电子装置、光学的气体传感器和测量光电流和温度的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电子装置(1)，其包括光电二极管(2)和跨阻放大器(3)并且能选择性地切换到光电流测量模式和温度测量模式。在此，在光电流测量模式中，光电二极管(2)的阳极端子(22)与跨阻放大器(3)的运算放大器(31)的第一输入端(311)连接，光电二极管(2)的阴极端子(21)与运算放大器(31)的第二输入端(312)连接，并且第一偏压端子(41)与第一输入端(311)和阳极端子(22)连接。在温度测量模式中，阳极端子(22)与电子装置(1)的接地端子(35)连接，阴极端子(21)与第二输入端(312)连接，并且第一偏压端子(41)与第一输入端(311)连接并与阳极端子(22)分开。

Electronic devices, optical gas sensors and methods of measuring photocurrent and temperature

【技术实现步骤摘要】
电子装置、光学的气体传感器和测量光电流和温度的方法
本专利技术涉及电子装置以及包括这种电子装置的光学的气体传感器。此外，本专利技术涉及一种用于利用这种电子装置以组合的方式进行光电流和温度测量的方法。在此，根据本专利技术的设备和根据本专利技术的方法尤其能够与使用中红外光谱区中的射束的光学的气体传感器结合使用。
技术介绍
借助光电二极管测量中红外光谱区中的射束是对于至今为止的光学检测气体、例如CO2的技术(例如热电堆或热探测器)的有前景的替换方案。因此，在检测器面积较小的情况下，如今的光电二极管的灵敏度已经是热电堆的灵敏度的3倍。不利的是，光电二极管根据原理具有光电灵敏度的极大的温度相关性。为了能够将中红外的光电二极管在宽的温度范围上用于气体传感器中，因此需要精确地(理想地直接在光电二极管的结处)测量温度。一些市场销售的检测器模块经由微控制器测量环境温度。这种方法的缺点在于：温度测量对于扩展的温度范围很不精确。光电二极管温度与微控制器温度之间小于0.1℃的差在确定气体浓度时能够导致显著的误差。在WO2009/019467A1中描述具有中红外的光电二极管的光学的气体传感器，其中借助光电二极管本身进行温度测量。该测量基于恒定电流时的阈值电压测量(Flussspannungsmessung)，即基于在光电二极管的电流电压特性的第一象限中的测量。DE102012007016B3提出：在光学的气体传感器中，利用光电二极管的温度相关的特性来确定温度。测量原理同样基于恒定电流中的阈值电压测量。在EP3051274A1中提出：光学的气体传感器的光电二极管同时用作为温度传感器。对此，沿截止方向注入电流并且测量与温度相关的截止电压。光电流随后同样能够记录为沿流动方向的电压，该电压以AC(交流)耦合的方式放大。在此，测量的电压与光电流非线性地相关。已知的气体传感器的缺点是：一方面如果借助附加的传感器确定温度，则相对不精确地测量光电二极管温度，并且另一方面用于组合光电二极管的温度测量和光电流测量的电路技术的耗费相对较大。
技术实现思路
由此，本专利技术所基于的目的是：提供用于以组合的方式进行光电流和温度测量的电子装置和方法，该电子装置和方法借助相对小的电路技术的耗费允许在相对宽的温度范围上对光电二极管例如在光学的气体传感器中进行精确和可靠的温度测量。为了实现该目的，提出根据独立权利要求的电子装置、光学的气体传感器、以及用于以组合的方式进行光电流和温度测量的方法。只要没有另作说明，从属权利要求的特征能够相互组合以形成另外的实施方式。在此，电子装置的下面描述的特征也能够在光学的气体传感器中实现，并且反之亦然。同样地，方法的特征能够反映在电子装置的和/或光学的气体传感器的特征中，并且反之亦然。根据第一方面，电子装置包括光电二极管和跨阻放大器(Transimpedanzverstaerker)。电子装置能够选择性地切换到光电流测量模式和温度测量模式中。在此，在光电流测量模式中，光电二极管的阳极端子与跨阻放大器的运算放大器的第一输入端连接，光电二极管的阴极端子与运算放大器的第二输入端连接，并且第一偏压端子与第一输入端和阳极端子连接。在温度测量模式中，阳极端子与电子装置的接地端子连接，阴极端子与第二输入端连接，并且第一偏压端子与第一输入端连接并与阳极端子分开。在本申请的范围中，借助用于表达一个电元件与另一电元件“连接”的表述来表示：在这两个电元件之间存在低欧姆的电连接。此外，应当将“地”理解为提供基准电势的结构。该基准电势能够是但不必须是接地电势。第二方面涉及一种光学的气体传感器，其包括：用于容纳气体的测量单元；用于将射束发射到容纳在测量单元中的气体的辐射源；和用于检测至少部分射束的光电二极管，其中，容纳在测量单元中的气体至少部分地处于辐射源与光电二极管之间。为了借助光电二极管以组合的方式进行光电流和温度测量，光学的气体传感器包括根据专利技术的第一方面的电子装置。换言之，光学的气体传感器的用于气体检测的光电二极管同时是根据专利技术的第一方面的电子装置的光电二极管。第三方面提出一种用于以组合的方式进行光电流和温度测量的方法，其包括如下步骤：提供根据专利技术的第一方面的电子装置；在光电流测量模式和温度测量模式二者中的一种测量模式中运行电子装置；并且将电子装置切换到光电流测量模式和温度测量模式中的相应另一种测量模式中。下面，涉及全部上述三个方面。本专利技术基于如下构思：包括光电二极管和跨阻放大器的电子装置能够设计成，使得电子装置以相对低的电路技术的耗费支持在光电流测量模式和温度测量模式之间进行简单的切换。这能够通过如下方式实现：即电子装置连接成，使得光电二极管的阳极端子在光电流测量模式中与运算放大器的第一输入端连接并且在温度测量模式中与接地端子连接。在此，光电二极管的阴极端子在所提出的两种模式中与运算放大器的第二输入端连接。此外，第一偏压端子在光电流测量模式中与第一输入端和与阳极端子连接，相反第一偏压端子在温度测量模式中与第一输入端连接并且与第一阳极端子分开。在电子装置的这两种提出的模式中，跨阻放大器设计用于将光电二极管的相应的二极管电流转换成输出电压。更确切地说，在光电流测量模式和温度测量模式中，在跨阻放大器的输出电压分接头与第一偏压端子之间能够分接出与光电二极管的相应的二极管电流成比例的输出电压。在光电流测量模式中，运算放大器实现光电子二极管在准短路情况下运行。运算放大器能够将第二输入端处的电势至少近似地调节到施加在第一偏压端子处的偏压电势的值。换言之，第二输入端是运算放大器的反相输入端，反相输入端提供具有(至少近似)偏压电势的所谓的“虚拟地”作为基准电势。因为在光电流测量模式中阳极端子和阴极端子因此至少近似地保持在相同的电势、即偏压电势上，所以在光电二极管中产生的光电流能够在准短路情况下流动。光电流能够沿着光电二极管的电流电压特性的负的纵坐标轴测量。在温度测量模式中，阴极端子至少近似地处于偏压电势上，而阳极端子位于接地端子的基准电势上。在正的偏压电势的情况下，负的偏压因此施加在光电二极管处，该负的偏压驱动经过光电二极管的、与温度相关的反向电流。因此，为了确定温度，反向电流能够在光电二极管的电流电压特性的第三象限中被测量。在一个实施方式中，电子装置包括多个开关元件，借助这些开关元件能够在光电流测量模式和温度测量模式之间切换电子装置。特别地，能够将电子装置设置成借助三个开关元件实施切换。在一个实施方式中，跨阻放大器包括负反馈路径，该负反馈路径与运算放大器并联地延伸，并且该负反馈路径将第二输入端与输出电压分接头连接。在此，负反馈子电阻R’F与第一电阻R1在该负反馈路径中串联。此外，电子装置在一个改进方案中包括第二偏压端子，该第二偏压端子能够经由第一开关元件在负反馈子电阻R’F与第一电阻R1之间的区域中连接到负反馈路径。第一开关元件在光电流测量模式中闭合并且在温度测量模式中断开。在一个变型方案中，第二偏压端子在此能够与第一偏压端子连接或者甚至与其一致。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子装置(1)，包括光电二极管(2)和跨阻放大器(3)，/n其特征在于，/n所述电子装置(1)能够选择性地切换到光电流测量模式和温度测量模式，其中，/n在所述光电流测量模式中，/n所述光电二极管(2)的阳极端子(22)与所述跨阻放大器(3)的运算放大器(31)的第一输入端(311)连接，/n所述光电二极管(2)的阴极端子(21)与所述运算放大器(31)的第二输入端(312)连接，并且/n所述电子装置(1)的第一偏压端子(41)与所述第一输入端(311)和所述阳极端子(22)连接，并且/n在所述温度测量模式中，/n所述阳极端子(22)与所述电子装置(1)的接地端子(35)连接，/n所述阴极端子(21)与所述第二输入端(312)连接，并且/n所述第一偏压端子(41)与所述第一输入端(311)连接，并且所述第一偏压端子与所述阳极端子(22)分开。/n

【技术特征摘要】
20180613 EP 18177605.51.一种电子装置(1)，包括光电二极管(2)和跨阻放大器(3)，
其特征在于，
所述电子装置(1)能够选择性地切换到光电流测量模式和温度测量模式，其中，
在所述光电流测量模式中，
所述光电二极管(2)的阳极端子(22)与所述跨阻放大器(3)的运算放大器(31)的第一输入端(311)连接，
所述光电二极管(2)的阴极端子(21)与所述运算放大器(31)的第二输入端(312)连接，并且
所述电子装置(1)的第一偏压端子(41)与所述第一输入端(311)和所述阳极端子(22)连接，并且
在所述温度测量模式中，
所述阳极端子(22)与所述电子装置(1)的接地端子(35)连接，
所述阴极端子(21)与所述第二输入端(312)连接，并且
所述第一偏压端子(41)与所述第一输入端(311)连接，并且所述第一偏压端子与所述阳极端子(22)分开。


2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，在所述光电流测量模式和所述温度测量模式中，在所述跨阻放大器(3)的输出电压分接头(33)与所述第一偏压端子(41)之间能够分接出与所述光电二极管(2)的相应的二极管电流(IPH、IDARK)成比例的输出电压(VPDO)。


3.根据前述权利要求中任一项所述的电子装置(1)，其特征在于，所述第二输入端(312)是所述运算放大器(31)的反相输入端。


4.根据前述权利要求中任一项所述的电子装置(1)，其特征在于，所述运算放大器(31)被设计成，使得所述第二输入端(312)处的电势至少近似地调节到施加在所述第一偏压端子(41)处的偏压电势(VBIAS)的值。


5.根据前述权利要求中任一项所述的电子装置(1)，其特征在于，所述跨阻放大器(3)包括负反馈路径，所述负反馈路径与所述运算放大器(31)并联地延伸并且将所述第二输入端(312)与输出电压分接头(33)连接，其中，在所述负反馈路径中串联有负反馈子电阻(R’F)与第一电阻(R1)。


6.根据权利要求5所述的电子装置(1)，其特征在于，所述电子装置(1)的第一偏压端子(41)或第二偏压端子(42)能够经由第一开关元件(S1)在所述负反馈子电阻(R’F)与所述第一电阻(R1)之间的区域中连接到所述负反馈路径。


7.根据权利要求6所述的电子装置(1)，其特征在于，在所述第一偏压端子(41)或所述第二偏压端子(42)与所述负反馈路径之间设有第二电阻(R2)。


8.根据权利要求6或7所述的电子装置(1)，其特征在于，所述阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·魏尔古尼，
申请(专利权)人：益加义电子有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT