CN116940814A - 热辐射源和用于测量热辐射源的精确的温度和/或所辐射的辐射功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热辐射源，包括壳体、布置在壳体中的电运行的辐射元件，以及出口窗，通过所述出口窗从所述壳体发出由辐射元件发射的辐射。本发明还包括用于通过出口窗来测量热辐射源的出口窗的温度和/或热辐射源的所发射的辐射的辐射功率的两种方法。该目的实现如下可行方案，即可以测量从热辐射源发出的辐射功率和/或出口窗的表面温度，该目的通过如下方式来实现，出口窗具有穿透区域、接触区域以及测量区域，其中，测量区域和穿透区域构造为彼此分离和/或部分重叠，其中，温度传感器和/或辐射传感器布置在出口窗的测量区域内，其中，温度传感器和/或辐射传感器通过接触区域电接触。

Description

热辐射源和用于测量热辐射源的精确的温度和/或所辐射的 辐射功率的方法

技术领域

本发明涉及一种热辐射源，其包括壳体、布置在壳体中的电运行的辐射元件、以及均匀的出口窗，由辐射元件发射的电磁辐射通过所述均匀的出口窗从壳体发出。

本发明还包括两种方法，通过出口窗来测量根据本发明的热辐射源的出口窗的温度的方法和/或测量根据本发明的热辐射源的所发射的辐射的辐射功率的方法。

背景技术

热辐射源主要用在分析和测量技术中，以便例如探测物质(气体、液体、固体)的浓度。另一个广泛的应用领域是用于治疗和减轻疾病和病变的医学技术。在所有的应用情况下，需要准确地了解热辐射源的辐射元件的所发出的辐射功率或辐射剂量，以便能够执行精确的、可再现的并且长时间稳定的测量或经定义的处理。热辐射源的辐射功率Ps基本上取决于其温度T并且通过Stefan-Boltzmann定律描述：P_S＝σ·ε·A·T⁴，其中，Stefan-Boltzmann常数为σ以及辐射率为ε和辐射源面积为A。

辐射的最大值所处以及由此确定光谱分布的波长λmax同样取决于辐射源的温度T，并且由Wiensche位移定律给定：

此外，特别是在医学和治疗应用中，除了了解辐射剂量之外，了解出口窗的温度是非常重要的，以便在直接皮肤接触的情况下不会发生皮肤烧伤。

热辐射源1基本上由电运行的辐射元件2、例如加热导体元件组成，所述辐射元件布置在壳体3中，其中辐射元件的辐射通过出口窗4从壳体3中发出(图1)。辐射或加热导体元件2在此典型地被加热到>500℃的温度，以便在红外光谱范围中产生宽的发射谱。对于在可见和近红外范围内的应用，需要明显更高的>1000℃的温度。也就是说，根据应用和使用范围可调节温度，以便利用热辐射源实现期望的发射谱。

从现有技术中已知具有集成的温度传感器的基于硅的MEMS构件，例如从US 5,391,875 A中已知，借此能够测量硅芯片的温度。在US 8,859,303 B2中例如针对红外热辐射源描述了这一点。借助集成的温度传感器测量辐射源的温度，由此能够调节辐射源的温度。因此，通过辐射定律的关系估计所发出的辐射功率并且尝试将其保持恒定。然而，由此不能精确地确定实际上由辐射源的壳体发出的辐射功率，也不能监控辐射源的老化现象。例如，热辐射源的空间辐射特性导致所发射的辐射的一部分保持被困留在壳体中。同样，例如由于氧化或老化造成的辐射率的变化导致辐射功率的变化。

从US2016/0361449 A1已知一种用于通过用来自电子束源的电子辐射来对包装容器进行消毒的电子束消毒装置。为了实现可靠的灭菌，必须保证电子束源的电子的最小电子能量或束强度，发射的电子在装置的出口窗处产生300℃至400℃范围内的温度。通过测量壳体之内或装置的出口窗处的温度来确定来自电子束源的电子的输出的能量或束强度。缺点是由铜肋和跨过铜肋的金属箔制成的出口窗的结构复杂，该金属箔对电子具有渗透性，但对电磁辐射不具有渗透性。用于测量温度的热电偶布置在铜肋或金属箔上，并覆盖有在加载电子时适合用于产生热量的材料。热电偶探测到的温度用于确定电子束源的所发射的电子的束强度，即热电偶必须布置在电子束中。由于所使用的热电偶的热容量高于仅4至12μm厚的金属箔的热容量，因此不能直接测量出口窗的温度。热辐射源的辐射强度不能用US2016/0361449 A1的装置来测量，因为热辐射会在(金属)出口窗处反射。

在DE 198 07 453A1中描述了一种用于产生用于医疗和治疗应用的热辐射的装置，像比如用于昆虫叮咬的治愈。皮肤的烫伤在此通过用于保持安全距离的可移动的保护罩实现。不进行辐射功率或辐射剂量和/或接触面、即出口窗的温度的测量。利用这种结构不能实现最佳的和定量的处理。此外，当错误地设定安全距离时，存在烫伤的危险。

总之，迄今为止还未知用于集成解决方案的装置，该装置能够测量由热辐射源发出的辐射功率或辐射剂量和/或能够测量这种热辐射源的出口窗的表面温度。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种可行方案，其可以测量由热辐射源发出的辐射功率或辐射剂量和/或这种热辐射源的出口窗的表面温度。

该目的通过根据独立权利要求1的热辐射源来解决。

根据本发明的热辐射源包括均匀的出口窗，其中，出口窗具有穿透区域、接触区域以及测量区域，其中，测量区域和穿透区域被构造为彼此分开和/或部分重叠，其中，温度传感器和/或辐射传感器被布置在出口窗的测量区域内，以便测量出口窗的温度，其中，温度传感器和/或辐射传感器通过出口窗的接触区域被电接触。

“均匀的出口窗”是指这样一种出口窗，该出口窗具有200μm至2mm的范围内的均匀的厚度，尤其包括，并且相比于所使用的温度传感器和/或辐射传感器具有显著更高的热容量。

与迄今为止已知的解决方案相比，优点尤其在于，测量实际上从辐射源的壳体发出的辐射功率或出口窗的温度，并且因此可以对其进行调节和监控。

优选地，这通过将根据本发明的热辐射源的出口窗划分成三个不同的功能区域来实现，即穿透区域、接触区域和测量区域。穿透区域表征出口窗的功能区域，由热辐射源的辐射元件发射的辐射从该功能区域中从壳体辐射到周围环境中。穿透区域应当优选地对应于辐射元件的尺寸。测量区域表征出口窗的功能区域，温度传感器和/或辐射传感器布置在所述功能区域内。接触区域表征出口窗的功能区域，在该功能区域中实现与温度传感器和/或辐射传感器的接触，其中接触区域构造在出口窗的边缘区域中，在该边缘区域中出口窗与热辐射源的壳体接触。当从内向外观看出口窗的横截面时，出口窗具有穿透区域、邻接于穿透区域的测量区域以及又邻接于测量区域的接触区域，然而穿透区域和测量区域可以被构造为彼此分离和/或彼此部分重叠。在本发明的上下文，部分重叠意味着，测量区域也可以构造在出口窗的穿透区域中，例如通过在穿透区域的中心布置温度传感器和/或辐射传感器，该温度传感器和/或辐射传感器经由窄的连接片接触，这些连接片穿过穿透区域引导至接触区域。

出口窗的材料优选地是蓝宝石，因为蓝宝石在宽的波长范围内是透明的，此外是非常坚固的，是化学惰性的并且因此也是生物相容的。但是，也可以替代地选择使用其它红外线可透材料，像比如硅、锗、氟化钙、氟化钡或硒化锌。

优选地，使用薄层技术的铂测量电阻作为出口窗的测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器，因为铂测量电阻具有几乎温度线性的电阻变化曲线和宽的温度测量区域，并且可以以低成本制造。但是原则上也可以使用任何其它类型的温度或辐射传感器，像比如半导体传感器或热电偶。为了接触测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器，例如可以使用氧化铟锡(ITO)，如其例如作为OLED中的透明的薄层印制导线所使用的那样。如果ITO用作出口窗上的印制导线的材料，则测量区域可以布置在出口窗的中心(或者在空间上可以是任何方式)，即与穿透区域部分重叠。此外，如果温度传感器和/或辐射传感器对于辐射是透明的，则在一个变型方案中，测量区域和穿透区域能够被构造为重合的。

通过将温度传感器和/或辐射传感器设置到热辐射源的出口窗上，此外可以改善例如在物质分析中的测量的质量和可靠性。在本发明的上下文中，在出口窗的测量区域内设置温度传感器和/或辐射传感器被理解为，温度传感器和/或辐射传感器例如借助薄层技术或模板印刷/丝网印刷方法被直接设置到出口窗的表面或者例如通过粘合被设置或布置在出口窗上。由此也可以更好地监控辐射源的老化现象。在医学和治疗应用中，可以精确地测量辐射剂量并且将其与治疗相协调。通过测量出口窗的表面温度，可以避免在与皮肤接触的应用中的烧伤，或者因此与皮肤接触的应用首次变得有意义。这提高了医疗设备的可靠性并且提供了最佳的治疗。此外，在分析和测量技术中的应用中，像比如在气体分析中，可以在测量中确定和量化以及校正出口窗的穿透特性的依赖于温度的光谱偏移，特别是在滤波器边缘处的光谱偏移。这提高了测量精度和可靠性。

特别有利的是，将根据本发明的热辐射源与用于表面安装的壳体、所谓的SMD壳体(表面安装设备壳体)组合，因为由此实现了无外部接触的高度集成的构件，其具有非常扁平的结构设计，并且可以实现完全自动化制造。

在根据本发明的热辐射源的一个设计方案中，测量区域被构造为由穿透区域和接触区域包围。也就是说，测量区域由穿透区域和接触区域限制。在此，一个或多个温度传感器和/或辐射传感器布置在测量区域中。这具有的优点是，在辐射穿过的出口窗的穿透区域的紧邻周围，可以直接测量温度或辐射功率。

在根据本发明的热辐射源的另一设计方案中，测量区域被设计成与穿透区域重合。这具有可以直接在出口窗中，例如在辐射穿过的出口窗的中心测量温度或辐射功率的优点。

在根据本发明的热辐射源的另一设计方案中，出口窗具有矩形、正方形或圆形的形状。出口窗的矩形或正方形形状特别地适合于表面安装的壳体，即所谓的SMD壳体，而且也适合于穿透式安装的有角的壳体形状。圆形的出口窗优选用于圆形的壳体形状、像比如TO壳体。

在根据本发明的热辐射源的一个优选设计方案中，温度传感器和/或辐射传感器被构造成与出口窗的测量区域重合。在本发明的上下文中，重合意味着，在出口窗的测量区域中，温度传感器和/或辐射传感器有利地环绕地或具有与测量区域相同的面积地构造，从而可以尽可能精确地测量温度和辐射功率，也就是说，在出口窗的整个测量区域中，可以借助温度传感器和/或辐射传感器探测温度或辐射功率。

在根据本发明的热辐射源的另一有利设计方案中，一个以上的温度传感器和/或辐射传感器被布置在出口窗的测量区域内。通过布置一个以上的的温度传感器和/或辐射传感器，优选地多个温度传感器和/或辐射传感器，可以位置分辨地测量温度和/或辐射功率。

在根据本发明的热辐射源的另一设计方案中，设置在出口窗的测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体之内，其中温度传感器和/或辐射传感器的电导线接触部同样构造在壳体之内。温度传感器和/或辐射传感器在出口窗的测量区域内的内部布置以及它们在接触区域内的导线接触部具有的优点是，所有的组件被良好地保护而不受外部影响，例如损坏。尽管在该布置中温度传感器不直接测量出口窗的面向(测量)物体的外侧的表面温度，并且辐射传感器不直接检测从热辐射源发出的穿过出口窗的辐射功率，但两者都可以通过系统的校准和通过对于材料特性(像比如出口窗的穿透和导热性)的了解而在系统的信号处理中进行校正。

在根据本发明的热辐射源的另一设计方案中，布置在出口窗的测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体之外，其中温度传感器和/或辐射传感器的电导线接触部同样构造在壳体之外。在该布置中，有利地直接检测由辐射源发出的、穿过出口窗的辐射功率，并且也测量出口窗的面向(测量)物体的那一侧的表面温度。在出口窗的测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器及其接触导线可以通过设置附加的薄的例如由玻璃制成的钝化层和保护层来加以保护以免受外部影响。

在根据本发明的热辐射源的另一设计方案中，设置在出口窗的测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体之内，其中，温度传感器和/或辐射传感器的电导线接触部构造在壳体之外。如果当温度传感器和/或辐射传感器在壳体之内布置在出口窗的测量区域中时没有用于接触导线的空间或者这在技术上是不兼容的，则可以以这样的方式进行外置的导线接触，即出口窗突出于壳体并且接触区域同样延伸到外部，使得接触部位于壳体之外。

在根据本发明的热辐射源的一种特别优选的设计方案中，温度传感器和/或辐射传感器的接触部通过安置在壳体之外的接触面借助金属焊膏的钎焊和/或借助导电的粘合剂来构成。通过该变型方案可以实现高度集成的并且长时间稳定的、用于自动化地大批量制造的构件，其中，特别是温度传感器和/或辐射传感器的无导线接触例如通过用导电的粘合剂进行粘合或者通过用金属焊膏进行钎焊以及用于表面安装的壳体是有利的。温度传感器和/或辐射传感器的电接触在此通过用于表面安装的壳体上的匹配的接触面进行。

在根据本发明的热辐射源的另一优选设计方案中，设置在出口窗的测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体之外，其中，温度传感器和/或辐射传感器的电接触部通过在与热辐射源连接的支架上的接触面构成。热辐射源固定在具有可钎焊的接触面的支架或嵌入式装置上并且借助焊膏或导电的粘合剂在接触区域中电接触。支架可以是例如印刷电路板或其他壳体或类似结构。这具有如下优点，即保护电接触部免受损坏和其他外部环境影响并且仅出口窗的测量区域必须用钝化层和保护层覆盖。

在根据本发明的热辐射源的另一设计方案中，温度传感器和/或辐射传感器在壳体之内被以设置的方式布置在出口窗的测量区域中，并且另外的温度传感器和/或辐射传感器在壳体之外被以设置的方式布置在出口窗的测量区域中，其中温度传感器和/或辐射传感器的电接触部借助导线接触部和/或通过安置在壳体之外的接触面借助金属焊膏的钎焊和/或借助导电的粘合剂来构成。温度传感器和/或辐射传感器在出口窗内的双侧布置或集成，即一方面在出口窗的向内指向壳体的面上，另一方面在出口窗的向外指向壳体的面上，具有如下优点：可以测量出口窗的内侧与外侧之间的温差，由此例如提高了测量精度。此外，因此可以在出口窗上安置多个传感器元件，以便例如能够空间分辨地测量温度和/或辐射功率。

在根据本发明的热辐射源的一个变型方案中，出口窗由硅或锗构成，其中，温度传感器和/或辐射传感器在这种情况下以集成的方式布置在出口窗的测量区域中。“以集成的方式”在此上下文是指，温度传感器和/或辐射传感器借助半导体技术的方法构造、即集成在出口窗的平面中。

在根据本发明的热辐射源的另一优选设计方案中，电辐射元件被设计为自支承的，其中优选反射层被构造在辐射元件的下面。通过自支承的结构，辐射元件具有非常好的热绝缘。与辐射元件的非常小的热质量相结合，由此可以很好地电调制该辐射元件，可以达到最大的效率。反射层用于反射背侧发射的辐射并且引导该辐射通过出口窗。

该目的同样通过根据独立权利要求17所述的方法来解决。

在第一变型方案中，根据本发明的用于通过根据权利要求1至16中任一项所述的均匀的出口窗来测量热辐射源的出口窗的温度和/或热辐射源的所发射的辐射的辐射功率的方法包括以下方法步骤：

-借助温度传感器和/或辐射传感器来测量所述出口窗的温度，所述温度传感器和/或辐射传感器以设置的方式和/或以集成的方式布置在所述出口窗的测量区域内，其中产生第一传感器信号；

-探测由辐射传感器吸收的热辐射元件的所发射的辐射，所述辐射传感器以应用的方式和/或以集成的方式布置在出口窗的测量区域中，其中产生第二传感器信号；

-通过形成温度传感器的第一传感器信号和辐射传感器的第二传感器信号的数学运算来评估传感器信号，其中通过数学运算，得出辐射功率。

在第一步骤中，可以通过未探测到、即未看到辐射的温度传感器来测量温度。辐射传感器探测所发射的辐射，但也可以同时测量出口窗的温度。为了从两个传感器信号(这两个传感器信号或者通过温度传感器和辐射传感器或者仅通过辐射传感器检测)来测定辐射功率，必须对热辐射源进行校准，如下面所描述的那样。在器件制造完成之后会进行一次校准，也就是说在每次测量之前校准不是必需的。辐射功率的确定或评估通过所采集的传感器信号的数学运算来进行。该数学运算例如可以是求差。

该任务同样通过根据独立权利要求18所述的方法来解决。

在根据本发明的用于通过根据权利要求1至16中任一项所述的均匀的出口窗来测量热辐射源的出口窗的温度和/或热辐射源的所发射的辐射的辐射功率的方法中，在第二变型方案中借助热辐射源的辐射元件的电调制产生时间上的辐射变化，所述辐射变化引起辐射传感器和/或温度传感器中的时间上的温度变化，其中由此借助校准来测定辐射功率。

校准一方面包括在限定的温度值和关断的辐射元件下采集传感器信号，另一方面包括在接通的辐射元件和限定的功率特征值下在外部非接触地测量出口窗的温度。此外，在辐射元件的限定的功率特征值的情况下还可以进行所发出的辐射功率的外部测量。

根据本发明的热辐射源特别是设置用于材料分析和光谱分析的测量仪以及用于治疗疾病和病变的医学和治疗仪器中，并且适合于此并且设计用于此目的。

附图说明

下面应借助实施例来详细阐述本发明。附图中示出：

图1示出了根据现有技术的热辐射源的原理结构；

图2示出了根据本发明的热辐射源的出口窗的优选设计方案：(a)矩形/正方形形状和(b)圆形形状；

图3示出了根据本发明的热辐射源的示例性实施方式，其具有设置在出口窗的测量区域中的温度传感器和/或辐射传感器：(a)温度传感器和/或辐射传感器的位于内部的布置以及它们的导线接触部，(b)温度传感器和/或辐射传感器的位于外部的布置以及它们的导线接触部，以及(c)温度传感器和/或辐射传感器的位于内部的布置与温度传感器和/或辐射传感器的位于外部的导线接触部；

图4示出了根据本发明的热辐射源的优选实施方式，其具有在用于表面安装的壳体中通过接触面与温度传感器和/或辐射传感器的无导线接触；

图5示出了根据本发明的热辐射源的实施方式，其具有温度传感器和/或辐射传感器的位于外部的布置以及通过构造在支架上的接触面的接触部；

图6示出了根据本发明的热辐射源的优选实施方式，其中在出口窗的测量区域内温度传感器和/或辐射传感器在壳体的内部和外部两侧布置：(a)带有位于外部的导线接触部以及通过壳体上的接触面的接触部；(b)带有通过在壳体上的接触面的接触部以及在支架上构造的接触面的接触部，所述支架与热辐射源连接；

图7示出了根据本发明的热辐射源的优选实施方式，其具有热辐射源的薄的、自支承的辐射元件。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的热辐射源1的出口窗4的优选设计方案。根据本发明的热辐射源1的出口窗4被分为三个不同的功能区域。在一种实施方式中，当从内向外观看横截面时，出口窗4具有穿透区域5、邻接于穿透区域的测量区域6以及又邻接于测量区域的接触区域7。穿透区域5表征出口窗4的功能区域，由热辐射源1的辐射元件2所发射的辐射从该功能区域中从壳体3辐射到周围环境中。穿透区域5应当优选地对应于辐射元件的辐射面的尺寸。测量区域6表征出口窗4的功能区域，温度传感器和/或辐射传感器以设置的方式和/或以集成的方式布置在所述功能区域内，其中在一个设计方案中，测量区域6构造在穿透区域5和接触区域7之间。接触区域7表征出口窗4的功能区域，在该功能区域中实现与温度传感器和/或辐射传感器的接触，其中接触区域7被构造在出口窗4的边缘区域中，在该边缘区域中出口窗4与热辐射源1的壳体3接触。如图2(a)中所示，矩形或者正方形形状的出口窗4特别地适合于表面安装的壳体(所谓的SMD壳体)，但是也适合于穿透式安装的有角的壳体形状。圆形的出口窗4，如图2(b)所示，优选地用于圆形壳体形状，像比如TO壳体。温度传感器和/或辐射传感器在此安置在出口窗4上的测量区域6中，使得优选地在出口窗4的中心产生用于辐射的穿过的圆形或矩形的穿透区域5。温度传感器和/或辐射传感器的接触在接触区域7中进行，接触区域7位于出口窗4的边缘区域中，在该边缘区域中，出口窗与壳体3接触。温度传感器和/或辐射传感器优选地以环绕方式构造在出口窗4的测量区域6中，使得可以精确地测量温度和辐射功率。然而，也可以在出口窗4的测量区域6中布置多个温度传感器和/或辐射传感器，以实现空间分辨的温度或辐射功率测量。

在另一实施例中，温度传感器和/或辐射传感器例如以铂(Pt)电阻的形式布置在出口窗的中间。例如，通过ITO印制导线实现电接触，所述印制导线从铂电阻被引导到在出口窗边缘处的接触区域。铂电阻可以设计得比出口窗的穿透区域小，使得它不会影响到辐射元件的所发射的辐射。因此，可以直接测量在出口窗的中心处的温度或辐射功率。

图3示出了根据本发明的热辐射源1的可能的实施方式，其具有在出口窗4的测量区域6内的设置在出口窗4中的温度传感器和/或辐射传感器以及在出口窗4的接触区域7内的导线接触部8。如图3(a)所示，温度传感器和/或辐射传感器布置在出口窗4的测量区域6内的内部并且其导线接触部8位于出口窗4的接触区域7内的优点尤其在于，所有组件被良好地保护而免受外部影响，例如损坏。由于温度传感器布置于内部，温度传感器不能直接测量出口窗4的面向(测量)物体的外侧的表面温度，并且辐射传感器不能直接检测从热辐射源1发出的辐射功率。然而，二者都可以通过系统的校准和通过对于材料特性(像比如出口窗4的穿透和导热性)的了解而在系统的信号处理中进行校正。

替代地，温度传感器和/或辐射传感器可以在出口窗4的测量区域6布置在壳体3外部并且在壳体3外部的接触区域7中布置其接触导线8，如图3(b)中所示。在该布置中，有利地直接检测由热辐射源1发出的辐射功率，并且也测量出口窗4的面向(测量)物体的那一侧的表面温度。在出口窗4的测量区域6中的温度传感器和/或辐射传感器及其接触导线8可以通过设置附加的薄的钝化层和保护层(例如由玻璃制成)而被保护免受外部影响。

如果在温度传感器和/或辐射传感器的布置于内部的情况下，在壳体3内部在出口窗4的测量区域6中不存在用于接触导线8的空间或者这在技术上是不兼容的，那么可以存在位于外部的导线接触部8，使得出口窗4突出于壳体3并且接触区域7同样向外延伸，如在图3(c)中所示。

图4示出了根据本发明的热辐射源1的一个特别优选的设计方案。为了能够实现高度集成的并且长时间稳定的、用于大批量自动化制造的构件，温度传感器和/或辐射传感器的无导线接触，例如通过用导电的粘合剂进行粘合或者借助用金属焊膏进行钎焊，以及用于表面安装的壳体3是有利的。温度传感器和/或辐射传感器的电接触在此通过用于表面安装的壳体3上的匹配的接触面9实现。

图5示出了根据本发明的热辐射源1的另一个优选设计方案，其在出口窗4的测量区域6中在处于外部的、也即温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体3之外时具有无导线的接触部。在这种情况下，热辐射源1被固定到具有可钎焊的接触面9的支架10，并且通过钎焊或导电的粘合剂在出口窗4的接触区域7中电接触。支架可以是例如印刷电路板或其他壳体或类似物。该设计方案具有以下优点，即保护电接触部免受损坏和其他外部环境影响，并且仅需用钝化层和保护层覆盖出口窗4的测量区域6。

图6示出了根据本发明的热辐射源1的另一设计方案，其具有在出口窗4的测量区域6上或中的温度传感器和/或辐射传感器的双侧布置。传感器的接触可以通过接触面9无导线地(图6(b))、借助接触导线8或组合地(图6(a))进行。这具有的优点是，可以测量在出口窗4的内侧与外侧之间的温度差，由此例如提高测量精度。此外，因此可以在出口窗4的测量区域6中安置多个传感器元件，以便能够例如空间分辨地测量温度和/或辐射功率。

图7示出了根据本发明的热辐射源1的另一个优选设计方案，其中，辐射元件或加热元件2具有非常低的热质量，由此其可以良好地电调制，并且由于自支承的结构具有非常好的热绝缘，由此实现最大的效率。

为了测量出口窗的实际温度，可以使用温度传感器和/或辐射传感器。在此，优选地将薄层技术中的铂测量电阻用作温度传感器和辐射传感器。由于温度传感器和辐射传感器这两个传感器都设置在和/或集成在出口窗的测量区域内，因此可以使用这两个传感器来测量出口窗的温度。

根据本发明，提供了两种方法变型方案用于确定所发出的辐射功率。

在第一方法变型方案中，为了确定辐射功率而使用温度传感器和辐射传感器。为此，温度传感器例如通过设置薄的金属层而被镜面化地构造。这具有的优点是，入射到温度传感器上的辐射被反射并且不被温度传感器探测到，从而温度传感器仅测量出口窗的温度。如果温度传感器被构造为铂测量电阻，则铂用作镜面层并且实现该目的。有时，用钝化层和保护层保护温度传感器是很方便的，由于钝化层和保护层可能吸收辐射，所以必须在钝化层和保护层上再次设置反射层。温度传感器提供第一传感器信号。相反，辐射传感器，例如也由铂构成的辐射传感器，构造为对辐射具有高度吸收性，例如通过应用吸收层。辐射传感器探测热辐射元件的所发射的辐射，其中，产生第二传感器信号。由两个探测的传感器信号形成数学运算，例如差，该数学运算最后是用于热辐射源的辐射功率的量度。借助上述的初始校准，确定在出口窗的(未校准)测量的与实际(真实)的温度或所发出的辐射功率之间的关系，并将其存储在信号处理装置中，并进行校正，使得可以进行精确的调节。

在第二方法变型方案中，为了确定辐射功率而使用温度传感器或辐射传感器。辐射元件的电调制引起时间上的辐射变化，导致在吸收的辐射传感器或温度传感器中的时间上的温度变化。两者都可以设有钝化层和保护层。该温度变化是可探测的，并且因此辐射功率可以在校准之后确定。在该方法变型方案中，仅需要一个传感器元件，或者温度传感器或者辐射传感器，由此同时测量出口窗的温度和辐射功率是可能的。该第二方法变型方案在简单且成本有利的结构方面是有利的。然而，该第二方法变型方案需要系统的校准。

附图标记列表

1 热辐射源

2 辐射元件或加热导体元件/加热导体芯片

3 辐射源的壳体

4 出口窗

5 出口窗的穿透区域

6 出口窗的测量区域，在该测量区域中布置有温度传感器和/或辐射传感器

7 出口窗的接触区域

8 导线接触部/接触导线

9 用于钎焊和/或粘合的接触面，无线的接触部

10 用于热辐射源的支架

Claims (18)

1.一种热辐射源(1)，包括壳体(3)、布置在壳体(3)中的电运行的辐射元件(2)，以及均匀的出口窗(4)，由辐射元件(2)发射的电磁辐射通过所述出口窗从所述壳体(3)发出，其特征在于，出口窗(4)具有穿透区域(5)、接触区域(7)以及测量区域(6)，其中，测量区域(6)和穿透区域(5)构造为彼此分离和/或部分重叠，其中，温度传感器和/或辐射传感器布置在出口窗(4)的测量区域(6)内以便测量出口窗的温度，其中，温度传感器和/或辐射传感器通过接触区域(7)电接触。

2.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，所述测量区域(6)被构造为由所述穿透区域(4)和所述接触区域(7)包围。

3.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，所述测量区域(6)被构造为与所述穿透区域(5)重合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热辐射源(1)，其特征在于，所述出口窗(4)具有矩形、正方形或者圆形的形状，其具有优选200μm至2mm的范围内的厚度，其中所述出口窗(4)由诸如蓝宝石或者氟化钙或者氟化钡或者硒化锌等材料构成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热辐射源(1)，其特征在于，所述温度传感器和/或辐射传感器被构造为与所述出口窗(4)的测量区域(6)重合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热辐射源(1)，其特征在于，在所述出口窗(4)的测量区域(6)内布置有一个以上的温度传感器和/或辐射传感器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热辐射源(1)，其特征在于，温度传感器和/或辐射传感器被构造为铂测量电阻。

8.根据权利要求7所述的热辐射源(1)，其特征在于，所述温度传感器具有反射层，和/或所述辐射传感器具有吸收层，和/或所述温度传感器和/或辐射传感器具有保护层和钝化层。

9.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，设置在所述出口窗(4)的测量区域(6)中的温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体(3)之内，其中，温度传感器和/或辐射传感器的电导线接触部(8)同样构造在壳体(3)之内。

10.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，设置在出口窗(4)的测量区域(6)中的温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体(3)之外，其中，温度传感器和/或辐射传感器的电导线接触部(9)同样构造在壳体(4)之外。

11.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，设置在出口窗(4)的测量区域(6)中的温度传感器和/或辐射传感器布置在壳体(3)之内，其中，温度传感器和/或辐射传感器的电导线接触部(9)构造在壳体(3)之外。

12.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，所述温度传感器和/或辐射传感器的接触部通过设置在壳体之内或之外的接触面(9)借助金属焊膏的钎焊和/或借助导电的粘合剂构成。

13.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，设置在所述出口窗(4)的测量区域(6)中的温度传感器和/或辐射传感器布置在所述壳体(3)之外，其中，所述温度传感器和/或辐射传感器的电接触部通过接触面(9)构成，所述接触面构造在与所述热辐射源(1)连接的支架(10)上。

14.根据权利要求1所述的热辐射源(1)，其特征在于，不仅温度传感器和/或辐射传感器在壳体(3)内部以设置的方式布置在出口窗(4)的测量区域(6)中，而且另外的温度传感器和/或辐射传感器在壳体(3)外部以设置的方式布置在出口窗(4)的测量区域(6)中，其中，温度传感器和/或辐射传感器的电接触部借助导线接触部(8)和/或经由安置在壳体(3)外部的接触面(9)借助金属焊膏的钎焊和/或借助导电的粘合剂来构造。

15.根据前述权利要求中任一项所述的热辐射源(1)，其特征在于，所述出口窗(4)由硅或锗构成，其中，所述温度传感器和/或辐射传感器以集成的方式布置在所述出口窗(4)的测量区域(6)中。

16.根据前述权利要求中任一项所述的热辐射源(1)，其特征在于，电辐射元件(2)被构造为自支承的，其中，在辐射元件(4)下方构造有反射层。

17.一种用于通过根据权利要求1至16中任一项所述的均匀的出口窗(4)来测量热辐射源(1)的出口窗(4)的温度和/或热辐射源(1)的所发射的辐射的辐射功率的方法，其中，所述方法包括以下方法步骤：

-借助温度传感器和/或辐射传感器来测量出口窗(4)的温度，所述温度传感器和/或辐射传感器应用的方式和/或以集成的方式布置在出口窗(4)的测量区域(6)内，其中，产生第一传感器信号；

-探测辐射元件(2)的所发射的辐射，所述辐射被辐射传感器吸收，所述辐射传感器以设置的方式和/或以集成的方式布置在出口窗(4)的测量区域(6)中，其中，产生第二传感器信号；

-通过温度传感器的第一传感器信号和辐射传感器的第二传感器信号形成的数学运算来评估传感器信号，其中，通过数学运算得出辐射功率。

18.一种用于通过根据权利要求1至16中任一项所述的出口窗(4)来测量热辐射源(1)的出口窗(4)的温度和/或热辐射源(1)的所发射的辐射的辐射功率的方法，其中，借助热辐射源(1)的辐射元件(2)的电调制产生时间上的辐射变化，所述辐射变化引起辐射传感器和/或温度传感器中的时间上的温度变化，并且其中，由此借助校准来确定辐射功率。