DE19731241A1 - Vorrichtung zur Bestimmung von Fluidkomponenten - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung von Fluidkomponenten

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Fluidkomponenten, d. h. Gas- oder Flüssigkeitskomponenten, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Fluidkomponenten unter Verwendung dieser Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Gassensor zur Ermittlung der Gaskonzentration einer speziellen Gaskomponente in einem Gasgemisch. Derartige Gassensoren sind beispielsweise in Raumluftqualitätssensoren, Gaszustandssensoren, Rauchgasüberwachungs- und Erdgasleckageüberwachungssystem verwendbar.
Herkömmlich werden zum Nachweis von Gaskomponenten Festkörpersensoren, -sensorarrays oder chemische Sensoren verwendet. Ein mit solchen Sensoren verbundenes Problem besteht darin, daß die Gaskomponenten meist unspezifisch nachgewiesen werden, daß diese Sensoren sich schnell verbrauchen und somit eine kurze Lebensdauer haben und außerdem sehr teuer sind. Weiterhin ist bei langanhaltendem Gebrauch die Abnahme der Sensibilität der Sensoren problematisch, d. h. das Erfordernis der Langzeitstabilität der Sensoren ist nicht erfüllt, so daß insbesondere bei der quantitativen Erfassung zur Erzielung zuverlässiger Meßergebnisse die Wartung der Sensoren erforderlich ist. Insgesamt wird angestrebt, daß Sensoren erhältlich sind, die ca. 10 Jahre wartungsfrei zuverlässige Meßergebnisse liefern. Desweiteren besteht ein spezielles Problem in der Querempfindlichkeit gegenüber anderen Gasen, die eine selektive Bestimmung der zu untersuchenden Gaskomponenten unmöglich macht.
Der herkömmliche, hybrid aufgebaute optische Sensor, der vorwiegend zur Bestimmung von CO2-Gas verwendet wird und beispielsweise aus dem Artikel von Bob Zimering: "Probing the Limits of Trace Gas Chemistry", Februar/März 1997, S. 32, EuroPhotonics bekannt ist, löst das Problem der Querempfindlichkeit. Ein solcher Sensor besteht aus einer Lichtquelle, einer Absorptionsstrecke, einem optischen Schmalbandfilter, einem Detektor und einer Signalverarbeitungseinrichtung. Bei diesem Sensor wird das Prinzip der nichtdispersiven Infrarotabsorptionsspektroskopie angewendet. Die Intensitätsschwächung von Infrarotlicht einer bestimmten Wellenlänge nach der Durchstrahlung eines gasgefüllten Raumes ist nach dem Lambert-Beer'schen Gesetz exponentiell abhängig von der jeweiligen Gaskonzentration und der jeweils zurückgelegten Wegstrecke. Dabei gibt es für jedes Gas spezifische Absorptionsbanden. Beispielsweise befindet sich, wie in Fig. 2 gezeigt, eine ausgeprägte Absorptionsbande von CO2 bei einer Wellenlänge von 4,24 µm. Durch die Verwendung des optischen Schmalbandfilters, der keine relevanten Absorptionen von anderen Gasen zu läßt, wird das Problem der Querempfindlichkeit gelöst.
Solch ein bekannter Sensor umfaßt jedoch eine Vielzahl von Komponenten und ist daher recht voluminös. Ferner ist es schwierig, ihn in Massenproduktion herzustellen, und folglich sind seine Herstellungskosten hoch. Desweiteren kann das Problem auftreten, daß bei anhaltendem Gebrauch die Strahlungsleistung der Lichtquelle abnimmt, was insbesondere bei einer quantitativen Erfassung zu einer verringerten Zuverlässigkeit der Messung führt.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Fluidkomponenten derart weiterzubilden, daß die sich ergebende Vorrichtung kompakt gemacht werden kann und bei niedrigen Herstellungskosten in Massenproduktionen einfach herzustellen ist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erfassung von Fluidkomponenten unter Verwendung dieser Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung solch einer Vorrichtung bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Desweiteren wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 19 sowie das Verfahren nach Anspruch 23 gelöst.
Die bevorzugten Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß sowohl die Strahlungsquelle als auch die Nachweiseinrichtung auf Substraten, die die Begrenzungsflächen des Absorptionsraums darstellen, gebildet sind. Dabei sind die Substrate vorzugsweise aus Silizium oder aus Kunststoffteilen aufgebaut. Insbesondere können die Strahlungsquelle und die Nachweiseinrichtung separat hergestellt werden und anschließend durch Kleben, Löten oder Bonden auf beispielsweise den den Absorptionsraum umgebenden Substraten gebildet werden. Alternativ können die Strahlungsquelle und die Nachweiseinrichtung auch durch beispielsweise in der Halbleiterherstellung herkömmlich verwendete Abscheidungs- und Strukturierungsverfahren direkt auf den Substraten gebildet werden.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn die Strahlungsquelle und die Nachweiseinrichtung denselben oder einen ziemlich ähnlichen Schichtaufbau aufweisen, da in diesem Fall die Strahlungsquelle und die Nachweiseinrichtung durch dieselben Prozeßschritte bzw. Abscheideverfahren hergestellt werden können und somit das Herstellungsverfahren stark vereinfacht werden kann.
Die Formgebung des Absorptionsraums kann durch geeignete Formung der Substrate erfolgen. Im Fall von Siliziumsubstraten kann dies insbesondere durch mikromechanische Strukturierungstechniken erfolgen. Im Fall von Kuriststoffsubstraten durch geeignete Kunststoff-Spritz- oder -Formpreßtechniken. Durch eine geeignete Bemessung der Größe des Absorptionsraums ist es dabei möglich, die Absorptionslänge je nach den Eigenheiten (z. B. Konzentration, Wechselwirkung mit der eingestrahlten Strahlung) der zu ermittelnden Fluidkomponente einzustellen.
Bei Verwendung von Siliziumsubstraten ergibt sich noch der zusätzliche Vorteil, daß die zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörende Auswerte- und/oder Ansteuerelektronik auf den Siliziumsubstraten integriert sein kann und daß dadurch auch die gesamte Vorrichtung durch vereinfachte Mikrostrukturierungsverfahren hergestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die quantitative Bestimmung von Gaskonzentrationen im ppm- bis %-Bereich.
Vorzugsweise umfassen die Innenflächen des Absorptionsraums Reflektoreinrichtungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann dies durch Bereitstellung eines Metallisierungs-Dünnfilms auf der Innenfläche des Absorptionsraums geschehen. Solch ein Metallisierungs-Dünnfilm kann beispielsweise durch bekannte Techniken wie Sputtern, Galvanisieren, Aufdampfen oder CVD-Verfahren abgeschieden werden. Der Innenraum kann vollständig oder auch nur teilweise metallisiert sein.
Die Strahlungsquelle kann jede Strahlungsquelle sein, die eine Wellenlänge in einem Absorptions-Wellenlängenbereich der zu bestimmenden Fluidkomponente emittiert. Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle ein Schmalbandemitter, damit eine hohe Selektivität der Messung erreicht wird. Eine gewünschte Wellenlänge der emittierten Strahlung kann auch durch Vorsehen eines optischen Filters über der Strahlungsquelle eingestellt werden. Jedoch tritt dabei das Problem auf, daß sich ein solcher Filter erwärmt und seinerseits wieder IR-Strahlung abstrahlt, was unerwünscht ist.
Die Strahlungsquelle kann insbesondere durch ein sogenanntes schwarzes Metall realisiert sein. Das Herstellungsverfahren von solch einer Strahlungsquelle ist beispielsweise aus dem Artikel von Stefan Vaihinger, Wilfried Bytyn "Mikrostrukturierte Dünnschichtstrahler als IR- Strahlungsquellen für neue Anwendungen in der Gasmeßtechnik" in tm Technisches Messen 64 (1997) 4, R. Oldenburg Verlag bekannt. Dabei werden verschiedene Metalle (Al, Gold, Chrom) unter höherem Druck aufgedampft und teilweise gleichzeitig mit Stickstoff implantiert, um eine gute Haftfähigkeit zu erhalten, oder durch das IBAD-Verfahren aufgebracht.
Alternativ ist jedoch auch eine Strahlungsquelle denkbar, die einen Polymerlack mit spezifischer Emission im IR-Bereich umfaßt (beispielsweise schwarzer Lack Velvet Coating­ 811-21, Nextel 311).
Außerdem kann die IR-Quelle ein durch bekannte Siliziumtechnologie-Verfahren realisierter Dünnschichtstrahler sein, der aus einer dünngeätzten, in Mikrostrukturierungstechnologie hergestellten Silizium- oder Siliziumoxid-Membran mit einer Dicke von wenigen µm besteht, auf der zusätzlich ein Heizwiderstand aufgebracht ist. Durch Anlegen eines Stroms an den Heizwiderstand wird Emission von IR-Strahlung bewirkt.
