DE102017211970A1

DE102017211970A1 - Sensoranordnung und Verfahren zum Testen einer Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102017211970A1
Application number: DE102017211970.5A
Authority: DE
Inventors: David Tumpold
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2019-01-17
Also published as: US20190017893A1; CN109253838B; US10935451B2; CN109253838A

Abstract

Eine Sensoranordnung (100) umfasst einen Druckwandler (110) in Fluidverbindung mit einem ein Fluid (F) aufweisenden Volumenbereich (130), wobei der Druckwandler (110) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) ein Drucksignal (SP) mit einem von der Druckänderung (ΔP) abhängigen Signalverlauf (S) auszugeben, ein Heizelement (150), das ausgebildet ist, um eine definierte Temperaturänderung (ΔT) des sich in dem Volumenbereich befindlichen Fluids (F) zu bewirken, wo-bei die eine Temperaturänderung (ΔT) des Fluids (F) eine Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) bewirkt, und eine Verarbeitungseinrichtung (170), die ausgebildet ist, um basierend auf dem Signalverlauf (S) des Drucksignals (SP), der bei einer von dem Heizelement (150) bewirkten Temperaturänderung (ΔT) in dem Volumenbereich (130) erhalten wird, einen momentanen Funktionsparameter (F) des Druckwandlers (110) zu ermitteln.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Testen bzw. Kalibrieren einer Sensoranordnung, und insbesondere auf einen in-Situ-Test thermo-akustischer Mikrophone bzw. von Sensoranordnungen unter Verwendung thermo-akustischer Mikrophone. Ausführungsbeispiele beziehen sich ferner allgemein auf ein Kalibrierungsverfahren eines Schallwandlers, wie z. B. eines Mikrophons, oder photoakustischen Sensoranordnung (PAS = photo-acoustic spectroscopy) bzw. eines Gassensors.
Hintergrund
Die Erfassung von Umwelt- bzw. Umgebungsparametern, wie z. B. Lärm, Schall, Temperatur und Gase oder Gaszusammensetzungen in der Umgebungsatmosphäre erlangt eine immer größere Bedeutung bei der Implementierung einer entsprechenden Sensorik innerhalb mobiler Geräte, aber auch bei der Anwendung in der Home-Automation („Smart Home“) und auf dem Automobilsektor. So können beispielsweise gesundheitsschädliche Gaskonzentrationen, z. B. erhöhte CO- oder NOx-Konzentrationen, aufgrund von Luftverschmutzung oder auch aufgrund einer Fehlfunktion von sich in der Nähe befindenden Geräten auftreten. So ist das Wohlbefinden einer Person oder allgemein jeglichen Lebewesens stark von der Luftqualität beeinflusst. Somit stellt die Gaserfassung mittels kostengünstiger, immer verfügbarer und verlinkter Sensoren zukünftig ein immer stärker in den Vordergrund tretendes Thema dar. Bei dem immer umfassenderen Einsatz von Sensoren besteht aber insbesondere auch ein Bedarf danach, möglichst unaufwendig aber trotzdem äußerst zuverlässig festzustellen, ob der Sensor zur Erfassung eines Umgebungsparameters korrekt arbeitet oder ob eine Fehlfunktion des Sensors vorliegt bzw. ob bereits eine relevante Abweichung von vorgegebenen Betriebsparametern des Sensors vorliegt.
Zusammenfassung
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Konzept, mit dem ein Funktionsparameter einer Sensoranordnung bzw. die Funktionsfähigkeit einer Sensoranordnung überprüft und bei Bedarf entsprechende Kalibrierinformationen bereitgestellt werden können.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand der Ansprüche der vorliegenden Offenbarung erfüllt werden. Weiterbildungen des vorliegenden Konzepts sind in den Unteransprüchen definiert.
Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst eine Sensoranordnung 100 einen Druckwandler 110 in Fluidverbindung mit einem ein Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130, wobei der Druckwandler 110 ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 ein Drucksignal S_P mit einem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP auszugeben, ein Heizelement 150, das ausgebildet ist, um eine definierte Temperaturänderung ΔT des sich in dem Volumenbereich befindlichen Fluids F zu bewirken, wobei die Temperaturänderung ΔT des Fluids F eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt, und eine Verarbeitungseinrichtung 170, die ausgebildet ist, um basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P , der bei einer von dem Heizelement 150 bewirkten Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 erhalten wird, einen momentanen Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 zu ermitteln.
Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst ein Verfahren 200 zum Testen einer Sensoranordnung 100 ein Erzeugen 210 einer definierten Temperaturänderung ΔT eines sich in einem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F, wobei die Temperaturänderung ΔT des Fluids F eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt, ein Erfassen 220 der Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 mit einem Druckwandler 110, der sich in einer Fluidverbindung mit dem das Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130 befindet, ein Ausgeben 230 eines Drucksignals mit einem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP ansprechend auf die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130, und ein Ermitteln 240 eines momentanen Funktionsparameters (F_IST ) des Druckwandler 110 basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P , der bei der Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 erhalten wird.
Ausführungsbeispiele beziehen sich somit auf ein akustisches Testkonzept für eine einen Druckwandler aufweisende Sensoranordnung als auch auf die Ermittlung von Kalibrierinformationen für die den Druckwandler aufweisende Sensoranordnung, wobei der Druckwandler beispielsweise als ein kapazitiver, induktiver oder piezoelektrischer Schallwandler, wie z. B. ein Mikrophon, ausgebildet sein kann.
Sogenannte PAS-Sensoren (PAS = photo-acoustic spectroscopy) unter Verwendung eines Mikrophons verwenden thermische Quellen bzw. Heizelemente, um die erforderliche IR-Strahlung (IR = infrarot) zu erzeugen. Gemäß Ausführungsbeispielen kann nun beispielsweise genau diese thermische Quelle verwendet, um eine akustische Druckänderung in einem Volumenbereich, d. h. einem Messvolumen bzw. Rückvolumen eines Mikrophons, zu erzeugen, wobei sich ein Druckwandler bzw. Mikrophon in einer Fluidverbindung mit dem Volumenbereich befindet. Basierend auf dem durch das Mikrophon erfassten Signalverlauf einer Druckänderung in dem Volumenbereich, die aufgrund der definiert und gezielt erzeugten Erwärmung des sich darin befindenden Fluids bewirkt wird, können beispielsweise Funktionsparameter des Druckwandlers, wie z.B. dessen Empfindlichkeit etc. oder auch weitere Systemeigenschaften der Sensoranordnung bestimmt werden. Mit der als Heizelement wirksamen thermischen Quelle wird eine bekannte Temperaturänderung, z.B. über eine definierte Energie, in dem Volumenbereich bewirkt. Diese Temperaturänderung kann basierend auf dem Ergebnis einer elektrischen oder thermischen Charakterisierung der Wärmequelle für den Fabrik- oder Kundentestfall erhalten werden.
Mit dieser Vorgehensweise zum Testen und/oder Kalibrieren der den Druckwandler aufweisenden Sensoranordnung wird beispielsweise keine zusätzliche externe Schallquelle benötigt, wobei z.B. die interne thermische Quelle als thermo-akustischer Wandler verwendet wird, wobei die durch diesen thermo-akustischen Wandler bewirkte, definierte Temperaturänderung in dem Volumenbereich über die daraus resultierende Druckänderung in dem Volumenbereich mittels des Druckwandler bzw. Mikrophons erfasst bzw. gemessen wird. Als thermische Wärmequelle kann jegliches, durch eine definierte Wärmemenge, bereitstellendes Bauelement verwendet werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann nun basierend auf dem „idealen Gasgesetz“ der Signalverlauf des Drucksignals, der bei einer von dem Heizelement bewirkten Temperaturänderung in dem Volumenbereich erhalten wird, ausgewertet werden, um momentane Betriebseigenschaften des Druckwandlers zu erhalten, wobei diese gemessenen Betriebseigenschaften mit Sollwerten verglichen werden können, um letztendlich eine Kalibrierinformation für den Druckwandler bzw. für die den Druckwandler aufweisende Sensoranordnung zu ermitteln.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1a-c eine schematische Prinzipdarstellung einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2a-d eine prinzipielle Darstellung der Sensoranordnung mit einem Schallwandler (Mikrophon) in unterschiedlichen Betriebszuständen zur Ermittlung des Signalverlaufs des Drucksignals bei einer von dem Heizelement bewirkten Temperaturänderung in dem Volumenbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3a-d eine prinzipielle Darstellung der Sensoranordnung mit einer Mehrzahl von Schallwandlern in unterschiedlichen Betriebszuständen zur Ermittlung des Signalverlaufs des Drucksignals bei einer von dem Heizelement bewirkten Temperaturänderung in dem Volumenbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 ein Verfahren zum Testen einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Kalibrierung einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Im Folgenden wird nun anhand der schematischen Darstellungen 1a-c der prinzipielle Aufbau einer Sensoranordnung 100 und deren prinzipielle Funktionsweise gemäß Ausführungsbeispielen dargestellt.
Die Sensoranordnung 100 weist einen Druckwandler 110 auf, der sich in einer Fluidverbindung mit einem ein Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130 befindet. Gemäß Ausführungsbeispielen kann ein Fluid ein Gas oder Gasgemisch bzw. eine Flüssigkeit oder Flüssigkeitsgemisch aufweisen. Der Druckwandler 110 ist nun beispielsweise ausgebildet, um ansprechend auf eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 ein Drucksignal S_P mit einem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_P auszugeben. Die Sensoranordnung 100 weist nun ferner ein Heizelement 150 auf, das ausgebildet ist, um eine definierte Temperaturänderung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken, wobei eine Temperaturänderung ΔT des Fluids F eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt. Die Sensoranordnung 100 weist ferner eine Verarbeitungseinrichtung 170 auf, die ausgebildet ist, um basierend auf dem Signalverlauf S_P des Drucksignals S_P , der bei einer von dem Heizelement 150 bewirkten Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 erhalten wird, einen momentanen Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 oder auch eine Kalibrierinformation I_CAL für den Druckwandler 110 zu ermitteln. Gleichzeitig kann die Verarbeitungseinrichtung 170 auch die Ansteuerung des Heizelementes 150 übernehmen oder dieses auch direkt beinhalten.
Die im Nachfolgenden beschriebenen, optionalen Ausgestaltungen der Sensoranordnung 100 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können alternativ oder auch in einer beliebigen Kombination (soweit nichts anderes explizit dargestellt ist) auf die in 1 dargestellte Sensoranordnung 100 angewendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist nun die Verarbeitungseinrichtung 170 ausgebildet, um eine momentanen Betriebsparameter F_IST des Druckwandlers 110 basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P zu ermitteln und um daraus die Kalibrierinformation I_CAL für den Druckwandler 110 zu ermitteln. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, das Heizelement 150 mit einem Steuersignal S_CONTROL zu steuern, d.h. zu aktivieren und nachfolgend wieder zu deaktivieren. Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Heizelement 150 ferner als Teil der Verarbeitungseinrichtung 170 ausgebildet sein.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Druckwandler 110 als ein Absolutdrucksensorelement, Relativdrucksensorelement und/oder Differenzdrucksensorelement ausgebildet sein. Ferner kann der Druckwandler 110 ausgebildet sein, um die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 gegenüber einem Referenzdruck P_REF in einem optionalen Referenzvolumenbereich 190 zu erfassen.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann ferner eine Ausgleichsöffnung bzw. Ventilationsöffnung 132 (optional) zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 vorgesehen sein. Gemäß Ausführungsbeispielen können der Volumenbereich 130 und der Referenzvolumenbereich 190 auch getrennt voneinander ausgebildet sein (nicht gezeigt in 1a).
Das Heizelement 150 ist nun ausgebildet, um die definierte Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 mit dem sich darin befindenden Fluid F zu bewirken, während bis auf im Wesentlichen unvermeidbare Wärmeleitungs- bzw. Wärmeübertragungseffekte (Konvektion), die i.A. vernachlässigbar gering sind, der Referenzvolumenbereich 190 beispielsweise von der Temperaturänderung ΔT des Fluids F in den Volumenbereich 130 unbeeinflusst sein kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist der Druckwandler 110 beispielsweise eine basierend auf dem einwirkenden Druck bzw. der einwirkenden Druckänderung ΔP auslenkbare Membran oder Lamelle 112 auf, wobei diese mechanische Auslenkung beispielsweise kapazitiv, induktiv, piezoresistiv, optisch oder mittels eines anderen geeigneten physikalischen Effekts ausgewertet bzw. ausgelesen werden kann. Das Auslesen und Auswerten des Drucksignals kann beispielsweise von der Verarbeitungseinrichtung 170 ausgeführt werden.
