DE102017128526A1 - Photoakustischer Sensor, Verfahren zum Prüfen einer Gasdichtheit und System - Google Patents

Photoakustischer Sensor, Verfahren zum Prüfen einer Gasdichtheit und System Download PDF

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Abstract

Ein Beispiel eines Systems (100) umfasst ein mit einem Gas (110 )gefülltes Volumen (102), eine Gasanregeeinrichtung (104), die dazu ausgebildet ist, das Gas (110) innerhalb des Volumens (102) anzuregen, ein Mikrofon (106), das dazu ausgebildet ist, ein Mikrofonsignal in Abhängigkeit von dem durch die Gasanregeeinrichtung (104) angeregten Gas (110) auszugeben und eine Prüfeinheit (108), die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Mikrofonsignal eine Gasdichtheit des Volumens (102) zu prüfen. Ein Beispiel eines photoakustischen Sensors (400) umfasst eine hermetisch abgeschlossene Sensorzelle (402), eine Gasanregeeinrichtung (411) und eine Prüfeinheit (416), die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem von dem thermisch angeregten Gas (404) abhängigen Mikrofonsignal eine Gasdichtheit der Sensorzelle (402) zu prüfen. Ein Beispiel umfasst ein Verfahren (500) zum Prüfen einer Gasdichtheit eines mit einem Gas gefüllten Volumens.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem photoakustischen Sensor und einem Verfahren zum Prüfen einer Gasdichtheit eines Volumens.
  • Hintergrund
  • Es sind technische Anwendungen bekannt, bei denen eine Gasdichtheit eines vorbestimmten Raumes oder einer vorbestimmten Zelle erforderlich sein kann. Ebenso sind Testverfahren bekannt, mit denen eine solche Gasdichtheit ermittelt werden kann. Dazu kann beispielsweise zur Dichtheitsprüfung eine sogenannte Schnüffelsonde entlang von Dichtungen und möglicherweise undichten Stellen eines mit einem Gas gefüllten, unter Überdruck stehenden Prüfobjektes geführt werden. Wenn dabei aufgrund des Überdrucks ein Gas aus dem Prüfobjekt austritt, kann dies durch die Schnüffelsonde ermittelt werden, sodass ermittelt wird, dass das Prüfobjekt nicht gasdicht ist oder eine reguläre Gasdichtheit des Prüfobjekts nicht gewährleistet ist. Eine solche Prüfung kann jedoch für bestimmte Anwendungen unwirtschaftlich sein oder aufgrund technischer Rahmenbedingungen nicht möglich sein.
  • Prüfobjekte mit regulär gasdichten Volumen, Räumen oder Zellen können beispielsweise Komponenten elektronischer Geräte aus verschiedenen Bereichen sein, wie beispielsweise medizinische Geräte oder im Automobilbereich oder Endverbraucherbereich eingesetzte Geräte mit Vakuumkammern oder mit einem bestimmten Gas gefüllte Kammern oder Sensoren. Beispielsweise können Computerfestplatten mit einem Heliumgas oder Sensorkammern mit einem beliebigen vorbestimmten Gas gefüllt sein. Ein Sensorsystem mit einer Gaskammer, die gegenüber einer Umgebung regulär gasdicht sein sollte ist beispielsweise ein photoakustischer Sensor.
  • Ein solcher photoakustischer Sensor kann dazu genutzt werden, eine Konzentration eines Gases auf einer Messstrecke quantitativ zu bestimmen. Dazu kann eine Lichtquelle ein Lichtsignal, das zumindest eine in Abhängigkeit von dem zu bestimmenden Gas vorbestimmte Wellenlänge oder einen entsprechenden Spektralanteil aufweist, über die Messstrecke in eine Sensorzelle des photoakustischen Sensors senden. In Abhängigkeit von der Konzentration des Gases auf der Messstrecke kann dort ein Teil des Lichtsignals absorbiert werden, während ein verbleibender Teil des Lichtsignals in die Sensorzelle eintreten kann. Die Sensorzelle kann mit dem jeweiligen Gas gefüllt sein, dessen Konzentration auf der Messstrecke zu bestimmen ist. Das Gas innerhalb der Sensorzelle kann den verbleibenden Teil des Lichtsignals der vorbestimmten Wellenlänge absorbieren, wodurch sich ein Energiezustand des Gases erhöhen kann oder dieses Gas angeregt werden kann. Je höher die Konzentration des Gases auf der Messstrecke ist, desto geringer ist der verbleibende Teil des Lichtsignals, durch das das Gas innerhalb der Sensorzelle angeregt werden kann.
  • Bei einer Anregung des Gases verändert sich dessen Druck, sodass innerhalb der Sensorzelle je nach Anregung eine bestimmte Druckerhöhung auftritt. Diese Druckerhöhung kann als Schallsignal von einem bezüglich der Sensitivität geeigneten Mikrofon innerhalb der Sensorzelle erfasst und in ein entsprechendes Mikrofonsignal umgewandelt werden. Durch Auswertung einer Intensität oder einer Amplitude des Mikrofonsignals, welches durch das vom in die Sensorzelle eindringenden Lichtsignal angeregte Gas hervorgerufen wird, ist die Konzentration des Gases auf der Messstrecke ermittelbar, da die jeweilige Anregung des Gases von dieser Konzentration abhängig ist. Bei einer Gaskonzentration von Null auf der Messstrecke kann etwa das gesamte Lichtsignal vom Gas innerhalb der Sensorzelle absorbiert werden und das Mikrofonsignal weist eine volle Intensität oder maximale Amplitude auf. Je höher die Konzentration des Gases auf der Messstrecke ist, desto größer ist der auf der Messstrecke absorbierte Teil des Lichtsignals. Entsprechend geringer ist der verbleibende Teil des Lichtsignals, der in die Sensorzelle eindringt. Damit einhergehend sind auch die Erhöhung des Energiezustandes des Gases oder die Anregung und somit die Druckänderung innerhalb der Sensorzelle und folglich die Intensität oder Amplitude des resultierenden Mikrofonsignals geringer.
  • Um einen Gasaustausch des vorbestimmten Gases der Sensorzelle mit der Umgebung der Sensorzelle zu vermeiden, können Sensorzellen gasdicht oder hermetisch abgedichtet sein, also derart abgedichtet, dass kein Gasaustausch mit einer Umgebung stattfindet. Sie können gasdicht sein, solange kein Defekt vorliegt. Eine solche Konfiguration wird als regulär Gasdicht bezeichnet. Die intakte Abdichtung der Sensorzelle kann bei einer Produktion einer jeweiligen Sensorzelle in einem Test geprüft werden. Aufgrund der geringen Baugröße von beispielsweise photoakustischen Sensoren sind Testverfahren mit beispielsweise einem Helium-Lecksuchgerät zur Prüfung der Abdichtung bzw. einer defekten Abdichtung oder Leckage jedoch teils schwer möglich und/oder kostenintensiv. Diese rein beispielhaft anhand eines photoakustischen Sensors beschriebenen Sachverhalte können auch an beliebigen anderen Systemen auftreten, bei denen eine Gasdichtheit eines bestimmten Volumens benötigt ist.
  • Es besteht das Bedürfnis, eine Möglichkeit bereitzustellen, die das Prüfen einer Gasdichtheit eines Volumens kostengünstig und zuverlässig ermöglicht.
  • Zusammenfassung
  • Ein Ausführungsbeispiel befasst sich mit einem System, welches ein mit einem Gas gefülltes Volumen umfasst. Das System umfasst weiterhin eine Gasanregeeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Gas innerhalb des Volumens anzuregen und ein Mikrofon, das dazu ausgebildet ist, ein Mikrofonsignal in Abhängigkeit von dem durch die Gasanregeeinrichtung angeregten Gas auszugeben. Eine Prüfeinheit ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Mikrofonsignal eine Gasdichtheit des Volumens zu prüfen.
  • Das Volumen kann also regulär gasdicht sein, womit gemeint ist, dass es in einem funktionierenden Zustand oder intakten Zustand gasdicht ist, sodass kein Gas aus dem Volumen austreten oder in das Volumen eindringen kann. Durch einen Fehler oder einen Defekt kann es jedoch möglich sein, dass das regulär gasdichte Volumen de facto undicht ist, so dass ein Gasaustausch des Gases des Volumens mit einer Umgebung möglich sein kann. Die Prüfeinheit kann prüfen, ob das Volumen intakt, also gasdicht ist, oder ob es einen Defekt aufweist und dadurch undicht geworden ist ist.
  • Die Prüfeinheit kann die Gasdichtheit des Volumens auf Grundlage des Mikrofonsignals, das ausgegeben wird, wenn das Gas von der Gasanregeeinrichtung angeregt ist, prüfen. Dabei kann es möglich sein, dass regulär ein erstes Gas im Volumen angeordnet ist und außerhalb des Volumens ein zweites Gas angeordnet ist. Wenn das erste Gas angeregt wird kann ein erstes Mikrofonsignal ausgegeben werden, das zum ersten Gas korrespondiert. Wenn in einer Umgebung mit einem zweiten Gas das erste Mikrofonsignal ausgegeben wird, kann daraus gefolgert werden, dass das Volumen gasdicht oder intakt ist, da sonst ein Gasaustausch mit der Umgebung stattfinden würde und so das zweite Gas in das Volumen eindringen könnte. In einem solchen Fall würde ein vom ersten Mikrofonsignal abweichendes zweites Mikrofonsignal ausgegeben werden, das etwa zum zweiten Gas korrespondieren kann. Bei einem vom ersten Mikrofonsignal abweichenden zweiten Mikrofonsignal kann also gefolgert werden, dass das Volumen nicht gasdicht ist oder undicht ist oder defekt ist.
  • Es sind verschiedene Arten der Anregung möglich, beispielsweise thermische, akustische oder optische Anregung. Je nachdem, mit welchem Gas das Volumen gefüllt ist, wird dabei ein entsprechendes, vom jeweiligen Gas abhängiges Mikrofonsignal hervorgerufen. Daher kann aufgrund des Mikrofonsignals ausgewertet oder geprüft werden, ob sich innerhalb des Volumens dasjenige Gas befindet, mit dem das Volumen regulär oder in einem vorbestimmten Zustand befüllt oder gefüllt ist. Auf diese Weise kann die Gasdichtheit des Volumens geprüft werden, da in dem Fall einer defekten Abdichtung ein Gasaustausch des Gases des Volumens mit einem Umgebungsgas stattfinden kann und in Folge das durch das vom Umgebungsgas hervorgerufene Mikrofonsignal vom Mikrofonsignal, das zum Gas des Volumens korrespondiert, abweichen kann. Daraus kann sich ergeben, dass eine Funktionalität eines solchen Systems jederzeit und ohne extra Prüfequipment zu benötigen oder anschließen zu müssen geprüft werden kann, insbesondere dadurch, dass die Gasanregeeinrichtung innerhalb des Volumens positioniert sein kann. Somit kann es möglich sein, dass eine Sicherheit über eine Funktionalität jederzeit bestehen kann oder im Fall eines Defektes dieser beispielsweise angezeigt werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein System, wobei das mit dem Gas gefüllte Volumen ein regulär hermetisch abgeschlossener Raum ist. Daraus ergibt sich, dass in einem regulären Zustand ein Gasaustausch mit einer Umgebung nicht möglich ist. Die Gasanregeeinrichtung kann innerhalb des Volumens angeordnet sein, so dass sie direkt und unabhängig von beispielsweise einem Standort des Volumens das Gas innerhalb des regulär hermetisch abgeschlossenen Raumes anregen kann. Die Gasanregeeinrichtung kann dabei eine Heizvorrichtung umfassen, mit dem Effekt, dass das Gas thermisch angeregt werden kann. Entsprechend kann eine Gasanregeeinrichtung dazu eingerichtet sein, das Gas thermisch anzuregen, sodass das Mikrofonsignal in Abhängigkeit von einer thermoakustischen Eigenschaft des Gases ausgegeben wird. Ein Effekt kann sein, dass die Gasdichtheit des Volumens aufgrund des thermoakustischen Effekts zuverlässig geprüft werden kann. Die Gasanregeeinrichtung kann ein elektrisches Widerstandselement umfassen, welches zum Anregen des Gases durch Beaufschlagen mit einem vorbestimmten elektrischen Signal erwärmbar ist. Das elektrische Widerstandselement kann zumindest einen Teil eines innerhalb des Volumens befindlichen Temperatursensors umfassen. Der Vorteil dabei kann sein, dass ein solcher Temperatursensor dadurch eine Doppelfunktionalität aufweisen kann und somit das System effizient ausgestaltet ist. Der Temperatursensor kann beispielsweise ein PTC-Temperatursensor oder PT1000-Temperatursensor sein. Ein solcher Temperatursensor kann besonders langzeitstabil sein, sodass das System eine Gasdichtheit auch nach langer Betriebsdauer zuverlässig testen kann.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft ein beschriebenes System, wobei die Gasanregeeinrichtung eine Photodiode umfasst, welche zum thermischen Anregen des Gases des Volumens mit einem vorbestimmten elektrischen Signal beaufschlagbar ist. Der Vorteil dabei kann sein, dass eine solche Photodiode für eine andere Funktion bereits im System vorhanden sein kann und somit effizient für eine weitere Funktion, nämlich als Gasanregeeinrichtung genutzt werden kann. Dabei kann eine elektrische Leitfähigkeit eines Elementes der Photodiode ausgenutzt werden. Das vorbestimmte elektrische Signal kann eine vorbestimmte Spannung und/oder eine vorbestimmte Frequenz und/oder einen vorbestimmten Tastgrad aufweisen. Dadurch kann vorteilhafterweise das Signal individuell auf eine jeweilige Gasanregeeinrichtung, ein jeweiliges System und/oder ein jeweiliges Gas angepasst werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein System, in dem die Prüfeinheit ein Referenzsignal aufweist, das ein Mikrofonsignal ist, das in einer vorbestimmten Kalibriersituation durch das von der Gasanregeeinrichtung eines gasdichten Volumens angeregte Gas hervorgerufen ist. Dadurch kann ein Referenzsignal sehr genau und gleichzeitig einfach bestimmt sein. Die Prüfeinheit kann eine Ausgabeeinheit umfassen, welche dazu ausgestaltet ist, in dem Fall, dass das Mikrofonsignal innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs um das Referenzsignal liegt, ein Signal mit einer Information, dass das Volumen (102) gasdicht ist, auszugeben. Der vorbestimmte Toleranzbereich kann einem Amplitudenbereich entsprechen, der eine vorbestimmte Abweichung der Amplitude des Referenzsignales umfasst. Die vorbestimmte Abweichung kann 10 % umfassen und der Toleranzbereich einem Amplitudenbereich entspricht, in dem die Amplituden zwischen 90 Prozent und 110 Prozent der Amplitude des Referenzsignales liegen. Vorteilhafterweise kann die vorbestimmte Abweichung je nach System auch beispielsweise einen Wert zwischen 2 % und 30 % aufweisen, je nachdem in welcher Umgebung etwa das System eingesetzt wird und/oder welches Gas sich innerhalb des Volumens befindet. Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein System, wobei die Prüfeinheit eine Ausgabeeinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, in dem Fall, dass das Mikrofonsignal innerhalb eines vorbestimmten, das Referenzsignal ausschließenden Fehlerbereiches liegt, ein Signal mit einer Information, dass das Volumen undicht ist, auszugeben. Die kann auch dazu ausgestaltet sein, in dem Fall, dass eine zeitliche Änderung des Mikrofonsignals größer als ein vorbestimmter Fehlerwert ist, ein Signal mit einer Information, dass das Volumen undicht ist, auszugeben. Der Vorteil dabei kann sein, dass eine Gasundichtigkeit bereits erkannt werden kann, bevor der Toleranzbereich überschritten bzw. unterschritten wird. Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein System, wobei die Prüfeinheit eine Ausgabeeinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, in dem Fall, dass das Mikrofonsignal innerhalb eines vorbestimmten Nullbereiches liegt, ein Signal mit einer Information auszugeben, dass das Mikrofon und/oder eine Mikrofonsignalverarbeitungseinheit des Systems defekt ist. Der Vorteil kann sein, dass neben einer Gasundichtigkeitsprüfung auch eine Prüfung für andere Komponenten des Systems bereitgestellt sein kann.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft ein System, wobei die Prüfeinheit einen Signalausgang umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein Signal auszugeben, das ein Anregen des Gases durch die Gasanregeeinrichtung bewirkt. Das Signal kann ein Aktivierungssignal sein oder das elektrische Signal, das an die Gasanregeeinrichtung angelegt werden kann. Dadurch kann sich der Vorteil ergeben, dass die Prüfeinheit eine Prüfung selbstständig durchführen kann. Eine Prüfung kann beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel regelmäßig stattfinden, etwa einmal am Tag, einmal in der Stunde oder einmal pro Woche und/oder auch situativ häufiger durchgeführt werden, etwa dann, wenn die Prüfeinheit eine Unregelmäßigkeit im Betrieb des Systems feststellt, etwa wenn eine zeitliche Änderung des Mikrofonsignals größer als ein vorbestimmter Fehlerwert ist. In einem solchen Fall kann etwa eine Gasundichtigkeit, die eine zu starke Veränderung des Systems verursachen kann (etwa wenn das Mikrofonsignal den Toleranzbereich überschreitet) besonders schnell erkannt werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft eine solche Prüfeinheit mit einem Signalausgang, wobei die Prüfeinheit dazu ausgestaltet ist, an einem System und/oder photoakustischen Sensor verwendet zu werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel befasst sich mit einem photoakustischen Sensor. Der photoakustischer Sensor umfasst eine hermetisch abgeschlossene, mit einem Gas gefüllte Sensorzelle, einen außerhalb der Sensorzelle angeordneten optischen Emitter, der ausgebildet ist, das Gas optisch (photonisch) anzuregen, ein Mikrofon, das dazu ausgebildet ist, ein Mikrofonsignal in Abhängigkeit von dem angeregten Gas auszugeben, eine Gasanregeeinrichtung innerhalb der Sensorzelle, die dazu ausgebildet ist, das Gas thermisch anzuregen und eine Prüfeinheit, die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem von dem thermisch angeregten Gas abhängigen Mikrofonsignal eine Gasdichtheit der Sensorzelle zu prüfen.
  • Die Sensorzelle oder ein Innenraum der Sensorzelle kann regulär mit einem ersten Gas gefüllt sein, sodass der photoakustische Sensor eine Konzentration des ersten Gases auf einer Messstrecke mittels des optischen Emitters messen kann. Dadurch, dass die Sensorzelle hermetisch abgeschlossen ist kann sie in einem intakten Zustand gasdicht sein. Dagegen kann ein Lichtsignal regulär in die hermetisch abgeschlossene Sensorzelle eindringen. Der optische Emitter ist dafür dazu ausgestaltet, einen Lichtstrahl mit Licht auf die Sensorzelle zu richten oder die Sensorzelle mit einem Lichtstrahl zu beleuchten oder zu bestrahlen. Mittels der Prüfeinheit kann unabhängig vom optischen Emitter geprüft werden, ob sich tatsächlich das erste Gas innerhalb der Sensorzelle befindet, sodass geprüft werden kann, ob die Sensorzelle gasdicht ist oder intakt ist. Dazu kann die Gasanregeeinrichtung das in der Sensorzelle befindliche Gas anregen, sodass ein Mikrofon ein korrespondierendes Mikrofonsignal ausgeben kann. Zum Anregen des Gases kann die Gasanregeeinrichtung mit einem vorbestimmten elektrischen Signal beaufschlagt werden. Wenn die Sensorzelle in einer Umgebung mit einem zweiten Gas angeordnet ist und das ausgegebene Mikrofonsignal zum ersten Gas korrespondiert, kann gefolgert werden, dass die Sensorzelle gasdicht ist, da kein Gasaustausch der Sensorzelle mit der Umgebung stattfindet oder stattfinden kann. Das zu einem Gas korrespondierende Mikrofonsignal kann beispielsweise mittels einer Kalibrierung derselben oder einer gleich aufgebauten Sensorzelle gewonnen werden.
  • Auf diese Weise lässt sich durch das System bzw. den photoakustischen Sensor einfach und kostengünstig überprüfen, ob sich ein bestimmtes Gas im Volumen bzw. in der Sensorzelle des photoakustischen Sensors befindet, wodurch auf eine Gasdichtheit oder eine intakte Abdichtung geschlossen werden kann, oder ob sich ein anderes Gas darin befindet, wodurch auf eine defekte Abdichtung oder Gasundichtheit geschlossen werden kann.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel befasst sich mit einem Verfahren zum Prüfen einer Gasdichtheit eines mit einem Gas gefüllten Volumens. Das Verfahren umfasst ein Anregen des Gases innerhalb des Volumens mittels einer Gasanregeeinrichtung, ein Erfassen eines Mikrofonsignals in Abhängigkeit von dem angeregten Gas mittels eines Mikrofons und ein Prüfen der Gasdichtheit des Volumens basierend auf dem Mikrofonsignal.
  • Durch das Verfahren kann mit einfachen und kostengünstigen Mitteln geprüft werden, ob sich ein vorbestimmtes Gas innerhalb des Volumens befindet. Das Verfahren kann dazu an beliebigen Volumen oder Gas-/Vakuumkammern oder gasdichten Zellen angewendet werden. Es ist möglich, in besonders effizienter Weise ein bereits in einem Volumen vorhandenes elektrisch leitfähiges Element als Gasanregeeinrichtung dadurch zu nutzen, dass das Element mit einem elektrischen Signal beaufschlagt erwärmt wird, sodass das Gas angeregt werden kann.
  • Figurenliste
  • Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 Ein Ausführungsbeispiel eines Systems;
    • 2 Ein Ausführungsbeispiel eines Systems mit einem Volumen, einem Mikrofon und einer Gasanregeeinrichtung innerhalb des Volumens;
    • 3 Ein Beispiel für je ein Mikrofonsignal eines Systems mit einem gasdichten Volumen und einem undichten Volumen;
    • 4 Ein Ausführungsbeispiel eines photoakustischen Sensors; und
    • 5 Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Prüfen einer Gasdichtheit eines mit einem Gas gefüllten Volumens.
  • Beschreibung
  • Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
  • Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Beschreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Rahmen der Offenbarung fallen. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen.
  • Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“. Das Gleiche gilt für Kombinationen von mehr als 2 Elementen.
  • Die Terminologie, die hier zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
  • Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung auf dem Gebiet verwendet, zu dem Beispiele gehören.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 100, das ein Volumen 102, eine Gasanregeeinrichtung 104, ein Mikrofon 106 und eine Prüfeinheit 108 umfasst. Das Volumen 102 ist mit einem Gas 110 gefüllt und die Gasanregeeinrichtung 104 ist dazu ausgebildet, das Gas 110 innerhalb des Volumens 102 anzuregen. Das Mikrofon 106 ist dazu ausgebildet, ein Mikrofonsignal 112 in Abhängigkeit von dem durch die Gasanregeeinrichtung 104 angeregten Gas 110 auszugeben. Die Prüfeinheit 108 ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Mikrofonsignal 112 eine Gasdichtheit des Volumens 102 zu prüfen. Die Prüfeinheit 108 kann optional einen Signalausgang 114 aufweisen. Weiterhin kann es möglich sein, dass das Volumen 102 von einem Umgebungsgas 116 zumindest teilweise umgeben ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist das Volumen 102 mit dem Gas 110 gefüllt. Dazu wurde das Volumen 102 beispielsweise bei der Produktion mit dem Gas 110 gefüllt. In dem Ausführungsbeispiel befindet sich das Volumen 102 oder das gesamte System 100 in einer Umgebung mit dem Umgebungsgas 116, das vom Gas 110 verschieden ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Volumen 102 gasdicht ausgeführt ist, sodass ein Gasaustausch des Gases 110 mit dem Umgebungsgas 116 in einem regulären Fall oder im Fall, dass das Volumen intakt ist, verhindert ist. Das gasdichte Volumen kann jedoch unter Umständen einen Defekt aufweisen, sodass dennoch Umgebungsgas 116 in das Volumen 102 eindringen kann und das Gas 110 aus dem Volumen 102 ausweichen kann. Die Prüfeinheit 108 kann eine Gasdichtheit feststellen, wenn das Volumen 102 intakt ist, also kein Gasaustausch stattfinden kann. Dazu kann die Prüfeinheit ausgebildet sein, um das Mikrofonsignal 112 oder mehrere nacheinander empfangene Mikrofonsignale 112 auszuwerten.
  • Die Gasanregeeinrichtung 104 steht in dem Ausführungsbeispiel derart mit dem Gas 110 in Kontakt, dass das Gas 110 von der Gasanregeeinrichtung angeregt werden kann. Damit ist gemeint, dass das Gas 110 derart angeregt werden kann, dass das Mikrofon 106 das Mikrofonsignal 112 ausgeben kann. Die Anregung kann also durch eine Energieänderung des Gases 110 eine Bewegung oder eine Schwingung des Gases 110 bewirken, die als akustisches Signal vom Mikrofon 106 detektiert werden kann. Das Mikrofon 106 kann dabei innerhalb des Volumens 102 mit dem Gas 110 in Kontakt stehen oder zumindest teilweise innerhalb des Volumens 102 ausgebildet sein.
  • Beispiele für die Anregung können eine optische Anregung, eine thermische oder akustische Anregung umfassen. Es ist auch möglich, das Gas 110 von außerhalb des Volumens anzuregen, etwa optisch, wobei ein Lichtsignal durch ein Fenster in das regulär gasdichte Volumen eindringen kann, um das Gas 110 anzuregen.
  • Das Mikrofon 106 kann in einem Ausführungsbeispiel direkt mit der Prüfeinheit 108 verbunden sein, um das Mikrofonsignal 112 zu dieser zu übertragen. Das Mikrofonsignal 112 kann auch von einem anderen Teil des Systems 100 empfangen werden und der Prüfeinheit 108 zur Verfügung gestellt werden. Die Prüfeinheit 108 kann in einem Ausführungsbeispiel mechanisch mit dem Volumen 102 verbunden oder gekoppelt sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Prüfeinheit 108 in das Volumen 102 integriert sein. Es ist möglich, dass die Prüfeinheit 108 konzentriert oder in einem Block oder einer geschlossenen Einheit im Volumen 102 integriert ist. Es ist ebenso möglich, dass verschiedene Elemente, die die Prüfeinheit 108 umfassen kann, im Volumen 102 oder im System 100 verteilt sind.
  • Eine Prüfeinheit 108 kann auch so ausgestaltet sein, dass sie mit verschiedenen Volumen verbunden werden kann. Eine solche Prüfeinheit 108 kann als separates oder einzelnes Element derart ausgestaltet sein, dass sie an bereits bestehende Volumen, die ein Mikrofon und eine Gasanregeeinrichtung umfassen können, hinzugefügt werden kann. Somit können beliebige Volumen mittels der Prüfeinheit auf Gasdichtheit geprüft werden.
  • Wie bereits erwähnt prüft die Prüfeinheit 108 die Gasdichtheit des Volumens 102 basierend auf dem Mikrofonsignal 112. Dabei wird ausgenutzt, dass verschiedene Gase bei einer gleichen Anregung durch die Gasanregeeinrichtung 104 verschiedene Mikrofonsignale bewirken. Der Prüfeinheit 108 kann beispielsweise für einen Vergleich das Mikrofonsignal 112 bereitgestellt sein, welches bei einer Anregung des Gases 110 in einem gasdichten Volumen hervorgerufen wird. Ein solches Mikrofonsignal kann als Prüfsignal oder Referenzsignal bezeichnet werden. Im Fall, dass das Volumen 102 gasdicht ist oder intakt ist befindet sich ausschließlich das Gas 110 innerhalb des Volumens 102, auch wenn das Volumen 102 vom Umgebungsgas 116 umgeben ist.
  • Wenn nun die Gasanregeeinrichtung 104 das Gas 110 während einer Messung eines intakten Volumens anregt, empfängt die Prüfeinheit 108 das Mikrofonsignal 112, welches sie erwarten würde, wenn das Mikrofonsignal 112 ausschließlich vom Gas 110 hervorgerufen ist. Da das so empfangene Mikrofonsignal 112 zu dem Gas 110 korrespondiert, kann die Prüfeinheit 108 folgern, dass dieses innerhalb des Volumens ist und somit, dass das Volumen 102 gasdicht ist. Mit Prüfen basierend auf dem Mikrofonsignal 112 kann also gemeint sein, dass die Prüfeinheit 108 ein bestimmtes Mikrofonsignal 112 erwartet und in dem Fall, dass sie ein Mikrofonsignal empfängt, welches von dem bestimmten Mikrofonsignal 112 abweichen folgern kann, dass das Volumen 102 nicht gasdicht ist oder nicht mehr gasdicht ist.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel weicht das Mikrofonsignal 112 vom erwarteten Mikrofonsignal, das zu dem Gas 110 korrespondiert, ab. Daraus kann gefolgert werden, dass sich ein vom Gas 110 verschiedenes Gas innerhalb des Volumens 102 befindet. In diesem Fall kann gefolgert werden, dass das Volumen undicht oder seine Abdichtung defekt ist, sodass ein Gasaustausch zwischen dem Gas 110 des Volumens 102 und etwa dem Umgebungsgas 116 stattfinden kann, da sich deshalb nicht mehr das Gas 110 im Volumen befindet. In diesem Fall kann das dann ausgegebene Mikrofonsignal zumindest teilweise zum Umgebungsgas 116 korrespondieren. Durch die defekte Abdichtung kann das Gas 110 aus dem Volumen ausgetreten sein und das Umgebungsgas 116 in das Volumen eingedrungen sein. Ein undichtes Volumen kann auch als Volumen mit defekter Abdichtung oder als defektes Volumen bezeichnet werden.
  • Da sich eine Zusammensetzung des Umgebungsgases 116 in einer gewissen Zeit etwa durch verschiedene Umgebungen, in denen das System 100 positioniert ist ändern kann, kann das Mikrofonsignal 112 dadurch, dass bei einem undichten Volumen 102 dann je verschiedene Umgebungsgase 116 in das Volumen 102 eindringen können, jeweils in Abhängigkeit des jeweiligen Umgebungsgases 116 verschieden sein. Wenn sich das Mikrofonsignal 112 in einer solchen Situation in je verschiedenen, zeitlich hintereinander aufgenommenen Messungen durch das Mikrofon 106 also jeweils unterscheidet, kann daraus möglicherweise auch ohne Referenzsignal gefolgert werden, dass das Volumen 102 defekt ist und eine Gasdichtheit des Volumens 102 nicht gewährleistet ist. Im gegenteiligen Fall kann dann, wenn bei mehreren zeitlich hintereinander aufgenommenen Mikrofonsignalen 112 bei je verschiedenen Umgebungsgasen die jeweiligen Mikrofonsignale 112 konstant bleiben gefolgert werden, dass das Volumen 102 gasdicht ist, da sich eine Zusammensetzung des Gases 110 innerhalb des Volumens nicht verändert, wenn dieses gasdicht ist.
  • In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 100 dargestellt, in welchem das Volumen 102 ein hermetisch abgeschlossener Raum 200 ist. Eine Gasanregeeinrichtung 202 ist innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Raumes 200 angeordnet und ausgebildet, eine Anregung 204 eines Gases 206 hervorzurufen, mit dem der Raum 200 gefüllt ist. Das Gas 206, beispielsweise Kohlenstoffdioxid, kann in anderen Worten durch die Gasanregeeinrichtung 202 angeregt werden oder in einen angeregten Zustand versetzt werden. Ein Mikrofon 208 ist so innerhalb des Raumes 200 angeordnet, dass das angeregte Gas 206 bewirken kann, dass ein Mikrofonsignal 210 an einem Mikrofonausgang 212 ausgegeben werden kann. Das Mikrofon 208 kann eine hohe Empfindlichkeit aufweisen und dazu beispielsweise als MEMS (Mikroelektromechanisches System)-Mikrofon bereitgestellt sein, das eine ausreichende Empfindlichkeit zur Detektion von entsprechenden Druckdifferenzen aufweist, die beim Anregen 204 des Gases 206 entstehen können.
  • Wird das Gas 206 beispielsweise von der Gasanregeeinrichtung 202 periodisch angeregt, dehnt es sich periodisch aus, was zu einem Mikrofonsignal 210 mit der Frequenz der periodischen Anregung führt. Dabei ist beispielsweise eine Amplitude 214 des Mikrofonsignals 210 abhängig von dem Gas 206 und der Stärke der Anregung, da in Abhängigkeit von dem Gas 206 bei einer Anregung 204 je ein bestimmtes Mikrofonsignal 210 ausgegeben wird. Die Amplitude 214, die in 2 schematisch als Balkendiagramm dargestellt ist, kann in einem Ausführungsbeispiel etwa die Amplitude eines Mikrofonsignals mit einem Amplitudenwert 216 sein. Dabei kann ein Amplitudenwert zu dem Gas 206 korrespondieren, sodass gefolgert werden kann, dass der hermetisch abgeschlossene Raum 200 intakt ist, also gasdicht ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Mikrofonsignal 210 einen korrespondierenden Amplitudenwert 218 aufweisen, der nicht zu dem Gas 206 korrespondiert. Daraus kann gefolgert werden, dass der Raum 200 undicht ist, da das Gas 206 entweichen konnte und den Raum 200 daher nicht mehr ausfüllt. Andere Charakteristika des Mikrofonsignals können auch eine Phase oder ein Frequenzspektrum sein, die zur Auswertung oder zum Vergleich mit einem Referenzsignal verwendet werden können.
  • Mit einem regulär hermetisch abgeschlossenen Raum kann ein solcher Raum gemeint sein, der in einem regulären Fall oder normalerweise hermetisch abgeschlossen ist. Mit hermetisch abgeschlossen kann insbesondere gemeint sein, dass der Raum bezüglich eines möglichen Gasaustausches hermetisch abgeschlossen ist, sodass ein Gasaustausch nicht möglich ist. Es kann möglich sein, dass der hermetisch abgeschlossene Raum allein einen Gasaustausch mit einer Umgebung verhindert, jedoch beispielsweise einen Lichteinfall in den hermetisch abgeschlossen Raum durch eine Abgrenzung des Raumes zulassen kann. Beispielsweise kann eine Seitenwand des hermetisch abgeschlossenen Raumes transparent ausgestaltet sein, sodass sie lichtdurchlässig ist, gleichzeitig aber gasdicht ist.
  • Die Gasanregeeinrichtung 202 kann in einem Ausführungsbeispiel so innerhalb des Volumens angeordnet sein, dass sie ganz innerhalb des Volumens angeordnet ist. Eine solche Gasanregeeinrichtung kann beispielsweise über eine Signalleitung, die in das Volumen hineingeführt ist von außerhalb des Volumens angesteuert werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Gasanregeeinrichtung 202 auch teilweise innerhalb des Volumens angeordnet sein, sodass sie einerseits das Gas 206 anregen kann und andererseits einen Signaleingang oder einen Signalausgang aufweist, der sich außerhalb des Volumens befindet. Durch eine solche innerhalb des Volumens angeordnete Gasanregeeinrichtung 202 kann erreicht werden, dass ein Prüfen der Gasdichtheit des Volumens unabhängig von einer externen Gasanregeeinrichtung, insbesondere jederzeit und unabhängig von einem externen Testequipment durchgeführt werden kann. Durch das Anordnen der Gasanregeeinrichtung innerhalb des Volumens können externe Fehlerquellen beim Prüfen der Gasdichtheit ausgeschlossen werden. Es kann auch ein autarkes Prüfen auf Gasdichtheit des Volumens des Systems durch das System selbst bereitgestellt werden. Das integrieren der Gasanregeeinrichtung innerhalb des Volumens kann in einigen Ausführungsbeispielen ein physisches Vergrößern des Systems vermeiden und zeitgleich ein Prüfen einer Gasdichtheit des Volumens ermöglichen. Somit kann durch die Anordnung der Gasanregeeinrichtung innerhalb des Volumens eine Effizienz des Systems gesteigert werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Gasanregeeinrichtung 104 eine Heizvorrichtung. Eine solche Heizvorrichtung kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal erwärmt oder beheizt werden. Dazu kann beispielsweise eine Heizspirale oder ein elektrischer Widerstand mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, sodass sich zumindest ein Teil der Heizvorrichtung erwärmt. Der Teil der Heizvorrichtung, welcher erwärmbar ist, kann dabei so innerhalb der des Volumens angeordnet sein, dass eine Wärmeübertragung an das Gas innerhalb des Volumens ermöglicht ist. Die Heizvorrichtung kann etwa als steuerbare Wärmequelle oder aktive Wärmequelle ausgebildet sein, die durch ein Informationssignal zu einer Abgabe einer Wärmeleistung aktiviert werden kann. In dem Fall, dass das Volumen von Seitenelementen begrenzt ist, welche elektrisch leitfähig sind, kann es sein, dass die Heizvorrichtung durch ein solches Seitenelement bereitgestellt ist. Es kann auch sein, dass innerhalb des Volumens vorhandene elektrisch leitfähige Elemente als Heizvorrichtung bereitgestellt sind. Somit können zum Beispiel Elemente, die primär eine erste Funktion aufweisen können, beispielsweise zur Temperaturmessung beitragen können, in einer zweite Funktion als Heizvorrichtung bereitgestellt sein und verwendet werden. Dadurch kann es möglich sein, dass keine zusätzliche Heizvorrichtung in das Volumen integriert werden muss.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Gasanregeeinrichtung 202 dazu eingerichtet, das Gas 206 thermisch anzuregen, was durch eine bereits beschriebene Heizvorrichtung möglich ist. Die Gasanregeeinrichtung 104 wird beispielsweise erwärmt, wodurch auch das Gas 206 durch Wärmeübertragung oder Konvektion erwärmt wird. Das Gas 206 kann dabei bestimmte thermoakustische Eigenschaften aufweisen, d.h. je nach thermischer Anregung eine charakteristische akustische Reaktion aufweisen. Bei einer bestimmten Erwärmung des Gases 206 erfolgt somit ein bestimmtes akustisches Verhalten oder eine bestimmte Ausdehnung des Gases 206. Dieses kann sich vor allem von einem von einer thermoakustischen Eigenschaft eines anderen Gases, etwa Umgebungsgases, unterscheiden. Ein Umgebungsgas kann in vielen Fällen ein Gasgemisch sein, so dass bei einer Undichtigkeit das Gasgemisch in die Kavität bzw. das Volumen eintreten kann. Aufgrund des thermoakustischen Effektes wird bei einer thermischen Anregung 204 des Gases 206 ein Mikrofonsignal 210 ausgegeben, dass aufgrund seiner Charakteristik jeweils dem Gas 206 zugeordnet werden kann. Wenn also ein Mikrofonsignal 210 ausgegeben wird, dass dem Gas 206 zugeordnet werden kann oder zugeordnet ist, kann gefolgert werden, dass ein Gasaustausch des Gases 206 mit einem Umgebungsgas nicht möglich ist, also dass der hermetisch abgeschlossene Raum 200 intakt ist und somit gasdicht ist. Wenn andererseits ein Mikrofonsignal 210 ausgegeben wird, welches nicht zu den thermoakustischen Eigenschaften des Gases 206 korrespondiert, kann gefolgert werden, dass der hermetisch abgeschlossene Raum 200 undicht ist oder defekt ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Gasanregeeinrichtung 202 ein elektrisches Widerstandselement, das dazu ausgebildet ist, das Gas 206 innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Raumes 200 oder des Volumens 102 anzuregen, wenn sie mit einem vorbestimmten elektrischen Signal beaufschlagt ist. Durch das elektrische Signal kann also die Gasanregeeinrichtung 202 beispielsweise erwärmt werden, sodass sich auch das Gas 206 erwärmt und dadurch ein thermoakustischer Effekt ausgelöst werden kann. Das elektrische Widerstandselement kann mit einem elektrischen Signal beaufschlagt werden, sodass es erwärmt das Gas 204 anregen und somit das Mikrofonsignal 210 hervorrufen kann. Ein elektrisches Widerstandselement kann dabei kostengünstig sein und seine Temperaturerwärmung, die der Konvektion oder Wärmeübertragung dienen kann, kann einfach durch das angelegte elektrische Signal bestimmt werden. Ein elektrisches Widerstandselement kann insbesondere auch volumenmäßig klein ausgeführt werden, sodass es in bestehende Volumen integrierbar ist. Es kann ein solches elektrisches Widerstandselement verwendet werden, welches bereits in einem Volumen vorhanden ist und sonst eine andere, für das Volumen notwendige Funktion bereitstellt. Somit kann ein vorhandenes Bauteil doppelt verwendet und auf eine Gasanregeeinrichtung 202 als zusätzliches Bauteil verzichtet werden. Eine solche doppelte Funktionalität eines einzigen Bauteiles kann sich allein dadurch ergeben können, dass die Gasanregeeinrichtung das Gas thermisch anregen kann und ein thermoakustischer Effekt zum Prüfen der Gasdichtheit genutzt wird.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein solches bereits vorhandenes Widerstandselement zumindest einen Teil eines innerhalb des hermetisch abgedichteten Raumes 200 oder Volumens 102 befindlichen Temperatursensors. Ein solcher Temperatursensor kann in einem Betriebsmodus genutzt werden, um eine Temperatur zu ermitteln, etwa, um ein Messergebnis eines Sensors oder photoakustischen Sensors bezüglich einer Umgebungstemperatur oder Grundtemperatur des Gases 206 zu kompensieren. Ein solcher Temperatursensor kann ein elektrisches Widerstandselement umfassen. Eines oder mehrere solcher Widerstandselemente, die in einem ersten Modus eine Temperatur erfassen können, können in einem zweiten Modus mit einem elektrischen Signal derart beaufschlagt sein, dass sie sich erwärmen und das Gas 206 thermisch anregen können. Wenn ein bereits vorhandenes Element innerhalb des Raumes 200 als Gasanregeeinrichtung 202 verwendet wird oder bereitsteht, wird kein zusätzliches Element benötigt, was eine Kosten- und Platzersparnis bewirken kann.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor ein PTC (positive temperatur coefficient)-Sensor, auch Kaltleiter genannt, oder ein PT1000-Temperatursensor. Ein PT1000-Temperatursensor kann einen solchen von der Temperatur abhängigen Widerstand aufweisen, der bei einer Normtemperatur, etwa 0° C, einen Widerstand von 1000 Ohm aufweist. Entsprechend können zusätzlich oder alternativ auch PT100 oder PT500 Sensoren verwendet werden, deren Widerstand bei Normtemperatur 100 Ohm oder 500 Ohm betragen kann. Der jeweils zur Temperaturmessung innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Raumes 200 befindliche Teil des jeweiligen Temperatursensors ist als elektrischer Widerstand zur Erwärmung mit einem elektrischen Signal beaufschlagbar. Dadurch kann die Gasanregeeinrichtung 202 mit einfachen Mitteln erwärmt werden. Eine Eigenschaft eines PT1000-Temperatursensors ist, dass dieser aus Platin besteht, wodurch er besonders langzeitstabil ist. Damit ist gemeint, dass sich seine elektrischen Eigenschaften innerhalb einer Betriebszeit nicht oder nicht für seine Funktionalität bemerkbar verändern oder eine Degradierung vermieden ist. Somit ist eine zusätzliche Wirkung eines PT1000-Temperatursensors als Gasanregeeinrichtung 202, dass die Anregung 204 des Gases bei Beaufschlagen mit einem elektrischen Signal langzeitstabil ist. Bei einem gleichen Gas 206 kann somit auch nach längerer Zeit, etwa nach 1 Jahr oder nach 10 Jahren, noch dasselbe Mikrofonsignal 210 hervorgerufen werden wie etwa 1 Tag nach der Produktion des hermetisch abgeschlossenen Raumes 200. Dadurch ist auch ein Funktionstest oder eine Prüfung der Abdichtung eines solchen hermetisch abgeschlossenen Raumes 200 oder entsprechenden Volumens 102 besonders lange verlässlich möglich.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Gasanregeeinrichtung 202 eine Photodiode. Die Photodiode kann dabei insbesondere eine Infrarot-(IR)-Photodiode sein die sich innerhalb des Volumens befindet. Die Photodiode kann mit einem elektrischen Signal, das verschiedene Parameter aufweisen kann, beaufschlagt sein, sodass sie sich aufgrund ihres elektrischen Widerstandes erwärmt. Die Photodiode kann dabei zum thermischen Anregen des Gases 206 mit einer sehr geringen Leistung beaufschlagt werden, sodass sie bezüglich ihrer Funktionalität nicht beschädigt wird und ein Mikrofonsignal aufgrund des thermoakustischen Effekts bewirkt wird. Die Photodiode kann aber zusätzlich oder alternativ auch als Photodiode eingesetzt sein, die bei Beaufschlagen mit dem elektrischen Signal Licht emittiert. Somit kann das Gas 206 in einem Ausführungsbeispiel von einer innerhalb des Volumens befindlichen Photodiode angeregt werden, sodass ein photoakustischer Effekt das Mikrofonsignal hervorruft. Dadurch kann eine zusätzliche Möglichkeit bereitstehen, die Funktionalität oder die intakte Abdichtung des Volumens zu prüfen, sodass die Sicherheit des Ergebnisses der Auswertung erhöht sein kann. Die Photodiode kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass sie ausschließlich das Gas 206 anregt. Im Fall, dass dieses durch ein Leck des Volumens ausgetreten ist, kann es nicht angeregt werden, sodass das am Mikrofonsignal 210 ein Amplitudenausschlag fehlt. In einem solchen Fall kann festgestellt werden, wenn sich kein Gas 206 in dem Raum 200 befindet und entsprechend auf eine Gasundichtheit geschlossen werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein elektrisches Signal an die Gasanregeeinrichtung 202 zum Erwärmen dieser angelegt, das eine vorbestimmte Spannung und/oder eine vorbestimmte Frequenz und/oder einen vorbestimmten Tastgrad aufweist. Diese Parameter können so eingestellt sein, dass die Gasanregeeinrichtung um wenige Millikelvin, etwa um 5mK, erwärmt wird. Sie können auch so eingestellt sein, dass durch das angeregte Gas 206 am Mikrofon eine Leistung von wenigen Milliwatt oder weniger als einem Milliwatt umgesetzt wird. Die Parameter können je nach Volumen, Mikrofon, Gas und Gasanregeeinrichtung fachmännisch angepasst werden. Zur Erzeugung des Mikrofonsignals 210 kann die Gasanregeeinrichtung 202 zyklisch oder periodisch, zum Beispiel mit 10 Hz, mit Spannung beaufschlagt werden. Dadurch kann sich die Gasanregeeinrichtung 202 erwärmen, beispielsweise um einige mK erwärmen. Durch Konvektion oder Wärmeleitung kann das Gas 206 angeregt werden, sich ausdehnen und eine Druckänderung und somit Schallwelle erzeugen. Diese kann das entsprechende Mikrofonsignal mit der Anregefrequenz hervorrufen.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist die Prüfeinheit ein Referenzsignal auf, das ein Mikrofonsignal ist, das in einer Kalibriersituation durch das von der Gasanregeeinrichtung eines gasdichten Volumens angeregte Gas hervorgerufen ist. Anhand des Referenzsignals kann die Prüfeinheit beispielsweise durch ein Vergleichen auswerten, ob ein Mikrofonsignal eines zu prüfenden Volumens von demselben Gas hervorgerufen wurde wie das Referenzsignal. Das Referenzsignal kann also ein erwartetes Signal sein, dass sich im Fall, dass das Volumen gasdicht ist und mit einem erwarteten Gas gefüllt ist, ergibt. Somit kann ausgewertet werden, ob sich dieses Gas innerhalb des Volumens befindet oder nicht und damit, ob das Volumen gasdicht ist oder nicht, wenn sich beispielsweise ein anderes Gas innerhalb des Volumens befindet.
  • Die Prüfeinheit kann zum Vergleich des Mikrofonsignals mit einem Referenzsignal eine nicht dargestellte Signalverarbeitungseinheit aufweisen. Die Signalverarbeitungseinheit kann einen Subtrahierer oder einen Korrelierer oder einen Dividierer umfassen, welche dazu ausgestaltet sind, durch eine Subtraktion oder Korrelation oder Division ein Vergleichsmaß zwischen dem Mikrofonsignal und dem Referenzsignal auszugeben. Ein Dividierer kann beispielsweise als Vergleichsmaß ein Amplitudenverhältnis der beiden Signale ausgeben. Eine Ausgabe kann beispielsweise sein, dass eine Amplitude oder eine Maximum einer Amplitude des Mikrofonsignals der Amplitude oder dem Maximum der Amplitude des Referenzsignals gleicht oder von dieser um beispielsweise 1%, 5% oder um einen anderen Prozentsatz abweicht. Ein Subtrahierer kann beispielsweise jeweilige Amplitudenwerte voneinander abziehen und durch ein entsprechendes Subtraktionsergebnis die Differenz zwischen beiden Amplituden ausgeben. Die Prüfeinheit kann somit prüfen, ob oder wie sehr sich das Mikrofonsignal vom Referenzsignal unterscheidet. Dadurch kann das Mikrofonsignal eines mit Gas gefüllten Volumens ausgewertet oder bewertet werden. Die Auswertung kann Rückschlüsse auf das Gas, mit dem das Volumen gefüllt ist und damit auf die Gasdichtheit des Volumens zulassen.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Messung 300 eines Mikrofonsignals 302 eines Volumens mit einer intakten Abdichtung, d.h. hier ist ein Gasaustausch des Gases mit einer Umgebung des Volumens verhindert, und eines Mikrofonsignals 304 eines Volumens mit einer defekten Abdichtung, d.h. ein Gasaustausch ist hier möglich. Eine Amplitude 306 des Mikrofonsignals 302 kann dabei eine erste Amplitude 308 und das Mikrofonsignal 304 eine zweite Amplitude 310 sein. Ein Mikrofonsignal 316 kann weiterhin eine Amplitude 318 aufweisen. Eine jeweilige Messung kann dabei zu einem Zeitpunkt 312 und für eine Zeitdauer 314 erfolgt sein.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist ein Referenzsignal, das für den Vergleich durch die Prüfeinheit verwendet werden kann, ein Mikrofonsignal, das in einer vorbestimmten Kalibriersituation durch das von einer Gasanregeeinrichtung eines intakten Volumens angeregte Gas hervorgerufen ist. Ein solches Mikrofonsignal ist beispielsweise das Mikrofonsignal 302. In dem Ausführungsbeispiel ist also das Mikrofonsignal 302 das Referenzsignal oder das Mikrofonsignal 302 wird als Referenzsignal verwendet. Das Referenzsignal weist die Amplitude 308 auf.
  • Eine vorbestimmte Kalibriersituation kann umfassen, dass bei der Messung des Referenzsignals eine bestimmte Umgebungstemperatur oder Normtemperatur vorliegt. Ferner kann die Kalibriersituation umfassen, dass ein Volumen, an dem die Messung vorgenommen wurde, mit einem vorbestimmten Gas gefüllt oder befüllt ist. Somit ist die Art des Gases, dem das Referenzsignal zugeordnet ist, bekannt. Es ist möglich, dass das Referenzsignal temperaturabhängig ist und mehrere Referenzsignale für ein vorbestimmtes Gas bei je unterschiedlichen Temperaturen generiert werden. Ein Referenzsignal kann beispielsweise für einen vorbestimmten Temperaturbereich, etwa in einem Bereich von 2°K oder 5°K um einen jeweiligen Temperaturwert herum, gelten. Ein System mit einem Temperatursensor oder einer Information über die Temperatur, kann in Abhängigkeit von dieser Temperatur ein für diese Temperatur gültiges Referenzsignal für den Vergleich auswählen. Die Messung des Referenzsignals kann dadurch erfolgen, dass in der Kalibriersituation an die Gasanregeeinrichtung 104 des Volumens 102 ein entsprechendes elektrisches Signal angelegt wird. Durch das Referenzsignal ist dann dasjenige Mikrofonsignal bekannt, das bei einer Messung am Volumen 102 am Mikrofonausgang vorliegt, wenn das Volumen 102, das insbesondere gasdicht und intakt ist, mit dem gleichen Gas gefüllt ist, mit dem es in der Kalibriersituation gefüllt ist oder war.
  • Das Mikrofonsignal 302, das als Referenzsignal genutzt werden kann, kann an einem intakten Volumen hervorgerufen sein. Das Volumen kann insbesondere bezüglich seiner Abdichtung intakt sein. Damit ist gemeint, dass sichergestellt ist, dass sich tatsächlich das vorbestimmte Gas der Kalibriersituation im Volumen befindet. Ein Referenzsignal kann dafür basierend auf einer Messreihe mit mehreren Volumen bestimmt sein. Die intakten Volumen der Messreihe können beispielsweise statistisch erkannt werden. In einer Messreihe kann das Mikrofonsignal 302 eines intakten Volumens häufiger auftreten als das Mikrofonsignal 304 eines defekten Volumens, da sich die Mikrofonsignale 302 intakter Volumen gleichen während Mikrofonsignale 304 defekter Volumen beispielsweise verschiedene Amplituden aufweisen. Die Intaktheit der Volumen kann auch dadurch festgestellt werden, dass das Mikrofonsignal 302 bei mehreren Messungen an demselben Volumen konstant bleibt, wenn ein das Volumen umgebendes Gas oder Umgebungsgas bei den jeweiligen Messungen durch ein Gas einer anderen Art ausgetauscht wird. Die Ermittlung des Referenzsignals durch Messung kann bewirken, dass das Referenzsignal für ein jeweiliges Gas einfach ermittelt werden kann und nur einmalig ermittelt werden muss. Ein Referenzsignal kann auch an einem Volumen erzeugt werden, das sich in einer Umgebung mit einem vorbestimmten Gas, für das das Referenzsignal gelten soll, befindet, sodass sowohl bei einem intakten als auch bei einem defekten Volumen innerhalb des Volumens das vorbestimmte Gas befindet.
  • In einem Beispiel kann das Referenzsignal auch ein theoretisch ermitteltes oder berechnetes Mikrofonsignal 302 sein. Durch Kenntnis einer Größe des Volumens 102, der Gaszusammensetzung, der Temperaturerhöhung des Gases 110 durch die Gasanregeeinrichtung 104 sowie der Empfindlichkeit des Mikrofons 106 kann beispielsweise die Amplitude 308, die sich bei einem intakten Volumen bei einer Messung ergeben würde, berechnet werden. Eine Berechnung eines oder mehrerer Referenzsignale für eine oder mehrere verschiedene Gase kann schnell und kostengünstig möglich sein.
  • Ein Referenzsignal für ein bestimmtes Volumen kann in einem Ausführungsbeispiel einmalig bestimmt werden und dann als ein Referenzsignal an baugleiche, insbesondere bezüglich der Größe und einer Gasfüllung gleiche Volumen verwendet werden. Für eine Produktionsreihe an Volumen müsste dann nicht für jedes einzelne Volumen ein eigenes Referenzsignal ermittelt werden, sondern ein Referenzsignal müsste nur einmal ermittelt werden und kann für alle baugleichen oder typgleichen Volumen verwendet werden. Daraus kann sich bei großen Stückzahlen von Volumen eine Kosten- und Zeitersparnis ergeben. Ein solches Referenzsignal kann beispielsweise in einem Speicher der Prüfeinheit 108 bereitgestellt sein. Somit kann eine Prüfeinheit 108 mit mehreren Referenzsignalen die Gasdichtheit von verschiedenen Volumen prüfen.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann ein zweites Referenzsignal zur Detektion eines Defektes oder einer defekten Abdichtung hinterlegt sein. Das zweite Referenzsignal kann dem Umgebungsgas 116 zugeordnet sein. Das Mikrofonsignal kann durch die Prüfeinheit sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Referenzsignal verglichen werden. Wenn das Mikrofonsignal dem zweiten Referenzsignal gleicht, ist bekannt, dass das Umgebungsgas 116 in das Volumen eingedrungen ist, sodass auf eine defekte Abdichtung rückgeschlossen werden kann.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das System 100 eine Ausgabeeinheit. Die Ausgabeeinheit kann dazu ausgestaltet sein, ein Signal mit einer Information, dass das Volumen intakt ist, auszugeben. Ein solches Signal kann ein digitales oder analoges elektronisches Signal sein. Es kann somit bekannt sein oder einem weiteren Gerät bekannt gemacht werden, ob das Volumen intakt ist und folglich auch, ob beispielsweise von einem das Volumen aufweisenden Sensor ermittelte Messergebnisse richtig oder vertrauenswürdig sind. Somit kann zum Beispiel die Funktionalität eines photoakustischen Sensors mit einem gasgefüllten Volumen angezeigt werden. Dies kann auch eine Funktionalität des Mikrofons sowie einer Auswerteelektronik umfassen, denn wenn ein zu erwartendes Mikrofonsignal nach einem Anregen des Gases empfangen wird, ist gewährleistet, dass nicht nur die Sensorzelle intakt ist, sondern auch eine für eine Signalerzeugung genutzte Signalverarbeitung funktionsfähig ist. Diese Funktionalitätsprüfung kann sowohl bei der Produktion zur Qualitätssicherung als auch im Einsatz eines solchen photoakustischen Sensors zur Qualitätsüberwachung kontinuierlich oder in vorbestimmten Abständen erfolgen, ohne dass zusätzliche Prüfelemente im Sensor benötigt sind.
  • Ein derartiges Signal wird in einem Ausführungsbeispiel dann ausgegeben, wenn das Mikrofonsignal innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches um das Referenzsignal liegt. Der Toleranzbereich kann beispielsweise zu erwartende Alterserscheinungen des Volumens berücksichtigen, durch die das Mikrofonsignal leicht vom Referenzsignal abweichen kann, obwohl das Volumen intakt ist. Beispielsweise ist als Referenzsignal das Mikrofonsignal 302 genutzt. Durch Anregung des Gases innerhalb des Volumens kann das Mikrofonsignal 316 hervorgerufen sein. Zur Erzeugung des Mikrofonsignals 316 kann die Gasanregeeinrichtung mit Spannung beaufschlagt erwärmt werden. Das Mikrofonsignal 316 kann, um innerhalb des Toleranzbereiches zu liegen, eine selbe oder ähnliche Amplitude 306 wie das Referenzsignal aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel weist das Mikrofonsignal 316 die Amplitude 318 auf und das Referenzsignal die Amplitude 308 auf. Je nach einem gewähltem Toleranzbereich kann dennoch darauf geschlossen werden, dass das Volumen intakt ist. Die Amplituden können gleich sein oder in einem zeitlichen Mittel über die Zeitdauer 314 gleich sein, sodass statistische Messfehler ausgeglichen werden können. Alternativ zu einer Amplitude kann als charakteristische Eigenschaft des Referenzsignals in einigen Beispielen auch eine Anstiegszeit des Signals verwendet werden oder andere Signalcharakteristiken verwendet werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel entspricht ein Toleranzbereich einem Amplitudenbereich. Er kann beispielsweise zwischen 90 Prozent und 110 Prozent von einem Amplitudenwert des Referenzsignals liegen. Wenn das Referenzsignal die Amplitude 308 aufweist und die Amplitude 318 des Mikrofonsignals weniger als 3 Prozent oder 10 Prozent geringer ist als die Amplitude 308 des Referenzsignals, kann also ein Signal ausgegeben werden, dass das Volumen intakt ist. Es kann auch ein Signal ausgegeben werden, dass die Abweichung der Amplitude 318 gegenüber der Amplitude 308 anzeigt oder ein Signal, dass unterscheidet, ob die Amplitude 318 innerhalb des Toleranzbereiches nahe, beispielsweise mit einer Abweichung von 2 Prozent, oder weiter entfernt, beispielsweise mit einer Abweichung von 10 Prozent, von der Amplitude 308 liegt. Eine Änderung der Abweichung über der Zeit, beispielsweise bei zwei Messungen, die in einem Abstand von einem Tag, einer Woche oder einem Monat durchgeführt werden, kann somit erfasst werden, obwohl die Amplitudenwerte jeweils innerhalb des Toleranzbereiches liegen. Bei einer so erfassten stetigen Änderung kann beispielsweise ein Zeitpunkt prognostiziert werden, ab dem der Amplitudenbereich nicht mehr im Toleranzbereich liegt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Prüfeinheit eine Ausgabeeinheit, die ein Signal mit der Information, dass das Volumen defekt ist, ausgeben kann. Ein solches Signal kann beispielsweise dann ausgegeben werden, wenn das Mikrofonsignal innerhalb eines vorbestimmten, das Referenzsignal ausschließenden Fehlerbereiches liegt. Der Fehlerbereich kann dabei den Toleranzbereich ausschließen. Wenn also das Mikrofonsignal empfangen wird und die Prüfeinheit feststellt, dass es nicht im Toleranzbereich liegt, kann eine Information ausgegeben werden, dass das Volumen defekt ist. Durch die Ausgabeeinheit kann in diesem Fall bekannt sein, dass das Volumen nicht funktionsfähig ist und somit Messergebnisse beispielsweise eines photoakustischen Sensors mit diesem Volumen nicht vertrauenswürdig sind. Mit dieser Information kann beispielsweise ein Betrieb eines betroffenen Sensors beendet oder eingestellt werden oder ein entsprechender Sensor kann ausgetauscht werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann ein Signal, dass das Volumen undicht ist, ausgegeben werden, wenn eine zeitliche Änderung der Amplitude des Mikrofonsignals 104 größer als ein vorbestimmter Grenzwert oder Fehlerwert ist. Dieser kann etwa etwa 1 Prozent pro Stunde betragen oder einen je nach Volumen zu ermittelnden Wert betragen. So kann auch eine leichte Beschädigung der Abdichtung des Volumens erfasst werden, bei der ein Gasaustausch mit der Umgebung über einen längeren Zeitraum hinweg stattfindet. Bei einer ersten Messung kann die Amplitude 318 des Mikrofonsignals 316 beispielsweise um 1 Prozent von der Amplitude 308 des Referenzsignals abweichen, bei einer zweiten Messung in einem zeitlichen Abstand von einer Stunde oder einem Tag kann die Amplitude 318 des Mikrofonsignals 316 beispielsweise um 5 Prozent von der Amplitude 308 des Referenzsignals abweichen. In diesem Fall kann das Signal ausgegeben werden, dass das Volumen undicht ist, da sich der Amplitudenwert des Mikrofonsignals zeitlich so schnell verändert, dass er den Fehlerwert überschreitet. Eine Leckage oder defekte Abdichtung des Volumens kann dadurch frühzeitig bemerkt werden, insbesondere bereits auch dann, wenn sich das Mikrofonsignal bezüglich einer Amplitude trotz defekter Abdichtung noch in einem Toleranzbereich befindet.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das System eine Ausgabeeinheit, die dazu ausgestaltet ist, ein Signal mit einer Information auszugeben, dass das Mikrofon oder zumindest ein Teil einer Mikrofonsignalverarbeitungseinheit des Systems defekt ist. Dieses Signal kann dann ausgegeben werden, wenn das Mikrofonsignal eine Amplitude von Null aufweist oder diese in einem Nullbereich liegt, auch dann wenn das Gas von der Gasanregeeinrichtung angeregt ist. Der Nullbereich kann etwa ein Amplitudenbereich sein, der kleiner als 10 Prozent oder kleiner als 5 Prozent der Amplitude eines Referenzsignals ist, oder ein Bereich sein, der eine Rauschamplitude des Mikrofonausgangs umfasst. Ein Teil des Systems kann somit gezielt auf Funktionalität geprüft werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Prüfeinheit den Signalausgang 114, der dazu ausgebildet ist, ein Signal zur Anregung des Gases durch die Gasanregeeinrichtung auszugeben. Ein solches Signal kann ein binäres Signal oder ein elektrisches Signal mit einer vorbestimmten Frequenz, etwa 10 Hz oder 100 Hz, oder einer an die Prüfeinheit angepassten Frequenz sein. Das Signal kann eine vorbestimmte Spannung aufweisen, so dass es in der Gasanregeeinrichtung einen Strom in einem Bereich einiger Mikroampere oder Milliampere bewirkt. Die Spannung kann von einem elektrischen Widerstand der Gasanregeeinrichtung abhängig sein. Der Signalausgang 114 kann elektrisch mit der Gasanregeeinrichtung verbunden sein. Der Signalausgang kann auch ein Aktivierungssignal an eine Vorrichtung senden, welche wieder in Abhängigkeit von dem Aktivierungssignal ein entsprechendes Signal an die Gasanregeeinrichtung anlegt. Ein Signal, das an die Gasanregeeinrichtung angelegt werden kann, kann je nach Beschaffenheit der Gasanregeeinrichtung eine Spannung aufweisen, sodass eine Leistung oder Wärmeleistung von einigen Milliwatt, etwa 2 mW oder 5 mW oder 10 mW an der Gasanregeeinrichtung erreicht werden kann. Das Signal kann einen Wechselanteil aufweisen, etwa einen Tastgrad von 50 Prozent bei einer Frequenz von 10 Hz. Ein dadurch hervorgerufenes Mikrofonsignal kann mit einem Lock-in gefiltert werden. Die Prüfeinheit kann einen Auswerteprozess dadurch jederzeit unabhängig von einer externen Einrichtung anstoßen oder durchführen. Die Funktionalität oder Gasdichtheit des Volumens kann also jederzeit durch die Prüfeinheit des Systems getestet oder geprüft werden, sodass zu einem solchen Test kein weiteres externes Prüfgerät notwendig ist. Es können somit etwa regelmäßig während eines Betriebs Informationen darüber ausgegeben werden, ob das System funktionsfähig ist.
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines photoakustischen Sensors 400, das auch als photoakustisches Sensorsystem bezeichnet werden kann und Funktionen des beschriebenen Systems umfasst. Das photoakustische Sensorsystem 400 weist eine hermetisch abgeschlossene Sensorzelle 402 auf, die mit einem Gas 404 gefüllt ist. Es weist auch eine Lichtquelle 406 auf, welche ein Lichtsignal 408 an die Sensorzelle 402 senden kann. Die Sensorzelle weist zumindest ein Mikrofon 410 und eine Gasanregeeinrichtung 411 auf. Das Gas kann durch das Lichtsignal 408 photoakustisch angeregt werden. Das Mikrofon ist über einen Mikrofonausgang 412 mit einem Signaleingang 414 einer Prüfeinheit 416 verbunden. Ein Mikrofonsignal kann mit einem Referenzsignal 418 verglichen werden. Ein Signalausgang 420 der Prüfeinheit ist über eine elektrische Verbindung 422 mit der Gasanregeeinrichtung 411 verbunden.
  • Die Sensorzelle ist entsprechend eines zuvor beschriebenen Volumens oder hermetisch abgeschlossenen Raumes gasdicht ausgebildet. Die Lichtquelle 406, etwa ein optischer Emitter, ist dazu ausgebildet, das Gas innerhalb der Sensorzelle anzuregen. Aufgrund der optischen oder photonischen Anregung kann ein photoakustischer Effekt hervorgerufen werden, der ein Mikrofonsignal am Mikrofon hervorruft, durch das eine Gaskonzentration auf einer Messstrecke, über die das Lichtsignal 408 gesendet wird, bestimmt werden kann.
  • Die Prüfeinheit des photoakustischen Sensors ist dazu ausgebildet, eine Gasdichtheit der Sensorzelle zu prüfen und damit, ob eine wie oben beschrieben bestimmte Gaskonzentration auf einer Messstrecke richtig bestimmt wurde. Die Prüfeinheit kann dazu basierend auf einem Mikrofonsignal eine Gasdichtheit der Sensorzelle prüfen, wobei das Gas von der Gasanregeeinrichtung 411 thermisch angeregt ist und das Mikrofonsignal aufgrund des thermoakustischen Effektes hervorgerufen ist. Somit kann die ordnungsgemäße Funktionalität des photoakustischen Sensorsystems 400 geprüft werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass im Fall eines ausgegebenen Signals mit der Information, dass die Sensorzelle intakt ist, ein Messergebnis, das eine Konzentration eines Gases auf einer Messstrecke des photoakustischen Sensorsystems beinhalten kann, korrekt oder vertrauenswürdig ist.
  • Die Prüfeinheit des akustischen Sensors photoakustischen Sensors kann im photoakustischen Sensor integriert sein oder als externes Bauelement an einen bestehenden photoakustischen Sensor angebaut sein. Dadurch ist es beispielweise möglich, eine Gasdichtheit bestehender Sensorzellen bestehender photoakustischer Sensoren mittels der Prüfeinheit zu überprüfen.
  • Anhand des photoakustischen Sensorsystems 400 soll beispielhaft ein in 5 dargestelltes Verfahren 500 zum Auswerten eines mit Gas gefüllten Volumens beschrieben werden. Das Verfahren 500 umfasst ein Anregen 502 eines Gases, ein Erfassen 504 eines Mikrofonsignals und ein Prüfen 506 einer Gasdichtheit des Volumens basierend auf dem Mikrofonsignal.
  • Das Anregen des Gases erfolgt verfahrensgemäß mittels einer Gasanregeeinrichtung, etwa mittels der Gasanregeeinrichtung 411. Das Anregen kann ein Anlegen eines elektrischen Signals an die Gasanregeeinrichtung über einen Signalausgang 420 der Prüfeinheit 416 umfassen. Die Gasanregeeinrichtung kann auch auf andere Weise aktiviert werden. Die Gasanregeeinrichtung kann erwärmt werden und das Gas kann durch die Erwärmung angeregt werden, sodass aufgrund eines thermoakustischen Effektes ein Mikrofonsignal hervorgerufen werden kann. Dieses Mikrofonsignal kann beim Erfassen 504 vom Mikrofon 410 erfasst und über den Mikrofonausgang 412 an den Signaleingang 414 geleitet werden und von der Prüfeinheit 416 mit dem Referenzsignal 418 verglichen werden. Das Referenzsignal kann für einen Vergleich mit dem Mikrofonsignal bereitgestellt werden. Als Referenzsignal kann ein vorher aufgenommenes, zur verwendeten Sensorzelle 402 und zum Gas 404 korrespondierendes Mikrofonsignal verwendet werden, etwa das Mikrofonsignal 302.
  • Das Verfahren 500 kann an bestehenden Sensorzellen oder Volumen angewendet werden oder mit solchen Sensorzellen oder Volumen durchgeführt werden, ohne dass eine Notwendigkeit deren Modifikation besteht. Bestehende Sensorzellen oder Volumen können bereits eine als Gasanregeeinrichtung verwendbare Einrichtung, etwa in Form eines Temperatursensors, aufweisen. Durch Anlegen eines entsprechenden Signals in einer Kalibriersituation kann mit der bestehenden Sensorzelle ein Referenzsignal generiert und gespeichert werden. Das Referenzsignal kann zum Vergleich von Mikrofonsignalen der Sensorzelle genutzt werden, wenn diese auf Funktionalität oder intakte Abdichtung getestet werden soll. Auf diese Weise stellt das Verfahren 500 eine Möglichkeit einer Auswertung einer Sensorzelle mit einem geringen Aufwand dar, das für Sensorzellen verschiedener Art oder Gehäuse und verschiedener Materialien oder Größen anwendbar ist. Durch das Verfahren 500 können Sensorzellen und beliebige Volumen auf intakte Abdichtung geprüft werden oder es kann ein Leckage-Test durchgeführt werden, bei dem auf einen Drucksensor oder externes Testequipment verzichtet werden kann. Dadurch kann ein kostengünstiger, hochvolumenfähiger, also auf eine große Produktionsstückzahl von Sensorzellen anwendbarer, Leckage-Test bereitgestellt werden.
  • In einem Beispiel ist die Sensorzelle 402 des photoakustischen Sensorsystems 400 intakt, also eine Abdichtung der Sensorzelle dicht, sodass kein Austausch des Gases mit einem Umgebungsgas der Sensorzelle möglich ist. In diesem Fall kann das Mikrofonsignal dem Mikrofonsignal 316 entsprechen. Das Ergebnis des Prüfens 506 kann sein, dass eine Ausgabeeinheit der Prüfeinheit 416 die Information ausgibt, dass die Sensorzelle intakt ist.
  • In einem anderen Beispiel ist die Sensorzelle des photoakustischen Sensorsystems 400 defekt, also eine Abdichtung der Sensorzelle defekt oder undicht, sodass das Gas durch ein Leck aus der Sensorzelle in die Umgebung ausgetreten ist und durch einen Gasaustausch mit der Umgebung nun das Umgebungsgas innerhalb der Sensorzelle ist. In diesem Fall kann das Mikrofonsignal dem Mikrofonsignal 304 entsprechen. Das Mikrofonsignal 304 kann etwa um mehr als 50 Prozent vom Referenzsignal 418 abweichen, sodass es außerhalb eines Toleranzbereiches und innerhalb eines Fehlerbereiches liegt. Das Ergebnis des Prüfens 506 kann sein, dass die Ausgabeeinheit der Prüfeinheit die Information ausgibt, dass die Sensorzelle defekt ist, insbesondere, dass die Sensorzelle undicht ist.
  • Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
  • Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.
  • Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben deren Entsprechungen umfassen.
  • Ein als „Mittel zum...“ Ausführen einer bestimmten Funktion bezeichneter Funktionsblock kann sich auf eine Schaltung beziehen, die ausgebildet ist zum Ausführen einer bestimmten Funktion. Somit kann ein „Mittel für etwas“ als ein „Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z. B. ein Bauelement oder eine Schaltung ausgebildet für oder geeignet für die jeweilige Aufgabe.
  • Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichneter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z. B „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein.
  • Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein grobes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch ein Bauelement implementiert werden, das ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
  • Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
  • Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    System
    102
    Volumen
    104
    Gasanregeeinrichtung
    106
    Mikrofon
    108
    Prüfeinheit
    110
    Gas
    112
    Mikrofonsignal
    114
    Signalausgang
    116
    Umgebungsgas
    200
    abgeschlossener Raum
    202
    Gasanregeeinrichtung
    204
    Anregung
    206
    Gas
    208
    Mikrofon
    210
    Mikrofonsignal
    212
    Mikrofonausgang
    214
    Amplitude
    216
    Amplitudenwert
    218
    korrespondierender Amplitudenwert
    300
    Messung
    302
    Mikrofonsignal
    304
    Mikrofonsignal
    306
    Amplitude
    308
    erste Amplitude
    310
    zweite Amplitude
    312
    Zeitpunkt
    314
    Zeitdauer
    316
    Mikrofonsignal
    318
    Amplitude
    400
    photoakustischer Sensor
    402
    Sensorzelle
    404
    Gas
    406
    Lichtquelle
    408
    Lichtsignal
    410
    Mikrofon
    411
    Gasanregeeinrichtung
    412
    Mikrofonausgang
    414
    Signaleingang
    416
    Prüfeinheit
    418
    Referenzsignal
    420
    Signalausgang
    422
    elektrische Verbindung
    500
    Verfahren
    502
    Anregen
    504
    Erfassen
    506
    Prüfen

Claims (20)

  1. System (100), umfassend: ein mit einem Gas (110) gefülltes Volumen (102); eine Gasanregeeinrichtung (104), die dazu ausgebildet ist, das Gas (110) innerhalb des Volumens (102) anzuregen; ein Mikrofon (106), das dazu ausgebildet ist, ein Mikrofonsignal (112) in Abhängigkeit von dem durch die Gasanregeeinrichtung (104) angeregten Gas (110) auszugeben; und eine Prüfeinheit (108), die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Mikrofonsignal (112) eine Gasdichtheit des Volumens (102) zu prüfen.
  2. System (100) nach Anspruch 1, wobei das mit dem Gas (110) gefüllte Volumen (102) ein regulär hermetisch abgeschlossener Raum ist.
  3. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasanregeeinrichtung (104) innerhalb des Volumens (102) angeordnet ist.
  4. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasanregeeinrichtung (104) eine Heizvorrichtung umfasst.
  5. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasanregeeinrichtung (104) dazu eingerichtet ist, das Gas (110) thermisch anzuregen und das Mikrofonsignal (112) in Abhängigkeit von einer thermoakustischen Eigenschaft des Gases (110) ausgegeben wird.
  6. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasanregeeinrichtung (104) ein elektrisches Widerstandselement umfasst, welches zum Anregen des Gases (110) durch Beaufschlagen mit einem vorbestimmten elektrischen Signal erwärmbar ist.
  7. System (100) nach Anspruch 6, wobei das elektrische Widerstandselement zumindest einen Teil eines innerhalb des Volumens (102) befindlichen Temperatursensors umfasst.
  8. System (100) nach Anspruch 7, wobei der Temperatursensor ein PTC-Temperatursensor oder PT1000-Temperatursensor ist.
  9. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasanregeeinrichtung (104) eine Photodiode umfasst, welche zum thermischen Anregen des Gases (110) des Volumens (102) mit einem vorbestimmten elektrischen Signal beaufschlagbar ist.
  10. System (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das vorbestimmte elektrische Signal eine vorbestimmte Spannung und/oder eine vorbestimmte Frequenz und/oder einen vorbestimmten Tastgrad aufweist.
  11. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfeinheit (108) ein Referenzsignal aufweist, das ein Mikrofonsignal ist, das in einer vorbestimmten Kalibriersituation durch das von der Gasanregeeinrichtung (104) eines gasdichten Volumens (102) angeregte Gas (110) hervorgerufen ist.
  12. System (100) nach Anspruch 11, wobei die Prüfeinheit (108) eine Ausgabeeinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, in dem Fall, dass das Mikrofonsignal (112) innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs um das Referenzsignal liegt, ein Signal mit einer Information, dass das Volumen (102) gasdicht ist, auszugeben.
  13. System (100) nach Anspruch 12, wobei der vorbestimmte Toleranzbereich einem Amplitudenbereich entspricht, der eine vorbestimmte Abweichung der Amplitude des Referenzsignales umfasst.
  14. System (100) nach Anspruch 13, wobei die vorbestimmte Abweichung 10 % umfasst und der Toleranzbereich einem Amplitudenbereich entspricht, in dem die Amplituden zwischen 90 Prozent und 110 Prozent der Amplitude des Referenzsignales liegen.
  15. System (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Prüfeinheit (108) eine Ausgabeeinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, in dem Fall, dass das Mikrofonsignal innerhalb eines vorbestimmten, das Referenzsignal ausschließenden Fehlerbereiches liegt, ein Signal mit einer Information, dass das Volumen (102) undicht ist, auszugeben.
  16. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfeinheit (108) eine Ausgabeeinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, in dem Fall, dass eine zeitliche Änderung des Mikrofonsignals größer als ein vorbestimmter Fehlerwert ist, ein Signal mit einer Information, dass das Volumen (102) undicht ist, auszugeben.
  17. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfeinheit (108) eine Ausgabeeinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, in dem Fall, dass das Mikrofonsignal innerhalb eines vorbestimmten Nullbereiches liegt, ein Signal mit einer Information auszugeben, dass das Mikrofon (106) und/oder eine Mikrofonsignalverarbeitungseinheit des Systems (100) defekt ist.
  18. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfeinheit (108) einen Signalausgang (114) umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein Signal auszugeben, das ein Anregen des Gases (110) durch die Gasanregeeinrichtung (104) bewirkt.
  19. Photoakustischer Sensor (400), umfassend: eine hermetisch abgeschlossene, mit einem Gas (404) gefüllte Sensorzelle (402); einen außerhalb der Sensorzelle (402) angeordneten optischen Emitter (406), der ausgebildet ist, das Gas (404) photonisch anzuregen; ein Mikrofon (410), das dazu ausgebildet ist, ein Mikrofonsignal in Abhängigkeit von dem angeregten Gas (404) auszugeben; eine Gasanregeeinrichtung (411) innerhalb der Sensorzelle (402), die dazu ausgebildet ist, das Gas (404) thermisch anzuregen; und eine Prüfeinheit (416), die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem von dem thermisch angeregten Gas (404) abhängigen Mikrofonsignal eine Gasdichtheit der Sensorzelle (402) zu prüfen.
  20. Verfahren (500) zum Prüfen einer Gasdichtheit eines mit einem Gas gefüllten Volumens, umfassend: Anregen (502) des Gases innerhalb des Volumens mittels einer Gasanregeeinrichtung; Erfassen (504) eines Mikrofonsignals in Abhängigkeit von dem angeregten Gas mittels eines Mikrofons; und Prüfen (506) der Gasdichtheit des Volumens basierend auf dem Mikrofonsignal.
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