利用被引导的热辐射执行参考测量的传感器和方法技术

一种用于执行参考测量的流体传感器，流体传感器包括具有顶部主表面区域的支撑结构，其中，支撑结构的顶部主表面区域构成传感器的公共系统平面。此外，流体传感器包括在支撑结构的顶部主表面区域上的热发射器，其中，热发射器被配置为发射热辐射。流体传感器还包括支撑结构的顶部主表面区域上的第一波导部段、和支撑结构的顶部主表面区域上的第一热辐射检测器、以及第一波导部段的至少一部分上的盖结构，其中，盖结构被配置为密封第一波导部段的至少一部分。此外，第一波导部段被配置为将由热发射器发射的热辐射的第一部分引导到第一热辐射检测器，并且第一热辐射检测器被配置为检测被引导的热辐射的第一部分以执行参考测量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
利用被引导的热辐射执行参考测量的传感器和方法


[0001]本公开的示例包括用于利用被引导的热辐射执行参考测量的传感器和方法。

技术介绍

[0002]为了测量周围空气中的单个气体浓度，信号评估是一种挑战。一种可能性是将实际测量与参考测量进行比较。以这种方式，可以更容易地考虑背景噪声。参考测量必须满足各种要求才能被视为参考。参考测量和测量本身必须对于外部影响的变化(例如，温度变化)表现出相同行为。此外，诸如电源电压的波动之类的影响必须相同地影响两个测量。
[0003]为了克服这种挑战，需要一种用于流体传感器的参考测量的改进概念。
[0004]这种需要可以通过根据本专利技术的流体传感器解决。此外，在以下中限定了流体传感器的具体实施方式。

技术实现思路

[0005]本公开的示例包括用于执行参考测量的流体传感器，流体传感器包括具有顶部主表面区域的支撑结构，其中支撑结构的顶部主表面区域构成传感器的公共系统平面。此外，流体传感器包括在支撑结构的顶部主表面区域上的热发射器，其中热发射器被配置为发射热辐射。流体传感器还包括支撑结构的顶部主表面区域上的第一波导部段和支撑结构的顶部主表面区域上的第一热辐射检测器以及第一波导部段的至少一部分上的盖结构，其中盖结构被配置为密封第一波导部段的至少一部分。此外，第一波导部段被配置为将由热发射器发射的热辐射的第一部分引导到第一热辐射检测器，并且第一热辐射检测器被配置为检测被引导的第一部分热辐射以执行参考测量。
[0006]本公开的其他示例包括用于执行参考测量的方法。该方法包括通过热发射器发射热辐射，其中热发射器布置在支撑结构的顶部主表面区域上，并且其中支撑结构的顶部主表面区域构成公共系统平面。该方法还包括通过第一波导部段将由热发射器发射的热辐射的第一部分引导到第一热辐射检测器，其中第一波导部段和第一热辐射检测器被布置在支撑结构的顶部主表面区域上，并且其中第一波导部段的至少一部分由盖结构密封。此外，该方法包括检测被引导的第一部分热辐射以执行参考测量。
[0007]本公开的示例基于通过将由热发射器发射的热辐射经由第一波导部段引导到第一热辐射检测器来执行参考测量的思想。为了抑制对测量的特定环境作用，盖结构被配置为密封第一波导部段的至少一部分。例如，周围流体对被引导辐射的影响，例如可以通过用盖结构物理地阻挡来自第一波导部段的流体，抑制或减小被引导热辐射的消逝场的影响。其它环境作用，例如温度可能仍然影响测量。
[0008]可以使用具有减少的环境作用的被引导辐射的测量，以便确定关于未被抑制的环境效应(例如，温度或湿度)的信息，或者所述效应对被引导辐射的作用，该作用不受盖结构影响或者仅在有线程度上受盖结构影响。该信息可以用于校正以与参考测量相同的方式或几乎相同的方式受环境作用的其他测量。例如，流体传感器可以被配置为确定关于周围流
体的信息。简单地测量所述流体可能导致显著的测量误差，因为测量依赖于其它环境效应，例如温度和湿度。因此，可以通过抑制周围流体作用的方式执行参考测量，以获得检测器在没有流体的情况下可以测量到的参考。因此，可以使用相似设置的发射器、波导部段以及检测器但无盖，来执行第二测量，并且可以利用参考测量的信息来校正其结果。
[0009]此外，不仅可以以这种方式确定或补偿环境效应。利用参考测量，并且例如对随时间变化的测量趋势的评估可以确定或考虑传感器参数或传感器状态，例如传感器的老化和/或电源电压的波动，以补偿或改进传感器的其它测量。通过减少盖结构对测量的影响，可以实现用于监测的参考测量。因此，可以调整传感器增益和/或测量特性，以提高测量精度。可以执行适配以补偿环境效应的影响，例如温度、湿度、和/或诸如由于老化引起的灵敏度下降的效应，和/ 或取决于或根据测量周期数的传感器变化的影响，例如尤其是对于发射器或加热器。
[0010]此外，使用波导允许实现电效率的增加。利用波导，由热发射器发射的大量辐射可以被引导到检测器，例如与没有波导的方案相比明显更大量的辐射可以被引导到检测器，这归因于没有被朝向检测器导向的辐射的热辐射损耗。此外，波导的使用允许发射器与检测器之间的明确限定的传输路径，因此其可以容易地建模。根据这种模型，可以在第二测量中校正环境效应的作用，例如，用于确定周围流体的特性。
[0011]此外，使用波导部段允许发射器与检测器之间的传输路径具有多种形状。因此，根据本公开的流体传感器可以容易地安置在电路中，即使电路具有有限空间或奇怪形状的空间。
[0012]简单地说，根据本专利技术的示例基于使用封装波导作为例如，用于气体感测应用的参考路径的理念。
附图说明
[0013]附图不一定是按比例绘制的，而是将重点普遍地放在了说明本公开的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本公开的各种示例，其中：
[0014]图1示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意图；
[0015]图2示出了根据本公开的示例的具有密封腔的流体传感器的示意图；
[0016]图3示出了根据本公开的示例的具有第二波导部段和检测器的流体传感器的示意图；
[0017]图4示出了根据本公开的示例的具有带有限定气体的腔的流体传感器的示意性侧视图；
[0018]图5包括图5a和图5b，图5a示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意图、流体传感器的示意性截面，图5b示出了流体传感器的传感器原理；
[0019]图6示出了根据本公开的示例的第一波导部段和/或第二波导部段的可能实施方式的示意图；
[0020]图7示出了作为根据本公开的示例的热发射器和滤波器结构的组合的示例的光子晶体发射器的示意图；
[0021]图8示出了根据本公开的示例的光子晶体发射器的发射在波长上的曲线图的示例；
[0022]图9示出了根据本公开的示例的具有pn结温度传感器和可选的压电检测器的流体传感器的测量路径的示意图；
[0023]图10示出了图9的pn结温度传感器的示意性俯视图；
[0024]图11示出了图9的压电检测器的示意性侧视图；以及
[0025]图12示出了根据本公开的示例的用于执行参考测量的方法。
具体实施方式
[0026]即使出现在不同的附图中，相同或等同的元件或具有相同或等同功能的元件在以下描述中由相同或等同的附图标记表示。
[0027]在以下描述中，阐述多个细节以提供对本公开的示例的更全面的说明。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本公开的示例。在其它情况下，以框图形式示出了公知的结构和设备，而没有详细示出它们，以避免混淆本公开的示例。此外，除非另外特别指出，否则本文描述的不同示例的特征可以彼此组合。
[0028]图1示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意图。图1示出了流体传感器100，包括：支撑结构110，具有顶部主表面区域112；以及热发射器120和第一热辐射检测器130，布置在顶部主表面区域112上；以及第一波导部段140，布置在发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于执行参考测量的流体传感器(100、200、300、400、500)，所述流体传感器包括：支撑结构(110)，具有顶部主表面区域(112)，其中，所述支撑结构的所述顶部主表面区域构成所述传感器的公共系统平面；以及热发射器(120)，在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上，其中，所述热发射器(120)被配置为发射热辐射；以及第一波导部段(140)，在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上；以及第一热辐射检测器(130、332、334)，在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上；以及盖结构(150)，在所述第一波导部段(140)的至少一部分上，其中，所述盖结构(150)被配置为密封所述第一波导部段的所述至少一部分；以及其中所述第一波导部段(140)被配置为将由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的第一部分引导到所述第一热辐射检测器(130、332、334)；以及其中所述第一热辐射检测器(130、332、334)被配置为检测所述热辐射的被引导的所述第一部分以执行所述参考测量。2.根据权利要求1所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括密封腔(220)，并且其中，所述密封腔被布置在所述盖结构(150)与所述第一波导部段(140)的至少一部分之间。3.根据权利要求2所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述密封腔(220)包括限定气氛和/或限定流体(410)；以及其中所述第一波导部段(140)被配置为：使所述热辐射的被引导的所述第一部分的消逝场能够以确定方式与所述限定气氛和/或所述限定流体(410)相互作用，以使所述热辐射的被引导的所述第一部分包括关于所述流体传感器的所述测量条件的信息。4.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括第一滤波器结构(210)，并且其中所述第一滤波器结构(210)被配置为对由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的所述第一部分进行滤波，以及其中，所述第一波导部段(140)包括所述第一滤波器结构(210)；和/或其中，所述热发射器(120)包括所述第一滤波器结构(210)；和/或其中，所述第一热辐射检测器(130、332、334)包括所述第一滤波器结构(210)；和/或其中，所述第一滤波器结构(210)在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上被布置在所述热发射器(120)与所述第一波导部段(140)之间、和/或被布置在所述第一热辐射检测器(130、332、334)与所述第一波导部段(140)之间。5.根据权利要求4所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述热发射器(120)包括半导体条带；以及其中所述半导体条带被配置为发射作为所述热辐射的宽带热辐射；以及其中所述第一滤波器结构(210)是包括半导体材料的光学滤波器结构；以及其中所述滤光片结构具有窄透射带；以及其中所述光学滤波器结构被配置为对由所述热发射器(120)发射的所述宽带热辐射的所述第一部分进行滤波。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上的第二波导部段(340)和所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上的第二热辐射检测器(330、332、334)；以及其中所述第二波导部段(340)被配置为将由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的第二部分引导到所述第二热辐射检测器(330、332、334)；以及其中所述第二波导部段(340)被配置为使所述热辐射的被引导的所述第二部分的消逝场能够与周围流体(420)相互作用；以及其中所述第二热辐射检测器(330、332、334)被配置为检测所述热辐射的被引导的所述第二部分，以便确定关于所述周围流体(420)的信息，基于所述热辐射的被引导的所述第二部分的消逝场与所述周围流体(420)的相互作用，以及基于所述热辐射的被引导的所述第一部分，由所述第一热辐射检测器(130、332、334)进行检测。7.根据权利要求6所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括所述第二滤波器结构(340)，并且其中所述第二滤波器结构被配置为对由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的所述第二部分进行滤波；以及其中所述第二波导部段(340)包括所述第二滤波器结构(340)；和/或其中所述热发射器(120)包括所述第二滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
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：