Ferner ist natürlich auch eine Laserquelle, z. B. eine LED von Laser Components GmbH, Fa. Hamamatsu, Fa. Vistec, mit einer geeigneten Emissionswellenlänge als Strahlungsquelle möglich. Aufgrund ihrer hohen Monochromatizität kann unter Verwendung einer Laserquelle eine sehr hohe Selektivität der Messung ohne Verwendung eines Filters erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt weiterhin eine Nachweiseinrichtung zum Nachweisen von von der Strahlungsquelle emittierter und durch das Fluid transmittierter Strahlung. Bei Verwendung von Strahlung im Infrarotbereich kann diese Nachweiseinrichtung vorzugsweise durch pyroelektrische Schichten (z. B. PZT), Thermosäulen, Schottky-Bauelemente oder auch Bolometer realisiert sein. Zur vereinfachten Herstellung werden solche Schichten einfach auf dem entsprechenden Substrat, das den Absorptionsraum einschließt, durch bekannte Herstellungsverfahren abgeschieden.
Die Herstellung von Thermosäulen wird beispielweise in dem Artikel von D. Scribner, M. Kruer, J. Killiany: "Infrared Focal Plane ArrayTechnology", IEEE Vol. 79, No. 1, Jan. 1991, S. 66 detailliert beschrieben. Zur Herstellung einer Thermosäule wird zunächst eine dünne Membran erzeugt, dann werden ca. 100 Thermoelement-Paare in Dünnschichttechnologie aufgebracht, und anschließend wird eine Schwarzschicht (aus einem schwarzen Metall oder aus einem schwarzen Lack wie vorstehend beschrieben) aufgebracht. Darauf folgend werden die IR-optischen Elemente aufgebaut und die Vorrichtung wird montiert.
Wird der schwarze Absorber durch eine Kombination von Interferenzschichten und einem Spiegel oder aus einem scharzen Metall aufgebaut, so ergibt sich der besondere Vorteil, daß er durch CMOS-kompatible Prozeßschritte aufgebaut werden kann. Wird der schwarze Absorber hingegen durch einen schwarzen Lack realisiert, so muß er - da dieser nicht durch einen CMOS-kompatiblen Prozeß aufgebaut werden kann, zum Schluß des Prozesses aufgebracht werden. Dies gilt im übrigen auch für die Herstellung der Strahlungsquelle aus einem schwarzen Metall bzw. einem schwarzen Lack.
Vorzugsweise ist die Nachweiseinrichtung dergestalt ausgewählt, daß sie eine besonders hohe Empfindlichkeit in dem Absorptions-Wellenlängenbereich der zu bestimmenden Fluidkomponente hat.
Bei Verwendung von breitbandigen Strahlungsquellen wird vorzugsweise ein optischer Filter auf der Nachweiseinrichtung aufgebracht, um die notwendige Nachweisselektivität zu gewährleisten. Da ein optischer Schmalbandfilter keine relevanten Absorptionen von anderen Gasen zuläßt, ist eine Querempfindlichkeit gegenüber anderen Gasen, die besonders bei chemischen Sensoren eine Rolle spielt, ausgeschlossen.
Vorzugsweise kann die Bereitstellung eines optischen Filters durch das Aufbringen dünner hoch- und niedrigbrechender Schichten zur Bildung eines Interferenzfilters auf der Nachweiseinrichtung erfolgen. Hierdurch können im Vergleich zu dem herkömmlichen Sensor die Montagekosten weiterhin deutlich reduziert werden.
Der erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch noch einen Temperatur- und/oder Drucksensor umfassen, um eine genau Konzentrationsbestimmung unter Verwendung der Zustandsgleichung der Gase zu ermöglichen und die Nachweisgenauigkeit reproduzierbar zu halten. Vorzugsweise weisen auch solche Sensoren einen Schichtaufbau auf und werden insbesondere unter Integration in die ablaufenden Prozeßschritte zur Herstellung der Strahlungsquelle und der Nachweiseinrichtung hergestellt. Ansonsten ist es auch möglich, eine Druck- und Temperaturmessung nachzuschalten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich ein zweiter, mit einem Referenzgas füllbarer Referenz-Absorptionsraum sowie eine Referenznachweiseinrichtung vorgesehen, wobei die Strahlungsquelle derart angeordnet ist, daß die von ihr emittierte Strahlung sowohl den Absorptionsraum als auch den Referenzraum erreicht. Vorzugsweise ist der Referenz-Absorptionsraum mit Schutzgas, d. h. N2, Ar oder einem Gas, das in dem relevanten Absorptionsbereich keine Absorption aufweist oder mit einer festgelegten Menge an der zu bestimmenden Fluidkomponente gefüllt. Dabei können der Referenz- Absorptionsraum und die Referenznachweiseinrichtung bezüglich einer durch die Strahlungsquelle senkrecht verlaufenden Achse zu dem Absorptionsraum und der Nachweiseinrichtung jeweils symmetrisch angeordnet sein.
Durch diese Anordnung kann eine genaue quantitative Bestimmung der Fluidkomponente erreicht werden, selbst wenn die Strahlungsquelle kurzfristigen Strahlungsschwankungen unterworfen ist, oder aber im Laufe der Zeit eine Abnahme ihrer Strahlungsleistung stattfindet. Somit kann eine zuverlässige wartungsfreie Vorrichtung für den Langzeitbetrieb (ca. 10 Jahre) erreicht werden, was besonders vorteilhaft ist.
Die Strahlungsquelle kann im kontinuierlichen Betrieb oder im gepulsten Betrieb betrieben werden. Letzteres ist insbesondere von Vorteil, wenn die Signalauswertung unter Verwendung des Lock-In-Konzepts erfolgt, da dadurch das Detektorrauschen unterdrückt werden kann. Der gepulste Betrieb ist aber auch von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine unter Verwendung von Batterien betriebene tragbare Vorrichtung verwendet wird, da durch die mit dem gepulsten Betrieb verbundene Energieeinsparung die Haltbarkeit der Batterie deutlich erhöht werden kann.
Des weiteren kann bei der Verwendung der Vorrichtung, die zusätzlich noch einen Referenz- Absorptionsraum aufweist, das Signal der Referenznachweiseinrichtung verwendet werden, um die Strahlungsquelle derart zu regeln, daß sie ein Signal konstanter Intensität oder aber auch mit modulierter Intensität emittiert. Dadurch kann die Nachweisgenauigkeit weiter erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung einer Fluidkomponente kann mit weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Bestimmung weiterer Fluidkomponenten zu einem Sensorarray zusammengeschlossen werden, um beispielsweise eine Vielzahl von Fluidkomponenten in einem Fluidgemisch zu erfassen. Im Fall der Anwendung auf ein Gasgemisch ist es somit möglich, die einzelnen Gaskomponenten bzw. deren Konzentrationen zu ermitteln.
Die Erfindung wird im folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur quantitativen Ermittlung des CO2-Gehalts in einem zu bestimmenden Gas.
Fig. 2 zeigt das Absorptionsspektrum für CO2 mit einer Konzentration von 5000 ppm (Absorptionslänge 5 cm).
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur quantitativen Ermittlung des CO2- Gehalts in einem zu bestimmenden Gas.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für ein Sensorarray mit 4 verschiedenen Absorptionslängen zur Ermittlung von 4 verschiedenen Fluidkomponenten in Draufsicht.
Beispiel 1
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Dünnschicht-Infrarotstrahler, Bezugszeichen 10 einen Meß-Absorptionsraum, Bezugszeichen 11 einen Referenz-Absorptionsraum, und Bezugszeichen 12 eine Trennwand zwischen Meß-Absorptionsraum 10 und Referenz- Absorptionsraum 11. Der Meß-Absorptionsraum 10 enthält das zu untersuchende Gas, dessen CO2-Gehalt ermittelt werden soll. Der Referenz-Absorptionsraum 11 ist mit Stickstoffgas gefüllt. Die Innenflächen von sowohl dem MeB-Absorptionsraum als auch dem Referenz-Absorptionsraum sind durch Spiegelflächen 6 verspiegelt.
Von dem Dünnschicht-Infrarotstrahler 1 emittierte IR-Strahlung wird sowohl in den Meßkanal als auch in den Referenz-Absorptionsraum ausgestrahlt und bildet dabei den Meßstrahl 8 und den Referenzstrahl 9. Der Meßstrahl 8 erreicht den IR-Detektor 2 über den IR-Filter 3, wobei seine Intensität durch Absorption innerhalb des Meß-Absorptionsraum 10 geschwächt worden ist, während der Referenzstrahl 9 den IR-Referenzdetektor 4 über den IR-Filter 5 erreicht, wobei seine Intensität nicht geschwächt worden ist, da Stickstoffgas in dem von der Strahlungsquelle emittierten Wellenlängenbereich keine Absorption aufweist. Durch Vergleich des Detektorsignals des IR-Detektors 2 mit dem des IR-Referenzdetektors 4 läßt sich die Intensitätsschwächung und daraus die Gaskonzentration genau und selektiv ermitteln.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung wird hergestellt, indem zuerst die IR-Detektoren 2, 4 mit Interferenzfiltern 3, 5 beispielsweise durch Dünnschichttechnologie auf einem Siliziumsubstrat 13 hergestellt werden. Danach wird durch mikrotechnisches Ätzen eine Grube erzeugt, in der der Dünnschicht-Infrarotstrahler 1 abgeschieden wird.
Die Absorptionsstrecken werden ebenfalls durch mikrotechnisches Ätzen auf einem weiteren Siliziumsubstrat 14 erzeugt. Danach werden beide Siliziumsubstrate 13, 14 durch eine Metallbeschichtung 6 verspiegelt. Die beiden Absorptionskanäle sind zwischen den Strahlengängen abgeschattet.
Die beiden Substrate 13, 14 werden durch Kleben, Löten oder Bonden miteinander verbunden, wobei vorzugsweise eine Aussparung zur Zufuhr des zu untersuchenden Gases bzw. des Referenzgases vorgesehen wird. Ferner wird eine Trennschicht 12 zur räumlichen Trennung von Absorptionsraum 10 und Referenz-Absorptionsraum 11 auf der durch die Lichtquelle verlaufenden Symmetrieachse der Vorrichtung vorgesehen. Eine Kontaktierung der Detektoren und der IR-Quelle erfolgt seitlich. Die Rückseite des Detektorsubstrats 13 wird durch eine Kühleinrichtung 7 gekühlt, so daß sich keine großen Temperaturdriften ergeben.
Bei der Messung sorgt eine entsprechende Signalverarbeitung für das Ansteuern der IR-Lampe, gegebenenfalls unter Ausnutzung des Lock-In-Konzepts, und die Weiterverarbeitung der Detektorsignale.
Es ist den Fachleuten offensichtlich, daß die vorstehend beschriebene Vorrichtung mit geringfügigen Modifikationen auch beispielsweise zur photometrischen Bestimmung von Bestandteilen in einer Flüssigkeit herangezogen werden kann.
Beispiel 2
Ein weiteres Beispiel betrifft eine Vorrichtung, bei dem sowohl die Strahlungsquelle 1 als auch die Nachweiseinrichtungen 2, 4 auf der Unterseite des Silizium-Substrats 13 bereitgestellt sind. Bei diesem Beispiel sind die Absorptionsstrecken vollständig in dem oberen Substrat 14 gebildet. Der Innenraum des oberen Substrats 14 ist an den Stellen 11 vollständig verspiegelt, während er an der Stelle 12 keine Verspiegelung aufweist, um eine Rückreflexion der von der Strahlungsquelle 1 emittierten Strahlung zu vermeiden. Die Metall- Elemente 15 sind bereitgestellt, um eine direkte Bestrahlung zwischen der IR-Strahlungsquelle 1 und der Nachweiseinrichtung 2 bzw. 4 zu verhindern. Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Kühleinrichtung. Durch die Bereitstellung des IR-Filters 5, der so positioniert ist, daß er den jeweiligen Meßstrahl vor und nach Durchlaufen des Meßvolumens transmittiert, wird eine besonders hohe Wellenlängenselektivität sichergestellt, und die Herstellung der Vorrichtung wird weiter vereinfacht.
Beispiel 3
Ein drittes Beispiel betrifft eine Sensoranordnung mit den Detektoren D1 bis D8, die jeweils die von einer oder mehreren IR-Quellen 1 emittierte Strahlung nachweisen. Somit können mehrere Fluidkomponenten gleichzeitig, vorzugsweise mit verschiedenen Absorptionslängen nachgewiesen werden. Es ist selbstverständlich aber auch möglich, die Fluidkomponenten mit einer konstanten Absorptionslänge nachzuweisen.

