DE60002760T2

DE60002760T2 - Verfahren zum korrigieren des ausgangssignals eines aus mehreren elementen bestehenden infrarotstrahlungsempfindlichen sensors

Info

Publication number: DE60002760T2
Application number: DE60002760T
Authority: DE
Inventors: Jörg SCHIEFERDECKER; Karlheinz Storck
Original assignee: PerkinElmer Optoelectronics GmbH and Co KG
Current assignee: Excelitas Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: DE19962938A1; HK1079564A1; US20030091090A1; WO2001048449A3; WO2001048449A2; CN1293373C; US6871999B2; CN1636129A; DE60002760D1; EP1240487A2; JP2003518615A; ATE240509T1; KR20020079759A; EP1240487B1; KR100720796B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren des Ausgangssignals eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors, einen Infrarotstrahlungsmehrelementsensor und ein Infrarotstrahlungsmehrelementsensorsystem. Die Erfindung betrifft also Sensoren, in denen mehrere Sensorelemente unterschiedliche Signale erzeugen können. Die Sensoren sind Strahlungssensoren für Infrarotstrahlung.
Aus der DE 19 735 379 AI ist ein Mehrelementsensor bekannt, bei dem die Ausgangssignale von Sensorelementen zur Einstellung der Kennlinie des jeweiligen Sensorelements eine Kalibriereinrichtung durchlaufen. Die Kalibrierung kann anhand von beispielsweise über "fusible links" gespeicherten Kalibrierwerten vorgenommen werden. Der gesamte Aubau befindet sich unmittelbar im Sensor und gibt kalibrierte Werte aus. Dieser Aubau ist aufwendig, da entweder komplizierte Übergänge zwischen analogem und digitalem Signalpfad geschaffen oder ein eigenes Rechenwerk vorgesehen werden müssen.
Aus der WO 96 10883 A ist ein Infrarotkamerasystem bekannt, bei dem die Kamerakalibrierungskonstanten während des Betriebs der Kamera bestimmt und in den Kameraspeicher eingegeben werden. Dieser Aubau ist an erster Stelle eine Kamera und zweitens werden die Korrekturdaten nicht im Sensor erzeugt.
Aus der US-A-S 811 808 ist ein Infrarotbilderzeugungssystem bekannt, bei dem jedes Sensorelement eine Offsetkonektur und einen Offsetkonekturschaltkreis in jeder Auslesezelle aufweist. Dieser Aubau ist aufwendig, da er zur Komplexität des Sensorensystems beiträgt.
Die DE 41 14 369 A betrifft ein Pyrometer mit einem Mikroprozessor, es ist jedoch weder offenbart, wie die in einem Kalibrierungswertspeicher verfügbaren Konekturdaten ermittelt werden, noch, wo sich der Speicher befindet.
Aus der DE 41 13 266 ist ein weiteres Pyrometersystem bekannt, bei dem sämtliche Konekturwerte in einem Speicher gehalten werden, der zu dem Mikroprozessor gehört. Auch in dieser Druckschrift wird technisch nicht durchdacht, wie die nachstehend aufgeführten Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Korrekturverfahren für Ausgangssignale eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors, einen Infrarotstrahlungsmehrelementsensor und ein Infrarotstrahlungsmehrelementsensorsystem zu schaffen, die eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Korrektur von Sensorelementsignalen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Bei einem Verfahren zum Korrigieren der Ausgangssignale eines Infrarotstrahlungsmehrelementsensors wird zumindest ein Parameter eines Strahlungssensorelements ermittelt und in einem mit dem In- frarotstrahlungsmehrelementsensor gelieferten Speicher gespeichert. Aus diesem kann er ausgelesen, an eine sensorexterne Vorrichtung übertragen und zur Korrekur des empfangenen Signals verwendet werden. Ein Infrarotstrahlungsmehrelementsensor weist neben mehreren Strahlungssensorelementen auch einen Speicher auf, in den Kennwerte der Sensorelemente eingeschrieben und aus dem sie ausgelesen werden können.
