了热功率P，在横坐标上绘制了时间t。例如，该图示出了热辐射18和22的热功率水平Li随时间t的曲线图。例如，第一热发射器14可以被配置为，在时间间隔34内(例如时间间隔341和/或342)，以功率水平L4(与功率水平L1相比更高)施加热辐射18。测量间隔361和/或362可以全部或部分地布置在时间间隔341和/或342内。尽管测量间隔36i被示出为具有比时间间隔34i更短的持续时间，但是测量间隔36i也可以具有相等或甚至更长的持续时间。替代地或附加地，初始测量间隔36i可能位于时间间隔34i之前、同时或之后。替代地或附加地，测量间隔36i的末端可能位于相应时间间隔34i之前、同时或之后。然而，为了更好地理解，测量间隔36i被描述为布置在时间间隔34i内，这意味着，在测量间隔36i期间，发射器14的热辐射18具有水平L4，其被简称为发射器14的ON水平。在测量间隔期间，热辐射18主要有助于检测容积24中的工作温度。在中间间隔期间，热辐射22主要有助于工作温度。基于总热功率水平42的微小变化，可以因此获得流体传感器的操作，使得在多个测量间隔和中间间隔内，获得的工作温度在±3℃、±2℃或±1℃的容差范围内保持相等。
至少部分地在测量间隔36i之外，例如在时间间隔34i之外，发射器14能够以水平L1发射热辐射18，这可以以简化的方式理解为发射器14的OFF水平。水平L1可以具有零值，这意味着，发射器14可以被停用，并且可以不发射或仅发射剩余热能。替代地，也可以假设激活状态，其中L1<L4。
中间间隔381和/或382可以布置在时间间隔34i之间。在中间间隔38i期间，第二发射器16可以被配置为，以功率水平L3发射热辐射22。功率水平L3大于功率水平L2，在测量间隔36i期间，发射器16以功率水平L2发射热辐射22。中间间隔38i可以描述为时间段的一部分，其位于时间间隔34i和36i之间。替代地，中间间隔38i也可以理解为，位于时间间隔34i之间的那些时间间隔，其中发射器14以水平L4发射热辐射18。可以认为L3>L2，其中水平L3可以被理解为发射器16的ON水平，而水平L2可以被理解为发射器16的OFF水平。水平L2可以具有零值，但也可以具有不同的值，使得热发射器16被构造为，在关闭阶段期间(例如在时间间隔34i内)不发射热辐射22，或至少以比水平L3更低的功率水平发射热辐射22。
根据实施例，在切换时间ti，发射器14或18中的任一个可以从接通状态切换到断开状态，并且热发射器16或14中的任一个可以从断开状态切换到接通状态。在忽略热惯性的情况下，这允许至少近似恒定的热功率水平42，特别地，当L1+L3＝L2+L4时，这可以通过例如L1＝L2(例如0和L3＝L4)来获得。水平L1＝0也可以被理解为，流体传感器10可以被配置为，在中间间隔38i期间停用热发射器14。
总热功率水平42可以被理解为，一个时间点内的单个水平的总和，并且因此被理解为热辐射18和22的能量和或能量和光谱。例如，总热功率水平42随时间的变化可以被称为热振动或热波动。例如，总热功率水平42可以在最小值42min和最大值42max之间变化。总热功率水平42的几何平均值或中值42可以指定最大值42max和最小值42min之间的平均值。
流体传感器10可以被配置为，使得在包括测量间隔和直接相邻的中间间隔的连续时间段期间(例如，测量间隔361和中间间隔381、或中间间隔362和测量间隔381、或测量间隔362和中间间隔382)，在这个连续的时间间隔或连续的时间跨度内，与热辐射18的功率水平和热辐射42的功率水平之和相关的热辐射的热振动，相对于平均总热功率水平42med，偏差至多±50％。这意味着，得出42med≧2·42max和42med≤2·42min。这意味着，相对于平均值42med的波动性(涟漪)44i相对于42med最大偏差50％。优选的是，当波动与42med的值相差至多±40％或±30％或甚至更小时。根据实施方案，最大值42max和最小值42min可能偏离平均值至多10％、至多5％或甚至至多2％。
换句话说，水平L3和L4可以相等，但这不是必需的。此外，水平L1和L2可以相等，并且本文描述的实施例不限于此。第一热发射器可以被配置为，在多个(时间上)由中间间隔38i间隔开的测量间隔36i内，发送第一热辐射18。
