DE102019214478A1 - PHOTOACOUSTIC GAS SENSOR - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einer Mikrostruktur (10), die eine MEMS-Struktur oder eine MOEMS-Struktur aufweist, einem Träger (20), auf dem die Mikrostruktur (10) angeordnet ist, einem Gehäuse (30), das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht und einen Hohlraum (40), der die Mikrostruktur (10) auf dem Träger (20) direkt umgibt, hermetisch einkapselt. Die Vorrichtung (10) lässt sich als eine Lichtemittereinheit (200) und/oder Lichtdetektoreinheit (300) ausbilden, wobei die Einheiten einzeln oder gemeinsam Teil eines Photoakustischen Gassensors (400) sein können.The invention relates to a device (100) having the following features: a microstructure (10) which has a MEMS structure or a MOEMS structure, a carrier (20) on which the microstructure (10) is arranged, a housing (30 ), which consists of a material that is transparent to at least one predetermined wavelength of light and hermetically encapsulates a cavity (40) which directly surrounds the microstructure (10) on the carrier (20). The device (10) can be designed as a light emitter unit (200) and / or light detector unit (300), it being possible for the units to be individually or jointly part of a photoacoustic gas sensor (400).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit photoakustischen Gassensoren, die ein Ausgangssignal ausgeben, das einem Empfänger ermöglicht, selektiv Spurenmengen von Molekülen eines bestimmten Gases zu erkennen, sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Gassensors.The present disclosure is concerned with photoacoustic gas sensors that emit an output signal that enables a receiver to selectively detect trace amounts of molecules of a particular gas, and with a method for manufacturing such a gas sensor.
Hintergrundbackground
Aufgrund des steigenden Sicherheits- und Umweltbewusstseins im Laufe der vergangenen Jahren haben Sensoren, insbesondere Gassensoren, eine große Verbreitung bei vielen Einsatzgebieten erreicht. Gassensoren werden als Luftqualitätssensoren , zur Überwachung von Kühlsystemen, Auspuffanlagen zur Leckageerkennung bzw. Leckageortung und/oder zur Detektion von bestimmten Gasen oder Schwellwerten davon bei der Emissionsmessung eingesetzt, die dem Menschen oder Werkstoffen schaden könnten. Darüber hinaus werden Gassensoren zur Steuerung von chemischen Prozessen verwendet. Demgemäß wurden eine Vielzahl von unterschiedlichen Gassensoren entwickelt, die nach verschiedenen Messprinzipien und Funktionsweisen arbeiten. Eine besonders effiziente und effektive Gasanalyse basiert auf der Detektion eines akustischen Signals, dass durch die Absorption von Licht in einem Gas generiert wurde. Der photoakustische Effekt wurde erstmalig von Alexander Graham Bell im Jahr 1880 beschrieben und nachgewiesen, wobei der photoakustische Effekt darauf basiert, dass Fotonen Energie der Absorption bei Stoßdeaktivierung in kinetische Energie umgewandelt wird. Ein großer Vorteil der photoakustischen Gassensoren liegt darin, dass mit ihnen eine selektive Detektion von Gasen bzw. Molekülen davon gewährleistet werden kann.Due to the increasing awareness of safety and the environment in the course of the past few years, sensors, in particular gas sensors, have become widespread in many areas of application. Gas sensors are used as air quality sensors, for monitoring cooling systems, exhaust systems for leak detection or leakage location and / or for the detection of certain gases or threshold values thereof in emission measurement that could harm people or materials. In addition, gas sensors are used to control chemical processes. Accordingly, a large number of different gas sensors have been developed that work according to different measuring principles and modes of operation. A particularly efficient and effective gas analysis is based on the detection of an acoustic signal that was generated by the absorption of light in a gas. The photoacoustic effect was first described and demonstrated by Alexander Graham Bell in 1880, whereby the photoacoustic effect is based on the fact that photon energy of the absorption is converted into kinetic energy during shock deactivation. A great advantage of photoacoustic gas sensors is that they can be used to ensure selective detection of gases or molecules thereof.
Im Hinblick auf einen flexiblen und breiten Einsatz der photoakustischen Gassensoren wurden diese immer kompakter gestaltet, um in miniaturisierten Vorrichtungen untergebracht werden zu können.With a view to a flexible and broad use of the photoacoustic gas sensors, these have been made more and more compact in order to be able to be accommodated in miniaturized devices.
Ein Beispiel für eine kompakte Gestaltung eines photoakustischen Gassensors ist in der Druckschrift
Überblickoverview
Wünschenswert wären Gassensoren, die mit einer kompakten Bauweise eine zuverlässige und genaue Detektion bzw. Messung von Gasen erlauben und besonders kostengünstig hergestellt werden können.It would be desirable to have gas sensors which, with a compact design, permit reliable and precise detection or measurement of gases and which can be manufactured particularly inexpensively.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Vorrichtung mit einer Mikrostruktur, die eine MEMS-Struktur oder eine MOEMS-Struktur aufweist. Die Mikrostruktur ist auf einem Träger angeordnet. Die Mikrostruktur und der Träger sind in einem Hohlraum untergebracht, der von einem Gehäuse gebildet wird, dass aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht und den Hohlraum hermetisch von der Außenwelt abgekapselt. Mit anderen Worten gesagt, kapselt das Gehäuse den Hohlraum, der die Mikrostruktur auf dem Träger direkt umgibt, hermetisch ein. Die Vorrichtung kann beispielsweise zur Herstellung einer Lichtemitter- und/oder Lichtdetektoreinheit dienen. Insbesondere schaffen Beispiele der vorliegenden Offenbarung eine Lichtemittereinheit bzw. eine Lichtdetektoreinheit für einen photoakustischen Gassensor, die in einem Glaskolben verpackt bzw. eingehüllt sind.Examples of the present disclosure provide a device with a microstructure comprising a MEMS structure or a MOEMS structure. The microstructure is arranged on a carrier. The microstructure and the carrier are accommodated in a cavity which is formed by a housing that consists of a material that is transparent for at least one predetermined wavelength of light and the cavity is hermetically encapsulated from the outside world. In other words, the housing hermetically encapsulates the cavity that directly surrounds the microstructure on the carrier. The device can be used, for example, to produce a light emitter and / or light detector unit. In particular, examples of the present disclosure provide a light emitter unit and a light detector unit for a photoacoustic gas sensor that are packaged or encased in a glass bulb.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen einen photoakustischen Gassensor umfassend eine Lichtemittereinheit, die Licht zumindest einer vorherbestimmten Wellenlänge in einer vorherbestimmten Wiederholungsfrequenz emittieren kann, und eine Lichtdetektoreinheit zum Detektieren zumindest eines Teils des von der Lichtemittereinheit emittierten Lichts, wobei zwischen der Lichtemittereinheit und der Lichtdetektoreinheit ein Übertragungsbereich angeordnet sein kann, der eingerichtet ist, ein Gas aufzunehmen und/oder durchzuleiten, das einem Referenz-Gas in dem Hohlraum der Lichtdetektoreinheit entspricht. Der Lichtdetektor in der Lichtdetektoreinheit kann beispielsweise ein Mikrofon sein.Examples of the present disclosure provide a photoacoustic gas sensor comprising a light emitter unit that can emit light of at least a predetermined wavelength at a predetermined repetition frequency, and a light detector unit for detecting at least part of the light emitted by the light emitter unit, wherein a transmission area is arranged between the light emitter unit and the light detector unit which is set up to receive and / or pass through a gas that corresponds to a reference gas in the cavity of the light detector unit. The light detector in the light detector unit can be a microphone, for example.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung, bei dem zumindest eine Mikrostruktur auf einem Träger angeordnet wird. Der Träger mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur wird in einem Hohlraum eines Gehäuses untergebracht, das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht. Der Träger mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur wird in dem Hohlraum des Gehäuses eingekapselt, so dass der Hohlraum hermetisch verschlossen wird. Das Einkapseln des Hohlraums erfolgt dabei durch Quetschen oder wulstartiges Abdichten des Materials des Gehäuses.Examples of the present disclosure provide a method for manufacturing a device in which at least one microstructure is arranged on a carrier. The carrier with the at least one microstructure arranged thereon is accommodated in a cavity of a housing which consists of a material that is transparent to at least one predetermined wavelength of light. The carrier with the at least one microstructure arranged thereon is in the cavity of the Encapsulated housing so that the cavity is hermetically sealed. The cavity is encapsulated by squeezing or sealing the material of the housing in a bead-like manner.