Bei einem kapazitiven Prinzip wird also eine auslenkbare Membran 112 des Druckwandlers 110 dem zu messenden Druck ausgesetzt. Die Biegung bzw. Auslenkung der Membran verursacht eine Änderung des Abstands zwischen der Membran und einer feststehenden Elektrode bzw. Gegenelektrode (nicht gezeigt in 1), wodurch die Kapazität zwischen der Membran und der Gegenelektrode variiert.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Auslenkung bzw. die geometrische Verformung der Membran beispielsweise auch mittels, z. B. implantierter, piezoresistiver Widerstände in der Membran (nicht gezeigt in 1) ausgelesen werden, wobei sich der spezifische Widerstand der piezoresistiven Widerstände basierend auf der geometrischen Verformung aufgrund der hervorgerufenen mechanischen Verspannung des Materials der Membran verändert. Diese Widerstandsänderung der piezoresistiven Widerstandselemente basierend auf der druckbedingten Verformung der verformbaren Membran kann wiederum ausgewertet werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Verformung der Membran aufgrund der einwirkenden Druckänderung ΔP auch optisch erfasst werden, indem der Grad der mechanischen Auslenkung der verformbaren Membran optisch erfasst wird.
Gemäß Ausführungsbeispielen können ferner resonante Drucksensoren eingesetzt werden, wobei bei einem resonanten Drucksensor ein entsprechend entworfener Resonator mit dem den Druck detektierenden Element verbunden ist, wobei die Verformung des den Druck detektierenden Elements eine Verformung des Resonators und damit eine entsprechende Veränderung der Resonanzfrequenz des Resonators zur Folge hat, die wiederum ausgelesen und ausgewertet werden kann. Somit weist die Resonanzfrequenz des Resonators eine Abhängigkeit von dem zu messenden Druck auf.
Die obige Aufzählung von unterschiedlichen Drucksensorelementen ist nur als beispielhaft, nicht aber als abschließend anzusehen, da im Wesentlichen jegliche Drucksensorelemente als Druckwandler 110 für die Sensoranordnung 100 eingesetzt werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 150 ausgebildet, um bei einer Aktivierung desselben eine möglichst definierte Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken. Das Heizelement 150 kann ferner gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet sein, um bei einer Deaktivierung desselben, nachfolgend auf einen aktivierten Zustand des Heizelements 150, eine Temperaturverringerung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken.
Wie die nachfolgenden Ausführungen ferner zeigen werden, kann das Heizelement 150 vollständig oder auch nur teilweise innerhalb des Volumenbereichs 130 mit dem Fluid F angeordnet sein. Das Heizelement 150 kann außerhalb des Volumenbereichs 130 angeordnet sein, sofern die von dem Heizelement 150 bereitgestellte Wärmeenergie (direkt oder indirekt) eine Temperaturänderung des sich darin befindenden Fluids F bewirken kann.
Das Heizelement oder auch die thermische Quelle 150 ist also in der Lage, die Fluidtemperatur, z. B. die Gas- oder Flüssigkeitstemperatur, in dem Volumenbereich 130 gezielt zu verändern, wobei dazu im Wesentlichen jegliche thermische Quelle eingesetzt werden kann. Als thermische Quellen bzw. Heizelemente 150 können Strahlungsemitter, wie z.B. IR-Emitter (IR = infrarot), deren emittierte elektromagnetische Strahlung in dem Volumenbereich 130 in Wärmeenergie umwandelbar ist bzw. (direkt oder indirekt) eine Temperaturänderung des sich darin befindenden Fluids bewirken kann, oder auch Schaltungselemente wie Widerstandselemente, Transistoren oder Dioden, die beispielsweise auf einem ASIC (ASIC = application specific integrated circuit) angeordnet sein oder auch als separate Bauelemente ausgebildet sein können, eingesetzt werden. Ferner können als thermische Quellen 150 auch Impedanzen verwendet werden, die z.B. im Frequenzbereich geschaltet werden, um Leistungsverluste bei diesen Bauelementen zu bewirken, wobei diese Leistungsverluste wiederum die Temperaturerhöhung in dem Volumenbereich mit dem darin sich befindenden Fluid F bewirken. Ferner kann das Heizelement 150 auch in dem Druckwandler 130 und dort beispielsweise an der Membran oder Lamelle ausgebildet sein, die dann selbst als Heizstruktur wirksam sein kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Druckwandler 110 beispielsweise als ein Schallwandler ausgebildet sein, wobei die Mikrophonmembran oder auch die Rückplatte (Gegenelektrode) selbst als die Heizstruktur des Heizelements 150 wirksam sein können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Heizelement 150 auch durch eine Absorptionsfläche innerhalb des Volumenbereichs 130 implementiert sein, wobei eine optische Quelle, d. h. eine Quelle, die elektromagnetische Strahlung aussendet, ausgebildet sein kann, um die definierte, z. B. dunkle oder schwarze, Absorptionsfläche durch Bestrahlung mit Licht, z.B. Laserlicht, zu aktivieren, d. h. eine definierte Temperaturerhöhung der Absorptionsfläche und damit auch des Volumenbereichs 130 zu bewirken.
Die obigen Ausführungen machen deutlich, dass gemäß Ausführungsbeispielen im Wesentlichen jegliche Wärmequelle als das Heizelement 150 in dem Messvolumen bzw. Volumenbereich 130 eingesetzt werden kann, die eine definierte Temperaturänderung des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirken kann. Die obige Aufzählung von Heizelementen ist somit nur als beispielhaft, nicht aber als abschließend anzusehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Heizelement 150 ausgebildet sein, um eine konstante Wärmemenge (Energie) für eine vorgegebene Zeitdauer in den Volumenbereich 130 einzubringen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Heizelement 150 ausgebildet sein, um als eine steuerbare Wärmequelle eine variable Wärmeenergie/Zeit-Funktion bereitzustellen, wenn z.B. ein Regler verwendet wird, um auf eine definierte Temperatur abzuzielen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann auf die in 1a dargestellte Sensoranordnung 100 mit dem zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 angeordneten Druckwandler 110 das „ideale Gasgesetz“ auf den Druckverlauf, d. h. auf den momentanen Druck P oder die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 angewendet werden: $PV = nRt,$
mit P = momentaner Druck, V = Volumen, n = Molanzahl, R = Gaskonstante, T = Temperatur des Fluids F in dem Volumenbereich 130.
Ausgehend von einer definierten Temperaturänderung ΔT des Fluids F in dem Volumenbereich 130 mittels des Heizelements 150 wird eine Volumenänderung (Volumenerhöhung oder Volumenverringerung) ΔV und daraus resultierend eine Druckänderung in Form einer Druckerhöhung oder Druckverringerung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt, während eine Ventilation bzw. ein Ausgleich als ein Druckausgleich zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 durch die Ausgleichsöffnung bzw. Ventilationsöffnung 132 erfolgt. Gemäß der obigen Formel wird sich der Druck P entsprechend seiner bekannten Fluideigenschaften (mR) verändern, während die Temperatur T mit dem Heizelement 150 als thermische Quelle eingestellt wird, während das Volumen V des Volumenbereichs 130 bis zu dem Übergangspunkt, d.h. bis zum Einsetzen bzw. Wirksamwerden der Ventilation, als fest eingestellt angesehen werden kann.
Aufgrund der Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 verändert sich der Druck P unter Berücksichtigung der Ventilationszeitkonstante bzw. Druckausgleichszeitkonstante, wobei dies beispielsweise als ein Volumenausgleich zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 angesehen werden kann. Falls nun der thermische Puls zur Temperaturänderung ΔT definiert und innerhalb eines Toleranzbereichs bekannt ist, kann dieser beispielsweise als ein Kalibrationspuls eingesetzt werden, da verschiedene Eigenschaften des Druckwandlers 110, wie z. B. die Empfindlichkeit aus dem Absolutdruck und das Übergangsverhalten in Form der Grenzfrequenz oder Ventilationsfrequenz, aus dem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP abgeleitet bzw. extrahiert werden können.
In 1b ist nun ferner ein beispielhafter von der Druckänderung ΔP abhängiger Signalverlauf S_ΔP eines Differenzdrucksensors, z.B. Mikrophones, während unterschiedlicher Zeitintervalle I_N mit N = 0, 1, 2, 3, ... dargestellt, wobei gemäß einem Ausführungsbeispiel ungeradzahlige Temperaturintervalle I₁ , I₃ etc., beispielsweise einen Zustand zeigen, bei dem das Heizelement 150 bei dessen Aktivierung eine definierte Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt, während bei geradzahligen Zeitintervallen I₂ , I₄ , etc. bei einer Deaktivierung des Heizelements 150 nachfolgend zu einem aktivierten Zustand des Heizelements 150 eine Temperaturverringerung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt wird.
Die Intervalle I_N in 1b weisen beispielsweise zu Darstellungszwecken eine Dauer 5τ auf, wobei τ die Zeitkonstante τ der Exponentialfunktion des abfallenden Abschnitts des Signalverlaufs S_ΔP ist. Es kann somit angenommen werden, dass am Ende der Intervalle I_N die Membran des Druckwandlers 110 wieder entspannt ist, d. h. das System sich wieder im Ausgangszustand befindet. Die Dauer der Intervalle I_N ist aber im Wesentlichen beliebig z.B. mit N ≥ 1 wählbar, soweit der gewünschte Funktionsparameter weiterhin aus dem resultierenden Signalverlauf S_ΔP ableitbar sind.
In der Darstellung von 1b ist das Drucksignal S_P mit dem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP über der Zeit t dargestellt, wobei ferner mehrere Zeitintervalle I₀ , I₁ , I₂ , I₃ ... beispielhaft dargestellt sind. Während der Zeitintervalle I₁ , I₃ wird beispielsweise eine definierte Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt, während in dem Zeitintervall I₂ eine definierte Temperaturverringerung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt wird. Bei dem Signalverlauf S_P von 1b wird davon ausgegangen, dass bis zu dem Zeitpunkt t₀ im Intervall I₀ die Membran des Druckwandlers 110 entspannt ist, d. h. keine Auslenkung aufgrund einer Aktivierung oder nachfolgenden Deaktivierung des Heizelements 150 erfährt.
Zum Zeitpunkt t₀ zu Beginn des Zeitintervalls I₁ wird nun das Heizelement 150 aktiviert, so dass sich die Fluidtemperatur T ausgehend von der Ausgangstemperatur T₀ , d. h. beispielsweise der Umgebungstemperatur, bis zum Zeitpunkt t₁ am Ende des Zeitintervalls I₁ auf die erhöhte Temperatur T₁ , mit T₁ = T₀ + ΔT, erhöht. Über die definierte Zuführung der Wärmemenge durch das Heizelement 150 kann die Temperaturänderung ΔT innerhalb eines Toleranzbereichs von z. B. 50 %, 20 %, 10 % oder 1 %, auf den erhöhten Temperaturwert T₁ eingestellt werden. Ansprechend auf die Temperaturerhöhung ΔT des Fluids F in dem Volumenbereich 130 erfolgt eine entsprechende Druckerhöhung ΔP des Fluids F in dem Volumenbereich 130 mit einem entsprechend ansteigenden Signalverlauf S_ΔP . Zum Zeitpunkt t_a stellt sich beispielsweise ein Gleichgewichtszustand in Form eines lokales Maximums des Signalverlaufs S_ΔP ein. Dabei erreichen zum Zeitpunkt t_a die durch die Temperaturerhöhung ΔT des Fluids F bewirkte Druckerhöhung ΔP in dem Volumenbereich 130 und die durch die Ausgleichs- bzw. Ventilationsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 stattfindende Fluidaustausch einen gleichen Wert.
Der Temperaturverlauf T, der beginnend mit dem Zeitpunkt t₀ einen eine immer geringere Steigung aufweisenden Temperaturanstieg ΔT aufweist, erreicht nun bis zu dem Zeitpunkt t₁ einen im Wesentlichen thermisch stabilen Wert T₁ , während sich die Membran 112 des Druckwandlers 110 wieder entspannt. Dabei ist die Ausgleichsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 als ein Überdruckventil wirksam und gleicht die Druckverhältnisse in dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 im Wesentlichen wieder aus, so dass der Druckverlauf zum Zeitpunkt t₁ (z.B. t₁ = 5τ) in dem Volumenbereich 130 in etwa wieder den Ausgangszustand S₀ erreicht.
Der Temperaturverlauf im Volumenbereich 130 weist beispielsweise in erster Näherung eine einfache Exponentialfunktion auf, welche in den aufeinanderfolgen Intervallen zwischen der Ausgangstemperatur T₀ und der erhöhten Temperatur T₁ hin und her toggelt. Der Temperaturverlauf kann bei einer genaueren Betrachtung z.B. auch als mehrere thermische RC-Funktionen (Exponentialfunktionen) angenommen werden, welche ineinander gekoppelt sein können.
Wird nun zum Zeitpunkt t₁ das Heizelement 150 deaktiviert, wird nachfolgend zu dem aktivierten Zustand des Heizelements 150 ausgehend von der erhöhten Temperatur T₁ eine Temperaturverringerung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt.
