DE19962938A1 - Verfahren zum Korrigieren des Ausgangssignals eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors, Infrarotstrahlungsmehrelementsensor und Infrarotstrahlungsmehrelementsensorsystem - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Korrigieren des Ausgangssignals eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors hat die Schritte Ermitteln und Speichern eines Kennwerts eines Sensorelements des Sensors, und Erzeugen eines korrigierten Signals nach Maßgabe der Ausgangssignals des Sensorelements und nach Maßgabe des gespeicherten Kennwerts, wobei die Speicherung des Kennwerts herstellerseitig in einem mit dem Sensor gelieferten Speicher erfolgt, und vor der Korrektur der Kennwert vom Speicher zu einer vom Sensor getrennten Korrekturvorrichtung übertragen wird. Ein Sensor hat mehrere Sensorelemente (11a-i), die jeweils ein Ausgangssignal erzeugen und einen auf dem Sensor vorgesehenen Speicher (14) zum Speichern zumindest eines Kennwerts zumindest eines Sensorelements. Ein Sensorsystem hat einen Sensor (20) wie oben angegeben, eine Aufnahme (31), die mit dem Sensor zur Signalübertragung verbindbar ist, und eine mit der Aufnahme verbundene Korrekturvorrichtung (32) zum Empfangen der Sensorausgangssignale und der Kennwerte und zur Erzeugung eines korrigierten Sensorsignals.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren des Aus­ gangssignals eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors, ei­ nen Infrarotstrahlungsmehrelementsensor und ein Infrarot­ strahlungsmehrelementsensorsystem. Die Erfindung betrifft al­ so Sensoren, in denen mehrere Sensorelemente unterschiedliche Signale erzeugen können. Die Sensoren sind Strahlungssensoren für Infrarotstrahlung.

Aus der DE 197 35 379 A1 ist ein Mehrelement-Sensor bekannt, bei dem die Ausgangssignale von Sensorelementen eine Kali­ briereinrichtung durchlaufen, um die Kennlinie des jeweiligen Sensorelements einzustellen. Die Kalibrierung kann anhand von beispielsweise über "fusible links" gespeicherten Kalibrier­ werten vorgenommen werden. Der gesamte Aufbau befindet sich unmittelbar im Sensor und gibt kalibrierte Werte nach außen ab. Dieser Aufbau ist aufwendig, da entweder komplizierte Übergänge zwischen analogem und digitalem Signalpfad geschaf­ fen oder ein eigenes Rechenwerk vorgesehen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Korrekturverfahren für Aus­ gangssignale eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors, ei­ nen Infrarotstrahlungsmehrelementsensor und ein Infrarot­ strahlungsmehrelementsensorsystem anzugeben, die eine einfa­ che, zuverlässige und kostengünstige Korrektur von Sensorele­ ment-Signalen erlauben.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprü­ che gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausfüh­ rungsformen der Erfindung gerichtet.

In einem Verfahren zum Korrigieren des Ausgangssignals eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors wird zumindest ein Kenn­ wert eines Strahlungssensorelements ermittelt und in einem mit dem Infrarotstrahlungsmehrelementsensor gelieferten Spei­ cher eingespeichert. Aus diesem kann er ausgelesen und an ei­ ne sensorexterne Vorrichtung übertragen und zur Korrektur des empfangenen Signals verwendet werden. Ein Infrarotstrahlungs­ mehrelementsensor weist demnach neben mehreren Strahlungssen­ sorelementen auch einen Speicher auf, in den Kennwerte der Sensorelemente eingeschrieben und aus dem heraus sie ausgele­ sen werden können.

Ein Infrarotstrahlungsmehrelementsensorsystem weist einen wie oben beschrieben ausgebildeten Sensor auf, eine Aufnahme, mit der der Sensor verbindbar und von der er lösbar ist und die Signale zumindest vom Sensor empfangen kann, und eine Korrek­ turvorrichtung, die einerseits Sensorausgangssignale emp­ fängt, die von Sensorelement-Signalen abhängen, sowie die eingespeicherten Kennwerte bzw. in Abhängigkeit davon erzeug­ te Signale, wobei das endgültige Signal nach Maßgabe des Sen­ sorausgangssignals und des Kennwerts erzeugt wird.

Der Speicher kann ein digitaler Speicher, beispielsweise ein PROM oder ein EPROM sein. Die Strahlungssensorelemente können Thermopiles sein. Sie können ihr Empfindlichkeitsmaximum im Wellenlängenbereich 700 nm < λ und/oder λ < 20 µm, insbeson­ dere 7 nm < λ und/oder λ < 15 µm haben.

Die eigentliche Korrektur des Roh-Sensorsignals in Abhängig­ keit von bzw. nach Maßgabe des Kennwerts erfolgt damit in ei­ ner Korrekturvorrichtung, die getrennt vom Infrarotstrah­ lungsmehrelementsensor, nachfolgend nur noch Sensor genannt, vorgesehen, aber mit diesem verbindbar ist. Vorzugsweise han­ delt es sich um eine digital arbeitende Korrekturvorrichtung. Es kann sich um einen Rechner bzw. Prozeßrechner handeln. Dieser kann weitere Aufgaben wahrnehmen, beispielsweise das Auswerten der korrigierten Sensorsignale nach Maßgabe be­ stimmter Kriterien oder auch die Steuerung bzw. Regelung von Komponenten in Abhängigkeit von den vom Sensor gelieferten Signalen.

Der Sensor ist ein Mehrelement-Sensor mit mehreren Sensorele­ menten. Sie können so angeordnet sein, daß sich eine Ortsauf­ lösung ergibt. Sie können die interessierende Strahlung über eine Abbildungseinrichtung empfangen. Die Abbildungseinrich­ tung kann einen Hohlspiegel und/oder eine Linse aufweisen. Der Sensor kann ein Hilfssensorelement aufweisen. Das Hilfs­ sensorelement kann Betriebsdaten der Sensorelemente erfassen, die die Ausgangssignale der Sensorelemente beeinflussen, bei­ spielsweise deren Arbeitstemperatur. Auch für das Hilfs­ sensorelement kann ein Korrekturwert im Speicher gespeichert und dann zur Korrektur des Signals des Hilfssensorelements herangezogen werden.

Nachfolgend werden bezugnehmend auf die Zeichnungen einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemä­ ßen Sensors,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sen­ sors als Bauelement,

Fig. 3 schematisch ein erfindungsgemäßes Sensorsystem,

Fig. 4 schematisch verschiedene Baumöglichkeiten eines Sen­ sors, und

Fig. 5 schematisch einen Signalflußplan.

Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Sensor 10. Er weist Sensorelemente 11a-11i auf, die unabhängig vonein­ ander Ausgangssignale erzeugen. Es kann sich beispielsweise um Thermopile-Sensorelemente und/oder Bolometer und/oder um Pyrodetektoren handeln, die unabhängig voneinander jeweils in Abhängigkeit von der von ihnen jeweils empfangenen Strah­ lungsmenge elektrische Ausgangssignale erzeugen. Sie können die auf sie einfallende Strahlung über eine Abbildungsein­ richtung empfangen. Die Sensorelemente 11a-11i können in der Fläche regelmäßig, etwa matrixartig (z. B. nach Zeilen und Spalten) angeordnet sein.

Der Sensor ist vorzugsweise ein ungekühlter Sensor. Vorzugs­ weise ist er ein thermischer Sensor, der sein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der durch die Bestrahlung hervor­ gerufenen Erwärmung des Sensorelements erzeugt.

12 kennzeichnet Anschlüsse des Sensors 10. Verschiedene An­ schlußkonfigurationen sind möglich. Gezeigt ist eine Ausfüh­ rungsform, in der der Sensor 10 Anschlüsse 12a und 12d für die Betriebsspannung aufweist (interne Verteilung nur schema­ tisch angedeutet), einen Signalausgang 12b und einen Steue­ rungseingang 12c. Der Signalausgang 12b empfängt ein elektri­ sches Signal von einem Analogmultiplexer 13, der Analogsigna­ le einzelner Komponenten parallel empfängt und zeitseriell ausgibt. In der dargestellten Ausführungsform laufen auch die Ausgangssignale des später zu beschreibenden Speichers 15 und des ebenfalls später zu beschreibenden Hilfs-Sensorelements 16 über den Multiplexer 13. In anderen Konfigurationen können individuelle Ausgänge für einzelne oder mehrere der genannten Komponenten vorgesehen sein. Anders als dargestellt kann etwa für den Speicher 15 ein separater Datenein- und -ausgang vor­ gesehen sein. Für zu übertragende Signale kann beispielsweise eine I²C-Schnittstelle oder eine CAN-Schnittstelle implemen­ tiert sein.

15 ist ein Speicher, in dem ein oder mehrere Kennwerte der Sensorelemente 11a-11i gespeichert sind. Je nach Anwen­ dungsbereich, Herstellungsverfahren und gewünschter Genauig­ keit kann es beispielsweise ausreichend sein, pauschal für alle Sensorelemente einen Kennwert anzugeben (z. B. mittlere Empfindlichkeit oder Nullpunkts-Verschiebung). Auch individu­ elle Lösungen sind möglich, bei denen für jedes Sensorelement einzeln ein oder mehrere Kennwerte (z. B. Nullpunktverschie­ bung und/oder Empfindlichkeit) eingespeichert sind.

Die Kennwerte sind solche, die für das jeweilige Ausgangs­ signal relevant sind. Sie können Koeffizienten von Polyno­ mapproximationen sein (Darstellung des Ausgangssignals als Polynom in Abhängigkeit von der Größe des Eingangssignals mit Koeffizienten für das konstante, lineare, quadratische, kubi­ sche, . . . Glied je nach geforderter Genauigkeit). Daneben können im Speicher 15 weitere Daten gespeichert sein, bei­ spielsweise Herstellungsdatum, Typ, Chargennummer usw.

Der Speicher kann ein PROM sein ("programmable read only me­ mory") oder ein EPROM ("erasable PROM"). In Abhängigkeit von der zu speichernden Datenmenge ist die Größe des Speichers 15 in Bits bzw. Bytes zu wählen. Der Dateneingang des Speichers 15 kann parallel oder seriell sein. Die Ausgabe der Daten kann parallel seriell erfolgen.

14 bezeichnet allgemein eine Steuerung, die die Komponenten des Sensors 10 steuert. Sie kann auf den Multiplexer 13 ein­ wirken. Darüber hinaus kann sie Schreib- bzw. Leseadressen für den Speicher 15 erzeugen. Sie kann mit einem Anschluß des Sensors 10 verbunden sein, insbesondere mit einem Steuerungs­ anschluß 12c. Sie kann Steuerungssignale über diesen Anschluß empfangen. Auch andere bzw. weitere Möglichkeiten zur Über­ tragung von Steuerungssignalen an den Sensor bzw. insbesonde­ re an die Steuerung 14 sind denkbar, beispielsweise indem be­ stimmten anderweitig genützten Anschlüssen (beispielsweise Versorgungsspannung) Steuerungssignale überlagert bzw. aufmo­ duliert werden. Von einer Auswerteeinrichtung in der Steue­ rung 14 können solche Signale erkannt und zur weiteren Veran­ lassung herangezogen werden.

16 ist ein Hilfssensorelement, das zur Erfassung von Be­ triebsbedingungen der Sensorelemente 11a-i dient. Es kann sich beispielsweise um einen Temperatursensor handeln. Sein Ausgangssignal kann (wie gezeigt) über den Multiplexer 13 auf den Signalausgang 12b gelegt werden. Er kann auch separat ausgegeben werden. Auch für das Hilfssensorelement 16 kann ein Kennwert (z. B. Empfindlichkeit, Offset) im Speicher 15 gespeichert sein und gegebenenfalls ausgegeben werden.

Der Multiplexer 13 kann ein Analogmultiplexer sein, der die analogen Ausgangssignale der Sensorelemente 11a-i und gege­ benenfalls des Hilfssensorelements 16 analog auf den Signal­ ausgang 12b zeitseriell schaltet. Sofern Analog/Digital- Wandler vorgesehen sind, kann der Multiplexer 13 auch ein Di­ gitalmultiplexer sein.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Sensors 20. 10 sind die elektrischen Komponenten des Sensors, wie sie in Fig. 1 beschrieben wurden. 12 sind die elektrischen Anschlüsse. 21 ist das Sensorgehäuse. Es kann insbesondere zum Zwecke der elektromagnetischen Abschirmung metallische Wandungen aufwei­ sen. Es kann sich um ein TO5-Gehäuse handeln. Im Gehäuse kann eine optische Abbildungsvorrichtung 22 vorgesehen sein, die Strahlung auf die Sensorelemente 11a-i abbildet. Die Abbil­ dungseinrichtung 22 kann eine Linse und/oder einen Spiegel/­ Hohlspiegel aufweisen. Sie kann mit einer durchsichtigen, leitenden Schicht überzogen sein.

Die Sensorelemente 11a-i selbst können Thermopile-Sensor­ elemente und/oder Bolometer-Sensorelemente sein, die eine Empfindlichkeit für statische Temperatursignale haben (das Ausgangssignal ist ein Maß für die auf das Sensorelement ein­ fallende Strahlung). Es gibt auch andere Strahlungsempfänger, beispielsweise pyroelektrische Sensorelemente, die eine Emp­ findlichkeit hauptsächlich für Temperatur-Wechselsignale ha­ ben und bei konstanter Temperatur kein Ausgangssignal abgeben (typische Werte: Empfindlichkeitsmaximum bei 0,1 Hz Frequenz, ab 1 Hz Empfindlichkeitsabnahme umgekehrt proportional zur Frequenz). In bestimmten Ausführungsformen können auch solche Sensorelemente vorgesehen sein. Auch beliebige Mischformen sind möglich (einige Sensorelemente Thermopile, einige Bolo­ meter, einige Sensorelemente pyroelektrisch).

Nach der Herstellung des Sensors 10 werden die Kennwerte der Sensorelemente 11 und gegebenenfalls des Hilfssensorelements 16 ermittelt und im Speicher 15 eingespeichert. Vorzugsweise erfolgt dies unmittelbar nach der Herstellung seitens des Herstellers. Der Sensor kann hierzu in einen Teststand einge­ baut werden, der für den Sensor definierte Bedingungen lie­ fert, so daß Soll-Sensorelementsignale bekannt sind. Aus dem Unterschied zwischen Soll- und Ist-Sensorelementsignalen kön­ nen Kennwerte durch eine externe Vorrichtung ermittelt wer­ den. Von dieser externen Vorrichtung werden sie vorzugsweise in digitaler Form ermittelt und dann in den Speicher 15 des Sensors 10 eingeschrieben. Das Einschreiben erfolgt durch ge­ eignete Ansteuerung der Komponenten im Sensor 10, insbesonde­ re über Steuerungs- und Datensignale beispielsweise am Steue­ rungsanschluß 12c, mittels der Steuerung 14, gegebenenfalls über Multiplexer 13.

Nachdem der Sensor so vorbereitet wurde, kann er vertrieben werden. Im Einsatz wird der Sensor in eine entsprechende Auf­ nahme eingesteckt, die die signaltechnische, insbesondere elektrische und mechanische Verbindung zum Sensor herstellt. Die elektrische Verbindung wird in der Regel galvanisch aus­ geführt sein. Bevor der eigentliche Meßbetrieb des Sensors 10 beginnt, werden die im Speicher 15 eingespeicherten Kennwerte der Sensorelemente 11a-i und gegebenenfalls des Hilfssenso­ relements 16 ausgelesen. Hierzu werden die benötigten Kompo­ nenten (Steuerung 14, Speicher 15, Steuerungsanschluß 12c, gegebenenfalls Multiplexer 13 oder Schnittstelle) geeignet angesteuert. Dadurch werden die Kennwerte im Speicher 15 vom Sensor 10 weg in eine sensorexterne Vorrichtung übertragen. Die Kennwerte können sensorextern ebenfalls gespeichert und dann zur Korrektur der Sensorausgangssignale bzw. insbesonde­ re der Ausgangssignale der Sensorelemente 11a-i und gegebe­ nenfalls des Hilfssensorelements 16 herangezogen.

Zur Erzeugung des zuletzt vorliegenden korrigierten Sensorsi­ gnals können somit herangezogen werden

• - die unmittelbaren Ausgangssignale der Sensorelemente 11a-1,
• - gegebenenfalls das Ausgangssignal des Hilfssensorelements 16, das Betriebszustände der Sensorelemente 11a-i erfaßt, die deren Ausgangssignal beeinflussen können (beispielswei­ se Betriebstemperatur), und
• - die vom Speicher 15 ausgelesenen Korrekturwerte.

Die Korrektur eines Rohsensorelement-Signals kann beispiels­ weise mittels Regressionsfaktoren erfolgen. Die Korrektur kann rechnerisch erfolgen, indem das Rohsensorelement-Signal als Eingangsgröße und das korrigierte Sensorelement-Signal als Ausgangsgröße angesehen wird und eine koeffizientenbehaf­ tete Formel zur Umrechnung verwendet wird. Die Koeffizienten der Formel können die im Speicher 15 des Sensors gespeicher­ ten Kennwerte sein. Beispielsweise kann eine Fehlerfunktion (korrigiertes Signal in Abhängigkeit vom Rohsignal) durch ei­ ne Taylor-Reihe angenähert werden, wobei je nach gewünschter Genauigkeit unterschiedlich viele Glieder der Reihe angesetzt werden können (z. B. konstant, linear und quadratisch, während kubische und höhere unberücksichtigt bleiben). Die Kennwerte wären die Koeffizienten der einzelnen zu berücksichtigenden Glieder des Polynoms. Es sind aber auch andere Korrekturme­ chanismen denkbar, beispielsweise tabellarischer Art, bei der nach Maßgabe des Rohsensorelement-Signals auf eine Tabelle zugegriffen und in Abhängigkeit vom in der Tabelle gefundenen Wert der korrigierte Sensorelementwert ermittelt wird.

Die Erzeugung der endgültigen Ausgangssignale erfolgt in ei­ ner Korrekturvorrichtung, die außerhalb des Sensors 10 vorge­ sehen ist. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur in digitaler Form. Die Rohausgangssignale der Sensorelemente 11a-i und gegebenenfalls des Hilfssensorelements 16 werden an geeigne­ ter Stelle analogdigital gewandelt. Die Korrektur erfolgt dann wie oben erwähnt, beispielsweise additiv/multiplikativ/­ mittels Tabellen oder sonstigen Formeln. Am Ende liegen die korrigierten Signale vorzugsweise in digitaler Form für die weitere Auswertung aufbereitet vor.

Fig. 3 zeigt ein Sensorsystem, wie es in einer Anwendung ein­ gebaut ist. Beispielsweise kann es sich um eine Mikrowellen­ anwendung handeln, in der der eigentliche Sensor 20 zur Er­ fassung der Temperatur einer zu erwärmenden Substanz 38 (Speise) in einer Mikrowelle 30 dient. Die Temperatur der Substanz 38 wird aufgrund der von ihr abgegebenen und vom Sensor 20 empfangenen Strahlung bestimmt. Der Sensor 20 ist mit einer Aufnahme 31 verbindbar. Die Aufnahme 31 stellt die mechanische und signaltechnische Verbindung mit dem Sensor 20 her. Die Aufnahme 31 ist ihrerseits mit einer Korrekturvor­ richtung 32 verbunden, die die Sensorelement/Rohausgangssi­ gnale empfängt und diese nach Maßgabe der in der Korrektur­ vorrichtung 32 gespeicherten Kennwerte korrigiert.

Neben der beispielhaft beschriebenen Anwendung in Mikrowel­ len-Öfen eignet sich das Sensorsystem vorteilhaft für zahl­ reiche weitere Anwendungen, z. B. zur räumlichen Temperatur­ messung im Industrie-, Haushalts- oder Automobilbereich oder zur Personendetektion in der Sicherheits- bzw. Gebäudeüberwa­ chung.

Eine besondere Anwendung ist die nichtdispersive Infrarotab­ sorption (NDIA). Hier ist vor jedem Sensorelement ein Wellen­ längenfilter angebracht, wobei unterschiedliche Sensorelemen­ te unterschiedliche Wellenlängenbereiche empfangen. Die Sen­ sorelemente werden von einer breitbandigen Infrarotquelle be­ strahlt und können damit unterschiedliche Absorptionen durch Mischmedien zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor mes­ sen. Die Durchlaßbereiche der einzelnen Filter sind auf die Absorptionsspektren der jeweils erwarteten Substanzen abge­ stimmt. Ein maximales Signal eines Sensorelements zu einer gegebenen Beleuchtungsstärke durch die Infrarotquelle bedeu­ tet vollständige Abwesenheit der Komponente im Gemisch, auf die das Sensorelement mittels seines Filters abgestimmt ist. Wenn die Kalibrierung nach Aufsetzen der Filter erfolgt, kön­ nen Ungleichmäßigkeiten der Filter selbst mit auskalibriert werden. Bei dieser Ausführungsform kann eine gemeinsame Ab­ bildungsvorrichtung (Linse, Spiegel) entfallen, so daß die Infrarotquelle nicht mehr auf eines von mehreren Sensorele­ menten abgebildet wird. Es kann aber jedes Sensorelement eine eigene Abbildungsvorrichtung aufweisen. Mit dieser Ausfüh­ rungsform wird es möglich, Zusammensetzungen transparenter Fluidgemische zu erkennen, indem unterschiedliche Infrarotab­ sorptionseigenschaften der einzelnen Komponenten des Gemischs genutzt und erkannt werden. Je stärker eine Komponente im Ge­ misch vorhanden ist, desto stärker wird sie Infrarotlicht ih­ rer Absorptionswellenlänge absorbieren, so daß auf dieser Wellenlänge das eben dieser Wellenlänge zugeordnete Sensore­ lement um so weniger empfangen wird. Mit dieser Technik kön­ nen Flüssigkeitsgemische und insbesondere Gasgemische in ih­ rer Zusammensetzung untersucht werden.

Die Korrekturvorrichtung 32 ist vorzugsweise eine digitale Vorrichtung, die die Korrektur nach Art eines Rechners vor­ nimmt. Es kann sich um einen Rechner, beispielsweise einen Prozeßrechner handeln, der auch weitere Aufgaben wahrnimmt, beispielsweise die Auswertung der einzelnen Sensorelementsi­ gnale zur Ermittlung von beispielsweise Objekttemperaturen und die Ansteuerung von Komponenten nach Maßgabe der aufge­ fundenen Daten. Beispielsweise kann ein Mikrowellengenerator 34 für eine Mikrowellenantenne 35 oder ein Motor 36 für einen Drehtisch 37 angesteuert werden.

In der Korrekturvorrichtung 32 kann auch das Ausgangssignal des gegebenenfalls vorhandenen Hilfssensorelements 16 zur Korrektur der Rohsensorelement-Ausgangssignale herangezogen werden. Darüber hinaus kann das Rohausgangssignal des Hilfs­ sensorelements 16 seinerseits nach Maßgabe eines oder mehre­ rer Kennwerte des Hilfssensorelements korrigiert werden. Auch dieser Kennwert kann im Speicher 15 des Sensors 10 gespei­ chert und in die Korrekturvorrichtung 32 übertragen worden sein. Auch eine Anzeige 33 kann nach Maßgabe der ermittelten Ergebnisse angesteuert werden.

Das Auslesen der Daten aus dem Speicher 15 des Sensors kann einmal zu Beginn des Einsatzes des Sensors in der jeweiligen Anwendung erfolgen. Es können dann geeignete Speicher, z. B. PROMs, zum Speichern dieser Daten sensorextern vorgesehen sein. Das Auslesen kann auch jedesmal bei Betriebsbeginn der Vorrichtung erfolgen (z. B. Einschalten). Die aus dem Speicher 15 ausgelesenen Daten können dann in einem flüchtigen Spei­ cher, z. B. einem RAM, gespeichert werden.

Fig. 4 zeigt Ausführungsformen des Sensors. Fig. 4A zeigt ei­ nen hybriden Aufbau in einem TO-Gehäuse (z. B. TO5). Jeweils separate Chips für Speicher 15, Matrix der Sensorelemente 11 und Steuerung und Schnittstelle 13, 14 sind vorgesehen und über Bondverbindungen elektrisch miteinander verbunden. Statt eines hybriden Aufbaus wie in Fig. 4A kann auch ein mono­ lithischer Aufbau gewählt werden, bei dem sich alle genannten Komponenten (Speicher, Sensorelemente, Steuerung, Multiple­ xer) auf einem einzigen Chip befinden.

Fig. 4B zeigt eine modulare Anordnung, bei der auf einer Lei­ terplatte 41 Steckverbinder 42, die die Anschlüsse 12 des Sensors bilden, vorgesehen sind. Der Datenspeicher 15 ist als ein diskretes Element, der Thermopile-Mehrelement-Sensorab­ schnitt mit zugehöriger Signalverarbeitung 42 als ein weite­ res diskretes Element auf der Platine 41 angebracht.

Fig. 5 zeigt schematisch den Signalfluß zur Ermittlung des korrigierten Ausgangssignals für ein Sensorelement. 51 ist der Eingang für das unkorrigierte Signal des Sensorelements, 52 der Eingang für das unkorrigierte Signal des Hilfssensor elements 16 (z. B. Betriebstemperatursignal für das auszuwer­ tende Sensorelement). 53a symbolisiert eine additive Offset­ korrektur, 53b eine multiplikative Empfindlichkeitskorrektur. Die Korrekturwerte können die im Speicher 15 des Sensors ge­ speicherten und an die Korrekturvorrichtung 32 übertragenen Kennwerte des betreffenden Sensorelements sein. 54a ist eine additive Offsetkorrektur für das Hilfssensorelement, 54b ein multiplikative Empfindlichkeitskorrektur hierfür. Auch hier können die verwendeten Korrekturwerte früher dem Speicher 15 des Sensors entnommen und in der Korrekturvorrichtung 32 ge­ speichert worden sein. 55 ist die Korrekturvorrichtung im en­ geren Sinne. In ihr können Formeln oder Tabellen herangezogen werden, um einerseits aus dem korrigierten Sensorsignal und andererseits aus dem korrigierten Hilfssensorsignal das ge­ wünschte Nutzsignal 56 zu ermitteln, beispielsweise die Ob­ jekttemperatur des Objekts, das die vom Sensor aufgefangene Strahlung aussendet. Die Korrekturvorrichtung 55 kann Koeffi­ zienten oder Regressionsfaktoren 57 heranziehen, soweit For­ meln zur Ermittlung des Nutzsignals 56 angewendet werden. Die genannten Kennwerte (additive Offset-Korrektur, multiplikati­ ve Empfindlichkeitskorrektur, Koeffizienten, Regressions-Fak­ toren) können in nichtflüchtigen Speichern der Korrekturvor­ richtung 32 gespeichert werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann im Speicher 15 auch ein Programmcode gespeichert sein, der beim Einsatz des Sen­ sors ausgelesen wird (vorzugsweise einmalig, um dann sensor­ extern gespeichert zu werden), wobei der Programmcode ein Programm ist, das zur Korrektur der Sensorelementesignale dient. Damit kann dann die Korrektur nicht nur anhand indivi­ dueller Kennwerte vorgenommen, sondern auch anhand individu­ ell zugeschnittener Korrekturalgorithmen, die außerhalb des Sensors ausgeführt werden.

Die Erfindung ist insbesondere bei Mehrelement-Sensoren sinn­ voll, bei denen die einzelnen Sensorelemente voneinander ab­ weichende Charakteristika bzw. Einzelkennlinien haben können. Dies ist insbesondere bei den angesprochenen Strahlungsemp­ fängern (Pyroelement, Thermopile, Bolometer) der Fall. Für solche Sensoren können erfindungsgemäß für jedes einzelne Sensorelement individuelle Korrekturwerte vorab ermittelt, eingespeichert und später zur Korrektur der Einzelsignale herangezogen werden. Die "Intelligenz" der sensorexternen Auswertung kann dann auch dazu herangezogen werden, die Un­ gleichheiten der einzelnen Kennlinien der Sensorelemente aus­ zugleichen. Dadurch ergeben sich Kostenvorteile, da die Un­ einheitlichkeiten in verringertem Maße während des Herstel­ lungsprozesses durch die Herstellung der Sensorelemente selbst ausgeglichen werden müssen.

Claims (21)

1. Verfahren zum Korrigieren des Ausgangssignals eines In­ frarotstrahlungsmehrelementsensors, mit den Schritten Ermitteln und Speichern eines Kennwerts eines Sensorele­ ments des Sensors, und
Erzeugen eines korrigierten Signals nach Maßgabe der Aus­ gangssignals des Sensorelements und nach Maßgabe des ge­ speicherten Kennwertes,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung des Kennwertes herstellerseitig in einem mit dem Sensor gelieferten Speicher erfolgt, und vor der Korrektur der Kennwert vom Speicher zu einer vom Sensor getrennten Korrekturvorrichtung übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mehrere Sensorelemente aufweist und für jedes Sensorelement ein oder mehrere Kennwerte ermittelt und gespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennwert in digitaler Form gespeichert wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der folgenden Kennwerte gespeichert werden: Koeffizienten von Polynom­ approximationen, tabellarische Korrekturwerte, Herstel­ lungsdaten, Abhängigkeiten von Umgebungsbedingungen.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur digital erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur mit einer Einrichtung erfolgt, die auch zur Signalauswertung und/oder zur Steuerung bzw. Regelung ei­ ner Einrichtung nach Maßgabe des korrigierten Signals ausgelegt ist.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Kennwert eines Hilfssensor­ elements im Speicher gespeichert und zur Korrektur heran­ gezogen wird.

8. Infrarotstrahlungsmehrelementsensor, mit mehreren Senso­ relementen (11a-1), die jeweils ein Ausgangssignal er­ zeugen, gekennzeichnet durch einen auf dem Sensor vorge­ sehenen Speicher (14) zum Speichern zumindest eines Kenn­ werts zumindest eines Sensorelements.

9. Sensor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Schnittstelleneinrichtung (12-14), über die der Kenn­ wert vom Sensor weg übertragen werden kann.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelleneinrichtung eine I²C-Schnittstelle auf­ weist.

11. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch mehrere Anschlüsse (12), wobei die Übertragung des Kennwerts über einen Anschluß (12b) erfolgt, über den die Ausgabe eines Sensorsignals erfolgen kann.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch einen Multiplexer (13), der die Ausgangssignale der Sensorelemente zeitlich nacheinander auf einen Anschluß (12b) legt.

13. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Speicher ein PROM oder EPROM aufweist.

14. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorelemente und der Speicher mono­ lithisch ausgebildet sind.

15. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorelemente und der Speicher hybrid ausgebildet sind.

16. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 15, gekennzeichnet durch ein Hilfssensorelement, für das ein oder mehrere Kennwerte im Speicher gespeichert werden.

17. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er in einem TO5-Gehäuse untergebracht ist.

18. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorelement ein Thermopile ist.

19. Infrarotstrahlungssensorsystem, gekennzeichnet durch einen Sensor (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 18, eine Aufnahme (31), die mit dem Sensor zur Signalübertra­ gung verbindbar ist, und eine mit der Aufnahme verbundene Korrekturvorrichtung (32) zum Empfangen der Sensorausganssignale und der Kenn­ werte und zur Erzeugung eines korrigierten Sensorsignals.

20. Sensorsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung auch zur Signalauswertung und/oder zur Steuerung bzw. Regelung einer Einrichtung nach Maßgabe des korrigierten Signals ausgelegt ist.

21. Mikrowellen-Erwärmungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wo­ bei die Sensorelemente Thermopile-Sensorelemente aufwei­ sen.