用于光声传感器的原位校准的设备和方法技术

公开了用于光声传感器的原位校准的设备和方法。示出了用于光声传感器4的原位校准的设备2’。设备2’包括沿传输路径向气体发射光的光发射器6和被配置成检测基于所接收的光从气体发射的声信号的声传感器元件112。此外，该设备包括感测单元8a和校准单元10，其中，感测单元8a被配置成检测沿传输路径传输的光并且提供输出信号，校准单元10从感测单元8a接收输出信号并且基于来自感测单元的输出信号来提供校准信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于在光声传感器工作期间获得的校准信息来对光声传感器执行原位校准的设备和方法。可以通过基于校准信息调整IR发射器或通过对IR发射器的输出信号(或者根据输出信号得到的信号)执行校正处理来实施对光声传感器的原位校准。另外的实施方式示出了包括该设备的微机电系统。另外的实施方式涉及对PAS模块(PAS：光声传感器)的(使用中)校准。
技术介绍
气体传感器经受多重校准过程，并且在具有比较短的生命周期之后经受气体传感器的快速替换。通常的校准过程基于在预定时段(例如几天)内的最低测量值来调整传感器的零线。然而，这仅适用于具有将被测量的气体混合物不存在的时段的传感器，因此其使用受限。此外，它的校准方法不是非常精确。不同的校准过程可能使用参考传感器，该参考传感器仅用于测量校准值因此与将被校准的主传感器相比遭受较少的劣化。然而，这是昂贵且复杂的，并且由于需要包括参考传感器，因此整个(光声)传感器变得较大。因此，需要一种改进的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于校准光声传感器的改进的构思。通过独立权利要求的主题来实现该目的。实施方式是基于如下发现：可以对光声传感器执行原位校准或者使用中校准来克服上述限制。因此，气体传感器可以在其整个生命周期都具有高且稳定的精度。将示出用于原位校准的多个实施方式，例如涉及通过调整红外(IR)发射器来校准光声传感器。更具体地，实施方式是基于如下发现：可以基于校准信息来执行对光声传感器的原位校准或使用中校准，该校准信息可以根据光声传感器或例如光声传感器的IR发射器的物理参数或特性而得到，并且该校准信息是在光声传感器的工作期间获得的或检测到的。可以通过基于校准信息调整IR发射器(例如，通过调整馈送至IR发射器的控制信号和/或通过校正IR发射器的输出信号(或者根据输出信号得到的信号))来执行对光声传感器的原位校准。此外，可以在处理或者评估IR发射器的输出信号(或者根据输出信号得到的信号)期间执行对光声传感器的原位校准，其中，所检测到的校准信息被并入到对IR发射器的输出信号(或者根据输出信号得到的信号)的处理或者评估中。结果，可以实现对IR发射器的输出信号(或者根据输出信号得到的信号)的经校正的(例如，经校准的)处理或者评估。实施方式涉及一种用于例如通过调整IR发射器而实现的对光声传感器的原位校准的设备。该设备包括测量装置和校准单元。测量装置被配置成检测或测量在光声传感器的IR发射器处或通过光声传感器的IR发射器的当前电信号(瞬时信号)，其中，校准单元可以将在IR发射器处的当前电信号与用于该电信号的比较值进行比较以获得形成校准信息的比较结果。当执行原位校准时，该校准信息可应用于光声传感器以用于调整IR发射器和/或可应用于光声传感器的输出信号以用于校正该输出信号。根据实施方式，校准单元可以基于比较结果(或校准信息)来调整当前电信号以获得在IR发射器处的目标电信号以执行原位校准。根据另外的实施方式，该设备可以包括可选的处理单元，该处理单元基于校准信息来处理光声传感器的输出信号以获得光声传感器的经调整的输出信号。光声传感器的输出信号可以是光声传感器的声传感器元件例如麦克风对IR发射器的IR辐射或者测量气体的组成或测量气体的气体组分的气体浓度的响应。更具体地，声传感器元件对通过IR/光发射器发射的IR辐射或光所激发的测量气体的光声信号进行响应。然而，可以将校准信息提供给IR发射器或提供给处理单元或者提供给IR发射器和处理单元二者。换言之，对IR发射器的直接调整可以执行对IR发射器的IR辐射的调整，其中，间接调整可以基于例如(当前)IR辐射(测量)相对于经校准的IR辐射(测量)的偏差、例如使用查找表来计算校准值，以调整光声传感器的输出信号。换言之，该设备可以检测或测量在IR发射器处的当前电压(或瞬时电压)或者通过IR发射器的当前电流(或瞬时电流)，例如以计算在IR发射器处的当前电功率(或瞬时电功率)并且将当前电功率调整至电功率的预定值或期望值。可以根据查找表或另外的匹配手段来获得预定值或期望值，从而将(当前)电功率映射至IR发射器的温度或发射率，其中，IR发射器的发射率可以指代电磁辐射，例如IR辐射或温度辐射。换言之，校准单元可以调整当前电功率以获得IR发射器的物理特性或物理特性的目标值。此外，实施方式示出校准单元被配置成调整当前电信号以对IR发射器的电阻的变化进行补偿。IR发射器的电阻的变化可以影响IR发射器处的当前电压或者通过IR发射器的当前电流，从而影响IR发射器的功率输入。然而，IR发射器的功率输入与IR发射器的温度或发射率直接相关，从而导致IR发射器的电磁辐射的波长移位。IR发射器的电阻可以由于例如IR发射器的劣化而变化。根据另外的实施方式，当前电信号包括电脉冲，例如脉冲信号或脉冲式信号。此外，校准单元被配置成根据基于电脉冲的当前(或瞬时)物理特性来计算另外的光声传感器处的时间常数，其中，时间常数指示当前物理特性跟随电脉冲的能力。换言之，可以计算AC电流行为(behavior)，或更具体地，当前电信号和IR发射器的暂态行为。该行为可以例如使用时间常数来表征，该时间常数可以通过分析IR发射器对电脉冲的脉冲响应或者阶跃(函数)响应来计算。因此，电脉冲可以是正弦脉冲或信号或者余弦脉冲或信号、矩形函数或者(近似)狄拉克脉冲。此外，校准单元可以被配置成调整电脉冲以使得电脉冲的边缘陡度、幅度或重复频率中的至少之一改变。电脉冲(或者电脉冲序列或脉冲(式)信号)的变化还可以改变IR发射器的物理特性，以使得当前物理特性与物理特性的目标值之间的绝对差减小。换言之，可以改变前述正弦波或脉冲或者余弦波或脉冲、矩形信号或者狄拉克脉冲以使得IR发射器处的电功率、IR发射器的温度或者IR发射器的发射率被调整至它们的目标值。另外地或可替选地，电脉冲可以仅是用于获得校准值的测量信号。因此，性质表征需要对IR发射器执行的校准的量，使得例如基于该性质来调整时间常数，其中，时间常数可以根据用于操作光声传感器的测量信号和电脉冲来得到。通常，由于IR发射器的劣化，当前物理特性可能会不同于物理特性的目标值，并且其中，校准单元可以被配置成调整电脉冲或者通常调整当前电信号，以使得IR发射器的劣化被补偿。另外的实施方式涉及一种用于例如通过调整IR发射器而实现的对光声传感器的原位校准的设备。该设备包括校准单元和感测单元。校准单元被配置成控制信号发生器以使得信号发生器向光声传感器的IR发射器馈送电脉冲或脉冲(式)信号。感测单元被配置成检测或测量IR发射器的表面的当前物理特性，其中，IR发射器的当前物理特性取决于电脉冲。此外，校准单元可以将IR发射器的表面的当前物理特性与IR发射器的表面的物理特性的目标值进行比较以获得形成校准信息的校准信号11’。当执行原位校准(11’)时，校准信息(或者校准信号)可应用于信号发生器(12)以用于调整IR发射器和/或可应用于光声传感器的输出信号以用于校正该输出信号。因此，校准单元可以基于校准信号来调整信号发生器的电脉冲以执行原位校准。换言之，可以确定温度或者发射率，其中发射率例如为发射电磁辐射的能力。因此，温度传感器可以测量IR发射器的环境的温度，该温度例如是IR发射器周围的气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光声传感器(4)的原位校准的设备(2’)，所述设备(2’)包括：光发射器(6)，所述光发射器(6)沿传输路径向气体发射光；声传感器元件(112)，所述声传感器元件(112)被配置成检测基于所接收的光从所述气体发射的声信号；感测单元(8a)，所述感测单元(8a)被配置成检测沿所述传输路径传输的光并且提供输出信号；校准单元(10)，所述校准单元(10)从所述感测单元(8a)接收所述输出信号并且基于来自所述感测单元的所述输出信号来提供校准信息。

【技术特征摘要】
2015.09.07 DE 102015217098.51.一种用于光声传感器(4)的原位校准的设备(2’)，所述设备(2’)包括：光发射器(6)，所述光发射器(6)沿传输路径向气体发射光；声传感器元件(112)，所述声传感器元件(112)被配置成检测基于所接收的光从所述气体发射的声信号；感测单元(8a)，所述感测单元(8a)被配置成检测沿所述传输路径传输的光并且提供输出信号；校准单元(10)，所述校准单元(10)从所述感测单元(8a)接收所述输出信号并且基于来自所述感测单元的所述输出信号来提供校准信息。2.根据权利要求1所述的设备(2’)，其中，所述感测单元位于距离所述光声传感器的声传感器(112)的第一距离(204a)处并且位于距离所述光声传感器的所述光发射器(6)的第二距离(204b)处，其中，所述第一距离小于所述第二距离。3.根据权利要求1或2所述的设备(2’)，其中，所述感测单元位于使得从所述感测单元检测的光和到达所述气体的光两者衰减相同的量的空间位置处。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(2’)，其中，所述感测单元位于相对于所述光声传感器的声传感器(112)的如下空间位置处：该空间位置使得所述物理特性的有效传输路径相对于所述传感器以及相对于所述感测单元的长度相差不超过20％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(2’)，其中，所述校准单元(10)被配置成基于所述校准信息来调整所述光发射器的物理特性以执行所述原位校准。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(2’)，还包括处理单元(15)，所述处理单元(15)被配置成基于所述校准信息来处理所述光声传感器的输出信号，以获得所述光声传感器的经调整的输出信号。7.根据权利要求2至6中任一项所述的设备(2’)，具有另外的感测单元，所述另外的感测单元被配置成在不同于所述感测单元的位置的位置处检测所述光发射器(6)的当前物理特性；其中，与所述感测单元的空间位置相比，所述另外的感测单元位于与所述光发射器较接近的空间位置；或者其中，所述另外的感测单元位于距离所述光发射器的第三距离(204c)处，其中，所述第三距离小于所述第二距离(204b)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(2’)，其中，所述校准单元(10)被配置成基于由所述感测单元测量的物理特性与由所述另外的感测单元测量的物理特性的差，确定是将所述校准信息应用于信号发生器(12)以调整所述光发射器还是将所述校准信息应用于所述光声传感器的输出信号以校正所述输出信号。9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备(2’)，其中，所述光发射器被配置成发射具有不同特性的光脉冲。10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备(2’)，其中，所述感测单元基于特性不同于用于常规光声测量的光脉冲的特性的光脉冲来提供所述输出信号。11.根据权利要求9或10中任一项所述的设备(2’)，其中，不同的特性包括选自以下中的至少一个特性：所述光脉冲的不同的重复频率；所述光脉冲的不同的形状；以及不同的光谱。12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备(2’)，包括被配置成检测所述光发射器的当前物理特性的另外的感测单元，其中，所述校准单元包括阈值开关，所述阈值开关被配置成在物理特性超过阈值的情况下向信号发生器发送信号以停止向所述光发射器馈送电信号。13.根据权利要求12所述的设备(2’)，其中，所述阈值开关包含滞后，使得当落后于另外的阈值时，所述信号发生器开始向所述光发射器馈送所述电信号。14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备(2’)，其中，另外的感测单元被配置成通过确定所述光发射器的环境的温度来测量所述光发射器(6)的表面的温度；或者其中，所述感测单元(8’)被配置成基于所检测的沿所述传输路径传输的光来确定所述光发射器的温度。15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备(2’)，其中，所述设备(2’)包括信号发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·科尔布，阿尔方斯·德厄，约亨·胡伯，弗朗茨·约斯特，霍斯特·托伊斯，于尔根·韦尔伦施泰因，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE