DE102007033947A1

DE102007033947A1 - Verfahren und aktive Thermosonde zur kontinuierlichen Messung der Strahlungsimmission

Info

Publication number: DE102007033947A1
Application number: DE102007033947A
Authority: DE
Inventors: Ruben Dipl.-Phys. Wiese; Holger Prof. Dr. Kersten
Original assignee: Leibniz-Institut fur Plasmaforschung und Technologie Ev; Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Das Verfahren und die aktive Thermosonde zur kontinuierlichen Messung von Strahlungsemission werden u. a. bei der Diagnostik und der Regelung von plasmatechnischen Prozessen angewendet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Diagnose und Regelung in der Art zu ermöglichen, dass die spezifische Strahlungsleistung pro Flächeneinheit geliefert und eine kontinuierliche Messung ohne Betriebsunterbrechung ermöglicht wird. Das Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Strahlungsemission ist dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Thermosonde auf eine vorgegebene Arbeitstemperatur eingeregelt wird, wobei gleichzeitig eine Kalibrierung der Thermosonde durch Einstellung des Temperaturgleichgewichtes und Messung der dazu notwendigen Energiezufuhr erfolgt, b) anschließend die Thermosonde der zu messenden Strahlung ausgesetzt wird oder die Energieeinstrahlung an der Thermosonde sich ändert und die zuvor eingestellte Temperatur konstant gehalten wird durch c) erneute Einstellung des Temperaturgleichgewichtes der vorgegebenen Arbeitstemperatur und Messung der dazu notwendigen Energiezufuhr, d) die Differenz zwischen der Energiezufuhr vor und während der Energieeinstrahlung berechnet wird und e) eine kontinuierliche Überwachung der vorgegebenen Arbeitstemperatur unter Wiederholung der Schritte c) und d) erfolgt.

Description

Das Verfahren und die aktive Thermosonde zur kontinuierlichen Messung der Strahlungsimmission werden u. a. bei der Diagnostik und der Regelung von plasmatechnischen Prozessen angewendet.
[Stand der Technik]
Die derzeit bekannte und eingesetzte, kalorimetrische Thermosonde, besteht aus einem Substrat, dessen Aufheiz- und Abkühlkurve Auskunft über den Energieeintrag liefert.
Die passive kalorimetrische Thermosonde wird zunächst mittels der zu vermessenden Strahlungsquelle aufgeheizt, anschließend erfolgt nach Abschalten oder Unterbrechung der Energiezufuhr die Abkühlung der Sonde. Der Energieeintrag wird durch temperaturäquivalente Ableitung der Aufheiz- und Abkühlkurve berechnet. (acta physica slovaca vo. 50 No. 4, 439–459)
Die Sonde muss mit Hilfe eines Strahles bekannter Energie kalibriert werden. Dabei ist der Reflexionsfaktor der Sondenoberfläche bei der Kalibrierung die größte Messunsicherheit.
Diese Sonde arbeitet diskontinuierlich. Die Strahlungsquelle, deren Strahlung gemessen werden soll, muss an- und abgeschaltet oder der Sensor muss durch eine mechanische Blende zeitweise abgeschattet werden. Die aufgenommenen Temperaturdaten werden ausgewertet und anschließend werden die Energieeinströme berechnet. Ein in situ-Monitoring mit einer für eine Anlagensteuerung ausreichenden Zeitauflösung ist nicht möglich. Die mechanische Blende stellt eine mögliche Fehlerquelle dar.
Wesentliche Nachteile dieser passiven Thermosonden sind:

– die Energiequelle muss ständig an- und abgeschaltet werden;
– es ist keine kontinuierliche Messung und möglich;
– es erfolgt lediglich eine diskontinuierliche Prozessüberwachung;
– zeitlichen Verläufe sind nicht messbar;
– nicht alle Wärmequellen sind abschaltbar;
– eine Eichung ist erforderlich, wobei Eichfehler durch andere Umgebungsbedingungen auftreten können oder der Reflexionskoeffizient nur abgeschätzt werden kann;
– die Sondenparameter ändern sich bei der Messung, indem sich der Reflexionskoeffizient und/oder die Wärmekapazität ändern;
– und mechanisch bewegte Blenden sind im Vakuum aufwendig und störanfällig.

Weiterhin existiert am Hahn-Meitner Institut Berlin eine andere passive Sonde, die aus einer auf einem Rohrende aufgespannten Membran besteht. Das Rohr wird auf konstanter Temperatur gehalten und aus dem Temperaturanstieg in der Mitte der Membran wird der Energieeintrag berechnet. Auch hier sind folgende Nachteile bekannt:

– eine Eichung erforderlich ist, wobei auch der Reflexionskoeffizient ein Rolle spielt;
– die Sondenparameter ändern sich bei der Messung, indem sich der Reflexionskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit ändern.

[Aufgabe der Erfindung]
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Diagnose und Regelung von z. B. plasmatechnischen Prozessen in der Art zu ermöglichen, dass die spezifische Strahlungsleistung pro Flächeneinheit geliefert und eine kontinuierliche Messung ohne Betriebsunterbrechung ermöglicht wird. Die thermische Belastung des behandelten Gutes soll abgeschätzt werden können und eine thermische Zerstörung der Oberfläche des Behandlungsgutes vermieden und/oder die Strahlungsleistung der Quelle überwacht werden.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der zeit- und ortsaufgelösten Strahlungsimmission aus Korpuskular- oder Wellenstrahlung, bestehend aus einer Thermosonde, einem Regelkreis zum Messen und Regeln der Temperatur der Sondenoberfläche und der dazugehörigen Messbrücke, Datenvisualisierung und -schnittstelle. Die Messung der Strahlungsimmission erfolgt durch die Temperaturkompensation der temperaturgeregelten Sensorfläche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Strahlungsimmission ist dadurch gekennzeichnet, dass

a) eine Thermosonde auf eine vorgegebene Arbeitstemperatur eingeregelt wird, wobei gleichzeitig eine Kalibrierung der Thermosonde durch Einstellung des Temperaturgleichgewichtes und Messung der dazu notwendigen Energiezufuhr erfolgt,
b) anschließend die Thermosonde der zu messenden Strahlung ausgesetzt wird oder die Energieeinstrahlung an der Thermosonde sich ändert und die zuvor eingestellte Temperatur konstant gehalten wird durch
c) erneute Einstellung des Temperaturgleichgewichtes der vorgegebenen Arbeitstemperatur und Messung der dazu notwendigen Energiezufuhr,
d) die Differenz zwischen der Energiezufuhr vor und während der Energieeinstrahlung berechnet wird, und
e) eine kontinuierliche Überwachung der vorgegebenen Arbeitstemperatur unter Wiederholung der Schritte c) und d) erfolgt.

Es besteht die Möglichkeit entweder die Thermosonde der zu messenden Strahlung durch Einschalten der Strahlungs-Quelle oder dadurch auszusetzen, dass eine abschattende Blende entfernt wird oder die Thermosonde aus einer Abschattung in den Bereich, in dem sie der Energieeinstrahlung ausgesetzt wird, bewegt wird.
Die Kompensation des Energieeintrages wird durch Reduktion der Heizleistung oder eine Erhöhung der Kühlleistung oder durch eine Kombination von Heiz- und Kühlelementen herbeigeführt. Die Reduktion der Heizleistung kann über ein oder mehrere Heizwendeln oder durch Erhöhung der Kühlleistung über ein oder mehrere Peltier-Elemente erfolgen.
Die zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Arbeitstemperatur notwendige Energie wird in einer Ausführungsform durch Strahlung zugeführt.
Beispielsweise kann zur Ermittlung einer räumlichen Strahlungsverteilung ein Messflächenarray aus Thermosonden verwendet werden. Die einzelnen Segmente des Messflächenarrays können getrennt beheizbar sein. So wird die vorgegebene Arbeitstemperatur durch Zu- und/oder Abschalten eines oder mehrerer Segmente eingeregelt.
Ebenso können zur strahlungsselektiven Messung vor dem Sensor und/oder einzelnen Elementen des Sensors für bestimmte Strahlungsarten selektive oder nicht selektive Blenden oder Filter vorgeordnet sein, die mechanisch und/oder elektronisch manuell und/oder automatisch ein- und ausgeschaltet werden.
Die aktive Thermosonde besteht aus einem Substrat, das gut wärmeleitend mit einer Heizung und/oder Kühlung verbunden ist. Diese ist an eine Stromzufuhr und an eine schnelle Regelung für die Temperatur angeschlossen. Ebenso sind eine Anordnung zur Messung der Temperatur am Substrat sowie eine Blende zur Abschattung der Zuleitungen und zuleitungsnahen Sondenflächen angeordnet.
Der Temperatursensor arbeitet auf pyrometrischer, optischer, spektroskopischer, mechanischer oder elektrischer Basis und ist in, auf, vor, unter oder neben der Sonde angebracht.
Das Substrat kann in unterschiedlicher Weise aufgebaut sein. In einer Ausführungsform ist das Substrat in mehrere Kammern oder Segmente eingeteilt, wobei jede einzelne Kammer oder jedes einzelne Segment einzeln gesteuert und ausgewertet wird.
Oder das Substrat ist zur Ermittlung einer räumlichen Strahlungsverteilung als Messflächenarray ausgebildet, wobei die einzelnen Segmente des Messflächenarrays getrennt beheizbar sind.
Zur Messung der raumaufgelösten Strahlungssimmission kann das Substrat dreidimensional ausgebildet sein. Ebenso kann der Sensor aus mehreren Elementen bestehen, die beispielsweise auf einer Kugel oder einem Kubus angeordnet sind und einzeln gesteuert und ausgewertet werden.
Das Substrat kann zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein. Diese Schichten sind elektrisch leitend und elektrisch nicht leitend. Sie können an negative oder positive Vorspannungen angeschlossen sein oder geerdet sein oder dem lokalen Feldpotential folgen.
Oder das Substrat ist ein mikrointegrierter Mehrschichtkörper, mit oder ohne integrierte Messdatenauswertung.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das Substrat eine großflächige Dünnschicht-Messfläche, die auch strukturiert sein kann, ist.
Weiterhin ist es möglich, dass das Substrat aus der zur Energiezufuhr notwendigen Heizung besteht, die gleichzeitig die bestrahlte Messfläche darstellt.
Das Substrat kann Heiz- und/oder Kühlelemente enthalten, die mäanderförmig, parallel oder kreisförmig angeordnet sind.
Alle diese Ausführungsformen sind denkbar mit einer flächigen rechteckigen, runden oder andersförmigen Messfläche.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das Substrat durch eine separat von der Sonde oder in ihr befindlichen Strahlungsquelle beheizt wird, wobei die Energie auch über Lichtwellenleiter zugeführt werden kann.
Eine weitere wesentliche Ausführungsform besteht darin, dass eine Metallfolie zwischen zwei Haltevorrichtungen, welche die Verbindung zu einer geregelten Stromquelle für die Heizung der Metallfolie herstellen, eingespannt ist. Eine optische Entfernungsmessung, vorzugsweise ein Laser, ist so angeordnet, dass die Durchbiegung bei Erwärmung der Metallfolie gemessen wird. Der Laser ist an eine schnelle Regelung für die Temperatur angeschlossen.
Ein Widerstandsdraht und/oder andere thermoelektrische Elemente sind für diesen Aufbau ebenso denkbar.
Der vorgestellte Sensoraufbau ermöglicht eine flächen- und zeitaufgelöste Messung der Strahlungsleistung aus Korpuskular- und Wellenstrahlung und kann so einen wertvollen Beitrag zur Erhöhung der Beschichtungsrate in Plasmaanlagen leisten. Etwaige Substratzerstörung durch Strahlungsüberlastung, z. B. von Kunststoffen, kann vermieden werden. Zudem kann die Strahlungsleistung als Parameter zur Regelung der Bearbeitungsqualität, z. B. der Schichtdicke, benutzt werden. Es kann bei verschiedenen Substrattemperaturen gearbeitet werden. Vorherige passive Sonden konnten nicht auf eine definierte Temperatur voreingestellt werden.
Weitere Vorteile sind:

– Kontinuierliche Messung und Prozessüberwachung;
– Der zeitlicher Verlauf ist registrierbar;
– Eichung nicht erforderlich, sondern nur Anpassung an Umgebung;
– Eine Änderung der Wärmekapazität und des Reflexionsfaktors hat keinen Einfluss auf den Messwert und
– Bei Änderung der Sondenparameter (Abstrahlung) kann die Anpassung im Reaktor ohne Ausbau der Sonde erneuert werden.

Eine breite Anwendung ist denkbar. So kann die Thermosondesonde in Beschichtungsanlagen zur Regelung der Temperatur-, Vorspannungs-, Spannungs-, Pulslängen-, und/oder Phasenfunktion eingesetzt werden. Ebenso ist der Einsatz zur Regelung der emissionsbestimmenden Parameter einer Strahlungs- und/oder Energiequelle, wie z. B. Strahlungsrichtung, Öffnungswinkel, Abstand, Blendenanordnung usw. denkbar.
Auch eine Verwendung zur Regelung von strahlungsbeeinflussenden Geräten und Aggregaten, wie z. B. elektrischen Spulen und Ablenkeinheiten oder zur kontinuierlichen Regelung von Beschichtungsanlagen ist möglich.
Die integrierende Energieeintragsmessung kann als Warnfunktion eingesetzt werden.
Auch ist es vorstellbar, die Thermosonde zur Messung des Energieeintrages auf Oberflächen von Luft- und Raumfahrzeugen, z. B. zur Versprödungsbruchvorhersage, einzusetzen.
[Beispiele]
Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert. Dazu zeigen
1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen aktiven Thermosonde mit Temperaturfühler,
2 ein Blockschaltbild für die Regelung der Temperatur,
3 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen aktiven Thermosonde mit Laser.
Die Thermosonde in 1 besteht aus einem Substrat 1, in das gut wärmeleitend eine Heizwendel eingelassen oder verklebt ist oder das auf andere Weise geheizt wird. Dazu eignet sich ein 1 bis 2 mm dicker Bornitrit-Substratkörper (pyrolytisches Bornitrid – pBN) mit den Abmessungen 3,5 × 14 mm und einer Wärmekapazität von 0,78 J/K, in dessen Innerem sich eine mäanderförmige Kohlenstoffschicht befindet, welche beispielsweise durch Abscheidung von pyrolytischem Graphit (pG) mittels CVD, anschließender mechanische Bearbeitung zu einer Heizwendel und abschließender Verkapselung mit pyrolytischem Bornitrid hergestellt wird. Wird diese Schicht von einem Strom durchflossen, wobei die Stromzuführung 3 an das Substrat 1 angeschlossen ist, kommt es zur Erwärmung des Substrates 1. Diese Anordnung ist als sogenannter Substratheizer bekannt.
Die mögliche Heiztemperatur kann bis zu 2.000 K betragen, wobei sehr hohe Heizraten (> 100°C/s) möglich sind. Ein Vorteil besteht darin, dass im Vakuum ein sofortiger Betrieb mit der zulässigen Maximalspannung ermöglicht werden kann.
Die Temperatur des Substrates 1 wird mit einem Temperaturfühler oder mit anderen geeigneten Temperatursensoren kontinuierlich gemessen. Dazu wird an der Unterseite zur Temperaturmessung ein Thermoelement 4 positioniert. Die Heizwendel ist an eine schnelle Regelung angeschlossen, deren Regelparameter die Temperatur des Substrates 1 ist, die mit dem genannten Temperaturfühler gemessen wird.
Die Sonde besitzt zusätzlich eine Blende 2 zur Abschattung der Zuleitungen und zuleitungsnahen Sondenflächen und wird an einem Halter 5 befestigt. Die Blende 2 verhindert so die Verfälschung der Messergebnisse durch Wärmeleitung über die Zuleitungen.
Die Heizung und Temperaturregelung der Thermosonde wird durch eine elektrische Schaltung sichergestellt, deren Blockschaltbild in 2 zu sehen ist. Die Thermosonde wird bei ausgeschalteter Strahlungs-Quelle oder bei Abschattung durch eine Blende auf eine vorgegebene Arbeitstemperatur bis zum Erreichen des thermischen Gleichgewichts eingeregelt. Dabei werden eine Solltemperatur und eine zulässigen Abweichung für das thermische Gleichgewicht vorgegeben. Der eingebaute Mikroprozessor speichert den Wert der zum Erhalt des Temperaturgleichgewichtes notwendigen elektrischen Grundleistung bei ausgeschalteter Strahlungsquelle und zeigt nach Start der Messung die bei der Sonde ankommenden Strahlungsleistung direkt in mW auf einem Display an.
Die Thermosonde ist somit kalibriert. Eine zusätzliche Kalibriermessung zur Ermittlung des Reflexionsanteils der Sondenoberfläche ist nicht notwendig. Zur Kalibrierung der Thermosonde muss diese nicht aus dem Reaktor oder der Anlage entfernt werden, sondern bei der Kalibrierung in der Anlage wird gleichzeitig deren Einfluss auf den Messvorgang kompensiert.
Die benötigte Heizleistung ist gleich die Referenzleistung P_ref. Während der Messung wird die aktuelle Heizleistung P angezeigt.
Nach Einschalten der Strahlungs-Quelle oder wenn die Energieeinstrahlung an der Thermosonde sich ändert, führt der erhöhte Energieeintrag pro Zeiteinheit zu einem Temperaturanstieg der Thermosonde. Es wird eine erneute Einstellung des Temperaturgleichgewichtes der vorgegebenen Arbeitstemperatur und die Messung der dazu notwendigen Energiezufuhr durchgeführt. Der Temperaturanstieg wird durch Reduzierung der zugeführten elektrischen Energie in der Art kompensiert, dass die zuvor eingestellte Temperatur durch Minderung der Leistung oder Kühlung konstant gehalten wird. Dazu enthält das Substrat 1 Heiz- und/oder Kühlelemente, die mäanderförmig, parallel oder kreisförmig angeordnet sind oder eine entsprechend der Geometrie der Messfläche andere Form zur Gewährleistung einer optimal homogenen Temperaturverteilung besitzen.
Nach Einstellen des Temperaturgleichgewichtes wird die zugeführte geminderte Leistung gemessen. Die Differenz zwischen der Energiezufuhr vor und während der Energieeinstrahlung wird berechnet (P_Δ) (der geminderten Leistung zur der Leistung, die zur Aufrechterhaltung des Temperaturgleichgewichtes ohne Energieeinstrahlung benötigt wird) und ist identisch mit dem Energieeintrag der Partikel bzw. der Strahlung an der Thermosonde.
Es erfolgt eine kontinuierliche Überwachung der vorgegebenen Arbeitstemperatur.
Ist der Energieeintrag bei eingeschalteter Strahlungs-Quelle größer, als die Energie, die zur Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichtes bei ausgeschalteter Quelle notwendig ist, kann die Temperaturerhöhung der Sonde durch die ankommende Energie nicht mehr durch Verringerung der Heizleistung kompensiert werden. In diesem Fall werden Kalibrier- und Messvorgang bei einer höheren Sondentemperatur wiederholt.
In die Messwerterfassung integriert ist ein Filter, um hochfrequente Störspannungen fernzuhalten, eine Potentialtrennung sowie ein AD-Wandler.
In 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Messfläche besteht hier aus einer Metallfolie 5, die zwischen zwei Haltevorrichtungen 6 eingespannt wird, welche auch die Verbindung zu einer geregelten Stromquelle 7 für die Heizung der Metallfolie 5 herstellen. Mittels optischer Entfernungsmessung 8 mit einem Sender/Detektor 9, z. B. durch einen Laser wird die Durchbiegung bei Erwärmung der Metallfolie 5 gemessen. Über einen Regler 10, welcher mit dem Entfernungsmesser verbunden ist, kann die Arbeitstemperatur in einem vorgegebenen Gleichgewicht gehalten werden. Eine Energie-, Partikel- oder Wärmestrahlung 11 bewirkt eine Veränderung in der Temperatur (Durchbiegung) der Metallfolie 5, welche dann wieder auf die vorgegebene Arbeitstemperatur geregelt werden muss. Die Differenz zwischen der Energiezufuhr vor und während der Energieeinstrahlung wird, wie weiter oben schon erläutert, berechnet. An Stelle einer Metallfolie 5 kann auch Widerstandsdraht und/oder andere thermoelektrische Elemente angeordnet sein.
Denkbar sind auch eine andere Art der Zuführung einer Heizleistung als durch eine Widerstandsheizung und/oder eine andere Art der Abführung der durch den Energieeintrag zugeführten Energie als durch ein Peltier-Element.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- acta physica slovaca vo. 50 No. 4, 439–459 [0003]

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Strahlungsimmission dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Thermosonde auf eine vorgegebene Arbeitstemperatur eingeregelt wird, wobei gleichzeitig eine Kalibrierung der Thermosonde durch Einstellung des Temperaturgleichgewichtes und Messung der dazu notwendigen Energiezufuhr erfolgt, b) anschließend die Thermosonde der zu messenden Strahlung ausgesetzt wird oder die Energieeinstrahlung an der Thermosonde sich ändert und die zuvor eingestellte Temperatur konstant gehalten wird durch c) erneute Einstellung des Temperaturgleichgewichtes der vorgegebenen Arbeitstemperatur und Messung der dazu notwendigen Energiezufuhr, d) die Differenz zwischen der Energiezufuhr vor und während der Energieeinstrahlung berechnet wird, und e) eine kontinuierliche Überwachung der vorgegebenen Arbeitstemperatur unter Wiederholung der Schritte c) und d) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass, die Thermosonde der zu messenden Strahlung durch Einschalten der Strahlungs-Quelle ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass, die Thermosonde der zu messenden Strahlung dadurch ausgesetzt wird, dass eine abschattende Blende entfernt wird oder die Thermosonde aus einer Abschattung bewegt wird. (in den Bereich, in dem sie der Energieeinstrahlung ausgesetzt sind).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass, die Kompensation des Energieeintrages durch Reduktion der Heizleistung oder eine Erhöhung der Kühlleistung oder durch eine Kombination von Heiz- und Kühlelementen herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass, die Kompensation des Energieeintrages durch Reduktion der Heizleistung über ein oder mehrere Heizwendeln erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass, die Kompensation des Energieeintrages durch Erhöhung der Kühlleistung über ein oder mehrere Peltier-Elemente erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass, die zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Arbeitstemperatur notwendige Energie durch Strahlung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass, zur Ermittlung einer räumlichen Strahlungsverteilung ein Messflächenarray aus Thermosonden verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass, die einzelnen Segmente des Messflächenarrays getrennt beheizbar sind und so die vorgegebene Arbeitstemperatur durch Zu- und/oder Abschalten eines oder mehrerer Segmente eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass, zur strahlungsselektiven Messung vor dem Sensor und/oder einzelnen Elementen des Sensors für bestimmte Strahlungsarten selektive oder nicht selektive Blenden oder Filter vorgeordnet sind, die mechanisch und/oder elektronisch manuell und/oder automatisch ein- und ausgeschaltet werden.
Aktive Thermosonde zur kontinuierlichen Messung der Strahlungsimmission dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat (1), das gut wärmeleitend mit einer Heizung und/oder Kühlung verbunden ist, an eine Stromzufuhr (3) und an eine schnelle Regelung für die Temperatur angeschlossen ist, und dass eine Anordnung zur Messung der Temperatur am Substrat (1) sowie eine Blende (2) zur Abschattung der Zuleitungen und zuleitungsnahen Sondenflächen angeordnet sind.
Aktive Thermosonde nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) auf pyrometrischer, optischer, spektroskopischer, mechanischer oder elektrischer Basis arbeitet.
Aktive Thermosonde nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) in, auf, vor, unter oder neben der Sonde angebracht ist.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) in mehrere Kammern oder Segmente eingeteilt ist, wobei jede einzelne Kammer oder jedes einzelne Segment einzeln gesteuert und ausgewertet wird.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) zur Ermittlung einer räumlichen Strahlungsverteilung als Messflächenarray ausgebildet ist.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente des Messflächenarrays getrennt beheizbar sind.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) dreidimensional zur Messung der raumaufgelösten Strahlungssimmission ausgebildet ist.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut ist.
Aktive Thermosonde nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten elektrisch leitend und elektrisch nicht leitend sind.
Aktive Thermosonde nach Anspruch 18 oder 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten an negative und positive Vorspannungen angeschlossen sind oder geerdet sind oder dem lokalen Feldpotential folgen.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein mikrointegrierter Mehrschichtkörper, mit oder ohne integrierte Messdatenauswertung ist.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) eine großflächige Dünnschicht-Messfläche, die auch strukturiert sein kann, ist.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) aus der zur Energiezufuhr notwendigen Heizung besteht, die gleichzeitig die bestrahlte Messfläche darstellt.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 oder 23 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) Heiz- und/oder Kühlelemente enthält, die mäanderförmig, parallel oder kreisförmig angeordnet sind.
Aktive Thermosonde nach einem der Ansprüche 11 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) mit einer flächigen rechteckigen, runden oder andersförmigen Messfläche ausgestattet ist.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor aus mehreren Elementen besteht, die beispielsweise auf einer Kugel oder einem Kubus angeordnet sind und einzeln gesteuert und ausgewertet werden.
Aktive Thermosonde nach der Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) durch eine separat von der Sonde oder in ihr befindliche Strahlungsquelle beheizt wird.
Aktive Thermosonde nach Anspruch 27 dadurch gekennzeichnet, dass die Energie über Lichtwellenleiter zugeführt wird.
Aktive Thermosonde zur kontinuierlichen Messung der Strahlungsimmission dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallfolie (5) zwischen zwei Haltevorrichtungen (6), welche die Verbindung zu einer geregelten Stromquelle (7) für die Heizung der Metallfolie (5) herstellen, eingespannt ist, dass eine optische Entfernungsmessung (8) so angeordnet ist, dass die Durchbiegung bei Erwärmung der Metallfolie (5) gemessen wird und dass die optische Entfernungsmessung (8) an eine schnelle Regelung (10) für die Temperatur angeschlossen ist.
Aktive Thermosonde nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, dass die optische Entfernungsmessung (8) durch einen Laser erfolgt.
Aktive Thermosonde nach Anspruch 29 oder 30 dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle einer Metallfolie (5) Widerstandsdraht und/oder andere thermoelektrische Elemente angeordnet sind.