DE102018206669B9 - Fluidsensor und Verfahren zum Bereitstellen desselben - Google Patents

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Abstract

Ein Fluidsensor umfasst ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten thermischen Emitter, der konfiguriert ist, um während eines Messintervalls eine erste thermische Strahlung in ein Detektionsvolumen des Gehäuses, das ein Messgas aufweist, mit einem ersten Leistungspegel auszusenden und während eines Zwischenintervalls, das außerhalb des Messintervalls angeordnet ist, die erste thermische Strahlung mit einem reduzierten ersten Leistungspegel auszusenden oder nicht auszusenden. Der Fluidsensor umfasst ein in dem Detektionsvolumen angeordnetes Messelement, das konfiguriert ist, um ein Strahlungssignal, das auf der ersten thermischen Strahlung basiert, während des Messintervalls zu empfangen. Der Fluidsensor umfasst einen in dem Gehäuse angeordneten zweiten thermischen Emitter, der ausgebildet ist, um eine zweite thermische Strahlung innerhalb des Zwischenintervalls mit einem zweiten Leistungspegel in das Detektionsvolumen auszusenden, so dass eine thermische Schwingung einer thermischen Strahlung bezogen auf einer Summe des ersten Leistungspegels und des zweiten Leistungspegels basierenden Gesamtleistungspegel der thermischen Strahlung in dem Detektionsvolumen während einer zusammenhängenden Zeitspanne umfasst das Messintervall und das Zwischenintervall höchstens ± 50% beträgt.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Fluidsensor, beispielsweise einen Gassensor, und auf ein Verfahren zum Bereitstellen desselben. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein energetisch ausgeglichenes thermoakustisches System.
  • Photoakustische Sensoren (PAS) können einen Infrarot-Emitter (Signalquelle) und ein Messelement (Signalsenke) aufweisen, zwischen denen ein Absorptionspfad angeordnet ist. Thermische Strahlung kann von dem Emitter durch den Absorptionspfad hin zu dem Messelement gesendet werden, wobei ein Teil der thermischen Strahlung im Absorptionspfad von einem dort befindlichen Gas manipuliert oder absorbiert wird, das bedeutet, das Gas wirkt wie ein Filter. Die gefilterte Strahlung kann von dem Messelement empfangen und ausgewertet werden, wodurch ein Rückschluss auf das in dem Absorptionspfad befindliche Fluid/Gas ermöglicht wird.
  • In DE 697 06 438 T2 ist ein photoakustisches Gasmesssystem beschrieben, das entweder separate Laser oder eine Anordnung von Emittern und Filtern umfasst, um Infrarotenergie innerhalb von mindestens zwei unterscheidbaren Frequenzbandbreiten bereitzustellen, die mit zwei oder mehr zugehörigen und unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert sind.
  • In DE 10 2005 022 288 B4 ist ein Verfahren zum Messen des Vorhandenseins und / oder der Konzentration eines Analyten durch eine Gassensoranordnung beschrieben, das eine entsprechende Gassensoranordnung betrifft. Die Gassensoranordnung umfasst mindestens eine erste Strahlungsquelle, die Strahlung emittiert, und mindestens eine zweite Strahlungsquelle, die Strahlung emittiert.
  • In DE 10 2015 012 429 A1 ist ein Verfahren zur Signalerfassung in einem Gasanalysesystem mit einer Strahlungsquelle, mit einer Gasmessstrecke, in der das Messgas enthalten ist, mit einem Fabry-Perot-Interferometer und mit einem thermischen Sensor beschrieben.
  • Wünschenswert wären Fluidsensoren, die Messergebnisse mit einer hohen Präzision bereitstellen.
  • Ausführungsbeispiele schaffen einen Fluidsensor mit einem Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten ersten thermischen Emitter, der konfiguriert ist, um während eines Messintervalls eine erste thermische Strahlung in ein Detektionsvolumen des Gehäuses, das ein Messgas aufweist, mit einem ersten Leistungspegel auszusenden und während eines Zwischenintervalls, das außerhalb des Messintervalls angeordnet ist, die erste thermische Strahlung mit einem reduzierten ersten Leistungspegel auszusenden oder nicht auszusenden. Der Fluidsensor umfasst ein in dem Detektionsvolumen angeordnetes Messelement, das konfiguriert ist, um ein Strahlungssignal, das auf der ersten thermischen Strahlung basiert, während des Messintervalls zu empfangen. Der Fluidsensor umfasst einen in dem Gehäuse angeordneten zweiten thermischen Emitter, der ausgebildet ist, um eine zweite thermische Strahlung innerhalb des Zwischenintervalls mit einem zweiten Leistungspegel in das Detektionsvolumen auszusenden, so dass eine thermische Schwingung einer thermischen Strahlung bezogen auf einer Summe des ersten Leistungspegels und des zweiten Leistungspegels basierenden Gesamtleistungspegel der thermischen Strahlung in dem Detektionsvolumen während einer zusammenhängenden Zeitspanne umfassend das Messintervall und das Zwischenintervall höchstens ∓ 50% beträgt. Das bedeutet, während der Zwischenintervalle liefert der zweite thermische Emitter eine thermische Strahlung in das Detektionsvolumen, so dass die thermische Schwingung bzw. die thermische Modulation gering bleibt und dadurch eine geringe Beeinflussung des Messergebnisses durch die thermische Schwingung erhalten wird, was zu präzisen Messergebnissen führt. Der im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als thermische Schwingung bezeichnete Effekt bezieht sich im Speziellen auf die thermische Modulation. Einige der mittels der vorliegenden Offenbarung adressierten Effekte können auf der thermischen Modulationstiefe beruhen. Eine hierin beschriebene thermischer Schwingung kann sich im Speziellen auf eine thermische Gesamtmodulation des Fluidsensors beziehen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Ansteuereinrichtung, die ausgebildet ist, um den ersten thermischen Emitter so anzusteuern, dass dieser die erste thermische Strahlung während des Messintervalls mit dem ersten Leistungspegel aussendet und während des Zwischenintervalls mit dem reduzierten ersten Leistungspegel aussendet oder nicht aussendet; wobei die Ansteuereinrichtung ferner ausgebildet ist, um den zweiten thermischen Emitter so anzusteuern, dass dieser die zweite thermische Strahlung während des Zwischenintervalls aussendet und während des Messintervalls mit einem reduzierten zweiten Leistungspegel aussendet oder nicht aussendet.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Fluidsensors. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Gehäuses und ein Anordnen eines ersten thermischen Emitters in dem Gehäuse, so dass der erste thermische Emitter konfiguriert ist, um während eines Messintervalls eine erste thermische Strahlung in ein Detektionsvolumen des Gehäuses, das ein Messgas aufweist, mit einem ersten Leistungspegel auszusenden und während eines Zwischenintervalls, das außerhalb des Messintervalls angeordnet ist, die erste thermische Strahlung mit einem reduzierten ersten Leistungspegel auszusenden oder nicht auszusenden. Das Verfahren umfasst ein Anordnen eines Messelements in dem Detektionsvolumen, so dass das Messelement konfiguriert ist, um ein Strahlungssignal, das auf der ersten thermischen Strahlung basiert, während des Messintervalls zu empfangen. Das Verfahren umfasst ein Anordnen eines zweiten thermischen Emitters in dem Gehäuse, so dass der erste thermische Emitter ausgebildet ist, um eine zweite thermische Strahlung innerhalb des Zwischenintervalls mit einem zweiten Leistungspegel in das Detektionsvolumen auszusenden, so dass eine thermische Schwingung oder thermische Modulation einer thermischen Strahlung bezogen auf einer Summe des ersten Leistungspegels und des zweiten Leistungspegels basierenden Gesamtleistungspegel der thermischen Strahlung in dem Detektionsvolumen während einer zusammenhängenden Zeitspanne umfassend das Messintervall und das Zwischenintervall höchstens ± 50% beträgt. Das Verfahren umfasst ein Anordnen einer Ansteuereinrichtung, die ausgebildet ist, um den ersten thermischen Emitter so anzusteuern, dass dieser die erste thermische Strahlung während des Messintervalls mit dem ersten Leistungspegel aussendet und während des Zwischenintervalls mit dem reduzierten ersten Leistungspegel aussendet oder nicht aussendet; so dass die Ansteuereinrichtung ferner ausgebildet ist, um den zweiten thermischen Emitter so anzusteuern, dass dieser die zweite thermische Strahlung während des Zwischenintervalls aussendet und während des Messintervalls mit einem reduzierten zweiten Leistungspegel aussendet oder nicht aussendet.
  • Ausführungsbeispiele werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1a ein schematisches Blockschaltbild eines Fluidsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 1b einen schematischen Graphen beispielhafter Leistungspegel zweier thermischen Strahler des Fluidsensors aus 1a, bei dem an einer Ordinate eine thermische Leistung und an einer Abszisse die Zeit angetragen ist;
    • 1c einen schematischen Graphen beispielhafter Leistungspegel der thermischen Strahler des Fluidsensors aus 1a, bei denen gilt, dass die AUS-Pegel gleich sind und einen Wert von null aufweisen;
    • 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Fluidsensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem der eine Ansteuereinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um die thermischen Emitter anzusteuern;
    • 3a eine schematische Aufsicht auf einen thermischen Emitter gemäß einem Ausführungsbeispiel 52;
    • 3b eine schematische Aufsicht auf einen thermischen Emitter, der zwei leitfähige Strukturen aufweist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 3c eine schematische Aufsicht auf einen thermischen Emitter gemäß einem Ausführungsbeispiel, der ebenfalls konfiguriert ist, um die Funktionalität beider thermischen Emitter aus 1a zu implementieren;
    • 4a eine schematische Seitenschnittansicht eines Fluidsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel, der gleichzeitig als Mikrofon nutzbar ist und der in einem Zustand eines Zwischenintervalls ist;
    • 4b den Fluidsensor aus 4a in einem Zustand, wie er beispielsweise während des Messintervalls erhalten werden kann;
    • 5a einen schematischen Graphen, bei dem Ansteuerspannungen der thermischen Emitters eines Fluidsensors gemäß hierin beschriebener Ausführungsbeispiele als Spannungsgröße über die Zeit angetragen sind;
    • 5b einen schematischen Graphen eines Summensignals, das beispielsweise einem im Zusammenhang mit der 1b beschriebenen thermischen Gesamtleistungspegel;
    • 6a einen schematischen Graphen eines möglichen Temperaturverlaufs in einem Detektionsvolumen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 6b einen schematischen Verlauf einer Intensität, die einen spezifischen Bestandteil eines Messgases anregt, über die Zeit und gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
    • 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Fluidsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Manche der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Fluidsensoren, insbesondere Fluidsensoren, die basierend auf einer thermischen Strahlung eine Auslenkung einer Membranstruktur bewirken, welche messbar und/oder auswertbar ist. Ein Beispiel für derartige Fluidsensoren sind sogenannte fotoakustische Sensoren (PAS). Hierbei wird ein zu untersuchendes Messgas einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt, so dass das Messgas mit der elektromagnetischen Strahlung interagiert. Beispielsweise kann das Messgas bestimmte Wellenlängenbereiche der elektromagnetischen Strahlung manipulieren und/oder absorbieren. Allgemein kann das Messgas basierend auf der elektromagnetischen Strahlung angeregt werden. Diese Anregung kann sich auf das Messelement übertragen, beispielsweise eine auslenkbare Struktur, etwa eine Biegebalkenstruktur oder eine Membranstruktur. Diese Auslenkung kann vergleichbar mit einer Auswertung eines Mikrofons festgestellt werden. In Kenntnis der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung und unter Auswertung der Interaktion des Messgases mit dem Messelement kann somit auf die Anregung des Messgases zurückgeschlossen werden. Die Anregung und insbesondere die Absorption und/oder Manipulation von Wellenlängenbereichen kann dabei von Bestandteilen und/oder deren Konzentration in dem Messgas beeinflusst sein, so dass basierend auf der Auswertung des auslenkbaren Elements ein Rückschluss auf Bestandteile in dem Messgas und/oder deren Konzentration möglich ist.
  • Zur Anregung des Messgases können energiereiche elektromagnetische Strahlungen eingesetzt werden, beispielsweise thermische Strahlungen und/oder Infrarotstrahlungen. Diese lassen sich einfach erzeugen, beispielsweise durch Heizelemente bzw. thermische Emitter.
  • Thermische Strahlung kann das Messgas erwärmen, so dass basierend auf unterschiedlichen Bestandteilen in dem Messgas und deren Interaktion mit der thermischen Strahlung eine Expansion des Messgases erfolgt. Die Expansion des Messgases kann zu einem veränderlichen Druck an dem Messelement führen, der eine Auslenkung desselben hervorruft und auswertbar ist. Gleichzeitig kann eine variierende Zusammensetzung des Messgases unterschiedliche Veränderungen charakteristischer Eigenschaften des Messelementes bewirken, was ebenfalls auswertbar ist, bspw. eine Resonanzfrequenz einer Membran.
  • 1a zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Fluidsensors 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Fluidsensor 10 kann als thermoakustischer oder photoakustischer Fluidsensor gebildet sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können die Ausführungsbeispiele auf andere Sensorkonzepte übertragen werden bei denen ein variabler Temperatureintrag einzelner Komponenten zu Messungenauigkeiten führen kann.
  • Der Fluidsensor 10 umfasst ein Gehäuse 12 und zwei in dem Gehäuse 12 angeordnete thermische Emitter 14 und 16, die konfiguriert sind, um alternierend eine thermische Strahlung 18 bzw. eine zweite thermische Strahlung 22 auszusenden. Alternierend soll hier nicht so verstanden werden, dass die Aktivität einer der thermischen Strahlungen 18 oder 22 die Inaktivität der anderen thermischen Strahlung 22 bzw. 18 zwingend über die gesamte Zeit voraussetzt. Vielmehr ist der thermische Emitter 14 konfiguriert, um die thermische Strahlung 18 in ein Detektionsvolumen 24 des Gehäuses während eines Messintervalls auszusenden. In dem Detektionsvolumen 24 ist ein Messfluid 26, insbesondere ein Messgas angeordnet, beispielsweise ein gasförmiges Stoffgemisch, wobei auch dampfförmige Bestandteile und/oder in einem Gas gebundener Feststoff bzw. eine Flüssigkeit angeordnet sein können. Obwohl das Detektionsvolumen 24 ein in dem Gehäuse 12 geschlossenes Volumen dargestellt ist, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hierauf nicht beschränkt. Das Detektionsvolumen 24 kann vielmehr auch ein offenes Volumen in dem Gehäuse 12 sein und/oder das gesamte Volumen des Gehäuses 12 umfassen. Das bedeutet, dass der Emitter 14 und/oder der Emitter 16 auch innerhalb des Detektionsvolumens 24 angeordnet sein können.
  • Der Fluidsensor 10 umfasst ein Messelement 28, das in dem Detektionsvolumen 24 angeordnet ist und das konfiguriert ist, um ein Strahlungssignal 32, das auf der thermischen Strahlung 18 des Emitters 14 basiert, während des Messintervalls zu empfangen. Das in dem räumlichen Verlauf zwischen dem Emitter 14 und dem Messelement 28 angeordnete Messgas 26 kann somit einen Absorptionspfad des Fluidsensors 10 zumindest teilweise bilden. Der Emitter 14 kann ausgebildet sein, um die thermische Strahlung 18 lediglich zeitweise auszusenden. Zumindest zeitweise während dieser Zeit kann das Messelement 28 ausgebildet sein, um die thermische Strahlung 32 zu empfangen, um die Interaktion, die die thermische Strahlung 18 in, an oder mit dem Messgas 26 hervorruft, zu erfassen, beispielsweise durch Auslenkung eines beweglichen Elements, und/oder um ein entsprechendes Signal bereitzustellen. Vereinfacht kann das Messelement 28 eine Messung der Interaktion der thermischen Strahlung 18 bezüglich des Messgases 26 während eines Messintervalls bereitstellen.
  • Während des Zwischenintervalls und optional auch zumindest kurzfristig davor und/oder danach kann der thermische Emitter 14 konfiguriert sein, um die thermische Strahlung 18 mit einem verglichen mit dem Messintervall verringerten Leistungspegel auszusenden oder die thermische Strahlung 18 nicht auszusenden. Das bedeutet, dass während eines Zwischenintervalls, das außerhalb des Messintervalls angeordnet ist, die thermische Strahlung 18 mit einem reduzierten Leistungspegel ausgesendet wird oder nicht ausgesendet wird. Eine Leistungsreduktion kann beispielsweise durch Verringerung einer angelegten Gleichspannung oder einer angelegten Wechselspannung erhalten werden, kann alternativ oder zusätzlich aber auch über einen veränderlichen oder reduzierten Tastgrad eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal) erhalten werden, basierend auf einer Erhöhung des PWM-Tastgrads kann eine Erhöhung der thermischen Leistung erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine veränderliche Pulsdichte eines pulsdichtenmodulierten Signals (Pulse Density Modulation - PDM) genutzt werden, um basierend auf einer veränderlichen Pulsdichte eine Leistungserhöhung oder Leistungsreduktion zu erhalten.
  • Innerhalb des Zwischenintervalls, das bedeutet zeitweise oder ständig während des Zwischenintervalls, kann der thermische Emitter 16 die thermische Strahlung 22 aussenden. Dies kann mit einem Leistungspegel erfolgen und so ausgeführt werden, dass die thermische Strahlung 22 ebenfalls in das Detektionsvolumen 24 gelangt. Bei isolierter Betrachtung der thermischen Strahlung 18 kann ausgehend von einem Referenzzustand ohne die thermische Strahlung 18 eine Einwirkung der thermischen Strahlung 18 in das Detektionsvolumen 24 zu einer Aufnahme einer Energie der thermischen Strahlung 18 durch das Messgas 26 führen, was beispielsweise eine Expansion des Messgases 26 bewirkt. Alternativ oder zusätzlich können auch weitere Bestandteile des Fluidsensors 10 Teile der thermischen Strahlung 18 absorbieren, beispielsweise das Gehäuse 12. Dies kann dazu führen, dass durch ein Einschalten und ein nachfolgendes Ausschalten, gegebenenfalls unter Wiederholung der Einschaltvorgänge und/oder Ausschaltvorgänge, eine thermische Schwingung an dem Messelement 28 bzw. in dem Detektionsvolumen 24 induziert wird, was zu Ungenauigkeiten in dem erhaltenen Messsignal führen kann. Dies kann insbesondere im Hinblick darauf Ungenauigkeiten in den Messsignalen bereitstellen, dass verwendete Bauteile etwa Gehäuseteile und/oder Abdeckungen und dergleichen mit zunehmend geringem Bauraum und/oder Materialstärken ausgeführt werden, so dass bereits geringe Mengen thermische Energie ausreichen, um eine Verformung von Festkörpern und/oder eine relevante Ausdehnung von Gasen hervorzurufen.