图1c示出了流体传感器10的热辐射器14和16的功率水平的示意图，其中OFF水平的L1和L2相等且为零，这意味着，当设置相应的OFF水平时，热发射器可能被禁用。替代地或附加地，水平L3对应于水平L4；也就是说，ON水平可以是相等的。根据实施例，功率水平L3和L4在10％、5％或2％的容差内相等。根据替代实施例，功率水平L3和L4也可以是相等的。
各个热发射器14和16的实际功耗可以至少受整个系统的设计的影响，并且例如具有几微瓦，几毫瓦到几瓦的值。这允许获得数摄氏度至数百摄氏度的温度，以分别发射热辐射18和22。
尽管热辐射18和22的热功率的曲线被示出为矩形信号，但是它可以出现信号模糊，例如通过热发射器14和/或16和/或相邻结构(例如壳体12和/或测量气体26)的热惯性。
尽管上面说明的例子是这样描述，热发射器14在中间间隔期间以及热发射器16在测量间隔期间具有OFF水平，但是要指出，这仅仅涉及热辐射18的波长范围，其用于与测量气体26相关的测量。也就是说，在中间间隔期间，热发射器14被配置为，在该波长范围内提供较低功率水平，而热发射器16被配置为，在测量间隔36i期间，至少在该波长范围内提供较低的热功率。
测量气体26的激励可以是波长相关的，因此(特别是关于总功率水平42的)实施例可以是与相应的波长范围相关的。
图2示出了根据其他实施例的流体传感器20的示意性框图，其中流体传感器20具有驱动装置46，被构造用于控制热发射器14和16。因此，驱动装置46可以被配置为驱动热发射器14，使得在一个或多个测量间隔期间，以功率水平L4发射热辐射18，并且在一个或多个中间间隔期间，以降低的功率水平L1发射热辐射18，或不发射热辐射18。也就是说，L1＝0。替代地或附加地，驱动器46可以被配置为驱动热发射器16，使得在中间间隔期间或在多个中间间隔期间，发射热辐射22，以及在测量间隔期间，以降低的第二功率水平L2发射热辐射22，或不发射热辐射22。
测量元件28可以被配置为，基于可移动元件的偏转提供测量信号48，使得基于测量信号48，通过偏转的返回流，并且基于所发射的热辐射的认知或相应的热发射器14和/或16的驱动，以及测量元件28的特性，可以推断出测试气体的特性，例如其中包含的物质的类型和/或浓度。
图3a示出了热发射器52的示意性平面图。发射器52的结构可以被用作发射器14或发射器16。通过热发射器52的双倍布置，可以实现热发射器16和热发射器14。热发射器52可以包括基板54，基板54可以包括例如半导体材料(例如硅或亚砷酸镓)。在基板54上，可以布置载体结构56。与基板54相比，载体结构56可具有较低的热容量。例如，在基板54的层堆叠或单层中，载体结构56的区域可以至少局部变薄以形成载体结构56。载体结构56可以包括与基板54相同和/或不同的材料。而且，在没有限制的情况下，与基板54的配置相比，可以在载体结构56上提供更多数量或更少数量的层或层序列。
热发射器52可以具有导体结构58，该导体结构58例如布置在两个电触点621和622之间，使得当在电触点621和622之间施加电势时，电流流过电导体结构58，并且因此导致电导体结构58的加热。加热可以传递到载体结构56(例如膜)，使得基于电流流动，载体结构56结合布置在其上的电导体结构58发射热辐射。
图3b示出了热发射器64的示意性平面图，该热发射器64例如具有如图3a中描述的导体结构581，该导体结构581布置在载体结构56上。例如，导体结构581可以被用作热发射器14。其他导体结构582可以布置在两个电触点623和624之间的基板上，并且可以被配置为，基于电触点623和624之间的电势，以及基于由此通过电导体结构582的电流流动，来发送热辐射22。也就是说，除了热发射器14之外，热发射器可以实现或提供热发射器16。导体结构582可以具有允许发射热辐射22的任意形状。
图3c示出了热发射器66的示意性平面图，该热发射器66还被配置为实现热发射器14和热发射器16的功能。为此目的，导体结构582例如可以布置成，使得其包围导体结构581被弯曲的区域，以便优选地或有效地发射热辐射18。例如，导体结构582可以包围载体结构56。这种环绕构造使得热发射器66的材料均匀地受热，导致均匀或对称的热应力，从而减少或防止材料疲劳。
图4a示出了根据实施例的流体传感器40的示意性侧剖视图。流体传感器40可以例如同时被用作麦克风。壳体可以至少具有第一部分121和第二部分122，其中部分122可以例如构造成载板或电路板。例如，壳体的一部分可包括进入开口68，该进入开口68被配置为，将测量元件28与流体传感器40的外围或环境流体地耦合。例如，围绕流体的流体传感器40中的声压可以通过进入开口68到达测量元件28。
例如，测量元件28是具有膜元件的MEMS麦克风，其中MEME麦克风被配置为基于流体压力提供相应的信号。膜元件可以被配置为，基于通过热辐射18或基于由经过滤的版本产生的辐射信号使得膜结构偏转，该辐射信号基于(基于热辐射18)检测容积中的测量气体的激励。测量元件28可以被配置为提供(基于膜元件的偏转的)测量信号，例如传感器信号或其待处理的预备信号。为此，测量元件28例如与评估装置72电连接，该评估装置例如可以检测来自测量元件28的测量信号48。再次参照图2，测量信号48可以受到流体环境压力或其中的压力变化的影响或通过流体环境压力或其中的压力变化而被产生，以及替代地或附加地通过热辐射18激励检测容积24中的测量气体26。
测量气体26可以通过进入开口68进入检测容积26。替代地或附加地，可以在壳体12中提供其他开口，这使得待检测的测量气体进入检测容积24。
测量元件28和/或评估装置72可以布置在对称轴线或对称平面74处，也就是说，测量元件28和/或评估装置72的共同装置可以由对称轴线或对称平面74穿过。
第一热发射器和第二热发射器可相对于测量元件28以及对称轴线或对称平面74对称布置。例如，图1的热发射器14和16可以根据图3a的热发射器52的配置来实现，其中其他实现也是可能的，诸如图3b和/或图3c的实现，其中流体传感器的热发射器可以相同或不同。
根据实施例，热发射器52a被配置为，实现热发射器16的功能，而其他热发射器52b被配置为，实现热发射器14的功能。在热发射器52b和检测容积24之间可以布置光学滤波器76，该光学滤波器76被配置为具有通带或阻带。阻带可以理解为这样的波长范围，在该波长范围内光学滤波器76在很大程度上反射或衰减热辐射18，或者相较于在其他波长范围内，在该波长范围内的热辐射被更大程度地反射或衰减。通带可以被理解为这样的波长范围，在该波长范围内，光学滤波器76以比在其他波长范围内更小的程度反射或衰减热辐射18。该光学滤波器76被配置为，提供过滤的热辐射18'，并提供测量气体26的激励或布置在其中的其他流体的激励。
在热发射器52a和检测容积之间布置测量波长抑制元件78。该测量波长抑制元件78被配置为，至少部分地抑制光学滤波器76的通带的热辐射22。例如。在光学滤波器76的通带中衰减的或减小的或抑制的热辐射22'的幅度为第一热辐射18'的幅度(在该波长范围内过滤)的至多30％、至多20％或至多10％。该测量波长抑制元件78可以被构造为，例如Bragg元件和/或反射元件，并且可以被称为光学阻挡器。这使得基于热发射器52a的激活通过热发射器52a可以在检测容积24中或在测量元件28的位置处获得热功率和/或热辐射。
两个热发射器52a和52b可以提供相应的热功率。在检测容积中可以获得热辐射，例如穿过光学滤波器76或测量波长抑制元件78的辐射18和22。以这种方式并且通过寄生路径(例如发射器的直接辐射)在基板和/或壳体中，获得壳体部分122的加热和/或通过加热壳体部分121。
图4a示出了例如在中间间隔期间可获得的状态的流体传感器40。热发射器52a可以发射热辐射22，而热发射器52b是非激活的。
图4b示出了例如在测量间隔期间可获得的状态的流体传感器40。例如，热发射器52a可以是非激活的，并且热发射器52b可以配置成发射通过光学滤波器76过滤的热辐射18，以获得过滤的热辐射18'(例如红外(IR)辐射)。经过滤的热辐射18'可以与测量气体26相互作用，使得基于测量元件28的可移动元件的偏转可以通过获得的辐射信号82而被推导出，该辐射信号82例如可以是辐射信号32。
例如，热发射器52b的膜可以被加热到大于300℃、大于400℃、大于500℃或大于550℃的温度，例如在大约600℃到900℃的范围。某些化学传感器可以在约150℃至300℃的温度范围内使用。大于约450℃的温度范围可用一些物理传感器。
光学滤波器76可以例如具有4.2μm范围的通带，使得例如红外辐射可以穿透或穿过光学滤波器76。
基于发射器52a和52b的可比较的热功率以及与对称轴线或对称平面74的相等距离，可以获得在测量元件28的位置处的均匀热应力或加热，其中在包括至少一个测量间隔和至少一个中间间隔的连续时间间隔中，在最多±3℃、最多±2℃或±1℃的最大容差范围内，工作温度保持相等。
尽管流体传感器40被如此描述，测量波长抑制元件78被配置为光学阻挡器，但是测量波长抑制元件78也可以被配置为光学滤波器，其与光学滤波器的通带不同，并且优选地具有不相交的通带。因此，基于热辐射22，可以获得过滤的热辐射22'，具有与过滤的热辐射18不同的波长范围。这使得可以通过不同的波长来激励测量气体26中的其他组分，使得可以使用测量元件28或其他的测量元件来输出其他传感器信号。该传感器信号可以包括关于其他流体组分的信息。也就是说，基于不同的过滤的热辐射18'和22'，可以激励测量气体26中的不同组分；其中在测量间隔或中间间隔中，相应的反应能够通过测量元件28(或其他测量元件)检测，使得基于热发射器52a和52b可以检测测量气体26的不同组分。
也就是说，测量元件28可以被配置为，基于在测量间隔期间接收的辐射信号82提供第一传感器信号，并且基于在中间间隔期间接收的辐射信号(该辐射信号响应于基于热辐射22的测量气体26的激励)提供第二传感器信号，其中不同的传感器信号具有关于测量气体26的不同组分的信息。辐射信号32或82可以是第一辐射信号。测量元件28可以被配置为，基于第一辐射信号提供第一测量信号。在中间间隔期间，可以接收基于第二热辐射的第二辐射信号。测量元件可以被配置为基于第二辐射信号提供第二测量信号。
换句话说，图4a和4b示出了一种减少被动加热效果的可能。热发射器52a和52b可以被构造为相同或甚至完全相同的，其中(例如包括不透明材料的)光学阻挡器相对于热发射器52a布置。发射器52a和52b能够以相反的相位切换，使得能量总和至少近似地保持恒定。
图5a示出了示意图，其中第一热发射器14或52b的驱动电压841和第二热发射器16或52a的第二驱动电压842作为在时间t上的电压幅度V而被绘制出。材料的热吸收率可能导致电压信号中的过冲861和862。
图5b示出了例如与图1b描述的总热功率水平42相关联的和信号88的示意图。这意味着波纹421和422偏离平均热功率42最大±50％。
相对增加的温度输入通过增加第二热发射器而没有对测量结果导致影响，或导致至多可忽略不计的影响。虽然另外的温度可能会在测量曲线中产生另外的直流分量，但这可以通过相应的信号处理(特别是膜估计)抵消。
图6a示出了检测容积中可能的温度曲线的示意图。基于激活的热发射器14或52b能够获得第一温度输入921。基于激活的热发射器16或52a能够获得第二温度输入922。虽然在某些时刻(例如时间t1)，两个温度输入921和922都有助于加热检测容积，但是获得的总工作温度可以在±3℃、±2℃或±1℃的容差范围内保持相等。
图6b示出了在时间t内激励测量气体26的特定组分的强度I的示意性曲线。尽管热发射器16或52a被驱动，但是基于测量波长抑制元件78，在测量波长范围内通过热发射器16或52a可以获得较少的强度输入942或没有强度输入，而强度输入941可以在测量波长范围内循环地接通和断开，因为测量波长能够通过光学滤波器76。
再次参考图3a至3c，无源加热器结构的集成(容纳至少大约相等的能量)可以直接布置在芯片上。即使向系统中引入等量的功率(通过发射器的半导体材料来分布)，图3b中所示的曲线或图3c中所示的环可能导致结构本身的相对较低的温度影响，特别是朝向位于下方的基板和系统。与热发射器52a或导体结构相比，以这种方式生产的加热器系统或加热器结构可具有较低的热阻。这可以导致通过两个导体结构的相同的温度输入。
换句话说，图5a、5b、6a和6b表明，当忽略转变时，一段时间内的能量流量和发射器膜的温度近似相等，但这不适用于辐射强度。当光声效应的调制深度(强度量值941和942之间的差异)可以完全保持时，寄生热效应可以大大降低。
通过第二热发射器16或52a相对于热发射器14或52b的另外的布置，尽管可以获得整个装置整体更高的温度，但是因为另一方面可以获得恒定的温度，因此这在很小程度上是干扰的或者是无害的。该恒定温度使精确测量成为可能。