Ein Infrarotstrahlungsmehrelementserisorsystem umfaßt einen wie oben beschrieben aufgebauten Sensor, eine Aufnahme, mit der der Sensor verbunden und von der er gelöst werden kann und die Signale zumindest vom Sensor empfangen kann, und eine Konekturvorrichtung, die einerseits von Sensorelementsignalen abhängige Sensorausgangssignale und andererseits die gespeicherten Kennwer te bzw. in Abhängigkeit davon erzeugte Signale empfängt, wobei das endgültige Signal nach Maßgabe des Sensorausgangssignals und des Kennwerts erzeugt wird.
Der Speicher kann ein digitaler Speicher, beispielsweise ein PROM (ein programmierbarer Festspeicher) oder ein EPROM (ein lösch- und programmierbarer Festspeicher) sein. Die Strahlungssensorelemente können Thermosäulen sein. Sie können ihr Empfindlichkeitsmaximum im Wellenlängenbereich 700 nm < λ und/oder λ < 20 μm, insbesondere 700 nm < λ und/oder λ < 15 μm haben.
Die eigentliche Korrektur des Rohsensorsignals in Abhängigkeit von bzw. nach Maßgabe des Kennwerts erfolgt dementsprechend in einer Konekturvorrichtung, die getrennt von dem (nachstehend nur noch als "Sensor" bezeichneten) Infrarotstrahlungsmehrelementsensor vorgesehen ist, aber mit diesem verbunden werden kann. Vorzugsweise handelt es sich um eine digital arbeitende Korrekturvorrichtung. Es kann sich aber auch um einen Rechner bzw. Prozeßrechner handeln. Dieser kann weitere Aufgaben erfüllen, beispielsweise das Auswerten der korrigierten Sensorsignale nach Maßgabe bestimmter Kriterien oder auch die Steuerung bzw. Einstellung von Komponenten in Abhängigkeit von den vom Sensor gesendeten Signalen.
Der Sensor ist ein Mehrelement-Sensor mit mehreren Sensorelementen. Sie können so angeordnet sein, daß sich eine lokale Auflösung ergibt. Sie können die relevante Strahlung über eine Bilderzeugungsvorrichtung empfangen. Die Bilderzeugungsvomchtung kann einen Hohlspiegel und/oder eine Linse auf weisen.
Der Sensor kann ein Hilfssensorelement aufweisen. Das Hilfssensorelement kann Betriebsdaten der Sensorelemente erfassen, die die Ausgangssignale der Sensorelemente beeinflussen, beispielsweise deren Arbeitstemperatur. Auch für das Hilfssensorelement kann ein Korrekturwert im Speicher gespeichert und dann zur Korrektur des Signals des Hilfssensorelements herangezogen werden.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Sensors,
2 eine schematische Ansicht eines als Bauelement verwendeten erfindungsgemäßen Sensors,
3 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Sensorsystems,
4 ein Diagramm verschiedener möglicher Konstruktionen des Sensors und
5 schematisch einen Signalflußplan.
1 zeigt diagrammartig einen erfindungsgemäßen Sensor 10. Erweist Sensorelemente 11a bis 11i auf, die unabhängig voneinander Ausgangssignale erzeugen. Es kann sich beispielsweise um Thermosäulensensorelemente und/oder Bolometer und/oder um Pyrodetektoren handeln, die unabhängig voneinander in Abhängigkeit von der von ihnen empfangenen Strahlungsmenge elektrische Ausgangssignale erzeugen. Sie können die auf sie treffende Strahlung über eine Abbildungseinrichtung empfangen. Die Sensorelemente 11a bis 11i können regelmäßig auf einer Ebene, etwa matrixartig (z. B. nach Zeilen und Spalten) angeordnet sein.
Der Sensor ist vorzugsweise ein ungekühlter Sensor. Vorzugsweise ist er ein thermischer Sensor, der sein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der durch die Bestrahlung hervorgerufenen Erwärmung des Sensorelements erzeugt.
12 bezeichnet Anschlüsse des Sensors 10. Verschiedene Anschlußkonfigurationen sind möglich. Gezeigt ist eine Ausführungsform, bei der der Sensor 10 Anschlüsse 12a und 12d für die Betriebsspannung (wobei die interne Verteilung nur schematisch angedeutet ist), einen Signalausgang 12b und einen Steuerungseingang 12c aufweist. Der Signalausgang 12b empfängt ein elektrisches Signal von einem Analogmultiplexer 13, der Analogsignale einzelner Komponenten parallel empfängt und zeitseriell ausgibt. Bei der dargestellten Ausführungsform laufen auch die Ausgangssignale des später beschriebenen Speichers 15 und des ebenfalls später beschriebenen Hilfssensorelements 16 über den Multiplexer 13. Bei 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 Dateneinund -ausgang vorgesehen sein. Für zu übertragende Signale kann beispielsweise eine I²C-Schnittstelle oder eine CAN-Schnittstelle implementiert sein.
15 bezeichnet einen Speicher, in dem ein oder mehrere Kennwerte der Sensorelemente 11a–11i gespeichert sind. Je nach Anwendungsbereich, Herstellungsverfahren und gewünschter Genauigkeit kann es beispielsweise ausreichend sein, pauschal für alle Sensorelemente einen Kennwert anzugeben (z. B. mittlere Empfindlichkeit oder Nullpunktsverschiebung). Auch individuelle Lösungen sind möglich, bei denen für jedes Sensorelement einzeln ein oder mehrere Kennwerte (z. B. Nullpunktverschiebung und/oder Empfindlichkeit) gespeichert sind.
Die Kennwerte sind solche, die für das jeweilige Ausgangssignal relevant sind. Sie können Koeffizienten von Polynomapproximationen (Darstellungen des Ausgangssignals als Polynom in Abhängigkeit von der Größe des Ausgangssignals mit Koeffizienten für das konstante, lineare, quadratische, kubische,... Element, je nach geforderter Genauigkeit) sein. Daneben können im Speicher l5 weitere Daten gespeichert sein, beispielsweise Herstellungsdatum, Typ, Chargennummer und dergleichen.
Der Speicher kann ein PROM sein ("programmable read only memory", programmierbarer Festspeicher) oder ein EPROM ("erasable PROM", überschreibbarer 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 einwirken. 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 Steuerungsanschluß 12c. Sie kann Steuerungssignale über diesen Anschluß empfangen. Auch andere bzw. weitere Möglichkeiten zur Übertragung von Steuerungssignalen an den Sensor bzw. insbesondere an die Steuerung 14 sind denkbar, beispielsweise indem bestimmten anderweitig genutzten Anschlüssen (beispielsweise der Versorgungsspannung) Steuersignale überlagert bzw. aufmoduliert werden. Von einer Auswerteeinrichtung in der Steuerung 14 können solche Signale erkannt und für andere Zwecke herangezogen werden.
16 bezeichnet ein Hilfssensorelement, das zur Erfassung von Betriebsbedingungen der Sensorelemente 111a–11i 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–11i und gegebenenfalls des Hilfssensorelements 16 analog auf den Signalausgang 12b schaltet. Sofern Analog/Digital-Wandler vorgesehen sind, kann der Multiplexer 13 auch ein Digitalmultiplexer sein.
2 zeigt schematisch den Aubau des Sensors 20. 10 bezeichnet die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben elektrischen Komponenten des Sensors. 12 bezeichnet die elektrischen Anschlüsse, 21 das Sensorgehäuse, das insbesondere zum Zwecke der elektromagnetischen Abschirmung Metallwände aufweisen kann. Es kann sich um ein TOS-Gehäuse handeln. Im Gehäuse kann eine optische Abbildungsvorrichtung 22 vorgesehen sein, die Strahlung auf die Sensorelemente 11a–11i abbildet. Die Abbildungseinrichtung 22 kann eine Linse und/oder einen Spiegel/Hohlspiegel aufweisen. Sie kann mit einer durchsichtigen, leitenden Schicht überzogen sein.
Die Sensorelemente 11a–11i selbst können Thermosäulensensorelemente und/oder Bolometersensorelemente sein, die für statische Temperatursignale empfindlich sind (das Ausgangssignal ist ein Meßwert für die auf das Sensorelement auftreffende Strahlung). Es gibt auch andere Strahlungsempfänger, beispielsweise pyroelektrische Sensorelemente, die hauptsächlich für Temperaturwechselsignale empfindlich sind und bei konstanter Temperatur kein Ausgangssignal abgeben (typische Werte sind ein Empfindlichkeitsmaximum bei einer Frequenz von 0,1 Hz und umgekehrt proportional zur Frequenz eine Empfindlichkeitsabnahme ab 1 Hz). Bei bestimmten Ausführungsformen können auch solche Sensorelemente vorgesehen sein. Auch Mischformen sind möglich (einige Sensorelemente sind Thermosäulen, einige Bolometer und einige pyroelektrisch).
