光谱传感器设备和用于运行光谱传感器设备的方法技术

本发明专利技术涉及一种光谱传感器设备(1；1')，其具有：用于容纳至少一种待分析的流体介质的吸收路程(3)；用于将红外辐射发射到所述吸收路程(3)中的红外辐射源(2)；红外传感器阵列(4；4'；4″；4″'；4″”)，其具有可单个分析处理的多个像素(5，6，7，8，9；5'，6'，7')，所述多个像素构造用于将来自所述红外辐射源(2)通过所述流体介质传播的红外辐射探测为各个像素测量信号；并且具有分析处理装置(100)，所述分析处理装置构造用于汇总并且通过单个测量通道(K；K')输出所述像素(5，6)的多个像素测量信号。本发明专利技术还涉及一种用于运行光谱传感器设备的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光谱传感器设备以及一种用于运行光谱传感器设备的方法。
技术介绍
光谱传感器用于在待检查的流体介质中、尤其在气体或液体中通过在重要波长范围中的IR辐射的吸收来确定确定的物质的浓度。已知的光谱传感器通常利用宽带红外辐射器和具有一个或多个探测器通道的红外探测器。通常，对于每一个气体种类或液体种类使用一个探测器通道作为测量通道，其中，使用另一探测器通道作为参考通道。尤其已知双通道探测器，以便探测确定的物质。在这种双通道探测器中，第一探测器通道用于探测重要波长范围中的辐射，待求取或待检查的物质的吸收带位于该重要波长范围中，而第二探测器通道作为参考通道用于在更宽的波长范围中的探测。波长范围的选择通常通过光学滤波器的使用来实现，所述光学滤波器对于确定的波长或波长范围是透明的。DE102009027136A1描述了一种光谱传感器，该光谱传感器具有用于发射IR辐射的IR辐射源、用于容纳气体或液体的吸收路程、用于波长选择地透射通过所述吸收路程到达的IR辐射的至少一个光学滤波器和用于容纳通过所述光学滤波器到达的IR辐射并且输出测量信号的至少一个探测器。IR辐射源和探测器在电路载体上固定或接通，并且吸收路程构造为反射器装置的内部空间，所述反射器装置固定在电路载体上并且具有反射内侧面，以便防止从IR辐射源到探测器的没有在反射器装置上的反射的直接辐射传输。DE102009027134A1描述了一种光谱传感器，该光谱传感器具有用于接收待检查物质的吸收路程、用于发射经过辐射路程的IR辐射的IR辐射源、探测器装置，所述探测器装置具有用于探测经过吸收路程到达的IR辐射并且用于输出测量信号的第一和第二探测器元件。设有分析处理装置，其接收所述至少两个探测器元件的测量信号并且求取第一介质的含量，其中，第一探测器元件探测在第一波长范围中的IR辐射并且输出第一测量信号，第二探测器元件探测在与第一波长范围不同的第二波长范围中的IR辐射并且输出第二测量信号。第一介质的和第二介质的吸收带位于第一波长范围中。或者第一介质的吸收带或者第二介质的吸收带位于第二波长范围中，其中，分析处理装置接收用于校正第一测量信号的第二测量信号。
技术实现思路
本专利技术涉及一种具有独立权利要求1的特征的光谱传感器设备以及一种用于运行具有独立权利要求11的特征的光谱传感器设备的方法。优选的扩展方案是从属权利要求的主题。本专利技术的优点本专利技术所基于的构想是设置一种红外传感器阵列，其具有可单个分析处理的多个像素，所述多个像素用于将从红外辐射源通过流体介质传播的红外辐射探测为各个像素测量信号，其中，设置分析处理装置，其构造用于汇总并且通过单个测量通道输出像素的可预给定的多个像素信号。通过将具有多个可选择的或可控制的像素的红外传感器阵列用于单个测量通道来实现用于安全重要的应用的、内部自身分析的简单可能性。特别地，能够降低或消除对测量路程的光学路径中的局部污染的敏感度。此外，能够降低在传感器设备的生产中相对于机械的或其他制造公差的敏感度。此外，通过可单独分析处理的多个像素的同时使用来提高传感器设备的测量敏感性和信噪比。尤其可以改善用于不同气体的灵活性。也能够显著改善通过周围环境影响/老化引起的偏差的校正可能性。作为红外辐射源，例如可以使用宽带辐射源、例如白炽灯泡或灯丝，或者使用窄带辐射源，例如发光二级管或激光器。吸收路程可以设有进入口和排出口，从而待检查的气体或液体可以流入到吸收路程中或从吸收路程流出。根据本专利技术的一种实施方式，红外传感器阵列的至少两个像素构造用于探测第一气体并且设有用于波长选择地透射红外辐射的第一光学滤波器。所述滤波器例如可以粘合在传感器阵列的芯片罩上，和/或通过机械连接、例如螺栓连接来与传感器阵列的芯片罩连接。传感器阵列例如具有两行像素和两列像素，其中，四个像素中的至少两个设有用于波长选择地透射红外辐射的第一滤波器。例如，这些像素中的两个设有使红外辐射仅仅在二氧化碳的吸收带的波长范围中透过的滤波器。所述像素然后用于探测吸收路程中的二氧化碳。一种替代可能性是，将特定的吸收层直接施加到单个像素上。可以针对确定的波长优化所述吸收层，从而产生光学滤波器的效果。根据本专利技术的另一实施方式，传感器阵列的至少两个像素构造用于探测第二气体并且设有用于波长选择地透射红外辐射的第二光学滤波器。传感器阵列例如具有四行像素和四列像素，其中，16个像素中的9个设有用于波长选择地透射红外辐射的第二滤波器。例如，所述像素中的9个设有使红外辐射仅仅在水的吸收带的波长范围中透过的滤波器。