DE102020212657A1

DE102020212657A1 - System zum optischen Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche und Sensor mit System

Info

Publication number: DE102020212657A1
Application number: DE102020212657.7A
Authority: DE
Inventors: Manuel Salvatore Santoro; Gabriele Pozzato; Joachim Kreutzer; Mike Schwarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Ein System (15) zum Detektieren von Ablagerungen (30) auf einer Oberfläche (11) weist einen Emitter (13), einen Detektor (14), ein Füllmaterial (10) und eine Auswerteeinrichtung auf. Der Emitter (13) und der Detektor (14) sind in das Füllmaterial (10) eingebettet. Das Füllmaterial (10) bildet eine Oberfläche (11). Der Emitter (13) ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung (29) zu emittieren. Der Detektor (14) ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der vom Emitter (13) emittierten und an der Oberfläche (11) reflektierten elektromagnetischen Strahlung (29) zu detektieren. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Anwesenheit oder eine Abwesenheit einer Ablagerung (30) auf der Oberfläche (11) des Füllmaterials (10) auf Grundlage von auf den Detektor (14) einfallender elektromagnetischer Strahlung (29) zu detektieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche und einen Sensor, beispielsweise einen Drucksensor, mit einem System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche.
Sensorsysteme können auf unterschiedliche Art und Weise auf die Präsenz von Wasser und anderen Flüssigkeiten reagieren. Im Falle eines mikromechanischen Drucksensors kann beispielsweise auf dem Drucksensor vorhandenes Wasser eine Drift und/oder einen Offset hinsichtlich eines zu messenden Drucks bewirken. Dadurch kann es sein, dass der Drucksensor einen Wert ausgibt, der einen nicht abgleichbaren Fehler aufweist, wodurch ein Fehlsignal ausgelöst werden kann. Es kann auch sein, dass der Drucksensor infolge Ablagerung von Wasser außerhalb eines spezifizierten Betriebsbereichs betrieben wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche und einen Sensor mit einem System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche und einen Sensor mit einem System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche weist einen Emitter, einen Detektor, ein Füllmaterial und eine Auswerteeinrichtung auf. Der Emitter und der Detektor sind derart in das Füllmaterial eingebettet, dass zumindest eine Strahlungsemissionsfläche des Emitters und eine Detektionsfläche des Detektors vom Füllmaterial bedeckt sind. Das Füllmaterial bildet eine Oberfläche. Der Emitter ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren.
Der Detektor ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der vom Emitter emittierten und an der Oberfläche reflektierten elektromagnetischen Strahlung zu detektieren. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, auf Grundlage von auf den Detektor einfallender elektromagnetischer Strahlung ein Signal zu erzeugen, das eine Information über eine Anwesenheit und/oder eine Abwesenheit einer Ablagerung auf der Oberfläche des Füllmaterials enthält.
Vorteilhafterweise ermöglicht es das System, die Anwesenheit oder die Abwesenheit von Ablagerungen auf der Oberfläche des Füllmaterials mittels optischer Komponenten kontaktlos zu detektieren. Bei den Ablagerungen kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, wobei das Wasser beispielsweise in Form von destilliertem Wasser, Leitungswasser, Meerwasser, Schweiß, Spülwasser usw. vorliegen kann. Grundsätzlich kann es sich bei den Ablagerungen aber auch um andere Flüssigkeiten wie beispielsweise Öle oder auch um sonstige Ablagerungen wie etwa Partikel, Fasern oder Biofilme handeln.
In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, einen Parameter auf Grundlage von auf den Detektor einfallender elektromagnetischer Strahlung zu ermitteln, den ermittelten Parameter mit einem Referenzwert zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn der Parameter um einen Schwellwert vom Referenzwert abweicht.
In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, als Parameter einen infolge der auf den Detektor einfallenden elektromagnetischen Strahlung generierten Photostrom zu ermitteln, den ermittelten Photostrom mit einem Referenzstrom zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn der ermittelte Photostrom um einen Schwellenwert vom Referenzstrom abweicht.
In einer Ausführungsform sind der Emitter und der Detektor lateral nebeneinander angeordnet. Vorteilhafterweise ermöglicht es diese Anordnung, dass eine Totalreflexion elektromagnetischer Strahlung an der Oberfläche des Füllmaterials erfolgen kann. Bei dieser Variante kann der Emitter beispielsweise als Leuchtdiode und der Detektor beispielsweise als Photodiode ausgebildet sein. Vom Emitter emittierte elektromagnetische Strahlung kann an der Oberfläche des Füllmaterials totalreflektiert und mittels des Detektors detektiert werden. Ist beispielsweise Wasser auf der Oberfläche vorhanden, verändert sich die Bedingung für die Reflexion, da die vom Emitter emittierte elektromagnetische Strahlung teilweise durch die Oberfläche des Füllmaterials transmittiert wird, sodass weniger Strahlungsleistung auf den Detektor treffen kann. Dadurch kann sich beispielsweise der Photostrom oder ein anderer Parameter verändern. Wenn der Parameter um den Schwellwert vom Referenzstrom abweicht, kann die Auswerteeinrichtung detektieren und gegebenenfalls signalisieren, dass eine Ablagerung auf der Oberfläche vorhanden ist oder nicht.
In einer Ausführungsform ist der Emitter derart angeordnet, dass die Strahlungsemissionsfläche des Emitters zum Detektor hin geneigt ist. Vorteilhafterweise kann dadurch eine auf den Detektor einfallende Gesamtstrahlungsleistung erhöht werden, wodurch das System empfindlicher auf Ablagerungen auf der Oberfläche des Füllmaterials reagieren kann.
In einer Ausführungsform ist der Detektor als integraler Bestandteil des Emitters ausgebildet. Vorteilhafterweise kann das System dadurch besonders platzsparend ausgebildet sein. In diesem Fall kann es sich bei der Emitter-Detektor Anordnung beispielsweise um ein VCSEL (englisch vertical-cavity surface emitting laser) mit integrierter Photodiode (ViP) handeln. In dieser Ausführungsform trifft vom Emitter abgestrahlte elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Füllmaterials. Dadurch erhöht sich beispielsweise im Fall einer Ablagerung von Wasser die auf den Detektor einfallende Gesamtstrahlungsleistung, wodurch beispielsweise der Photostrom sinken kann.
In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den ermittelten Parameter mit einer Mehrzahl von materialspezifischen Referenzwerten zu vergleichen. Vorteilhafterweise kann dadurch festgestellt werden, um welche Art von Ablagerung es sich handelt.
In einer Ausführungsform ist über einer Strahlungsemissionsfläche des Emitters ein zur Streuung elektromagnetischer Strahlung ausgebildeter Diffusor angeordnet. Vorteilhafterweise können dadurch auch nicht unmittelbar über dem Emitter angeordnete Ablagerungen detektiert werden. Ferner ist es dadurch möglich, dass verschiedene Abschnitte der Oberfläche des Füllmaterials zur Reflexion beitragen, da die Oberfläche des Füllmaterials beispielsweise gekrümmt ausgebildet sein kann. Dadurch kann die auf den Detektor einfallende Gesamtstrahlungsleistung erhöht werden.
In einer Ausführungsform ist der Detektor als integraler Bestandteil des Emitters ausgebildet. Der Emitter ist dazu vorgesehen, ein moduliertes Signal zu erzeugen. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, auf Grundlage des modulierten Signals und auf den Detektor einfallender elektromagnetischer Strahlung eine Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung zu ermitteln, die ermittelte Laufzeit mit einer Referenzlaufzeit zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn die ermittelte Laufzeit um einen Schwellwert von der Referenzlaufzeit abweicht.
Bei dieser Variante wird die Eignung von ViPs für Entfernungsmessungen ausgenutzt. Dabei wird über die Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung ein Abstand zwischen dem Emitter und einer primär reflektierenden Grenzschicht ermittelt. Sind beispielsweise keine Ablagerungen auf der Oberfläche vorhanden, so ist die Grenzfläche zwischen der Oberfläche und Luft die primär reflektierende Grenzschicht. Ist hingegen beispielsweise Wasser auf der Oberfläche vorhanden, so stellt die Grenzschicht zwischen Wasser und Luft die primär reflektierende Grenzschicht dar, wodurch sich die Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung zwischen dem Emitter und dem Detektor vergrößert.
Ein Sensorsystem weist ein System zum Detektieren von Ablagerungen gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen auf. Ferner weist das Sensorsystem ein Gehäuse mit einer Kavität auf. Der Emitter, der Detektor und eine Detektionseinrichtung sind in der Kavität angeordnet und in das Füllmaterial eingebettet. Die Erkennung von Ablagerungen eröffnet vorteilhafterweise die Möglichkeit, dem Einfluss der Ablagerung durch geeignete Maßnahmen entgegenzuwirken.
In einer Ausführungsform ist die Detektionseinrichtung Bestandteil einer mikromechanischen Struktur. Der Emitter und der Detektor sind als integrale Bestandteile der mikromechanischen Struktur ausgebildet. Vorteilhafterweise müssen keine zusätzlichen Komponenten verwendet werden, um das Sensorsystem herzustellen.
In einer Ausführungsform ist die Detektionseinrichtung dazu ausgebildet, einen Druck zu detektieren. In dieser Ausführungsform ist das Sensorsystem also als Drucksensor ausgebildet. Eine Erkennung von Ablagerungen auf der Oberfläche des Füllmaterials ermöglicht es vorteilhafterweise, eine Drift und einen Offset des Drucksensors abzugleichen und zu kompensieren.
Ein Verfahren zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche mit einem System gemäß einer der Ausführungsformen umfasst folgende Verfahrensschritte. Zunächst wird elektromagnetische Strahlung mittels des Emitters emittiert. Zumindest ein Teil von vom Emitter emittierter elektromagnetischer Strahlung wird mittels des Detektors detektiert. Es wird ein Signal auf Grundlage von auf den Detektor einfallender elektromagnetischer Strahlung erzeugt, das eine Information über eine Anwesenheit und/oder eine Abwesenheit einer Ablagerung auf der Oberfläche enthält.
In einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen des Signals ein Ermitteln eines Parameters auf Grundlage von auf den Detektor einfallender elektromagnetischer Strahlung und ein Vergleichen des ermittelten Parameters mit einem Referenzwert. Das Signal wird erzeugt, wenn der Parameter um einen Schwellwert vom Referenzwert abweicht.
Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden klarer und verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

1: einen Sensorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem System zum Detektieren von Ablagerungen auf einer Oberfläche des Sensorsystems;
2: das Sensorsystem der 1 mit einer Ablagerung auf der Oberfläche;
3: ein Diagramm mit einer für einen Emitter typischen Abstrahlcharakteristik;
4a: ein Sensorsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4b das Sensorsystem der 4a mit einer Ablagerung auf der Oberfläche;
5: ein Sensorsystem gemäß einer dritten Ausführungsform; und
6: Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Detektieren von Ablagerungen auf der Oberfläche.

1 zeigt ein Sensorsystem 1 gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht.
Das Sensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 weist eine Wandung 27 und zwei sich gegenüberliegende Öffnungen 28 auf. Die Wandung 27 des Gehäuses 2 umschließt eine Kavität 4. Das Gehäuse 2 kann beispielsweise ein Metall aufweisen. Das Gehäuse 2 kann jedoch auch ein anderes Material aufweisen, beispielsweise einen Kunststoff. Das Gehäuse 2 ist beispielhaft auf einer Montagefläche 26 einer Leiterplatte 3 angeordnet, wobei eine Öffnung 28 des Gehäuses 2 der Montagefläche 26 der Leiterplatte 3 zugewandt ist. Die Leiterplatte 3 kann jedoch auch entfallen. Stattdessen kann auch ein anderer Träger vorgesehen sein.
In der Kavität 4 ist eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 5 (englisch application-specific integrated circuit, ASIC) angeordnet. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 5 ist mittels eines Klebers 6 auf der Leiterplatte 3 fixiert. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 5 muss nicht notwendigerweise in der Kavität 4 des Gehäuses 2 angeordnet sein, sondern kann stattdessen auch extern ausgebildet sein. In der Kavität 4 des Gehäuses 2 ist eine Detektionseinrichtung 7 angeordnet. Beispielhaft ist die Detektionseinrichtung 7 auf der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 5 angeordnet und mittels eines weiteren Klebers 8 auf der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 5 fixiert. Der Kleber 6 und der weitere Kleber 8 können je nach Zweck verschieden oder auch identisch ausgebildet sein. Der Kleber 6 und der weitere Kleber 8 können auch entfallen. Die Detektionseinrichtung 7 ist beispielhaft mittels eines Bonddrahts 9 mit der Leiterplatte 3 elektrisch verbunden. Die Detektionseinrichtung 7 kann jedoch auch anders elektrisch kontaktiert sein, sodass der Bonddraht 9 auch entfallen kann. Die Detektionseinrichtung 7 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, einen Druck zu detektieren. In diesem Fall kann das Sensorsystem 1 auch als Drucksensor 1 bezeichnet werden. Der Drucksensor 1 kann beispielsweise als kapazitiver oder piezoelektrischer Drucksensor 1 ausgebildet sein. Das Sensorsystem 1 kann jedoch auch als ein anderes Sensorsystem 1, beispielsweise als Umgebungssensor, Umweltsensor, Feuchtesensor oder Gassensor ausgebildet sein. Die Detektionseinrichtung 7 kann beispielsweise Bestandteil einer mikromechanischen Struktur sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
In der Kavität 4 des Gehäuses 2 ist ein Füllmaterial 10 angeordnet. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 5 und die Detektionseinrichtung 7 sind in das Füllmaterial 10 eingebettet. Dadurch ist die Detektionseinrichtung 7 gegen mechanische Einwirkungen und Flüssigkeiten geschützt. Das Füllmaterial 10 kann beispielsweise inkompressibel sein, wodurch es einen Druck verlustfrei auf die Detektionseinrichtung 7 übertragen kann. In diesem Fall fungiert das Füllmaterial 10 auch als Druckübertragungsmedium. Dies ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn das Sensorsystem 1 als Drucksensor 1 ausgebildet ist. Das Füllmaterial 10 kann beispielsweise ein Gel oder ein Öl aufweisen. Ist das Füllmaterial 10 ein Gel, so kann es nach dem Anordnen in der Kavität 4 ausgehärtet werden. Das Füllmaterial 10 bildet eine Oberfläche 11 zur Umgebung aus. Ist das Füllmaterial 10 ein Öl, beispielsweise ein Silikonöl, so ist es zweckmäßig, eine abschließende Membran vorzusehen, um ein Auslaufen des Öls zu verhindern. In diesem Fall wird die Oberfläche 11 durch die abschließende Membran definiert, wobei zwischen dem Öl und der Membran eine weitere Grenzfläche ausbildet ist.
Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 können die Detektionseinrichtung 7 negativ beeinflussen. Beispielsweise kann es sein, dass die Detektionseinrichtung 7 einen Offset und/oder eine Drift hinsichtlich einer zu messenden Größe aufweist. Beispielsweise weist ein kapazitiver Drucksensor 1 eine als Kondensatorplatte ausgebildete Membran auf, die bei Druckbeaufschlagung eine Kapazitätsänderung hervorruft. Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 können jedoch beispielsweise aufgrund ihrer Masse einen zusätzlichen Druck auf die Membran des Drucksensors 1 bewirken, was einen Versatz des zu messenden Drucks hervorrufen kann. Bei den Ablagerungen 30 kann es sich beispielsweise um Flüssigkeiten, feste Partikel und/oder Biofilme handeln. Flüssige Ablagerungen 30 können beispielsweise in Form von Wasser oder Ölen vorliegen, wobei die Flüssigkeiten je nach ihrer Herkunft auch zusätzliche Substanzen aufweisen können. Beispielsweise kann Wasser auf die Oberfläche 11 gelangen, das Salze und Mineralstoffe enthält.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, Ablagerungen 30 auf einer Oberfläche 11 kontaktlos zu detektieren. Dadurch können Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise können ein Offset und/oder eine Drift der Detektionseinrichtung 7 korrigiert werden. Zur kontaktlosen Detektion von Ablagerungen 30 weist das Sensorsystem 1 einen Emitter 13 und einen Detektor 14 auf. Der Emitter 13 ist zur Emission elektromagnetischer Strahlung 29 ausgebildet. Der Emitter 13 kann beispielsweise als Leuchtdiode (LED) oder als Laser ausgebildet sein. Der Emitter 13 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, elektromagnetische Strahlung 29 aus dem Infrarot- oder Nahinfrarotbereich zu emittieren. Beispielsweise kann der Emitter 13 dazu ausgebildet sein, elektromagnetische Strahlung 29 mit einer Wellenlänge von 900nm zu emittieren. Elektromagnetische Strahlung 29 aus einem solchen Spektralbereich bietet den Vorteil, dass eine hohe Absorptionsrate für Medien wie Wasser und organische Flüssigkeiten vorliegt. Der Detektor 14 ist beispielsweise als Photodiode ausgebildet und ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der vom Emitter 13 emittierten und an der Oberfläche 11 reflektierten elektromagnetischen Strahlung 29 zu detektieren. Der Detektor 14 kann beispielsweise auf Siliziumbasis hergestellt werden. Ein solcher Detektor 14 weist vorteilhafterweise eine hohe Quanteneffizienz im Infrarot- und Nahinfrarotbereich auf. Insbesondere weist ein siliziumbasierter Detektor 14 im Bereich einer Wellenlänge von ca. 900nm ein Maximum hinsichtlich seiner Quanteneffizienz auf. Der Emitter 13 und der Detektor 14 sind idealerweise auf eine ähnliche oder identische Wellenlänge optimiert.