  • Gleichzeitig kann der Fluidsensor 10 so gebildet sein, dass der thermische Emitter 14 lediglich zeitweise aktiviert ist. Während der Zwischenintervalle kann der thermische Emitter 16 die thermische Strahlung 22 bereitstellen, so dass die thermische Schwingung der thermischen Strahlung bezogen auf einen Gesamtleistungspegel der thermischen Strahlung in dem Detektionsvolumen während einer zusammenhängenden Zeitspanne umfassend das Messintervall und das Zwischenintervall höchstens 50%, bevorzugt höchstens 40% und besonders bevorzugt höchstens 30% beträgt. Der Gesamtleistungspegel kann als Energiesumme oder Energiesummenspektrum verstanden werden, der basierend auf einer Summierung des Leistungspegels der thermischen Strahlung 18 und des Leistungspegels der thermischen Strahlung 22 erhalten wird. Anders ausgedrückt kann die thermische Strahlung 22 während des Zwischenintervalls eine thermische Leistung bereitstellen, die einen Abfluss thermischer Energie aus dem Detektionsvolumen 24 während des Zwischenintervalls zumindest teilweise verhindert, so dass die Entstehung von thermischen Schwingungen erschwert, reduziert oder gar verhindert werden kann.
  • Der thermische Emitter 14 und/oder der thermische Emitter 16 können unabhängig voneinander durch einen einzelnen thermischen Emitter gebildet sein. Alternativ kann in Fluidsensoren gemäß der vorliegenden Offenbarung der erste thermische Emitter 14 und/oder der zweite thermische Emitter 16 umfassend eine Mehrzahl n von Strahlungselementen gebildet sein. Das bedeutet, einer oder beide der thermischen Emitter 14 und/oder 16 kann auch durch eine Mehrzahl von thermischen Emittern oder Einzelemittern/Strahlungselementen gebildet sein, die gemeinschaftlich die thermische Strahlung 18 bzw. 22 bereitstellen. Die Anzahl von Einzelemittern einer derart verteilten Anordnung kann einen beliebigen Wert von n betragen mit n ≥ 1, n ≥ 2, n ≥ 3 oder mehr, bspw. n ≥ 10 oder n ≥ 15, wobei n für die Emitter 14 und 16 gleich oder unterschiedlich sein kann. In anderen Worten, das Prinzip der thermischen Toggelung oder Thermischen Modulation gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen funktioniert auch bei einer Anzahl von n Wärmequellen, die bspw. während des jeweiligen Zeitintervalls unterschiedlich oder gleichmäßig mit einem Tastgrad (DutyCycle) von 100/n ansteuerbar sind, in hohem Maße vorteilhaft.
  • Das Gehäuse 12 kann in einer Vorrichtung angeordnet sein oder kann ein Gehäuse der Vorrichtung selbst sein. Beispielsweise kann der Fluidsensor 10 zumindest einen Teil einer mobilen Vorrichtung bilden, beispielsweise ein Mobiltelefon oder eine tragbare Musikeinrichtung, wobei die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht darauf beschränkt sind. Andere Beispiele für mobile Vorrichtungen sind beispielsweise Computer, etwa Laptops oder Tablet-Computer aber auch Automobile. Alternativ ist es ebenfalls möglich, den Fluidsensor 10 als stationäre Vorrichtung vorzusehen oder in einer stationären Vorrichtung anzuordnen.
  • Das Messelement 28 kann ein auslenkbares Element umfassen und beispielsweise als mikroelektromechanisches System (MEMS) gebildet sein. Das Messelement kann beispielsweise einen auslenkbaren Biegebalken und/oder eine auslenkbare Membran umfassen, deren Bewegung, Auslenkung und/oder Beschleunigung erfassbar ist, beispielsweise basierend auf veränderlichen elektrischen Potenzialen und/oder veränderlichen elektrischen Kennwerten, beispielsweise einem Kapazitätswert.
  • 1b zeigt einen schematischen Graphen, bei dem an einer Ordinate eine thermische Leistung P und an einer Abszisse die Zeit t angetragen ist. Der Graph illustriert beispielhaft einen Verlauf von thermischen Leistungspegeln Li der thermischen Strahlung 18 und 22 über die Zeit t. Der erste thermische Emitter 14 kann beispielsweise ausgebildet sein, um in Zeitintervallen 34, beispielsweise einem Zeitintervall 341 und/oder 342 die thermische Strahlung 18 mit einem Leistungspegel L4 anzulegen, der verglichen mit einem Leistungspegel L1 höher ist. Messintervalle 361 und/oder 362 können ganz oder teilweise innerhalb der Zeitintervalle 341 und/oder 342 angeordnet sein. Obwohl die Messintervalle 36i so dargestellt sind, dass sie eine kürzere zeitliche Dauer aufweisen als die Zeitintervalle 34i , können die Messintervalle 36i auch eine gleiche oder gar eine längere Zeitdauer aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein beginnendes Messintervall 36i vor, zeitgleich oder nach einem Beginn des Zeitintervalls 34i liegt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Ende des Messintervalls 36i vor, zeitgleich oder nach einem Ende eines jeweiligen Zeitintervalls 34i liegt. Zur besseren Verständlichkeit sind die Messintervalle 36i jedoch so beschrieben, dass sie innerhalb der Zeitintervalle 34i angeordnet sind, das bedeutet, während des Messintervalls 36i weist die thermische Strahlung 18 des Emitters 14 den Pegel L4 auf, der vereinfacht als AN-Pegel des Emitters 14 bezeichnet werden kann. Während des Messintervalls kann die thermische Strahlung 18 hauptsächlich zu einer Betriebstemperatur in dem Detektionsvolumen 24 beitragen. Während des Zwischenintervalls kann hauptsächlich die thermische Strahlung 22 zu der Betriebstemperatur beitragen. Basierend auf der geringen Veränderung des thermischen Gesamtleistungspegels 42 kann somit ein Betrieb des Fluidsensors dergestalt erhalten werden, dass über eine Vielzahl von Messintervallen und Zwischenintervallen eine Betriebstemperatur erhalten wird, die innerhalb eines Toleranzbereichs von ± 3 °C ± 2 °C oder ± 1 °C gleich bleibt.
  • Zumindest teilweise außerhalb der Messintervalle 36i , beispielsweise außerhalb der Zeitintervalle 34i kann der Emitter 14 die thermische Strahlung 18 mit dem Pegel L1 aussenden, der vereinfacht als AUS-Pegel des Emitters 14 verstanden werden kann. Der Pegel L1 kann einen Wert von null aufweisen, das bedeutet der Emitter 14 kann deaktiviert sein und keine oder lediglich eine thermische Restenergie aussenden. Alternativ kann auch ein aktiver Zustand eingenommen werden, wobei gilt, dass L1 < L4.
  • Zwischen den Zeitintervallen 34i können Zwischenintervalle 381 und/oder 382 angeordnet sein. Während der Zwischenintervalle 38i kann der zweite Emitter 16 ausgebildet sein, um die thermische Strahlung 22 mit einem Leistungspegel L3 auszusenden. Der Leistungspegel L3 ist größer als ein Leistungspegel L2 , mit welchem der Emitter 16 die thermische Strahlung 22 während der Messintervalle 36i aussendet. Die Zwischenintervalle 38i können einen Teil der Zeitspanne beschreiben, der zwischen den Zeitintervallen 34i bzw. 36i angeordnet ist. Alternativ können die Zwischenintervalle 38i auch als diejenigen Zeitintervalle verstanden werden, die zwischen den Zeitintervallen 34i angeordnet sind, in denen der Emitter 14 die thermische Strahlung 18 mit dem Pegel L4 aussendet. Es kann gelten, dass L3 > L2 , wobei der Pegel L3 als AN-Pegel und der Pegel L2 als AUS-Pegel des Emitters 16 verstanden werden kann. Der Pegel L2 kann einen Wert von null aufweisen, kann aber auch einen hiervon verschiedenen Wert aufweisen, so dass auch der thermische Emitter 16 ausgebildet sein kann, um während der AUS-Phase, etwa innerhalb des Zeitintervalls 34i , die thermische Strahlung 22 nicht auszusenden oder zumindest mit einem geringeren Leistungspegel auszusenden als den Pegel L3 .
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können zu Umschaltzeitpunkten ti jeweils einer der Emitter 14 oder 18 von dem AN-Zustand in dem AUS-Zustand geschalten werden und der andere thermische Emitter 16 bzw. 14 von dem AUS-Zustand in den AN-Zustand geschalten werden. Dies ermöglicht bei Vernachlässigung thermischer Trägheit einen zumindest näherungsweise konstanten thermischen Gesamtleistungspegel 42, insbesondere wenn gilt, dass L1 + L3 = L2 + L4, was beispielsweise dadurch erhalten werden kann, dass gilt L1 = L2, beispielsweise 0 und L3 = L4. Ein Pegel von L1 = 0 kann auch so verstanden werden, dass der Fluidsensor 10 konfiguriert sein kann, um den thermischen Emitter 14 während des Zwischenintervalls 38i zu deaktivieren.
  • Der thermische Gesamtleistungspegel 42 kann als Summe der zu einem Zeitpunkt vorherrschenden Einzelpegel und somit als Energiesumme oder als Energiesummenspektrum der thermischen Strahlungen 18 und 22 verstanden werden. Eine Variation des thermischen Gesamtleistungspegels 42 über die Zeit kann beispielsweise als thermische Schwingung oder Volatilität bezeichnet werden. So kann der thermische Gesamtleistungspegel 42 beispielsweise zwischen einem minimalen Wert 42min und einem maximalen Wert 42max schwanken. Ein geometrischer Mittelwert oder ein Medianwert 42med des thermischen Gesamtleistungspegels 42 kann einen Mittelwert zwischen dem Maximalwert 42max und dem Minimalwert 42min bezeichnen.
  • Der Fluidsensor 10 kann so ausgestaltet sein, dass eine thermische Schwingung der thermischen Strahlung bezogen auf eine Summe der Leistungspegel der thermischen Strahlung 18 und einen Leistungspegel der thermischen Strahlung 42 in einem zusammenhängenden Zeitintervall umfassend ein Messintervall und ein direkt benachbartes Zwischenintervall, beispielsweise das Messintervall 361 und das Zwischenintervall 381 oder das Zwischenintervall 362 und das Messintervall 381 oder das Messintervall 362 und das Zwischenintervall 382 , während dieses zusammenhängenden Zeitintervalls bzw. der zusammenhängenden Zeitspanne eine Abweichung von höchstens ± 50% bezogen auf den durchschnittlichen thermischen Gesamtleistungspegel 42med beträgt. Das bedeutet, es kann gelten, dass 42med ≧ 2·42max und 42med ≤ 2·42min. Das bedeutet, dass Welligkeiten (Ripples) 44i bezogen auf den Mittelwert 42med höchstens um einen Betragswert von 50% bezogen auf den Wert 42med abweichen. Bevorzugt ist es, wenn die Welligkeiten um höchstens ±40% oder um ±30% oder gar weniger von dem Wert 42med abweichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Maximalwerte 42max und Minimalwerte 42min um höchstens 10%, höchstens 5% oder gar höchstens 2% von dem Mittelwert abweichen.
  • In anderen Worten können die Pegel L3 und L4 gleich sein, dies ist jedoch nicht erforderlich. Ferner können die Pegel L1 und L2 gleich sein, wobei die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht hierauf beschränkt sind. Der erste thermische Emitter kann konfiguriert sein, um die erste thermische Strahlung 18 in einer Vielzahl von zeitlich jeweils durch ein Zwischenintervall 38i beabstandete Messintervalle 36i auszusenden.
  • 1c zeigt einen schematischen Graphen, der Leistungspegel der thermischen Strahler 14 und 16 des Fluidsensors 10, bei dem gilt, dass die AUS-Pegel L1 und L2 gleich sind und einen Wert von null aufweisen, das bedeutet, die thermischen Emitter können deaktiviert sein, wenn der entsprechende AUS-Pegel angelegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann gelten, dass der Pegel L3 dem Pegel L4 entspricht; das bedeutet, die AN-Pegel können gleich sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Leistungspegel L3 und L4 innerhalb eines Toleranzbereichs von 10%, 5% oder 2% gleich. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Leistungspegel L3 und L4 auch gleich sein.
  • Eine tatsächliche Leistungsaufnahme der jeweiligen thermischen Emitter 14 und 16 kann dabei von der Ausgestaltung des Gesamtsystems zumindest beeinflusst sein und beispielsweise einen Wert von einigen µW, mehreren Milliwatt bis hin zu einigen Watt aufweisen. Dies ermöglicht einen Erhalt einer Temperatur von wenigen °C bis hin zu mehreren 100 °C, um die thermischen Strahlungen 18 bzw. 22 auszusenden.
  • Obwohl die Verläufe der thermischen Leistungen der thermischen Strahlungen 18 und 22 als Rechtecksignal dargestellt sind, kann es zu Verschleifungen der Signale kommen, beispielsweise durch thermische Trägheit der thermischen Emitter 14 und/oder 16 und/oder benachbarter Strukturen, etwa dem Gehäuse 12 und/oder dem Messgas 26.
  • Obwohl die vorangehend erläuterten Beispiele so geschrieben sind, dass während des Zwischenintervalls der thermische Emitter 14 und während des Messintervalls der thermische Emitter 16 den AUS-Pegel aufweisen, wird darauf hingewiesen, dass sich dies lediglich auf einen Wellenlängenbereich der thermischen Strahlung 18 bezieht, der für die Messungen im Zusammenhang mit dem Messgas 26 eingesetzt wird. Das bedeutet, während dem Zwischenintervall ist der thermische Emitter 14 konfiguriert, um in diesem Wellenlängenbereich einen geringeren Leistungspegel bereitzustellen, während der thermische Emitter 16 konfiguriert ist, um zumindest in diesem Wellenlängenbereich während des Messintervalls 36i eine geringe thermische Leistung bereitzustellen.
  • Die Anregung des Messgases 26 kann wellenlängenabhängig sein, so dass die Ausführungen, insbesondere im Hinblick auf den Gesamtleistungspegel 42, bezogen auf den jeweiligen Wellenlängenbereich sein können.
  • 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Fluidsensors 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem der Fluidsensor 20 eine Ansteuereinrichtung 46 aufweist, die ausgebildet ist, um die thermischen Emitter 14 und 16 anzusteuern. So kann die Ansteuereinrichtung 46 ausgebildet sein, um den thermischen Emitter 14 so anzusteuern, dass die thermische Strahlung 18 während eines oder mehrerer Messintervalle mit dem Leistungspegel L4 ausgesendet wird und während einem oder mehreren Zwischenintervallen mit dem reduzierten Leistungspegel L1 ausgesendet wird oder nicht ausgesendet wird. Das bedeutet, L1 = 0. Die Ansteuereinrichtung 46 kann alternativ oder zusätzlich ausgebildet sein, um den thermischen Emitter 16 so anzusteuern, dass dieser die thermische Strahlung 22 während des Zwischenintervalls oder während mehrerer Zwischenintervalle aussendet und während des Messintervalls mit einem reduzierten zweiten Leistungspegel L2 aussendet oder nicht aussendet.
  • Das Messelement 28 kann konfiguriert sein, um basierend auf der Auslenkung des beweglichen Elements ein Messsignal 48 bereitzustellen, so dass basierend auf dem Messsignal 48 ein Rückfluss über die Auslenkung und basierend auf der Kenntnis der ausgesendeten thermischen Strahlung oder einer Ansteuerung des jeweiligen thermischen Emitters 14 und/oder 16 sowie eine Eigenschaft des Messelements 28 auf eine Eigenschaft des Messgases zurückgeschlossen werden kann, beispielsweise, eine Art eines darin enthaltenen Stoffes und/oder eine Konzentration desselben.
  • 3a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen thermischen Emitter 52. Die Struktur des Emitters 52 kann als Emitter 14 oder als Emitter 16 einsetzbar sein. Durch zweifache Anordnung des thermischen Emitters 52 können sowohl der thermische Emitter 16 als auch der thermische Emitter 14 implementiert werden. Der thermische Emitter 52 kann ein Substrat 54 aufweisen, das beispielsweise ein Halbleitermaterial aufweisen kann, beispielsweise Silizium oder Galliumarsenit. An dem Substrat 54 kann eine Trägerstruktur 56 angeordnet sein. Die Trägerstruktur 56 kann verglichen mit dem Substrat 54 eine geringere thermische Kapazität aufweisen. Beispielsweise kann in einem Schichtstapel oder einer einzelnen Schicht des Substrats 54 ein Bereich der Trägerstruktur 56 zumindest lokal abgedünnt sein, um die Trägerstruktur 56 zu bilden. Die Trägerstruktur 56 kann ein gleiches Material und/oder ein anderes Material als das Substrat 54 umfassen. Auch ist es ohne Einschränkungen möglich, eine höhere Anzahl oder eine geringere Anzahl von Schichten oder Schichtfolgen an der Trägerstruktur 56 vorzusehen, wenn dies mit einer Konfiguration des Substrats 54 verglichen wird.
  • Der thermische Emitter 52 kann eine Leiterstruktur 58 aufweisen, die beispielsweise zwischen zwei elektrischen Kontakte 621 und 622 angeordnet ist, so dass bei Anlegen eines elektrischen Potenzials zwischen den elektrischen Kontakten 621 und 622 ein elektrischer Strom durch die elektrisch leitfähige Leiterstruktur 58 fließt und so zu einer Erwärmung der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur 58 führt. Die Erwärmung kann sich auf die Trägerstruktur 56, beispielsweise eine Membran übertragen, so dass die Trägerstruktur 56 in Kombination mit der daran angeordneten elektrischen Leiterstruktur 58 basierend auf dem Durchfluss des elektrischen Stroms eine thermische Strahlung emittieren kann.
  • 3b zeigt eine schematische Aufsicht auf einen thermischen Emitter 64, der beispielsweise wie im Zusammenhang mit der in 3a beschriebenen Leiterstruktur 581 aufweisen kann, welche an der Trägerstruktur 56 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Leiterstruktur 581 als thermischer Emitter 14 einsetzbar sein. An dem Substrat kann eine weitere Leiterstruktur 582 zwischen zwei elektrischen Kontakten 623 und 624 angeordnet sein und kann konfiguriert sein, um basierend auf einem elektrischen Potenzial zwischen den elektrischen Kontakten 623 und 624 und einem hierdurch ermöglichten elektrischen Stromfluss durch die elektrisch leitfähige Leiterstruktur 582 die thermische Strahlung 22 auszusenden. Das bedeutet, der thermische Emitter kann zusätzlich zu dem thermischen Emitter 14 auch den thermischen Emitter 16 implementieren oder bereitstellen. Die Leiterstruktur 582 kann eine beliebige Form aufweisen, die es ermöglicht, die thermische Strahlung 22 auszusenden.
  • 3c zeigt eine schematische Aufsicht auf einen thermischen Emitter 66, der ebenfalls konfiguriert ist, um die Funktionalität des thermischen Emitters 14 und des thermischen Emitters 16 zu implementieren. Hierfür kann die Leiterstruktur 582 beispielsweise so angeordnet sein, dass sie einen Bereich, in welchem die Leiterstruktur 581 mäandriert ist, um dort bevorzugt oder effizient die thermische Strahlung 18 auszusenden, umschließt. Beispielsweise kann die Leiterstruktur 582 die Trägerstruktur 56 umschließen. Die umschließende Konfiguration ermöglicht eine gleichmäßige thermische Belastung in dem Material des thermischen Emitters 66, was zu gleichmäßigen oder symmetrischen thermischen Belastungen führt, so dass Materialermüdung reduziert oder verhindert wird.
  • 4a zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Fluidsensors 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Fluidsensor 40 kann beispielsweise gleichzeitig als Mikrofon nutzbar sein. Das Gehäuse kann zumindest einen ersten Teil 121 und einen zweiten Teil 122 aufweisen, wobei der Teil 122 beispielsweise eine Trägerplatine oder Leiterplatine bilden kann. Ein Teil des Gehäuses kann beispielsweise eine Eingangsöffnung 68 aufweisen, die konfiguriert ist, um das Messelement 68 mit einer Umgebung oder Umwelt des Fluidsensors 40 fluidisch zu koppeln. So kann beispielsweise ein Schalldruck in einem den Fluidsensor 40 umgebenden Fluid durch die Eingangsöffnung 68 an das Messelement 28 heranreichen.
  • Das Messelement 28 ist beispielsweise ein MEMS-Mikrofon mit einem Membranelement, wobei das MEME-Mikrofon konfiguriert ist, um basierend auf dem Fluiddruck ein entsprechendes Signal bereitzustellen. Das Membranelement kann ausgelegt sein, um basierend auf einem durch die thermische Strahlung 18 oder einer gefilterten Version hiervon erzeugten Strahlungssignal, das auf einer Anregung des Messgases in dem Detektionsvolumen basierend auf der thermischen Strahlung 18 basiert, ausgelenkt zu werden. Das Messelement 28 kann ausgebildet sein, um ein Messsignal, etwa ein Sensorsignal oder eine zu verarbeitende Vorstufe hiervon, bereitzustellen, das auf der Auslenkung des Membranelements basiert. Hierfür ist das Messelement 28 beispielsweise mit einer Auswerteeinrichtung 72 elektrisch verbunden, welche beispielsweise das Messsignal 48 von dem Detektionselement 28 erfassen kann. Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann das Messsignal 48 sowohl durch den fluidischen Umgebungsdruck oder einer Druckänderung hierin beeinflusst oder erzeugt sein als auch alternativ oder zusätzlich durch die Anregung des Messgases 26 in dem Detektionsvolumen 24 durch die thermische Strahlung 18.
  • Das Messgas 26 kann durch die Eingangsöffnung 68 in das Detektionsvolumen 26 gelangen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine weitere Öffnung in dem Gehäuse 12 vorzusehen, die es ermöglicht, dass ein zu untersuchendes Messgas in das Detektionsvolumen 24 gelangt.
  • Das Detektionselement 28 und/oder die Auswerteeinrichtung 72 können am Ort einer Symmetrieachse oder Symmetrieebene 74 angeordnet sein, das bedeutet, eine gemeinschaftliche Einrichtung des Detektionselements 28 und/oder der Auswerteeinrichtung 72 kann von der Symmetrieachse oder Symmetrieebene 74 durchlaufen werden.
  • Der erste und der zweite thermische Emitter können bezüglich des Messelements 28 bzw. der Symmetrieachse oder Symmetrieebene 74 symmetrisch angeordnet sein. Beispielsweise können die thermischen Emitter 14 und 16 aus 1 durch eine Konfiguration gemäß dem thermischen Emitter 52 aus 3a implementiert werden, wobei auch eine andere Implementierung möglich ist, beispielsweise eine Implementierung gemäß 3b und/oder 3c, wobei die thermischen Emitter des Fluidsensors gleich oder unterschiedlich gebildet sein können.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein thermischer Emitter 52a konfiguriert, um die Funktionalität des thermischen Emitters 16 zu implementieren, während ein weiterer thermischer Emitter 52b konfiguriert ist, um die Funktionalität des thermischen Emitters 14 zu implementieren. Zwischen dem thermischen Emitter 52b und dem Detektionsvolumen 24 kann ein optisches Filter 76 angeordnet sein, das konfiguriert ist, um einen Durchlassbereich oder Sperrbereich aufzuweisen. Der Sperrbereich kann als Wellenlängenbereich verstanden werden, in welchem das optische Filter 76 die thermische Strahlung 18 in einem hohen Umfang reflektiert oder dämpft oder in einem höheren Umfang reflektiert oder dämpft als in anderen Wellenlängenbereichen. Der Durchlassbereich kann als Wellenlängenbereich verstanden werden, in welchem das optische Filter 76 die thermische Strahlung 18 in einem geringeren Umfang reflektiert oder dämpft als in anderen Wellenlängenbereichen. Das optische Filter 76 ist konfiguriert, um eine gefilterte thermische Strahlung 18' bereitzustellen, welches die Anregung des Messgases 26 oder eines anderen hierin angeordneten Fluids bereitstellt.
  • Zwischen dem thermischen Emitter 52a und dem Detektionsvolumen ist ein Messwellenlänge-unterdrückendes Element 78 angeordnet. Das die Messwellenlänge unterdrückende Element 78 ist konfiguriert, um die thermische Strahlung 22 in dem Durchlassbereich des optischen Filters 76 zumindest teilweise zu unterdrücken. Bspw. weist eine Amplitude einer gedämpften oder reduzierten oder unterdrückten thermischen Strahlung 22' in dem Durchlassbereich des optischen Filters 76 einen Wert von höchstens 30%, höchstens 20% oder höchstens 10% einer Amplitude der gefilterten ersten thermischen Strahlung 18' in diesem Wellenlängenbereich auf. Das die Messwellenlänge unterdrückende Element 78 kann beispielsweise als Bragg-Element und/oder als Reflexionselement ausgebildet sein und kann als optischer Blocker bezeichnet werden. Dies ermöglicht den Erhalt von thermischer Leistung und/oder thermischer Strahlung durch den thermischen Emitter 52a in dem Detektionsvolumen 24 bzw. am Ort des Messelements 28 basierend auf einer Aktivierung des thermischen Emitters 52a.
  • Beide thermische Emitter 52a und 52b können eine jeweilige thermische Leistung bereitstellen. In das Detektionsvolumen können thermische Strahlungen gelangen, etwa die das optische Filter 76 bzw. das die Messwellenlänge unterdrückende Element 78 durchdringende Strahlung 18 bzw. 22. Hierdurch und über parasitäre Pfade wie eine direkte Einstrahlung der Emitter in das Substrat und/oder Gehäuse kann eine Erwärmung des Gehäuseteils 122 und/oder durch eine Erwärmung des Gehäuseteils 121 erhalten werden.
  • 4a zeigt den Fluidsensor 40 beispielsweise in einem Zustand wie er während eines Zwischenintervalls erhalten werden kann. Der thermische Emitter 52a kann die thermische Strahlung 22 aussenden, während der thermische Emitter 52b beispielsweise inaktiv ist.
  • 4b zeigt den Fluidsensor 40 in einem Zustand, wie er beispielsweise während des Messintervalls erhalten werden kann. Der thermische Emitter 52a kann beispielsweise inaktiv sein und der thermische Emitter 52b kann konfiguriert sein, um die thermische Strahlung 18 auszusenden, die von dem optischen Filter 76 gefiltert wird, um die gefilterte thermische Strahlung 18' zu erhalten, beispielsweise eine Infrarot (IR)-Strahlung. Die gefilterte thermische Strahlung 18' kann mit dem Messgas 26 interagieren, so dass basierend auf einer Auslenkung des beweglichen Elements des Messelements 28 durch das so erhaltene Strahlungssignal 82 zurückgeschlossen werden kann, das beispielsweise das Strahlungssignal 32 sein kann.
  • Die Membran des thermischen Emitters 52b kann sich beispielsweise auf eine Temperatur von mehr als 300 °C, mehr als 400 °C, mehr als 500 °C oder mehr als 550 °C erwärmen, beispielsweise in einem Bereich von in etwa 600 °C bis hin zu 900°C. Bspw. können Temperaturbereiche von in etwa 150°C bis 300°C können für manche chemische Sensoren eingesetzt werden. Temperaturbereiche von mehr als in etwa 450°C können für manche physikalische Sensoren eingesetzt werden.
  • Das optische Filter 76 kann beispielsweise einen Durchlassbereich im Bereich von 4,2 µm aufweisen, so dass beispielsweise eine Infrarotstrahlung das optische Filter 76 durchdringen oder passieren kann.
  • Basierend auf einer vergleichbaren thermischen Leistung der Emitter 52a und 52b und einem gleichen Abstand zu der Symmetrieachse oder Symmetrieebene 74 kann somit eine gleichmäßige thermische Belastung oder Erwärmung am Ort des Messelements 28 erhalten werden, bei dem die Betriebstemperatur in den zusammenhängenden Zeitintervallen umfassend zumindest ein Messintervall und zumindest ein Zwischenintervall, innerhalb des Toleranzbereichs von höchstens ± 3 °C, höchstens ± 2 °C oder höchstens ± 1 °C gleich bleibt.
  • Obwohl der Fluidsensor 40 so beschrieben ist, dass das die Messwellenlänge unterdrückende Element 78 als optischer Blocker konfiguriert ist, kann das die Messwellenlänge unterdrückende Element 78 auch als optisches Filter ausgestaltet sein, das einen von dem Durchlassbereich des optischen Filters verschiedenen und bevorzugt disjunkten Durchlassbereich aufweist. Somit kann basierend auf der thermischen Strahlung 22 eine gefilterte thermische Strahlung 22' erhalten werden, die einen von der gefilterten thermischen Strahlung 18 verschiedenen Wellenlängenbereich aufweist. Dies ermöglicht es, durch verschiedene Wellenlängen andere Bestandteile in dem Messgas 26 anzuregen, so dass unter Verwendung des Messelements 28 oder eines weiteren Messelements ein weiteres Sensorsignal ausgegeben werden kann. Dieses weitere Sensorsignal kann Informationen bezüglich eines anderen Fluidbestandteils aufweist. Das bedeutet, dass basierend auf den unterschiedlichen gefilterten thermischen Strahlungen 18' und 22' unterschiedliche Bestandteile in dem Messgas 26 angeregt werden können, wobei die jeweilige Reaktion in dem Messintervall bzw. dem Zwischenintervall von dem Detektionselement 28 (oder einem anderen Detektionselement) erfasst werden kann, so dass basierend auf dem thermischen Emitter 52a und 52b das Messgas 26 bezüglich unterschiedlicher Bestandteile untersucht werden kann.
  • Das bedeutet, dass das Messelement 28 ausgebildet sein kann, um basierend auf dem während des Messintervalls empfangenen Strahlungssignal 82 ein erstes Sensorsignal bereitzustellen und um basierend auf dem während dem Zwischenintervall empfangenen Strahlungssignal, das auf eine Anregung des Messgases 26 basierend auf der thermischen Strahlung 22, ein zweites Sensorsignal bereitzustellen, wobei die unterschiedlichen Sensorsignale Informationen über unterschiedliche Bestandteile des Messgases 26 aufweisen. Das Strahlungssignal 32 oder 82 ein kann das erste Strahlungssignal sein. Das Messelement 28 kann konfiguriert sein, um basierend auf dem ersten Strahlungssignal ein erstes Messsignal bereitzustellen. Während des Zwischenintervalls kann ein zweites Strahlungssignal empfangen werden, das auf der zweiten thermischen Strahlung basiert. Das Messelement kann konfiguriert sein, um basierend auf dem zweiten Strahlungssignal ein zweites Messsignal bereitzustellen.
  • In anderen Worten zeigen die 4a und 4b eine Möglichkeit, den Effekt der passiven Beheizung zu reduzieren. Die thermischen Emitter 52a und 52b können gleich oder gar exakt gleich gebildet sein, wobei bezüglich des thermischen Emitters 52a ein optischer Blocker, etwa ein opakes Material umfassend, angeordnet ist. Die Emitter 52a und 52b können gegenphasig umgeschaltet werden, so dass die Energiesumme zumindest näherungsweise konstant bleibt.
  • 5a zeigt einen schematischen Graphen, bei dem eine Ansteuerspannung 841 des ersten thermischen Emitters 14 bzw. 52b und eine zweite Ansteuerspannung 842 des zweiten thermischen Emitters 16 bzw. 52a als Spannungsgröße V über die Zeit t angetragen sind. Die thermischen Aufnahmefähigkeiten der Materialien können zu Überschwingern 861 bzw. 862 in den Spannungssignalen führen.
  • 5b zeigt einen schematischen Graphen eines Summensignals 88, das beispielsweise dem im Zusammenhang mit der 1b beschriebenen thermischen Gesamtleistungspegel 42 entsprechen kann. Das bedeutet, dass die Welligkeiten 421 und 422 maximal ± 50% von der mittleren thermischen Leistung 42med abweichen.
  • Der vergleichsweise erhöhte Temperatureintrag durch die Hinzunahme des zweiten thermischen Emitters führt zu keiner oder höchstens einer vernachlässigbaren Beeinträchtigung der Messergebnisse. Die zusätzliche Temperatur kann zwar einen zusätzlichen Gleichanteil in den Messverläufen bewirken, dieser kann jedoch durch eine entsprechende Signalbearbeitung, insbesondere die Membranauswertung, herausgerechnet werden.
  • 6a zeigt einen schematischen Graphen eines möglichen Temperaturverlaufs in dem Detektionsvolumen. Ein erster Temperaturbeitrag 921 kann basierend auf der Aktivierung des thermischen Emitters 14 bzw. 52b erhalten werden. Ein zweiter Temperaturbeitrag 922 kann basierend auf der Aktivierung des thermischen Emitters 16 bzw. 52a erhalten werden. Obwohl zu manchen Zeitpunkten, beispielsweise dem Zeitpunkt t1 beide Temperaturbeiträge 921 und 922 zu einer Erwärmung des Detektionsvolumens beitragen können, kann die insgesamt erhaltene Betriebstemperatur innerhalb des Toleranzbereichs von ± 3 °C, ± 2 °C oder ± 1 °C gleich bleiben.
  • 6b zeigt einen schematischen Verlauf einer Intensität I, die einen spezifischen Bestandteil des Messgases 26 anregt über die Zeit t. Basierend auf dem die Messwellenlänge unterdrückenden Element 78 kann trotz Aktuierung des thermischen Emitters 16 bzw. 52a in dem Messwellenlängenbereich ein geringer oder kein Intensitätsbeitrag 942 durch den thermischen Emitter 16 bzw. 52a erhalten werden, während der Intensitätsbeitrag 941 in dem Messwellenlängenbereich zyklisch an- und abschaltbar ist, da durch das optische Filter 76 die Messwellenlänge hindurchtreten kann.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf die 3a bis 3c kann die Integration einer passiven Heizerstruktur, die zumindest näherungsweise die gleiche Menge an Energie aufnimmt, direkt auf dem Chip angeordnet werden. Die in 3b dargestellte Linie oder der in 3c dargestellte Ring kann zu einer vergleichsweise geringeren Temperaturbeeinflussung der Struktur selbst führen, selbst wenn eine gleiche Menge an Leistung in das System eingebracht wird, was durch das Halbleitermaterial der Emitter verteilt werden kann, insbesondere hin zu einem darunter liegenden Substrat und dem System. Ein so hergestelltes Heizersystem bzw. Heizerstruktur kann eine geringe thermische Widerstandsfähigkeit verglichen mit dem thermischen Emitter 52a bzw. der Leiterstruktur hiervon aufweisen. Dies kann zu einem vergleichbaren Temperatureintrag durch beide Leiterstrukturen führen.
  • In anderen Worten zeigen die 5a, 5b, 6a und 6b, dass während der Energiefluss und die Temperatur der Emittermembranen innerhalb einer Periode näherungsweise gleich ist, wenn die Übergänge vernachlässigt werden, dies auf die Strahlungsintensität nicht zutrifft. Der parasitäre thermische Effekt kann stark reduziert werden, während die Modulationstiefe des photoakustischen Effekts (Differenz zwischen den Intensitätsbeiträgen 941 und 942 ) voll aufrechterhalten werden kann.
  • Durch die zusätzliche Anordnung des zweiten thermischen Emitters 16 bzw. 52a bezüglich des thermischen Emitters 14 bzw. 52b kann zwar eine insgesamt höhere Temperatur der Gesamtvorrichtung erhalten werden, was jedoch in geringem Maße störend ist oder unschädlich ist, da im Gegenzug eine konstante Temperatur erhalten werden kann. Diese konstante Temperatur ermöglicht eine präzise Messung.
  • Ausführungsbeispiele können in miniaturisierten photoakustischen Sensoren und miniaturisierten PAS-Systemen eingesetzt werden, die basierend auf der zunehmenden Miniaturisierung zunehmend von parasitären thermischen Kopplungen, insbesondere durch Erwärmen und Abkühlen des Packages und der darin befindlichen Luft (Messgas) beeinflusst werden. Ausführungsbeispiele verringern diese Beeinflussung durch Bereitstellen eines zweiten thermischen Emitters mit einer (zumindest im Messwellenlängenbereich) reduzierten optischen Strahlung, jedoch zumindest näherungsweise gleichem Leistungseintrag. Da die Leistungssumme konstant bleibt, ist der Effekt auf das Package durch Schalten des (primären) Emitters von strahlend zu nichtstrahlend verringert, so dass das System hauptsächlich oder ausschließlich auf das Messgas, welches durch den photoakustischen Effekt gemessen wird, reagiert. Der zusätzliche zweite Emitter 16 bzw. 52a kann genutzt werden, um ein zweites Gas oder Gasbestandteil zu erfassen und/oder als Referenzkanal, um das System während des Betriebs (im Feld) zu kalibrieren.
  • Vereinfacht kann dies so verstanden werden, dass der sekundäre Heizer, das bedeutet, die Leiterstruktur 582 die Temperatur im System aufrechterhält, während die Deaktivierung der Leiterstruktur 581 eine Abkühlung des Systems bewirken würde.
  • Ausführungsbeispiele beziehen sich auf miniaturisierte PAS-Systeme auf einer neuen Ebene. Dies wird dadurch erreicht, dass der thermoakustische Effekt, der gewöhnlich eine bis vier Größenordnungen bezüglich der Amplitude größer ist als der photoakustische Effekt, reduziert wird. PAS-Systeme in gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen können in beliebigen Systemen eingesetzt werden und können beispielsweise verwendet werden, um den wachsenden, durch Luftverschmutzung hervorgerufenen Gesundheitsbedenken Rechnung zu tragen. Eine hohe Nachfrage nach Komfort und Wohlbefinden tritt zutage. Auch ist ein signifikantes Potenzial für Energieeffizienz in Gebäuden feststellbar, beispielsweise um die Notwendigkeit von Belüftungsvorgängen festzustellen oder dergleichen. Ausführungsbeispiele ermöglichen es, eine Luftqualität in Echtzeit festzustellen, beispielsweise indem positive oder negative Bestandteile in der Umgebungsluft durch die Messvorgänge festgestellt werden.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können beispielsweise als Chemo-Sensoren oder Graphien-Sensoren eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele auch als MUx-Sensoren einsetzbar sein.
  • Prinzipiell wird das Erfassen von Umweltparametern wie Lärm, Geräuschen, Temperaturen und/oder Gasen zunehmend wichtig im Hinblick auf mobile Vorrichtungen, Gebäude, Automatisierung, Industrieapplikationen und im Automobilsektor. Schädliche Fluidkonzentrationen und Gaskonzentrationen können durch Verschmutzung und/oder Fehlfunktionen bestimmter Geräte hervorgerufen werden. Eine derartige Gasmessung durch günstige, stets verfügbare und miteinander verbundene Sensoren ist auch in Zukunft ein zunehmend bedeutsames Thema. Obwohl die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Verwendung einer Mikrofonstruktur beschrieben wurden, können andere Ausführungsbeispiele auch als Sonometer oder Gassensor verwendet werden. Die Ausführungsbeispiele können durch analoge Schaltkreise und/oder durch digitale Signalnachbearbeitung implementiert werden.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele überwinden die Anfälligkeit miniaturisierter PAS-Systeme bezüglich ihrer Sensitivität für Rauschen, das durch ein Erwärmen des Packages und der Expansion von Luft in der Messzelle hervorgerufen wird. Hierdurch können robuste photoakustische Sensoren implementiert werden, die es ermöglichen, das kostengünstige Konzept der photoakustischen Sensoren wirksam umzusetzen.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Konzept, um die Variation des Energieeintrags in ein PAS-System anzugleichen. Durch diese Angleichung des thermischen Eintrags kann der thermoakustische Effekt in den Messungen stark reduziert werden. Hierfür schlagen Ausführungsbeispiele die Verwendung eines zweiten Emitters vor, der zumindest im Messwellenlängenbereich stark reduzierte IR-Emissionen aufweist, so dass auf die Verwendung mechanischer Shutter oder vergleichbarer Strukturen verzichtet werden kann und trotzdem der thermoakustische Effekt reduziert werden kann. Der zweite thermische Emitter kann ein Referenzkanal bereitstellen, um ein zweites Gas zu erfassen.
  • 7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Bereitstellen eines Fluidsensors, beispielsweise des Fluidsensors 10, 20 oder 40. Das Verfahren umfasst einen Schritt 710 mit einem Bereitstellen eines Gehäuses. Ein Schritt 720 umfasst ein Anordnen eines ersten thermischen Emitters in dem Gehäuse, so dass der erste thermische Emitter konfiguriert ist, um während eines Messintervalls eine erste thermische Strahlung in ein Detektionsvolumen des Gehäuses, das ein Messgas aufweist, mit einem ersten Leistungspegel auszusenden und während eines Zwischenintervalls, das außerhalb des Messintervalls angeordnet ist, die erste thermische Strahlung mit einem reduzierten ersten Leistungspegel auszusenden oder nicht auszusenden. Ein Schritt 730 umfasst ein Anordnen eines Messelements in dem Detektionsvolumen, so dass das Messelement konfiguriert ist, um ein Strahlungssignal, das auf der ersten thermischen Strahlung basiert, während des Messintervalls zu empfangen. Das Verfahren 700 umfasst einen Schritt 740 mit einem Anordnen eines zweiten thermischen Emitters in dem Gehäuse, so dass der zweite thermische Emitter ausgebildet ist, um eine zweite thermische Strahlung innerhalb des Zwischenintervalls mit einem zweiten Leistungspegel in das Detektionsvolumen auszusenden, so dass eine thermische Schwingung einer thermischen Strahlung bezogen auf einen auf einer Summe des ersten Leistungspegels und des zweiten Leistungspegels basierend im Gesamtleistungspegel der thermischen Strahlung in dem Detektionsvolumen während einer zusammenhängenden Zeitspanne umfassend das Messintervall und das Zwischenintervall höchstens ± 50% beträgt.
  • 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.
  • 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 (20)

  1. Fluidsensor (10; 20; 40) mit: einem Gehäuse (12; 121, 122); einem in dem Gehäuse (12; 121, 122) angeordneten ersten thermischen Emitter (14; 52b), der konfiguriert ist, um während eines Messintervalls (361, 362) eine erste thermische Strahlung (18) in ein Detektionsvolumen (24) des Gehäuses (12; 121, 122), das ein Messgas (26) aufweist, mit einem ersten Leistungspegel (L4) auszusenden und während eines Zwischenintervalls (381, 382), das außerhalb des Messintervalls (361, 362) angeordnet ist, die erste thermische Strahlung (18) mit einem reduzierten ersten Leistungspegel (L1) auszusenden oder nicht auszusenden; einem in dem Detektionsvolumen (24) angeordneten Messelement (28), das konfiguriert ist, um ein Strahlungssignal (32; 82), das auf der ersten thermischen Strahlung (18) basiert, während des Messintervalls (361, 362) zu empfangen; einem in dem Gehäuse (12; 121, 122) angeordneten zweiten thermischen Emitter (16; 52a), der ausgebildet ist, um eine zweite thermische Strahlung (22) innerhalb des Zwischenintervalls (381, 382) mit einem zweiten Leistungspegel (L3) in das Detektionsvolumen (24) auszusenden, so dass eine thermische Schwingung einer thermischen Strahlung bezogen auf einen auf einer Summe des ersten Leistungspegels (L4) und des zweiten Leistungspegels (L3) basierenden Gesamtleistungspegel (42) der thermischen Strahlung in dem Detektionsvolumen (24) während einer zusammenhängenden Zeitspanne umfassend das Messintervall (361, 362) und das Zwischenintervall (381, 382) höchstens ±50 % beträgt; und einer Ansteuereinrichtung (46), die ausgebildet ist, um den ersten thermischen Emitter (14; 52b) so anzusteuern, dass dieser die erste thermische Strahlung (18) während des Messintervalls (361, 362) mit dem ersten Leistungspegel (L4) aussendet und während des Zwischenintervalls (381, 382) mit dem reduzierten ersten Leistungspegel (L1) aussendet oder nicht aussendet; wobei die Ansteuereinrichtung (46) ferner ausgebildet ist, um den zweiten thermischen Emitter (16; 52a) so anzusteuern, dass dieser die zweite thermische Strahlung (22) während des Zwischenintervalls (381, 382) aussendet und während des Messintervalls (361, 362) mit einem reduzierten zweiten Leistungspegel (L2) aussendet oder nicht aussendet.
  2. Fluidsensor gemäß Anspruch 1, der konfiguriert ist, um den ersten thermischen Emitter (14; 52b) während des Zwischenintervalls (381, 382) zu deaktivieren.
  3. Fluidsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste thermische Emitter (14; 52b) konfiguriert ist, um die erste thermische Strahlung (18) in einer Vielzahl von zeitlich jeweils durch ein Zwischenintervall (381, 382) beabstandete Messintervalle auszusenden.
  4. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Strahlungssignal (32; 82) ein erstes Strahlungssignal (32; 82) ist, und bei dem das Messelement (28) konfiguriert ist, um basierend auf dem ersten Strahlungssignal (32; 82) ein erstes Messsignal bereitzustellen und, um während des Zwischenintervalls (381, 382) ein zweites Strahlungssignal zu empfangen, das auf der zweiten thermischen Strahlung (22) basiert, und um basierend auf dem zweiten Strahlungssignal ein zweites Messsignal bereitzustellen.
  5. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Messelement (28) ausgebildet ist, um basierend auf dem Strahlungssignal (32; 82) eine Anregung des Messgases (26) zu erfassen, wobei die Anregung auf der ersten thermischen Strahlung (18) basiert, wobei der Fluidsensor ein optisches Filter (76) aufweist, das zwischen dem ersten thermischen Emitter (14; 52b) und dem Detektionsvolumen (24) angeordnet ist, wobei das optische Filter (76) einen ersten Durchlassbereich aufweist und konfiguriert ist, um die erste thermische Strahlung (18) zu filtern, um eine gefilterte erste thermische Strahlung (18') zu erhalten; wobei der Fluidsensor ein eine Messwellenlänge unterdrückendes Element (78) aufweist, das zwischen dem zweiten thermischen Emitter (16; 52a) und dem Detektionsvolumen (24) angeordnet ist, und das konfiguriert ist, um die zweite thermische Strahlung (22) in dem ersten Durchlassbereich zumindest teilweise zu unterdrücken.
  6. Fluidsensor gemäß Anspruch 5, bei dem das Strahlungssignal (32; 82) ein erstes Strahlungssignal (32; 82) ist, bei dem das optische Filter (76) ein erstes optisches Filter ist, bei dem das die Messwellenlänge unterdrückende Element (78) ein zweites optisches Filter mit einem zweiten Durchlassbereich ist, so dass basierend auf der zweiten thermischen Strahlung (22) eine gefilterte zweite thermische Strahlung (22') erhalten wird, wobei der erste und der zweite Durchlassbereich disjunkt sind, wobei der Fluidsensor ausgebildet ist, um ein erstes Sensorsignal auszugeben, das auf dem ersten Strahlungssignal (32; 82) basiert und eine Information bezüglich eines ersten Fluidbestandteils aufweist, wobei der Fluidsensor ausgebildet ist, um ein zweites Sensorsignal auszugeben, das auf einem zweiten Strahlungssignal basiert, wobei das zweite Strahlungssignal auf einer Anregung des Messgases (26) durch die gefilterte zweite thermische Strahlung (22) während des Zwischenintervalls (381, 382) basiert, wobei das zweite Sensorsignal eine Information bezüglich eines zweiten Fluidbestandteils aufweist.
  7. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Messelement (28) ausgebildet ist, um basierend auf dem während des Messintervalls (361, 362) empfangenen Strahlungssignal (32; 82) ein erstes Sensorsignal bereitzustellen, und um basierend auf einem während dem Zwischenintervall (381, 382) empfangenen zweiten Strahlungssignal, das auf einer Anregung des Messgases (26) basierend auf der zweiten thermischen Strahlung (22) basiert, ein zweites Sensorsignal bereitzustellen, wobei das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal Informationen über unterschiedliche Bestandteile des Messgases (26) aufweisen.
  8. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während des Messintervalls (361, 362) die erste thermische Strahlung (18) hauptsächlich zu einer Betriebstemperatur in dem Detektionsvolumen (24) beiträgt und bei dem während des Zwischenintervalls (381, 382) hauptsächlich die zweite thermische Strahlung (22) zu der Betriebstemperatur beiträgt, wobei die Betriebstemperatur während eines Betriebs des Fluidsensors über eine Vielzahl von Messintervallen und Zwischenintervallen (381, 382) innerhalb eines Temperaturtoleranzbereichs von ±3°C gleich bleibt.
  9. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste thermische Emitter (14; 52b) und der zweite thermische Emitter bezüglich des Messelements (28) symmetrisch in dem Gehäuse (12; 121, 122) angeordnet sind.
  10. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste thermische Emitter (14; 52b) und der zweite thermische Emitter bezüglich des Messelements (28) bezüglich einer Symmetrieachse (74) achssymmetrisch in dem Gehäuse (12; 121, 122) angeordnet sind, wobei die Symmetrieachse (74) durch das Messelement (28) verläuft.
  11. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Leistungspegel (L4) und der zweite Leistungspegel (L3) innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % gleich sind.
  12. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste thermische Strahlung (18) und die zweite thermische Strahlung (22) teilweise von dem Gehäuse (12; 121, 122) und/oder dem Detektionsvolumen (24) absorbiert werden und zu der thermischen Schwingung beitragen.
  13. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Messelement (28) ein MEMS-Mikrophon mit einem Membranelement aufweist, wobei das Membranelement ausgelegt ist, um basierend auf dem Strahlungssignal (32; 82), das auf einer Anregung des Messgases (26) basierend auf der ersten thermischen Strahlung (18) basiert, ausgelenkt zu werden, und um ein Messsignal (48) bereitzustellen, das auf der Auslenkung des Membranelements basiert.
  14. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, der als thermoakustischer Fluidsensor gebildet ist.
  15. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der erste thermische Emitter (14; 52b) eine erste Membranstruktur (56) und eine daran angeordnete erste elektrische Leiterstruktur (58; 581) umfasst, so dass die erste elektrische Leiterstruktur (58; 581) die erste Membranstruktur (56) teilweise bedeckt, wobei die erste elektrische Leiterstruktur (58; 581) ausgebildet ist, um basierend auf einem Stromfluss durch die erste elektrische Leiterstruktur (58; 581) eine Erwärmung der ersten Membranstruktur (56) bereitzustellen, und so die erste thermische Strahlung (18) zu erzeugen.
  16. Fluidsensor gemäß Anspruch 15, bei der der zweite thermische Emitter eine zweite elektrische Leiterstruktur (582) umfasst, die benachbart zu der ersten Membranstruktur (56) an einem Membransubstrat (54) der ersten Membranstruktur (56) angeordnet ist, wobei die zweite elektrische Leiterstruktur (582) ausgebildet ist, um basierend auf einem Stromfluss durch die zweite elektrische Leiterstruktur (582) die zweite thermische Strahlung (22) zu erzeugen.
  17. Fluidsensor gemäß Anspruch 15 oder 16, bei der die zweite elektrische Leiterstruktur (582) die erste Membranstruktur (581) umschließt.
  18. Fluidsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der zweite thermische Emitter (16; 52a) eine zweite Membranstruktur und eine daran angeordnete zweite elektrische Leiterstruktur umfasst, so dass die zweite elektrische Leiterstruktur die zweite Membranstruktur teilweise bedeckt, wobei die zweite elektrische Leiterstruktur ausgebildet ist, um basierend auf einem Stromfluss durch die zweite elektrische Leiterstruktur eine Erwärmung der zweiten Membranstruktur bereitzustellen, und so die zweite thermische Strahlung (22) zu erzeugen.
  19. Fluidsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der erste thermische Emitter (14; 52b) und/oder der zweite thermische Emitter (16; 52a) umfassend eine Mehrzahl von Strahlungselementen gebildet sind.
  20. Verfahren zum Bereitstellen eines Fluidsensors mit folgenden Schritten: Bereitstellen (710) eines Gehäuses; Anordnen (720) eines ersten thermischen Emitters in dem Gehäuse, so dass der erste thermische Emitter konfiguriert ist, um während eines Messintervalls eine erste thermische Strahlung in ein Detektionsvolumen des Gehäuses, das ein Messgas aufweist, mit einem ersten Leistungspegel auszusenden und während eines Zwischenintervalls, das außerhalb des Messintervalls angeordnet ist, die erste thermische Strahlung mit einem reduzierten ersten Leistungspegel auszusenden oder nicht auszusenden; Anordnen (730) eines Messelements in dem Detektionsvolumen, so dass das Messelement konfiguriert ist, um ein Strahlungssignal, das auf der ersten thermischen Strahlung basiert, während des Messintervalls zu empfangen; Anordnen (740) eines zweiten thermischen Emitters in dem Gehäuse, so dass der zweite thermische Emitter ausgebildet ist, um eine zweite thermische Strahlung innerhalb des Zwischenintervalls mit einem zweiten Leistungspegel in das Detektionsvolumen auszusenden, so dass eine thermische Schwingung einer thermischen Strahlung bezogen auf einen auf einer Summe des ersten Leistungspegels und des zweiten Leistungspegels basierenden Gesamtleistungspegel der thermischen Strahlung in dem Detektionsvolumen während einer zusammenhängenden Zeitspanne umfassend das Messintervall und das Zwischenintervall höchstens ±50 % beträgt; Anordnen einer Ansteuereinrichtung (46), die ausgebildet ist, um den ersten thermischen Emitter (14; 52b) so anzusteuern, dass dieser die erste thermische Strahlung (18) während des Messintervalls (361, 362) mit dem ersten Leistungspegel (L4) aussendet und während des Zwischenintervalls (381, 382) mit dem reduzierten ersten Leistungspegel (L1) aussendet oder nicht aussendet; so dass die Ansteuereinrichtung (46) ferner ausgebildet ist, um den zweiten thermischen Emitter (16; 52a) so anzusteuern, dass dieser die zweite thermische Strahlung (22) während des Zwischenintervalls (381, 382) aussendet und während des Messintervalls (361, 362) mit einem reduzierten zweiten Leistungspegel (L2) aussendet oder nicht aussendet.
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