Nach der Herstellung des Sensors 10 werden die Kennwerte der Sensorelemente 11 und gegebenenfalls des Hilfssensorelements 16 ermittelt und im Speicher 15 gespeichert. Vorzugsweise erfolgt dies unmittelbar nach der Herstellung seitens des Herstellers. Der Sensor kann hierzu in einen Teststand eingebaut werden, der für den Sensor definierte Bedingungen liefert, so daß Sollsensorelementsignale bekannt sind. Anhand des Unterschieds zwischen Soll- und Ist-Sensorelementsignalen können die Kennwerte durch eine externe Vorrichtung ermittelt werden. Von dieser externen Vorrichtung werden sie vorzugsweise in digitaler Form ermittelt und dann in den Speicher 15 des Sensors 10 geladen. Das Einschreiben erfolgt durch eine geeignete Ansteuerung der Komponenten des Sensors 10, insbesondere über Steuerungs- und Datensignale beispielsweise am Steuerungsanschluß 12c mittels der Steuerung 14 oder des Multiplexers 13.
Nachdem der Sensor so fertiggestellt wurde, kann er vertrieben werden. Im Einsatz wird der Sensor in eine entsprechende Aufnahme eingesteckt, die die signaltechnische, insbesondere elektrische und mechanische Verbindung zum Sensor herstellt. Die elektrische Verbindung wird in der Regel galvanisch ausgeführt sein. Bevor der eigentliche Meßbetrieb des Sensors 10 beginnt, werden die im Speicher 15 gespeicherten Kennwerte der Sensorelemente 11a–11i und gegebenenfalls des Hilfssensorelements 16 gelesen. Hierzu werden die benötigten Komponenten (die Steuerung 14, der Speicher 15, der Steuerungsanschluß 12c und gegebenenfalls der Multiplexer 13 oder die Schnittstelle) geeignet angesteuert. Dadurch werden die Kennwerte aus dem Speicher 15 vom Sensor 10 an eine sensorexterne Vorrich tung übertragen. Die Kennwerte können auch sensorextern gespeichert und dann zur Korrektur der Sensorausgangssignale bzw. insbesondere der Ausgangssignale der Sensorelemente 11a–11i und gegebenenfalls des Hilfssensorelements 16 herangezogen werden.
Zur Erzeugung des zuletzt vorliegenden korrigierten Sensorsignals können somit herangezogen werden:

– die unmittelbaren Ausgangssignale der Sensorelemente 11a– 11i,
– gegebenenfalls das Ausgangssignal des Hilfssensorelements 16, das Betriebszustände der Sensorelemente 11a–11i (beispielsweise die Betriebstemperatur) erfaßt, die deren Ausgangssignal beeinflussen können, und
– die aus dem Speicher 15 gelesenen Korrekturwerte.

Die Korrektur eines Rohsensorelementsignals kann beispielsweise mittels Regressionsfaktoren erfolgen. Die Korrektur kann rechnerisch erfolgen, indem das Rohsensorelementsignal als Eingangsgröße und das korrigierte Sensorelementsignal als Ausgangsgröße angesehen wird und eine koeffizientenbehaftete Formel zur Umrechnung verwendet wird. Die Koeffizienten der Formel können die im Speicher 15 des Sensors gespeicherten Kennwerte sein. So kann beispielsweise eine Fehlerfunktion (ein abhängig vom Rohsignal korrigiertes Signal) durch eine Taylor-Reihe angenähert werden, wobei abhängig von der gewünschten Genauigkeit unterschiedlich viele Elemente der Reihe verwendet 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 Korrekturmechanismen denkbar, beispielsweise tabellarischer Art, bei der nach Maßgabe des Rohsensorelementsignals 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 einer Korrekturvorrichtung, die außerhalb des Sensors 10 vorgesehen ist. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur in digitaler Form. Die Rohausgangssignale der Sensorelemente 11a–11i und gegebenenfalls des Hilfssensorelements 16 werden an geeigneter Stelle analog/digital 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.
3 zeigt ein Sensorsystem, wie es in einer Anwendung eingebaut ist. Beispielsweise kann es sich um eine Mikrowellenanwendung handeln, in der der eigentliche Sensor 20 zur Erfassung der Tempe- ratur einer zu erwärmenden Substanz (Speise) 38 in einer Mikrowelle 30 dient. Die Temperatur der Substanz 38 wird anhand der von ihr abgegebenen und vom Sensor 20 empfangenen Strahlung bestimmt. Der Sensor 20 kann mit einer Aufnahme 31 verbunden werden, die die mechanische und signaltechnische Verbindung mit dem Sensor 20 herstellt. Die Aufnahme 31 ist ihrerseits mit einer Korrekturvorrichtung 32 verbunden, die die Sensorelement-/Rohausgangssignale empfängt und sie nach Maßgabe der in der Korrekturvorrichtung 32 gespeicherten Kennwerte korrigiert.
Neben der beispielhaft beschriebenen Anwendung in Mikrowellenherden eignet sich das Sensorsystem vorteilhaft für zahlreiche weitere Anwendungen, z. B. zur Raumtemperaturmessung im Industrie-, Haushalts- oder Automobilbereich oder zur Personenerfassung in der Sicherheits- bzw. Gebäudeüberwachung.
Eine besondere Anwendung ist die nicht dispersive Infrarotabsorption INDIA). Hier ist vor jedem Sensorelement ein Wellenlängenfilter angebracht, wobei unterschiedliche Sensorelemente unterschiedliche Wellenlängenbereiche empfangen. Die Sensorelemente. werden von einer breitbandigen Infrarotquelle bestrahlt und können damit unterschiedliche Absorptionen durch Mischmedien zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor messen. Die Durchlaßbereiche der einzelnen Filter sind auf die Absorptionsspektren der jeweils erwarteten Substanzen abgestimmt. Ein maximales Signal eines Sensorelements zu einer gegebenen Beleuchtungsstärke durch die Infrarotquelle bedeutet vollständige Abwesenheit der Komponente im Gemisch, auf die das Sensorelement mittels seines Filters abgestimmt ist. Wenn die Kalibrierung nach dem Aufsetzen der Filter erfolgt, können Ungleichmäßigkeiten der Filter selbst mit auskalibriert werden. Bei dieser Ausführungsform kann auf eine gemeinsame Abbildungsvorrichtung (Linse, Spiegel) verzichtet werden, so daß die Infrarotquelle nicht mehr auf eines von mehreren Sensorelementen abgebildet wird. Es kann aber jedes Sensorelement eine eigene Abbil- dungsvorrichtung auf weisen. Mit dieser Ausführungsform wird es möglich, Zusammensetzungen transparente Gemische zu analysieren, indem unterschiedliche Infrarotabsorptionseigenschaften der einzelnen Komponenten des Gemischs genutzt werden. Je mehr von einer Komponente im Gemisch vorhanden ist, desto stärker absorbiert sie Infrarotlicht ihrer Absorptionswellenlänge, so daß auf dieser Wellenlänge das eben dieser Wellenlänge zugeordnete Sensorelement um so weniger Strahlung empfängt. Mit Hilfe dieser Technik können Fluidgemische und insbesondere Gasgemische untersucht werden.
Die Korrekturvorrichtung 32 ist vorzugsweise eine digitale Vorrichtung, die die Korrektur mittels eines Rechners vornimmt, bei dem es sich beispielsweise einen Prozeßrechner handeln kann, der auch andere Aufgaben wahrnimmt, beispielsweise die Auswertung der einzelnen Sensorelementsignale zur Ermittlung beispielsweise von Objekttemperaturen und die Ansteuerung von Komponenten nach Maßgabe der gefundenen Daten. So können beispielsweise 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 Rohsensorelementausgangssignale herangezogen werden. Darüber hinaus kann das Rohausgangssignal des Hilfssensorelements 16 seinerseits nach Maßgabe eines oder mehrerer Kennwerte des Hilfssensorelements korrigiert werden. Auch dieser Kennwert kann im Speicher 15 des Sensors 10 gespeichert und in die Konekturvorrichtung 32 übertragen werden. Auch eine Anzeige 33 kann nach Maßgabe der ermittelten Ergebnisse aktiviert werden.