所述像素然后用于探测吸收路程中的水。分析处理装置可以具有第二测量通道，所述第二测量通道输出用于第二气体的已汇总的像素测量信号。根据本专利技术的另一实施方式，传感器阵列的至少一个像素构造为监视与均衡像素。传感器阵列例如具有8行像素和8列像素，其中，64个像素中的9个像素设有第一滤波器，另外9个像素设有第二滤波器，像素中的另外9个像素设有参考滤波器，而剩下的像素不设有滤波器。监视与均衡像素构造用于例如监视红外辐射源的功率和/或测量路程的污染程度。也可以检测并且必要时借助分析处理装置校正红外辐射源的老化和/或所辐射的波长范围的移位。根据本专利技术，这可以对于传感器阵列的每一个单个像素选择性地实现。根据本专利技术的另一实施方式，一个或多个像素范围的像素至少部分设有用于波长选择地透射红外辐射的相应光学滤波器。根据本专利技术的另一实施方式，分析处理装置构造用于确定所述一个或多个光学滤波器的位置。所述一个或多个滤波器例如由于生产决定的误差可能不精确地布置在传感器阵列的像素上的预先确定的位置上，由此，确定的像素不完全由滤波器遮盖。通过各个像素的各个像素测量信号的测量，可以通过分析处理装置进行滤波器在红外传感器阵列上的位置确定。分析处理装置则例如构造用于在汇总时仅仅考虑完全由滤波器遮盖的像素的像素测量信号。没有由滤波器遮盖的像素和像素范围在测量时没有被分析处理装置考虑。通过这种方式进一步提高传感器的测量精度。滤波器的精确位置可以在分析处理装置中存储在存储器中。根据本专利技术的另一实施方式，分析处理装置构造用于在像素测量信号的汇总时根据预给定的标准不考虑在一个或多个像素范围中的像素的像素测量信号。因此，能够提高测量精度。根据本专利技术的另一实施方式，预先确定的标准在于像素测量信号与像素测量信号的平均值的偏差大于预先确定的量值。例如不考虑以下像素的像素测量信号：其具有与像素测量信号的平均值的大于5％、10％、20％、30％、40％或50％的偏差。例如也可以仅仅考虑以下像素测量信号，其位于平均值的标准差σ、两倍标准差2σ或三倍标准差3σ内。在像素测量信号的汇总时对于单个测量通道可以考虑各个像素的敏感度和/或各个像素的像素测量信号的偏移和/或各个像素的增益。如果各个像素的像素测量信号的所述成分太显著地偏差，则在像素测量信号的汇总时不考虑所述各个像素。根据本专利技术的另一实施方式，分析处理装置与传感器阵列一件式构造。分析处理装置和传感器阵列例如构造为ASIC(application-specificintegratedcircuit：专用集成电路)。然而，分析处理装置也可以构造为外部微控制器并且通过传感器线路与各个像素耦合。所述传感器阵列例如可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱传感器设备(1；1')，其具有：用于容纳至少一种待分析的流体介质的吸收路程(3)，用于将红外辐射发射到所述吸收路程(3)中的红外辐射源(2)，红外传感器阵列(4；4'；4”；4”'；4””)，其具有可单个分析处理的多个像素(5，6，7，8，9；5'，6'，7')，所述多个像素构造用于将来自所述红外辐射源(2)通过所述流体介质传播的红外辐射探测为各个像素测量信号，以及分析处理装置(100)，所述分析处理装置构造用于汇总并且通过单个测量通道(K；K')输出所述像素(5，6)的多个像素测量信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.06 DE 102014208382.61.一种光谱传感器设备(1；1')，其具有：用于容纳至少一种待分析的流体介质的吸收路程(3)，用于将红外辐射发射到所述吸收路程(3)中的红外辐射源(2)，红外传感器阵列(4；4'；4”；4”'；4””)，其具有可单个分析处理的多个像素(5，6，7，8，9；5'，6'，7')，所述多个像素构造用于将来自所述红外辐射源(2)通过所述流体介质传播的红外辐射探测为各个像素测量信号，以及分析处理装置(100)，所述分析处理装置构造用于汇总并且通过单个测量通道(K；K')输出所述像素(5，6)的多个像素测量信号。2.根据权利要求1所述的光谱传感器设备(1；1')，其中，所述红外传感器阵列(4；4'；4”；4”'；4””)的至少两个像素(5，6)构造用于探测第一气体并且设有用于波长选择地透射所述红外辐射的第一光学滤波器(9)。3.根据权利要求2所述的光谱传感器设备(1；1')，其中，所述红外传感器阵列(4；4'；4”；4”'；4””)的至少两个像素(7，8)构造用于探测第二气体并且设有用于波长选择地透射所述红外辐射的第二光学滤波器(10)。4.根据以上权利要求中任一项所述的光谱传感器设备(1；1')，其中，所述红外传感器阵列(4；4'；4”；4”'；4””)的至少一个像素构造为监视与均衡像素。5.根据以上权利要求中任一项所述的光谱传感器设备(1；1')，其中，一个或多个像素范围(Bl，B2，B4；Bl，B4)的像素至少部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·科普，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE