DE102016114419B3

DE102016114419B3 - Measuring method, sensor field and measuring system with local light-emitting sensors

Info

Publication number: DE102016114419B3
Application number: DE102016114419.3A
Authority: DE
Inventors: Carsten Spehr; Dr. Stasicki Boleslaw
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-08-05

Abstract

Bei einem Verfahren zur Messung einer Verteilung einer Messgröße unter Verwendung eines Felds (12) von Sensoren (1), mit den Schritten Wandeln einer lokalen Messgröße mit jedem Sensor (1) in ein elektrisches Signal (4), Aussenden eines mit dem elektrischen Signal (4) korrelierten Messgrößenübertragungssignals von jedem Sensor (1) und Erfassen der Messgrößenübertragungssignale der Sensoren (1) an einer Aufnahmeeinheit, ist jedes Messgrößenübertragungssignal ein Lichtsignal (10), und die Lichtsignale (10) werden mit einer das Feld (12) der Sensoren (1) abbildenden Kamera (13a, 13b) der Aufnahmeeinheit erfasst.In a method for measuring a distribution of a measured variable using a field (12) of sensors (1), comprising the steps of converting a local measured variable with each sensor (1) into an electrical signal (4), emitting one with the electrical signal ( 4) correlates the measured quantity transmission signal from each sensor (1) and the measured quantity transmission signals of the sensors (1) to a recording unit, each measured quantity transmission signal is a light signal (10), and the light signals (10) are compared with a field (12) of the sensors (1 ) imaging camera (13a, 13b) of the recording unit detected.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Verteilung einer Messgröße unter Verwendung eines Felds von Sensoren, insbesondere zur Messung einer Druckverteilung unter Verwendung eines Felds von Drucksensoren. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Drucksensorfeld mit einer Mehrzahl von Drucksensoren und ein Druckmesssystem mit einem Drucksensorfeld, einer Kamera und einer Auswerteelektronik.The invention relates to a method for measuring a distribution of a measured variable using a field of sensors, in particular for measuring a pressure distribution using a field of pressure sensors. Furthermore, the invention relates to a pressure sensor array with a plurality of pressure sensors and a pressure measuring system with a pressure sensor array, a camera and an evaluation.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die europäische Patentanmeldung EP 0 480 078 A1 offenbart einen Sensor, der ein messabhängiges elektrisches Signal an eine Sendediode sendet. Die Sendediode koppelt ein optisches Signal in einen Lichtwellenleiter, z. B. einen Glasstab oder ein Glasfaserbündel, ein, mit dem das optische Signal in Form eines Lichtimpulses zu einer Empfangsdiode übermittelt wird. Dort wird das optische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt und das elektrische Signal zu einem Messwert der gemessenen physikalischen Größe ausgewertet. Als Sende- und Empfangsdioden können Infrarotdioden verwendet werden.The European patent application EP 0 480 078 A1 discloses a sensor that sends a measurement-dependent electrical signal to a transmitter diode. The transmitting diode couples an optical signal in an optical waveguide, for. As a glass rod or a glass fiber bundle, a, with which the optical signal is transmitted in the form of a light pulse to a receiving diode. There, the optical signal is converted into an electrical signal and the electrical signal is evaluated to a measured value of the measured physical quantity. As transmitting and receiving diodes infrared diodes can be used.

Die europäische Patentanmeldung EP 0 324 349 A2 offenbart einen elektrochemischen Sensor oder Temperatursensor, dessen Messsignal in ein elektrisches Signal und von diesem in ein Modulationssignal umgesetzt wird, mit dem ein Lichtsignal beeinflusst wird. Das Lichtsignal wird in eine optische Faser eingespeist, mittels derer das Lichtsignal zu einer Auswertestelle übertragen wird. Als Strahlungsquelle dient dabei ein Halbleiterlaser. Das Lichtsignal wird entsprechend dem Messsignal nach Betrag, Phase, Wellenlänge, Impulsfrequenz oder Impulstastverhältnis moduliert.The European patent application EP 0 324 349 A2 discloses an electrochemical sensor or temperature sensor whose measurement signal is converted into an electrical signal and from this into a modulation signal with which a light signal is influenced. The light signal is fed into an optical fiber, by means of which the light signal is transmitted to an evaluation point. The radiation source is a semiconductor laser. The light signal is modulated according to the measured signal according to magnitude, phase, wavelength, pulse frequency or pulse duty cycle.

Zur Messung von Druckverteilungen auf Flächen werden Drucksensorfelder (in der Ausbildung mit Mikrofonen sogenannte Mikrofonarrays) eingesetzt. Drucksensorfelder finden beispielsweise Einsatz bei der aerodynamischen Optimierung von Fahr- oder Flugzeugen in Windkanälen. Hierbei wird ermittelt, welche Drücke bei einer Umströmung des Fahr- oder Flugzeugs mit Umgebungsluft auf die verschiedenen Oberflächen des Fahr- oder Flugzeugs wirken. Bei wissenschaftlichen oder gewerblichen Untersuchungen von Flugzeugen, beispielsweise in der Entwicklung neuer Flugzeuge, finden auch zahlreiche akustische Messungen statt, bei denen ebenfalls Drucksensorfelder Einsatz finden. Solche Messungen werden an Flugzeugen und/oder Flugzeugmodellen sowohl in einem Windkanal als auch im Flug durchgeführt. So können instationäre Druckschwankungen ermittelt werden, die an der Außenhaut eines Flugzeugs im Flug auftreten und Geräusche hervorrufen, die ein Wohlbefinden von Passagieren beeinträchtigen können.For the measurement of pressure distributions on surfaces pressure sensor fields (in the training with microphones so-called microphone arrays) are used. Pressure sensor fields are used, for example, in the aerodynamic optimization of vehicles or aircraft in wind tunnels. It is determined which pressures act on the various surfaces of the vehicle or aircraft in a flow around the vehicle or aircraft with ambient air. In scientific or commercial investigations of aircraft, for example in the development of new aircraft, also numerous acoustic measurements take place, in which pressure sensor fields are also used. Such measurements are made on aircraft and / or aircraft models both in a wind tunnel and in flight. Thus, transient pressure fluctuations can be detected, which occur on the outer skin of an aircraft in flight and cause noises that can affect the well-being of passengers.

Für ein Drucksensorfeld werden Drucksensoren, häufig elektroakustische Wandler (Mikrofone), auf einer Fläche verteilt angeordnet. Jeder Drucksensor wird über eine Leitung mit einer zentralen Verarbeitungs-/Speichereinheit verbunden. Für jeden Drucksensor wird dabei eine separate Leitung eingesetzt. Da die Qualität der Messung, insbesondere die räumliche Auflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), logarithmisch mit der Anzahl der Drucksensoren steigt, umfassen solchen Drucksensorfeldern eine hohe Anzahl von Drucksensoren. Bei bekannten Drucksensorfeldern werden etwa 100 bis 1.000 Sensoren auf einer Fläche von bis zu mehreren Quadratmetern eingesetzt. Dadurch, dass jeder Drucksensor über eine separate Leitung angeschlossen ist, entsteht ein hoher Verkabelungsaufwand und auch ein hoher Platzbedarf für die Leitungen, die jeweils separat der Verarbeitungs-/Speichereinheit zugeführt werden müssen, ohne die Messung zu stören.For a pressure sensor field, pressure sensors, often electroacoustic transducers (microphones), are distributed over a surface. Each pressure sensor is connected via a line to a central processing / storage unit. For each pressure sensor while a separate line is used. Since the quality of the measurement, in particular the spatial resolution and the signal-to-noise ratio (SNR), increases logarithmically with the number of pressure sensors, such pressure sensor arrays include a large number of pressure sensors. Known pressure sensor fields use about 100 to 1,000 sensors in an area of up to several square meters. The fact that each pressure sensor is connected via a separate line, resulting in a high cabling and also a large space requirement for the lines, which must be separately supplied to the processing / storage unit, without disturbing the measurement.

Auch für andere Messgrößen werden großflächige Messungen mithilfe von Feldern von Sensoren durchgeführt. So werden beispielsweise Temperaturverteilungen an Oberflächen oder Verteilungen lokaler Beschleunigungen ebenfalls bei der Optimierung von Fahr- oder Flugzeugen ermittelt. For other quantities too, large-scale measurements are performed using fields from sensors. For example, temperature distributions on surfaces or distributions of local accelerations are also determined in the optimization of vehicles or aircraft.

EP 2 889 596 A1 offenbart ein Feld von Verformungssensoren, die jeweils einen verformungssensitiven Transistor und eine LED aufweisen. Jede mittels des Transistors angesteuerte LED eines Sensors kann eine unterschiedliche Lichtemission aufweisen. Die Lichtemission jeder LED ist abhängig von der Stärke der Verformung, die jeder Sensor misst. Die Lichtemission der LEDs wird von einer Kamera aufgezeichnet und ausgewertet, so dass beispielsweise ein Alarmsignal abgegeben werden kann, wenn die Verformung unerwünscht groß ist. EP 2 889 596 A1 discloses an array of strain sensors each having a strain sensitive transistor and an LED. Each LED controlled by the transistor of a sensor may have a different light emission. The light emission of each LED depends on the amount of deformation each sensor measures. The light emission of the LEDs is recorded and evaluated by a camera, so that, for example, an alarm signal can be emitted if the deformation is undesirably large.

US 5,182,449 A offenbart ein Feld von Sensoren, beispielsweise für Druck, Verformung oder Temperatur, an denen ein von einer Lichtquelle eingestrahltes Lichtsignal abhängig von einem Messwert der Sensoren moduliert und über lichtleitende Fasern in eine Kamera geleitet wird. US 5,182,449 A discloses an array of sensors, for example for pressure, strain or temperature, at which a light signal emitted by a light source is modulated in dependence on a measurement value of the sensors and guided via light-conducting fibers into a camera.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung einer Druckverteilung unter Verwendung eines Felds von Drucksensoren bereitzustellen, das es mit geringem Aufwand ermöglicht, eine große Anzahl von Drucksensoren in dem Feld mit einer hohen Dichte und/oder über eine große Fläche verteilt anzuordnen. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Sensorfeld und ein Messsystem zur Verfügung zu stellen, mit denen die Durchführung dieses Verfahrens möglich ist.The invention has for its object to provide a method for measuring a pressure distribution using a field of pressure sensors, which makes it possible with little effort, a large number of pressure sensors in the field with a high density and / or over a large Distribute area distributed. The invention is further based on the object to provide a sensor array and a measuring system, with which the implementation of this method is possible.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. The object of the invention is achieved with the features of the independent claims. Further preferred embodiments according to the invention can be found in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Verteilung einer Messgröße unter Verwendung eines Felds von Sensoren. Mit jedem Sensor wird ein lokaler Wert der Messgröße oder eine lokale Messgröße in ein elektrisches Signal gewandelt. Von jedem Sensor wird dann ein Messgrößenübertragungssignal in Form eines Lichtsignals ausgesandt, das mit dem elektrischen Signal korreliert ist. Die Lichtsignale werden mit einer das Feld der Sensoren abbildenden Kamera einer Aufnahmeeinheit erfasst.The invention relates to a method for measuring a distribution of a measured variable using a field of sensors. Each sensor converts a local value of the measured variable or a local measured variable into an electrical signal. From each sensor is then sent a measured quantity transmission signal in the form of a light signal which is correlated with the electrical signal. The light signals are detected by a camera of a recording unit which images the field of the sensors.

Somit wird das Messergebnis der Sensoren, die lokale Messgröße, an die Aufnahmeeinheit übertragen, ohne dass eine physische Verbindung zwischen dem Sensor und der Aufnahmeeinheit, beispielsweise in Form einer Leitung, einer Glasfaser oder eines anderen Übertragungsmediums, notwendig wäre. Es ist lediglich notwendig, dass mit der Kamera das Feld der Sensoren abgebildet wird. Dabei ist die Anordnung der Kamera gegenüber dem Feld der Sensoren flexibel. Eine Entfernung der Kamera zu dem Feld der Sensoren oder ein Winkel zwischen einer Flächennormalen des Felds der Sensoren und der optischen Achse der Kamera müssen lediglich bei einer späteren Auswertung der durch die Kamera erfassten Bilder berücksichtigt werden, wenn beispielsweise absolute Abstandswerte aus den Bildern ermittelt werden sollen. Es ist möglich, dass die Kamera nur einen Teil des Felds der Sensoren erfasst, wenn nur Daten aus diesem Teil des Felds der Sensoren ausgewertet werden sollen. Weiterhin können das Feld der Sensoren und die Aufnahmeeinheit räumlich getrennt werden. Beispielsweise kann das Feld der Sensoren an einem Fahr- oder Flugzeug und die Aufnahmeeinheit an einer Wand eines Windkanals angebracht werden. Es ist sogar möglich, dass die optische Verbindung zwischen dem Feld der Sensoren und der Aufnahmeeinheit, d. h. die Sicht der Kamera auf die Sensoren, zwischen aufeinander folgenden Messungen oder, solange dies in der späteren Auswertung berücksichtigt wird, auch während einer Messung vorübergehend unterbrochen wird, indem beispielsweise Gegenstände zwischen dem Feld der Sensoren und der Aufnahmeeinheit hindurchgeführt werden.Thus, the measurement result of the sensors, the local measurement, transmitted to the recording unit, without a physical connection between the sensor and the receiving unit, for example in the form of a line, a glass fiber or other transmission medium, would be necessary. It is only necessary that the field of the sensors is mapped with the camera. The arrangement of the camera relative to the field of sensors is flexible. A distance of the camera to the field of the sensors or an angle between a surface normal of the field of the sensors and the optical axis of the camera need only be considered in a later evaluation of the images captured by the camera, for example, if absolute distance values are to be determined from the images , It is possible that the camera will only detect part of the field of the sensors if only data from this part of the field of the sensors is to be evaluated. Furthermore, the field of the sensors and the recording unit can be spatially separated. For example, the field of sensors on a vehicle or aircraft and the receiving unit can be mounted on a wall of a wind tunnel. It is even possible that the optical connection between the field of the sensors and the receiving unit, i. H. the view of the camera on the sensors, between successive measurements or, as long as this is taken into account in the subsequent evaluation, is temporarily interrupted even during a measurement, for example by passing objects between the field of the sensors and the recording unit.

Eine Geschwindigkeit der Messung ist nur begrenzt durch einen Zeitbedarf für das Wandeln der lokalen Messgröße über das elektrische Signal in das Lichtsignal und das Verarbeiten und Auswerten des mit der Kamera erfassten Bildes. Durch die Übertragung des Messgrößenübertragungssignals entsteht aber kein praktischer Zeitverlust, da sie mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt. Das heißt insbesondere auch, dass selbst bei sehr großen Feldern von Sensoren keine signifikant unterschiedlichen Laufzeiten auftreten und in einen zeitlichen Versatz zwischen den Messgrößenübertragungssignalen der einzelnen Sensoren resultieren. Alle zum selben Zeitpunkt mit den Sensoren erfassten lokalen Messgrößen (bzw. zum selben Zeitpunkt ausgesandten Lichtsignale) werden auch gleichzeitig mit der Kamera erfasst. Bei der Kamera kann es sich um eine Hochgeschwindigkeitskamera handeln, so dass eine hohe zeitliche Auflösung erreicht wird. Die mit der Kamera erfassten Bilder können auf bekannte Weise schnell und in hoher Anzahl gespeichert werden, um sie später auszuwerten.A speed of the measurement is only limited by a time requirement for the conversion of the local measured variable via the electrical signal into the light signal and the processing and evaluation of the image acquired with the camera. The transmission of the measured quantity transmission signal, however, does not result in a practical loss of time since it takes place at the speed of light. This means, in particular, that even with very large fields of sensors, no significantly different transit times occur and result in a temporal offset between the measured variable transmission signals of the individual sensors. All local measured variables (or light signals emitted at the same time) detected by the sensors at the same time are also recorded simultaneously with the camera. The camera can be a high-speed camera, so that a high temporal resolution is achieved. The captured images with the camera can be stored in a known manner quickly and in large numbers for later evaluation.

Bei der Kamera handelt es sich insbesondere um eine Kamera mit ausreichend hoher räumlicher Auflösung, um alle Lichtsignale der einzelnen Lichtemitter sicher und ohne räumliche Überlappung aufzeichnen zu können.In particular, the camera is a camera with sufficiently high spatial resolution to record all light signals of the individual light emitters safely and without spatial overlap.

Die Messgröße ist ein Druck und jeder Sensor ein Drucksensor, nämlich ein Mikrofon. Jeder Drucksensor kann auch ein Mini-Mikrofon auf der Basis eines mikro-elektromechanischen Systems sein.The measured variable is a pressure and each sensor is a pressure sensor, namely a microphone. Each pressure sensor can also be a mini-microphone based on a micro-electro-mechanical system.

In einer Ausführungsform ist das Lichtsignal mit dem elektrischen Signal eineindeutig korreliert. In diesem Fall ist es möglich, aus dem mit der Kamera aufgenommenen Bild für jeden Bildpunkt, d. h. für jeden Sensor, eindeutig auf die lokale Messgröße zurückzuschließen, wenn die Korrelation bekannt ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Wandeln der lokalen Messgröße in das elektrische Signal ebenfalls eineindeutig nach bekannten oder durch Kalibrierung erfassbaren Gesetzmäßigkeiten erfolgt.In one embodiment, the light signal is uniquely correlated with the electrical signal. In this case, it is possible to obtain from the picture taken with the camera for each pixel, i. H. for each sensor, unequivocally deduce the local measure if the correlation is known. It is assumed that the conversion of the local measured variable into the electrical signal also takes place unambiguously according to known or by calibration detectable laws.

Mit dem elektrischen Signal kann ein Parameter des Lichtsignals variiert werden. Dieser Parameter kann beispielsweise die Lichtintensität, Lichtwellenlänge, Lichtfarbe, d. h. eine Kombination bestimmter Wellenlängen in bestimmten relativen Intensitäten, Amplitudenmodulationsfrequenz, Ein-/Ausschaltfrequenz oder ein Amplitudenmodulationsmuster oder Ein-/Ausschaltmuster sein. Dabei können die anderen genannten Parameter konstant gehalten oder ebenfalls variiert werden. Das Lichtsignal kann also mehr als einen Parameter aufweisen, der mit dem elektrischen Signal variiert wird. Das Lichtsignal kann somit über die Variation der genannten Parameter Eigenschaften der lokalen Messgröße kodieren. Eine Zuordnung der gewünschten zu kodierenden Eigenschaften der Messgröße zu dem variierten Parameter oder den variierten Parametern kann dabei je nach den Gegebenheiten der Messanordnung und den Zielen der Messung vorgenommen werden. Wenn beispielsweise eine Druckverteilung über das Feld der Drucksensoren gemessen werden soll, die anhand des aufgenommenen Bildes ohne weitere Auswertung quantitativ erfasst werden können soll, kann der Druck mit einer Lichtintensität kodiert werden, so dass Bereiche hohen Druckes in dem aufgenommenen Bild hell erscheinen, während Bereiche niedrigen Druckes in dem aufgenommenen Bild dunkel erscheinen. Weiterhin kann eine Lichtwellenlänge oder -farbe einen positiven Wert der Messgröße und eine andere Lichtwellenlänge oder -farbe einen negativen Wert der Messgröße kodieren. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kamera als Farbkamera auszubilden.With the electrical signal, a parameter of the light signal can be varied. This parameter can be, for example, the light intensity, light wavelength, light color, ie a combination of specific wavelengths in certain relative intensities, amplitude modulation frequency, on / off frequency or an amplitude modulation pattern or on / off pattern. The other parameters mentioned can be kept constant or varied as well. The light signal can thus have more than one parameter, which is varied with the electrical signal. The light signal Thus, it is possible to encode properties of the local measured variable via the variation of the mentioned parameters. An assignment of the desired properties to be encoded of the measured variable to the varied parameter or the varied parameters can be made depending on the circumstances of the measuring arrangement and the objectives of the measurement. If, for example, a pressure distribution over the field of the pressure sensors is to be measured, which can be quantitatively detected on the basis of the recorded image without further evaluation, the print can be coded with a light intensity, so that areas of high pressure appear bright in the recorded image, while areas low pressure appear dark in the recorded image. Furthermore, a light wavelength or color can encode a positive value of the measured variable and another light wavelength or color a negative value of the measured variable. In this embodiment of the method according to the invention, the camera is to be designed as a color camera.

Beispielsweise kann ein Parameter, der mit dem elektrischen Signal variiert wird, eine Differenz der Messgröße zu einem Bezugswert der Messgröße kodieren, und/oder ein Parameter, der mit dem elektrischen Signal variiert wird, kann einen Dynamikbereich der Messgröße kodieren. Es kann statt eines absoluten Drucks eine Druckdifferenz zu einem Umgebungsdruck (relativer Druck) kodiert werden. Wenn beispielsweise instationäre Druckschwankungen gemessen werden, kann der Dynamikbereich dieser Druckschwankungen der für die Auswertung interessante Parameter sein, weil er beispielsweise Auskunft darüber gibt, welche Belastungen auf einen bestimmten Bereich eines Bauteils eines Fahr- oder Flugzeugs ausgeübt werden.For example, a parameter that is varied with the electrical signal may encode a difference of the measurand to a reference of the measurand, and / or a parameter that is varied with the electrical signal may encode a dynamic range of the measurand. Instead of an absolute pressure, a pressure difference to an ambient pressure (relative pressure) can be coded. For example, if unsteady pressure fluctuations are measured, the dynamic range of these pressure fluctuations may be the parameters of interest for the evaluation because it provides information, for example, about which loads are being exerted on a specific area of a component of a vehicle or aircraft.

In einem Ausführungsbeispiel steigt die Lichtintensität mit dem Betrag einer Differenz der Messgröße zu einem Bezugswert der Messgröße an, und die Lichtfarbe kodiert das Vorzeichen der Differenz. Dies kann bedeuten, dass in dem aufgenommenen Bild Drücke umso heller dargestellt werden, je stärker sie von dem Umgebungsdruck abweichen, wobei positive Drücke in einer ersten Lichtfarbe und negative Drücke in einer zweiten Lichtfarbe dargestellt sind. Wenn mit einem Relativdrucksensor oder einem Differenzdrucksensor gemessen wird, ist die Differenz in dem gemessenen lokalen Druck enthalten. Eine quantitative Erfassung der Druckverhältnisse innerhalb des Felds ist bei einer solchen Darstellung schon ohne eine weitere Auswertung anhand des Bildes möglich. Weiterhin können mehrere aufgenommene Bilder zu einem Film kombiniert werden, so dass ein Nachverfolgen von zeitlichen Änderungen der Druckverhältnisse innerhalb des Felds ohne weitere Auswertung nur anhand des Films möglich ist.In one embodiment, the light intensity increases with the magnitude of a difference in the measure to a reference of the measure, and the light color encodes the sign of the difference. This may mean that in the recorded image pressures are displayed the brighter the more they deviate from the ambient pressure, with positive pressures in a first light color and negative pressures in a second light color being shown. When measured with a relative pressure sensor or a differential pressure sensor, the difference is included in the measured local pressure. A quantitative assessment of the pressure conditions within the field is possible in such a representation without further evaluation based on the image. Furthermore, several recorded images can be combined to form a film, so that it is possible to trace temporal changes in the pressure conditions within the field without further evaluation only on the basis of the film.

Es ist außerdem möglich, dass das elektrische Signal vor dem Wandeln des elektrischen Signals in das Lichtsignal vorverarbeitet wird. Eine solche Vorverarbeitung ermöglicht es, die Qualität des Messübertragungssignals zu erhöhen, die Übertragung zu erleichtern, den Empfang zu verbessern oder bereits Auswerteschritte vorzunehmen, die dann bereits in dem aufgenommenen Bild kodiert sind.It is also possible that the electrical signal is pre-processed before converting the electrical signal into the light signal. Such preprocessing makes it possible to increase the quality of the measuring transmission signal, to facilitate the transmission, to improve the reception or to carry out evaluation steps which are then already coded in the recorded image.

So kann das elektrische Signal verstärkt werden. Dabei kann das elektrische Signal im Ganzen verstärkt werden, etwa um eine verbesserte Übertragungsqualität zu ermöglichen. Es ist aber auch möglich, dass das elektrische Signal selektiv verstärkt wird. So kann etwa eine Dynamik des elektrischen Signals angepasst werden. Beispielsweise können nur vorgegebene Frequenzen, wie etwa hohe oder niedrige Frequenzen, verstärkt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird eine adaptive Verstärkung, etwa eine sogenannte automatische Verstärkungsregelung (engl. automatic gain control, AGC), durchgeführt. Dabei wird das Signal nur dann verstärkt, wenn es nach vordefinierten Kriterien schwach ist. Ein nach diesen Kriterien starkes Signal wird nicht oder nur wenig verstärkt. Ein jeweiliger Verstärkungsfaktor für das elektrische Signal wird dabei dynamisch bestimmt. Wenn das elektrische Signal nur teilweise verstärkt wird, beispielsweise nur dann, wenn es unter einen bestimmten Wert fällt oder einen bestimmten Wert überschreitet, kann gleichzeitig eine dynamische Komprimierung des elektrischen Signals stattfinden. Eine dynamische Komprimierung des elektrischen Signals ist aber auch ohne Verstärkung und insbesondere auch durch eine Dämpfung des elektrischen Signals möglich. Bei einer dynamischen Komprimierung (engl. dynamic range compression, DRC) werden die Amplituden innerhalb des elektrischen Signals aneinander angepasst, indem entweder geringe Amplituden verstärkt werden und/oder hohe Amplituden gedämpft werden. Der dynamische Bereich des elektrischen Signals wird somit verringert. Dies kann insbesondere deswegen vorteilhaft sein, weil Drucksensoren häufig eine höhere Dynamik aufweisen (typischerweise etwa 16–24 Bit) als Sensoren bekannter Kameras (typischerweise etwa 8 Bit). Indem das elektrische Signal komprimiert wird, kann es bereits vor der Übertragung an den dynamischen Bereich der Kamera als Empfänger angepasst werden.So the electrical signal can be amplified. In this case, the electrical signal can be amplified as a whole, for example, to allow an improved transmission quality. But it is also possible that the electrical signal is selectively amplified. For example, a dynamic of the electrical signal can be adjusted. For example, only predetermined frequencies, such as high or low frequencies, may be amplified. In one embodiment, an adaptive gain, such as an automatic gain control (AGC), is performed. The signal is amplified only if it is weak according to predefined criteria. A strong signal according to these criteria is not or only slightly amplified. A respective amplification factor for the electrical signal is thereby determined dynamically. If the electrical signal is only partially amplified, for example, only if it falls below a certain value or exceeds a certain value, dynamic compression of the electrical signal can take place at the same time. A dynamic compression of the electrical signal is also possible without amplification and in particular by attenuation of the electrical signal. In dynamic range compression (DRC), the amplitudes within the electrical signal are matched by either amplifying low amplitudes and / or attenuating high amplitudes. The dynamic range of the electrical signal is thus reduced. This may be particularly advantageous because pressure sensors often have higher dynamics (typically about 16-24 bits) than sensors of known cameras (typically about 8 bits). By compressing the electrical signal, it can already be adapted as a receiver prior to transmission to the dynamic range of the camera.

Wenn eine Verstärkung vorgenommen wird, kann ein Parameter des Lichtsignals, der mit dem elektrischen Signal variiert wird, den Verstärkungsfaktor kodieren. Dies kann in gleicher Weise auch für einen Dämpfungsfaktor der Fall sein. Beispielsweise kann aufgrund einer vorgegebenen Zuordnung die Frequenz des Lichtsignals mit zunehmendem Verstärkungsfaktor zunehmen. Wenn das elektrische Signal im Ganzen verstärkt oder gedämpft wird, ist die Kenntnis des Verstärkungsfaktors notwendig, um aus dem empfangenen Lichtsignal bzw. dem aufgenommenen Bild auf die absolute Messgröße zurückschließen zu können. Die Übermittlung des Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktors ist also notwendig, um exakte Messungen durchführen zu können. Wenn das elektrische Signal nicht im Ganzen verstärkt oder gedämpft wird, ist die Korrelation zwischen dem Lichtsignal und dem elektrischen Signal nicht mehr eineindeutig. Dies kann gewünscht sein, wenn die Vorteile der Vorverarbeitung, durch die die Eineindeutigkeit der Zuordnung aufgegeben wird, die Nachteile dessen überwiegen, dass aus dem aufgenommenen Bild nicht mehr eindeutig auf die absolute Messgröße zurückgeschlossen werden kann. Wenn wie im genannten Beispiel der Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor oder ein anderer notwendiger Parameter der Vorverarbeitung mit dem Lichtsignal übermittelt wird, kann die Möglichkeit des Rückschließens auf die absolute Messgröße aus dem aufgenommenen Bild erhalten bleiben, auch wenn durch die Vorverarbeitung die Eineindeutigkeit der Korrelation aufgegeben wird.When a gain is made, a parameter of the light signal that is varied with the electrical signal may encode the gain. This may equally be the case for a damping factor. For example, due to a predetermined assignment, the frequency of the light signal may increase with increasing gain. When the electrical signal is amplified or attenuated as a whole, knowledge of the gain factor is necessary to avoid to be able to draw the received light signal or the recorded image back to the absolute measured variable. The transmission of the amplification or damping factor is therefore necessary in order to be able to carry out exact measurements. If the electrical signal is not amplified or attenuated as a whole, the correlation between the light signal and the electrical signal is no longer one-to-one. This may be desirable if the advantages of preprocessing, by which the uniqueness of the assignment is abandoned, outweigh the disadvantages of not being able to unambiguously deduce the absolute measured variable from the recorded image. If, as in the example mentioned, the amplification or damping factor or another necessary preprocessing parameter is transmitted with the light signal, the possibility of inference to the absolute measured variable from the recorded image can be retained, even if the uniqueness of the correlation is abandoned by the preprocessing ,

Es ist möglich, dass vor dem Aussenden des Lichtsignals das elektrische Signal abhängig von einem elektrischen Signal eines weiteren Sensors verarbeitet wird. Es ist auch möglich, dass die elektrischen Signale von mehr als zwei Sensoren miteinander verarbeitet werden. Dabei können beispielsweise die Lichtsignale von benachbarten Sensoren miteinander verarbeitet werden, so dass ein gemeinsamer Wert für einen Teilbereich des Felds ermittelt werden kann. Beispielsweise kann eine Kreuzkorrelation zwischen Sensoren ermittelt werden. Somit können beispielsweise Abgleiche zwischen Messwerten benachbarter Sensoren bereits vor der Übermittlung erfolgen. Durch solche Vorverarbeitung ist es möglich, eine Verbesserung der Qualität der aufgenommenen Bilder und somit der Messungen mit den Sensoren zu erreichen, ohne in herkömmlicher Weise die Anzahl der Sensoren zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses zu erhöhen.It is possible that before the emission of the light signal, the electrical signal is processed as a function of an electrical signal of another sensor. It is also possible that the electrical signals from more than two sensors are processed together. In this case, for example, the light signals from adjacent sensors can be processed with each other, so that a common value for a portion of the field can be determined. For example, a cross-correlation between sensors can be determined. Thus, for example, comparisons between measured values of adjacent sensors can already take place before the transmission. Such preprocessing makes it possible to achieve an improvement in the quality of the recorded images and thus the measurements with the sensors, without conventionally increasing the number of sensors for improving the signal-to-noise ratio.

Das elektrische Signal kann auch durch einen Tiefpassfilter und/oder einen Bandpassfilter gefiltert werden. Auch in dieser Weise wird die eineindeutige Zuordnung zwischen dem elektrischen Signal und dem Lichtsignal aufgegeben. Die Vorteile können aber wiederum überwiegen. Beispielsweise kann durch einen Tiefpassfilter erreicht werden, dass die größte Frequenz des Lichtsignals unterhalb der durch die Kamera vorgegebenen Nyquist-Frequenz liegt. Mittels des Bandpassfilters können gezielt Frequenzen herausgefiltert werden, entweder unter Einhaltung des Nyquist-Kriteriums oder auch unter bewusster Verletzung des Nyquist-Kriteriums.The electrical signal may also be filtered by a low pass filter and / or a bandpass filter. Also in this way the one-to-one correspondence between the electrical signal and the light signal is abandoned. However, the benefits can again outweigh. For example, can be achieved by a low-pass filter, that the largest frequency of the light signal is below the predetermined by the camera Nyquist frequency. The bandpass filter can be used to filter out specific frequencies, either in compliance with the Nyquist criterion or deliberately violating the Nyquist criterion.

Verschiedene Arten der Vorverarbeitung können auch miteinander kombiniert werden. Am Beispiel eines Wechseldruckes als Messgröße kann beispielsweise zunächst das zeitabhängige Vorzeichen bestimmt werden, anschließend der Betrag des Druckes bestimmt und schließlich dieser für die Übertragung logarithmiert werden.Different types of preprocessing can also be combined. For example, the time-dependent sign can first be determined using the example of an alternating pressure as a measured variable, then the amount of the pressure can be determined, and finally this can be logarithmized for the transmission.

Eine Aufnahmebereitschaft der Kamera kann mit einer Amplitudenmodulation und/oder einem Ein- und Ausschalten des Lichtsignals synchronisiert werden. Die Aufnahmebereitschaft der Kamera kann dabei beispielsweise durch eine Blende oder einen Verschluss bestimmt werden. Diese kann mechanisch oder elektronisch realisiert sein. Es kann sich auch um einen Zeitraum handeln, in dem das durch die Kamera aufgenommene Bildsignal weiterverarbeitet wird, während es zu Zeiten, zu denen keine Aufnahmebereitschaft herrscht, nicht weiterverarbeitet und ausgewertet wird. Die Aufnahmebereitschaft der Kamera kann nun mit Zeitpunkten synchronisiert werden, bei denen sich das Lichtsignal beispielsweise im Bereich seines Amplitudenmaximums befindet oder in denen es eingeschaltet ist (im Gegensatz zu Zeiträumen, in denen es ausgeschaltet ist; beispielsweise bei einem Pulsbetrieb). Somit kann eine an der Kamera aufgenommene Lichtmenge optimiert werden. Wenn beispielsweise nur sehr kurze Lichtpulse abgegeben werden, kann sich die Kamera nur während der Dauer jeweils eines Lichtpulses in Aufnahmebereitschaft befinden, so dass eine optimale Aufnahme des Lichtpulses erfolgt und die Aufnahme von Hintergrundlicht minimiert wird.A receptivity of the camera can be synchronized with an amplitude modulation and / or a switching on and off of the light signal. The receptivity of the camera can be determined for example by a shutter or a shutter. This can be realized mechanically or electronically. It can also be a period in which the image signal recorded by the camera is processed further, while it is not further processed and evaluated at times when there is no receptivity. The receptivity of the camera can now be synchronized with times when the light signal is, for example, in the range of its maximum amplitude or in which it is turned on (as opposed to periods in which it is turned off, for example in a pulsed operation). Thus, an amount of light recorded on the camera can be optimized. If, for example, only very short light pulses are emitted, the camera can only be in recording readiness during the duration of one light pulse in each case, so that optimum recording of the light pulse takes place and the recording of background light is minimized.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Sensoren in oder an einer Oberfläche angeordnet werden, um die Verteilung der Messgröße eines Mediums an oder über der Oberfläche zu erfassen. Dabei kann die Kamera zum Erfassen der Lichtsignale über der Oberfläche angeordnet werden. Das heißt, die Lichtsignale werden dann durch das Medium hindurch mit der Kamera erfasst. Ein die Oberfläche aufweisendes Bauteil braucht dann nicht für einen rückwärtigen Zugang zu den Sensoren geeignet zu sein. Wenn ein solcher rückwärtiger Zugang gegeben ist, kann die Kamera aber auch hinter der Oberfläche angeordnet werden.In the method according to the invention, the sensors can be arranged in or on a surface in order to detect the distribution of the measured variable of a medium at or above the surface. In this case, the camera can be arranged to detect the light signals over the surface. That is, the light signals are then detected through the medium with the camera. A surface having component then need not be suitable for a rear access to the sensors. If such a rear access is given, but the camera can also be placed behind the surface.

Erfindungsgemäß kann ein Sensorfeld mit einer Mehrzahl von Sensoren gebildet werden, wobei jeder Sensor eine Messeinheit, eine Steuerelektronik und einen Lichtemitter aufweist, jeder Sensor ein integrierter Schaltkreis ist und die Sensoren auf eine gemeinsame Folie gedruckt sind. Die Steuerelektronik kann dabei auch die genannte Vorverarbeitung des elektrischen Signals und das Umwandeln der gemessenen Messgröße in das elektrische Signal und/oder das Umwandeln des elektrischen Signals in das Lichtsignal übernehmen. Der Sensor kann auch mehr als einen Lichtemitter aufweisen, beispielsweise mehrere Lichtemitter unterschiedlicher Farben. In diesem Fall kann einer oder können mehrere der Lichtemitter gezielt angesteuert werden, wenn ein Parameter des Lichtsignals, mit dem Eigenschaften der Messgröße kodiert werden, die Lichtfarbe ist. Bei dem Lichtemitter kann es sich beispielsweise um eine Glüh- oder Glimmlampe oder einen kompakten Laser handeln. Es kann sich für eine besonders kompakte und energieeffiziente Bauweise aber auch um eine lichtemittierende Diode (LED) handeln. Für Laser und LEDs ist die Frequenz des Lichtsignals genau bekannt, so dass beim Einsatz mehrerer Lichtemitter für einen Sensor die Frequenz als Parameter des Lichtsignals gewählt werden kann.According to the invention, a sensor field can be formed with a plurality of sensors, each sensor having a measuring unit, control electronics and a light emitter, each sensor being an integrated circuit and the sensors being printed on a common foil. The control electronics can also take over the said preprocessing of the electrical signal and the conversion of the measured variable into the electrical signal and / or the conversion of the electrical signal into the light signal. The sensor may also have more than one light emitter, for example a plurality of light emitters of different colors. In this case, one or more of the light emitters can be selectively controlled, if a parameter of the light signal, with the properties the measured variable, which is light color. The light emitter may be, for example, an incandescent or glow lamp or a compact laser. It may also be a light-emitting diode (LED) for a particularly compact and energy-efficient design. For laser and LEDs, the frequency of the light signal is precisely known, so that when using multiple light emitter for a sensor, the frequency can be selected as a parameter of the light signal.

Die Ausbildung des Sensors als integrierter Schaltkreis und das Aufdrucken der Sensoren auf eine gemeinsame Folie zur Ausbildung des Sensorfelds ermöglicht eine besonders kompakte und gleichzeitig robuste Bauweise des Sensorfelds. Es kann eine parallele Spannungsversorgung der Sensoren über die gesamte Folie erfolgen. Somit wird der notwendige Aufwand an Verkabelung des Sensorfelds gegenüber herkömmlichen Sensorfeldern, insbesondere Drucksensorfeldern, noch weiter verringert.The design of the sensor as an integrated circuit and the printing of the sensors on a common film for the formation of the sensor field allows a particularly compact and robust design of the sensor field. It can be a parallel voltage supply of the sensors over the entire film. Thus, the necessary amount of wiring of the sensor array compared to conventional sensor fields, in particular pressure sensor fields, even further reduced.

Mit einem Sensorfeld, in dem jeder der Sensoren eine Messeinheit, eine Steuerelektronik und einen Lichtemitter aufweist – insbesondere dem vorhergehend beschriebenen Sensorfeld –, mit einer Kamera und mit Auswerteelektronik zum Auswerten des Bildsignals der Kamera kann ein Messsystem gebildet sein, mit dem das vorhergehend beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann. With a sensor field in which each of the sensors has a measuring unit, an electronic control unit and a light emitter - in particular the sensor field described above - with a camera and with evaluation electronics for evaluating the image signal of the camera, a measuring system can be formed with which the method described above can be executed.

Eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Sensoren zu Lichtpunkten in den mit der Kamera aufgenommenen Bildern ist von größter Bedeutung. Diese kann gestört werden, wenn mehrere Lichtemitter, z. B. ganze am Rande des Sensorfelds liegende Zeilen von Lichtemittern kein Licht emittieren, weil die zu messende Größe den Wert null annimmt. In diesem Fall kann es zur Verwechselungen und Fehlinterpretationen bei der räumlichen Zuordnung kommen.A clear assignment of the individual sensors to light spots in the images taken with the camera is of utmost importance. This can be disturbed when multiple light emitter, z. For example, entire rows of light emitters lying at the edge of the sensor field will not emit light because the size to be measured assumes zero. In this case, it can lead to confusion and misinterpretation in the spatial allocation.

Um diese Fehlzuordnungen zu vermeiden, können mindestens zwei voneinander beabstandete Referenzmarker als Markierungspunkte, vorzugsweise an einander gegenüber liegenden Ecken des Sensorfelds angeordnet sein. Diese Referenzmarker können als dauerhaft leuchtende Lichtpunkte ausgebildet sein, die Licht einer sonst nicht benutzten Lichtwellenlänge oder-farbe emittieren.To avoid these misalignments, at least two spaced-apart reference markers can be arranged as marking points, preferably on mutually opposite corners of the sensor field. These reference markers can be designed as permanently illuminated points of light which emit light of an otherwise unused wavelength or color of light.

Vor der Messung kann ein Referenzbild aufgenommen werden, aus welchem die relative Position jedes Lichtemitters im Bezug zu den Markierungspunkten festgelegt wird. Auf diese Weise wird die Verwechselung von Lichtpunkten bei der Auswertung der mit der Kamera aufgenommenen Bilder ausgeschlossen.Before the measurement, a reference image can be recorded, from which the relative position of each light emitter is determined in relation to the marking points. In this way, the confusion of light points in the evaluation of the images taken with the camera is excluded.

Das vorgenannte Sensorfeld kann insbesondere ein Drucksensorfeld sein, sodass der Sensor ein Drucksensor ist, wobei die Messeinheit ein Mikrofon sein kann.The aforementioned sensor field may in particular be a pressure sensor field, so that the sensor is a pressure sensor, wherein the measuring unit may be a microphone.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Sensor die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Sensor, zwei Sensoren oder mehr Sensoren vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". So if, for example, a sensor is mentioned, this is to be understood that exactly one sensor, two sensors or more sensors are present. These features may be supplemented by other features or be the only features that the particular product has.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors. 1 shows a schematic representation of a sensor.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messsystems. 2 shows a schematic representation of a measuring system according to the invention.

3 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 is a flowchart of a method according to the invention.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors 1. 1 shows a schematic representation of a sensor 1 ,

Der Sensor 1 weist eine Messeinheit 2 auf. Es handelt sich bei der Messeinheit 2 um ein Mikrofon 3. Bei dem Sensor 1 handelt es sich also um einen Drucksensor. The sensor 1 has a measuring unit 2 on. It is the measuring unit 2 around a microphone 3 , At the sensor 1 So it is a pressure sensor.

Die Messeinheit 2 misst eine Messgröße, d. h. einen Druck, und erzeugt ein elektrisches Signal 4, das die Messgröße kodiert. Das elektrische Signal 4 wird nun innerhalb des Sensors 1 vorverarbeitet. Die gezeigten Schritte der Vorverarbeitung 5 sind beispielhaft gewählt. Das elektrische Signal 4 passiert zunächst einen Bandpassfilter 6. In diesem wird das Signal auf einen Frequenzbereich zwischen einer unteren Grenzfrequenz f_L und einer oberen Grenzfrequenz f_H begrenzt. Der Bandpassfilter 6 steht hier symbolisch für andere Filter ähnlicher Art, beispielsweise könnte ein Tiefpassfilter Einsatz finden.The measuring unit 2 measures a measurand, ie a pressure, and generates an electrical signal 4 that encodes the measurand. The electrical signal 4 will now be within the sensor 1 preprocessed. The shown steps of preprocessing 5 are chosen by way of example. The electrical signal 4 First, a bandpass filter happens 6 , In this case, the signal is limited to a frequency range between a lower limit frequency f _L and an upper limit frequency f _H. The bandpass filter 6 is symbolic here for other filters of a similar kind, for example, a low-pass filter could be used.

Das gefilterte elektrische Signal 4 gelangt in einen Verstärker 7. In dem Verstärker 7 kann eine Regelung, wie etwa eine automatische Verstärkungsregelung, stattfinden oder die Verstärkung extern geregelt sein. Der Verstärker 7 steht hier beispielhaft für jede Art der Verstärkung, Dämpfung oder auch dynamischen Kompression des elektrischen Signals 4.The filtered electrical signal 4 gets into an amplifier 7 , In the amplifier 7 For example, control such as automatic gain control may take place, or the gain may be externally controlled. The amplifier 7 Here is an example of any type of gain, attenuation or dynamic compression of the electrical signal 4 ,

In zwei weiteren Vorverarbeitungseinheiten 8a, 8b erfolgt eine weitere Vorverarbeitung des elektrischen Signals 4. Dargestellt sind hier eine Vorverarbeitungseinheit 8a, in der ein Betrag der in dem elektrischen Signal 4 kodierten Messgröße ermittelt und davon getrennt das Vorzeichen der Messgröße bestimmt wird. Die Vorverarbeitungseinheit 8b ist hier ein Logarithmierer. Die Vorverarbeitungseinheiten 8a, 8b stehen exemplarisch für eine beliebige Anzahl von Vorverarbeitungseinheiten 8, insbesondere für solche, in denen eine mathematische Vorverarbeitung stattfinden. In solchen Vorverarbeitungseinheiten 8 können beispielsweise auch Signale zweiter oder mehrerer Sensoren miteinander verarbeitet werden, beispielsweise eine Kreuzkorrelation zwischen diesen ermittelt. Generell werden in den Vorverarbeitungseinheiten 8 alle Eigenschaften der in dem elektrischen Signal 4 kodierten Messgröße ermittelt und isoliert, die für die Auswertung erwünscht sind und somit an eine Kamera als Aufnahmeeinheit übermittelt werden sollen.In two further preprocessing units 8a . 8b there is a further preprocessing of the electrical signal 4 , Shown here are a preprocessing unit 8a in which an amount of in the electrical signal 4 coded measured variable determined and separated from the sign of the measured variable is determined. The preprocessing unit 8b Here is a logarithm. The preprocessing units 8a . 8b are exemplary of any number of preprocessing units 8th , in particular for those in which a mathematical preprocessing take place. In such preprocessing units 8th For example, signals from two or more sensors can also be processed with one another, for example a cross-correlation between them can be determined. Generally, in the preprocessing units 8th all the properties of the electrical signal 4 coded measured variable determined and isolated, which are desired for the evaluation and thus to be transmitted to a camera as a recording unit.

Nach Abschluss der Vorverarbeitung 5 gelangt das elektrische Signal 4 zu einem Lichtemitter 9. Beispielhaft dargestellt ist hier eine LED als Lichtemitter 9. Mittels des Lichtemitters wird das elektrische Signal 4 in ein Lichtsignal 10 umgewandelt, das durch den Lichtemitter 9 von dem Sensor 1 ausgesandt wird.After completion of preprocessing 5 gets the electrical signal 4 to a light emitter 9 , Illustrated here is an LED as a light emitter 9 , By means of the light emitter is the electrical signal 4 in a light signal 10 transformed by the light emitter 9 from the sensor 1 is sent out.

2 zeigt ein Messsystem 11 mit einem Feld 12 von Sensoren 1 und zwei Kameras 13a, 13b. Das Feld 12 von Sensoren 1 ist hier gezeigt als eine regelmäßige Anordnung von Sensoren 1 auf einer Folie 14. In einem realen Messsystem kann eine beliebige Anzahl von Sensoren 1 das Feld 12 bilden, wobei diese auch unregelmäßig angeordnet sein können. Lediglich symbolisch angedeutet ist das Lichtsignal 10, das hier von einem der Sensoren 1 ausgesandt wird. In einer Messsituation werden Lichtsignale 10 von mehreren oder allen der Sensoren gleichzeitig ausgesandt werden. 2 shows a measuring system 11 with a field 12 from sensors 1 and two cameras 13a . 13b , The field 12 from sensors 1 is shown here as a regular array of sensors 1 on a slide 14 , In a real measuring system can be any number of sensors 1 the field 12 form, which may also be arranged irregularly. Only symbolically indicated is the light signal 10 That's one of the sensors here 1 is sent out. In a measurement situation, light signals 10 emitted by several or all of the sensors simultaneously.

Räumlich beabstandet von dem Feld 12 von Sensoren 1 sind die beiden Kameras 13a, 13b angeordnet. Die Kameras 13a, 13b sind so auf das Feld gerichtet, dass sie dieses vollständig erfassen. Das Lichtsignal 10 wird von einer oder beiden der Kameras 13a, 13b in einem aufgenommenen Bild erfasst. Je nach der Vorverarbeitung 5 und danach, welche Informationen dem Bild der Kamera 13a, 13b entnommen werden sollen, kann anschließend eine Nachbearbeitung und/oder Auswertung des Bildes erfolgen, indem beispielsweise aus dem Bild auf die ursprüngliche Messgröße zurückgeschlossen wird, oder das Bild kann direkt als Messergebnis angesehen werden.Spatially spaced from the field 12 from sensors 1 are the two cameras 13a . 13b arranged. The cameras 13a . 13b are so focused on the field that they fully grasp it. The light signal 10 is from one or both of the cameras 13a . 13b captured in a captured image. Depending on the preprocessing 5 and then what information the image of the camera 13a . 13b can be removed, then a post-processing and / or evaluation of the image can be done by, for example, from the image back to the original measurement, or the image can be viewed directly as a measurement result.

Die gezeigten zwei Kameras 13a, 13b ergänzen sich gegenseitig, indem sie etwa unterschiedliche Teile des Felds 12 erfassen, eine unterschiedliche Dynamik aufweisen oder unterschiedliche Empfindlichkeiten beispielsweise in verschiedenen Wellenlängenbereichen des Lichts aufweisen. Die beiden Kameras 13a, 13b können auch redundant sein, oder es kann nur eine Kamera 13 zum Einsatz kommen.The two cameras shown 13a . 13b complement each other by looking approximately different parts of the field 12 capture, have different dynamics or have different sensitivities, for example in different wavelength ranges of light. The two cameras 13a . 13b can also be redundant, or it can only be a camera 13 be used.

3 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt 15 erfolgt zunächst eine Messung der Messgröße mit der Messeinheit 2. In einem Schritt 16 wird die Messgröße entweder durch die Messeinheit 2 selbst oder durch einen nachgelagerten Verarbeitungsschritt in das elektrische Signal 4 umgewandelt. In einem optionalen Schritt 17 erfolgt die Vorverarbeitung 5 des elektrischen Signals 4. Dabei kann das elektrische Signal beispielsweise durch einen Hoch-, Tief- oder Bandpassfilter gefiltert werden, ganz oder teilweise verstärkt, gedämpft oder komprimiert werden, sein Vorzeichen und/oder Absolutwert ermittelt und weitere mathematische Operationen durchgeführt werden. Die Vorverarbeitung des elektrischen Signals 4 kann auch ganz oder teilweise gemeinsam mit elektrischen Signalen 4 anderer Sensoren 1 erfolgen, beispielsweise indem eine Kreuzkorrelation zwischen den elektrischen Signalen 4 zweier Sensoren 1 ermittelt wird. 3 is a flow diagram of the method according to the invention. In one step 15 First, a measurement of the measured variable with the measuring unit takes place 2 , In one step 16 the measured value is determined either by the measuring unit 2 itself or by a subsequent processing step in the electrical signal 4 transformed. In an optional step 17 the preprocessing takes place 5 the electrical signal 4 , In this case, the electrical signal can be filtered, for example, by a high, low or band pass filter, wholly or partially amplified, attenuated or compressed, its sign and / or absolute value determined and further mathematical operations are performed. The preprocessing of the electrical signal 4 can also be used in whole or in part together with electrical signals 4 other sensors 1 be done, for example, by a cross-correlation between the electrical signals 4 two sensors 1 is determined.

Nach Abschluss der optionalen Vorverarbeitung 5 wird in einem Schritt 18 das elektrische Signal 4 in ein Lichtsignal 10 gewandelt. Das Lichtsignal 10 wird in einem Schritt 19 von dem Sensor 1 ausgesandt. In einem Schritt 20 wird das Lichtsignal 10 des Sensors 1 mit der Kamera 13 erfasst. In einem Schritt 21 wird das Bild der Kamera 13 entweder direkt als Messergebnis verwandt oder weiterverarbeitet oder ausgewertet, beispielsweise indem aus dem erfassten Lichtsignal auf eine oder mehrere Eigenschaften der Messgröße zurückgeschlossen wird. In welcher Form diese in dem Lichtsignal 10 kodiert sind, kann mit dem Lichtsignal 10 selbst übermittelt worden sein.After completing the optional preprocessing 5 gets in one step 18 the electrical signal 4 in a light signal 10 changed. The light signal 10 gets in one step 19 from the sensor 1 sent. In one step 20 becomes the light signal 10 of the sensor 1 with the camera 13 detected. In one step 21 becomes the image of the camera 13 either related directly as a measurement result or further processed or evaluated, for example, by inferring from the detected light signal to one or more properties of the measured variable. In what form this in the light signal 10 can be coded with the light signal 10 itself transmitted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sensor sensor
22: Messeinheit measuring unit
33: Mikrofon microphone
44: elektrisches Signal electrical signal
55: Vorverarbeitung preprocessing
66: Bandpassfilter Bandpass filter
77: Verstärker amplifier
8a, 8b8a, 8b: Vorverarbeitungseinheit preprocessing
99: Lichtemitter light emitter
1010: Lichtsignal light signal
1111: Messsystem measuring system
1212: Feld field
13a, 13b13a, 13b: Kamera camera
1414: Folie foil
15–2115-21: Schritt step
f_L f _L: untere Grenzfrequenz lower limit frequency
f_H f _H: obere Grenzfrequenz upper limit frequency

Claims

Method for measuring a distribution of a measured variable using a field ( 12 ) of sensors ( 1 ), with the steps: - with each sensor ( 1 ) Conversion of a local measured variable into an electrical signal ( 4 ), - of each sensor ( 1 ) Emitting one with the electrical signal ( 4 ) correlated Meßgrößenübertragungssignals and - detecting the measured variable transmission signals of the sensors ( 1 ) at a recording unit, wherein - each measured quantity transmission signal is a light signal ( 10 ), - the light signals ( 10 ) with a field ( 12 ) of the sensors ( 1 ) imaging camera ( 13a . 13b ) of the recording unit are detected and - the measured variable is a pressure and the sensor ( 1 ) is a pressure sensor, characterized in that a measuring unit of the pressure sensor is a microphone ( 3 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the light signal ( 10 ) with the electrical signal ( 4 ) is uniquely correlated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a parameter of the light signal ( 10 ) connected to the electrical signal ( 4 ) is selected from a group comprising light intensity, light wavelength, light color, amplitude modulation frequency, amplitude modulation pattern, on / off frequency and on / off pattern.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the light signal ( 10 ) has more than one parameter associated with the electrical signal ( 4 ) is varied.

Method according to claim 3, characterized in that a parameter associated with the electrical signal ( 4 ), a difference of the measurand to a reference value of the measurand and / or that a parameter associated with the electrical signal ( 4 ), encodes a dynamic range of the measurand.

A method according to claim 3, characterized in that the light intensity increases with the amount of a difference of the measured variable to a reference value of the measured variable and the light color encodes the sign of the difference.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical signal ( 4 ) is strengthened.

A method according to claim 7, characterized in that the amplification is performed by automatic gain control, which provides a gain factor for the electrical signal ( 4 ) certainly.

A method according to claim 8, characterized in that a parameter of the light signal ( 10 ) connected to the electrical signal ( 4 ), encodes the amplification factor.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical signal ( 4 ) is dynamically compressed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that before the emission of the light signal ( 10 ) the electrical signal ( 4 ) depending on an electrical signal ( 4 ) of another sensor ( 1 ) is processed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical signal ( 4 ) by a low-pass filter and / or a bandpass filter ( 6 ) is filtered.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a receptivity of the camera ( 13a . 13b ) with an amplitude modulation and / or a switching on and off of the light signal ( 10 ) is synchronized.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors ( 1 ) in or on a surface to detect the distribution of the measured quantity at or above the surface, and that the camera ( 13a . 13b ) for detecting the light signals ( 10 ) is placed over the surface.

Sensor field with a plurality of sensors, characterized in that each of the sensors ( 1 ) a microphone ( 3 ) as a measuring unit ( 2 ), a control electronics and a light emitter ( 9 ), each of the sensors ( 1 ) is an integrated circuit and the sensors ( 1 ) on a common slide ( 14 ) are printed.

Sensor field according to claim 15, characterized in that at least two spaced-apart reference markers are arranged in the sensor field.

Measuring system with a sensor field, each of the sensors ( 1 ) a microphone ( 3 ), a control electronics and a light emitter ( 9 ), with a camera ( 13a . 13b ) and with evaluation electronics for evaluating the image signal for carrying out the method according to one of claims 1 to 14.

Measuring system with a sensor field according to claim 17, characterized in that each of the sensors ( 1 ) is an integrated circuit and the sensors ( 1 ) on a common slide ( 14 ) are printed.

Measuring system with a sensor array according to claim 17 or 18, characterized in that at least two spaced-apart reference markers are arranged in the sensor field.