Claims (28)

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Fluidkomponenten mit
  • - einer Strahlungsquelle (1) zur Emission von Strahlung in einem Absorptions- Wellenlängenbereich der zu bestimmenden Fluidkomponente;
  • - einem Absorptionsraum (10) zur Aufnahme des zu untersuchenden Fluids;
  • - einer Nachweiseinrichtung (2) zum Nachweisen von von der Strahlungsquelle (1) emittierter und durch das Fluid transmittierter Strahlung, gekennzeichnet durch
  • - mindestens ein erstes und ein zweites Substrat (13, 14) zur Begrenzung des Absorptionsraums (10), wobei die Strahlungsquelle (1) auf dem ersten Substrat (13) gebildet ist und die Nachweiseinrichtung (2) auf dem erster oder auf dem zweiten Substrat (13, 14) gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen optischen Filter (3), der auf der Nachweiseinrichtung (2) aufgebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch innerhalb des Absorptionsraums vorgesehene Reflektoreinrichtungen (6).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Absorptionsraums (10) mindestens teilweise metallisiert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (13, 14) Siliziumsubstrate sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (13, 14) Kunststoffteile sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionsraum (10) durch 2 Substrate (13, 14), die miteinander durch Kleben, Löten oder Bonden verbunden sind, gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) eine IR-Strahlungsquelle und die Nachweiseinrichtung (2) ein IR-Detektor ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der IR-Detektor (2) aus pyroelektrischen, auf dem Substrat aufgebrachten Schichten aufgebaut ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der IR-Detektor (2) aus einem oder mehreren Thermoelementen aufgebaut ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Strahlungsquelle (1) aus einem auf dem Substrat abgeschiedenen schwarzen Metall oder aus Interferenz- und Spiegelschichten aufgebaut ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) und die Nachweiseinrichtung (2) denselben Schichtaufbau aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten, mit einem Referenzgas füllbaren Referenz-Absorptionsraum (11) sowie eine Referenznachweiseinrichtung (4), wobei die Strahlungsquelle (1) derart angeordnet ist, daß die von ihr emittierte Strahlung sowohl den Absorptionsraum (10) als auch den Referenz- Absorptionsraum (11) erreicht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 3, bei der die Strahlungsquelle (1), die Nachweiseinrichtung (2) und die Referenznachweiseinrichtung (4) denselben Schichtaufbau aufweisen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Referenz-Absorptionsraum (11) und die Referenznachweiseinrichtung (4) bezüglich einer durch die Strahlungsquelle (1) senkrecht verlaufenden Achse zu dem Absorptionsraum (10) und der Nachweiseinrichtung (2) jeweils symmetrisch aufgebaut sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (7) zum Kühlen der Nachweiseinrichtungen (2, 4).
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bestimmende Fluidkomponente CO2-Gas ist.
18. Sensorarray mit einer Vielzahl von Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Verfahren zur Bestimmung von Fluidkomponenten unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • - Einbringen des Fluids mit der zu untersuchenden Fluidkomponente in den Absorptionsraum (10);
  • - Einstrahlen der von der von der Strahlungsquelle (1) emittierten Strahlung;
  • - Nachweisen der durch den Absorptionsraum (10) transmittierten Strahlung, wobei ein Ausgangssignal erhalten wird;
  • - Auswerten des Signals zur Bestimmung der zu untersuchenden Fluidkomponente.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung quantitativ erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) im gepulsten Betrieb betrieben wird und die Auswertung des Signals mit Hilfe des Lock-In-Konzepts erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Vorrichtung den Referenz- Absorptionsraum (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Referenznachweiseinrichtung (4) zur Regelung der Intensität der Strahlungsquelle (1) verwendet wird.
23. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die Schritte zum:
  • - Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Substrats (13, 14);
  • - Anbringen der Strahlungsquelle (1) auf dem ersten Substrat (13);
  • - Anbringen der Nachweiseinrichtung (2, 4) auf dem ersten oder zweiten Substrat (13, 14);
  • - Verbinden der beiden Substrate (13, 14).
24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt zum Metallisieren des ersten und des zweiten Substrats (13, 14) vor dem Anbringen der Strahlungsquelle (1) auf dem ersten Substrat.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt zum Aufbringen eines Interferenzfilters (3, 5) auf der Nachweiseinrichtung (2, 4).
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Anbringen der Strahlungsquelle (1) die Schritte zum Aufdampfen verschiedener Metallschichten umfaßt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Anbringen der Nachweiseinrichtung (2, 4) die Schritte zum Abscheiden von pyroelektrischen Elementen oder Thermosäulen mittels CVD umfaßt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Anbringen der Strahlungsquelle (1) dieselben Schritte wie das Verfahren zum Anbringen der Nachweiseinrichtung (2, 4) umfaßt.
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