[发明专利]用于校正辐射传感器的输出信号和用于测量辐射的方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于校正辐射传感器的输出信号和用于测量辐射的方法与设备。相关公开内容可参见DE 102 004 028 032.0和DE 102 004 028022.3。

背景技术

辐射传感器将电磁辐射转变成电信号。这可例如通过热电堆、测辐射热仪或类似物来完成。由其感测的辐射常常是红外辐射(波长大于800nm)。这种类型的辐射传感器常常用于无接触式温度测量。将被测量温度的主体依据其温度发射辐射。辐射越强烈，所述主体的温度越高。因此，主体发射的红外辐射可用于无接触式地测量其温度。将参看图1解释其细节。

图1展示传感器元件10。其包括框架2，框架2是薄膜3的支撑件。框架2围绕开口4，开口4依据特定必要性而可能具有矩形或圆形横截面。薄膜3用以使形成于薄膜3的顶面上的实际感测部分1尽可能地与周围热绝缘。传感器元件10的感测部分1从顶面接收辐射(优选为红外辐射)，如两个箭头IRn和IRs指示。IRs指示将测量的来自主体的所需信号辐射。然而，感测部分还接收噪声辐射，如箭头IRn指示。这可能来自于感测部分的紧密邻近处的组件，例如传感器的外壳、屏蔽部件或类似物。感测部分1本身无法区分哪一种辐射照射在其表面上。其会将两种辐射均转变为电信号。

如果感测部分1包括由一系列热触点和冷触点组成的热电堆，那么测量原理是入射辐射将转变为热端/触点1a处的温度改变(通常为温度的升高)。在图1中，开口4上方的末端是热电堆的热端1a，而框架2上方的末端是冷端1b。为了增强测量灵敏度，可用辅助层覆盖热端和冷端，特定来说是热端1a上方的吸收层5和冷端1b上方的反射层6。入射辐射引起热端与冷端之间的温度差，且依据此温度差，热电堆将产生电信号。

另一噪声源由粗箭头Ta指示。其为通过各个物理主体的热传导。7是例如硅晶片、陶瓷基板或印刷电路板的衬底，图1的传感器元件10安装在所述衬底上。周围温度的改变将通过热传导传递通过支撑件7、框架2和薄膜3到达感测部分1。热传导还在周围大气与传感器元件10及其感测部分1之间发生，但通过衬底7的热传导通常在效果上强得多。由于冷端通常与热端相对于框架2位于不同的位置，因此前者将比热端更早经历周围温度的改变。传感器元件的薄膜上的热触点通常是经历温度改变的最后的相关组件，因为其通常是相关测量系统的最佳热隔离的部分。

因此，周围温度的改变将首先由冷端经历，且只有稍后才由感测部分1的热端经历。因此，通过热传导，在热端与冷端之间建立温度差，其与由信号红外辐射引起的温度差无关。温度改变越快，由热传导引起的温度差将越大，因为在通过一温度范围的快速转变中，传感器元件将不会在接近于热平衡的状态中经历所述温度范围。其在传感器上的每个地方都不会具有几乎相同的温度。事实上，在热端与冷端之间将存在温度差，所述温度差将用以引起输出信号中的误差且因此引起所测量的温度的误差。

上文提到的同一申请人的两个德国专利申请案提出了各种方法来克服由环境的温度骤变引起的错误的测量值。一种提议是通过将热端和冷端相对于框架2合适地排列在一侧，且在另一侧通过适当地设计辅助层5和6(吸收层、反射层)来平衡朝向热端和冷端的热流。然而，在各种应用中这无法完全消除错误的测量值。在许多情况下，期望冷端在框架2上方，因为框架2充当热质量且具有在进行测量时将冷端保持在稳定温度的作用。因此，存在对热端和冷端相对于框架2的不对称排列的系统需要，且辅助层的设计无法针对周围温度的改变而对此进行完全补偿。

另一提议是设计传感器元件10的外壳以使得将由箭头IRn象征的噪声辐射尽可能地与感测部分阻隔。

但尽管以上提议特别地通过适当设计无论如何都需要的组件(包含框架、薄膜、热电堆、辅助层以及传感器外壳的传感器元件10)而具有显著有利的作用，但仍然存在需要尤其在变化的周围温度(“热震(thermal shock)”)下对误差源进行更加复杂的补偿的情形。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于校正辐射传感器的输出信号且用于以高精度进行辐射测量的方法和设备。

根据独立权利要求的特征实现此目的。附属权利要求是针对本发明的优选实施例。

一种用于校正辐射传感器的输出信号的方法包括步骤：从与所述辐射传感器的温度有关的量的相应数目的测量值中获得两个或两个以上温度信号，以及参考所述温度信号校正所述输出信号。