Der Emitter 13 und der Detektor 14 sind in der Kavität 4 des Gehäuses 2 angeordnet. Beispielhaft sind der Emitter 13 und der Detektor 14 auf der Detektionseinrichtung 7 angeordnet. Der Emitter 13 und der Detektor 14 können stattdessen beispielsweise auf der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 5 angeordnet sein. Alternativ können der Emitter 13 und/oder der Detektor 14 als integrale Bestandteile einer mikromechanischen Struktur ausgebildet sein, die auch die Detektionseinrichtung 7 bilden kann. In jedem Fall sind der Emitter 13 und der Detektor 14 in das Füllmaterial 10 eingebettet, weshalb das Füllmaterial 10 zumindest für einen Teil von vom Emitter 13 emittierter elektromagnetischer Strahlung 29 zumindest teilweise transparent sein muss. Der Emitter 13 und der Detektor 14 sind derart in das Füllmaterial 10 eingebettet, dass eine Strahlungsemissionsfläche 16 des Emitters 13 und eine Detektionsfläche 17 des Detektors 14 vom Filmmaterial 10 bedeckt sind.
Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 5 weist eine Auswerteeinrichtung auf, die in 1 nicht dargestellt ist. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, auf Grundlage von auf den Detektor 14 einfallender elektromagnetischer Strahlung 29 ein Signal zu erzeugen, das eine Information über eine Anwesenheit und/oder eine Abwesenheit einer Ablagerung 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 enthält. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, einen Parameter auf Grundlage von auf den Detektor 14 einfallender elektromagnetischer Strahlung 29 zu ermitteln, den ermittelten Parameter mit einem Referenzwert zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn der Parameter um einen Schwellwert vom Referenzwert abweicht. Der Referenzwert und der Schwellwert können beispielswiese in einem Speicher der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 5 hinterlegt sein. Als Parameter kann beispielsweise ein Photostrom oder eine Photospannung verwendet werden. Andere Parameter können jedoch ebenfalls verwendet werden. Der Speicher kann beispielsweise als nichtflüchtiger Speicher ausgebildet sein. Der Referenzwert und der Schwellwert können vor dem Vergleich in einen flüchtigen Speicher geladen werden, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Zum Vergleich des Parameters mit dem Referenzwert ist es nicht zwingend erforderlich, dass die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 5 den Speicher aufweist. Der Vergleich kann beispielsweise auch mittels einer analogen Schaltung erfolgen. Der Emitter 13, der Detektor 14, das Füllmaterial 10 und die Auswerteeinrichtung bilden also ein System 15 zum Detektieren von Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11.
Beim Sensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform sind der Emitter 13 und der Detektor 14 lateral nebeneinander angeordnet, um das Prinzip der Totalreflexion zum Detektieren von Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 ausnutzen zu können. Vom Emitter 13 emittierte elektromagnetische Strahlung 29 kann an einer Grenzfläche zwischen dem Füllmaterial 10 und der umgebenden Luft reflektiert werden, wodurch die reflektierte elektromagnetische Strahlung 29 auf den Detektor 14 treffen kann. Gemäß dem Snellius'schen Brechungsgesetz gilt für den Winkel der Totalreflexion: $θ_{C} = a r c s i n \frac{n_{1}}{n_{2}}$
Hierbei ist n₁ = 1 der Brechungsindex der umgebenden Luft und n₂ der Brechungsindex des Füllmaterials 10. Beträgt der Brechungsindex des Füllmaterials beispielswiese n₂ = 1,341, so ergibt sich für den Grenzwinkel der Totalreflexion ein Winkel von θ_C≈ 50°. Für Einfallswinkel über 50° wird elektromagnetische Strahlung an der Grenzfläche vollständig reflektiert. Für Einfallswinkel unter 50° nimmt die reflektierte Intensität hingegen exponentiell ab.
2 zeigt das Sensorsystem 1 der 1 mit einer beispielhaften Ablagerung 30 von Wasser auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10.
Durch eine Brechungsindexänderung an der Grenzfläche n₁ = 1,332 infolge der Wasserablagerung 30 verändert sich auch der Winkel der Totalreflexion. Der Winkel der Totalreflexion beträgt in diesem Fall θ_C ≈ 90°. Unter diesen Bedingungen wird also elektromagnetische Strahlung 29 an der Grenzfläche nicht mehr totalreflektiert. Dies hat zur Folge, dass insgesamt weniger Strahlungsleistung am Detektor 14 ankommt. Der Detektor 14 beruht auf dem Prinzip, dass ein Photostrom in belichtetem Zustand kleiner ist als in einem unbelichteten Zustand. Gelangt Wasser auf die Oberfläche 11 des Füllmaterials 10, so steigt der Photostrom.
Dies lässt sich ausnutzen indem man eine Auswerteeinrichtung vorsieht, die dazu ausgebildet ist, als Parameter einen infolge der auf den Detektor 14 einfallenden elektromagnetischen Strahlung generierten Photostrom zu ermitteln, den ermittelten Photostrom mit einem Referenzstrom zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn der ermittelte Photostrom um einen Schwellenwert vom Referenzstrom abweicht. Statt des Photostroms kann auch ein anderer Parameter verwendet werden. Beispielsweise ist es auch möglich, eine elektrische Spannung als Parameter zu verwenden, die über einen elektrischen Widerstand der Detektionseinrichtung 7 und den Photostrom ermittelt werden kann. Andere Parameter sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann der Parameter auf Basis des Photostroms oder einer anderen Messgröße ermittelt werden jedoch zusätzlich von einer beliebigen Anzahl von Termen abhängig sein, die Eigenschaften des Systems 15 wie beispielsweise Temperaturen des Systems 15 und/oder Ausdehnungskoeffizienten von verwendeten Materialien charakterisieren. Der Referenzwert und/oder der Schwellwert können auch einer Situation entsprechend angepasst werden. Eine solche dynamische Anpassung ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn das System 15 sowohl in einem energiesparsamen als auch in einem hochauflösenden Modus betrieben werden soll. Die Auswerteeinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, den ermittelten Parameter mit einer Mehrzahl von materialspezifischen Referenzwerten zu vergleichen. Dadurch kann es möglich sein, Ablagerungen 30 zu identifizieren. Die Auswerteeinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, die Information über die Anwesenheit oder die Abwesenheit einer Ablagerung 30 anhand eines anderen Entscheidungskriteriums bereitzustellen. Der Vergleich eines Parameters mit einem Referenzwert ist nicht zwingend erforderlich. Das Signal kann dazu verwendet werden, eine Anwesenheit und/oder eine Abwesenheit von Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 zu detektieren bzw. anzuzeigen.
Gemäß 1 sind der Emitter 13 und der Detektor 14 derart angeordnet, dass die Strahlungsemissionsfläche 16 des Emitter 13 und die Detektionsfläche 17 des Detektors 14 parallel zueinander angeordnet sind. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. In einer anderen Ausführungsform kann der Emitter 13 derart angeordnet sein, dass seine Strahlungsemissionsfläche 16 zum Detektor 14 hin geneigt ist. Dies bietet den Vorteil, dass mehr Strahlungsleistung auf Detektor 14 auftreffen kann, wodurch eine Empfindlichkeit des Systems 15 zum Detektieren von Ablagerungen 30 verbessert werden kann. Um den Emitter 13 derart anzuordnen, dass seine Strahlungsemissionsfläche 16 zum Detektor 14 hin geneigt ist, bietet es sich an, den Emitter 13 als integralen Bestandteil einer mikromechanischen Struktur zu fertigen. Hierbei wird eine Halbleiterstruktur derart bearbeitet, dass sich eine zum Detektor 14 hin geneigte Strahlungsemissionsfläche 16 bildet. Dies kann beispielsweise mittels Fräsen oder eines Ätzverfahrens, beispielsweise unter Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH), erreicht werden. Es kann dabei zweckmäßig sein, bevorzugte Kristallflächen der Halbleiterstruktur freizulegen, die bereits eine festgelegte Orientierung aufweisen.
3 zeigt ein Diagramm mit einer für einen als Leuchtdiode ausgebildeten Emitter 13 typischen Abstrahlcharakteristik. Das Diagramm zeigt eine vom Emitter 13 emittierte Intensität 18 in Abhängigkeit von einem Emissionswinkel 19, der auf ein Lot 12 auf die Strahlungsemissionsfläche 16 des Emitters 13 bezogen ist.
Bei der Anordnung des Emitters 13 und des Detektors 14 gemäß 1, bei der die Strahlungsemissionsfläche 16 des Emitter 13 und die Detektionsfläche 17 des Detektors 14 parallel zueinander angeordnet sind, wird ohne Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 elektromagnetische Strahlung 29 aus einem ersten Winkelbereich 20, der Emissionswinkel 19, die betragsmäßig größer sind als der Winkel der Totalreflexion θ_C, umfasst, totalreflektiert und steht damit zur Detektion von Ablagerungen 30 zur Verfügung. Elektromagnetische Strahlung 29, die innerhalb des ersten Winkelbereichs 20 abgestrahlt wird, wird totalreflektiert und kann vom Detektor 14 detektiert werden. Entsprechend einer Intensitätsverteilung 18 kann dadurch jedoch lediglich vom Emitter 13 emittierte elektromagnetische Strahlung 29 mit geringer integrierter Intensität zur Verfügung stehen, die auf den Detektor 14 trifft, was in 3 beispielhaft anhand der Intensitätsverteilung 18 verdeutlicht wird, die ein Maximum für senkrechte Emission aufweist und für betragsmäßig große Emissionswinkel 19, wie etwa im Winkelbereich 20, abflacht.
Alternativ kann der Emitter 13 beispielsweise um den Grenzwinkel der Totalreflexion θ_C, oder um einen anderen Winkel, zum Detektor 14 hin geneigt angeordnet sein. Dadurch wird elektromagnetische Strahlung 29 aus einem zweiten Winkelbereich 22 an der Grenzfläche zwischen Füllmaterial 10 und Luft reflektiert. Der zweite Winkelbereich 22 erstreckt sich im angegebenen Beispiel im Vergleich zum ersten Winkelbereich 20 bis zu einem Maximum 23 der Intensitätsverteilung 18 bei einem Emissionswinkel 19 von θ'_C = 0°, also bei Emission parallel zum Lot 12. Elektromagnetische Strahlung 29 mit Emissionswinkeln 19, die größer sind als der Winkel θ'_C, = 0°, wird an der Oberfläche 11 reflektiert und steht damit zur Detektion von Ablagerungen 30 zur Verfügung. Innerhalb des zweiten Winkelbereichs 22 weist die emittierte elektromagnetische Strahlung 29 eine höhere integrierte Intensität als im ersten Winkelbereich 20 auf. Durch die zusätzliche elektromagnetische Strahlung 29 steht eine größere Intensität zum Detektieren von Ablagerungen 30 zur Verfügung. Dadurch erhöht sich die Signalstärke vorteilhaft. 3 zeigt zusätzlich schematisch zwei zu den Winkelbereichen 20, 22 zugehörige Seitenansichten des Emitters 13, um die verschiedenen Orientierungen des Emitters 13 gegenüber dem Detektor 14 anzudeuten. Beispielhaft zeigt 3, dass der Emitter 13 um den Winkel der Totalreflexion zum Detektor 14 hin geneigt ist, um Reflexion aus dem zweiten Winkelbereich 22 zu erreichen. Eine geneigte Anordnung des Emitter 13 relativ zum Detektor 14 kann darüber hinaus auch zu konstruktiv bedingten Überlagerungseffekten führen, die eine zusätzliche Erhöhung der auf den Detektor 14 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung 29 bewirken können.
Das System 15 des Sensorsystems 1 weist zusätzlich einen Diffusor 24 auf. Der Diffusor 24 ist über der Strahlungsemissionsfläche 16 des Emitters 13 angeordnet und zur Streuung elektromagnetischer Strahlung 29 ausgebildet. Der Diffusor 24 kann beispielsweise einen Kunststoff aufweisen. Der Diffusor 24 kann zur Streuung elektromagnetischer Strahlung 29 beispielsweise eine Streustruktur aufweisen. Diese kann mittels eines geeigneten Verfahrens hergestellt werden, beispielsweise mittels eines Prägeverfahrens. Alternativ kann der Diffusor 24 auch eingebettete Partikel aufweisen, die als Volumenstreuer vorgesehen sind. Solche Partikel können beispielsweise Siliziumoxid oder Titanoxid aufweisen.
Der Diffusor 24 ermöglicht es, dass auch Ablagerungen 30, die nicht unmittelbar in einer Abstrahlrichtung des Emitters 13 angeordnet sind, detektiert werden können. Außerdem ermöglich der Diffusor 23 eine Reflexion elektromagnetischer Strahlung 29 an verschiedenen Abschnitten der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10, wenn die Oberfläche 11 beispielsweise gekrümmt oder rau ausgebildet ist. Der Diffusor 24 kann jedoch auch entfallen.
4a zeigt ein Sensorsystem 25 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht. Das Sensorsystem 25 gemäß der zweiten Ausführungsform weist große Ähnlichkeiten mit dem Sensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Identische Elemente der Sensorsysteme 1, 25 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert.
Im Unterschied zum Sensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist der Detektor 14 beim Sensorsystem 25 gemäß der zweiten Ausführungsform als integraler Bestandteil des Emitters 13 ausgebildet. In diesem Fall kann der Emitter 13 beispielsweise als VCSEL (englisch vertical-cavity surface emitting laser) mit einer integrierten Photodiode (ViP) ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Photodiode als absorbierende Schicht in einem Bragg-Spiegel eines Resonators angeordnet ist. Das Sensorsystem 25 gemäß der zweiten Ausführungsform kann auch einen Diffusor 24 aufweisen, der über der Strahlungsemissionsfläche des VCSELs angeordnet ist. Der Einsatz des Diffusors 24 beim Sensorsystem 25 gemäß der zweiten Ausführungsform ist besonders sinnvoll, da in dieser Ausführungsform ein Laser als Emitter 13 verwendet wird, der im Vergleich zu einer LED dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in einem schmaleren Winkelbereich zu emittieren. Der Diffusor 24 kann jedoch entfallen.
Der wesentliche Unterschied zum Sensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform besteht also darin, dass vom Emitter 13 emittierte elektromagnetische Strahlung 29 in erster Näherung senkrecht auf die Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 auftreffen kann. Nach den Fresnel'schen Formeln gilt für den Reflexionsgrad bei senkrechten Einfall $R = {(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2}$
Mit n₁ = 1 für das Medium Luft und n₂ = 1,341 als beispielhaften Brechungsindex des Füllmaterials 10 in Form eines Gels ergibt sich eine an der Grenzfläche reflektierte Leistung, die 1,8% der emittierten Leistung entspricht.
4b zeigt das Sensorsystem 25 der 4a mit einer beispielhaften Ablagerung 30 von Wasser auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10.
Die reflektierte Leistung R setzt sich in diesem Fall aus der reflektierten Leistung R_{Füllmaterial-Wasser} an der Grenzfläche zwischen Füllmaterial 10 und Wasserablagerung 30 und der reflektierten Leistung R_Wasser-Luft an einer Grenzschicht 32 zwischen Wasserablagerung 30 und umgebender Luft 35 zusammen, wobei der Transmissionsgrad T_{Füllmaterial-Wasser} bzw. T_{Wasser-Füllmaterial} an der Grenzfläche zwischen Füllmaterial 10 und Wasserablagerung 30 zweifach berücksichtigt werden muss: $R = R_{F \ddot{u} llmaterial-Wasser} {+T}_{F \ddot{u} llmaterial-Wasser} * R_{Wasser-Luft} * T_{Wasser-F \ddot{u} llmaterial}$
Damit entspricht die an der Grenzfläche reflektierte Leistung 2% der emittierten Leistung. Mit der Wasserablagerung 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 geht in diesem Beispiel also eine Erhöhung der reflektierten Leistung um etwa 10% einher. Eine Erhöhung der reflektierten Leistung infolge von Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 kann zum Detektieren von Ablagerungen 30 verwendet werden. Da die insgesamt reflektierte Leistung infolge von Ablagerungen 30 zunimmt, geht damit eine Reduzierung am Detektor 14 erzeugten Photostroms einher.
Zur Detektion von Ablagerungen 30 kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise dazu ausgebildet sein, als Parameter den infolge der auf den Detektor 14 einfallenden elektromagnetischen Strahlung 29 generierten Photostrom zu ermitteln, den ermittelten Photostrom mit einem Referenzstrom zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn der ermittelte Photostrom um einen Schwellenwert vom Referenzstrom abweicht, wodurch die Anwesenheit und/oder die Abwesenheit einer Ablagerung 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 detektiert werden kann. Es können auch andere Parameter verwendet werden, die beispielsweise auf Basis eines Photostroms oder auf Basis anderer Messgrößen ermittelt werden jedoch auch beispielsweise Temperaturen des Systems 15 und/oder Ausdehnungskoeffizienten von verwendeten Materialien berücksichtigen. Der Referenzwert und/oder der Schwellwert können ebenfalls einer Situation entsprechend angepasst werden. Die Auswerteeinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, den ermittelten Parameter mit einer Mehrzahl von materialspezifischen Referenzwerten zu vergleichen. Dadurch kann es möglich sein, Ablagerungen 30 zu identifizieren. Ein Referenzwert bzw. materialspezifische Referenzwerte können beispielsweise im Speicher der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 5 hinterlegt sein. Es ist auch in dieser Ausführungsform nicht zwingend erforderlich, dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Parameter mit einem Referenzwert zu vergleichen, um Ablagerungen 30 zu detektieren. Es kann stattdessen auch ein anderes Entscheidungskriterium von der Auswerteeinrichtung verwendet werden, um die Anwesenheit oder die Abwesenheit einer Ablagerung 30 zu detektieren.
5 zeigt ein Sensorsystem 31 gemäß einer dritten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht mit einer beispielhaften Ablagerung 30 von Wasser auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10. Das Sensorsystem 31 gemäß der dritten Ausführungsform weist große Ähnlichkeiten mit dem Sensorsystem 25 gemäß der zweiten Ausführungsform auf. Identische Elemente der Sensorsysteme 25, 31 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert.
Beim Sensorsystem 31 gemäß der dritten Ausführungsform wird die Tatsache ausgenutzt, dass ViPs (VCSEL mit integrierter Photodiode) dazu geeignet sind, Entfernungen zu bestimmen. Dabei wird über die Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung 29 ein Abstand 33, 34 zwischen dem Emitter 13 und einer primär reflektierenden Grenzschicht ermittelt. Sind keine Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 vorhanden, so ist die Grenzfläche zwischen der Oberfläche 11 und Luft die primär reflektierende Grenzschicht. In diesem Fall kann ein erster Abstand 33 bestimmt werden. Ist hingegen beispielsweise Wasser 30 auf der Oberfläche 11 vorhanden, so stellt eine Grenzschicht 32 zwischen Wasser 30 und Luft die primär reflektierende Grenzschicht dar, weshalb ein zweiter Abstand 34 bestimmt werden kann, der größer ist als der erste Abstand 33.
Zur Ermittlung von Entfernungen ist der Emitter 13 dazu vorgesehen, ein moduliertes Signal zu erzeugen. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, auf Grundlage des modulierten Signals und auf den Detektor 14 einfallender elektromagnetischer Strahlung 29 eine Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung 29 zu ermitteln, die ermittelte Laufzeit mit einer Referenzlaufzeit zu vergleichen das Signal zu erzeugen, wenn die ermittelte Laufzeit um einen Schwellwert von der Referenzlaufzeit abweicht.
6 zeigt schematisch Verfahrensschritte 37, 38, 39, 40, 41 eines Verfahrens 36 zum Detektieren von Ablagerungen 30 auf der Oberfläche 11 des Füllmaterials 10 mit einem System 15 gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen.
In einem ersten Verfahrensschritt 36 wird elektromagnetische Strahlung 29 mittels des Emitters 13 emittiert. In einem zweiten Verfahrensschritt 38 wird zumindest ein Teil von vom Emitter 13 emittierter elektromagnetischer Strahlung 29 mittels des Detektors 14 detektiert. In einem dritten Verfahrensschritt 39 wird ein Signal auf Grundlage von auf den Detektor 14 einfallender elektromagnetischer Strahlung 29 erzeugt, das eine Information über eine Anwesenheit und/oder eine Abwesenheit einer Ablagerung 30 auf der Oberfläche 11 enthält.
Das Erzeugen des Signals kann in einem ersten Schritt 40 beispielsweise ein Ermitteln eines Parameters auf Grundlage von auf den Detektor 14 einfallender elektromagnetischer Strahlung 29 und in einem zweiten Schritt 41 ein Vergleichen des ermittelten Parameters mit einem Referenzwert umfassen. Das Signal wird erzeugt, wenn der Parameter um einen Schwellwert vom Referenzwert abweicht.

Claims

System (15) zum Detektieren von Ablagerungen (30) auf einer Oberfläche (11), mit einem Emitter (13), einem Detektor (14), einem Füllmaterial (10) und einer Auswerteeinrichtung, wobei der Emitter (13) und der Detektor (14) derart in das Füllmaterial (10) eingebettet sind, dass zumindest eine Strahlungsemissionsfläche (16) des Emitters (13) und eine Detektionsfläche (17) des Detektors (14) vom Füllmaterial (10) bedeckt sind, wobei das Füllmaterial (10) eine Oberfläche (11) bildet, wobei der Emitter (13) dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung (29) zu emittieren, wobei der Detektor (14) dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der vom Emitter (13) emittierten und an der Oberfläche (11) reflektierten elektromagnetischen Strahlung (29) zu detektieren, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, auf Grundlage von auf den Detektor (14) einfallender elektromagnetischer Strahlung (29) ein Signal zu erzeugen, das eine Information über eine Anwesenheit und/oder eine Abwesenheit einer Ablagerung (30) auf der Oberfläche (11) des Füllmaterials (10) enthält.
System (15) gemäß Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Parameter auf Grundlage von auf den Detektor (14) einfallender elektromagnetischer Strahlung (29) zu ermitteln, den ermittelten Parameter mit einem Referenzwert zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn der Parameter um einen Schwellwert vom Referenzwert abweicht.
System (15) gemäß Anspruch 2, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, als Parameter einen infolge der auf den Detektor (14) einfallenden elektromagnetischen Strahlung (29) generierten Photostrom zu ermitteln, den ermittelten Photostrom mit einem Referenzstrom zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn der ermittelte Photostrom um einen Schwellenwert vom Referenzstrom abweicht.
System (15) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Emitter (13) und der Detektor (14) lateral nebeneinander angeordnet sind.
System (15) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Emitter (13) derart angeordnet ist, dass die Strahlungsemissionsfläche (16) des Emitters (13) zum Detektor (14) hin geneigt ist.
System (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Detektor (14) als integraler Bestandteil des Emitters (13) ausgebildet ist.
System (15) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, den ermittelten Parameter mit einer Mehrzahl von materialspezifischen Referenzwerten zu vergleichen.
System (15) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über einer Strahlungsemissionsfläche (16) des Emitters (13) ein zur Streuung elektromagnetischer Strahlung (29) ausgebildeter Diffusor (24) angeordnet ist.
System (15) gemäß Anspruch 1, wobei der Detektor (14) als integraler Bestandteil des Emitters (13) ausgebildet ist, wobei der Emitter (13) dazu vorgesehen ist, ein moduliertes Signal zu erzeugen, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, auf Grundlage des modulierten Signals und auf den Detektor (14) einfallender elektromagnetischer Strahlung (29) eine Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung (29) zu ermitteln, die ermittelte Laufzeit mit einer Referenzlaufzeit zu vergleichen und das Signal zu erzeugen, wenn die ermittelte Laufzeit um einen Schwellwert von der Referenzlaufzeit abweicht.
Sensorsystem (1, 25, 31) mit einem System (15) zum Detektieren von Ablagerungen (30) auf einer Oberfläche (11) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Gehäuse (2) mit einer Kavität (4), wobei der Emitter (13), der Detektor (14) und eine Detektionseinrichtung (7) in der Kavität (4) angeordnet und in das Füllmaterial (10) eingebettet sind.
Sensorsystem (1, 25, 31) gemäß Anspruch 10, wobei die Detektionseinrichtung (7) Bestandteil einer mikromechanischen Struktur ist, wobei der Emitter (13) und der Detektor (14) als integrale Bestandteile der mikromechanischen Struktur ausgebildet sind.
Sensorsystem (1, 25, 31) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Detektionseinrichtung (7) dazu ausgebildet ist, einen Druck zu detektieren.
Verfahren zum Detektieren von Ablagerungen (30) auf einer Oberfläche (11) mit einem System (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 mit folgenden Verfahrensschritten: - Emittieren von elektromagnetischer Strahlung (29) mittels des Emitters (13), - Detektieren zumindest eines Teils von vom Emitter (13) emittierter elektromagnetischer Strahlung (29) mittels des Detektors (14), - Erzeugen eines Signals auf Grundlage von auf den Detektor (14) einfallender elektromagnetischer Strahlung (29), das eine Information über eine Anwesenheit und/oder eine Abwesenheit einer Ablagerung (30) auf der Oberfläche (11) enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Erzeugen des Signals folgende Verfahrensschritte umfasst: - Ermitteln eines Parameters auf Grundlage von auf den Detektor (14) einfallender elektromagnetischer Strahlung (29), - Vergleichen des ermittelten Parameters mit einem Referenzwert, wobei das Signal erzeugt wird, wenn der Parameter um einen Schwellwert vom Referenzwert abweicht.