Das Lesen der Daten aus dem Speicher 15 des Sensors kann einmal zu Beginn des Einsatzes des Sensors in der jeweiligen Anwendung erfolgen. Es können dann sensorextern geeignete Speicher, beispielsweise programmierbare Festspeicher, zum Speichern dieser Daten vorgesehen sein. Das Lesen kann auch jedesmal zu Betriebsbeginn der Vorrichtung erfolgen (z. B. beim Einschalten). Die aus dem Speicher 15 gelesenen Daten können dann in einem flüchtigen Speicher, z. B. einem Direktzugriffsspeicher, gespeichert werden.
4 zeigt Ausführungsformen des Sensors. 4A zeigt einen hybriden Aubau in einem TO-Gehäuse (z. B. einem TO5-Gehäuse). Separate Chips für den Speicher 15, die Matrix der Sensorelemente 11 und die Steuerung und die Schnittstelle 13, 14 sind vorgesehen und über Haftverbindungen elektrisch miteinander verbunden. Statt eines hybriden Aufbaus, wie dem in 4A gezeigten, kann auch ein monolithischer Aubau gewählt werden, bei dem sich alle genannten Komponenten (Speicher, Sensorelemente, Steuerung, Multiplexer) auf einem einzigen Chip befinden.
4B zeigt eine modulare Anordnung, bei der auf einer Leiterplatte 41 Stecker 42 vorgesehen sind, die die Anschlüsse 12 des Sensors bilden. Der Datenspeicher 15 ist als ein diskretes Element, der Thermosäulen-Mehrelementsensorabschnitt mit zugehöriger Signalverarbeitung 42 als weiteres diskretes Element auf der Platine 41 angebracht.
5 zeigt schematisch den Signalfluß zur Ermittlung des korrigierten Ausgangssignals für ein Sensorelement. 51 bezeichnet den Eingang für das unkorrigierte Signal des Sensorelements, 52 den Eingang für das unkorrigierte Signal des Hilfssensorelements 16 (z. B. ein Betriebstemperatursignal für das auszuwertende Sensorelement). 53a symbolisiert eine additive Offsetkorrektur, 53b eine multiplikative Empfindlichkeitskorrektur. Die Korrekturwerte können die im Speicher 15 des Sensors gespeicherten und an die Korrekturvorrichtung 32 übertragenen Kennwerte des betreffenden Sensorelements sein. 54a ist eine additive Offsetkonektur für das Hilfssensorelement, 54b ein multiplikative Empfindlichkeitskonektur hierfür. Auch hier können die verwendeten Korrekturwerte vorab dem Speicher 15 des Sensors entnommen und in der Korrekturvorrichtung 32 gespeichert worden sein. 55 bezeichnet die Korrekturvorrichtung im engeren Sinne. In ihr können Formeln oder Tabellen herangezogen werden, um einerseits anhand des korrigierten Sensorsignals und andererseits anhand des korrigierten Hilfssensorsignals das gewünschte Nutzsignal 56 zu ermitteln, beispielsweise die Objekttemperatur des Objekts, das die vom Sensor aufgefangene Strahlung aussendet. Die Korrekturvorrichtung 55 kann Koeffizienten oder Regressionsfaktoren 57 heranziehen, soweit Formeln zur Ermittlung des Nutzsignals 56 verwendet werden. Die genannten Kennwerte (additive Offsetkorrektur, multiplikative Empfindlichkeitskorrektur, Koeffizienten, Regressionsfaktoren) können in nichtflüchtigen Speichern der Korrekturvor- richtung 32 gespeichert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann im Speicher 15 auch ein Programmcode gespeichert sein, der beim Einsatz des Sensors ausgelesen wird (vorzugsweise einmalig, um dann sensorextern gespeichert zu werden), wobei der Programmcode ein Programm ist, das der Korrektur der Sensorelementsignale dient. Damit kann dann die Korrektur nicht nur anhand individueller Kennwerte, sondern auch anhand individuell zugeschnittener Korrekturalgorithmen vorgenommen werden, die außerhalb des Sensors ausgeführt werden.
Die Erfindung ist insbesondere bei Mehrelementsensoren sinnvoll, bei denen die einzelnen Sensorelemente voneinander abweichende Charakteristika bzw. Einzelkennlinien haben können. Dies ist insbesondere bei den angesprochenen Strahlungsempfängern (Pyroelementen, Thermosäulen, Bolometern) der Fall. Für solche Sensoren können erfindungsgemäß für jedes einzelne Sensorelement individuelle Korrekturwerte vorab ermittelt werden. Die "Intelligenz" der sensorexternen Auswertung kann dann auch dazu herangezogen werden, die Ungleichheiten der einzelnen Kennlinien der Sensorelemente auszugleichen. Dadurch ergeben sich Kostenvorteile, da die Uneinheitlichkeiten während des Herstellungsprozesses durch den Herstel- ler der Sensorelemente selbst in verringertem Maße ausgeglichen werden müssen.

Claims

Verfahren zur Korrektur des Ausgangssignals eines Infrarotstrahlungs-Mehrelementsensors, mit den Schritten Bestimmen und Speichern eines Parameters eines Sensorelements des Sensors, und Erzeugen eines korrigierten Signals nach Maßgabe des Ausgangssignals des Sensorelements und des gespeicherten Parameters, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter zur Korrektur der Nullpunktverschiebung und der Empfindlichkeit eines jeden Sensorelements des Sensors in einem auf dem Sensor vorgesehenen digitalen Speicher gespeichert sind, und diese Parameter vom Speicher an eine Korrekturvorrichtung übertragen werden, die vom Sensor getrennt ist, bevor die Korrektur stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrerer der folgenden Parameter gespeichert sind: Koeffizienten von Polynomennäherungen, tabellierte Korrekturwerte, Herstellungsdaten, Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur digital vorgenommen wird:
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur in einer Vorrichtung erfolgt, die auch für die Auswertung von Signalen und/oder die Steuerung oder Einstellung einer Vorrichtung nach Maßgabe des korrigierten Signals ausgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter eines Hilfssensorelements gespeichert und zur Korrektur verwendet werden kann.
Infrarotstrahlungs-Mehrelementsensor mit mehreren Sensorelementen (11a–11i), die ein Ausgangssignal erzeugen, mit einem digitalen Speicher (14), der auf dem Sensor vorgesehen ist, zum Speichern von Parametern zur Korrektur einer Nullpunktverschiebung und einer Empfindlichkeit aller Sensorelemente des Sensors, gekennzeichnet durch eine Schnittstellenvorrichtung (12, 14), über die die Parameter bezüglich Nullpunktverschiebung und Empfindlichkeit für alle Sensorelemente vom Sensor weg übertragen werden hin zu einer getrennten Korrekturvorrichtung, bevor die Korrektur stattfindet.
Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenvorrichtung eine I²C-Schnittstelle hat.
Sensor nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch mehrere Anschlüsse (12), wobei die Übertragung der Parameter über einen Anschluss (12b) erfolgt, über den die Ausgabe eines Sensorsignals erfolgen kann.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen Multiplexer (13), der zeitseriell die Ausgangssignale der Sensorelemente nacheinander auf einen Anschluss (12b) legt.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher oder einen löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher hat.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente und der Speicher einen monolithischen Aubau haben.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente und der Speicher einen Hybridaufbau haben.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch ein Hilfssensorelement, für das ein oder mehrere Parameter im Speicher gespeichert sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er sich in einem TO5-Gehäuse befindet.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement ein Thermopile ist.
Infrarotstrahlungs-Sensorsystem, gekennzeichnet durch einen Sensor (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, eine Fassung (31), die mit dem Sensor zum Zwecke der Signalübertragung verbunden werden kann, und einer Korrekturvorrichtung (32), die mit der Fassung verbunden ist zum Empfangen des Sensorausgangssignals und der Parameter und zum Erzeugung eines korrigierten Sensorsignals.
Sensorsystem. nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturvorrichtung auch zur Auswertung von Signalen und/oder zur Korrektur oder Einstellung einer Vorrichtung nach Maßgabe des korrigierten Signals ausgelegt ist.
Mikrowellen-Erwärmungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Sensorsystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Sensorelemente Thermopile-Sensorelemente aufweisen.