实施例可以用于小型光声传感器和小型化PAS系统，基于增加的小型化，该系统越来越受寄生热耦合的影响，特别是封装和位于其中的空气(测量气体)的加热和冷却的影响。实施例通过提供第二热发射器来减小这种影响，该第二发射器具有(至少在测量波长范围内)减小的光辐射但至少近似相等的功率输入。由于功率和保持不变，通过将(初级)发射器从辐射切换到非辐射来减小对封装的影响，使得系统主要或专门响应(由光声效应测量的)测量气体。附加的第二发射器16或52a可用于检测第二气体或气体组分和/或作为参考通道，以在操作期间(现场)校准系统。
简而言之，这可以理解为，次级加热器(即导体结构582)保持系统中的温度，当停用导体结构581时，引起系统的冷却。
实施例涉及新级别的小型化PAS系统。这是通过降低热声效应来实现的，热声效应的幅度通常比光声效应大一到四个数量级。根据本文描述的实施例的PAS系统可以在任何系统中使用，并且可用于解决与空气污染相关的日益严重的健康问题。出现了对舒适和幸福的高要求。建筑物中的能量效率的显着潜力是可以确定的，例如以确定对通风过程等的必要性。例如，通过测量过程来确定环境空气中的正或负分量，实施例能够实时确定空气质量。
本文所描述的实施例可以用作例如化学传感器或石墨传感器。替代地或附加地，这里描述的实施例也可以用作多路转换传感器。
原则上，对于移动设备、建筑物、自动化、工业应用和汽车领域，诸如噪声、嘈杂声、温度和/或气体等环境参数的检测变得越来越重要。某些设备的污染和/或故障可能导致有害的液体浓度和气体浓度。通过良好的、始终可用并且互连的传感器进行的这种气体测量在未来也是一个越来越重要的主题。尽管已经结合使用麦克风结构描述了本文描述的实施例，但是其他实施例也可以用作声压计或气体传感器。实施例可以通过模拟电路和/或通过数字信号后处理来实现。
本文描述的实施例克服了小型化PAS系统对其噪声的敏感性，该噪声由于封装的加热和测量单元中空气的膨胀引起的。结果，可以实现稳定的光声传感器，这使得有效实现光声传感器的低成本的概念成为可能。
本文描述的实施例涉及补偿PAS系统的能量输入变化的概念。通过补偿热输入可以大大降低测量中的热声效应。为此目的，实施例提出使用第二发射器，其至少在测量波长范围内具有较大程度减少的IR辐射，因此，可以省去机械快门或类似结构的使用，并且可以减少热声效应。第二热发射器可以提供参考通道以检测第二气体。
图7示出了用于提供流体传感器(例如流体传感器10、20或40)的方法700的示意流程图。该方法包括提供壳体的步骤710。步骤720包括在壳体中布置第一热发射器，使得第一热发射器被配置为：在测量间隔期间，以第一功率水平将第一热辐射发送到壳体的检测容积中，该壳体具有测量气体；并且在位于测量间隔之外的中间间隔期间，以降低的第一功率水平发射第一热辐射，或不发射第一热辐射。步骤730包括将测量元件布置在检测容积中，使得测量元件被配置为，在测量间隔期间，接收基于第一热辐射的辐射信号。方法700包括将第二热发射器布置在壳体中的步骤740，使得第二热发射器被配置成，在中间间隔内，以第二功率水平将第二热辐射发射到检测容积中，使得在包括测量间隔和中间间隔的连续时间段期间，相对于检测容积中的热辐射的总功率水平，热辐射的热振动至多为±50％，总功率水平基于第一功率水平和第二功率水平之和。
尽管已经在设备的上下文中描述了一些方面，但是应当理解，这些方面也构成对应方法的描述，使得设备的块或组件也应被理解为对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描述的方面还表示对应设备的对应组件或细节或特征的描述。
上述实施例仅用于说明本发明的原理。应当理解，本文所述的布置和细节的修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。因此，意图是本发明仅受所附权利要求的范围限制，而不受本文实施例的描述和解释中呈现的具体细节的限制。

Claims (21)

1.一种流体传感器(10；20；40)，包括:
壳体(12；121，122)；
第一热发射器(14；52b)，被布置在所述壳体(12；121，122)中，所述第一热发射器被配置为：在测量间隔(361，362)期间，以第一功率水平(L4)将第一热辐射(18)发射到所述壳体(12；121，122)的检测容积(24)中，所述检测容积具有测量气体(26)；并且在中间间隔(381，382)期间，以降低的第一功率水平(L1)发射所述第一热辐射(18)、或不发射所述第一热辐射，其中所述中间间隔布置在所述测量间隔(361，362)之外；
测量元件(28)，被布置在所述检测容积(24)中，所述测量元件被配置为，在所述测量间隔(361，362)期间，接收基于所述第一热辐射(18)的辐射信号(32；82)；
第二热发射器(16；52a)，被布置在所述壳体(12；121，122)中，所述第二热发射器被构造为，在所述中间间隔(381，382)内，以第二功率水平(L3)将第二热辐射(22)发射到所述检测容积(24)中，使得在包括所述测量间隔(361，362)和所述中间间隔(381，382)的连续时间段期间，相对于所述检测容积(24)中的所述热辐射的总功率水平(42)，所述热辐射的热振动至多为±50％，所述总功率水平基于所述第一功率水平和所述第二功率水平(L3)之和。
2.根据权利要求1所述的流体传感器，所述流体传感器被配置为在所述中间间隔(381，382)期间停用所述第一热发射器(14；52b)。
3.根据权利要求1或2所述的流体传感器，还包括驱动装置(46)，被构造为驱动所述第一热发射器(14；52b)，使得所述第一热发射器在所述测量间隔(361，362)期间，以所述第一功率水平(L4)发射所述第一热辐射(18)，并且在所述中间间隔(381，382)期间，以降低的第一功率水平(L1)发射所述第一热辐射、或并不发射所述第一热辐射；
其中，所述驱动装置(46)还被构造为，驱动所述第二热发射器(16；52a)，使得所述第二热发射器(16；52a)在所述中间间隔(381，382)期间，发射所述第二热辐射(22)，并且在所述测量间隔(361，362)期间，以降低的第二功率水平(L2)发射所述第二热辐射、或不发射所述第二热辐射。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中，所述第一热发射器被配置为，在按时间分别由中间间隔(381，382)分隔的多个测量间隔中，发射所述第一热辐射(18)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中，所述辐射信号(32；82)是第一辐射信号(32；82)，并且其中所述测量元件(28)被配置为，基于所述第一辐射信号(32；82)提供第一测量信号，并且在所述中间间隔(381，382)期间，接收基于所述第二热辐射(22)的第二辐射信号，并且基于所述第二辐射信号提供第二测量信号。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中，所述测量元件(28)被构造为，基于所述辐射信号(32；82)检测所述测量气体(26)的激励，其中所述激励基于所述第一热辐射(18)，其中所述流体传感器具有光学滤波器(76)，所述光学滤波器被布置在所述第一热发射器(14；52b)和所述检测容积(24)之间；其中所述光学滤波器(76)具有第一通带，并且被配置为过滤所述第一热辐射(18)，以获得经过滤的第一热辐射(18')；
其中，所述流体传感器具有测量波长抑制元件(78)，所述测量波长抑制元件被布置在所述第二热发射器(16；52a)和所述检测容积(24)之间，并且被配置为至少部分地抑制所述第一通带中的所述第二热辐射(22)。
7.根据权利要求6所述的流体传感器，其中所述辐射信号(32；82)是第一辐射信号(32；82)，其中所述光学滤波器(76)是第一光学滤波器，其中所述测量波长抑制元件(78)是具有第二通带的第二光学滤波器，使得基于所述第二热辐射(22)来获得经过滤的第二热辐射(22')，其中所述第一通带和所述第二通带是不相交的；
其中，所述流体传感器被构造为，输出第一传感器信号，所述第一传感器信号基于所述第一辐射信号(32；82)，并且具有关于第一流体组分的信息；
其中，所述流体传感器被构造为，输出第二传感器信号，所述第二传感器信号基于所述第二辐射信号，其中所述第二辐射信号基于在所述中间间隔(381，382)期间通过所述经过滤的第二热辐射(22)激励所述测量气体(26)，其中所述第二传感器信号具有关于第二流体组分的信息。
8.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述测量元件(28)被构造为，基于在所述测量间隔(361，362)期间接收的所述第一辐射信号(32；82)提供第一传感器信号，并且基于在所述中间间隔(381，382)期间接收的所述第二辐射信号提供第二传感器信号，所述第二辐射信号以所述测量气体(26)基于所述第二热辐射(22)的激励为基础，其中所述第一传感器信号和所述第二传感器信号具有关于所述测量气体(26)的不同组分的信息。
9.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中在所述测量间隔(361，362)期间，所述第一热辐射(18)主要有助于所述检测容积(24)中的工作温度；并且其中，在所述中间间隔(381，382)期间，所述第二热辐射(22)主要有助于所述工作温度，其中在所述流体传感器经过多个测量间隔和中间间隔(381，382)的工作期间，所述工作温度恒定地保持在±3℃的温度容差范围内。
10.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述第一热发射器(14；52b)和所述第二热发射器相对于所述测量元件(28)被对称地布置在所述壳体(12；121，122)中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述第一热发射器(14；52b)和所述第二热发射器相对于所述测量元件(28)关于对称轴线(74)被轴向对称地布置在所述壳体(12；121，122)中，其中所述对称轴线(74)延伸通过所述测量元件(28)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述第一功率水平(L4)和所述第二功率水平(L3)在10％的容差内相等。
13.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述第一热辐射(18)和所述第二热辐射(22)部分地由所述壳体(12；121，122)和/或所述检测容积(24)吸收并且有助于所述热振动。
14.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述测量元件(28)包括具有膜元件的MEMS麦克风；其中所述膜元件被设置为，基于所述辐射信号(32；82)而被偏转并且提供基于所述膜元件的所述偏转的测量信号(48)，其中所述辐射信号以所述测量气体(26)基于所述第一热辐射(18)的激励为基础。
15.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，被构造为热声流体传感器。
16.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述第一热发射器(14；52b)包括第一膜结构(56)和布置在所述第一膜结构处的第一电导体结构(58；581)，使得所述第一电导体结构(58；581)部分地覆盖所述第一膜结构(56)，其中所述第一电导体结构(58；581)被构造为，基于流过所述第一电导体结构(58；581)的电流来提供所述第一膜结构(56)的加热，并且因此产生所述第一热辐射(18)。
17.根据权利要求16所述的流体传感器，其中所述第二热发射器包括第二电导体结构(582)，所述第二电导体结构被布置成在所述第一膜结构(56)的膜基板(54)处与所述第一膜结构(56)相邻，其中所述第二电导体结构(582)被构造为，基于流过所述第二电导体结构(582)的电流产生所述第二热辐射(22)。
18.根据权利要求16或17所述的流体传感器，其中所述第二电导体结构(582)包围所述第一膜结构(581)。
19.根据权利要求1至16中任一项所述的流体传感器，其中所述第二热发射器(16；52a)包括第二膜结构和布置在所述第二膜结构处的第二电导体结构，使得所述第二电导体结构部分地覆盖所述第二膜结构，其中所述第二电导体结构被构造为，基于流过所述第二电导体结构的电流来提供所述第二膜结构的加热，并且因此产生所述第二热辐射(22)。
20.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器，其中所述第一热发射器(14；52b)和/或所述第二热发射器(16；52a)被构造为包括多个辐射元件。
21.一种提供流体传感器的方法，包括以下步骤：
提供(710)壳体；
在所述壳体中布置(720)第一热发射器，使得所述第一热发射器配置为：在测量间隔期间，以第一功率水平将所述第一热辐射发射到所述壳体的检测容积中，其中所述检测容积具有测量气体；并且在中间间隔期间，以降低的第一功率水平发射所述第一热辐射、或不发射所述第一热辐射，其中所述中间间隔布置在所述测量间隔之外；
在所述检测容积中布置(730)测量元件，使得所述测量元件被配置为，在所述测量间隔期间，接收基于所述第一热辐射的辐射信号；
在所述壳体中布置(740)第二热发射器，使得所述第二热发射器被构造为，在所述中间间隔内，以第二功率水平将所述第二热辐射发射到所述检测容积中，使得在包括所述测量间隔和所述中间间隔的连续时间段期间，相对于所述检测容积中的热辐射的总功率水平，所述热辐射的热振动至多为±50％，所述总功率水平基于所述第一功率水平和所述第二功率水平之和。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5933245A (en) * 1996-12-31 1999-08-03 Honeywell Inc. Photoacoustic device and process for multi-gas sensing
US20060255278A1 (en) * 2005-05-13 2006-11-16 Robert Frodl Gas Sensor Arrangement and Measuring Method for Improving Long-Term Stability
US20150101395A1 (en) * 2013-10-14 2015-04-16 Infineon Technologies Ag Photoacoustic gas sensor device and a method for analyzing gas
CN107024443A (zh) * 2015-09-25 2017-08-08 德尔格制造股份两合公司 用于气体分析系统的信号检测的方法
CN107462629A (zh) * 2016-06-03 2017-12-12 英飞凌科技股份有限公司 声波检测器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5933245A (en) * 1996-12-31 1999-08-03 Honeywell Inc. Photoacoustic device and process for multi-gas sensing
DE69706438D1 (de) * 1996-12-31 2001-10-04 Honeywell Inc Photoakustische vorrichtung und verfahren zur feststellung mehrerer gase
US20060255278A1 (en) * 2005-05-13 2006-11-16 Robert Frodl Gas Sensor Arrangement and Measuring Method for Improving Long-Term Stability
DE102005022288A1 (de) * 2005-05-13 2006-11-16 Tyco Electronics Raychem Gmbh Gassensoranordnung und Messverfahren zur Verbesserung der Langzeitstabilität
US20150101395A1 (en) * 2013-10-14 2015-04-16 Infineon Technologies Ag Photoacoustic gas sensor device and a method for analyzing gas
CN104568757A (zh) * 2013-10-14 2015-04-29 英飞凌科技股份有限公司 用于分析气体的光声气体传感器设备和方法
CN107024443A (zh) * 2015-09-25 2017-08-08 德尔格制造股份两合公司 用于气体分析系统的信号检测的方法
CN107462629A (zh) * 2016-06-03 2017-12-12 英飞凌科技股份有限公司 声波检测器

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