Im Gegensatz zu Verfahren, die auf einem anderen Effekt oder messtechnischen Prinzip als dem des photoakustischen Effekts beruhen, zeigt die Verwendung der Vorrichtungen und das verwendete Messprinzip mittels eines photoakustischen Gassensors diverse Vorteile, die mit einem vereinfachten Aufbau, einer Reduktion der Absorptionsstrecke und dem Einsatz bzw. der Nutzung kostengünstiger Lichtemitter bzw. Lichtdetektoren einhergeht. Gleichzeitig mit einer Miniaturisierung der Bauteile erhöht sich aufgrund eines reduzierten Detektionskammervolumens auch ein photoakustischer Druck bei gleicher eingestrahlter Intensität.In contrast to methods that are based on a different effect or metrological principle than that of the photoacoustic effect, the use of the devices and the measuring principle used by means of a photoacoustic gas sensor shows various advantages, which with a simplified structure, a reduction in the absorption distance and the use or . is associated with the use of inexpensive light emitters or light detectors. Simultaneously with a miniaturization of the components, a photoacoustic pressure also increases with the same irradiated intensity due to a reduced detection chamber volume.
Die mittels des genannten Verfahrens hergestellten Vorrichtungen, d. h. die Lichtemittereinheit bzw. Lichtdetektoreinheit, deren Gehäuse einem hermetisch abdichtenden Glaskolben entsprechen, weisen gegenüber herkömmlichen Keramik- oder TO-Gehäusen eine geringere Anzahl von Komponenten und erheblich niedrigere Herstellungskosten bei vergleichbaren oder besseren Eigenschaften und Leistungen auf.The devices manufactured by means of the process mentioned, d. H. the light emitter unit or light detector unit, the housing of which corresponds to a hermetically sealing glass bulb, has a lower number of components than conventional ceramic or TO housings and significantly lower manufacturing costs with comparable or better properties and performance.
Im Sinne der Erfindung ist unter Emitter oder Emittent die Quelle einer Strahlung oder eines Teilchenflusses zu verstehen, beispielsweise von Photonen, die eine elektromagnetische Wechselwirkung vermitteln. Mit Transparenz ist die Fähigkeit eines Materials gemeint, elektromagnetische Wellen hindurch zu lassen, beispielsweise Licht. Unter Lichtdetektor ist ein Nachweisgerät gemeint, beispielsweise ein Mikrofon. Mit einem Mikrofon ist ein Schallwandler gemeint, der Luftschall als Schallwechseldruck bedingte Schwingungen in entsprechende elektrische Spannungsänderung als Mikrofonsignal umwandelt, wobei das Mikrofonsignal anschließend für das menschliche Gehör über einen Lautsprecher ausgebbar ist.In the context of the invention, emitter or emitter is to be understood as the source of radiation or a particle flow, for example of photons that mediate an electromagnetic interaction. Transparency is the ability of a material to let electromagnetic waves through, such as light. A light detector means a detection device, for example a microphone. A microphone is a sound transducer which converts air-borne sound as alternating sound pressure-induced vibrations into corresponding electrical voltage changes as a microphone signal, the microphone signal then being able to be output to the human ear via a loudspeaker.
Hinsichtlich des Begriffs Mikrosystem bzw. Mikrostruktur gibt es keine einheitlichen Begriffe. Die einfache Übersetzung ins Englische als micro systems wird lediglich im europäischen Raum genutzt. Verbreiteter sind die aus den USA stammenden Begriffe MEMS (microelectromechanical systems) und MOEMS (microoptoelectromechanical systems). In asiatischen Veröffentlichungen findet sich hingegen auch die „erweiterte“ Bezeichnung micromachines. Eine Gemeinsamkeit der Begriffe, die Mikrostruktur beschreiben, ist, dass sie eine Größe zwischen 1 bis 100 µm aufweisen.There are no standardized terms with regard to the term microsystem or microstructure. The simple translation into English as micro systems is only used in Europe. The terms MEMS (microelectromechanical systems) and MOEMS (microoptoelectromechanical systems), which come from the USA, are more widespread. In Asian publications, on the other hand, the "expanded" term micromachines is also found. A common feature of the terms that describe microstructure is that they have a size between 1 and 100 µm.
FigurenlisteFigure list
Beispiele der Offenbarung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung; -
2 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Lichtemittereinheit gemäß der Offenbarung; -
3 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Lichtdetektoreinheit gemäß der Offenbarung; -
4 eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Beispiels einer Lichtdetektoreinheit gemäß der Offenbarung; -
5 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Lichtdetektoreinheit mit einer Delle gemäß der Offenbarung; -
6 eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Beispiels einer Lichtdetektoreinheit mit einer Delle gemäß der Offenbarung; -
7 eine vereinfachte Darstellung noch eines weiteren Beispiels einer Lichtdetektoreinheit gemäß der Offenbarung; -
8 eine vereinfachte Darstellung einer Lichtdetektoreinheit mit einem Transceiver gemäß der Offenbarung; -
9 eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung einer Lichtemittereinheit und einer Lichtdetektoreinheit zu einem photoakustischen Gassensor gemäß der Offenbarung; -
10 eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung eines Lichtemitters und eines Lichtdetektors relativ zueinander gemäß der Offenbarung.
-
1 a simplified illustration of an example of a device according to the disclosure; -
2 a simplified illustration of an example of a light emitting unit according to the disclosure; -
3rd a simplified illustration of an example of a light detector unit according to the disclosure; -
4th a simplified illustration of a further example of a light detector unit according to the disclosure; -
5 a simplified illustration of an example of a light detector unit with a dent in accordance with the disclosure; -
6th a simplified illustration of a further example of a light detector unit with a dent according to the disclosure; -
7th a simplified illustration of yet another example of a light detector unit according to the disclosure; -
8th a simplified illustration of a light detector unit with a transceiver according to the disclosure; -
9 a simplified illustration of an arrangement of a light emitter unit and a light detector unit for a photoacoustic gas sensor according to the disclosure; -
10 a simplified illustration of an arrangement of a light emitter and a light detector relative to one another according to the disclosure.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert und unter Verwendung der beigefügten Beschreibungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente, die die gleiche Funktionalität aufweisen, mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein können, wobei eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit dem gleichen oder ähnlichem Bezugszeichen versehen sind, typischerweise weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen, die gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen, sind gegeneinander austauschbar. In der folgenden Beschreibung werden viele Details beschrieben, um eine gründlichere Erklärung von Beispielen der Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass andere Beispiele ohne diese spezifischen Details implementiert werden können. Merkmale der unterschiedlichen beschriebenen Beispiele können miteinander kombiniert werden, es sei denn, Merkmale einer entsprechenden Kombination schließen sich gegenseitig aus oder eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen.In the following, examples of the present disclosure will be described in detail and using the accompanying descriptions. It should be noted that the same elements or elements that have the same functionality can be provided with the same or similar reference symbols, a repeated description of elements that are provided with the same or similar reference symbols typically being omitted. Descriptions of elements that have the same or similar reference symbols are interchangeable. In the following description, many details are described in order to provide a more thorough explanation of examples of the disclosure. However, it is for professionals it is obvious that other examples can be implemented without these specific details. Features of the different examples described can be combined with one another, unless features of a corresponding combination are mutually exclusive or such a combination is expressly excluded.
In
Die Vorrichtung
Ein besonders geeignetes Material für das Gehäuse
Im Beispiel der
Die für die Lichtemittereinheit
Der Lichtdetektor
Beim Beispiel gemäß der
Ein Hohlraum
Das Mikrofon
Der wulstartige Verschluss
In allen Beispielen der Offenbarung sind Kontakt-Drähte
In dem Beispiel gemäß der
Bei einem vorteilhaften Beispiel weist das Gehäuse
In
In einem Beispiel sind die Dellen derart 335 vis-a-vis zueinander angeordnet, dass eine Delle
In einem weiteren Beispiel in
In
In
In dem Beispiel der
Ein Nachweis von Gasanteilen, die dem Referenz-Gas
Um einen anforderungsgerechten und flexiblen Einsatz bei der Nutzung zu gewährleisten, kann der photoakustische Gassensor
Bei Beispielen kann der ASIC durch beliebige geeignete Schaltungsstrukturen implementiert werden, beispielsweise Mikroprozessorschaltungen, CMOS-Schaltungen und dergleichen. Bei Beispielen kann der ASIC als eine Kombination von Hardware-Strukturen und maschinenlesbaren Befehlen implementiert sein. Beispielsweise kann ASIC einen Prozessor und Speichereinrichtungen aufweisen, die maschinenlesbare Befehle speichern, die zur Durchführung von hierin beschriebenen Verfahren führen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden.In examples, the ASIC can be implemented by any suitable circuit structure, such as microprocessor circuitry, CMOS circuitry, and the like. In examples, the ASIC can be implemented as a combination of hardware structures and machine-readable instructions. For example, the ASIC may have a processor and memory devices that store machine-readable instructions that result in the performance of methods described herein when they are executed by the processor.
Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden können.Although some aspects of the present disclosure have been described as features in connection with an apparatus, it is clear that such a description can also be viewed as a description of corresponding method features. Although some aspects have been described as features in connection with a method, it is clear that such a description can also be viewed as a description of corresponding features of a device or the functionality of a device.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn, es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.In the foregoing detailed description, in some cases various features have been grouped together in examples in order to streamline the disclosure. This nature of the disclosure should not be interpreted as the intent that the claimed examples have more features than are expressly stated in each claim. Rather, as the following claims reflect, subject matter may lie in less than all of the features of a single disclosed example. Accordingly, the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, with each claim standing as a separate example of its own. While each claim may stand as its own separate example, it should be noted that although dependent claims in the claims refer to a specific combination with one or more other claims, other examples also include a combination of dependent claims with the subject matter of any other dependent claim or one Combination of each feature with other dependent or independent claims. Such combinations are intended to be included unless it is stated that a specific combination is not intended. Furthermore, it is intended that a combination of features of a claim is also encompassed by any other independent claim, even if that claim is not directly dependent on the independent claim.
Gemäß Aspekt 1 weist eine Vorrichtung folgende Merkmale auf:
- eine Mikrostruktur, die eine MEMS-Struktur oder eine MOEMS-Struktur aufweist, einen Träger, auf dem die Mikrostruktur angeordnet ist, ein Gehäuse, das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht und einen Hohlraum, der die Mikrostruktur auf dem Träger direkt umgibt, hermetisch einkapselt.
- a microstructure which has a MEMS structure or a MOEMS structure, a carrier on which the microstructure is arranged, a housing which consists of a material that is transparent for at least one predetermined wavelength of light and a cavity that holds the microstructure on the Surrounds carrier directly, hermetically encapsulated.
Gemäß Aspekt 2 umfasst die Vorrichtung nach Aspekt 1 ferner eine Schnittstelle, die eingerichtet ist, um mit der Mikrostruktur im Gehäuse Signale auszutauschen, und wobei die Schnittstelle zumindest teilweise in dem transparenten Material des Gehäuses eingekapselt ist.According to aspect 2, the device according to aspect 1 further comprises an interface which is set up to exchange signals with the microstructure in the housing, and wherein the interface is at least partially encapsulated in the transparent material of the housing.
Gemäß Aspekt 3 ist bei der Vorrichtung nach Aspekt 1 oder 2 das Gehäuse ein gequetschter oder wulstartig verschlossener Glaskolben.According to aspect 3, in the device according to aspect 1 or 2, the housing is a squeezed or bead-like closed glass bulb.
Gemäß Aspekt 4 ist bei der Vorrichtung nach Aspekt 3 das transparente Material des Gehäuses Weichglas oder Kalkglas oder Alkali-Erdalkali-Silikat-Glas.According to aspect 4, in the device according to aspect 3, the transparent material of the housing is soft glass or lime glass or alkali-alkaline-earth-silicate glass.
Gemäß Aspekt 5 ist bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 4 der Träger aus Keramik und/oder Metall hergestellt.According to aspect 5, in the device according to one of the preceding aspects 1 to 4, the carrier is made of ceramic and / or metal.
Gemäß Aspekt 6 weist bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 bis 5 der Träger eine Haltestruktur auf, die eingerichtet ist, um den Träger beim Einbringen und Anordnen in dem Gehäuse zu handhaben, und wobei die Haltestruktur eingerichtet ist, um nach ihrem zumindest teilweisen hermetischen Einkapseln im Gehäuse einen Teil der Schnittstelle zu bilden.According to aspect 6, in the device according to one of the preceding aspects 2 to 5, the carrier has a holding structure which is designed to handle the carrier when it is introduced and arranged in the housing, and wherein the holding structure is designed to at least partially Hermetically encapsulating the housing to form part of the interface.
Gemäß Aspekt 7 ist bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 6 ein Teil der Schnittstelle durch das Gehäuse nach außen geführt, wobei die Materialien der nach außen geführten Schnittstelle in dem gequetschten oder wulstartig gefassten Bereich des Gehäuses einen gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen wie das Gehäuse.According to aspect 7, in the device according to one of the preceding aspects 1 to 6, part of the interface is led through the housing to the outside, the materials of the interface leading to the outside in the pinched or bead-like area of the housing having the same coefficient of thermal expansion as the housing .
Gemäß Aspekt 8 bildet bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 7 die Vorrichtung eine Lichtemittereinheit, deren Mikrostruktur einen Lichtemitter für einen photoakustischen Gassensor aufweist.According to aspect 8, in the device according to one of the preceding aspects 1 to 7, the device forms a light emitter unit, the microstructure of which has a light emitter for a photoacoustic gas sensor.
Gemäß Aspekt 9 liegt bei der Vorrichtung nach Aspekt 8 in dem Hohlraum ein Vakuum vor oder ist ein nicht-IR-aktives Schutz-Gas vorhanden.According to aspect 9, in the device according to aspect 8, a vacuum is present in the cavity or a non-IR-active protective gas is present.
Gemäß Aspekt 10 bildet bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 7 die Vorrichtung eine Lichtdetektoreinheit, deren Mikrostruktur einen Lichtdetektor für einen photoakustischen Gassensor aufweist.According to
Gemäß Aspekt 11 ist bei der Vorrichtung nach Aspekt 10 in dem Hohlraum ein Referenz-Gas vorhanden.According to aspect 11, in the device according to
Gemäß Aspekt 12 weist bei der Vorrichtung nach Aspekt 10 oder 11 das Gehäuse an vorherbestimmten Stellen Dellen auf, die konfiguriert sind, den Träger in dem Gehäuse zu stabilisieren und/oder Druckwellen des Referenz-Gases in dem Hohlraum gezielt zu leiten.According to aspect 12, in the device according to
Gemäß Aspekt 13 bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 10 bis 12 der Lichtdetektor ein Mikrofon auf, das konfiguriert ist, zumindest eine Druckschwankung des Referenz-Gases zu erfassen, die mit einer Wiederholungsfrequenz eines von dem Lichtdetektor detektierten Lichts oszilliert.According to aspect 13, in the device according to one of the preceding
Gemäß Aspekt 14 umfasst ein Photoakustischer Gassensor: eine Lichtemittereinheit nach Aspekt 8 oder 9, die Licht zumindest einer vorherbestimmten Wellenlänge in einer vorherbestimmten Wiederholungsfrequenz emittiert, und eine Lichtdetektoreinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte 10 bis 13, mit einem Referenz-Gas in seinem Hohlraum zum Detektieren zumindest eines Teils des von der Lichtemittereinheit emittierten Lichts, wobei zwischen der Lichtemittereinheit und der Lichtdetektoreinheit ein Übertragungsbereich angeordnet ist, der eingerichtet ist, ein Test-Gas aufzunehmen und/oder durchzuleiten, das Gasanteile des Referenz-Gases in einer bestimmten Konzentration enthält, wobei der Lichtdetektor ein Mikrofon ist.According to aspect 14, a photoacoustic gas sensor comprises: a light emitting unit according to aspect 8 or 9, which emits light of at least one predetermined wavelength at a predetermined repetition frequency, and a light detector unit according to one of the preceding
Gemäß Aspekt 15 ist bei dem photoakustischen Gassensor nach Aspekt 14 in einem Strahlengang des vom Lichtemitter emittierten Lichts der Träger der Lichtdetektoreinheit vor einem Mikrofon angeordnet, das auf demselben Träger montiert ist.According to aspect 15, in the photoacoustic gas sensor according to aspect 14, in a beam path of the light emitted by the light emitter, the carrier of the light detector unit is arranged in front of a microphone which is mounted on the same carrier.
Gemäß Aspekt 16 ist bei dem photoakustischen Gassensor nach Aspekt 14 oder 15, die Lichtemittereinheit und/oder Lichtdetektoreinheit auf einer oder derselben Platine angelötet und/oder angeklebt und/oder in der Platine durchgesteckt und/oder in einem auf der Platine befestigten Sockel gefasst.According to aspect 16, in the photoacoustic gas sensor according to aspect 14 or 15, the light emitter unit and / or light detector unit is on a or soldered on and / or glued to the same board and / or inserted into the board and / or captured in a base fastened on the board.
Gemäß Aspekt 17 umfasst der photoakustische Gassensor nach einem der vorhergehenden Aspekte 14 bis 16, ferner ein Sensorgehäuse in dem die Lichtemittereinheit und die Lichtdetektoreinheit angeordnet sind, wobei das Sensorgehäuse des photoakustischen Gassensors als ein oberflächenmontierbares Bauelement konfiguriert ist.According to aspect 17, the photoacoustic gas sensor according to one of the preceding aspects 14 to 16 further comprises a sensor housing in which the light emitter unit and the light detector unit are arranged, the sensor housing of the photoacoustic gas sensor being configured as a surface-mountable component.
Gemäß Aspekt 18 weist eine Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung das folgende Merkmale auf: Anordnen zumindest einer Mikrostruktur auf einem Träger, Einbringen und Anordnen des Trägers mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur in einem Hohlraum eines Gehäuses, das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht, Einkapseln des Trägers mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur in dem Hohlraum des Gehäuses, so dass der Hohlraum hermetisch verschlossen wird, wobei das Material des Gehäuses gequetscht oder wulstartig abgedichtet wird.According to aspect 18, a method for producing a device has the following features: arranging at least one microstructure on a carrier, introducing and arranging the carrier with the at least one microstructure arranged thereon in a cavity of a housing that consists of a for at least one predetermined wavelength Light-transparent material consists, encapsulating the carrier with the at least one microstructure arranged thereon in the cavity of the housing, so that the cavity is hermetically sealed, the material of the housing being squeezed or sealed in the manner of a bead.
Gemäß Aspekt 19 weist bei Verfahren nach Aspekt 18 der Träger eine Haltestruktur auf, die eingerichtet ist, den Träger mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur in dem Hohlraum des Gehäuses einzubringen und anzuordnen, wobei die Haltestruktur des Trägers eine Schnittstelle bildet, die eingerichtet ist, um mit der Mikrostruktur im Gehäuse Signale auszutauschen, wobei die Schnittstelle an einer Stelle durch das Gehäuse geführt ist, an der das Material des Gehäuses gequetscht oder wulstartig abgedichtet wird.According to aspect 19, in the method according to aspect 18, the carrier has a holding structure which is set up to introduce and arrange the carrier with the at least one microstructure arranged thereon in the cavity of the housing, the holding structure of the carrier forming an interface which is set up in order to exchange signals with the microstructure in the housing, the interface being passed through the housing at a point at which the material of the housing is squeezed or sealed like a bead.
Gemäß Aspekt 20 wird bei dem Verfahren nach Aspekt 18 auf dem Träger der Mikrostruktur zusätzlich eine drahtlose Schnittstelle vorgesehen, die eingerichtet ist, um mit der Mikrostruktur im Gehäuse Signale auszutauschen.According to
Die oben beschriebenen Beispiele sind nur darstellend für die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der Einzelheiten, die beschrieben sind, für Fachleute offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nur durch die beigefügten Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die zum Zweck der Beschreibung und Erklärung der Beispiele dargelegt sind, begrenzt ist. The examples described above are only illustrative of the principles of the present disclosure. It is to be understood that modifications and variations in the arrangements and details described will be apparent to those skilled in the art. It is therefore intended that the disclosure be limited only by the appended claims, and not by the specific details set forth for the purpose of describing and explaining the examples.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- Vorrichtung contraption
- 1010
- MikrostrukturMicrostructure
- 2020th
- Trägercarrier
- 3030th
- Gehäusecasing
- 4040
- Hohlraumcavity
- 5050
- Schnittstelleinterface
- 6060
- HaltestrukturHolding structure
- 7070
- Verschluss Clasp
- 200200
- LichtemittereinheitLight emitter unit
- 210210
- LichtemitterLight emitter
- 255255
- Kontakt-DrahtContact wire
- 265265
- MolybdänstreifenMolybdenum strips
- 245245
- Schutz-Gas oder VakuumProtection gas or vacuum
- 290290
- Bonddraht Bond wire
- 300300
- LichtdetektoreinheitLight detector unit
- 310310
- LichtdetektorLight detector
- 315315
- Mikrofonmicrophone
- 335335
- DellenDents
- 336336
- innere Kontur des Gehäusesinner contour of the case
- 345345
- Referenz-GasReference gas
- 380380
- ASICASIC
- 390390
- BonddrahtBond wire
- 395395
- Kontakt-Pads Contact pads
- 400400
- Photoakustischer GassensorPhotoacoustic gas sensor
- 480480
- Platinecircuit board
- 490490
- Übertragungsbereich Transmission range
- 500500
- Test-GasTest gas
- 600600
- Licht des Emitters (einer vorherbestimmten Wellenlänge)Light from the emitter (of a predetermined wavelength)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 2016/0313288 A1 [0004]US 2016/0313288 A1 [0004]
Claims (20)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019214478.0A DE102019214478A1 (en) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | PHOTOACOUSTIC GAS SENSOR |
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