本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于分析流体或对象的光学传感器模块。
背景技术：
光学传感器已经在多种应用中投入使用。例如ndir(nicht-dispersiveinfrarot，非分散红外)探测器可以确定周围环境空气中的co2含量，或者气体或其他材料中的湿气含量。这种传感器尤其可以用于探测介质(例如气态、固态或液态)的特定的材料特性和混合比例并且进行光谱分析处理。微型化光学传感器的可能应用之一是监测洗涤过程参数或干燥过程参数。
传感器例如可以执行反射测量。在这种测量方法中，探测器和发射器通常位于测量段的同一侧，并且由发射器产生的ir辐射被引导通过光学路径，该光学路径可以随着时间而变化，例如因为传感器至测量样本的间隔会发生变化。
光学传感器光谱分析处理的基础是均匀的光谱响应，均匀的光谱响应可以由多个波长组成。当在一个平面中(例如在电路板上)构建传感器时，为了获得均匀光谱响应，产生例如辐射的最佳聚束的挑战。
尤其在反射测量中还存在许多这种应用：在测量期间，对象和传感器模块之间的间隔会发生变化。发射器和探测器的布置中的很小的偏差，以及在发射器的发射特性中的很小的偏差已经能够对传感器的间隔相关性产生负面影响，使得在高精度的测量任务中可能严重地限制传感器的工作范围。
技术实现要素：
本发明所基于的任务可以视为提出一种可以以技术上简单地制造的具有改善的光谱均匀性的光学传感器模块。
该任务借助独立权利要求的相应主题解决。本发明的有利的构型是各个从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于分析流体或对象的光学传感器模块。传感器模块具有至少一个射束源，所述至少一个射束源用于产生一个波长范围的电磁射束并且将所述电磁射束在待检查的流体或对象的方向上发射。此外，传感器模块具有至少一个探测器，所述至少一个探测器用于接收在流体或对象上反射的射束并且将所接收的射束转换成电测量信号。传感器模块具有至少一个基座(sockel)，所述至少一个基座用于在电路板上对至少一个射束源和至少一个探测器进行定位和定向。传感器模块的至少一个信号处理单元用于放大和处理至少一个探测器的电测量信号。根据本发明，通过至少一个基座能够将至少一个射束源平行于或倾斜于至少一个探测器地定位在电路板上。
在此，至少一个射束源例如可以是至少一个红外led或红外激光器。
为了能够尽可能成本有效地实现光学传感器设计，有利的是将其微型化并且通过适当选择设计参数、材料参数和光学部件来简单地设计光学路径。通常使用smd可装配部件(smdbestückbare)或所谓的通孔(through-hole)的部件用于通孔安装(durchsteckmontage)，以实现微型化。由此，必须尽可能地将所有必要的部件布置在一个平面中，例如布置在电路板上或在to单元中。通过这种构造能够非常快速且低成本地执行部件的装配。
通过基座可以实现用于容纳至少一个探测器和至少一个射束源的机械结构，该机械结构能够布置在电路板上。因此，通过彼此合适地定位光学部件能够实现简单且成本有利的射束引导或射束聚束。除了传感器模块的光学部件的精确的定向，还可以在技术上简单地安装或制造传感器模块。此外，通过基座能够相对于射束源如此定位或定向至少一个探测器，使得减少或避免散射光。
根据光学传感器模块的一种实施例，探测器可以在至少一个基座中居中地定位在至少两个射束源之间。通过具有相等波长范围的至少两个射束源的相对置的布置，能够优化传感器模块的光谱均匀性。尤其可以由此补偿射束源的波长范围的偏差。这导致所产生的辐射的光谱分量在样品或对象所定位的测量空间中的分布得到改善，并且可以实现更均匀的光谱分布。
根据光学传感器模块的另一实施例，射束源可以在至少一个基座中居中地定位在至少两个探测器之间。作为在多个射束源之间布置探测器的替代方案，可以将宽带的射束源或发射器与多个探测器组合地使用，以便探测特定的光谱范围。由此，通过多个相同或不同探测器的较大的可探测的波长范围可以补偿射束源的发射特性的偏差。
根据光学传感器模块的另一实施例，至少一个基座旋转对称地成型，其中，至少一个基座具有用于容纳探测器的至少一个接收部(fassung)和用于容纳射束源的至少一个接收部。通过引入底座中的容纳部(aufnahmen)或接收部，在底座中可以形状锁合地使用光学部件。尤其在容纳部中使用的状态下，至少一个射束源和至少一个探测器能够光学最佳地定向。
根据光学传感器模块的另一实施例，至少一个基座至少局部地屏蔽布置在接收部中的至少一个探测器免受电磁射束。由此可以减少或防止从射束源到至少一个探测器的不期望的串扰或壳体中的散射光。因此可以扩大传感器的可用动态范围。替代地或附加地，基座可以在至少一个探测器的容纳部的范围中促进相应的进行反射的表面上的多重反射，并且因此提高传感器模块的性能。
根据光学传感器模块的另一实施例，光学传感器模块具有至少一个间隔传感器，所述至少一个间隔传感器用于求取至少一个探测器至对象的间隔。
通过附加的传感器能够进行距离测量，该距离测量可以用于补偿传感器模块的现有的间隔相关性。因此可以扩大传感器模块的工作范围。
根据光学传感器模块的另一实施例，至少一个信号处理单元具有电测量信号的偏移跟踪装置(offsetnachführung)和/或电测量信号的可变放大装置。由此，至少一个信号处理单元可以具有信号调节装置和信号处理装置，由此可以使传感器模块匹配于应用特定的要求。
根据光学传感器模块的另一实施例，光学传感器模块具有用于执行温度补偿的温度传感器。由此，在通过至少一个信号处理单元分析处理至少一个探测器的测量信号时，可以考虑对发射器或至少一个探测器的发射特性的热影响以及考虑对待检查的材料的热影响。通过附加的温度信息尤其可以补偿在处理测量信号的范畴中的温度相关的影响。
根据光学传感器模块的另一实施例，将至少一个射束源、至少一个探测器、至少一个基座、至少一个信号处理单元和至少一个能量供给单元布置在可液密密封(fluiddichtverschlieβbar)的壳体中。优选地，通过盖能够密封壳体，并且通过密封装置(例如o形圈)能够封闭壳体免受环境影响。外壳可以由塑料组成或由防水浸渍的
根据光学传感器模块的另一实施例，壳体具有至少一个窗口，所述至少一个窗口用于透射至少一个射束源的电磁射束。因此，由至少一个射束源产生的电磁射束可以从壳体中发射出来。在此，传感器模块的光学部件尤其可以受保护地布置在壳体中。
根据光学传感器模块的另一实施例，通过布置在壳体中的至少一个基座能够将至少一个探测器直接定位在至少一个窗口上。通过至少一个基座能够将至少一个探测器如此定位在壳体中，使得探测器直接布置在壳体的窗口上。尤其可以正交于窗口的平面延展地定位探测器，由此可以减少反射。根据至少一个基座的构型，探测器的容纳部可以在周侧(umfangsseitig)相对于窗口屏蔽探测器，并且因此保护探测器免受来自壳体的散射光。
根据本发明的探测器特别适合用于洗衣机或洗碗机中。
附图说明
以下根据高度简化的示意图更详细地阐述本发明的优选实施方式。在此示出：
图1a示出根据本发明的第一实施方式的传感器模块的具有多个射束源和一个探测器的基座的立体分解图；
图1b示出根据本发明的第二实施方式的传感器模块的具有多个射束源和一个探测器的基座的立体分解图；
图2示出通过根据第二实施方式的传感器模块的照明的示意图；
图3a示出根据本发明的第一实施方式的传感器模块的立体分解图；
图3b示出根据本发明的第二实施方式的传感器模块的立体分解图；
图4示出根据本发明的一种实施方式的传感器模块的信号处理单元的电路图的示意图；
图5示出根据本发明的第三实施方式的传感器模块的示意图。
在附图中，相同的结构元件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1a示出根据本发明的第一实施方式的传感器模块6的具有多个射束源2和一个探测器4的基座1的立体分解图。
基座1旋转对称地成型并且具有六个用于容纳各一个射束源2的容纳部8。用于容纳射束源2的容纳部8布置成围绕用于容纳探测器4的容纳部10。此外，用于容纳探测器4的容纳部10与射束源2的容纳部8在射束源2的发射方向上错位地布置。
根据传感器模块6的第一实施例，射束源2和探测器4可以彼此平行定向地定位在基座1中或基座1的容纳部8、10中。
在此，射束源2例如是具有3mm或5mm直径的红外led。射束源2可以发射在800nm至1000nm的波长范围内的电磁射束。
基座1在与探测器4的容纳部10相对的端部上平坦地构型，使得基座1可以形状锁合地布置在平面的电路板上。基座1具有通孔，该通孔用于射束源2和探测器4的接通部，该通孔在与射束源2的射束方向相反的方向上被引导穿过基座1。因此，引导通过基座1的接通部可以相对彼此定向并且最佳地定位在电路板上。
图1b示出根据本发明的第二实施方式的传感器模块6的具有多个射束源2和探测器4的基座1的立体分解图。与传感器模块6的第一实施例不同，在此射束源2相对于探测器4成一角度地布置。射束源2尤其朝向旋转对称的基座1的旋转轴线倾斜地或成角度地定向。这可以通过射束源2的相应的成角度构型的容纳部8来实现。由此，可以构成通过射束源2产生的电磁射束的重叠区域，这构成射束源2的均匀的发射区域，并可以补偿射束源2的制造公差。
图2示出通过根据第二实施方式的传感器模块6的照明的示意图。尤其示出通过基座1的截面。在此示出射束源2相对于探测器4成角度的布置，以及射束源2与探测器4的接通部的走向。
通过在基座1中探测器4相对于射束源2错位的布置，可以将探测器4直接定位在传感器模块6的窗口12上。在此，探测器4如此布置在基座1中，使得壁11可以保护和屏蔽探测器4免受散射光，该壁围绕探测器4的容纳部10。优选地，将基座1如此定位在传感器模块6的窗口12上，使得在壁11与窗口12之间不存在间隔或仅存在最小的间隔。
传感器模块6通过窗口12发射由射束源2产生的电磁射束。通过多个射束源2产生重叠区域a，该重叠区域构型成所有射束源2所产生的电磁射束的总和。由此能够补偿射束源2的制造公差。
可选地可以设置，将基座1构型成可运动的，使得基座可以定向到至少一个单个的射束源2和/或探测器4。为此，可以设有执行器，执行器被分配给射束源2或分配给探测器。此外，可选地可以设置，基座1构型成多部分的，其中，基座1的一部分能够相对于另一部分运动。通过这种多部分的构型，射束源2或探测器4可以分别定向到不同的元件。在一种特别的构型中，基座1的多部分构型的每个部分都配备有其自己的执行器，使得可以彼此独立地操控和定位每个部分。通过信号处理单元26可以例如根据探测器6的测量信号来操控一个或多个执行器。
图3a和3b示出根据本发明的第一和第二实施方式的传感器模块6的立体分解图。传感器模块6具有壳体14，该壳体能够通过密封环16借助盖18液密地密封。为了使用窗口12，盖18具有外部绝缘装置
此外，传感器模块6具有第一电路板20。在第一电路板20上通过螺纹连接部22固定基座1。在此，可以将射束源2和探测器4与电路板20导电地夹紧或焊接。
此外，传感器模块6具有第二电路板24，该第二电路板与第一电路板20导电连接。在第二电路板20上例如布置有传感器模块6的电流供给装置和至少一个信号处理单元26，至少一个信号处理单元用于分析处理探测器4的电信号。例如可以通过电池或外部电流连接端来构型电流供给装置。
通过螺纹连接部28，可以将相应的部件18、1、24力锁合地彼此固定和/或力锁合地固定在壳体14上。
图4示出根据本发明的一种实施方式的传感器模块6的信号处理单元26的电路图的示意图。在此尤其描绘由探测器4产生的电测量信号的信号路径的示例性电路。
示出探测器4，其具有连接在后面的跨阻放大器30。在此，跨阻放大器30例如可以布置在第一电路板20上，并且可以通过相应的未编号的数据线将探测器4的已放大的测量信号传输到第二电路板24。
例如可以将差分放大器32施加在第二电路板24上。借助差分放大器32，通过信号处理单元26的数模转换器34可以对不同射束源2的不同测量信号执行偏移校正。由此可以将测量信号转化到后续电路元件的线性区域中。
在此，在第二电路板24上布置有第二运算放大器36。第二运算放大器36能够对通过信号处理单元26处理的信号进行可变的放大。特别有利的是差分放大器32的偏移跟踪和在不同的探测区域中的可变放大的用途，例如在非常弱、且与湿度相关的信号的情况下。在探测区域内，借助数模转换器34可以更精确地跟踪测量信号，并且可以将放大切换到更高的级别。
在图5中示出根据本发明的第三实施方式的传感器模块6的示意图。与本发明的先前描述的实施例不同，传感器模块6具有温度传感器38和间隔传感器40。在通过信号处理单元26进行的进一步的分析处理中，通过温度传感器38可以考虑对象42、射束源2、探测器4或待检查的流体的发射特性中的温度限定的偏差。
在此，间隔传感器40可以是光学的或基于超声波的传感器。通过间隔传感器40可以补偿由对象42反射的测量信号的间隔相关性。
由系统上和部件平面上的公差决定，可能彼此出现光学元件的误调整(fehljustierung)。这些误调整对于光谱学的应用非常重要，在光谱学应用中通常将测量通道的至少一个波长与参考通道的波长彼此进行比较。由于这些误调整会产生传感器特定的间隔相关性，通过使用间隔传感器40可以补偿该间隔相关性。
因为尤其在通过传感器模块6在反射模式下进行测量时传感器4、6至对象42的间隔可能会发生改变，所以通过将用于间隔测量的间隔传感器40集成到传感器模块6中实现以下可能性：补偿测量信号的间隔相关性。
图5中还示出根据本发明的第三实施方式的传感器模块6的所有相关部件的概况。
另一实施例涉及一种用于分析处理由探测器4接收的电测量信号的方法，例如可以在信号处理单元26中执行该方法。在此，如此处理测量信号，使得信号处理单元26根据从至少一个射束源2回射(zurückfallen)到探测器4上的辐射强度显示一个或多个信号。此外能够设想，信号处理单元26的信号根据温度传感器38和/或间隔传感器40的测量参量产生。