Zum Zeitpunkt t₁ , d.h. zu Beginn des Zeitintervalls I₂ , wird nun das Heizelement 150 deaktiviert, so dass sich die Fluidtemperatur T ausgehend von der Temperatur T₁ am Ende des Zeitintervalls I₁ wieder verringert. Ansprechend auf die Temperaturverringerung ΔT des Fluids F in dem Volumenbereich 130 erfolgt eine entsprechende Druckverringerung ΔP des Fluids F in dem Volumenbereich 130 mit einem entsprechend abfallenden Signalverlauf S_ΔP . Zum Zeitpunkt t_b stellt sich beispielsweise ein Gleichgewichtszustand in Form eines lokales Minimums des Signalverlaufs S_ΔP ein. Dabei erreichen zum Zeitpunkt t_b die durch die Temperaturverringerung ΔT des Fluids F bewirkte Druckverringerung ΔP in dem Volumenbereich 130 und die durch die Ausgleichs- bzw. Ventilationsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 stattfindende Fluidaustausch einen gleichen Wert.
Der Temperaturverlauf T, der beginnend mit dem Zeitpunkt t₁ einen ein immer geringeres Gefälle aufweisenden Temperaturabfall ΔT aufweist, erreicht nun bis zu dem Zeitpunkt t₂ wieder den im Wesentlichen thermisch stabilen Wert T₀ , während sich die Membran 112 des Druckwandlers 110 wieder entspannt. Dabei ist die Ausgleichsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 als ein Überdruckventil wirksam und gleicht die Druckverhältnisse in dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 im Wesentlichen wieder aus, so dass der Druckverlauf zum Zeitpunkt t₂ in dem Volumenbereich 130 wieder den Ausgangszustand S₀ erreicht.
Während des Zeitintervalls I₂ zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ erfolgt somit eine Auslenkung der Membran des Druckwandlers 110 in der entgegengesetzten Richtung wie während des Zeitintervalls I₁ .
Wird nun zum Zeitpunkt t₂ das Heizelement 150 wieder aktiviert, wird nachfolgend zu dem deaktivierten Zustand des Heizelements 150 während des Zeitintervalls I₃ wieder eine Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt. Somit sind die Ausführungen hinsichtlich des Signalverlaufs während des Intervalls I₁ gleichermaßen wieder auf das Zeitintervall I₃ anwendbar. Gleichermaßen sind die Ausführungen für das Zeitintervall I₂ auf ein etwaiges Zeitintervall I₄ anwendbar.
In 1c ist nun ein weiterer beispielhafter von der Druckänderung ΔP abhängiger, erster und zweiter Signalverlauf S_Δ1P und S_Δ2P während unterschiedlicher Zeitintervalle I_N mit N = 0, 1, 2, 3, ... dargestellt, wobei gemäß einem Ausführungsbeispiel ungeradzahlige Temperaturintervalle I₁ , I₃ etc., beispielsweise einen Zustand zeigen, bei dem das Heizelement 150 bei dessen Aktivierung eine definierte Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt, während bei geradzahligen Zeitintervallen I₂ , I₄ , etc. bei einer Deaktivierung des Heizelements 150 nachfolgend zu einem aktivierten Zustand des Heizelements 150 eine Temperaturverringerung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt wird.
Die Intervalle I_N in 1c weisen beispielsweise eine Dauer 2τ (z.B. zwischen 1τ und 3τ) auf, wobei τ die Zeitkonstante τ der Exponentialfunktion des abfallenden Abschnitts des ersten und zweiten Signalverlaufs S_Δ1P und S_Δ2P ist. Es kann somit angenommen werden, dass sich am Ende der Intervalle I_N das System noch nicht wieder in einem ausgeglichenen Zustand befindet.
In 1c sind nun beispielhaft zwei Signalverläufe S_1ΔP und S_2ΔP dargestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt beispielsweise der erste Signalverlauf S_1ΔP den von dem Druckwandler bzw. Mikrophon 110 erhaltenen Signalverlauf dar, während der zweite Signalverlauf S_2ΔP einen Soll- oder Vergleichs-Signalverlauf in Form eines Soll-Funktionsparameter F_SOLL des Druckwandlers 110 darstellt, der beispielsweise in einem von der Verarbeitungseinrichtung 170 zugreifbaren Speicher abgespeichert ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt beispielsweise der erste Signalverlauf S_1ΔP den von dem Druckwandler bzw. Mikrophon 110 erhaltenen Signalverlauf dar, während der zweite Signalverlauf S_2ΔP den von einem weiteren Druckwandler (nicht gezeigt in 1a) erhaltenen Signalverlauf darstellt, der beispielsweise benachbart zu dem Druckwandler 110 angeordnet ist.
Der in 1c dargestellte, erste und zweite Signalverlauf S_1ΔP , S_2ΔP unterscheiden sich von dem in 1b dargestellten Signalverlauf S_ΔP nun im Wesentlichen dadurch, dass die Auswärmphasen mit einem aktivierten Heizelement 150 und die Abkühlphasen mit einem nachfolgend deaktivierten Heizelement 150 kürzer als die Abklingzeit (z.B. 5τ) des Signalverlaufs des in 1a dargestellten Systems 100 sind, und im Wesentlichen nicht vollständig abklingen. Dadurch kann der Test bzw. Kalibriervorgang erheblich schneller ausgeführt werden, wobei aber weiterhin untere Grenzfrequenz, Signalamplituden und Phaseninformationen aus dem resultierenden Signalverlauf S_1ΔP , S_2ΔP mit Aufwärm- und Abkühlungsintervallen abgeleitet werden können, ohne einen thermisch stabilen Grundzustand zu erreichen. Die Intervalle I_N in 1c weisen beispielsweise eine Dauer 2τ (z.B. zwischen 1τ und 3τ) auf. Die Dauer der Intervalle I_N ist aber im Wesentlichen beliebig z.B. mit N ≥ 1 wählbar, soweit der gewünschte Funktionsparameter weiterhin aus dem resultierenden Signalverlauf S_ΔP ableitbar sind.
Zum Zeitpunkt t₀ zu Beginn des Zeitintervalls I₁ wird nun das Heizelement 150 aktiviert, so dass sich die Fluidtemperatur T ausgehend von der Ausgangstemperatur T₀ , d. h. beispielsweise der Umgebungstemperatur, bis zum Zeitpunkt t₁ am Ende des Zeitintervalls I₁ auf die erhöhte Temperatur T₁ , mit T₁ = T₀ + ΔT, erhöht. Über die definierte Zuführung der Wärmemenge durch das Heizelement 150 kann die Temperaturänderung ΔT innerhalb eines Toleranzbereichs von z. B. 50 %, 20 %, 10 % oder 1 %, auf den erhöhten Temperaturwert T₁ eingestellt werden. Ansprechend auf die Temperaturerhöhung ΔT des Fluids F in dem Volumenbereich 130 erfolgt eine entsprechende Druckerhöhung ΔP des Fluids F in dem Volumenbereich 130 mit einem entsprechend ansteigenden Signalverlauf S_Δ1P bzw. S_Δ2P . Zum Zeitpunkt t_a stellt sich beispielsweise ein Gleichgewichtszustand in Form eines lokales Maximums des Signalverlaufs S_ΔP ein. Dabei erreichen zum Zeitpunkt t_a die durch die Temperaturerhöhung ΔT des Fluids F bewirkte Druckerhöhung ΔP in dem Volumenbereich 130 und die durch die Ausgleichs- bzw. Ventilationsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 stattfindende Fluidaustausch einen gleichen Wert.
Der Temperaturverlauf T, der nachfolgend zu dem Zeitpunkt t_a einen sich immer weiter verringernden Temperaturanstieg ΔT aufweist, erreicht nun bis zu dem Zeitpunkt t₁ noch keinen im Wesentlichen thermisch stabilen Wert, während sich die Membran 112 des Druckwandlers 110 wieder entspannt. Dabei ist die Ausgleichsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 als ein Überdruckventil wirksam und gleicht die Druckverhältnisse in dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 nur teilweise wieder aus, so dass der Druckverlauf zum Zeitpunkt t₁ in dem Volumenbereich 130 einen Zwischenzustand S_X erreicht.
Wird nun zum Zeitpunkt t₁ das Heizelement 150 deaktiviert, wird nachfolgend zu dem aktivierten Zustand des Heizelements 150 eine Temperaturverringerung Δ_T des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt.
Zum Zeitpunkt t₁ zu Beginn des Zeitintervalls I₂ wird nun das Heizelement 150 deaktiviert, so dass sich die Fluidtemperatur T ausgehend von der Temperatur T₁ am Ende des Zeitintervalls I₁ wieder verringert. Ansprechend auf die Temperaturverringerung ΔT des Fluids F in dem Volumenbereich 130 erfolgt eine entsprechende Druckverringerung ΔP des Fluids F in dem Volumenbereich 130 mit einem entsprechend abfallenden Signalverlauf S _1ΔP, S_2ΔP . Zum Zeitpunkt t_b stellt sich beispielsweise ein Gleichgewichtszustand in Form eines lokales Minimums des Signalverlaufs S_1ΔP , S_2ΔP ein. Dabei erreichen zum Zeitpunkt t_b die durch die Temperaturverringerung ΔT des Fluids F bewirkte Druckverringerung ΔP in dem Volumenbereich 130 und die durch die Ausgleichs- bzw. Ventilationsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 stattfindende Fluidaustausch einen gleichen Wert.
Der Temperaturverlauf T, der nachfolgend zu dem Zeitpunkt t_b einen sich immer weiter verringernden Temperaturabfall ΔT aufweist, erreicht nun bis zu dem Zeitpunkt t₂ noch keinen thermisch stabilen Wert, während sich die Membran 112 des Druckwandlers 110 wieder entspannt. Dabei ist die Ausgleichsöffnung 132 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 als ein Überdruckventil wirksam und gleicht die Druckverhältnisse in dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 im Wesentlichen wieder aus, so dass der Druckverlauf zum Zeitpunkt t₂ in dem Volumenbereich 130 einen Zwischenzustand S_Y erreicht.
Während des Zeitintervalls I₂ zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ erfolgt somit eine Auslenkung der Membran des Druckwandlers 110 in der entgegengesetzten Richtung wie während des Zeitintervalls I₁ .
Wird nun zum Zeitpunkt t₂ das Heizelement 150 wieder aktiviert, wird nachfolgend zu dem deaktivierten Zustand des Heizelements 150 während des Zeitintervalls I₃ wieder eine Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F bewirkt. Somit sind die Ausführungen hinsichtlich des Signalverlaufs S_1ΔP , S_2ΔP während des Intervalls I₁ gleichermaßen wieder auf das Zeitintervall I₃ anwendbar. Gleichermaßen sind die Ausführungen für das Zeitintervall I₂ auf ein etwaiges Zeitintervall I₄ anwendbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist nun die Verarbeitungseinrichtung 170 ausgebildet, um eine momentanen Betriebsparameter F_IST des Druckwandlers 110 basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP bzw. S_1ΔP , S_2ΔP des Drucksignals S_P zu ermitteln.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, das Heizelement 150 mit einem Steuersignal S_CONTROL zu steuern, d.h. zu aktivieren und nachfolgend wieder zu deaktivieren.
Hinsichtlich der in 1b und 1c dargestellten Signalverläufe S_ΔP bzw. S_1ΔP , S_2ΔP wird darauf hingewiesen, dass diese Signalverläufe als beispielhafte, typische Signalverläufe für einen beliebigen Differentialdruckwandler 110 anzusehen sind, wobei aber je nach spezifischer Implementierung des Druckwandlers 110 der tatsächliche Signalverlauf abhängig von der Geometrie, der Häusung etc. und weiterer Randparameter von den dargestellten Signalverläufen im Detail abweichen kann. Die nachfolgenden Ausführungen werden aber zeigen, dass aus dem tatsächlich erhaltenen Signalverlauf S_ΔP S_1ΔP , S_2ΔP eine Reihe von Informationen, wie z. B. Grenzfrequenz, Signalpegel oder Amplitude, Phase und/oder Symmetrie, des Signalverlaufs bestimmt und ausgewertet werden können, um einen momentanen Funktionsparameter des Schallwandlers 110 bzw. der Sensoranordnung 100 zu erhalten. Im Folgenden wird allgemein auf den erhalten Signalverlauf S_ΔP bzw. die erhaltenen Signalverläufe S_1ΔP , S_2ΔP mit der allgemeinen Bezeichnung S_ΔP Bezug genommen.
Die Verarbeitungseinrichtung 170 kann gemäß Ausführungsbeispielen nun ferner ausgebildet sein, um den momentanen Funktionsparameter F_IST mit einem Soll-Funktionsparameter F_SOLL des Druckwandlers 110 zu vergleichen und ein Vergleichsergebnis zu erhalten, und um basierend auf dem Vergleichsergebnis die Kalibrierinformation für den Druckwandler 110 bzw. die Sensoranordnung 100 zu ermitteln. Die Verarbeitungseinrichtung 170 kann nun ferner ausgebildet ist, um basierend auf der ermittelten Kalibrierinformation F_CAL einen Betriebs- bzw. Ansteuerparameter für den Druckwandler und/oder einen Verarbeitungsparameter für den Druckwandler bzw. für das bereitgestellte Drucksignal S_P mit den von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP einzustellen bzw. zu ändern, d. h. eine entsprechende Anpassung des Betriebsparameters bzw. des Verarbeitungsparameters basierend auf dem ausgewerteten Signalverlauf S_ΔP vorzunehmen. So kann beispielsweise ein geänderter Betriebsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers 110 durch die Verarbeitungseinrichtung bewirken. Ferner kann ein geänderter Verarbeitungsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Aufbereitung des Drucksignals S_P durch die Verarbeitungseinrichtung bewirken.
Ein momentaner, ermittelter Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 kann beispielsweise mittels der Grenzfrequenz des Signalverlaufs S_ΔP bestimmt werden. Die Grenzfrequenz f_C kann beispielsweise mit f_C = 1/τ aus der Zeitkonstante τ des einer Exponentialfunktion folgenden Signalverlaufs S_ΔP nach dem Zeitpunkt t_a bzw. t_b ermittelt werden. So ist die Grenzfrequenz direkt mit dem Signalabfall der Exponentialfunktion (nach dem Zeitpunkt t_a bzw. t_b des Signalverlaufs) verbunden und entspricht dem Kehrwert der Zeitkonstante τ. So gilt, je schneller der Signalabfall des Signalverlaufs S_ΔP ist, umso höher ist die Grenzfrequenz f_C und umgekehrt. Aus der Grenzfrequenz f_C kann somit als momentaner Funktionsparameter F_IST eine Fluiddurchlässigkeit, d. h, Gas- bzw. Flüssigkeitsdurchlässigkeit, eines oder mehrerer Ausgleichsöffnungen bzw. Ventilationsöffnungen 132 des Druckwandlers 110 ermittelt werden. So kann eine Verringerung der Grenzfrequenz f_C auf eine verringerte Fluiddurchlässigkeit der Ausgleichsöffnung(en) 132 des Druckwandlers 110 hinweisen. Die Grenzfrequenz f_C kann somit als eine Partikel/Teilchenerfassung verwendet werden, falls beispielsweise Teilchen bzw. Partikel sich an der Ausgleichsöffnung 132 des Druckwandlers 132 befinden und eine solche Größe aufweisen, dass diese die Ausgleichsöffnung des Druckwandlers 110 zumindest teilweise oder auch vollständig blockieren oder verstopfen können. Unter Anderem können auch Partikel bzw. Teilchen im Soundport 104 detektiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Signalpegel oder eine Signalamplitude in Form eines betragsmäßig maximaler Signalpegels oder einer betragsmäßig maximalen Signalamplitude S_MAX (bzw. S_1MAX und S_2MAX) des Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P als ein momentaner, ermittelter Funktionsparameter des Druckwandlers 110 bzw. der Sensoranordnung 100 ermittelt werden. Dabei weist eine Änderung des Signalpegels oder der Signalamplitude des Signalverlaufs S_ΔP auf eine Änderung der mechanischen Membranflexibilität der Membran 112 des Druckwandlers 110 hin.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann der maximale Signalpegel bzw. die maximale Signalamplitude S_MAX des Signalverlaufs S_ΔP ferner von der Verarbeitungseinrichtung 170 ermittelt werden, wobei eine Abweichung des Signalpegels oder der Signalamplitude (des maximalen Signalpegels bzw. der maximalen Signalamplitude = Peak-Wert) des Signalverlaufs S_ΔP von einem Sollwert des Signalpegels oder der Signalamplitude auf eine Abweichung der mechanischen Membranflexibilität der Membran des Druckwandlers 110 von einem entsprechenden Sollwert für die Membranflexibilität hinweisen kann.
Die betragsmäßig maximale Signalamplitude S_MAX (Peak-Wert) bei der thermoakustischen Stimulation mittels des Heizelements 150 ergibt den Ausgangssignalpegel des Schallwandlers, z. B. eines Mikrophons. Diese maximale Signalamplitude (Peak-Wert) ist ein direkter Indikator für die mechanische Membranflexibilität der Membran des Druckwandlers 110. Folglich kann beispielsweise eine Bias-Spannung bzw. elektrische Vorspannung der Membran 112 des Druckwandlers 170 z. B. von der Verarbeitungseinrichtung 170 derart eingestellt werden, um eine möglichst gute Übereinstimmung des bei t_a , t_b gemessenen Peak-Werts S_MAX des Signalverlaufs S_ΔP mit dem vorkalibrierten Vergleichs- bzw. Sollwert zu erhalten, der beispielsweise bei einer Fabrikkalibration erhalten wurde. So gilt im Allgemeinen, je niedriger die (maximale) Signalamplitude ist, umso steifer ist die Membran des Druckwandlers, wobei folglich die Vorspannung (Bias-Spannung) beispielsweise von der Verarbeitungseinrichtung 170 auf einen höheren Wert eingestellt werden kann, um beispielsweise einen elektrostatischen Federerweichungseffekt (electrostatic spring softening effect) zu erhalten.
Die Verarbeitungseinrichtung 170 kann nun ferner ausgebildet sein, um als Kalibrierinformation F_CAL einen Wert für eine geänderte, elektrische Vorspannung der Membran des Druckwandlers 110 bereitzustellen, um basierend auf der geänderten, elektrischen Vorspannung zumindest näherungsweise (innerhalb eines Toleranzbereichs von 50 %, 20 %, 10 % oder 1 %) den Soll-Wert für die mechanische Membranflexibilität des Druckwandlers 110 einzustellen bzw. zu erhalten.
Die Sensoranordnung 100 kann nun beispielsweise eine Mehrzahl von Druckwandlern 110 aufweisen, die beispielsweise in einem Array angeordnet sind. Dabei kann der ermittelte, momentane Funktionsparameter eine Phaseninformation des jeweiligen Signalverlaufs S_ΔP , S_1ΔP , S_2ΔP , ... des Drucksignals S_P , S_1P , S_2P , ... bei der Mehrzahl von Druckwandlern 110 sein. So kann der ermittelte, momentane Funktionsparameter beispielsweise eine Phasenausrichtung des Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P bei der Mehrzahl von Druckwandlern 110 sein. Die Verarbeitungseinrichtung 170 kann nun ferner ausgebildet sein, um eine Phasenausrichtung des Signalverlaufs S_P des jeweiligen Drucksignals S_P der Mehrzahl von Druckwandlern zu ermitteln, wobei beispielsweise eine unterschiedliche Phasenausrichtung des Drucksignals S_ΔP des jeweiligen Drucksignals S_P auf eine Fehlmontage des Druckwandlers hinweist, der die unterschiedliche Phasenausrichtung gegenüber den weiteren Druckwandlern aufweist. Als eine Fehlmontage wird beispielsweise eine (bezüglich Rück- und Vorderseite) seitenverkehrte Montage eines Druckwandlers, wie z. B. eines Schallwandlers oder Mikrophons, bezeichnet. Die Verarbeitungseinrichtung kann nun ferner ausgebildet sein, um als Kalibrierinformation einen Wert für eine Invertierung des Drucksignals S_P desjenigen Druckwandlers bereitzustellen, bei dem eine invertierte Phasenausrichtung des Signalverlaufs S_ΔP des jeweiligen Drucksignals S_P vorliegt und ermittelt wurde.
Als ermittelter, momentaner Funktionsparameter kann somit die Phasenausrichtung des Drucksignals von in einem Array angeordneten Druckwandlern ermittelt werden. Durch Auslesen der Phase des thermoakustischen Pulses bzw. Signalverlaufs S_AP , wobei ein Heizimpuls des Heizelements 150 aufgrund der Temperaturerhöhung beispielsweise einen ansteigenden Signalverlauf bewirkt und ein Abkühlen bzw. eine Temperaturverringerung einen fallenden Signalverlauf ergibt, kann das ausgelesene Drucksignal S_P desjenigen oder derjenigen Druckwandler invertiert bzw. um 180° verschoben werden, bei denen eine falsche Phasenausrichtung festgestellt wurde, um das gesamte Auslesesignal zu korrigieren bzw. zu homogenisieren.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Sensoranordnung 100 beispielsweise wiederum eine Mehrzahl von Druckwandlern 110 auf, die wiederum beispielsweise in einem Array angeordnet sind, wobei die Verarbeitungseinrichtung ferner ausgebildet sein kann, um einen Phasenversatz der Signalverläufe S_ΔP der unterschiedlichen Drucksignale S_P von der Mehrzahl unterschiedlicher Druckwandler 110 des Druckwandlerarrays zu ermitteln. Die Verarbeitungseinrichtung 170 kann nun ferner ausgebildet sein, um als Kalibrierinformation eine Phasenanpassung eines oder mehrerer Drucksignale S_P der Druckwandler in dem Druckwandlerarray bereitzustellen, bei denen ein um einen Grenzwert übersteigender Phasenversatz der Signalverläufe S_ΔP der Drucksignale S_P ermittelt wurde.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist somit eine Phasenfeinabstimmung bzw. ein „Phasen-Fine-Tuning“ in dem Array von Druckwandlern 110 möglich, indem beispielsweise ferner eine Feinabstimmung der Phase als Phasenverschiebung in Stufen von kleiner oder größer als 180°, z. B. 0,5°, 1°, 2°, 5°, 10° etc. durchgeführt wird. Diese Phasenfeinabstimmung der in einem Array angeordneten Schallwandler 110 kann beispielsweise durchgeführt werden, nachdem bereits die im Vorhergehenden beschriebene Ermittlung und Anpassung der maximalen Signalamplitude und/oder die Phasenausrichtung einzelner Schallwandler 110 in dem Array (siehe oben) durchgeführt wurde. Mit dieser Vorgehensweise kann beispielsweise eine Schallausbreitung angepasst bzw. korrigiert werden, wobei ferner eine Auslesekoordination erreicht wird und folglich die Auslesequalität der in einem Array angeordneten Schallwandler 110 erhöht werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Sensoranordnung 100 eine in einem Array angeordnete Mehrzahl von Druckwandlern 110 aufweisen. Dabei kann der ermittelte, momentane Funktionsparameter der einzelnen Druckwandler 110 auch eingesetzt werden, um die Funktionsfähigkeit der einzelnen Druckwandler 110 grundsätzlich zu bestimmen, d. h. zu ermitteln, ob einzelne Druckwandler des Arrays defekt sind. So können beispielsweise, falls festgestellt wird, dass einzelne Druckwandler des Arrays defekt sind, diese abgeschaltet werden, d. h. deren Ausgangssignal z. B. von der Verarbeitungseinrichtung 170 nicht mehr berücksichtigt werden.
Als weiterer ermittelter, momentaner Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 kann ferner eine Symmetriebetrachtung zwischen dem resultierenden Signalverlauf bei einer Temperaturerhöhung und nachfolgend bei einer Temperaturverringerung, d. h. die Symmetrie zwischen einem Aufwärm- und Abkühlungspuls, ermittelt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann somit ein ermittelter Funktionsparameter des Druckwandlers 110 eine Umgebungsbedingung oder eine Änderung derselben sein. Eine Umgebungsbedingung ist z. B. eine Umgebungstemperatur, ein Umgebungsatmosphärendruck (Umgebungsluftdruck), eine Umgebungsluftfeuchtigkeit und/oder ein Umgebungsgasanteil, wie z. B. ein CO-Anteil, NOx-Anteil etc., in der Umgebungsatmosphäre. Die Verarbeitungseinrichtung 170 kann nun ferner ausgebildet sein, um die Kalibrierinformation für den Druckwandler 110 bzw. die Sensoranordnung 100 basierend auf einem Vergleich eines Abschnitts des Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P bei einer Erwärmung des Fluids F in dem Volumenbereich 130 und eines zweiten Abschnitts des Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P bei einer Abkühlung des Fluids F in dem Volumenbereich 130 zu ermitteln. So kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um die Kalibrierinformation basierend auf einer Symmetriebetrachtung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P zu ermitteln.
Bei einer Betrachtung der Symmetrie zwischen einem Aufwärmpuls (hot pulse) und einem Abkühlpuls (cool pulse) kann berücksichtigt werden, dass theoretisch der Drucksignalverlauf bei einer Temperaturerhöhung, d. h. bei einem heizenden thermo-akustischen Puls, und der Drucksignalverlauf bei einer Temperaturverringerung, d. h. bei einem Abkühlungspuls, im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen sollten. Da nun aber unterschiedliche physikalische Bedingungen, wie z. B. thermische Kopplungen, thermische Quellen und thermische Senken (Wärmesenken) oder auch verschiedene Regelparameter, d. h. verschiedene thermische Randbedingungen vorhanden sind, sind die beiden Signalverläufe in Form des Aufwärm- und Abkühlsignalverlaufs nicht exakt gleich aber dennoch sehr ähnlich. So kann z. B. eine sich ändernde Differenz zwischen beiden Signalverläufen, d. h. dem Aufwärmdrucksignalverlauf und dem Abkühldrucksignalverlauf, als ein Indikator für sich ändernde Umgebungsbedingungen, z. B. eine sich ändernde Umgebungstemperatur etc., angenommen und berücksichtigt werden.
Wie bereits im Vorhergehenden dargestellt wurde, kann die Sensoranordnung 100 eine photoakustische Sensoranordnung, eine Drucksensoranordnung bzw. Differenzdrucksensoranordnung mit einem MEMS-Drucksensor bzw. MEMS-Differenzdrucksensor oder auch eine Schallwandleranordnung bzw. Mikrophonanordnung sein.
2a-d zeigt nun eine prinzipielle Darstellung der Sensoranordnung 100 mit einem als Schallwandler ausgebildeten Druckwandler 110 in unterschiedlichen Betriebszuständen A bis D zur Ermittlung des von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P .
Wie in 2a-d dargestellt ist, ist die Sensoranordnung 100 beispielsweise als eine Schallwandler- bzw. Mikrophonanordnung ausgebildet, wobei der Druckwandler 110 als ein Mikrophon bzw. MEMS-Mikrophon 110 ausgebildet ist. Die Ausgestaltung der Sensoranordnung 100 ist lediglich als beispielhaft anzusehen, da im Wesentlichen beliebige Druckwandlerimplementierungen bei dem vorliegenden Konzept eingesetzt werden können. Die Darstellung der Sensoranordnung 100 als Mikrophonanordnung mit einem MEMS-Mikrophon 110 als Druckwandler ist somit nur als beispielhaft anzusehen und dient zur Veranschaulichung des vorliegenden Konzepts zum Testen bzw. kalibrieren der Sensoranordnung 100.
Wie in 2a-d dargestellt ist, weist die Sensoranordnung bzw. Mikrophonanordnung 100 ein Gehäuse 102 z.B. mit einer Gehäusewand (Lid) 102-1 und einem Träger (PCB = printed circuit board) 102-2 und mit einer Schallöffnung bzw. einem Sound-Port 104 auf, wobei das Mikrophon 110 angrenzend an die Schallöffnung 104 innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses 102 sind ferner das Heizelement 150 und ein ASIC angeordnet, das beispielsweise als die Verarbeitungseinrichtung 170 von 1 wirksam sein kann. Ferner kann aber auch eine externe Verarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt in 2a-d) gemäß Ausführungsbeispielen verwendet werden. Das in „Schallausbreitungsrichtung“ hinter dem Mikrophon 110 liegende Innenvolumen 130, d. h. das Rückvolumen der Mikrophonanordnung 100, bildet den das Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130. Das Fluid F ist somit beispielsweise das Gas der Umgebungsatmosphäre bzw. Umgebungsluft. Bei der Mikrophonanordnung 100 von 2a-d ist somit das Mikrophon 110 in Fluidverbindung mit dem das Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130, d.h. dem Rückvolumen, wobei der Schallwandler 110 ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 das Drucksignal S_P mit dem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP auszugeben. Das Heizelement 150, das in 2a-d als eigenständiges Element dargestellt ist, ist nun ausgebildet, um die definierte Temperaturänderung ΔT des sich in den Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken, wobei die Temperaturänderung ΔT des Fluids F eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt. Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Heizelement 150 auch als Teil des ASIC 170 ausgebildet sein. Ferner kann eine Ausgleichsöffnung bzw. Ventilationsöffnung 132 in der Membran 112 zwischen dem Volumenbereich 130 und dem Referenzvolumenbereich 190 vorgesehen sein.
Die Verarbeitungseinrichtung 170, d. h. beispielsweise das dargestellte ASIC, ist nun ausgebildet, um basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P , der bei der von dem Heizelement 150 bewirkten Temperaturänderung Δ_T in dem Volumenbereich 130 erhalten wird, eine Kalibrierinformation für den Schallwandler 110 zu ermitteln.
Der Schallwandler 110 ist nun beispielsweise ausgebildet, um eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 (Rückvolumen des Mikrophons) gegenüber einem Referenzdruck, z. B. Atmosphärendruck, in einem Referenzvolumenbereich 190, d. h. dem Umgebungsbereich bzw. Frontvolumenbereich, zu ermitteln. Die anhand von 1a-c dargestellten Ausführungsbeispiele der Sensoranordnung 100 mit dem Druckwandler 110 sind somit gleichermaßen auf die in 2a-d dargestellte Mikrophonanordnung 100 mit dem Schallwandler 110 anwendbar.
Wie in 2a dargestellt ist, befindet sich das Heizelement 150 im Betriebszustand A in einem deaktivierten Zustand, beispielsweise vor einem Einschaltzustand desselben, so dass die Mikrophonmembran entspannt und in einer „Initialposition“ ist. Das Mikrophon 110 erfasst somit lediglich den durch die Schallöffnung 104 eintreffenden Schall von der Umgebung der Mikrophonanordnung 100. Die in 2a dargestellte Mikrophonanordnung 100 befindet sich somit in dem Intervall I₀ von 1b oder 1c.
Wie in 2b als Betriebszustand B dargestellt ist, wird zum Zeitpunkt t₀ (siehe auch 1b oder 1c) nun das Heizelement 150 aktiviert, um eine definierte Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken. Die in 2b dargestellte Mikrophonanordnung 100 befindet sich somit innerhalb des Intervalls I₁ von 1b oder 1c an dem Zeitpunkt t_a , z. B. mit einer maximalen Auslenkung der Membran des Mikrophons 110.
Wie in 2c bei dem Betriebszustand C dargestellt ist, erreicht die Temperatur T nun einen thermisch stabilen Wert T₁ während des Intervalls I₁ kurz vor oder zum Zeitpunkt t₁ von 1b oder 1c. Aufgrund der Ventilations- bzw. Ausgleichsöffnung(en) des Mikrophons 110 geht die Mikrophonmembran wieder in einen entspannten Zustand (siehe 1b) oder in einen zumindest teilweise entspannten Zustand (siehe 1c) über, da die Ventilationsöffnung 132 der Membran 112 des Mikrophons 110 als ein Überdruckventil wirksam ist und den internen Druck in dem Rückvolumen 130 mit dem externen Druck der Umgebungsatmosphäre ausgleicht (siehe 1b oder 1c).
Bezugnehmend auf die typischen Signalverläufe von 1b und 1c wird darauf hingewiesen, dass dieser thermisch stabile Wert im Rückvolumen 130 des Mikrophons 110 bei einem weiterhin eingeschaltetem Heizer 150 erreicht werden kann, d. h. die von dem Heizer 150 in das Innenvolumen 130 des Mikrophons 110 abgegebene Wärmeenergie und die daraus resultierende weitere Erwärmung und Druckerhöhung ΔP im Innenvolumen des Mikrofons wird durch den Gasaustausch über die Ventilationsöffnung 132 des Mikrophons 110 mehr als ausgeglichen, so dass sich der anfängliche „Überdruck“ im Innenvolumen 130 des Mikrophons trotz weiterhin eingeschaltetem Heizer 150 abbaut, wie dies im Betriebszustand B von 2c gezeigt ist.
Wenn der Fluidaustausch kleiner als die minimal aufgenommene Druckänderung ΔP des Mikrophons 110 ist, sich also die Membran 112 nicht mehr bewegt, und die Temperatur T eher über die Strukturmechanik von Gehäusewand (Lid) 102-1 oder auch PCB (carrier) 102-2 austauscht, dann ist Betriebszustand C erreicht, bei dem sich ein Gleichgewicht zwischen Innendruck im Volumenbereich 130 und Außendruck im Außenvolumen 190 einstellt. Es gibt also keinen merklichen Druckaustausch mehr.
2d stellt nun den Betriebszustand D der Mikrophonanordnung 100 dar, bei dem das Heizelement 150 zum Zeitpunkt t₁ nachfolgend zu dem aktivierten Zustand während des Intervalls I₁ deaktiviert wird, um nun während des Intervalls I₂ eine Temperaturverringerung des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken (vgl. 1b oder 1c). Nachdem das Heizelement 150 ausgeschaltet wurde, beginnt die Mikrophonanordnung 100, d. h. das gesamte System, damit, sich wieder abzukühlen, wobei der Temperaturabfall in dem Rückvolumen 130 bewirkt, dass sich das darin befindende Fluid F in Form von Gas oder Luft wieder zusammenzieht und die Mikrophonmembran 112 nach innen in Richtung des Rückvolumens bzw. Messvolumens 130 gezogen wird.
Da nun die Temperatur T wiederum einen thermisch stabilen Wert am Ende des Intervalls I₂ in der Nähe bzw. beim Zeitpunkt t₂ erreicht, entspannt sich die Mikrophonmembran 112 wieder, wobei die Ausgleichs- bzw. Ventilationsöffnung 132 der Mikrophonmembran 112 wiederum als Überdruckventil in der anderen Richtung wirksam ist und den internen Druck P in dem Rückvolumen 130 mit dem Außendruck der Umgebung 190 ausgleicht, so dass wiederum der Zustand der Mikrophonanordnung 100 von 2a erreicht wird.
Basierend auf dem erhaltenen Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P kann nun beispielsweise mittels der Verarbeitungseinrichtung 170 (ASIC) ein momentaner Funktionsparameter F_IST des Mikrophons 110 ermittelt werden, wobei diesbezüglich auf die Ausführungen zur Ermittlung des momentanen Funktionsparameters von 1a-c hingewiesen wird, die hier gleichermaßen angewendet werden können.
Ein momentaner, ermittelter Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 kann beispielsweise mittels der Grenzfrequenz des Signalverlaufs S_ΔP bestimmt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Signalpegel oder eine Signalamplitude in Form eines betragsmäßig maximaler Signalpegels oder einer betragsmäßig maximalen Signalamplitude S_MAX des Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P als ein momentaner, ermittelter Funktionsparameter des Druckwandlers 110 bzw. der Sensoranordnung 100 ermittelt werden. Die Sensoranordnung 100 kann nun beispielsweise eine Mehrzahl von Druckwandlern 110 aufweisen, die beispielsweise in einem Array angeordnet sind. Dabei kann der ermittelte, momentane Funktionsparameter eine Phaseninformation des jeweiligen Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P bei der Mehrzahl von Druckwandlern 110 sein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Sensoranordnung 100 beispielsweise wiederum eine Mehrzahl von Druckwandlern 110 auf, die wiederum beispielsweise in einem Array angeordnet sind, wobei die Verarbeitungseinrichtung ferner ausgebildet sein kann, um einen Phasenversatz der Signalverläufe S_ΔP der unterschiedlichen Drucksignale S_P von der Mehrzahl unterschiedlicher Druckwandler 110 des Druckwandlerarrays zu ermitteln. Der ermittelte, momentane Funktionsparameter der einzelnen Druckwandler 110 kann auch eingesetzt werden, um die Funktionsfähigkeit der einzelnen Druckwandler 110 grundsätzlich zu bestimmen, d. h. zu ermitteln, ob einzelne Druckwandler des Arrays defekt sind. Als weiterer ermittelter, momentaner Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 kann ferner eine Symmetriebetrachtung zwischen dem resultierenden Signalverlauf bei einer Temperaturerhöhung und nachfolgend bei einer Temperaturverringerung, d. h. die Symmetrie zwischen einem Aufwärm- und Abkühlungspuls, ermittelt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann somit ein ermittelter Funktionsparameter des Druckwandlers 110 eine Umgebungsbedingung oder eine Änderung derselben sein. Eine Umgebungsbedingung ist z. B. eine Umgebungstemperatur, ein Umgebungsatmosphärendruck (Umgebungsluftdruck), eine Umgebungsluftfeuchtigkeit und/oder ein Umgebungsgasanteil, wie z. B. ein CO-Anteil, NOx-Anteil etc., in der Umgebungsatmosphäre.
Ferner können weitere Randbedingungen, wie z. B. Luftfeuchtigkeit, Umgebungsluftdruck etc., bei Auswertung des Mikrophonsignals berücksichtigt werden. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn sich die thermische Kapazität der Systems 100 beachtlich ändert. Im Prinzip gehen diese Parameter bzw. Randbedingungen nur in die Exponentialfunktion der Thermik bzw. des Temperaturverlaufs ein, diese wird etwas schneller (steiler) oder Langsamer (flacher). Wenn die Messintervalle ausreichend lange gewählt werden (z.B. länger als der worst-case-Fall), dann sollten diese Effekte wieder rausfallen, also einen vernachlässigbaren Einfluss haben. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn diese Effekte schon per Definition weit unter der Cornerfrequenz (untere Grenzfrequenz f_C ) des Mikrophons liegen und dadurch zu sehr gedämpft werden, d.h. unter das SNR-Verhältnis (Signal-zu-Rausch-Verhältnis) des Mikrophons 110.
In den 3a-d ist nun eine weitere prinzipielle Darstellung der Sensoranordnung bzw. Mikrophonanordnung 100 mit einer Mehrzahl (z. B. zwei) Schallwandlern bzw. Mikrophonen 110, 110-1 in unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt, um beispielsweise eine Phasenoffsetmessung und -Korrektur zwischen der Mehrzahl von Mikrophonen 110, 110-1 durchzuführen.
Wie in 3a-d dargestellt ist, weist die Mikrophonanordnung 100 zusätzlich zu dem Schallwandler 110 einen weiteren Schallwandler 110-1 mit einer Membran 112-1 und einer Schallöffnung 132-1 auf, wobei der weitere Schallwandler 110-1 angrenzend an einer weiteren Schallöffnung 104-1 in dem Gehäuse 102 der Mikrophonanordnung 100 angeordnet ist. Ansonsten weist die Mikrophonanordnung 100 von 3a-d den gleichen prinzipiellen Aufbau wie die Mikrophonanordnung 100 von 2a-d auf.
Wie in 3a prinzipiell dargestellt ist, sind beide Mikrophone 110, 110-1 mit der Auswerteeinrichtung 170 zum Auslesen der jeweiligen Signalverläufe elektrisch verbunden. Wie in 3a ferner dargestellt ist, sind beide Mikrophone 110, 110-1 z.B. unmittelbar benachbart zueinander innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet, so dass beide Mikrophone 110- 110-1 im Wesentlichen dem gleichen einfallenden Schall bzw. Schalldruck ausgesetzt sind. Wie nun in 3a ferner beispielhaft dargestellt ist, liefern aber das erste und zweite Mikrophon 110, 110-1 phasenverschobene elektrische Signale S1, S2, z. B. um 180° phasenverschobene elektrische Signale, an die Verarbeitungseinrichtung 170. Ein solcher Phasenoffset von beispielsweise 180° kann entstehen, wenn eines der beiden Mikrophone 110 oder 110-1 falsch montiert ist, d.h. hinsichtlich dessen Vorder- und Rückseite vertauscht an dem Gehäuse 102 angebracht ist.
Wie in 3b prinzipiell dargestellt ist, kann die Verarbeitungseinrichtung 170 den entsprechenden, jeweiligen Signalverlauf S_1ΔP , S_2ΔP des ersten und zweiten Mikrophons 110, 110-1 erfassen, die im Wesentlichen der gleichen Druck- und Temperaturänderung ΔP und ΔT des Fluids F in dem Volumenbereich 130 ausgesetzt sind, sobald das Heizelement 150 eine definierte Temperaturänderung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F und damit eine entsprechende Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt. Somit kann die Verarbeitungseinrichtung 170 als momentanen Funktionsparameter eine Phasenausrichtung des jeweiligen Signalverlaufs S_1ΔP , S_2ΔP des Drucksignals bei den beiden Mikrophonen 110, 110-1 ermitteln, wie dies in 3b dargestellt ist. Sollte die Verarbeitungseinrichtung 170 eine Phasendifferenz z. B. von 180° erfassen, kann die Verarbeitungseinrichtung 170 nun ferner ausgebildet sein, um als Kalibrierinformation eine Phasenanpassung bzw. Phaseninvertierung des sich außer Phase befindenden Signalverlaufs des Drucksignals des z. B. fehlmontierten Mikrophons 110-1 zu bewirken.
Wie in 3c dargestellt ist, kann die Phasenkorrektur durch eine Invertierung des um 180° außer Phase befindenden Drucksignals S_2P des zweiten Mikrophons 110-1 erfolgen.
Wie in 3d und den zugehörigen Ausgangssignalen S1, S2 der beiden Mikrophone 110, 110-1 dargestellt ist, befinden sich beide Mikrophone 110, 110-1 nun in Phase, d. h. die akustische Erfassung ist gleich zur elektrischen Erfassung.
Im Folgenden werden nun anhand von 4 Ausführungsbeispiele eines Verfahrens 200 zum Testen einer Sensoranordnung 100 beschrieben. Bei dem Verfahren 200 wird wiederum auf die Sensoranordnung 100 Bezug genommen, wie diese anhand der 1a-c, 2a-d und 3a-d beschrieben wurden.
Bei dem Verfahren 200 wird zunächst bei einem Schritt 210 eine definierte Temperaturerhöhung Δ_T eines sich in einem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F erzeugt, wobei die Temperaturänderung ΔT des Fluids F eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt.
Bei einem Schritt 220 wird nun die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 mit einem Druckwandler 110 erfasst, wobei sich der Druckwandler 110 in einer Fluidverbindung mit dem das Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130 befindet.
Bei einem Schritt 230 wird ein Drucksignal S_P mit einem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlaus S_ΔP ansprechend auf die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 ausgegeben.
Bei einem Schritt 240 wird eine Kalibrierinformation I_CAL für den Druckwandler 110 basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P ermittelt, wobei der Signalverlauf S_ΔP bei der Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 erhalten wird.
Bei dem Schritt 220 des Erfassens der Druckänderung Δ_P wird beispielsweise die Druckänderung Δ_P in dem Volumenbereich 130 gegenüber einem Referenzdruck P_REF in einem Referenzvolumenbereich 190 erfasst, um das Drucksignal S_P mit dem von der Druckänderung Δ_P abhängigen Signalverlauf S_ΔP auszugeben.
Der Schritt 210 des Erzeugens einer definierten Temperaturänderung kann nun ferner beispielsweise durchgeführt werden, indem zunächst das Heizelement 150 aktiviert wird, um eine definierte Temperaturerhöhung des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken, und dann das Heizelement 150 nachfolgend zu dem aktivierten Zustand deaktiviert wird, um eine definierte Temperaturverringerung des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken.
Bei dem Schritt 240 des Ermittelns der Kalibrierinformation kann ferner ein momentaner Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P ermittelt werden, woraufhin der momentane Funktionsparameter F_IST mit einem Soll-Funktionsparameter F_SOLL des Druckwandlers 110 verglichen werden kann, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, und wobei ferner die Kalibrierinformation für den Druckwandler 110 basierend auf dem Vergleichsergebnis ermittelt werden kann.
Ferner kann bei einem optionalen Schritt 250 ein Betriebsparameter oder ein Verarbeitungsparameter für den Druckwandler 110 basierend auf der Kalibrierinformation geändert werden, wobei ein geänderter Betriebsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers bewirkt, und wobei ein geänderter Verarbeitungsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Aufbereitung und/oder Verarbeitung des Drucksignals S_P bewirkt.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Verarbeitungseinrichtung 170 von 1a-c, 2a-d oder 3a-d oder auch eine weitere Verarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt in den Figuren) verwendet werden, um das anhand von 4 beschriebene Verfahren durchzuführen, sodass die anhand der Verarbeitungseinrichtung 170 beschriebenen Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass die anhand der Verarbeitungseinrichtung 170 beschriebenen Funktionen und Eigenschaften auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen sind.
Im Folgenden wird nun anhand von 5 ein Fluss- bzw. Ablaufdiagramm zum Testen bzw. Kalibrieren einer Sensoranordnung 100 beschrieben, wobei auf die anhand der 1a-b, 2a-d, 3a-d beschriebenen strukturellen Elemente und funktionellen Eigenschaften der Sensoranordnung 100 sowie auf die anhand von 4 beschriebenen Verfahrensschritte Bezug genommen wird.
Wie in 5a dargestellt ist, wird zunächst die Sensoranordnung bzw. Mikrophonanordnung 100 mit dem Mikrophon 110, bereitgestellt. Mit dem Mikrophon wird beispielsweise das durch die Zugangsöffnung 102 auf das Mikrophon 110 eintreffende Schallsignal erfasst, wobei die Verarbeitungseinrichtung 170 beispielsweise ausgebildet ist, um dieses Schallsignal auszuwerten und aufzubereiten. Bei 5a wird also eine akustische Messung des Schalldruckpegels (SPL = sound pressure level) der Umgebung durchgeführt.
Wie in 5b dargestellt ist, wird nun durch Aktivierung des Heizelements 150 eine definierte Temperaturerhöhung des sich in dem Volumenbereich 130 (Rückvolumen) befindenden Fluids F bewirkt, (vgl. Schritt 210 von 4) Es wird also mittels des Heizelements 150 ein Heiz- bzw. Aufwärmimpuls erzeugt, der eine Druckänderung in dem Volumenbereich 130 erzeugt, die beispielsweise größer als der momentane Umgebungsschalldruckpegel SPL (sound pressure level) ist. Um ein ausreichendes Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR-Parameter) zu erhalten, kann die durch die Temperaturänderung ΔT hervorgerufene Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 um zumindest etwa 6 dB_SPL höher (Faktor 2) als der momentane Schalldruckpegel sein. Dies kann beispielsweise mit einer Temperaturerhöhung ΔT des Fluids F in dem Volumenbereich 130 von 1 bis 2° Kelvin, je nach Außenlautstärke und Volumengröße, erreicht werden.
Diese Werte sind nur als beispielhaft anzunehmen und können je nach tatsächlicher Ausgestaltung der Sensoranordnung 100 variieren.
Bei 5c ist dargestellt, dass die durch die Temperaturerhöhung bewirkte Druckänderung in dem Volumenbereich 130 erfasst und das Drucksignal S_P mit dem Signalverlauf S_ΔP ausgegeben wird (vgl. Schritte 220 und 230 von 4). Bei der akustischen Messung von 5c wird also der durch das Heizelement 150 erzeugte thermo-akustische Puls erfasst. (vgl. Schritte 220 und 230 von 4)
Bei 5d wird durch Deaktivieren des Heizelements 150 nachfolgend zu einem aktivierten Zustand eine Temperaturverringerung des sich in dem Volumenbereich befindenden Fluids F wird. Es wird also durch Abschalten des Heizelements 150 ein Abkühlimpuls erzeugt, der durch Abkühlen des Fluids F eine Druckverringerung in dem Volumenbereich 130 erzeugt.
Bei 5e werden basierend auf einer akustischen Messung mittels des Mikrophons 110 Funktionsparameter bzw. Kalibrierinformationen des Druckwandlers 110 z.B. für eine Abstimmung (Tuning) desselben ermittelt (vgl. Schritt 240 von 4).
Bei 5f wird von der Verarbeitungseinrichtung (ASIC) 170 basierend auf den ermittelten Kalibrierinformationen ein Betriebsparameter (Ansteuerparameter) und/oder ein Verarbeitungsparameter für den Druckwandler 110 ermittelt bzw. angepasst. Dabei bewirkt ein geänderter Betriebsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers, während ein geänderter Verarbeitungsparameter des Druckwandlers eine geänderte Aufbereitung bzw. Verarbeitung des Drucksignals bewirkt. Bei 5f wird also mittels der Verarbeitungseinrichtung bzw. dem ASIC 170 das System in Form der Sensoranordnung 100 entsprechend den extrahierten bzw. ermittelten Funktionsparametern eingestellt bzw. kalibriert. (vgl. optionaler Schritt 250 von 4)
Optional kann die Messung in einer Schleife erfolgen, d. h. der Test- bzw. Kalibriervorgang kann entweder hier beendet werden oder wieder entsprechend bei 5a als Ausgangspunkt wiederholt und durchlaufen werden.
Im Folgenden wird nun allgemein auf einige Anwendungsmöglichkeiten und weitere Aspekte des vorliegenden Konzepts der vorliegenden Sensoranordnung 100 und des Konzepts zum Testen und Kalibrieren der Sensoranordnung 100 eingegangen.
Wie bereits im Vorhergehenden dargestellt wurde, ist das vorliegende Konzept beispielsweise auf Mikrophonanordnungen 100 oder auch auf photoakustische Sensoren (Gasmesssysteme) 100 unter Verwendung eines Mikrophons 110 anwendbar.
Photoakustische Sensoren (PAS-Sensoren) nutzen den photoakustischen Effekt, bei dem elektromagnetische Strahlung durch Moleküle absorbiert wird, wobei mittels eines Druckwandlers 110 direkt die aus der Absorption resultierenden Druckschwankungen detektiert werden. Dabei können bei der Erzeugung des photoakustischen Signals verschiedene Phasen betrachtet werden. Zunächst wird die elektromagnetische Strahlung bei ganz bestimmten Wellenlängen von den Molekülen absorbiert. Die resultierende Energieerhöhung bzw. Temperaturerhöhung zeigt sich an einer schnelleren Bewegung der Moleküle, was zur Druckerhöhung im System führt. In einem geschlossenen Volumen wird die Druckänderung bzw. Druckerhöhung beispielsweise von einem Mikrophon erfasst, so dass die absorbierte elektromagnetische Energie in Schall umgewandelt wurde. Eine breitbandig emittierende Quelle elektromagnetischer Energie erzeugt ein maximales photoakustisches Signal in einem Messvolumen. Die emittiere elektromagnetische Strahlung wird moduliert und über eine definierte Messstrecke in die mit dem Zielgas gefüllte photoakustische Zelle eingekoppelt. Das Mikrophon 110 in der photoakustischen Zelle 100 detektiert die Druckschwankung, die durch den modulierten Strahlungseintrag entsteht. Befinden sich in der Messstrecke Moleküle des Zielgases, wird ein Teil der elektromagnetischen Strahlung bereits bei der Messstrecke absorbiert. Dadurch verringert sich das Signal in der photoakustischen Zelle. Befindet sich dagegen kein Zielgas in der Messkammer, so ist das dort gemessene Drucksignal maximal. Das Drucksignal gibt somit eine Aussage darüber, wie groß der Anteil des Zielgases in der Messkammer ist.
Das vorliegende Konzept kann also beispielsweise auf einen photoakustischen Gassensor (PAS-Sensor) 100 angewendet werden und kann als allgemeines Mikrophonkalibrierungskonzept angesehen werden. Da als Heizelement 150 jegliche thermische Quelle eingesetzt werden können, die in der Lage sind, die Gastemperatur bei der Messung zu ändern, kann gemäß Ausführungsbeispielen auch ein Infrarot-(IR-Emitter), wie er bei PAS-Wärmequellen zum Einsatz kommt, verwendet werden.
Die Verarbeitungseinrichtung 170 kann nun einen momentanen Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P oder eine Kalibrierinformation für den Druckwandler 110 ermitteln. So kann ein Betriebsparameter oder ein Verarbeitungsparameter für den Druckwandler 110 basierend auf der Kalibrierinformation geändert werden, wobei ein geänderter Betriebsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers bewirkt, und wobei ein geänderter Verarbeitungsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Aufbereitung und/oder Verarbeitung des Drucksignals S_P bewirkt.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Verarbeitungseinrichtung 170 von 1a-c, 2a-d oder 3a-d oder auch eine weitere Verarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt in den Figuren) verwendet werden, um das anhand von 4 und 5 beschriebene Verfahren durchzuführen.
Da das beschriebene Test- bzw. Kalibrierungskonzept keine zusätzlichen externen Komponenten verwendet und eine interne Schallquelle als Wärmequelle verwendet, kann das vorliegende Konzept bei einer Kalibrierung im praktischen Einsatz (in field calibration) verwendet werden. Ausführungsbeispiele beschreiben ferner eine mögliche fabrikseitige oder kundenseitige akustische Kalibrationsroutine, die als eine in-Situ-Messung verwendet wird.
Ausführungsbeispiele der Sensoranordnung 100 bzw. des Verfahrens 200 zum Testen bzw. Kalibrieren der Sensoranordnung 100 sind ohne großen Aufwand auf bestehende Gassensorkonzepte anwendbar, wobei insbesondere der Test- und Kalibriervorgang gegenüber der bisherigen Vorgehensweise bei PAS-Gassensoren deutlich verringert werden kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Beschreibung fokussieren sich beispielsweise auf ein akustisches Testkonzept und eine entsprechende Mikrophonkalibierung. Da die meisten PAS-Sensoren bereits thermische Quellen verwenden, um ihr IR-Licht zu erzeugen, kann beispielsweise gemäß Ausführungsbeispielen genau diese Art von Wärmequelle verwendet werden, um die akustische Druckänderung in dem Volumenbereich 130 zu erzeugen, um die Mikrophonempfindlichkeit und ferner weitere Systemeigenschaften zu bestimmen. Eine Anforderung besteht in einer bekannten Temperatur an der Wärmequelle, die beispielsweise das Ergebnis der elektrischen oder thermischen Charakterisierung des Fabrik- oder Kundentestfalls ist. Mit dem vorliegenden Konzept wird keine zusätzliche externe oder interne Schallquelle benötigt, wobei die interne thermische Quelle als Heizelement (als thermo-akustischer Wandler) verwendet wird, wobei die durch das Heizelement bewirkte Temperaturänderung mit dem Druckwandler bzw. Mikrophon 110 erfasst wird. Als Wärmequelle können somit ein Heizwiderstandselement, ein Einschaltwiderstand R_ON eines Transistors oder ein Bauelement verwendet werden, das durch Ausheizen desselben elektrische Verlustleistung abgibt.
Das vorliegende Konzept zum Testen und Kalibrieren einer Sensoranordnung kann von dem Kunden für eine in-Situ-Kalibration des Druckwandlers bzw. Mikrophons in einem photoakustischen Gassensor verwendet werden. Die akustische Kalibrierung kann auch vorher fabrikseitig oder bei der Laufzeit während automatischer Kalibrierungsprozesse zum Feinabstimmen (fine tuning) beim Kunden durchgeführt werden. Die gesamte Signalverarbeitung kann mit Rohdaten und/oder mit nachverarbeiteten Daten von der Verarbeitungseinrichtung (ASIC) 170 gehandhabt werden.
Ausführungsbeispiele beschreiben also eine akustische in-Situ-Kalibrierung ohne externe akustische Anregungen. Die akustischen Anregungen werden mittels einer Heizquelle, d. h. dem Heizelement 150 und thermo-akustischer Kopplung intern erzeugt. Die thermische Quelle, d. h. der Heizer, Widerstand, Bauelement mit elektrischer Verlustleistung, etc. koppelt thermische Energie in das Messkammergas, d. h. das Fluid in dem Volumenbereich 130 ein, was zu einer Druckerhöhung, d. h. einem Aufheizen, oder einer Druckverringerung, d. h. einem Abkühlen, führt. Das Einschwingverhalten zeigt nun Druckwandler- bzw. Mikrophoncharakteristika an, wie z. B. Amplitude oder Grenzfrequenz. Die Grenzfrequenz kann unter Berücksichtigung des Ventilations- bzw. Ausgleichskonzepts auch verwendet werden, um zwischen einem dichten oder einem undichten Gehäuse zu unterscheiden.
Gemäß einem ersten Aspekt kann eine Sensoranordnung 100 folgende Merkmale aufweisen: einen Druckwandler 110 in Fluidverbindung mit einem ein Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130, wobei der Druckwandler 110 ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 ein Drucksignal S_P mit einem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP auszugeben, ein Heizelement 150, das ausgebildet ist, um eine definierte Temperaturänderung ΔT des sich in dem Volumenbereich befindlichen Fluids F zu bewirken, wobei eine Temperaturänderung ΔT des Fluids F eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt, und eine Verarbeitungseinrichtung 170, die ausgebildet ist, um basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P , der bei einer von dem Heizelement 150 bewirkten Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 erhalten wird, einen momentanen Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 zu ermitteln.
Gemäß einem zweiten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann der Druckwandler 110 ausgebildet sein, um die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 gegenüber einem Referenzdruck P_REF in einem Referenzvolumenbereich 190 zu erfassen.
Gemäß einem dritten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann der Druckwandler 110 einen Differenzdrucksensor oder einen Absolutdrucksensor aufweisen.
Gemäß einem vierten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann das Heizelement 150 ausgebildet sein, um bei einer Aktivierung eine definierte Temperaturerhöhung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken.
Gemäß einem fünften Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann das Heizelement 150 ferner ausgebildet sein, um bei einer Deaktivierung, nachfolgend zu einem aktivierten Zustand desselben, eine Temperaturverringerung ΔT des sich in dem Volumenbereich 130 befindlichen Fluids F zu bewirken.
Gemäß einem sechsten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um basierend auf dem momentanen Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110 eine Kalibrierinformation I_CAL für den Druckwandler 110 zu ermitteln.
Gemäß einem siebten Aspekt unter Bezugnahme auf den sechsten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um den momentanen Funktionsparameter F_IST mit einem Soll-Funktionsparameter F_SOLL des Druckwandlers 110 zu vergleichen und ein Vergleichsergebnis zu erhalten, und um basierend auf dem Vergleichsergebnis die Kalibrierinformation I_CAL für den Druckwandler 110 zu ermitteln.
Gemäß einem achten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um basierend auf der Kalibrierinformation I_CAL einen Betriebsparameter und/oder einen Verarbeitungsparameter für den Druckwandler 110 zu ändern.
Gemäß einem neunten Aspekt unter Bezugnahme auf den achten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ausgebildet sein, um basierend auf den geänderten Betriebsparametern des Druckwandlers 110 eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers 110 zu bewirken.
Gemäß einem zehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den achten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ausgebildet sein, um basierend auf dem geänderten Verarbeitungsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Aufbereitung oder Verarbeitung des Drucksignals S_P zu bewirken.
Gemäß einem elften Aspekt unter Bezugnahme auf den sechsten Aspekt kann der momentane Funktionsparameter eine Fluiddurchlässigkeit eines oder mehrerer Ausgleichsöffnungen des Druckwandlers 110 sein.
Gemäß einem zwölften Aspekt unter Bezugnahme auf den elften Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um eine untere Grenzfrequenz f_C des Signalverlaufs S_ΔP zu ermitteln, wobei eine Verringerung der unteren Grenzfrequenz auf eine verringerte Fluiddurchlässigkeit eines oder mehrerer Ausgleichsöffnungen des Druckwandlers 110 hinweist.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den sechsten Aspekt kann der momentane Funktionsparameter auf einer mechanischen Membranflexibilität einer Membran des Druckwandlers 110 basieren.
Gemäß einem vierzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den dreizehnten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um eine maximale Signalamplitude des Signalverlaufs S_ΔP zu ermitteln, wobei eine Änderung der maximalen Signalamplitude des Signalverlaufs S_ΔP auf eine Änderung der mechanischen Membranflexibilität der Membran des Druckwandlers 110 hinweist.
Gemäß einem fünfzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den dreizehnten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um eine maximale Signalamplitude des Signalverlaufs S_ΔP zu ermitteln, wobei eine Abweichung der maximalen Signalamplitude des Signalverlaufs S_ΔP von einem Sollwert auf eine Abweichung der mechanischen Membranflexibilität der Membran des Druckwandlers von einem Sollwert hinweist.
Gemäß einem sechzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den dreizehnten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ausgebildet sein, um als die Kalibrierinformation I_CAL einen Wert für eine geänderte, elektrische Vorspannung der Membran des Druckwandlers bereitzustellen, um basierend auf der geänderten, elektrischen Vorspannung zumindest näherungsweise den Sollwert für die mechanische Membranflexibilität des Druckwandlers 110 zu erhalten
Gemäß einem siebzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den sechsten Aspekt kann die Sensoranordnung 100 eine Mehrzahl von Druckwandlern 110 aufweisen, wobei der momentane Funktionsparameter eine Phaseninformation des jeweiligen Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals S_P bei der Mehrzahl von Druckwandlern 110 ist.
Gemäß einem achtzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den siebzehnten Aspekt kann der momentane Funktionsparameter eine Phasenausrichtung des Signalverlaufs S_ΔP des Drucksignals bei der Mehrzahl von Druckwandlern sein.
Gemäß einem neunzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den siebzehnten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um eine Phasenausrichtung des Signalverlaufs S_ΔP des jeweiligen Drucksignals der Mehrzahl von Druckwandlern 110 zu ermitteln, wobei eine unterschiedliche Phasenausrichtung des Signalverlaufs S_ΔP des jeweiligen Drucksignals S_P auf eine Fehlmontage des Druckwandlers 110 hinweist.
Gemäß einem zwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den neunzehnten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um als die Kalibrierinformation I_CAL einen Wert für eine Invertierung des Drucksignals S_P der Druckwandler 110 bereitzustellen, bei denen eine invertierte Phasenausrichtung des Signalverlaufs S_ΔP des jeweiligen Drucksignals S_P vorliegt.
Gemäß einem einundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den siebzehnten Aspekt kann die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Druckwandlern aufweisen, die in einem Druckwandlerarray angeordnet sind, wobei die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet ist, um einen Phasenversatz der Signalverläufe S_ΔP der Drucksignale S_P von einer Mehrzahl unterschiedlicher Druckwandler 110, 110-1 des Druckwandlerarrays zu ermitteln.
Gemäß einem zweiundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den einundzwanzigsten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um als Kalibrierinformation I_CAL eine Phasenanpassung eines oder mehrerer Drucksignale S_P der Druckwandler in dem Druckwandlerarray bereitzustellen.
Gemäß einem dreiundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den sechsten Aspekt kann der momentane Funktionsparameter eine Umgebungsbedingung sein.
Gemäß einem vierundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den dreiundzwanzigsten Aspekt kann die Umgebungsbedingung eine Umgebungstemperatur, ein Umgebungsluftdruck, eine Umgebungsluftfeuchtigkeit und/oder ein Umgebungsgasanteil in der Umgebungsatmosphäre sein.
Gemäß einem fünfundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den dreiundzwanzigsten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um die Kalibrierinformation I_CAL basierend auf einem Vergleich eines ersten Signalverlaufs des Drucksignals bei einer Erwärmung des Fluids F in dem Volumenbereich 130 und eines zweiten Signalverlaufs des Drucksignals bei einer Abkühlung des Fluids F in dem Volumenbereich zu ermitteln.
Gemäß einem sechsundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den fünfundzwanzigsten Aspekt kann die Verarbeitungseinrichtung 170 ferner ausgebildet sein, um die Kalibrierinformation I_CAL basierend auf einer Symmetriebetrachtung zwischen dem ersten und dem zweiten Signalverlauf des Drucksignals zu ermitteln.
Gemäß einem siebenundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann die Sensoranordnung 100 eine photoakustische Sensoranordnung sein.
Gemäß einem achtundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann die Sensoranordnung 100 eine Drucksensoranordnung mit einem MEMS-Drucksensor sein.
Gemäß einem neunundzwanzigsten Aspekt kann ein Verfahren 200 zum Testen einer Sensoranordnung 100 folgende Schritte aufweisen: Erzeugen 210 einer definierten Temperaturänderung ΔT eines sich in einem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F, wobei die Temperaturänderung ΔT des Fluids F eine Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 bewirkt, Erfassen 220 der Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 mit einem Druckwandler 110, der sich in einer Fluidverbindung mit dem das Fluid F aufweisenden Volumenbereich 130 befindet, Ausgeben 230 eines Drucksignals mit einem von der Druckänderung ΔP abhängigen Signalverlauf S_ΔP ansprechend auf die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130, und Ermitteln 240 eines momentanen Funktionsparameters F_IST des Druckwandlers 110 basierend auf dem Signalverlauf S_ΔP des Drucksignals S_P , der bei der Temperaturänderung ΔT in dem Volumenbereich 130 erhalten wird.
Gemäß einem dreißigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den neunundzwanzigsten Aspekt kann bei dem Schritt 220 des Erfassens der Druckänderung ΔP die Druckänderung ΔP in dem Volumenbereich 130 gegenüber einem Referenzdruck P_REF in einem Referenzvolumenbereich 190 erfasst werden, um das Drucksignal S_P mit dem von der Druckänderung Δ_P abhängigen Signalverlauf S_ΔP auszugeben.
Gemäß einem einunddreißigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den neunundzwanzigsten Aspekt kann der Schritt des Erzeugens 210 einer definierten Temperaturänderung ΔT ferner folgenden Schritt aufweisen: Aktivieren 220A eines Heizelements 150, eine definierte Temperaturerhöhung Δ_T des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken, und/oder Deaktivieren 220B des Heizelements 150, nachfolgend zu einem aktivierten Zustand desselben, um eine Temperaturverringerung des sich in dem Volumenbereich 130 befindenden Fluids F zu bewirken.
Gemäß einem zweiunddreißigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den neunundzwanzigsten Aspekt kann der Schritt 240 des Ermittelns ferner folgende Schritte aufweisen: Ermitteln einer Kalibrierinformation I_CAL für den Druckwandler 110 basierend auf dem momentanen Funktionsparameter F_IST des Druckwandlers 110, durch Vergleichen des momentanen Funktionsparameters F_IST mit einem Soll-Funktionsparameter F_SOLL des Druckwandlers 110, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, und durch Bestimmen der Kalibrierinformation I_CAL für den Druckwandler 110 basierend auf dem Vergleichsergebnis.
Gemäß einem dreiunddreißigsten Aspekt unter Bezugnahme auf den neunundzwanzigsten Aspekt kann das Verfahren 200 ferner folgenden Schritt aufweisen: Ändern 250 eines Betriebsparameters oder eines Verarbeitungsparameters für den Druckwandler 110 basierend auf der Kalibrierinformation, wobei ein geänderter Betriebsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers 110 bewirkt, und wobei ein geänderter Verarbeitungsparameter des Druckwandlers 110 eine geänderte Aufbereitung des Druckwandlers bewirkt.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Sensoranordnung (100) mit folgenden Merkmalen: einem Druckwandler (110) in Fluidverbindung mit einem ein Fluid (F) aufweisenden Volumenbereich (130), wobei der Druckwandler (110) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) ein Drucksignal (S_P) mit einem von der Druckänderung (ΔP) abhängigen Signalverlauf (S_ΔP) auszugeben, einem Heizelement (150), das ausgebildet ist, um eine definierte Temperaturänderung (ΔT) des sich in dem Volumenbereich befindlichen Fluids (F) zu bewirken, wobei die Temperaturänderung (ΔT) des Fluids (F) eine Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) bewirkt, und einer Verarbeitungseinrichtung (170), die ausgebildet ist, um basierend auf dem Signalverlauf (S_ΔP) des Drucksignals (Sp), der bei einer von dem Heizelement (150) bewirkten Temperaturänderung (ΔT) in dem Volumenbereich (130) erhalten wird, einen momentanen Funktionsparameter (F_IST) des Druckwandlers (110) zu ermitteln.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei der Druckwandler (110) ausgebildet ist, um die Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) gegenüber einem Referenzdruck (P_REF) in einem Referenzvolumenbereich (190) zu erfassen.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Druckwandler (110) einen Differenzdrucksensor oder einen Absolutdrucksensor aufweist.
Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (150) ausgebildet ist, um bei einer Aktivierung eine definierte Temperaturerhöhung (ΔT) des sich in dem Volumenbereich (130) befindenden Fluids (F) zu bewirken.
Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (150) ferner ausgebildet ist, um bei einer Deaktivierung, nachfolgend zu einem aktivierten Zustand desselben, eine Temperaturverringerung (ΔT) des sich in dem Volumenbereich (130) befindlichen Fluids (F) zu bewirken.
Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um basierend auf dem momentanen Funktionsparameter (F_IST) des Druckwandlers (110) eine Kalibrierinformation (I_CAL) für den Druckwandler (110) zu ermitteln.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 6, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um den momentanen Funktionsparameter (F_IST) mit einem Soll-Funktionsparameter (F_SOLL) des Druckwandlers (110) zu vergleichen und ein Vergleichsergebnis zu erhalten, und um basierend auf dem Vergleichsergebnis die Kalibrierinformation (I_CAL) für den Druckwandler (110) zu ermitteln.
Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um basierend auf der Kalibrierinformation (I_CAL) einen Betriebsparameter und/oder einen Verarbeitungsparameter für den Druckwandler (110) zu ändern.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 8, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ausgebildet ist, um basierend auf den geänderten Betriebsparametern des Druckwandlers (110) eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers (110) zu bewirken.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ausgebildet ist, um basierend auf dem geänderten Verarbeitungsparameter des Druckwandlers (110) eine geänderte Aufbereitung oder Verarbeitung des Drucksignals (S_P) zu bewirken.
Sensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der momentane Funktionsparameter eine Fluiddurchlässigkeit eines oder mehrerer Ausgleichsöffnungen des Druckwandlers (110) ist.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 11, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um eine untere Grenzfrequenz (f_C) des Signalverlaufs (S_ΔP) zu ermitteln, wobei eine Verringerung der unteren Grenzfrequenz auf eine verringerte Fluiddurchlässigkeit eines oder mehrerer Ausgleichsöffnungen des Druckwandlers (110) hinweist.
Sensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der momentane Funktionsparameter auf einer mechanischen Membranflexibilität einer Membran des Druckwandlers (110) basiert.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 13, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um eine maximale Signalamplitude des Signalverlaufs (S_ΔP) zu ermitteln, wobei eine Änderung der maximalen Signalamplitude des Signalverlaufs (S_ΔP) auf eine Änderung der mechanischen Membranflexibilität der Membran des Druckwandlers (110) hinweist.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um eine maximale Signalamplitude des Signalverlaufs (S_ΔP) zu ermitteln, wobei eine Abweichung der maximalen Signalamplitude des Signalverlaufs (S_ΔP) von einem Sollwert auf eine Abweichung der mechanischen Membranflexibilität der Membran des Druckwandlers von einem Sollwert hinweist.
Sensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ausgebildet ist, um als die Kalibrierinformation (I_CAL) einen Wert für eine geänderte, elektrische Vorspannung der Membran des Druckwandlers bereitzustellen, um basierend auf der geänderten, elektrischen Vorspannung zumindest näherungsweise den Sollwert für die mechanische Membranflexibilität des Druckwandlers (110) zu erhalten
Sensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Sensoranordnung (100) eine Mehrzahl von Druckwandlern (110) aufweist, wobei der momentane Funktionsparameter eine Phaseninformation des jeweiligen Signalverlaufs (S_ΔP) des Drucksignals (S_P) bei der Mehrzahl von Druckwandlern (110) ist.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 17, wobei der momentane Funktionsparameter eine Phasenausrichtung des Signalverlaufs (S_ΔP) des Drucksignals bei der Mehrzahl von Druckwandlern ist.
Sensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um eine Phasenausrichtung des Signalverlaufs (S_ΔP) des jeweiligen Drucksignals der Mehrzahl von Druckwandlern (110) zu ermitteln, wobei eine unterschiedliche Phasenausrichtung des Signalverlaufs (S_ΔP) des jeweiligen Drucksignals (S_P) auf zum Beispiel eine Fehlmontage des Druckwandlers (110) hinweist.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 19, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um als die Kalibrierinformation (I_CAL) einen Wert für eine Invertierung des Drucksignals (S_P) der Druckwandler (110) bereitzustellen, bei denen eine invertierte Phasenausrichtung des Signalverlaufs (S_ΔP) des jeweiligen Drucksignals (S_P) vorliegt.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 17, wobei die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Druckwandlern aufweist, die in einem Druckwandlerarray angeordnet sind, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um einen Phasenversatz der Signalverläufe (S_ΔP) der Drucksignale (S_P) von einer Mehrzahl unterschiedlicher Druckwandler (110, 110-1) des Druckwandlerarrays zu ermitteln.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 21, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um als Kalibrierinformation (I_CAL) eine Phasenanpassung eines oder mehrerer Drucksignale (S_P) der Druckwandler in dem Druckwandlerarray bereitzustellen.
Sensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der momentane Funktionsparameter eine Umgebungsbedingung ist.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 23, wobei die Umgebungsbedingung eine Umgebungstemperatur, ein Umgebungsluftdruck, eine Umgebungsluftfeuchtigkeit und/oder ein Umgebungsgasanteil in der Umgebungsatmosphäre ist.
Sensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 23 oder 24, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um die Kalibrierinformation (I_CAL) basierend auf einem Vergleich eines ersten Signalverlaufs des Drucksignals bei einer Erwärmung des Fluids (F) in dem Volumenbereich (130) und eines zweiten Signalverlaufs des Drucksignals bei einer Abkühlung des Fluids (F) in dem Volumenbereich zu ermitteln.
Sensoranordnung (100) nach Anspruch 25, wobei die Verarbeitungseinrichtung (170) ferner ausgebildet ist, um die Kalibrierinformation (I_CAL) basierend auf einer Symmetriebetrachtung zwischen dem ersten und dem zweiten Signalverlauf des Drucksignals zu ermitteln.
Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (100) eine photoakustische Sensoranordnung ist.
Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (100) eine Drucksensoranordnung mit einem MEMS-Drucksensor ist.
Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (150) als ein ohmsches Widerstandselement, ein Impedanzelement oder eine optisch absorbierende Fläche ausgebildet ist.
Verfahren (200) zum Testen einer Sensoranordnung (100), mit folgenden Schritten: Erzeugen (210) einer definierten Temperaturänderung (ΔT) eines sich in einem Volumenbereich (130) befindenden Fluids (F), wobei die Temperaturänderung (ΔT) des Fluids (F) eine Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) bewirkt, Erfassen (220) der Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) mit einem Druckwandler (110), der sich in einer Fluidverbindung mit dem das Fluid (F) aufweisenden Volumenbereich (130) befindet, Ausgeben (230) eines Drucksignals mit einem von der Druckänderung (ΔP) abhängigen Signalverlauf (S_ΔP) ansprechend auf die Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130), und Ermitteln (240) eines momentanen Funktionsparameters (F_IST) des Druckwandlers (110) basierend auf dem Signalverlauf (S_ΔP) des Drucksignals (S_P), der bei der Temperaturänderung (ΔT) in dem Volumenbereich (130) erhalten wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 30, wobei bei dem Schritt (220) des Erfassens der Druckänderung (ΔP) die Druckänderung (ΔP) in dem Volumenbereich (130) gegenüber einem Referenzdruck (P_REF) in einem Referenzvolumenbereich (190) erfasst wird, um das Drucksignal (S_P) mit dem von der Druckänderung (Δ_P) abhängigen Signalverlauf (S_ΔP) auszugeben.
Verfahren (200) nach Anspruch 30 oder 31, wobei der Schritt des Erzeugens (210) einer definierten Temperaturänderung (ΔT) ferner folgenden Schritt aufweist: Aktivieren (220A) eines Heizelements (150), eine definierte Temperaturerhöhung (Δ_T) des sich in dem Volumenbereich (130) befindenden Fluids (F) zu bewirken, und/oder Deaktivieren (220B) des Heizelements (150), nachfolgend zu einem aktivierten Zustand desselben, um eine Temperaturverringerung des sich in dem Volumenbereich (130) befindenden Fluids (F) zu bewirken.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei der Schritt (240) des Ermitteins ferner folgende Schritte aufweist: Ermitteln einer Kalibrierinformation (I_CAL) für den Druckwandler (110) basierend auf dem momentanen Funktionsparameter (F_IST) des Druckwandlers (110), durch Vergleichen des momentanen Funktionsparameters (F_IST) mit einem Soll-Funktionsparameter (F_SOLL) des Druckwandlers (110), um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, und durch Bestimmen der Kalibrierinformation (I_CAL) für den Druckwandler (110) basierend auf dem Vergleichsergebnis.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 30 bis 33, ferner mit folgenden Schritten: Ändern (250) eines Betriebsparameters oder eines Verarbeitungsparameters für den Druckwandler (110) basierend auf der Kalibrierinformation, wobei ein geänderter Betriebsparameter des Druckwandlers (110) eine geänderte Ansteuerung des Druckwandlers (110) bewirkt, und wobei ein geänderter Verarbeitungsparameter des Druckwandlers (110) eine geänderte Aufbereitung des Druckwandlers bewirkt.