DE102023122657A1 - Improved optical fiber with a self-aligning sensor element with NV centers and a small measuring volume and method for producing this optical fiber and its applications - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter (LWL) mit einem Sensorelement (SE), wobei das Sensorelement (SE) ein Trägermaterial (TM) aufweist und wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (SE) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (TM) ein strahlungsgehärtetes Trägermaterial (TM) ist. Dies ermöglicht eine selbstjustierende Serienfertigung mit einem hohen Cpk-Wert. Für die Funktionstüchtigkeit der damit aufgebauten Vorrichtungen ist es notwendig, dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) der Pumpstrahlung (LB), mit der die NV-Zentren (NVZ) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist und dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge (λfl) der Fluoreszenzstrahlung (LB) der NV-Zentren (NVZ) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren im Wesentlichen transparent ist.The invention relates to an optical waveguide (LWL) with a sensor element (SE), wherein the sensor element (SE) has a carrier material (TM) and wherein a large number of diamonds (DM) are embedded in the carrier material (TM) and wherein one or more or all diamonds (DM) of these diamonds (DM) have NV centers (NVZ) and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers (NVZ) of the sensor element (SE) and/or the other paramagnetic centers of the sensor element (SE) are at Irradiation with pump radiation (LB) emits at least one fluorescent radiation (FL). The invention is characterized in that the carrier material (TM) is a radiation-hardened carrier material (TM). This enables self-adjusting series production with a high Cpk value. For the devices constructed with it to function, it is necessary that the carrier material (TM) for radiation with a pump radiation wavelength (λpmp) of the pump radiation (LB), with which the NV centers (NVZ) and/or the other paramagnetic centers are pumped, is essentially transparent and that the carrier material (TM) is essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength (λfl) of the fluorescence radiation (LB) of the NV centers (NVZ) and / or the other paramagnetic centers.
Description
Zu den PrioritätenAbout the priorities
Die hier vorgelegte deutsche Patentanmeldung nimmt die Prioritäten der folgenden deutschen Patentanmeldungen
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Feld der ErfindungField of invention
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur hoch ortsaufgelösten Messung von magnetischen Feldern mittels eines Lichtwellenleiters mit einem gegenüber dem Lichtwellenleiter in Bezug auf eine Zielplatzierung selbstjustierenden Sensorelement. Als Anwendungen offenbart das hier vorgelegte Dokument eine Verwendung der Vorrichtung zur Kommutierung eines Elektromotors und einen Sensorkopf zur Erfassung von Materialeigenschaften an der Oberfläche eines Werkstücks. Das Sensorelement umfasst eine Vielzahl von Diamanten, die NV-Zentren oder andere paramagnetische Zentren umfassen. Diese Vielzahl von Diamanten weist eine unterschiedlicher Orientierung zueinander auf. Im Anwendungsfall eines Sensorkopfes weisen somit diese Vielzahl von Diamanten weist eine unterschiedliche räumliche Orientierung der Diamanten auch zum Sensorkopfgehäuse auf.The invention is directed to a device for the highly spatially resolved measurement of magnetic fields using an optical waveguide with a sensor element that is self-adjusting relative to the optical waveguide with respect to a target placement. As applications, the document presented here discloses a use of the device for commutation of an electric motor and a sensor head for detecting material properties on the surface of a workpiece. The sensor element includes a plurality of diamonds that include NV centers or other paramagnetic centers. This variety of diamonds has different orientations to each other. In the case of a sensor head application, this large number of diamonds therefore have a different spatial orientation of the diamonds to the sensor head housing.
Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter (LWL) mit einem Sensorelement (SE), wobei das Sensorelement (SE) ein Trägermaterial (TM) aufweist und wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (SE) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (TM) ein strahlungsgehärtetes Trägermaterial (TM) ist. Dies ermöglicht eine selbstjustierende Serienfertigung mit einem hohen Cpk-Wert. Für die Funktionstüchtigkeit der damit aufgebauten Vorrichtungen ist es notwendig, dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) der Pumpstrahlung (LB), mit der die NV-Zentren (NVZ) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist und dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge (λfl) der Fluoreszenzstrahlung (LB) der NV-Zentren (NVZ) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren im Wesentlichen transparent ist.The invention relates to an optical waveguide (LWL) with a sensor element (SE), wherein the sensor element (SE) has a carrier material (TM) and wherein a large number of diamonds (DM) are embedded in the carrier material (TM) and wherein one or more or all diamonds (DM) of these diamonds (DM) have NV centers (NVZ) and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers (NVZ) of the sensor element (SE) and/or the other paramagnetic centers of the sensor element (SE) are at Irradiation with pump radiation (LB) emits at least one fluorescent radiation (FL). The invention is characterized in that the carrier material (TM) is a radiation-hardened carrier material (TM). This enables self-adjusting series production with a high C pk value. For the devices constructed with it to function, it is necessary that the carrier material (TM) for radiation with a pump radiation wavelength (λ pmp ) of the pump radiation (LB), with which the NV centers (NVZ) and / or the other paramagnetic centers are pumped , is essentially transparent and that the carrier material (TM) is essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength (λ fl ) of the fluorescence radiation (LB) of the NV centers (NVZ) and / or the other paramagnetic centers.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Serienherstellung eines solchen, vorteilhaften Lichtwellenleiters (LWL), mit einem hohen Cpk-Wert umfasst die Schritte a) Bereitstellen (140) eines Lichtwellenleiters (LWL),
wobei der Lichtwellenleiter (LWL) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; b) Bereitstellen (145) eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge (λH) härtbaren Trägermaterials (TM), wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Kristalle eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) und/oder Kristalle NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Trägermaterials (TM) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials (TM) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren; c) Benetzen (150) des ersten Endes des Lichtwellenleiters (LWL), insbesondere auf eine Benetzungslänge LB oder in einem Benetzungsbereich, mit dem Trägermaterial (TM), das die Vielzahl eingebetteter Diamanten (DM) und/oder Kristalle aufweist; d) Bestrahlen (155) des Trägermaterials (TM) im Bereich des ersten Endes (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) mit elektromagnetischer Aushärtestrahlung, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge (λH), so gewählt ist, dass das Trägermaterial (TM) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) im bestrahlten Bereich zumindest teilweise aushärtet und sich zumindest teilweise in einen Festkörper wandelt; e) Entfernen (160) des nicht ausgehärteten Trägermaterials (TM), insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials (TM) am ersten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) das Sensorelement (SE) bildet. Eine weitere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Konkretisierung des Bestrahlens (155) des Trägermaterials (TM) im Bereich des ersten Endes (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) in Form eines Einspeisens (155) elektromagnetischer Aushärtestrahlung in das zweite Ende des Lichtwellenleiters (LWL), wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge (λH), so gewählt ist, dass das Trägermaterial (TM) am ersten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. Dies hat den Vorteil, dass die Aushärtung des Trägermaterials (TM) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) zu einem Sensorelement (SE) selbstjustierend nur in dem Bereich des Lichtaustritts aus dem Lichtwellenleiter (LWL) erfolgt.A method according to the invention for series production of such an advantageous optical waveguide (LWL) with a high C pk value comprises the steps a) providing (140) an optical waveguide (LWL),
wherein the optical waveguide (LWL) has a first end and a second end; b) Providing (145) a liquid carrier material (TM) that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength (λ H ), wherein a large number of diamonds (DM) and / or crystals are embedded in the carrier material (TM) and wherein one or more or all diamonds (DM) of these diamonds (DM) and/or crystals have NV centers (NVZ) and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers (NVZ) of the carrier material (TM) and/or the other paramagnetic centers of the carrier material (TM) emit at least one fluorescent radiation (FL) when irradiated with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ); c) wetting (150) the first end of the optical waveguide (LWL), in particular to a wetting length LB or in a wetting area, with the carrier material (TM) which has the plurality of embedded diamonds (DM) and/or crystals; d) irradiating (155) the carrier material (TM) in the area of the first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL) with electromagnetic curing radiation, the wavelength of this electromagnetic radiation being the curing wavelength (λ H ), so it is chosen that the carrier material (TM) at the first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL) at least partially hardens in the irradiated area and at least partially transforms into a solid; e) removing (160) the uncured carrier material (TM), in particular by means of a solvent, the remaining film of the carrier material (TM) forming the sensor element (SE) at the first end of the optical waveguide (LWL). A further embodiment of the method according to the invention includes a specification of the irradiation (155) of the carrier material (TM) in the area of the first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL) in the form of feeding (155) electromagnetic curing radiation into the second end of the optical waveguide (LWL) , whereby the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength (λ H ), is selected so that the carrier material (TM) hardens at the first end of the optical waveguide (LWL) and turns into a solid. This has the advantage that the curing of the carrier material (TM) at the first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL) to form a sensor element (SE) takes place in a self-adjusting manner only in the area of the light exit from the optical waveguide (LWL).
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft für die spätere Reinigung ist, wenn in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Trägermaterial (TM) bei der Bestrahlung mit der Aushärtestrahlung der Aushärtewellenlänge (λH) nur teilweise aushärtet.It has been shown that it is advantageous for later cleaning if, in a further embodiment of the method according to the invention, the carrier material (TM) only partially hardens when irradiated with the hardening radiation of the hardening wavelength (λ H ).
Für die Aushärtung gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren sind relativ hohe Photonenenergien in der Regel je nach Trägermaterial (TM) vorteilhaft. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer weiteren Ausgestaltung daher vor, dass die Strahlung der der am zweiten Ende des Lichtwellenleiters zur Aushärtung eingespeisten Aushärtestrahlung UV-Strahlung mit einer Aushärtewellenlänge (λH) im Wellenlängenbereich von 1nm bis 400nm ist.For curing according to the method described above, relatively high photon energies are generally advantageous, depending on the carrier material (TM). In a further embodiment, the method according to the invention therefore provides that the radiation of the curing radiation fed in at the second end of the optical waveguide for curing is UV radiation with a curing wavelength (λ H ) in the wavelength range from 1nm to 400nm.
Für die Verbesserung der Selbstjustierung des Sensorelements (SE) gegenüber dem Lichtwellenleiter (LWL) ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn der bereitgestellte Lichtwellenleiter (LWL) zumindest am ersten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) einen Lichtwellenleiterkern (LWLC) u.a. zu diesem Zweck aufweist und/oder zumindest am ersten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) mit einer lichtundurchlässigen Schicht beschichtet ist, die eine oder mehrere lichtdurchlässige Öffnungen, die sogenannten Clearances, aufweist, und wobei diese Strukturen des Lichtwellenleiters (LWL), der Lichtwellenleiterkern (LWLC) und/oder die Clearances, den Lichtaustritt der Aushärtestrahlung mit der Aushärtewellenlänge (λH) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) bereichsweise auf einen oder mehrere Austrittsbereiche begrenzen und wobei das Verfahren in dem Trägermaterial (TM) beim Aushärten durch Einspeisung der Aushärtestrahlung mit der Aushärtewellenlänge (λH) am zweiten Ende (ELWL2) des Lichtwellenleiters (LWL) ein oder mehrere optische Funktionselemente (LWLL) und/oder ein oder mehrere Sensorelemente (SE) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) im Bereich des einen oder der mehreren Austrittsbereiche ausformt und wobei das eine oder die mehreren so durch das Verfahren ausgeformten optischen Funktionselement (LWLL) und/oder das eine oder die mehreren so durch das Verfahren ausgeformten Sensorelemente (SE) durch das Verfahren so eingerichtet werden, dass das eine oder die mehreren so durch das Verfahren ausgeformten optischen Funktionselement (LWLL) und/oder das eine oder die mehreren so durch das Verfahren ausgeformten Sensorelemente (SE)
- - mit dem Lichtwellenleiterkern (LWLC) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) und/oder
- - mit der einen oder den mehreren Clearances am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL), insbesondere durch das Verfahren selbstjustiert, optisch zusammenwirken,
- - wenn am zweiten Ende (ELWL2) des Lichtwellenleiters (LWL) optische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung (LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge (⍰pmp) eingespeist wird und/oder
- - wenn am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) NV-Zentren (NVZ) innerhalb des Trägermaterials (TM) und/oder andere paramagnetische Zentren innerhalb des Trägermaterials (TM) eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren.
- - with the optical fiber core (LWLC) at the first end (ELWL1) of the optical fiber (LWL) and/or
- - optically interact with the one or more clearances at the first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL), in particular self-aligned by the method,
- - if optical radiation, in particular pump radiation (LB) with the pump radiation wavelength (⍰pmp) is fed into the second end (ELWL2) of the optical waveguide (LWL) and/or
- - if NV centers (NVZ) within the carrier material (TM) and/or other paramagnetic centers within the carrier material (TM) emit fluorescent radiation (FL) at the first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL).
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es für einige Anwendungsbeispiele sinnvoll ist, wenn der in dem Verfahren bereitgestellte Lichtwellenleiter (LWL) mit einem oder mehreren Wellenleitern (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) beschichtet ist, die insbesondere Clearances aufweisen. Diese ermöglichen die Selbstjustierung der Sensorelemente gegenüber diesen Clearances und damit gegenüber dem Wellenleiter im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.According to the invention, it was recognized that for some application examples it makes sense if the optical waveguide (LWL) provided in the method is coated with one or more waveguides (1380, 1880, 2380, 6880, 6980), which in particular have clearances. These enable the sensor elements to be self-adjusted relative to these clearances and thus relative to the waveguide in the manufacturing process according to the invention.
Dem erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter korrespondiert ein Verwendungsverfahren für diesen vorteilhaften Wellenleiter mit sehr guten Cpk-Werten der Messwerte, die solche Lichtwellenleiter in Sensorsystemen liefern. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Größe umfasst a) das Bereitstellen eines vorbeschriebenen, vorteilhaften erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters (LWL),
wobei der bereitgestellte Lichtwellenleiter (LWL) mit einem oder mehreren Wellenleitern (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) beschichtet ist, die Clearances aufweisen, und wobei sich in den Clearances des einen oder der mehreren Wellenleiter oder auf dem Wellenleiter und/oder in der Nähe des Wellenleiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ein oder mehrere Sensorelemente (SE) befinden und b) das Einspeisen eines Mikrowellensignals (µW) in einen oder mehrere der Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) und das Einspeisen einer Pumpstrahlung (LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) in den Lichtwellenleiter (LWL), insbesondere an dem zweiten Ende (ELWL2) des Lichtwellenleiters (LWL), oder das Bestrahlen des Sensorelements (SE) des Lichtwellenleiters (LWL) mit einer Pumpstrahlung (LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) und c)The optical waveguide according to the invention corresponds to a method of use for this advantageous waveguide with very good Cpk values of the measured values that such optical waveguides provide in sensor systems. The method proposed according to the invention for determining a physical quantity comprises a) the provision of a previously described, advantageous optical waveguide (LWL) according to the invention,
wherein the optical waveguide (LWL) provided is coated with one or more waveguides (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) which have clearances, and wherein in the clearances of the one or more waveguides or on the waveguide and / or in one or more sensor elements (SE) are located near the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) and b) feeding a microwave signal (µW) into one or more of the waveguides (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) and feeding a pump radiation (LB) with the pump radiation wavelength (λ pmp ) into the optical waveguide (LWL), in particular at the second end (ELWL2) of the optical waveguide (LWL), or irradiating the sensor element (SE) of the optical waveguide (LWL). a pump radiation (LB) with the pump radiation wavelength (λ pmp ) and c)
Erfassen eines Intensitätswerts der Fluoreszenzstrahlung (FL) der NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (SE) und/oder der anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) und das d) das Ermitteln zumindest eines Messwerts für eine physikalische Größe aus diesem Intensitätswert und ggf. weiterer Werte.Detecting an intensity value of the fluorescence radiation (FL) of the NV centers (NVZ) of the sensor element (SE) and/or the other paramagnetic centers of the sensor element (SE) and d) determining at least one measured value for a physical quantity from this intensity value and if necessary .other values.
Ein anderes erfindungsgemäßes Verwendungsverfahren umfasst a) das Bereitstellen eines erfindungsgemäßen, vorteilhaften Lichtwellenleiters (LWL) und b) das Einspeisen einer Pumpstrahlung (LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) in den Lichtwellenleiter (LWL), insbesondere an dem zweiten Ende (ELWL2) des Lichtwellenleiters (LWL), oder das Bestrahlen des Sensorelements (SE) des Lichtwellenleiters (LWL) mit einer Pumpstrahlung (LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) und c) das Erfassen eines Intensitätswerts der Fluoreszenzstrahlung (FL) der NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (SE) und/oder der anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) und d) das Ermitteln zumindest eines Messwerts für eine physikalische Größe aus diesem Intensitätswert und ggf. weiteren Werten.Another method of use according to the invention includes a) providing an advantageous optical waveguide (LWL) according to the invention and b) feeding a pump radiation (LB) with the pump radiation wavelength (λ pmp ) into the optical waveguide (LWL), in particular at the second end (ELWL2) of the optical waveguide (LWL), or irradiating the sensor element (SE) of the optical waveguide (LWL) with a pump radiation (LB) with the pump radiation wavelength (λ pmp ) and c) detecting an intensity value of the fluorescence radiation (FL) of the NV centers (NVZ) of the sensor element (SE) and/or the other paramagnetic centers of the sensor element (SE) and d) determining at least one measured value for a physical quantity from this intensity value and possibly further values.
Im Rahmen der Ausarbeitung der Erfindung wurde erkannt, dass die Erfindung zur Verbesserung einer erfindungsgemäßen Magnetfeldkamera genutzt werden kann. Die Magnetfeldkamera umfasst eine Sensorelementschicht (5) als einem Sensorelement (SE), wobei das Sensorelement (SE) ein Trägermaterial (TM) aufweist und wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (SE) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren. Vorzugsweise ist das Trägermaterial (TM) ein strahlungsgehärtetes Trägermaterial (TM), was eine Herstellung mit guten Cpk-Werten ermöglich. Zur Funktionstüchtigkeit ist es erforderlich, dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) der Pumpstrahlung (LB), mit der die NV-Zentren (NVZ) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist und dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge (λfl) der Fluoreszenzstrahlung (LB) der NV-Zentren (NVZ) im Wesentlichen transparent ist und dass die Magnetfeldkamera eine Fluoreszenzkamera, insbesondere ein Lichtsensorarray (1) und eine Optik (7), zur ortsaufgelösten Aufnahme eines Fluoreszenzbildes der Fluoreszenzstrahlung (FL) der NV-Zentren (NVZ) und/oder der anderen paramagnetischen Zentren mit mindestens 2x2 Pixeln umfasst.As part of the development of the invention, it was recognized that the invention can be used to improve a magnetic field camera according to the invention. The magnetic field camera comprises a sensor element layer (5) as a sensor element (SE), wherein the sensor element (SE) has a carrier material (TM) and wherein a large number of diamonds (DM) are embedded in the carrier material (TM) and wherein one or more or all diamonds (DM) of these diamonds (DM) have NV centers (NVZ) and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers (NVZ) of the sensor element (SE) and/or the other paramagnetic centers of the sensor element (SE) are at Irradiation with pump radiation (LB) emits at least one fluorescent radiation (FL). The carrier material (TM) is preferably a radiation-hardened carrier material (TM), which enables production with good C pk values. In order to function, it is necessary that the carrier material (TM) is essentially transparent for radiation with a pump radiation wavelength (λ pmp ) of the pump radiation (LB) with which the NV centers (NVZ) and/or the other paramagnetic centers are pumped and that the carrier material (TM) is essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength (λ fl ) of the fluorescence radiation (LB) of the NV centers (NVZ) and that the magnetic field camera is a fluorescence camera, in particular a light sensor array (1) and optics (7 ), for the spatially resolved recording of a fluorescence image of the fluorescence radiation (FL) of the NV centers (NVZ) and/or the other paramagnetic centers with at least 2x2 pixels.
Erfindungsgemäß ist in einer speziellen Ausprägung die Magnetfeldkamera dazu eingerichtet, ein Fluoreszenzbild zu erzeugen und das Fluoreszenzbild auszugeben. Die Magnetfeldkamera umfasst einen Speicher. Die Magnetfeldkamera ist in dieser Ausprägung dazu eingerichtet, das Fluoreszenzbild in diesem Speicher ab- oder zwischenzuspeichern und/oder bereitzuhalten und/oder aus dem Speicher auszugeben und/oder aus dem Speicher an ein übergeordnetes Rechnersystem zu übertragen.According to the invention, in a special embodiment, the magnetic field camera is set up to generate a fluorescence image and to output the fluorescence image. The magnetic field camera includes a memory. In this embodiment, the magnetic field camera is set up to store or temporarily store the fluorescence image in this memory and/or keep it ready and/or output it from the memory and/or transmit it from the memory to a higher-level computer system.
In einer weiteren Ausprägung ist die Magnetfeldkamera dazu eingerichtet, ein computerimplementiertes Programm der künstlichen Intelligenz auszuführen, um digitalisierte und/oder binäre Messwerte und/oder Klassifikationen aus den aufgenommenen Fluoreszenzbildern der Magnetfeldkamera, insbesondere aus Fluoreszenzbildern im Speicher der Magnetfeldkamera, zu erzeugen und/oder auszugeben und/oder in einem Speicher der Magnetfeldkamera abzuspeichern und in dem Speicher der Magnetfeldkamera bereitzuhalten und/oder auszugeben und/oder an ein übergeordnetes Rechnersystem zu übermitteln .In a further embodiment, the magnetic field camera is set up to execute a computer-implemented artificial intelligence program in order to generate and/or output digitized and/or binary measured values and/or classifications from the recorded fluorescence images of the magnetic field camera, in particular from fluorescence images in the memory of the magnetic field camera and/or to store it in a memory of the magnetic field camera and to keep it ready in the memory of the magnetic field camera and/or to output it and/or to transmit it to a higher-level computer system.
In einer weiteren Ausprägung umfasst die Magnetfeldkamera einen Speicher in dem der Programmcode des computerimplementierten Programms der künstlichen Intelligenz zumindest zeitweise gespeichert ist und wobei ein Rechnersystem der Magnetfeldkamera den Programmcode bei Ausführung des computerimplementierten Programms der künstlichen Intelligenz aus diesem Speicher abruft und ausführt. Dem entspricht ein vorteilhaftes Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt zumindest ein Speichermedium umfasst und wobei in dem Speichermedium zumindest zeitweise die Information des Programmcodes des computerimplementierten Programms der künstlichen Intelligenz komprimiert und/oder nicht komprimiert und/oder verschlüsselt oder nicht verschlüsselt zumindest zeitweise gespeichert ist, und wobei das Speichermedium des Computerprogrammprodukts dazu eingerichtet ist, Teil des Speicher der Magnetfeldkamera zu werden, in dem der Programmcode des computerimplementierten Programms der künstlichen Intelligenz zumindest zeitweise gespeichert ist, oder zumindest einen Teil seines Inhalts in den Speicher der Magnetfeldkamera, in dem der Programmcode des computerimplementierten Programms der künstlichen Intelligenz zumindest zeitweise gespeichert ist, zu übertragen.In a further embodiment, the magnetic field camera comprises a memory in which the program code of the computer-implemented artificial intelligence program is stored at least temporarily and a computer system of the magnetic field camera retrieves and executes the program code from this memory when the computer-implemented artificial intelligence program is executed. Dem ent speaks of an advantageous computer program product, wherein the computer program product comprises at least one storage medium and wherein the information of the program code of the computer-implemented artificial intelligence program is at least temporarily stored in the storage medium in a compressed and/or non-compressed and/or encrypted or non-encrypted manner, and wherein the Storage medium of the computer program product is set up to become part of the memory of the magnetic field camera, in which the program code of the computer-implemented program of artificial intelligence is stored at least temporarily, or at least part of its contents in the memory of the magnetic field camera, in which the program code of the computer-implemented program of the artificial intelligence is stored at least temporarily.
Ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel betrifft eine Motorsteuerung für einen Motor,
wobei der Motor und/oder die Ansteuerung des Motors einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter umfasst und/oder wobei die Ansteuerung des Motors eine erfindungsgemäße Magnetfeldkamera umfasst und/oder wobei Ansteuerung des Motors dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt zu verwenden.Another exemplary embodiment according to the invention relates to a motor control for a motor,
wherein the motor and/or the control of the motor comprises an optical fiber according to the invention and/or wherein the control of the motor comprises a magnetic field camera according to the invention and/or wherein the control of the motor is set up to use a computer program product according to the invention.
Dem zugeordnet ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kommutierung eines Motors mit den Schritten a) des Erfassens der Zeitpunkte der Nulldurchgänge des Phasenstromes einer Motorphase des Motors mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder das b) des Erfassens der Zeitpunkte der Nulldurchgänge des Betrags der magnetischen Flussdichte innerhalb des Luftspalts (LS) des Motors mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Sensorelement (SE) im Luftspalt (LS) des Motors und/oder im Streufeld des magnetischen Feldes im Luftspalt (LS) des Motors angeordnet ist und c) des Steuerns der Kommutierung der Phasenspannungen der Phasenanschlüsse der Motorphasenwicklungen in Abhängigkeit von den Zeitpunkten der Nulldurchgänge.Associated with this is a method according to the invention for commutation of a motor with the steps a) of detecting the times of the zero crossings of the phase current of a motor phase of the motor by means of a method according to the invention and / or b) of detecting the times of the zero crossings of the amount of the magnetic flux density within the Air gap (LS) of the motor by means of a method according to the invention, wherein the sensor element (SE) is arranged in the air gap (LS) of the motor and / or in the stray field of the magnetic field in the air gap (LS) of the motor and c) controlling the commutation of the phase voltages the phase connections of the motor phase windings depending on the times of the zero crossings.
Die hohe Qualität der erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter (LWL9 ermöglicht die Serienproduktion hochqualitativer Lichtwellenleiterproduktionsmengen, wobei die Lichtwellenleiterproduktionsmenge mehrere Lichtwellenleiter (LWL) umfasst und wobei der Lichtwellenleiter (LWL) der mehreren Lichtwellenleiter (LWL) mit einem Sensorelement (SE) versehen ist und wobei das Sensorelement (SE) ein Trägermaterial (TM) aufweist und wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Kristalle eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) und/oder einer oder mehrere Kristalle dieser Kristalle NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (SE) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) einer vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität über den Lichtwellenleiter (LWL) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren. Die erfindungsgemäße Lichtwellenleiterproduktionsmenge ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Lichtwellenleiterproduktionsmenge dieser Lichtwellenleiter (LWL) 10 oder mehr Lichtwellenleiter (LWL) umfasst und dass das hier maßgebliche Toleranzfenster der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) der besagten bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) einer vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität über den Lichtwellenleiter (LWL) 10% des Mittelwerts der gemessenen Intensitäten der Fluoreszenzstrahlung (FL) der verschiedenen Lichtwellenleiter der Lichtwellenleiterproduktionsmenge bei der besagten Bestrahlung des Sensorelements (SE) mit Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) der vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität beträgt, wobei die Bestrahlung die Bestrahlung für die Vermessung des jeweiligen Lichtwellenleiters (LWL) über den jeweiligen Lichtwellenleiter (LWL) erfolgt, und dass der Cpk-Wert dieser gemessenen Intensitäten der Fluoreszenzstrahlung (FL) der verschiedenen Lichtwellenleiter (LWL) der Lichtwellenleiterproduktionsmenge bei der besagten Bestrahlung des Sensorelements (SE) mit Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) der vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität bezogen auf das besagte maßgebliche Toleranzfenster einen Cpk-Wert höher als Cpk=0,8 und/oder besser höher als Cpk=1,0 und/oder besser höher als Cpk=1,2 und/oder besser höher als Cpk=1,4 und/oder besser höher als Cpk=1,66 beträgt. Diese hohen Cpk-Werte sind für eine erfolgreiche Serienproduktion unverzichtbar.The high quality of the optical fibers (LWL9) according to the invention enables the series production of high-quality optical fiber production quantities, the optical fiber production quantity comprising several optical fibers (LWL) and the optical fiber (LWL) of the several optical fibers (LWL) being provided with a sensor element (SE) and wherein the sensor element (SE ) has a carrier material (TM) and wherein a large number of diamonds (DM) and / or crystals are embedded in the carrier material (TM) and wherein one or more or all diamonds (DM) of these diamonds (DM) and / or one or more Crystals of these crystals have NV centers (NVZ) and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers (NVZ) of the sensor element (SE) and/or the other paramagnetic centers of the sensor element (SE) upon irradiation with pump radiation (LB) are one Pump radiation wavelength (λ pmp ) of a predetermined pump radiation intensity emit at least one fluorescent radiation (FL) via the optical waveguide (LWL). The optical waveguide production quantity according to the invention is characterized in that this optical waveguide production quantity of these optical waveguides (LWL) comprises 10 or more optical waveguides (LWL) and that the relevant tolerance window here is the intensity of the fluorescent radiation (FL) of said fluorescence radiation when irradiated with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ) a predetermined pump radiation intensity via the optical fiber (LWL) 10% of the mean value of the measured intensities of the fluorescence radiation (FL) of the various optical fibers of the optical fiber production quantity during said irradiation of the sensor element (SE) with pump radiation (LB) of the pump radiation wavelength (λ pmp ) of the predetermined pump radiation intensity is, the irradiation being the irradiation for the measurement of the respective optical fiber (LWL) via the respective optical fiber (LWL), and that the C pk value of these measured intensities of the fluorescence radiation (FL) of the various optical fibers (LWL) of the optical fiber production quantity at the said irradiation of the sensor element (SE) with pump radiation (LB) of the pump radiation wavelength (λ pmp ) of the predetermined pump radiation intensity based on the said relevant tolerance window a C pk value higher than C pk =0.8 and / or better higher than C pk =1 .0 and/or better than C pk =1.2 and/or better than C pk =1.4 and/or better than C pk =1.66. These high C pk values are essential for successful series production.
In analoger Weise beschreibt da hier vorgelegte Dokument eine hochqualitative erfindungsgemäße Wellenleiterproduktionsmenge, wobei die Wellenleiterproduktionsmenge mehrere Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) umfasst und wobei jeder Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) der Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) mit einem Sensorelement (SE) versehen ist und wobei das jeweilige Sensorelement (SE) ein Trägermaterial (TM) aufweist und wobei in das jeweilige Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Kristallen eingebettet sind und
wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) und/oder einer oder mehrere Kristalle dieser Kristall NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (SE) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) einer vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren. Die erfindungsgemäße Wellenleiterproduktionsmenge ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Wellenleiterproduktionsmenge dieser Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) 10 oder mehr Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) umfasst und dass das hier maßgebliche Toleranzfenster der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) der besagten bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) einer vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität über einen Lichtwellenleiter (LWL) oder über eine für jeden Wellenleiter gleiche Lichtübertragungsstrecke 10% des Mittelwerts der gemessenen Intensitäten der Fluoreszenzstrahlung (FL) der verschiedenen Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) der Wellenleiterproduktionsmenge bei der besagten Bestrahlung des Sensorelements (SE) mit Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) der vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität beträgt, wobei die Bestrahlung für die Vermessung des jeweiligen Wellenleiters über jeweils pro Wellenleiter den Lichtwellenleiter (LWL) oder über die für jeden Wellenleiter gleiche Lichtübertragungsstrecke erfolgt und dass der Cpk-Wert dieser gemessenen Intensitäten der Fluoreszenzstrahlung (FL) der verschiedenen Wellenleiter der Wellenleiterproduktionsmenge bei der besagten Bestrahlung des Sensorelements (SE) mit Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) der vorbestimmten Pumpstrahlungsintensität bezogen auf das besagte maßgebliche Toleranzfenster einen Cpk-Wert höher als Cpk=0,8 und/oder besser höher als Cpk=1,0 und/oder besser höher als Cpk=1,2 und/oder besser höher als Cpk=1,4 und/oder besser höher als Cpk=1,66 beträgt. Diese hohen Cpk-Werte sind für eine erfolgreiche Serienproduktion unverzichtbar.In an analogous manner, the document presented here describes a high-quality waveguide production quantity according to the invention, the waveguide production quantity comprising several waveguides (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) and each waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) being the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) is provided with a sensor element (SE) and wherein the respective sensor element (SE) has a carrier material (TM) and wherein a large number of diamonds (DM) and / or crystals are embedded in the respective carrier material (TM). are embedded and
wherein one or more or all diamonds (DM) of these diamonds (DM) and / or one or more crystals of this crystal have NV centers (NVZ) and / or other paramagnetic centers and where the NV centers (NVZ) of the sensor element (SE) and/or the other paramagnetic centers of the sensor element (SE) emit at least one fluorescent radiation (FL) when irradiated with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ) of a predetermined pump radiation intensity. The waveguide production quantity according to the invention is characterized in that this waveguide production quantity of these waveguides (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) comprises 10 or more waveguides (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) and that the relevant tolerance window for the intensity of the fluorescence radiation ( FL) of said upon irradiation with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ) of a predetermined pump radiation intensity via an optical waveguide (LWL) or over a light transmission path that is the same for each waveguide, 10% of the mean value of the measured intensities of the fluorescence radiation (FL) of the various waveguides ( 1380, 1880, 2380, 6880, 6980) of the waveguide production quantity during said irradiation of the sensor element (SE) with pump radiation (LB) of the pump radiation wavelength (λ pmp ) of the predetermined pump radiation intensity, the irradiation for the measurement of the respective waveguide being over each waveguide the optical waveguide (LWL) or via the same light transmission path for each waveguide and that the C pk value of these measured intensities of the fluorescence radiation (FL) of the various waveguides of the waveguide production quantity occurs during the said irradiation of the sensor element (SE) with pump radiation (LB) of the pump radiation wavelength (λ pmp ) of the predetermined pump radiation intensity based on the said relevant tolerance window has a C pk value higher than C pk =0.8 and/or better higher than C pk =1.0 and/or better higher than C pk =1.2 and/or better higher than C pk =1.4 and/or better higher than C pk =1.66. These high C pk values are essential for successful series production.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der Schrift Ilja Fescenko, Andrey Jarmola, Igor Savukov, Pauli Kehayias, Janis Smits, Joshua Damron, Nathaniel Ristoff, Nazanin Mosavian und Victor M. Acosta „Diamond magnetometer enhanced by ferrite flux concentrators“, Phys. Rev. Research 2, 023394, 24 June 2020, DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.023394 ist die Verwendung eines dichroitischen Spiegels für die Trennung von Pumpstrahlung und Fluoreszenzstrahlung bekannt.From the paper Ilja Fescenko, Andrey Jarmola, Igor Savukov, Pauli Kehayias, Janis Smits, Joshua Damron, Nathaniel Ristoff, Nazanin Mosavian and Victor M. Acosta “Diamond magnetometer enhanced by ferrite flux concentrators”,
Aus dem Dokument Georgios Chatzidrosos, Joseph Shaji Rebeirro, Huijie Zheng, Muhib Omar, Andreas Brenneis, Felix M. Stürner, Tino Fuchs, Thomas Buck, Robert Rölver, Tim Schneemann, Peter Blümler, Dmitry Budker, Arne Wickenbrock, „Fiberized Diamond-Based Vector Magnetometers“ Front. Photon., 20 August 2021, Sec. Quantum Optics, Volume 2 - 2021|https://doi.org/10.3389/fphot.2021.732748 und aus dem Dokument Yuji Hatano, Jaewon Shin, Daisuke Nishitani, Haruki Iwatsuka, Yuta Masuyama, Hiroki Sugiyama, Makoto Ishii, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Keigo Arai, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano, „Simultaneous thermometry and magnetometry using a fiber-coupled quantum diamond sensor“ Appl. Phys. Lett. 118, 034001 (2021) https://doi.org/10.1063/5.0031502 ist die Übertragung der Pumpstrahlung zur Anregung von NV-Zentren eines Einkristalls mittels Lichtwellenleiter bekannt.From the document Georgios Chatzidrosos, Joseph Shaji Rebeirro, Huijie Zheng, Muhib Omar, Andreas Brenneis, Felix M. Stürner, Tino Fuchs, Thomas Buck, Robert Rölver, Tim Schneemann, Peter Blümler, Dmitry Budker, Arne Wickenbrock, “Fiberized Diamond-Based Vector Magnetometers” front. Photon., August 20, 2021, Sec. Quantum Optics, Volume 2 - 2021|https://doi.org/10.3389/fphot.2021.732748 and from the document Yuji Hatano, Jaewon Shin, Daisuke Nishitani, Haruki Iwatsuka, Yuta Masuyama, Hiroki Sugiyama, Makoto Ishii, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Keigo Arai, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano, “Simultaneous thermometry and magnetometry using a fiber-coupled quantum diamond sensor” Appl. Phys. Lett. 118, 034001 (2021) https://doi.org/10.1063/5.0031502 the transmission of pump radiation to excite NV centers of a single crystal using optical waveguides is known.
Die Web-Seite https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiter offenbart weitere Informationen über Lichtwellenleiter.The website https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiter reveals further information about optical fibers.
Alle diese Schriften lösen nicht das Problem, wie das Sensorelement des Lichtwellenleiters beschaffen sein soll um eine Stabilität aufzuweisen, die den thermischen Anforderungen beispielsweise für den Einsatz in einem Motor oder einem Sensorkopf geeignet ist. Bei den Verfahren im Stand der Technik werden die Diamanten an das Ende einer Glasfaser als Lichtwellenleiter geklebt. Dieser Fabrikationsschritt bedarf typischerweise einer sorgfältigen Ausrichtung der Diamanten, um eine gute Ankopplung zu erreichen. Auch sollten alle Diamanten mit NV-Zentren in gleicher Weise mit Pumpstrahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp im Betrieb bestrahlt werden. Diamanten die nicht ausreichend bestrahlt werden, zeigen nicht den vollen Kontrast hinsichtlich der Abhängigkeit der Intensität der Fluoreszenzstrahlung ihrer paramagnetischen Zentren, hier der NV-Zentren, von einem umgebenden Magnetfeld.All of these documents do not solve the problem of how the sensor element of the optical waveguide should be designed in order to have a stability that is suitable for the thermal requirements, for example for use in a motor or a sensor head. In the prior art processes, the diamonds are glued to the end of a glass fiber as an optical waveguide. This manufacturing step typically requires careful alignment of the diamonds to achieve good coupling. Also, all diamonds with NV centers should be treated in the same way with pump radiation of the pump radiation wavelength λ pmp are irradiated during operation. Diamonds that are not sufficiently irradiated do not show the full contrast in terms of the dependence of the intensity of the fluorescence radiation of their paramagnetic centers, here the NV centers, on a surrounding magnetic field.
Ein wesentliches Problem ist dabei die Erzielung eines guten Cpk-Werts für die Eigenschaften des Lichtwellenleiters, der mit NV-Zentren an einem seiner Enden bestückt ist. Bei Quantensensorsystemen mit einer Verwendung von Mikrowellen und/oder Radiowellen werden in der Regel Wellenleiter wie beispielsweise Mikrostreifenleitungen, Schlitzelitunge, Tri-Plate-Leitungen, differenzielle Mikrostreifenleitungen und differenzielle Tri-Plate-Leitungen und noch komplexere Streifenleitungssysteme eingesetzt. Der Wellenleiterbereich, in dem die NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren von Kristallen und/oder Diamanten eines Sensorelements mit einem solchen Wellenleiter wechselwirken, weist bei einer definierten Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung, die auch den Intensitätswert 0 haben kann, aufgrund einer abweichenden Permittivität ε des Trägermaterials des Sensorelements, in das diese Kristalle und/oder Diamanten eingebettet sind, und , aufgrund der abweichenden Permittivität ε dieser Kristalle und/oder dieser Diamanten einen anderen Wellenwiderstand als der Rest des Wellenleiters, der nicht von dem Sensorelement bedeckt ist auf. Ein wesentliches Problem ist dabei die Erzielung eines guten Cpk-Werts für den Wellenwiderstand des Abschnittst des Wellenleiters der von dem Sensorelement bedeckt ist. Nur solche guten Cpk-Werte ermöglichen letztlich eine Serienproduktion mit zuverlässigen, hoch qualitativen Ergebnissen und Ausbeuten. Diese Fragestellungen sind im Stand der Technik noch vollkommen unbearbeitet. Eine entsprechende Literatur konnte trotz Recherche nicht aufgefunden werden. Das hier vorgestellte Dokument schlägt hier eine nacharbeitbare beispielhafte Lösung vor und wendet diese auf verschiedene Anwendungsbeispiele an.A key problem here is achieving a good C pk value for the properties of the optical fiber, which is equipped with NV centers at one of its ends. In quantum sensor systems using microwaves and/or radio waves, waveguides such as microstrip lines, slot lines, tri-plate lines, differential microstrip lines and differential tri-plate lines and even more complex strip line systems are generally used. The waveguide region in which the NV centers and/or paramagnetic centers of crystals and/or diamonds of a sensor element interact with such a waveguide has a different permittivity ε during a defined irradiation with a pump radiation, which can also have the
Die vorbenannten Schriften lösen dieses Problem nicht. Auch erfordert die Platzierung der NV-Zentren in richtiger Art und Weise hochqualifiziertes Personal, das teuer und nicht immer verfügbar ist.The aforementioned writings do not solve this problem. Also, placing the NV centers properly requires highly qualified personnel, which are expensive and not always available.
Ein immer wieder auftauchendes Problem ist die Erkennung von Rissen und anderen Störungen in Oberflächen von ferromagnetischen Werkstücken. Im Stand der Technik sind zwar entsprechende Messmethoden bekannt. Diese zeigen aber nur eine unzureichende Ortsauflösung um kleine Risse detektieren zu können.A recurring problem is the detection of cracks and other defects in the surfaces of ferromagnetic workpieces. Corresponding measurement methods are known in the prior art. However, these only show insufficient spatial resolution to be able to detect small cracks.
Das hier vorgelegte Dokument gibt nur kurze Stichpunkte zur Prinzip für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung hinsichtlich des Stands der Technik.The document presented here only provides brief bullet points on the principle of non-destructive material testing with regard to the state of the art.
Für die Vermessung von Werkstücken mittels Magnetfeldmessung ergeben sich bei der Verwendung von Hallsensoren / -spulen zur Messung von magnetischen Streufeldern / Wirbelstromfeldern die Probleme, dass diese Messmethoden ein großes Messvolumen bei einem limitierter Abstand zum Werkstück und einen großen Messquerschnitt aufweisen. Die entsprechenden Vorrichtungen sind nicht Diamagnetisch und verändern daher das Messobjekt, das Magnetfeld.When measuring workpieces using magnetic field measurement, the problems that arise when using Hall sensors/coils to measure stray magnetic fields/eddy current fields are that these measuring methods have a large measuring volume with a limited distance to the workpiece and a large measuring cross section. The corresponding devices are not diamagnetic and therefore change the measurement object, the magnetic field.
Dem soll das hier vorgestellte Verfahren und die hier vorgestellte Vorrichtung abhelfen.The method and device presented here are intended to remedy this.
Aus der Schrift
Aus der Schrift
Aus der Schrift
- Schritt 1) Mischen der Lösung mit einer wässrigen Nano-Diamantpartikel-Lösung, die NV-Farbzentren enthält;
- Schritt 2) Auflösen der hergestellten Lösung, die mit den Nano-Diamantpartikeln, die die NV-Farbzentren enthalten, dotiert ist, mit Ultraschall durch ein Sol-Gel-Verfahren, Versiegeln und Stehenlassen der Lösung und vollständiges Hydrolysieren der Lösung, um Sol-Gel zu bilden; und
- 3) gleichmäßiges Auftragen des in Schritt 2) hergestellten Sol-Gels auf die Endfläche der optischen Faser, Halten der optischen Faser durch einen Schrittmotor, Kontaktieren der Endfläche der optischen Faser mit dem Sol-Gel, Ziehen der Endfläche der optischen Faser mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach einer Zeitspanne, um einen halbkugelförmigen Gelfilm mit einer bestimmten Dicke und einer bestimmten Krümmung zu bilden, und Aushärten, um die hergestellte Quantensonde der optischen Faser zu erhalten. Laut der technischen Lehre der
CN 1 12 146 782 ACN 1 12 146 782 ADie Schrift CN gibt an, dass der Herstellungsprozess der Sonde einfach ist, seine Wiederholbarkeit ist hoch ist und dass eine Massenproduktion realisiert werden kann.1 12 146 782 A
- Step 1) Mix the solution with an aqueous nano-diamond particle solution containing NV color centers;
- Step 2) Dissolving the prepared solution doped with the nano-diamond particles containing the NV color centers with ultrasound by a sol-gel method, sealing and allowing the solution to stand, and completely hydrolyzing the solution to sol-gel to build; and
- 3) uniformly applying the sol-gel prepared in step 2) to the end face of the optical fiber, holding the optical fiber by a stepper motor, contacting the end face of the optical fiber with the sol-gel, pulling the end face of the optical fiber at a certain speed after a period of time to form a hemispherical gel film with a certain thickness and a certain curvature, and curing to obtain the manufactured optical fiber quantum probe. According to the technical teaching of the
CN 1 12 146 782 ACN 1 12 146 782 Afont CN states that the manufacturing process of the probe is simple, its repeatability is high, and mass production can be realized.1 12 146 782 A
Aus der Schrift
Auch diese Schriften lösen das Problem der notwendigen Selbstjustage des Materials des Sensorelements mit den Kristallen, die die paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren aufweisen, gegenüber dem Lichtwellenleiter nicht.These documents also do not solve the problem of the necessary self-alignment of the material of the sensor element with the crystals that have the paramagnetic centers and/or NV centers relative to the optical waveguide.
AufgabeTask
Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für die obige Probleme
- a) der notwendigen thermischen und galvanischen Trennung und
- b) der Justage der Kristalle gegenüber dem Kern der Glasfaser bzw. dem Lichtwellenleiter und
- c) eines geeigneten Verfahrens zur Herstellung eines geeigneten Lichtwellenleiters mit hohem Cpk-Wert in der Serienproduktion.
- a) the necessary thermal and galvanic isolation and
- b) the adjustment of the crystals relative to the core of the glass fiber or the optical fiber and
- c) a suitable process for producing a suitable optical fiber with a high Cpk value in series production.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.This task is solved by the independent claims. Further refinements are the subject of subclaims.
Lösung der AufgabeSolution to the task
Vier beispielhafte Anwendungen des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL mit einem selbstjustierendem Sensorelement SE sind
- • die Vermessung eines Magnetfelds mittels eines Sensorkopfes (erstes Anwendungsbeispiel) und/oder
- • die Vermessung eines Magnetfelds in einem Motor (zweites Anwendungsbeispiel) und/oder
- • die Verwendung in einer Magnetfeldkamera als Sensorschicht 5 (drittes Anwendungsbeispiel) und/oder
- • die Verwendung in einem Wellenleiter insbesondere zusammen mit einer Magnetfeldkamera (viertes Anwendungsbeispiel) zur Vermessung physikalischer Größen, wie unbekannter Signalfrequenzen ωnk und/oder Beträge magnetischer Flussdichten und/oder Stromwerte elektrischer Ströme in Leitungen (z.B. 1330) und/oder Temperaturen und/oder Spannungen und oder indirekt ermittelbarer Größen wie Drücken und/oder mechanischen Spannungen und oder Ortskoordinaten und/oder Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen und/oder Gravitationsbeschleunigungen und/oder Rotationsgeschwindigkeiten und/oder Winkelpositionen und/oder Rotationsbeschleunigungen und/oder Schallsignalen und/oder Ultraschallsignalen und/oder Spektren.
- • the measurement of a magnetic field using a sensor head (first application example) and/or
- • measuring a magnetic field in a motor (second application example) and/or
- • Use in a magnetic field camera as sensor layer 5 (third application example) and/or
- • Use in a waveguide, especially together with a magnetic field camera (fourth application example) for measuring physical quantities, such as unknown signal frequencies ω nk and/or amounts of magnetic flux densities and/or current values of electrical currents in lines (e.g. 1330) and/or temperatures and/or voltages and/or indirectly determinable quantities such as pressures and/or mechanical stresses and/or location coordinates and/or speeds and/or accelerations and /or gravitational accelerations and/or rotational speeds and/or angular positions and/or rotational accelerations and/or sound signals and/or ultrasonic signals and/or spectra.
Die Verwendungen des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL mit einem selbstjustierendem Sensorelement SE sind hierauf aber nicht auf diese Anwendungsbeispiele beschränkt.The uses of the proposed optical waveguide LWL with a self-adjusting sensor element SE are not limited to these application examples.
Im Sinne des hier vorgelegten handelt es sich bei einem Lichtwellenleiter LWL typischerweise um einen dielektrischen Wellenleiter beliebiger Formgebung. Der Lichtwellenleiter LWL kann ein oder mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Insbesondere kann der Lichtwellenleiter LWL einen Lichtwellenleiterkern LWLC als eine solche dielektrische Schicht aufweisen. Bevorzugt weisen mehrere dielektrische Schichten eines Lichtwellenleiter LWL verschiedene Brechungsindizes und/oder dielektrische Materialkonstanten ε ihres Materials auf, sodass an den Grenzflächen zwischen diesen dielektrischen Schichten des jeweiligen Lichtwellenleiters LWL eine Reflexion auftritt.In the sense presented here, an optical waveguide LWL is typically a dielectric waveguide of any shape. The optical waveguide LWL can have one or more dielectric layers. In particular, the optical waveguide LWL can have an optical waveguide core LWLC as such a dielectric layer. Preferably, several dielectric layers of an optical waveguide LWL have different refractive indices and / or dielectric material constants ε of their material, so that a reflection occurs at the interfaces between these dielectric layers of the respective optical waveguide LWL.
Im Folgenden beschreibt das hier vorgelegte Dokument die Anwendung des vorgeschlagenen Lichtwellenleiters LWL mit einem selbstjustierenden Sensorelement SE in verschiedenen Anwendungsbeispielen.In the following, the document presented here describes the application of the proposed optical fiber LWL with a self-adjusting sensor element SE in various application examples.
Insbesondere beschreibt das hier vorliegende Dokument als erstes Anwendungsbeispiel die Verwendung des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL in einem Sensorkopf SK.In particular, the present document describes as a first application example the use of the proposed optical waveguide LWL in a sensor head SK.
Insbesondere beschreibt das hier vorliegende Dokument als zweites Anwendungsbeispiel die Verwendung des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL in einem elektrischen Motor und zwar insbesondere zur Steuerung der Kommutierung dieses Motors. Da ein Vier-Quadranten-Betrieb des Motors mitumfasst sein soll ist die Verwendung dieses Motors als Generator elektrischer Energie vom Begriff Motor im Sinne des hier vorgelegten Dokuments mitumfasst.In particular, the present document describes as a second application example the use of the proposed optical fiber LWL in an electric motor, in particular for controlling the commutation of this motor. Since four-quadrant operation of the engine is intended to be included, the use of this engine as a generator of electrical energy is included in the term engine in the sense of the document presented here.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen des vorgeschlagenen Lichtwellenleiters mit einem selbstjustierenden Sensorelement SE mit ähnlichen Messaufgaben einen Lichtwellenleiter LWL mit einem selbstjustieren Sensorelement SE und ein Verfahren zu dessen Herstellung vor.The document presented here proposes an optical waveguide LWL with a self-adjusting sensor element SE and a method for producing it for such and other applications of the proposed optical waveguide with a self-adjusting sensor element SE with similar measurement tasks.
Dabei weist das Sensorelement SE ein Trägermaterial TM auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Lichtwellenleiter ist, dass das Trägermaterial TM ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen Lichtwellenleiters LWL besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.The sensor element SE has a carrier material TM in which a large number of diamonds DM are embedded. One or more or all diamonds DM of these diamonds DM have one or more NV centers NVZ and/or one or more other paramagnetic centers. The NV centers NVZ of the sensor element SE and/or the other paramagnetic centers of the sensor element SE emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB. The special feature of the optical waveguide proposed in the document presented here is that the carrier material TM is a carrier material TM hardened by means of electromagnetic radiation and that the carrier material TM, after curing, is susceptible to radiation with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB, with which the NV centers NVZ and/or the other paramagnetic centers are pumped is essentially transparent. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. In the same way, the carrier material TM should be essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation LB of the NV centers. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. By curing a previously liquid carrier agent TM, the production of such an optical waveguide LWL is particularly easy and reliable with a high C pk value.
Die hier vorgelegte Schrift schlägt als ein erstes beispielhaftes Anwendungsbeispiel eine Vorrichtung zur Erfassung der magnetischen Flussdichte B in der Nähe einer Störung einer ferromagnetischen Oberfläche vor.The document presented here proposes, as a first exemplary application, a device for detecting the magnetic flux density B in the vicinity of a fault in a ferromagnetic surface.
Die hier vorgelegte Schrift schlägt als ein zweites beispielhaftes Anwendungsbeispiel eine Vorrichtung zur Erfassung der magnetischen Flussdichte B in einem Luftspalt LS und/oder im Streufeld BSTR des Luftspalts LS eines Motors vor.The document presented here proposes, as a second exemplary application, a device for detecting the magnetic flux density B in an air gap LS and/or in the stray field BSTR of the air gap LS of a motor.
Bei einem Sensorkopf der vorgeschlagenen Art gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel wird die Aufgabe vorschlagsgemäß dadurch gelöst, dass
- • dass der Sensorkopf NV-reichen Diamantstaub als Magnetfeldsensor verwendet und
- • dass Permanentmagnete oder -spulen (AC oder DC Magnetfelder) des Sensorkopfes ein magnetisches Prüffeld erzeugen, das in die Oberfläche des Werkstücks eindringt, und
- • dass das Diamantmaterial des Diamantstubs an einem Faserende eines Lichtwellenleiters das Sensorelement bildet und
- • dass der Sensorkopf eine rein optische Vermessung des Magnetfelds und damit der magnetischen Eigenschaften der Oberfläche des Werkstücks über den Lichtwellenleiter ermöglicht.
- • that the sensor head uses NV-rich diamond dust as a magnetic field sensor and
- • that permanent magnets or coils (AC or DC magnetic fields) of the sensor head generate a magnetic test field that penetrates the surface of the workpiece, and
- • that the diamond material of the diamond stub forms the sensor element at a fiber end of an optical waveguide and
- • that the sensor head enables a purely optical measurement of the magnetic field and thus the magnetic properties of the surface of the workpiece via the optical fiber.
Bei einem Motor der vorgeschlagenen Art gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel weist der Motor ein Gehäuse (GHR, GH) auf.In a motor of the proposed type according to the second application example, the motor has a housing (GHR, GH).
Des Weiteren weisen die Vorrichtungen der Anwendungsbeispiele der hier vorgestellten technischen Lehre, hier der der Motor und der Sensorkopf SK, jeweils ein Sensorelement SE mit einem Trägermittel TM auf. In das Trägermittel TM sind vorzugsweise eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet. Bevorzugt umfasst das Trägermaterial TM Glas und/oder einen ausgehärteten Kunststoff und/oder ein anderes optisch transparentes Material. Das Trägermaterial TM fixiert die Diamanten DM und verhindert eine Repositionierung der Diamanten DM. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM nach der Verfestigung im Herstellungsprozess für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB für die paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren NVZ in den Diamanten DM transparent, um das Pumpen dieser paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren zu ermöglichen. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM nach der Verfestigung im Herstellungsprozess für elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ in den Diamanten DM in den Diamanten DM transparent. Einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen typischerweise paramagnetische Zentren und/oder NV-Zentren NVZ auf.Furthermore, the devices of the application examples of the technical teaching presented here, here the motor and the sensor head SK, each have a sensor element SE with a carrier means TM. A large number of diamonds DM are preferably embedded in the carrier medium TM. The carrier material TM preferably comprises glass and/or a hardened plastic and/or another optically transparent material. The carrier material TM fixes the diamonds DM and prevents repositioning of the diamonds DM. The carrier material TM is preferred after solidification in the manufacturing process for electromagnetic radiation with the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB for the paramagnetic centers and/or NV centers NVZ in the diamonds DM transparent to allow pumping of these paramagnetic centers and/or NV centers. After solidification in the manufacturing process for electromagnetic radiation with the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL of the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ in the diamonds DM, the carrier material TM is preferably transparent in the diamonds DM. One or more or all of these diamonds DM typically have paramagnetic centers and/or NV centers NVZ.
In dem ersten Anwendungsbeispiel wirkt die magnetische Flussdichte B auf die auf die paramagnetische Zentren und/oder NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE ein. In dem zweiten Anwendungsbeispiel umfasst der vorschlagsgemäße Motor umfasst vorzugsweise einen Rotor und einen Stator. Ein Luftspalt LS trennt den Rotor vom Stator. Der Rotor ist um eine Achse AX drehbar gegenüber dem Stator gelagert. Die magnetische Flussdichte B in dem Luftspalt LS und/oder im Streufeld BSTR des Luftspalts LS des Motors wirkt auf die paramagnetische Zentren und/oder NV-Zentren NVZ ein. Typischerweise bewirkt ein steigender Betrag der magnetischen Flussdichte B eine Reduktion der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL.In the first application example, the magnetic flux density B acts on the paramagnetic centers and/or NV centers NVZ of the sensor element SE. In the second application example, the proposed motor preferably comprises a rotor and a stator. An air gap LS separates the rotor from the stator. The rotor is mounted so that it can rotate relative to the stator about an axis AX. The magnetic flux density B in the air gap LS and/or in the stray field BSTR of the air gap LS of the motor acts on the paramagnetic centers and/or NV centers NVZ. Typically, an increasing amount of the magnetic flux density B causes a reduction in the intensity of the fluorescent radiation FL.
In dem ersten Anwendungsbeispiel verfügt der Sensorkopf SK bevorzugt über einen Lichtwellenleiter LWL für den Zutritt von Pumpstrahlung LB einer Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement SE.In the first application example, the sensor head SK preferably has an optical waveguide LWL for the access of pump radiation LB from a pump radiation source PL to the sensor element SE.
In dem zweiten Anwendungsbeispiel besitzt das Gehäuse GH des Motors vorzugsweis eine erste Öffnung OF für den Zutritt von Pumpstrahlung LB einer Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement SEIn the second application example, the housing GH of the motor preferably has a first opening OF for the access of pump radiation LB from a pump radiation source PL to the sensor element SE
Die Pumpstrahlung LB besitzt bei Verwendung von NV-Zentren in Diamant als paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Im Falle von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Pumpstrahlungsquelle PL1 mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λpmp geeignet. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE emittieren typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λfl von ca. 637nm bei NV-Zentren. Andere Wellenlängen können durch plasmonische Kopplung mit metallischen Nanokristallen in dem Trägermaterial TM erreicht werden. Die optischen Eigenschaften paramagnetischen Zentren im Sensorelement SE, hier der NV-Zentren NVZ, können durch Kombination der Nanodiamanten bzw. Diamanten DM bzw. Kristalle im Trägermaterial TM mit metallischen Nanopartikeln modifiziert werden.When using NV centers in diamond as paramagnetic centers of the sensor element SE, the pump radiation LB preferably has a pump radiation wavelength λ pmp in a wavelength range of 400 nm to 700 nm wavelength and/or better 450 nm to 650 nm and/or better 500 nm to 550 nm and/or better 515 nm to 540 nm. A wavelength of 532 nm is clearly preferred as the pump radiation wavelength λ pmp . In the case of NV centers in diamond or in diamonds, a laser diode from Osram of the type PLT5 520B is suitable, for example, as a pump radiation source PL1 with a 520 nm pump radiation wavelength λ pmp . When irradiated with pump radiation LB of the above-described pump radiation wavelength λ pmp , the NV centers NVZ of the sensor element SE typically emit fluorescence radiation FL with a typical fluorescence wavelength λ fl of approximately 637 nm for NV centers. Other wavelengths can be achieved by plasmonic coupling with metallic nanocrystals in the carrier material TM. The optical properties of paramagnetic centers in the sensor element SE, here the NV centers NVZ, can be modified by combining the nanodiamonds or diamonds DM or crystals in the carrier material TM with metallic nanoparticles.
In dem ersten Anwendungsbeispiel transportiert ein zweiter Lichtwellenleiter LWL bevorzugt die Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE zu einem Fotodetektor PD hin
In dem zweiten Anwendungsbeispiel weist das Gehäuse GH des Motors bevorzugt eine zweite Öffnung OF für den Austritt von Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE zu einem Fotodetektor PD hin auf.In the first application example, a second optical waveguide LWL preferably transports the fluorescent radiation FL of the sensor element SE to a photodetector PD
In the second application example, the housing GH of the motor preferably has a second opening OF for the exit of fluorescent radiation FL from the sensor element SE towards a photodetector PD.
Die vorgeschlagene Vorrichtung weist darüber hinaus vorzugsweise eine Teilvorrichtung, insbesondere einen dichroitischen Spiegel F1, auf, um die Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB zu trennen, sodass im Wesentlichen nur Fluoreszenzstrahlung FL und möglichst keine Pumpstrahlung LB auf den Fotodetektor PD fällt. Diese Teilvorrichtung in Form eines Filters F1 oder dichroitischen Spiegel lässt die Passage von Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL - z.B. 637nm bei NV-Zentren NVZ mit einem Phononenseitenband von 637nm bis 850 nm - in Richtung des Fotodetektors PD passieren, während es die Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL und somit die modulierte Pumpstrahlung LB nicht passieren lässt oder so führt, dass sie den Fotodetektor PD nicht trifft oder beeinflusst. Der Fotodetektor PD wandelt das Intensitätssignal der Fluoreszenzstrahlung FL in ein Empfängerausgangsignal S0.The proposed device also preferably has a partial device, in particular a dichroic mirror F1, in order to separate the fluorescence radiation FL from the pump radiation LB, so that essentially only fluorescence radiation FL and, if possible, no pump radiation LB fall on the photodetector PD. This partial device in the form of a filter F1 or dichroic mirror allows the passage of radiation with the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL - for example 637 nm for NV centers NVZ with a phonon sideband of 637 nm to 850 nm - in the direction of the photodetector PD, while it Radiation with the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB of the pump radiation source PL and thus the modulated pump radiation LB does not pass or leads so that it does not hit or influence the photodetector PD. The photodetector PD converts the intensity signal of the fluorescence radiation FL into a receiver output signal S0.
In dem ersten Anwendungsbeispiel wertet die Vorrichtung das Empfängerausgangssignal S0 aus, um Informationen über die Verzerrung des Magnetfelds B eines Permanentmagneten PM durch Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FM. Die vorgeschlagene Vorrichtung hat in dem ersten Anwendungsbeispiel dann den Vorteil, dass das Magnetfeld der Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FM durch Zuleitungen wie z.B. bei der Magnetfeldmessung mit Hall-Sensoren nicht gestört wird. Des Weiteren ist das Sensorelement SE vollkommen diamagnetisch. Eine Rückwirkung der Magnetfelder und/oder von Störfeldern auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement SE und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich. Dadurch kann das System auch in Hochspannungssystemen mit Vorrichtungsteilen, die mit sehr hohen Spannungen angetrieben werden, eingesetzt werden. Systeme aus dem Stand der Technik zeigen dies nicht.In the first application example, the device evaluates the receiver output signal S0 to obtain information about the distortion of the magnetic field B of a permanent magnet PM due to cracks RI and/or depressions in the surface of a ferromagnetic material FM. In the first application example, the proposed device then has the advantage that the magnetic field of the cracks RI and/or depressions in the surface of a ferromagnetic material FM is not disturbed by supply lines, such as in magnetic field measurement with Hall sensors. Furthermore, the sensor element SE is completely diamagnetic. A reaction of the magnetic fields and/or interference fields on the evaluation electronics of the sensor system via the sensor element SE and the optical fiber LWL is very unlikely due to the galvanic isolation. This means that the system can also be used in high-voltage systems with device parts that are driven with very high voltages. Prior art systems do not show this.
In dem zweiten Anwendungsbeispiel wertet die Vorrichtung das Empfängerausgangssignal S0 aus, um Informationen über die Position des magnetischen Feldes B im Motor zu erlangen oder Informationen zu erlangen, die diese Information über die Position des magnetischen Feldes B im Motor umfassen. Die vorgeschlagene Vorrichtung in dem zweiten Anwendungsbeispiel hat den Vorteil, dass das Magnetfeld des Motors durch Zuleitungen wie z.B. bei der Magnetfeldmessung mit Hall-Sensoren nicht gestört wird. Des Weiteren ist das Sensorelement vollkommen diamagnetisch. Eine Rückwirkung der Motorfelder auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich. Dadurch kann das System auch in Hochspannungssystemen mit Motoren, die mit sehr hohen Spannungen angetrieben werden, eingesetzt werden. Ebenso ist das System für Generatoren in Kraftwerken geeignet. Systeme aus dem Stand der Technik zeigen dies nicht. So ist aus der
In einer ersten Variante in dem zweiten Anwendungsbeispiel befinden sich bevorzugt befinden sich paramagnetische Zentren und/oder NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE nicht nur im Streufeld des Luftspalts, sondern im Luftspalt LS des Motors selbst. Dies ermöglicht ein besseres Signal und präzisere Messwerte mit geringeren Störungen.In a first variant in the second application example, paramagnetic centers and/or NV centers NVZ of the sensor element SE are preferably located not only in the stray field of the air gap, but in the air gap LS of the motor itself. This enables a better signal and more precise measured values with lower Disturbances.
In einer zweiten Variante der vorschlagsgemäßen Vorrichtung sind die Diamanten DM im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert. Dies hat den wesentlichen und ganz massiven fertigungstechnischen Vorteil, dass eine Ausrichtung der Diamanten DM nicht mehr notwendig ist und die das Herstellverfahren zur Herstellung des Sensorelements SE beispielsweise Diamantpulver mit einer sehr großen Anzahl sehr kleiner Diamanten DM verwenden kann. Ein Sensorelement SE mit einer solchen ungeordneten Vielzahl von Diamanten DM hat den Vorteil, dass die Messung der magnetischen Flussdichte B isotrop ist. Das bedeutet, dass das Sensorelement SE nur den Betrag der magnetischen Flussdichte B erfasst, nicht jedoch die Richtung.In a second variant of the proposed device, the diamonds DM in the carrier material TM are oriented substantially differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the essential and very massive manufacturing advantage that alignment of the diamonds DM is no longer necessary and the manufacturing process for producing the sensor element SE can use, for example, diamond powder with a very large number of very small diamonds DM. A sensor element SE with such a disordered multitude of diamonds DM has the advantage that the measurement of the magnetic flux density B is isotropic. This means that the sensor element SE only detects the amount of the magnetic flux density B, but not the direction.
Dies hat in dem ersten Anwendungsbeispiel den Vorteil, dass eine Ausrichtung des Sensorelements SE und des Lichtwellenleiters LWL und des Sensorkopfes SK nicht mehr notwendig ist.In the first application example, this has the advantage that an alignment of the sensor element SE and the optical waveguide LWL and the sensor head SK is no longer necessary.
Dies hat in dem zweiten Anwendungsbeispiel den Vorteil, dass eine Ausrichtung des Sensorelements SE und des Lichtwellenleiters LWL im Motor nicht mehr notwendig ist.In the second application example, this has the advantage that alignment of the sensor element SE and the optical fiber LWL in the motor is no longer necessary.
Die Montage eines solchen Sensorelements SE können Hilfskräfte oder wenig präzise maschinelle Vorrichtungen übernehmen, die in dem ersten Anwendungsbeispiel das Sensorelement SE mit dem Lichtwellenleiter LWL beispielsweise nur in den Kanal KN des Sensorkopfes SK stecken müssen und die in dem zweiten Anwendungsbeispiel das Sensorelement SE mit dem Lichtwellenleiter LWL beispielsweise nur in eine dafür vorgesehene Öffnung OF am Motor stecken müssen.The assembly of such a sensor element SE can be carried out by auxiliary staff or less precise mechanical devices, which in the first application example only have to insert the sensor element SE with the optical fiber LWL into the channel KN of the sensor head SK and in the second application example the sensor element SE with the optical fiber For example, you only have to plug the fiber optic cable into a designated opening OF on the motor.
Hierdurch sinken die Fertigungskosten für Vorrichtungen, die den vorgeschlagenen Lichtwellenleiter LWL nutzen, wie in dem ersten Anwendungsbeispiel der Sensorkopf SK und in dem zweiten Anwendungsbeispiel der Motor. Um die räumliche Isotropie zu erreichen, ist es daher vorteilhaft, wenn die Orientierung der Diamanten DM stochastisch im Wesentlichen gleichverteilt ist.This reduces the manufacturing costs for devices that use the proposed optical fiber LWL, such as the sensor head SK in the first application example and the motor in the second application example. In order to achieve spatial isotropy, it is therefore advantageous if the orientation of the diamonds DM is stochastically and essentially uniformly distributed.
Im Zuge der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments hat die Anmelderin erkannt, dass es entsprechend den vorausgehenden Ausführungen auch vorteilhaft ist, wenn in dem ersten Anwendungsbeispiel das Sensorelement SE sich im Streufeld BSTR des Magnetfelds des Permanentmagneten PM befindet. Statt eines Permanentmagneten sind andere Feldanregungen denkbar. Diese sind im Sinne des hier vorgelegten Dokuments von der Beschreibung „Permanentmagnet PM“ umfasst.In the course of developing the technical teaching of this document, the applicant recognized that, in accordance with the previous statements, it is also advantageous if, in the first application example, the sensor element SE is located in the stray field BSTR of the magnetic field of the permanent magnet PM. Instead of a permanent magnet, other field excitations are conceivable. For the purposes of the document presented here, these are included in the description “Permanent magnet PM”.
Im Zuge der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments hat die Anmelderin erkannt, dass es entsprechend den vorausgehenden Ausführungen auch vorteilhaft ist, wenn in dem zweiten Anwendungsbeispiel das Sensorelement SE sich im Luftspalt LS oder im Streufeld BSTR des Luftspalts LS des Motors befindet.In the course of developing the technical teaching of this document, the applicant recognized that, in accordance with the previous statements, it is also advantageous if, in the second application example, the sensor element SE is located in the air gap LS or in the stray field BSTR of the air gap LS of the motor.
Um die Anzahl der Lichtwellenleiter LWL zu minimieren und die Modifikationen an der Vorrichtung, die den vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiter LWL nutzt, hier beispielhaft der Sensorkopf SK bzw. der Motor, gering zu halten, ist es vorteilhaft einen einzigen Lichtwellenleiter LWL für die Zuführung der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zum Sensorelement SE und für die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement SE zum Fotodetektor PD zu benutzen.In order to minimize the number of optical fiber LWL and to keep the modifications to the device that uses the proposed optical fiber LWL, here for example the sensor head SK or the motor, low, it is advantageous to use a single optical fiber LWL for supplying the pump radiation LB Pump radiation source PL to the sensor element SE and for returning the fluorescence radiation FL from the sensor element SE to the photodetector PD.
In dem Fall eines einzigen Lichtwellenleiters LWL ist in dem ersten Anwendungsbeispiel des Sensorkopfes SK nur ein einziger Kanal KN für die Montage des Lichtwellenleiters LWL notwendig, sodass dann der erste Kanal KN mit dem zweiten Kanal KN identisch ist. Der folgende Text bezeichnet dann einen solchen Kanal KN als gemeinsamen Kanal KN.In the case of a single optical fiber LWL, in the first application example of the sensor head SK, only a single channel KN is necessary for mounting the optical fiber LWL, so that the first channel KN is then identical to the second channel KN. The following text then refers to such a channel KN as a common channel KN.
In dem Fall eines einzigen Lichtwellenleiters LWL ist in dem zweiten Anwendungsbeispiel des Motors nur eine einzige Öffnung OF für die Montage des Lichtwellenleiters LWL notwendig, sodass dann die erste Öffnung OF mit der zweiten Öffnung OF identisch ist. Der folgende Text bezeichnet dann eine solche Öffnung OF als gemeinsame Öffnung OF.In the case of a single optical fiber LWL, in the second application example of the motor, only a single opening OF is necessary for mounting the optical fiber LWL, so that the first opening OF is then identical to the second opening OF. The following text then refers to such an opening OF as a common opening OF.
Somit umfasst die vorschlagsgemäße Vorrichtung, hier beispielhaft der Sensorkopf SK und der Motor, bevorzugt ein Sensorelement SE mit einer Vielzahl von Diamanten DM mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren NVZ in einem Trägermaterial TM und einen ersten Lichtwellenleiter LWL, an dem das Sensorelement SE befestigt ist, wobei der Lichtwellenleiter LWL die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement SE transportiert, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement SE bestrahlt und die paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren NVZ Fluoreszenzstrahlung FL abgeben, die der Lichtwellenleiter LWL erfasst und in Richtung auf den Fotodetektor PD zurücktransportiert.Thus, the proposed device, here for example the sensor head SK and the motor, preferably comprises a sensor element SE with a plurality of diamonds DM with paramagnetic centers and/or NV centers NVZ in a carrier material TM and a first optical waveguide LWL on which the sensor element SE is attached, wherein the optical waveguide LWL transports the pump radiation LB of the pump radiation source PL to the sensor element SE, so that the pump radiation LB irradiates the sensor element SE and the paramagnetic centers and / or NV centers NVZ emit fluorescence radiation FL, which the optical waveguide LWL detects and in the direction transported back to the photodetector PD.
In dem ersten Anwendungsbeispiel des Sensorkopfes SK kann der Lichtwellenleiter LWL dabei parallel zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK eingebracht werden, wobei sich dann das Sensorelement SE bevorzugt im Streufeld der Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FM befindet. Der Lichtwellenleiter LWL kann aber auch senkrecht zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK mittels eines senkrechten Kanals in den Sensorkopf eingebracht werden und in die Nähe der Auflagefläche AF vorgeschoben werden, sodass das Sensorelement SE dann die magnetische Flussdichte B im Streufeld der Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche des ferromagnetischen Materials FM erfasst. Das Sensorelement SE kann auch bis zur unmittelbaren Nähe der Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK vorgeschoben werden, wobei dann aber das Problem auftaucht, dass die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung im Messbetrieb des Sensorkopfes SK durch eine Bewegung längs der Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK steigt.In the first application example of the sensor head SK, the optical waveguide LWL can be introduced parallel to the support surface AF of the sensor head SK, in which case the sensor element SE is preferably located in the stray field of the cracks RI and/or depressions in the surface of a ferromagnetic material FM. The optical waveguide LWL can also be introduced into the sensor head perpendicular to the support surface AF of the sensor head SK by means of a vertical channel and advanced into the vicinity of the support surface AF, so that the sensor element SE then detects the magnetic flux density B in the stray field of the cracks RI and / or depressions recorded in the surface of the ferromagnetic material FM. The sensor element SE can also be advanced up to the immediate vicinity of the support surface AF of the sensor head SK, but then the problem arises that the probability of damage during measuring operation of the sensor head SK increases due to a movement along the support surface AF of the sensor head SK.
In dem zweiten Anwendungsbeispiel des Motors kann der Lichtwellenleiter LWL kann dabei parallel zur Achse AX des Motors eingebracht werden, wobei sich dann das Sensorelement SE bevorzugt im Streufeld des Luftspalts LS befindet. Der Lichtwellenleiter LWL kann aber auch senkrecht zur Rotationsachse AX mittels einer Bohrung in das Blechpaket des Stators zwischen die Nuten, in denen die Stäbe der Stator-Spulen SL eingelegt sind eingebracht und bis zum Luftspalt vorgeschoben werden, sodass das Sensorelement SE dann die magnetische Flussdichte B in einer Stator-Spule SL erfasst. Das Sensorelement SE kann auch bis in den Luftspalt vorgeschoben werden, wobei dann aber das Problem auftaucht, dass die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung im Betrieb des Motors durch eine Bewegung oder Schwingung beweglicher Komponenten des Motors oder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten steigt.In the second application example of the motor, the optical waveguide LWL can be introduced parallel to the axis AX of the motor, in which case the sensor element SE is preferably located in the stray field of the air gap LS. The optical waveguide LWL can also be inserted perpendicular to the axis of rotation AX by means of a hole in the laminated core of the stator between the grooves in which the rods of the stator coils SL are inserted and advanced up to the air gap, so that the sensor element SE then has the magnetic flux density B recorded in a stator coil SL. The sensor element SE can also be advanced into the air gap, but then the problem arises that the probability of damage during operation of the engine increases due to movement or vibration of movable components of the engine or different thermal expansion coefficients.
Sofern die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement SE zum Fotodetektor PD separat von der Hinführung der Pumpstrahlung LB zum Sensorelement SE erfolgen soll, umfasst in diesem Fall die vorschlagsgemäße Vorrichtung, hier also beispielsweise der der Sensorkopf SK bzw. der Motor, bevorzugt einen zweiten Lichtwellenleiter LWL, der Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE erfasst, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung des Fotodetektors PD transportiert.If the return of the fluorescence radiation FL from the sensor element SE to the photodetector PD is to be carried out separately from the return of the pump radiation LB to the sensor element SE, in this case the proposed device, here for example the sensor head SK or the motor, preferably comprises a second optical waveguide LWL , which detects fluorescence radiation FL of the sensor element SE, and transports the fluorescence radiation FL in the direction of the photodetector PD.
Wie oben ausgeführt, ist jedoch bevorzugt der erste Lichtwellenleiter LWL mit dem zweiten Lichtwellenleiter LWL identisch. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet im Folgenden einen solchen Lichtwellenleiter LWL als gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL. Ein solche gemeinsamer Lichtwellenleiter LWL spart Kalibrationsaufwand und reduziert die Montagekomplexität und spart Material und ist daher vorteilhaft. Insbesondere werden die notwendigen Modifikationen an der vorschlagsgemäßen Vorrichtung, hier beispielhaft am Sensorkopf SK bzw. m Motor, selbst reduziert.However, as stated above, the first optical waveguide LWL is preferably identical to the second optical waveguide LWL. The document presented here hereinafter refers to such an optical fiber LWL as a common optical fiber LWL. Such a common optical fiber LWL saves calibration effort and reduces assembly complexity and saves material and is therefore advantageous. In particular, the necessary modifications to the proposed device, here for example to the sensor head SK or m motor, are themselves reduced.
Der erste Lichtwellenleiter LWL weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf.The first optical waveguide LWL has a first end and a second end.
Der zweite Lichtwellenleiter LWL weist ebenfalls ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL weist ebenso ein erstes Ende und ein zweites Ende auf.The second optical waveguide LWL also has a first end and a second end. The common optical fiber LWL also has a first end and a second end.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt nun vor, das Sensorelement SE an dem ersten Ende des ersten Lichtwellenleiters LWL und/oder an dem ersten Ende des zweiten Lichtwellenleiters LWL und/oder an dem ersten Ende des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL zu befestigen, um die optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement SE zu stabilisieren.The document presented here now proposes attaching the sensor element SE to the first end of the first optical fiber LWL and/or to the first end of the second optical fiber LWL and/or to the first end of the common optical fiber LWL in order to ensure the optical coupling between optical fibers To stabilize the fiber optic and sensor element SE.
Wenn nun das erste Ende des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL von dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE umhüllt ist, ergibt sich eine besonders gute Stabilisierung dieser optischen Kopplung.If the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL is covered by the carrier material TM of the sensor element SE, this optical coupling is particularly well stabilized.
Bevorzugt bildet dabei eine erste Endfläche EF1 des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL eine erste ebene Endfläche EF1. Bevorzugt bildet dabei eine erste Endfläche EF1 des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL eine erste ebene Endfläche EF1 senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Die Mittelline ML entspricht typischerweise der optischen Achse des Lichtwellenleiters LWL. Der Lichtwellenleiter LWL kann auch eine Form aufweisen. Eine solche ebene erste Endfläche EF1 ermöglicht eine verbesserte Auskopplung der elektromagnetischen Pumpstrahlung LB aus dem Lichtwellenleiter LWL und eine verbesserte optische Einkopplung der Fluoreszenzstrahlung FL in den Lichtwellenleiter LWL. Bevorzugt ist der Abstand eines oder bevorzugt mehrerer Diamanten DM von dieser ersten ebenen Endfläche EF1 kleiner als die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und/oder besser kleiner als ½ der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/4 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/8 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/10 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/20 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/50 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/100 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, , und/oder besser kleiner als 1/200 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/500 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/1000 der Pumpstrahlungswellenlänge λpm A first end surface EF1 of the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL preferably forms a first flat end surface EF1. A first end surface EF1 of the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL preferably forms a first flat end surface EF1 perpendicular to the center line ML of the optical waveguide LWL. The center line ML typically corresponds to the optical axis of the optical fiber LWL. The optical waveguide LWL can also have a shape. Such a flat first end surface EF1 enables improved coupling of the electromagnetic pump radiation LB from the optical waveguide LWL and improved optical coupling of the fluorescent radiation FL into the optical waveguide LWL. The distance of one or preferably several diamonds DM from this first flat end surface EF1 is preferably smaller than the pump radiation wavelength λ pmp and/or better smaller than ½ of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/4 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or or better smaller than 1/8 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/10 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/20 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/50 of Pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/100 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/200 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/500 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or preferably smaller than 1/1000 of the pump radiation wavelength λ pm
Die Mittenlinie ML, die eine gedachte Hilfskonstruktion zur Verdeutlichung des Sachverhalts ist, durchstößt die erste Endfläche EF1 an einem Mittelpunkt MP der ersten Endfläche EF1. Bei einem längsgestreckten Lichtwellenleiter LWL mit einem Lichtwellenleiterkern LWLC, also beispielsweise einer Glasfaser und/oder einer Gradientenglasfaser und/oder einer Monomodeglasfaser, ist bevorzugt die Dicke dl des Trägermaterials TM ist bevorzugt an diesem Mittelpunkt MP dicker ist als die Dicke dr an anderen Punkten der ersten Endfläche EF1 des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL. Dies hat den Vorteil, dass Licht durch die Grenzfläche Trägermaterial TM/ Luft in den Lichtwellenleiter LWL zurückgespiegelt wird und dass dann die Effizienz und der Wirkungsgrad steigt. Diese Anforderung kann durch ein selbstjustierendes Sensorelement SE besonders einfach erfüllt werden. Ein Herstellungsverfahren für ein solches Sensorelement SE, wie es das hier vorgelegte Dokument offenbart, erfüllt diese Anforderung typischerweise besonders einfach und kostengünstig. Die Erfüllung dieser Anforderung stellt im Falle eines einem längsgestreckten Lichtwellenleiters LWL mit einem Lichtwellenleiterkern LWLC, also beispielsweise einer Glasfaser und/oder einer Gradientenglasfaser und/oder einer Stufenindex- oder Gradientenindexfaser und/oder einer Monomodeglasfaser und/oder ein Lichtwellenleiter auf Basis eines photonischen Kristalls, sicher, dass zum Ersten eine optimale Auskopplung der Pumpstrahlung LB aus dem Lichtwellenleiterkern LWLC des Lichtwellenleiters LWL in das Trägermaterial TM des Sensorelements SE und damit in die im Trägermaterial TM eingebetteten Kristalle,, insbesondere die Diamanten DM, insbesondere die Diamant-Nano-Kristalle, die vorzugsweise die paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren aufweisen,The center line ML, which is an imaginary auxiliary construction to clarify the situation, pierces the first end surface EF1 at a center point MP of the first end surface EF1. In the case of an elongated optical waveguide LWL with an optical waveguide core LWLC, for example a glass fiber and/or a gradient glass fiber and/or a monomode glass fiber, the thickness dl of the carrier material TM is preferably thicker at this midpoint MP than the thickness dr at other points of the first end surface EF1 of the first end of the first and / or the second or the common optical fiber LWL. This has the advantage that light is reflected back through the carrier material TM/air interface into the optical fiber LWL and that the efficiency and efficiency then increases. This requirement can be met particularly easily by a self-adjusting sensor element SE. A manufacturing method for such a sensor element SE, as disclosed in the document presented here, typically meets this requirement in a particularly simple and cost-effective manner. Fulfillment of this requirement is in the case of an elongated optical fiber LWL with an optical fiber core LWLC, for example a glass fiber and/or a gradient glass fiber and/or a step index or gradient index fiber and/or a monomode glass fiber and/or an optical fiber based on a photonic crystal, ensure that, firstly, an optimal coupling of the pump radiation LB from the optical waveguide core LWLC of the optical waveguide LWL into the carrier material TM of the sensor element SE and thus into the crystals embedded in the carrier material TM, in particular the diamonds DM, in particular the diamond nano-crystals preferably have the paramagnetic centers and/or NV centers,
Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am ersten Ende ELWL1 eine faserförmigen und/oder zylindrischen und längserstreckten Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL ist typischerweise kleiner als der Durchmesser DLWL des solchen faserförmigen und/oder zylindrischen und längserstreckten Lichtwellenleiters LWL. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL kann aber auch so groß wie der der Durchmesser DLWL eines solchen faserförmigen und/oder zylindrischen und längserstreckten Lichtwellenleiters LWL sein, was aber nach den Erfahrungen bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments nicht optimal ist.The carrier material TM therefore preferably forms a lens LWLL at the first end ELWL1 of a fibrous and/or cylindrical and elongated optical waveguide LWL. The diameter DLWLL of the lens LWLL is typically smaller than the diameter DLWL of such fibrous and/or cylindrical and elongated optical waveguide LWL. However, the diameter DLWLL of the lens LWLL can also be as large as the diameter DLWL of such a fibrous and/or cylindrical and elongated optical waveguide LWL, but according to the experience in developing the technical teaching of this document, this is not optimal.
Bevorzugt ist der der erste Lichtwellenleiter LWL im Bereich der Anwendungsvorrichtung, also hier beispielsweise im Falle des ersten Anwendungsbeispiels im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb Sensorkopfes SK und im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels im Bereich des Motors und/oder innerhalb des Motors, ganz oder teilweise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Die mechanische Hülle MH kann dem Zweck des mechanischen Schutzes des ersten Lichtwellenleiter LWL und/oder der Abschirmung vor Umgebungslicht und/oder der Abschirmung vor externen magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern haben. Die mechanische Hülle MH kann das Sensorelement SE umschließen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die zu erfassende Größe, innerhalb der mechanischen Hülle, beispielsweise in einem mikrofluidischen Funktionselement erzeugt wird.Preferably, the first optical waveguide LWL is in the area of the application device, i.e. here, for example, in the case of the first application example in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK and in the case of the second application example in the area of the motor and/or within the motor, entirely or partially covered by a mechanical cover MH. The mechanical sheath MH can have the purpose of mechanically protecting the first optical waveguide LWL and/or shielding from ambient light and/or shielding from external magnetic and/or electromagnetic fields. The mechanical shell MH can enclose the sensor element SE. This is particularly advantageous if the quantity to be detected is generated within the mechanical shell, for example in a microfluidic functional element.
Bevorzugt ist der der zweite Lichtwellenleiter LWL im Bereich im Bereich der Anwendungsvorrichtung, also hier beispielsweise im Falle des ersten Anwendungsbeispiels im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb Sensorkopfes SK und im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels im Bereich des Motors und/oder innerhalb des Motors, ganz oder teilweise ebenfalls durch eine zweite mechanische Hülle MH umhüllt. Die zweite mechanische Hülle MH kann dem Zweck des mechanischen Schutzes des zweiten Lichtwellenleiters LWL und/oder der Abschirmung vor Umgebungslicht und/oder der Abschirmung vor externen magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern haben.Preferably, the second optical waveguide LWL is in the area in the area of the application device, i.e. here, for example, in the case of the first application example in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK and in the case of the second application example in the area of the motor and/or within the motor, also completely or partially covered by a second mechanical shell MH. The second mechanical sheath MH can have the purpose of mechanically protecting the second optical waveguide LWL and/or shielding from ambient light and/or shielding from external magnetic and/or electromagnetic fields.
Bevorzugt ist der der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL im Bereich im Bereich der Anwendungsvorrichtung, also hier beispielsweise im Falle des ersten Anwendungsbeispiels im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb Sensorkopfes SK und im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels im Bereich des Motors und/oder innerhalb des Motors, ganz oder teilweise in gleicher Weise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt.Preferably, the common optical waveguide LWL is in the area in the area of the application device, i.e. here, for example, in the case of the first application example in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK and in the case of the second application example in the area of the motor and/or within the motor, completely or partially covered in the same way by a mechanical cover MH.
Die mechanische Hülle MH stützt den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL typischerweise mechanisch. Die mechanische Hülle MH stützt und schützt typischerweise den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL gegen die rauen Bedingungen innerhalb und außerhalb der Anwendungsvorrichtung, also hier im ersten Anwendungsbeispiel des Sensorkopfes SK und im zweiten Anwendungsbeispiel des Motors.The mechanical sheath MH typically mechanically supports the respective optical fiber LWL. The mechanical sheath MH typically supports and protects the respective optical fiber LWL against the harsh conditions inside and outside the application device, i.e. here in the first application example of the sensor head SK and in the second application example of the motor.
Die mechanische Hülle MH sollte in thermisch und/oder chemischen belastenden Umgebungen innerhalbe der Anwendungsvorrichtung, also beispielsweise im ersten Anwendungsbeispiel innerhalb des Sensorkopfes SK und im zweiten Beispiel innerhalb des Motors, in der Regel besondere Anforderungen hinsichtlich thermischer und chemischer Stabilität gegen Hitze und Betriebsflüssigkeiten erfüllen. Die mechanische Hülle MH ist daher bevorzugt aus Glas oder Keramik oder dergleichen gefertigt. Ganz besonders bevorzugt umfasst die mechanische Hülle ein mechanisch flexibles Material, beispielsweise ein Gewebe, beispielsweise ein Glasgewebe.The mechanical shell MH should generally meet special requirements with regard to thermal and chemical stability against heat and operating fluids in thermally and/or chemically stressful environments within the application device, for example in the first application example within the sensor head SK and in the second example within the motor. The mechanical shell MH is therefore preferably made of glass or ceramic or the like. Very particularly preferably, the mechanical shell comprises a mechanically flexible material, for example a fabric, for example a glass fabric.
Die mechanische Hülle MH weist daher bevorzugt einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder umfasst diese oder besteht aus diesen im Extremfall. Hierdurch kann die jeweilige Anwendungsvorrichtung, hier beispielsweise in dem ersten Anwendungsbeispiel der Sensorkopf und im zweiten Anwendungsbeispiel der Motor, auch bei hohen externen und/oder internen Temperaturen eingesetzt werden. Im Falle des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK kann dies beispielsweise eine hohe Temperatur des ferromagnetischen Materials FM betreffen. Die mechanische Hülle MH kann also aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt sein.The mechanical shell MH therefore preferably comprises a ceramic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material which is stable at temperatures above 100°C and/or a material which is stable at temperatures above 140°C and/or a material stable at temperatures above 170 ° C and / or a material stable at temperatures above 200 ° C and / or a material stable at temperatures above 250 ° C or includes these or consists of these in extreme cases. As a result, the respective application device, here for example the sensor head in the first application example and the motor in the second application example, can also be used at high external and/or internal temperatures. In the case of the first application example of a sensor head SK, this can relate, for example, to a high temperature of the ferromagnetic material FM. The mechanical shell MH can therefore be made of a ceramic material or of another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or of a material which is stable at temperatures above 100°C and/or of a material which is stable at temperatures above 140°C and /or be made of a material that is stable at temperatures above 170°C and/or of a material that is stable at temperatures above 200°C and/or of a material that is stable at temperatures above 250°C.
Bevorzugt ist die mechanische Hülle MH zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle, in die der jeweilige Lichtwellenleiter LWL beispielsweise hineingeschoben sein kann. Dies vereinfacht die Fertigung des Systems aus Lichtwellenleiter LWL, Sensorelement SE und mechanischer Hülle MH. Der Innendurchmesser Dro eines solchen Rohrs oder eines solchen Röhrchens oder einer solchen Kapillare oder einer solchen Kanüle ist bevorzugt nur ein Wenig größer als der Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL und der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL.Preferably, the mechanical sheath MH is at least partially a tube or tube or a capillary or a cannula into which the respective optical waveguide LWL can be pushed, for example. This simplifies the production of the system consisting of fiber optic cable LWL, sensor element SE and mechanical sleeve MH. The inner diameter Dro of such a tube or such a tube or such a capillary or such a cannula is preferably only a little larger than the diameter of the optical waveguide lens LWLL and the diameter DLWL of the optical waveguide LWL.
Um den Zutritt von Fremdlicht im Betrieb zum Sensorelement SE zu minimieren, ist es sinnvoll, wenn der erste Spalt zwischen dem Rand des Zutrittskanals des ersten Lichtwellenleiters LWL in der Anwendungsvorrichtung, im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK des Kanals KN und im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors der ersten Öffnung OF, und dem ersten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist.In order to minimize the access of external light to the sensor element SE during operation, it makes sense if the first gap between the edge of the access channel of the first optical waveguide LWL in the application device, in the first application example of a sensor head SK of the channel KN and in the second application example of a motor first opening OF, and the first optical waveguide LWL is completely or partially closed with an optically non-transparent filling material FM.
Aus dem gleichen Grund ist es sinnvoll, wenn der zweite Spalt zwischen dem Rand des Zutrittskanals des zweiten Lichtwellenleiters LWL in der Anwendungsvorrichtung, im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK des Kanals KN und im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors der ersten Öffnung OF, und dem zweiten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist und/oder wenn der gemeinsame Spalt zwischen dem Rand des Zutrittskanals des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL in der Anwendungsvorrichtung, im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK des Kanals KN und im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors der ersten Öffnung OF, und dem gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch im Wesentlichen nicht transparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist. Die gemeinsame Füllmasse FM kann den jeweiligen Lichtwellenleiter am Gehäuse der Anwendungsvorrichtung, im ersten Anwendungsbeispiel des Sensorkopfes SK und im zweiten Anwendungsbeispiel des Motors, befestigen.For the same reason, it makes sense if the second gap between the edge of the access channel of the second optical fiber LWL in the application device, in the first application example of a sensor head SK of the channel KN and in the second application example of a motor of the first opening OF, and the second optical fiber LWL is completely or partially closed with an optically non-transparent filling compound FM and/or if the common gap between the edge of the access channel of the common optical waveguide LWL in the application device, in the first application example of a sensor head SK of the channel KN and in the second application example of a motor of the first opening OF , and the common optical waveguide LWL is completely or partially closed with an optically essentially non-transparent filling material FM. The common filling compound FM can attach the respective optical waveguide to the housing of the application device, in the first application example of the sensor head SK and in the second application example of the motor.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, den zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere in Form eines Empfängerausgangssignals S0 zu ermitteln. Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL aus dem zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere aus dem Empfängerausgangssignal S0 und insbesondere mittels eines Lock-In-Verstärkers LIV oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung, zu ermitteln.The device is preferably set up to determine the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL, in particular in the form of a receiver output signal S0. Furthermore, the device is preferably set up to obtain the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL from the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL, in particular from the receiver output signal S0 and in particular by means of a lock-in amplifier LIV or a functionally equivalent one Partial device to determine.
Schließlich ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL eine Anzeige oder eine andere Signalisierung vorzunehmen, um übergeordneten Systemen und/oder einem Benutzer einen Eingriff in Abhängigkeit von einer solchen Anzeige oder Signalisierung zu ermöglichen.Finally, the device is preferably set up to provide a display or other signaling depending on the determined time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL in order to enable higher-level systems and/or a user to intervene depending on such a display or to enable signaling.
Im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, die elektrische Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL des Motors und/oder die elektrische Bestromung von Rotor-Spulen des Motors und insbesondere mittels einer Halbbrückensteuerung CTRH im Zusammenwirken mit Halbbrücken HB zu steuern. Hierdurch ist es möglich, ohne das Magnetfeld des Motors durch Leitungen etc. zu modifizieren und ohne Probleme mit der galvanischen Trennung das Magnetfeld im Motor zu erfassen und den Motor zu steuern.In the case of the second application example of a motor, the device is preferably set up to, depending on the determined time profile of the amplitude value of the time value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL, the electrical current supply to coils of the motor, in particular to stator coils SL of the motor and / or to control the electrical current supply to rotor coils of the motor and in particular by means of a half-bridge control CTRH in cooperation with half-bridges HB. This makes it possible to modify the motor's magnetic field through cables, etc ren and to detect the magnetic field in the motor and control the motor without problems with the galvanic isolation.
Im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors weist der Motor typischerweise n Motorphasen (MPHU, MPHV, MPHW) mit n als ganzer positiver Zahl größer 2 auf. In den Beispielen der Figuren weist der beispielhafte Motor n=3 Motorphasen auf. Die Vorrichtung bestromt mittels Halbbrücken HB jede dieser Motorphasen (MPHH, MPHV, MPHW) mit einem jeweils zugehörigen Motorphasenstrom (IMPHU, IMPHV, IMPHW). Typischerweise moduliert die Halbbrückensteuerung CTRH die Halbbrücken HB mit einem jeweiligen pulsmodulierten Steuersignal, das sie individuell für jede Motorphase jeweils erzeugt. Diese Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) sind typischerweise zumindest zeitabschnittsweise periodisch mit einer Periode T. Bevorzugt ist jedem der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) ein Stromwinkel (φMPHU, φMPHV, φMPHW) zugeordnet. Die Motorphasenströme können stets so in Form einer Folge von Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) geordnet werden, dass ein vorausgehender Motorphasenstrom sich in seinem jeweiligen Stromwinkel von dem Stromwinkel des nachfolgenden Motorphasenstroms um 2π/n unterscheidet. Somit ist dann jedem Motorphasenstrom ein Motorphasenstromvektor zugeordnet, dessen Orientierung dem Stromwinkel des Motorphasenstroms und dessen Länge dem Betrag des Motorphasenstroms entspricht.In the case of the second application example of a motor, the motor typically has n motor phases (MPH U , MPH V , MPH W ) with n as an integer positive number greater than 2. In the examples in the figures, the exemplary motor has n=3 motor phases. The device energizes each of these motor phases (MPH H , MPH V , MPH W ) with an associated motor phase current (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) by means of half-bridges HB. Typically, the half-bridge control CTRH modulates the half-bridges HB with a respective pulse-modulated control signal, which it generates individually for each motor phase. These motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) are typically periodic at least over time with a period T. A current angle (φ MPHU , φ MPHV , φ MPHW ) is preferably assigned to each of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ). . The motor phase currents can always be arranged in the form of a sequence of motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) such that a preceding motor phase current differs in its respective current angle from the current angle of the subsequent motor phase current by 2π/n. Thus, each motor phase current is then assigned a motor phase current vector whose orientation corresponds to the current angle of the motor phase current and whose length corresponds to the amount of the motor phase current.
Vorzugsweise ist die vorschlagsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet, insbesondere mittels eines Hochpassfilters oder eines funktionsäquivalenten Filters, aus dem zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL einen Wechselanteil und/oder Gleichanteil des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln.The proposed device is preferably set up, in particular by means of a high-pass filter or a functionally equivalent filter, to obtain an alternating component and/or a constant component of the time profile of the amplitude value of the time profile of the intensity of the fluorescent radiation FL from the time profile of the amplitude value of the time profile of the intensity of the fluorescent radiation FL to determine.
Beispielsweise ermöglicht im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors erst dieser Wechselanteil und insbesondere dessen Nulldurchgänge die Regelung der Kommutierung der Bestromung des Motors mittels einer Halbbrücke auf Basis der Intensität der Fluoreszenzstrahlung des Sensorelement SE mit den NV-Zentren NVZ.For example, in the second application example of a motor, it is only this alternating component and in particular its zero crossings that makes it possible to control the commutation of the current supply to the motor by means of a half bridge based on the intensity of the fluorescence radiation of the sensor element SE with the NV centers NVZ.
Bevorzugt ist die Anwendungsvorrichtung im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors dazu eingerichtet, insbesondere mittels eines zweiten Tiefpasses TP2, einen niederfrequenten Gleichanteil im zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln. Dieser Gleichanteil kann die Vorrichtung zur Überwachung des Sensorelements SE und der optischen Strecke nutzen und Abweichungen von Erwartungswerten feststellen. Hierzu vergleicht die Vorrichtung den Wert des Gleichanteils mit einem Erwartungswertintervall. Liegt der Wert des Gleichanteils außerhalb des Erwartungswertintervalls, so schließt die Vorrichtung bevorzugt auf einen Fehler und löst entsprechende Maßnahmen aus. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise sein, dass die Halbbrückensteuerung CTRH über einen externen Datenbus EXTDB eine Signalisierung an ein übergeordnetes Rechnersystem übermittelt, das dann alles Weitere veranlasst.Preferably, the application device in the second application example of a motor is set up to determine, in particular by means of a second low-pass filter TP2, a low-frequency direct component in the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL. The device can use this direct component to monitor the sensor element SE and the optical path and detect deviations from expected values. For this purpose, the device compares the value of the constant component with an expected value interval. If the value of the constant component lies outside the expected value interval, the device preferably concludes that there is an error and triggers appropriate measures. One such measure can be, for example, that the half-bridge control CTRH transmits signaling to a higher-level computer system via an external data bus EXTDB, which then initiates everything else.
Bevorzugt weist die Anwendungsvorrichtung, im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors die Halbbrückensteuerung CTRH, einen Rechnerkern mit einem nichtflüchtigen Speicher, einen typischerweise flüchtigen Schreib/Lese-Speicher, eine Reset-Schaltung, einen Taktgenerator mit einem Taktsystem, der in dem zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors zur Versorgung der Halbrückensteuerung mit einem Betriebstakt dient, eine Datenbusschnittstelle zu externen Datenbus EXTDB, einen internen Datenbus zur datentechnischen Verbindung dieser Komponenten und eine Spannungsversorgung sowie ggf. weitere übliche Prozessorkomponenten auf. In dem zweiten Anwendungsbeispiel weist die beispielhafte Anwendungsvorrichtung vorzugsweise beispielsweise eine Schnittstelle zur Steuerung der Halbbrücken zur Ansteuerung des Motors auf. Bevorzugt versorgt die Spannungsversorgung auch die anderen Vorrichtungsteile mit elektrischer Energie aus einer positiven und einer negativen Versorgungsspannungsleitung. Bevorzugt stellt die Spannungsversorgung auch die Bezugspotenzialleitung GND bereit.Preferably, the application device, in the second application example of a motor, has the half-bridge control CTRH, a computer core with a non-volatile memory, a typically volatile read/write memory, a reset circuit, a clock generator with a clock system, which in the second application example is used to supply a motor the half-back control with an operating cycle, a data bus interface to the external data bus EXTDB, an internal data bus for the data connection of these components and a power supply and, if necessary, other common processor components. In the second application example, the exemplary application device preferably has, for example, an interface for controlling the half bridges for controlling the motor. The power supply preferably also supplies the other device parts with electrical energy from a positive and a negative supply voltage line. The voltage supply preferably also provides the reference potential line GND.
Vorzugsweise führt der Rechnerkern der Anwendungsvorrichtung ein Anwendungsprogramm aus, dessen Programmcode sich in einem dieser Speicher der Anwendungsvorrichtung befindet. Dieses Anwendungsprogramm kann Teile der hier beschriebenen Signalverarbeitungskomponenten emulieren. Dieses Anwendungsprogramm kann beispielsweise die hier beschriebenen Hochpassfilter und/oder Tiefpassfilter und/oder Synchrondemodulatoren und/oder deren funktionsäquivalente Implementierungen emulieren.Preferably, the computer core of the application device executes an application program whose program code is located in one of these memories of the application device. This application program can emulate parts of the signal processing components described here. This application program can, for example, emulate the high-pass filters and/or low-pass filters and/or synchronous demodulators and/or their functionally equivalent implementations described here.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, diesen niederfrequenten Gleichanteil im zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL von dem zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL abzutrennen und so den Wechselanteil des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln. Im Faller des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors kann die Anwendungsvorrichtung auf diese Weise ein Signal bereitstellen, das zur Steuerung der Kommutierung der Halbbrücken in der beispielhaften Anwendungsvorrichtung im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors geeignet ist.The device is preferably set up to separate this low-frequency direct component in the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescent radiation FL from the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescent beam to separate the lung FL and thus determine the alternating component of the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL. In the case of the second application example of a motor, the application device can in this way provide a signal suitable for controlling the commutation of the half bridges in the exemplary application device in the second application example of a motor.
Eine beispielhafte Anwendung des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK ist die Vermessung eines Magnetfelds eines ferromagnetischen Materials FM.An exemplary application of the proposed optical fiber LWL of the first application example of a sensor head SK is the measurement of a magnetic field of a ferromagnetic material FM.
Bevorzugt ist die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors daher dazu eingerichtet, einen Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln. Die Detektion des Nulldurchgangs hat den Vorteil, dass Schwankungen der Amplitude des Signals etc. für den Nulldurchgang unerheblich sind. Ein solches Signal eignet sich daher besser für die Steuerung der Kommutierung eines Motors.In the case of the second application example of a motor, the application device is therefore preferably set up to determine a zero crossing of the alternating component of the time profile of the amplitude value of the time value profile of the intensity of the fluorescence radiation FL. The detection of the zero crossing has the advantage that fluctuations in the amplitude of the signal etc. are irrelevant for the zero crossing. Such a signal is therefore more suitable for controlling the commutation of a motor.
Des Weiteren ist die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors vorzugsweise dazu eingerichtet, in einem zeitlichen Zusammenhang mit dem ermittelten Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL eine Kommutierung der elektrischen Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL des Motors und/oder die elektrische Bestromung von Rotor-Spulen des Motors und insbesondere mittels einer Halbbrückensteuerung CTRH im Zusammenwirken mit Halbbrücken HB, durchzuführen.Furthermore, in the case of the second application example of a motor, the application device is preferably set up to commutation the electrical current supply to coils of the motor, in particular, in a temporal connection with the determined zero crossing of the alternating component of the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescent radiation FL of stator coils SL of the motor and / or the electrical current supply of rotor coils of the motor and in particular by means of a half-bridge control CTRH in cooperation with half-bridges HB.
Schließlich ist die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors vorzugsweise dazu eingerichtet,
- 1. einen oder mehrere Spannungswerte einer oder mehrerer Motorphasenspannungen (VMPHU, VMPHV, VMPHW) einer oder mehrerer Motorphasen (MPHH, MPHV, MPHW) der Motorphasen MPH gegen eine oder mehrere von dieser Motorphase verschiedenen Motorphasen (MPHH, MPHv, MPHw) der Motorphasen MPH und/oder gegen ein Bezugspotenzial GND zu ermitteln, und/oder
- 2. einen oder mehrere Stromwerte einer oder mehrerer Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) einer oder mehrerer Motorphasen (MPHH, MPHv, MPHw) der Motorphasen MPH zu ermitteln und/oder
- 3. einen oder mehrere Summenstromwerte eines oder mehreres Summenströme mehrerer Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) mehrerer Motorphasen (MPHU, MPHV, MPHW) der Motorphasen MPH, insbesondere einen Sternpunktstrom von einem Sternpunkt von Spulen des Motors zu einem Referenzknoten oder einem Bezugspotenzialknoten GND,
- 1. one or more voltage values of one or more motor phase voltages (V MPHU , V MPHV , V MPHW ) of one or more motor phases (MPH H , MPH V , MPH W ) of the motor phases MPH against one or more motor phases (MPH H ) different from this motor phase, MPHv, MPHw) to determine the motor phases MPH and/or against a reference potential GND, and/or
- 2. to determine one or more current values of one or more motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) of one or more motor phases (MPH H , MPHv, MPHw) of the motor phases MPH and/or
- 3. one or more total current values of one or more total currents of several motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) of several motor phases (MPH U , MPH V , MPH W ) of the motor phases MPH, in particular a star point current from a star point of coils of the motor to one reference node or a reference potential node GND,
In der Folge ist die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors bevorzugt dazu eingerichtet, eine Information über den Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL als erstem Regelparameter einerseits zu ermitteln.As a result, in the case of the second application example of a motor, the application device is preferably set up to, on the one hand, determine information about the zero crossing of the alternating component of the time profile of the amplitude value of the time value profile of the intensity of the fluorescence radiation FL as the first control parameter.
Des Weiteren ist die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors bevorzugt dazu eingerichtet,
- 1. mit dem einen Spannungswert einer Motorphasenspannung der Motorphasenspannungen (VMPHU, VMPHV, VMPHW) einer Motorphase der Motorphasen (MPHH, MPHV, MPHW) und/oder
- 2. mit mehreren Spannungswerten der mehreren Spannungswerte mehrerer Motorphasenspannungen (VMPHU, VMPHV, VMPHW) mehrerer Motorphasen (MPHH, MPHV, MPHW) und/oder
- 3. mit dem einen Stromwert eines Motorphasenstroms der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) einer Motorphase der Motorphasen (MPHH, MPHV, MPHW) und/oder
- 4. mit mehrere Stromwerte der Stromwerte mehrerer Motorphasenströme der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) mehrerer Motorphasen der Motorphasen (MPHU, MPHV, MPHW) und/oder
- 5. mit dem einen Summenstromwert eines Summenstroms mehrerer Motorphasenströme der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) mehrerer Motorphasen der Motorphasen (MPHU, MPHV, MPHW) und/oder
- 6. mit mehreren Summenstromwerten mehrerer Summenströme der Summenströme mehrerer Motorphasenströme der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) mehrerer Motorphasen der Motorphasen (MPHH, MPHV, MPHW)
- 1. with the one voltage value of a motor phase voltage of the motor phase voltages (V MPHU , V MPHV , V MPHW ) of a motor phase of the motor phases (MPH H , MPH V , MPH W ) and/or
- 2. with multiple voltage values of the multiple voltage values of multiple motor phase voltages (V MPHU , V MPHV , V MPHW ) of multiple motor phases (MPH H , MPH V , MPH W ) and/or
- 3. with the one current value of a motor phase current of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) of a motor phase of the motor phases (MPH H , MPH V , MPH W ) and/or
- 4. with several current values of the current values of several motor phase currents of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) of several motor phases of the motor phases (MPH U , MPH V , MPH W ) and/or
- 5. with the one total current value of a total current of several motor phase currents of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) of several motor phases of the motor phases (MPH U , MPH V , MPH W ) and/or
- 6. with several total current values of several total currents of the total currents of several motor phase currents of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) of several motor phases of the motor phases (MPH H , MPH V , MPH W )
Dabei ist die die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors bevorzugt dazu eingerichtet, den Zeitpunkt der Kommutierung der Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL und/oder insbesondere von Rotor-Spulen des Motors, in Abhängigkeit vom ersten Regelparameter und von einem solchen zweiten Regelparameter zu ändern.In the case of the second application example of a motor, the application device is preferably set up to determine the time of commutation of the energization of coils of the motor, in particular of stator coils SL and/or in particular of rotor coils of the motor, depending on the first control parameter and of such a second control parameter to change.
Vorzugsweise ist darüber hinaus die die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors dazu eingerichtet, aus dem ersten Regelparameter und dem zweiten Regelparameter auf eine Position des magnetischen Feldes mit der Flussdichte B im Luftspalt LS des Motors relativ zu einem oder mehreren Motorphasenstromvektoren der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) zu schließen und einen räumlichen Winkelwert des Winkels zwischen der Position des Sensorelements als Referenzposition einerseits und der Richtung eines oder mehrerer Motorphasenstromvektoren der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL andererseits zu ermitteln.Preferably, in the case of the second application example of a motor, the application device is set up to use the first control parameter and the second control parameter to determine a position of the magnetic field with the flux density B in the air gap LS of the motor relative to one or more motor phase current vectors of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) and a spatial angle value of the angle between the position of the sensor element as a reference position on the one hand and the direction of one or more motor phase current vectors of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ) at the time of the zero crossing of the alternating component on the other hand, to determine the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL.
Darüber hinaus ist eine Sensor-Fusion hier sinnvoll.In addition, sensor fusion makes sense here.
Bevorzugt umfasst die vorgeschlagene die Anwendungsvorrichtung im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors einen Positionssensor POS. Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, mittels dieses Positionssensors POS eine Positionsinformation POSS zu ermitteln und eine Information über den Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL als erstem Regelparameter einerseits mit der Positionsinformation als zweitem Regelparameter andererseits zu kombinieren. In dem Fall ist die Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors vorzugsweise dazu eingerichtet, den Zeitpunkt der Kommutierung der Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL und/oder insbesondere von Rotor-Spulen, in Abhängigkeit vom ersten Regelparameter und von einem solchen zweiten Regelparameter zu ändern, um insbesondere auf die Position des magnetischen Feldes B im Luftspalt LS relativ zu einem oder mehreren Motorphasenstromvektoren der Motorphasenströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW) zuschließen.In the case of the second application example of a motor, the proposed application device preferably comprises a position sensor POS. The device is preferably set up to use this position sensor POS to determine position information POSS and to combine information about the zero crossing of the alternating component of the time profile of the amplitude value of the time value profile of the intensity of the fluorescence radiation FL as the first control parameter on the one hand with the position information as the second control parameter on the other hand . In this case, the application device of the second application example of a motor is preferably set up to determine the time of commutation of the current supply to coils of the motor, in particular stator coils SL and / or in particular rotor coils, depending on the first control parameter and on such to change the second control parameter, in particular to determine the position of the magnetic field B in the air gap LS relative to one or more motor phase current vectors of the motor phase currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW ).
In einer anderen Variante ist die Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors bevorzugt dazu eingerichtet, aus dem ersten Regelparameter und dem zweiten Regelparameter auf eine Position des magnetischen Feldes mit der Flussdichte B im Luftspalt LS des Motors relativ zur Position des Rotors (GHR, PM, RMK) zu schließen. In einer anderen Variante ist die die Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors bevorzugt somit dazu eingerichtet, dann einen räumlichen Winkelwert des Winkels zwischen der Position des Sensorelements als Referenzposition einerseits und der räumlichen Position des Rotors zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL andererseits zu ermitteln.In another variant, the application device of the second application example of a motor is preferably set up to use the first control parameter and the second control parameter to determine a position of the magnetic field with the flux density B in the air gap LS of the motor relative to the position of the rotor (GHR, PM, RMK ) close. In another variant, the application device of the second application example of a motor is preferably set up to then obtain a spatial angle value of the angle between the position of the sensor element as a reference position on the one hand and the spatial position of the rotor at the time of the zero crossing of the alternating component of the time course of the amplitude value on the other hand, to determine the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL.
Die Anwendungen der hier dargestellten technischen Lehre sind hierauf aber nicht beschränkt. Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen mit ähnlichen Messaufgaben einen Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement SE vor. Dabei weist das Sensorelement SE ein Trägermaterial TM auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL.However, the applications of the technical teaching presented here are not limited to this. The document presented here proposes an optical fiber LWL with the sensor element SE for these and other applications with similar measurement tasks. The sensor element SE has a carrier material TM in which a large number of diamonds DM are embedded. One or more or all diamonds DM of these diamonds DM have one or more NV centers NVZ and/or one or more other paramagnetic centers. The NV centers NVZ of the sensor element SE and/or the other paramagnetic centers of the sensor element SE emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB.
Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Lichtwellenleiter LWL ist, dass das Trägermaterial TM bevorzugt ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischer Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist.The special feature of the optical waveguide LWL proposed in the document presented here is that the carrier material TM is preferably a carrier material that has been hardened using electromagnetic radiation rial TM and that the carrier material TM after curing is essentially transparent to radiation with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB, with which the NV centers NVZ and / or the other paramagnetic centers are pumped. Essentially this means that the losses that undoubtedly occur are still so low that the functionality of the device for the application in question is still ensured. In the same way, the carrier material TM should be essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation LB of the NV centers NVZ or paramagnetic centers. Essentially this means that the losses that undoubtedly occur are still so low that the functionality of the device for the application in question is still ensured.
Die hier vorgelegte Schrift schlägt als erstes Anwendungsbeispiel eine Vorrichtung zur Erfassung der magnetischen Flussdichte B in einem Kanal KN eines Sensorkopfes SK und/oder im Streufeld BSTR eines Permanentmagneten PM des Sensorkopfes SK vor. Der Sensorkopf SK des ersten Anwendungsbeispiels weist bevorzugt ein Sensorelement SE mit einem Trägermittel TM auf.The document presented here proposes, as a first application example, a device for detecting the magnetic flux density B in a channel KN of a sensor head SK and/or in the stray field BSTR of a permanent magnet PM of the sensor head SK. The sensor head SK of the first application example preferably has a sensor element SE with a carrier means TM.
In das Trägermittel TM eines vorschlagsgemäßen Sensorelements SE sind entsprechend der technischen Lehre des hier vorgelegten Dokument vorzugsweise eine Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle eingebettet. Bevorzugt umfasst das Trägermaterial TM Glas und/oder einen ausgehärteten Kunststoff. Das Trägermaterial TM fixiert die Diamanten DM und/oder Kristalle gegenüber dem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL und verhindert eine Repositionierung der Diamanten DM und/oder Kristalle. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM nach der Verfestigung im Herstellungsprozess für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB und für Strahlung mir der Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischen Zentren in den Diamanten DM bzw. Nanodiamanten und/oder Kristalle im Wesentlichen transparent. Einer oder mehrere oder alle Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle dieser Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle weisen typischerweise NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetische Zentren auf.In accordance with the technical teaching of the document presented here, a large number of diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals are preferably embedded in the carrier medium TM of a proposed sensor element SE. The carrier material TM preferably comprises glass and/or a hardened plastic. The carrier material TM fixes the diamonds DM and/or crystals relative to the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL and prevents repositioning of the diamonds DM and/or crystals. After solidification in the manufacturing process, the carrier material TM is preferred for radiation with the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB and for radiation with the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL of the NV centers NVZ or paramagnetic centers in the diamonds DM or nanodiamonds and / or Crystals essentially transparent. One or more or all diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals of these diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals typically have NV centers NVZ and/or paramagnetic centers.
In einer beispielhaften Variante der Anwendungsvorrichtung des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK wirkt die magnetische Flussdichte B im Streufeld BSTR des Magnetfelds des beispielhaften Permanentmagneten PM auf die NV-Zentren NVZ bzw. die paramagnetischen Zentren im Sensorelement SE des Sensorkopfes SK ein.In an exemplary variant of the application device of the first application example of a sensor head SK, the magnetic flux density B in the stray field BSTR of the magnetic field of the exemplary permanent magnet PM acts on the NV centers NVZ or the paramagnetic centers in the sensor element SE of the sensor head SK.
Typischerweise bewirkt die magnetische Flussdichte B, die das Trägermaterial TM des Sensorkopfes mit den paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren NVZ durchdringt, eine Reduktion der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischen Zentren im Sensorelement SE.Typically, the magnetic flux density B, which penetrates the carrier material TM of the sensor head with the paramagnetic centers and/or NV centers NVZ, causes a reduction in the intensity of the fluorescence radiation FL of the NV centers NVZ or paramagnetic centers in the sensor element SE.
In einer beispielhaften Variante der Anwendungsvorrichtung des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK besitzt das Sensorkopfgehäuse GH vorzugsweis einen ersten Kanal KN für die Zuführung von Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement SE über einen Lichtwellenleiter LWL oder über dergleichen optischen System.In an exemplary variant of the application device of the first application example of a sensor head SK, the sensor head housing GH preferably has a first channel KN for supplying pump radiation LB from the pump radiation source PL to the sensor element SE via an optical waveguide LWL or via a similar optical system.
In einer beispielhaften Variante der Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors besitzt das Gehäuse GH des Motors vorzugsweis eine erste Öffnung OF für die Zuführung von Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement SE über einen Lichtwellenleiter LWL oder über dergleichen optisches System.In an exemplary variant of the application device of the second application example of a motor, the housing GH of the motor preferably has a first opening OF for the supply of pump radiation LB from the pump radiation source PL to the sensor element SE via an optical waveguide LWL or via a similar optical system.
Die Pumpstrahlung LB besitzt im Falle von NV-Zentren in Dimant als paramagnetischen Zentren innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Im Falle von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten als paramagnetischen Zentren innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Pumpstrahlungsquelle PL mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λpmp geeignet. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE emittieren dann typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λfl von ca. 637nm bei NV-Zentren NVZ.In the case of NV centers in diamond as paramagnetic centers within the carrier material TM of the sensor element SE, the pump radiation LB preferably has a pump radiation wavelength λ pmp in a wavelength range of 400 nm to 700 nm wavelength and/or better 450 nm to 650 nm and/or better 500 nm to 550 nm and/or better 515 nm to 540 nm. A wavelength of 532 nm is clearly preferred as the pump radiation wavelength λ pmp . In the case of NV centers in diamond or in diamonds as paramagnetic centers within the carrier material TM of the sensor element SE, a laser diode from Osram of the type PLT5 520B is suitable, for example, as a pump radiation source PL with a 520 nm pump radiation wavelength λ pmp . When irradiated with pump radiation LB of the above-described pump radiation wavelength λ pmp , the NV centers NVZ of the sensor element SE then typically emit fluorescence radiation FL with a typical fluorescence wavelength λ fl of approximately 637 nm for NV centers NVZ.
Andere Wellenlängen können durch plasmonische Kopplung mit zusätzlich im Trägermaterial TM eingebetteten metallischen Nanokristallen in dem Trägermaterial TM erreicht werden. Die optischen Eigenschaften der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischen Zentren im Sensorelement SE können durch Kombination der Nanodiamanten bzw. Diamanten DM im Trägermaterial TM des Sensorelements SE mit metallischen Nanopartikeln modifiziert werden.Other wavelengths can be achieved by plasmonic coupling with metallic nanocrystals additionally embedded in the carrier material TM in the carrier material TM. The optical properties The NV centers NVZ or paramagnetic centers in the sensor element SE can be modified by combining the nanodiamonds or diamonds DM in the carrier material TM of the sensor element SE with metallic nanoparticles.
In einer beispielhaften Variante der Anwendungsvorrichtung des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK weist das Sensorkopfgehäuse GH bevorzugt einen zweiten Kanal KN für den Austritt von Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE zu einem Fotodetektor PD hin auf.In an exemplary variant of the application device of the first application example of a sensor head SK, the sensor head housing GH preferably has a second channel KN for the exit of fluorescent radiation FL from the sensor element SE towards a photodetector PD.
In einer beispielhaften Variante der Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors weist das Gehäuse GH des Motors bevorzugt einen zweiten Kanal KN für den Austritt von Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE zu einem Fotodetektor PD hin auf.In an exemplary variant of the application device of the second application example of a motor, the housing GH of the motor preferably has a second channel KN for the exit of fluorescent radiation FL from the sensor element SE to a photodetector PD.
Die vorgeschlagene Vorrichtung weist darüber hinaus vorzugsweise eine Teilvorrichtung, insbesondere einen dichroitischen Spiegel F1 und/oder einen Filter F1, auf, um die Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB zu trennen, sodass im Wesentlichen nur Fluoreszenzstrahlung FL und möglichst keine Pumpstrahlung LB auf den Fotodetektor PD fällt. Diese Teilvorrichtung in Form eines Filters F1 oder dichroitischen Spiegel lässt bevorzugt die Passage von Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL - z.B. 637nm bei NV-Zentren NVZ mit einem Phononenseitenband von 637nm bis 850 nm bei NV-Zentren NVZ - in Richtung des Fotodetektors PD passieren, während es die Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL und somit die modulierte Pumpstrahlung LB nicht passieren lässt oder so führt, dass sie den Fotodetektor PD nicht trifft oder beeinflusst. Der Fotodetektor PD wandelt das Intensitätssignal der Fluoreszenzstrahlung FL in ein Empfängerausgangsignal S0. Die Vorrichtung wertet das Empfängerausgangssignal S0 aus,The proposed device also preferably has a partial device, in particular a dichroic mirror F1 and/or a filter F1, in order to separate the fluorescent radiation FL from the pump radiation LB, so that essentially only fluorescent radiation FL and, if possible, no pump radiation LB on the photodetector PD falls. This partial device in the form of a filter F1 or dichroic mirror preferably allows the passage of radiation with the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL - for example 637 nm for NV centers NVZ with a phonon sideband of 637 nm to 850 nm for NV centers NVZ - in the direction of the photodetector PD pass while it does not allow the radiation with the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB of the pump radiation source PL and thus the modulated pump radiation LB to pass or guides it so that it does not hit or influence the photodetector PD. The photodetector PD converts the intensity signal of the fluorescence radiation FL into a receiver output signal S0. The device evaluates the receiver output signal S0,
Im Falle der Anwendungsvorrichtung des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK kann die Anwendungsvorrichtung das Empfängerausgangssignal S0 auswerten, um Informationen über die Werte magnetischer Materialparameter des Materials an der Oberfläche OF eines Werkstücks zu erlangen und/oder Informationen zu erlangen, die diese Information umfassen. Vorzugsweise umfasst das Material des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF ein ferromagnetisches Material FMM.In the case of the application device of the first application example of a sensor head SK, the application device can evaluate the receiver output signal S0 in order to obtain information about the values of magnetic material parameters of the material on the surface OF of a workpiece and/or to obtain information that includes this information. Preferably, the material of the workpiece near the surface OF comprises a ferromagnetic material FMM.
Im Falle der Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motorskann die Anwendungsvorrichtung das Empfängerausgangssignal S0 auswerten, um Informationen über die Rotorposition und/oder die tatsächliche Position des Magnetfelds im Luftspalt LS des Motors und/oder den Zustand des Motors und/oder seiner Ansteuerungsvorrichtung Und/oder seiner mechanischen Belastung (d.h. das anliegende Drehmoment) zu erlangen und/oder Informationen zu erlangen, die diese Information umfassen.In the case of the application device of the second application example of a motor, the application device can evaluate the receiver output signal S0 in order to obtain information about the rotor position and/or the actual position of the magnetic field in the air gap LS of the motor and/or the state of the motor and/or its control device and/or its mechanical load (i.e. the applied torque) and/or to obtain information that includes this information.
Die vorgeschlagene Vorrichtung hat den Vorteil, dass das Magnetfeld in der Anwendungsvorrichtung, d.h. im ersten Anwendungsbeispiel das Magnetfels des Permanentmagnete PM und des ferromagnetischen Materials FM des Werkstücks und im zweiten Anwendungsbeispiel das Magnetfeld im Luftspalt LS des Motors, durch Zuleitungen wie z.B. bei der Magnetfeldmessung mit Hall-Sensoren nicht gestört wird.The proposed device has the advantage that the magnetic field in the application device, i.e. in the first application example the magnetic field of the permanent magnet PM and the ferromagnetic material FM of the workpiece and in the second application example the magnetic field in the air gap LS of the motor, through supply lines such as in the magnetic field measurement Hall sensors are not disturbed.
Des Weiteren ist das Sensorelement SE vollkommen diamagnetisch. Eine Rückwirkung von Feldern innerhalb der Anwendungsvorrichtung und/oder aus dem Umfeld der Anwendungsvorrichtung auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement SE und den Sensorkopf SK und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich.Furthermore, the sensor element SE is completely diamagnetic. A reaction of fields within the application device and/or from the environment of the application device on the evaluation electronics of the sensor system via the sensor element SE and the sensor head SK and the optical waveguide LWL is very unlikely because of the galvanic isolation.
Im Falle einer Anwendungsvorrichtung des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK ist eine Rückwirkung von Feldern innerhalb des Sensorkopfes SK und/oder aus dem Umfeld des Sensorkopfes SK - beispielsweise des Werkstücks -auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement SE und den Sensorkopf SK und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich.In the case of an application device of the first application example of a sensor head SK, there is a reaction of fields within the sensor head SK and/or from the environment of the sensor head SK - for example the workpiece - on the evaluation electronics of the sensor system via the sensor element SE and the sensor head SK and the optical fiber LWL is very unlikely because of the galvanic isolation.
Im Falle einer Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors ist eine Rückwirkung von Feldern innerhalb des Motors und/oder aus dem Umfeld des Motors - beispielsweise von Rotor- oder Stator-Spannungen und-Strömen -auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement SE und den Sensorkopf SK und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich.In the case of an application device of the second application example of a motor, there is a reaction from fields within the motor and/or from the environment of the motor - for example from rotor or stator voltages and currents - on the evaluation electronics of the sensor system via the sensor element SE and the sensor head SK and the fiber optic cable LWL is very unlikely due to the galvanic isolation.
Dadurch kann das System auch in Anwendungsvorrichtungen in Hochspannungsteilvorrichtungen, die auf sehr hohen elektrischem Potenzial liegen, eingesetzt werden.This means that the system can also be used in application devices in high-voltage subdevices that have a very high electrical potential.
Beispielsweise kann das System in einer Anwendungsvorrichtung des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK auch in Hochspannungssystemen mit Werkstücken, die auf sehr hohen elektrischem Potenzial liegen, eingesetzt werden.For example, the system in an application device of the first application example of a sensor head SK can also be used in high-voltage systems with workpieces that have a very high electrical potential.
Beispielsweise kann das System in einer Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors auch in Hochspannungssystemen Motorkomponenten, die auf sehr hohen elektrischem Potenzial liegen, eingesetzt werden.For example, in an application device of the second application example of a motor, the system can also be used in high-voltage systems, motor components that have a very high electrical potential.
Dies sind wesentliche Vorteile eines vorschlagsgemäßen Sensorelements SE. Ganz besonders vorteilhaft ist die erzielbare geringe Größe bei gleichzeitiger Präzision der Positionierung.These are essential advantages of a proposed sensor element SE. The small size that can be achieved with simultaneous positioning precision is particularly advantageous.
Auch ist es denkbar, dass das die Anwendungsvorrichtung, also z.B. der Sensorkopf SK bzw. der Motor, und/oder die Umgebung der Anwendungsvorrichtung, also z.B. das Werkstück bzw. die Umgebung des Motors, im Vergleich zu den Betriebsbedingungen von Halbleitern sehr heiß oder sehr kalt sind. Ein Temperaturbereich von 0°C bis 80°C ist möglich. Bei entsprechender Ausgestaltung des Sensorkopfes, des Lichtwellenleiters LWL, der mechanischen Hülle MH, des Trägermaterials TM und des Materials des Sensorkopfgehäuses GH sind Temperaturen bis 700°C und bis zum absoluten Nullpunkt für das Werkstück und das ferromagnetische Material FM denkbar. Systeme aus dem Stand der Technik zeigen dies nichtIt is also conceivable that the application device, for example the sensor head SK or the motor, and/or the environment of the application device, for example the workpiece or the environment of the motor, is very hot or very hot compared to the operating conditions of semiconductors are cold. A temperature range of 0°C to 80°C is possible. With appropriate design of the sensor head, the optical fiber LWL, the mechanical shell MH, the carrier material TM and the material of the sensor head housing GH, temperatures of up to 700 ° C and up to absolute zero are conceivable for the workpiece and the ferromagnetic material FM. Prior art systems do not show this
Bevorzugt befinden sich NV-Zentren NVZ bzw. die paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK nicht im Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM und im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors nicht im Streufeld BSTR des Luftspalts LS.Preferably, NV centers NVZ or the paramagnetic centers of the sensor element SE are not in the stray field BSTR of the permanent magnet PM in the first application example of a sensor head SK and not in the stray field BSTR of the air gap LS in the second application example of a motor.
Bevorzugt sind die Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert. Dies hat den fertigungstechnischen Vorteil, dass eine Ausrichtung der Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle nicht mehr notwendig ist und die das Herstellverfahren zur Herstellung des Sensorelements SE beispielsweise Diamantpulver und/oder Kristallpulver mit einer sehr großen Anzahl sehr kleiner Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle verwenden kann.The diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals in the carrier material TM are preferably oriented substantially differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the advantage in terms of manufacturing technology that alignment of the diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals is no longer necessary and the manufacturing process for producing the sensor element SE, for example, diamond powder and/or crystal powder with a very large number of very small diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals can be used.
Ein Sensorelement SE mit einer solchen ungeordneten Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder einer solchen ungeordneten Vielzahl von Kristallen hat den Vorteil, dass die Messung der magnetischen Flussdichte B isotrop ist.A sensor element SE with such a disordered multitude of diamonds or nanodiamonds DM and/or such a disordered multitude of crystals has the advantage that the measurement of the magnetic flux density B is isotropic.
Das bedeutet, dass das Sensorelement SE nur den Betrag der magnetischen Flussdichte B erfasst, nicht jedoch die Richtung. Dies hat den Vorteil, dass eine Ausrichtung des Sensorelements SE und des Lichtwellenleiters LWL im Sensorkopf SK nicht mehr notwendig ist. Die Montage eines solchen Sensorelements SE können Hilfskräfte oder wenig präzise maschinelle Vorrichtungen übernehmen, die das Sensorelement SE mit dem Lichtwellenleiter LWL nur in einen dafür vorgesehenen Kanal KN im Sensorkopfgehäuse GH stecken und dort beispielsweise mittels Klebung oder Verschraubung befestigen müssen. Hierdurch sinken die Fertigungskosten für einen solchen Sensorkopf SK drastisch. Der Cpk-Wert einer auf einem solchen Fertigungsverfahren beruhenden Serienfertigung steigt dramatisch an, was entsprechend niedrige Kostenpositionen ermöglicht. Um die räumliche Isotropie zu erreichen, ist es daher vorteilhaft, wenn die Orientierung der Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle stochastisch im Sensorelement SE im Wesentlichen gleichverteilt ist.This means that the sensor element SE only detects the amount of the magnetic flux density B, but not the direction. This has the advantage that it is no longer necessary to align the sensor element SE and the optical fiber LWL in the sensor head SK. The assembly of such a sensor element SE can be carried out by auxiliary staff or less precise mechanical devices, which only insert the sensor element SE with the optical waveguide LWL into a designated channel KN in the sensor head housing GH and fasten it there, for example by means of gluing or screwing. This drastically reduces the production costs for such a sensor head SK. The Cpk value of series production based on such a manufacturing process increases dramatically, which enables correspondingly low cost positions. In order to achieve spatial isotropy, it is therefore advantageous if the orientation of the diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals is stochastically distributed essentially equally in the sensor element SE.
Im Zuge der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments hat die Anmelderin erkennt, dass es entsprechend den vorausgehenden Ausführungen auch vorteilhaft sein kann, wenn das Sensorelement SE in bestimmten Sonderfällen im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK doch im Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM und im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors doch im Streufeld BSTR des Luftspalts LS befindet.In the course of developing the technical teaching of this document, the applicant recognized that, in accordance with the previous statements, it can also be advantageous if the sensor element SE in certain special cases in the first application example of a sensor head SK in the stray field BSTR of the permanent magnet PM and in the second application example of one Motor is located in the stray field BSTR of the air gap LS.
Um die Anzahl der Lichtwellenleiter LWL zu minimieren und die Modifikationen an der Anwendungsvorrichtung, hier im ersten Anwendungsbeispiel am Sensorkopf SK und im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors am Motor, gering zu halten, ist es vorteilhaft einen einzigen Lichtwellenleiter LWL für die Zuführung der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zum Sensorelement SE und für die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement SE zum Fotodetektor PD zu benutzen.In order to minimize the number of fiber optic cables and to keep the modifications to the application device low, here in the first application example on the sensor head SK and in the second application example of a motor on the motor, it is advantageous to use a single fiber optic cable for supplying the pump radiation LB to the pump radiation source PL to the sensor element SE and for returning the fluorescence radiation FL from the sensor element SE to the photodetector PD.
In dem Fall ist nur ein einziger Kanal KN bzw. nur eine einzige Öffnung OF in der Anwendungsvorrichtung, hier im ersten Anwendungsbeispiel in dem Sensorkopf SK und im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors in dem Motor, für die Montage des Lichtwellenleiters LWL im Gehäuse GH der Anwendungsvorrichtung, hier im ersten Anwendungsbeispiel im Sensorkopfgehäuse GH und im zweiten Anwendungsbeispiel mim Gehäuse GH des Motors, notwendig, sodass dann der erste Kanal KN mit dem zweiten Kanal KN bzw. die erste Öffnung OF und die zweite Öffnung OF identisch sind. Der folgende Text bezeichnet dann einen solchen Kanal KN als gemeinsamen Kanal KN und eine solche Öffnung OF als gemeinsame Öffnung OF.In this case, there is only a single channel KN or only a single opening OF in the application device, here in the sensor head SK in the first application example and one in the second application example Motor in the motor, for the assembly of the optical waveguide LWL in the housing GH of the application device, here in the first application example in the sensor head housing GH and in the second application example in the housing GH of the motor, necessary, so that the first channel KN with the second channel KN or the first opening OF and the second opening OF are identical. The following text then refers to such a channel KN as a common channel KN and such an opening OF as a common opening OF.
Somit umfasst die vorschlagsgemäße Anwendungsvorrichtung, in dem ersten Anwendungsbeispiel der vorschlagsgemäße Sensorkopf SK und in dem zweiten Anwendungsbeispiel der Motor, ein Sensorelement SE mit einer Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristallen mit NV-Zentren NVZ und/oder anderen paramagnetischen Zentren in einem Trägermaterial TM und einen ersten Lichtwellenleiter LWL, an dem das Sensorelement SE befestigt ist. Der Lichtwellenleiter LWL transportiert die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement SE, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement SE bestrahlt und die NV-Zentren NVZ bzw. die paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE Fluoreszenzstrahlung FL abgeben. Der Lichtwellenleiter LWL erfasst diese Fluoreszenzstrahlung FL und transportiert die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung auf den Fotodetektor PD zurück.Thus, the proposed application device, in the first application example the proposed sensor head SK and in the second application example the motor, comprises a sensor element SE with a plurality of diamonds or nanodiamonds DM and / or crystals with NV centers NVZ and / or other paramagnetic centers in a carrier material TM and a first optical waveguide LWL, to which the sensor element SE is attached. The optical waveguide LWL transports the pump radiation LB of the pump radiation source PL to the sensor element SE, so that the pump radiation LB irradiates the sensor element SE and the NV centers NVZ or the paramagnetic centers of the sensor element SE emit fluorescence radiation FL. The optical waveguide LWL detects this fluorescent radiation FL and transports the fluorescent radiation FL back towards the photodetector PD.
Der Lichtwellenleiter LWL kann in der Anwendungsvorrichtung des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK dabei parallel oder senkrecht zur Achse AX des Permanentmagneten PM im Sensorkopf SK eingebracht werden, wobei sich dann das Sensorelement SE bevorzugt im Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM befindet.The optical waveguide LWL can be introduced in the application device of the first application example of a sensor head SK parallel or perpendicular to the axis AX of the permanent magnet PM in the sensor head SK, in which case the sensor element SE is preferably located in the stray field BSTR of the permanent magnet PM.
Der Lichtwellenleiter LWL kann in der Anwendungsvorrichtung des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors dabei parallel oder senkrecht zur Achse AX Motors im Luftspalt LS des Motors eingebracht werden, wobei sich dann das Sensorelement SE bevorzugt im Streufeld BSTR im Luftspalt LS des Motors befindet.The optical waveguide LWL can be introduced in the application device of the second application example of a motor parallel or perpendicular to the axis AX of the motor in the air gap LS of the motor, in which case the sensor element SE is then preferably located in the stray field BSTR in the air gap LS of the motor.
Sofern die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement SE zum Fotodetektor PD separat von der Hinführung der Pumpstrahlung LB zum Sensorelement SE erfolgen soll, umfasst in diesem Fall die Anwendungsvorrichtung, im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK der Sensorkopf SK im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors der Motor, bevorzugt einen zweiten Lichtwellenleiter LWL, der Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE erfasst, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung des Fotodetektors PD transportiert.If the return of the fluorescence radiation FL from the sensor element SE to the photodetector PD is to be carried out separately from the return of the pump radiation LB to the sensor element SE, in this case the application device comprises, in the first application example of a sensor head SK, the sensor head SK, in the second application example of a motor, the motor, preferably a second optical waveguide LWL, which detects fluorescence radiation FL of the sensor element SE, and transports the fluorescence radiation FL in the direction of the photodetector PD.
Wie oben ausgeführt, ist jedoch bevorzugt der erste Lichtwellenleiter LWL mit dem zweiten Lichtwellenleiter LWL identisch. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet im Folgenden einen solchen Lichtwellenleiter LWL als gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL. Ein solche gemeinsamer Lichtwellenleiter LWL spart Kalibrationsaufwand und reduziert die Montagekomplexität und spart Material und ist daher vorteilhaft.However, as stated above, the first optical waveguide LWL is preferably identical to the second optical waveguide LWL. The document presented here hereinafter refers to such an optical fiber LWL as a common optical fiber LWL. Such a common optical fiber LWL saves calibration effort and reduces assembly complexity and saves material and is therefore advantageous.
Insbesondere reduziert ein gemeinsamer Lichtwellenleiter LWL die notwendigen Modifikationen an der Anwendungsvorrichtung, im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK an dem Sensorkopf SK im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors an dem Motor.In particular, a common optical fiber LWL reduces the necessary modifications to the application device, in the first application example of a sensor head SK on the sensor head SK in the second application example of a motor on the motor.
Der erste Lichtwellenleiter LWL weist ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Der zweite Lichtwellenleiter LWL weist ebenfalls ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL weist ebenso ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf.The first optical waveguide LWL has a first end ELWL1 and a second end ELWL2. The second optical waveguide LWL also has a first end ELWL1 and a second end ELWL2. The common optical waveguide LWL also has a first end ELWL1 and a second end ELWL2.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt nun vor, das Sensorelement SE an dem ersten Ende ELWL1 des ersten Lichtwellenleiters LWL und/oder zweiten Lichtwellenleiters LWL oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL zu befestigen, um die optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement SE zu stabilisieren.The document presented here now proposes to attach the sensor element SE to the first end ELWL1 of the first optical fiber LWL and / or second optical fiber LWL or the common optical fiber LWL in order to stabilize the optical coupling between the optical fiber LWL and sensor element SE.
Ein Lichtwellenleiter LWL im Sinne dieses Dokuments kann die Form eines Zylinders, insbesondere eins langgestreckten Zylinders wie die einer Glasfaser, oder eines Polyeder oder eines Parallelepiped oder eines Quader oder eines Prismas oder eine andere geometrische Form aufweisen.An optical waveguide LWL within the meaning of this document can have the shape of a cylinder, in particular an elongated cylinder like that of a glass fiber, or a polyhedron or a parallelepiped or a cuboid or a prism or another geometric shape.
Das erste Ende ELWL1 eines Lichtwellenleiters LWL umfasst im Sinne des hier vorgestellten Dokuments eine Endfläche EF, die Teilfläche der Außenfläche des Lichtwellenleiters LWL ist, aus der die Pumpstrahlung LB in das Trägermaterial TM des Sensorelements SE austritt und/oder in die die Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren NVZ der Diamanten bzw. Nanodiamanten und/oder Kristalle des Trägermaterials TM in den Lichtwellenleiter LWL eintritt.In the sense of the document presented here, the first end ELWL1 of an optical waveguide LWL comprises an end surface EF, which is a partial area of the outer surface of the optical waveguide LWL, from which the pump radiation LB emerges into the carrier material TM of the sensor element SE and/or into which the fluorescent radiation FL of the paramagnetic Centers and/or NV centers NVZ of the diamonds or nanodiamonds and/or crystals of the carrier material TM enter the optical waveguide LWL.
Das zweite Ende ELWL2 eines Lichtwellenleiters LWL umfasst im Sinne des hier vorgestellten Dokuments eine Endfläche EF, die Teilfläche der Außenfläche des Lichtwellenleiters LWL ist, in die die Pumpstrahlung LB in den Lichtwellenleiter LWL eintritt austritt und/oder aus der die Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren NVZ der Diamanten bzw. Nanodiamanten und/oder Kristalle des Trägermaterials TM wieder aus dem Lichtwellenleiter LWL austritt.In the sense of the document presented here, the second end ELWL2 of an optical fiber LWL comprises an end surface EF, which is a partial surface of the outer surface of the optical fiber LWL, into which the pump radiation LB enters the optical fiber LWL and/or from which the fluorescent radiation FL of the paramagnetic centers and / or NV centers NVZ of the diamonds or nanodiamonds and / or crystals of the carrier material TM emerge again from the optical waveguide LWL.
Das zweite Ende ELWL2 eines Lichtwellenleiters LWL und das erste Ende ELWL1 eines Lichtwellenleiters LWL müssen nicht unbedingt planparallel zueinander ausgerichtete Endflächen EF umfassen. Optische Funktionselemente des Lichtwellenleiters LWL können innerhalb des Lichtwellenleiters LWL das Licht geeignet umlenken.The second end ELWL2 of an optical waveguide LWL and the first end ELWL1 of an optical waveguide LWL do not necessarily have to include end faces EF that are aligned plane-parallel to one another. Optical functional elements of the LWL optical fiber can redirect the light appropriately within the LWL optical fiber.
Solche optischen Funktionselemente können spiegelnde Außenflächen des Lichtwellenleiters und/oder mikrooptischen Funktionselemente wie Mikrolinsen und/oder holographische Strukturen, insbesondere spiegelnde holographische Strukturen und/oder Diffusoren und/oder digitaloptische Funktionselement wie Fresnellinsen etc. umfassen. Vorzugsweise befinden sich diese optischen und mikrooptischen Funktionselemente auf Teiloberflächen des Lichtwellenleiters LWL.Such optical functional elements can include reflective outer surfaces of the optical waveguide and/or micro-optical functional elements such as microlenses and/or holographic structures, in particular reflective holographic structures and/or diffusers and/or digital-optical functional elements such as Fresnel lenses, etc. These optical and micro-optical functional elements are preferably located on partial surfaces of the optical waveguide LWL.
Wenn nun beispielsweise das erste Ende ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL von dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE umhüllt ist, ergibt sich eine besonders gute Stabilisierung dieser optischen Kopplung.If, for example, the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL is covered by the carrier material TM of the sensor element SE, this optical coupling is particularly well stabilized.
Bevorzugt bildet im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters dabei die Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL eine ebene Endfläche EF senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Die Mittelline ML entspricht typischerweise der optischen Achse des Lichtwellenleiters LWL.In the case of an elongated optical waveguide, the end surface EF of the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL preferably forms a flat end surface EF perpendicular to the center line ML of the optical waveguide LWL. The center line ML typically corresponds to the optical axis of the optical fiber LWL.
Eine solche ebene Endfläche EF im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters ermöglicht eine verbesserte Auskopplung der elektromagnetischen Pumpstrahlung LB aus dem Lichtwellenleiter LWL und eine verbesserte optische Einkopplung der Fluoreszenzstrahlung FL in den Lichtwellenleiter LWL. Bevorzugt ist der Abstand eines oder bevorzugt mehrerer Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder eines oder mehrerer Kristalle im Trägermaterial TM des Sensorelements SE von dieser ebenen Endfläche EF kleiner als die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und/oder besser kleiner als ½ der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/4 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/8 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/10 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/20 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/50 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/100 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, , und/oder besser kleiner als 1/200 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/500 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/1000 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.Such a flat end surface EF in the case of an elongated optical waveguide enables improved coupling of the electromagnetic pump radiation LB from the optical waveguide LWL and improved optical coupling of the fluorescent radiation FL into the optical waveguide LWL. Preferably, the distance of one or preferably several diamonds or nanodiamonds DM and/or one or more crystals in the carrier material TM of the sensor element SE from this flat end surface EF is smaller than the pump radiation wavelength λ pmp and/or better smaller than ½ of the pump radiation wavelength λ pmp , and /or better smaller than 1/4 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/8 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/10 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/20 the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/50 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/100 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/200 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/ or better less than 1/500 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better less than 1/1000 of the pump radiation wavelength λ pmp .
Im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters LWL durchstößt die Mittenlinie ML, die eine gedachte Hilfskonstruktion zur Verdeutlichung des Sachverhalts ist, die Endfläche EF an einem Mittelpunkt MP der Endfläche EF. Die Dicke dl des Trägermaterials TM ist im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters LWL bevorzugt an diesem Mittelpunkt MP dicker ist als die Dicke dr an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL. Dies hat den Vorteil, dass im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters LWL Licht durch die Grenzfläche Trägermaterial TM/ Luft in den Lichtwellenleiter LWL zurückgespiegelt wird und dass dann die Effizienz und der Wirkungsgrad steigt.In the case of an elongated optical waveguide LWL, the center line ML, which is an imaginary auxiliary construction to clarify the situation, pierces the end surface EF at a center point MP of the end surface EF. In the case of an elongated optical waveguide LWL, the thickness d l of the carrier material TM is preferably thicker at this center point MP than the thickness d r at other points of the end surface EF of the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL. This has the advantage that in the case of an elongated optical fiber LWL, light is reflected back through the carrier material TM/air interface into the optical fiber LWL and that the efficiency and efficiency then increases.
Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters LWL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL ist im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters LWL typischerweise kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL kann aber auch im Falle eines langgestreckten Lichtwellenleiters LWL so groß wie der der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL sein, was aber nach den Erfahrungen bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments nicht optimal ist.In the case of an elongated optical waveguide LWL, the carrier material TM therefore preferably forms a lens LWLL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. In the case of an elongated optical fiber LWL, the diameter D LWLL of the lens LWLL is typically smaller than the diameter D LWL of the optical fiber LWL. The diameter D LWLL of the lens LWLL can also be as large as the diameter D LWL of the optical fiber LWL in the case of an elongated optical fiber LWL, but according to the experience in developing the technical teaching of this document, this is not optimal.
Bevorzugt ist im Falle eines langgestreckten ersten Lichtwellenleiters LWL der erste Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb des Sensorkopfes SK ganz oder teilweise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt ist im Falle eines langgestreckten zweiten Lichtwellenleiters LWL der zweite Lichtwellenleiter LWL im Bereich der Anwendungsvorrichtung, im Fall des ersten Anwendungsbeispiels des Sensorkopfes SK und Im Fall des zweiten Anwendungsbeispiels des Motors, und/oder innerhalb der Anwendungsvorrichtung ganz oder teilweise ebenfalls durch eine mechanische Hülle MH umhüllt.In the case of an elongated first optical waveguide LWL, the first optical waveguide LWL is preferably completely or partially encased by a mechanical sheath MH in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK. In the case of an elongated second optical waveguide, this is preferred LWL the second optical waveguide LWL in the area of the application device, in the case of the first application example of the sensor head SK and in the case of the second application example of the motor, and / or within the application device also completely or partially covered by a mechanical sheath MH.
Bevorzugt ist der der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL im Bereich der Anwendungsvorrichtung, im Fall des ersten Anwendungsbeispiels des Sensorkopfes SK und Im Fall des zweiten Anwendungsbeispiels des Motors, und/oder innerhalb der Anwendungsvorrichtung ganz oder teilweise in gleicher Weise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Die mechanische Hülle MH stützt und schützt den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL gegen die rauen Bedingungen der jeweiligen Messsituation.Preferably, the common optical waveguide LWL in the area of the application device, in the case of the first application example of the sensor head SK and in the case of the second application example of the motor, and/or within the application device is completely or partially encased in the same way by a mechanical sheath MH. The mechanical sheath MH supports and protects the respective optical fiber LWL against the harsh conditions of the respective measurement situation.
Die mechanische Hülle MH innerhalb der Anwendungsvorrichtung, im Fall des ersten Anwendungsbeispiels des Sensorkopfes SK und Im Fall des zweiten Anwendungsbeispiels des Motors, muss den jeweiligen besondere Anforderungen hinsichtlich thermischer und chemischer Stabilität gegen Hitze und Betriebsflüssigkeiten erfüllen. Die mechanische Hülle MH ist daher im Falle eines langestreckten, faserförmigen Lichtwellenleiters bevorzugt aus Glasgewebe oder Keramik oder Kunststoff oder dergleichen gefertigt.The mechanical shell MH within the application device, in the case of the first application example of the sensor head SK and in the case of the second application example of the motor, must meet the respective special requirements with regard to thermal and chemical stability against heat and operating fluids. In the case of an elongated, fibrous optical waveguide, the mechanical sheath MH is therefore preferably made of glass fabric or ceramic or plastic or the like.
Die mechanische Hülle MH weist daher bevorzugt einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder umfasst diese oder besteht aus diesen im Extremfall. Die mechanische Hülle MH kann also aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt sein oder dieses umfassen.The mechanical shell MH therefore preferably comprises a ceramic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material which is stable at temperatures above 100°C and/or a material which is stable at temperatures above 140°C and/or a material stable at temperatures above 170 ° C and / or a material stable at temperatures above 200 ° C and / or a material stable at temperatures above 250 ° C or includes these or consists of these in extreme cases. The mechanical shell MH can therefore be made of a ceramic material or of another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or of a material which is stable at temperatures above 100°C and/or of a material which is stable at temperatures above 140°C and /or be made of or comprise a material that is stable at temperatures above 170 ° C and / or of a material that is stable at temperatures above 200 ° C and / or of a material that is stable at temperatures above 250 ° C.
Bevorzugt ist die mechanische Hülle MH im Falle eines faserförmigen Lichtwellenleiters LWL zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle oder ein Schlauch, in die der jeweilige Lichtwellenleiter LWL hineingeschoben ist. Dies vereinfacht die Fertigung des Systems aus Lichtwellenleiter LWL, Sensorelement SE und mechanischer Hülle MH. Der Innendurchmesser Dro eines solchen Rohrs oder eines solchen Röhrchens oder einer solchen Kapillare oder einer solchen Kanüle oder eines solchen Schlauches ist bevorzugt nur ein Wenig größer als der Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL und der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL.In the case of a fibrous optical waveguide LWL, the mechanical sheath MH is preferably at least partially a tube or tube or a capillary or a cannula or a hose into which the respective optical waveguide LWL is pushed. This simplifies the production of the system consisting of fiber optic cable LWL, sensor element SE and mechanical sleeve MH. The inner diameter D ro of such a tube or such a tube or such a capillary or such a cannula or such a hose is preferably only a little larger than the diameter of the optical waveguide lens LWLL and the diameter DLWL of the optical waveguide LWL.
Um den Zutritt von Fremdlicht im Betrieb zum Sensorelement SE zu minimieren, ist es sinnvoll, wenn der erste Spalt zwischen dem Rand des ersten Kanals KN bzw. dem Rand der ersten Öffnung OF und dem ersten Lichtwellenleiter LWL im Falle eines faserförmigen ersten Lichtwellenleiters LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse ganz oder teilweise oder abschnittsweise verschlossen ist. Aus dem gleichen Grund ist es sinnvoll, wenn der zweite Spalt zwischen dem Rand des zweiten Kanals KN bzw. dem Rand der zweiten Öffnung OF und dem zweiten Lichtwellenleiter LWL im Falle eines faserförmigen zweiten Lichtwellenleiters LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse ganz oder teilweise verschlossen oder abschnittsweise ist und/oder wenn der gemeinsame Spalt zwischen dem Rand des gemeinsamen Kanals KN bzw. dem Rand der gemeinsamen Öffnung OF und dem gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL im Falle eines faserförmigen gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL mit einer optisch im Wesentlichen nicht transparenten Füllmasse ganz oder teilweise oder abschnittsweise verschlossen ist. Die gemeinsame Füllmasse kann den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL im jeweiligen Kanal KN und/oder der jeweiligen Öffnung OF des Gehäuses der Anwendungsvorrichtung, im ersten Anwendungsbeispiel des Sensorkopfgehäuses GH und im zweiten Anwendungsbeispiel des Gehäuses GH des Motors, befestigen.In order to minimize the access of extraneous light to the sensor element SE during operation, it makes sense if the first gap between the edge of the first channel KN or the edge of the first opening OF and the first optical waveguide LWL in the case of a fiber-shaped first optical waveguide LWL with a optically intransparent filling compound is closed completely or partially or in sections. For the same reason, it makes sense if the second gap between the edge of the second channel KN or the edge of the second opening OF and the second optical waveguide LWL in the case of a fiber-shaped second optical waveguide LWL is completely or partially closed with an optically non-transparent filling compound or in sections and/or if the common gap between the edge of the common channel KN or the edge of the common opening OF and the common optical waveguide LWL in the case of a fibrous common optical waveguide LWL is closed completely or partially or in sections with an optically essentially non-transparent filling compound . The common filling compound can fasten the respective optical waveguide LWL in the respective channel KN and/or the respective opening OF of the housing of the application device, in the first application example of the sensor head housing GH and in the second application example of the housing GH of the motor.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, den zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere in Form eines Empfängerausgangssignals S0 zu ermitteln. Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL aus dem zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere aus dem Empfängerausgangssignal S0 und insbesondere mittels eines Lock-In-Verstärkers LIV oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung, zu ermitteln.The device is preferably set up to determine the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL, in particular in the form of a receiver output signal S0. Furthermore, the device is preferably set up to obtain the time course of the amplitude value of the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL from the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL, in particular from the receiver output signal S0 and in particular by means of a lock-in amplifier LIV or a functionally equivalent one Partial device to determine.
Dabei weist das Sensorelement SE vorzugsweise ein Trägermaterial TM auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten bzw. Nanodiamanten DM dieser Diamanten DM und/oder ein oder mehrere Kristalle dieser Kristalle weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL.The sensor element SE preferably has a carrier material TM in which a large number of diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals are embedded. One or more or all diamonds or nanodiamonds DM of these diamonds DM and/or one or more crystals of these crystals have one or more NV centers NVZ and/or one or more other paramagnetic centers. The NV centers NVZ of the sensor element SE and/or the other paramagnetic centers of the sensor element SE emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB.
Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Lichtwellenleiter LWL ist, dass das Trägermaterial TM bevorzugt ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren bzw. der paramagnetischen Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen Lichtwellenleiters LWL besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.The special feature of the optical waveguide LWL proposed in the document presented here is that the carrier material TM is preferably a carrier material TM hardened by means of electromagnetic radiation and that after curing the carrier material TM is suitable for radiation with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB, with which the NV- Centers NVZ and/or the other paramagnetic centers are pumped, is essentially transparent. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. In the same way, the carrier material TM should be essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation LB of the NV centers or the paramagnetic centers. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. By curing a previously liquid carrier agent TM, the production of such an optical waveguide LWL is particularly easy and reliable with a high C pk value.
In einer Variante des Lichtwellenleiters sind die Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert sind. Dies hat den Vorteil, dass sich das Sensorelement isotrop verhält und keine Vorzugsrichtung zeigt. Die Mischung verschiedenster Diamantkristalle homogenisiert die Messergebnisse und verbessert den Cpk-Wert.In a variant of the optical waveguide, the diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals in the carrier material TM are oriented substantially differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the advantage that the sensor element behaves isotropically and does not show a preferred direction. The mixture of different diamond crystals homogenizes the measurement results and improves the C pk value.
Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn im Trägermaterial TM die Orientierung der Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle stochastisch im Wesentlichen gleichverteilt ist.For the same reason, it is advantageous if the orientation of the diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals is stochastically and essentially uniformly distributed in the carrier material TM.
Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter LWL dazu eingerichtet oder bestimmt ist, Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement SE zu transportieren, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement SE mit Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt.The optical waveguide LWL is preferably set up or intended to transport pump radiation LB from the pump radiation source PL to the sensor element SE, so that the pump radiation LB irradiates the sensor element SE with radiation of the pump radiation wavelength λ pmp .
Der Lichtwellenleiter LWL ist bevorzugt ebenfalls dazu eingerichtet oder bestimmt, Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE zu erfassen, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung eines Fotodetektors PD zu transportieren.The optical waveguide LWL is preferably also set up or intended to detect fluorescent radiation FL of the sensor element SE and to transport the fluorescent radiation FL in the direction of a photodetector PD.
Der vorgeschlagene Lichtwellenleiter LWL weist wieder bevorzugt ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Das Trägermaterial TM bildet bevorzugt das Sensorelement SE und befestigt dieses Sensorelement SE an dem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL.The proposed optical waveguide LWL again preferably has a first end ELWL1 and a second end ELWL2. The carrier material TM preferably forms the sensor element SE and attaches this sensor element SE to the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL.
Bevorzugt umhüllt das Trägermaterial TM des Sensorelements SE im Falle eines langgestreckten, insbesondere faserförmigen Lichtwellenleiters LWL das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Dies verbessert die mechanische Verbindung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement SE.In the case of an elongated, in particular fibrous optical waveguide LWL, the carrier material TM of the sensor element SE preferably envelops the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. This improves the mechanical connection between the LWL optical fiber and the SE sensor element.
Bevorzugt bildet im Falle eines langgestreckten, insbesondere faserförmigen Lichtwellenleiters LWL eine Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine ebene Endfläche EF senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Dies verbessert die Auskopplung elektromagnetischer Strahlung aus dem Kern LWLC des Lichtwellenleiters LWL in das Sensorelement SE und umgekehrt.In the case of an elongated, in particular fiber-shaped optical waveguide LWL, an end surface EF of the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL preferably forms a flat end surface EF perpendicular to the center line ML of the optical waveguide LWL. This improves the coupling of electromagnetic radiation from the core LWLC of the optical waveguide LWL into the sensor element SE and vice versa.
Die gedachte virtuelle Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL durchstößt im Falle eines langgestreckten, insbesondere faserförmigen Lichtwellenleiters LWL die Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL an einem Mittelpunkt MP der Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt ist Dicke dl des Trägermaterials TM an diesem Mittelpunkt MP dicker als die Dicke dr an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Hierdurch formt sich ein optisches Funktionselement am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus. Dies verbessert die Auskopplung elektromagnetischer Strahlung aus dem Kern LWLC des Lichtwellenleiters LWL in das Sensorelement SE und umgekehrt.In the case of an elongated, in particular fiber-shaped optical waveguide LWL, the imaginary virtual center line ML of the optical waveguide LWL pierces the end surface EF of the optical waveguide LWL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL at a center point MP of the end surface EF of the optical waveguide LWL. Preferably, the thickness d l of the carrier material TM at this midpoint MP is thicker than the thickness d r at other points of the end surface EF of the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. As a result, an optical functional element is formed at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. This improves the coupling of electromagnetic radiation from the core LWLC of the optical waveguide LWL into the sensor element SE and vice versa.
Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL im Falle eines langgestreckten, insbesondere faserförmigen Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus, deren Durchmesser DLWLL vorzugsweise kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL oder so groß wie der der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL ist. Dies verringert das Messvolumen des Sensorelements und steigert damit die Ortsauflösung magnetischer Messungen. Somit kann dann im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK das hier vorgestellte Verfahren mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung besonders kleine Risse RI in der Oberfläche OF des Materials des Werkstücks entdecken.Therefore, the carrier material TM preferably forms a lens LWLL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL in the case of an elongated, in particular fibrous optical waveguide LWL, the diameter D LWLL of which is preferably smaller than the diameter D LWL of the optical waveguide LWL or as large as the diameter D LWL of the fiber optic cable is LWL. This reduces the measuring volume of the sensor element and thus increases the spatial resolution of magnetic measurements. Thus, in the first application example of a sensor head SK, the method presented here can detect particularly small cracks RI in the surface OF of the material of the workpiece using the proposed device.
Bevorzugt ist der erste Lichtwellenleiter LWL im Falle eines langgestreckten, insbesondere faserförmigen ersten Lichtwellenleiters LWL ganz oder teilweise durch eine erste mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt umfasst die mechanische Hülle MH einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder weist ein solches Material auf. Dies schützt das Sensorelement SE und den Lichtwellenleiter LWL vor Beschädigung. Bevorzugt ist die mechanische Hülle MH aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt.Preferably, in the case of an elongated, in particular fiber-shaped first optical waveguide LWL, the first optical waveguide LWL is completely or partially encased by a first mechanical sheath MH. The mechanical shell MH preferably comprises a ceramic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material which is stable at temperatures above 100° C. and/or a material which is stable at temperatures above 140° C. and/or a material which is stable at temperatures above 140° C Material stable at temperatures above 170 ° C and / or a material stable at temperatures above 200 ° C and / or a material stable at temperatures above 250 ° C or has such a material. This protects the sensor element SE and the fiber optic cable LWL from damage. The mechanical shell MH is preferably made of a ceramic material or of another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or of a material which is stable at temperatures above 100°C and/or of a material which is stable at temperatures above 140°C and /or made of a material that is stable at temperatures above 170°C and/or of a material that is stable at temperatures above 200°C and/or made of a material that is stable at temperatures above 250°C.
Zur besseren Verarbeitung und Montage umfasst die mechanische Hülle MH im Falle eines langgestreckten, insbesondere faserförmigen Lichtwellenleiters LWL bevorzugt zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle oder einen Schlauch, insbesondere einen Gewebeschlauch.For better processing and assembly, the mechanical sheath MH in the case of an elongated, in particular fibrous, optical waveguide LWL preferably comprises at least a section of a tube or tube or a capillary or a cannula or a tube, in particular a fabric tube.
Die Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren NVZ und/oder der anderen paramagnetischen Zentren in den Diamanten bzw. den Nanodiamanten DM und/oder der Kristalle des Trägermaterials TM und insbesondere die Fluoreszenzwellenlänge λfl derer Fluoreszenzstrahlung FL kann beispielsweise mittels plasmonischer Kopplung durch metallische Nanopartikel, die dem Trägermaterial TM ebenfalls beigemischt werden, modifiziert werden. In dem Fall kann dann beispielsweise das Trägermaterial TM metallische Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm aufweisen, die später dann in dem verfestigten Trägermaterial TM eingelagert sind. Dies verbessert die Anwendbarkeit in speziellen Anwendungsfällen.The fluorescence radiation of the NV centers NVZ and/or the other paramagnetic centers in the diamonds or the nanodiamonds DM and/or the crystals of the carrier material TM and in particular the fluorescence wavelength λ fl of their fluorescence radiation FL can be generated, for example, by means of plasmonic coupling through metallic nanoparticles, which are the Carrier material TM can also be added, modified. In this case, for example, the carrier material TM can have metallic nanoparticles with a diameter of less than 200 nm and/or less than 100 nm and/or less than 50 nm and/or less than 20 nm and/or less than 10 nm and/or less than 5 nm, which are then later solidified in the carrier material TM are stored. This improves applicability in special use cases.
Die metallischen Nanopartikel wechselwirken dann typischerweise plasmonisch mit Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristallen in dem Trägermaterial TM und beeinflussen dann so die Fluoreszenzstrahlung FL dieser Diamanten DM und/oder Kristalle.The metallic nanoparticles then typically interact plasmonically with diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals in the carrier material TM and then influence the fluorescence radiation FL of these diamond DM and/or crystals.
Diese metallischen Nanopartikel weisen typischerweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gadolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium auf. Wobei erstere besonders bevorzugt sind.These metallic nanoparticles typically have gold and/or platinum and/or palladium and/or graphite and/or graphene and/or chromium and/or silicon and/or germanium and/or tin and/or sulfur and/or selenium and/or tellurium and/or magnesium and/or calcium and/or strontium and/or barium and/or titanium and/or zirconium and/or hafnium and/or chromium and/or molybdenum and/or tungsten and/or iron and/or ruthenium and/ or osmium and/or nickel and/or tin and/or cadmium and/or mercury and/or cerium and/or neodymium and/or samarium and/or gadolinium and/or dysprosium and/or erbium and/or ytterbium and/or thorium and/or proactinium and/or uranium and/or plutonium. The former are particularly preferred.
Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassen eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop eines Elements weist dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis dieses Elements auf. Hinsichtlich der dieser Anteile und der Werte verweist das hier vorgelegte Dokument auf die deutsche Patentanmeldung
Der Lichtwellenleiter LWL kann einen Lichtwellenleiterkern LWLC aufweisen. In dem Trägermaterial TM formt das Trägermaterial TM bevorzugt ein optisches Funktionselement am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus. Dies verbessert wieder die besagte optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Trägermaterial TM. Das optische Funktionselement wirkt dann so mit dem Lichtwellenleiterkern LWLC des Lichtwellenleiters LWL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL optisch zusammen.The optical fiber LWL can have an optical fiber core LWLC. In the carrier material TM, the carrier material TM preferably forms an optical functional element at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. This again improves the said optical coupling between the optical fiber LWL and the carrier material TM. The optical functional element then interacts optically with the optical fiber core LWLC of the optical fiber LWL at the first end ELWL1 of the optical fiber LWL.
Bevorzugt weist das optische Funktionselement eine Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM im Bereich des optischen Funktionselements, auf.The optical functional element preferably has an optical waveguide lens LWLL, in particular in the form of a thickening of the carrier material TM in the area of the optical functional element.
Das Wesentliche des hier vorgelegten Dokuments ist nun, dass es auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters LWL, wie er zuvor beschrieben und verwendet wurde, beschreibt und offenlegt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:
- •
Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL, wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist wobei der Lichtwellenleiter LWL für elektromagnetische Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB und/oder für elektromagnetische Strahlung der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung LB und für elektromagnetische Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH des Trägermaterials TM des Sensorelements SE transparent ist; - • Bereitstellen 142 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Diamanten DM, vorzugsweise Nanodiamanten, und/oder Kristalle eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM und/oder ein oder mehrere Kristalle dieser Kristalle NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ der Diamanten DM und/oder Kristalle des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten DM und/oder Kristalle des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;
- •
Benetzen 145 des ersten Endes des Lichtwellenleiters TM insbesondere auf eine Benetzungslänge LB, mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten DM und/oder Kristalle aufweist; - • ggf. Vorhärten 147 (Pre-Bake) des Sensorelements SE durch eine vorausgehende Temperaturbehandlung.
- •
Einspeisen 150 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende des Lichtwellenleiters LWL, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. - •
Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement SE bildet. - • ggf. Nachhärten 165 (Post-Bake) des Sensorelements SE durch eine nachfolgende Temperaturbehandlung.
- • Providing 140 an optical waveguide LWL, the optical waveguide LWL having a first end ELWL1 and a second end ELWL2, the optical waveguide LWL for electromagnetic radiation of the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB and / or for electromagnetic radiation of the fluorescence radiation wavelength λ fl of the fluorescence radiation LB and for electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H of the carrier material TM of the sensor element SE is transparent;
- • Providing 142 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a large number of diamonds DM, preferably nanodiamonds, and/or crystals are embedded in the carrier material TM and wherein one or more or all diamonds DM of these diamonds DM and / or one or more crystals of these crystals have NV centers NVZ and / or other paramagnetic centers and wherein the NV centers NVZ of the diamonds DM and / or crystals of the carrier material TM and / or the other paramagnetic centers of the diamonds DM and / or crystals the carrier material TM emits at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
- • Wetting 145 the first end of the optical waveguide TM, in particular to a wetting length L B , with the carrier material TM, which has the plurality of embedded diamonds DM and / or crystals;
- • If necessary, pre-hardening 147 (pre-bake) of the sensor element SE by prior temperature treatment.
- • Feeding 150 electromagnetic radiation into the second end of the optical waveguide LWL, the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the carrier material TM hardens at the second end of the optical waveguide LWL and turns into a solid.
- • Removing 160 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent, the remaining film of the carrier material TM forming the sensor element SE at the first end of the optical waveguide LWL.
- • If necessary, post-hardening 165 (post-bake) of the sensor element SE through a subsequent temperature treatment.
Typischerweise härtet das Trägermaterial TM nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements ermöglicht.Typically, the carrier material TM only partially hardens, which enables the formation of the optical functional element.
Die elektromagnetischen Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH weist eine Eindringtiefe in das Trägermaterial TM auf, so dass das Trägermaterial TM nur bis zu einer Dicke dl des Trägermaterials aushärtet und so das optische Funktionselement bildet, was im Rahmen der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erst als überraschendes und vorteilhaftes Vorgehen erkannt wurde.The electromagnetic radiation with the curing wavelength λ H has a penetration depth into the carrier material TM, so that the carrier material TM only hardens up to a thickness d l of the carrier material and thus forms the optical functional element, which is only possible in the context of the development of the technical teaching of this document was recognized as a surprising and advantageous approach.
Die Strahlung der am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL zur Aushärtung eingespeisten Strahlung ist bevorzugt UV-Strahlung. Ganz besonders bevorzugt ist eine Strahlung zur Aushärtung mit einer Aushärtewellenlänge λH zwischen 320-380nm.The radiation of the radiation fed into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL for curing is preferably UV radiation. Radiation for curing with a curing wavelength λ H between 320-380nm is particularly preferred.
In bestimmten Anwendungsfällen können dem Trägermaterial TM Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm vor dem Bereitstellen beigemischt werden, sodass diese in dem Trägermaterial TM nach dem Aushärten eingelagert sind. Bevorzugt handelt es sich um metallische Nanopartikel.In certain applications, nanoparticles with a diameter of less than 200nm and/or less than 100nm and/or less than 50nm and/or less than 20nm and/or less than 10nm and/or less than 5nm can be added to the carrier material TM before providing it, so that they are incorporated into the carrier material TM stored after hardening. These are preferably metallic nanoparticles.
Solche metallischen Nanopartikel wechselwirken mit Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle in dem Trägermaterial TM und können beispielsweise die Fluoreszenzstrahlung FL dieser Diamanten bzw. Nanodiamanten DM und/oder Kristalle beeinflussen.Such metallic nanoparticles interact with diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals in the carrier material TM and can, for example, influence the fluorescence radiation FL of these diamonds or nanodiamonds DM and/or crystals.
Die metallischen Nanopartikel umfassen beispielsweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gadolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium und/oder Mischungen derselben.The metallic nanoparticles include, for example, gold and/or platinum and/or palladium and/or graphite and/or graphene and/or chromium and/or silicon and/or germanium and/or tin and/or sulfur and/or selenium and/or tellurium and/or magnesium and/or calcium and/or strontium and/or barium and/or titanium and/or zirconium and/or hafnium and/or chromium and/or molybdenum and/or tungsten and/or iron and/or ruthenium and/ or osmium and/or nickel and/or tin and/or cadmium and/or mercury and/or cerium and/or neodymium and/or samarium and/or gadolinium and/or dysprosium and/or erbium and/or ytterbium and/or thorium and/or proactinium and/or uranium and/or plutonium and/or mixtures thereof.
Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassten naturgemäß eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems der Elemente. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop weit in der Natur dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Diese Isotope können ein magnetisches Kernmoment µ aufweisen oder nichtaufweisen je nach Isotop. Die metallischen Nanopartikel weisen bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope auf: 12C, 14C, 28Si, 30Si, 70Ge, 72Ge, 74Ge, 76Ge, 112Zn, 114Zn, 116Zn, 118Zn, 120Zn, 122Zn, 124Zn 16O, 18O, 32S, 34S, 36S, 74Se, 76Se, 78Se, 80Se, 82Se, 120Te, 122Te, 124Te, 126Te, 128Te, 130Te, 24Mg, 26Mg, 40Ca, 42Ca, 44Ca, 46Ca, 48Ca, 84Sr, 86Sr, 88Sr, 130Ba, 132Ba, 134Ba, 136Ba, 138Ba, 46Ti, 48Ti, 50Ti, 90Zr, 90Zr, 92Zr, 94Zr, 96Zr, 174Hf, 176Hf, 178Hf, 50Cr, 52Cr, 53Cr, 92Mo, 94Mo, 96Mo, 98Mo, 100Mo, 180W, 182W, 184W, 186W, 54Fe, 56Fe, 58Fe, 96Ru, 98Ru, 100Ru, 102Ru, 104Ru, 184Os, 186Os, 188Os, 190Os, 192Os 58Ni, 60Ni, 62Ni, 64Ni, 102Pd, 102Pd, 104Pd, 106Pd, 108Pd, 110Pd, 190Pt, 192Pt, 194Pt, 196Pt, 198Pt 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn, 106Cd, 108Cd, 110Cd, 112Cd, 114Cd, 116Cd, 196Hg, 198Hg, 200Hg, 202Hg, 204Hg 136Ce, 138Ce, 140Ce, 142Ce, 142Nd, 144Nd, 146Nd, 148Nd, 150Nd, 144Sm, 146Sm, 148Sm, 150Sm, 152Sm, 154Sm, 152Gd, 154Gd, 156Gd, 158Gd, 160Gd, 156Dy, 158Dy, 160Dy, 162Dy, 164Dy, 162Er, 164Er, 166Er, 168Er, 170Er, 168Yb, 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb, 232Th, 234Pa, 234U, 238U, 244Pu. „Erhöht“ bedeutet dabei im Sinne dieses Dokuments, dass der Anteil im Isotopenmischverhältnis der vorstehenden Isotope um 50% oder mehr erhöht ist.The metal atoms of the nanoparticles naturally comprised one or more elements from the periodic table of elements. Each of these elements occurs in different isotopes in nature with a respective natural isotope mixing ratio. In nature, each isotope has a natural proportion corresponding to the natural isotope mixing ratio. These isotopes may or may not have a nuclear magnetic moment μ depending on the isotope. For at least one element that the metallic nanoparticles have, the metallic nanoparticles have an increased proportion in the isotope mixing ratio compared to the natural proportion of the isotope mixing ratio for at least one of the following isotopes: 12 C, 14 C, 28 Si, 30 Si, 70 Ge, 72 Ge, 74 Ge, 76 Ge, 112 Zn, 114 Zn , 116 Zn, 118 Zn, 120 Zn, 122 Zn, 124 Zn 16 O, 18 O, 32 S, 34 S, 36 S, 74 Se, 76 Se, 78 Se, 80 Se, 82 Se, 120 Te, 122 Te, 124 Te, 126 Te, 128 Te, 130 Te, 24 Mg, 26 Mg, 40 Ca, 42 Ca, 44 Ca, 46 Ca , 48 Ca, 84 Sr, 86 Sr, 88 Sr, 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 136 Ba, 138 Ba , 46 Ti, 48 Ti, 50 Ti, 90 Zr, 90 Zr, 92 Zr, 94 Zr, 96 Zr, 174 Hf, 176 Hf , 178 Hf, 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr, 92 Mo, 94 Mo , 96 Mo, 98 Mo, 100 Mo, 180 W, 182 W , 184 W , 186 W, 54 Fe, 56 Fe, 58 Fe, 96 Ru, 98 Ru, 100 Ru, 102 Ru, 104 Ru, 184 Os, 186 Os, 188 Os, 190 Os, 192 Os 58 Ni, 60 Ni, 62 Ni, 64 Ni, 102 Pd, 102 Pd, 104 Pd, 106 Pd, 108 Pd, 110 Pd , 190 Pt, 192 Pt, 194 Pt, 196 Pt, 198 Pt 64 Zn, 66 Zn, 68 Zn, 70 Zn, 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 112 Cd, 114 Cd, 116 Cd, 196 Hg, 198 Hg, 200 Hg, 202 Hg, 204 Hg 136 Ce, 138 Ce, 140 Ce, 142 Ce, 142 Nd, 144 Nd, 146 Nd, 148 Nd, 150 Nd, 144 Sm, 146 Sm, 148 Sm, 150 Sm, 152 Sm, 154 Sm, 152 Gd, 154 Gd, 156 Gd, 158 Gd, 160 Gd, 156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 162 Dy, 164 Dy, 162 Er, 164 Er, 166 Er , 168 Er, 170 Er, 168 Yb, 170 Yb, 172 Yb, 174 Yb, 176 Yb, 232 Th, 234 Pa, 234 U, 238 U, 244 Pu. For the purposes of this document, “increased” means that the proportion of the above isotopes in the isotope mixing ratio is increased by 50% or more.
Der Lichtwellenleiter LWL weist vorzugsweise im Falle eines faserförmigen und/oder langestreckten einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. Das vorgeschlagene Verfahren formt bevorzugt in dem Trägermaterial TM beim Aushärten mit Strahlung der Aushärtewellenlänge λH ein optisches Funktionselement LWLL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus, wobei die Strahlung der Aushärtewellenlänge λH über das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL eingespeist und dem Trägermaterial TM zugeführt wird.The optical waveguide LWL preferably has an optical waveguide core LWLC in the case of a fibrous and/or elongated one. The proposed method preferably forms an optical functional element LWLL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL in the carrier material TM during curing with radiation of the hardening wavelength λ H , the radiation of the hardening wavelength λ H being fed via the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL and the carrier material TM is supplied.
Das dann so ausgeformte optische Funktionselement LWL kann dann mit dem Lichtwellenleiterkern LWLC am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL optisch zusammenwirken, wenn am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL optische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eingespeist wird.The then shaped optical functional element LWL can then optically interact with the optical waveguide core LWLC at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL if optical radiation, in particular pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp , is fed into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL.
Das optische Funktionselement weist dann eine Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM aufweist.The optical functional element then has an optical waveguide lens LWLL, in particular in the form of a thickening of the carrier material TM.
Das hier vorgestellte Dokument schlägt als Trägermaterial TM beispielsweise ein klares, farbloses, flüssiges Fotopolymer, beispielsweise den optischen Norland Klebstoff 61 vor. Weitere Informationen sind zum Zeitpunkt der Anmeldung des hier vorgelegten Dokuments unter https://www.norlandprod.com/adhesives/noa%2061.html verfügbar.The document presented here suggests, for example, a clear, colorless, liquid photopolymer, for example the Norland
Norland Optical Adhesive 61 („NOA 61“) ist ein klares, farbloses, flüssiges Fotopolymer, das unter ultraviolettem Licht aushärtet. Da es sich um ein Einkomponentensystem mit 100 % Feststoffanteil handelt, bietet es viele Vorteile bei Verklebungen, bei denen der Klebstoff UV-Licht ausgesetzt werden kann. Durch die Verwendung von NOA 61 entfällt das Vormischen, Trocknen oder Aushärten durch Wärme, wie es bei anderen Klebstoffsystemen üblich ist. Die Aushärtezeit ist kurz und hängt von der aufgetragenen Dicke und der verfügbaren UV-Lichtenergie ab. Es ist besonders sinnvoll, wenn das Trägermittel TM Federal Specification MIL-A-3920 für optische Klebstoffe erfüllt. NOA 61 erfüllt die Federal Specification MIL-A-3920 für optische Klebstoffe. Das Trägermaterial TM soll eine bestmögliche optische Verbindung zu Glasoberflächen, Metallen, Glasfasern und glasgefüllten Kunststoffen herstellen. NOA61 erfüllt diese Voraussetzung. Besonders günstig ist die Verwendung eines Trägermaterials TM, das für die Verklebung von Linsen, Prismen und Spiegeln für militärische, luft- und raumfahrttechnische und kommerzielle Optiken sowie für den Abschluss und das Spleißen von Glasfasern empfohlen ist. NOA61 erfüllt diese Voraussetzungen.Norland Optical Adhesive 61 (“
Das Trägermaterial TM soll sich außerdem durch hervorragende Klarheit, geringe Schrumpfung und Lichtflexibilität auszeichnen. Diese Eigenschaften sind wichtig, damit der Anwender qualitativ hochwertige Sensorelemente SE herstellen und eine langfristige Leistung unter wechselnden aggressiven Umgebungsbedingungen erzielen kann.The carrier material TM is also said to be characterized by excellent clarity, low shrinkage and light flexibility. These properties are important to enable the user to produce high quality SE sensor elements and achieve long-term performance under varying aggressive environmental conditions.
NOA 61 härtet, wie für das Trägermaterial TM gewünscht, mit ultraviolettem Licht aus, wobei die maximale Absorption im Bereich von 320-380 Nanometern für die Aushärtewellenlänge λH liegt und die höchste Empfindlichkeit bei 365 nm erreicht wird. Die empfohlene Energie für die vollständige Aushärtung beträgt 3 Joule/cm2 bei diesen Wellenlängen. Die Aushärtung wird durch Sauerstoff nicht gehemmt, so dass alle Bereiche, die mit Luft in Berührung kommen, zu einem nicht klebrigen Zustand aushärten, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden.
Bei den meisten optischen Anwendungen erfolgt die Aushärtung in zwei Schritten. Zunächst erfolgt eine kurze, gleichmäßige Belichtung, die sogenannte Vorhärtung. Die Aushärtungszeit ist ausreichend lang, um die Verbindung zu verfestigen und zu ermöglichen, dass sie bewegt werden kann, ohne die Ausrichtung zu stören. Danach folgt eine längere Aushärtung unter UV-Licht, um eine vollständige Vernetzung und Lösungsmittelbeständigkeit des Klebstoffs zu erreichen. Die Aushärtung kann in 10 Sekunden mit einer 100-Watt-Quecksilberlampe bei 6" erfolgen. Wenn für die Ausrichtung eine längere Zeit erforderlich ist, kann sie mit einer Lichtquelle sehr geringer Intensität auf einige Minuten verlängert werden. Die endgültige Aushärtung kann mit der 100-Watt-Quecksilberlampe in 5 bis 10 Minuten erreicht werden.For most optical applications, curing occurs in two steps. First there is a short, uniform exposure, the so-called pre-hardening. The curing time is long enough to solidify the joint and allow it to be moved without disturbing the alignment. This is followed by longer curing under UV light in order to achieve complete crosslinking and solvent resistance of the adhesive. Curing can be done in 10 seconds using a 100 watt mercury lamp at 6". If a longer time is required for alignment, it can be extended to a few minutes using a very low intensity light source. Final curing can be achieved using the 100-watt Watt mercury lamp can be achieved in 5 to 10 minutes.
Die Vorhärtung ermöglicht es dem Anwender, den Lichtwellenleiter LWL bei Bedarf schnell auszurichten und zu fixieren, und minimiert die Anzahl der erforderlichen Haltevorrichtungen. Nach der Vorfixierung kann überschüssiger Klebstoff mit einem mit Alkohol oder Aceton als beispielhaftes Lösungsmittel angefeuchteten Tuch abgewischt werden. Die Lichtwellenleiter LWL sollten zu diesem Zeitpunkt geprüft und Ausschuss in Methylenchlorid separiert werden. Der beschichtete Bereich der Sensorelemente SE muss in dem Lösungsmittel eingeweicht werden und löst sich normalerweise über Nacht. Die Zeit, die benötigt wird, um das Trägermaterial TM zu lösen, hängt vom Ausmaß der Aushärtung und der Größe der Beschichtung ab.Pre-curing allows the user to quickly align and fix the fiber optic cable if necessary and minimizes the number of holding devices required. After prefixing, excess adhesive can be wiped off with a cloth moistened with alcohol or acetone as an example solvent. The fiber optic cables should be checked at this point and the rejects separated into methylene chloride. The coated area of the sensor elements SE must be soaked in the solvent and usually dissolves overnight. The time required to dissolve the carrier material TM depends on the extent of curing and the size of the coating.
Nach der Aushärtung weist NOA 61 eine sehr gute Haftung und Lösungsmittelbeständigkeit auf, aber es hat noch nicht seine optimale Haftung auf Glas erreicht. Diese wird durch eine Alterung über einen Zeitraum von etwa 1 Woche erreicht, in der sich eine chemische Verbindung zwischen Glas und Klebstoff bildet. Diese optimale Haftung kann auch durch eine Alterung bei 50° C für 12 Stunden in einem Temperaturschrank erreicht werden.Once cured,
NOA 61 hält vor der Alterung Temperaturen von -15°C bis 60° C stand, wenn es zum Beschichten des Lichtwellenleiters LWL verwendet wird. Nach der Alterung hält es Temperaturen von -150°C bis 125°C stand. Als Beschichtung auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters hält NOA 61 drei Stunden lang 260°C und beim Reflow-Löten stand. Hierdurch kann das Sensorelement SE bis zu diesen Temperaturen für die Messung der magnetischen Flussdichte B verwendet werden. Das hier vorgelegte Dokument schlägt daher die Verwendung eines vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL bei Temperaturen oberhalb von 100°C und/oder sogar oberhalb von 110°C und/oder sogar oberhalb von 120°C und/oder sogar oberhalb von 130°C und/oder sogar oberhalb von 140°C und/oder sogar oberhalb von 150°C und/oder sogar oberhalb von 160°C und/oder sogar oberhalb von 170°C und/oder sogar oberhalb von 180°C und/oder sogar oberhalb von 190°C und/oder sogar oberhalb von 200°C und/oder sogar oberhalb von 210°C und/oder sogar oberhalb von 220°C und/oder sogar oberhalb von 230°C und/oder sogar oberhalb von 240°C und/oder sogar oberhalb von 250°C und/oder sogar oberhalb von 260°C vor. Für die höheren Temperaturen eignet sich NOA 61 nicht. Hier sind andere Materialien, sinnvoll.
Typische Eigenschaften eines Trägermittel sind ein Feststoffgehalt mehr als 80%, eine Viskosität bei 25°C von mehr als 250 cps, ein Brechungsindex des gehärteten Trägermaterials TM von mehr als 1,2 eine Dehnung bei Bruch von weniger als 50% oder mehr als 25% je nach Anwendung, ein Elastizitätsmodul von weniger als (psi) 200.000, eine Zugfestigkeit von mehr als (psi) 3.000 und eine Härte von mehr als Shore D 60.Typical properties of a carrier are a solids content of more than 80%, a viscosity at 25 ° C of more than 250 cps, a refractive index of the hardened carrier material TM of more than 1.2, an elongation at break of less than 50% or more than 25% depending on the application, an elastic modulus of less than (psi) 200,000, a tensile strength of more than (psi) 3,000 and a hardness of more than
Typische Eigenschaften von NOA 61 als beispielhaftes Trägermittel sind ein Feststoffgehalt von 100%, eine Viskosität bei 25°C von 300 cps, en Brechungsindex des gehärteten Polymers von 1,56, eine Dehnung bei Bruch von 38%, ein Elastizitätsmodul von (psi) 150.000, eine Zugfestigkeit von (psi) 3.000 und eine Härte von Shore D 85.Typical properties of
VorteilAdvantage
Folgende Vorteile zeichnen die hier in diesem Dokument vorgeschlagene technische Lösung aus:
- • Das Sensorelement SE ist galvanisch von der Auswerteelektronik der jeweiligen Anwendungsschaltung getrennt
- • Das Sensorelement SE ist thermisch von der Auswerteelektronik der jeweiligen Anwendungsschaltung getrennt
- • Das Sensorelement SE und seine Leitung (Lichtwellenleiter LWL) sind Diamagnetisch und beeinflussen die Messung nicht.
- • Die Anwendungsvorrichtungen (beispielsweise Sensorkopf SK und Motor) sind unanfällig gegenüber elektrostatischen Störungen
- • Das Sensorelement SE kann ein kleines Messvolumen (Fibercore- Durchmesser 9µm bis 1000µm) aufweisen,
- • Die Dicke des Materials des Trägermaterials TM mit den Diamanten DM und/oder Nanodiamanten und/oder Kristallen mit den paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren an dem ersten Ende des Lichtwellenleiters ist variabel
- • die mögliche Messfrequenz reicht von DC (OHz) bis in den MHz Bereich
- • Gleicher Sensor für DC / AC Magnetfeldanregung
- • Diamagnetischer Messkopf (Sensor beeinflusst Messung nicht)
- • The sensor element SE is galvanically isolated from the evaluation electronics of the respective application circuit
- • The sensor element SE is thermally separated from the evaluation electronics of the respective application circuit
- • The sensor element SE and its cable (optical fiber optic cable) are diamagnetic and do not influence the measurement.
- • The application devices (e.g. sensor head SK and motor) are not susceptible to electrostatic interference
- • The sensor element SE can have a small measuring volume (fiber core diameter 9µm to 1000µm),
- • The thickness of the material of the carrier material TM with the diamonds DM and/or nanodiamonds and/or crystals with the paramagnetic centers and/or NV centers at the first end of the optical waveguide is variable
- • The possible measurement frequency ranges from DC (OHz) to the MHz range
- • Same sensor for DC / AC magnetic field excitation
- • Diamagnetic measuring head (sensor does not influence measurement)
Eine solche Vorrichtung, wie in der obigen Beschreibung beschrieben, ermöglicht in dem zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors eine Erfassung des Magnetfelds im Luftspalt eines Motors, ohne dieses Magnetfeld zu stören, ohne EMV-Probleme zu verursachen und ohne Probleme mit einer nicht vorhandenen galvanischen Trennung zu verursachen. Der Bauraum einer solchen Lösung ist extrem klein. Die Lösung ist robust gegen thermische und chemische Anforderungen. Sie funktioniert z.B. auch bei 100°K und möglicherweise bis hinunter zu 0°K.Such a device, as described in the description above, allows, in the second application example of a motor, detection of the magnetic field in the air gap of a motor without disturbing this magnetic field, without causing EMC problems and without causing problems with non-existent galvanic isolation . The installation space of such a solution is extremely small. The solution is robust against thermal and chemical requirements. For example, it also works at 100°K and possibly down to 0°K.
Drittes Anwendungsbeispiel MagnetfeldkameraThird application example magnetic field camera
Die Grundidee des in diesem Dokument beschriebenen dritten Anwendungsbeispiels ist, das Fluoreszenzlicht einer magnetfeldsensitiven Fluoreszenzschicht als Sensorelement SE mittels einer optischen Fluoreszenzlichtkamera als ortsauflösendem Fotodetektor PD zu erfassen. Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, als Fluoreszenzschicht Diamantkristalle und zwar vorzugsweise Diamantnanokristalle in einem Trägermaterial als Material der Fluoreszenzschicht zu verwenden. Statt der Diamantkristalle können auch alternativ oder zusätzlich andere Kristalle verwendet werden, die bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung Fluoreszenzstrahlung emittieren. Sofern dies nicht ausdrücklich anders beschrieben ist, kann die Leserin bzw. der Leser bei der Erwähnung von Diamanten andere Kristalle mit funktionsäquivalenten Fluoreszenzeigenschaften mitlesen und bei der Erwähnung von NV-Zentren andere paramagnetische Zentren funktionsäquivalenter Fluoreszenzeigenschaften mitlesen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Diamantnanokristallen um HDNV-Diamanten. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die oben angegebenen Dokument aus dem Stand der Technik. (Z.B.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera als drittes Ausführungsbeispiel vor, die NV-Zentren in den Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht der mit einer Pumpstrahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge zu bestrahlen. Diese Bestrahlung der Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht mit Pumpstrahlung regt die NV-Zentren der Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht zur Emission von Fluoreszenzstrahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge an. Bevorzugt ist das Trägermaterial, in dem die Nanodiamanten eingebettet sind, für Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge und für Strahlung der Fluoreszenzwellenlänge transparent. Die magnetische Flussdichte B des zu vermessenden magnetischen Feldes durchdringt die Fluoreszenzschicht. Typischerweise ist die Durchdringung der Fluoreszenzschicht durch die magnetische Flussdichte B nicht homogen, sondern hängt von den magnetisierbaren Körpern und der Verteilung magnetischer Stoffe etc. in der Nähe der Fluoreszenzschicht ab. Bevorzugt ist die Orientierung der Nanodiamanten stochastisch gleichmäßig verteilt, sodass die Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren der Nanodiamanten der Fluoreszenzschicht nicht von der Richtung der magnetischen Flussdichte B, sondern nur von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B abhängt.In connection with the proposed magnetic field camera, the document presented here proposes, as a third exemplary embodiment, to irradiate the NV centers in the nanodiamonds of the fluorescence layer with pump radiation at a pump radiation wavelength. This irradiation of the nanodiamonds of the fluorescence layer with pump radiation stimulates the NV centers of the nanodiamonds of the fluorescence layer to emit fluorescence radiation with a fluorescence wavelength. The carrier material in which the nanodiamonds are embedded is preferably transparent to radiation of the pump radiation wavelength and to radiation of the fluorescence wavelength. The magnetic flux density B of the magnetic field to be measured penetrates the fluorescent layer. Typically, the penetration of the fluorescent layer by the magnetic flux density B is not homogeneous, but depends on the magnetizable bodies and the distribution of magnetic substances etc. in the vicinity of the fluorescent layer. The orientation of the nanodiamonds is preferably stochastically uniformly distributed, so that the fluorescence radiation of the NV centers of the nanodiamonds of the fluorescence layer does not depend on the direction of the magnetic flux density B, but only on the amount of the magnetic flux density B.
Typischerweise hängt daher die Fluoreszenzstrahlungsintensität der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren der Fluoreszenzschicht ortsabhängig von dem ortsabhängigen Betrag der magnetischen Flussdichte am Ort des jeweiligen NV-Zentrums in der Fluoreszenzschicht ab.Typically, the fluorescence radiation intensity of the fluorescence radiation of the NV centers of the fluorescence layer depends on the location-dependent amount of the magnetic flux density at the location of the respective NV center in the fluorescence layer.
Eine Fluoreszenzkamera der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera als drittes Ausführungsbeispiel erfasst die ortsabhängige Intensität der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren in einer Schicht mit paramagnetischen Zentren in einer Vielzahl von Kristallen . Hierzu umfasst die Fluoreszenzkamera bevorzugt einem zweidimensionales Array von Lichtsensoren eines Lichtsensorarrays, die für die elektromagnetische Strahlung der Fluoreszenzwellenlänge empfindlich sind. Beispielsweis kann das zweidimensionales Array von Lichtsensoren des Lichtsensorarrays der Fluoreszenzkamera ein CCD-Sensor-Array oder ein CMOS-Array oder ein SPAD-Array umfassen. Eine Auswerteschaltung stellt den Lichtsensoren, soweit notwendig, die ggf. erforderliche Betriebsspannung zur Verfügung. Typischerweise erzeugen die Lichtsensoren einen Fotostrom und/oder eine Fotoladung, die typischerweise proportional zur empfangenen Lichtintensität ist oder zumindest von der jeweils empfangenen Lichtintensität abhängt. Die Auswerteschaltung erfasst den Wert dieses Fotostroms bzw. der Fotoladung und ermittelt daraus pixelweise einen Messwert für die Intensität der Fluoreszenzstrahlung an dem Ort der Fluoreszenzschicht der Sensorschicht, den die Optik der Fluoreszenzkamera auf das jeweilige Pixel abbildet. Die Fluoreszenzschicht umfasst Kristalle mit paramagnetischen Zentren, die in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B und der Intensität der Pumpstrahlung mit der sie bestrahlt werden, fluoreszieren. Auf diese Weise kann die Fluoreszenzkamera die einen Wert der magnetischen Flussdichte je Pixel des Fotodetektor-Arrays bestimmen, der mit einen diesem Pixel zugeordneten Bereich der Fluoreszenzschicht korrespondiert.A fluorescence camera of the proposed magnetic field camera as a third exemplary embodiment records the location-dependent intensity of the fluorescence radiation of the NV centers in a layer with paramagnetic centers in a large number of crystals. For this purpose, the fluorescence camera preferably comprises a two-dimensional array of light sensors of a light sensor array that are sensitive to the electromagnetic radiation of the fluorescence wavelength. For example, the two-dimensional array of light sensors of the light sensor array of the fluorescence camera may include a CCD sensor array or a CMOS array or a SPAD array. An evaluation circuit provides the light sensors with any required operating voltage, if necessary. Typically, the light sensors generate a photocurrent and/or a photocharge, which is typically proportional to the light intensity received or at least depends on the light intensity received in each case. The evaluation circuit records the value of this photocurrent or photocharge and uses it to determine, pixel by pixel, a measured value for the intensity of the fluorescence radiation at the location of the fluorescence layer of the sensor layer, which the optics of the fluorescence camera image on the respective pixel. The fluorescent layer comprises crystals with paramagnetic centers that fluoresce depending on the magnetic flux density B and the intensity of the pump radiation with which they are irradiated. In this way, the fluorescence camera can determine a value of the magnetic flux density per pixel of the photodetector array that corresponds to an area of the fluorescence layer assigned to this pixel.
Die Erfindung nutzt die Verbindung zwischen Diamantstaub und UV-Kleber und das Know-How aus Messungen von Magnetfeldern durch fasergekoppelte Messung der Fluoreszenz von NV-reichem Diamantpulver. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die unveröffentlichte deutschen Patentanmeldung
Als Sensorelement kommt flächig auf ein Trägermaterial aufgebrachter NV-haltiger Diamantstaub (Größe beliebig, sollte jedoch möglichst im Bereich von 100nm - 2µm Partikeln liegen.) in Verbindung mit einem optisch transparenten (500nm - 850nm) Verbundmaterial (z.B. UV-Kleber oder anderen optisch transparenten Materialien, wie z.B. Glas, Glaspasten, Epoxy etc.) zum Einsatz. Dabei gibt es keine Einschränkungen für die Flächengröße und Form (z.B. gekrümmte oder flexible Flächen sind möglich). Die Schichtdicke der Sensorschicht ist dabei deutlich kleiner als die Flächenausdehnung (typ. wenige 10µm). Zusätzlich kann das Trägermaterial verspiegelt werden, um die Anregung und Detektion zu verbessern, sowie mögliches Streulicht von außerhalb des Sensors zu blockieren. Dazu können Metalle (z.B. Au, Ti, Al, Ag) auf das Trägermaterial aufgebracht werden oder dielektrische Verspiegelungen genutzt werden. Als Trägermaterial kann z.B. Keramik, (gehärtetes-) Glas oder Metall genutzt werden. Um möglichst nah mit dem Sensorelement an ein Prüfstück zu gelangen, sollte das Trägermaterial möglichst dünn ausgestaltet sein. Um die Stabilität des Trägermaterials in Verbindung mit dem Diamantmaterial zu gewährleisten, kann auf das Diamantmaterial ein weiteres (dickeres) optisch transparentes Trägermaterial aufgebracht werden.The sensor element is NV-containing diamond dust applied flatly to a carrier material (any size, but should preferably be in the range of 100nm - 2µm particles) in conjunction with an optically transparent (500nm - 850nm) composite material (e.g. UV adhesive or other optically transparent Materials such as glass, glass pastes, epoxy etc.) are used. There are no restrictions on surface size and shape (e.g. curved or flexible surfaces are possible). The layer thickness of the sensor layer is significantly smaller than the surface area (typically a few 10µm). Additionally, the carrier material can be mirrored to improve excitation and detection, as well as to block possible stray light from outside the sensor. For this purpose, metals (e.g. Au, Ti, Al, Ag) can be applied to the carrier material or dielectric mirror coatings can be used. For example, ceramic, (tempered) glass or metal can be used as a carrier material. In order to get the sensor element as close as possible to a test piece, the carrier material should be made as thin as possible. In order to ensure the stability of the carrier material in conjunction with the diamond material, a further (thicker) optically transparent carrier material can be applied to the diamond material.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen mit ähnlichen Messaufgaben eine Sensorschicht vor. Dabei weist die Sensorschicht vorzugsweise ein Trägermaterial auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten oder andere Kristalle, die paramagnetische Zentren umfassen, eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. ein oder mehrere oder alle Kristalle dieser Kristalle weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren der Sensorschicht und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Sensorschicht emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung zumindest eine Fluoreszenzstrahlung. Das Besondere der in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Sensorschicht ist, dass das Trägermaterial beispielsweise ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial sein kann und dass das Trägermaterial nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels ist die Fertigung einer solchen Sensorschicht besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.The document presented here proposes a sensor layer for these and other applications with similar measurement tasks. The sensor layer preferably has a carrier material in which a large number of diamonds or other crystals that include paramagnetic centers are embedded. One or more or all of these diamonds or one or more or all of these crystals have one or more NV centers and / or one or more other paramagnetic chemical centers. The NV centers of the sensor layer and/or the other paramagnetic centers of the sensor layer emit at least fluorescent radiation when irradiated with pump radiation. The special feature of the sensor layer proposed in the document presented here is that the carrier material can be, for example, a carrier material hardened using electromagnetic radiation and that after hardening the carrier material is susceptible to radiation with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation with which the NV centers NVZ and/or or the other paramagnetic centers are pumped, is essentially transparent. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. In the same way, the carrier material should be essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation of the NV centers. Essentially this means that the losses that will undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. By curing a previously liquid carrier, the production of such a sensor layer is particularly easy and reliable with a high C pk value.
In einer Variante der Sensorschicht sind die Diamanten bzw. Kristalle im Trägermaterial der Sensorschicht im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert. Dies hat den Vorteil, dass sich die Sensorschicht isotrop verhält und keine Vorzugsrichtung zeigt. Die Mischung verschiedenster Diamantkristalle zw. Kristalle kann die Messergebnisse homogenisieren und den Cpk-Wert verbessern.In a variant of the sensor layer, the diamonds or crystals in the carrier material of the sensor layer are oriented substantially differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the advantage that the sensor layer behaves isotropically and does not show a preferred direction. Mixing different diamond crystals between crystals can homogenize the measurement results and improve the Cpk value.
Das Diamantmaterial der Sensorschicht der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera wird vorzugsweise, wenn es NV-Zentren enthält, mit grünem Licht angeregt. Dies kann z.B. durch eine oder mehrere LEDs als Lichtquelle erfolgen. Um die gezielte Anregung des Diamantmaterials zu verbessern können Linsen zur Fokussierung / Ausrichtung der Anregung in der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera verwendet werden. Die Fluoreszenzstrahlung wird anschließend mit einem Lichtsensorarray der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera ortsaufgelöst gemessen. Zur optimalen Detektion kann die Fluoreszenzemission der Fluoreszenzstrahlung mit einem Objektiv / einer Linse auf das Lichtsensorarray abgebildet werden (Fluoreszenzkamera). Alternativ kann das Diamantmaterial mit optischen Filtern auch direkt auf ein Lichtsensorarray aufgebracht werden- der Messbereich entspricht dann aber nur der der Größe des Sensorarrays. Zur Verbesserung des Kontrastes kann ein Shortpass-Filter vor der LED, also der Lichtquelle, und/oder ein Longpass-Filter vor dem Lichtsensorarray der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera verwendet werden, wobei die Grenz-Wellenlänge des Shortpass-Filters der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera kleiner als die des Longpass-Filters der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera sein sollte. Das Longpass-Filter lässt typischerweise elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im technisch für die betreffende Anwendung relevanten Wellenlängenbereich größer als die Grenzwellenlänge des Longpass-Filters passieren. Das Shortpass-Filter der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera lässt elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im technisch für die betreffende Anwendung relevanten Wellenlängenbereich kleiner als die Grenzwellenlänge des Shortpass-Filters passieren. Bevorzugt umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung als Lichtsensorarray der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera ein monochromes Lichtsensorarray ohne RGB-Filter und ohne Infrarotfilter.The diamond material of the sensor layer of the proposed magnetic field camera is preferably excited with green light if it contains NV centers. This can be done, for example, using one or more LEDs as a light source. In order to improve the targeted excitation of the diamond material, lenses can be used to focus/align the excitation in the proposed magnetic field camera. The fluorescence radiation is then measured in a spatially resolved manner using a light sensor array of the proposed magnetic field camera. For optimal detection, the fluorescence emission of the fluorescence radiation can be imaged onto the light sensor array using an objective/lens (fluorescence camera). Alternatively, the diamond material can also be applied directly to a light sensor array using optical filters - but the measuring range then only corresponds to the size of the sensor array. To improve the contrast, a shortpass filter can be used in front of the LED, i.e. the light source, and/or a longpass filter in front of the light sensor array of the proposed magnetic field camera, with the cutoff wavelength of the shortpass filter of the proposed magnetic field camera being smaller than that of the longpass -Filter of the proposed magnetic field camera should be. The longpass filter typically allows electromagnetic radiation to pass with a wavelength in the wavelength range that is technically relevant for the application in question and is greater than the cutoff wavelength of the longpass filter. The shortpass filter of the proposed magnetic field camera allows electromagnetic radiation to pass with a wavelength in the technically relevant wavelength range for the relevant application that is smaller than the cutoff wavelength of the shortpass filter. The proposed device preferably comprises a monochrome light sensor array without an RGB filter and without an infrared filter as the light sensor array of the proposed magnetic field camera.
Das Wesentliche des hier vorgelegten Dokuments ist nun, dass es auch ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorschicht, wie sie zuvor beschrieben wurde, beschreibt und offenlegt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:
- • Bereitstellen eines ersten Trägermaterials 9;
- • Beschichten der Oberfläche der Oberseite des ersten Trägermaterials 9 mit einer
Verspiegelung 10; - • Bereitstellen eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren flüssigen, zweiten Trägermaterials, wobei in das zweite, flüssige Trägermaterial eine Vielzahl von Diamanten, vorzugsweise Nanodiamanten, bzw. Kristallen, vorzugsweise Nanokristallen, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. Kristalle NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Diamanten bzw. Kristalle des zweiten, flüssigen Trägermaterials und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten bzw. Kristalle des zweiten, flüssigen Trägermaterials bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung zumindest eine Fluoreszenzstrahlung emittieren;
- • Benetzen der Oberfläche der Verspiegelung 10 mit dem zweiten, flüssigen Trägermaterial, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten bzw. eingebetteter Kristalle aufweist;
- • Bestrahlen der Oberfläche der Verspiegelung 10 und die Schicht des zweiten Flüssigen Trägermaterials mit elektromagnetischer Strahlung, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das zweite, flüssige Trägermaterial aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. Es bildet sich eine Schicht 11 mit Kristallen mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfasst diese Schicht eine Vielzahl von Nanokristallen, die vorzugsweise vollkommen zufällig, gleichverteilt orientiert sind, und deren Dichte vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kristallen um Diamanten. Vorzugsweise handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Bei diesem Diamantmaterial handelt es sich bevorzugt um NV-reichem Diamantstaub in einem optisch transparentem Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist
- • Entfernen des nicht ausgehärteten, flüssigen, zweiten Trägermaterials insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des zweiten Trägermaterials auf der Oberfläche der Verspiegelung 10 nach optionaler Beschichtung mit einem weiteren Trägermaterial 12 zusammen mit den anderen Komponenten (9, 10, 11, 12) die
Sensorschicht 5 bildet.
- • Providing a
first carrier material 9; - • Coating the surface of the top side of the
first carrier material 9 with amirror coating 10; - • Providing a liquid, second carrier material that can be hardened using electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a plurality of diamonds, preferably nanodiamonds, or crystals, preferably nanocrystals, are embedded in the second, liquid carrier material, and wherein one or more or all diamonds these diamonds or crystals have NV centers and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the diamonds or crystals of the second, liquid carrier material and/or the other paramagnetic centers of the diamonds or crystals of the second, liquid carrier material upon irradiation emit at least one fluorescent radiation with pump radiation;
- • Wetting the surface of the
mirror coating 10 with the second, liquid carrier material which has the plurality of embedded diamonds or embedded crystals; - • Irradiating the surface of the
mirror coating 10 and the layer of the second liquid carrier material with electromagnetic radiation, the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H is chosen so that the second, liquid carrier material hardens and turns into a solid. Alayer 11 is formed with crystals with paramagnetic centers. This layer preferably comprises a large number of nanocrystals, which are preferably oriented completely randomly, uniformly distributed, and whose density is preferably essentially not dependent on the position in the layer. The crystals are preferably diamonds. The paramagnetic centers are preferably NV centers. This diamond material is preferably NV-rich diamond dust in an optically transparent composite material that is essentially transparent for electromagnetic radiation with pump radiation wavelength λ pmp and for electromagnetic radiation with fluorescence radiation wavelength λ fl - • Removing the uncured, liquid, second carrier material, in particular by means of a solvent, the remaining film of the second carrier material on the surface of the
mirror coating 10 after optional coating with afurther carrier material 12 together with the other components (9, 10, 11, 12) thesensor layer 5 forms.
Typischerweise härtet das zweite, flüssige Trägermaterial nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements ermöglicht.Typically, the second, liquid carrier material only partially hardens, which enables the formation of the optical functional element.
Die elektromagnetischen Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH weist eine Eindringtiefe in das zweite, flüssige Trägermaterial auf, so dass das zweite Trägermaterial nur bis zu einer gewissen Dicke des Trägermaterials aushärtet und so das optische Funktionselement bildet, was im Rahmen der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erst als überraschendes und vorteilhaftes Vorgehen erkannt wurde.The electromagnetic radiation with the curing wavelength λ H has a penetration depth into the second, liquid carrier material, so that the second carrier material only hardens up to a certain thickness of the carrier material and thus forms the optical functional element, which is part of the development of the technical teaching of this document was only recognized as a surprising and advantageous approach.
Die Strahlung der zur Aushärtung des zweiten flüssigen Trägermaterials verwendeten Strahlung ist bevorzugt UV-Strahlung. Ganz besonders bevorzugt ist eine Strahlung zur Aushärtung mit einer Aushärtewellenlänge λH zwischen 320-380nm.The radiation used to harden the second liquid carrier material is preferably UV radiation. Radiation for curing with a curing wavelength λ H between 320-380nm is particularly preferred.
In bestimmten Anwendungsfällen können dem zweiten, flüssigen Trägermaterial Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm vor dem Bereitstellen beigemischt werden, sodass diese in dem Trägermaterial nach dem Aushärten eingelagert sind. Beispielsweise kann es sich um metallische Nanopartikel handeln.In certain applications, nanoparticles with a diameter of less than 200nm and/or less than 100nm and/or less than 50nm and/or less than 20nm and/or less than 10nm and/or less than 5nm can be added to the second, liquid carrier material before providing it, so that they are in the Carrier material is stored after hardening. For example, they can be metallic nanoparticles.
Solche metallischen Nanopartikel wechselwirken mit Diamanten in dem zweiten Trägermaterial der Sensorschicht 9 und können beispielsweise die Fluoreszenzstrahlung dieser Diamanten DM beeinflussen.Such metallic nanoparticles interact with diamonds in the second carrier material of the
Die optionalen metallischen Nanopartikel können beispielsweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gandolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium und/oder Mischungen derselben umfassen.The optional metallic nanoparticles can be, for example, gold and/or platinum and/or palladium and/or graphite and/or graphene and/or chromium and/or silicon and/or germanium and/or tin and/or sulfur and/or selenium and/or Tellurium and/or magnesium and/or calcium and/or strontium and/or barium and/or titanium and/or zirconium and/or hafnium and/or chromium and/or molybdenum and/or tungsten and/or iron and/or ruthenium and /or osmium and/or nickel and/or tin and/or cadmium and/or mercury and/or cerium and/or neodymium and/or samarium and/or gandolinium and/or dysprosium and/or erbium and/or ytterbium and/or Include thorium and/or proactinium and/or uranium and/or plutonium and/or mixtures thereof.
Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassten naturgemäß eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems der Elemente. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop weit in der Natur dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Diese Isotope können ein magnetisches Kernmoment µ aufweisen oder nichtaufweisen je nach Isotop. Die metallischen Nanopartikel weisen bevorzugt bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope auf: 12C, 14C, 28Si 30Si, 70Ge, 72Ge, 74Ge, 76Ge, 112Zn, 114Zn, 116Zn, 118Zn, 120Zn, 122Zn, 124Zn 16O, 18O, 32S, 34S, 36S, 74Se, 76Se, 78Se, 80Se, 82Se, 120Te, 122Te, 124Te, 126Te, 128Te, 130Te, 24Mg, 26Mg, 40Ca, 42Ca, 44Ca, 46Ca, 48Ca, 84Sr, 86Sr, 88Sr, 130Ba, 132Ba, 134Ba, 136Ba, 138Ba, 46Ti, 48Ti, 50Ti, 90Zr, 90Zr, 92Zr, 94Zr, 96Zr, 174Hf, 176Hf, 178Hf, 50Cr, 52Cr, 53Cr, 92Mo, 94Mo, 96Mo, 98Mo, 100Mo, 180W, 182W, 184W, 186W, 54Fe, 56Fe, 58Fe, 96Ru, 98Ru, 100Ru, 102Ru, 104Ru, 184Os, 186Os, 188Os, 190Os, 192Os 58Ni, 60Ni, 62Ni, 64Ni, 102Pd, 102Pd, 104Pd, 106Pd, 108Pd, 110Pd, 190Pt, 192Pt, 194Pt, 196Pt, 198Pt 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn, 106Cd, 108Cd, 110Cd, 112Cd, 114Cd, 116Cd, 196Hg, 198Hg, 200Hg, 202Hg, 204Hg 136Ce, 138Ce, 140Ce, 142Ce, 142Nd, 144Nd, 146Nd, 148Nd, 150Nd, 144Sm, 146Sm, 148Sm, 150Sm, 152Sm, 154Sm, 152Gd, 154Gd, 156Gd, 158Gd, 160Gd, 156Dy, 158Dy, 160Dy, 162Dy, 164Dy, 162Er, 164Er, 166Er, 168Er, 170Er, 168Yb, 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb, 232Th, 234Pa, 234U, 238U, 244Pu. „Erhöht“ bedeutet dabei im Sinne dieses Dokuments, dass der Anteil im Isotopenmischverhältnis der vorstehenden Isotope um 50% oder mehr erhöht ist.The metal atoms of the nanoparticles naturally comprised one or more elements from the periodic table of elements. Each of these elements occurs in different isotopes in nature with a respective natural isotope mixing ratio. In nature, each isotope has a natural proportion corresponding to the natural isotope mixing ratio. These isotopes may or may not have a nuclear magnetic moment μ depending on the isotope. For at least one element that the metallic nanoparticles have, the metallic nanoparticles preferably have an increased proportion in the isotope mixing ratio compared to the natural proportion of the isotope mixing ratio for at least one of the following isotopes: 12 C, 14 C, 28 Si, 30 Si, 70 Ge, 72 Ge, 74 Ge, 76 Ge, 112 Zn, 114 Zn, 116 Zn, 118 Zn, 120 Zn, 122 Zn, 124 Zn 16 O, 18 O, 32 S, 34 S, 36 S, 74 Se, 76 Se , 78 Se, 80 Se, 82 Se, 120 Te, 122 Te, 124 Te, 126 Te, 128 Te, 130 Te, 24 Mg, 26 Mg, 40 Ca, 42 Ca, 44 Ca, 46 Ca , 48 Ca, 84 Sr, 86 Sr, 88 Sr, 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 136 Ba, 138 Ba , 46 Ti, 48 Ti, 50 Ti, 90 Zr, 90 Zr, 92 Zr, 94 Zr, 96 Zr, 174 Hf, 176 Hf , 178 Hf, 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr, 92 Mo, 94 Mo , 96 Mo, 98 Mo, 100 Mo, 180 W, 182 W , 184 W , 186 W, 54 Fe, 56 Fe, 58 Fe, 96 Ru, 98 Ru, 100 Ru, 102 Ru, 104 Ru, 184 Os, 186 Os, 188 Os, 190 Os, 192 Os 58 Ni, 60 Ni, 62 Ni, 64 Ni, 102 Pd, 102 Pd, 104 Pd, 106 Pd, 108 Pd, 110 Pd , 190 Pt, 192 Pt, 194 Pt, 196 Pt, 198 Pt 64 Zn, 66 Zn, 68 Zn, 70 Zn, 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 112 Cd, 114 Cd, 116 Cd, 196 Hg, 198 Hg, 200 Hg, 202 Hg, 204 Hg 136 Ce, 138 Ce, 140 Ce, 142 Ce, 142 Nd, 144 Nd, 146 Nd, 148 Nd, 150 Nd, 144 Sm, 146 Sm, 148 Sm, 150 Sm, 152 Sm, 154 Sm, 152 Gd, 154 Gd, 156 Gd, 158 Gd, 160 Gd, 156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 162 Dy, 164 Dy, 162 Er, 164 Er, 166 Er , 168 Er, 170 Er, 168 Yb, 170 Yb, 172 Yb, 174 Yb, 176 Yb, 232 Th, 234 Pa, 234 U, 238 U, 244 Pu. For the purposes of this document, “increased” means that the proportion of the above isotopes in the isotope mixing ratio is increased by 50% or more.
Der Wert des Ausgangssignals jedes Sensorpixel, also jeder Lichtsensor des Lichtsensorarrays der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera, gibt dann die Magnetfeldstärke am Ort des auf dem betreffenden Sensorpixel, also dem betreffenden Lichtsensor des Lichtsensorarrays, abgebildeten Diamantmaterial-Volumens wieder. Damit ist die Ortsauflösung der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera nur durch die abbildende Optik und die Auflösung des Lichtsensorarrays, also die Sensorauflösung, begrenzt. Eine solche Vorrichtung kann somit mehrere Megapixel Auflösung realisieren.The value of the output signal of each sensor pixel, i.e. each light sensor of the light sensor array of the proposed magnetic field camera, then reflects the magnetic field strength at the location of the diamond material volume imaged on the relevant sensor pixel, i.e. the relevant light sensor of the light sensor array. The spatial resolution of the proposed magnetic field camera is therefore only limited by the imaging optics and the resolution of the light sensor array, i.e. the sensor resolution. Such a device can therefore achieve several megapixel resolution.
Die Auswerteelektronik kann Schwankungen durch das Anregungslicht oder Inhomogenitäten im Diamantmaterial durch Verwendung von Werten einer zuvor durchgeführten Referenzmessung einer Referenzprobe herausrechnen. Die Anregung, Detektion und die optisch zugängliche Seite des Diamantmaterials befinden sich vorzugsweise in einem optisch geschlossenen Gehäuse, um den Einfluss von externem Licht zu unterdrücken.The evaluation electronics can calculate fluctuations caused by the excitation light or inhomogeneities in the diamond material by using values from a previously carried out reference measurement of a reference sample. The excitation, detection and the optically accessible side of the diamond material are preferably located in an optically closed housing in order to suppress the influence of external light.
Für größere Sensorflächen kann entsprechend der Arbeitsabstand und Fokus der Fluoreszenzkamera der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera angepasst werden. Vorrichtungen, die mehrere Fluoreszenzkameras verwenden, um die Ortsauflösung bei größerer Sensorfläche zu erhöhen, sind denkbar. Die Auswerteelektronik kann dann die Mehrzahl der Bilder dieser Mehrzahl von Fluoreszenzkameras zu einem Bild verrechnen.For larger sensor areas, the working distance and focus of the fluorescence camera of the proposed magnetic field camera can be adjusted accordingly. Devices that use multiple fluorescence cameras to increase the spatial resolution with a larger sensor area are conceivable. The evaluation electronics can then convert the majority of images from this plurality of fluorescence cameras into one image.
Ein Demonstrator hat seine Tauglichkeit zur ortsaufgelösten Messung von Magnetfeldern bei der Erprobung des Vorschlags bereits unter Beweis gestellt.A demonstrator has already proven its suitability for spatially resolved measurement of magnetic fields when testing the proposal.
ZUSAMMENFASSUNG DES DRITTEN AUSFÜHRUNGSVORSCHLAGS (MAGNETFELDKAMERA)SUMMARY OF THE THIRD PROPOSAL (MAGNETIC FIELD CAMERA)
Das hier vorgelegte Dokument schlägt einen Magnetfeldkamerakopf 21 mit einer Sensorschicht 5, einer Lichtquelle 2 für Pumpstrahlung 13 und einer Fluoreszenzkamera mit einem Lichtsensorarray 1 aus Lichtsensoren vor. Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugt paramagnetische Zentren. Diese paramagnetischen Zentren emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 Fluoreszenzstrahlung 14. Die Intensität der emittierten Fluoreszenzstrahlung 14 hängt dabei von der Intensität der Pumpstrahlung 13 und der Intensität der magnetischen Flussdichte B am jeweiligen Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Sensorschicht 5 ab. Die Fluoreszenzkamera der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera erfasst ein Fluoreszenzbild der Emissionsintensitätsverteilung für die Fluoreszenzstrahlungsemission der Fluoreszenzstrahlung 14 aus der Sensorschicht 5 und stellt dieses bereit.The document presented here proposes a magnetic
Der Magnetfeldkamerakopf 21 kann Hilfsmagnete 19 umfassen.The magnetic
Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugt Diamanten mit NV-Zentren als paramagnetische Zentren und/oder NV-zentren NVZ und/oder andere Kristalle mit paramagnetischen Zentren .The
Außerdem schlägt das hier vorgelegte Dokument eine Magnetfeldkamera mit einem solchen Magnetfeldkamerakopf 21 und mit einem Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 vor, wobei das Rechnersystem 28 vorzugsweise dazu eingerichtet ist, aus einem Fluoreszenzbild des Magnetfeldkamerakopfes 21 ein Magnetflussdichtenbetragsbild zu erzeugen und/oder einen eindimensionalen Verlauf der Fluoreszenzintensität oder des Magnetflussdichtenbetrags längs einer Linie durch das Fluoreszenzbild hindurch zu erzeugen.In addition, the document presented here proposes a magnetic field camera with such a magnetic
Das Weiteren schlägt das hier vorgelegte Dokument die Verwendung der oben beschriebenen Magnetfeldkamera und/oder des oben beschriebenen Magnetfeldkamerakopfes 21 für die Untersuchung des Magnetfelds magnetisierter Objekte und/oder für die Untersuchung der Struktur magnetisierter Objekte und/oder für die Untersuchung der Stromdichteverteilung in Objekten, die von einem elektrischen Strom durchflossen sind, vor.Furthermore, the document presented here proposes the use of the magnetic field camera described above and/or the magnetic
Mit der hier vorgestellten technischen Lehre werden in diesem dritten Anwendungsbeispiel somit Bildformate für Magnetfeldkameras möglich, die bisher nicht realisierbar waren.With the technical teaching presented here, image formats for magnetic field cameras that were previously not possible are now possible in this third application example.
Im Folgenden listet das hier vorgelegte Dokument einige dieser Bildformate auf, die mittels der hier vorgestellten Magnetfeldkamera bei geeigneter Wahl der Kristallgröße der Kristalle und Nanokristalle 66 und/oder Diamanten und/oder Nanodiamanten und einer geeigneten Wahl der Pixelanzahl des Lichtsensorarrays 1 der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera möglich werden.The document presented here lists some of these image formats below, which can be obtained using the magnetic field camera presented here with a suitable choice of crystal size of the crystals and nanocrystals 66 and/or diamonds and/or nanodiamonds and a suitable choice of the number of pixels of the
Bevorzugt sollte der Erfassungsbereich eines Lichtsensors (Pixels) des Lichtsensorarrays 1 der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera auf der Oberfläche der Schicht 11 größer als das Doppelte des mittleren Durchmessers der Kristalle und/oder Nanokristalle 66 sein. Dann ist in der Regel das Nyquist-Theorem erfüllt. Bevorzugt sollte der Erfassungsbereich eines Lichtsensors (Pixels) des Lichtsensorarrays 1 der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera auf der Oberfläche der Schicht 11 größer als das 5-Fache, besser 10-Fache, besser 20-Fache, besser 50-Fache des mittleren Durchmessers der Kristalle und/oder Nanokristalle 66 bzw. Diamanten und/oder Nanodiamanten sein. Dies ermöglicht eine stochastische Gleichverteilung der Orientierung mehrerer Kristalle und/oder Nanokristalle bzw. Diamanten und/oder Nanodiamanten, deren Fluoreszenzstrahlung von diesem Lichtsensor (Pixel) des Lichtsensorarrays 1 der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera erfasst wird.The detection range of a light sensor (pixel) of the
Magnetfeldkamera mit flächenhafter PumpstrahlungsquelleMagnetic field camera with an area pump radiation source
Das hier vorgelegte Dokument beschreibt unter anderem eine flächenhafte Pumpstrahlungsquelle PL für die Bestrahlung paramagnetischer Zentren mit Pumpstrahlung 13 mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, wobei die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle PL ein oder mehreren primäre Pumpstrahlungsquellen insbesondere in Form von LEDs 44 umfasst. Die ein oder mehreren primäre Pumpstrahlungsquellen sind bevorzugt dazu eingerichtet, Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp zu emittieren.The document presented here describes, among other things, a flat pump radiation source PL for the irradiation of paramagnetic centers with
Bevorzugt umfasst die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle ein erstes optisches Funktionselement, insbesondere eine Glasplatte 46 und/oder einen flächenhaften Lichtwellenleiter und/oder ein optisches System. Das erste optische Funktionselement ist im Sinne des hier vorgelegten Dokuments ein Lichtwellenleiter LWL. Das erste optische Funktionselement weist typischerweise eine erste Oberfläche 67 auf. Bevorzugt verteilt das erste optische Funktionselement die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die von den primären Pumpstrahlungsquellen emittiert wird, flächenhaft.The planar pump radiation source preferably comprises a first optical functional element, in particular a
Typischerweise ist das erste optische Funktionselement somit dazu eingerichtet, dass aus einer ersten Oberfläche des ersten optischen Funktionselements der flächenhafte Pumpstrahlungsquelle diese flächenhaft verteilte Pumpstrahlung 13 flächenhaft austritt.Typically, the first optical functional element is thus set up so that this areally distributed
Diese flächenhafte Pumpstrahlungsquelle ermöglicht eine Ausleuchtung der Schicht 11 mittels LEDs 44 anstelle von Laser-Dioden als primären Pumpstrahlungsquellen. Dies ist wesentlich kostengünstiger, als die Ausleuchtung mittels Lasern. Wenn in dem hier vorgelegten Dokument von LEDs 44 geschrieben ist, sind damit allerdings Laser als möglich primäre Pumpstrahlungsquellen mitumfasst.This areal pump radiation source enables the
In einer anderen Ausprägung umfassen somit die ein oder mehreren primären Pumpstrahlungsquellen der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle ein oder mehreren LEDs 44 als primäre Pumpstrahlungsquellen der Pumpstrahlung 13. Dies ermöglicht eine gute und vor allem homogenere Ausleuchtung der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13.In another embodiment, the one or more primary pump radiation sources of the areal pump radiation source include one or
In einer anderen Ausprägung umfasst das erste optische Funktionselement eine oder mehrere der folgenden optischen Funktionselemente:
- •
eine Glasplatte 46 und/oder - • einen flächenhaften Lichtwellenleiter und/oder
- • eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern, die einem flächenhaften Lichtwellenleiter funktionsäquivalent sind, und/oder
- • ein mikrooptisches System mit zumindest einem photonischen Kristall, das dazu eingerichtet ist, die
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft zu verteilen, und/oder - • ein mikrooptisches System mit zumindest einem mikrooptischen Spiegel, das dazu eingerichtet ist, die
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft zu verteilen, und/oder - • ein anderes optisches System, das dazu eingerichtet ist, die
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft zu verteilen.
- • a
glass plate 46 and/or - • a flat optical fiber and/or
- • a plurality of optical waveguides that are functionally equivalent to a flat optical waveguide, and/or
- • a micro-optical system with at least one photonic crystal, which is designed to distribute the
pump radiation 13 over an area with the pump radiation wavelength λ pmp , and/or - • a micro-optical system with at least one micro-optical mirror, which is set up to distribute the
pump radiation 13 over an area with the pump radiation wavelength λ pmp , and/or - • another optical system that is set up to distribute the
pump radiation 13 over an area with the pump radiation wavelength λ pmp .
Dieses erste optische Funktionselement ermöglicht somit die flächige Verteilung der Pumpstrahlung 13 zur Bestrahlung der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13.This first optical functional element thus enables the flat distribution of the
In einer anderen Ausprägung bestrahlt die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle der vorgeschlagenen Magnetfeldkamera eine flächenhafte Schicht 11 mit flächenhaft verteilten Kristallen und/oder Nanokristallen 66 und/oder Diamanten mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp flächenhaft. Dieses erste optische Funktionselement ermöglicht somit die flächige Verteilung der Pumpstrahlung 13 zur Bestrahlung der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13.In another embodiment, the areal pump radiation source of the proposed magnetic field camera irradiates an
In einer anderen Ausprägung umfasst die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle die Schicht 11 und bestrahlt die Schicht 11 über die erste Oberfläche 67. Dabei ist in dieser anderen Ausprägung die Schicht 11 mit der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements, hier der Glasplatte 46, direkt oder indirekt mechanisch verbunden. Bevorzugt bedeckt die Schicht 11 die erste Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements, hier der Glasplatte 46, ganz oder teilweise.In another embodiment, the areal pump radiation source comprises the
Dies ermöglicht eine sehr einfache Konstruktion einer flächenhaften Fluoreszenzstrahlungsquelle als Zusammenstellung der Schicht 11 mit der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle, wobei die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle die Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 flächenhaft bestrahlt und daraufhin die paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 flächenhaft Fluoreszenzstrahlung 14 in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte am Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Schicht 11 emittieren. Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt.This enables a very simple construction of a planar fluorescent radiation source as a combination of the
In einer anderen Ausprägung emittiert die Schicht 11 örtlich unterschiedlich je nach dem Wert des lokalen Betrags der magnetischen Flussdichte in der Schicht 11 eine Fluoreszenzstrahlung 14 mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Auch Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt.In another embodiment, the
In einer anderen Ausprägung umfasst die flächenhafte Pumpstrahlungsquelle ein weiteres optisches Funktionselement, das elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der elektromagnetischen Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl separiert. Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt und die keine Pumpstrahlung emittiert, was den Kontrast erhöht.In another embodiment, the areal pump radiation source comprises a further optical functional element that separates electromagnetic radiation with the pump radiation wavelength λ pmp from the electromagnetic radiation with fluorescence radiation wavelength λ fl . This results in a flat fluorescence radiation source in which the intensity of the
In einer anderen Ausprägung umfasst das weitere optische Funktionselement eines oder mehrere der folgenden optischen Funktionselemente:
- • eine dichroitisch verspiegelte Schicht 47 und/oder
- • einen optischen Filter (Longpass) 6.
- • a dichroic mirrored
layer 47 and/or - • an optical filter (long pass) 6.
Dies ermöglicht eine sehr einfache Konstruktion der Separationsvorrichtung für die Separation der elektromagnetischen Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der elektromagnetischen Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.This enables a very simple construction of the separation device for the separation of the electromagnetic radiation with the pump radiation wavelength λ pmp from the electromagnetic radiation with the fluorescence radiation wavelength λ fl .
In einer anderen Ausprägung separiert das weitere optische Funktionselement die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl zu separieren. Hierdurch ergibt sich somit eine flächenhafte Fluoreszenzstrahlungsquelle, bei der die Intensität der lokal an einem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung 14 von der magnetischen Flussdichte an diesem Punkt der Abstrahlungsfläche der flächigen Fluoreszenzstrahlungsquelle abhängt und die keine Pumpstrahlung emittiert, was den Kontrast erhöht.In another embodiment, the further optical functional element separates the
Herstellverfahren für die flächenhafte PumpstrahlungsquelleManufacturing process for the flat pump radiation source
Das hier vorgelegte Dokument stellt darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (44, 46) vor. Das Verfahren beginnt mit der Bereitstellung von ein oder mehreren primären Pumpstrahlungsquellen. Dabei emittieren die ein oder mehreren primären Pumpstrahlungsquellen Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Ein weiterer Schritt umfasst das Bereitstellen eines ersten optischen Funktionselements, beispielsweise einer Glasplatte 46. Typischerweise weist das erste optische Funktionselement eine erste Oberfläche 67 auf. Bevorzugt verteilt das erste optische Funktionselement die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die die primären Pumpstrahlungsquellen emittieren, flächenhaft. Das erste optische Funktionselement somit dazu eingerichtet ist, dass aus der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements der flächenhafte Pumpstrahlungsquelle diese flächenhaft verteilte Pumpstrahlung 13 flächenhaft austritt. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist typischerweise ein mechanisches Verbinden der primären Pumpstrahlungsquellen mit dem ersten optischen Funktionselement. Hierbei kann beispielsweise ein Schaltungsträger (PCB) 43 die mechanische Verbindung mittels Lötungen und/oder Klebungen herstellen. Die primären Pumpstrahlungsquellen sind vorzugsweise nach dem mechanischen Verbinden dazu eingerichtet, Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bei elektrischer Aktivierung z.B. durch Bestromung zu emittieren und in das erste optische Funktionselement, insbesondere über eine Kante des ersten optischen Funktionselements und/oder eine Seitenfläche des ersten optischen Funktionselements, einzuspeisen. Das erste optische Funktionselement ist vorzugsweise dazu eingerichtet, dass die Pumpstrahlung 13 sich innerhalb des ersten optischen Funktionselements flächenhaft in einer Lichtfläche ausbreitet. Das erste optische Funktionselement strahlt vorzugsweise über die erste Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp senkrecht zur vorbeschriebenen Lichtfläche der Pumpstrahlung 13 innerhalb des ersten optischen Funktionselements Pumpstrahlung (13) mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp ab.The document presented here also presents a method for producing a flat pump radiation source (44, 46). The process begins with the provision of one or more primary pump radiation sources. The one or more primary pump radiation sources emit
In einer anderen Ausprägung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Sensorschicht 5 als einen Schritt das Bereitstellen eines ersten optisches Funktionselement, insbesondere einer Glasplatte (46) und/oder eines flächenhaften Lichtwellenleiters und/oder eines optischen Systems. Des Weiteren umfasst das Verfahren in dieser Ausprägung bevorzugt das Bereitstellen eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren flüssigen, zweiten Trägermaterials. Dabei sind bevorzugt in das zweite, flüssige Trägermaterial eine Vielzahl von Diamanten, vorzugsweise Nanodiamanten, bzw. Kristallen 66, vorzugsweise Nanokristallen 66, eingebettet. Bevorzugt weisen einer oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren auf. Bevorzugt emittieren die NV-Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 bzw. Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 zumindest eine Fluoreszenzstrahlung 14. In dieser Ausprägung umfasst das hier vorgestellte Verfahren zur Herstellung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (44, 46) bevorzugt den Schritt des Benetzens und Beschichtens der ersten Oberfläche 67 des ersten optisches Funktionselements, insbesondere der Glasplatte 46 und/oder des flächenhaften Lichtwellenleiters und/oder des optischen Systems, mit dem zweiten, flüssigen Trägermaterial, das vorzugsweise die Vielzahl eingebetteter Diamanten bzw. eingebetteter Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 aufweist. Das hier vorgestellte Verfahren zur Herstellung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (44, 46) umfasst als weiteren Schritt vorzugsweise das Bestrahlen der ersten Oberfläche 67 des ersten optisches Funktionselements, insbesondere der Glasplatte (46) und/oder des flächenhaften Lichtwellenleiters und/oder des optischen Systems, und/oder der Schicht des zweiten Flüssigen Trägermaterials mit elektromagnetischer Strahlung, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das zweite, flüssige Trägermaterial aushärtet und sich in einen Festkörper, insbesondere in Form der Schicht 11, wandelt. Bevorzugt wird hierzu an den Stellen des ersten optischen Funktionselements - also beispielsweise der Glasplatte 46 - an dem die primären Pumpstrahlungsquellen - also beispielsweise die LEDs 44 - die Pumpstrahlung 13 später einspeisen sollen, Aushärtestrahlung als elektromagnetischen Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH, eingespeist. Hierdurch wird die Schicht selbstjustierend auf der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements - also beispielsweise der Glasplatte 46 - ausgehärtet und damit gefertigt.In another embodiment, the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst die Schicht 11 eine Vielzahl von Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 sind die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 in der Schicht 11 vollkommen zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt orientiert sind, und/oder die Dichte Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 in der Schicht 11 ist vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht 11.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfassen die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 Diamanten. Bevorzugt umfassen die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 in dieser Ausprägung paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfassen in dieser Ausprägung die Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 Diamanten mit NV-Zentren umfassen.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 handelt es sich bei der Schicht 11 um ein optisch transparentes Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Entfernens des nicht ausgehärteten, flüssigen, zweiten Trägermaterials insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des zweiten Trägermaterials auf der ersten Oberfläche 67 des ersten optisches Funktionselements, insbesondere der Glasplatte 46, die Schicht 11 bildet.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt der Beschichtung der Schicht 11 mit einer Verspiegelung 10.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt der Beschichtung der Schicht 11 und/oder der Verspiegelung 10 mit einem weiteren Trägermaterial 12.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Verwendens der Schicht 11 zusammen mit anderen Komponenten (9, 10, 12) als Sensorschicht 5 eines Sensorkopfes 21.In another embodiment of the method for producing a
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des ganzflächigen oder bereichsweisen Herstellens eines Diffusors oder einer Diffusor Schicht 69 auf der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements.In another embodiment of the method for producing a
Herstellen der Sensorschicht 5 auf einem Trägermaterial 9Producing the
In einer anderen Ausprägung des Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 in einem Gehäuse 8 umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Sensorschicht 5 als ersten Schritt das Bereitstellen eines ersten Trägermaterials 9. Ein weiterer Schritt dieses Verfahrens zur Herstellung einer Sensorschicht 5 in einem Gehäuse 8 umfasst das Beschichten der Oberfläche der Oberseite des ersten Trägermaterials 9 mit einer Verspiegelung 10. Das Verfahren umfasst auch das Bereitstellen eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren flüssigen, zweiten Trägermaterials. Dabei sind vorzugsweise in das zweite, flüssige Trägermaterial eine Vielzahl von Diamanten, vorzugsweise Nanodiamanten, bzw. Kristallen 66, vorzugsweise Nanokristallen 66, eingebettet. Dabei weisen bevorzugt einer oder mehrere oder alle Diamanten dieser Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren auf. Dabei emittieren die NV-Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten bzw. Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 des zweiten, flüssigen Trägermaterials bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 zumindest eine Fluoreszenzstrahlung 14. Das Verfahren umfasst vorzugsweise das Benetzen der Oberfläche der Verspiegelung 10 mit dem zweiten, flüssigen Trägermaterial, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten bzw. eingebetteter Kristalle 66 und/oder Nanokristalle 66 aufweist. Bevorzugt umfasst das Verfahren das Bestrahlen der Oberfläche der Verspiegelung 10 und der Schicht des zweiten flüssigen Trägermaterials mit elektromagnetischer Strahlung. Dabei ist die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, vorzugsweise so gewählt, dass das zweite, flüssige Trägermaterial aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. Typischerweise bildet sich eine Schicht 11 mit Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfasst diese Schicht 11 eine Vielzahl von Nanokristallen 66, die vorzugsweise vollkommen zufällig, gleichverteilt orientiert sind, und deren Dichte vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht 11 ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kristallen um Diamanten. Vorzugsweise handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Bei diesem Diamantmaterial handelt es sich bevorzugt um NVreichem Diamantstaub aus Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 in einem optisch transparentem Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst bevorzugt das Entfernen des nicht ausgehärteten, flüssigen, zweiten Trägermaterials insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des zweiten Trägermaterials auf der Oberfläche der Verspiegelung 10 nach optionaler Beschichtung mit einem weiteren Trägermaterial 12 zusammen mit den anderen Komponenten (9, 10, 11, 12) die Sensorschicht 5 bildet.In another embodiment of the method for producing a
Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44)Use of a flat pump radiation source (46, 44)
Das hier vorgelegte Dokument beschriebt darüber hinaus ein Verfahren zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44). Schritte des Verfahrens sind das Bereitstellen der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) und das Bereitstellen einer flächenhaften Schicht 11, wobei die flächenhafte Schicht 11 eine Vielzahl von Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 umfasst, die paramagnetische Zentren aufweisen. Das Verfahren umfasst bevorzugt das Bestrahlen der flächenhaften Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 einer Pumpstrahlungsquelle (2, 44), wobei die Pumpstrahlung 13 eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp aufweist. Paramagnetische Zentren von Kristallen 66 und/oder Nanokristallen 66 der flächenhaften Schicht 11 emittieren bei dieser Bestrahlung durch die die Pumpstrahlung 13 der flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) flächenhaft Fluoreszenzstrahlung 14. Das Verfahren umfasst des Weiteren bevorzugt das Separieren der Fluoreszenzstrahlung 14 von der Pumpstrahlung 13 mittels eines Separationsmittels (6, 47). Typischerweise können optische Filter (Longpass) 6 und/oder dichroitisch verspiegelte optionale Schichten 47 solche Separationsmittel (6,47) darstellen. Das Verfahren umfasst auch das Erfassen der Fluoreszenzstrahlung 14 mittels eines Erfassungsmittels 15, 1. Typischerweise können die Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Auswerteelektronik 15 der Fluoreszenzkamera solche Erfassungsmittel 15, 1 darstellen.The document presented here also describes a method for using a flat pump radiation source (46, 44). Steps of the method are providing the flat pump radiation source (46, 44) and providing a
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Abbilden der Verteilung der örtlichen Intensität der flächenhaften Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 mittels einer bildgebenden Optik 7 auf ein Lichtsensorarray 1;In a further embodiment of the method for using a planar pump radiation source (46, 44), the method includes imaging the distribution of the local intensity of the planar emission of the
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Erfassen von Messwerten von Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Aufbereitung dieser Messwerte in einer Auswerteelektronik 15 und vorzugsweise das Bilden eines Fluoreszenzbildes aus solchen Messwerten.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes acquiring measured values from light sensors of the
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Komprimieren der erfassten Messwerte von Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Aufbereitung dieser Messwerte in einer Auswerteelektronik 15 insbesondere zu einem komprimierten Fluoreszenzbild. Beispielsweise kann der Sensorkopf 21 Formate verlustfreier Bildkompressionsverfahren wie GIF, RAW, BMP, PNG erzeugen. Beispielsweise kann der Sensorkopf 21 Formate verlustbehafteter Bildkompressionsverfahren wie JPEG erzeugen.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes compressing the measured values recorded by light sensors of the
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Übertragen eines Fluoreszenzbildes und/oder eines komprimierten Fluoreszenzbildes an ein übergeordnetes Rechnersystem 28.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes transmitting a fluorescence image and/or a compressed fluorescence image to a higher-
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Dekomprimierung des empfangenen komprimierten Fluoreszenzbildes zu einem übertragenen Fluoreszenzbild im übergeordneten Rechnersystem 28 und/oder die Verwendung des empfangenen Fluoreszenzbildes zu einem übertragenen Fluoreszenzbild im übergeordneten Rechnersystem 28.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes decompressing the received compressed fluorescence image to a transmitted fluorescence image in the higher-
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Bildes der eindimensionalen und/oder zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Verteilung der magnetischen Flussdichte in Abhängigkeit von einem oder mehreren übertragenen oder erfassten Fluoreszenzbildern. Vorzugsweise führt ein übergeordnetes Rechnersystem 28 diese Ermittlung aus.In a further embodiment of the method for using a planar pump radiation source (46, 44), the method comprises determining an image of the one-dimensional and/or two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density as a function of one or more transmitted or captured fluorescence images. A higher-
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Darstellung eines Bildes der eindimensionalen und/oder zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Verteilung der magnetischen Flussdichte und/oder eines einem oder mehrerer übertragener oder erfasster Fluoreszenzbilder und/oder daraus errechneter Bilder auf einem Display 32 oder einem anderen Medium zur Darstellung von Bildern.In a further embodiment of the method for using a planar pump radiation source (46, 44), the method includes displaying an image of the one-dimensional and/or two-dimensional dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density and/or one or more transmitted or captured fluorescence images and/or images calculated therefrom on a
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren das Erzeugen einer Video-Sequenz aus mehreren eines Bildes der eindimensionalen und/oder zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Verteilung der magnetischen Flussdichte und/oder aus einem oder mehreren übertragenen oder erfassten Fluoreszenzbildern und/oder aus daraus errechneten Bildern. Die Auswerteelektronik 15 und/oder das übergeordnete Rechnersystem 28 können diese Videosequenzerzeugung vornehmen.In a further embodiment of the method for using a planar pump radiation source (46, 44), the method comprises generating a video sequence from several of an image of the one-dimensional and/or two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density and/or from one or more transmitted or captured fluorescence images and/or from images calculated therefrom. The
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Kompression der Video-Sequenz zu einer komprimierten Video-Sequenz. Dabei können die Auswerteelektronik 15 und/oder das übergeordnete Rechnersystem 28 diese Kompression vornehmen. Bevorzugt benutzen diese eines der folgenden Kompressionsverfahren: AVC, HEVC, MPEG. Bevorzugt erstellt die Auswerteelektronik 15 des Sensorkopfes 21 die Video-Sequenz und komprimiert diese mittels eines Kompressionsverfahrens und überträgt die so komprimierte Video-Sequenz dann über den Datenbus 29 an das übergeordnete Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorkopfes 21.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes compressing the video sequence into a compressed video sequence. The
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens zur Verwendung einer flächenhaften Pumpstrahlungsquelle (46, 44) umfasst das Verfahren die Darstellung der Video-Sequenz auf einem Display 32 oder einem anderen Medium zur Darstellung von Video-Sequenzen.In a further embodiment of the method for using a flat pump radiation source (46, 44), the method includes displaying the video sequence on a
SensorkopfSensor head
Das hier vorgestellte Dokument schlägt auch einen Sensorkopf 21 mit einer Sensorschicht 5 und einer Lichtquelle (2, 44) für Pumpstrahlung 13 und einer Fluoreszenzkamera mit einem Lichtsensorarray 1 aus Lichtsensoren vor. Auch hierbei umfasst bevorzugt die Sensorschicht 5 paramagnetische Zentren, die bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 Fluoreszenzstrahlung (14) emittieren. Dabei hängt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 von der Intensität der Pumpstrahlung 13 und der Intensität der magnetischen Flussdichte am jeweiligen Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums ab. Vorschlagsgemäß erfasst die Fluoreszenzkamera ein Fluoreszenzbild der Emissionsintensitätsverteilung für die Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 aus der Sensorschicht 5 und stellt das Fluoreszenzbild bereit.The document presented here also proposes a
In einer weiteren Ausprägung des Sensorkopfes 21 umfasst der der Sensorkopf Hilfsmagnete 19.In a further embodiment of the
In einer weiteren Ausprägung des Sensorkopfes 21 umfasst die Sensorschicht 5 Diamanten mit NV-Zentren als paramagnetische Zentren.In a further embodiment of the
MagnetfeldkameraMagnetic field camera
Das hier vorgelegte Dokument schlägt eine Magnetfeldkamera mit einem der vorbeschriebenen Magnetfeldkameraköpfen 21 vor. Die Magnetfeldkamera weist dabei ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 auf, wobei das Rechnersystem 28 vorzugsweise aus einem Fluoreszenzbild des Magnetfeldkamerakopfes 21 und/oder aus einem daraus berechneten Bild
- • ein Magnetflussdichtenbetragsbild und/oder
- • ein Bild der eindimensionales und/oder zweidimensionales und/oder dreidimensionales Verteilung der magnetischen Flussdichte und/oder
- • einen Datensatz mit Werten eines eindimensionalen Verlaufs der Fluoreszenzintensität oder des Magnetflussdichtenbetrags längs einer Linie durch das Fluoreszenzbild und/oder das daraus berechneten Bild hindurch
- • a magnetic flux density image and/or
- • an image of the one-dimensional and/or two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the magnetic flux density and/or
- • a data set with values of a one-dimensional progression of the fluorescence intensity or the magnetic flux density amount along a line through the fluorescence image and/or the image calculated from it
Verwendung einer MagnetfeldkameraUsing a magnetic field camera
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung des Magnetfelds magnetisierter Objekte zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras for studying the magnetic field of magnetized objects.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung der Struktur magnetisierter Objekte zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras to study the structure of magnetized objects.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung der Materialzusammensetzung magnetisierter Objekte zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras to investigate the material composition of magnetized objects.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, eine der vorbesprochenen Magnetfeldkameras für die Untersuchung der Stromdichteverteilung in Objekten, die von einem elektrischen Strom durchflossen sind, zu verwenden.The document presented here proposes to use one of the previously discussed magnetic field cameras to investigate the current density distribution in objects through which an electric current flows.
Auflösungresolution
Vorzugsweise liefert die Fluoreszenzkamera nach Dekompression ein Bild mit mehr als 19000 Pixeln.After decompression, the fluorescence camera preferably delivers an image with more than 19,000 pixels.
Mögliche Bildformate für die Magnetfeldkamera sind je nach Lichtsensorarray-Format des Lichtsensorarrays 1 beispielsweise (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Bildaufl%C3°/B6sung)
Für die Übertragung der Videosequenzen vom Sensorkopf 21 zu einem übergeordneten Rechnersystem 28 kommen beispielsweise folgende Video-Formate in Frage: Einige Videoformate: (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Bildaufl%C3°/B6sung)
Bevorzugt weist ein durch die Magnetfeldkamera verwendete Videoformat für die Übertragung der Videosequenzen mehr als 70000 Pixel pro Frame nach Dekompression auf.A video format used by the magnetic field camera for transmitting the video sequences preferably has more than 70,000 pixels per frame after decompression.
Bevorzugt überträgt der Sensorkopf 21 die Video-Sequenzen mit einer Bildrate von mehr als 5fps, besser mehr als 10fps, besser mehr als 20fps, besser mehr al 50fps, besser mehr als 100fps an das übergeordnete Rechnersystem 28. (fps=frames per second = Biilder pro Sekunde)The
Vorteile der MagnetfeldkameraAdvantages of the magnetic field camera
Der hier vorgestellte Vorschlag Erfindung ist frei skalierbar und bietet eine deutlich bessere Ortsauflösung als gängige Lösungen.The proposed invention presented here is freely scalable and offers significantly better spatial resolution than common solutions.
Vorteile gegenüber aktueller Technik sind:
- • Die frei wählbare Sensorfläche der Sensorschicht 5 an
der Unterseite 24 des Magnetfeldkamerakopfes 21 ermöglicht auch die Vermessung gekrümmter und flexibler Flächen. - •
Der Magnetfeldkamerakopfe 21 bietet eine erhöhte Ortsauflösung bis maximal zur Partikelgröße der Nanodiamanten mit den NV-zentren inder Sensorschicht 5. Dies Größe kann beispielsweise bei ~100nm liegen! - •
Der Magnetfeldkamerakopfe 21 bietet eine erhöhte Zeitauflösung aufgrund der hohen möglichen Bildübertragungsrate. - •
Der Magnetfeldkamerakopfe 21 bietet eine erhöhte galvanische Trennung.Die die Sensorschicht 5 ist bevorzugt aus einem dielektrischen, isolierendem Material gefertigt und beeinflusst damit typischerweise nicht das zu messende Magnetfeld. - •
Die Sensorschicht 5 des Magnetfeldkamerakopfes 21 ist typischerweise unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und Einstrahlungen und strahlt selbst keine elektromagnetischen Wellen im Radiobereich oder Mikrowellenbereich ab. Sie ist damit anderen Quantensensoren überlegen.
- • The freely selectable sensor surface of the
sensor layer 5 on theunderside 24 of the magneticfield camera head 21 also enables the measurement of curved and flexible surfaces. - • The magnetic
field camera head 21 offers an increased spatial resolution up to a maximum of the particle size of the nanodiamonds with the NV centers in thesensor layer 5. This size can be, for example, ~ 100nm! - • The magnetic
field camera head 21 offers increased time resolution due to the high possible image transmission rate. - • The magnetic
field camera head 21 offers increased galvanic isolation. Thesensor layer 5 is preferably made of a dielectric, insulating material and therefore typically does not influence the magnetic field to be measured. - • The
sensor layer 5 of the magneticfield camera head 21 is typically insensitive to electromagnetic interference and radiation and does not itself emit any electromagnetic waves in the radio or microwave range. This makes it superior to other quantum sensors.
Viertes Ausführungsbeispiel SpektrometerFourth embodiment spectrometer
VorschlagSuggestion
Das hier vorgelegte Dokument schlägt als viertes Ausführungsbeispiel einen Hochfrequenzspektrumanalysator zur spektralen Analyse eines externen Signals (Sωnk) vor. Die Prinzipien der hier vorgestellten Vorrichtung gehen aber darüber hinaus. Daher beschreibt das hier vorgelegte Dokument auch weitere Vorrichtungen, Verfahren und Anwendungen, die auf diesen Prinzipien aufbauen.The document presented here proposes a high-frequency spectrum analyzer for the spectral analysis of an external signal (S ωnk ) as a fourth exemplary embodiment. However, the principles of the device presented here go beyond this. Therefore, the document presented here also describes other devices, methods and applications that are based on these principles.
Der vorgeschlagene Hochfrequenzspektrumanalysator umfasst typischerweise ein oder mehrere Sensorelemente (SE, 5). Bevorzugt umfasst der Hochfrequenzspektrumanalysator eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung (Lc), die elektrisch gesteuert sein kann und/oder durch einen Permanentmagneten (PM) und/oder durch einen Gradienten behafteten Permanentmagneten (GPM) realisiert sein kann. Bevorzugt erzeugen diese ein zusätzliches magnetisches Feld, dessen Flussdichte (Bad) von der Position innerhalb eines Sensorelements (SE) und/oder längs eines Wellenleiters (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) abhängt. Der Hochfrequenzspektrumanalysator umfasst daher bevorzugt einen Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) mit einer Längserstreckung mit einer Wellenleitererstreckungskoordinate (x) entlang dieser Längserstreckung. Die Punkte auf dem Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) längs der Längserstreckung des Wellenleiters (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) korrelieren dann typischerweise mit einer eineindeutigen Wellenleitererstreckungskoordinate (x). Die Sensorelemente (SE, 5) sind bevorzugt oberhalb des Wellenleiters (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) längs der Transportrichtung für elektromagnetische Strahlung längs des Wellenleiters (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) platziert. Die Sensorelemente (SE, 5) umfassen bevorzugt eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND). Die Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) umfassen typischerweise paramagnetische Zentren, bevorzugt NV-Zentren in Diamant als Diamant-Nano-Kristalle (ND). Die paramagnetischen Zentren emittieren typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) eine Fluoreszenzstrahlung (FL) mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl). Die Intensität (Iist(x), Iist(y)) der Emission der Fluoreszenzstrahlung (FL) hängt dabei typischerweise von der Frequenz des Mikrowellensignals (µW) und der magnetischen Gesamtflussdichte (BΣ) am Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums innerhalb der Sensorelemente (SE, 5) ab. Der Hochfrequenzspektrumanalysator speist zur Analyse das externe Signals (Sωnk) oder ein mit dem externen Signal (Sωnk) gemischtes Mikrowellenmischsignal (µW_MX_I) und anschließend typischerweise gefiltertes Signal, das gefilterte, gemischte Mikrowellenmischsignal, als Mikrowellensignal (µW) in den Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) ein. Als Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) kommen insbesondere verschiedene planare Wellenleiter in Frage. Dieses Mikrowellensignal (µW) wechselwirkt dann typischerweise mit den paramagnetischen Zentren in den Sensorelementen (SE, 5). Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung (Lc) durchflutet dann die Sensorelemente (SE, 5) mit einem magnetischen Feld mit einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte (Bad(x), Bad(y)). Bevorzugt ist das Sensorelement (SE) eine ausgedehnte Sensorelementschicht (5), deren flächenhafte Fluoreszenzstrahlung (FL) eine Magnetfeldkamera, die vorzugsweise Teil des Hochfrequenzspektrumanalysators ist, ortsaufgelöst mittels eines Lichtsensorarrays (1) aus Fotodetektoren (PD) erfasst. Diese zusätzliche magnetische Flussdichte (Bad(x), Bad(y)) trägt dann zur jeweiligen Gesamtflussdichte (BΣ) an der jeweiligen Position (x,y) des jeweiligen paramagnetischen Zentrums im Sensorelement (SE) bzw. in der Sensorelementschicht (5) an der zugehörigen Wellenleitererstreckungskoordinate (x, y) bei. Der Hochfrequenzspektrumanalysator umfasst bevorzugt Mittel zu Erfassung des Messwertverlaufs des Intensitätsverlaufs (Iist(x), Iist(y)) der Emission der Fluoreszenzstrahlung (FL) längs des Wellenleiters (1380, 1880, 2380, 6830, 6980). Ein solches Mittel kann beispielsweise Vorrichtungsteile einer Magnetfeldkamera umfassen. Der Hochfrequenzspektrumanalysator ist bevorzugt dazu eingerichtet, aus einem mittels dieser Mittel erfassten Messwertverlauf des Intensitätsverlaufs (Iist(x), Iist(y)) der Emission der Fluoreszenzstrahlung (FL) längs des Wellenleiters (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) auf ein Hochfrequenzspektrum (Ks(ωµW), Kw(ωµW)) des externen Signals (Sωnk) zu schließen. Der Vorteil einer solchen Vorrichtung ist, dass der Verlauf der Fluoreszenzintensität der Intensität Iist(x), Iist(y) der Fluoreszenzstrahlung (FL) längs des Sensorelements (SE, 5) längs des Wellenleiters in einem längs des Wellenleiters mit einem Gradienten behafteten Magnetfeld, insbesondere eines Gradienten behafteten Permanentmagneten (GPM), nach Erfassung durch eine Magnetfeldkamera und/oder eine Vielzahl von Fotodetektoren (PD) mittels einer einfachen Transformation extrem schnell in ein Spektrum K(ωµW) des externen Signals (Sωnk) umgesetzt werden kann.The proposed high-frequency spectrum analyzer typically includes one or more sensor elements (SE, 5). The high-frequency spectrum analyzer preferably comprises a magnetic field generating device (L c ), which can be electrically controlled and/or can be implemented by a permanent magnet (PM) and/or by a gradient-affected permanent magnet (GPM). These preferably generate an additional magnetic field, the flux density (B ad ) of which depends on the position within a sensor element (SE) and/or along a waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980). The high-frequency spectrum analyzer therefore preferably comprises a waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) with a longitudinal extension with a waveguide extension coordinate (x) along this longitudinal extension. The points on the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) along the longitudinal extent of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) then typically correlate with a unique waveguide extension coordinate (x). The sensor elements (SE, 5) are preferably placed above the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) along the transport direction for electromagnetic radiation along the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980). The sensor elements (SE, 5) preferably include a large number of crystals and/or diamond nanocrystals (ND). The crystals and/or diamond nanocrystals (ND) typically include paramagnetic centers, preferably NV centers in diamond as diamond nanocrystals (ND). When irradiated with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ), the paramagnetic centers typically emit fluorescence radiation (FL) with a fluorescence radiation wavelength (λ fl ). The intensity (I is (x), I is (y)) of the emission of the fluorescent radiation (FL) typically depends on the frequency of the microwave signal (µW) and the total magnetic flux density (B Σ ) at the location of the respective paramagnetic center within the sensor elements (SE, 5). For analysis, the high-frequency spectrum analyzer feeds the external signal (S ωnk ) or a mixed microwave signal (µW_MX_I) mixed with the external signal (S ωnk ) and then typically filtered signal, the filtered, mixed microwave mixed signal, as a microwave signal (µW) into the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980). Various planar waveguides are particularly suitable as waveguides (1380, 1880, 2380, 6830, 6980). This microwave signal (µW) then typically interacts with the paramagnetic centers in the sensor elements (SE, 5). The magnetic field generating device (L c ) then floods the sensor elements (SE, 5) with a magnetic field with an additional magnetic flux density (B ad (x), B ad (y)). The sensor element (SE) is preferably an extended sensor element layer (5), the areal fluorescence radiation (FL) of which is detected in a spatially resolved manner by a magnetic field camera, which is preferably part of the high-frequency spectrum analyzer, using a light sensor array (1) made up of photodetectors (PD). This additional magnetic flux density (B ad (x), B ad (y)) then contributes to the respective total flux density (B Σ ) at the respective position (x,y) of the respective paramagnetic center in the sensor element (SE) or in the sensor element layer ( 5) at the associated waveguide extension coordinate (x, y). The high-frequency spectrum analyzer preferably includes means Acquisition of the measured value curve of the intensity curve (I is (x), I is (y)) of the emission of the fluorescence radiation (FL) along the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980). Such a means can, for example, comprise device parts of a magnetic field camera. The high-frequency spectrum analyzer is preferably set up to use a measured value curve of the intensity curve (I is (x), I is (y)) of the emission of the fluorescence radiation (FL) along the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) recorded using these means. to infer a high-frequency spectrum (K s (ω µW ), K w (ω µW )) of the external signal (S ωnk ). The advantage of such a device is that the course of the fluorescence intensity of the intensity I is (x), I is (y) of the fluorescence radiation (FL) along the sensor element (SE, 5) along the waveguide in a gradient along the waveguide Magnetic field, in particular a gradient permanent magnet (GPM), after detection by a magnetic field camera and / or a large number of photodetectors (PD) can be converted extremely quickly into a spectrum K (ω µW ) of the external signal (S ωnk ) by means of a simple transformation .
In einer besonderen Ausprägung umfasst der Hochfrequenzspektrumanalysator als Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) einen ersten Wellenleiter (6980_1) und einen zweiten Wellenleiter (6980_II), wobei der erste Wellenleiter (6980_1) vom zweiten Wellenleiter (6980_II) verschieden ist. In dieser Ausprägung erzeugt der Hochfrequenzspektrumanalysator durch Mischung des externen Signals (Sωnk) mit einem ersten internen Mikrowellensignal (µW_G_I) mit einer ersten internen Mikrowellenfrequenz (ωµW_I) ein erstes Mikrowellensignal (µW_I). In dieser Ausprägung erzeugt der Hochfrequenzspektrumanalysator durch Mischung des externen Signals (Sωnk) mit einem zweiten internen Mikrowellensignal (µW_G_II) mit einer zweiten internen Mikrowellenfrequenz (ωµW_II) ein zweites Mikrowellensignal (µW_II). Bevorzugt speist dann der Hochfrequenzspektrumanalysator das erste Mikrowellensignal (µW_I) in den ersten Wellenleiter (6980_I) ein. Bevorzugt speist der Hochfrequenzspektrumanalysator das zweite Mikrowellensignal (µW_II) in den zweiten Wellenleiter (6980_II) ein. Bevorzugt umfasst der Hochfrequenzspektrumanalysator Mittel zu Erfassung des Messwertverlaufs der Intensitätsverläufe (Iist(x), Iist(y)) der Emission der Fluoreszenzstrahlung (FL) längs der Wellenleiterkoordinate (x) des ersten Wellenleiters (6980_I) und längs der Wellenleiterkoordinate (y) des zweiten Wellenleiters (6980_II). Der Hochfrequenzspektrumanalysator ist in dieser Ausprägung dann bevorzugt dazu eingerichtet, aus den erfassten Messwertverläufen der Intensitätsverläufe (Iist(x), Iist(y)) der Emission der Fluoreszenzstrahlung (FL) längs der Wellenleiterkoordinate (x) des ersten Wellenleiters (6980_I) und längs der Wellenleiterkoordinate (y) des zweiten Wellenleiters (6980_II) auf ein oder mehrere Hochfrequenzspektren (Ks(ωµW), Kw(ωµW)) des externen Signals (Sωnk) zu schließen. Der Vorteil eine solchen Konstruktion ist, dass unterschiedliche vertikale Linien in dem Diagramm der
Ein zu charakterisierendes Mikrowellensignal (Sωnk) wird z.B. in einem planaren Wellenleiter geführt, dessen Oberfläche mit NV-Pulver bedeckt ist und vorzugsweise zusätzlich noch mit einer statischen Magnetfeldverteilung beaufschlagt ist. Mikrowellenstrahlung einer Frequenz führt zu einer Abschwächung der Fluoreszenzintensitäten an Positionen bestimmter Magnetfeldstärken, womit durch Auswertung der Fluoreszenzintensitätsverteilung das Mikrowellenspektrum rekonstruiert werden kann.A microwave signal (S ωnk ) to be characterized is guided, for example, in a planar waveguide, the surface of which is covered with NV powder and is preferably additionally subjected to a static magnetic field distribution. Microwave radiation of one frequency leads to an attenuation of the fluorescence intensities at positions of certain magnetic field strengths, which means that the microwave spectrum can be reconstructed by evaluating the fluorescence intensity distribution.
Hierdurch wird ein optischer Breitband Single-Shot Spektrum Analysator für Mikrowellenstrahlung im Frequenzbereich von ca. 0,1 bis 100GHz möglich.This makes an optical broadband single-shot spectrum analyzer for microwave radiation in the frequency range from approx. 0.1 to 100GHz possible.
Das unbekannte Mikrowellensignal (Sωnk) wird in ein Mikrowellenbauteil, beispielsweise einen Wellenleiter eingespeist (z.B. eine planares PCB), das das Mikrowellensignal (µW) der Mikrowellen führt (z.B. coplanar waveguide). Es kann sich bei einem Mikrowellenbauteil auch um eine Zusammenschaltung mehrerer Mikrowellenbauteilen handeln. Ein solches Mikrowellenbauteil kann das unbekannte Mikrowellensignal u.U. auch spektral auftrennen und/oder an Resonatoren koppen (z.B. Ringresonatoren). Das Mikrowellenbauteil ist vorzugsweise so gestaltet, dass an der Oberfläche evaneszente Mikrowellenfelder vorhanden sind. Diese Oberfläche wird mit dem NV-Diamant-Pulver beschichtet. Dies kann z.B. durch eine Mischung aus NV-Diamant-Pulver mit Diamant-Nano-Kristallen (ND) Pulver oder einem anderen Kristallpulver mit anderen paramagnetischen Zentren und UV-härtbarem Kleber Trägermaterial TM) erfolgen. Nach dem Auftragen dieser kolloidalen Mischung auf ein Mikrowellenbauteil, wird der UV-härtbare Kleber (Trägermaterial TM) vorzugsweise mittels UV-Strahlung (Aushärtestrahlung 4910) ausgehärtet. Andere Kleber (Trägermaterialien TM) mit anderen Aushärtemethoden sind denkbar. Durch das Aushärten entsteht das eigentliche Sensorelement (SE).The unknown microwave signal (S ωnk ) is fed into a microwave component, for example a waveguide (e.g. a planar PCB), which carries the microwave signal (µW) of the microwaves (e.g. coplanar waveguide). A microwave component can also be an interconnection of several microwave components. Such a microwave component can also spectrally separate the unknown microwave signal and/or couple it to resonators (eg ring resonators). The microwave component is preferably designed in such a way that evanescent microwave fields are present on the surface. This surface is coated with NV diamond powder. This can be done, for example, by a mixture of NV diamond powder with diamond nanocrystals (ND) powder or another crystal powder with other paramagnetic centers and UV-curable adhesive carrier material TM). After applying this colloidal mixture to a microwave component, the UV-curable adhesive (carrier material TM) is cured, preferably using UV radiation (curing radiation 4910). Other adhesives (carrier materials TM) with other curing methods are conceivable. The actual sensor element (SE) is created through hardening.
Des Weiteren wird durch Permanentmagneten (PM, GPM) oder Elektromagneten (Magnetfelderzeugungsmittel Lc) eine zusätzliche Magnetfeldverteilung (Bad) im NV-Diamant-Pulver des Sensorelements (SE) erzeugt, welche bevorzugt senkrecht zum magnetischen Feld (BµW) der Mikrowellenfeldersteht.Furthermore, an additional magnetic field distribution (B ad ) is generated in the NV diamond powder of the sensor element (SE) by permanent magnets (PM, GPM) or electromagnets (magnetic field generating means L c ), which is preferably perpendicular to the magnetic field (B µW ) of the microwave fields.
Zusätzlich wird das NV-Diamant-Pulver durch eine geeignete Lichtquelle (z.B. grüne LED) als Pumpstrahlungsquelle zur Emission einer Fluoreszenzstrahlung (FL) angeregt. Ein Fotodetektorarray (1) und/oder eine Kamera messen die Verteilung der Fluoreszenzintensität der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung der über den Wellenleiter.In addition, the NV diamond powder is excited to emit fluorescent radiation (FL) by a suitable light source (e.g. green LED) as a pump radiation source. A photodetector array (1) and/or a camera measure the distribution of the fluorescence intensity of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation over the waveguide.
Eine Mikrowellenstrahlung einer bestimmten Mikrowellenfrequenz (ωµW) verursacht eine charakteristische Fluoreszenzintensitätsabschwächung der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren in den Diamantkristallen des NV-Diamant-Pulvers. Diese Fluoreszenzintensitätsabschwächung hängt typischerweise von der Stärke des statischen Magnetfeldes an den NV-Zentren bzw. paramagnetischen Zentren, die dem jeweiligen Fotodetektor des jeweiligen Messpixels zugeordnet sind, ab.Microwave radiation of a certain microwave frequency (ω µW ) causes a characteristic fluorescence intensity attenuation of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation of the NV centers in the diamond crystals of the NV diamond powder. This fluorescence intensity attenuation typically depends on the strength of the static magnetic field at the NV centers or paramagnetic centers that are assigned to the respective photodetector of the respective measurement pixel.
Durch Messung der Fluoreszenzintensitätsverteilung Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren in den Diamantkristallen des NV-Diamant-Pulvers mit einer Kamera (oder einem anderen Sensor- oder Fotodetektorarray) und Kenntnis der Verteilung des statischen Magnetfeldes (insbesondere nach vorheriger Kalibrierung des Messgeräts), lassen sich die spektralen Anteile des Mikrowellensignals(Sωnk) rekonstruieren.By measuring the fluorescence intensity distribution intensity I (t) of the fluorescence radiation of the NV centers in the diamond crystals of the NV diamond powder with a camera (or other sensor or photodetector array) and knowledge of the distribution of the static magnetic field (especially after prior calibration of the measuring device), the spectral components of the microwave signal (S ωnk ) can be reconstructed.
Ein erster wesentlicher Vorteil der Verwendung von NV-Diamant-Pulver, das viele kleine ungeordnete Diamantkristalle (Diamant-Nano-Kristalle ND) mit NV-Zentren umfasst, gegenüber der Verwendung einkristallinen Diamants ist vor allem die Einfachheit der Produktion, die keine Ausrichtung eines einkristallinen Diamanten gegenüber einem Magnetfeld mehr erfordert. Ein solches kolloidales Gemisch (KL) aus NV-Diamantkristallen und einem Kleber als Trägermaterial (TM) ist einfach durch Aufschleudern, Dispensieren oder Drucken zu handhaben und damit Batch-fähig, was die Herstellkosten für diese Sensorsysteme massiv senkt und eine CMOS-Kompatibilität und CMOS-Fab-Fähigkeit zur Folge hat.A first significant advantage of using NV diamond powder, which includes many small disordered diamond crystals (diamond nanocrystals ND) with NV centers, compared to using single crystal diamond is, above all, the simplicity of production, which does not require any alignment of a single crystal Diamonds require more compared to a magnetic field. Such a colloidal mixture (KL) of NV diamond crystals and an adhesive as a carrier material (TM) is easy to handle by spin-coating, dispensing or printing and is therefore batch-capable, which massively reduces the manufacturing costs for these sensor systems and ensures CMOS compatibility and CMOS -Fab capability.
Neu ist die Idee, ein solches Gemisch auf einem Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980), und zwar insbesondere selbstjustierend, zu platzieren. Das kolloidale Gemisch (KL) ist daher leicht auf einer gedruckten Schaltung (PCB) oder einem Wafer mikrointegrierter Halbleiterschaltungen aufzubringen, die die besagten Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) umfassen können.What is new is the idea of placing such a mixture on a waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980), particularly in a self-adjusting manner. The colloidal mixture (KL) is therefore easy to apply to a printed circuit board (PCB) or a wafer of micro-integrated semiconductor circuits, which can include said waveguides (1380, 1880, 2380, 6830, 6980).
Das hier vorgestellte Spektrometer ist daher mikrointegrierbar.The spectrometer presented here can therefore be micro-integrated.
Die NV-Pulverschicht umfassen Diamant-Nano-Kristalle (ND) mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren und/oder umfassend Kristalle mit paramagnetischen Zentren ist vorzugsweise dünn und wechselwirkt damit gut mit dem evaneszenten Anteilen der im PCB geführten Mikrowellenfeldern.The NV powder layer comprising diamond nanocrystals (ND) with NV centers and/or paramagnetic centers and/or comprising crystals with paramagnetic centers is preferably thin and therefore interacts well with the evanescent components of the microwave fields carried in the PCB.
Vorzugsweise ist die Dicke DSE des Sensorelements SE und/oder der Sensorelementschicht 5 dünner als die Breite der kleinsten Strukturen des jeweiligen Wellenleiters, um eine gute Auflösung sicherzustellen.Preferably, the thickness D SE of the sensor element SE and/or the
Durch das Vermischen des NV-Diamant-Pulvers mit Diamant-Nano-Kristallen (ND) mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren und/oder Kristallen mit paramagnetischen Zentren mit einem Klebstoff als Trägermaterial, kann das NV-Pulver gezielt auf Bereiche des PCBs und/oder des Wafers aufgebracht werden in denen das evaneszente Mikrowellenfeld des Mikrowellensignals (µW) eine hohe Amplitude und geeignete Orientierung aufweist.By mixing the NV diamond powder with diamond nanocrystals (ND) with NV centers and/or paramagnetic centers and/or crystals with paramagnetic centers with an adhesive as a carrier material, the NV powder can be targeted to areas of the PCB and/or the wafer are applied in which the evanescent microwave field of the microwave signal (µW) has a high amplitude and suitable orientation.
Im Gegensatz zu einkristallinen Diamanten, ist in der in diesem Dokument vorgestellten technischen Lehre keine Ausrichtung von NV-Diamantkristallen nötig, da im NV-Pulver alle Raumrichtungen als Ausrichtungsrichtungen der NV-Zentren-Achsen statistisch gleichverteilt auftreten.In contrast to single-crystalline diamonds, in the technical teaching presented in this document, no alignment of NV diamond crystals is necessary, since in NV powder all spatial directions appear statistically equally distributed as alignment directions of the NV center axes.
Im Vergleich zu anderen Spektrumanalysatoren kann eine Vorrichtung gemäß der hier vorgestellten technischen Lehre einen sehr breiten Frequenzbereich mit der hier vorgestellten Messtechnik abdecken. Der Messbereich ist dabei durch das das maximal angelegte statische Magnetfeld (28GHz / Tesla) gegeben. Damit ergibt sich z.B. bei einer Magnetfeldverteilung von 0T bis 2,5T ein Messbereich von ca. 0-70Ghz. Der größte Vorteil ist aber, dass bei Verwendung einer Magnetfeldkamera der gesamte Messbereich mit einem „Single Shot“ mittels einzelner Frames einer Magnetfeldkamera gemessen werden kann. Ein Durchstimmen einer Mikrowellenfrequenz, wie z.B. für eine hetreodyne Messung, ist bei der hier vorgestellten Messtechnik nicht nötig.In comparison to other spectrum analyzers, a device according to the technical teaching presented here can cover a very wide frequency range with the measurement technology presented here. The measuring range is given by the maximum applied static magnetic field (28GHz / Tesla). For example, with a magnetic field distribution of 0T to 2.5T, this results in a measuring range of approx. 0-70Ghz. The biggest advantage, however, is that when using a magnetic field camera, the entire measuring range can be measured with a “single shot” using individual frames of a magnetic field camera. A vote through A microwave frequency, such as for a heterodyne measurement, is not necessary with the measurement technology presented here.
Bei der Ausarbeitung des hier vorgelegten Dokuments wurde darüber hinaus erkannt, dass die Vorrichtung auch für die hochpräzise Messung unbekannter externer magnetischer Flussdichten (Bext) geeignet ist.When preparing the document presented here, it was also recognized that the device is also suitable for the high-precision measurement of unknown external magnetic flux densities (B ext ).
Die Vorrichtung kann also PARALLEL eine unbekannte Mikrowellenfrequenz (ωnk) und eine unbekannte magnetische Flussdichte (Bext) bestimmen.The device can therefore determine in PARALLEL an unknown microwave frequency (ω nk ) and an unknown magnetic flux density (B ext ).
Aufgrund der großen Parallelität der Messungen, kann die Vielzahl der Messwerte für eine signifikante Fehlerreduktion verwendet werden. Die hier vorgestellte technische Lehre ermöglicht also breitbandige, schnelle und hochgenaue Messungen von magnetischen Flussdichten (Bext) und/oder Mikrowellenfrequenzen (ωµW).Due to the high parallelism of the measurements, the large number of measured values can be used to significantly reduce errors. The technical teaching presented here enables broadband, fast and highly accurate measurements of magnetic flux densities (B ext ) and/or microwave frequencies (ω µW ).
Damit ergeben sich für die hier vorgestellte technische Lehre beispielsweise folgende Anwendungsgebiete:
- Magnetokardiographie (MKG): Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise zur Erfassung und Aufzeichnung von magnetischen Feldern, die vom Herz eines Menschen oder eines Tieres erzeugt werden, verwendet werden. Die Magnetokardiographie ermöglicht eine nicht-invasive Untersuchung der Herzaktivität und kann zur Diagnose von Herzkrankheiten eingesetzt werden.
- Magnetocardiography (MCG): The sensor systems presented here can be used, for example, to detect and record magnetic fields generated by the heart of a human or an animal. Magnetocardiography provides a non-invasive examination of cardiac activity and can be used to diagnose heart disease.
Magnetenzephalographie (MEG): Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise zur Messung der magnetischen Felder, die von der elektrischen Aktivität des Gehirns eines Menschen oder eines Tieres erzeugt werden, verwendet werden. Die Magnetenzephalographie ermöglicht die hochauflösende Abbildung der Hirnaktivität und kann in der Neurowissenschaft und klinischen Diagnostik eingesetzt werden.Magnetoencephalography (MEG): The sensor systems presented here can be used, for example, to measure the magnetic fields generated by the electrical activity of the brain of a human or an animal. Magnetoencephalography enables high-resolution imaging of brain activity and can be used in neuroscience and clinical diagnostics.
Neurointerfaces: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise zur Messung der magnetischen Felder, die von der elektrischen Aktivität des Gehirns von Menschen oder Tieren erzeugt werden, verwendet werden, wobei dann die erfassten Messwerte zur Steuerung von Computern und/oder Rechnersystemen und/oder Quantencomputern direkt oder indirekt eingesetzt werden können, die wiederum Aktoren steuern können oder Datenbanken mit Daten füllen können.Neurointerfaces: The sensor systems presented here can be used, for example, to measure the magnetic fields that are generated by the electrical activity of the brains of people or animals, with the measured values then being used to control computers and/or computer systems and/or quantum computers directly or can be used indirectly, which in turn can control actuators or fill databases with data.
Biomagnetik: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise in der Erforschung und Messung von magnetischen Feldern, die von biologischen Organismen erzeugt werden, eingesetzt. Dies umfasst Studien zur Magnetorezeption bei Tieren, Untersuchungen zur Gehirnfunktion und -aktivität, aber auch die Detektion von Krebs durch magnetische Marker in der medizinischen Bildgebung.Biomagnetics: The sensor systems presented here can be used, for example, in the research and measurement of magnetic fields generated by biological organisms. This includes studies of magnetoreception in animals, studies of brain function and activity, but also the detection of cancer using magnetic markers in medical imaging.
Materialcharakterisierung: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise zur Charakterisierung der magnetischen Eigenschaften von Materialien eingesetzt werden. Dies umfasst die Messung magnetischer Suszeptibilität, kritischer Magnetfelder und Magnetisierungskurven, die wichtige Informationen über die Materialeigenschaften liefern. Hierzu gehören die Detektion und Darstellung von Materialfehlern wie Rissen, Lunkern und Inhomogenitäten.Material characterization: The sensor systems presented here can be used, for example, to characterize the magnetic properties of materials. This includes measuring magnetic susceptibility, critical magnetic fields and magnetization curves, which provide important information about material properties. This includes the detection and display of material defects such as cracks, voids and inhomogeneities.
Geophysikalische Erkundung: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise in der Geophysik eingesetzt, um magnetische Felder zu messen und geologische Strukturen zu kartieren. Dies umfasst die Suche nach Bodenschätzen, die Untersuchung der Erdkruste und die Erforschung des Erdmagnetfeldes.Geophysical exploration: The sensor systems presented here can be used, for example, in geophysics to measure magnetic fields and map geological structures. This includes the search for mineral resources, the study of the earth's crust and the study of the earth's magnetic field.
Quanteninformatik und Quantencomputing: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise in einigen Ansätzen zur Realisierung von Quantenbits (Qubits) in Quantencomputern verwendet werden. Sie ermöglichen die Messung und Steuerung von Quantenzuständen und sind wahrscheinlich nützlich für die Entwicklung von skalierbaren Quantencomputern.Quantum information technology and quantum computing: The sensor systems presented here can, for example, be used in some approaches to realize quantum bits (qubits) in quantum computers. They enable the measurement and control of quantum states and are likely useful for the development of scalable quantum computers.
Detektion schwacher magnetischer Signale: Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit können die hier vorgestellten Sensorsysteme beispielsweise in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, um schwache magnetische Signale zu detektieren. Dies umfasst die Untersuchung von Materialdefekten, die zerstörungsfreie Prüfung, die Magnetresonanztomographie (MRT) und die Detektion von biomagnetischen Signalen.Detection of weak magnetic signals: Due to their high sensitivity, the sensor systems presented here can be used in various applications, for example, to detect weak magnetic signals. This includes the investigation of material defects, non-destructive testing, magnetic resonance imaging (MRI) and the detection of biomagnetic signals.
Strommessung: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise zur nicht-invasiven Messung von Stromstärken in elektrischen Systemen eingesetzt. Sie können in Leistungselektronik, Elektrofahrzeugen, Solarmodulen Leistungsbauelementen (IGBTs, Thyristoren, Dioden etc.) und anderen Anwendungen verwendet werden, um den Stromfluss zu überwachen.Current measurement: The sensor systems presented here can be used, for example, for the non-invasive measurement of current in electrical systems. They can be used in power electronics, electric vehicles, solar modules, power devices (IGBTs, thyristors, diodes, etc.) and other applications to monitor current flow.
Geschwindigkeits- und Positionsregelung: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise können zur Erfassung der Geschwindigkeit und Position rotierender und/oder translatorisch sich bewegender Komponenten wie Motoren, Lüftern und Getrieben eingesetzt werden. Sie ermöglichen eine präzise Regelung und Steuerung der betreffenden Bewegung.Speed and position control: The sensor systems presented here can, for example, be used to record the speed and position of rotating and/or translationally moving components such as motors, fans and gears. They enable precise regulation and control of the relevant movement.
Automotive-Anwendungen: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise in der Automobilindustrie in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise die Erfassung der Kurbelwellenposition, des Nockenwellensignals, der Raddrehzahl, des Lenkwinkels und anderer Parameter für die Motorsteuerung, das Antiblockiersystem (ABS), die Traktionskontrolle und andere sicherheitsrelevante Systeme.Automotive applications: The sensor systems presented here can be used in various applications in the automotive industry, for example. These include, for example, the detection of crankshaft position, camshaft signal, wheel speed, steering angle and other parameters for engine control, anti-lock braking system (ABS), traction control and other safety-related systems.
Magnetfeldmessung: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise verwendet werden, um Magnetfelder zu messen und zu überwachen. Dies kann Anwendung in Bereichen wie der Magnetsensorik, der Materialcharakterisierung, der Geophysik, der Robotik und anderen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen geschehen.Magnetic field measurement: The sensor systems presented here can be used, for example, to measure and monitor magnetic fields. This can be applied in areas such as magnetic sensing, materials characterization, geophysics, robotics and other scientific and industrial applications.
Sicherheits- und Alarmsysteme: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise in Sicherheitssystemen eingesetzt, um das Öffnen oder Schließen von Türen, Fenstern und anderen Zugängen zu überwachen. Sie können auch in Alarmsystemen zur Erkennung von Eindringlingen oder zur Überwachung von Bewegungen verwendet werden.Security and alarm systems: The sensor systems presented here can be used, for example, in security systems to monitor the opening or closing of doors, windows and other entrances. They can also be used in alarm systems to detect intruders or monitor movement.
Stromversorgung und Energieeffizienz: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise Anwendung in der Stromversorgung finden, um den Energieverbrauch zu überwachen und die Energieeffizienz zu optimieren. Sie können in Smart Grids, elektrischen Fahrzeugladesystemen und anderen Anwendungen eingesetzt werden, um genaue Messungen und Kontrolle zu ermöglichen.Power supply and energy efficiency: The sensor systems presented here can, for example, be used in power supply to monitor energy consumption and optimize energy efficiency. They can be used in smart grids, electric vehicle charging systems and other applications to provide accurate measurements and control.
Elektronik und Kommunikation: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise Verwendung in der Elektronik und Kommunikationstechnik finden, um magnetische Interferenzen zu erkennen und zu reduzieren. Sie können auch in berührungsfreien Schaltern, Schließsystemen, Joysticks und anderen elektronischen Geräten und zur Fehlersuche in elektronischen Schaltungen und mikroelektronischen Schaltungen eingesetzt werden.Electronics and communication: The sensor systems presented here can be used, for example, in electronics and communication technology to detect and reduce magnetic interference. They can also be used in non-contact switches, locking systems, joysticks and other electronic devices and for troubleshooting electronic circuits and microelectronic circuits.
Industrielle Automatisierung: Die hier vorgestellten Sensorsysteme können beispielsweise in der industriellen Automatisierung zur Erfassung von Positionen, Winkeln, Winkelgeschwindigkeiten, Winkelbeschleunigungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Bewegungen eingesetzt werden. Sie ermöglichen eine präzise Steuerung von Maschinen und Prozessen.Industrial automation: The sensor systems presented here can be used, for example, in industrial automation to record positions, angles, angular velocities, angular accelerations, speeds, accelerations and movements. They enable precise control of machines and processes.
TrägersubstratCarrier substrate
Um einen solchen Hochfrequenzspektrumanalysator realisieren zu können, schlägt das hier vorgelegte Dokument ein Trägersubstrat (1360), insbesondere für einen solchen Hochfrequenzspektrumanalysator und/oder für Vorrichtungen zur Bestimmungen von magnetischen Flussdichten, vor. Das Trägersubstrat (1360) weist typischerweise eine Oberfläche mit einer oder mehreren eine Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) auf. Vorschlagsgemäß umfasst das Trägersubstrat (1360) ein Sensorelement (SE) zur Detektion der Komponente einer Gesamtflussdichte (BΣ) parallel und/oder senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats (1360) und parallel und/oder senkrecht zur Richtung der Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6830, 6980), wobei die Komponente der Gesamtflussdichte (BΣ) von der Größe und Position des Sensorelements (SE) relativ zu den Strukturen der Wellenleitung abhängt. Vorschlagsgemäß umfasst das Sensorelement (SE) eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND), wobei die Kristalle, wenn vorhanden, und Diamant-Nano-Kristalle (ND), wenn vorhanden, paramagnetische Zentren, insbesondere und bevorzugt NV-Zentren in Diamant als Diamant-Nano-Kristalle (ND), umfassen. Die bevorzugten Diamant-Nano-Kristalle (ND) mit NV-zentren und/oder paramagnetischen Zentren liegen bevorzugt als Diamantpulver vor der Verarbeitung vor. Dabei umfasst das Sensorelement (SE) bevorzugt ein Trägermaterial (TM), in das typischerweise die Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) eingebettet sind. Grundsätzlich müssen der Vektor der magnetischen Flussdichte eines Mikrowellensignals (µW) in der Mikrowellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) und die Achse der NV-Zentren bzw. paramagnetischen Zentren in den Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) des Sensorelements (SE) senkrechtaufeinander stehen. Demgegenüber muss typischerweise die Achse des externen Magnetfelds parallel zur NV-Zentren Achse bzw. zur Achse der paramagnetischen Zentren sein, um eine Reduktion der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung (FL) der paramagnetischen Zentren bzw. NV-Zentren bei Resonanz zwischen dem Mikrowellensignal (µW) und dem NV-Zentrum bzw. dem paramagnetischen Zentrum zu zeigen. Um bestimmungsgemäß verwendet werden zu können, ist das Trägermaterial (TM) vorzugsweise für elektromagnetische Strahlung (Pumpstrahlung LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) im Wesentlichen transparent und für elektromagnetische Strahlung (Fluoreszenzstrahlung FL) einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl) im Wesentlichen transparent. Typischerweise senden paramagnetische Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle (ND) Fluoreszenzstrahlung (FL) mit einer Fluoreszenzwellenlänge (λfl) aus, wenn sie mit Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) bestrahlt werden. Bevorzugt weist nun das Sensorelement (SE) eine Breite (dSE) auf. Vorschlagsgemäß ergeben sich nun verschiedene Positionierungen für das Sensorelement (SE, 5) gegenüber einem Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980):
- Zum Ersten, entsprechend einer Sensorelementposition A des Sensorelements (SE):
- Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition A des Sensorelements (SE) umfasst die Wellenleitung (1380, 2380, 6830, 6980) nur eine Signalleitung (1330) oder eine differentielle Signalleitung (6830) aus zwei Signalleitungen (6810, 6820). Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition A des Sensorelements (SE) befindet sich das jeweilige Sensorelement (SE) auf der jeweiligen Signalleitung (1330, 6810, 6820) und ist vorzugsweise mit der jeweiligen Signalleitung (1330, 6810, 6820) fest verbunden. Die jeweiligen betreffende Signalleitung (1330, 6810, 6820) weist dabei typischerweise eine jeweilige Breite (ds) auf. Vorschlagsgemäß ist bevorzugt in einigen Anwendungsfällen die jeweilige Breite (dSE) des jeweiligen Sensorelements (SE) kleiner als die jeweilige Breite (ds) der jeweiligen Signalleitung (1330, 6810, 6820).
- First, corresponding to a sensor element position A of the sensor element (SE):
- When positioning the sensor element (SE, 5) corresponding to a sensor element position A of the sensor element (SE), the wave line (1380, 2380, 6830, 6980) comprises only one signal line (1330) or a differential signal line (6830) made up of two signal lines (6810, 6820). When positioning the sensor element (SE, 5) corresponding to a sensor element position A of the sensor element (SE), the respective sensor element (SE) is located on the respective signal line (1330, 6810, 6820) and is preferably connected to the respective signal line (1330, 6810, 6820) firmly connected. The respective signal line (1330, 6810, 6820) in question typically has a respective width (d s ). According to the proposal, in some applications the respective width (d SE ) of the respective sensor element (SE) is preferably smaller than the respective width (d s ) of the respective signal line (1330, 6810, 6820).
Zum Zweiten, entsprechend einer Sensorelementposition B des Sensorelements (SE):
- Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition B des Sensorelements (SE) umfasst die Wellenleitung (1880, 2380, 6830, 6980) eine nicht-leitende Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840). Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition B des Sensorelements (SE) befindet sich vorzugsweise das jeweilige Sensorelement (SE) in der jeweiligen nicht-leitenden Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) und das jeweilige Sensorelement (SE) ist vorzugsweise mit Oberfläche der jeweiligen nicht-leitenden Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) fest verbunden. Typischerweise weist die jeweilige nicht-leitende Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) eine jeweilige Breite (dIS1, dIS2, dSL) auf. Bevorzugt ist die jeweilige Breite (dSE) des jeweiligen Sensorelements (SE) kleiner als die jeweilige Breite (dIS1, dIS2, dSL) der jeweiligen nicht-leitenden Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840).
- When positioning the sensor element (SE, 5) corresponding to a sensor element position B of the sensor element (SE), the waveguide (1880, 2380, 6830, 6980) comprises a non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840). When positioning the sensor element (SE, 5) corresponding to a sensor element position B of the sensor element (SE), the respective sensor element (SE) is preferably located in the respective non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840) and the respective sensor element (SE ) is preferably firmly connected to the surface of the respective non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840). Typically, the respective non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840) has a respective width (d IS1 , d IS2 , d SL ). Preferably, the respective width (d SE ) of the respective sensor element (SE) is smaller than the respective width (d IS1 , d IS2 , d SL ) of the respective non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840).
Zum Dritten, entsprechend einer Sensorelementposition C des Sensorelements (SE):
- Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition C des Sensorelements (SE) umfasst die Wellenleitung (1380, 6830) eine Signalleitung (1330, 6810, 6820) und eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende Isolationsfläche (1340, 1350). Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition C des Sensorelements (SE) befindet sich das jeweilige Sensorelement (SE) bevorzugt auf der jeweiligen elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden Isolationsfläche (1340, 1350) und ist vorzugsweise mit der jeweiligen elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden Isolationsfläche (1340, 1350) fest verbunden. Die jeweilige Signalleitung (1330, 6810, 6820) weist eine jeweilige Breite (ds) aufweist, wobei vorzugsweise die jeweilige Breite (dSE) des jeweiligen Sensorelements (SE) kleiner als die jeweilige Breite (ds) der jeweiligen Signalleitung (1330, 6810, 6820) ist und wobei bevorzugt der maximale Abstand eines Teils des jeweiligen Sensorelements (SE) von der jeweils nächstliegenden Kante der jeweiligen Signalleitung (1330, 6810, 6820) kleiner als das doppelte der jeweiligen Breite (ds) der jeweiligen Signalleitung (1330, 6810, 6820) ist.
- When positioning the sensor element (SE, 5) corresponding to a sensor element position C of the sensor element (SE), the wave line (1380, 6830) comprises a signal line (1330, 6810, 6820) and an electrically essentially non-conductive insulation surface (1340, 1350). . When positioning the sensor element (SE, 5) corresponding to a sensor element position C of the sensor element (SE), the respective sensor element (SE) is preferably located on the respective electrically essentially non-conductive insulation surface (1340, 1350) and is preferably electrically connected to the respective one essentially non-conductive insulation surface (1340, 1350). The respective signal line (1330, 6810, 6820) has a respective width (d s ), wherein preferably the respective width (d SE ) of the respective sensor element (SE) is smaller than the respective width (d s ) of the respective signal line (1330, 6810, 6820) and wherein preferably the maximum distance of a part of the respective sensor element (SE) from the closest edge of the respective signal line (1330, 6810, 6820) is less than twice the respective width (d s ) of the respective signal line (1330 , 6810, 6820).
Zum Vierten, entsprechend einer Sensorelementposition D des Sensorelements (SE):
- Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition D des Sensorelements (SE) umfasst die Wellenleitung (1880, 2380, 6980) eine nicht-leitende Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) und eine elektrisch leitende Signalmassefläche (1310, 1320). Bei einer Positionierung des Sensorelements (SE, 5) entsprechend einer Sensorelementposition D des Sensorelements (SE) befindet sich das jeweilige Sensorelement (SE) auf der jeweiligen elektrisch leitenden Signalmassefläche (1310, 1320) und ist vorzugsweise mit der jeweiligen elektrisch leitenden Signalmassefläche (1310, 1320) fest verbunden. Bevorzugt weist die jeweilige nicht-leitende Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) eine jeweilige Breite (dIS1, dIS2, dSL) auf, wobei vorzugsweise jeweilige die Breite (dSE) des Sensorelements (SE) kleiner als die jeweilige Breite (dIS1, dIS2, dSL) der jeweiligen nicht-leitenden Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) ist und wobei vorzugsweise der maximale Abstand eines Teils des jeweiligen Sensorelements (SE) von der jeweiligen nächstliegenden Kante der jeweiligen nicht-leitenden Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) kleiner als das doppelte der jeweiligen Breite (dIS1, dIS2, dSL) der jeweiligen nicht-leitenden Isolationslücke (1840, 2340, 2350, 6840) ist.
- When the sensor element (SE, 5) is positioned corresponding to a sensor element position D of the sensor element (SE), the waveguide (1880, 2380, 6980) comprises a non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840) and an electrically conductive signal ground surface (1310 , 1320). When the sensor element (SE, 5) is positioned corresponding to a sensor element position D of the sensor element (SE), the respective sensor element (SE) is located on the respective electrically conductive signal ground surface (1310, 1320) and is preferably connected to the respective electrically conductive Signal ground surface (1310, 1320) firmly connected. Preferably, the respective non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840) has a respective width (d IS1 , d IS2 , d SL ), the width (d SE ) of the sensor element (SE) preferably being smaller than the respective one Width (d IS1 , d IS2 , d SL ) of the respective non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840) and wherein preferably the maximum distance of a part of the respective sensor element (SE) from the respective closest edge of the respective non-conductive conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840) is smaller than twice the respective width (d IS1 , d IS2 , d SL ) of the respective non-conductive insulation gap (1840, 2340, 2350, 6840).
In einer weiteren Ausprägung des Trägersubstrat (1360) umfasst das Trägermaterial (TM) ein strahlungsgehärtetes Trägermaterial (TM). In einer weiteren Ausprägung des Trägersubstrat (1360) umfasst das Trägermaterial (TM) ein UV-strahlungsgehärtetes Trägermaterial (TM).In a further embodiment of the carrier substrate (1360), the carrier material (TM) comprises a radiation-hardened carrier material (TM). In a further embodiment of the carrier substrate (1360), the carrier material (TM) comprises a UV radiation-hardened carrier material (TM).
Trägersubstratsatz mit hohem Cpk-WertCarrier substrate set with high C pk value
Die in dem hier vorgelegten Dokument beschriebenen, insbesondere selbstjustierenden Fertigungstechniken ermöglichen die Fertigung von Sensorelementen (SE) mit einem hohen Cpk-Wert. Bevorzugt wird der Cpk-Wert anhand eines willkürlichen Trägersubstratsatzes als Stichprobe ermittelt, wobei der Trägersubstratsatz eine Mehrzahl von Trägersubstraten (1360) umfasst. Bevorzugt umfasst der Trägersubstratsatz eine Mehrzahl von mindestens 10 und/oder besser mindestens 20 und/oder besser mindestens 50 und/oder besser mindestens 100 Trägersubstraten (1360). Um einen sinnvollen Cpk-Wert ermitteln zu können sollten die Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes in im Wesentlichen gleicher Weise konstruiert sein (konstruktionsidentisch sein). Dabei weist typischerweise jedes der Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes zumindest eine Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) auf. Des Weiteren weist typischerweise die zumindest eine Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) jedes jeweiligen Trägersubstrats (1360) des Trägersubstratsatzes zumindest eines der Strukturelemente
- - einen Signalleiter (1330) mit einer Breite (dS) und/oder
- - eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationslücke (2340) mit einer Breite (dIS1) und/oder
- - eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationslücke (2350) mit einer Breite (dIS2) und/oder
- - einen Schlitz (1840) mit einer Breite (dSL) und/oder
- - einen linken Signalleiter (6810) mit einer Breite (dS) und/oder
- - einen rechten Signalleiter (6820) mit einer Breite (dS) und/oder
- - eine elektrisch isolierende Lücke (6840) mit einer Breite (dSL)
- - a signal conductor (1330) with a width (dS) and/or
- - an electrically essentially non-conductive left insulation gap (2340) with a width (dIS1) and/or
- - an electrically essentially non-conductive right insulation gap (2350) with a width (dIS2) and/or
- - a slot (1840) with a width (dSL) and/or
- - a left signal conductor (6810) with a width (dS) and/or
- - a right signal conductor (6820) with a width (dS) and/or
- - an electrically insulating gap (6840) with a width (dSL)
Die zur Ermittlung des Cpk-Werts des Trägersubstratsatzes vermessenen jeweiligen Strukturelemente der jeweiligen Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes sind bevorzugt die gleichen jeweiligen Strukturelemente bei allen jeweiligen Trägersubstraten der Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes. Die zur Ermittlung des Cpk-Werts des Trägersubstratsatzes vermessenen jeweiligen Sensorelemente (SE) der jeweiligen Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes sind vorzugsweise die gleichen jeweiligen Sensorelemente (SE) bei allen jeweiligen Trägersubstraten der Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes.The respective structural elements of the respective carrier substrates (1360) of the carrier substrate set measured to determine the C pk value of the carrier substrate set are preferably the same respective structures ture elements in all respective carrier substrates of the carrier substrates (1360) of the carrier substrate set. The respective sensor elements (SE) of the respective carrier substrates (1360) of the carrier substrate set measured to determine the C pk value of the carrier substrate set are preferably the same respective sensor elements (SE) for all respective carrier substrates of the carrier substrates (1360) of the carrier substrate set.
Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments kann ein Strukturelement auch aus mehreren der hier vorgestellten auf den jeweiligen Trägersubstraten (1360) nebeneinander liegenden Strukturelementen zusammengesetzt sein.In the sense of the document presented here, a structural element can also be composed of several of the structural elements presented here lying next to one another on the respective carrier substrates (1360).
Natürlich kann auch aus den Breiten der jeweiligen Sensorelemente (SE) der jeweiligen Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes und den mittleren Breiten der Strukturelemente der jeweiligen Trägersubstrate (1360) des Trägersubstratsatzes als Toleranzmaß ein Cpk-Wert gebildet werden, der ebenfalls aufgrund der in diesem Dokument offenbarten Fertigungsverfahren über 1,66 liegen kann. Solche Trägersubstratsätze sind daher Teil der Offenlegung und potenziellen Beanspruchung des hier vorgelegten Dokuments.Of course, a C pk value can also be formed as a tolerance measure from the widths of the respective sensor elements (SE) of the respective carrier substrates (1360) of the carrier substrate set and the average widths of the structural elements of the respective carrier substrates (1360) of the carrier substrate set, which is also due to the in this The manufacturing process disclosed in the document can be over 1.66. Such carrier substrate sets are therefore part of the disclosure and potential exposure of the document presented here.
Allgemeine SensorsystemeGeneral sensor systems
Wie bereits angedeutet kann das System des Hochfrequenzspektrumanalysators auch als allgemeines Sensorsystem verwendet werden. Ein solches allgemeines Sensorsystem umfasst typischerweise eine Steuervorrichtung (CTR) zur Einstellung einer magnetischen Flussdichte (BΣ, Bad) als ersten Messparameter innerhalb eines ersten Messparameterintervalls und zur Einstellung einer Mikrowellenfrequenz (ωµW) eines Mikrowellensignals (µW) als zweiten Messparameter innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls. Das allgemeine Sensorsystem weist bevorzugt des Weiteren ein Sensorelement (SE, 5) mit einer Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) auf, wobei die Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) in einem Trägermaterial (TM) des Sensorelements(SE) eingebettet sind und typischerweise im Wesentlichen unterschiedlich orientiert sind. Die Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) weist bevorzugt paramagnetische Zentren, insbesondere NV-Zentren in Diamant als Diamant-Nano-Kristalle (ND), auf. Vorzugsweise weist das Sensorsystem eine Pumpstrahlungsquelle in Form einer Lichtquelle (LED) auf, wobei die Pumpstrahlungsquelle vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die paramagnetischen Zentren der Vielzahl der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle (ND) des Sensorelements (SE, 5) mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) zu bestrahlen. Die paramagnetischen Zentren der Vielzahl der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) des Sensorelements (SE, 5) emittieren bei der Bestrahlung mit der Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) eine Fluoreszenzstrahlung (FL) mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl). Vorzugsweise ist das Sensorsystem (SE) dazu eingerichtet, seine Vorrichtungsteile zur Vermessung eines eingestellten Messpunkt aus einem ersten Wert des ersten Messparameters und einem zweiten Wert des zweiten Messparameters zu parametrisieren. Das Sensorelement (SE) ist vorzugsweise dazu eingerichtet, der Ermittlung eines Sensorelementmesswerts für diesen eingestellten Messpunkts zu dienen, wobei der Sensorelementmesswert dem Fluoreszenzintensitätswert der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder einer Abschwächung der der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung (FL) entspricht und oder von diesen abhängt. Dabei hängt Sensorelementmesswert typischerweise vom ersten Messparameter und zweiten Messparameter ab. Typischerweise bildet der Sensorelementmesswert in einer X-Y-Ebene mit dem ersten Messwert als X-Koordinate und dem zweiten Messwert als Y-Koordinate eine V-Formation aus einer unteren Resonanzkante (522) und einer oberen Resonanzkante (525) aus. (Siehe
In einer weiteren Ausprägung des Sensorsystems wendet die Steuervorrichtung (CTR) daher als computerimplementiertes Verfahren bevorzugt eines oder mehrere der folgenden computerimplementierten Verfahren an:
- - ein computerimplementiertes Machine-Learning-Verfahren und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren zur Anwendung computerimplementierter Optimierungsalgorithmen und/oder
- - ein computerimplementiertes Machine-Learning-Verfahren unter Anwendung eines Verfahrens der computerimplementierten Bayes'schen Optimierung und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren der computerimplementierten Random-Forest-Regression und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren der computerimplementierten Gaussian-Process-Regression und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren unter Verwendung eines computerimplementierten neuronalen Netzwerkmodells und/oder.
- - ein computerimplementiertes Verfahren der computerimplementierten gradientenbasierten Optimierung und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren des computerimplementierten Gradientenabstiegs und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren des computerimplementierten stochastischen Gradientenabstiegs und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren des computerimplementierten Simulated-Annealings und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren der computerimplementierten Partikelschwarmoptimierung und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren unter Verwendung computerimplementierter genetischer Algorithmen und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren unter Verwendung eines computerimplementierten Verfahrens der Bayes'schen Optimierung und/oder
- - ein computerimplementiertes Verfahren des computerimplementierten Nelder-Mead-Algorithmus.
- - a computer-implemented machine learning method and/or
- - a computer-implemented method for applying computer-implemented optimization algorithms and/or
- - a computer-implemented machine learning method using a computer-implemented Bayesian optimization method and/or
- - a computer-implemented method of computer-implemented random forest regression and/or
- - a computer-implemented method of computer-implemented Gaussian process regression and/or
- - a computer-implemented method using a computer-implemented neural network model and/or.
- - a computer-implemented method of computer-implemented gradient-based optimization and/or
- - a computer-implemented method of computer-implemented gradient descent and/or
- - a computer-implemented method of computer-implemented stochastic gradient descent and/or
- - a computer-implemented method of computer-implemented simulated annealing and/or
- - a computer-implemented method of computer-implemented particle swarm optimization and/or
- - a computer-implemented method using computer-implemented genetic algorithms and/or
- - a computer-implemented method using a computer-implemented Bayesian optimization method and/or
- - a computer-implemented method of the computer-implemented Nelder-Mead algorithm.
Wie bereits angedeutet, kann das System des Hochfrequenzspektrumanalysators auch als allgemeines Sensorsystem in einer anderen Ausprägung verwendet werden. Ein solches allgemeines Sensorsystem umfasst beispielsweise eine Steuervorrichtung (CTR) zur Einstellung einer magnetischen Flussdichte (BΣ, Bad) als ersten Messparameter innerhalb eines ersten Messparameterintervalls und zur Einstellung einer Mikrowellenfrequenz (ωµW) eines Mikrowellensignals (µW) als zweiten Messparameter innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls. Das allgemeine Sensorsystem weist bevorzugt wieder ein Sensorelement (SE, 5) mit einer Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) auf, wobei die Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) vorzugsweise in einem Trägermaterial (TM) des Sensorelements (SE) eingebettet sind und wobei bevorzugt die Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) im Wesentlichen unterschiedlich orientiert sind. Die Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) weist bevorzugt paramagnetische Zentren, insbesondere NV-Zentren, auf. Bevorzugt weist das allgemeine Sensorsystem typischerweise eine Pumpstrahlungsquelle in Form einer Lichtquelle (LED) auf, wobei die Pumpstrahlungsquelle vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die paramagnetischen Zentren der Vielzahl der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) des Sensorelements (SE, 5) mit Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) zu bestrahlen, und wobei die paramagnetischen Zentren der Vielzahl der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) des Sensorelements (SE, 5) bei der Bestrahlung mit der Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) eine Fluoreszenzstrahlung (FL) mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl) emittieren. Vorzugsweise ist dabei das allgemeine Sensorsystem dazu eingerichtet, seine Vorrichtungsteile zur Vermessung eines eingestellten Messpunkt aus einem ersten Wert des ersten Messparameters und einem zweiten Wert des zweiten Messparameters zu parametrisieren. Typischerweise ist die Steuervorrichtung (CTR) in der Lage, einen ersten Messparameter innerhalb eines ersten Messparameterintervalls einzustellen und einen zweiten Messparameter innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls einzustellen. Das Sensorelement (SE) ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, der Ermittlung eines Sensorelementmesswerts für diesen eingestellten Messpunkt zu dienen. Vorzugsweise entspricht dabei der Sensorelementmesswert dem Fluoreszenzintensitätswert der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder einer Abschwächung der der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder hängt von diesen ab. Typischerweise hängt der Sensorelementmesswert dabei zumindest vom ersten Messparameter und zweiten Messparameter ab. Der erste Messparameter können dabei beispielsweise die magnetische Gesamtflussdichte (BΣ) oder die zusätzliche magnetische Flussdichte (Bad), die zur magnetischen Gesamtflussdichte (BΣ) beiträgt, sein. Bei einer Vermessung in dieser Weise mit unterschiedlichen Messpunkten aus einem ersten Messparameterwert des ersten Messparameters und einem zweiten Messparameterwerts des weiten Messparameters bilden die über die X-Y-Fläche dieser beiden Messparameter erfassten Sensorelementmesswerte in dieser X-Y-Ebene mit dem ersten Messwert als X-Koordinate und dem zweiten Messwert als Y-Koordinate eine V-Formation aus. Einer untere Resonanzkante (522) und eine obere Resonanzkante (525) bilden dabei diese V-Formation. (Siehe
Wie bereits angedeutet kann, das System des Hochfrequenzspektrumanalysators auch als allgemeines Sensorsystem in einer anderen dritten Ausprägung verwendet werden. Ein solches allgemeines Sensorsystem umfasst beispielsweise bevorzugt eine Steuervorrichtung (CTR), wobei das allgemeine Sensorsystem vorzugsweise eine Steuervorrichtung (CTR) zur Einstellung einer magnetischen Flussdichte (BΣ, Bad) als ersten Messparameter innerhalb eines ersten Messparameterintervalls und zur Einstellung einer Mikrowellenfrequenz (ωµW) eines Mikrowellensignals (µW) als zweiten Messparameter innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls aufweist. Auch hier weist das allgemeine Sensorsystem bevorzugt wieder ein Sensorelement (SE, 5) mit einer Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) auf, die typischerweise in einem Trägermaterial (TM) des Sensorelements(SE) eingebettet sind. Die Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) sind bevorzugt im Wesentlichen unterschiedlich orientiert. Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) weisen vorzugsweise paramagnetische Zentren, insbesondere NV-Zentren in Diamant, auf. Das allgemeine Sensorsystem umfasst bevorzugt wieder eine Pumpstrahlungsquelle in Form einer Lichtquelle (LED), die die paramagnetischen Zentren der Vielzahl der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) des Sensorelements (SE, 5) mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) bestrahlen kann. Wie zuvor emittieren die paramagnetischen Zentren der Vielzahl der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) des Sensorelements (SE, 5) bei der Bestrahlung mit der Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) wieder typischerweise eine Fluoreszenzstrahlung (FL) mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl). Vorzugsweise ist das allgemeine Sensorsystem dazu eingerichtet, seine Vorrichtungsteile zur Vermessung eines eingestellten Messpunkts aus einem ersten Wert des ersten Messparameters und einem zweiten Wert des zweiten Messparameters beispielsweise mittels seiner Steuervorrichtung (CTR) zu parametrisieren. Daher ist vorzugsweise die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise in der Lage, einen ersten Messparameter innerhalb eines ersten Messparameterintervalls einzustellen und einen zweiten Messparameter innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls einzustellen. Das Sensorelement (SE) ist typischerweise dazu eingerichtet, der Ermittlung eines Sensorelementmesswerts für diesen eingestellten Messpunkt zu dienen. Dabei entspricht typischerweise der Sensorelementmesswert dem Fluoreszenzintensitätswert der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder einer Abschwächung der der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder hängt von diesem ab. Dieser Sensorelementmesswert hängt typischerweise vom ersten Messparameter und zweiten Messparameter ab. Typischerweise bildet der Sensorelementmesswert in einer X-Y-Ebene mit dem ersten Messwert als X-Koordinate und dem zweiten Messwert als Y-Koordinate eine V-Formation aus einer unteren Resonanzkante (522) und einer oberen Resonanzkante (525) aus. Dabei weist im Allgemeinen die V-Formation eine Spitze (530) der V-Formation auf, die auch außerhalb des Messbereiches liegen kann. Darüber hinaus weist das allgemeine Sensorsystem dieser Ausprägung bevorzugt das Sensorelement (SE) zur Ermittlung eines Sensorelementmesswerts für einen eingestellten Messpunkt basierend auf dem ersten Messparameter und dem zweiten Messparameter auf. Vorzugsweise verwendet das allgemeine Sensorsystem ein virtuelles, speicherbasiertes, dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem zur Eintragung der Messwerte des Sensorelements (SE) in eine Datenbank im Speicher (RAM, NVM) des Sensorsystems, wobei vorzugsweise die x-Koordinate auf der x-Achse durch den ersten Messparameter und die y-Koordinate auf der y-Achse durch den zweiten Messparameter bestimmt werden und die z-Koordinate auf der z-Achse durch den Messwert des Sensorelements (SE) bestimmt wird. Des Weiteren umfasst das Sensorsystem in dieser Ausprägung vorzugsweise eine Positionserkennungseinheit, der bekannt ist und die die Information verwendet, dass die Maxima des Betrags des Gradienten des Messwerts des Sensorelements nach der x-Koordinate und der y-Koordinate eine V-Form auf der X-Y-Ebene ergeben, wobei es typischerweise die Aufgabe des Sensorsystems ist, die Position der unteren Spitze (530) dieser V-Formation (522, 525) zu bestimmen und auszugeben.As already indicated, the system of the high-frequency spectrum analyzer can also be used as a general sensor system in another third form. Such a general sensor system preferably comprises, for example, a control device (CTR), the general sensor system preferably having a control device (CTR) for setting a magnetic flux density (B Σ , B ad ) as the first measurement parameter within a first measurement parameter interval and for setting a microwave frequency (ω µW ) of a microwave signal (µW) as a second measurement parameter within a second measurement parameter interval. Here too, the general sensor system preferably again has a sensor element (SE, 5) with a large number of crystals and/or diamond nano-crystals (ND), which are typically embedded in a carrier material (TM) of the sensor element (SE). The large number of crystals and/or diamond nanocrystals (ND) are preferably oriented essentially differently. Crystals and/or diamond nanocrystals (ND) of the crystals and/or diamond nanocrystals (ND) preferably have paramagnetic centers, in particular NV centers in diamond. The general sensor system preferably again comprises a pump radiation source in the form of a light source (LED), which supplies the paramagnetic centers of the plurality of crystals and/or diamond nanocrystals (ND) of the sensor element (SE, 5) with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength ( λ pmp ) can irradiate. As before, the paramagnetic centers of the multitude of crystals and/or diamond nanocrystals (ND) of the sensor element (SE, 5) typically emit fluorescent radiation (FL) when irradiated with the pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ). with a fluorescent radiation wavelength (λ fl ). The general sensor system is preferably set up to parameterize its device parts for measuring a set measuring point from a first value of the first measurement parameter and a second value of the second measurement parameter, for example by means of its control device (CTR). Therefore, the control device (CTR) is preferably able to set a first measurement parameter within a first measurement parameter interval and to set a second measurement parameter within a second measurement parameter interval. The sensor element (SE) is typically set up to determine a sensor element measured value for this set measuring point. The sensor element measurement value typically corresponds to the fluorescence intensity value of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation (FL) and/or an attenuation of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation (FL) and/or depends on this. This sensor element measurement value typically depends on the first measurement parameter and second measurement parameter. Typically, the sensor element measurement value forms a V formation of a lower resonance edge (522) and an upper resonance edge (525) in an XY plane with the first measurement value as the X coordinate and the second measurement value as the Y coordinate. In general, the V-formation has a tip (530) of the V-formation, which is also outside the measuring area Chess can lie. In addition, the general sensor system of this embodiment preferably has the sensor element (SE) for determining a sensor element measured value for a set measuring point based on the first measurement parameter and the second measurement parameter. The general sensor system preferably uses a virtual, memory-based, three-dimensional Cartesian coordinate system for entering the measured values of the sensor element (SE) into a database in the memory (RAM, NVM) of the sensor system, the x coordinate on the x axis preferably being determined by the first measurement parameter and the y-coordinate on the y-axis is determined by the second measurement parameter and the z-coordinate on the z-axis is determined by the measured value of the sensor element (SE). Furthermore, the sensor system in this embodiment preferably comprises a position detection unit which is known and which uses the information that the maxima of the magnitude of the gradient of the measured value of the sensor element according to the x coordinate and the y coordinate have a V shape on the XY coordinate. Level, whereby it is typically the task of the sensor system to determine and output the position of the lower tip (530) of this V-formation (522, 525).
In einer weiteren Ausprägung der vorangehenden drei Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, den nächsten Messpunkt für die nächste Messung eines Sensorelementmesswerts in Abhängigkeit von einem oder mehreren bereits vorhandenen Messwertdatensätzen zu bestimmen, wobei ein solcher Messwertdatensatz typischerweise einem Messpunkt und einen Sensorelementmesswert umfasst. Dies ermöglicht eine schnelle Konvergenz der Messwerte, um die echte Position der V-Formation und zwar insbesondere die Position der Spitze (530) der V-Formation aus unterer Resonanzkante (522) und oberer Resonanzkante (525) zu identifizieren und daraus ggf. weitere Messwerte für die magnetische Flussdichte B und/oder die Mikrowellenfrequenz abzuleiten.In a further embodiment of the previous three embodiments of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to determine the next measuring point for the next measurement of a sensor element measured value as a function of one or more already existing measured value data sets, such a measured value data set typically being one measuring point and one Sensor element measurement value includes. This enables rapid convergence of the measured values in order to identify the real position of the V-formation, in particular the position of the tip (530) of the V-formation from the lower resonance edge (522) and upper resonance edge (525) and, if necessary, further measured values for the magnetic flux density B and/or the microwave frequency.
In einer weiteren Ausprägung der vier vorangehenden Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, das computerimplementierte Verfahren zur Bestimmung des nächsten Messpunkts aus einem nächsten ersten Messparameter und einem nächsten zweiten Messparameter anzuwenden, um die Lage der V-Formation in der X-Y-Ebene zu bestimmen und die Position (30) der Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene oder eine funktionsäquivalente Information zu berechnen und für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereitzuhalten.In a further embodiment of the four previous embodiments of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to use the computer-implemented method for determining the next measurement point from a next first measurement parameter and a next second measurement parameter in order to determine the position of the V formation in the XY -Plane to determine and to calculate the position (30) of the tip of the V formation in the XY plane or functionally equivalent information and to keep it available for use by a higher-level system.
In einer weiteren Ausprägung der fünf vorangehenden Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, das computerimplementierte Verfahren zu verwenden, um die Lage der V-Formation in der X-Y-Ebene aus erstem Messparameter als X-Koordinate und zweitem Messparameter als Y-Koordinate oder eine funktionsäquivalente Positionsangabe der V-Formation und/oder eine funktionsäquivalente Positionsangabe eines Merkmals der V-Formation mittels Iteration zu bestimmen.In a further embodiment of the five previous embodiments of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to use the computer-implemented method to determine the position of the V formation in the XY plane from the first measurement parameter as the X coordinate and the second measurement parameter as the Y -Coordinate or a functionally equivalent position information of the V formation and/or a functionally equivalent position information of a feature of the V formation by means of iteration.
In einer weiteren Ausprägung der sechs vorangehenden Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, das computerimplementierte Verfahren so auszuführen, dass die Steuervorrichtung (CTR) mittels des computerimplementierten Verfahrens diese die Positionsangabe der V-Formation und/oder eine funktionsäquivalente Positionsangabe eines Merkmals der V-Formation mit möglichst wenigen Iterationen zu bestimmen.In a further embodiment of the six previous versions of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to carry out the computer-implemented method in such a way that the control device (CTR) uses the computer-implemented method to provide the position information of the V-formation and/or a functionally equivalent position information characteristic of the V formation with as few iterations as possible.
In einer weiteren Ausprägung der sieben vorangehenden Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, das computerimplementierte Verfahren für die Bestimmung der die Position der Spitze (30) der V-Formation in der X-Y-Ebene aus erstem Messparameter als X-Koordinate und zweitem Messparameter als Y-Koordinate oder einer funktionsäquivalenten Information zu verwenden.In a further embodiment of the seven previous versions of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to use the computer-implemented method for determining the position of the tip (30) of the V-formation in the XY plane from the first measurement parameter as the X coordinate and second measurement parameter as Y coordinate or functionally equivalent information.
In einer weiteren Ausprägung der acht vorangehenden Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, die so bestimmte Positionsangabe der V-Formation und/oder eine funktionsäquivalente Positionsangabe eines Merkmals der V-Formation und/oder der Position der Spitze (30) der V-Formation für die Verwendung durch ein übergeordnetes System (z.B. 28) bereit zu halten.In a further embodiment of the eight previous embodiments of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to receive the position information of the V-formation determined in this way and/or a functionally equivalent position information of a feature of the V-formation and/or the position of the tip (30). of the V formation for use by a higher-level system (e.g. 28).
In einer weiteren Ausprägung der neun vorangehenden Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, das computerimplementierte Verfahren in Kombination mit dem Sensorelement (SE) einzusetzen, um die Position (30) der Spitze der V-Formation und/oder eine funktionsäquivalente Information basierend auf den ersten Messparametern und den zweiten Messparametern zu bestimmen.In a further embodiment of the nine previous versions of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to use the computer-implemented method in combination with the sensor element (SE) to determine the position (30) of the tip of the V-formation and/or a functionally equivalent Determine information based on the first measurement parameters and the second measurement parameters.
In einer weiteren Ausprägung der zehn vorangehenden Ausprägungen des Sensorsystems ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, die Position (30) der Spitze der V-Formation und/oder die funktionsäquivalente Information für die Verwendung durch ein übergeordnetes System (z.B. 28) bereitzuhalten. Dies ermöglicht beispielsweise eine Sensor-Fusion dieser Informationen mit Daten anderer Sensoren beispielsweise in einem übergeordneten System und das Erkennen fehlerhafter Werte durch das übergeordnete System.In a further embodiment of the ten previous versions of the sensor system, the control device (CTR) is preferably set up to keep the position (30) of the tip of the V-formation and/or the functionally equivalent information available for use by a higher-level system (e.g. 28). This enables, for example, a sensor fusion of this information with data from other sensors, for example in a higher-level system, and the detection of incorrect values by the higher-level system.
In einer weiteren Ausprägung des Sensorsystems sind der Programmcode und/oder die Programmdaten der computerimplementierten Verfahrens auf einem speicherbasierten Medium (RAM, NVM) gespeichert. Insbesondere ist es denkbar, dieses Speichermedium (RAM, NVM) austauschen zu können, um so das Sensorsystem schnell an neue Gegebenheiten anpassen zu können.In a further embodiment of the sensor system, the program code and/or the program data of the computer-implemented method are stored on a memory-based medium (RAM, NVM). In particular, it is conceivable to be able to exchange this storage medium (RAM, NVM) in order to be able to quickly adapt the sensor system to new circumstances.
Vorzugsweise sind die Steuervorrichtung (CTR) und das speicherbasierten Medium (RAM, NVM) dazu eingerichtet, diesen Programmcode des computerimplementierten Verfahrens mittels eines Prozessors der Steuervorrichtung (CTR) auszuführen. Dabei kann das speicherbasierte Medium (RAM, NVM) ein Computerprogrammprodukt, eine Festplatte, einen Flash-Speicher oder ein anderes nichtflüchtiges Speichermedium (NVM) umfassen.Preferably, the control device (CTR) and the memory-based medium (RAM, NVM) are set up to execute this program code of the computer-implemented method using a processor of the control device (CTR). The memory-based medium (RAM, NVM) can include a computer program product, a hard drive, flash memory or another non-volatile storage medium (NVM).
Wie bereits angedeutet kann das System des Hochfrequenzspektrumanalysators auch als allgemeines Sensorsystem in einer anderen zwölften Ausprägung verwendet werden. Dabei umfasst das Sensorsystem ein Speichermedium (RAM, NVM), das die aktuellen Werte des ersten Messparameters, des zweiten Messparameters und des Sensorelementmesswerts speichert, um eines der computerimplementierten Verfahren, insbesondere iterativ, durchzuführen. In dieser Ausprägung kann die Steuervorrichtung (CTR) insbesondere dazu eingerichtet sein, im Falle eines iterativen Vorgehens eine Konvergenzkriteriumsprüfung durchzuführen, um festzustellen, ob die Berechnung der Position der unteren Spitze (30) der V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder die Berechnung einer funktionsäquivalenten Information konvergiert ist, und die Iterationen computerimplementierten Verfahrens entsprechend zu beenden.As already indicated, the system of the high-frequency spectrum analyzer can also be used as a general sensor system in another twelfth embodiment. The sensor system includes a storage medium (RAM, NVM) that stores the current values of the first measurement parameter, the second measurement parameter and the sensor element measurement value in order to carry out one of the computer-implemented methods, in particular iteratively. In this embodiment, the control device (CTR) can in particular be set up to carry out a convergence criterion test in the case of an iterative procedure in order to determine whether the calculation of the position of the lower tip (30) of the V-formation in the X-Y plane and/or the Calculation of functionally equivalent information has converged, and the iterations of the computer-implemented method are terminated accordingly.
Wie bereits angedeutet kann das System des Hochfrequenzspektrumanalysators auch als allgemeines Sensorsystem in einer anderen dreizehnten Ausprägung verwendet werden. Dabei umfasst die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise eine Fehlerkorrektur- und Ausgleichseinheit, die dazu eingerichtet ist, Fehler in den Messungen des Sensorelements (SE) zu erkennen und zu korrigieren, um eine präzisere Bestimmung der Position der unteren Spitze (30) der V-Formation und/oder einer funktionsäquivalenten Information zu gewährleisten.As already indicated, the system of the high-frequency spectrum analyzer can also be used as a general sensor system in another thirteenth embodiment. The control device (CTR) preferably comprises an error correction and compensation unit which is set up to detect and correct errors in the measurements of the sensor element (SE) in order to more precisely determine the position of the lower tip (30) of the V-formation and/or functionally equivalent information.
Wie bereits angedeutet kann das System des Hochfrequenzspektrumanalysators auch als allgemeines Sensorsystem in einer anderen zwölften Ausprägung verwendet werden. Dabei ist die Steuervorrichtung (CTR) vorzugsweise dazu eingerichtet, eines der computerimplementierten Verfahren anzuwenden, indem sie eine Menge von Messpunkten in der X-Y-Ebene generiert, die eine initiale Schätzung der Position (30) der Spitze der V-Formation und/oder einer funktionsäquivalenten Information darstellen, und anschließend die Messpunkte basierend auf dem Sensorelementmesswert zu bewerten und die besten Messpunkte für die nächste Iteration auszuwählen.As already indicated, the system of the high-frequency spectrum analyzer can also be used as a general sensor system in another twelfth embodiment. The control device (CTR) is preferably set up to apply one of the computer-implemented methods by generating a set of measuring points in the Display information, and then evaluate the measurement points based on the sensor element reading and select the best measurement points for the next iteration.
Wie bereits angedeutet kann das System des Hochfrequenzspektrumanalysator auch als allgemeines Sensorsystem in einer anderen dreizehnten Ausprägung verwendet werden. Dabei umfasst das Sensorsystem die Steuervorrichtung (CTR) mit einen Prozessor und einen Speicher (RAM, NVM), wobei der Speicher (RAM, NVM) den Programmcode für das computerimplementierte Verfahren enthält. Die Steuervorrichtung (CTR) ist in dieser Ausprägung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, mittels ihres Prozessors den Programmcode aus dem Speicher (RAM, NVM) abzurufen und auszuführen. Bevorzugt ist der Speicher (RAM, NVM) dazu eingerichtet, weitere Informationen über die V-Formation, wie beispielsweise die Größe oder Form, zu speichern, um eine umfassende Charakterisierung der V-Formation zu ermöglichen.As already indicated, the system of the high-frequency spectrum analyzer can also be used as a general sensor system in another thirteenth embodiment. The sensor system includes the control device (CTR) with a processor and a memory (RAM, NVM), the memory (RAM, NVM) containing the program code for the computer-implemented method. In this embodiment, the control device (CTR) is preferably set up to retrieve and execute the program code from the memory (RAM, NVM) using its processor. The memory (RAM, NVM) is preferably set up to store further information about the V-formation, such as the size or shape, in order to enable a comprehensive characterization of the V-formation.
Schließlich beschreibt das hier vorgelegte Dokument ein Verfahren zur Herstellung eines monolithisch integrierten Sensorsystems. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:
- 1. Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1360), wobei das Halbleitersubstrat (1360) eine oder mehrere mikroelektronischen Schaltungen und einen Metallisierungsstapel mit elektrischen Leitungen, ggf. notwendigen Durchkontaktierungen, Kontakten, Pads und Isolationsschichten etc. an einer seiner Oberflächen aufweist. Besonders wichtig ist in diesem Fall, dass das Halbleitersubstrat (1360) eine Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) an dieser Oberfläche aufweist.
- 2. Ein weiterer Schritt ist das ganzflächige oder teilweise Beschichten dieser Oberfläche des Halbleitersubstrats (1360) im Bereich der Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) mit einem kolloidalen Lack (KL) der kolloidalen Mischung zur Bildung einer lokalen kolloidalen Lackschicht, wobei der kolloidale Lack (KL) ein Trägermaterial (TM) und Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle (ND) aufweist, die alle oder in Teilen paramagnetische Zentren, insbesondere NV-Zentren in Diamant, umfassen, die wiederum bei Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung (LB) mit einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) Fluoreszenzstrahlung (FL) mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl) emittieren.
- 3. Es folgt dann die Strukturierung der lokalen kolloidalen Lackschicht. Diese Strukturierung kann grundsätzlich auf zwei Arten als Positiv-Prozess oder Negativ-Prozess erfolgen. Ein weiterer Schritt betrifft das Durchführen zumindest eines dieser beiden folgenden Strukturierungsprozesse:
- 3.1. Negativ Verfahren mit den Schritten:
- 3.1.1. Lokal begrenztes Bestrahlen der lokalen kolloidalen Lackschicht des kolloidalen Lacks (KL) mit einer elektromagnetischen Aushärtestrahlung (4910) einer Aushärtewellenlänge (λH), sodass die das Trägermaterial (TM) der lokalen kolloidalen Lackschicht des einem kolloidalen Lacks (KL) aushärtet. Dabei ist das ausgehärtete Trägermaterial (TM) vorzugsweise für elektromagnetische Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) im Wesentlichen transparent und für elektromagnetische Strahlung der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl) im Wesentlichen transparent.
- 3.1.2. Entfernen der Bereiche der lokalen kolloidalen Lackschicht des einem kolloidalen Lacks (KL), deren Trägermaterial (TM) nicht ausgehärteten ist, um ein oder mehrere Sensorelemente (SE) auszuformen.
- 3.2. Positiv Verfahren
- 3.2.1. Vorhärten der lokalen kolloidalen Lackschicht;
- 3.2.2. Lokal begrenztes Bestrahlen der vorgehärteten lokalen kolloidalen Lackschicht des einem kolloidalen Lacks (KL) mit einer elektromagnetischen Belichtungsstrahlung (4910) einer Belichtungswellenlänge (λB), sodass die das Trägermaterial (TM) der lokalen kolloidalen Lackschicht des einem kolloidalen Lacks (KL) angreifbar wird,
- 3.2.3. Entfernen der Bereiche der belichteten und damit angreifbar gewordenen lokalen kolloidalen Lackschicht des einem kolloidalen Lacks (KL) beispielsweise mittels eines Lösungsmittels oder eines Entwicklers,
- 3.2.4. Aushärten der nicht entfernten Bereiche der nicht belichteten lokalen kolloidalen Lackschicht des einem kolloidalen Lacks (KL), um ein oder mehrere Sensorelemente (SE) auszuformen, wobei das dann ausgehärtete Trägermaterial (TM) für elektromagnetische Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) im Wesentlichen transparent ist und wobei das dann ausgehärtete Trägermaterial (TM) für elektromagnetische Strahlung der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl) im Wesentlichen transparent ist.
- 3.1. Negativ Verfahren mit den Schritten:
- 1. Providing a semiconductor substrate (1360), wherein the semiconductor substrate (1360) has one or more microelectronic circuits and a metallization stack with electrical lines, possibly necessary vias, contacts, pads and insulation layers, etc. on one of its surfaces. It is particularly important in this case that the semiconductor substrate (1360) has a waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) on this surface.
- 2. A further step is the entire or partial coating of this surface of the semiconductor substrate (1360) in the area of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) with a colloidal lacquer (KL) of the colloidal mixture to form a local colloidal lacquer layer, wherein the colloidal varnish (KL) has a carrier material (TM) and crystals and/or diamond nano-crystals (ND), all or some of which comprise paramagnetic centers, in particular NV centers in diamond, which in turn become active upon irradiation with a Pump radiation (LB) with a pump radiation wavelength (λ pmp ) emit fluorescence radiation (FL) with a fluorescence radiation wavelength (λ fl ).
- 3. The local colloidal lacquer layer is then structured. This structuring can basically take place in two ways as a positive process or negative process. A further step involves carrying out at least one of these two following structuring processes:
- 3.1. Negative procedure with the steps:
- 3.1.1. Locally limited irradiation of the local colloidal lacquer layer of the colloidal lacquer (KL) with an electromagnetic curing radiation (4910) of a curing wavelength (λ H ), so that the carrier material (TM) of the local colloidal lacquer layer of a colloidal lacquer (KL) hardens. The cured carrier material (TM) is preferably essentially transparent to electromagnetic radiation of the pump radiation wavelength (λ pmp ) and essentially transparent to electromagnetic radiation of the fluorescence radiation wavelength (λ fl ).
- 3.1.2. Removing the areas of the local colloidal lacquer layer of a colloidal lacquer (KL) whose carrier material (TM) has not hardened in order to form one or more sensor elements (SE).
- 3.2. Positive procedure
- 3.2.1. Pre-curing of the local colloidal lacquer layer;
- 3.2.2. Locally limited irradiation of the pre-hardened local colloidal lacquer layer of a colloidal lacquer (KL) with an electromagnetic exposure radiation (4910) of an exposure wavelength (λ B ), so that the carrier material (TM) of the local colloidal lacquer layer of a colloidal lacquer (KL) becomes vulnerable,
- 3.2.3. Removing the areas of the exposed and therefore vulnerable local colloidal lacquer layer of a colloidal lacquer (KL), for example using a solvent or a developer,
- 3.2.4. Curing the unremoved areas of the non-exposed local colloidal lacquer layer of a colloidal lacquer (KL) in order to form one or more sensor elements (SE), the then cured carrier material (TM) being essentially transparent for electromagnetic radiation of the pump radiation wavelength (λ pmp ). and wherein the then cured carrier material (TM) is essentially transparent to electromagnetic radiation of the fluorescent radiation wavelength (λ fl ).
- 3.1. Negative procedure with the steps:
Bevorzugt umfassen die mikroelektronischen Schaltungen auf dem Halbleitersubstrat (1360) eine oder mehrere Vorrichtungselemente des Sensorsystems und/oder eines oder mehrere Sensorkanäle und/oder eine Steuervorrichtung (CTR) und/oder ein oder mehrere Speicher (RAM; NVM), und/oder ein oder mehrere Magnetfelderzeugungsmittel (Lc) und/oder in oder mehrere Signalquellen (µWG, G1, G2, LDRV,) und/oder ein oder mehrere Mustererkennungsvorrichtungen (MEV) und/oder ein oder mehrere mikrooptische Vorrichtungsteile (LWL1, LWL2) und/oder ein oder mehrere mikrofluidische und/oder ein oder mehrere mikromechanische Funktionselemente.The microelectronic circuits on the semiconductor substrate (1360) preferably comprise one or more device elements of the sensor system and/or one or more sensor channels and/or a control device (CTR) and/or one or more memories (RAM; NVM), and/or one or several magnetic field generating means (L c ) and / or in or more signal sources (µWG, G1, G2, LDRV,) and / or one or more pattern recognition devices (MEV) and / or one or more micro-optical device parts (LWL1, LWL2) and / or a or several microfluidic and/or one or more micromechanical functional elements.
Hier ist eine unvollständige Liste beispielhafter einfacher Schaltungsblöcke, die typischerweise in solchen Mixed-Signal-Schaltungen der CMOS-Technik zu finden sind und deren Integration in das Halbleitersubstrat (1360) denkbar ist:
- Verstärker: Verstärker werden verwendet, um elektrische Signale zu verstärken und/oder zu filtern und/oder zu mischen und/oder zu addieren etc., entweder in analoger oder digitaler Form. Beispiele sind Operationsverstärker (Op-Amps) und differenzielle Verstärker.
- Komparatoren: Komparatoren vergleichen zwei Eingangssignale und erzeugen ein Ausgangssignal, das angibt, ob das eine Signal größer oder kleiner als das andere ist. Sie werden häufig in Schwellwertdetektoren und Analog-Digital-Wandlern verwendet.
- Filter: Filter ermöglichen es, bestimmte Frequenzen eines Signals zu verstärken oder zu unterdrücken oder bestimmte Signalverlaufsstrukturen zu erkennen. Beispiele sind Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Bandpassfilter und Notchfilter, Kalman-Filter, Optimalfilter, Matched Filter etc.
- Analog-Digital-Wandler (ADC): ADCs wandeln analoge Signale in digitale Werte um. Sie sind wesentlich für die digitale Verarbeitung analoger Signale und werden in vielen Anwendungen eingesetzt, z.B. in der Tonaufnahme, Sensortechnik und Kommunikation.
- Digital-Analog-Wandler (DAC): DACs wandeln digitale Werte in analoge Signale um. Sie werden verwendet, um digitale Informationen in eine kontinuierliche analoge Form zu übertragen, z.B. in Audioverstärkern und Kommunikationssystemen.
- Oszillatoren: Oszillatoren erzeugen periodische Signale, die in vielen Anwendungen wie Taktgeber, Zeitgeber und Taktsynchronisation benötigt werden.
- Multiplexer: Multiplexer ermöglichen die Auswahl und Weiterleitung eines bestimmten Eingangssignals aus einer Gruppe von Signalen zu einem Ausgang. Sie werden oft verwendet, um zwischen verschiedenen Datenquellen oder Adressen umzuschalten. Es kann sich auch um Digital-Multiplexer und/oder AnalogMultiplexer handeln.
- Schieberegister: Schieberegister sind sequenzielle Schaltungen, die in der Lage sind, eine Reihe von Datenbits zu speichern und diese seriell oder parallel zu verschieben. Sie werden in vielen Anwendungen wie Speichererweiterungen, Datenverschiebung und Signalverarbeitung verwendet.
- Phasendetektoren: Phasendetektoren werden verwendet, um die Phasendifferenz zwischen zwei Signalen zu messen. Sie sind wichtig in Phasenregelschleifen (PLL) und Frequenzsynthesizern.
- Spannungsreferenzen: Spannungsreferenzen erzeugen präzise und stabile Referenzspannungen, die in vielen Schaltungen als Bezugsspannungen dienen, beispielsweise in ADCs, DACs und Regelkreisen.
- Phasenregelschleifen (PLL): PLLs werden verwendet, um eine präzise Phasen- und Frequenzsynchronisation zwischen verschiedenen Signalen zu erreichen. Sie finden Anwendung in Kommunikationssystemen, Taktgeneratoren und Frequenzsynthesizern.
- Taktgeneratoren: Taktgeneratoren erzeugen präzise und stabile Taktimpulse, die zur Synchronisierung von Schaltungen und zum Zeitmultiplexing verwendet werden. Sie spielen eine entscheidende Rolle in digitalen Schaltungen und Kommunikationssystemen.
- Schaltregler: Schaltregler sind elektronische Schaltungen, die die Spannung oder den Strom effizient umwandeln oder regeln können. Sie werden in Stromversorgungen, Batterieladegeräten und energieeffizienten Systemen eingesetzt.
- Komparator-basierte Analog-Digital-Wandler (Flash ADC): Flash-ADCs sind schnelle Analog-Digital-Wandler, die das Prinzip der Komparator-Schaltung nutzen, um das Eingangssignal zu quantisieren. Sie sind in Anwendungen mit hohen Abtastraten und schnellen Signalen weit verbreitet.
- Stromquellen und Spiegelschaltungen: Stromquellen und Spiegelschaltungen werden verwendet, um stabile Stromreferenzen zu erzeugen und zu spiegeln. Sie sind wichtig in analogen Schaltungen wie Verstärkern und Differenzverstärkern.
- Operationsverstärker-Schaltungen: Operationsverstärker (Op-Amps) werden in vielen analogen Schaltungen eingesetzt, um Verstärkung, Filterung, Verstärkung und andere Funktionen auszuführen. Sie sind ein grundlegender Baustein in der analogen Signalverarbeitung.
- Schwellwertdetektoren: Schwellwertdetektoren vergleichen ein Eingangssignal mit einem festgelegten Schwellenwert und geben ein digitales Signal basierend auf diesem Vergleich aus. Sie finden Anwendung in der Datenerkennung, Signalverarbeitung und Kommunikation.
- Integratoren und Differentiatoren: Integratoren und Differentiatoren sind Schaltungen, die Integration und Differentiation von analogen Signalen ermöglichen. Sie werden in vielen Anwendungen wie Filterdesign, Audioverarbeitung und Regelungstechnik eingesetzt.
- Spannungsfolger: Spannungsfolger (Buffer) sind Verstärkerschaltungen mit einer
Verstärkung von etwa 1, die dazu dienen, das Ausgangssignal zu isolieren und den Strombedarf anderer Schaltungen zu senken. - Analogschalter: Analogschalter ermöglichen es, analoge Signale zu steuern und zwischen verschiedenen Schaltungspfaden umzuschalten. Sie finden Anwendung in analogen Multiplexern,
- Pufferverstärker: Pufferverstärker dienen dazu, die Impedanz zwischen verschiedenen Schaltungsbereichen anzupassen und Signalverluste zu minimieren. Sie werden oft verwendet, um Signalquellen mit unterschiedlichen Impedanzen zu verbinden.
- Schaltregelkreise (Regler): Schaltregelkreise sind Rückkopplungsschaltungen, die dazu dienen, eine stabile Ausgangsspannung oder einen stabilen Ausgangsstrom aufrechtzuerhalten. Sie werden in Stromversorgungen und Regelkreisen eingesetzt.
- Schmitt-Trigger: Schmitt-Trigger sind Komparatorschaltungen mit Hysterese, die dazu dienen, ein stabiles digitales Ausgangssignal zu erzeugen, das auf Änderungen des Eingangssignals empfindlich reagiert. Sie finden Anwendung in Schwellwertdetektoren, Schaltungen mit Rauschen und Signalverarbeitungsschaltungen.
- Taktsynchronisationsschaltungen: Taktsynchronisationsschaltungen werden verwendet, um verschiedene Taktquellen miteinander zu synchronisieren oder um Taktphasenverschiebungen zu erzeugen. Sie sind wichtig in Kommunikationssystemen und synchronen digitalen Schaltungen.
- Taktverteiler: Taktverteiler ermöglichen die Verteilung eines Taktimpulses auf mehrere Schaltungsteile. Sie werden verwendet, um mehrere synchronisierte Schaltungen zu steuern und zu synchronisieren.
- Digitallogikschaltungen: Digitale Logikschaltungen wie AND-Gatter, OR-Gatter, NAND-Gatter und NOR-Gatter werden verwendet, um logische Operationen auf digitalen Signalen auszuführen. Sie sind grundlegende Bausteine in digitalen Schaltungen und Prozessoren.
- Schwellwertwandlerschaltungen: Schwellwertwandler dienen dazu, analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln, indem sie die Signalamplitude mit einem festgelegten Schwellenwert vergleichen. Sie werden in der Signalverarbeitung und Kommunikationstechnik verwendet.
- Bandlückenreferenzen: Bandlückenreferenzen sind präzise Spannungsreferenzen, die unempfindlich gegenüber Versorgungsspannungsschwankungen sind. Sie werden verwendet, um stabile Referenzspannungen in analogen Schaltungen bereitzustellen.
- Schaltungen zur Leistungsverstärkung: Leistungsverstärkerschaltungen werden verwendet, um hohe Leistungen in einer Schaltung zu liefern, z. B. für Audioverstärker, Verstärker in drahtlosen Kommunikationssystemen und Leistungsumrichter.
- Reset-Schaltungen: Diese setzen die mikrointegrierte Schaltung bei einem Neustart oder einem verlust der Betriebsspannung und ähnlichen Störungen zurück.
- Phasenschieber: Phasenschieber sind Schaltungen, die die Phasenlage eines Signals ändern können. Sie finden Anwendung in Phasenregelschleifen, Kommunikationssystemen und Oszillatoren.
- Test-Controller (JATG): Test-Controller (JATG) sind für den Fertigungstest der mikroelektronischen Schaltungen auf dem Halbleitersubstrat (1360) wichtig. Vorzugsweise handelt es sich um einen JATG -Test-Controller (JATG).
- Dieser ist in dem Dokument IEEE Standard for Test Access Port and Boundary-Scan Architecture, IEEE Std 1149.1-2013 (Revision of IEEE Std 1149.1-2001) beschrieben.
- Amplifier: Amplifiers are used to amplify and/or filter and/or mix and/or add etc. electrical signals, either in analog or digital form. Examples are operational amplifiers (op-amps) and differential amplifiers.
- Comparators: Comparators compare two input signals and produce an output signal that indicates whether one signal is greater or less than the other. They are often used in threshold detectors and analog-to-digital converters.
- Filters: Filters make it possible to amplify or suppress certain frequencies of a signal or to recognize certain signal waveform structures. Examples are low-pass filters, high-pass filters, band-pass filters and notch filters, Kalman filters, optimal filters, matched filters, etc.
- Analog-to-digital converters (ADC): ADCs convert analog signals into digital values. They are essential for the digital processing of analog signals and are used in many applications, such as sound recording, sensor technology and communication.
- Digital-to-analog converters (DAC): DACs convert digital values into analog signals. They are used to transmit digital information into a continuous analog form, for example in audio amplifiers and communication systems.
- Oscillators: Oscillators produce periodic signals needed in many applications such as clocks, timers and clock synchronization.
- Multiplexer: Multiplexers allow the selection and routing of a specific input signal from a group of signals to an output. They are often used to switch between different data sources or addresses. They can also be digital multiplexers and/or analog multiplexers.
- Shift registers: Shift registers are sequential circuits capable of storing a series of data bits and shifting them in series or parallel. They are used in many applications such as memory expansion, data movement and signal processing.
- Phase Detectors: Phase detectors are used to measure the phase difference between two signals. They are important in phase locked loops (PLL) and frequency synthesizers.
- Voltage references: Voltage references create precise and stable reference voltages that serve as reference voltages in many circuits, such as ADCs, DACs and control circuits.
- Phase Locked Loops (PLL): PLLs are used to achieve precise phase and frequency synchronization between different signals. They are used in communication systems, clock generators and frequency synthesizers.
- Clock Generators: Clock generators produce precise and stable clock pulses that are used for circuit synchronization and time division multiplexing. They play a crucial role in digital circuits and communication systems.
- Switching regulators: Switching regulators are electronic circuits that can convert or regulate voltage or current efficiently. They are used in power supplies, battery chargers and energy efficient systems.
- Comparator-based analog-to-digital converters (Flash ADC): Flash ADCs are fast analog-to-digital converters that use the principle of the comparator circuit to quantize the input signal. They are widely used in applications with high sampling rates and fast signals.
- Current sources and mirror circuits: Current sources and mirror circuits are used to create and mirror stable current references. They are important in analog circuits such as amplifiers and differential amplifiers.
- Operational Amplifier Circuits: Operational amplifiers (op amps) are used in many analog circuits to perform amplification, filtering, amplification, and other functions. They are a fundamental building block in analog signal processing.
- Threshold detectors: Threshold detectors compare an input signal to a specified threshold and output a digital signal based on this comparison. They find application in data detection, signal processing and communication.
- Integrators and Differentiators: Integrators and differentiators are circuits that enable integration and differentiation of analog signals. They are used in many applications such as filter design, audio processing and control engineering.
- Voltage Followers: Voltage followers (buffers) are amplifier circuits with a gain of approximately 1 that are used to isolate the output signal and reduce the power requirements of other circuits.
- Analog Switches: Analog switches allow you to control analog signals and switch between different circuit paths. They are used in analog multiplexers,
- Buffer amplifiers: Buffer amplifiers are used to adjust the impedance between different circuit areas and minimize signal losses. They are often used to connect signal sources with different impedances.
- Switching control loops (regulators): Switching control loops are feedback circuits designed to maintain a stable output voltage or current. They are used in power supplies and control circuits.
- Schmitt Triggers: Schmitt triggers are comparator circuits with hysteresis designed to produce a stable digital output signal that is sensitive to changes in the input signal. They find application in threshold detectors, noise circuits and signal processing circuits.
- Clock Synchronization Circuits: Clock synchronization circuits are used to synchronize different clock sources with each other or to create clock phase shifts. They are important in communication systems and synchronous digital circuits.
- Clock distributor: Clock distributors enable the distribution of a clock pulse across several circuit parts. They are used to control and synchronize multiple synchronized circuits.
- Digital Logic Circuits: Digital logic circuits such as AND gates, OR gates, NAND gates and NOR gates are used to perform logical operations on digital signals. They are fundamental building blocks in digital circuits and processors.
- Threshold converter circuits: Threshold converters are used to convert analog signals into digital signals by comparing the signal amplitude with a specified threshold value. They are used in signal processing and communication technology.
- Bandgap References: Bandgap references are precise voltage references that are insensitive to supply voltage fluctuations. They are used to provide stable reference voltages in analog circuits.
- Power Amplification Circuits: Power amplifier circuits are used to deliver high powers in a circuit e.g. B. for audio amplifiers, amplifiers in wireless communication systems and power converters.
- Reset circuits: These reset the micro-integrated circuit in the event of a restart or loss of operating voltage and similar malfunctions.
- Phase shifters: Phase shifters are circuits that can change the phase of a signal. They are used in phase locked loops, communication systems and oscillators.
- Test Controller (JATG): Test controllers (JATG) are important for the manufacturing test of the microelectronic circuits on the semiconductor substrate (1360). It is preferably a JATG test controller (JATG).
- This is described in the document IEEE Standard for Test Access Port and Boundary-Scan Architecture, IEEE Std 1149.1-2013 (Revision of IEEE Std 1149.1-2001).
Außerdem weist das hier vorgelegte Dokument auf die Standards
- - IEEE Standard for Reduced-Pin and Enhanced-Functionality Test Access Port and Boundary-Scan Architecture IEEE Std 1149.7-2009
- - IEEE Supplement to Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture (1149.1) IEEE Std 1149.1b-1994
- - IEEE Standard for Reduced-Pin and Enhanced-Functionality Test Access Port and Boundary-Scan Architecture, IEEE Std 1149.7-2022 (Revision of IEEE Std 1149.7-2009)
- - IEEE Standard for Access and Control of Instrumentation Embedded within a Semiconductor Device, IEEE Std 1687-2014
- - IEEE Standard for Reduced-Pin and Enhanced-Functionality Test Access Port and Boundary-Scan Architecture IEEE Std 1149.7-2009
- - IEEE Supplement to Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture (1149.1) IEEE Std 1149.1b-1994
- - IEEE Standard for Reduced-Pin and Enhanced-Functionality Test Access Port and Boundary-Scan Architecture, IEEE Std 1149.7-2022 (Revision of IEEE Std 1149.7-2009)
- - IEEE Standard for Access and Control of Instrumentation Embedded within a Semiconductor Device, IEEE Std 1687-2014
Auf die Erläuterung der Funktionalität einer JATG-Testschnittstelle aus dem Stand der Technik wird hier verzichtet. Das hier vorgelegte Dokument verweist hier beispielhaft auf die Texte:
- https://de.wikipedia.org/wiki/Joint_Test_Action_Group
- https://www.corelis.com/education/tutorials/boundary-scan/
- https://de.wikipedia.org/wiki/Joint_Test_Action_Group
- https://www.corelis.com/education/tutorials/boundary-scan/
Es ist ein weiterer Gedanke des hier vorgelegten Dokuments, dass die vorgeschlagene mikroelektronische Schaltung eine Test-Schnittstelle, bevorzugt eine JATG -Test-Schnittstelle nach einer der IEEE JATG -Test-Normen, aufweist und einen Testcontroller, vorzugsweise einen IEEE 1149 JATG-Test-Controller (JATG), umfasst, der zumindest eine der folgenden Funktionselemente des Sensorsystems über ein Datenregister (DR) und/oder ein Instruktionsregister (IR) des JATG-Test-Controllers (JATG) steuern oder auslesen kann:
- - Eine Lichtquelle (LED) zur Bestrahlung eines oder mehrerer paramagnetischer Zentren mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) und/oder
- - ein oder mehrere paramagnetisches Zentren, insbesondere ein oder mehrere NV-Zentren, durch Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) einer Lichtquelle (LED), die von einem Datenregister (DR) und/oder Instruktionsregister (IR) des Test-Controllers (JTAG), insbesondere des IEEE 1149 JATG-Test-Controller (JTAG), gesteuert werden kann, und/oder
- - ein oder mehrere paramagnetische Zentren, insbesondere ein oder mehrere NV-Zentren, durch Erfassen der Fluoreszenzstrahlung (FL) dieses einen paramagnetischen Zentrums oder dieser mehreren paramagnetischen Zentren, insbesondere dieses einen NV-Zentrums oder dieser mehreren NV-Zentren, mittels eines oder mehrerer Fotodetektoren (PD), deren Empfängerausgangssignale (S0) von einem oder mehreren Schaltungsteilen der mikroelektronischen Schaltung gewandelt werden, sodass der Test-Controller(JTAG), insbesondere der IEEE 1149 JATG-Test-Controller (JTAG), einen oder mehrere Werte insbesondere mittels eines Datenregisters (DR) des JATG-Test-Controllers (JATG) erfassen können, die von der Fluoreszenzstrahlung (FL) des einen oder der mehreren paramagnetischen Zentren, insbesondere des einen oder der mehreren NV-Zentren abhängen und/oder
- - eine Datenschnittstelle, über die der Test-Controller (JTAG), insbesondere der IEEE 1149 JATG-Test-Controller (JTAG), einen oder mehrere erfasste Werte ausgeben können, die von der Fluoreszenzstrahlung (FL) eines oder der mehrerer paramagnetischen Zentren, insbesondere des einen oder der mehreren NV-Zentren abhängen.
- - A light source (LED) for irradiating one or more paramagnetic centers with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ) and/or
- - one or more paramagnetic centers, in particular one or more NV centers, by irradiation with pump radiation (LB) of a pump radiation wavelength (λ pmp ) of a light source (LED) which comes from a data register (DR) and / or instruction register (IR) of the test -Controller (JTAG), in particular the IEEE 1149 JATG test controller (JTAG), can be controlled, and / or
- - one or more paramagnetic centers, in particular one or more NV centers, by detecting the fluorescence radiation (FL) of this one paramagnetic center or these several paramagnetic centers, in particular this one NV center or these several NV centers, by means of one or more photodetectors (PD), whose receiver output signals (S0) are converted by one or more circuit parts of the microelectronic circuit, so that the test controller (JTAG), in particular the IEEE 1149 JATG test controller (JTAG), one or more values, in particular by means of a data register (DR) of the JATG test controller (JATG), which depend on the fluorescence radiation (FL) of the one or more paramagnetic centers, in particular of the one or more NV centers and / or
- - a data interface via which the test controller (JTAG), in particular the IEEE 1149 JATG test controller (JTAG), can output one or more recorded values that come from the fluorescence radiation (FL) of one or more paramagnetic centers, in particular of the one or more NV centers.
Hierdurch kann ein Fertigungstest bei einer Mikrointegration des Sensorsystems auf Basis paramagnetischer Zentren und/oder NV-Zentren vorgenommen werden. Die Mikrointegration kann dabei monolithisch oder als Mikrosystem erfolgen.This allows a production test to be carried out during microintegration of the sensor system based on paramagnetic centers and/or NV centers. The microintegration can take place monolithically or as a microsystem.
Schaltungssystem mit MehrfachkorrelatorCircuit system with multiple correlator
In einer weiteren Ausprägung umfasst das Sensorsystem eine Steuervorrichtung (CTR), einen ersten Signalgenerator (G1), eine Lichtquelle (LED), einen zweiten Signalgenerator (G2), einen Fotodetektor (PD), ein Sensorelement (SE) mit Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren in Diamant, einen Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) und eine Mikrowellensignalquelle (µWG). Der erste Signalgenerator (G1) erzeugt ein LED-Modulationssignal (S5w). Der der zweite Signalgenerator (G2) erzeugt ein Mikrowellenmodulationssignal (S5m). Die Lichtquelle (LED) erzeugt eine Pumpstrahlung (LB) und bestrahlt moduliert mit der modulierten Pumpstrahlung(LB) die paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren in Diamant in Abhängigkeit von dem LED-Modulationssignal moduliert. Die Mikrowellensignalquelle (µWG) erzeugt ein Mikrowellensignal (µW) und speist das Mikrowellensignal (µW) in Abhängigkeit von dem Mikrowellenmodulationssignal (S5m) moduliert in den Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) ein. Der Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) bestrahlt die paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren in Diamant mit dem modulierten Mikrowellensignal (µW). In Abhängigkeit von dem modulierten Mikrowellensignal (µW) und in Abhängigkeit von der Pumpstrahlung (LB) emittieren paramagnetische Zentren und/oder NV-Zentren in Diamant Fluoreszenzstrahlung (FL). Der Fotodetektor (PD) erfasst die von den paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren in Diamant emittierte Fluoreszenzstrahlung (FL) und bildet in Abhängigkeit davon ein Empfängerausgangssignal (S0). Ein Mehrfachkorrelator (LIV) oder eine funktionsäquivalente Vorrichtung korrelieren das Empfängerausgangssignal (S0) oder ein daraus abgeleitetes Signal mit dem LED-Modulationssignal (S5w) und dem Mikrowellenmodulationssignal (S5m), insbesondere durch hardwaregestützte Bildung eines L3-Produkts, zu einem ein- oder mehrdimensionalen Filterausgangssignal (S4). Das Sensorsystem verwendet das Filterausgangssignal (S4) und/oder ein daraus abgeleitetes Signal als Messergebnis oder hält es bereit oder gibt es an ein übergeordnetes System aus.In a further embodiment, the sensor system comprises a control device (CTR), a first signal generator (G1), a light source (LED), a second signal generator (G2), a photodetector (PD), a sensor element (SE) with crystals and/or diamond -Nano-crystals (ND) with paramagnetic centers and/or NV centers in diamond, a waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) and a microwave signal source (µWG). The first signal generator (G1) generates an LED modulation signal (S5w). The second signal generator (G2) generates a microwave modulation signal (S5m). The light source (LED) generates a pump radiation (LB) and, modulated with the modulated pump radiation (LB), irradiates the paramagnetic centers and/or NV centers in diamond depending on the LED modulation signal. The microwave signal source (µWG) generates a microwave signal (µW) and feeds the microwave signal (µW) modulated into the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) depending on the microwave modulation signal (S5m). The waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) irradiates the paramagnetic centers and/or NV centers in diamond with the modulated microwave signal (µW). Depending on the modulated microwave signal (µW) and depending on the pump radiation (LB), paramagnetic centers and/or NV centers in diamond emit fluorescence radiation (FL). The photodetector (PD) detects the fluorescent radiation (FL) emitted by the paramagnetic centers and/or NV centers in diamond and, depending on this, forms a receiver output signal (S0). A multiple correlator (LIV) or a functionally equivalent device correlates the receiver output signal (S0) or a signal derived therefrom with the LED modulation signal (S5w) and the microwave modulation signal (S5m), in particular through hardware-assisted formation of an L3 product, to form a one-dimensional or multi-dimensional one Filter output signal (S4). The sensor system uses the filter output signal (S4) and/or a signal derived from it as a measurement result or keeps it ready or outputs it to a higher-level system.
vektorieller Sensorelementkanalvector sensor element channel
Es lässt sich somit ein vektorieller Sensorelementkanal definieren, der wesentliche Teile eines Sensorsystems umfasst. Bevorzugt weist der vektorielle Sensorelementkanal einen ersten Signalgenerator (G1) auf, der dazu eingerichtet ist, ein LED-Modulationssignal (S5w) zu erzeugen. Der vektorielle Sensorelementkanal kann alternativ einen ersten vektoriellen Signalgenerator (G1) aufweisen, der mehrere Signalgeneratoren (G1_1, G1_2, G1_3, G1_4, G1_5) als erste Signalgeneratorkomponenten umfasst und der dazu eingerichtet ist, ein vektorielles LED-Modulationssignal (S5w) mit mehreren LED-Modulationssignalen (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5) als LED-Modulationssignalkomponenten zu erzeugen. Der vektorielle Sensorelementkanal kann ein Sendesignal (S5) oder ein vektorielles Sendesignal (S5), umfassend mehrere Sendesignale (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5), als Sendesignalkomponenten aufweisen. Der vektorielle Sensorelementkanal weist vorzugsweise einen Lichtquellentreiber (LDRV) auf, der dazu eingerichtet ist, das Sendesignal (S5) für eine Lichtquelle (LED) in Abhängigkeit von dem LED-Modulationssignal (S5w) zu erzeugen und vorzugsweise die Lichtquelle (LED) zumindest zeitweise mit elektrischer Energie zu versorgen, oder wobei der vektorielle Sensorelementkanal einen vektoriellen Lichtquellentreiber (LDRV) aufweist, der mehrere Lichtquellentreiber (LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5) umfasst und der dazu eingerichtet ist, die Sendesignalkomponenten (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5) des vektoriellen Sendesignals (S5) für eine vektorielle Lichtquelle (LED) in Abhängigkeit von dem vektoriellen LED-Modulationssignal (S5w) und/oder von dem LED-Modulationssignal (S5w) zu erzeugen und die jeweiligen Lichtquellenkomponenten (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) der vektoriellen Lichtquelle (LED) zumindest zeitweise jeweils mit elektrischer Energie zu versorgen. Der vektorielle Sensorelementkanal weist vorzugsweise eine Lichtquelle (LED) auf, die dazu eingerichtet ist, Pumpstrahlung (LB) in Abhängigkeit von dem Sendesignal (S5) zu erzeugen. Dabei schaltet typischerweise das Sendesignal (S5) die Lichtquelle (LED) zeitweise und/oder teilweise ein und zeitweise und/oder teilweise aus. Der vektorielle Sensorelementkanal kann eine vektorielle Lichtquelle (LED), umfassend mehrere Lichtquellen (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) als Lichtquellenkomponenten, aufweisen, die vorzugsweise dazu eingerichtet sind, die vektorielle Pumpstrahlung (LB), umfassend mehrere Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) die jeweils eine dieser Lichtquellenkomponenten (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) erzeugt, in jeweiliger Abhängigkeit von den jeweiligen Sendesignalkomponenten (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5) des vektoriellen Sendesignals (S5) zu erzeugen. Dabei schalten dann bevorzugt die jeweiligen Sendesignalkomponenten (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5) des vektoriellen Sendesignals (S5) die ihnen zugeordneten jeweiligen Lichtquellenkomponenten (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) der vektoriellen Lichtquelle (LED) zeitweise und/oder teilweise ein und zeitweise und/oder teilweise aus. Der vektorielle Sensorelementkanal weist typischerweise ein erstes vektorielles optisches System auf, das ein erstes optisches Funktionselemente (LWL) oder ein vektorielles erstes optisches Funktionselement aufweist, das mehrere erste optische Funktionselemente (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) als erste optische Funktionselementkomponenten umfasst. Das erste vektorielle optische System ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Pumpstrahlung (LB) der Lichtquelle (LED) zu erfassen oder die vektorielle Pumpstrahlung (LB) der vektoriellen Lichtquelle (LED) in vektorieller Weise zu erfassen, wobei bevorzugt jede optische Funktionskomponente (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) jeweils ein oder mehrere jeweilige Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) der vektoriellen Pumpstrahlung (LB) separat erfasst. Des Weiteren ist bevorzugt das erste vektorielle optisches System dazu eingerichtet, die erfasste Pumpstrahlung (LB) zum Sensorelement (SE) zu transportieren oder die jeweils erfassten Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) der Pumpstrahlung (LB) zu einem oder mehreren zugeordneten Sensorelementkomponenten (z.B. 1410, 1420, 1430) des vektorielle Sensorelement (SE) zu transportieren. Dabei umfasst bevorzugt das vektoriellen Sensorelement (SE) vorzugsweise zumindest zwei Sensorelementkomponenten (z.B. 1410, 1420, 1430). Bevorzugt ist das erste vektorielle optisches System dazu eingerichtet, die Pumpstrahlung (LB) aus dem ersten optischen Funktionselement (LWL) auszukoppeln oder die jeweilige Pumpstrahlungskomponente (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) der vektoriellen Pumpstrahlung (LB) jeweils aus der jeweiligen ersten optischen Funktionselementkomponente (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) des ersten vektoriellen optischen Funktionselements (LWL) auszukoppeln. Weiter ist das erste vektorielle optisches System vorzugsweise dazu eingerichtet, das Sensorelement (SE) mit dieser Pumpstrahlung (LB) zu bestrahlen oder jeweils ein oder mehrere Sensorelementkomponenten (z.B. 1410, 1420, 1430) des vektoriellen Sensorelements (SE) mit genau einer oder mehreren jeweiligen Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) der vektoriellen Pumpstrahlung (LB) zu bestrahlen. Dabei bestrahlt bevorzugt genau eine jeweilige Pumpstrahlungskomponente (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) der vektoriellen Pumpstrahlung (LB) genau einer jeweiligen Lichtquellenkomponente (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) der vektoriellen Lichtquelle (LED) bevorzugt genau eine jeweilige Sensorelementkomponente (z.B. 1410, 1420, 1430) des vektoriellen Sensorelements (SE).A vector sensor element channel can thus be defined, which includes essential parts of a sensor system. The vector sensor element channel preferably has a first signal generator (G1), which is set up to generate an LED modulation signal (S5w). The vectorial sensor element channel can alternatively have a first vectorial signal generator (G1), which comprises a plurality of signal generators (G1_1, G1_2, G1_3, G1_4, G1_5) as first signal generator components and which is set up to generate a vectorial LED modulation signal (S5w) with a plurality of LED Generate modulation signals (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5) as LED modulation signal components. The vectorial sensor element channel can have a transmission signal (S5) or a vectorial transmission signal (S5), comprising a plurality of transmission signals (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5), as transmission signal components. The vector sensor element channel preferably has a light source driver (LDRV), which is set up to generate the transmission signal (S5) for a light source (LED) as a function of the LED modulation signal (S5w) and preferably the light source (LED) at least temporarily to supply electrical energy, or wherein the vectorial sensor element channel has a vectorial light source driver (LDRV) which comprises a plurality of light source drivers (LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5) and which is set up to control the transmission signal components (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5) of the vector transmission signal (S5) for a vector light source (LED) depending on the vector LED modulation signal (S5w) and / or on the LED modulation signal (S5w) and the respective light source components (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) of the vector light source (LED) to be supplied with electrical energy at least temporarily. The vector sensor element channel preferably has a light source (LED) which is set up to generate pump radiation (LB) depending on the transmission signal (S5). Typically, the transmission signal (S5) switches the light source (LED) temporarily and/or partially on and temporarily and/or partially off. The vector sensor element channel can have a vector light source (LED), comprising a plurality of light sources (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) as light source components, which are preferably set up to generate the vector pump radiation (LB), comprising a plurality of pump radiation components (LB_1, LB_2 , LB_3, LB_4, LB_5), which each generates one of these light source components (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5), depending on the respective transmission signal components (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5) of the vector transmission signal (S5). generate. The respective transmission signal components (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5) of the vector transmission signal (S5) then preferably switch the respective light source components assigned to them (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) of the vector light source (LED) temporarily and/or partially on and intermittently and/or partially off. The vectorial sensor element channel typically has a first vectorial optical system that has a first optical functional element (LWL) or a vectorial first optical functional element that includes a plurality of first optical functional elements (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) as first optical functional element components. The first vector optical system is preferably set up to detect the pump radiation (LB) of the light source (LED) or to detect the vector pump radiation (LB) of the vector light source (LED) in a vectorial manner, preferably each optical functional component (LWL_1, LWL_2 , LWL_3, LWL_4, LWL_5) one or more respective pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) of the vector pump radiation (LB) are recorded separately. Furthermore, the first vector optical system is preferably set up to transport the detected pump radiation (LB) to the sensor element (SE) or to transport the respectively detected pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) of the pump radiation (LB) to one or more assigned sensor element components (e.g. 1410, 1420, 1430) of the vector sensor element (SE). The vector sensor element (SE) preferably comprises at least two sensor element components (e.g. 1410, 1420, 1430). The first vector optical system is preferably set up to decouple the pump radiation (LB) from the first optical functional element (LWL) or the respective pump radiation component (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) of the vector pump radiation (LB) from the respective first optical functional element component (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) of the first vector optical functional element (LWL). Furthermore, the first vector optical system is preferably set up to irradiate the sensor element (SE) with this pump radiation (LB) or to irradiate one or more sensor element components (e.g. 1410, 1420, 1430) of the vector sensor element (SE) with exactly one or more respective ones To irradiate pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) of the vector pump radiation (LB). In this case, exactly one respective pump radiation component (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) of the vector pump radiation (LB) preferably irradiates exactly one respective light source component (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) of the vector light source (LED), preferably exactly one respective sensor element component (e.g. 1410, 1420, 1430) of the vector sensor element (SE).
Das erste vektorielle optische System weist bevorzugt in einer Variante einen ersten vektoriellen Lichtwellenleiter (LWL), der bevorzugt eine Mehrzahl von ersten Lichtwellenleitern (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) als ersten Lichtwellenleiterkomponenten umfasst, für diese Bestrahlung des vektoriellen Sensorelements (SE) als ein solches vektorielles erstes optisches Funktionselement auf. Der vektorielle Sensorelementkanal weist bevorzugt ein zweites vektorielles optisches System auf, das ein zweites optisches Funktionselemente (LWL) oder ein vektorielles zweites optisches Funktionselement (LWL), das mehrere zweite optische Funktionselemente (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) als zweite optische Funktionselementkomponenten umfasst, auf. Das zweite vektorielle optische System ist vorzugsweise dazu eingerichtet, mittels des zweiten optischen Funktionselements (LWL) die Fluoreszenzstrahlung (FL) des Sensorelements (SE) oder der Sensorelemente (SE) zu erfassen oder mittels der jeweiligen zweiten optischen Funktionselementkomponenten (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) seines vektoriellen zweiten optischen Funktionselements (LWL) jeweils die jeweilige Fluoreszenzstrahlungskomponente (FL_!, FL_2, FL3, FL_4, FL_5) der vektoriellen Fluoreszenzstrahlung (FL) eines oder mehrerer der jeweiligen Sensorelementkomponenten (z.B. 1410, 1420, 1430) des vektoriellen Sensorelements (SE) zu erfassen. Dabei erfasst bevorzugt genau eine seiner jeweiligen zweiten optischen Funktionselementkomponenten (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) seines vektoriellen zweiten optischen Funktionselements (LWL) jeweils genau eine jeweilige Fluoreszenzstrahlungskomponente (FL_1, FL_2, FL3, FL_4, FL_5) der vektoriellen Fluoreszenzstrahlung (FL) eines oder mehrerer der jeweiligen Sensorelementkomponenten (z.B. 1410, 1420, 1430) des vektoriellen Sensorelements (SE). Die Fluoreszenzstrahlung (FL) der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) umfasst eine einzelne Fluoreszenzstrahlungskomponente oder die vektorielle Fluoreszenzstrahlung (FL) umfasst die jeweiligen Fluoreszenzstrahlungen (FL1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5) der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren der jeweiligen Sensorelementkomponenten (z.B. 1410, 1420, 1430) des vektoriellen Sensorelements (SE) als jeweilige Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5). Vorzugsweise ist das das zweite vektorielle optische System dazu eingerichtet, Fluoreszenzstrahlung (FL) der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des Sensorelements (SE) zum Fotodetektor (PD) zu transportieren oder die jeweiligen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5) der vektoriellen Fluoreszenzstrahlung (FL) vorzugsweise untereinander separat zu jeweiligen Fotodetektorkomponenten (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) eines vektoriellen Fotodetektors (PD) zu transportieren. Vorzugsweise umfasst dann der vektorielle Fotodetektor (PD) mehrere Fotodetektoren (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) als jeweilige Fotodetektorkomponenten des vektoriellen Fotodetektors (PD). Vorzugsweise ist das zweite vektorielle optische System dazu eingerichtet, die Fluoreszenzstrahlung (FL) aus dem zweiten optischen Funktionselement auszukoppeln oder das die jeweiligen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5) der vektoriellen Fluoreszenzstrahlung (FL) aus der jeweiligen zweiten optischen Funktionskomponente (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) der zweiten vektoriellen optischen Funktionskomponente (LWL) auszukoppeln. Des Weiteren ist vorzugsweise das zweite vektorielle optische System dazu eingerichtet, den Fotodetektor (PD) mit der ausgekoppelten Fluoreszenzstrahlung (FL) zu bestrahlen oder jeweils die jeweilige Fotodetektorkomponente (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) des vektoriellen Fotodetektors (PD) mit einer insbesondere jeweiligen Fluoreszenzstrahlungskomponente (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5) der vektoriellen Fluoreszenzstrahlung (FL) zu bestrahlen. Dabei bestrahlt das zweite vektorielle optische System ganz besonders bevorzugt jeweils genau eine jeweilige Fotodetektorkomponente (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) des vektoriellen Fotodetektors (PD) bevorzugt mit genau einer jeweiligen Fluoreszenzstrahlungskomponente (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5) der vektoriellen Fluoreszenzstrahlung (FL). Das zweite vektorielle optische System umfasst vorzugsweise weitere optische Funktionselemente, insbesondere einen oder mehrere dichroitische Spiegel (F1) und/oder einen oder mehrere optische Filter (ebenfalls mit dem funktionsbezogenen Bezugszeichen F1 bezeichnet) im Strahlengang, die sicherstellen, dass im Wesentlichen keine Pumpstrahlung (LB, LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) dieser oder anderer Pumpstrahlungsquellen (LED, LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) den Fotodetektor (PD) oder die jeweilige Fotodetektorkomponente (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) der Fotodetektorkomponenten (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) des vektoriellen Fotodetektors (PD) erreichen. Vorzugsweise umfasst das zweite vektorielle optische System insbesondere einen zweiten Lichtwellenleiter (LWL) als ein solches zweites optisches Funktionselement oder insbesondere einen zweiten vektoriellen Lichtwellenleiter (LWL) mit mehrere Lichtwellenleitern (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) als ein solches zweites vektorielles optisches Funktionselement. Typischerweise und ganz besonders bevorzugt kann das zweite vektorielle optische System Vorrichtungsteile umfassen, die mit Vorrichtungsteilen des ersten optischen Systems identisch sind. Das hier vorgestellte Dokument verweist hier auf die Figuren und die zugehörigen Beschreibungen. Der vektorielle Sensorelementkanal umfasst vorzugsweise des Weiteren den Fotodetektor (PD), der typischerweise die Intensität der empfangenen Fluoreszenzstrahlung (FL) in ein Empfängerausgangssignal (S0) wandelt, oder den vektoriellen Fotodetektor (PD) umfassend mehrere Fotodetektoren (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) als Fotodetektorkomponenten, die jeweils die jeweilige Intensität der jeweils durch den jeweiligen Fotodetektoren (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) empfangenen jeweiligen Fluoreszenzstrahlungskomponente (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5) der vektoriellen Fluoreszenzstrahlung (FL) in ein jeweiliges Empfängerausgangssignal (S0_1, S0_2, S0_3, S0_4, S0_5) des jeweiligen Fotodetektors (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) als Empfängerausgangssignalkomponente eines vektoriellen Empfängerausgangssignals (S0) des vektoriellen Fotodetektors (PD) wandeln. Der vektorielle Sensorelementkanal umfasst des Weiteren vorzugsweise das Empfängerausgangssignal (S0) oder das vektorielle Empfängerausgangssignal (S0), das die Empfängerausgangssignale (S0_1, S0_2, S0_3, S0_4, S0_5) als Empfängerausgangssignalkomponente des vektoriellen Empfängerausgangssignals (S0). Vorzugsweise weist der vektorielle Sensorelementkanal einen ersten Verstärker (V1) zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfängerausgangssignal (S0) zum verstärkten Empfängerausgangssignal (S1) bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal (S1) auf oder einen ersten vektoriellen Verstärker (V1) umfassend mehrere erste Verstärker (V1_1, V1_2, V1_3, V1_4, V1_5) als erste Verstärkerkomponenten des ersten vektoriellen Verstärkers (V1) zur jeweiligen Verstärkung und/oder jeweiligen Digitalisierung einer jeweiligen Empfängerausgangssignalkomponente (S0_1, S0_2, S0_3, S0_4, S0_5) des vektoriellen Empfängerausgangssignals (S0) zu einer jeweiligen verstärkten Empfängerausgangssignalkomponente (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) des vektoriellen verstärkten Empfängerausgangssignals (S1) bzw. zu einer jeweiligen digitalisierten Empfängerausgangssignalkomponente (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) des vektoriellen digitalisierten Empfängerausgangssignals (S1) auf. Außerdem umfasst bevorzugt und im Gegensatz zum Stand der Technik der vektorielle Sensorelementkanal einen Mehrfachkorrelator (LIV) auf, der vorzugsweise dazu eingerichtet ist,
- • ein Filterausgangssignal (S4) in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal (S1) bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal (S1) und von dem LED-Modulationssignal (S5w) und von dem Mikrowellenmodulationssignal (S5m) zu bilden und
- • Daten des so gebildeten Filterausgangssignals (S4) der Steuervorrichtung (CTR) zur Verfügung zu stellen und/oder
- • Daten des so gebildeten Filterausgangssignals (S4) insbesondere für die Steuervorrichtung (CTR) bereit zu halten und/oder a
- • Daten des so gebildeten Filterausgangssignals (S4) an die Steuervorrichtung (CTR) oder eine andere Vorrichtung (z.B. die Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung zu übertragen
- • jeweils ein jeweiliges Filterausgangssignal (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) als jeweilige Filterausgangssignalkomponente eines gemeinsamen vektoriellen Filterausgangssignals (S4) in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen verstärkten Empfängerausgangssignalkomponente (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) des vektoriellen verstärkten Empfängerausgangssignals (S1) bzw. in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen digitalisierten Empfängerausgangssignalkomponente (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) des vektoriellen digitalisierten Empfängerausgangssignals (S1) und in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen LED-Modulationssignalkomponente (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5) des vektoriellen LED-Modulationssignal (S5w) und in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen Mikrowellenmodulationssignalkomponente (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) des vektoriellen Mikrowellenmodulationssignals (S5m) zu bilden und
- • Daten des so gebildeten vektoriellen Filterausgangssignals (S4) der Steuervorrichtung (CTR) zur Verfügung zu stellen und/oder
- • Daten des so gebildeten vektoriellen Filterausgangssignals (S4) für die Steuervorrichtung (CTR) bereit zu halten und/oder
- • Daten des so gebildeten vektoriellen Filterausgangssignals (S4) an die Steuervorrichtung (CTR) oder eine andere Vorrichtung (z.B. den Mustererkenner (MEV) insbesondere zur Auswertung zu übertragen.
- • to form a filter output signal (S4) depending on the amplified receiver output signal (S1) or on the digitized receiver output signal (S1) and on the LED modulation signal (S5w) and on the microwave modulation signal (S5m) and
- • To make data of the filter output signal (S4) formed in this way available to the control device (CTR) and/or
- • To keep data of the filter output signal (S4) formed in this way available, in particular for the control device (CTR) and/or a
- • To transmit data of the filter output signal (S4) formed in this way to the control device (CTR) or another device (eg the pattern recognition device MEV), in particular for evaluation
- • a respective filter output signal (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) as a respective filter output signal component of a common vectorial filter output signal (S4) depending on the respective amplified receiver output signal component (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) of the vectorial amplified receiver output signal ( S1) or depending on the respective digitized receiver output signal component (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) of the vectorial digitized receiver output signal (S1) and depending on the respective LED modulation signal component (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5 ) of the vector LED modulation signal (S5w) and depending on the respective microwave modulation signal component (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) of the vector microwave modulation signal (S5m) and
- • To make data of the vectorial filter output signal (S4) formed in this way available to the control device (CTR) and/or
- • To keep data of the vectorial filter output signal (S4) formed in this way ready for the control device (CTR) and/or
- • To transmit data from the vectorial filter output signal (S4) formed in this way to the control device (CTR) or another device (eg the pattern recognizer (MEV), in particular for evaluation.
Der vektorielle Sensorelementkanal kann dabei eine optionale Mustererkennungsvorrichtung (MEV) zusätzlich zur Beschleunigung und/oder Entlastung beispielsweise der Steuervorrichtung (CTR) umfassen. Typischerweise sind diese optionale Mustererkennungsvorrichtung (MEV) und/oder die Steuervorrichtung (CTR) dazu eingerichtet, ein oder mehrere vektorielle Filterausgangssignale (S4, S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) und/oder das gemeinsame vektorielle Filterausgangssignal (S4) auszuwerten und/oder zu analysieren und/oder mittels computerimplementierter Verfahren zu verarbeiten und/oder einen oder mehrere Musterdatensätze (MDS) zu erzeugen und anderen externen Systemen und/oder internen Vorrichtungsteilen (CTR) zur Verfügung zu stellen und/oder bereitzuhalten und/oder zu übergeben .The vector sensor element channel can include an optional pattern recognition device (MEV) in addition to accelerating and/or relieving the control device (CTR), for example. Typically, this optional pattern recognition device (MEV) and/or the control device (CTR) are set up to evaluate one or more vectorial filter output signals (S4, S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) and/or the common vectorial filter output signal (S4) and/or or to analyze and/or process using computer-implemented methods and/or one or more sample data to generate ten sets (MDS) and to make them available and/or to keep them available and/or to hand them over to other external systems and/or internal device parts (CTR).
Vorzugsweise ist zumindest eine, besser zwei, besser drei, besser vier, besser fünf der folgenden Vorrichtungsteilgruppen vektoriell ausgelegt:
- • Gruppe 1: Der erste vektorielle Signalgenerator (G1), das vektorielle LED-Modulationssignal (S5w), der vektorielle Lichtquellentreiber (LDRV), das vektorielle Sendesignal (S5), die vektorielle Lichtquelle (LED).
- • Gruppe 2: das erste vektorielle optische System.
- • Gruppe 3: vektorielle Sensorelement (SE).
- • Gruppe 4: das zweite vektorielle optische System
- • Gruppe 5: der vektorielle Fotodetektor (PD), das vektorielle Empfängerausgangssignal (S0), der vektorielle erste Verstärker (V1), das verstärkte Empfängerausgangssignal (S1) bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal (S1), der vektorielle Mehrfachkorrelators (LIV).
- • Group 1: The first vector signal generator (G1), the vector LED modulation signal (S5w), the vector light source driver (LDRV), the vector transmit signal (S5), the vector light source (LED).
- • Group 2: the first vector optical system.
- • Group 3: vector sensor element (SE).
- • Group 4: the second vector optical system
- • Group 5: the vector photodetector (PD), the vector receiver output signal (S0), the vector first amplifier (V1), the amplified receiver output signal (S1) or the digitized receiver output signal (S1), the vector multiple correlator (LIV).
Dies kann zusammengefasst werden in eine Anforderung, dass vorzugsweise zumindest Teilgruppen des Sensorelementkanals vektoriell ausgelegt sind.This can be summarized in a requirement that preferably at least subgroups of the sensor element channel are designed vectorially.
MikrooptikMicro optics
Das Trägersubstrat (1360) kann dabei auch mikrooptische Funktionselemente umfassen. Hier eine beispielhafte unvollständige Liste:
- - Mikrooptische Linsen: Mikrooptische Linsen werden verwendet, um Licht zu fokussieren oder zu kollimieren. Sie bestehen oft aus einer Sammellinse oder einer Mikrolinse, die in den Wafer integriert werden kann.
- - Mikrostrukturierte optische Filter: Diese Filter nutzen mikrooptische Strukturen, um bestimmte Wellenlängenbereiche zu blockieren oder durchzulassen. Beispiele hierfür sind Mikro-Gitterfilter oder mikrooptische Interferenzfilter.
- - Mikrooptische Wellenleiter: Mikrooptische Wellenleiter werden verwendet, um Licht innerhalb des Wafers zu führen und zu leiten. Sie können beispielsweise in Form von mikrooptischen Fasern oder Wellenleiterstrukturen realisiert werden.
- - Mikrospiegel: Mikrospiegel bestehen aus kleinen, beweglichen Spiegeln, die das einfallende Licht in verschiedene Richtungen reflektieren können. Sie ermöglichen die optische Steuerung von Lichtstrahlen und werden oft in der optischen Kommunikation oder in der optischen Schaltertechnologie eingesetzt.
- - Mikrostrukturen für die Oberflächenstrukturierung: Mikrooptische Oberflächenstrukturen können verwendet werden, um das einfallende Licht zu streuen, zu brechen oder zu polarisieren. Solche Strukturen können beispielsweise in Form von Mikroprismen, Mikrogittern oder Mikroreliefs realisiert werden.
- - Mikrooptische Beugungsgitter: Mikrooptische Beugungsgitter bestehen aus regelmäßigen mikrooptischen Strukturen, die das einfallende Licht in verschiedene Beugungsordnungen aufspalten. Sie werden häufig in spektralen Analysegeräten oder als optische Kodierstrukturen eingesetzt.
- - Mikrooptische Phasenelemente: Mikrooptische Phasenelemente ermöglichen die Manipulation der Phasen des einfallenden Lichts. Dazu gehören zum Beispiel Mikrooptische Phasengitter, die die Phasenverteilung des Lichts modulieren und zur Erzeugung von Interferenzmustern verwendet werden können.
- - Mikrooptische Detektoren: Mikrooptische Detektoren sind optische Sensoren, die in den Wafer integriert werden können. Sie können zum Beispiel Fotodioden, Fototransistoren oder andere lichtempfindliche Elemente umfassen. Diese Detektoren wandeln Lichtsignale in elektrische Signale um und werden in optischen Kommunikationssystemen oder Sensoren eingesetzt.
- - Mikrooptische Strahlteiler und Koppler: Diese Funktionselemente ermöglichen die Aufteilung oder Kopplung von Licht in mehrere Kanäle. Sie werden oft in optischen Kommunikationssystemen, optischen Schaltern oder optischen Sensoren eingesetzt.
- - Mikrooptische Hohlraumresonatoren: Mikrooptische Hohlraumresonatoren bestehen aus mikrostrukturierten Materialien, die Licht in einem begrenzten Volumen einschließen und bestimmte Resonanzmoden aufweisen. Sie werden in optischen Filtern, Lasern oder als optische Verstärker verwendet.
- - Micro-optical lenses: Micro-optical lenses are used to focus or collimate light. They often consist of a converging lens or a microlens that can be integrated into the wafer.
- - Microstructured optical filters: These filters use micro-optical structures to block or pass certain wavelength ranges. Examples of this are micro-grid filters or micro-optical interference filters.
- - Micro-optical waveguides: Micro-optical waveguides are used to guide and direct light within the wafer. They can be realized, for example, in the form of micro-optical fibers or waveguide structures.
- - Micromirrors: Micromirrors consist of small, movable mirrors that can reflect incident light in different directions. They enable the optical control of light beams and are often used in optical communication or in optical switch technology.
- - Microstructures for surface structuring: Micro-optical surface structures can be used to scatter, refract or polarize the incident light. Such structures can be realized, for example, in the form of microprisms, microgrids or microreliefs.
- - Micro-optical diffraction gratings: Micro-optical diffraction gratings consist of regular micro-optical structures that split the incident light into different diffraction orders. They are often used in spectral analysis devices or as optical coding structures.
- - Micro-optical phase elements: Micro-optical phase elements allow the phases of the incident light to be manipulated. These include, for example, micro-optical phase gratings, which modulate the phase distribution of light and can be used to generate interference patterns.
- - Micro-optical detectors: Micro-optical detectors are optical sensors that can be integrated into the wafer. They can include, for example, photodiodes, phototransistors or other light-sensitive elements. These detectors convert light signals into electrical signals and are used in optical communication systems or sensors.
- - Micro-optical beam splitters and couplers: These functional elements enable the division or coupling of light into multiple channels. They are often used in optical communication systems, optical switches or optical sensors.
- - Micro-optical cavity resonators: Micro-optical cavity resonators are made of microstructured materials that confine light in a limited volume and have specific resonance modes. They are used in optical filters, lasers or as optical amplifiers.
In der NV-Zentren-Sensorik und/oder der Sensorik paramagnetischer Zentren können mikrooptische Vorrichtungen in Kombination mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren verwendet werden, um Informationen über analytische Substanzen und/oder physikalische Parameter in der Umgebung der NV-zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu erhalten. Das hier vorgelegte Dokument nennt einige Wechselwirkungen zwischen mikrooptischen Vorrichtungen und NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in der NV-Zentren-Sensorik und/oder der Sensorik paramagnetischer Zentren:
- 1. Lichtemission und -absorption: NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren können Licht emittieren und absorbieren, wobei ihre optischen Eigenschaften von der Umgebung und den Wechselwirkungen mit analytischen Substanzen und/oder physikalischen Parametern in der Umgebung der NV-zentren und/oder paramagnetischen Zentren beeinflusst werden. Mikrooptische Vorrichtungen wie Mikrospiegel, Mikroresonatoren oder mikrostrukturierte optische Wellenleiter können verwendet werden, um mit dem Licht NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu steuern und zu manipulieren. Durch die Beobachtung von Veränderungen in der Lichtemission oder -absorption der paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren können Informationen über analysierte Substanzen und/oder physikalische Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren gewonnen werden.
- 2. Lichtführung und -kopplung: Mikrooptische Vorrichtungen können verwendet werden, um Licht auf die NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu fokussieren, zu lenken oder zu koppeln. Durch die präzise Steuerung des Lichtwegs und der Lichtintensität können gezielte Wechselwirkungen zwischen dem Licht und den NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren hergestellt werden. Dies ermöglicht die Detektion von optischen Signaländerungen, die auf die Anwesenheit oder Interaktion von analytischen Substanzen und/oder physikalische Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zurückzuführen sind.
- 3. Plasmonische Wechselwirkungen: Mikrooptische Vorrichtungen können plasmonische Strukturen enthalten, die die Wechselwirkung zwischen Licht und NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren verstärken. Plasmonische Effekte können genutzt werden, um die Empfindlichkeit und Auflösung der NV-Zentren-Sensorik und/oder der Sensorik paramagnetischer Zentren zu verbessern. Durch die Integration von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in plasmonische Strukturen können kleinste Veränderungen in der optischen Eigenschaft der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren detektiert werden, was zu hoher Empfindlichkeit bei der Detektion von Analyten und/oder physikalischer Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren führt.
- 4. Spektrale Analyse: Mikrooptische Vorrichtungen können verwendet werden, um das emittierte oder absorbierte Licht von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren spektral zu analysieren. Durch die Aufspaltung des Lichts in verschiedene spektrale Komponenten können Informationen über die spektrale Signatur der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren und deren Veränderungen aufgrund von Wechselwirkungen mit analytischen Substanzen und/oder physikalischen Parametern in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren erhalten werden.
- 5. Interferenz und Modulation: Mikrooptische Vorrichtungen können Interferenz- und Modulationstechniken nutzen, um Veränderungen in der optischen Phase oder Intensität zu erfassen. Durch die Integration von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in Interferometer- oder Modulationsstrukturen können geringfügige Veränderungen in den optischen Eigenschaften der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren detektiert werden, die auf die Anwesenheit oder Interaktion von analytischen Substanzen und/oder Änderungen physikalischer Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren hinweisen.
- 6. Kohärenzeffekte: NV-Zentren und/oder paramagnetische Zentren können kohärente optische Signale erzeugen, die zur Messung von Phasen- und Frequenzänderungen verwendet werden können. Mikrooptische Vorrichtungen können dazu dienen, die Kohärenz der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren zu erhalten und zu verbessern. Durch die präzise Kontrolle der Kohärenzeigenschaften können subtile optische Signale detektiert werden, die auf die Anwesenheit oder Wechselwirkung mit analytischen Substanzen und/oder Änderungen physikalischer Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren hinweisen.
- 7. Polarisationsempfindlichkeit: NV-Zentren und/oder der paramagnetische Zentren zeigen eine starke Empfindlichkeit gegenüber der Polarisation des Lichts. Mikrooptische Vorrichtungen können dazu verwendet werden, die Polarisation des Lichts, das auf die NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren trifft, zu manipulieren und zu analysieren. Durch die Messung von Polarisationseffekten können Informationen über die Umgebung der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren und die Wechselwirkungen mit analytischen Substanzen und/oder mit physikalischen Parametern in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren gewonnen werden.
- 8. Nahfeldoptik: Mikrooptische Vorrichtungen können in Kombination mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zur Nahfeldoptik genutzt werden. Dies ermöglicht die Manipulation und Erfassung von Licht im Bereich des optischen Nahfelds, was eine hohe räumliche Auflösung und beispielsweise eine verbesserte Wechselwirkung mit analytischen Substanzen und/oder physikalischen Parametern in der Nähe der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren bietet. Durch die gezielte Kontrolle des Lichtfelds in der Nähe der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren können Informationen über die Substanzen in unmittelbarer Nähe und/oder physikalischer Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren erhalten werden.
- 9. Integration von Mikrolinsen oder Mikroobjektiven: Mikrooptische Vorrichtungen können Mikrolinsen oder Mikroobjektive enthalten, die dazu dienen, das Licht auf die NV-Zentren und/oder die paramagnetischen Zentren zu fokussieren oder das emittierte Licht zu sammeln. Durch die präzise Kontrolle der Linsenposition und -geometrie können optimale Lichtverhältnisse für die Wechselwirkung mit analytischen Substanzen und/oder physikalischen Parametern in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren geschaffen werden.
- 10. Wellenleiter-Integration: Mikrooptische Vorrichtungen können optische Wellenleiterstrukturen enthalten, die das Licht zu den NV-Zentren und/oder den paramagnetischen Zentren leiten oder das emittierte Licht sammeln. Durch die Integration von NV-Zentren und/oder von paramagnetischen Zentren in diese Wellenleiterstrukturen können die Wechselwirkungen zwischen dem Licht und den analytischen Substanzen und/oder physikalischen Parametern in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren verstärkt und gezielt gesteuert werden.
- 1. Light emission and absorption: NV centers and/or paramagnetic centers can emit and absorb light, their optical properties depending on the environment and the interactions with analytical substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers are influenced. Micro-optical devices such as micromirrors, microresonators or microstructured optical waveguides can be used to control and manipulate NV centers and/or paramagnetic centers with the light. By observing changes in the light emission or absorption of the paramagnetic centers and/or NV centers, information about analyzed substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers can be obtained.
- 2. Light guidance and coupling: Micro-optical devices can be used to focus, direct or couple light to the NV centers and/or paramagnetic centers. By precisely controlling the light path and light intensity, targeted interactions can be established between the light and the NV centers and/or paramagnetic centers. This enables the detection of optical signal changes that are due to the presence or interaction of analytical substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 3. Plasmonic interactions: Micro-optical devices can contain plasmonic structures that enhance the interaction between light and NV centers and/or paramagnetic centers. Plasmonic effects can be used to improve the sensitivity and resolution of NV center sensing and/or paramagnetic center sensing. By integrating NV centers and/or paramagnetic centers into plasmonic structures, the smallest changes in the optical properties of the NV centers and/or paramagnetic centers can be detected, resulting in high sensitivity in the detection of analytes and/or physical parameters in the Environment of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 4. Spectral analysis: Micro-optical devices can be used to spectrally analyze the emitted or absorbed light from NV centers and/or paramagnetic centers. By splitting the light into different spectral components, information can be obtained about the spectral signature of the NV centers and/or paramagnetic centers and their changes due to interactions with analytical substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers be received.
- 5. Interference and Modulation: Micro-optical devices can utilize interference and modulation techniques to detect changes in optical phase or intensity. By integrating NV centers and/or paramagnetic centers into interferometer or modulation structures, minor changes in the optical properties of the NV centers and/or paramagnetic centers can be detected, which are due to the presence or interaction of analytical substances and/or changes in physical properties Parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers indicate.
- 6. Coherence effects: NV centers and/or paramagnetic centers can produce coherent optical signals that can be used to measure phase and frequency changes. Micro-optical devices can serve to maintain and improve the coherence of the NV centers and/or the paramagnetic centers. By precisely controlling the coherence properties, subtle optical signals can be detected that indicate the presence or interaction with analytical substances and/or changes in physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 7. Polarization sensitivity: NV centers and/or the paramagnetic centers show a strong sensitivity to the polarization of light. Micro-optical devices can be used to control the polarization of the light incident on the NV centers and/or the paramagnetic Centers to manipulate and analyze. By measuring polarization effects, information can be obtained about the surroundings of the NV centers and/or the paramagnetic centers and the interactions with analytical substances and/or with physical parameters in the surroundings of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 8. Near-field optics: Micro-optical devices can be used in combination with NV centers and/or paramagnetic centers for near-field optics. This enables the manipulation and detection of light in the optical near field region, which offers high spatial resolution and, for example, improved interaction with analytical substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers. By specifically controlling the light field in the vicinity of the NV centers and/or the paramagnetic centers, information about the substances in the immediate vicinity and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers can be obtained.
- 9. Integration of microlenses or microobjectives: Microoptical devices may contain microlenses or microobjectives that serve to focus the light on the NV centers and/or the paramagnetic centers or to collect the emitted light. By precisely controlling the lens position and geometry, optimal lighting conditions can be created for interaction with analytical substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 10. Waveguide integration: Micro-optical devices can contain optical waveguide structures that guide the light to the NV centers and/or the paramagnetic centers or collect the emitted light. By integrating NV centers and/or paramagnetic centers into these waveguide structures, the interactions between the light and the analytical substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers can be strengthened and controlled in a targeted manner.
Diese Wechselwirkungen zwischen mikrooptischen Vorrichtungen und NV-Zentren und/oder den paramagnetischen Zentren eröffnen eine breite Palette von Anwendungen in der optischen Sensorik, der chemischen Analyse, der Biotechnologie und anderen Bereichen. Durch die Integration von NV-Zentren und/oder den paramagnetischen Zentren in mikrooptische Systeme können hochempfindliche, hochauflösende und präzise Messungen von analytischen Substanzen und/oder physikalischen Parametern in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren ermöglicht werden.These interactions between micro-optical devices and NV centers and/or the paramagnetic centers open up a wide range of applications in optical sensing, chemical analysis, biotechnology and other areas. By integrating NV centers and/or the paramagnetic centers into micro-optical systems, highly sensitive, high-resolution and precise measurements of analytical substances and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers can be made possible.
MikrofluidikMicrofluidics
In der Mikrofluidik gibt es verschiedene Funktionselemente, die für die Integration in das Trägersubstrat (1360) in Frage kommen. Hier sind einige Beispiele:
- - Mikrokanäle: Mikrokanäle sind winzige Kanäle, die Flüssigkeiten oder Gase auf mikroskopischer Skala transportieren können. Sie können in den Wafer integriert werden, um Fluidströme zu lenken, zu mischen oder zu trennen. Mikrokanäle können beispielsweise für die Durchführung von Lab-on-a-Chip-Anwendungen, zur Analyse von biologischen Proben oder für die chemische Reaktionstechnik verwendet werden.
- - Mikroventile: Mikroventile dienen zur Steuerung des Flusses in Mikrokanälen. Sie ermöglichen das Öffnen, Schließen oder Regulieren des Flüssigkeitsstroms. Mikroventile können beispielsweise in mikrofluidischen Systemen eingesetzt werden, um den Fluss zu stoppen oder umzuleiten und damit eine Wechselwirkung zwischen den NV-zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu beeinflussen.
- - Mikropumpen: Mikropumpen erzeugen Druckunterschiede, um Flüssigkeiten in Mikrokanälen zu bewegen. Sie können beispielsweise mit Hilfe von piezoelektrischen oder elektro-osmotischen Effekten arbeiten. Mikropumpen ermöglichen die aktive Steuerung des Flusses und finden Anwendung in verschiedenen Bereichen wie medizinischer Diagnostik, chemischer Analytik oder Mikroreaktionssystemen.
- - Mikrostrukturierte Mischkammern: Mikrostrukturierte Mischkammern werden verwendet, um Flüssigkeiten oder Gase effizient zu mischen. Sie enthalten spezielle Strukturen wie Wirbelgeneratoren oder mikrostrukturierte Hindernisse, um eine schnelle und homogene Mischung zu erreichen. Mikrostrukturierte Mischkammern finden Anwendung in chemischen Reaktionssystemen, biologischen Analysen oder in der Lab-on-a-Chip-Technologie.
- - Mikrofilter und Separationsstrukturen: Mikrofilter und Separationsstrukturen dienen zur Trennung von Partikeln oder Verunreinigungen in Flüssigkeiten. Sie können beispielsweise aus mikrostrukturierten Membranen, Mikro-Gewebe- oder Mikro-Sieben bestehen. Solche Strukturen werden in der Mikrofluidik verwendet, um Proben zu filtern, Zellen zu sortieren oder Partikel abzutrennen.
- - Microchannels: Microchannels are tiny channels that can transport liquids or gases on a microscopic scale. They can be integrated into the wafer to direct, mix or separate fluid flows. Microchannels can be used, for example, to carry out lab-on-a-chip applications, to analyze biological samples or for chemical reaction engineering.
- - Microvalves: Microvalves are used to control flow in microchannels. They allow you to open, close or regulate the flow of liquid. Microvalves can be used, for example, in microfluidic systems to stop or redirect the flow and thus influence an interaction between the NV centers and/or paramagnetic centers.
- - Micropumps: Micropumps create pressure differences to move liquids in microchannels. For example, you can work with the help of piezoelectric or electro-osmotic effects. Micropumps enable active flow control and are used in various areas such as medical diagnostics, chemical analysis or microreaction systems.
- - Microstructured mixing chambers: Microstructured mixing chambers are used to efficiently mix liquids or gases. They contain special structures such as vortex generators or microstructured obstacles to achieve rapid and homogeneous mixing. Microstructured mixing chambers are used in chemical reaction systems, biological analyzes or in lab-on-a-chip technology.
- - Microfilters and separation structures: Microfilters and separation structures are used to separate particles or impurities in liquids. For example, they can be made of microstructured Membranes, micro-fabric or micro-sieves exist. Such structures are used in microfluidics to filter samples, sort cells or separate particles.
Diese Funktionselemente können in das Trägersubstrat (1360) bei Bedarf integriert werden, indem sie mit Hilfe von Mikrofabrikationsprozessen wie der Fotolithographie, der Ätztechnik, der additiven Fertigung, des Spritzgusses oder der Beschichtungstechnik etc. erzeugt werden. Die Integration von Mikrofluidikelementen in das Trägersubstrat (1360) ermöglicht die Miniaturisierung und Integration von Flüssigkeitsmanipulationssystemen auf einem Chip.These functional elements can be integrated into the carrier substrate (1360) if necessary by producing them using microfabrication processes such as photolithography, etching technology, additive manufacturing, injection molding or coating technology, etc. The integration of microfluidic elements into the carrier substrate (1360) enables the miniaturization and integration of liquid manipulation systems on a chip.
In der NV-Zentren-Sensorik und/oder der Sensorik mit paramagnetischen Zentren können mikrofluidische Vorrichtungen in Kombination mit NV-Zentren bzw. paramagnetischen Zentren verwendet werden, um Informationen über analytische Substanzen und/oder physikalische Parameter in der Nähe der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu erhalten. Hier sind einige bekannte Wechselwirkungen zwischen mikrofluidischen Vorrichtungen und NV-Zentren in der NV-Zentren-Sensorik und/oder der Sensorik mittels paramagnetischer Zentren. Das hier vorgelegte Dokument beschreibt hiermit die Kombination der hier vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen auf Basis einer Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen (ND) mit den im Folgenden beispielhaft aufgelisteten Wechselwirkungen:
- 1. Fluoreszenzdetektion: Paramagnetische Zentren und/oder NV-Zentren können Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren, das als fluoreszentes Signal detektiert werden kann. Mikrofluidische Vorrichtungen können verwendet werden, um Proben mit analytischen Substanzen in der Nähe der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu platzieren. Wenn die analytischen Substanzen mit den NV-Zentren und/oder den paramagnetischen Zentren wechselwirken, können Änderungen im jeweiligen Fluoreszenzsignal beobachtet werden. Dies ermöglicht die Detektion und Quantifizierung von Analyten und/oder die Detektion von Änderungen physikalischer Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren.
- 2. Magnetfeldmessungen: NV-Zentren und/oder paramagnetische Zentren zeigen eine empfindliche Abhängigkeit ihrer optischen Eigenschaften von Magnetfeldern. Mikrofluidische Vorrichtungen können verwendet werden, um Proben mit magnetischen Substanzen in der Nähe der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu platzieren. Die Wechselwirkung zwischen den magnetischen Substanzen und den NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren führt zu Änderungen im jeweiligen optischen Fluoreszenzsignal der Intensität (Iist(t)) der Fluoreszenzstrahlung (FL), die zur Messung von Magnetfeldern genutzt werden können.
- 3. Oberflächenplasmonenresonanz (SPR): Mikrofluidische Vorrichtungen können speziell gestaltete Oberflächenstrukturen enthalten, die die Wechselwirkung zwischen NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren einerseits und analytischen Substanzen andererseits verstärken. Durch die Kombination von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren mit Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) können winzige Änderungen in der optischen Eigenschaft der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren detektiert werden, was zu hoher Empfindlichkeit bei der Detektion von Analyten und/oder der Detektion von Änderungen physikalischer Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren führt.
- 4. Chemische Reaktionen: Mikrofluidische Vorrichtungen können verwendet werden, um chemische Reaktionen zwischen analytischen Substanzen einerseits und NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu ermöglichen. Durch die präzise Steuerung von Reaktionsbedingungen wie Temperatur, Druck und Flussrate können spezifische chemische Reaktionen initiiert und verfolgt werden. Die resultierenden Veränderungen in den optischen oder magnetischen Eigenschaften der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren können Informationen über die analysierten Substanzen und/oder Informationen über physikalische Parametern in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren liefern.
- 1. Fluorescence detection: Paramagnetic centers and/or NV centers can emit fluorescence radiation (FL), which can be detected as a fluorescent signal. Microfluidic devices can be used to place samples containing analytical substances near the NV centers and/or paramagnetic centers. If the analytical substances interact with the NV centers and/or the paramagnetic centers, changes in the respective fluorescence signal can be observed. This enables the detection and quantification of analytes and/or the detection of changes in physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 2. Magnetic field measurements: NV centers and/or paramagnetic centers show a sensitive dependence of their optical properties on magnetic fields. Microfluidic devices can be used to place samples containing magnetic substances near the NV centers and/or paramagnetic centers. The interaction between the magnetic substances and the NV centers and/or paramagnetic centers leads to changes in the respective optical fluorescence signal of the intensity (I is (t)) of the fluorescence radiation (FL), which can be used to measure magnetic fields.
- 3. Surface plasmon resonance (SPR): Microfluidic devices can contain specially designed surface structures that enhance the interaction between NV centers and/or paramagnetic centers on the one hand and analytical substances on the other. By combining NV centers and/or paramagnetic centers with surface plasmon resonance (SPR), minute changes in the optical property of the NV centers and/or paramagnetic centers can be detected, resulting in high sensitivity in the detection of analytes and/or detection of changes in physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 4. Chemical reactions: Microfluidic devices can be used to enable chemical reactions between analytical substances and NV centers and/or paramagnetic centers. By precisely controlling reaction conditions such as temperature, pressure and flow rate, specific chemical reactions can be initiated and monitored. The resulting changes in the optical or magnetic properties of the NV centers and/or paramagnetic centers can provide information about the substances analyzed and/or information about physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers.
Diese Wechselwirkungen ermöglichen die Anwendung von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in der Sensordiagnostik, der chemischen Analytik, der medizinischen Diagnostik und anderen Bereichen. Die Integration von mikrofluidischen Vorrichtungen erlaubt eine präzise Steuerung der Probenumgebung und eine effiziente Analyse von Analyten durch die Nutzung der einzigartigen optischen und magnetischen Eigenschaften der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren.These interactions enable the application of NV centers and/or paramagnetic centers in sensor diagnostics, chemical analysis, medical diagnostics and other areas. The integration of microfluidic devices allows precise control of the sample environment and efficient analysis of analytes by exploiting the unique optical and magnetic properties of NV centers and/or paramagnetic centers.
MikromechanikMicromechanics
In der Mikromechanik gibt es verschiedene Funktionselemente, die für die Integration in das Trägersubstrat (1360) in Frage kommen. Hier sind einige Beispiele:
- - Mikroaktoren: Mikroaktoren sind mechanische Bauteile, die translatorische und/oder rotatorische Bewegungen oder Verformungen auf mikroskopischer Skala erzeugen können. Sie können beispielsweise in Form von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) realisiert werden und verschiedene Aktionsprinzipien umfassen, wie zum Beispiel elektrostatische, piezoelektrische oder elektromagnetische Aktoren. Mikroaktoren finden Anwendung in Bereichen wie der Optik, der Robotik, der Sensorik oder der Medizintechnik.
- - Mikrosensoren: Mikrosensoren dienen zur Erfassung physikalischer Größen wie Druck, Temperatur, Beschleunigung oder chemischer Parameter auf mikroskopischer Skala. Sie können beispielsweise in Form von MEMS-Sensoren realisiert werden und verschiedene Wirkprinzipien umfassen, wie zum Beispiel Kapazitanz, piezoresistive oder optische Sensoren. Mikrosensoren werden in vielen Anwendungen eingesetzt, darunter Automobilelektronik, medizinische Diagnostik, Umweltüberwachung und Industrieautomatisierung.
- - Mikrostrukturen: Mikrostrukturen umfassen eine Vielzahl von mikromechanischen Strukturen wie Balken, Federn, Hebel oder Zahnradsysteme. Diese Strukturen können verwendet werden, um mechanische Funktionen zu realisieren, wie zum Beispiel die Kraftübertragung, die Bewegungsumsetzung oder die Energieübertragung. Mikrostrukturen werden in vielen Anwendungen eingesetzt, darunter mechanische Schalter, Mikrogetriebe, Mikroaktuatoren oder Mikropumpen.
- - Mikroresonatoren: Mikroresonatoren sind mechanische Strukturen, die Schwingungen mit bestimmten Resonanzfrequenzen erzeugen können. Sie können beispielsweise in Form von Mikrobrücken, Mikroklammern oder Mikro-Biegebalken realisiert werden. Mikroresonatoren finden Anwendung in der Präzisionstechnik, der Frequenznormierung, der Sensorik oder der Schwingungsanalyse.
- - Mikrostrukturierungstechniken: Neben den einzelnen Funktionselementen sind auch mikrofabrikationstechnische Verfahren und Techniken Teil der Mikromechanik. Dazu gehören beispielsweise die fotolithographische Strukturierung, die Ätztechnik, die Dünnschichttechnologie oder die Mikrofertigungstechniken. Diese Techniken ermöglichen die präzise Herstellung von mikromechanischen Strukturen und die Integration von Funktionselementen in einen Wafer.
- - Microactuators: Microactuators are mechanical components that can generate translational and/or rotational movements or deformations on a microscopic scale. They can, for example, be implemented in the form of microelectromechanical systems (MEMS) and include various action principles, such as electrostatic, piezoelectric or electromagnetic actuators. Microactuators are used in areas such as optics, robotics, sensors and medical technology.
- - Microsensors: Microsensors are used to record physical quantities such as pressure, temperature, acceleration or chemical parameters on a microscopic scale. They can be implemented, for example, in the form of MEMS sensors and include various operating principles, such as capacitance, piezoresistive or optical sensors. Microsensors are used in many applications including automotive electronics, medical diagnostics, environmental monitoring and industrial automation.
- - Microstructures: Microstructures include a variety of micromechanical structures such as beams, springs, levers or gear systems. These structures can be used to realize mechanical functions such as power transmission, motion conversion or energy transfer. Microstructures are used in many applications, including mechanical switches, microgears, microactuators or micropumps.
- - Microresonators: Microresonators are mechanical structures that can generate vibrations with specific resonance frequencies. They can be realized, for example, in the form of micro-bridges, micro-clamps or micro-bending beams. Microresonators are used in precision engineering, frequency normalization, sensor technology or vibration analysis.
- - Microstructuring techniques: In addition to the individual functional elements, microfabrication processes and techniques are also part of micromechanics. These include, for example, photolithographic structuring, etching technology, thin-film technology or micromanufacturing techniques. These techniques enable the precise production of micromechanical structures and the integration of functional elements into a wafer.
Die Integration dieser Funktionselemente und Techniken in dem Trägersubstrat (1360) ermöglicht die Herstellung von Mikromechanik-basierten Bauteilen und Systemen auf einem Chip.The integration of these functional elements and techniques in the carrier substrate (1360) enables the production of micromechanics-based components and systems on a chip.
Die Kombination von mikromechanischen Vorrichtungen, insbesondere, wenn diese ferro- oder permanentmagnetische Vorrichtungsteile umfassen, mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in der NV-Zentren-Sensorik und/oder der Sensorik paramagnetischer Zentren ermöglicht die Nutzung der einzigartigen Eigenschaften von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren für die Detektion und Charakterisierung von analytischen Substanzen und/oder physikalischen Parametern in der Nähe der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren. Hier sind einige bekannte Wechselwirkungen zwischen mikromechanischen Vorrichtungen und NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in der NV-Zentren-Sensorik und/oder in der Sensorik paramagnetischer Zentren:
- 1. Oberflächenfunktionalisierung: Mikromechanische Vorrichtungen können mit Oberflächenstrukturen oder Beschichtungen, insbesondere ferromagnetische oder permanentmagnetische Beschichtungen, versehen werden, um NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu immobilisieren oder zu positionieren und/oder magnetische Funktionselemente in die Nähe der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu bringen. Durch die gezielte Platzierung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in der Nähe der zu analysierenden Substanzen können spezifische Wechselwirkungen ermöglicht werden, die zu detektierbaren Veränderungen in den optischen oder magnetischen Eigenschaften der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren führen.
- 2. Schwingungsanalyse: Mikromechanische Vorrichtungen können verwendet werden, um die mechanischen Einflüsse auf NV-Zentren und/oder paramagnetische Zentren mittels ferro- und permanentmagnetischen Funktionselementen zu analysieren. Durch die Integration von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in mikromechanische Resonatoren oder Biegebalken und/oder ferro- oder permanentmagnetische Vorrichtungsteile können mechanische Kräfte oder Verformungen erfasst werden, die beispielsweise durch Wechselwirkungen mit analytischen Substanzen und/oder physikalische Parameter wie Druck, Beschleunigung, Rotation, Kraft, Spannung hervorgerufen werden. Diese Veränderungen können beispielsweise als Indikatoren für die Anwesenheit oder Konzentration der analytischen Substanzen und/oder physikalische Parameter dienen.
- 3. Kraftdetektion: NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren und/oder die Systeme aus diesen und ferromagnetische oder permanentmagnetische Vorrichtungsteilen können empfindlich auf mechanische Kräfte reagieren, die auf sie ausgeübt werden. Mikromechanische Vorrichtungen können verwendet werden, um die Wechselwirkungskräfte zwischen NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren einerseits und analytischen Substanzen zu erfassen. Durch die Messung der Änderungen in den optischen oder magnetischen Eigenschaften der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren können Informationen über die analysierten Substanzen und/oder Informationen über physikalische Parameter in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren und/oder über die ferro- oder permanentmagnetischen Vorrichtungsteile gewonnen werden.
- 4. Druck- und Spannungsmessung: NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren können als druck- und spannungsempfindliche Sensoren dienen. Mikromechanische Vorrichtungen können verwendet werden, um Druck- oder Spannungsänderungen in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren zu erzeugen, ggf. in Änderungen von Magnetfeldern zu wandeln und zu messen. Dies ermöglicht die Analyse von mechanischen Eigenschaften von Materialien oder die Detektion von Druck- oder Spannungsänderungen in analytischen Proben oder Materialien.
- 5. Akustische Detektion: Mikromechanische Vorrichtungen können als akustische Transduktoren fungieren, um Schallwellen zu erzeugen oder zu erfassen. Durch die Integration von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in solche Vorrichtungen können akustische Wechselwirkungen zwischen den NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren einerseits und den zu analysierenden Substanzen bzw. physikalischer Parameter andererseits beispielsweise mittels magnetischer Vorrichtungsteile erfasst werden. Dies ermöglicht die akustische Detektion und Charakterisierung von Analyten und/oder von physikalischen Parametern in der Umgebung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren.
- 1. Surface functionalization: Micromechanical devices can be provided with surface structures or coatings, in particular ferromagnetic or permanent magnetic coatings, in order to immobilize or position NV centers and/or paramagnetic centers and/or magnetic functional elements in the vicinity of the NV centers and/or to bring paramagnetic centers. By specifically placing the NV centers and/or paramagnetic centers in the vicinity of the substances to be analyzed, specific interactions can be made possible, which lead to detectable changes in the optical or magnetic properties of the NV centers and/or paramagnetic centers.
- 2. Vibration analysis: Micromechanical devices can be used to analyze the mechanical influences on NV centers and/or paramagnetic centers using ferromagnetic and permanent magnetic functional elements. By integrating NV centers and/or paramagnetic centers into micromechanical resonators or bending beams and/or ferromagnetic or permanent magnetic device parts, mechanical forces or deformations can be recorded, which are caused, for example, by interactions with analytical substances and/or physical parameters such as pressure, acceleration, Rotation, force, tension are caused. This change Changes can, for example, serve as indicators of the presence or concentration of the analytical substances and/or physical parameters.
- 3. Force detection: NV centers and/or paramagnetic centers and/or the systems of these and ferromagnetic or permanent magnetic device parts can react sensitively to mechanical forces exerted on them. Micromechanical devices can be used to detect the interaction forces between NV centers and/or paramagnetic centers on the one hand and analytical substances. By measuring the changes in the optical or magnetic properties of the NV centers and/or paramagnetic centers, information about the analyzed substances and/or information about physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers and/or about the ferro- or permanent-magnetic device parts can be obtained.
- 4. Pressure and voltage measurement: NV centers and/or paramagnetic centers can serve as pressure and voltage sensitive sensors. Micromechanical devices can be used to generate pressure or voltage changes in the surroundings of the NV centers and/or paramagnetic centers, if necessary to convert them into changes in magnetic fields and to measure them. This enables the analysis of mechanical properties of materials or the detection of pressure or stress changes in analytical samples or materials.
- 5. Acoustic detection: Micromechanical devices can act as acoustic transducers to generate or detect sound waves. By integrating NV centers and/or paramagnetic centers into such devices, acoustic interactions between the NV centers and/or paramagnetic centers on the one hand and the substances or physical parameters to be analyzed on the other hand can be detected, for example by means of magnetic device parts. This enables the acoustic detection and characterization of analytes and/or physical parameters in the vicinity of the NV centers and/or paramagnetic centers.
Diese direkten Wechselwirkungen zwischen mikromechanischen Vorrichtungen und NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren eröffnen neue Möglichkeiten für die Anwendung von NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren und indirekte Wechselwirkungen über magnetische ferromagnetische oder permanentmagnetische Vorrichtungsteile in der Sensorik, insbesondere in Bereichen wie der Materialcharakterisierung, der Umweltüberwachung, der medizinischen Diagnostik und der Nanotechnologie. Die genaue Ausgestaltung und Integration dieser Vorrichtungen hängen jedoch von den spezifischen Anwendungen ab.These direct interactions between micromechanical devices and NV centers and/or paramagnetic centers open up new possibilities for the application of NV centers and/or paramagnetic centers and indirect interactions via magnetic ferromagnetic or permanent magnetic device parts in sensor technology, especially in areas such as material characterization, environmental monitoring, medical diagnostics and nanotechnology. However, the exact design and integration of these devices depend on the specific applications.
Wesentliche Erkenntnis zur ProduzierbarkeitEssential insight into producibility
Bei der Ausarbeitung der technischen Lehre des hier vorgelegten Dokuments wurde erkannt, dass zwar die Verwendung vieler Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristalle (ND) zur einer Verschmierung der V-Formationen der Fluoreszenzstrukturen der Einkristalle (siehe
Je nach unbekannter Mikrowellenfrequenz (ωnk) und magnetischer Flussdichte (Bext) verschiebt sich die Position dieser V-Formation in dem Diagramm der
Aus der Verschiebung der V-Formation kann dann auf die magnetische Flussdichte Bext und die unbekannte Mikrowellenfrequenz ωnk geschlossen werden. Sofern zwei Mikrowellensignale mit zwei unbekannten Mikrowellenfrequenzen zugemischt werden, verdoppelt sich die V-Formation an zwei unterschiedlichen horizontalen Positionen. Damit kann über eine Kreuzkorrelation zwischen der V-Formation ohne Zumischung und mit den Formationen mit Zumischungen über die Mikrowellenfrequenzen auf das Mikrowellenspektrum der Zumischung geschlossen werden.The displacement of the V formation can then be used to determine the magnetic flux density B ext and the unknown microwave frequency ω nk . If two microwave signals with two unknown microwave frequencies are mixed together, the V formation doubles at two different horizontal positions. This means that the microwave spectrum of the admixture can be determined via a cross-correlation between the V formation without admixture and with the formations with admixtures via the microwave frequencies.
Um die unbekannte Mikrowellenfrequenz zu bestimmen, ist besonders vorteilhaft den markantesten Punkt der V-Formation zu bestimmen, da dieser unabhängig von äußeren Einflüssen in seiner Form ist und vorbekannt und vorbestimmbar ist. Dies ist die Spitze (530) der V-Formation (522, 525) Statt der Spitze (530) der V-Formation (522, 525) können selbstverständlich auch funktionsäquivalente Informationen, wie z.B. zwei Punkte auf dem linken Ast der V-Formation und zwei Punkte auf dem rechten Ast der V-Formation verwendet werden. Die Steigungen der Graden durch die zwei Punkte auf dem linken Ast der V-Formation ist vorbekannt. Die Steigungen der Graden durch die zwei Punkte auf dem Rechten Ast der V-Formation ist vorbekannt. Damit kann nach Kenntnis von vier solchen Punkten die Position der Spitze der V-Formation aus den Positionen dieser vier Punkte im Diagramm aus magnetischer Flussdichte und Mikrowellenfrequenz ermittelt werden.In order to determine the unknown microwave frequency, it is particularly advantageous to determine the most prominent point of the V formation, since its shape is independent of external influences and is previously known and can be predetermined. This is the tip (530) of the V-formation (522, 525). Instead of the tip (530) of the V-formation (522, 525), functionally equivalent information can of course also be used, such as two points on the left branch of the V-formation and two points on the right branch of the V formation can be used. The slopes of the grades through the two points on the left branch of the V formation are previously known. The slopes of the grades through the two points on the right branch of the V formation are previously known. Thus, after knowing four such points, the position of the tip of the V formation can be determined from the positions of these four points in the magnetic flux density and microwave frequency diagram.
Bei der Ausarbeitung des Vorschlags für die Bestimmung der Position der unteren Spitze der V-Form in der X-Y-Ebene, also der Lage der V-Formation, können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Der folgende Text führt nun sind fünf beispielhafte Verfahren zur Bestimmung des nächsten Messpunkts aus nächstem ersten Messparameter und nächstem zweiten Messparameter auf:
- 1. Rasterverfahren: Bei diesem Verfahren wird der Messbereich in ein regelmäßiges Raster unterteilt. Die Steuervorrichtung kann systematisch die Messpunkte des Rasters abarbeiten, beginnend von einem Startpunkt. Der nächste Messpunkt wird in vordefinierter Reihenfolge ausgewählt, zum Beispiel durch schrittweise Erhöhung oder Verringerung des ersten und/oder zweiten Messparameters. Dieses Verfahren ermöglicht eine gleichmäßige Abdeckung des Messbereichs, kann jedoch ineffizient sein, wenn die V-Formation nicht regelmäßig ist.
- 2. Schrittweitenanpassung: Hierbei wird die Schrittweite zur Anpassung der Messparameter basierend auf den bisherigen Messungen verwendet. Die Steuervorrichtung startet mit einem bestimmten Schritt und passt diesen anhand der erfassten Messwerte an. Wenn der Betrag des Gradienten des Messwerts des Sensorelements zunimmt, kann die Schrittweite verringert werden, um eine genauere Bestimmung der Lage der V-Formation zu ermöglichen. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine iterative Anpassung und kann je nach Komplexität der V-Formation Zeit in Anspruch nehmen.
- 3. Gradientenverfahren: Das Gradientenverfahren nutzt den Gradienten des Messwerts des Sensorelements, um die Richtung der maximalen Steigung zu bestimmen. Die Steuervorrichtung kann die Messparameter entlang dieser Richtung anpassen, um den nächsten Messpunkt zu bestimmen. Durch die Berücksichtigung des Gradienten kann das Verfahren schnell zur Spitze der V-Formation führen. Jedoch kann es in Regionen mit flachem Gradienten oder wenn die V-Formation asymmetrisch ist, weniger effektiv sein.
- 4. Optimierungsalgorithmen: Es können verschiedene Optimierungsalgorithmen wie der Nelder-Mead-Algorithmus oder der Powell-Algorithmus eingesetzt werden, um die Position der V-Formation zu bestimmen. Diese Algorithmen verwenden eine Kombination aus direkter Suche und Gradienteninformation, um den nächsten Messpunkt zu finden. Sie können effizient sein, erfordern jedoch möglicherweise komplexe mathematische Berechnungen und mehr Rechenleistung.
- 5. Machine-Learning-Methoden: Fortgeschrittene Machine-Learning-Techniken wie neuronale Netzwerke oder genetische Algorithmen können verwendet werden, um die Lage der V-Formation zu bestimmen. Diese Ansätze können aus den bisherigen Messdaten lernen und eine Vorhersage für den nächsten Messpunkt treffen. Dies erfordert jedoch eine umfangreiche Datensammlung und Modelltrainingsphase, bevor das System einsatzbereit ist.
- 1. Grid method: In this method, the measuring area is divided into a regular grid. The control device can systematically process the measuring points of the grid, starting from a starting point. The next measuring point is selected in a predefined order, for example by gradually increasing or decreasing the first and/or second measuring parameters. This method allows for uniform coverage of the measurement area, but can be inefficient if the V formation is not regular.
- 2. Step size adjustment: Here, the step size is used to adjust the measurement parameters based on the previous measurements. The control device starts with a specific step and adapts it based on the measured values recorded. As the magnitude of the gradient of the sensor element reading increases, the step size may be reduced to allow a more accurate determination of the location of the V formation. However, this procedure requires iterative adjustment and may take time depending on the complexity of the V formation.
- 3. Gradient method: The gradient method uses the gradient of the sensor element's measured value to determine the direction of the maximum slope. The control device can adjust the measurement parameters along this direction to determine the next measurement point. By taking the gradient into account, the method can quickly lead to the top of the V formation. However, it may be less effective in regions with shallow gradients or when the V formation is asymmetrical.
- 4. Optimization Algorithms: Various optimization algorithms such as Nelder-Mead algorithm or Powell algorithm can be used to determine the position of the V formation. These algorithms use a combination of direct search and gradient information to find the next measurement point. They can be efficient, but may require complex mathematical calculations and more computing power.
- 5. Machine learning methods: Advanced machine learning techniques such as neural networks or genetic algorithms can be used to determine the location of the V formation. These approaches can learn from previous measurement data and make a prediction for the next measurement point. However, this requires extensive data collection and model training phase before the system is ready for use.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens von verschiedenen Faktoren abhängt, die Genauigkeitsanforderungen, die verfügbaren Ressourcen und der Kontext der Anwendung.It is important to note that the selection of the most appropriate method depends on various factors, the accuracy requirements, the available resources and the context of the application.
Eine eingehende Analyse und Bewertung dieser Faktoren ermöglichen die Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens zur Bestimmung der Position der Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene. Dabei sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:
- • Komplexität der V-Formation: Je komplexer die Form der V-Formation ist, - also je
mehr Merkmale der 2 und der nachfolgenden Figuren berücksichtigt werden, desto anspruchsvoller kann die Bestimmung der Lage sein. Da die inneren Strukturen der V-Formation der 2 asymmetrisch und nichtlinear sind, können Verfahren wie das Gradientenverfahren oder Machine-Learning-Methoden besonders vorteilhaft sein, um genaue Ergebnisse zu erzielen. - • Genauigkeitsanforderungen: Die erforderliche Präzision beeinflusst die Wahl des Verfahrens. Wenn hohe Genauigkeit erforderlich ist, können Optimierungsalgorithmen oder präzisionsbasierte Schrittweitenanpassungsmethoden eingesetzt werden. Bei weniger strengen Anforderungen kann ein Rasterverfahren oder ein gröberes Schrittweitenanpassungsverfahren ausreichen.
- • Verfügbare Ressourcen: Die zur Verfügung stehenden technischen Ressourcen, wie Rechenleistung, Stromverbrauch, funktionale Sicherheit, Speicherplatz oder Messinstrumente, können die Auswahl beeinflussen. Komplexere Verfahren wie Machine-Learning-Methoden erfordern möglicherweise mehr Ressourcen für das Training von Modellen oder die Verarbeitung großer Datenmengen.
- • Kontext der Anwendung: Der spezifische Anwendungsbereich und die zugrunde liegenden Rahmenbedingungen spielen ebenfalls eine Rolle. In einigen Anwendungen kann eine schnelle, aber grobe Näherung ausreichend sein, während andere Anwendungen eine detaillierte und präzise Bestimmung erfordern.
- • Complexity of the V-formation: The more complex the shape of the V-formation - i.e. the more features it has
2 and the following figures are taken into account, the more challenging the determination of the situation can be. Since the internal structures of the V formation of the2 are asymmetrical and nonlinear, methods such as gradient methods or machine learning methods can be particularly advantageous in achieving accurate results. - • Accuracy requirements: The required precision influences the choice of method. When high accuracy is required, optimization algorithms or precision-based step size adjustment methods can be used. For less stringent requirements, a gridding method or a coarser step size adjustment method may be sufficient.
- • Available resources: The available technical resources, such as computing power, power consumption, functional safety, storage space or measuring instruments, can influence the selection. More complex techniques such as machine learning methods may require more resources for training models or processing large amounts of data.
- • Context of application: The specific area of application and the underlying conditions also play a role. In some applications a quick but coarse approximation may be sufficient, while other applications require a detailed and precise determination.
Die Auswahl des besten Verfahrens zur Bestimmung der Position der Spitze der V-Formation erfordert eine sorgfältige Abwägung dieser Faktoren. Oftmals ist es auch hilfreich, verschiedene Verfahren zu kombinieren oder anzupassen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Es kann empfehlenswert sein, eine Prototypentwicklung oder Simulation durchzuführen, um die Leistung der verschiedenen Verfahren zu evaluieren und die passendste Lösung für die konkrete Situation zu identifizierenSelecting the best method for determining the location of the top of the V formation requires careful consideration of these factors. It is often helpful to combine or adapt different procedures to achieve optimal results. It may be advisable to carry out prototyping or simulation to evaluate the performance of the different methods and identify the most appropriate solution for the specific situation
Bestimmung der Position der V-FormationDetermining the position of the V formation
Die hier vorgestellte Vorrichtung ermöglicht also die Vermessung eines zweidimensionalen Feldes aus magnetischer Gesamtflussdichte BΣ bzw. der externen magnetischen Flussdichte Bext und Mikrowellenfrequenz ωnk. (siehe auch
Die typischerweise auftretende Aufgabe ist daher oft, die exakte Lage der V-Formation aus der unteren Resonanzkante 522 und der oberen Resonanzkante 525 und dabei die exakte Position der Spitze 530 dieser V-Formation möglichst präzise und schnell zu bestimmen, um die Werte der Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0 und der Nullpunktsflussdichte B0, die die Position 530 der Spitze 530 der V-Formation aus der unteren Resonanzkante 522 und der oberen Resonanzkante 525 kennzeichnen, zu ermitteln und dann auf die jeweils gesuchten Messwerte zu schließen.The typically occurring task is therefore often to determine the exact position of the V-formation from the
Da die Vorrichtung in der Regel nur einige wenige, diskrete Punkte vermessen kann, wendet die Steuervorrichtung der Vorrichtung bevorzugt ein computerimplementiertes Iterationsverfahren an, um die Messwerte schnell zu präzisieren. Im Folgenden führt daher das hier vorgelegte Dokument einige mögliche Verfahren an, die die Steuervorrichtung der Vorrichtung zur Präzisierung der Messpunkte benutzen kann. Wenn im Folgenden von Messparametern und zwar einem ersten Messparameter und einem zweiten Messparameter die Rede ist, so sind damit die beiden Parameter magnetische Flussdichte und Mikrowellenfrequenz gemeint. Mit der X-Y-Ebene ist die Ebene aus diesen beiden Messparametern gemeint. Eine Kernidee ist, dass die Steuervorrichtung fortschrittliche computerimplementierte Kl-Methoden anwendet, um auf Basis der vorhergehenden Messergebnisse die nächsten Messpunkte zu bestimmen und so die Präzision mit maximaler Geschwindigkeit zu steigern. Ein Messpunkt (auch Arbeitspunkt des Systems genannt) umfasst dabei typischerweise immer einen bestimmten Wert der magnetischen Flussdichte und einen bestimmten Wert des Mikrowellenfrequenz. Die Anwendung der folgenden KI-Verfahren auf Fluoreszenzbilder wird an dieser Stelle Beispielhaft für alle Bilder von Magnetfeldkameras - also auch die vorbeschriebenen - des hier vorgelegten Dokuments beschrieben.Since the device can generally only measure a few, discrete points, the control device of the device preferably uses a computer-implemented iteration method in order to quickly refine the measured values. The document presented here therefore lists some possible methods that the control device of the device can use to specify the measuring points. When we talk about measurement parameters below, namely a first measurement parameter and a second measurement parameter, this means the two parameters magnetic flux density and microwave frequency. The X-Y plane means the plane consisting of these two measurement parameters. A key idea is that the control device uses advanced computer-implemented Kl methods to determine the next measurement points based on the previous measurement results, thereby increasing precision at maximum speed. A measuring point (also called the operating point of the system) typically always includes a specific value of the magnetic flux density and a specific value of the microwave frequency. The application of the following AI methods to fluorescence images is described here as an example for all images from magnetic field cameras - including those described above - in the document presented here.
Machine LearningMachine learning
Für die Bestimmung des nächsten Messpunkts aus dem nächsten ersten Messparameter und dem nächsten zweiten Messparameter mittels Machine-Learning-Methoden können verschiedene Ansätze verwendet werden. Hier sind fünf bekannte Machine-Learning-Methoden zur Lösung dieses Problems:
- 1. Neuronale Netzwerke: Neuronale Netzwerke sind eine leistungsstarke Methode im Bereich des Machine Learnings. Durch das Training eines neuronalen Netzwerks mit geeigneten Eingabe- und Ausgabedaten kann es eine Funktion erlernen, um den nächsten Messpunkt basierend auf den aktuellen Messungen vorherzusagen. Dabei können verschiedene Architekturen wie einfache Feedforward-Netzwerke oder rekurrente neuronale Netzwerke eingesetzt werden.
- 2. Genetische Algorithmen: Genetische Algorithmen nutzen evolutionäre Prinzipien, um die optimale Lösung zu finden. Durch die Definition geeigneter Fitnessfunktionen und die Anwendung von genetischen Operatoren wie Mutation und Rekombination können genetische Algorithmen den nächsten Messpunkt schrittweise verbessern und anpassen, um die Lage der V-Formation zu bestimmen.
- 3. Entscheidungsbäume: Entscheidungsbäume sind ein intuitives und interpretierbares Machine-Learning-Modell. Durch das Trainieren eines Entscheidungsbaums mit den vorhandenen Messdaten kann er verwendet werden, um den nächsten Messpunkt basierend auf den aktuellen Messungen auszuwählen. Die Entscheidungsbäume können in enger Verbindung mit anderen Methoden wie dem Random Forest eingesetzt werden, um die Vorhersagegenauigkeit zu verbessern.
- 4. Support Vector Machines (SVM): SVM ist eine Methode des überwachten Lernens, die bei der Klassifizierung und Regression eingesetzt werden kann. Durch das Training einer SVM mit den vorhandenen Messdaten kann sie verwendet werden, um den nächsten Messpunkt vorherzusagen. SVM kann insbesondere dann nützlich sein, wenn die V-Formation nicht-linear separierbar ist.
- 5. K-means-Clustering: K-means ist ein Clustering-Algorithmus, der verwendet werden kann, um die V-Formation in verschiedene Cluster zu unterteilen. Durch das Trainieren eines K-means-Modells mit den vorhandenen Messdaten können die Clusterzentren ermittelt werden, und der nächste Messpunkt kann in der Nähe des geeignetsten Clusterzentrums gewählt werden.
- 1. Neural Networks: Neural networks are a powerful method in the field of machine learning. By training a neural network with appropriate input and output data, it can learn a function to determine the next measurement point based on the current ones Predict measurements. Various architectures such as simple feedforward networks or recurrent neural networks can be used.
- 2. Genetic Algorithms: Genetic algorithms use evolutionary principles to find the optimal solution. By defining appropriate fitness functions and applying genetic operators such as mutation and recombination, genetic algorithms can gradually improve and adjust the next measurement point to determine the location of the V formation.
- 3. Decision trees: Decision trees are an intuitive and interpretable machine learning model. By training a decision tree with the existing measurement data, it can be used to select the next measurement point based on the current measurements. The decision trees can be used in close conjunction with other methods such as random forest to improve prediction accuracy.
- 4. Support Vector Machines (SVM): SVM is a supervised learning method that can be used in classification and regression. By training an SVM with the existing measurement data, it can be used to predict the next measurement point. SVM can be particularly useful when the V formation is non-linearly separable.
- 5. K-means clustering: K-means is a clustering algorithm that can be used to divide the V-formation into different clusters. By training a K-means model with the existing measurement data, the cluster centers can be determined and the next measurement point can be chosen near the most appropriate cluster center.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Wahl der besten Methode von verschiedenen Faktoren abhängt, darunter die verfügbaren Daten, die Anzahl der Messungen, die Genauigkeitsanforderungen und der Kontext der Anwendung. Die Auswahl der richtigen Machine-Learning-Methode erfordert möglicherweise Experimente und Bewertungen der Leistungsfähigkeit verschiedener Ansätze.It is important to note that choosing the best method depends on various factors, including the available data, the number of measurements, the accuracy requirements, and the context of the application. Choosing the right machine learning method may require experimentation and evaluation of the performance of different approaches.
OptimierungsalgorithmenOptimization algorithms
Für die Bestimmung des nächsten Messpunkts aus dem nächsten ersten Messparameter und dem nächsten zweiten Messparameter können verschiedene Optimierungsalgorithmen verwendet werden. Hier sind fünf beispielhafte Optimierungsalgorithmen, die für dieses Sensorsystem bei einer Nacharbeit relevant sein könnten:
- 1. Gradientenabstieg: Der Gradientenabstieg ist ein Optimierungsalgorithmus, der versucht, das Minimum einer Funktion zu finden, indem er entlang des negativen Gradienten schrittweise absteigt. In diesem Fall könnte der Algorithmus den negativen Gradienten des Betrags des Gradienten des Sensorelementmesswerts nach dem ersten und zweiten Messparameter berechnen und den nächsten Messpunkt basierend auf der Abstiegsrichtung auswählen.
- 2. Genetische Algorithmen: Genetische Algorithmen können auch für die Optimierung des nächsten Messpunkts verwendet werden. Indem sie eine Population von Kandidatenlösungen verwenden und genetische Operatoren wie Rekombination und Mutation anwenden, können genetische Algorithmen die Lage der V-Formation schrittweise verbessern und den nächsten Messpunkt bestimmen.
- 3. Partikelschwarmoptimierung (PSO): Bei der Partikelschwarmoptimierung wird eine Gruppe von virtuellen Partikeln verwendet, die sich durch den Suchraum - hier der Ebene aus magnetischer Flussdichte und Mikrowellenfrequenz bewegen. Jedes virtuelle Partikel speichert seine eigene Position und Geschwindigkeit und passt diese anhand des bisher besten Ergebnisses und des global besten Ergebnisses nach der Messung an. Durch die Interaktion und Zusammenarbeit der Partikel kann PSO eine gute Lösung finden, indem es den Suchraum effektiv erkundet.
- 4. Nelder-Mead-Algorithmus: Der Nelder-Mead-Algorithmus ist ein direkter Optimierungsalgorithmus, der ohne Gradienteninformationen auskommt. Er verwendet ein Simplex, das eine geometrische Struktur im Suchraum darstellt. Der Algorithmus führt Iterationen durch, bei denen er die besten, schlechtesten und mittleren Punkte des Simplex verwendet, um die nächste Position zu bestimmen. Dieser Algorithmus kann effektiv sein, wenn der Suchraum nicht differenzierbar ist.
- 5. Simulated Annealing: Simulated Annealing ist ein probabilistischer Optimierungsalgorithmus, der von der Metallbearbeitungstechnik „annealing“ inspiriert ist. Der Algorithmus simuliert das Erwärmen und langsames Abkühlen eines Metalls, um seine Kristallstruktur zu optimieren. Ähnlich wird beim Simulated Annealing der Suchraum erkundet und gelegentlich schlechtere Lösungen akzeptiert, um aus lokalen Minima zu entkommen und ein globales Minimum zu finden.
- 1. Gradient Descent: Gradient descent is an optimization algorithm that attempts to find the minimum of a function by descending stepwise along the negative gradient. In this case, the algorithm could calculate the negative gradient of the magnitude of the gradient of the sensor element reading according to the first and second measurement parameters and select the next measurement point based on the descent direction.
- 2. Genetic algorithms: Genetic algorithms can also be used to optimize the next measurement point. By using a population of candidate solutions and applying genetic operators such as recombination and mutation, genetic algorithms can gradually improve the location of the V formation and determine the next measurement point.
- 3. Particle swarm optimization (PSO): Particle swarm optimization uses a group of virtual particles that move through the search space - here the plane of magnetic flux density and microwave frequency. Each virtual particle saves its own position and speed and adjusts these based on the best result so far and the global best result after the measurement. Through the interaction and collaboration of the particles, PSO can find a good solution by effectively exploring the search space.
- 4. Nelder-Mead algorithm: The Nelder-Mead algorithm is a direct optimization algorithm that does not require gradient information. It uses a simplex that represents a geometric structure in the search space. The algorithm performs iterations using the best, worst, and middle points of the simplex to determine the next position. This algorithm can be effective when the search space is not differentiable.
- 5. Simulated Annealing: Simulated Annealing is a probabilistic optimization algorithm inspired by the metalworking technique “annealing”. The algorithm simulates heating and slowly cooling a metal to optimize its crystal structure. Similarly, simulated annealing explores the search space and occasionally accepts worse solutions to escape from local minima and find a global minimum.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Auswahl des am besten geeigneten Optimierungsalgorithmus von verschiedenen Faktoren abhängt, darunter die Komplexität der V-Formation und der ggf. berücksichtigten inneren Strukturen der V-Formation, die Anzahl der verfügbaren Messungen, die Genauigkeitsanforderungen und die verfügbaren Ressourcen. Die Wahl des richtigen Optimierungsalgorithmus erfordert möglicherweise Experimente und Evaluierung der Leistungsfähigkeit verschiedener Ansätze.It is important to note that the selection of the most appropriate optimization algorithm depends on various factors, including the complexity of the V-formation and the internal structures of the V-formation that may be considered, the number of measurements available, the accuracy requirements, and the available resources . Choosing the right optimization algorithm may require experimentation and evaluation of the performance of different approaches.
Machine-Learning-Methoden ähnlich der Bayes'schen OptimierungMachine learning methods similar to Bayesian optimization
Für die Bestimmung des nächsten Messpunkts aus dem nächsten ersten Messparameter und dem nächsten zweiten Messparameter, um die Lage der V-Formation in der X-Y-Ebene zu bestimmen, könnten verschiedene Machine-Learning-Methoden ähnlich der Bayes'schen Optimierung eingesetzt werden. Hier sind fünf wichtige Methoden, die in diesem Kontext relevant sein könnten:
- • Bayes'sche Optimierung: Die Bayes'sche Optimierung ist eine probabilistische Methode zur globalen Optimierung unter Unsicherheit. Sie kombiniert die Modellierung der Zielfunktion mit einer Bayesianischen Wahrscheinlichkeitsschätzung, um eine möglichst effiziente Suche nach dem optimalen Punkt zu ermöglichen. Dabei wird ein probabilistisches Modell erstellt, das die Zusammenhänge zwischen den Eingangsparametern (erster Messparameter und zweiter Messparameter) und den Zielfunktionswerten (Position der V-Formation) erfasst. Aufgrund dieser Modellierung wird eine probabilistische Suche durchgeführt, die die Exploration des Suchraums mit der Ausbeutung bereits bekannter guter Bereiche kombiniert. Die Bayes'sche Optimierung kann daher dazu beitragen, mit möglichst wenigen Iterationen die Lage und die Position der Spitze der V-Formation zu bestimmen.
- • Random Forest Regression: Random Forest Regression ist eine Ensemble-Methode, die auf Entscheidungsbäumen basiert. Sie kann verwendet werden, um die Beziehung zwischen den Eingangsparametern (erster Messparameter, zweiter Messparameter) und den Zielfunktionswerten (Position der V-Formation) zu modellieren. Durch den Einsatz mehrerer Entscheidungsbäume, die zufällig erstellt werden und eine Vorhersage treffen, kann ein robustes Modell erstellt werden, das auch nichtlineare Zusammenhänge erfassen kann.
- • Gaussian Process Regression: Gaussian Process Regression ist eine nichtparametrische Methode, die die Unsicherheit in den Daten berücksichtigt. Sie verwendet einen Satz von Funktionen, um die Zusammenhänge zwischen den Eingangsparametern und den Zielfunktionswerten zu modellieren. Dabei wird eine Verteilung über mögliche Funktionen erstellt, die zu den beobachteten Daten passen. Diese Methode kann effektiv sein, um die Unsicherheit in den Vorhersagen zu quantifizieren und eine gute Schätzung der Position der V-Formation zu liefern.
- • Künstliche Neuronale Netze: Künstliche Neuronale Netze sind eine leistungsstarke Klasse von Machine-Learning-Modellen, die in der Lage sind, komplexe Zusammenhänge zwischen den Eingangsparametern und den Zielfunktionswerten zu modellieren. Durch das Training eines neuronalen Netzes auf den vorhandenen Daten kann eine Funktion erlernt werden, die den nächsten Messpunkt vorhersagt. Künstliche Neuronale Netze können sowohl für Regression als auch für Klassifikation eingesetzt werden und bieten Flexibilität und hohe Kapazität zur Modellierung komplexer Vorgänge.
- • Gradientenbasierte Optimierung: Bei der gradientenbasierten Optimierung wird der Gradient der Zielfunktion bezüglich der Eingangsparameter berechnet und zur Bestimmung des nächsten Messpunkts verwendet. Der Gradient zeigt die Richtung des steilsten Anstiegs der Zielfunktion an, was darauf hinweist, in welche Richtung die Parameter angepasst werden müssen, um eine Verbesserung zu erzielen.
- • Ein bekannter Algorithmus für die gradientenbasierte Optimierung ist das Gradientenabstiegsverfahren. Es beginnt mit einem initialen Messpunkt und iterativ wird der Gradient an diesem Punkt berechnet. Anschließend wird der nächste Messpunkt entlang des negativen Gradienten gewählt, um die Zielfunktion zu minimieren. Dieser Prozess wird solange wiederholt, bis ein Konvergenzkriterium erfüllt ist oder eine ausreichend gute Lösung gefunden wurde.
- • Das Gradientenabstiegsverfahren kann effektiv sein, wenn die Zielfunktion differenzierbar ist und die Parameter einen stetigen Suchraum bilden. Allerdings kann es in komplexen Optimierungsproblemen stecken bleiben, wenn das Verfahren in lokale Minima oder Sattelpunkte gerät. Um diesem Problem entgegenzuwirken, können Techniken wie Momentum, AdaGrad oder Adam angewendet werden, um die Konvergenz zu beschleunigen und lokale Minima zu umgehen.
- • Bayesian optimization: Bayesian optimization is a probabilistic method for global optimization under uncertainty. It combines modeling of the objective function with Bayesian probability estimation to enable the most efficient search for the optimal point. A probabilistic model is created that captures the relationships between the input parameters (first measurement parameter and second measurement parameter) and the objective function values (position of the V-formation). Based on this modeling, a probabilistic search is carried out that combines the exploration of the search space with the exploitation of already known good areas. Bayesian optimization can therefore help determine the location and position of the tip of the V formation with as few iterations as possible.
- • Random Forest Regression: Random Forest Regression is an ensemble method based on decision trees. It can be used to model the relationship between the input parameters (first measurement parameter, second measurement parameter) and the objective function values (V-formation position). By using multiple decision trees that are created randomly and make a prediction, a robust model can be created that can also capture non-linear relationships.
- • Gaussian Process Regression: Gaussian Process Regression is a non-parametric method that takes into account the uncertainty in the data. It uses a set of functions to model the relationships between the input parameters and the objective function values. This creates a distribution of possible functions that fit the observed data. This method can be effective in quantifying the uncertainty in the predictions and providing a good estimate of the position of the V formation.
- • Artificial Neural Networks: Artificial Neural Networks are a powerful class of machine learning models that are capable of modeling complex relationships between the input parameters and the objective function values. By training a neural network on the existing data, a function can be learned that predicts the next measurement point. Artificial neural networks can be used for both regression and classification and offer flexibility and high capacity for modeling complex processes.
- • Gradient-based optimization: In gradient-based optimization, the gradient of the objective function is calculated with respect to the input parameters and used to determine the next measurement point. The gradient indicates the direction of the steepest increase of the objective function, indicating in which direction the parameters need to be adjusted to achieve an improvement.
- • A well-known algorithm for gradient-based optimization is the gradient descent method. It starts with an initial measurement point and the gradient at this point is calculated iteratively. The next measurement point along the negative gradient is then chosen to minimize the objective function. This process is repeated until a convergence criterion is met or a sufficiently good solution is found.
- • The gradient descent method can be effective if the objective function is differentiable and the parameters form a continuous search space. However, it can get stuck in complex optimization problems if the method runs into local minima or saddle points. To counteract this problem, techniques such as Momentum, AdaGrad or Adam can be applied to accelerate convergence and avoid local minima.
Es ist zu beachten, dass die Gradientenbasierte Optimierung nicht explizit auf Bayes'sche Optimierung abzielt. Die Bayes'sche Optimierung verwendet probabilistische Modelle, um den Suchraum zu modellieren und eine Balance zwischen Exploration und Ausbeutung zu finden. Im Gegensatz dazu optimiert die gradientenbasierte Methode direkt den Wert der Zielfunktion und betrachtet die Unsicherheit nicht explizit. Beide Ansätze können jedoch in Kombination verwendet werden, indem beispielsweise eine Bayes'sche Optimierung zur globalen Suche und die gradientenbasierte Optimierung zur Feinabstimmung in der Nähe einer Lösung eingesetzt werden.It should be noted that gradient-based optimization does not explicitly target Bayesian optimization. Bayesian optimization uses probabilistic models to model the search space and find a balance between exploration and exploitation. In contrast, the optimized Gradient-based method directly determines the value of the objective function and does not explicitly consider the uncertainty. However, both approaches can be used in combination, for example by using Bayesian optimization for global search and gradient-based optimization for fine-tuning close to a solution.
Der Gradientenbasierten Optimierung wird verwendet, um den nächsten Messpunkt in Richtung des steilsten Anstiegs der Zielfunktion zu bestimmen. Dieser Ansatz erfordert, dass die Zielfunktion differenzierbar ist, um den Gradienten berechnen zu können. Durch die Verwendung des Gradienten kann die Steuervorrichtung des Sensorsystems den nächsten Messpunkt iterativ anpassen, um die V-Formation in der X-Y-Ebene zu lokalisieren.Gradient-based optimization is used to determine the next measurement point in the direction of the steepest slope of the objective function. This approach requires that the objective function be differentiable in order to calculate the gradient. By using the gradient, the sensor system controller can iteratively adjust the next measurement point to locate the V formation in the X-Y plane.
Um die Suche effizienter zu gestalten, können verschiedene Optimierungsalgorithmen auf der Grundlage des Gradienten eingesetzt werden. Hier sind zwei wichtige Optimierungsalgorithmen:
- • Gradientenabstieg: Beim Gradientenabstieg wird der Gradient der Zielfunktion berechnet und entgegengesetzt zur Richtung des steilsten Abstiegs der Zielfunktion verwendet. Der Algorithmus aktualisiert iterativ die Werte der Eingangsparameter (erster Messparameter, zweiter Messparameter), um den nächsten Messpunkt näher an die Spitze der V-Formation zu bringen. Der Gradientenabstieg ist ein einfacher und weit verbreiteter Optimierungsalgorithmus, der jedoch möglicherweise in lokalen Minima stecken bleiben kann.
- • Stochastischer Gradientenabstieg: Der stochastische Gradientenabstieg ist eine Variante des Gradientenabstiegs, bei der der Gradient auf Basis einer zufälligen Teilmenge der verfügbaren Datenpunkte berechnet wird. Anstatt den Gradienten über den gesamten Datensatz zu berechnen, wird der stochastische Gradientenabstieg verwendet, um die Berechnung des Gradienten effizienter zu gestalten und die Konvergenz zu beschleunigen. Dieser Algorithmus eignet sich gut für große Datensätze und kann die Anzahl der benötigten Iterationen reduzieren.
- • Gradient descent: With gradient descent, the gradient of the objective function is calculated and used in the opposite direction to the direction of the steepest descent of the objective function. The algorithm iteratively updates the values of the input parameters (first measurement parameter, second measurement parameter) to bring the next measurement point closer to the top of the V formation. Gradient descent is a simple and widely used optimization algorithm, but it can potentially get stuck in local minima.
- • Stochastic gradient descent: Stochastic gradient descent is a variant of gradient descent in which the gradient is calculated based on a random subset of the available data points. Instead of calculating the gradient over the entire data set, stochastic gradient descent is used to make the calculation of the gradient more efficient and speed up convergence. This algorithm works well for large data sets and can reduce the number of iterations required.
Diese Optimierungsalgorithmen können verwendet werden, um den nächsten Messpunkt aus dem nächsten ersten Messparameter und dem nächsten zweiten Messparameter zu bestimmen und somit die Position der V-Formation in der X-Y-Ebene zu bestimmen. Durch die Anwendung von Machine-Learning-Methoden und Optimierungsalgorithmen kann das Sensorsystem die Lage und die Position der V-Formation mit möglichst wenigen Iterationen bestimmen und die Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene genau lokalisieren.These optimization algorithms can be used to determine the next measurement point from the next first measurement parameter and the next second measurement parameter and thus determine the position of the V formation in the XY plane. By applying machine learning methods and optimization algorithms, the sensor system can determine the location and position of the V-formation with as few iterations as possible and precisely locate the tip of the V-formation in the X-Y plane.
Random Forest RegressionRandom forest regression
Das Sensorsystem umfasst in einer Ausprägung eine Steuervorrichtung, die in der Lage ist, den ersten Messparameter innerhalb eines bestimmten Messparameterintervalls einzustellen und auch den zweiten Messparameter innerhalb eines anderen Messparameterintervalls einzustellen. Ein Sensorelement wird verwendet, um einen Sensorelementmesswert für einen eingestellten Messpunkt zu ermitteln. Dabei ist der Messwert abhängig von den Werten des ersten und zweiten Messparameters. Zur präzisen Bestimmung des nächsten Messpunkts mit möglichst wenigen Iterationen wird ein computerimplementiertes Verfahren der Random Forest Regression angewendet.In one embodiment, the sensor system includes a control device that is able to set the first measurement parameter within a specific measurement parameter interval and also to set the second measurement parameter within another measurement parameter interval. A sensor element is used to determine a sensor element measurement value for a set measuring point. The measured value depends on the values of the first and second measurement parameters. To precisely determine the next measuring point with as few iterations as possible, a computer-implemented random forest regression method is used.
In einer Ausprägung des Vorschlags wird das computerimplementierte Verfahren der Random Forest Regression genutzt, um die Lage der Spitze der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information in der X-Y-Ebene zu bestimmen. Hierbei werden der erste Messparameter als X-Koordinate und der zweite Messparameter als Y-Koordinate verwendet. Dies ermöglicht eine effiziente Positionsermittlung der V-Formation.In one version of the proposal, the computer-implemented method of random forest regression is used to determine the position of the tip of the V-formation or a functionally equivalent piece of information in the X-Y plane. The first measurement parameter is used as the X coordinate and the second measurement parameter as the Y coordinate. This enables efficient position determination of the V formation.
Darüber hinaus hält die Steuervorrichtung die bestimmte Position der unteren Spitze der V-Formation für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereit. Dies gewährleistet, dass die ermittelten Daten von anderen Systemen genutzt werden können.In addition, the control device maintains the specific position of the lower tip of the V-formation for use by a higher-level system. This ensures that the data determined can be used by other systems.
Das Sensorsystem kombiniert das computerimplementierte Verfahren der Random Forest Regression mit dem Sensorelement und der Steuervorrichtung, um die Position der unteren Spitze der V-Formation basierend auf den Messparametern zu bestimmen und für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereitzuhalten. Dabei ist das computerimplementierte Verfahren der Random Forest Regression auf einem speicherbasierten Medium gespeichert und wird von einem Prozessor der Steuervorrichtung ausgeführt. Das speicherbasierte Medium kann beispielsweise ein Computerprogrammprodukt, eine Festplatte, ein Flash-Speicher oder ein anderes nichtflüchtiges Speichermedium sein. Durch diese Implementierung wird eine effiziente und zuverlässige Bestimmung der Position der V-Formation ermöglicht.The sensor system combines the computer-implemented method of random forest regression with the sensor element and the control device to determine the position of the lower tip of the V-formation based on the measurement parameters and make it available for use by a higher-level system. The computer-implemented method of random forest regression is stored on a memory-based medium and is executed by a processor of the control device. The storage-based medium can be, for example, a computer program product, a hard drive, a flash drive Be memory or another non-volatile storage medium. This implementation enables efficient and reliable determination of the position of the V formation.
Die Steuervorrichtung des Sensorsystems umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält den Code für das computerimplementierte Verfahren der Random Forest Regression, während der Prozessor den Code aus dem Speicher abruft und ausführt. Dies stellt sicher, dass das Verfahren korrekt und effizient ausgeführt wird.The control device of the sensor system includes a processor and a memory. The memory contains the code for the computer-implemented method of random forest regression, while the processor retrieves the code from the memory and executes it. This ensures that the procedure is carried out correctly and efficiently.
In einer Variante des Vorschlags kann das Sensorsystem eine Kommunikationsschnittstelle umfassen, die eine Datenübertragung zwischen dem Sensorsystem und anderen Systemen ermöglicht. Dadurch können die ermittelten Positionsdaten der V-Formation einfach an andere Systeme weitergegeben und zur weiteren Verarbeitung genutzt werden.In a variant of the proposal, the sensor system can include a communication interface that enables data transmission between the sensor system and other systems. This means that the determined position data of the V formation can easily be passed on to other systems and used for further processing.
Des Weiteren kann das Sensorsystem mit einem Datenbanksystem verbunden sein, in dem die ermittelten Positionsinformationen der V-Formation gespeichert werden. Dies ermöglicht eine einfache und strukturierte Verwaltung der Positionsdaten für zukünftige Analysen oder Auswertungen.Furthermore, the sensor system can be connected to a database system in which the determined position information of the V formation is stored. This enables simple and structured management of position data for future analyzes or evaluations.
Ein weiterer Vorteil des Sensorsystems besteht darin, dass das computerimplementierte Verfahren der Random Forest Regression flexibel anpassbar ist. Durch das Hinzufügen oder Entfernen von Trainingsdaten kann das Verfahren verbessert und an verschiedene Einsatzszenarien angepasst werden. Dies ermöglicht eine optimale Leistung des Sensorsystems in verschiedenen Anwendungsbereichen und Umgebungen.Another advantage of the sensor system is that the computer-implemented random forest regression method can be flexibly adapted. By adding or removing training data, the process can be improved and adapted to different usage scenarios. This enables optimal performance of the sensor system in various application areas and environments.
Ein weiterer Vorteil des Sensorsystems liegt in seiner Skalierbarkeit. Durch die Verwendung von Speichermedien wie RAM oder NVM kann das Sensorsystem problemlos an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Dadurch wird eine effiziente und zuverlässige Verarbeitung großer Datenmengen ermöglicht.Another advantage of the sensor system is its scalability. By using storage media such as RAM or NVM, the sensor system can be easily adapted to the requirements of the respective application. This enables efficient and reliable processing of large amounts of data.
Darüber hinaus bietet das Sensorsystem eine hohe Genauigkeit und Präzision bei der Bestimmung der Position der V-Formation. Durch die Kombination des Sensorelements mit dem computerimplementierten Verfahren der Random Forest Regression werden mögliche Messfehler minimiert und die Messgenauigkeit maximiert.In addition, the sensor system provides high accuracy and precision in determining the position of the V formation. By combining the sensor element with the computer-implemented random forest regression method, possible measurement errors are minimized and measurement accuracy is maximized.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Sensorsystems ist seine Robustheit und Zuverlässigkeit. Durch die Verwendung moderner Technologien und qualitativ hochwertiger Materialien gewährleistet das Sensorsystem eine langfristige und stabile Leistung auch unter anspruchsvollen Bedingungen.Another important aspect of the sensor system is its robustness and reliability. By using modern technologies and high-quality materials, the sensor system ensures long-term and stable performance even under demanding conditions.
Zusammenfassend bietet das Sensorsystem mit der Steuervorrichtung, dem Sensorelement und dem computerimplementierten Verfahren der Random Forest Regression eine effiziente, präzise und zuverlässige Lösung zur Bestimmung der Position einer V-Formation. Die Flexibilität, Skalierbarkeit und hohe Genauigkeit des Systems machen es ideal für verschiedene Anwendungen in Bereichen wie der Luftfahrt, Logistik oder auch dem Tierverhalten. Durch die Nutzung von modernen Technologien und Materialien setzt das Sensorsystem neue Maßstäbe in der Positionsbestimmung und ermöglicht innovative Lösungen für die Herausforderungen unserer Zeit.In summary, the sensor system with the control device, the sensor element and the computer-implemented random forest regression method offers an efficient, precise and reliable solution for determining the position of a V-formation. The flexibility, scalability and high accuracy of the system make it ideal for various applications in areas such as aviation, logistics or even animal behavior. By using modern technologies and materials, the sensor system sets new standards in position determination and enables innovative solutions to the challenges of our time.
Gaussian Process RegressionGaussian process regression
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems umfasst das Sensorsystem eine Steuervorrichtung zur Einstellung eines ersten Messparameters innerhalb eines ersten Messparameterintervalls und eines zweiten Messparameters innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls. Ein Sensorelement ermittelt einen Sensorelementmesswert abhängig von den eingestellten Messparametern für einen bestimmten Messpunkt. Das Sensorsystem verwendet ein computerimplementiertes Verfahren der Gaussian Process Regression, das von der Steuervorrichtung angewendet wird, um den nächsten Messpunkt basierend auf dem nächsten ersten Messparameter und dem nächsten zweiten Messparameter mit möglichst wenigen Iterationen zu bestimmen.In a further embodiment of the sensor system, the sensor system comprises a control device for setting a first measurement parameter within a first measurement parameter interval and a second measurement parameter within a second measurement parameter interval. A sensor element determines a sensor element measurement value depending on the measurement parameters set for a specific measuring point. The sensor system uses a computer-implemented Gaussian Process Regression method that is applied by the control device to determine the next measurement point based on the next first measurement parameter and the next second measurement parameter with as few iterations as possible.
In einer Ausprägung des Sensorsystems wird das computerimplementierte Verfahren der Gaussian Process Regression eingesetzt, um die Lage der V-Formation in der X-Y-Ebene aus dem ersten Messparameter als X-Koordinate und dem zweiten Messparameter als Y-Koordinate zu bestimmen. Durch die präzise Bestimmung der Lage der Spitze (30) der V-Formation ermöglicht das Sensorsystem eine genaue Positionierung.In one version of the sensor system, the computer-implemented method of Gaussian Process Regression is used to determine the position of the V formation in the X-Y plane from the first measurement parameter as the X coordinate and the second measurement parameter as the Y coordinate. By precisely determining the position of the tip (30) of the V-formation, the sensor system enables precise positioning.
In einer weiteren Ausprägung wird das Sensorsystem verwendet, um die Position der Spitze (30) der V-Formation in der X-Y-Ebene aus dem ersten Messparameter als X-Koordinate und dem zweiten Messparameter als Y-Koordinate zu bestimmen. Dies ermöglicht die genaue Erfassung und Bereitstellung der Spitzenposition, die von einem übergeordneten System genutzt werden kann, um optimale Koordination und Steuerung von Prozessen zu ermöglichen, bei denen die Position der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder der Wert einer daraus abgeleiteten Informationen und/oder der Wert einer funktionsäquivalente Informationen von Bedeutung ist.In a further embodiment, the sensor system is used to determine the position of the tip (30) of the V-formation in the XY plane from the first measurement parameter as the X coordinate and the second measurement parameter as the Y coordinate. This enables accurate capture and provision of the tip position, which can be used by a higher-level system to enable optimal coordination and control of processes involving the position of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and /or the value of information derived from it and/or the value of functionally equivalent information is important.
Das computerimplementierte Verfahren der Gaussian Process Regression in Verbindung mit dem Sensorelement und der Steuervorrichtung ermöglicht eine präzise und effiziente Bestimmung der Position der unteren Spitze der V-Formation basierend auf den Messparametern. Dies wird erreicht, indem das Verfahren Schritte zur Optimierung der nächsten Messpunkte basierend auf der Unsicherheit der Vorhersagen verwendet und adaptiv die Verteilung der Messpunkte anpasst, um die Lage der V-Formation effizienter zu bestimmen.The computer-implemented method of Gaussian Process Regression in conjunction with the sensor element and the control device enables precise and efficient determination of the position of the lower tip of the V-formation based on the measurement parameters. This is achieved by using steps to optimize the next measurement points based on the uncertainty of the predictions and adaptively adjusting the distribution of measurement points to determine the location of the V formation more efficiently.
Ein weiterer Vorteil des Sensorsystems besteht darin, dass das computerimplementierte Verfahren der Gaussian Process Regression auf einem speicherbasierten Medium gespeichert ist und von einem Prozessor der Steuervorrichtung ausgeführt wird. Das speicherbasierte Medium kann beispielsweise ein Computerprogrammprodukt, eine Festplatte, ein Flash-Speicher oder ein anderes nichtflüchtiges Speichermedium (NVM) sein. Dadurch wird die Flexibilität und Skalierbarkeit des Systems erhöht.Another advantage of the sensor system is that the computer-implemented Gaussian Process Regression method is stored on a memory-based medium and is executed by a processor of the control device. The storage-based medium may be, for example, a computer program product, a hard drive, flash memory, or other non-volatile storage medium (NVM). This increases the flexibility and scalability of the system.
In einer Variante des Vorschlags umfasst die Steuervorrichtung des Sensorsystems einen Prozessor und einen Speicher, wobei der Speicher den Code für das computerimplementierte Verfahren der Gaussian Process Regression enthält und der Prozessor den Code aus dem Speicher abruft und ausführt. Dadurch wird eine effiziente Ausführung des Verfahrens gewährleistet und ermöglicht eine schnelle und präzise Bestimmung der Position der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder einer daraus abgeleiteten Informationen und/oder einer funktionsäquivalenten Informationen.In a variant of the proposal, the control device of the sensor system comprises a processor and a memory, the memory containing the code for the computer-implemented Gaussian Process Regression method and the processor retrieving and executing the code from the memory. This ensures efficient execution of the method and enables a quick and precise determination of the position of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Beschreibung zusätzliche Erläuterungen der Funktionsweise des Sensorsystems und des computerimplementierten Verfahrens der Gaussian Process Regression bietet. Durch die Anwendung der Gaussian Process Regression werden die nächsten Messpunkte basierend auf den nächsten ersten und zweiten Messparametern bestimmt. Dabei werden möglichst wenige Iterationen benötigt, um eine hohe Genauigkeit und Effizienz zu gewährleisten.It should be noted that the present description provides additional explanations of the operation of the sensor system and the computer-implemented Gaussian Process Regression method. By applying Gaussian Process Regression, the next measurement points are determined based on the next first and second measurement parameters. As few iterations as possible are needed to ensure high accuracy and efficiency.
Die Verwendung der Gaussian Process Regression ermöglicht die präzise Bestimmung der Lage der V-Formation in der X-Y-Ebene durch die Nutzung des ersten Messparameters als X-Koordinate und des zweiten Messparameters als Y-Koordinate. Durch die effiziente Positionserfassung der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder einer daraus abgeleiteten Informationen und/oder einer funktionsäquivalenten Informationen kann das Sensorsystem in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden.The use of Gaussian Process Regression allows the location of the V formation in the X-Y plane to be precisely determined by using the first measurement parameter as the X coordinate and the second measurement parameter as the Y coordinate. By efficiently detecting the position of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information, the sensor system can be used in various applications.
Die Steuervorrichtung des Sensorsystems speichert den bestimmten Positionswert der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder einer daraus abgeleiteten Informationen und/oder einer funktionsäquivalenten Informationen für die Verwendung durch ein übergeordnetes System. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration des Sensorsystems in ein umfassendes System und bietet eine zuverlässige Informationsgrundlage für übergeordnete Prozesse.The control device of the sensor system stores the specific position value of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information for use by a higher-level system. This enables seamless integration of the sensor system into a comprehensive system and provides a reliable information basis for higher-level processes.
Durch die Kombination des computerimplementierten Verfahrens der Gaussian Process Regression mit dem Sensorelement und der Steuervorrichtung werden die Messparameter verwendet, um die Position der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder eine daraus abgeleitete Informationen und/oder eine funktionsäquivalente Informationen n genau zu bestimmen und für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereitzuhalten. Diese Integration ermöglicht eine präzise Steuerung und optimale Nutzung der V-Formation in verschiedenen Anwendungen.By combining the computer-implemented Gaussian Process Regression method with the sensor element and the control device, the measurement parameters are used to determine the position of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or to precisely determine functionally equivalent information n and keep it available for use by a higher-level system. This integration enables precise control and optimal use of the V-formation in various applications.
Zusammenfassend bietet das Sensorsystem mit dem computerimplementierten Verfahren der Gaussian Process Regression eine effiziente und präzise Methode zur Bestimmung der Position der V-Formation. Die Verwendung eines speicherbasierten Mediums, das den Code für das Verfahren enthält, und die Einbindung eines Prozessors ermöglichen eine optimale Ausführung des Verfahrens. Dadurch werden genaue Positionsergebnisse erzielt und eine zuverlässige Grundlage für übergeordnete Systeme bereitgestellt.In summary, the sensor system with the computer-implemented Gaussian Process Regression method offers an efficient and precise method for determining the position of the V-formation. The use of a memory-based medium containing the code for the method and the integration of a processor enable optimal execution of the method. This achieves accurate positioning results and provides a reliable basis for higher-level systems.
künstliche neuronale Netzwerkmodelleartificial neural network models
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems umfasst die Steuervorrichtung eine Prozessoreinheit (Steuervorrichtung CTR) und ein Speichermedium (RAM, NVM), wobei der Speichermedium (RAM, NVM) vorzugsweise den Code für das computerimplementierte Verfahren unter Anwendung künstlicher neuronaler Netzwerkmodelle enthält und die Prozessoreinheit den Code aus dem Speichermedium abruft und ausführt. Dadurch wird eine effiziente Ausführung des Verfahrens gewährleistet und ermöglicht eine schnelle und präzise Bestimmung der Lage der Spitze 30 der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information.In a further embodiment of the sensor system, the control device comprises a processor unit (control device CTR) and a storage medium (RAM, NVM), wherein the storage medium (RAM, NVM) preferably contains the code for the computer-implemented method using artificial neural network models and the processor unit contains the code from the storage medium and executes it. This ensures efficient execution of the method and enables quick and precise determination of the position of the
In einer Variante des Vorschlags wird das computerimplementierte Verfahren unter Anwendung künstlicher neuronaler Netzwerkmodelle verwendet, um die Lage der V-Formation in der X-Y-Ebene basierend auf dem ersten Messparameter als X-Koordinate und dem zweiten Messparameter als Y-Koordinate zu bestimmen. Durch die Anwendung dieses Verfahrens mit möglichst wenigen Iterationen wird eine hohe Genauigkeit und Effizienz bei der Positionserfassung erreicht.In a variant of the proposal, the computer-implemented method using artificial neural network models is used to determine the location of the V formation in the X-Y plane based on the first measurement parameter as the X coordinate and the second measurement parameter as the Y coordinate. By using this method with as few iterations as possible, a high level of accuracy and efficiency in position detection is achieved.
Die Steuervorrichtung des Sensorsystems hält die bestimmte Position der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder eine daraus abgeleitete Information und/oder eine funktionsäquivalente Information für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereit. Dadurch wird eine nahtlose Integration des Sensorsystems in ein umfassendes System ermöglicht und eine zuverlässige Informationsgrundlage für übergeordnete Prozesse geschaffen.The control device of the sensor system keeps the specific position of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information available for use by a higher-level system. This enables seamless integration of the sensor system into a comprehensive system and creates a reliable information basis for higher-level processes.
Das computerimplementierte Verfahren unter Anwendung künstlicher neuronaler Netzwerkmodelle ist vorzugsweise auf einem speicherbasierten Medium gespeichert, wie beispielsweise einem RAM (Random Access Memory) oder einem NVM (Non-Volatile Memory), und wird von der Prozessoreinheit der Steuervorrichtung ausgeführt. Diese Speicherung und Ausführung ermöglichen eine optimale Nutzung und Skalierbarkeit des Verfahrens.The computer-implemented method using artificial neural network models is preferably stored on a memory-based medium, such as a RAM (Random Access Memory) or an NVM (Non-Volatile Memory), and is executed by the processor unit of the control device. This storage and execution enable optimal use and scalability of the process.
Das Sensorsystem bietet somit eine effiziente und präzise Methode zur Bestimmung der Lage der Spitze 30 der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information. Durch die Verwendung künstlicher neuronaler Netzwerkmodelle in Kombination mit dem Sensorelement und der Steuervorrichtung werden die Messparameter verwendet, um die Position präzise zu bestimmen und für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereitzuhalten. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung und optimale Nutzung der V-Formation in verschiedenen Anwendungen.The sensor system thus offers an efficient and precise method for determining the position of the
Weiterhin ist das Sensorsystem flexibel und vielseitig einsetzbar, da es verschiedene Arten von speicherbasierten Medien unterstützt, wie beispielsweise Computerprogrammprodukte, Festplatten, Flash-Speicher oder andere nichtflüchtige Speichermedien. Dadurch kann das Sensorsystem an die spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten der jeweiligen Anwendung angepasst werden.Furthermore, the sensor system is flexible and versatile because it supports various types of memory-based media, such as computer program products, hard drives, flash memory or other non-volatile storage media. This allows the sensor system to be adapted to the specific requirements and circumstances of the respective application.
Gradientenbasierte OptimierungGradient-based optimization
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems wird ein computerimplementiertes Verfahren der gradientenbasierten Optimierung angewendet, um die genaue Position der Spitze 30 der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Position in der X-Y-Ebene zu bestimmen. Das Verfahren nutzt die Steuervorrichtung, um den nächsten Messpunkt basierend auf den ersten und zweiten Messparametern mit möglichst wenigen Iterationen zu ermitteln.In a further embodiment of the sensor system, a computer-implemented method of gradient-based optimization is used to determine the exact position of the
Das Sensorsystem ermöglicht eine präzise Bestimmung der Position der Spitze 30 der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Position durch die Verwendung des computerimplementierten Verfahrens der gradientenbasierten Optimierung. Die Steuervorrichtung stellt sicher, dass der erste und zweite Messparameter innerhalb ihrer jeweiligen Intervalle eingestellt werden, um genaue Messwerte zu erzielen. Durch die Anwendung des Verfahrens der gradientenbasierten Optimierung werden die nächsten Messpunkte mit hoher Effizienz und Genauigkeit bestimmt, wodurch eine präzise Positionserfassung ermöglicht wird.The sensor system enables precise determination of the position of the
Die Kombination aus dem Sensorelement und der Steuervorrichtung ermöglicht die genaue Bestimmung der Position der Spitze 30 der V-Formation und/oder einer funktionsäquivalenten Position. Das Sensorsystem kann die Positionsinformationen für eine Vielzahl von Anwendungen bereitstellen, wie beispielsweise in der Luftfahrt, Robotik, Logistik und Landwirtschaft.The combination of the sensor element and the control device enables the precise determination of the position of the
Die Verwendung des computerimplementierten Verfahrens der gradientenbasierten Optimierung bietet zahlreiche Vorteile. Durch die Nutzung des Gradienten des Sensorelementmesswerts nach den Messparametern können genaue und effiziente Messpunkte ermittelt werden. Das Verfahren ermöglicht zudem adaptive Schritte, um die Schrittweite oder das Schrittverfahren anzupassen, was zu einer verbesserten Anpassungsfähigkeit führt. Zusätzlich können weitere Optimierungstechniken wie konjugierte Gradienten oder L-BFGS eingesetzt werden, um eine noch effizientere und genauere Bestimmung der Positionen zu erreichen.Using the computer-implemented method of gradient-based optimization offers numerous advantages. By using the gradient of the sensor element measurement value according to the measurement parameters, accurate and efficient measurement points can be determined. The method also enables adaptive steps to adjust the step size or method, resulting in improved adaptability. In addition, other optimization techniques such as conjugate gradients or L-BFGS can be used to achieve an even more efficient and precise determination of the positions.
Das Sensorsystem umfasst vorzugsweise die Steuervorrichtung umfasst einen Prozessor und einen nichtflüchtigen Speicher, der den Code für das computerimplementierte Verfahren der gradientenbasierten Optimierung enthält. Dadurch kann der Prozessor den Code abrufen und ausführen, um die Bestimmung der Positionen der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder daraus abgeleiteter Informationen und/oder funktionsäquivalenter Informationen zu ermöglichen. Die Verwendung eines nichtflüchtigen Speichermediums gewährleistet, dass der Code dauerhaft gespeichert und jederzeit abgerufen werden kann.The sensor system preferably includes the control device includes a processor and a non-volatile memory that contains the code for the computer-implemented method of gradient-based optimization. This allows the processor to retrieve and execute the code to enable the determination of the positions of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information. Using a non-volatile storage medium ensures that the code is stored permanently and can be retrieved at any time.
Die Benutzerschnittstelle des Sensorsystems ermöglicht es dem Benutzer, die Einstellungen der Messparameterintervalle anzupassen und die Ergebnisse der Positionserfassung abzurufen. Dadurch wird eine benutzerfreundliche Anpassung an unterschiedliche Anforderungen und Anwendungsszenarien ermöglicht.The user interface of the sensor system allows the user to adjust the measurement parameter interval settings and obtain the position detection results. This enables user-friendly adaptation to different requirements and application scenarios.
Das Sensorsystem ist in der Lage, die Position der Spitze 30 der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Position in Echtzeit zu bestimmen und die Ergebnisse an ein übergeordnetes System zu übermitteln. Dies ermöglicht eine Echtzeitüberwachung und -verarbeitung der Positionsdaten für eine schnelle Reaktion und Entscheidungsfindung.The sensor system is capable of determining the position of the
Zusätzlich zur Beschreibung des Sensorsystems umfasst die Patentanmeldung auch weitere Ansprüche. In einer Variante des Vorschlags kann eine computerimplementierte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden. Diese Vorrichtung umfasst einen Prozessor (Steuervorrichtung CTR) und einen Speicher (RAM, NVM), der den Code für das computerimplementierte Verfahren enthält und vom Prozessor (Steuervorrichtung CTR) abgerufen und ausgeführt wird.In addition to the description of the sensor system, the patent application also includes further claims. In a variant of the proposal, a computer-implemented device can be provided for carrying out the method. This device includes a processor (control device CTR) and a memory (RAM, NVM) that contains the code for the computer-implemented method and is retrieved and executed by the processor (control device CTR).
Ein weiteres Speichermedium (RAM, NVM) kann verwendet werden, um den Code für das computerimplementierte Verfahren zu speichern. Dieses Speichermedium (RAM, NVM) wird in Verbindung mit der Steuervorrichtung des Sensorsystems verwendet.Another storage medium (RAM, NVM) can be used to store the code for the computer-implemented method. This storage medium (RAM, NVM) is used in conjunction with the sensor system control device.
Eine Benutzerschnittstelle ermöglicht die Einstellung der Messparameterintervalle und den Abruf der Ergebnisse der Positionserfassung. Dadurch wird dem Benutzer eine einfache Interaktion mit dem Sensorsystem ermöglicht.A user interface allows setting the measurement parameter intervals and retrieving the position detection results. This allows the user to easily interact with the sensor system.
Das übergeordnete System kommuniziert mit dem Sensorsystem und empfängt die Positionsergebnisse. Diese Ergebnisse können für weitere Verarbeitung oder Anzeige verwendet werden, um beispielsweise ein koordiniertes Verhalten von mehreren Sensorsystemen zu ermöglichen. Durch den Austausch von Positionsdaten zwischen den einzelnen Sensorsystemen können sie gemeinsam an einer Aufgabe arbeiten, wie zum Beispiel der Überwachung eines großen Gebiets oder der Durchführung kooperativer Prozesse und Verfahren.The higher-level system communicates with the sensor system and receives the position results. These results can be used for further processing or display, for example to enable coordinated behavior of multiple sensor systems. By exchanging position data between individual sensor systems, they can work together on a task, such as monitoring a large area or carrying out cooperative processes and procedures.
Darüber hinaus bietet das Sensorsystem die Möglichkeit zur Integration mit anderen Systemen oder Plattformen. Zum Beispiel könnte es in ein Flugzeug oder eine Drohne integriert werden, um eine präzise Positionsbestimmung während des Fluges durch Nutzung des Erdmagnetfeldes zu ermöglichen. Es könnte auch in autonome Fahrzeuge integriert werden, um deren Navigation zu verbessern und Kollisionen zu vermeiden.In addition, the sensor system offers the possibility of integration with other systems or platforms. For example, it could be integrated into an aircraft or drone to enable precise in-flight positioning by using the Earth's magnetic field. It could also be integrated into autonomous vehicles to improve their navigation and avoid collisions.
Das Sensorsystem könnte auch in der Landwirtschaft eingesetzt werden, um die Position von landwirtschaftlichen Geräten oder Fahrzeugen zu bestimmen und sie bei der Ausführung von Aufgaben wie dem Pflügen, Säen oder Ernten zu unterstützen. Die präzise Positionsbestimmung kann dazu beitragen, die Effizienz und Genauigkeit landwirtschaftlicher Prozesse zu verbessern.The sensor system could also be used in agriculture to determine the position of agricultural equipment or vehicles and help them perform tasks such as plowing, sowing or harvesting. Precise positioning can help improve the efficiency and accuracy of agricultural processes.
Des Weiteren könnte das Sensorsystem in der Robotik verwendet werden, um die Position von Robotern in einer Produktionsumgebung oder in anderen Anwendungen zu erfassen. Dadurch können Roboter präzise Aufgaben ausführen, Kollisionen vermeiden und effizient mit anderen Robotern oder menschlichen Arbeitskräften zusammenarbeiten.Furthermore, the sensor system could be used in robotics to detect the position of robots in a production environment or in other applications. This allows robots perform precise tasks, avoid collisions, and collaborate efficiently with other robots or human workers.
Insgesamt ermöglicht das beschriebene Sensorsystem mit seinem computerimplementierten Verfahren der gradientenbasierten Optimierung eine präzise und effiziente Positionsbestimmung der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder daraus abgeleiteter Informationen und/oder funktionsäquivalenter Informationen. Durch die Integration in verschiedene Systeme und Anwendungen eröffnet es vielfältige Möglichkeiten zur Verbesserung von Prozessen, Sicherheit und Koordination.Overall, the sensor system described with its computer-implemented method of gradient-based optimization enables a precise and efficient determination of the position of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information. By integrating into various systems and applications, it opens up a variety of opportunities to improve processes, security and coordination.
GradientenabstiegGradient descent
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems kommuniziert das übergeordnete System mit dem Sensorsystem und empfängt die Positionsergebnisse. Diese Ergebnisse, die die Position der unteren Spitze 30 der V-Formation in der X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information repräsentieren, können für weitere Verarbeitung oder Anzeige verwendet werden, um beispielsweise ein koordiniertes Verhalten von mehreren Sensorsystemen zu ermöglichen.In a further embodiment of the sensor system, the higher-level system communicates with the sensor system and receives the position results. These results, representing the position of the
Das Sensorsystem nutzt ein computerimplementiertes Verfahren des Gradientenabstiegs, um mit möglichst wenigen Iterationen die Position der unteren Spitze 30 der V-Formation in der X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information aus erstem Messparameter als X-Koordinate und zweitem Messparameter als Y-Koordinate zu bestimmen. Das Verfahren des Gradientenabstiegs ermöglicht eine effiziente und genaue Positionsbestimmung, indem es adaptive Schritte zur Anpassung der Schrittweite oder des Schrittverfahrens verwendet. Dadurch kann der nächste Messpunkt präzise ermittelt werden.The sensor system uses a computer-implemented gradient descent method to determine, with as few iterations as possible, the position of the
Um die Genauigkeit und Effizienz weiter zu verbessern, können dem computerimplementierten Verfahren des Gradientenabstiegs auch weitere Optimierungstechniken wie konjugierte Gradienten oder L-BFGS (Limitedmemory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) hinzugefügt werden. Diese Techniken tragen dazu bei, die Position der unteren Spitze 30 der V-Formation in der X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information noch genauer zu bestimmen.To further improve accuracy and efficiency, other optimization techniques such as conjugate gradients or L-BFGS (limited memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) can also be added to the computer-implemented gradient descent method. These techniques help to more precisely determine the position of the
Um die Benutzerfreundlichkeit zu erhöhen, verfügt die Steuervorrichtung über eine Benutzerschnittstelle, die es dem Benutzer ermöglicht, Einstellungen wie das erste Messparameterintervall und das zweite Messparameterintervall anzupassen. Darüber hinaus können die Ergebnisse der Positionsbestimmung über die Benutzerschnittstelle abgerufen werden.To increase user-friendliness, the control device has a user interface that allows the user to adjust settings such as the first measurement parameter interval and the second measurement parameter interval. In addition, the results of the positioning can be accessed via the user interface.
Das Sensorsystem ist in der Lage, die Position der unteren Spitze 30 der V-Formation in der X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information in Echtzeit zu bestimmen und die Ergebnisse an das übergeordnete System in Echtzeit zu übermitteln. Dadurch wird eine Echtzeitüberwachung und -steuerung ermöglicht.The sensor system is able to determine the position of the
Zur Implementierung des beschriebenen Verfahrens ist eine computerimplementierte Vorrichtung vorgesehen, die einen Prozessor und einen Speicher umfasst. Der Speicher enthält den Code für das computerimplementierte Verfahren des Gradientenabstiegs, während der Prozessor den Code aus dem Speicher abruft und ausführt.To implement the method described, a computer-implemented device is provided which includes a processor and a memory. Memory contains the code for the computer-implemented gradient descent method, while the processor retrieves the code from memory and executes it.
Zusätzlich ist vorzugsweise ein nichtflüchtiges Speichermedium (NVM) vorgesehen, das den Code für das computerimplementierte Verfahren des Gradientenabstiegs speichert und in Verbindung mit der Steuervorrichtung des Sensorsystems verwendet wird. Dadurch kann das Verfahren auch auf andere Systeme oder Plattformen übertragen und dort genutzt werdenIn addition, a non-volatile storage medium (NVM) is preferably provided which stores the code for the computer-implemented gradient descent method and is used in conjunction with the control device of the sensor system. This means that the process can also be transferred to other systems or platforms and used there
Die Benutzerschnittstelle ermöglicht es dem Benutzer, die Messparameterintervalle anzupassen und die Ergebnisse der Positionsbestimmung abzurufen. Dies erhöht die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Sensorsystems. Der Benutzer kann die Messparameterintervalle je nach den spezifischen Anforderungen und Umgebungsbedingungen anpassen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Der Benutzer kann eine Vorrichtung sein.The user interface allows the user to adjust the measurement parameter intervals and retrieve the positioning results. This increases the flexibility and adaptability of the sensor system. The user can adjust the measurement parameter intervals depending on the specific requirements and environmental conditions to achieve optimal results. The user can be a device.
Darüber hinaus ermöglicht die Benutzerschnittstelle dem Benutzer einen bequemen Zugriff auf die ermittelten Positionsdaten der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder daraus abgeleiteter Informationen und/oder funktionsäquivalenter Informationen. Diese Informationen können für verschiedene Zwecke genutzt werden, beispielsweise zur Überwachung und Analyse der V-Formation oder zur Integration in ein übergeordnetes System.In addition, the user interface enables the user to conveniently access the determined position data of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information. This information can be used for can be used for various purposes, for example for monitoring and analyzing the V-formation or for integration into a higher-level system.
Die Verwendung des computerimplementierten Verfahrens des Gradientenabstiegs in Verbindung mit adaptiven Schritten und weiteren Optimierungstechniken gewährleistet eine effiziente und genaue Positionsbestimmung der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder daraus abgeleiteter Informationen und/oder funktionsäquivalenter Informationen. Durch die Anpassung der Schrittweite oder des Schrittverfahrens kann das Sensorsystem die Position mit hoher Präzision bestimmen und gleichzeitig den Berechnungsaufwand minimieren.The use of the computer-implemented method of gradient descent in conjunction with adaptive steps and further optimization techniques ensures efficient and precise position determination of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information. By adjusting the step size or step method, the sensor system can determine the position with high precision while minimizing the calculation effort.
Die Echtzeitfähigkeit des Sensorsystems ermöglicht eine schnelle und kontinuierliche Erfassung der Positionsdaten der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder daraus abgeleiteter Informationen und/oder funktionsäquivalenter Informationen. Dies ist besonders wichtig in Anwendungen, in denen Echtzeitinformationen erforderlich sind, um beispielsweise eine reibungslose Navigation oder Koordination mehrerer Sensorsysteme zu gewährleisten.The real-time capability of the sensor system enables rapid and continuous recording of the position data of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information. This is particularly important in applications where real-time information is required, for example to ensure smooth navigation or coordination of multiple sensor systems.
Die Implementierung des computerimplementierten Verfahrens des Gradientenabstiegs in einer computerimplementierten Vorrichtung mit Prozessor (Steuervorrichtung CTR) und Speicher (RAM, NVM) bietet eine effiziente und flexible Lösung. Der Code für das Verfahren kann auf dem Speichermedium als Speicher (RAM, NVM) gespeichert und bei Bedarf vom Prozessor abgerufen und ausgeführt werden. Dadurch wird eine einfache Integration des Sensorsystems in bestehende Systeme oder Plattformen ermöglicht.The implementation of the computer-implemented gradient descent method in a computer-implemented device with a processor (control device CTR) and memory (RAM, NVM) offers an efficient and flexible solution. The code for the method can be stored on the storage medium as memory (RAM, NVM) and can be retrieved and executed by the processor when necessary. This enables easy integration of the sensor system into existing systems or platforms.
Das nichtflüchtige Speichermedium (NVM) dient als zuverlässige und dauerhafte Aufbewahrung des Codes für das Verfahren. Dadurch kann das Sensorsystem auch nach einem Neustart oder einem Stromausfall seine Funktionalität beibehalten und nahtlos wieder aufgenommen werden.The non-volatile storage medium (NVM) serves as a reliable and permanent storage of the code for the procedure. This allows the sensor system to maintain its functionality and resume seamlessly even after a restart or power failure.
Insgesamt ermöglicht das Sensorsystem mit dem computerimplementierten Verfahren des Gradientenabstiegs eine präzise, effiziente und Echtzeit-Positionsbestimmung der unteren Spitze 30 der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information. Die Benutzerschnittstelle, die Anpassungsmöglichkeiten und die Integration in bestehende Systeme tragen zur Vielseitigkeit und Anwendbarkeit des Sensorsystems bei. Durch die Verbesserung der Positionsbestimmung der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder daraus abgeleiteter Informationen und/oder funktionsäquivalenter Informationen in verschiedenen Anwendungsbereichen kann das Sensorsystem zu einer optimierten Leistung und Effizienz beitragen.Overall, the sensor system with the computer-implemented method of gradient descent enables precise, efficient and real-time position determination of the
stochastischer Gradientenabstiegstochastic gradient descent
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems wird ein computerimplementiertes Verfahren des stochastischen Gradientenabstiegs eingesetzt, um den nächsten Messpunkt aus dem nächsten ersten und zweiten Messparameter zu bestimmen. Dadurch wird die Lage der Spitze 30 der V-Formation oder eine funktionsäquivalenten Information in der X-Y-Ebene mit möglichst wenigen Iterationen ermittelt. Das Verfahren nutzt den ersten Messparameter als X-Koordinate und den zweiten Messparameter als Y-Koordinate. Die Steuervorrichtung des Sensorsystems wendet adaptive Schritte an, um die Schrittweite oder das Schrittverfahren anzupassen, was eine effiziente und genaue Positionsbestimmung ermöglicht.In a further embodiment of the sensor system, a computer-implemented method of stochastic gradient descent is used to determine the next measurement point from the next first and second measurement parameters. As a result, the position of the
Die Verwendung des stochastischen Gradientenabstiegs in Verbindung mit adaptiven Schritten ermöglicht es dem Sensorsystem, präzise Messpunkte zu bestimmen und die Position der Spitze 30 der V-Formation oder eine funktionsäquivalenten Information genau zu erfassen. Durch die Anpassung der Schrittweite oder des Schrittverfahrens kann das Sensorsystem die Position mit hoher Präzision bestimmen und gleichzeitig den Berechnungsaufwand minimieren.The use of stochastic gradient descent in conjunction with adaptive steps allows the sensor system to determine precise measurement points and accurately capture the position of the top 30 of the V-formation or functionally equivalent information. By adjusting the step size or step method, the sensor system can determine the position with high precision while minimizing the calculation effort.
Die Verwendung von weiteren Optimierungstechniken wie Momentum oder Nesterov Momentum verbessert die Effizienz des stochastischen Gradientenabstiegs und trägt zu einer genaueren Positionsbestimmung bei. The use of further optimization techniques such as Momentum or Nesterov Momentum improves the efficiency of stochastic gradient descent and contributes to more precise positioning.
Diese Techniken ermöglichen es dem Sensorsystem, schneller konvergierende Lösungen zu finden und potenzielle lokale Minima zu überwinden.These techniques enable the sensor system to find converging solutions more quickly and overcome potential local minima.
Die Steuervorrichtung des Sensorsystems ist mit einer Benutzerschnittstelle ausgestattet, die es dem Benutze, der auch eine Vorrichtung sein kann, r ermöglicht, das Messparameterintervall anzupassen und die Ergebnisse der Positionsbestimmung der V-Formation, insbesondere der Spitze (30) der V-Formation, und/oder daraus abgeleiteter Informationen und/oder funktionsäquivalenter Informationen abzurufen. Die Benutzerschnittstelle bietet interaktive Einstellungsmöglichkeiten, z. B. Schieberegler oder Eingabefelder, um das Messparameterintervall anzupassen. Darüber hinaus wird sie vorzugsweise der beabsichtigten Benutzung durch menschliche Benutzer so ausgelegt, dass sie eine grafische Benutzeroberfläche bereitstellt, die die Position der Spitze 30 der V-Formation oder die funktionsäquivalente Information auf einem Diagramm in der X-Y-Ebene visuell darstellt und die numerischen Koordinaten anzeigt.The control device of the sensor system is equipped with a user interface that allows the user, who can also be a device, to adjust the measurement parameter interval and the To retrieve results of the position determination of the V-formation, in particular the tip (30) of the V-formation, and/or information derived therefrom and/or functionally equivalent information. The user interface offers interactive setting options, e.g. B. Sliders or input fields to adjust the measurement parameter interval. In addition, it is preferably designed for intended use by human users to provide a graphical user interface that visually represents the position of the top 30 of the V formation or the functionally equivalent information on a diagram in the XY plane and displays the numerical coordinates .
Durch die Verwendung des computerimplementierten Verfahrens des stochastischen Gradientenabstiegs in Verbindung mit adaptiven Schritten und weiteren Optimierungstechniken gewährleistet das Sensorsystem eine effiziente und genaue Positionsbestimmung der V-Formation und/oder einer funktionsäquivalenten Information. Die Benutzerschnittstelle ermöglicht eine einfache Anpassung der Messparameterintervalle und den bequemen Zugriff auf die Ergebnisse. Diese Funktionen tragen zur Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Sensorsystems bei.By using the computer-implemented method of stochastic gradient descent in conjunction with adaptive steps and other optimization techniques, the sensor system ensures efficient and accurate position determination of the V-formation and/or functionally equivalent information. The user interface allows easy adjustment of the measurement parameter intervals and convenient access to the results. These functions contribute to the flexibility and adaptability of the sensor system.
Das Sensorsystem kann die Position der Spitze 30 der V-Formation oder eine funktionsäquivalente Information in Echtzeit bestimmen und die Ergebnisse in Echtzeit an ein übergeordnetes System übermitteln. Dies ermöglicht eine schnelle und kontinuierliche Erfassung der Positionsdaten und ist besonders wichtig in Anwendungen, in denen Echtzeitinformationen erforderlich sind, beispielsweise für eine präzise Navigation oder die Koordination mehrerer Sensorsysteme.The sensor system can determine the position of the
Gradientenbasierte OptimierungGradient-based optimization
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die in der Lage ist, einen ersten Messparameter innerhalb eines ersten Messparmeterintervalls einzustellen und einen zweiten Messparameter innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls einzustellen. Ein Sensorelement ist ebenfalls vorhanden, das abhängig von den eingestellten Messparametern einen Sensorelementmesswert liefert. Die Steuervorrichtung wendet ein computerimplementiertes Verfahren der gradientenbasierten Optimierung an, um den nächsten Messpunkt basierend auf den nächsten Messparametern zu bestimmen. Des Weiteren umfasst das Sensorsystem ein System zur Bestimmung der Position der Spitze einer V-Formation in der X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information, wobei die Position durch die X-Koordinate des ersten Messparameters und die Y-Koordinate des zweiten Messparameters definiert ist. Eine Speichervorrichtung dient dazu, die bestimmte Position der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereitzuhalten. Zudem gibt es eine Benutzerschnittstelle, die es ermöglicht, die Messparameterintervalle einzustellen und die Ergebnisse der Position der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information abzurufen. Dabei kann eine Vorrichtung ein benutzer sein.In a further embodiment of the sensor system, a control device is provided which is able to set a first measurement parameter within a first measurement parameter interval and to set a second measurement parameter within a second measurement parameter interval. A sensor element is also present, which delivers a sensor element measurement value depending on the measurement parameters set. The control device uses a computer-implemented gradient-based optimization method to determine the next measurement point based on the next measurement parameters. Furthermore, the sensor system includes a system for determining the position of the tip of a V formation in the XY plane or functionally equivalent information, the position being defined by the X coordinate of the first measurement parameter and the Y coordinate of the second measurement parameter. A storage device is used to hold the specific position of the V-formation or the functionally equivalent information for use by a higher-level system. There is also a user interface that allows setting the measurement parameter intervals and obtaining the results of the V-formation position or functional equivalent information. A device can be a user.
In einer Variante des Vorschlags kann eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem vorausgehenden Abschnitt bereitgestellt werden. Diese Vorrichtung umfasst einen Prozessor (Steuervorrichtung CTR) zur Ausführung des computerimplementierten Verfahrens der gradientenbasierten Optimierung und zur Steuerung des Sensorsystems. Des Weiteren ist ein Speicher vorhanden, der den Code für das computerimplementierte Verfahren und die erforderlichen Daten speichert. Ein nichtflüchtiges Speichermedium wird in Verbindung mit der Steuervorrichtung des Sensorsystems verwendet, um den Code für das Verfahren und die erforderlichen Daten zu speichern.In a variant of the proposal, a device for carrying out the method according to the previous section can be provided. This device includes a processor (control device CTR) for executing the computer-implemented method of gradient-based optimization and for controlling the sensor system. There is also a memory that stores the code for the computer-implemented method and the necessary data. A non-volatile storage medium is used in conjunction with the sensor system controller to store the code for the procedure and the required data.
Die Steuervorrichtung des Sensorsystems kann in einer Ausführungsform eine adaptive Schrittweitenanpassung im Rahmen des computerimplementierten Verfahrens der gradientenbasierten Optimierung durchführen, um die Konvergenz des Verfahrens zu verbessern. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuervorrichtung eine Schrittverfahrensanpassung im Rahmen des Verfahrens durchführen, um die Effizienz zu optimieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Steuervorrichtung eine adaptive Anpassung der Messparameterintervalle basierend auf dem Verlauf des gradientenbasierten Optimierungsverfahrens durchführt, um die Suche nach der Position der V-Formation zu beschleunigen.In one embodiment, the control device of the sensor system can carry out an adaptive step size adjustment as part of the computer-implemented method of gradient-based optimization in order to improve the convergence of the method. In another embodiment, the control device may perform step process adjustment as part of the method to optimize efficiency. Another possibility is that the control device carries out an adaptive adjustment of the measurement parameter intervals based on the course of the gradient-based optimization method in order to accelerate the search for the position of the V formation.
Das Sensorelement und/oder das Sensorsystem können eine Rauschunterdrückungsfunktion aufweisen, um Störeinflüsse auf die Messwerte zu reduzieren und die Genauigkeit der Bestimmung der Position der V-Formation zu verbessern. Die Benutzerschnittstelle kann zusätzlich eine Visualisierung der Position der V-Formation auf der X-Y-Ebene ermöglichen, um dem Benutzer eine intuitive Darstellung der ermittelten Position zu bieten. Die Speichervorrichtung kann weitere Informationen über die V-Formation speichern, um eine umfassende Charakterisierung zu ermöglichen.The sensor element and/or the sensor system may have a noise suppression function to reduce interference on the measured values and to improve the accuracy of determining the position of the V-formation. The user interface may additionally enable visualization of the position of the V formation on the X-Y plane to provide the user with an intuitive representation of the determined position. The storage device can store additional information about the V formation to enable comprehensive characterization.
Das computerimplementierte Verfahren der gradientenbasierten Optimierung kann verschiedene Optimierungstechniken verwenden, um den nächsten Messpunkt basierend auf den nächsten Messparametern zu bestimmen. Beispiele für solche Techniken sind das steepest-descent-Verfahren oder das Newton-Verfahren. Die Auswahl der geeigneten Optimierungstechnik kann von den spezifischen Anforderungen des Sensorsystems abhängen.The computer-implemented method of gradient-based optimization can use various optimization techniques to determine the next measurement point based on the next measurement parameters. Examples of such techniques are the steepest descent method or the Newton method. The selection of the appropriate optimization technique may depend on the specific requirements of the sensor system.
Die Bestimmung der Position der Spitze einer V-Formation in der X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information kann in verschiedenen Anwendungen nützlich sein. Zum Beispiel könnte das Sensorsystem in der Luftfahrt eingesetzt werden, um die Position einer Flugzeugformation zu bestimmen. In der Robotik könnte es verwendet werden, um die Position eines Roboters zu ermitteln. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig und hängen von den spezifischen Anforderungen des jeweiligen Systems ab.Determining the position of the top of a V formation in the X-Y plane or functionally equivalent information can be useful in various applications. For example, the sensor system could be used in aviation to determine the position of an aircraft formation. In robotics it could be used to determine the position of a robot. The possible applications are diverse and depend on the specific requirements of the respective system.
Insgesamt bietet das vorgeschlagene Sensorsystem mit dem computerimplementierten Verfahren der gradientenbasierten Optimierung eine effiziente und präzise Methode zur Bestimmung der Position einer V-Formation. Durch die Integration von Funktionen wie Rauschunterdrückung, Visualisierung und Speicherung wird eine umfassende Charakterisierung der V-Formation ermöglicht. Dies kann zu einer verbesserten Steuerung, Überwachung oder Analyse in verschiedenen Anwendungsbereichen führen.Overall, the proposed sensor system with the computer-implemented method of gradient-based optimization offers an efficient and precise method for determining the position of a V-formation. By integrating features such as noise reduction, visualization and storage, a comprehensive characterization of the V-formation is possible. This can lead to improved control, monitoring or analysis in various application areas.
Simulated AnnealingSimulated annealing
Das Sensorsystem umfasst eine Steuervorrichtung, die dazu dient, einen ersten Messparameter innerhalb eines ersten Messparameterintervalls und einen zweiten Messparameter innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls einzustellen. Ein Sensorelement ermittelt einen Sensorelementmesswert in Abhängigkeit von den eingestellten Messparametern. Das Sensorsystem ist vorzugsweise in der Lage, Messpunkte im kartesischen Koordinatensystem zu bilden, wobei der erste Messparameter die x-Koordinate auf der x-Achse und der zweite Messparameter die y-Koordinate auf der y-Achse bestimmt und der Sensorelementmesswert die z-Koordinate auf der z-Achse bestimmt.The sensor system includes a control device that serves to set a first measurement parameter within a first measurement parameter interval and a second measurement parameter within a second measurement parameter interval. A sensor element determines a sensor element measurement value depending on the set measurement parameters. The sensor system is preferably able to form measuring points in the Cartesian coordinate system, with the first measuring parameter determining the x-coordinate on the x-axis and the second measuring parameter determining the y-coordinate on the y-axis and the sensor element measurement value determining the z-coordinate the z-axis is determined.
Des Weiteren kann das Sensorsystem die Position 30 der unteren Spitze einer V-Formation auf der X-Y-Ebene oder eine funktionsäquivalente Information, die aus dem ersten Messparameter als X-Koordinate und dem zweiten Messparameter als Y-Koordinate abgeleitet werden kann, bestimmen und ausgeben.Furthermore, the sensor system can determine and output the
Für die Bestimmung der Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information wird von der Steuervorrichtung das computerimplementierte Verfahren des Simulated Annealings angewendet. Dieses Verfahren ermöglicht es, den nächsten Messpunkt basierend auf den nächsten Messparametern zu bestimmen, um die Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information mit möglichst wenigen Iterationen zu bestimmen. Die berechnete Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information wird dann für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereitgehalten.To determine the
Zusätzlich zu den oben genannten Merkmalen umfasst das Sensorsystem weitere funktionale Eigenschaften und Vorteile. Eine Kommunikationsschnittstelle des Sensorsystems (z.B. eine Datenschnittstelle) ermöglicht die Übertragung der ermittelten Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information an das übergeordnete System. Eine Speichereinheit in der Steuervorrichtung enthält ein Speichermedium, auf dem das computerimplementierte Verfahren des Simulated-Annealings gespeichert ist. Eine Datenanalyseeinheit (z.B. als Teil der Steuervorrichtung CTR und/oder Mustererkennungsvorrichtung MEV) führt eine Analyse der erfassten Sensorelementmesswerte und/oder des Filterausgangssignals (S4) durch, um Muster oder Strukturen zu erkennen und die Bestimmung der Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information zu verbessern.In addition to the features mentioned above, the sensor system includes other functional properties and advantages. A communication interface of the sensor system (e.g. a data interface) enables the
Die Benutzerschnittstelle ermöglicht es einem Benutzer, Eingaben für die Anpassung der Messparameter und die Steuerung des Verfahrens des Simulated-Annealings vorzunehmen. Der Benutzer kann eine Vorrichtung sein. Eine Kalibrierungseinheit (z.B. als Teil der Steuervorrichtung CTR und/oder Mustererkennungsvorrichtung MEV) ermöglicht es, das Sensorsystem basierend auf bekannten Referenzwerten zu kalibrieren und eine genaue Bestimmung der Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information sicherzustellen.The user interface allows a user to make inputs for adjusting the measurement parameters and controlling the simulated annealing process. The user can be a device. A calibration unit (e.g. as part of the control device CTR and/or pattern recognition device MEV) makes it possible to calibrate the sensor system based on known reference values and to ensure an accurate determination of the
Durch die Verwendung einer hochauflösenden Sensorik im Sensorelement werden präzise Sensorelementmesswerte geliefert, was zu einer genauen Bestimmung der Position 30 führt. Dies ermöglicht eine präzise Lokalisierung der unteren Spitze der V-Formation oder eine genaue Bestimmung der funktionsäquivalenten Information.By using a high-resolution sensor system in the sensor element, precise sensor element measurement values are delivered, which leads to an exact determination of the
Nelder-Mead-AlgorithmusNelder-Mead algorithm
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems erfolgt die Einstellung eines ersten Messparameters innerhalb eines ersten Messparameterintervalls und eines zweiten Messparameters innerhalb eines zweiten Messparameterintervalls durch eine Steuervorrichtung. Durch ein Sensorelement wird ein Sensorelementmesswert für einen eingestellten Messpunkt basierend auf dem ersten Messparameter und dem zweiten Messparameter ermittelt. Der Messwert des Sensorelements wird in ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem eingetragen, wobei die x-Koordinate auf der x-Achse durch den ersten Messparameter und die y-Koordinate auf der y-Achse durch den zweiten Messparameter bestimmt werden. Die z-Koordinate auf der z-Achse wird durch den Messwert des Sensorelements bestimmt. Eine Positionserkennungseinheit erkennt, dass die Maxima des Betrags des Gradienten des Messwerts des Sensorelements nach der x-Koordinate und der y-Koordinate eine V-Formation auf der X-Y-Ebene mit einer Spitze 30 dieser V-Formation ergeben. Die Aufgabe des Sensorsystems besteht darin, die Position 30 dieser unteren Spitze dieser V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder eine funktionsäquivalente Information zu bestimmen und auszugeben.In a further embodiment of the sensor system, a first measurement parameter is set within a first measurement parameter interval and a second measurement parameter within a second measurement parameter interval by a control device. A sensor element measurement value for a set measuring point is determined by a sensor element based on the first measurement parameter and the second measurement parameter. The measured value of the sensor element is entered into a three-dimensional Cartesian coordinate system, whereby the x coordinate on the x axis is determined by the first measurement parameter and the y coordinate on the y axis is determined by the second measurement parameter. The z coordinate on the z axis is determined by the measured value of the sensor element. A position detection unit detects that the maxima of the magnitude of the gradient of the measured value of the sensor element according to the x coordinate and the y coordinate result in a V formation on the XY plane with a
Gemäß einer Ausprägung des Sensorsystems gemäß dem vorausgehenden Abschnitt wird die Steuervorrichtung den Nelder-Mead-Algorithmus, ein computerimplementiertes Verfahren, zur Bestimmung des nächsten Messpunkts aus einem nächsten ersten Messparameter und einem nächsten zweiten Messparameter anwenden. Dadurch wird die Position 30 dieser unteren Spitze dieser V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder eine funktionsäquivalente Information berechnet und für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereitgestellt. Der Nelder-Mead-Algorithmus ist eine heuristische Optimierungsmethode, die auf einem iterativen Prozess zur Anpassung der Messparameter basiert, um die Position 30 dieser unteren Spitze dieser V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder die funktionsäquivalente Information mit möglichst wenigen Iterationen zu bestimmen. Dies ermöglicht eine effiziente und genaue Positionserkennung.According to one embodiment of the sensor system according to the previous section, the control device will use the Nelder-Mead algorithm, a computer-implemented method, to determine the next measurement point from a next first measurement parameter and a next second measurement parameter. As a result, the
Die Steuervorrichtung des Sensorsystems kann auch ein gesondertes Speichermedium umfassen, wobei das Speichermedium die aktuellen Werte des ersten Messparameters, des zweiten Messparameters und des Sensorelementmesswerts speichert. Dadurch wird der Nelder-Mead-Algorithmus iterativ durchgeführt, um die Position 30 dieser unteren Spitze dieser V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder eine funktionsäquivalente Information zu bestimmen.The control device of the sensor system can also include a separate storage medium, wherein the storage medium stores the current values of the first measurement parameter, the second measurement parameter and the sensor element measured value. This performs the Nelder-Mead algorithm iteratively to determine the
Zur Überprüfung der Konvergenz der Berechnung der Position 30 dieser unteren Spitze dieser V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder der funktionsäquivalenten Information kann die Steuervorrichtung eine Konvergenzkriteriumsprüfung durchführen und die Iterationen des Nelder-Mead-Algorithmus entsprechend beenden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Positionserkennung zuverlässig und präzise erfolgt.To check the convergence of the calculation of the
Um Fehler in den Messungen des Sensorelements zu erkennen und zu korrigieren, kann die Steuerungsvorrichtung ein Fehlererkennungs- und Korrekturverfahren verwenden. Dieses Verfahren ermöglicht es, Fehler in den Messungen des Sensorelements zu identifizieren und zu beheben.In order to detect and correct errors in the measurements of the sensor element, the control device can use an error detection and correction method. This procedure makes it possible to identify and correct errors in the measurements of the sensor element.
Das Fehlererkennungs- und Korrekturverfahren kann verschiedene Techniken umfassen, je nach den spezifischen Anforderungen des Systems. Eine Möglichkeit besteht darin, die erfassten Daten mit vordefinierten Schwellenwerten zu vergleichen. Wenn die Messwerte außerhalb der erwarteten Grenzen liegen, wird ein Fehler erkannt. In solchen Fällen kann die Steuervorrichtung geeignete Korrekturmaßnahmen ergreifen, um die Genauigkeit der Positionserkennung zu verbessern.The error detection and correction process may include various techniques depending on the specific requirements of the system. One option is to compare the collected data against predefined thresholds. If the readings are outside the expected limits, an error is detected. In such cases, the control device may take appropriate corrective measures to improve the accuracy of the position detection.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, statistische Methoden zur Fehlererkennung und -korrektur anzuwenden. Hierbei werden die Messwerte analysiert, um Abweichungen und Anomalien zu identifizieren. Basierend auf diesen Erkenntnissen kann die Steuervorrichtung Fehlerkorrekturen durchführen, indem sie beispielsweise die Datenfilterung anpasst oder die Messwerte neu berechnet.Another option is to apply statistical methods for error detection and correction. The measured values are analyzed to identify deviations and anomalies. Based on these findings, the control device can carry out error corrections, for example by adjusting the data filtering or recalculating the measured values.
Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung auch auf Redundanz setzen, indem sie mehrere Sensorelemente verwendet. Durch den Vergleich der Messwerte der verschiedenen Sensorelemente kann die Vorrichtung Fehler erkennen und korrigieren, indem sie beispielsweise Ausreißerwerte eliminieren oder den Durchschnitt der Messungen verwendet.In addition, the control device can also rely on redundancy by using multiple sensor elements. By comparing the measured values of the different sensor elements, the device can detect and correct errors, for example by eliminating outlier values or using the average of the measurements.
Insgesamt dient die Fehlererkennungs- und Korrekturfunktion dazu, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Positionserkennung zu gewährleisten. Indem potenzielle Fehler erkannt und korrigiert werden, kann die Steuervorrichtung eine präzise Bestimmung der Position der unteren Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene oder der funktionsäquivalenten Information ermöglichen.Overall, the error detection and correction function is used to ensure the reliability and accuracy of position detection. By detecting and correcting potential errors, the controller can enable precise determination of the position of the lower tip of the V formation in the XY plane or functionally equivalent information.
Partikelschwarmoptimierung (PSO)Particle Swarm Optimization (PSO)
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems wird das computerimplementierte Verfahren der Partikelschwarmoptimierung (PSO) angewendet, um den nächsten Messpunkt aus dem nächsten ersten Messparameter und dem nächsten zweiten Messparameter zu bestimmen. Dabei simuliert die Steuervorrichtung eine Gruppe von Partikeln im mehrdimensionalen Suchraum, wobei jedes Partikel einen Satz von Messparametern repräsentiert. Die Partikel suchen nach dem Optimum der V-Formation, wobei die Position 30 der unteren Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder eine funktionsäquivalente Information aus dem ersten Messparameter als X-Koordinate und dem zweiten Messparameter als Y-Koordinate maximiert wird.In a further embodiment of the sensor system, the computer-implemented particle swarm optimization (PSO) method is used to determine the next measurement point from the next first measurement parameter and the next second measurement parameter. The control device simulates a group of particles in the multi-dimensional search space, with each particle representing a set of measurement parameters. The particles search for the optimum of the V formation, maximizing the
Das computerimplementierte Verfahren der Partikelschwarmoptimierung (PSO) verwendet eine Aktualisierungsfunktion für die Partikelpositionen, bei der die Partikel ihre Position basierend auf ihren aktuellen Positionen, ihren individuellen besten Positionen und den besten Positionen anderer Partikel aktualisieren. Dies führt zu einer Konvergenz zum Optimum der V-Formation und ermöglicht eine präzise Positionsermittlung.The computer-implemented particle swarm optimization (PSO) method uses a particle position update function where the particles update their position based on their current positions, their individual best positions, and the best positions of other particles. This leads to a convergence to the optimum of the V formation and enables precise position determination.
Um eine zu schnelle Konvergenz oder ein Verlassen des Suchraums zu verhindern und eine umfassende Erkundung des Suchraums zu gewährleisten, wendet das computerimplementierte Verfahren der PSO verschiedene Geschwindigkeits- und Bewegungseinschränkungen für die Partikel an.To prevent convergence or exit from the search space too quickly and to ensure a comprehensive exploration of the search space, the computer-implemented method of PSO applies various velocity and motion constraints to the particles.
Das PSO-Verfahren verwendet ein vordefiniertes Abbruchkriterium, um den Suchprozess zu beenden. Dies kann geschehen, wenn eine bestimmte Anzahl von Iterationen erreicht ist oder eine vordefinierte Genauigkeit der Ermittlung der Position 30 der unteren Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder der funktionsäquivalenten Information erreicht wurde. Dadurch wird eine effiziente und genaue V-Formationserkennung gewährleistet.The PSO method uses a predefined termination criterion to terminate the search process. This can happen when a certain number of iterations has been reached or a predefined accuracy of determining the
Um eine effiziente und genaue V-Formationserkennung zu ermöglichen, verwendet das computerimplementierte Verfahren der PSO eine adaptive Parameteranpassung. Die Steuervorrichtung passt die Parameter des PSO-Verfahrens basierend auf dem Fortschritt des Suchprozesses und der Qualität der ermittelten Position 30 der unteren Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene und/oder der ermittelten funktionsäquivalenten Information an.To enable efficient and accurate V-formation detection, the computer-implemented method of PSO uses adaptive parameter adjustment. The control device adjusts the parameters of the PSO method based on the progress of the search process and the quality of the
Das PSO-Verfahren enthält eine stochastische Komponente, die zufällige Schwankungen in den Partikelpositionen einführt. Dadurch wird eine breitere Exploration des Suchraums ermöglicht und das Risiko von lokalen Optima verringert.The PSO method contains a stochastic component that introduces random fluctuations in the particle positions. This enables broader exploration of the search space and reduces the risk of local optima.
Um eine schnellere Konvergenz und eine bessere Positionsermittlung zu erreichen, passt die Steuervorrichtung die Schrittweite der Partikel basierend auf der Konvergenzgeschwindigkeit und dem Fortschritt des Suchprozesses an. Dadurch wird eine effektive und effiziente Suche im Suchraum ermöglicht.To achieve faster convergence and better position detection, the controller adjusts the step size of the particles based on the convergence speed and the progress of the search process. This enables an effective and efficient search in the search space.
Um eine höhere Genauigkeit der Positionsermittlung zu erzielen, führen die Partikel in der Nähe vielversprechender Positionen 30 der unteren Spitze der V-Formation in der Mitte der V-Formation eine enge Spiralbewegung aus. Diese Spirale ermöglicht es den Partikeln, ihre Positionen feiner anzupassen und eine genauere Erfassung der Zielposition zu ermöglichen. Währenddessen halten die äußeren Partikel ihre Positionen stabil, um die Form der V-Formation beizubehalten und die Stabilität des Schwarmes zu gewährleisten.To achieve higher accuracy of position determination, the particles perform a tight spiral movement near
Durch diese Kombination aus enger Spiralbewegung und Beibehaltung der V-Formation können die Partikel ihre Positionen kontinuierlich verbessern und die Zielverfolgungsgenauigkeit erhöhen. Darüber hinaus ermöglicht die enge Zusammenarbeit innerhalb des Schwarms eine effektive Informationsübertragung zwischen den Partikeln, was zu einer optimierten Positionsermittlung führt.This combination of tight spiral movement and maintaining the V formation allows the particles to continually improve their positions and increase targeting accuracy. In addition, the close cooperation within the swarm enables effective information transfer between the particles, resulting in optimized position determination.
Das Verhalten der Partikel in der V-Formation ist ein Beispiel für ein kooperatives Verhalten, das in der Schwarmintelligenz häufig beobachtet wird. Durch die Zusammenarbeit und Kommunikation innerhalb des Schwarms können komplexe Aufgaben effizienter und genauer gelöst werden. Dieses Prinzip wird in verschiedenen Bereichen wie Robotik, Optimierungsalgorithmen und künstlicher Intelligenz angewendet, um vielfältige Probleme zu lösen und innovative Lösungen zu finden.The behavior of the particles in the V formation is an example of cooperative behavior that is often observed in swarm intelligence. Through collaboration and communication within of the swarm, complex tasks can be solved more efficiently and precisely. This principle is applied in various fields such as robotics, optimization algorithms and artificial intelligence to solve diverse problems and find innovative solutions.
Genetische AlgorithmenGenetic algorithms
In einer Ausprägung des vorgeschlagenen Sensorsystems zur Bestimmung der Position 30 der Spitze einer V-Formation in einer X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information werden folgende Komponenten verwendet:
- Das Sensorsystem umfasst ein Sensorelement, das Messwerte abhängig von einem ersten und einem zweiten Messparameter erfasst. Ein Paar aus erstem und zweitem Messparameter bildet jeweils einen Messpunkt. Um die Messparameter innerhalb vordefinierter Messparmeterintervalle einzustellen, wird eine Steuervorrichtung verwendet.
- The sensor system includes a sensor element that records measured values depending on a first and a second measurement parameter. A pair of first and second measurement parameters each forms a measuring point. A control device is used to set the measurement parameters within predefined measurement parameter intervals.
Ein computerimplementiertes Verfahren, das vorzugsweise computerimplementiert genetische Algorithmen nutzt, kommt zum Einsatz, um den nächsten Messpunkt basierend auf dem nächsten ersten und zweiten Messparameter zu bestimmen. Dieses Verfahren ermöglicht eine effiziente Positionsbestimmung der Spitze der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information.A computer-implemented method, preferably using computer-implemented genetic algorithms, is used to determine the next measurement point based on the next first and second measurement parameters. This method enables efficient position determination of the tip of the V formation or functionally equivalent information.
Eine Ausgabeeinheit dient vorzugsweise dazu, die Position 30 der Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene oder der funktionsäquivalenten Information bereitzustellen. Dabei wird vorzugsweise der erste Messparameter als X-Koordinate und der zweite Messparameter als Y-Koordinate verwendet. Diese Informationen können von einem übergeordneten System genutzt werden.An output unit preferably serves to provide the
Das computerimplementierte Verfahren nutzt vorzugsweise ein Speichermedium (RAM, NVM) zur Speicherung der Daten, Parameter und Zwischenergebnisse des genetischen Algorithmus. Durch die Anwendung des genetischen Algorithmus wird die Position der Spitze der V-Formation oder der funktionsäquivalenten Information mit möglichst wenigen Iterationen bestimmt. Dabei werden die Messparameter durch den genetischen Algorithmus optimiert, um eine effiziente Positionsbestimmung zu gewährleisten.The computer-implemented method preferably uses a storage medium (RAM, NVM) to store the data, parameters and intermediate results of the genetic algorithm. By applying the genetic algorithm, the position of the tip of the V formation or the functionally equivalent information is determined with as few iterations as possible. The measurement parameters are optimized by the genetic algorithm to ensure efficient position determination.
Das Sensorsystem weist vorzugsweise eine Datenschnittstelle zur Kommunikation der Steuervorrichtung (CTR) mit dem übergeordneten System auf, um die Position 30 der Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene oder der funktionsäquivalenten Information bereitzustellen.The sensor system preferably has a data interface for communication of the control device (CTR) with the higher-level system in order to provide the
Das Sensorelement des Sensorsystems ist vorzugsweise ein neuartiges und erfinderisches Element, das den Messwert in Abhängigkeit von den Messparametern mit einem guten Cpk-Wert in der Serienproduktion ermittelt und liefert. Dies ermöglicht eine präzise Positionsbestimmung der Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene oder der funktionsäquivalenten Information.The sensor element of the sensor system is preferably a novel and inventive element that determines and delivers the measured value depending on the measurement parameters with a good Cpk value in series production. This enables precise positioning of the tip of the V formation in the X-Y plane or the functionally equivalent information.
Das computerimplementierte Verfahren der genetischen Algorithmen verwendet vorzugsweise eine Mehrpunkt-Suche, bei der mehrere Messpunkte gleichzeitig im Suchraum erkundet werden. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens zur Positionsbestimmung der V-Formation gesteigert.The computer-implemented method of genetic algorithms preferably uses a multi-point search, in which several measuring points are explored in the search space at the same time. This increases the efficiency of the method for determining the position of the V formation.
Das Sensorsystem verfügt über vorzugsweise eine Fehlererkennungsfunktion und Fehlerkorrekturfunktion, die es ermöglicht, Messfehler, Ausreißer oder Störungen im Messprozess zu identifizieren und zu eliminieren. Dadurch wird eine präzise Positionsbestimmung gewährleistet.The sensor system preferably has an error detection function and error correction function, which makes it possible to identify and eliminate measurement errors, outliers or disruptions in the measurement process. This ensures precise positioning.
Zusätzlich bietet das Sensorsystem eine Datensicherungsfunktion, um die gespeicherten Daten langfristig zu sichern, zu archivieren oder wiederherzustellen und somit die Integrität der Messdaten zu gewährleisten.In addition, the sensor system offers a data backup function to back up, archive or restore the stored data in the long term and thus ensure the integrity of the measurement data.
Das Sensorsystem ist vorzugsweise erweiterbar und kann vorzugsweise um zusätzliche Komponenten oder Funktionen ergänzt werden, um den Anforderungen und Bedürfnissen der Benutzer gerecht zu werden. Mögliche Erweiterungen umfassen:
- Zusätzliche Sensoren: Je nach Anwendungsbereich können weitere Sensoren hinzugefügt werden, um zusätzliche Daten zu erfassen. Beispielsweise könnten Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren oder Luftqualitätssensoren integriert werden, um umfassendere Umweltinformationen zu liefern.
- Kommunikationsmodule: Um die Konnektivität des Sensorsystems zu verbessern, können Kommunikationsmodule wie WLAN, Bluetooth oder Mobilfunktechnologien integriert werden. Dadurch können die gesammelten Daten drahtlos an andere Geräte oder Cloud-Dienste übertragen werden.
- Datenanalyse und -verarbeitung: Durch die Integration von leistungsstarker Software kann das Sensorsystem Daten in Echtzeit mittels computerimplementierter Verfahren analysieren und verarbeiten. Dies ermöglicht eine sofortige Reaktion auf bestimmte Ereignisse oder die Durchführung komplexer computerimplementierter Algorithmen zur Extraktion wertvoller Informationen.
- Energieeffizienz: Um die Batterielebensdauer einer batteriegestützten Energieversorgung des Sensorsystems zu verlängern, kann das Sensorsystem mit energieeffizienten Komponenten ausgestattet werden. Dies umfasst beispielsweise den Einsatz von Low-Power-Mikrocontrollern, intelligentem Energiemanagement und Energierückgewinnungstechnologien.
- Benutzerschnittstellen: Um die Bedienung und Interaktion mit dem Sensorsystem zu verbessern, können zusätzliche Benutzerschnittstellen implementiert werden. Dies könnte die Integration von Touchscreens, Sprachsteuerung oder Fernbedienungen umfassen, um eine intuitive Steuerung zu ermöglichen.
- Additional sensors: Depending on the application, additional sensors can be added to collect additional data. For example, temperature sensors, humidity sensors or air quality sensors could be integrated to provide more comprehensive environmental information.
- Communication modules: To improve the connectivity of the sensor system, communication modules such as WLAN, Bluetooth or cellular technologies can be integrated. This allows the collected data to be transmitted wirelessly to other devices or cloud services.
- Data analysis and processing: By integrating powerful software, the sensor system can analyze and process data in real time using computer-implemented methods. This allows for immediate response to specific events or the execution of complex computer-implemented algorithms to extract valuable information.
- Energy efficiency: In order to extend the battery life of a battery-supported energy supply for the sensor system, the sensor system can be equipped with energy-efficient components. This includes, for example, the use of low-power microcontrollers, intelligent energy management and energy recovery technologies.
- User interfaces: To improve operation and interaction with the sensor system, additional user interfaces can be implemented. This could include integrating touchscreens, voice controls or remote controls to provide intuitive control.
Diese Erweiterungsmöglichkeiten machen das Sensorsystem flexibel und anpassungsfähig für verschiedene Anwendungsszenarien. Benutzer können die Funktionen des Systems erweitern, um ihre spezifischen Anforderungen zu erfüllen und von den vielseitigen Möglichkeiten des Sensorsystems zu profitieren.These expansion options make the sensor system flexible and adaptable for various application scenarios. Users can expand the system's capabilities to meet their specific needs and benefit from the sensor system's versatile capabilities.
Bayes'sche OptimierungBayesian optimization
In einer Variante des vorgeschlagenen Sensorsystems wird die Position 30 der unteren Spitze einer V-Formation in einer X-Y-Ebene oder einer funktionsäquivalenten Information bestimmt. Das Sensorsystem umfasst eine Steuervorrichtung zur Einstellung eines ersten Messparameters innerhalb eines ersten Messparmeterintervalls und eines zweiten Messparameters innerhalb eines zweiten Messparmeterintervalls. Ein Paar aus einem ersten Messparameter und einem zweiten Messparameter bildet einen Messpunkt. Ein Sensorelement erfasst einen Sensorelementmesswert abhängig von den eingestellten Messpunkten. Der Sensorelementmesswert wird in vorzugsweise ein virtuelles, dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem eingetragen. Die x-Koordinate wird durch den ersten Messparameter, die y-Koordinate durch den zweiten Messparameter und die z-Koordinate durch den Sensorelementmesswert bestimmt.In a variant of the proposed sensor system, the
Um die Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information zu bestimmen, verwendet beispielsweise das Sensorsystem eine Bayes'sche Optimierungsfunktion. Diese Funktion implementiert ein computerimplementiertes Verfahren, um den nächsten Messpunkt aus einem nächsten ersten Messparameter und einem nächsten zweiten Messparameter zu bestimmen. Eine Positionserfassungseinheit (Mustererkennungsvorrichtung MEV, Steuervorrichtung CTR) bestimmt dann die Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information aus dem bestimmten Messpunkt. Zusätzlich stellt eine Speichermediumfunktion (RAM, NVM) die Position 30 der unteren Spitze der V-Formation oder einer funktionsäquivalenten Information für die Verwendung durch ein übergeordnetes System bereit.For example, to determine the
Die Bayes'sche Optimierungsfunktion des Sensorsystems minimiert die Anzahl der Iterationen, die zur Bestimmung der Position 30 der unteren Spitze der V-Formation in der X-Y-Ebene oder der funktionsäquivalenten Information erforderlich sind. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens gesteigert und eine schnellere Positionserfassung ermöglicht.The Bayesian optimization function of the sensor system minimizes the number of iterations required to determine the
Das Sensorsystem kann auch als Computerprogrammproduktfunktion ausgeführt werden, das ein computerlesbares Programm bereitstellt, das die Bayes'sche Optimierungsfunktion zur Bestimmung des nächsten Messpunkts implementiert. Dadurch wird die Flexibilität des Systems erhöht und eine einfache Aktualisierung oder Erweiterung der Funktionen ermöglicht.The sensor system can also be implemented as a computer program product function that provides a computer-readable program that implements the Bayesian optimization function to determine the next measurement point. This increases the flexibility of the system and enables easy updating or expansion of functions.
Eine drahtlose und/oder drahtgebundene Kommunikationsschnittstellenfunktion beispielsweise mittels einer Datenschnittstelle ermöglicht die Übertragung von Daten oder Informationen zwischen dem Sensorsystem und anderen Geräten oder Systemen. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration des Sensorsystems in bestehende Netzwerke oder Systeme.A wireless and/or wired communication interface function, for example by means of a data interface, enables the transmission of data or information between the sensor system and other devices or systems. This enables seamless integration of the sensor system into existing networks or systems.
Das Sensorsystem umfasst eine Prozessoreinheit (Steuervorrichtung CTR) und ein Speichermedium (RAM, NVM), um die Ausführung des computerimplementierten Verfahrens und die Speicherung von Daten zu ermöglichen. Dadurch wird eine effiziente Verarbeitung und Speicherung der erfassten Messdaten und Ergebnisse gewährleistet.The sensor system includes a processor unit (control device CTR) and a storage medium (RAM, NVM) to execute the computer-implemented method and store data to enable. This ensures efficient processing and storage of the recorded measurement data and results.
Eine typischerweise computerimplementierte Fehlererkennungsfunktion und Fehlerkorrekturfunktion ist vorzugsweise im Sensorsystem integriert, um Messfehler, Ausreißer oder Störungen im Messprozess zu identifizieren und zu eliminieren. Dadurch wird die Genauigkeit der Positionserfassung verbessert und zuverlässige Ergebnisse erzielt.A typically computer-implemented error detection function and error correction function is preferably integrated into the sensor system to identify and eliminate measurement errors, outliers or disturbances in the measurement process. This improves the accuracy of position detection and achieves reliable results.
Zur Sicherung und langfristigen Aufrechterhaltung der Datenintegrität verfügt das Sensorsystem vorzugsweise über einen Speichermechanismus, der die erfassten Messdaten protokolliert und sicher in einem Speicher (RAM, NVM) ablegt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Messergebnisse auch nach der Erfassung vor Verlust oder Beschädigung geschützt sind.To secure and maintain data integrity over the long term, the sensor system preferably has a storage mechanism that logs the recorded measurement data and stores it securely in a memory (RAM, NVM). This ensures that the measurement results are protected from loss or damage even after they have been recorded.
Darüber hinaus ist das Sensorsystem vorzugsweise mit einer Kalibrierungsfunktion ausgestattet, die bevorzugt regelmäßig durchgeführt wird, um die Messgenauigkeit aufrechtzuerhalten. Dabei werden interne Referenzwerte verwendet, um eventuelle Abweichungen oder Drifts zu erkennen und zu korrigieren. Durch diese regelmäßige Kalibrierung wird eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit der Positionserfassung gewährleistet.In addition, the sensor system is preferably equipped with a calibration function, which is preferably carried out regularly in order to maintain the measurement accuracy. Internal reference values are used to detect and correct any deviations or drifts. This regular calibration ensures high precision and reliability of position detection.
Ein weiteres Merkmal des Sensorsystems ist vorzugsweise die Integration einer Echtzeitüberwachungsfunktion. Diese ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der Sensordaten während des Messprozesses. Abweichungen oder Anomalien werden sofort erkannt und können schnell behoben werden, um eine unterbrechungsfreie und zuverlässige Erfassung der Positionsinformationen sicherzustellen.Another feature of the sensor system is preferably the integration of a real-time monitoring function. This enables continuous monitoring of the sensor data during the measurement process. Deviations or anomalies are immediately detected and can be quickly resolved to ensure uninterrupted and reliable capture of position information.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Sensorsystem durch die Integration einer Fehlererkennungsfunktion und Fehlerkorrekturfunktion, eines Speichermechanismus, einer Kalibrierungsfunktion und einer Echtzeitüberwachungsfunktion eine präzise, zuverlässige und sichere Positionserfassung ermöglicht. Diese Funktionen tragen dazu bei, Messfehler zu identifizieren, zu eliminieren und die Genauigkeit der Positionsinformationen zu verbessern, was wiederum zuverlässige Ergebnisse liefert.In summary, the sensor system enables precise, reliable and safe position detection by integrating an error detection function and error correction function, a storage mechanism, a calibration function and a real-time monitoring function. These features help identify and eliminate measurement errors and improve the accuracy of position information, which in turn provides reliable results.
SonstigesMiscellaneous
Die obige Beschreibung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und beschränkt diese Offenbarung nicht auf die gezeigten Beispiele. Andere Variationen zu den offengelegten Beispielen können von denjenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse auf dem Gebiet verfügen, anhand der Zeichnungen, der Offenbarung und der Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. Die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ und dessen Flexionen schließen eine Vielzahl nicht aus, während die Erwähnung einer bestimmten Anzahl von Elementen nicht die Möglichkeit ausschließt, dass mehr oder weniger Elemente vorhanden sind. Eine einzige Einheit kann die Funktionen mehrerer in der Offenbarung genannter Elemente erfüllen, und umgekehrt können mehrere Elemente die Funktion einer Einheit erfüllen. Zahlreiche Alternativen, Äquivalente, Variationen und Kombinationen sind möglich, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung verlassen wird.The above description is not intended to be complete and does not limit this disclosure to the examples shown. Other variations to the disclosed examples may be understood and accomplished by those of ordinary skill in the art from the drawings, disclosure and claims. The indefinite articles “a” or “an” and their inflections do not exclude a plurality, while the mention of a certain number of elements does not exclude the possibility that there are more or fewer elements. A single unit may perform the functions of multiple elements mentioned in the disclosure, and conversely, multiple elements may perform the functions of one unit. Numerous alternatives, equivalents, variations and combinations are possible without departing from the scope of the present disclosure.
Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Dies betrifft die gesamte hier vorgelegte Schrift. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Eine Beschränkung einzelner Merkmale der Ausführungsbeispiele auf die Kombination mit anderen Merkmalen der Ausführungsbeispiele ist dabei ausdrücklich nicht vorgesehen. Außerdem können gegenständliche Merkmale der Vorrichtung umformuliert auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale umformuliert als gegenständliche Merkmale der Vorrichtung. Eine solche Umformulierung ist somit automatisch mit offenbart.Unless otherwise stated, all features of the present invention can be freely combined with one another. This applies to the entire document presented here. Unless otherwise stated, the features described in the description of the figures can also be freely combined with the other features as features of the invention. A limitation of individual features of the exemplary embodiments to the combination with other features of the exemplary embodiments is expressly not intended. In addition, objective features of the device can also be used reformulated as process features and process features can be reformulated as objective features of the device. Such a reformulation is therefore automatically disclosed.
In der vorausgehenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen. Die Beispiele in der Beschreibung und den Zeichnungen sollten als illustrativ betrachtet werden und sind nicht als einschränkend für das beschriebene spezifische Beispiel oder Element zu betrachten. Aus der vorausgehenden Beschreibung und/oder den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen können durch Abänderung, Kombination oder Variation bestimmter Elemente mehrere Beispiele abgeleitet werden. Darüber hinaus können Beispiele oder Elemente, die nicht wörtlich beschrieben sind, von einer fachkundigen Person aus der Beschreibung und/oder den Zeichnungen abgeleitet werden.In the foregoing detailed description, reference is made to the accompanying drawings. The examples in the specification and drawings should be considered as illustrative and are not to be viewed as limiting the specific example or element described. Several examples can be derived from the preceding description and/or the drawings and/or the claims by modifying, combining or varying certain elements. In addition, examples or elements not described literally may be derived from the description and/or drawings by a person skilled in the art.
Liste der FigurenList of characters
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1 zeigt beispielhaft und schematisch vereinfacht ein beispielhaftes, vorschlagsgemäßes System einer Anwendungsvorrichtung entsprechend dem zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors.1 shows by way of example and schematically simplified an exemplary, proposed system of an application device corresponding to the second application example of a motor. -
2 zeigt einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement SE direkt auf dem Zentrum MP des Kerns des Lichtwellenleiters LWL.2 shows an optical fiber LWL with a sensor element SE directly on the center MP of the core of the optical fiber LWL. -
3 zeigt einen Motor einer Anwendungsvorrichtung entsprechend dem zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors, wie ihn1 schematisch vereinfacht skizziert, wobei zusätzlich zu dem Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement SE, der über die besagte Öffnung OF in den Motor hineinreicht und der mit der mechanischen Hülle MH umhüllt ist, die Aufhängung des Motors einen Positionssensor POS mit einer LED und einer Fotodiode aufweist, die das Positionssignal POSS mit Hilfe einer Markierung MRK auf dem Rotorgehäuse GHR erzeugt.3 shows a motor of an application device corresponding to the second application example of a motor like him1 schematically simplified, in which in addition to the optical fiber LWL with the sensor element SE, which extends into the motor via the said opening OF and which is covered with the mechanical shell MH, the suspension of the motor has a position sensor POS with an LED and a photodiode, which generates the position signal POSS using a marking MRK on the rotor housing GHR. -
4 zeigt das von dem Lock-In-Verstärker LIV erzeugte Filterausgangssignal S4 als Flussdichtemesssignal und das Positionssignal POSS des Positionsdetektors POS der3 .4 shows the filter output signal S4 generated by the lock-in amplifier LIV as a flux density measurement signal and the position signal POSS of theposition detector POS 3 . -
5 zeigt einen Querschnitt durch das beispielhafte erste Ende ELWL1 eines vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL.5 shows a cross section through the exemplary first end ELWL1 of a proposed optical waveguide LWL. -
6 zeigt beispielhaft und schematisch vereinfacht ein beispielhaftes, vorschlagsgemäßes Materialmesssystem mit einem vorschlagsgemäßen Sensorkopf SK.6 shows by way of example and schematically simplified an exemplary, proposed material measuring system with a proposed sensor head SK. -
7 zeigt einen Sensorkopf SK mit der mechanischen Hülle des Lichtwellenleiters LWL, der durch die mechanische Hülle MH verdeckt ist.7 shows a sensor head SK with the mechanical sheath of the optical fiber LWL, which is covered by the mechanical sheath MH. -
8 zeigt den Sensorkopf SK der7 in der Aufsicht (8a) und in der Seitenansicht (8b) als Schnittbild.8th shows thesensor head SK 7 in supervision (8a) and in side view (8b) as a sectional image. -
9 zeigt die Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines vorschlagsgemäßen Sensorkopfes SK und dessen Verwendung.9 shows the steps of the method for producing a sensor head SK according to the proposal and its use. -
10 zeigt ein beispielhaftes Werkstück aus einem ferromagnetischen Material FM in der Aufsicht.10 shows a top view of an exemplary workpiece made of a ferromagnetic material FM. -
11 zweigt einen beispielhaften Werteverlauf des erhaltenen Messignals S4 in Abhängigkeit von der Position x des Sensorkopfes SK auf der Oberfläche OF des Werkstücks der11a dargestellt.11 branches an exemplary value curve of the measurement signal S4 obtained depending on the position x of the sensor head SK on the surface OF of the workpiece11a shown. -
12 zeigt die Vorrichtung mit aufgesetztem Deckel zum lichtdichten Verschluss des Gehäuses 8.12 shows the device with the cover attached for the light-tight closure of thehousing 8. -
13 entspricht der11 , wobei die beispielhafte Vorrichtung nun aus einem anderen Winkel dargestellt ist.13 equals to11 , with the exemplary device now shown from a different angle. -
14 zeigt die Vorrichtung im Querschnitt.14 shows the device in cross section. -
15 zeigt einen beispielhaften, nicht maßstabsgerechten Querschnitt durch die Sensorschicht 5.15 shows an exemplary, not to scale, cross section through thesensor layer 5. -
16 zeigt eine typische Nutzungssituation, wobei der Magnetfeldkamerakopf 21 vorzugsweise auf der Oberfläche 34 des jeweiligen Messobjekts mit der Unterseite 24 des Gehäuses 8 aufgesetzt ist.16 shows a typical usage situation, wherein the magneticfield camera head 21 is preferably placed on thesurface 34 of the respective measurement object with theunderside 24 of thehousing 8. -
17 zeigt das System der14 vereinfacht mit den Ansteuer- und Auswertevorrichtungen als Blockdiagramm.17 shows the system of14 simplified with the control and evaluation devices as a block diagram. -
18 zeigt eine Zeichnung auf Basis eines beispielhaften Fotos eines beispielhaften, bei der Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlags erstellten Sensorkopfes 21 mit abgenommenen Deckel.18 shows a drawing based on an exemplary photo of anexemplary sensor head 21 with the cover removed, which was created during the development of the proposal presented here. -
19a zeigt eine Zeichnung auf Basis eines beispielhaften Fotos eines beispielhaften, bei der Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlags erstellten Sensorkopfes 21 mit abgenommenen Deckel.19a shows a drawing based on an exemplary photo of anexemplary sensor head 21 with the cover removed, which was created during the development of the proposal presented here. -
19b entspricht im Wesentlichen der19a und zeigt den gleichen Magnetfeldkamerakopfes 21 aus einer etwas anderen Perspektive.19b essentially corresponds to that19a and shows the same magneticfield camera head 21 from a slightly different perspective. -
20 zeigt eine Zeichnung des Prototypen mit aufgesetztem Deckel. Der Innenraum des Gehäuses 8 des Magnetfeldkamerakopf 21 ist dann lichtdicht verschlossen.20 shows a drawing of the prototype with the lid attached. The interior of thehousing 8 of the magneticfield camera head 21 is then closed in a light-tight manner. -
22 zeigt oben das musterkodierte Magnetflussdichtenbetragsbild 39 der Verteilung der magnetischen Flussdichte von vier Permanentmagneten 37 auf einer Glasplatte 38 in willkürlichen Einheiten.22 Above shows the pattern-coded magnetic flux density image 39 of the distribution of the magnetic flux density of four permanent magnets 37 on a glass plate 38 in arbitrary units. -
23 zeigt eine Darstellung für vier magnetisierte Ringe.23 shows a representation for four magnetized rings.
Beschreibung der FigurenDescription of the characters
Die Figuren erläutern den Vorschlag schematisch und vereinfacht. Die Offenlegung der hier vorgelegten Schrift ist nicht auf die Figuren begrenzt und umfasst auch andere Kombinationen.The figures explain the proposal schematically and simplified. The disclosure of the document presented here is not limited to the figures and also includes other combinations.
Figur 1Figure 1
Eine Halbbrückensteuerung CTRH steuert mittels Halbbrückensteuerleitungen HSL mehrere Halbbrücken HB. Die Halbbrücken bestromen die Motorphasen, die mit den Stator-Spulen SL verbunden sind. In dem Beispiel der
Der Generator G erzeugt das Sendevorsignal S5w. Bevorzugt ist das Sendevorsignal S5w pulsmoduliert mit einer Pulsfrequenz. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Rechtecksignal mit einem Duty-Cycle von bevorzugt 50%. Andere Duty-Cycles sind denkbar. Die Offset-Addition OFF1 addiert bevorzugt einen Offset zu dem Wert des Sendevorsignals, um die Pumpstrahlungsquelle PL nutzen zu können. Bevorzugt weist das resultierende Sendesignal S5 keine negativen Signalanteile auf. Die Pumpstrahlungsquelle PL erzeugt in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 eine modulierte Pumpstrahlung LB. In dem Beispiel der
Beispielsweis kann die Halbbrückensteuerung CTRH einen Nulldurchgang der magnetischen Flussdichte im Luftspalt LS oder der magnetischen Flussdichte des Streufeldes des Luftspalts feststellen.For example, the half-bridge control CTRH can detect a zero crossing of the magnetic flux density in the air gap LS or the magnetic flux density of the stray field of the air gap.
Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der Diamanten DM bzw. Nanodiamanten und/oder der Kristalle des Sensorelements SE hängt von der magnetischen Flussdichte B am Ort der NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE ab. Da der Wert des Filterausgangssignals S4 angibt, wieviel von dem Sendevorsignal S5w in dem verstärkten Empfängerausgangssignal S1 enthalten ist, ist dieses Filterausgangssignals S4 ein Maß für die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL. Damit ist das Filterausgangssignal S4 ein Maß für die magnetische Flussdichte B am Ort der NV-Zentren NVZ im Sensorelement SE.The intensity of the fluorescence radiation FL of the diamonds DM or nanodiamonds and/or the crystals of the sensor element SE depends on the magnetic flux density B at the location of the NV centers NVZ of the sensor element SE. Since the value of the filter output signal S4 indicates how much of the transmit preliminary signal S5w is contained in the amplified receiver output signal S1, this filter output signal S4 is a measure of the intensity of the fluorescent radiation FL. The filter output signal S4 is therefore a measure of the magnetic flux density B at the location of the NV centers NVZ in the sensor element SE.
Die Halbbrückensteuerung CTRH wertet den Nulldurchgang des Wechselsignalanteils des Filterausgangssignals S4 aus und steuert bevorzugt in Abhängigkeit davon die Kommutierung des Motors mittels der Halbbrücken HB.The half-bridge control CTRH evaluates the zero crossing of the alternating signal component of the filter output signal S4 and, depending on this, preferably controls the commutation of the motor by means of the half-bridges HB.
In dem Beispiel der
Ein externer Datenbus EXTDB ermöglicht der Halbbrückensteuerung CTRH die Kommunikation mit einem übergeordneten Steuerungssystem. Der Externe Datenbus kann eine drahtgebundene oder drahtlose Datenverbindung sein. Mehrere parallele Datenverbindungen, die unterschiedliche realisiert sein können, sind denkbar.An external data bus EXTDB enables the CTRH half-bridge controller to communicate with a higher-level control system. The external data bus can be a wired or wireless data connection. Several parallel data connections, which can be implemented differently, are conceivable.
Figur 2Figure 2
Die
Figur 3Figure 3
Die
Der Rotor ist mittels der Achse AX drehbar im Stator gelagert. Die Motorphasen MPH bestromen die Stator-Spulen SL. Das Gehäuse fixiert die Komponenten des Stators, wie beispielsweise die Stator-Spulen SL, die Achse und AX (ohne die Drehbarkeit der Achse zu beeinträchtigen) und den Lichtwellenleiter LWL mit der mechanischen Hülle MH.The rotor is rotatably mounted in the stator using the axis AX. The motor phases MPH supply current to the stator coils SL. The housing fixes the components of the stator, such as the stator coils SL, the axis and AX (without affecting the rotation of the axis) and the optical fiber LWL with the mechanical sheath MH.
Figur 4Figure 4
Das Besondere ist, dass die Messung des magnetischen Feldes B im Streubereich BSTR des Motorluftspalts LS rein optisch erfolgt. Die Frequenzen der Messignale zur Positionsmessung dieses magnetischen Feldes B im Luftspalt LS des Motors liegen allesamt und ausschließlich in dem Beispiel der
Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber einer Messung mit Hall-Sonden oder dergleichen oder Messungen mit NV-Zentren unter Nutzung von Mikrowellen.This is a significant advantage over measurements with Hall probes or the like or measurements with NV centers using microwaves.
Figur 5Figure 5
Figur 6Figure 6
Für die Messung bringen der Bediener oder ein mechanischer Aktor den Sensorkopf SK mit der Auflagefläche AF in Kontakt mit der Oberfläche OF des zu vermessenden Werkstücks. Bevorzugt umfasst die Oberfläche OF des zu vermessenden Werkstücks ein ferromagnetisches Material FMM (17).For the measurement, the operator or a mechanical actuator brings the sensor head SK with the support surface AF into contact with the surface OF of the workpiece to be measured. The surface OF of the workpiece to be measured preferably comprises a ferromagnetic material FMM (17).
West nun das zu vermessende Werkstück an seiner Oberfläche OF eine Störung auf, die die magnetische Flussdichte B beeinflusst, so ändert sich die magnetische Flussdichte B, die das Sensorelement SE durchflutet, wenn diese Störung in die Nähe der Permanentmagnetsymmetrieachse AX des Permanentmagneten PM und damit in die Nähe des Sensorelements SE kommt. Bei einer solchen Störung kann es sich beispielsweise um einen Riss Ri oder eine Bohrung oder eine Vertiefung oder einen sonstigen Defekt des Materials des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks handeln.If the workpiece to be measured now has a disturbance on its surface OF, which influences the magnetic flux density B, the magnetic flux density B, which flows through the sensor element SE, changes when this disturbance comes into the vicinity of the permanent magnet symmetry axis AX of the permanent magnet PM and thus in the proximity of the sensor element SE comes. Such a fault can be, for example, a crack Ri or a hole or a depression or another defect in the material of the workpiece near the surface OF of the workpiece.
Der Generator G erzeugt das Sendevorsignal S5w. Bevorzugt ist das Sendevorsignal S5w pulsmoduliert mit einer Pulsfrequenz. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Rechtecksignal mit einem Duty-Cycle von bevorzugt 50%. Andere Duty-Cycles sind denkbar. Die Offset-Addition OFF1 addiert bevorzugt einen Offset zu dem Wert des Sendevorsignals, um die Pumpstrahlungsquelle PL nutzen zu können. Bevorzugt weist das resultierende Sendesignal S5 keine negativen Signalanteile auf. Die Pumpstrahlungsquelle PL erzeugt in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 eine modulierte Pumpstrahlung LB. In dem Beispiel der
Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der Diamanten DM bzw. Nanodiamanten des Sensorelements SE hängt von der magnetischen Flussdichte B am Ort der NV-Zentren NVZ des Sensorelements SE ab. Da der Wert des Filterausgangssignals S4 angibt, wieviel von dem Sendevorsignal S5w in dem verstärkten Empfängerausgangssignal S1 enthalten ist, ist dieses Filterausgangssignals S4 ein Maß für die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL. Damit ist das Flussdichtemesssignal S4 ein Maß für die magnetische Flussdichte B am Ort der NV-Zentren NVZ im Sensorelement SE.The intensity of the fluorescence radiation FL of the diamonds DM or nanodiamonds of the sensor element SE depends on the magnetic flux density B at the location of the NV centers NVZ of the sensor element SE. Since the value of the filter output signal S4 indicates how much of the transmit preliminary signal S5w is contained in the amplified receiver output signal S1, this filter output signal S4 is a measure of the intensity of the fluorescent radiation FL. The flux density measurement signal S4 is therefore a measure of the magnetic flux density B at the location of the NV centers NVZ in the sensor element SE.
In dem Beispiel der
Figur 7Figure 7
Figur 8Figure 8
Die mechanische Hülle MH des Lichtwellenleiters LWL ist mit dem Lichtwellenleiter LWL im Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK mittels einer Schraube SCHR fixiert. Es ist denkbar, die mechanische Hülle MH des Lichtwellenleiters LWL mit dem Lichtwellenleiter LWL im Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK mittels einer Klebung zu fixieren. Der Permanentmagnet PM ist beispielhaft als Zylinder ausgeführt. Das untere Ende des Permanentmagneten PM hat einen Abstand dpm zur Auflagefläche AF. Die Auflagefläche AF liegt in dem Beispiel der
Der beispielhafte Sensorkopf SK hat die Höhe dSK1. Der beispielhafte Sensorkopf SK hat die Länge dSK2. Der beispielhafte Sensorkopf SK hat die Breite dSK3.The exemplary sensor head SK has the height d SK1 . The exemplary sensor head SK has the length d SK2 . The exemplary sensor head SK has the width d SK3 .
An der Oberseite entgegengesetzt zur Auflagefläche AF weist der Sensorkopf SK eine Vertiefung VT mit der Tiefe dSK4 bezogen auf die Oberseite des Sensorkopfes SK auf. Sofern der Sensorkopf SK für eine manuelle Positionierung auf der Oberfläche OF des Werkstücks vorgesehen ist, hat die Vertiefung VT bevorzugt eine Tiefe dSK4 zwischen 3mm und 1,5cm, wobei 5mm bis 8mm bevorzugt sind. Dies verbessert die Handhabbarkeit.On the top opposite to the support surface AF, the sensor head SK has a recess VT with the depth d SK4 based on the top of the sensor head SK. If the sensor head SK is intended for manual positioning on the surface OF of the workpiece, the depression VT preferably has a depth d SK4 between 3mm and 1.5cm, with 5mm to 8mm being preferred. This improves manageability.
In dem Beispiel der
In der
Bevorzugt umfasst der Sensorkopf SK also zumindest ein Mittel zur Erzeugung einer magnetischen Erregung, nämlich den Permanentmagneten PM, und ein Sensorelement SE, dass über zumindest einen Lichtwellenleiter LWL. Der Lichtwellenleiter LWL ist dazu eingerichtet mit einer Ansteuer- und Auswertevorrichtung (siehe
Figur 9Figure 9
- •
Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL, wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist; - •
Bereitstellen 145 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten DM bzw. Nanodiamanten eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM bzw. Nanodiamanten dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren; - • ggf. Vorhärten 147 (Pre-Bake) des Sensorelements SE durch eine vorausgehende Temperaturbehandlung.
- •
Benetzen 150 des ersten Endes des Lichtwellenleiters TM auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten DM bzw. Nanodiamanten und/oder Kristalle mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder einem oder mehreren paramagnetischen Zentren aufweist; - •
Einspeisen 155 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt, wobei das ausgehärtete Trägermaterial TM das Sensorelement SE ausbildet; - •
Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement bildet; - • ggf. Nachhärten 165 (Post-Bake) des Sensorelements SE durch eine nachfolgende Temperaturbehandlung.
- • Providing 140 an optical fiber LWL, the optical fiber LWL having a first end ELWL1 and a second end ELWL2;
- • Providing 145 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , a large number of diamonds DM or nanodiamonds being embedded in the carrier material (TM) and one or more or all diamonds DM or nanodiamonds of these diamonds being DM NV -Centers NVZ and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers NVZ of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL upon irradiation with pump radiation LB;
- • If necessary, pre-hardening 147 (pre-bake) of the sensor element SE by prior temperature treatment.
- • Wetting 150 the first end of the optical waveguide TM to a wetting length L B with the carrier material TM, which has the plurality of embedded diamonds DM or nanodiamonds and / or crystals with one or more NV centers and / or one or more paramagnetic centers;
- • Feeding 155 electromagnetic radiation into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL, the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the carrier material TM hardens at the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL and turns into a solid, whereby the cured carrier material TM forms the sensor element SE;
- • Removing 160 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent, the remaining film of the carrier material TM forming the sensor element at the first end of the optical waveguide LWL;
- • If necessary, post-hardening 165 (post-bake) of the sensor element SE through a subsequent temperature treatment.
Im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK können folgende optionale Schritte eines ersten beispielhaften Anwendungsprozesses als nachfolgen (Variante I) folgen:
- •
Bereitstellen 167 eines Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H, insbesondere eines Permanentmagneten PM; - •
Einbau 170 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement SE in den Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und Einbau der einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H in das Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK; - •
Verwendung 180 des Sensorkopfes SK zur ortsaufgelösten Vermessung der magnetischen Eigenschaften des Materials eines Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks, wobei die Ortsauflösung besser als 500µm und/oder besser als 200µm und/oder besser als 100µm und/oder besser als 50µm und/oder besser als 20µm und/oder besser als 10µm ist. Dabei ist Auflösung die Möglichkeit zwei beieinanderliegende Störungen der magnetischen Eigenschaften einer Oberfläche OF eines Werkstücks noch durchein Extremum von 5% der Signalamplitude zu können, wenn diese entsprechend der Auflösung voneinander beabstandet sind. Solche Störungen können beispielsweise Risse, Lunker, Materialinhomogenitäten etc. sein.
- • Providing 167 a sensor head housing GH of the sensor head SK and an excitation source for magnetic excitation H, in particular a permanent magnet PM;
- •
Installation 170 of the optical fiber LWL with the newly formed sensor element SE in the channel KN of the sensor head housing GH of the sensor head SK and installation of an excitation source for magnetic excitation H in the sensor head housing GH of the sensor head SK; - • Use 180 of the sensor head SK for the spatially resolved measurement of the magnetic properties of the material of a workpiece near the surface OF of the workpiece, the spatial resolution being better than 500µm and/or better than 200µm and/or better than 100µm and/or better than 50µm and /or better than 20µm and/or better than 10µm. Resolution is the possibility of detecting two adjacent disturbances in the magnetic properties of a surface OF a workpiece through an extremum of 5% of the signal amplitude if they are spaced apart according to the resolution. Such disturbances can be, for example, cracks, cavities, material inhomogeneities, etc.
Im zweiten Anwendungsbeispiel eines Motors können folgende optionale Schritte eines zweiten beispielhaften Anwendungsprozesses als nachfolgen (Variante II) folgen:
- •
Bereitstellen 182 eines Gehäuses GH des Motors; - •
Einbau 185 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement SE in die Öffnung OF des Gehäuses GH des Motors; - •
Verwendung 187 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement SE zur Vermessung der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS. - • ggf.
Ermittlung 190 des Zeitpunkten des Nulldurchgangs des Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS und/oder ggf.Ermittlung 190 des Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS. - • ggf.
Ermittlung 193 oder Schätzung der Position des Magnetfelds innerhalb des Luftspalts des Motors. - • ggf.
Kommutierung 195 der Bestromung einer oder mehrerer Statorspulen des Motors und/oder einer oder mehrerer Rotorspulen des Motors in Abhängigkeit- ◯ von den ermittelten Zeitdurchgängen des Nulldurchgangs des Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS und/oder
- ◯ von dem ermittelten Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS und/oder von der ermittelten oder geschätzten Position des Magnetfelds innerhalb des Luftspalts des Motors;
- • Providing 182 a housing GH of the motor;
- •
Installation 185 of the optical fiber LWL with the newly formed sensor element SE in the opening OF of the housing GH of the motor; - • Use 187 of the optical fiber LWL with the newly formed sensor element SE to measure the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS.
- • if necessary,
determination 190 of the time of the zero crossing of the amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS and/or if necessary,determination 190 of the amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS. - • If necessary, determine 193 or estimate the position of the magnetic field within the air gap of the motor.
- • If necessary,
commutation 195 of the current supply to one or more stator coils of the motor and/or one or more rotor coils of the motor depending on- ◯ from the determined time transitions of the zero crossing of the amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS and/or
- ◯ from the determined amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS and/or from the determined or estimated position of the magnetic field within the air gap of the motor;
Figur 10Figure 10
Für die Erstellung der
Der Werteverlauf des so erhaltenen Messignals S4 ist in der
Figur 11Figure 11
Die Oberseite 23 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 8.The top 23 of the
Die Unterseite 22 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 8. an dessen Oberfläche. Vorzugsweise bedeckt ein Lichtschutz die Unterseite 22 der Sensorschicht 5. Dies verhindert, dass Licht in das Gehäuse 8 eindringt und zum Lichtsensorarrays 1 gelangt. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung 13, der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Fluoreszenzstrahlung 14, der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Beispielsweise kann der Lichtschutz ein Lack auf der Unterseite 22 der Sensorschicht 5 oder ein besonders dünner, lichtundurchlässiger Teil der Gehäusewand des Gehäuses 8 sein. Bevorzugt beeinflusst eine solche dünne Gehäusewand des Gehäuses 8 im Bereich der Sensorschicht 5 das magnetische Feld, also beispielsweise die magnetische Flussdichte B nicht.The
Bevorzugt umfasst das Lichtsensorarray 1 n x m Lichtsensoren, die vorzugsweise in einer Fläche angeordnet sind. Hierbei sind n und m positive ganze Zahlen.The light sensor array preferably comprises 1 n x m light sensors, which are preferably arranged in an area. Here n and m are positive integers.
Zur besseren Übersicht ist der Deckel, der den Innenraum des Gehäuses 8 abdeckt in der
Figur 12Figure 12
Figur 13Figure 13
Figur 14Figure 14
Die Oberseite 23 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 8.The top 23 of the
Die Unterseite 22 der Sensorschicht 5 befindet sich vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 8. an dessen Oberfläche. Vorzugsweise bedeckt ein Lichtschutz die Unterseite 22 der Sensorschicht 5. Dies verhindert, dass Licht in das Gehäuse 8 eindringt und zum Lichtsensorarrays 1 gelangt. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Sensorschicht 5 ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. The
Beispielsweise kann der Lichtschutz ein Lack auf der Unterseite 22 der Sensorschicht 5 oder ein besonders dünner, lichtundurchlässiger Teil 16 der Gehäusewand des Gehäuses 8 sein. Bevorzugt beeinflusst eine solche dünne Gehäusewand 16 des Gehäuses 8 im Bereich der Sensorschicht 5 das magnetische Feld, also beispielsweise die magnetische Flussdichte B, nicht.For example, the light protection can be a varnish on the
Bevorzugt umfasst das Lichtsensorarray 1 n x m Lichtsensoren, die vorzugsweise in einer Fläche angeordnet sind. Hierbei sind n und m positive ganze Zahlen.The light sensor array preferably comprises 1 n x m light sensors, which are preferably arranged in an area. Here n and m are positive integers.
Im Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the camera's field of view are
Figur 15Figure 15
Auf ein Trägermaterial 9 ist eine Verspiegelung 10 aufgebracht. Das Trägermaterial 9 befindet sich in Richtung der Unterseite 22 der Sensorschicht 5. Die Verspiegelung 10 befindet sich bezogen auf das Trägermaterial 9 in Richtung der Oberseite 23 der Sensorschicht 5. Die Verspiegelung 10 ist bevorzugt undurchlässig für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Verspiegelung 10 reflektiert bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp wieder zurück in den Innenraum des Gehäuses 8. Dies hat den Vorteil, dass die Pumpstrahlung 13 mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp die Schicht mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11 zweimal durchläuft. Dies verdoppelt die Pumpleistung und damit die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14, die n x m Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erreicht.A
Die Verspiegelung 10 reflektiert bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl wieder zurück in den Innenraum des Gehäuses 8. Dies hat den Vorteil, dass die Fluoreszenzstrahlung 14 mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl, die die paramagnetischen Zentren der Schicht mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11 in Richtung Unterseite 22 der Sensorschicht 5 emittieren, zurück in Richtung Oberfläche der Oberseite 23 der Sensorschicht 5 reflektieren. Dies verdoppelt nochmals die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14, die n × m Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erreicht.The
Auf der Verspiegelung 10 in Richtung Oberseite 23 der Sensorschicht 5 befindet sich vorschlagsgemäß die Schicht mit Kristallen und/oder mit Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11.According to the proposal, the layer with crystals and/or
Eine weitere Trägermaterialschicht 12 deckt vorzugsweise die die Schicht mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren 11 ab. Vorzugsweise ist das Material der Trägermaterialschicht 12 transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Vorzugsweise ist das Material der Trägermaterialschicht 12 transparent für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.A further
Die Sensorschicht 5 kann optische Funktionselemente wie Lichtwellenleiter und/oder Filter und/oder photonische Kristalle und/oder digitale Optiken umfassen. Die digitalen Optiken können in die Oberfläche der Sensorschicht 5 eingeprägt oder sonst wie eingearbeitet sein.The
Die Sensorschicht 5 kann optische Funktionselemente wie Lichtwellenleiter und/oder Filter umfassen.The
Figur 16Figure 16
Die Fehler 18 führen zu einer Veränderung der Verteilung und Stärke des magnetischen Flusses B, der aus dem Material des Messobjekts in Form des beispielhaften ferromagnetischen Materials 17 in den Luftraum um diese Objekte herum austritt. Damit verändert sich die Verteilung und Richtung der magnetischen Flussdichte B bei der Durchdringung der Sensorschicht 5. Dies wiederum verändert die Intensitätsverteilung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 in der Sensorschicht 5. Damit ändert sich das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5, das die Fluoreszenzkamera mittels der abbildenden Optik 7 und den n x m Lichtsensoren des Lichtsensorarray 1 aufnimmt. Das Lichtsensorarray 1 erfasst das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 und übermittelt dieses Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 an ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21. Bevorzugt führt das ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 ein Bildverarbeitungsprogramm aus. Vorzugsweise ermittelt das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 eine Abweichung zwischen dem Fluoreszenzbild des fehlerhaften Messobjekts und dem Fluoreszenzbild eines fehlerfreien Messobjekts oder einem berechneten oder sonst wie erzeugten Referenzfluoreszenzbild. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 ein KI-Programm zur Klassifizierung der Abweichungen und/oder der Fehler und/oder zur Bewertung der Abweichungen und/oder der Fehler ausführen. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 ein neuronales Netzwerkmodell zur Klassifizierung der Abweichungen und/oder der Fehler und/oder zur Bewertung der Abweichungen und/oder der Fehler ausführen. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 ein KI-Programm zur Klassifizierung und/oder Bewertung eines oder mehrerer Fluoreszenzbilder ausführen. Beispielsweise kann das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 ein neuronales Netzwerkmodell zur Klassifizierung und/oder zur Bewertung eines oder mehrerer Fluoreszenzbilder ausführen.The
Um ein vollständiges Bild des Zustands der Oberfläche 34 des Materials des Messobjekts, hier in Form des beispielhaften ferromagnetischen Materials 17, zu erhalten bewegt die messende Person und/oder eine mechanische Positioniervorrichtung den Magnetfeldkamerakopfes 21 vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit 20 über die Oberfläche 34 des Materials des Messobjekts, hier in Form des beispielhaften ferromagnetischen Materials 17.In order to obtain a complete image of the condition of the
Vorzugsweise sind die Hilfsmagneten 19 dabei fest mit dem Magnetfeldkamerakopfes 21 verbunden und/oder ein Teil desselben. die Hilfsmagnete 19 erzeugen die notwendige magnetische Erregung H des magnetischen Kreises, dessen Teil die Sensorschicht 5 vorzugsweise ist.The
Die Hilfsmagnete 19 umfassen bevorzugt Permanentmagnete. Die Hilfsmagnete 19 können Elektromagnete sein oder umfassen. sofern die Hilfsmagnete 19 Elektromagnete umfassen kann können die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 und/oder eine andere Steuervorrichtung und/oder ein anderes Rechnersystem mittels einer Ansteuervorrichtung für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19 beispielsweise die Amplitude der magnetischen Erregung H der Hilfsmagnete 19 mit einem Code und/oder einer Frequenz modulieren.The
Bei dem Code kann es sich beispielsweise um einen Spreiz-Kode handeln. Beispielsweise kann ein Pseudozufallszahlengenerator PRNG der Ansteuervorrichtung 39 für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19 den Spreizkode in Form eines Spreizkodesignals erzeugen. Bevorzugt weist das Spreizkodesignal die Taktfrequenz des Pseudozufallszahlengenerator PRNG auf. Beispielsweise kann es sich bei dem Pseudozufallszahlengenerator PRNG um ein mit einem einfach primitiven Polynom rückgekoppeltes Schieberegister handeln. Typischerweise modulieren die Hilfsmagnete die von ihnen erzeugte magnetische Feldstärke H dann zumindest zu einem Teil mit der jeweiligen Amplitude des Spreizkodesignals der Ansteuervorrichtung 39 für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19. Der Einfachheit halber sprechen wir auch bei einem monofrequenten Spreizkode in Form einer einzigen Modulationsfrequenz von einem Spreizkodesignal. Bevorzugt weist das Spreizkodesignal eine untere Grenzfrequenz ωu und eine obere Grenzfrequenz ωo. auf. Bevorzugt hat das Spreizcodesignal unterhalb der unteren Grenzfrequenz ωu im Wesentlichen eine Amplitude von 0. Bevorzugt hat das Spreizcodesignal oberhalb der oberen Grenzfrequenz ωo im Wesentlichen eine Amplitude von 0.The code can be, for example, a spreading code. For example, a pseudo-random number generator PRNG of the control device 39 for the electromagnets of the
Bevorzugt weist das Trägersignal des Spreizkodesignals eine Trägerfrequenz auf, die typischerweise gleich der Frequenz der Schiebefrequenz des typischerweise linear rückgekoppelten Schieberegisters des Pseudozufallszahlengenerators PRNG ist. Im Falle eines monofrequenten Spreizkodes entspricht die Trägerfrequenz dieser Frequenz des Spreizkodes. Vorzugsweise ist die Trägerfrequenz gleich der Frame-Rate (Bildwiederholrate) mit der die Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 erfassen. Bei dem Magnetfeldkamerakopf 21 der hier dargestellten Beispiele lag diese Frame-Rate bei bis zu 160 Frames pro Sekunde. Die Framerate der Magnetfeldkamera ist dabei im Sinne des hier vorgelegten Dokuments die Rate der erzeugten und übertragenen Fluoreszenzbilder der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 pro Sekunde. Bevorzugt schwankt das Spreizkodesignal beispielsweise zwischen den Werten 0 und 1.The carrier signal of the spreading code signal preferably has a carrier frequency which is typically equal to the frequency of the shift frequency of the typically linearly feedback shift register of the pseudo-random number generator PRNG. In the case of a monofrequency spreading code, the carrier frequency corresponds to this frequency of the spreading code. The carrier frequency is preferably equal to the frame rate (image repetition rate) with which the light sensors of the
Da dann die magnetische Feldstärke H mit dem Spreizcodesignalmoduliert ist, ist dann auch die magnetische Flussdichte B, die die Sensorschicht 5 durchdringt, mit dem Spreizcodesignal moduliert. Daher ist auch die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 mit dem Spreizcodesignal moduliert. Bevorzugt erfassen die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 mehrere Fluoreszenzbilder der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera und multiplizieren die Amplituden der Pixelwerte der Messwerte der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 mit dem Inversen des Werts des Spreizkodesignals bzw. mit dem Inversen des Werts der Summe aus dem Wert des Spreizkodesignals plus einem Offset. Eine Division durch 0 ist ja nicht möglich.Since the magnetic field strength H is then modulated with the spreading code signal, the magnetic flux density B, which penetrates the
Vorzugsweise werten die die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 mehrere Frames, also Fluoreszenzbilder, der Fluoreszenzkamera, als der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, in einer Auswertebildsequenz aus.Preferably, the
Zu Beginn der Auswertesequenz initialisieren die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 je Lichtsensor des Lichtsensorarrays 1 von eine jeweilige Pixelsumme für den Summenwert des betreffenden Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 auf einen vorgebbaren Initialwert. Typischerweise ist dieser Initialwert 0.At the beginning of the evaluation sequence, the
Vorzugsweise werten die die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 Pixelwerte eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 in Zeiten zu denen das Spreizkodesignal beispielsweise den Werten 0 annimmt negativ und ziehen den jeweiligen Pixelwert eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 daher in dem Fall von einer Pixelsumme für den Summenwert des betreffenden Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 ab.Preferably, the
Vorzugsweise werten die die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 Pixelwerte eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 in Zeiten zu denen das Spreizkodesignal beispielsweise den Werten 1 annimmt positiv und addieren den jeweiligen Pixelwert eines Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 daher in dem Fall daher zu einer Pixelsumme für den Summenwert des betreffenden Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 hinzu.Preferably, the
Nachdem die Auswertesequenz beendet ist und die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 die geplanten, mehreren Frames, also Fluoreszenzbilder, der Fluoreszenzkamera, also der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1, in der Auswertebildsequenz ausgewertet haben, erzeugen die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und/oder das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 aus den resultierenden jeweiligen Pixelsummen für die jeweiligen Summenwerte der jeweiligen Lichtsensors des Lichtsensorarrays 1 ein verbessertes Fluoreszenzbild.After the evaluation sequence has ended and the
Diese Vorgehensweise eliminiert ein Hintergrundrauschen und erhöht die Empfindlichkeit.This approach eliminates background noise and increases sensitivity.
Im Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the camera's field of view are
Figur 17Figure 17
Die Lichtquelle 2 emittiert Pumpstrahlung 13 mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und unerwünschte elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche. Ein optischer Shortpass-Filter 4 lässt bevorzugt nur die Pumpstrahlung 13 passieren und hält bevorzugt die elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche zurück. Sofern die Lichtquelle 2 keine unerwünschte elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche emittiert, ist dieses optische Shortpass-Filter 4 nicht notwendig. Eine Beleuchtungsoptik 3 sorgt dafür, dass die Pumpstrahlung 13 die Sensorschicht 5 möglichst homogen ausleuchtet. Die Beleuchtungsoptik 3 kann ein oder mehrere optische Funktionselemente umfassen. Die Sensorschicht 5 ist vorzugsweise auf einem mechanischen Träger, beispielsweise einer ebenen Fläche 16, aufgebracht. Vorzugsweise ist die ebene Fläche 16 Teil der Gehäusewand des hier nicht gezeichneten Gehäuses 8. Das Material dieser ebenen Fläche 16 bzw. der Gehäusewand des Gehäuses 8 in diesem Bereich ist bevorzugt nicht magnetisch und beeinflusst bevorzugt das magnetische Feld im Wesentlichen nicht. Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugte eine Vielzahl zufällig und vorzugsweise gleichverteilt orientierte Kristalle und/oder Nanokristalle 66 mit paramagnetischen Zentren. Bei den paramagnetischen Zentren kann es sich bei der Verwendung von Diamant als Kristallmaterial beispielsweise um NV-Zentren und/oder SiV-Zentren und/oder TiV-Zentren und/oder GeV-Zentren und/oder SnV-Zentren und/oder NiN4-Zentren und/oder PbV-Zentren und/oder ST1-Zentren handeln. Die Pumpstrahlung 13 besitzt bei der Verwendung von NV-Zentren in Dimant als Kristalle und/oder Nanokristalle 66 der Sensorschicht 5 bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Im Falle der Verwendung von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten der Sensorschicht 5 ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Lichtquelle 2 mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λpmp geeignet. Bei der Verwendung von NV-Zentren in Diamantkristallen in der Sensorschicht 5 als paramagnetische Zentren der Sensorschicht 5 emittieren die NV-Zentren der Sensorschicht 5 typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung 14 mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λfl von ca. 637nm bei NV-Zentren. Eine abbildende Optik 7 erfasst bevorzugt das Fluoreszenzbild der ortsabhängigen Fluoreszenzintensität der Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl, das die Sensorschicht 5 mittels der paramagnetischen Zentren in der Sensorschicht 5 erzeugt. Ein optisches Longpass-Filter 6 lässt bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl und damit die Fluoreszenzstrahlung 14 passieren. Das optische Longpass-Filter 6 blockier bevorzugt die Passage elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und damit die Passage der Pumpstrahlung 13. Hierdurch kann die abbildende Optik 7 das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzwellenlänge λfl erfassen und auf die n x m Lichtsensoren des n x m Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera abbilden. Da die Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der Sensorschicht 5 lokal in der Sensorschicht 5 von der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Sensorschicht 5 abhängt, entspricht das Fluoreszenzbild der Sensorschicht 5 einem Magnetflussdichtenbetragsbild des magnetischen Flussdichtefeldes, das die Sensorschicht 5 durchflutet. Da in der Regel die Dichteverteilung der paramagnetischen Zentren in der Sensorschicht 5 und/oder die Ausleuchtung der Sensorschicht 5 mit Pumpstrahlung 13 und/oder die Erfassung der Fluoreszenzintensität der Fluoreszenzstrahlung 14 über die Fläche der Sensorschicht 5 bei allem Bemühen nicht ganz homogen sind, hat es sich bewährt, durch Kalibrationsmessungen das System vor dem ersten Gebrauch zu kalibrieren. Zur Verarbeitung der Messwerte der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erfassen Auswertelektroniken 15 des Lichtsensorarrays 1 die Messwerte des Signale der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und bilden daraus insbesondere durch Verstärkung und/oder Filterung die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1. Die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 steuert bevorzugt mittels einer Ansteuervorrichtung 35 für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19 die Hilfsmagnete 19, wenn diese nicht nur Permanentmagnete umfassen. Die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 erzeugt aus den die Ausgangssignalen 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 ein Fluoreszenzbild und/oder beispielsweise ggf. auch ein verbessertes Fluoreszenzbild, wie oben beschrieben. Aufgrund der zuvor dargestellten Zusammenhänge stellen das Fluoreszenzbild und/oder beispielsweise ggf. auch das verbesserte Fluoreszenzbild ein Magnetflussdichtenbetragsbild des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 bzw. ein verbessertes Magnetflussdichtenbetragsbild des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 dar. Die Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 überträgt dieses Fluoreszenzbild bzw. das verbesserte Fluoreszenzbild vorzugsweise mittels der Schnittstellenschaltung 36 über einen Datenbus 29 an ein Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21. Bevorzugt erzeugt das Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 aus diesem Fluoreszenzbild bzw. aus dem verbesserten Fluoreszenzbild eine ein- oder zwei- oder dreidimensionale Darstellung der Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Sensorschicht 5 und stellt diese auf dem Bildschirm 32 dar. Der Datenbus 29 dient dabei der Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21. Das Messobjekt, hier beispielhaft ein ferromagnetisches Material 17 mit Fehlern 18 erzeugt die Variationen der magnetischen Flussdichte B in der Sensorschicht 5, die zu den besagten Magnetflussdichtenbetragsbildern des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 bzw. den verbesserten Magnetflussdichtenbetragsbildern des magnetischen Flussdichtefeldes in der Sensorschicht 5 führen.The
Figur 18Figure 18
Im Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the camera's field of view are
Figur 19aFigure 19a
Figur 19bFigure 19b
Figur 20Figure 20
Figuren 21 und 22Figures 21 and 22
Bei diesen beiden Bildern handelt es sich um Zeichnungen basierend auf Screen-Shots der Darstellung auf dem Bildschirm 32.These two images are drawings based on screenshots of the display on
Figur 23Figure 23
Figuren 24 und 25Figures 24 and 25
Die
Bei diesen beiden Bildern handelt es sich um Zeichnungen basierend auf Screen-Shots der Darstellung auf dem Bildschirm 32.These two images are drawings based on screenshots of the display on
Figur 26Figure 26
Figur 27Figure 27
Figur 28Figure 28
Figur 29Figure 29
Die
Ein Datenbusleitung eines Datenbusses 29 dient der Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21. (siehe auch
Ein zweiter Kühlkörper 49 dient der Kühlung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44. Der zweite Kühlkörper 49 umfasst bevorzugt Kupfer oder ein anderes thermisch gut leitendes Material, das bevorzugt die magnetische Flussdichte, die die Schicht 11 der Sensorschicht 5 durchflutet, nicht oder schlechter im Wesentlichen nicht oder schlechter nur wenig beeinflusst, als Kühlkörpermaterial des zweiten Kühlkörpers 49. Die Ausarbeitung des Vorschlags ergab, dass es vorteilhaft ist, die Temperatur des Lichtsensorarrays 1 und/oder der Sensorschicht 5 niedrig zu halten, um den Signal-zu-Rausch-Abstand möglichst groß zu halten. Die LEDs 44 erzeugen trotz relativ gutem Wirkungsgrad im Betrieb eine größere Menge Abwärme, die der zweite Kühlkörper 49 zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses aus dem Gehäuse 8 abführt.A
Aus dem gleichen Grund weist der hier beispielhaft vorgeschlagene Magnetfeldkamerakopfes 21 einen ersten Kühlkörper 50 zur Kühlung der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 und/oder des Lichtsensorarrays 1 auf. Der erste Kühlkörper 50 verbessert hierdurch das Signal-zu-Rauschverhältnis des Video-Signals der Lichtsensorarrays 1 in der Fluoreszenzkamera des Sensorkopfes 21.For the same reason, the magnetic
Figur 30Figure 30
Das Gehäuse 8 des Magnetfeldkamerakopfes 21 umfasst beispielhaft wieder, wie in der
Der untere Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 umfasst beispielhaft einen Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45.The
Auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 sind hier beispielhaft LED-Vorwiderstände 59 montiert, beispielsweise aufgelötet oder aufgeklebt. Diese LED-Vorwiderstände 59 sind typischerweise LED-Vorwiderstände 59 der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 für die Strombegrenzung des Diodenstroms der LEDs 44 im Betrieb. Here, for example,
Vorzugsweise deckt eine dünne Materialschicht des unteren Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 die Sensorschicht 5 ab. und schützt diese. Zur besseren Übersicht ist diese möglichst dünne Materialschicht des unteren Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 in der
Ein auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 montierter Kodierstecker 62 mit Jumper kann beispielsweise der Änderung analoger Betriebsparameter der elektronischen Schaltung auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 dienen. Beispielsweise ist es denkbar, dass es möglich ist, den elektrischen LED-Strom durch die LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 mittels eines solchen Kodiersteckers 62 durch Positionieren des Jumpers einzustellen. Dabei sieht der Kodierstecker 62 typischerweise mehrere verschiendene mögliche Positionen des Jumpers auf dem Kodierstecker 62 vor, von denen jede dieser Positionen bevorzugt eine ganz bestimmte Bestromung der LEDs 44 mit einem elektrischen Strom mit einem ganz bestimmten Stromwert entspricht.A
In dem Beispiel der
Die Sensorschicht 5 umfasst bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, eine Glasplatte 46The
Die Glasplatte dient hier in dem Beispiel der
Der erste Kühlkörper 50 dient der Kühlung der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 und/oder des Lichtsensorarrays 1. Der erste Kühlkörper 50 umfasst bevorzugt Kupfer und/oder ein anderes thermisch gut leitenden, bevorzugt im Wesentlichen nicht magnetisches Material als Kühlkörpermaterial des ersten Kühlkörpers 50. Bevorzugt ist der erste Kühlkörper 50 in einem möglichst guten thermischen Kontakt mit dem Kameragehäuse 54 der Fluoreszenzkamera mit dem Lichtsensorarray 1 mit dessen Auswertelektronik 15 und der abbildenden Optik 7.The
Beispielsweise kann Wärmeleitpaste 53 und/oder ein Wärmeleitkleber 53 Kühlrippen 51 mit dem ersten Kühlkörper 50 thermisch und/oder mechanisch verbinden. Hierdurch kann der Kühlkörper 50 die Wärme der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera an die Umgebungsluft abgegeben und die Temperatur des Lichtsensorarrays 1 senken. Dies verbessert das Signal-zu-Rausch-verhältnis des Datensignals des Lichtsensorarrays 1 über die Datenleitung 29.For example,
Die Fluoreszenzkamera weist in dem Beispiel der
Typischerweise ist die lokale Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 an verschiedenen Positionen in der Schicht 11 von der Intensität der Pumpstrahlung 13 und dem Betrag der magnetischen Flussdichte B an diesen Positionen abhängig.Typically, the local intensity of the
Es ergibt sich somit ein Intensitätsmuster der Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 an verschiedenen Positionen in der Schicht 11, das die flächenhaften Unterschiede der Beträge der Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 an verschiedenen Positionen des Schicht 11 wiedergibt.This results in an intensity pattern of the emission of the
Die abbildende Optik 7 erfasst dieses Intensitätsmuster der Emission der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 und bildet dieses Intensitätsmuster auf das Lichtsensorarray 1 ab.The
Das Kameragehäuse 54 der Fluoreszenzkamera verbindet das Lichtsensorarray 1 in dem Beispiel der
Der Datenbus 29 zur Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 ist in dem Beispiel der
Die Energiezuleitung 55 zur Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44 ist in dem Beispiel der
Figur 31Figure 31
Im Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the camera's field of view are
Figur 32Figure 32
Im Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the camera's field of view are
Figur 33Figure 33
Der Datenbus 29 zur Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 ist in dem Beispiel der
Figur 34Figure 34
Der oberer Gehäuseteil 40 des Gehäuses 8 und die Energiezuleitung 55 sind angeschnitten und daher nur teilweise dargestellt, ohne dass die Schnittflächen in der
Figur 35Figure 35
Im späteren Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the later field of view of the camera there are
Figur 36Figure 36
Figur 37Figure 37
Figur 38Figure 38
Mittels eines Jumpers am beispielhaften Kodierstecker 62 kann beispielhaft die Intensität der Pumpstrahlung 13 der LEDs 44 beispielsweise durch Selektion von Spannungsteilerausgangswerten oder dergleichen eingestellt werden.
Ein Anschlussstecker 56 für die Energiezuleitung 55 dient der Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 für dieLEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und derLEDs 44.- Typischerweise befinden sich auf der Oberseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die
LEDs 44 weitere elektronische Bauteile 60 beispielsweise für die Energieversorgung derLEDs 44.
- A connecting
plug 56 for thepower supply line 55 serves to supply power to the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44 and their power supply 45 and theLEDs 44. - Typically, there are further
electronic components 60 on the top of the circuit board (PCB) 43 for theLEDs 44, for example for supplying energy to theLEDs 44.
Beispielsweise kann sich ein Spannungsregler 61 als ein solches weiters Bauteil 60 auf der Oberseite des Schaltungsträgers (PCB) 43 für die LEDs 44 befinden.For example, a
In dem Beispiel der
Im späteren Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the later field of view of the camera there are
Figur 39Figure 39
Im späteren Blickfeld der Kamera befinden sich dabei Leitungen 1320, 1310, 1330 einer beispielhaften Tri-Plate-Leitung 1380 mit einem Sensorelement in den Clearances 2340 und 2350. Die Verwendung anderer Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar. Auch die Verwendung einer durchgängigen Sensorschicht 5 ohne Wellenleitungen (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ist denkbar, wobei dann die Nutzung einer Mikrowellen- und/oder HF-Anregung der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren der Sensorschicht 5 nicht möglich ist. Die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6980) kann beispielsweise über eine Steckverbindung, wie beispielsweise eine Koaxialbuchs oder einen Triax-Buchse 71 vorzugsweise angeschlossen werden.In the later field of view of the camera there are
Figur 40Figure 40
Leider ist die Intensitätsverteilung der Intensität der an einem Punkt der Oberfläche der Glasplatte 46 aus dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 austretenden Pumpstrahlung 13 vom inversen quadratischen Abstand dieses Punkts der Oberfläche der Glasplatte 46 von der betreffenden LED 44 abhängig. Diese Abstandsabhängigkeit kann durch eine Diffuser-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 auf dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 ausgeglichen werden. Bevorzugt ist somit die Glasplatte 46 auf der Oberfläche, die vom Lichtsensorarray 1 abgewandt ist, mit einer Diffusor-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 versehen, die eine homogene Beleuchtung der Schicht 11 und damit der in der Schicht 11 enthaltenen paramagnetischen Zentren mit Pumpstrahlung 13 durch die LEDs 44 sicherstellt.Unfortunately, the intensity distribution of the intensity of the
Bei diesem System aus einer Glasplatte 46, den LEDs 44, die von den Kanten der Glasplatte 46 Pumpstrahlung 13 in das Material der Glasplatte 46 einstrahlen, der Diffusor-Schicht 69 und der Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren handelt es sich letztlich um ein flaches Flächenbeleuchtungssystem, mit: a) einer flächigen Pumpstrahlungsquelle (44, 46) für Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die ein Substrat und mindestens einen auf dem Substrat (Glaswafer 46) ausgebildeten, im Wesentlichen nicht gepixelten, Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich aufweist, der Pumpstrahlung 13 von mindestens einer Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle aus in jede Richtung ausstrahlt (Nach unten zeigende Oberfläche der Glasplatte 46); und b) einer Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht - beispielsweise der Glasplatte 46 -, die auf der mindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite(Kante der Glasplatte 46) über dem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich einer punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (beispielhafte LEDs 44) angeordnet ist, worin die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht - insbesondere die Glasplatte 46 - vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 (Lichtausbreitungsebene der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46) ausstrahlenden Seite der flächigen oder punktförmigen Pumpstrahlungsquelle (46, 44) verläuft.This system consisting of a glass plate 46, the LEDs 44, which radiate pump radiation 13 from the edges of the glass plate 46 into the material of the glass plate 46, the diffuser layer 69 and the layer 11 with the paramagnetic centers, is ultimately a flat area lighting system , with: a) a flat pump radiation source (44, 46) for pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp , which has a substrate and at least one region formed on the substrate (glass wafer 46), which is essentially not pixelated and emits pump radiation 13, the pump radiation 13 radiates in every direction from at least one side of the flat pump radiation source emitting pump radiation 13 (downward-facing surface of the glass plate 46); and b) an optical layer directing pump radiation 13 - for example the glass plate 46 - which is arranged on the side (edge of the glass plate 46) emitting at least one pump radiation 13 above the area of a point-shaped or flat pump radiation source (exemplary LEDs 44) emitting pump radiation 13 , in which the optical layer that directs pump radiation 13 - in particular the glass plate 46 - preferably deflects pump radiation 13 from a direction that is perpendicular to the surface of the pump radiation 13 (light propagation plane of the pump radiation 13 in the glass plate 46) emitting side of the flat or point-shaped pump radiation source (46, 44) runs.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine strukturierte erste Oberfläche(Unterseite der Glasplatte 46) auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) benachbart angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a structured first surface (underside of the glass plate 46), which is arranged adjacent to the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) rechtwinklig gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged at right angles opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) dreieckige Prismen oder eine auf die erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) aufgebrachte Diffusor-Schicht 69 beispielsweise als Diffusor auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured first surface of the optical layer (glass plate 46) directing the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche beispielsweise zylindrische Linsen oder andere optische und/oder mikrooptische Funktionselemente auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured surface has, for example, cylindrical lenses or other optical and/or micro-optical functional elements.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche eine Vielzahl keilförmiger Strukturen auf, die eine lange Achse aufweisen, wobei die Achsen der keilförmigen Strukturen bevorzugt dann in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtet sind.In one embodiment of the flat area lighting system, the structured surface has a plurality of wedge-shaped structures that have a long axis, the axes of the wedge-shaped structures then preferably being aligned in a common direction.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst eine flächige Pumpstrahlungsquelle OLEDs oder VCSELs als LEDs 44.In one embodiment of the flat area lighting system, a flat pump radiation source comprises OLEDs or VCSELs as
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist, wobei bevorzugt die flächigen Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) OLEDs oder VCSELs als LEDs 44 umfassen.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das flächige Flächenbeleuchtungssystem in einer Diffusor-Schicht 69 einen Diffusor, der zwischen der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht und der flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the flat surface lighting system comprises a diffuser in a
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das Flächenbeleuchtungssystem eine zweite, Pumpstrahlung 13 lenkende, optischen Schicht, die über der Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht und parallel zur Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht angeordnet ist.In one embodiment of the flat area lighting system, the area lighting system comprises a second optical layer directing
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems ist beispielsweise die Pumpstrahlung 13 lenkende optische Schicht in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt und Pumpstrahlung 13 lenkende Strukturen sind in einem Bereich in einem Winkel ausgerichtet, der sich von dem Winkel Licht lenkender Strukturen in einem zweiten Bereich unterscheidet.In one embodiment of the flat surface lighting system, for example, the optical layer directing
Bevorzugt befindet sich die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren auf der Oberfläche des flachen Flächenbeleuchtungssystems, also beispielsweise auf der Oberfläche einer Diffusor-Schicht 69 eines Diffusors, der sich bevorzugt wieder auf einer Oberfläche der besagten Glasplatte 46 befindet.The
Das flache Flächenbeleuchtungssystem umfasst somit bevorzugt
- • Pumpstrahlungsquellen, hier beispielhaft in
Form der LEDs 44, - •
eine Pumpstrahlung 13 transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, - • wobei die
Pumpstrahlungsquellen eine Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in eine diese Pumpstrahlung transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, diePumpstrahlung 13 von der Seite über eine Kante derGlasplatte 46 einspeisen, - • eine Diffusor-
Schicht 69, die eine weitere,eine Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht ist, - • wobei die Diffusor-
Schicht 69 auf dermindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite überdem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist, worin diePumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (insbesondere der LEDs 44) verläuft
- • Pump radiation sources, here for example in the form of
LEDs 44, - • a layer transporting
pump radiation 13, here theglass plate 46, - • where the pump radiation sources feed a
pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp into a layer transporting this pump radiation, here theglass plate 46, thepump radiation 13 from the side over an edge of theglass plate 46, - • a
diffuser layer 69, which is a further optical layer that directs apump radiation 13, - • wherein the
diffuser layer 69 is arranged on the side emitting at least onepump radiation 13 above the region of the flat pump radiation source emittingpump radiation 13, wherein the optical layer directingpump radiation 13 preferably deflects pumpradiation 13 away from a direction which is preferably substantially perpendicular to the surface of thePump radiation 13 emitting side of the point-shaped or flat pump radiation source (in particular the LEDs 44).
Die Diffusor-Schicht 69 lenkt somit bevorzugt die Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 auf die auf der Diffusor-Schicht 69 bevorzugt befindliche Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren, die daraufhin Fluoreszenzstrahlung 14 emittieren. Die Diffusor-Schicht 69 kann auch durch eine Mattierung und/oder Strukturierung der ersten Oberfläche 67 der Glasplatte 46 erreicht werden. Auch die zweite Oberfläche 68 der Glasplatte 46 kann eine Diffusor-Schicht 69 aufweisen. Beispielsweise kann durch eine unterschiedliche Rauigkeit der Oberfläche der Glasplatte 46 erreicht werden, das ein örtlich unterschiedlicher Anteil der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 aus der Glasplatte 46 aus- und in die Schicht 11 eingekoppelt wird. Beispielsweise kann die Oberfläche der Glasplatte so strukturiert werden, dass in größerer Entfernung von den Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) ein größerer Anteil der Pumpstrahlung 13 aus der Glasplatte 46 heraus in die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren eingekoppelt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass bei einem homogenen externen Magnetfeld mit einer homogenen magnetischen Flussdichte die Intensität der erzeugten Fluoreszenzstrahlung 14 an Punkten der Oberfläche der Schicht 11 im Wesentlichen nicht mehr von der Entfernung zu den Pumpstrahlungsquellen, hier den LEDs 44, abhängt.
die so konstruierte flächige Pumpstrahlungsquelle aus LEDs 44 und Glasplatte 46 und optionaler Diffusor-Schicht 69 bzw. Diffusor-Oberflächenstruktur der Glasplatte 46 bestrahlt dann die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Schicht 11 umfasst dabei bevorzugt Kristalle 66, besonders bevorzugt Mikro- oder Nanokristalle 66, mit diesen paramagnetischen Zentren, die bevorzugt NV-Zentren in Diamantkristallen sind. Bevorzugt bildet die Glasplatte 46 die ebene Fläche 16 des unteren Gehäuseteils 41 des Gehäuses 8 aus. Die Glasplatte 46 hat hier auch die Funktion des Trägermaterials II 12.The
The flat pump radiation source constructed in this way consisting of
Figur 41Figure 41
Figur 42Figure 42
In der
Die LEDs 44 strahlen bei Betrieb in horizontaler Richtung Pumpstrahlung 13 in die Glasplatte 46 ein. Die Glasplatte 46 dient dabei als Wellenleiter für die Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungsquellen, also beispielsweise der LEDs 44, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Glasplatte 46 verteilt die Pumpstrahlung 13 der LEDs 44 flächenhaft. Ein Teil der so in der Glasplatte 46 transportierten Pumpstrahlung 13 tritt in der vertikalen Richtung nach oben und unten aus der Glasplatte 46 aus.When operating in the horizontal direction, the
Die Pumpstrahlung 13 der LEDs 44, die aus der Glasplatte 46 nach unten austritt, trifft auf die Sensorschicht 5, hier die Schicht 11 mit den Kristallen und/oder mit den Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 emittieren infolge der Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp Fluoreszenzstrahlung 14 der Fluoreszenzwellenlänge λfl. Typischerweise ist bei NV-Zentren die Pumpstrahlung 13 grün und die Fluoreszenzstrahlung 14 rot.The
Eine reflektierende Schicht 10 reflektiert vorzugsweise die Pumpstrahlung 13, die von der Schicht 11 transmittiert und nicht reflektiert und nicht absorbiert wird, zurück in Richtung des Lichtsensorarrays 1. Dabei passiert die reflektierte Pumpstrahlung 13 die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren ein zweites Mal und ruft dort ein zweites Mals die Emission von Fluoreszenzstrahlung 14 hervor. Dies hebt den Signalkontrast der lokal magnetfeldabhängigen Intensität der lokalen Fluoreszenzstrahlung 14 weiter an.A
Die reflektierende Schicht 10 reflektiert vorzugsweise auch den Anteil der Fluoreszenzstrahlung 14, die von der Schicht 11 nach unten hin emittiert wird, zurück in Richtung des Lichtsensorarrays 1. Dabei passiert die reflektierte Fluoreszenzstrahlung 14 die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren ein zweites Mal.The
Die Schicht 11 emittiert somit einen ersten Anteil der Fluoreszenzstrahlung 14 direkt in Richtung des Lichtsensorarrays 1 und transmittiert einen zweiten Anteil der Fluoreszenzstrahlung 14, der an der reflektierenden Schicht 10 reflektiert wurde, zumindest teilweise typischerweise ebenfalls in Richtung des Lichtsensorarrays 1. Dies hebt somit ebenfalls den Signalkontrast der lokal magnetfeldabhängigen Intensität der lokalen Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Schicht 11 weiter an.The
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Daher ist die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 typischerweise für elektromagnetische Strahlung, also beispielsweise Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp im Wesentlichen nicht transparent und bevorzugt im Wesentlichen reflektierend.Therefore, the optional dichroic mirrored
Hier bei bedeutet „im Wesentlichen nicht transparent“, dass die Intensität der verbleibenden transmittierten elektromagnetischen Strahlung, also beispielsweise Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp so gering ist, dass die verbleibenden transmittierten elektromagnetischen Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp die Erzielung des beabsichtigten Zwecks in der jeweiligen Anwendung vorzugsweise nicht beeinträchtigt.Here, “essentially not transparent” means that the intensity of the remaining transmitted electromagnetic radiation, for
Hier bei bedeutet „im Wesentlichen reflektiert“, dass die Intensität der nicht reflektierten elektromagnetischen Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp so gering ist, dass die verbleibende reflektierte elektromagnetischen Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp für die Erzielung des beabsichtigten Zwecks in der jeweiligen Anwendung vorzugsweise ausreichend ist.Here, “substantially reflected” means that the intensity of the non-reflected electromagnetic radiation with pump radiation wavelength λ pmp is so low that the remaining reflected electromagnetic radiation with pump radiation wavelength λ pmp is preferably sufficient to achieve the intended purpose in the respective application.
In dem Beispiel der
Das hier vorgelegte Dokument offenbart somit eine flächenhafte Pumpstrahlungsquelle, die ein oder mehrere primäre Pumpstrahlungsquellen, hier die LEDs 44, und ein optisches Funktionselement, hier die Glasplatte 46 zur flächenhaften Verteilung der Pumpstrahlung 13 der primären Pumpstrahlungsquellen, hier der LEDs 44, umfasst.The document presented here thus discloses a surface pump radiation source, which includes one or more primary pump radiation sources, here the
In einer bevorzugten Variante bestrahlt diese flächenhafte Pumpstrahlungsquelle eine Schicht 11 mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren, hier die Schicht 11, mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.In a preferred variant, this areal pump radiation source irradiates a
In einer weiteren Variante emittiert diese Schicht 11 dann ggf. örtlich unterschiedlich je nach dem Wert des lokalen Betrags der magnetischen Flussdichte eine Fluoreszenzstrahlung 14 mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.In a further variant, this
In einer weiteren Variante separiert ein optisches Funktionselement, beispielsweise die dichroitisch verspiegelte optionale Schicht 47 und/oder der optischer Filter (Longpass) 6, die elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der elektromagnetischen Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. In dieser weiteren Variante separiert somit das optische Funktionselement, beispielsweise die dichroitisch verspiegelte optionale Schicht 47 und/oder der optischer Filter (Longpass) 6, die Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp von der Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Somit kann dann nur noch elektromagnetischen Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl bzw. Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl zum Lichtsensorarray 1 gelangen.In a further variant, an optical functional element, for example the dichroic mirrored
Vorzugsweise ist zu dem gleichen Zweck das Gehäuse 8 des Magnetfeldkamerakopfes 21 lichtdicht ausgeführt.For the same purpose, the
Die abbildende Optik 7 bildet die örtlich verschiedene Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Schicht 11 auf das Lichtsensorarray 1 ab.The
Mittels der nicht eingezeichneten, aber hiermit ausdrücklich mitoffenbarten Auswerteelektronik 15 und des Lichtsensorarrays 1 erfasst der Magnetfeldkamerakopf 21 somit diese die örtlich verschiedene Intensität der Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren der Schicht 11 und damit die örtlich unterschiedlichen Werte des Betrags der magnetischen Flussdichte in der Schicht 11 in Form eines Bildes.By means of the
Der erste Kühlkörper 50 kühlt die Auswerteelektronik 13 der Fluoreszenzkamera und das Lichtsensorarray 1 der Fluoreszenzkamera und erhöht so den Signal-zu-Rauschabstand der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1.The
Der zweite Kühlkörper 49 kühlt den Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45. Hierbei kühlt der zweite Kühlkörper 49 insbesondere die LEDs 44, die erhebliche Wärme abgeben, und verhindert so ein Aufheizen des Gehäuses (8, 40, 41) und damit ein Aufheizen des Lichtsensorarrays 1. Auch und erhöht den Signal-zu-Rauschabstand der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1.The
Bei dem Magnetfeldkamerakopf 21 der
Figur 43Figure 43
Figur 44Figure 44
Figur 45Figure 45
Der erste Kühlkörper 50 ist vorzugsweise mit einem geringen thermischen Widerstand mit der Auswerteelektronik 15 und/oder dem Lichtsensorarray 1 thermisch verbunden. Besonders bevorzugt ist der erste Kühlkörper 50 mit einem geringen thermischen Widerstand mit dem Lichtsensorarray 1 thermisch verbunden. Hierdurch verbessert der erste Kühlkörper 50 das Signal-zu-Rauschverhältnis des Lichtsensorarrays 1.The
Figur 46Figure 46
Figur 47Figure 47
Die Kristalle und Nanokristalle 66 sind bevorzugt in ein Trägermaterial der Schicht 11 eingebettet, dass für Pumpstrahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp transparent ist. Die Kristalle und Nanokristalle 66 sind bevorzugt in ein Trägermaterial der Schicht 11 eingebettet, dass für Fluoreszenzstrahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl transparent ist.The crystals and nanocrystals 66 are preferably embedded in a carrier material of
Ein Teil der Pumpstrahlung 13 in der Schicht 11 bestrahlt paramagnetische Zentren von Kristallen und Nanokristallen 66 in der Schicht 11. Aufgrund der Bestrahlung mit Pumpstrahlung 13 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp emittieren paramagnetische Zentren von Kristallen und Nanokristallen 66 in der Schicht 11 Fluoreszenzstrahlung 14.Part of the
Eine Verspiegelung 10 reflektiert den Teil der Fluoreszenzstrahlung 14, der die Schicht 11 nicht in Richtung auf das Lichtsensorarray 1, sondern in die entgegengesetzte Richtung verlässt in die Schicht 11 zurück.A
Die Verspiegelung 10 reflektiert den Teil der Pumpstrahlung 13, der die Schicht 11 nicht in Richtung auf das Lichtsensorarray 1, sondern in die entgegengesetzte Richtung verlässt in die Schicht 11 zurück.The
In dem Beispiel der
Figur 49Figure 49
Die
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen transparent für elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.The optional dichroic mirrored
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen NICHT transparent für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.The optional dichroic mirrored
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen transparent für Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.The optional dichroic mirrored
Die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 ist vorzugsweise im Wesentlichen NICHT transparent für Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.The optional dichroic mirrored
Bevorzugt reflektiert die optionale dichroitisch verspiegelte Schicht 47 Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die über die zweite Oberfläche 68 des ersten optischen Funktionselements (Glasplatte 46) aus dem ersten optischen Funktionselement (Glasplatte 46) austritt, wieder in das erste optische Funktionselement (Glasplatte 46) hinein zurück. Hierdurch werden die paramagnetischen Zentren in den Kristallen und/oder Nanokristallen 66 der Schicht 11 einem Maximum an Intensität der Pumpstrahlung 13 aufgesetzt. Dies verbessert das Signal-zu-Rauschverhältnis weiter.The optional dichroic mirrored
Figur 49Figure 49
Die LEDs 44 emittieren Pumpstrahlung 13 mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λρmp. Die Sensorschicht 5 entspricht bevorzugt dem Aufbau der
Figur 50Figure 50
Leider ist die Intensitätsverteilung der Intensität der an einem Punkt der Oberfläche der Glasplatte 46 aus dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 austretenden Pumpstrahlung 13 vom inversen quadratischen Abstand dieses Punkts der Oberfläche der Glasplatte 46 von der betreffenden LED 44 abhängig. Diese Abstandsabhängigkeit kann durch eine Diffuser-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 auf dieser abgewandten Glasplattenoberfläche der Glasplatte 46 ausgeglichen werden. Bevorzugt ist somit die Glasplatte 46 auf der Oberfläche, die vom Lichtsensorarray 1 abgewandt ist, mit einer Diffusor-Struktur in einer Diffusor-Schicht 69 versehen, die eine homogene Beleuchtung der Schicht 11 und damit der in der Schicht 11 enthaltenen paramagnetischen Zentren mit Pumpstrahlung 13 durch die LEDs 44 sicherstellt.Unfortunately, the intensity distribution of the intensity of the
Bei diesem System aus einer Glasplatte 46, den LEDs 44, die von den Kanten der Glasplatte 46 Pumpstrahlung 13 in das Material der Glasplatte 46 einstrahlen, der Diffusor-Schicht 69 und der Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren handelt es sich letztlich um ein flaches Flächenbeleuchtungssystem, mit: a) einer flächigen Pumpstrahlungsquelle (44, 46) für Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, die ein Substrat und mindestens einen auf dem Substrat (Glaswafer 46) ausgebildeten, im Wesentlichen nicht gepixelten, Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich aufweist, der Pumpstrahlung 13 von mindestens einer Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle aus in jede Richtung ausstrahlt (Nach unten zeigende Oberfläche der Glasplatte 46); und b) einer Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht - beispielsweise der Glasplatte 46 -, die auf der mindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite(Kante der Glasplatte 46) über dem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich einer punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (beispielhafte LEDs 44) angeordnet ist, worin die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht - insbesondere die Glasplatte 46 - vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 (Lichtausbreitungsebene der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46) ausstrahlenden Seite der flächigen oder punktförmigen Pumpstrahlungsquelle (46, 44) verläuft.This system consisting of a glass plate 46, the LEDs 44, which radiate pump radiation 13 from the edges of the glass plate 46 into the material of the glass plate 46, the diffuser layer 69 and the layer 11 with the paramagnetic centers, is ultimately a flat area lighting system , with: a) a flat pump radiation source (44, 46) for pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp , which has a substrate and at least one region formed on the substrate (glass wafer 46), which is essentially not pixelated and emits pump radiation 13, the pump radiation 13 radiates in every direction from at least one side of the flat pump radiation source emitting pump radiation 13 (downward-facing surface of the glass plate 46); and b) an optical layer directing pump radiation 13 - for example the glass plate 46 - which is arranged on the side (edge of the glass plate 46) emitting at least one pump radiation 13 above the area of a point-shaped or flat pump radiation source (exemplary LEDs 44) emitting pump radiation 13 , in which the optical layer that directs pump radiation 13 - in particular the glass plate 46 - preferably deflects pump radiation 13 from a direction that is perpendicular to the surface of the pump radiation 13 (light propagation plane of the pump radiation 13 in the glass plate 46) emitting side of the flat or point-shaped pump radiation source (46, 44) runs.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine strukturierte erste Oberfläche(Unterseite der Glasplatte 46) auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) benachbart angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the optical layer (glass plate 46) that directs pump
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) rechtwinklig gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged at right angles opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) dreieckige Prismen oder eine auf die erste Oberfläche der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht (Glasplatte 46) aufgebrachte Diffusor-Schicht 69 beispielsweise als Diffusor auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured first surface of the optical layer (glass plate 46) directing the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche beispielsweise zylindrische Linsen oder andere optische und/oder mikrooptische Funktionselemente auf.In one embodiment of the flat surface lighting system, the structured surface has, for example, cylindrical lenses or other optical and/or micro-optical functional elements.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die strukturierte Oberfläche eine Vielzahl keilförmiger Strukturen auf, die eine lange Achse aufweisen, wobei die Achsen der keilförmigen Strukturen bevorzugt dann in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtet sind.In one embodiment of the flat area lighting system, the structured surface has a plurality of wedge-shaped structures that have a long axis, the axes of the wedge-shaped structures then preferably being aligned in a common direction.
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst eine flächige Pumpstrahlungsquelle OLEDs oder VCSELs als LEDs 44.In one embodiment of the flat area lighting system, a flat pump radiation source includes OLEDs or VCSELs as
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems weist die Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht (Glasplatte 46) eine plane erste Oberfläche auf, die der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (LEDs 44) gegenüber angeordnet ist, wobei bevorzugt die flächigen Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) OLEDs oder VCSELs als LEDs 44 umfassen.In one embodiment of the flat surface lighting system, the pump radiation 13-directing optical layer (glass plate 46) has a flat first surface, which is arranged opposite the
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das flächige Flächenbeleuchtungssystem in einer Diffusor-Schicht 69 einen Diffusor, der zwischen der Pumpstrahlung 13 lenkenden, optischen Schicht und der flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist.In one embodiment of the flat surface lighting system, the flat surface lighting system comprises a diffuser in a
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems umfasst das Flächenbeleuchtungssystem eine zweite, Pumpstrahlung 13 lenkende, optischen Schicht, die über der Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht und parallel zur Pumpstrahlung 13 lenkenden optischen Schicht angeordnet ist.In one embodiment of the flat area lighting system, the area lighting system comprises a second optical layer directing
In einer Ausprägung des flachen Flächenbeleuchtungssystems ist beispielsweise die Pumpstrahlung 13 lenkende optische Schicht in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt und Pumpstrahlung 13 lenkende Strukturen sind in einem Bereich in einem Winkel ausgerichtet, der sich von dem Winkel Licht lenkender Strukturen in einem zweiten Bereich unterscheidet.In one embodiment of the flat surface lighting system, for example, the optical layer directing
Bevorzugt befindet sich die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren auf der Oberfläche des flachen Flächenbeleuchtungssystems, also beispielsweise auf der Oberfläche einer Diffusor-Schicht 69 eines Diffusors, der sich bevorzugt wieder auf einer Oberfläche der besagten Glasplatte 46 befindet.The
Das flache Flächenbeleuchtungssystem umfasst somit bevorzugt
- • Pumpstrahlungsquellen, hier beispielhaft in
Form der LEDs 44, - •
eine Pumpstrahlung 13 transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, - • wobei die
Pumpstrahlungsquellen eine Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in eine diese Pumpstrahlung transportierende Schicht, hier dieGlasplatte 46, diePumpstrahlung 13 von der Seite über eine Kante derGlasplatte 46 einspeisen, - • eine Diffusor-
Schicht 69, die eine weitere,eine Pumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht ist, - • wobei die Diffusor-
Schicht 69 auf dermindestens einen Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite überdem Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Bereich flächigen Pumpstrahlungsquelle angeordnet ist, worin diePumpstrahlung 13 lenkende, optische Schicht vorzugsweise Pumpstrahlung 13 aus einer Richtung weglenkt, die vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zur Fläche der Pumpstrahlung 13 ausstrahlenden Seite der punktförmigen oder flächigen Pumpstrahlungsquelle (insbesondere der LEDs 44) verläuft
- • Pump radiation sources, here for example in the form of
LEDs 44, - • a layer transporting
pump radiation 13, here theglass plate 46, - • where the pump radiation sources feed a
pump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp into a layer transporting this pump radiation, here theglass plate 46, thepump radiation 13 from the side over an edge of theglass plate 46, - • a
diffuser layer 69, which is a further optical layer that directs apump radiation 13, - • wherein the
diffuser layer 69 is arranged on the side emitting at least onepump radiation 13 above the region of the flat pump radiation source emittingpump radiation 13, wherein the optical layer directingpump radiation 13 preferably deflects pumpradiation 13 away from a direction which is preferably substantially perpendicular to the surface of thePump radiation 13 emitting side of the point-shaped or flat pump radiation source (in particular the LEDs 44).
Die Diffusor-Schicht 69 lenkt somit bevorzugt die Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 auf die auf der Diffusor-Schicht 69 bevorzugt befindliche Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren, die daraufhin Fluoreszenzstrahlung 14 emittieren. Die Diffusor-Schicht 69 kann auch durch eine Mattierung und/oder Strukturierung der ersten Oberfläche 67 der Glasplatte 46 erreicht werden. Auch die zweite Oberfläche 68 der Glasplatte 46 kann eine Diffusor-Schicht 69 aufweisen. Beispielsweise kann durch eine unterschiedliche Rauigkeit der Oberfläche der Glasplatte 46 erreicht werden, das ein örtlich unterschiedlicher Anteil der Pumpstrahlung 13 in der Glasplatte 46 aus der Glasplatte 46 aus- und in die Schicht 11 eingekoppelt wird. Beispielsweise kann die Oberfläche der Glasplatte so strukturiert werden, dass in größerer Entfernung von den Pumpstrahlungsquellen (LEDs 44) ein größerer Anteil der Pumpstrahlung 13 aus der Glasplatte 46 heraus in die Schicht 11 mit den paramagnetischen Zentren eingekoppelt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass bei einem homogenen externen Magnetfeld mit einer homogenen magnetischen Flussdichte die Intensität der erzeugten Fluoreszenzstrahlung 14 an Punkten der Oberfläche der Schicht 11 im Wesentlichen nicht mehr von der Entfernung zu den Pumpstrahlungsquellen, hier den LEDs 44, abhängt.The
die so konstruierte flächige Pumpstrahlungsquelle aus LEDs 44 und Glasplatte 46 und optionaler Diffusor-Schicht 69 bzw. Diffusor-Oberflächenstruktur der Glasplatte 46 bestrahlt dann die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Schicht 11 umfasst dabei bevorzugt Kristalle 66, besonders bevorzugt Mikro- oder Nanokristalle 66, mit diesen paramagnetischen Zentren, die bevorzugt NV-Zentren in Diamantkristallen sind. Bevorzugt bildet die Glasplatte 46 die ebene Fläche 16 des unteren Gehäuseteils 41 des Gehäuses 8 aus. Die Glasplatte 46 hat hier auch die Funktion des Trägermaterials II 12.The flat pump radiation source constructed in this way consisting of
Figur 51Figure 51
In der X-Achse ist die Mikrowellenfrequenz ωµW des Mikrowellensignals µW im Bereich von 2,4 GHz bis 3,4 GHz aufgetragen. In der Y-Achse ist die magnetische Flussdichte B in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Die Intensität der Resonanz wird durch die Schwärzung des entsprechenden Flächensegments des Diagramms 501 der
Zur Aufnahme der Werte die dem Diagramm 501 der
Die Resonanzlinie 502 steht für eine Spin-Quantenzahl ms=-1. Die Resonanzlinie 505 steht für eine Spin-Quantenzahl ms=+1. Die Resonanzlinien 3 und 4 entstammen der Überlagerung der anderen drei im Kristall möglichen Ausrichtungen der NV-Achsen von NV-Zentren des Diamant-Einkristalls. Auch dieser anderen drei möglichen Ausrichtungen der NV-Achsen stehen senkrecht zu dem Vektor der magnetischen Flussdichte B. Das wirksame B-Feld der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW der Mikrowellensignalquelle µWG muss zur Wirksamkeit stets senkrecht zur NV-Achse des jeweiligen NV-Zentrums sein. Ist dies nicht der Fall, so beeinflusst lediglich der Anteil des B-Felds der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW der Mikrowellensignalquelle µWG, der zur Wirksamkeit senkrecht zur NV-Achse des jeweiligen NV-Zentrums ist, die Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL des betreffenden NV-Zentrums. Somit ist für diese anderen drei möglichen Ausrichtungen der NV-Achsen die wirksame magnetische Flussdichte B kleiner als für die Resonanzlinien 502 und 505. Für eine Messung zur Erzeugung des Diagramms 501 entsprechend der
Über den Stand der Technik geht nun die folgende Erkenntnis hinaus:
- Diese Methode kann auch genutzt werden, um ein unbekanntes Mikrowellensignal Sωnk zu analysieren. Hierfür kann eine Vorrichtung ein einkristallines Diamantplättchen mit NV-Zentren in ein magnetisches Feld mit einem Gradienten der magnetischen Flussdichte B einbringen. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung dann einen Mischer. Dieser Mischer mischt das unbekannte Mikrowellensignal mit einem Trägersignal. Bevorzugt ist das Trägersignal das Mikrowellensignal µW der Mikrowellensignalquelle µWG. Die betreffende Vorrichtung führt vorzugsweise dann das so gemischte Mikrowellensignal den NV-Zentren über eine Tri-Plate-
Leitung 1330 zu.
- This method can also be used to analyze an unknown microwave signal S ωnk . For this purpose, a device can introduce a single-crystalline diamond plate with NV centers into a magnetic field with a gradient of the magnetic flux density B. The device then preferably comprises a mixer. This mixer mixes the unknown microwave signal with a carrier signal. The carrier signal is preferably the microwave signal µW from the microwave signal source µWG. The device in question then preferably supplies the thus mixed microwave signal to the NV centers via a
tri-plate line 1330.
Die NV-Zentren, die in Resonanz sind, zeigen dann die Modulation entsprechend dem Mikrowellenmodulationssignal S5m der Mikrowellensignalquelle µWG die dann das mit dem Mikrowellenmodulationssignal S5m moduliert Trägersignal vor der Mischung durch den Mischer der Vorrichtung erzeugt. Die Vorrichtung kann die dann auftretenden Resonanzlinien (502, 503, 504, 505) zur Bestimmung der unbekannten Mikrowellenfrequenz des unbekannten Mikrowellensignals verwenden.The NV centers, which are in resonance, then exhibit the modulation corresponding to the microwave modulation signal S5m of the microwave signal source µWG which then generates the carrier signal modulated with the microwave modulation signal S5m before mixing by the mixer of the device. The device can then use the resonance lines (502, 503, 504, 505) that appear to determine the unknown microwave frequency of the unknown microwave signal.
Figur 51bFigure 51b
Durch die stochastisch gleichverteilte Orientierung der Diamant-Nano-Kristalle ND weiten sich die Resonanzlinien (502, 503, 504, 505) des Diagramms 501 der
Ein erstes Resonanzteilfeld ist der das untere Resonanzfeld 528. Überschreitet die wirksamen magnetische Flussdichte B des Magnetfelds einen Grenzwert Boff des Betrags der wirksamen magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds so spaltet sich das untere Resonanzfeld 528 in ein unteres Resonanzteilfeld 522 und ein oberes Resonanzteilfeld 525 auf. Zwischen dem unteren Resonanzteilfeld 522 und dem oberen Resonanzteilfeld 525 bildet sich bei einem Betrag der wirksamen magnetischen Flussdichte B oberhalb des Grenzwerts Boff des Betrags der wirksamen magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds ein mittleres Resonanzminimum 529 aus.A first resonance subfield is the
Die untere Resonanzkante 522 begrenzt das untere Resonanzfeld 528 zu niedrigeren Mikrowellenfrequenzen und zu kleineren magnetischen Flussdichten B hin. Die obere Resonanzkante 25 begrenzt das untere Resonanzteilfeld 528 zu höheren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu kleineren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin. Eine wirksame Offsetflussdichte Boff begrenzt das untere Resonanzfeld 528 zu höheren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin. Das mittlere Resonanzminimum 529 teilt das untere Resonanzfeld 528 nicht.The
Ein zweites Resonanzteilfeld ist das untere Resonanzteilfeld 526. Die untere Resonanzkante 522 begrenzt das untere Resonanzteilfeld 526 zu niedrigeren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu niedrigeren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin. Die untere mittlere Resonanzkante 523 begrenzt das untere Resonanzteilfeld 526 zu höheren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu niedrigeren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin. Eine Offsetflussdichte Boff begrenzt das untere Resonanzteilfeld 526 zu kleineren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin weiter.A second resonance subfield is the
Ein drittes Resonanzteilfeld ist das obere Resonanzteilfeld 527. Die obere Resonanzkante 525 begrenzt das obere Resonanzteilfeld 527 zu niedrigeren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu höheren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin. Die obere mittlere Resonanzkante 524 begrenzt das obere Resonanzteilfeld 527 zu höheren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu höheren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin. Eine wirksame Offsetflussdichte Boff begrenzt das obere Resonanzteilfeld 527 zu kleineren wirksamen magnetischen Flussdichten B hin weiter.A third resonance subfield is the
Ein Teil der Diamant-Nano-Kristalle ND, die die gleiche Ausrichtung, wie der Diamant-Einkristall der
Ein Teil der Diamant-Nano-Kristalle ND, die die gleiche Ausrichtung wie der Diamant-Einkristall der
Erstaunlicherweise teilt das mittleres Resonanzminimum 529 eine Strecke parallel zur x-Achse in dem Diagramm 20 zwischen der unteren Resonanzkante 522 und der oberen Resonanzkante 525 nicht überall in einem Verhältnis 50:50 oberhalb der wirksamen Offsetflussdichte Boff. Bei der wirksamen Offsetflussdichte Boff teilt das mittleres Resonanzminimum 529 eine Strecke parallel zur x-Achse in dem Diagramm 520 zwischen der unteren Resonanzkante 522 und der oberen Resonanzkante 525 noch in einem Verhältnis 50:50. Die Linie des mittleren Resonanzminimums 529 schwenkt dann aber nichtlinear nach rechts ab. Damit kann das Verhältnis der Strecken als Maß für die magnetische Flussdichte B verwendet werden.Surprisingly, the
Figur 51cFigure 51c
Die unbekannte wirksame Flussdichte Bnk ist der Teil der unbekannten Gesamtflussdichte BΣ, dessen vektorieller Anteil senkrecht zur magnetischen B-Feld-Komponenten des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW der Mikrowellensignalquelle µWG steht. Wie im Folgenden näher erläutert wird, hängt dieser Teil erheblich von der Positionierung des Sensorelements SE, das vorzugsweise die Vielzahl von Diamant-Nano-Kristallen ND und typischerweise in Trägermaterial TM umfasst, relativ zum Signalleiter 1330 und zur nicht-leitenden linken Isolationslücke 1440 und zur nicht-leitenden rechten Isolationslücke 1450 der beispielhaften Triplate-Leitung 1480 ab. Bei einer Positionierung des Sensorelements SE in der nicht-leitenden linken Isolationslücke 1440 und/oder in der nicht-leitenden rechten Isolationslücke 1450 entspricht die unbekannte wirksame Flussdichte Bnk dem Anteil der unbekannten Flussdichte B, der parallel zur Ebene des Trägersubstrats 1360 der beispielhaften Triplate-Leitung 1480 ist. Bei einer Positionierung des Sensorelements SE auf und/oder unter dem Signalleiter 1330 der beispielhaften Triplate-Leitung 1480 entspricht die unbekannte wirksame Flussdichte Bnk dem Anteil der unbekannten Flussdichte B, der in Richtung des Wellenleiters 2380 oder senkrecht zur Ebene des Trägersubstrats 1360 der beispielhaften Triplate-Leitung 1480 ist. Sofern das Sensorelement SE sowohl eine einer Positionierung des Sensorelements SE in der nicht-leitenden, linken Isolationslücke 1440 und/oder in der nicht-leitenden rechten Isolationslücke 1450 als auch eine Positionierung des Sensorelements SE auf und/oder unter dem Signalleiter 1330 der beispielhaften Triplate-Leitung 1480 zumindest teilweise aufweist, so zeigt es in der Regel eine Mischung dieser Empfindlichkeiten. Dies kann unter Umständen gewollt sein.The unknown effective flux density B nk is the part of the unknown total flux density B Σ whose vectorial component is perpendicular to the magnetic B field components of the microwave field of the microwave signal µW of the microwave signal source µWG. As will be explained in more detail below, this part depends significantly on the positioning of the sensor element SE, which preferably comprises the plurality of diamond nanocrystals ND and typically in carrier material TM, relative to the
Das hier vorgelegte Dokuments schlägt vor, dass die vorschlagsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der unbekannten wirksamen magnetischen Flussdichte Bnk die Mikrowellenfrequenz ωµW im interessierenden Bereich durchscannt und für eine Vielzahl von Messpunkten mit unterschiedlicher Mikrowellenfrequenz ωµW einen jeweils zugehörigen Messwert für den Anteil an der der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der Vielzahl mit NV-Zentren versehenen Diamant-Nano-Kristallen ND bestimmt, bei dem der Anteil des Intensitätssignals der Fluoreszenzstrahlung FL die Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW aufweist.The document presented here suggests that the proposed device for determining the unknown effective magnetic flux density B nk scans the microwave frequency ω µW in the region of interest and produces an associated measured value for the proportion of the intensity for a large number of measuring points with different microwave frequencies ω µW the fluorescence radiation FL of the multitude of diamond nanocrystals ND provided with NV centers, in which the proportion of the intensity signal of the fluorescence radiation FL has the microwave modulation frequency f µW .
Aus diesen zugehörigen Messwerten für den Anteil an der der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL der Vielzahl mit NV-Zentren versehenen Diamant-Nano-Kristallen ND kann die vorschlagsgemäße Vorrichtung dann die untere Mikrowellenfrequenz ωµW22 der unteren Resonanzkante 522 bestimmen. Bevorzugt sind in einem Speicher (RAM, ROM, Flash) (RAM, NVM) der Vorrichtung eine erste Kalibrationstabelle und/oder die ersten Parameter einer ersten Kalibrationsfunktion abgelegt, mit deren Hilfe die Vorrichtung aus der ermittelten Wert der unteren Mikrowellenfrequenz ωµW22 den Wert des Betrags der unteren wirksamen magnetischen Flussdichte B22 ermitteln kann.The proposed device can then determine the lower microwave frequency ω µW22 of the
Aus den zugehörigen Messwerten für den Anteil an der der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL der Vielzahl mit NV-Zentren versehenen Diamant-Nano-Kristallen ND kann die vorschlagsgemäße Vorrichtung auch die obere Mikrowellenfrequenz ωµW25 der oberen Resonanzkante 525 bestimmen. Bevorzugt sind in einem Speicher (RAM, ROM, Flash) (RAM, NVM) der Vorrichtung eine zweite Kalibrationstabelle und/oder die zweiten Parameter einer zweiten Kalibrationsfunktion abgelegt, mit deren Hilfe die Vorrichtung aus der ermittelten Wert der oberen Mikrowellenfrequenz ωµW25 den Wert des Betrags der oberen wirksamen magnetischen Flussdichte B25 ermitteln kann.The proposed device can also determine the upper microwave frequency ω µW25 of the
Aus den zugehörigen Messwerten für den Anteil an der der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der Vielzahl mit NV-Zentren versehenen Diamant-Nano-Kristallen ND kann die vorschlagsgemäße Vorrichtung auch das Vorhandensein des mittleren Resonanzminimums 529 feststellen und die Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29 des mittleren Resonanzminimums 529 bestimmen. Bevorzugt sind in einem Speicher (RAM, ROM, Flash) (RAM, NVM)der Vorrichtung eine dritte Kalibrationstabelle und/oder die dritten Parameter einer dritten Kalibrationsfunktion abgelegt, mit deren Hilfe die Vorrichtung aus der ermittelten Wert der Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29 des mittleren Resonanzminimums 529 den Wert des Betrags der wirksamen magnetischen Resonanzminimum-Flussdichte B29 ermitteln kann.From the associated measured values for the proportion of the intensity of the fluorescence radiation FL of the multitude of diamond nanocrystals ND provided with NV centers, the proposed device can also determine the presence of the
Der Abfall des Betrags der Messwerte für den Anteil an der der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL der Vielzahl mit NV-Zentren versehenen Diamant-Nano-Kristallen ND vom unteren Resonanzteilfeld 526 zum mittleren Resonanzminimums 529 erfolgt bei konstanter wirksamer magnetischer Flussdichte B und bei Erhöhung der Mikrowellenfrequenz ωµW mit Überschreiten der unteren mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW23, sodass die Vorrichtung eine untere mittlere Resonanzkante 523 feststellen kann, wenn die wirksame magnetische Flussdichte B über der der wirksamen Offsetflussdichte Boff liegt. Bevorzugt sind in einem Speicher (RAM, ROM, Flash) (RAM, NVM) der Vorrichtung eine vierte Kalibrationstabelle und/oder die vierten Parameter einer vierten Kalibrationsfunktion abgelegt, mit deren Hilfe die Vorrichtung aus der ermittelten Wert der unteren mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW23 der unteren mittleren Resonanzkante 523 den Wert des Betrags der unteren mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B23 ermitteln kann.The drop in the amount of the measured values for the proportion of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation FL of the multitude of diamond nanocrystals ND provided with NV centers from the
Der Anstieg des Betrags der Messwerte für den Anteil an der der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL der Vielzahl mit NV-Zentren versehenen Diamant-Nano-Kristallen ND vom mittleren Resonanzminimums 529 zum oberen Resonanzteilfeld 527 erfolgt bei konstanter wirksamer magnetischer Flussdichte B und bei weiterer Erhöhung der Mikrowellenfrequenz ωµW mit Überschreiten der oberen mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW24, sodass die Vorrichtung eine obere mittlere Resonanzkante 524 feststellen kann, wenn die wirksame magnetische Flussdichte B über der der wirksamen Offsetflussdichte Boff liegt. Bevorzugt sind in einem Speicher (RAM, ROM, Flash) (RAM, NVM) der Vorrichtung eine fünften Kalibrationstabelle und/oder die fünften Parameter einer fünften Kalibrationsfunktion abgelegt, mit deren Hilfe die Vorrichtung aus der ermittelten Wert der oberen mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW24 der oberen mittleren Resonanzkante 524 den Wert des Betrags der oberen mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B24 ermitteln kann.The increase in the amount of the measured values for the proportion of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation FL of the large number of diamond nanocrystals ND provided with NV centers from the
Bei einer unbekannten wirksamen magnetischen Flussdichte Bnk kann die Vorrichtung somit durch Variation der Mikrowellenfrequenz ωµW einen oder mehrere der Messwerte
- • untere Mikrowellenfrequenz ωµW22,
- • untere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW23,
- • obere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW24,
- • obere Mikrowellenfrequenz ωµW25,
- • Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29 bestimmen.
- • lower microwave frequency ω µW22 ,
- • lower mean microwave frequency ω µW23 ,
- • upper mean microwave frequency ω µW24 ,
- • upper microwave frequency ω µW25 ,
- • Determine the resonance minimum microwave frequency ω µW29 .
Bei einer unbekannten wirksamen magnetischen Flussdichte Bnk kann die Vorrichtung aus diesen Mikrowellenfrequenzen (ωµW22, ωµW23, ωµW24, ωµW25, ωµW29) somit durch Variation der Mikrowellenfrequenz ωµW und mit Hilfe von einen oder mehrere der Messwerte
- • untere Mikrowellenfrequenz ωµW22,
- • untere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW23,
- • obere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW24,
- • obere Mikrowellenfrequenz ωµW25,
- • Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29
- • untere wirksame magnetische Flussdichte B22,
- • obere wirksame magnetische Flussdichte B25,
- • wirksame magnetische Resonanzminimum-Flussdichte B29,
- • untere mittlere wirksame magnetische Flussdichte B23,
- • obere mittlere wirksame magnetische Flussdichte B24
- • lower microwave frequency ω µW22 ,
- • lower mean microwave frequency ω µW23 ,
- • upper mean microwave frequency ω µW24 ,
- • upper microwave frequency ω µW25,
- • Resonance minimum microwave frequency ω µW29
- • lower effective magnetic flux density B 22 ,
- • upper effective magnetic flux density B 25 ,
- • effective magnetic resonance minimum flux density B 29 ,
- • lower average effective magnetic flux density B 23 ,
- • upper average effective magnetic flux density B 24
Figur 51dFigure 51d
Mittels einer Variation der wirksamen magnetischen Referenzflussdichte Bref im interessierenden Bereich und mittels einer gleichzeitigen eine Bestimmung desjenigen Anteils an der der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der Vielzahl mit NV-Zentren versehenen Diamant-Nano-Kristallen ND, bei dem dieser Anteil des Intensitätssignals der Fluoreszenzstrahlung FL die Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW aufweist, in Abhängigkeit von dieser wirksamen magnetischen Referenzflussdichte Bref im interessierenden Bereich. Das Diagramm 520 der
Die lineare Extrapolation der unteren Resonanzkante 522 und der oberen Resonanzkante 525 schneiden sich typischerweise in einem Punkt der Spitze 530 der V-Formation (522, 525) mit der Nullpunktsflussdichte Bo und der Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0.The linear extrapolation of the
Bevorzugt bestimmt die Vorrichtung durch Veränderung der magnetischen Referenzflussdichte Bref die Nullpunktsflussdichte Bo und die Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0 der Spitze 530 der V-Formation (522, 525) oder eine funktionsäquivalente Information vor der bestimmungsgemäßen Nutzung der Vorrichtung und/oder in einem Initialisierungsvorgang bei einer Inbetriebsetzung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung. The device preferably determines the zero-point flux density Bo and the zero-point microwave frequency ω µW0 of the
Sofern vorhanden, kompensiert die vorschlaggemäße Vorrichtung die Nullpunktsflussdichte B0 mittels optionaler Magnetfeldkompensationsmittel (LCTR, DRLV, Lc, SIS, MS). Beispielsweise können diese Magnetfeldkompensationsmittel (LCTR, DRLV, Lc, SIS, MS) einen Magnetfeldregler LCTR umfassen, die das Magnetfelderzeugungsmittels Lc und die Treiberstufe DRVL zur Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc steuert. Beispielsweise kann somit die vorschlaggemäße Vorrichtung über Mittel zur Erzeugung einer zusätzlichen, überlagernden magnetischen Flussdichte Bad verfügen. Diese Mittel zur Erzeugung einer zusätzlichen, überlagernden magnetischen Flussdichte Bad können das besagte Magnetfelderzeugungsmittels Lc umfassen.If present, the proposed device compensates for the zero-point flux density B 0 using optional magnetic field compensation means (LCTR, DRLV, Lc, SIS, MS). For example, these magnetic field compensation means (LCTR, DRLV, Lc, SIS, MS) can include a magnetic field controller LCTR, which controls the magnetic field generating means Lc and the driver stage DRVL for supplying the magnetic field generating means Lc. For example, the proposed device can therefore have means for generating an additional, superimposed magnetic flux density B ad . These means for generating an additional, superimposed magnetic flux density B ad can include said magnetic field generating means Lc.
Diese Mittel zur Erzeugung einer zusätzlichen, überlagernden magnetischen Flussdichte Bad können einen Permanentmagneten PM bzw. einen Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM umfassen. Diese Mittel zur Erzeugung einer zusätzlichen, überlagernden magnetischen Flussdichte Bad können eine Positioniervorrichtung PV umfassen, die den Permanentmagneten PM bzw. den Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM gegenüber dem Sensorelement SE positioniert. Vorzugsweise steuert dann die Steuervorrichtung CTR über einen Datenbus DB die Positioniervorrichtung PV des Permanentmagneten PM bzw. des Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM und damit die Positionierung des Permanentmagneten PM bzw. des Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM gegenüber dem Sensorelement SE. Hierdurch kann die Steuervorrichtung CTR die zusätzliche magnetische Flussdichte Bad, die das Sensorelement SE durchflutet, beeinflussen. Bevorzugt steuert die Steuervorrichtung CTR die Positionierung des Permanentmagneten PM bzw. des Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM gegenüber dem Sensorelement SE und Beeinflussung der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, die das Sensorelement SE durchflutet, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Messwerten einer magnetischen Flussdichte.These means for generating an additional, superimposed magnetic flux density B ad can comprise a permanent magnet PM or a gradient-affected permanent magnet GPM. These means for generating an additional, superimposed magnetic flux density B ad can include a positioning device PV, which positions the permanent magnet PM or the gradient-affected permanent magnet GPM relative to the sensor element SE. The control device CTR then preferably controls the positioning device PV of the permanent magnet PM via a data bus DB or the gradient-affected permanent magnet GPM and thus the positioning of the permanent magnet PM or the gradient-affected permanent magnet GPM relative to the sensor element SE. This allows the control device CTR to influence the additional magnetic flux density B ad that flows through the sensor element SE. The control device CTR preferably controls the positioning of the permanent magnet PM or the gradient-affected permanent magnet GPM relative to the sensor element SE and influencing the additional magnetic flux density B ad that flows through the sensor element SE, depending on one or more measured values of a magnetic flux density.
Ein erster dieser Messwerte einer solchen magnetischen Flussdichte kann beispielsweise ein Messwert eines Magnetfeldsensors MS sein, den die Steuervorrichtung CTR mittels des Magnetfeldsensors MS und ggf. einer Magnetfeldsensoransteuerung SIS beispielsweise über einen Datenbus DB erfasst.A first of these measured values of such a magnetic flux density can, for example, be a measured value of a magnetic field sensor MS, which the control device CTR detects by means of the magnetic field sensor MS and possibly a magnetic field sensor control SIS, for example via a data bus DB.
Ein zweiter dieser Messwerte einer solchen magnetischen Flussdichte kann beispielsweise ein Messwert sein, den die Steuervorrichtung CTR mittels des Sensorelements SE und dessen Fluoreszenzstrahlung FL und weiterer hier beschriebener Vorrichtungsteile erfasst.A second of these measured values of such a magnetic flux density can, for example, be a measured value that the control device CTR detects using the sensor element SE and its fluorescence radiation FL and other device parts described here.
Die wirksame magnetische Flussdichte Bw setzt sich dann zusammen aus der wirksamen externen magnetischen Flussdichte Bextw und der wirksamen zusätzlichen Flussdichte Badw. (Bw=Bextw+Badw) In dem Fall kann die Vorrichtung die wirksame magnetische Flussdichte Bw durch Veränderung der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad durchstimmen.The effective magnetic flux density B w is then composed of the effective external magnetic flux density B extw and the effective additional flux density B adw . (B w =B extw +B adw ) In this case, the device can tune the effective magnetic flux density B w by changing the additional magnetic flux density B ad .
Die wirksamen zusätzlichen Flussdichte Badw ist der Anteil der zusätzlichen Flussdichte Bad, der senkrecht zum Vektor der magnetischen Flussdichte BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist.The effective additional flux density B adw is the proportion of the additional flux density B ad that is perpendicular to the vector of the magnetic flux density B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW.
Die wirksame magnetische Flussdichte Bw ist der Anteil der Gesamtflussdichte BΣ, der senkrecht zum Vektor der magnetischen Flussdichte BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist.The effective magnetic flux density B w is the portion of the total flux density B Σ that is perpendicular to the vector of the magnetic flux density B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW.
Die wirksamen externen magnetischen Flussdichte Bextw ist der Anteil der externen magnetischen Flussdichte Bext, der senkrecht zum Vektor der magnetischen Flussdichte BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist. Dabei wirkt die externe magnetische Flussdichte Bext, vorzugsweise von außerhalb der Vorrichtung auf das Sensorelement SE ein.The effective external magnetic flux density B extw is the proportion of the external magnetic flux density B ext that is perpendicular to the vector of the magnetic flux density B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW. The external magnetic flux density B ext acts on the sensor element SE, preferably from outside the device.
Für die Bestimmung einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk kann die Vorrichtung beispielsweise die wirksame magnetische Referenzflussdichte Bref mittels Änderung der zusätzlichen wirksamen magnetischen Flussdichte Badw verändern. Hierdurch wandert der Arbeitspunkt des Sensorelements SE entlang der Linie 541.To determine an unknown microwave frequency ω µWnk, the device can, for example, change the effective magnetic reference flux density B ref by changing the additional effective magnetic flux density B adw . As a result, the operating point of the sensor element SE moves along
Für die Bestimmung einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk kann die Vorrichtung beispielsweise die ein Mikrowellensignal µW mit der Mikrowellenfrequenz ωµW zumischen. Hierdurch ergeben sich innerhalb des Sensorelements SE Mikrowellensignalanteile mit einer gemischten Mikrowellenfrequenz von ωµWmix+=ωµWnk+ωµW und ωµWmix-=ωµWnk+ωµW. Hierdurch wandert sich der Arbeitspunkt des Sensorelements SE entlang der Linie 543. Bevorzugt ist die unbekannte Mikrowellenfrequenz ωµWnk betragsmäßig größer als der Frequenzabstand zwischen dem Schnittpunkt 542 der Linie 543 mit der untere Resonanzkante 522 vom Schnittpunkt 545 der Linie 543 mit der oberen Resonanzkante 525.To determine an unknown microwave frequency ω µWnk, the device can, for example, mix a microwave signal µW with the microwave frequency ω µW . This results in microwave signal components with a mixed microwave frequency of ω µWmix+ =ω µWnk +ω µW and ω µWmix- =ω µWnk +ω µW within the sensor element SE. As a result, the operating point of the sensor element SE moves along the
Es ist daher vorteilhaft, wenn die Vorrichtung die zusätzliche magnetische Flussdichte Bad während der Messung erhöht, um den Arbeitspunkt der Messung, der von unten nach oben zu schieben. Dabei ist der Arbeitspunkt typischerweise durch die gemischten Mikrowellenfrequenzen von ωµWmix+=ωµWnk+ωµW und ωµWmix+=ωµWnk-ωµW und durch die wirksame magnetische Flussdichte Bw(Bw=Bextw+Badw) bestimmt.It is therefore advantageous if the device increases the additional magnetic flux density B ad during the measurement in order to push the operating point of the measurement from bottom to top. The operating point is typically determined by the mixed microwave frequencies of ω µWmix+ =ω µWnk +ω µW and ω µWmix+ =ω µWnk -ω µW and by the effective magnetic flux density B w (B w =B extw +B adw ).
Somit kann die vorschlagegemäße Vorrichtung durch Interpolation aus den bei einer unbekannten wirksamen Mikrowellenfrequenz ωµWnk durch Variation der Mikrowellenfrequenz ωµW und/oder durch Variation der wirksamen zusätzlichen magnetischen Flussdichte Badw die Lage der unteren Resonanzkante 522 und der oberen Resonanzkante 525 und/oder der Spitze 530 der V-Formation (522, 525) und ggf. die Lagen der untere mittlere Resonanzkante 523 und/oder der oberen mittlere Resonanzkante 524 und/oder die Lage des mittleren Resonanzminimums 529 bestimmen und beispielsweise daraus die Lage der Nullpunktsflussdichte B0 und/oder der Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0 bestimmen. Hieraus kann die Vorrichtung auf die wirksame externe magnetische Flussdichte Bextw und/oder die unbekannte Mikrowellenfrequenz ωµWnk schließen. Die Steuervorrichtung CTR steuert bevorzugt hierfür die Mikrowellensignalquelle µWG und die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc mit ihrer Steuervorrichtung LCTR typischerweise über den Datenbus DB.The proposed device can therefore determine the position of the
Figur 52aFigure 52a
In der
Figur 52bFigure 52b
Die
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die obere Referenzlinie 561 so, dass der Wert 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, maximal ist und die obere Referenzlinie 561 mindestens einmal und nicht mehr als vier Mal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die untere Referenzlinie 562 so, dass der Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, minimal ist und die untere Referenzlinie 562 mindestens zweimal und nicht mehr als viermal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Bevorzugt wählt dann die Steuervorrichtung CTR der vorschlagsgemäßen Vorrichtung die mittlere Referenzlinie 563 so, dass die Differenz des Werts 566 der magnetischen Flussdichte B63, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minus dem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, einem Faktor X mal der Differenz des Werts 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, minus des Werts 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, entspricht. Ein beispielhafte Werte für den Faktor X können 80% bis 50% oder 75% oder 70% etc. sein. Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, je nach Anwendung diesen Faktor X in der Entwicklungsphase durch einen DoE zu optimieren, (siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Statistische_Versuchsplanung)The control device CTR of the proposed device then preferably selects the
Der unteren Resonanzkante 522 ist dabei die untere Mikrowellenfrequenz ωµW22 zugeordnet.The
Der oberen Resonanzkante 525 ist dabei die obere Mikrowellenfrequenz ωµW25 zugeordnet.The
Dem mittleren Resonanzminimum 529 ist die Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29 zugeordnet.The resonance minimum microwave frequency ω µW29 is assigned to the
Figur 52cFigure 52c
In der
Figur 52dFigure 52d
Die
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die obere Referenzlinie 561 so, dass der Wert 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, maximal ist und die obere Referenzlinie 561 mindestens einmal und nicht mehr als vier Mal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die untere Referenzlinie 562 so, dass der Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, minimal ist und die untere Referenzlinie 562 mindestens zweimal und nicht mehr als viermal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Bevorzugt wählt dann die Steuervorrichtung CTR der vorschlagsgemäßen Vorrichtung die mittlere Referenzlinie 563 so, dass die Differenz des Werts 566 der magnetischen Flussdichte B63, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minus dem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, einem Faktor X mal der Differenz des Werts 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, minus des Werts 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, entspricht. Ein beispielhafte Werte für den Faktor X können 80% bis 50% oder 75% oder 70% etc. sein. Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, je nach Anwendung diesen Faktor X in der Entwicklungsphase durch einen DoE zu optimieren, (siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Statistische_Versuchsplanung)The control device CTR of the proposed device then preferably selects the
Der unteren Resonanzkante 522 ist dabei die untere Mikrowellenfrequenz ωµW22 zugeordnet.The
Der unteren mittleren Resonanzkante 523 ist dabei die untere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW23 zugeordnet.The lower
Der oberen mittleren Resonanzkante 524 ist dabei die obere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW24 zugeordnet.The upper
Der oberen Resonanzkante 525 ist dabei die obere Mikrowellenfrequenz ωµW25 zugeordnet.The
Dem mittleren Resonanzminimum 529 ist die Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29 zugeordnet.The resonance minimum microwave frequency ω µW29 is assigned to the
Zusätzlich ist die Steigung 567 der Kurve eingezeichnet. Diese ist erst ab einer gewissen magnetischen Flussdichte B messbar.In addition, the
Figur 53aFigure 53a
In der
Figur 53bFigure 53b
Die
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die obere Referenzlinie 561 so, dass der Wert 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, maximal ist und die obere Referenzlinie 561 mindestens einmal und nicht mehr als vier Mal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die untere Referenzlinie 562 so, dass der Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, minimal ist und die untere Referenzlinie 562 mindestens zweimal und nicht mehr als viermal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Bevorzugt wählt dann die vorschlagsgemäße Vorrichtung die mittlere Referenzlinie 563 so, dass die Differenz des Werts 566 der magnetischen Flussdichte B63, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minus dem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, einem Faktor X mal der Differenz des Werts 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, minus des Werts 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, entspricht. Ein beispielhafte Werte für den Faktor X können 80% bis 50% oder 75% oder 70% etc. sein. Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, je nach Anwendung diesen Faktor X in der Entwicklungsphase durch einen DoE zu optimieren, (siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Statistische_Versuchsplanung)The proposed device then preferably selects the
Der unteren Resonanzkante 522 ist dabei die untere Mikrowellenfrequenz ωµW22 zugeordnet.The
Der unteren mittleren Resonanzkante 523 ist dabei die untere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW23 zugeordnet.The lower
Der oberen mittleren Resonanzkante 524 ist dabei die obere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW24 zugeordnet.The upper
Der oberen Resonanzkante 525 ist dabei die obere Mikrowellenfrequenz ωµW25 zugeordnet.The
Dem mittleren Resonanzminimum 529 ist die Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29 zugeordnet.The resonance minimum microwave frequency ω µW29 is assigned to the
Zusätzlich ist die Steigung 567 der Kurve eingezeichnet.In addition, the
Bevorzugt bestimmt die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung die Steigung 567 der Kurve in den zentralen Bereichen der Kurve zum Ersten zwischen der unteren Resonanzkante 522 und der unteren mittleren Resonanzkante 523 und zum Zweiten zwischen der oberen mittleren Resonanzkante 524 und der oberen Resonanzkante 525. Vorzugseise verwendet die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung die Bereiche der Kurve in der Nähe der unteren Resonanzkante 522 und in der Nähe der unteren mittleren Resonanzkante 523 und in der Nähe der oberen mittleren Resonanzkante 524 und in der Nähe der oberen Resonanzkante 25 für die Bestimmung der Steigung 567 der Kurve nicht. Daher kann die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung die Steigung 567 der Kurve in der Regel erst ab einer bestimmten Mindestflussdichte B der magnetischen Flussdichte B bestimmen.Preferably, the control device CTR of the device determines the
Figur 53cFigure 53c
In der
Figur 53dFigure 53d
Die
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die obere Referenzlinie 561 so, dass der Wert 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, maximal ist und die obere Referenzlinie 561 mindestens einmal und nicht mehr als vier Mal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Vorzugsweise legt die Steuervorrichtung CTR die untere Referenzlinie 562 so, dass der Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, minimal ist und die untere Referenzlinie 562 mindestens zweimal und nicht mehr als viermal von der erfassten Kurve gekreuzt wird.Preferably, the control device CTR sets the
Bevorzugt wählt dann die vorschlagsgemäße Vorrichtung die mittlere Referenzlinie 563 so, dass die Differenz des Werts 566 der magnetischen Flussdichte B61, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minus dem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, einem Faktor X mal der Differenz des Werts 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, minus des Werts 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, entspricht. Ein beispielhafte Werte für den Faktor X können 80% bis 50% oder 75% oder 70% etc. sein. Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, je nach Anwendung diesen Faktor X in der Entwicklungsphase durch einen DoE zu optimieren, (siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Statistische_Versuchsplanung)The proposed device then preferably selects the
Der unteren Resonanzkante 522 ist dabei die untere Mikrowellenfrequenz ωµW22 zugeordnet.The
Der unteren mittleren Resonanzkante 523 ist dabei die untere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW23 zugeordnet.The lower
Der oberen mittleren Resonanzkante 524 ist dabei die obere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW24 zugeordnet.The upper
Der oberen Resonanzkante 525 ist dabei die obere Mikrowellenfrequenz ωµW25 zugeordnet.The
Dem mittleren Resonanzminimum 529 ist die Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29 zugeordnet.The resonance minimum microwave frequency ω µW29 is assigned to the
Zusätzlich ist die Steigung 567 der Kurve eingezeichnet.In addition, the
Bevorzugt bestimmt die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung die Steigung 567 der Kurve in den zentralen Bereichen der Kurve zum Ersten zwischen der unteren Resonanzkante 522 und der unteren mittleren Resonanzkante 523 und zum Zweiten zwischen der oberen mittleren Resonanzkante 524 und der oberen Resonanzkante 525. Vorzugseise verwendet die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung die Bereiche der Kurve in der Nähe der unteren Resonanzkante 522 und in der Nähe der unteren mittleren Resonanzkante 523 und in der Nähe der oberen mittleren Resonanzkante 524 und in der Nähe der oberen Resonanzkante 525 für die Bestimmung der Steigung 567 der Kurve nicht. Daher kann die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung die Steigung 567 der Kurve in der Regel erst ab einer bestimmten Mindestflussdichte B der magnetischen Flussdichte B bestimmen.Preferably, the control device CTR of the device determines the
Zusätzlich ist eine er Polynomapproximation 627 der Kurve eingetragen, die typischerweise mittels eines Polynoms mit Polynomkoeffizienten beschrieben werden kann.In addition, a
Figur 54Figure 54
Das hier vorgelegte Dokument verweist hierzu beispielhaft auf das Buch R.K. Hoffmann „Integrierte Mikrowellenschaltungen: Elektrische Grundlagen, Dimensionierung, technische Ausführung, Technologien“ Springer; 1. Edition (1. Juni 1983), ISBN-10: 3540123520, ISBN-13: 978-3540123521.The document presented here refers, as an example, to the book R.K. Hoffmann “Integrated Microwave Circuits: Electrical Basics, Dimensioning, Technical Implementation, Technologies” Springer; 1st Edition (June 1, 1983), ISBN-10: 3540123520, ISBN-13: 978-3540123521.
Dort sind verschiedene Mikrostreifenleitungen aufgeführt. Die Kombination der in diesem Dokument vorgestellten technischen Lehre mit einer Mikrostreifenleitungen beliebiger Ausführung ist von der hier vorgelegten Offenbarung umfasst.Various microstrip lines are listed there. The combination of the technical teaching presented in this document with a microstrip line of any design is covered by the disclosure presented here.
Die beispielhafte einzelne Mikrostreifenleitung 1380 der
Vorschlagsgemäß wurde erkannt, dass die Platzierung und die Größe des Sensorelements SE relativ zur elektrisch leitende Signalleitung 1330 ausschlaggebend für die Richtungsempfindlichkeit der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND des Sensorelements SE in Bezug auf die Richtung einer externen magnetischen Flussdichte Bext ist.According to the proposal, it was recognized that the placement and size of the sensor element SE relative to the electrically
Bei Platzierung des Sensorelements SE auf bzw. oberhalb der elektrisch leitende Signalleitung 1330 (Siehe folgende
Bei Platzierung des Sensorelements SE direkt neben der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 (Siehe auch folgende
Die Ausarbeitung des Vorschlags der technischen Lehre des hier vorgelegten Dokuments ergab somit als eine wesentliche Idee der hier vorgestellten technischen Lehre, dass
- a. die Positionierung des Sensorelements SE relativ zur elektrisch leitende Signalleitung 1330 eine Einstellung einer Vorzugsrichtung der Empfindlichkeit ermöglicht,
- i. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE um
nicht mehr als 50%, besser nichtmehr als 25%, noch besser nichtmehr als 10%, noch besser nichtmehr als 5%, besser nichtmehr als 2%, noch besser nichtmehr als 1% die Breite ds der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 überschreitet oder - ii. wenn besonders bevorzugt der der Durchmesser dSE des Sensorelements SE die Breite ds der elektrisch leitenden Signalleitung 1330
um mehr als 1%, bessermehr als 2%, bessermehr als 5%, bessermehr als 10%, bessermehr als 25%, bessermehr als 50%, besser mehr als 75% unterschreitet.
- i. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE um
- b. die Positionierung des Sensorelements SE relativ zur elektrisch leitende Signalleitung 1330 eine unbeabsichtigte Einstellung einer Vorzugsrichtung der Empfindlichkeit unterdrückt,
- i. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE
um mehr als 1%, bessermehr als 2%, noch bessermehr als 5%, noch bessermehr als 10%, noch bessermehr als 25%, noch bessermehr als 50%, noch besser mehr als 75%, noch besser mehr als 100% die Breite ds der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 überschreitet
- i. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE
- a. the positioning of the sensor element SE relative to the electrically
conductive signal line 1330 enables a preferred direction of sensitivity to be set,- i. if the diameter d SE of the sensor element SE is not more than 50%, better not more than 25%, even better not more than 10%, even better not more than 5%, better not more than 2%, even better not more than 1% exceeds the width ds of the electrically
conductive signal line 1330 or - ii. if particularly preferably the diameter d SE of the sensor element SE the width ds of the electrically
conductive signal line 1330 by more than 1%, better more than 2%, better than 5%, better more than 10%, better than 25%, better more than 50%, better than 75%.
- i. if the diameter d SE of the sensor element SE is not more than 50%, better not more than 25%, even better not more than 10%, even better not more than 5%, better not more than 2%, even better not more than 1% exceeds the width ds of the electrically
- b. the positioning of the sensor element SE relative to the electrically
conductive signal line 1330 suppresses an unintentional setting of a preferred direction of sensitivity,- i. if the diameter d SE of the sensor element SE is more than 1%, better more than 2%, even better more than 5%, even better more than 10%, even better more than 25%, even better more than 50%, even better more than 75%, even better more than 100%, exceeds the width ds of the electrically
conductive signal line 1330
- i. if the diameter d SE of the sensor element SE is more than 1%, better more than 2%, even better more than 5%, even better more than 10%, even better more than 25%, even better more than 50%, even better more than 75%, even better more than 100%, exceeds the width ds of the electrically
Die technische Lehre des hier vorgelegten Dokuments hat also erkannt, dass der Durchmesser dSE des Sensorelements SE relativ zu Breite ds der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 und die Positionierung des Sensorelements SE relativ zur elektrisch leitende Signalleitung 1330 einer einzelnen Mikrostreifenleitung 1380 die Richtungsempfindlichkeit der Intensität der mikrowellenabhängigen Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND des Sensorelements SE gegenüber dem wirksamen Anteil Bw der externen magnetischen Flussdichte Bext, bezogen auf die Ausrichtung des Flussdichtevektors innerhalb des Sensorelements SE relativ zur Oberfläche des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 vorhersagbar einstellen kann und dass gleichzeitig die Wahl dieser Parameter (Position SE und ds) bestimmt, in welchem Maße sich diese Richtungsabhängigkeit ausprägt. Dabei kann diese Richtungsabhängigkeit auch komplett unterdrückt werden. (Siehe auch die folgende
Das linke Sensorelement 1410 ist als Sensorelement SE links der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 eingezeichnet.The
In dem Beispiel der
Das mittlere Sensorelement 1420 ist als Sensorelement SE auf der elektrisch leitenden Signalleitung 1310 eingezeichnet.The
In dem Beispiel der
Das rechte Sensorelement 1430 ist als Sensorelement SE rechts der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 eingezeichnetThe
In dem Beispiel der
In verschiedenen Ausprägungen können mehrere der Sensorelemente (1410, 1420, 1430) weggelassen werden, um die Richtungssensitivität zu erzielen.In various versions, several of the sensor elements (1410, 1420, 1430) can be omitted in order to achieve directional sensitivity.
Figur 55Figure 55
Das hier vorgelegte Dokument verweist hierzu beispielhaft auf das Buch R.K. Hoffmann „Integrierte Mikrowellenschaltungen: Elektrische Grundlagen, Dimensionierung, technische Ausführung, Technologien“ Springer; 1. Edition (1. Juni 1983), ISBN-10: 3540123520, ISBN-13: 978-3540123521.The document presented here refers, as an example, to the book R.K. Hoffmann “Integrated Microwave Circuits: Electrical Basics, Dimensioning, Technical Implementation, Technologies” Springer; 1st Edition (June 1, 1983), ISBN-10: 3540123520, ISBN-13: 978-3540123521.
Dort sind verschiedene Schlitzleitungen aufgeführt. Die Kombination der in diesem Dokument vorgestellten technischen Lehre mit einer Mikrostreifenleitungen beliebiger Ausführung ist von der hier vorgelegten Offenbarung umfasst.Various slotted cables are listed there. The combination of the technical teaching presented in this document with a microstrip line of any design is covered by the disclosure presented here.
Die beispielhafte einzelne Schlitzleitung 1880 der
Vorschlagsgemäß wurde erkannt, dass die Platzierung und die Größe des Sensorelements SE relativ zur elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 und die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 und zum Schlitz 1840 ausschlaggebend für die Richtungsempfindlichkeit der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND des Sensorelements SE in Bezug auf die Richtung einer externen magnetischen Flussdichte Bext ist.According to the proposal, it was recognized that the placement and size of the sensor element SE relative to the electrically conductive left
Bei Platzierung eines oder mehrerer Sensorelemente SE auf bzw. oberhalb der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 und/oder auf bzw. oberhalb der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 ist der jeweilige Vektor der magnetische Flussdichte des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Schlitzleitung 1880 einspeist, im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 im Bereich des jeweiligen Sensorelements SE. Dadurch ist die Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND des jeweiligen Sensorelements SE im Wesentlichen empfindlich gegenüber dem wirksamen Anteil Bw der externen magnetischen Flussdichte Bext, dessen Flussdichtevektor senkrecht zur Oberfläche des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 oder dessen Flussdichtevektor parallel zum Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 innerhalb des jeweiligen Sensorelements SE ist.When placing one or more sensor elements SE on or above the electrically conductive left
Bei Platzierung des Sensorelements SE direkt innerhalb des Schlitzes_1840 der Schlitzleitung 1880 (Siehe auch folgende
Die Ausarbeitung des Vorschlags der technischen Lehre des hier vorgelegten Dokuments ergab somit als eine wesentliche Idee der hier vorgestellten technischen Lehre, dass
- a. die Positionierung des Sensorelements SE relativ zum Schlitz 1840
der Schlitzleitung 1880 eine Einstellung einer Vorzugsrichtung der Empfindlichkeit ermöglicht,- iii. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE um
nicht mehr als 50%, besser nichtmehr als 25%, noch besser nichtmehr als 10%, noch besser nichtmehr als 5%, besser nichtmehr als 2%, noch besser nichtmehr als 1% die Breite dSL des Schlitzes 1840der Schlitzleitung 1880 überschreitet oder - iv. wenn besonders bevorzugt der der Durchmesser dSE des Sensorelements SE die Breite dSL des Schlitzes 1840
der Schlitzleitung 1880um mehr als 1%, bessermehr als 2%, bessermehr als 5%, bessermehr als 10%, bessermehr als 25%, bessermehr als 50%, besser mehr als 75% unterschreitet.
- iii. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE um
- b. die Positionierung des Sensorelements SE relativ zum Schlitz 1840
der Schlitzleitung 1880 eine unbeabsichtigte Einstellung einer Vorzugsrichtung der Empfindlichkeit unterdrückt,- ii. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE
um mehr als 1%, bessermehr als 2%, noch bessermehr als 5%, noch bessermehr als 10%, noch bessermehr als 25%, noch bessermehr als 50%, noch besser mehr als 75%, noch besser mehr als 100% die Breite dSL des Schlitzes 1840der Schlitzleitung 1880 überschreitet und - iii. wenn Sensorelements SE relativ zum Schlitz 1840
der Schlitzleitung 1880 vorzugsweise so positioniert ist, dass das Sensorelement SE die elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 und die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 (Siehe folgende70 und 71 .) bevorzugt in gleicher Weise mit überdeckt.
- ii. wenn der Durchmesser dSE des Sensorelements SE
- a. the positioning of the sensor element SE relative to the
slot 1840 of theslot line 1880 enables a preferred direction of sensitivity to be set,- iii. if the diameter d SE of the sensor element SE is not more than 50%, better not more than 25%, even better not more than 10%, even better not more than 5%, better not more than 2%, even better not more than 1% exceeds the width d SL of the
slot 1840 of theslot line 1880 or - iv. if particularly preferred, the diameter d SE of the sensor element SE the width d SL of the
slot 1840 of theslot line 1880 by more than 1%, better than 2%, better than 5%, better than 10%, better than 25% , better than 50%, better than 75%.
- iii. if the diameter d SE of the sensor element SE is not more than 50%, better not more than 25%, even better not more than 10%, even better not more than 5%, better not more than 2%, even better not more than 1% exceeds the width d SL of the
- b. the positioning of the sensor element SE relative to the
slot 1840 of theslot line 1880 suppresses an unintentional setting of a preferred direction of sensitivity,- ii. if the diameter d SE of the sensor element SE is more than 1%, better more than 2%, even better more than 5%, even better more than 10%, even better more than 25%, even better more than 50%, even better more than 75%, even better more than 100%, exceeds the width d SL of the
slot 1840 of theslot line 1880 and - iii. when sensor element SE is preferably positioned relative to the
slot 1840 of theslot line 1880 such that the sensor element SE covers the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 and the electrically conductive right signal ground surface 1320 (see following70 and71 .) preferably covered in the same way.
- ii. if the diameter d SE of the sensor element SE is more than 1%, better more than 2%, even better more than 5%, even better more than 10%, even better more than 25%, even better more than 50%, even better more than 75%, even better more than 100%, exceeds the width d SL of the
Die technische Lehre des hier vorgelegten Dokuments hat also erkannt, dass der Durchmesser dSE des Sensorelements SE relativ zu Breite dSL des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 und die Positionierung des Sensorelements SE relativ zum Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 die Richtungsempfindlichkeit der Intensität der mikrowellenabhängigen Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND des Sensorelements SE gegenüber dem wirksamen Anteil Bw der externen magnetischen Flussdichte Bext, bezogen auf die Ausrichtung des Flussdichtevektors innerhalb des Sensorelements SE relativ zur Oberfläche des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 vorhersagbar einstellen kann und dass gleichzeitig die Wahl dieser Parameter (Position SE und dSL) bestimmt, in welchem Maße sich diese Richtungsabhängigkeit ausprägt. Dabei kann diese Richtungsabhängigkeit auch komplett unterdrückt werden.The technical teaching of the document presented here has therefore recognized that the diameter d SE of the sensor element SE relative to the width d SL of the
Ein mittleres Sensorelement 1420 ist als Sensorelement SE in den Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 eingezeichnet.A
In dem Beispiel der
Ein linkes Sensorelement 1410 ist als Sensorelement SE auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 eingezeichnet.A
In dem Beispiel der
Ein rechtes Sensorelement 1430 ist als Sensorelement SE auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 eingezeichnet.A
In dem Beispiel der
Figur 56Figure 56
Die
Die fachlich ausgebildete Person erhält aus der
Die fachlich ausgebildete Person erhält aus der
Zur Reduktion des Aufwands beschreibt der folgende Text der Beschreibung der
Das hier vorgelegte Dokument verweist hierzu beispielhaft auf das Buch R.K. Hoffmann „Integrierte Mikrowellenschaltungen: Elektrische Grundlagen, Dimensionierung, technische Ausführung, Technologien“ Springer; 1. Edition (1. Juni 1983), ISBN-10: 3540123520, ISBN-13: 978-3540123521.The document presented here refers, as an example, to the book R.K. Hoffmann “Integrated Microwave Circuits: Electrical Basics, Dimensioning, Technical Implementation, Technologies” Springer; 1st Edition (June 1, 1983), ISBN-10: 3540123520, ISBN-13: 978-3540123521.
Dort sind verschiedene Mikrostreifenleitungen aufgeführt. Die Verwendung der dort beschriebenen Mikrostreifenleitungen als Mikrostreifenleitung in einer Vorrichtung im Sinne des hier vorgelegten Dokuments ist hiermit offengelegt.Various microstrip lines are listed there. The use of the microstrip lines described there as a microstrip line in a device in the sense of the document presented here is hereby disclosed.
Die beispielhafte Tri-Plate-Leitung 2380 der
Ein linkes Sensorelement SE(1410) ist als ein in der nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 der Tri-Plate-Leitung 2380 platziertes linkes Sensorelement SE(1410) eingezeichnet ist.A left sensor element SE(1410) is shown as a left sensor element SE(1410) placed in the non-conductive
In dem Beispiel der
Zur besseren Klarheit ist die Richtung des Vektors 1440 der magnetische Flussdichte des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 einspeist, in die
Ein rechtes Sensorelement SE(1430) ist als ein in der nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350 der Tri-Plate-Leitung 2380 platziertes rechtes Sensorelement SE(1430) eingezeichnet.A right sensor element SE(1430) is shown as a right sensor element SE(1430) placed in the non-conductive
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Zur besseren Klarheit ist die Richtung des Vektors 1460 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Tri-Plate-Leitung 2380 einspeist, in die
Zur besseren Klarheit ist die Richtung des Vektors 1460 der magnetische Flussdichte des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 einspeist, in die
Ein mittleres Sensorelement SE(1420) ist als ein auf dem Signalleiter 1330 der beispielhaften Mikrostripleitung 1380 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 platziertes mittleres Sensorelement SE(1420) eingezeichnet.A middle sensor element SE(1420) is shown as a middle sensor element SE(1420) placed on the
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Zur besseren Klarheit ist die Richtung des Vektors 1450 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Tri-Plate-Leitung 2380 einspeist, in die
Zur besseren Klarheit ist die Richtung des Vektors 1450 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 einspeist, in die
Figur 57Figure 57
Typischerweise bestromt die Treiberstufe DRVL, die zur Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc in Form der Flachspule 2520 mit elektrischer Energie und/oder zur Steuerung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc in Form der Flachspule 2520 dient, zur Erzeugung der magnetischen Flussdichte Bad senkrecht zur Oberfläche des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 innerhalb des mittleren Sensorelements SE(1420) so, dass die Richtung des Flussdichtevektors des magnetischen Feldes, dass die erste Teilspule erzeugt, der Richtung des Flussdichtevektors, das die zweite Teilspule erzeugt, gleichausgerichtet ist.Typically, the driver stage DRVL, which serves to supply the magnetic field generating means Lc in the form of the
Durch diese unterschiedliche Bestromung der Teilspulen der Flachspule 2520 kann die Treiberstufe DRVL somit selektieren, ob und in welchem Maße das linke Sensorelement 1410 und das rechte Sensorelement 1430 einerseits oder das mittlere Sensorelement 1420 andererseits durch das zusätzliche magnetische Feld mit der magnetischen Flussdichte Bad, das die Flachspule 2520 erzeugt, beeinflusst werden sollen. Durch die unterschiedliche Bestromung der Teilflachspulen der Flachspule 2520 kann somit Treiberstufe DRVL die richtungsmäßige Empfindlichkeit des linken Sensorelement 1410 und des rechten Sensorelements 1430 der einerseits oder des mittleren Sensorelements 1420 einstellen.Through this different current supply to the partial coils of the
Damit können Vorrichtungen entsprechend den
Figuren 58 bis 61Figures 58 to 61
Die
Figur 58Figure 58
Das Verfahren beginnt mit dem Bereitstellen des Trägersubstrats 1360 wobei in dem Beispiel der
Figur 59Figure 59
in einem nachfolgenden Schritt des Verfahrens wird die Oberfläche des Trägersubstrats 1360 mit der Sensorelementschicht 4810 bedeckt. Die Sensorelementschicht 4810 umfasst bevorzugt eine dieser kolloidale Mischung (kolloidaler Lack KL) der Diamant-Nano-Kristalle ND und des noch flüssigen Trägermaterials TM. Die Sensorelementschicht 4810 ist also vorzugsweise mit Diamant-Nano-Kristallen ND angefüllt. Vorzugsweise umfassen die Diamant-Nano-Kristalle ND paramagnetische Zentren, die bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp Fluoreszenzstrahlung FL mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl emittieren. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Ggf. wird die Oberfläche des Trägersubstrats 1360 beispielsweise durch Plasma-Terminierung und/oder durch eine Haftvermittlerschicht vorbehandelt, um eine gute Benetzung der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 durch das noch flüssige Trägermaterial TM sicherzustellen. Bevorzugt wird die Sensorelementschicht 4810 beispielsweise mittels eines Temperatur- oder Lagerschritts angehärtet. Dieser vorzugsweise durchgeführte Temperaturschritt härtet dann bevorzugt das Trägermaterial TM an, um es zu stabilisieren.In a subsequent step of the method, the surface of the
Figur 60Figure 60
In einem nachfolgenden Schritt des Verfahrens speist eine Aushärtestrahlungsquelle typischerweise über eine mittlere mikrooptische Einkoppelstruktur die Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH in das erste Ende des mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) ein. In der
Figur 61Figure 61
In einem nachfolgenden Schritt des Verfahrens wird nun das schon gebildete mittlere Sensorelements SE(1320) durch Reinigung mit einem Lösungsmittel freigelegt. Die Reinigung mit dem Lösungsmittel entfern die nicht oder nicht ausreichend mit elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge XH bestrahlten Bereiche der Sensorelementschicht 4810. Das zurückbleibende mittlere Sensorelement SE(1320) ist selbstjustierend und optimal an den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) optisch angekoppelt. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) ist, dass das Trägermaterial TM ein mittels elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für elektromagnetische Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren und/oder die anderen paramagnetischen Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für elektromagnetische Strahlung mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL, mit der die NV-Zentren und/oder die anderen paramagnetischen Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB fluoreszieren, im Wesentlichen transparent. Im Wesentlichen bedeutet dabei jeweils, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen oder angehärteten Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen Wenn somit das zweite Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) von dem Trägermaterial TM des Sensorelements 4810 umhüllt ist, ergibt sich eine besonders gute Stabilisierung dieser optischen Kopplung.In a subsequent step of the process, the already formed middle sensor element SE(1320) is exposed by cleaning with a solvent. Cleaning with the solvent removes the areas of the
Bevorzugt bildet dabei eine Endfläche des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630) eine ebene Endfläche senkrecht zur Mittenlinie des Lichtwellenleiters LWL(4630). Die Mittelline entspricht typischerweise der optischen Achse des Lichtwellenleiters LWL(4630). Eine solche Endfläche ermöglicht eine verbesserte Auskopplung der elektromagnetischen Pumpstrahlung LB aus dem Lichtwellenleiter LWL(4630) und eine verbesserte optische Einkopplung der Fluoreszenzstrahlung FL in den Lichtwellenleiter LWL(4630). Bevorzugt wird daher der LWL(4630) durch einen geeigneten Ätzprozess (z.B. DRIE oder RIE-Ätzung), der vorzugsweise senkrechte Flanken erzeugt, ausgeformt. Bevorzugt ist der Abstand eines oder bevorzugt mehrerer Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND von dieser ebenen Endfläche kleiner als die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und/oder besser kleiner als ½ der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/4 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/8 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/10 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/20 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/50 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/100 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, , und/oder besser kleiner als 1/200 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/500 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/1000 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.An end surface of the second end of the optical waveguide LWL(4630) preferably forms a flat end surface perpendicular to the center line of the optical waveguide LWL(4630). The center line typically corresponds to the optical axis of the LWL (4630) optical fiber. Such an end surface enables improved coupling of the electromagnetic pump radiation LB from the optical waveguide LWL (4630) and improved optical coupling of the fluorescent radiation FL into the optical waveguide LWL (4630). The LWL (4630) is therefore preferably formed using a suitable etching process (eg DRIE or RIE etching), which preferably produces vertical flanks. The distance of one or preferably several crystals and/or diamond nanocrystals ND from this flat end surface is preferably smaller than the pump radiation wavelength λ pmp and/or better smaller than ½ of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/4 of Pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/8 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/10 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/20 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/50 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/100 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/200 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/500 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better less than 1/1000 of the pump radiation wavelength λ pmp .
Die Mittenlinie, die eine gedachte Hilfskonstruktion zur Verdeutlichung des Sachverhalts ist, durchstößt die Endfläche an einem Mittelpunkt der Endfläche. Die Dicke dl des Trägermaterials TM ist bevorzugt an diesem Mittelpunkt dicker ist als die Dicke dr an anderen Punkten der Endfläche des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630). Dies hat den Vorteil, dass Licht durch die Grenzfläche Trägermaterial TM/ Luft in den Lichtwellenleiter LWL(4630) zurückgespiegelt wird und dass dann die Effizienz und der Wirkungsgrad der Lichtkopplung steigt.The center line, which is an imaginary auxiliary construction to clarify the matter, pierces the end surface at a midpoint of the end surface. The thickness d l of the carrier material TM is preferably thicker at this center point than the thickness d r at other points of the end surface of the second end of the optical waveguide LWL (4630). This has the advantage that light is reflected back through the carrier material TM/air interface into the optical fiber LWL (4630) and that the efficiency and efficiency of the light coupling then increases.
Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) eine Linse aus. Der Durchmesser DLWLL der Linse ist vorzugsweise, aber nicht zwangsweise kleiner als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL(4630). Die
Bevorzugt ist der der Lichtwellenleiter LWL(4630) ganz oder teilweise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt und/oder lichtdicht abgedeckt, die auch nur den Zweck haben kann, ein Übersprechen zwischen verschiedenen Lichtwellenleitern der Vorrichtung zu verhindern. Die mechanische Hülle MH ist bevorzugt aus Glas oder Keramik, Kunststoff oder dergleichen gefertigt und für relevante elektromagnetische Strahlung intransparent. Die mechanische Hülle MH weist daher bevorzugt einen Keramikwerkstoff oder eine Kunststoffwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material auf oder umfasst diese oder besteht aus diesen im Extremfall. Die mechanische Hülle MH kann also aus einem Keramikwerkstoff oder einem Kunststoffwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt sein.The optical waveguide LWL (4630) is preferably completely or partially encased and/or covered in a light-tight manner by a mechanical sheath MH, which can also only have the purpose of preventing crosstalk between different optical waveguides of the device. The mechanical shell MH is preferably made of glass or ceramic, plastic or the like and is non-transparent to relevant electromagnetic radiation. The mechanical shell MH therefore preferably has a ceramic material or a plastic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material which is stable at temperatures above 100°C and/or a material which is stable at temperatures above 140°C and / or a material stable at temperatures above 170 ° C and / or a material stable at temperatures above 200 ° C and / or a material stable at temperatures above 250 ° C or includes these or consists of these in extreme cases. The mechanical shell MH can therefore be made of a ceramic material or a plastic material or of another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or of a material which is stable at temperatures above 100°C and/or of a material which is stable at temperatures above 140°C stable material and / or made of a material stable at temperatures above 170 ° C and / or made of a material stable at temperatures above 200 ° C and / or made of a material stable at temperatures above 250 ° C.
Bevorzugt bildet die mechanische Hülle MH zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle oder eine Abdeckung des Lichtwellenleiters LWL(4630), die den jeweilige Lichtwellenleiter LWL(4630) umhüllt oder zumindest teilweise oder ganz abdeckt. Dies vereinfacht die Fertigung des Systems aus Lichtwellenleiter, Sensorelement SE(1420) und mechanischer Hülle MH. Der Innendurchmesser Dro eines solchen Rohrs oder einer solchen Abdeckung oder eines solchen Röhrchens oder einer solchen Kapillare oder einer solchen Kanüle ist bevorzugt nur ein Wenig größer oder gleich groß wie der Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse und der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL(4630).The mechanical sheath MH preferably forms, at least in sections, a tube or tube or a capillary or a cannula or a cover of the optical waveguide LWL (4630), which corresponds to the respective Fiber optic cable LWL (4630) is covered or at least partially or completely covered. This simplifies the production of the system consisting of optical fiber, sensor element SE(1420) and mechanical sleeve MH. The inner diameter D ro of such a tube or such a cover or such a tube or such a capillary or such a cannula is preferably only a little larger or the same size as the diameter of the optical waveguide lens and the diameter of the optical waveguide LWL (4630).
Der Lichtwellenleiter LWL(4630) weist typischerweise einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. In dem Trägermaterial TM formt das Trägermaterial TM bevorzugt ein optisches Funktionselement am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) aus. Dies verbessert wieder die besagte optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL(4630) und Trägermaterial TM. Das optische Funktionselement wirkt dann so mit dem Lichtwellenleiterkern des Lichtwellenleiters LWL(4630) am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) optisch zusammen.The optical fiber LWL(4630) typically has an optical fiber core LWLC. In the carrier material TM, the carrier material TM preferably forms an optical functional element at the second end of the optical waveguide LWL (4630). This again improves the said optical coupling between the optical fiber LWL (4630) and the carrier material TM. The optical functional element then interacts optically with the optical waveguide core of the optical waveguide LWL(4630) at the second end of the optical waveguide LWL(4630).
Bevorzugt weist das optische Funktionselement eine Lichtwellenleiterlinse, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM im Bereich des optischen Funktionselements, auf.The optical functional element preferably has an optical waveguide lens, in particular in the form of a thickening of the carrier material TM in the area of the optical functional element.
Das Wesentliche des hier vorgelegten Dokuments ist nun, dass es auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters LWL(4630), wie er zuvor beschrieben und verwendet wurde, beschreibt und offenlegt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte (Siehe Figur 153):
- •
Bereitstellen 15310 eines Lichtwellenleiters LWL(4630), wobei der Lichtwellenleiter LWL(4630) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; - •
Bereitstellen 15320 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtestrahlung 4910 mit einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;
- •
Benetzen 15330 des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630) zumindest auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren aufweist; - •
Einspeisen 15340 elektromagnetischer Strahlung in das erste Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630), wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. - •
Entfernen 15350 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels LM, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) das Sensorelement SE bildet.
- • Providing 15310 an optical fiber LWL(4630), the optical fiber LWL(4630) having a first end and a second end;
- • Providing 15320 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing
radiation 4910 with a curing wavelength λ H , a plurality of crystals and/or diamond nanocrystals ND, preferably nanodiamonds, being embedded in the carrier material TM, and wherein one or more or all crystals and/or diamond nanocrystals ND have NV centers and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of Crystals and/or diamond nanocrystals ND of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
- • Wetting 15330 the second end of the optical waveguide LWL (4630) at least to a wetting length L B with the carrier material TM, which has the plurality of embedded crystals and / or diamond nanocrystals ND with NV centers and / or paramagnetic centers;
- • Feeding 15340 electromagnetic radiation into the first end of the optical waveguide LWL (4630), the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the carrier material TM hardens at the second end of the optical waveguide LWL (4630) and turns into one Solid body transforms.
- • Removing 15350 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent LM, with the remaining film of the carrier material TM forming the sensor element SE at the second end of the optical waveguide LWL (4630).
Typischerweise härtet das Trägermaterial TM nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements und des Sensorelements SE ermöglicht.Typically, the carrier material TM only partially hardens, which enables the formation of the optical functional element and the sensor element SE.
Somit ist nun auf der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 ein mittlerer optischer Lichtwellenleiter LWL (4630) beispielhaft selbstjustierend platziert. Das hier vorgelegte Dokument schlägt somit vor, diesen mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) mit einem mittleren Sensorelement SE(1420) zu kombinieren. Dabei weist das mittlere Sensorelement SE(1420) ein Trägermaterial TM auf, in dem typischerweise eine Vielzahl von Diamant-Nano-Kristallen ND eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamant-Nano-Kristalle ND dieser Diamant-Nano-Kristalle ND weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren und/oder ein oder mehrere andere paramagnetische Zentren auf. Die NV-Zentren des mittleren Sensorelements SE(1420) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des mittleren Sensorelements SE(1420) emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL. mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) ist, dass das Trägermaterial TM vorzugsweise ein mittels elektromagnetischer Strahlung (Aushärtestrahlung 4910) ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für elektromagnetische Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren des mittleren Sensorelements SE(1420) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des mittleren Sensorelements SE(1420) von einer der vorgeschlagenen Vorrichtungen gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicher Weise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren des mittleren Sensorelements SE(1420) und/oder der anderen paramagnetischen Zentren des mittleren Sensorelements SE(1420) im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Zur Herstellung des mittleren Sensorelements SE(1420) wird die Oberfläche des Trägersubstrats 1360 mit der mittleren elektrisch leitenden Signalleitung 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 und den anderen Leitungen 1310, 1320 der Tri-Plate-Leitung 2380 und mit dem mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) eine kolloidale Mischung (kolloidaler Lack KL) der Diamant-Nano-Kristalle ND mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren und Kristalle mit paramagnetischen Zentren einerseits und des noch flüssigen Trägermaterials TM andererseits als Sensorelementschicht 4810 über die mittlere elektrisch leitende Signalleitung 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 und die anderen Leitungen 1310, 1320 der Tri-Plate-Leitung 2380 und den mittlerer optischer Lichtwellenleiter LWL (4630) aufgetragen. Ggf. wird die Lackschicht der kolloidalen Mischung (kolloidaler Lack KL) in einem nachfolgenden temperaturschritt angehärtet um sie zu stabilisieren.Thus, a middle optical fiber LWL (4630) is now placed on the electrically
Der Herstellungsprozess des mittleren Sensorelements SE(1420) umfasst bevorzugt in einem anschließenden Herstellungsschritt das lokale Bestrahlen dieser kolloidale Mischung (kolloidaler Lack KL) der Diamant-Nano-Kristalle ND und des noch flüssigen Trägermaterials TM der Sensorelementschicht 4810 mit einer elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH. Die lokale Bestrahlung dieser kolloidale Mischung (kolloidaler Lack KL) der Diamant-Nano-Kristalle ND und des noch flüssigen Trägermaterials TM der Sensorelementschicht 4810 mit einer elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH ist dabei bevorzugt auf den Bereich der Sensorelementschicht 4810 am zweiten Ende des mittleren optischen Lichtwellenleiters LWL (4630) begrenzt. Bevorzugt handelt es sich bei der elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH um UV-Strahlung. Beispiels kann der mit der elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH bestrahlte Bereich der Sensorelementschicht 4810 durch eine Maske 5410 begrenzt werden, die in einem vorausgehenden Justierschritt gegenüber Justiermarken (5210, 5220) auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 justiert und beispielsweise in einem Mask-Aligner (Maskenjustier- und Ausrichtungsvorrichtung) ausgerichtet worden ist. Bevorzugt weist das Trägersubstrat 1360 somit die Leitungen 1310, 1320, 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 (bzw. einer anderen möglichen Mikrostreifenleitung) und die Justiermarken (5210, 5220) für die Justierung einer oder mehrerer Belichtungsmasken 5410 auf. Durch die Bestrahlung der Sensorelementschicht 4810, die die kolloidale Mischung (kolloidaler Lack KL) der Diamant-Nano-Kristalle ND und das noch flüssige bzw. angehärtete Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 umfasst, mit elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH verfestigt sich typischerweise das zuvor flüssige bzw. angehärtete Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 zu verfestigtem Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 im mit der elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH bestrahlten Bereich der Sensorelementschicht 4810. Hierdurch bildet sich innerhalb der Sensorelementschicht 4810 verdeckt bereits das mittlere Sensorelement SE(1430). In einem typischerweise dann nachfolgenden Verfahrensschritt können nicht verfestigte Bereiche der Sensorelementschicht 4810, die zuvor typischerweise nicht oder nur unzureichend mit Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH bestrahlt wurden, mittels eines Lösungsmittels für das noch flüssige bzw. angehärtete Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 aufgelöst und von der der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 und den anderen Leitungen 1310, 1320, 1330 und aus der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340 und aus der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechten Isolationsfläche 1360 etc. an der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 entfernt werden. Es verbleibt das fertig gestellte mittlere Sensorelement SE(1320). Besonders elegant ist die Herstellung des mittleren Sensorelements SE(1320), wenn eine Aushärtestrahlungsquelle in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) elektromagnetische Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH im Herstellungsprozess einspeist. Bevorzugt weist zur Anwendung der hier dargestellten technischen Lehre der mittlere optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 mikrooptische Strukturen auf, die die Einkopplung einer solchen elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH im Herstellungsprozess in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) erlauben. Bevorzugt dienen diese mikrooptischen Strukturen, die die Einkopplung einer solchen elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH im Herstellungsprozess in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) erlauben, später auch zur Einkoppelung der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) und/oder zur Auskoppelung der Fluoreszenzstrahlung FL mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl aus dem mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630). Bevorzugt weist somit Oberfläche des Trägersubstrats 1360 mikrooptische Strukturen auf, die dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH im Herstellungsprozess in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) einzuspeisen. Bevorzugt wird in den Bereichen der Oberfläche des Trägersubstrats 1360, die diese mikrooptische Strukturen aufweisen, die dazu eingerichtet sind, elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH im Herstellungsprozess in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) einzuspeisen, die Sensorelementschicht 4810 vor der Aushärtung der Sensorelementschicht 4810 lokal entfernt. Es ist beispielsweise auch denkbar, die Sensorelementschicht 4810 grob vorstrukturiert mittels eines Dispensers oder mittels Siebdruck nur im Bereich der zweiten Enden des mittleren optischen Lichtwellenleiters LWL (4630) lokal begrenzt aufzubringen, sodass diese Entfernung von vornherein nicht notwendig ist. Im Herstellungsprozess wird nun beispielsweise über die besagten mikrooptischen Strukturen, die die Einkopplung einer solchen elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH im Herstellungsprozess in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) erlauben, elektromagnetische Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH an einem ersten Ende des mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) in den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) eingespeist. Der mittlere Lichtwellenleiter LWL (4630) transportiert die elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH vom ersten Ende des mittleren Lichtwellenleiters LWL (4630) zum zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL (4630). Die elektromagnetischen Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH tritt dann typischerweise am anderen, zweiten Ende des mittleren optischen Lichtwellenleiters LWL (4630) wieder aus. Bevorzugt ist das zweite Ende des mittleren optischen Lichtwellenleiters LWL (4630) mit einem Bereich der Sensorelementschicht 4810 bedeckt. Die elektromagnetische Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH bestrahlt das noch flüssige Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 und härtet so das noch flüssige Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 zu verfestigtem Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 aus. In dem besagten, typischerweise dann nachfolgenden Verfahrensschritt können nicht verfestigte Bereiche der Sensorelementschicht 4810, die typischerweise nicht oder nur unzureichend mit Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH bestrahlt wurden, mittels eines Lösungsmittels für das noch flüssige Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 4810 aufgelöst und von der der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 und von den anderen Leitungen 1310, 1320, 1330 und aus der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340 und aus der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechten Isolationsfläche 1360 etc. an der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 entfernt werden. Es verbleibt wieder das fertig gestellte mittlere Sensorelement SE(1420), das nun jedoch in optimaler Weise und selbstjustierend gegenüber dem zweiten Ende des mittleren optischen Lichtwellenleiters LWL (4630) gefertigt ist. Durch diese Aushärtung eines zuvor flüssigen und ggf. angehärteten Trägermittels TM ist die Fertigung des mittleren Sensorelements SE(1420) gegenüber dem zweiten Ende eines solchen mittleren optischen Lichtwellenleiters LWL (4630) besonders einfach und prozesssicher in selbstjustierender Weise mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.The manufacturing process of the middle sensor element SE (1420) preferably includes, in a subsequent manufacturing step, the local irradiation of this colloidal mixture (colloidal lacquer KL) of the diamond nanocrystals ND and the still liquid carrier material TM of the
Figuren 62 bis 66Figures 62 to 66
Die
Figur 62Figure 62
Das Verfahren beginnt wieder mit dem Bereitstellen des Trägersubstrats 1360 wobei in dem Beispiel der
Figur 63Figure 63
um das hier vorgeschlagene maskenbasierende Verfahren durchführen zu können, wird die Oberfläche des Trägersubstrats 1360 mit einer oder mehreren Justiermarken 5210, 5220 versehen. Die Justiermarken 5210, 5220 können auch in einem vorhergehenden Prozessschritt angefertigt worden sein. Beispielsweise ist es denkbar, eine oder mehrere linke Justiermarken 5210 zusammen mit der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 der der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 zu fertigen. Beispielsweise ist es denkbar, eine oder mehrere rechte Justiermarken 5220 zusammen mit der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 zu fertigen.In order to be able to carry out the mask-based method proposed here, the surface of the
Figur 64Figure 64
in einem nachfolgenden Schritt des Verfahrens wird die Oberfläche des Trägersubstrats 1360 mit der Sensorelementschicht 4810 teilweise bedeckt. Dies kann beispielsweise durch Siebdruck und/oder einen Dispenser erfolgen. Die Sensorelementschicht 4810 umfasst bevorzugt eine dieser kolloidale Mischung (kolloidaler Lack KL) der Diamant-Nano-Kristalle ND und des noch flüssigen Trägermaterials TM. Die Sensorelementschicht 4810 ist also vorzugsweise mit Diamant-Nano-Kristallen ND angefüllt. Vorzugsweise umfassen die Diamant-Nano-Kristalle ND paramagnetische Zentren, die bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp Fluoreszenzstrahlung FL mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl emittieren. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Ggf. wird die Oberfläche des Trägersubstrats 1360 beispielsweise durch Plasma-Terminierung und/oder durch eine Haftvermittlerschicht vorbehandelt, um eine gute Benetzung der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 durch das noch flüssige Trägermaterial TM sicherzustellen. Ggf. erfolgt in einem weiteren Schritt eine Anhärtung des Trägermaterials TM der Sensorelementschicht 4810 z.B. in einem nachfolgenden Temperatur- oder Lagerschritt.In a subsequent step of the method, the surface of the
Figur 65Figure 65
In einem nachfolgenden Schritt des Verfahrens bestrahlt eine Aushärtestrahlungsquelle typischerweise die Sensorelementschicht 4810 mit der Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH. In der
Das Problem ist allerdings, dass das Verfahren nicht selbstjustierend ist und daher höhere Toleranzen aufweist.The problem, however, is that the process is not self-adjusting and therefore has higher tolerances.
Figur 66Figure 66
In einem nachfolgenden Schritt des Verfahrens wird nun das schon gebildete mittlere Sensorelements SE(1320) durch Reinigung mit einem Lösungsmittel freigelegt. Die Reinigung mit dem Lösungsmittel entfern die nicht oder nicht ausreichend mit elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 der Aushärtewellenlänge λH bestrahlten Bereiche der Sensorelementschicht 4810. Das zurückbleibende mittlere Sensorelement SE(1320) ist bei richtiger Justierung der Maske 5410 gegenüber dem Trägersubstrat 1360 an den mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) optisch angekoppelt. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) ist, dass das Trägermaterial TM ein mittels elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für elektromagnetische Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren und/oder die anderen paramagnetischen Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für elektromagnetische Strahlung mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL, mit der die NV-Zentren und/oder die anderen paramagnetischen Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge Xpmp der Pumpstrahlung LB fluoreszieren, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei jeweils, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen mittleren optischen Lichtwellenleiter LWL (4630) besonders einfach und prozesssicher mit einem akzeptablen Cpk-Wert zu fertigen.In a subsequent step of the process, the already formed middle sensor element SE(1320) is exposed by cleaning with a solvent. Cleaning with the solvent removes the areas of the
Hinsichtlich des Trägermaterials TM verweist das hier vorgelegte Dokument hier auf die anderen Beschreibungen des Trägermaterials TM in diesem Dokument.With regard to the carrier material TM, the document presented here refers to the other descriptions of the carrier material TM in this document.
Das Wesentliche des hier vorgelegten Dokuments ist nun, dass es auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters LWL(4630), wie er zuvor beschrieben und verwendet wurde, beschreibt und offenlegt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:
- •
Bereitstellen 15410 eines Lichtwellenleiters LWL(4630), wobei der Lichtwellenleiter LWL(4630) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; - •
Bereitstellen 15420 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung (Aushärtestrahlung 4910) einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl emittieren; - •
Beschichten 15430 des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630) zumindest auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren aufweist; - •
Justieren 15440einer Belichtungsmaske 5410gegenüber dem Trägersubstrat 1360. - •
Bestrahlen 15450 des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630) durch dieBelichtungsmaske 5410 mit elektromagnetischer Strahlung (Aushärtestrahlung 4910), wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt; - •
Entfernen 15460 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels LM, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) zumindest teilweise das Sensorelement SE bildet.
- • Providing 15410 an optical fiber LWL(4630), the optical fiber LWL(4630) having a first end and a second end;
- • Providing 15420 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation (curing radiation 4910) of a curing wavelength λ H , wherein a plurality of crystals and/or diamond nanocrystals ND, preferably nanodiamonds, are embedded in the carrier material TM and wherein one or more or all crystals and/or diamond nanocrystals ND have NV centers and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of Crystals and/or diamond nanocrystals ND of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL with a fluorescent radiation wavelength λ fl when irradiated with pump radiation LB with a pump radiation wavelength λ pmp ;
- • Coating 15430 the second end of the optical waveguide LWL (4630) at least to a wetting length L B with the carrier material TM, which has the plurality of embedded crystals and / or diamond nanocrystals ND with NV centers and / or paramagnetic centers;
- • Adjusting 15440 an
exposure mask 5410 relative to thecarrier substrate 1360. - •
Irradiate 15450 the second end of the optical waveguide LWL (4630) through theexposure mask 5410 with electromagnetic radiation (curing radiation 4910), the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the carrier material TM at the second end of the optical waveguide LWL (4630) hardens and turns into a solid; - • Removing 15460 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent LM, the remaining film of the carrier material TM at least partially forming the sensor element SE at the second end of the optical waveguide LWL (4630).
Typischerweise härtet das Trägermaterial TM nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements und des Sensorelements SE ermöglicht.Typically, the carrier material TM only partially hardens, which enables the formation of the optical functional element and the sensor element SE.
Die Strahlung der am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) zur Aushärtung eingestrahlten Aushärtestrahlung 4910 ist bevorzugt UV-Strahlung. Ganz besonders bevorzugt ist eine Aushärtestrahlung 4910 zur Aushärtung mit einer Aushärtewellenlänge λH zwischen 320-380nm.The radiation from the curing
In bestimmten Anwendungsfällen können dem Trägermaterial TM Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm vor dem Bereitstellen beigemischt werden, sodass diese in dem Trägermaterial TM nach dem Aushärten eingelagert sind. Bevorzugt handelt es sich um metallische Nanopartikel. Das hier vorgelegte Dokument weist hier in diesem Zusammen hang auf die anderen Beschreibungen diese Nanopartikel hin, die hier auch gelten sollen.In certain applications, nanoparticles with a diameter of less than 200nm and/or less than 100nm and/or less than 50nm and/or less than 20nm and/or less than 10nm and/or less than 5nm can be added to the carrier material TM before providing it, so that they are incorporated into the carrier material TM stored after hardening. These are preferably metallic nanoparticles. In this context, the document presented here refers to the other descriptions of these nanoparticles, which should also apply here.
Figur 67Figure 67
Diese zusätzliche magnetische Flussdichte Bad durchflutet nun das auf dem Signalleiter 1330 der beispielhaften Mikrostripleitung 1380 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 platzierte mittlere Sensorelement SE(1420).This additional magnetic flux density B ad now flows through the middle sensor element SE (1420) placed on the
Damit können Vorrichtungen entsprechend den
Damit können Vorrichtungen entsprechend den
Hier repräsentiert der Vektor 1450 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, die das mittlere Sensorelement SE(1420) durchdringt.Here the
Figur 68Figure 68
Hinsichtlich der Herstellungsmethoden des rechten Sensorelements SE(1430) und des linken Sensorelements SE(1410) und des mittleren Sensorelements SE(1420) verweist das hier vorgelegte Dokument auf die Beschreibungen der
Figur 69Figure 69
Die Messvorrichtung der
Die Tri-Plate-Leitung 2380 in dem Beispiel der
Ein Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt beispielsweise ein Mikrowellensignal µW und speist es in die Wellenleitung, hier die beispielhafte Tri-Plate-Leitung 2380, ein. Das Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW wirkt auf das Sensorelement SE ein. Bevorzugt ist die Wellenleitung, hier die beispielhafte Tri-Plate-Leitung 2380, an ihrem der Mikrowellensignalquelle µWG abgewandten Ende mittels eines oder mehrerer Abschlusswiderstände 6710 reflexionsfrei mit dem Wellenwiderstand der Wellenleitung, hier der beispielhaften Tri-Plate-Leitung 2380, betragsgleich abgeschlossen oder mit einer mikrowellenfähigen Kupplung versehen. Diese Abschlusswiderstände sind in der
Das Sensorelement SE umfasst typischerweise eine Vielzahl von Diamant-Nano-Kristallen ND und/oder Kristalle in dem verfestigten Trägermaterial TM. Ein oder mehrere oder alle Diamant-Nano-Kristalle ND dieser Diamant-Nano-Kristalle ND weisen dabei typischer Weise ein oder mehrere NV-Zentren und/oder ein oder mehrere andere paramagnetische Zentren auf. Ein oder mehrere oder alle Kristalle dieser Kristalle weisen dabei typischer Weise ein oder mehrere andere paramagnetische Zentren auf. Die NV-Zentren des Sensorelements SE und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp typischerweise zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL. mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl.The sensor element SE typically comprises a large number of diamond nanocrystals ND and/or crystals in the solidified carrier material TM. One or more or all diamond nanocrystals ND of these diamond nanocrystals ND typically have one or more NV centers and/or one or more other paramagnetic centers. One or more or all of these crystals typically have one or more other paramagnetic centers. The NV centers of the sensor element SE and/or the other paramagnetic centers of the sensor element SE typically emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB with a pump radiation wavelength λ pmp . with a fluorescence radiation wavelength λ fl .
Bei dem Sensorelement SE kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere der in den
Die magnetische Gesamtflussdichte BΣ durchflutet das Sensorelement SE. Typischerweise beeinflusst die magnetische Gesamtflussdichte BΣ die Intensität der Fluoreszenzstrahlung LB, die die NV-Zentren des Sensorelements SE und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements SE emittieren.The total magnetic flux density B Σ flows through the sensor element SE. Typically, the total magnetic flux density B Σ influences the intensity of the fluorescence radiation LB, which the NV centers of the sensor element SE and/or the other paramagnetic centers of the sensor element SE emit.
Eine Lichtquelle LED dient als Pumpstrahlungsquelle für die Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, bestrahlt das Sensorelement SE über einen Lichtwellenleiter LWL mit der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Bei der Lichtquelle LED kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode oder um einen Laser handeln. Ein Sendesignal S5 zur Modulation der Lichtquelle LED steuert vorzugsweise die Intensität der von der Lichtquelle LED emittierten Pumpstrahlung LB.A light source LED serves as a pump radiation source for the pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp . The pump radiation source, here the light source LED, irradiates the sensor element SE via an optical fiber LWL with the pump radiation LB of the pump radiation wavelength λ pmp . The LED light source can be, for example, a light-emitting diode or a laser. A transmission signal S5 for modulating the light source LED preferably controls the intensity of the pump radiation LB emitted by the light source LED.
Bevorzugt ist das Sendesignal S5 mit einem LED-Modulationssignal S5w in seinem zeitlichen Verlauf amplitudenmoduliert. Typischerweise weist das zeitlich modulierte LED-Modulationssignal des Sendesignals S5 ein LED-Modulationsspektrum im Frequenzbereich auf. Beispielsweise kann das LED-Modulationssignal S5w ein PWM-Modulationssignal mit einer PWM-Periodendauer und einem Tastgrad sein. Auch kann das LED-Modulationssignal S5w ein Spreiz-Code-Signal auf Basis einer Reihenfolge einer ersten Anzahl von 1-Bits und einer zweiten Anzahl von 0-sein, wobei die Bits des Spreiz-Codes eine Spreiz-Code-bit-Periodendauer aufweisen und wobei der Spreiz-Code eine Spreiz-Code-Periodendauer aufweist. Typischerweise wiederholt sich bei der Verwendung eines Spreiz-Codes dieser Spreiz-Code im LED-Modulationssignal S5w. Die erste Anzahl der 1-Spreiz-Code-Bits in einem Spreiz-Code ist vorzugsweise aber nicht notwendigerweise gleich der zweiten Anzahl der 0-Spreiz-Code-Bits in dem Spreiz-Code. Der Spreiz-Code kann auch unendlich lang sein und durch einen Zufallszahlengenerator (Abkürzung RNG) erzeugt werden, der Teil der Vorrichtung sein kann. Der Zufallszahlengenerator (Abkürzung RNG) kann ein Pseudozufallszahlengenerator (Abkürzung PRNG) beispielsweise auf Basis eines linear rückgekoppelten Schieberegisters (Abkürzung LFSR) oder ein echter Zufallszahlengenerator (Abkürzung TRNG) oder ein Quantenzufallszahlengenerator (Abkürzung QRNG) sein.The transmission signal S5 is preferably amplitude-modulated over time with an LED modulation signal S5w. Typically, the time-modulated LED modulation signal of the transmission signal S5 has an LED modulation spectrum in the frequency range. For example, the LED modulation signal S5w can be a PWM modulation signal with a PWM period and a duty cycle. That can too LED modulation signal S5w is a spreading code signal based on a sequence of a first number of 1 bits and a second number of 0s, wherein the bits of the spreading code have a spreading code bit period duration and wherein the spreading -Code has a spreading code period duration. Typically, when using a spreading code, this spreading code is repeated in the LED modulation signal S5w. The first number of 1 spreading code bits in a spreading code is preferably, but not necessarily, equal to the second number of 0 spreading code bits in the spreading code. The spreading code can also be infinitely long and generated by a random number generator (abbreviation RNG), which can be part of the device. The random number generator (abbreviation RNG) can be a pseudo-random number generator (abbreviation PRNG), for example based on a linear feedback shift register (abbreviation LFSR) or a true random number generator (abbreviation TRNG) or a quantum random number generator (abbreviation QRNG).
Typischerweise weist der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität der von der Lichtquelle LED emittierten Pumpstrahlung LB ein Pumpstrahlungsintensitätsspektum auf, das in der Regel ein mehr oder weniger deformiertes LED-Modulationsspektrum ist. Die Deformation ergibt sich in der Regel aus dem nichtlinearen Verhalten der Lichtquelle LED. Ist das LED-Modulationssignal monofrequent, so ist in der Regel auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität der von der Lichtquelle LED emittierten Pumpstrahlung LB monofrequent mit der gleichen LED-Sendefrequenz fLED.Typically, the time course of the intensity of the pump radiation LB emitted by the light source LED has a pump radiation intensity spectrum, which is usually a more or less deformed LED modulation spectrum. The deformation usually results from the non-linear behavior of the LED light source. If the LED modulation signal is monofrequency, the time course of the intensity of the pump radiation LB emitted by the light source LED is usually also monofrequency with the same LED transmission frequency f LED .
Ein erstes optisches System (hier F1, LWL) erfasst die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle, hier der Lichtquelle LED, und transportiert die Pumpstrahlung LB zu den einem oder den mehreren Sensorelementen SE des Sensorkopfes und bestrahlt das Sensorelementen SE des Sensorkopfes mit dieser Pumpstrahlung LB. Bevorzugt weist das erste optische System ein optisches Funktionselement, beispielsweise eine Einkoppelstruktur, zur Erfassung eines möglichst großen Anteils der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle, hier der Lichtquelle LED, auf. Bevorzugt weist das erste optische System ein optisches Funktionselement, beispielsweise eine Auskoppelstruktur, zur Bestrahlung des Sensorelements SE mit einem möglichst großen Anteils der von dem ersten optischen Funktionselement erfassten Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle, hier der Lichtquelle LED, auf. In dem Beispiel der
Die elektromagnetische Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp regt die NV-Zentren bzw. die paramagnetischen Zentren in dem Sensorelement SE dazu an, Fluoreszenzstrahlung FL der Fluoreszenzwellenlänge λfl zu emittieren. Typischerweise weist der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität der von dem Sensorelement SE emittierten Fluoreszenzstrahlung FL ein Fluoreszenzstrahlungsintensitätsspektum auf. Das Fluoreszenzstrahlungsintensitätsspektum ist in der Regel ein mehr oder weinige deformiertes Pumpstrahlungsintensitätsspektum und daher ein ebenfalls mehr oder weniger deformierte LED-Modulationsspektrum. Ist das LED-Modulationssignal monofrequent, so ist in der Regel auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität der von der Lichtquelle LED emittierten Pumpstrahlung LB monofrequent mit der LED-Modulationsfrequenz fLED und auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität Iist(t) der von dem Sensorelement SE emittierten Fluoreszenzstrahlung FL monofrequent mit der gleichen LED-Sendefrequenz fLED.The electromagnetic pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp stimulates the NV centers or the paramagnetic centers in the sensor element SE to emit fluorescence radiation FL of the fluorescence wavelength λ fl . Typically, the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL emitted by the sensor element SE has a fluorescence radiation intensity spectrum. The fluorescence radiation intensity spectrum is usually a more or less deformed pump radiation intensity spectrum and therefore also a more or less deformed LED modulation spectrum. If the LED modulation signal is monofrequency, the time course of the intensity of the pump radiation LB emitted by the light source LED is usually also monofrequency with the LED modulation frequency f LED and the time course of the intensity I (t) is also that of the sensor element SE emitted fluorescent radiation FL monofrequency with the same LED transmission frequency fLED.
Ein zweites optisches System (hier F1, LWL) erfasst die Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE und transportiert die Fluoreszenzstrahlung FL zu den einem oder den mehreren Fotodetektor PD und bestrahlt den einen oder die mehreren Fotodetektoren PD mit dieser Fluoreszenzstrahlung FL. Bevorzugt weist das zweite optische System ein optisches Funktionselement, beispielsweise eine Einkoppelstruktur, zur Erfassung eines möglichst großen Anteils der Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE auf. Bevorzugt weist das zweite optische System ein optisches Funktionselement, beispielsweise eine Auskoppelstruktur, zur Bestrahlung des einen oder der mehreren Fotodetektoren PD mit einem möglichst großen Anteil der von dem zweiten optischen System erfassten Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE auf. In dem Beispiel der
Bevorzugt sind das erste optischen System und das zweite optische System zu einem großen Anteil ihrer Vorrichtungsteile identisch.The first optical system and the second optical system are preferably identical to a large extent in their device parts.
In dem Beispiel der
Die Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt somit die paramagnetischen Zentren und/oder die NV-Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND bzw. Kristallen des einen oder der mehreren Sensorelemente SE. Die so bestrahlten NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND emittieren aufgrund der Bestrahlung mit der Pumpstrahlung LB Fluoreszenzstrahlung FL mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl. Die Fluoreszenzwellenlänge λfl ist typischerweise von der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp verschieden. Typischerweise ist die Fluoreszenzwellenlänge λfl typischerweise langwelliger als die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Typischerweise hängt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL von der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ, der Mikrowellenamplitude und der Mikrowellenfrequenz des Mikrowellensignals µW und der Intensität der Pumpstrahlung LB ab.The pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp thus irradiates the paramagnetic centers and/or the NV centers in the diamond nanocrystals ND or crystals of the one or more sensor elements SE. The NV centers and/or paramagnetic centers in the diamond nanocrystals ND irradiated in this way emit fluorescence radiation FL with a fluorescence wavelength λ fl due to the irradiation with the pump radiation LB. The fluorescence wavelength λ fl is typically different from the pump radiation wavelength λ pmp . Typically, the fluorescence wavelength λ fl is typically longer wavelength than the pump radiation wavelength λ pmp . Typically, the intensity of the fluorescent radiation FL depends on the total magnetic flux density B Σ , the microwave amplitude and the microwave frequency of the microwave signal µW and the intensity of the pump radiation LB.
Vorzugsweise erfasst der Lichtwellenleiter LWL als erster beispielhafter Teil des zweiten optischen Systems an seinem zweiten Ende einen möglichst großen Anteil der emittierten Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren in den Diamant-Nano-Kristallen ND des einen oder der mehreren Sensorelemente SE. Hierfür ist eine gute Justierung zwischen dem Sensorelement und dem Kern des Lichtwellenleiters LWL notwendig. Bevorzugt ist das Sensorelement SE daher mittels eines selbstjustierenden Prozesses am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL gefertigt. Der Lichtwellenleiter LWL transportiert die so erfasste Fluoreszenzstrahlung FL von dem zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL zu dem ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL. Ein beispielhafter dichroitischer Spiegel F1 als zweites beispielhaftes optisches Funktionselement des zweiten optischen Systems trennt die Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB indem der dichroitische Spiegel F1 die Fluoreszenzstrahlung FL im Wesentlichen aus dem Strahlengang heraus auf einen Fotodetektor PD spiegelt und die Pumpstrahlung LB im Wesentlichen nicht aus dem Strahlengeng herausspiegelt.Preferably, the optical waveguide LWL, as the first exemplary part of the second optical system, detects at its second end as large a proportion as possible of the emitted fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the paramagnetic centers in the diamond nanocrystals ND of the one or more sensor elements SE . This requires good adjustment between the sensor element and the core of the optical fiber LWL. The sensor element SE is therefore preferably manufactured at the second end of the optical waveguide LWL by means of a self-adjusting process. The optical waveguide LWL transports the thus detected fluorescence radiation FL from the second end of the optical waveguide LWL to the first end of the optical waveguide LWL. An exemplary dichroic mirror F1 as a second exemplary optical functional element of the second optical system separates the fluorescence radiation FL from the pump radiation LB in that the dichroic mirror F1 essentially reflects the fluorescence radiation FL out of the beam path onto a photodetector PD and does not essentially reflect the pump radiation LB out of it Reflected narrowly.
Bevorzugt umfasst das zweite optische System somit ein optisches Funktionselement (F1), das die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung des Fotodetektors PD passieren lässt oder umlenkt und das die Pumpstrahlung LB in Richtung des Fotodetektors PD nicht passieren lässt und nicht umlenkt.Preferably, the second optical system thus comprises an optical functional element (F1) which allows or deflects the fluorescence radiation FL in the direction of the photodetector PD and which does not allow or deflect the pump radiation LB in the direction of the photodetector PD.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Amplitude des Mikrowellensignals µW mit einem Mikrowellenmodulationssignal oder alternativ die Amplitude der Pumpstrahlung LB mit einem LED-Modulationssignal zu modulieren.It is known from the prior art to modulate the amplitude of the microwave signal μW with a microwave modulation signal or, alternatively, the amplitude of the pump radiation LB with an LED modulation signal.
Der hier vorgelegte Vorschlag sieht vor, mindestens zwei, besser drei oder mehr der folgenden Parameter mittels eines jeweiligen Modulationssignals zu modulieren bzw. einzustellen:
- 1. die Intensität der Pumpstrahlung LB (Amplitudenmodulation) z.B. mittels eines LED-Modulationssignals S5w,
- 2. die Intensität des Mikrowellensignal µW (Amplitudenmodulation) z.B. mittels eines Mikrowellenmodulationssignals S5m,
- 3. die Frequenz des Mikrowellensignals µW (Frequenzmodulation) z.B. mittels eines Mikrowellenfrequenzsteuersignals,
- 4. die Amplitude einer zusätzlichen, durch ein Magnetfelderzeugungsmittels Lc. erzeugten magnetischen Flussdichte Bad z.B. mittels eines Kompensationsfeldsteuersignals.
- 1. the intensity of the pump radiation LB (amplitude modulation), for example by means of an LED modulation signal S5w,
- 2. the intensity of the microwave signal µW (amplitude modulation), for example by means of a microwave modulation signal S5m,
- 3. the frequency of the microwave signal µW (frequency modulation), for example by means of a microwave frequency control signal,
- 4. the amplitude of an additional magnetic field generating means Lc. generated magnetic flux density B ad , for example by means of a compensation field control signal.
Jeder dieser Modulationen ist eine von 4 Modulationsgrundfrequenzen zugeordnet.Each of these modulations is assigned one of 4 basic modulation frequencies.
Zu 1. der Modulation der Intensität der Pumpstrahlung LB (Amplitudenmodulation)Regarding 1. the modulation of the intensity of the pump radiation LB (amplitude modulation)
Vorzugsweise steuert eine Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung mittels eines LED-Modulationssignals S5w die Intensität der Pumpstrahlung LB, die die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, emittiert. Bevorzugt ist das LED-Modulationssignal S5w mit einem LED-Modulationsspektrum moduliert. Hierdurch sind dann auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Pumpstrahlung LB und der zeitliche Intensitätsverlauf der Fluoreszenzstrahlung FL sowie die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD mit einem jeweils mehr oder weniger verzerrten LED-Modulationsspektrum moduliert. Bevorzugt ist das LED-Modulationssignal S5w monofrequent mit einer LED -Modulationsfrequenz fLED amplitudenmoduliert. Hierdurch sind dann auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Pumpstrahlung LB und der zeitliche Intensitätsverlauf der Fluoreszenzstrahlung FL sowie die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD im Wesentlichen mit der LED -Modulationsfrequenz fLED amplitudenmoduliert.Preferably, a control device CTR of the device controls the intensity of the pump radiation LB, which is emitted by the pump radiation source, here the light source LED, by means of an LED modulation signal S5w. The LED modulation signal S5w is preferably modulated with an LED modulation spectrum. As a result, the temporal intensity profile of the pump radiation LB and the temporal intensity profile of the fluorescence radiation FL as well as the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD are modulated with a more or less distorted LED modulation spectrum. The LED modulation signal S5w is preferably amplitude-modulated monofrequency with an LED modulation frequency f LED . As a result, the temporal intensity profile of the pump radiation LB and the temporal intensity profile of the fluorescence radiation FL as well as the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD are essentially amplitude modulated with the LED modulation frequency f LED .
Eine Modulation kann sein, dass das LED-Modulationssignal S5w die Pumpstrahlungsquelle PWM-moduliert. Dabei kann es sinnvoll sein, dass das LED-Modulationssignal S5w die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, in einer PWM-Periode zeitweise ganz ausschaltet und für den Rest der betreffenden PWM-Periode einschaltet. Alternativ kann es sinnvoll sein, dass das LED-Modulationssignal S5w die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, in einer PWM-Periode zeitweise in ihrer Emissionsintensität reduziert und für den Rest der betreffenden PWM-Periode in ihrer Emissionsintensität erhöht. im Falle der Verwendung eines Spreiz-Codes kann es sinnvoll sein, wenn das LED-Modulationssignal S5w die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, bei Vorliegen eines logischen 0-Spreiz-Code-Bits ganz ausschaltet und die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, bei Vorliegen eines logischen 1-Spreiz-Code-Bits ganz einschaltet. Im Falle der Verwendung eines Spreiz-Codes kann es ggf. auch sinnvoll sein, wenn das LED-Modulationssignal S5w die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, bei Vorliegen eines logischen 0-Spreiz-Code-Bits in ihrer Emissionsintensität reduziert und die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, bei Vorliegen eines logischen 1-Spreiz-Code-Bits in ihrer Emissionsintensität erhöht.A modulation can be that the LED modulation signal S5w PWM-modulates the pump radiation source. It may make sense for the LED modulation signal S5w to temporarily switch off the pump radiation source, here the LED light source, completely during a PWM period and switch it on for the rest of the PWM period in question. Alternatively, it can make sense for the LED modulation signal S5w to temporarily reduce the emission intensity of the pump radiation source, here the light source LED, in a PWM period and to increase its emission intensity for the rest of the PWM period in question. In the case of using a spreading code, it can make sense if the LED modulation signal S5w completely switches off the pump radiation source, here the light source LED, when a logical 0 spreading code bit is present and the pump radiation source, here the light source LED The presence of a logical 1 spreading code bit switches on completely. In the case of using a spreading code, it may also make sense if the LED modulation signal S5w reduces the pump radiation source, here the light source LED, in its emission intensity in the presence of a logical 0 spreading code bit and the pump radiation source, here the light source LED increases in its emission intensity in the presence of a logical 1-spreading code bit.
Zu 2. der Modulation der Intensität des Mikrowellensignal µW(Amplitudenmodulation)Regarding 2. the modulation of the intensity of the microwave signal µW (amplitude modulation)
Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung mittels eines Mikrowellenmodulationssignals S5m die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt. Bevorzugt ist das Mikrowellenmodulationssignals S5m mit einem Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert. Hierdurch sind dann auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Fluoreszenzstrahlung FL sowie die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD mit einem jeweils mehr oder weniger verzerrten Mikrowellenmodulationsspektrum zusätzlich überlagernd zum LED-Modulationsspektrum moduliert. Bevorzugt ist das Mikrowellenmodulationssignal S5m monofrequent mit einer Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW amplitudenmoduliert. Hierdurch sind dann typischerweise auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL sowie die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD im Wesentlichen mit der Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW amplitudenmoduliert.Preferably, the control device CTR of the device controls the amplitude of the microwave signal µW, which the microwave signal source µWG generates, by means of a microwave modulation signal S5m. The microwave modulation signal S5m is preferably modulated with a microwave modulation spectrum. As a result, the temporal intensity profile of the fluorescence radiation FL and the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD are modulated with a more or less distorted microwave modulation spectrum in addition to being superimposed on the LED modulation spectrum. The microwave modulation signal S5m is preferably monofrequency amplitude modulated with a microwave modulation frequency f µW . As a result, the time course of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation FL and the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD are then typically amplitude modulated essentially with the microwave modulation frequency f µW .
Eine Modulation kann sein, dass das Mikrowellenmodulationssignal S5m die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt, PWM-moduliert. Dabei kann es sinnvoll sein, dass das das Mikrowellenmodulationssignal S5m die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt, in einer PWM-Periode zeitweise ganz auf null ausschaltet und für den Rest der betreffenden PWM-Periode diese Amplitude auf einen von null verschiedenen Betrag einschaltet. Alternativ kann es sinnvoll sein, dass das Mikrowellenmodulationssignal S5m die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt, in einer PWM-Periode zeitweise in ihrer Amplitude reduziert und für den Rest der betreffenden PWM-Periode in ihrer Amplitude erhöht. Im Falle der Verwendung eines Spreiz-Codes kann es sinnvoll sein, wenn das Mikrowellenmodulationssignal S5m die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt, bei Vorliegen eines logischen 0-Spreiz-Code-Bits ganz auf null ausschaltet und die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt, bei Vorliegen eines logischen 1-Spreiz-Code-Bits ganz auf eine von null verschiedene Amplitude einschaltet. Im Falle der Verwendung eines Spreiz-Codes kann es ggf. auch sinnvoll sein, wenn das Mikrowellenmodulationssignal S5m die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt, bei Vorliegen eines logischen 0-Spreiz-Code-Bits in ihrer Amplitude reduziert und die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt, bei Vorliegen eines logischen 1-Spreiz-Code-Bits in ihrer Amplitude erhöht.A modulation can be that the microwave modulation signal S5m PWM-modulates the amplitude of the microwave signal µW that the microwave signal source µWG generates. It may make sense for the microwave modulation signal S5m to temporarily switch the amplitude of the microwave signal µW, which the microwave signal source µWG generates, completely to zero in a PWM period and for the rest of the relevant PWM period this amplitude to an amount other than zero turns on. Alternatively, it can make sense for the microwave modulation signal S5m to temporarily reduce the amplitude of the microwave signal µW, which the microwave signal source µWG generates, in a PWM period and to increase its amplitude for the rest of the PWM period in question. If a spreading code is used, it can make sense if the microwave modulation signal S5m switches the amplitude of the microwave signal µW, which the microwave signal source µWG generates, completely to zero when a logical 0 spreading code bit is present and the amplitude of the microwave signal µW , which the microwave signal source µWG generates, switches on completely to an amplitude other than zero in the presence of a logical 1 spreading code bit. If a spreading code is used, it may also make sense if the microwave modulation signal S5m reduces the amplitude of the microwave signal µW, which the microwave signal source µWG generates, in the presence of a logical 0 spreading code bit and the amplitude of the microwave signal µW, which the microwave signal source µWG generates, increases in amplitude in the presence of a logical 1 spreading code bit.
Zu 3. der Modulation der Frequenz des Mikrowellensignals µW (Frequenzmodulation)Regarding 3. the modulation of the frequency of the microwave signal µW (frequency modulation)
Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung beispielsweise über einen Datenbus DB mittels eines Mikrowellenfrequenzsteuersignals die Frequenz des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt. Bevorzugt führt die Frequenzmodulation durch das Mikrowellenfrequenzsteuersignal über den Datenbus DB zu einem weiteren Mikrowellenmodulationsspektrum mit dem das Mikrowellensignals µW dann moduliert ist. Hierdurch sind dann auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL sowie die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD mit einem jeweils mehr oder weniger verzerrten weiteren Mikrowellenfrequenzmodulationsspektrum zusätzlich überlagernd zum LED-Modulationsspektrum und zum Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert. Beispielsweise kann die Mikrowellenfrequenz des Mikrowellensignals µW monofrequent mit einer Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW frequenzmoduliert sein. Da die unterschiedlichen Mikrowellenfrequenzen des Mikrowellensignals µW unterschiedliche Intensitäten Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL zur Folge haben, sind hierdurch dann auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL sowie die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD dann im Wesentlichen auch mit der Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW moduliert.Preferably, the control device CTR of the device controls the frequency of the microwave signal µW, which the microwave signal source µWG generates, for example via a data bus DB by means of a microwave frequency control signal. Preferably, the frequency modulation by the microwave frequency control signal via the data bus DB leads to a further microwave modulation spectrum with which the microwave signal μW is then modulated. As a result, the time course of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation FL and the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD are modulated with a more or less distorted further microwave frequency modulation spectrum in addition to being superimposed on the LED modulation spectrum and the microwave modulation spectrum. For example, the microwave frequency of the microwave signal µW can be monofrequency frequency modulated with a microwave frequency modulation frequency f fµW . Since the different microwave frequencies of the microwave signal µW result in different intensities I is (t) of the fluorescence radiation FL, the time course of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation FL and the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD are then essentially also modulated with the microwave frequency modulation frequency f fµW .
Zu 4. der Modulation der Amplitude einer zusätzlichen, durch ein Magnetfelderzeugungsmittels Lc. erzeugten magnetischen Flussdichte Bad Regarding 4. the modulation of the amplitude of an additional, by a magnetic field generating means Lc. generated magnetic flux density B ad
Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung beispielsweise über einen Datenbus DB mittels eines Kompensationsfeldsteuersignals die Amplitude einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, das ein Magnetfelderzeugungsmittel Lc erzeugt. Die zusätzliche magnetische Flussdichte Bad trägt zur magnetischen Gesamtflussdichte BΣ bei. Die magnetische Gesamtflussdichte BΣ durchflutet das Sensorelement SE und beeinflusst daher die Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL. Vorzugsweise steuert zu diesem Zweck der Steuerung des ein Magnetfelderzeugungsmittels Lc die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB einen Magnetfeldregler LCTR. Der Magnetfeldregler LCTR steuert typischerweise eine Treiberstufe DRVL zur Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc mit elektrischer Energie und/oder zur Steuerung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc. Somit moduliert die Steuervorrichtung CTR über den Magnetfeldregler LCTR und die Treiberstufe DRLV mittels des beispielsweise über den Datenbus DB versendeten Kompensationsfeldsteuersignals die Amplitude der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc in Abhängigkeit vom Kompensationsfeldsteuersignal erzeugt.Preferably, the control device CTR of the device controls the amplitude of an additional magnetic flux density B ad , for example via a data bus DB by means of a compensation field control signal, which generates a magnetic field generating means Lc. The additional magnetic flux density B ad contributes to the total magnetic flux density B Σ . The total magnetic flux density B Σ flows through the sensor element SE and therefore influences the intensity I ist (t) of the fluorescent radiation FL. For this purpose of controlling the magnetic field generating means Lc, the control device CTR preferably controls a magnetic field controller LCTR via the data bus DB. The magnetic field controller LCTR typically controls a driver stage DRVL for supplying the magnetic field generating means Lc with electrical energy and/or for controlling the magnetic field generating means Lc. The control device CTR thus modulates the amplitude of the additional magnetic flux density B ad , which the magnetic field generating means Lc generates as a function of the compensation field control signal, via the magnetic field controller LCTR and the driver stage DRLV by means of the compensation field control signal sent, for example, via the data bus DB.
Beispielsweise kann das Kompensationsfeldsteuersignal mit einem Magnetfeldmodulationsspektrum moduliert sein. Hierdurch kann die zusätzliche magnetische Flussdichte Bad, die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc in Abhängigkeit vom Kompensationsfeldsteuersignal erzeugt, mit dem Magnetfeldmodulationsspektrum amplitudenmoduliert sein. Die zusätzliche magnetische Flussdichte Bad überlagert sich mit anderen magnetischen Flussdichten anderer Quellen zur magnetischen Gesamtflussdichte BΣ.Dadurch ist die magnetische Gesamtflussdichte BΣ, die das Sensorelement SE durchflutet, typischerweise im Wesentlichen ebenfalls mit dem Magnetfeldmodulationsspektrum moduliert.For example, the compensation field control signal can be modulated with a magnetic field modulation spectrum. As a result, the additional magnetic flux density B ad , which the magnetic field generating means Lc generates as a function of the compensation field control signal, can be amplitude modulated with the magnetic field modulation spectrum. The additional magnetic flux density B ad is superimposed on other magnetic flux densities from other sources to form the total magnetic flux density B Σ . As a result, the total magnetic flux density B Σ , which flows through the sensor element SE, is typically also essentially modulated with the magnetic field modulation spectrum.
Die Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL hängt u.a. von der Amplitude der magnetischen Gesamtflussdichte Bε ab. Hierdurch können dann somit auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Fluoreszenzstrahlung FL sowie in letzter Konsequenz auch die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD im Wesentlichen mit einem jeweils mehr oder weniger verzerrten Magnetfeldmodulationsspektrum zusätzlich überlagernd zum LED-Modulationsspektrum und zum Mikrowellenmodulationsspektrum und zum Mikrowellenfrequenzmodulationsspektrum moduliert sein.The intensity I is (t) of the fluorescence radiation FL depends, among other things, on the amplitude of the total magnetic flux density Bε. As a result, the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL and, ultimately, also the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD can essentially be modulated with a more or less distorted magnetic field modulation spectrum in addition to the LED modulation spectrum and the microwave modulation spectrum and the microwave frequency modulation spectrum.
Bevorzugt ist das Kompensationsfeldsteuersignal, wenn es periodisch angelegt ist, monofrequent mit einer Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg moduliert. Da die unterschiedlichen magnetischen Gesamtflussdichten BΣ unterschiedliche Intensitäten der Fluoreszenzstrahlung FL zur Folge haben, sind hierdurch dann auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL sowie die Amplitude des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD mit der Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg moduliert.If the compensation field control signal is applied periodically, it is preferably modulated monofrequency with a magnetic field modulation frequency f mg . Since the different total magnetic flux densities B Σ result in different intensities of the fluorescence radiation FL, the time course of the intensity I is (t) of the fluorescence radiation FL and the amplitude of the receiver output signal S0 of the photodetector PD are also modulated with the magnetic field modulation frequency f mg .
Es ergeben sich in dieser Konfiguration somit 24=16 Mischfrequenzen mit denen das Empfängerausgangssignal S0 des Fotodetektors PD moduliert sein kann.In this configuration, there are 2 4 =16 mixed frequencies with which the receiver output signal S0 of the photodetector PD can be modulated.
Vorzugsweise sind die Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg, die Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW, die Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW und die LED -Modulationsfrequenz fLED so gewählt, dass vorzugsweise alle Mischfrequenzen sich unterscheiden.Preferably, the magnetic field modulation frequency f mg , the microwave frequency modulation frequency f fµW , the microwave modulation frequency f µW and the LED modulation frequency f LED are selected so that preferably all mixed frequencies differ.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine zweite Modulationsgrundfrequenz den doppelten Frequenzwert einer ersten Modulationsgrundfrequenz aufweist und eine dritte Modulationsgrundfrequenz den vierfachen Frequenzwert der ersten Modulationsgrundfrequenz aufweist und eine vierte Modulationsgrundfrequenz den achtfachen Frequenzwert der ersten Modulationsgrundfrequenz aufweist.This can be achieved, for example, in that a second modulation fundamental frequency has twice the frequency value of a first modulation fundamental frequency and a third modulation fundamental frequency has four times the frequency value of the first modulation fundamental frequency and a fourth modulation fundamental frequency has eight times the frequency value of the first modulation fundamental frequency.
Beispielsweise ist es, um hier ein willkürliches Beispiel zu nennen, denkbar, dass die die Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW den achtfachen Frequenzwert der Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg aufweist und dass die die LED -Modulationsfrequenz fLED den vierfachen Frequenzwert der Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg aufweist und dass die die Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW den doppelten Frequenzwert der Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg aufweist.For example, to give an arbitrary example here, it is conceivable that the microwave modulation frequency f µW has eight times the frequency value of the magnetic field modulation frequency f mg and that the LED modulation frequency f LED has four times the frequency value of the magnetic field modulation frequency f mg and that the microwave frequency modulation frequency f fµW has twice the frequency value of the magnetic field modulation frequency f mg .
Fall mit einer Modulationsgrundfrequenz (Mikrowellenmodulationsfrequenz)Case with a fundamental modulation frequency (microwave modulation frequency)
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Vorrichtung mit nur einer von 0Hz verschiedenen Modulationsgrundfrequenz zu betreiben und die anderen Werte der anderen Modulationsgrundfrequenzen für die Dauer einer Messung auf quasi statische Werte zu setzen. Im Folgenden stellt das hier vorgelegte Dokument ein Beispiel vor.It is known from the prior art to operate the device with only one basic modulation frequency different from 0Hz and to set the other values of the other basic modulation frequencies to quasi-static values for the duration of a measurement. The document presented here presents an example below.
Sofern die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung beispielsweise
- 1. über den Datenbus DB mittels Steuerung des ersten Signalgenerators G1 eine Modulation der Intensität der Pumpstrahlung LB (Amplitudenmodulation) quasistatisch, also mit einer mit einer LED-Modulationsfrequenz fLED =0Hz, einstellt und
- 2. gleichzeitig über den Datenbus DB mittels Steuerung des zweiten Signalgenerators G2 eine Modulation der Intensität des Mikrowellensignals µW (Amplitudenmodulation) mit einer Mikrowellenmodulationsfrequent fµW vornimmt und
- 3. die Mikrowellenfrequenz des Mikrowellensignals µW den Datenbus DB in der Mikrowellensignalquelle µWG quasistatisch, also mit einer Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW=0Hz, einstellt und
- 4. den Wert des Kompensationsfeldsteuersignals auf einen quasistatischen Wert, d.h. auf eine Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg=0Hz, und damit auf eine quasistatische, durch die Steuervorrichtung CTR eingestellte Amplitude einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, einstellt, die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc erzeugt,
- 1. sets a quasi-static modulation of the intensity of the pump radiation LB (amplitude modulation) via the data bus DB by controlling the first signal generator G1, i.e. with an LED modulation frequency f LED =0Hz, and
- 2. Simultaneously modulate the intensity of the microwave signal µW (amplitude modulation) with a microwave modulation frequency f µW via the data bus DB by controlling the second signal generator G2 and
- 3. the microwave frequency of the microwave signal µW sets the data bus DB in the microwave signal source µWG quasi-statically, i.e. with a microwave frequency modulation frequency f fµW =0Hz, and
- 4. sets the value of the compensation field control signal to a quasi-static value, ie to a magnetic field modulation frequency f mg =0Hz, and thus to a quasi-static amplitude of an additional magnetic flux density B ad , set by the control device CTR, which the magnetic field generating means Lc generates,
Es ergibt sich somit genau eine Mischfrequenz mit denen das Empfängerausgangssignal S0 des Fotodetektors PD moduliert sein kann.This results in exactly one mixed frequency with which the receiver output signal S0 of the photodetector PD can be modulated.
Ein erster Signalgenerator G1 erzeugt in diesem Beispiel das das quasi statische LED-Modulationssignal S5w, mit einer der LED -Modulationsfrequenz fLED=0Hz typischerweise entsprechend einem Vorgabewert, den die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB in dem ersten Signalgenerator G1 eingestellt hat. Die Steuervorrichtung CTR steuert den ersten Signalgenerator G1 bevorzugt über den beispielhaften Datenbus DB.In this example, a first signal generator G1 generates the quasi-static LED modulation signal S5w, with an LED modulation frequency f LED =0Hz, typically in accordance with a default value that the control device CTR has set in the first signal generator G1 via the data bus DB. The control device CTR preferably controls the first signal generator G1 via the exemplary data bus DB.
Ein Lichtquellentreiber LDRV für die Lichtquelle LED erzeugt typischerweise aus dem LED-Modulationssignal S5w das quasistatische Sendesignal S5, mit dem der Lichtquellentreiber LDRV die Lichtquelle LED bevorzugt auch mit elektrischer Energie versorgt. Bevorzugt handelt es sich bei der Lichtquelle LED um eine Halbleiterlichtquelle wie beispielsweise einen Laser oder eine LED. Ganz besonders bevorzugt umfasst die Lichtquelle LED eine Silizium-LED und/oder eine Silizium-Lawinen-LED wodurch dieser Vorrichtungsteil ggf. auch CMOS integrierbar wird.A light source driver LDRV for the light source LED typically generates the quasi-static transmission signal S5 from the LED modulation signal S5w, with which the light source driver LDRV preferably also supplies the light source LED with electrical energy. The light source LED is preferably a semiconductor light source such as a laser or an LED. Very particularly preferably, the light source LED comprises a silicon LED and/or a silicon avalanche LED, which means that this part of the device can also be integrated into CMOS.
Die Lichtquelle LED emittiert dann in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 die Pumpstrahlung LB. mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.The light source LED then emits the pump radiation LB depending on the transmission signal S5. with the pump radiation wavelength λ pmp .
Das Empfängerausgangssignal S0 und das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 sind dann wegen LED - Modulationsfrequenz fLED=0Hz nicht mit einem LED-Modulationsspektrum moduliert.The receiver output signal S0 and the amplified receiver output signal S1 are then not modulated with an LED modulation spectrum because of the LED modulation frequency f LED =0Hz.
In diesem Beispiel der
Die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt dann das mit dem Mikrowellenmodulationssignal modulierte Mikrowellensignal µW. Die Steuervorrichtung CTR steuert die Mikrowellensignalquelle µWG bevorzugt über den beispielhaften Datenbus DB.The microwave signal source µWG then generates the microwave signal µW modulated with the microwave modulation signal. The control device CTR preferably controls the microwave signal source μWG via the exemplary data bus DB.
Da das Mikrowellenmodulationssignal S5m mit einem Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert ist, ist dann auch das Mikrowellensignal µW mit dem Mikrowellenmodulationsspektrum amplitudenmoduliert. Daher ist dann typischerweise auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Fluoreszenzstrahlung FL mit dem Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert. Daher sind dann auch das Empfängerausgangssignal S0 und das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 mit dem Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert.Since the microwave modulation signal S5m is modulated with a microwave modulation spectrum, the microwave signal μW is then also amplitude modulated with the microwave modulation spectrum. Therefore, the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL is then typically modulated with the microwave modulation spectrum. Therefore, the receiver output signal S0 and the amplified receiver output signal S1 are also modulated with the microwave modulation spectrum.
Typischerweise verstärkt ein optionaler erster Verstärker V1 das Empfängerausgangssignal S0 des Fotodetektors PD zu einem verstärkten Empfängerausgangssignal S1. Bevorzugt weist die Übertragungsfunktion des ersten Verstärkers V1 für die Verstärkung des Empfängerausgangssignals S0 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 eine Filtereigenschaft auf, die typischerweise so gewählt ist, dass der erste Verstärker V1 im Wesentlichen nur modulierte Signalanteile des Empfängerausgangssignals S0 mit einer Frequenz f≠0Hz zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 verstärkt und im Wesentlichen nur Signalanteile des Empfängerausgangssignals S0 mit einer Frequenz f<fmax zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 verstärkt. Dabei ist bevorzugt fmax eine Maximalfrequenz deren Frequenzbetragswert vorzugsweise größer als der Frequenzbetragswert derjenigen Mischfrequenz mit dem größten Frequenzbetragswert ist.Typically, an optional first amplifier V1 amplifies the receiver output signal S0 of the photodetector PD to an amplified receiver output signal S1. Preferably, the transfer function of the first amplifier V1 for the amplification of the receiver output signal S0 to the amplified receiver output signal S1 has a filter property which is typically selected such that the first amplifier V1 essentially only transmits modulated signal components of the receiver output signal S0 with a frequency f≠0Hz to the amplified receiver output signal S1 amplifies and essentially only signal components of the receiver output signal S0 with a frequency f <f max are amplified to the amplified receiver output signal S1. In this case, f max is preferably a maximum frequency whose frequency absolute value is preferably greater than the frequency absolute value of that mixed frequency with the largest frequency absolute value.
Bevorzugt umfassen der erste Verstärker V1 oder die Vorrichtung eine Analog-zu-Digital-Wandlung ADC, sodass das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 ein digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1 sein kann.Preferably, the first amplifier V1 or the device includes an analog-to-digital conversion ADC, so that the amplified receiver output signal S1 can be a digitized receiver output signal S1.
Die Steuervorrichtung CTR kann den Mehrfachkorrelator LIV der
Der Mehrfachkorrelator LIV der
Sofern der Mehrfachkorrelator LIV das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1 mit einem Signal s1(t) korreliert, so berechnet der Mehrfachkorrelator LIV im Wesentlichen das folgende Korrelationsintegral:
Hierbei bezieht sich der Winkel 2π auf die Periode des periodischen Signals s1(t).Here, the angle 2π refers to the period of the periodic signal s1(t).
In dem Beispiel der
Hierbei bezieht sich der Winkel 2π auf die Periode des periodischen Signals S5m(t). Das Signal SSmq ist typischerweise das invertierte Signal des Mikrowellenmodulationssignal S5m.Here, the angle 2π refers to the period of the periodic signal S5m(t). The signal SSmq is typically the inverted signal of the microwave modulation signal S5m.
Bevorzugt ist das Mikrowellenmodulationssignal S5m(t) ein digitales Signal, dass den logischen 1-Pegel und den Logischen 0-Pegel annehmen kann.Preferably, the microwave modulation signal S5m(t) is a digital signal that can assume the
Im Extremfall des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) soll bei einem logischen 1-Pegel des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) soll gemäß willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal µW mit der über den Datenbus DB voreingestellten Amplitude und der voreingestellten Mikrowellenfrequenz ωµW einschalten und erzeugen und bei einem logischen 0-Pegel des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) die die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal mit der Amplitude 0 erzeugen und somit das Mikrowellensignal µW abschalten.In the extreme case of the microwave modulation signal S5m(t), at a logical 1 level of the microwave modulation signal S5m(t), according to the arbitrary definition of the document presented here, the microwave signal source µWG should switch on a microwave signal µW with the amplitude preset via the data bus DB and the preset microwave frequency ω µW and generate and at a logical 0 level of the microwave modulation signal S5m(t), the microwave signal source µWG generates a microwave signal with the
Bei einem logischen 1-Pegel des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) soll nach willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal µW mit der über den Datenbus DB voreingestellten erhöhten Amplitude und der voreingestellten Mikrowellenfrequenz ωµW einschalten und erzeugen und bei einem logischen 0-Pegel Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal mit der über den Datenbus DB voreingestellten niedrigeren Amplitude und der voreingestellten Mikrowellenfrequenz ωµW erzeugen (ausschalten).At a logical 1 level of the microwave modulation signal S5m(t), according to the arbitrary definition of the document presented here, the microwave signal source µWG should switch on and generate a microwave signal µW with the increased amplitude preset via the data bus DB and the preset microwave frequency ω µW and at a logical 0- Level microwave modulation signal S5m(t), the microwave signal source µWG generates (switches off) a microwave signal with the lower amplitude preset via the data bus DB and the preset microwave frequency ω µW .
In dem Fall, dass das Mikrowellenmodulationssignal S5m(t) ein solches digitales Signal ist, kann ein invertiertes Mikrowellenmodulationssignals S5mq(t) als invertiertes Signal des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) definiert werden.In the case that the microwave modulation signal S5m(t) is such a digital signal, an inverted microwave modulation signal S5mq(t) can be defined as an inverted signal of the microwave modulation signal S5m(t).
Das Filterausgangssignal S4(t) gibt dann typischerweise den Anteil im verstärkten Empfängerausgangssignal S1 bzw. im digitalisierten Empfängerausgangssignal S1 an, der auf die Mikrowelleneinstrahlung des Mikrowellensignals µW in das Sensorelement SE zurückzuführen ist.The filter output signal S4(t) then typically indicates the proportion in the amplified receiver output signal S1 or in the digitized receiver output signal S1 that is due to the microwave radiation of the microwave signal μW into the sensor element SE.
Fall mit einer Modulationsgrundfrequenz (LED-Modulationsfrequenz)Case with a basic modulation frequency (LED modulation frequency)
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Vorrichtung mit nur einer von 0Hz verschiedenen Modulationsgrundfrequenz zu betreiben und die anderen Werte der anderen Modulationsgrundfrequenzen für die Dauer einer Messung auf quasi statische Werte zu setzen. Im Folgenden stellt das hier vorgelegte Dokument ein Beispiel vor.It is known from the prior art to operate the device with only one basic modulation frequency different from 0Hz and to set the other values of the other basic modulation frequencies to quasi-static values for the duration of a measurement. The document presented here presents an example below.
Sofern die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung beispielsweise
- 1. über den Datenbus DB mittels Steuerung des ersten Signalgenerators G1 eine Modulation der Intensität der Pumpstrahlung LB (Amplitudenmodulation), also mit einer mit einer LED-Modulationsfrequenz fLED vornimmt und
- 2. gleichzeitig über den Datenbus DB mittels Steuerung des zweiten Signalgenerators G2 eine Modulation der Intensität des Mikrowellensignals µW (Amplitudenmodulation) quasistatisch, also mit einer Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW=0 Hz vornimmt und
- 3. die Mikrowellenfrequenz des Mikrowellensignals µW den Datenbus DB in der Mikrowellensignalquelle µWG quasistatisch, also mit einer Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW=0Hz, einstellt und
- 4. den Wert des Kompensationsfeldsteuersignals auf einen quasistatischen Wert, d.h. auf eine Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg=0Hz, und damit auf eine quasistatische, durch die Steuervorrichtung CTR eingestellte Amplitude einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, einstellt, die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc erzeugt,
- 1. modulate the intensity of the pump radiation LB (amplitude modulation), i.e. with an LED with an LED modulation frequency f, via the data bus DB by controlling the first signal generator G1 and
- 2. Simultaneously modulate the intensity of the microwave signal µW (amplitude modulation) quasi-statically, i.e. with a microwave modulation frequency f µW =0 Hz, via the data bus DB by controlling the second signal generator G2 and
- 3. the microwave frequency of the microwave signal µW sets the data bus DB in the microwave signal source µWG quasi-statically, i.e. with a microwave frequency modulation frequency f fµW =0Hz, and
- 4. sets the value of the compensation field control signal to a quasi-static value, ie to a magnetic field modulation frequency f mg =0Hz, and thus to a quasi-static amplitude of an additional magnetic flux density B ad , set by the control device CTR, which the magnetic field generating means Lc generates,
Es ergibt sich somit genau eine Mischfrequenz mit denen das Empfängerausgangssignal S0 des Fotodetektors PD moduliert sein kann.This results in exactly one mixed frequency with which the receiver output signal S0 of the photodetector PD can be modulated.
Ein erster Signalgenerator G1 erzeugt in diesem Beispiel das das quasi statische LED-Modulationssignal S5w, mit einer der LED -Modulationsfrequenz fLED typischerweise entsprechend einem Vorgabewert, den die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB in dem ersten Signalgenerator G1 eingestellt hat. Die Steuervorrichtung CTR steuert den ersten Signalgenerator G1 bevorzugt über den beispielhaften Datenbus DB. Typischerweise moduliert der erst Signalgenerator G1 das LEED-Modulationssignal S5w mit dem besagten LED-Modulationsspektrum und/oder mit der besagten LED-Modulationsfrequenz fLED. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der LED-Modulation des LED-Modulationssignals S5w um eine PWM-Modulation mit einer PWM-Frequenz oder einen Bit-Strom eines Spreiz-Code-Signals mit einer Spreiz-Code-Periodendauer und einer Spreiz-Code-Bitfrequenz. Die Steuervorrichtung CTR steuert den ersten Signalgenerator G1 bevorzugt über den beispielhaften Datenbus DB.In this example, a first signal generator G1 generates the quasi-static LED modulation signal S5w, with one of the LED modulation frequency f LED typically corresponding to a default value that the control device CTR has set in the first signal generator G1 via the data bus DB. The control device CTR preferably controls the first signal generator G1 via the exemplary data bus DB. Typically, the first signal generator G1 modulates the LEED modulation signal S5w with said LED modulation spectrum and/or with said LED modulation frequency f LED . Most notably The LED modulation of the LED modulation signal S5w is preferably a PWM modulation with a PWM frequency or a bit stream of a spreading code signal with a spreading code period duration and a spreading code bit frequency. The control device CTR preferably controls the first signal generator G1 via the exemplary data bus DB.
Ein Lichtquellentreiber LDRV für die Lichtquelle LED erzeugt typischerweise aus dem LED-Modulationssignal S5w das Sendesignal S5, mit dem der Lichtquellentreiber LDRV die Lichtquelle LED bevorzugt auch mit elektrischer Energie versorgt. Bevorzugt handelt es sich bei der Lichtquelle LED um eine Halbleiterlichtquelle wie beispielsweise einen Laser oder eine LED. Ganz besonders bevorzugt umfasst die Lichtquelle LED eine Silizium-LED und/oder eine Silizium-Lawinen-LED wodurch dieser Vorrichtungsteil ggf. auch CMOS integrierbar wird.A light source driver LDRV for the light source LED typically generates the transmission signal S5 from the LED modulation signal S5w, with which the light source driver LDRV preferably also supplies the light source LED with electrical energy. The light source LED is preferably a semiconductor light source such as a laser or an LED. Very particularly preferably, the light source LED comprises a silicon LED and/or a silicon avalanche LED, which means that this part of the device can also be integrated into CMOS.
Die Lichtquelle LED emittiert dann in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 die Pumpstrahlung LB. mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.The light source LED then emits the pump radiation LB depending on the transmission signal S5. with the pump radiation wavelength λ pmp .
Das Empfängerausgangssignal S0 und das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 sind dann mit einem LED-Modulationsspektrum moduliert.The receiver output signal S0 and the amplified receiver output signal S1 are then modulated with an LED modulation spectrum.
Da das LED-Modulationssignal S5w mit einem LED-Modulationsspektrum moduliert ist, ist dann auch das Sendesignal S5 mit dem LED-Modulationsspektrum amplitudenmoduliert. Daher ist dann typischerweise auch der zeitliche Intensitätsverlauf Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL mit dem LED-Modulationsspektrum moduliert. Daher sind dann auch das Empfängerausgangssignal S0 und das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 mit dem LED-Modulationsspektrum moduliert.Since the LED modulation signal S5w is modulated with an LED modulation spectrum, the transmission signal S5 is then also amplitude modulated with the LED modulation spectrum. Therefore, the time course of intensity I ist (t) of the fluorescence radiation FL is then typically modulated with the LED modulation spectrum. Therefore, the receiver output signal S0 and the amplified receiver output signal S1 are also modulated with the LED modulation spectrum.
In diesem Beispiel der
Die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt dann das unmodulierte Mikrowellensignal µW. Die Steuervorrichtung CTR steuert die Mikrowellensignalquelle µWG bevorzugt über den beispielhaften Datenbus DB.The microwave signal source µWG then generates the unmodulated microwave signal µW. The control device CTR preferably controls the microwave signal source μWG via the exemplary data bus DB.
Typischerweise verstärkt ein optionaler erster Verstärker V1 das Empfängerausgangssignal S0 des Fotodetektors PD zu einem verstärkten Empfängerausgangssignal S1. Bevorzugt weist die Übertragungsfunktion des ersten Verstärkers V1 für die Verstärkung des Empfängerausgangssignals S0 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 eine Filtereigenschaft auf, die typischerweise so gewählt ist, dass der erste Verstärker V1 im Wesentlichen nur modulierte Signalanteile des Empfängerausgangssignals S0 mit einer Frequenz f≠0Hz zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 verstärkt und im Wesentlichen nur Signalanteile des Empfängerausgangssignals S0 mit einer Frequenz f<fmax zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 verstärkt. Dabei ist bevorzugt fmax eine Maximalfrequenz deren Frequenzbetragswert vorzugsweise größer als der Frequenzbetragswert derjenigen Mischfrequenz mit dem größten Frequenzbetragswert ist.Typically, an optional first amplifier V1 amplifies the receiver output signal S0 of the photodetector PD to an amplified receiver output signal S1. Preferably, the transfer function of the first amplifier V1 for the amplification of the receiver output signal S0 to the amplified receiver output signal S1 has a filter property which is typically selected such that the first amplifier V1 essentially only transmits modulated signal components of the receiver output signal S0 with a frequency f≠0Hz to the amplified receiver output signal S1 amplifies and essentially only signal components of the receiver output signal S0 with a frequency f <f max are amplified to the amplified receiver output signal S1. In this case, f max is preferably a maximum frequency whose frequency absolute value is preferably greater than the frequency absolute value of that mixed frequency with the largest frequency absolute value.
Bevorzugt umfassen der erste Verstärker V1 oder die Vorrichtung eine Analog-zu-Digital-Wandlung ADC, sodass das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 ein digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1 sein kann.Preferably, the first amplifier V1 or the device includes an analog-to-digital conversion ADC, so that the amplified receiver output signal S1 can be a digitized receiver output signal S1.
Die Steuervorrichtung CTR kann den Mehrfachkorrelator LIV der
Der Mehrfachkorrelator LIV der
Sofern der Mehrfachkorrelator LIV das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1 mit einem Signal s1(t) korreliert, so berechnet der Mehrfachkorrelator LIV im Wesentlichen das folgende Korrelationsintegral:
Hierbei bezieht sich der Winkel 2π auf die Periode des periodischen Signals s1(t). In dem Beispiel der
Hierbei bezieht sich der Winkel 2π auf die Periode des periodischen Signals S5m(t). Das Signal S5wq ist typischerweise das invertierte Signal des LED-Modulationssignal S5w.Here, the angle 2π refers to the period of the periodic signal S5m(t). The signal S5wq is typically the inverted signal of the LED modulation signal S5w.
Bevorzugt ist das LED-Modulationssignal S5w(t) ein digitales Signal, dass den logischen 1-Pegel und den Logischen 0-Pegel annehmen kann.The LED modulation signal S5w(t) is preferably a digital signal that can assume the
Im Extremfall des LED-Modulationssignals S5w(t) soll bei einem logischen 1-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) gemäß willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift die Lichtquelle LED ein die Pumpstrahlung LB mit der über den Datenbus DB voreingestellten Amplitude einschalten und erzeugen und bei einem logischen 0-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) soll die Lichtquelle LED die Pumpstrahlung LB mit der Amplitude 0 erzeugen und somit die Pumpstrahlung LB abschalten.In the extreme case of the LED modulation signal S5w(t), at a logical 1 level of the LED modulation signal S5w(t), according to the arbitrary definition of the document presented here, the light source LED should switch on and generate the pump radiation LB with the amplitude preset via the data bus DB and when the LED modulation signal S5w(t) has a logical 0 level, the light source LED should generate the pump radiation LB with the
Bei einem logischen 1-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) soll nach willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift die Lichtquelle LED die Pumpstrahlung LB mit der über den Datenbus DB voreingestellten erhöhten Amplitude einschalten und erzeugen und bei einem logischen 0-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) die Lichtquelle LED ein Pumpstrahlung LB mit der über den Datenbus DB voreingestellten niedrigeren Amplitude erzeugen (ausschalten).At a logical 1 level of the LED modulation signal S5w(t), according to the arbitrary definition of the document presented here, the light source LED should switch on and generate the pump radiation LB with the increased amplitude preset via the data bus DB and at a logical 0 level of the LED Modulation signal S5w(t), the light source LED generates (switches off) a pump radiation LB with the lower amplitude preset via the data bus DB.
In dem Fall, dass das LED-Modulationssignal S5w(t) ein solches digitales Signal ist, kann ein invertiertes LED-Modulationssignals S5wq(t) als invertiertes Signal des LED-Modulationssignals S5w(t) definiert werden.In the case that the LED modulation signal S5w(t) is such a digital signal, an inverted LED modulation signal S5wq(t) can be defined as an inverted signal of the LED modulation signal S5w(t).
Das Filterausgangssignal S4(t) gibt dann typischerweise den Anteil im verstärkten Empfängerausgangssignal S1 bzw. im digitalisierten Empfängerausgangssignal S1 an, der auf die Einstrahlung der Pumpstrahlung LB in das Sensorelement SE zurückzuführen ist.The filter output signal S4(t) then typically indicates the proportion in the amplified receiver output signal S1 or in the digitized receiver output signal S1 that is due to the irradiation of the pump radiation LB into the sensor element SE.
Fall mit zwei ModulationsgrundfrequenzenCase with two fundamental modulation frequencies
Es ist denkbar und neu gegenüber dem Stand der Technik, die Vorrichtung mit zwei statt nur einer von 0Hz verschiedenen Modulationsgrundfrequenzen zu betreiben und die anderen Werte für die Dauer einer Messung auf quasi statische Werte zu setzen. Im Folgenden stellt das hier vorgelegte Dokument ein bevorzugtes Beispiel vor, ohne die Offenbarung darauf zu beschränken.It is conceivable and new compared to the prior art to operate the device with two basic modulation frequencies different from 0Hz instead of just one and to set the other values to quasi-static values for the duration of a measurement. In the following, the document presented here presents a preferred example without limiting the disclosure thereto.
Sofern die Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung beispielsweise
- 1. über den Datenbus DB mittels Steuerung des ersten Signalgenerators G1 eine Modulation der Intensität der Pumpstrahlung LB (Amplitudenmodulation) mit einer LED-Modulationsfrequenz fLED einstellt und
- 2. gleichzeitig über den Datenbus DB mittels Steuerung des zweiten Signalgenerators G2 eine Modulation der Intensität des Mikrowellensignals µW (Amplitudenmodulation) mit einer Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW vornimmt und
- 3. die Mikrowellenfrequenz des Mikrowellensignals µW den Datenbus DB in der Mikrowellensignalquelle µWG quasistatisch, also mit einer Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW=0Hz, einstellt und
- 4. den Wert des Kompensationsfeldsteuersignals auf einen quasistatischen Wert, d.h. auf eine Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg=0Hz, und damit auf eine quasistatische, durch die Steuervorrichtung CTR eingestellte Amplitude einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, einstellt, die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc erzeugt,
- 1. sets a modulation of the intensity of the pump radiation LB (amplitude modulation) with an LED modulation frequency f LED via the data bus DB by controlling the first signal generator G1 and
- 2. Simultaneously modulate the intensity of the microwave signal µW (amplitude modulation) with a microwave modulation frequency f µW via the data bus DB by controlling the second signal generator G2 and
- 3. the microwave frequency of the microwave signal µW sets the data bus DB in the microwave signal source µWG quasi-statically, i.e. with a microwave frequency modulation frequency f fµW =0Hz, and
- 4. sets the value of the compensation field control signal to a quasi-static value, ie to a magnetic field modulation frequency f mg =0Hz, and thus to a quasi-static amplitude of an additional magnetic flux density B ad , set by the control device CTR, which the magnetic field generating means Lc generates,
Es ergeben sich somit nun 22=4 Mischfrequenzen mit denen das Empfängerausgangssignal S0 des Fotodetektors PD moduliert sein kann.This now results in 2 2 =4 mixed frequencies with which the receiver output signal S0 of the photodetector PD can be modulated.
Vorzugsweise ist in dieser Konfiguration die Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg so eingestellt, dass für die Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg=0Hz gilt.In this configuration, the magnetic field modulation frequency f mg is preferably set such that the magnetic field modulation frequency f mg =0Hz.
Vorzugsweise ist in dieser Konfiguration die Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW so eingestellt, dass für die Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW=0Hz gilt.In this configuration, the microwave frequency modulation frequency f fµW is preferably set such that the microwave frequency modulation frequency f fµW =0Hz.
Vorzugsweise sind die Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW und die LED -Modulationsfrequenz fLED nun so gewählt, dass vorzugsweise diese vier Mischfrequenzen sich unterscheiden.Preferably, the microwave modulation frequency f µW and the LED modulation frequency f LED are now selected so that these four mixed frequencies preferably differ.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine zweite Modulationsgrundfrequenz den doppelten Frequenzwert einer ersten Modulationsgrundfrequenz diese beiden Modulationsgrundfrequenzen ωµW und ωLED aufweist.This can be achieved, for example, in that a second basic modulation frequency has twice the frequency value of a first basic modulation frequency, these two basic modulation frequencies ω µW and ω LED .
Beispielsweise ist es, um hier ein willkürliches Beispiel zu nennen, denkbar, dass die die Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW den doppelten Frequenzwert der LED -Modulationsfrequenz fLED aufweist.For example, to give an arbitrary example here, it is conceivable that the microwave modulation frequency f µW has twice the frequency value of the LED modulation frequency f LED .
Der erste Signalgenerator G1 erzeugt in diesem Beispiel dieser Konfiguration das LED-Modulationssignal S5W, mit einer der LED -Modulationsfrequenz fLED typischerweise entsprechend einem von null verschiedenen Vorgabewert, den die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB in dem ersten Signalgenerator G1 eingestellt hat. Typischerweise moduliert der erste Signalgenerator G1 das LED-Modulationssignal S5W mit dem besagten LED-Modulationsspektrum und/oder mit der besagten LED-Modulationsfrequenz fLED. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der LED-Modulation des LED-Modulationssignal SSW um eine PWM-Modulation mit einer PWM-Frequenz oder einen Bit-Strom eines Spreiz-Code-Signals mit einer Spreiz-Code-Periodendauer und einer Spreiz-Code-Bitfrequenz. Die Steuervorrichtung CTR steuert den ersten Signalgenerator G1 bevorzugt über den beispielhaften Datenbus DB.In this example of this configuration, the first signal generator G1 generates the LED modulation signal S5W, with one of the LED modulation frequency f LED typically corresponding to a non-zero default value that the control device CTR has set in the first signal generator G1 via the data bus DB. Typically, the first signal generator G1 modulates the LED modulation signal S5W with said LED modulation spectrum and/or with said LED modulation frequency f LED . Very particularly preferably, the LED modulation of the LED modulation signal SSW is a PWM modulation with a PWM frequency or a bit stream of a spreading code signal with a spreading code period duration and a spreading code Bit frequency. The control device CTR preferably controls the first signal generator G1 via the exemplary data bus DB.
Ein Lichtquellentreiber LDRV für die Lichtquelle LED erzeugt typischerweise aus dem LED-Modulationssignal SSW das Sendesignal S5, mit dem der Lichtquellentreiber LDRV die Lichtquelle LED bevorzugt auch mit elektrischer Energie versorgt. Bevorzugt handelt es sich bei der Lichtquelle LED um eine Halbleiterlichtquelle wie beispielsweise einen Laser oder eine LED. Ganz besonders bevorzugt umfasst die Lichtquelle LED eine Silizium-LED und/oder eine Silizium-Lawinen-LED wodurch dieser Vorrichtungsteil ggf. auch CMOS integrierbar wird.A light source driver LDRV for the light source LED typically generates the transmission signal S5 from the LED modulation signal SSW, with which the light source driver LDRV preferably also supplies the light source LED with electrical energy. The light source LED is preferably a semiconductor light source such as a laser or an LED. Very particularly preferably, the light source LED comprises a silicon LED and/or a silicon avalanche LED, which means that this part of the device can also be integrated into CMOS.
Die Lichtquelle LED emittiert dann in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 die Pumpstrahlung LB. mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.The light source LED then emits the pump radiation LB depending on the transmission signal S5. with the pump radiation wavelength λ pmp .
Da das LED-Modulationssignal S5w mit einem LED-Modulationsspektrum moduliert ist, ist dann auch das Sendesignal S5 mit dem LED-Modulationsspektrum moduliert. Da das Sendesignal S5 mit dem LED-Modulationsspektrum moduliert ist, ist typischerweise der zeitliche Intensitätsverlauf der Pumpstrahlung LB mit dem LED-Modulationsspektrum moduliert. Daher ist dann typischerweise auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Intensität Iist(t) der Fluoreszenzstrahlung FL mit dem LED-Modulationsspektrum moduliert. Daher sind dann auch das Empfängerausgangssignal S0 und das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 typischerweise mit dem LED-Modulationsspektrum moduliert.Since the LED modulation signal S5w is modulated with an LED modulation spectrum, the transmission signal S5 is then also modulated with the LED modulation spectrum. Since the transmission signal S5 is modulated with the LED modulation spectrum, the time course of the intensity of the pump radiation LB is typically modulated with the LED modulation spectrum. Therefore, the time course of the intensity I ist (t) of the fluorescent radiation FL is then typically modulated with the LED modulation spectrum. Therefore, the receiver output signal S0 and the amplified receiver output signal S1 are typically modulated with the LED modulation spectrum.
In diesem Beispiel der
Die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt dann das mit dem Mikrowellenmodulationssignal modulierte Mikrowellensignal µW. Die Steuervorrichtung CTR steuert die Mikrowellensignalquelle µWG bevorzugt über den beispielhaften Datenbus DB.The microwave signal source µWG then generates the microwave signal µW modulated with the microwave modulation signal. The control device CTR preferably controls the microwave signal source μWG via the exemplary data bus DB.
Da das Mikrowellenmodulationssignal S5m mit einem Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert ist, ist dann typischerweise auch das Mikrowellensignal µW mit dem Mikrowellenmodulationsspektrum amplitudenmoduliert. Daher ist dann typischerweise auch der zeitliche Intensitätsverlauf der Fluoreszenzstrahlung FL mit dem Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert. Daher sind dann typischerweise auch das Empfängerausgangssignal S0 und das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 mit dem Mikrowellenmodulationsspektrum moduliert.Since the microwave modulation signal S5m is modulated with a microwave modulation spectrum, the microwave signal μW is then typically also amplitude modulated with the microwave modulation spectrum. Therefore, the time course of the intensity of the fluorescence radiation FL is then typically modulated with the microwave modulation spectrum. Therefore, the receiver output signal S0 and the amplified receiver output signal S1 are then typically modulated with the microwave modulation spectrum.
Typischerweise verstärkt der optionale erste Verstärker V1 das Empfängerausgangssignal S0 des Fotodetektors PD zu einem verstärkten Empfängerausgangssignal S1. Bevorzugt weist die Übertragungsfunktion des ersten Verstärkers V1 für die Verstärkung des Empfängerausgangssignals S0 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 eine Filtereigenschaft auf, die typischerweise so gewählt ist, dass der erste Verstärker V1 im Wesentlichen nur modulierte Signalanteile des Empfängerausgangssignals S0 mit einer Frequenz f≠0Hz zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 verstärkt und im Wesentlichen nur Signalanteile des Empfängerausgangssignals S0 mit einer Frequenz f<fmax zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 verstärkt. Dabei ist bevorzugt fmax eine Maximalfrequenz deren Frequenzbetragswert vorzugsweise größer als der Frequenzbetragswert derjenigen Mischfrequenz mit dem größten Frequenzbetragswert ist.Typically, the optional first amplifier V1 amplifies the receiver output signal S0 of the photodetector PD to an amplified receiver output signal S1. Preferably, the transfer function of the first amplifier V1 for the amplification of the receiver output signal S0 to the amplified receiver output signal S1 has a filter property which is typically selected such that the first amplifier V1 essentially only transmits modulated signal components of the receiver output signal S0 with a frequency f≠0Hz to the amplified receiver output signal S1 amplifies and essentially only signal components of the receiver output signal S0 with a frequency f <f max are amplified to the amplified receiver output signal S1. In this case, f max is preferably a maximum frequency whose frequency absolute value is preferably greater than the frequency absolute value of that mixed frequency with the largest frequency absolute value.
Bevorzugt umfassen der erste Verstärker V1 oder die Vorrichtung eine Analog-zu-Digital-Wandlung ADC, sodass das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 ein digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1 sein kann. Preferably, the first amplifier V1 or the device includes an analog-to-digital conversion ADC, so that the amplified receiver output signal S1 can be a digitized receiver output signal S1.
Die Steuervorrichtung CTR kann den Mehrfachkorrelator LIV der
Der Mehrfachkorrelator LIV der
- 1. dem LED-Modulationssignal S5w,
- 2. dem Mikrowellensignal µW.
- 1. the LED modulation signal S5w,
- 2. the microwave signal µW.
Sofern der Mehrfachkorrelator LIV das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1 mit zwei Signalen s1(t) und s2(t) korreliert, so berechnet der Mehrfachkorrelator LIV im Wesentlichen beispielsweise das folgende Korrelationsintegral:
DFINITION: Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet diese mathematische Form nun als ein L3-Produkt (für drei Funktionen) in Anlehnung an das bekannte L2-Produkt.DFINITION: The document presented here now refers to this mathematical form as an L3 product (for three functions) based on the well-known L2 product.
Hierbei bezieht sich der Winkel 2π auf die Periode desjenigen periodischen Signals s1(t) oder s2(t) mit der längeren Periodendauer. Voraussetzung ist, dass die Periodendauer des Signals mit der längeren Periodendauer ein ganzzahliges Vielfaches der die Periodendauer des Signals mit der kürzeren Periodendauer ist.Here, the angle 2π refers to the period of the periodic signal s1(t) or s2(t) with the longer period. The prerequisite is that the period of the signal with the longer period is an integer multiple of the period of the signal with the shorter period.
In dem Beispiel der
Hierbei bezieht sich der Winkel 2π auf die Periode desjenigen periodischen Signals S5m(t) oder S5w(t) mit der längeren Periodendauer. Bevorzugte Voraussetzung ist, dass die Periodendauer des Signals mit der längeren Periodendauer ein ganzzahliges Vielfaches der die Periodendauer des Signals mit der kürzeren Periodendauer ist.Here, the angle 2π refers to the period of the periodic signal S5m(t) or S5w(t) with the longer period. The preferred requirement is that the period duration of the signal with the longer period duration is an integer multiple of the period duration of the signal with the shorter period duration.
Bevorzugt ist das LED-Modulationssignal S5w(t) ein digitales Signal, dass den logischen 1-Pegel und den Logischen 0-Pegel annehmen kann.The LED modulation signal S5w(t) is preferably a digital signal that can assume the
Im Extremfall des LED-Modulationssignals S5w(t) soll bei einem logischen 1-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) soll willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift der Lichtquellentreiber LDRV für die Lichtquelle LED die Abgabe einer Pumpstrahlung LB durch die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED einschalten und bei einem logischen 0-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED abschalten.In the extreme case of the LED modulation signal S5w(t), at a logical 1 level of the LED modulation signal S5w(t), the light source driver LDRV for the light source LED should, according to the arbitrary definition of the document presented here, emit a pump radiation LB through the pump radiation source, here the Switch on the LED light source and switch off the pump radiation source, here the LED light source, when the LED modulation signal S5w(t) has a logical 0 level.
Bei einem logischen 1-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) soll nach willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift der Lichtquellentreiber LDRV für die Lichtquelle LED die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, zu der Abgabe einer erhöhten Intensität der Pumpstrahlung LB veranlassen und bei einem logischen 0-Pegel des LED-Modulationssignals S5w(t) die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, zu der Abgabe einer verminderten Intensität der Pumpstrahlung LB veranlassen.If the LED modulation signal S5w(t) has a logical 1 level, according to the arbitrary definition of the document presented here, the light source driver LDRV for the light source LED should cause the pump radiation source, here the light source LED, to emit an increased intensity of the pump radiation LB and at a Logical 0 level of the LED modulation signal S5w(t) causes the pump radiation source, here the light source LED, to emit a reduced intensity of the pump radiation LB.
Bevorzugt ist das Mikrowellenmodulationssignal S5m(t) ein digitales Signal, dass den logischen 1-Pegel und den Logischen 0-Pegel annehmen kann.The microwave modulation signal S5m(t) is preferably a digital signal that can assume the
Im Extremfall des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) soll bei einem logischen 1-Pegel des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) soll gemäß willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal mit der über den Datenbus DB voreingestellten Amplitude und der voreingestellten Mikrowellenfrequenz einschalten und erzeugen und bei einem logischen 0-Pegel des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) die die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal mit der Amplitude 0 erzeugen und somit das Mikrowellensignal µW abschalten.In the extreme case of the microwave modulation signal S5m(t), at a logical 1 level of the microwave modulation signal S5m(t), according to the arbitrary definition of the document presented here, the microwave signal source µWG should switch on and generate a microwave signal with the amplitude preset via the data bus DB and the preset microwave frequency and At a logical 0 level of the microwave modulation signal S5m(t), the microwave signal source µWG generates a microwave signal with the
Bei einem logischen 1-Pegel des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) soll nach willkürlicher Definition der hier vorgelegten Schrift die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal mit der über den Datenbus DB voreingestellten erhöhten Amplitude und der voreingestellten Mikrowellenfrequenz ωµW einschalten und erzeugen und bei einem logischen 0-Pegel Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal mit der über den Datenbus DB voreingestellten niedrigeren Amplitude und der voreingestellten Mikrowellenfrequenz ωµW erzeugen (ausschalten).At a logical 1 level of the microwave modulation signal S5m(t), according to the arbitrary definition of the document presented here, the microwave signal source µWG should switch on and generate a microwave signal with the increased amplitude preset via the data bus DB and the preset microwave frequency ω µW and at a logical 0 level Microwave modulation signal S5m(t), the microwave signal source µWG generates (switches off) a microwave signal with the lower amplitude preset via the data bus DB and the preset microwave frequency ω µW .
In dem Fall, dass das Mikrowellenmodulationssignal S5m(t) ein solches digitales Signal ist, kann ein invertiertes Mikrowellenmodulationssignals S5mq(t) als invertiertes Signal des Mikrowellenmodulationssignals S5m(t) definiert werden.In the case that the microwave modulation signal S5m(t) is such a digital signal, an inverted microwave modulation signal S5mq(t) can be defined as an inverted signal of the microwave modulation signal S5m(t).
In dem Fall, dass das LED-Modulationssignals S5w(t) ein solches digitales Signal ist, kann ein invertiertes LED-Modulationssignals S5wq(t) als invertiertes Signal des LED-Modulationssignals S5w(t) definiert werden.In the case that the LED modulation signal S5w(t) is such a digital signal, an inverted LED modulation signal S5wq(t) can be defined as an inverted signal of the LED modulation signal S5w(t).
Insgesamt kann die der Mehrfachkorrelator LIV aus dem das verstärkten Empfängerausgangssignal S1, Mikrowellenmodulationssignal S5m(t) und dem LED-Modulationssignal S5w(t) dann vier L3-Produkte in Form von vier Filterausgangssignalen S4(t) bilden:
Das erste so gebildete Filterausgangssignal S4a(t) gibt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL an, wenn die Pumpstrahlung LB eingeschaltet ist und das Mikrowellensignal µW eingeschaltet ist.The first filter output signal S4 a (t) formed in this way indicates the intensity of the fluorescence radiation FL when the pump radiation LB is switched on and the microwave signal μW is switched on.
Das zweite so gebildete Filterausgangssignal S4b(t) gibt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL an, wenn die Pumpstrahlung LB ausgeschaltet ist und das Mikrowellensignal µW eingeschaltet ist. Da infolge der fehlenden Pumpstrahlung LB keine Fluoreszenzstrahlung FL auftritt, repräsentiert dieses zweite so gebildete Filterausgangssignal S4b(t) den Strahlungsuntergrund, der aus welchen Gründen auch immer vorhanden ist.The second filter output signal S4 b (t) formed in this way indicates the intensity of the fluorescent radiation FL when the pump radiation LB is switched off and the microwave signal μW is switched on. Since no fluorescence radiation FL occurs due to the missing pump radiation LB, this second filter output signal S4 b (t) formed in this way represents the radiation background which is present for whatever reason.
Das dritte so gebildete Filterausgangssignal S4c(t) gibt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL an, wenn die Pumpstrahlung LB eingeschaltet ist und das Mikrowellensignal µW ausgeschaltet ist. Das dritte so gebildete Filterausgangssignal S4c(t) gibt somit die Intensität der mikrowellenfreien Fluoreszenzstrahlung FL an, wie sie beispielsweise aus der
Das vierte so gebildete Filterausgangssignal S4d(t) gibt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL an, wenn die Pumpstrahlung LB ausgeschaltet ist und das Mikrowellensignal µW ausgeschaltet ist. Da infolge der fehlenden Pumpstrahlung LB keine Fluoreszenzstrahlung FL auftritt, repräsentiert dieses zweite so gebildete Filterausgangssignal S4d(t) den Strahlungsuntergrund, der aus welchen Gründen auch immer vorhanden ist.The fourth filter output signal S4 d (t) formed in this way indicates the intensity of the fluorescence radiation FL when the pump radiation LB is switched off and the microwave signal μW is switched off. Since no fluorescence radiation FL occurs due to the missing pump radiation LB, this second filter output signal S4 d (t) formed in this way represents the radiation background which is present for whatever reason.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt nun vor, das Filterausgangssignal S4(t) als Merkmalsvektorsignal zu verstehen. Das hier vorgelegte Dokument schlägt nun vor, dieses vektorielle Filterausgangssignal S4(t) unter Subtraktion des jeweiligen Strahlungsuntergrunds beispielsweise wie folgt zu bilden:
Dies entspricht:
Ergebnis ist ein vierdimensionales Filterausgangssignal S4(t). Hierbei wurde die mögliche weitere Dimension des Filterausgangssignals entsprechend dem Integral
Typischerweise stellt die Steuervorrichtung CTR unterschiedliche Mikrowellenfrequenzen ωµW des Mikrowellensignals µW über den Datenbus DB in der Mikrowellensignalquelle µWG ein und unterschiedliche Werte des Kompensationsfeldsteuersignals ein. Die Steuervorrichtung CTR stellt somit typischer Weise unterschiedliche Amplituden der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, ein, die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc erzeugt. Die Steuervorrichtung CTR bestimmt dann mittels des Mehrfachkorrelators LIV für vorzugsweise jeden der eingestellten zweidimensionalen Arbeitspunkte aus Wert des Kompensationsfeldsteuersignals (d.h. eingestellter zusätzlicher magnetischer Flussdichte Bad) und Frequenzwert der Mikrowellenfrequenz ωµW des Mikrowellensignals µW den Wert des mehrdimensionalen Filterausgangssignals S4(t). D.h. die Vorrichtung überdeckt in der
Die Steuervorrichtung CTR speichert diese Werte vorzugsweise in einem Speicher RAM, NVM ab.The control device CTR preferably stores these values in a memory RAM, NVM.
Die Steuervorrichtung CTR speichert diese Werte vorzugsweise in einem Speicher RAM, NVM vorzugsweise in Form von Datensätzen ab.The control device CTR preferably stores these values in a memory RAM, NVM, preferably in the form of data records.
Vorzugsweise umfasst jeder Datensatz zum Ersten den vektoriellen Wert des Arbeitspunkts, also den Wert des Kompensationsfeldsteuersignals (d.h. eingestellter zusätzlicher magnetischer Flussdichte Bad) und den Frequenzwert der Mikrowellenfrequenz ωµW des Mikrowellensignals µW, und zum Zweiten die aktuellen Vektorkomponentenwerte des mehrdimensionalen Filterausgangssignals S4(t).Preferably, each data set firstly comprises the vectorial value of the operating point, i.e. the value of the compensation field control signal (ie set additional magnetic flux density B ad ) and the frequency value of the microwave frequency ω µW of the microwave signal µW, and secondly the current vector component values of the multidimensional filter output signal S4(t) .
Wenn die Steuervorrichtung CTR alle Arbeitspunkte eines Messzyklus vermessen hat, können die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV diese Datensätze als vorläufigen Merkmalsvektor für ein computer- oder logikimplementiertes Mustererkennungsverfahren oder eines der vorbeschriebenen computerimplementierten Verfahren verwenden.If the control device CTR has measured all operating points of a measurement cycle, the control device CTR and/or the pattern recognition device MEV can use these data sets as a preliminary feature vector for a computer or logic-implemented pattern recognition method or one of the computer-implemented methods described above.
Hierzu kann die Vorrichtung über eine separate Mustererkennungsvorrichtung MEV, verfügen, die das vektorielle Filterausgangssignal S4(t) direkt auswertet oder auf die Datensätze im Speicher RAM, NVM zugreift. Alternativ und bevorzugt kann die Steuervorrichtung CTR eine solche Mustererkennungsvorrichtung MEV durch ein computerimplementiertes verfahren emulieren. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung CTR ein computerimplementiertes Programm der künstlichen Intelligenz als Mustererkennungsprogramm ausführen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung CTR ein computerimplementiertes Neuronales Netzwerkmodell NN ausführen, das aus den erfassten Parametern die Gesamtflussdichte BΣ und die externe Gesamtflussdichte Bext=BΣ-Bad abschätzt. Beispielsweise kann es sich bei der Mustererkennungsvorrichtung MEV auch um eine Vorrichtung handeln, die ein computerimplementiertes oder logikimplementiertes Verfahren zur Musterkennung oder zur Vorbereitung einer Mustererkennung durch die Steuervorrichtung CTR mittels eines computerimplementierten Verfahrens zur Mustererkennung durchführt. Typischerweise erzeugt die Mustererkennungsvorrichtung MEV hierzu einen Musterdatensatz MDS. Bevorzugt umfasst dieser Musterdatensatz MDS den Datensatz eines von der Mustererkennungsvorrichtung MEV erkannten Musters und/oder einen Merkmalsvektor, den die Mustererkennung MEV aus dem typischerweise vektoriellen Filterausgangssigna S4(t) und ggf. weiteren im System vorliegenden Daten und Signalen extrahiert hat. Die Mustererkennungsvorrichtung MEV stellt diesen Musterdatensatz MDS für eine Mustererkennung und/oder eine Nachverarbeitung der Steuervorrichtung über den Datenbus DB und/oder über eine FiFo-Struktur oder eine spezielle Schnittstelle mit einem speziellen Musterdatensatzdatenbus zur weiteren Verarbeitung und/oder Verwendung zur Verfügung. Im Falle der Übermittlung von Merkmalsvektordaten innerhalb des Musterdatensatzes kann die Steuervorrichtung CTR eine Mustererkennung in den übermittelten aktuellen und zeitlich vorausgegangenen Merkmalsvektordaten mit Hilfe eines computerimplementierten Programms zur Mustererkennung oder dergleichen durchführen. Ein wichtiger Wert, den die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV ermitteln, ist typischerweise der Wert der erkannten Gesamtflussdichte BΣ. Typischerweise umfasst dieser Musterdatensatz MEV auch den Messfehlerwert, mit dem dieser Wert der erkannten Gesamtflussdichte BΣbehaftet ist. Die Mustererkennungsvorrichtung MEV kann ein eigenes Rechnersystem mit einem eigenen Rechnerkern umfassen. Die Mustererkennungsvorrichtung MEV kann einen eigenen Programmspeicher und einen eigenen Datenspeicher umfassen. Die Speicher des Systems können flüchtig und nicht flüchtig sein. Ein solches Rechnersystem der Mustererkennungsvorrichtung MEV kann ggf. gemeinsam mit der Steuervorrichtung CTR auf die flüchtigen Speicher RAM und nicht flüchtigen Speicher NVM zugreifen und sich diese mit der Steuervorrichtung CTR ganz oder teilweise teilen. Die Mustererkennungsvorrichtung MEV kann ihre Funktionen ganz oder teilweise durch Ausführung entsprechender computerimplementierter Programme realisieren, die in den Speichern der Mustererkennungsvorrichtung MEV oder den Speichern RAM, NVM des Systems zumindest zeitweise abgelegt sind.For this purpose, the device can have a separate pattern recognition device MEV, which directly evaluates the vector filter output signal S4(t) or accesses the data records in the RAM, NVM. Alternatively and preferably, the control device CTR can emulate such a pattern recognition device MEV using a computer-implemented method. For example, the control device CTR can execute a computer-implemented artificial intelligence program as a pattern recognition program. For example, the control device CTR can execute a computer-implemented neural network model NN, which estimates the total flux density B Σ and the external total flux density B ext =B Σ -B ad from the recorded parameters. For example, the pattern recognition device MEV can also be a device that carries out a computer-implemented or logic-implemented method for pattern recognition or for preparing pattern recognition by the control device CTR using a computer-implemented method for pattern recognition. For this purpose, the pattern recognition device MEV typically generates a pattern data record MDS. This pattern data record MDS preferably comprises the data record of a pattern recognized by the pattern recognition device MEV and/or a feature vector that the pattern recognition MEV has extracted from the typically vectorial filter output signal S4(t) and possibly other data and signals present in the system. The pattern recognition device MEV makes this pattern data set MDS available for pattern recognition and/or post-processing of the control device via the data bus DB and/or via a FiFo structure or a special interface with a special pattern data set data bus for further processing and/or use. In the case of transmitting feature vector data within the pattern data set, the control device CTR can carry out pattern recognition in the transmitted current and previous feature vector data using a computer-implemented program for pattern recognition or the like. An important value that the control device CTR and/or the pattern recognition device MEV determine is typically the value of the detected total flux density B Σ . More typical This sample data record MEV also includes the measurement error value with which this value of the detected total flux density B Σ is affected. The pattern recognition device MEV can include its own computer system with its own computer core. The pattern recognition device MEV can include its own program memory and its own data memory. The system's memories can be volatile and non-volatile. Such a computer system of the pattern recognition device MEV can, if necessary, access the volatile memory RAM and non-volatile memory NVM together with the control device CTR and share them in whole or in part with the control device CTR. The pattern recognition device MEV can implement its functions in whole or in part by executing corresponding computer-implemented programs that are stored at least temporarily in the memories of the pattern recognition device MEV or the RAM, NVM memories of the system.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuervorrichtung CTR während eines noch laufenden Messzyklus in Abhängigkeit von dem bereits in dem noch laufenden Messzyklus und in vorhergehenden Messzyklen erfassten Datensätzen einen oder mehrere zukünftige Arbeitspunkte des Sensorsystems (hinsichtlich magnetischer Flussdichte Bad und Mikrowellenfrequenz ωµW des Mikrowellensignals µW) festlegt, die als nachfolgend noch vermessen werden sollen. Vorzugsweise wendet die Steuervorrichtung CTR dabei beispielsweise ein computerimplementiertes Verfahren der Bayes'sche Optimierung an, um diese nachfolgenden einen oder mehreren Arbeitspunkte aus dem Wert des Kompensationsfeldsteuersignals (d.h. eingestellter zusätzlicher magnetischer Flussdichte Bad) und dem Frequenzwert der Mikrowellenfrequenz ωµW des Mikrowellensignals µW an diesem Arbeitspunkt für die nächste(n) Bestimmung(en) der Vektorkomponentenwerte des mehrdimensionalen Filterausgangssignals S4(t) festzulegen.It is particularly advantageous if the control device CTR detects one or more future operating points of the sensor system (with regard to magnetic flux density bath and microwave frequency ω µW of the microwave signal µW) during a measurement cycle that is still running, depending on the data sets already recorded in the measurement cycle that is still running and in previous measurement cycles. which are to be measured subsequently. Preferably, the control device CTR uses, for example, a computer-implemented method of Bayesian optimization to determine these subsequent one or more operating points from the value of the compensation field control signal (ie set additional magnetic flux density B ad ) and the frequency value of the microwave frequency ω µW of the microwave signal µW at this Set the operating point for the next determination(s) of the vector component values of the multidimensional filter output signal S4(t).
In einer weiteren Ausbildung umfasst das Sensorsystem bevorzugt eine Anzeigeeinheit, insbesondere einen Bildschirm 32, die in der Lage ist, die Lage der Grenze zwischen dem ersten Messpunkt und dem zweiten Messpunkt im Parameterraum grafisch darzustellen.In a further embodiment, the sensor system preferably comprises a display unit, in particular a
In einer weiteren Ausbildung des Sensorsystems, weist die Anzeigeeinheit, insbesondere der Bildschirm 32, beispielsweise eine grafische Benutzeroberfläche auf, die es einem Benutzer ermöglicht, die Lage der Grenze im Parameterraum zu überwachen und anzupassen.In a further embodiment of the sensor system, the display unit, in particular the
In einer weiteren Ausbildung des Sensorsystems, ist Steuerrechner, also beispielsweise die Steuervorrichtung CTR, dazu eingerichtet, computerimplementierte Fehlerkennungs- und Fehlerkorrekturalgorithmen basierend auf den Messwerten anzuwenden, um die Genauigkeit der Lagebestimmung der Grenze im Parameterraum zu verbessern.In a further embodiment of the sensor system, the control computer, for example the control device CTR, is set up to apply computer-implemented error detection and error correction algorithms based on the measured values in order to improve the accuracy of determining the position of the boundary in the parameter space.
In einer weiteren Ausbildung des Sensorsystems, ist der Steuerrechner, also beispielsweise die Steuervorrichtung CTR, dazu eingerichtet, mit anderen Sensoren und/oder Systemen (z.B. 33) insbesondere über eine Datenschnittstelle (z.B. 29) zu kommunizieren, um zusätzliche Informationen für die Lagebestimmung der Grenze im Parameterraum zu erhalten und/oder solche an diese anderen Sensoren und/oder Systemen (z.B. 33) weiterzugeben und/oder für diese bereitzuhalten.In a further embodiment of the sensor system, the control computer, for example the control device CTR, is set up to communicate with other sensors and/or systems (e.g. 33), in particular via a data interface (e.g. 29), in order to provide additional information for determining the position of the border in the parameter space and/or to pass them on to these other sensors and/or systems (e.g. 33) and/or to keep them available for them.
In einer weiteren Ausbildung des Sensorsystems, ist der Steuerrechner, also beispielsweise die Steuervorrichtung CTR, dazu eingerichtet, in Echtzeit zu arbeiten und die Lage der Grenze im Parameterraum kontinuierlich zu überwachen und zu aktualisieren.In a further embodiment of the sensor system, the control computer, for example the control device CTR, is set up to work in real time and to continuously monitor and update the position of the limit in the parameter space.
In einer weiteren Ausbildung des Sensorsystems, ist der Steuerrechner, also beispielsweise die Steuervorrichtung CTR, dazu eingerichtet, die Arbeitspunkte im Parameterraum adaptiv anzupassen, um eine optimale Messgenauigkeit für die Lagebestimmung der Grenze zu erreichen.In a further embodiment of the sensor system, the control computer, for example the control device CTR, is set up to adaptively adjust the operating points in the parameter space in order to achieve optimal measurement accuracy for determining the position of the limit.
In einer weiteren Ausbildung des Sensorsystems, ist der Steuerrechner, also beispielsweise die Steuervorrichtung CTR, dazu eingerichtet, die Messergebnisse zu speichern und zu analysieren, um Trends und Muster in der Lagebestimmung der Grenze im Parameterraum zu erkennen.In a further embodiment of the sensor system, the control computer, for example the control device CTR, is set up to store and analyze the measurement results in order to recognize trends and patterns in the position determination of the boundary in the parameter space.
Damit die Optimierung nicht durch eine zu lange Messdauer kontraproduktiv wird, sollt eine Abbruchbedingung, beispielsweise die Anzahl der Arbeitspunkte dann vorgesehen werden.So that the optimization does not become counterproductive due to a measurement time that is too long, a termination condition, for example the number of operating points, should then be provided.
Sind alle vorbestimmten und ggf. im Laufe eines Messzyklus nachbestimmten Arbeitspunkte vermessen und/oder ist die vorgegebene maximale Anzahl an Messpunkten erreicht oder überschritten, so beendet das Sensorsystem typischerweise den Messzyklus.If all predetermined working points and possibly redetermined ones in the course of a measuring cycle have been measured and/or the predetermined maximum number of measuring points has been reached or exceeded, the sensor system typically ends the measuring cycle.
Nach der Beendigung des letzten Messzyklus startet die Steuervorrichtung CTR typischerweise den nächsten Messzyklus. Hierzu kann die Steuervorrichtung CTR beispielsweise wieder zuerst die vorbestimmten Arbeitspunkte aus einem jeweiligen Wert des Kompensationsfeldsteuersignals (d.h. eingestellter zusätzlicher magnetischer Flussdichte Bad) an diesem Arbeitspunkt und dem jeweiligen Frequenzwert der Mikrowellenfrequenz des Mikrowellensignals µW an diesem Arbeitspunkt vermessen und die zugehörigen Vektorkomponentenwerte des mehrdimensionalen Filterausgangssignals S4(t) an diesen Arbeitspunkten erfassen und dann die Messwerte in einer zweiten Phase und/oder weiteren Phasen des Messzyklus durch Vermessung zusätzlicher Arbeitspunkte zu optimieren.After the last measurement cycle has ended, the control device CTR typically starts the next measurement cycle. For this purpose, the control device CTR can, for example, first measure the predetermined operating points from a respective value of the compensation field control signal (ie set additional magnetic flux density B ad ) at this operating point and the respective frequency value of the microwave frequency of the microwave signal μW at this operating point and the associated vector component values of the multidimensional filter output signal S4 (t) record at these operating points and then optimize the measured values in a second phase and/or further phases of the measuring cycle by measuring additional operating points.
Die Bestimmung der zusätzlichen Arbeitspunkte innerhalb der weiteren Phasen des Messzyklus kann auch durch andere computerimplementierte Optimierungsverfahren als ein computerimplementierte Bayes'sches Optimierungsverfahren erfolgen. Die Form und der Verlauf der unteren Resonanzkante 522, der unteren mittleren Resonanzkante 23, der oberen mittleren Resonanzkante 524, der oberen Resonanzkante 25 und des mittleren Resonanzminimums 529 der
Vorzugsweise bestimmt die Vorrichtung mittels eines computerimplementierten Verfahrens mittels der Steuervorrichtung CTR für die Arbeitspunkte und die dazwischen liegenden Bereiche eine jeweilige Messunsicherheit.Preferably, the device determines a respective measurement uncertainty for the operating points and the areas in between using a computer-implemented method using the control device CTR.
Bevorzugt ermittelt die Steuervorrichtung CTR im Rahmen eines Messzyklus einen oder mehrere der folgenden Werte
- 1. die wahrscheinliche Lage der unteren Resonanzkante 522,
- 2. die wahrscheinliche Lage der unteren mittleren Resonanzkante 523,
- 3. die wahrscheinliche Lage der oberen mittleren Resonanzkante 524,
- 4. die wahrscheinliche Lage der oberen Resonanzkante 525,
- 5. die wahrscheinliche Lage des mittleren Resonanzminimums 529,
- 6. den wahrscheinlichen Wert der wirksamen Offsetflussdichte Boff,
- 7. den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsflussdichte B0,
- 8. den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0,
- 9.
den wahrscheinlichen Wert 564 der magnetischen Flussdichte B, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 10.
den wahrscheinlichen Wert 565 der magnetischen Flussdichte B, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 11. die
wahrscheinliche Differenz 566 des Werts der magnetischen Flussdichte B, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minusdem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, - 12. die
wahrscheinliche Steigung 567 der Kurve an einem oder mehreren Arbeitspunkten; - 13. die
Polynomkoeffizienten der Polynomapproximation 627 der Kurve in einigen Arbeitspunkten, - 14. den wahrscheinlichen Wert einer unteren wirksamen magnetischen Flussdichte B22,
- 15. den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B23,
- 16. den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B24,
- 17. den wahrscheinlichen Wert einer oberen wirksamen magnetischen Flussdichte B25,
- 18. den wahrscheinlichen Wert einer wirksamen magnetische Resonanzminimum-Flussdichte B29,
- 19. den wahrscheinlichen Wert einer Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0;
- 20. den wahrscheinlichen Wert einer unteren Mikrowellenfrequenz ωµW22;
- 21. den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW23;
- 22. den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW24;
- 23. den wahrscheinlichen Wert einer oberen Mikrowellenfrequenz ωµW25;
- 24. den wahrscheinlichen Wert einer Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29;
- 25. den wahrscheinlichen Wert einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk;
- 26. den wahrscheinlichen Wert einer Mikrowellenmodulationsfrequenz fMµW;
- 1. the probable position of the
lower resonance edge 522, - 2. the probable position of the lower
middle resonance edge 523, - 3. the probable position of the upper
middle resonance edge 524, - 4. the probable position of the
upper resonance edge 525, - 5. the probable location of the
mean resonance minimum 529, - 6. the probable value of the effective offset flux density B off ,
- 7. the probable value of the zero-point flux density B 0 ,
- 8. the probable value of the zero point microwave frequency ω µW0 ,
- 9. the
probable value 564 of the magnetic flux density B associated with theupper reference line 561 at one or more operating points, - 10. the
probable value 565 of the magnetic flux density B associated with thelower reference line 562 at one or more operating points, - 11. the
probable difference 566 of the value of the magnetic flux density B associated with themiddle reference line 563 minus thevalue 565 of the magnetic flux density B associated with thelower reference line 562, - 12. the
probable slope 567 of the curve at one or more operating points; - 13. the polynomial coefficients of the
polynomial approximation 627 of the curve at some operating points, - 14. the probable value of a lower effective magnetic flux density B 22 ,
- 15. the probable value of a lower average effective magnetic flux density B 23 ,
- 16. the probable value of an upper average effective magnetic flux density B 24 ,
- 17. the probable value of an upper effective magnetic flux density B 25 ,
- 18. the probable value of an effective magnetic resonance minimum flux density B 29 ,
- 19. the probable value of a zero point microwave frequency ω µW0 ;
- 20. the probable value of a lower microwave frequency ω µW22 ;
- 21. the probable value of a lower mean microwave frequency ω µW23 ;
- 22. the probable value of an upper mean microwave frequency ω µW24 ;
- 23. the probable value of an upper microwave frequency ω µW25 ;
- 24. the probable value of a resonance minimum microwave frequency ω µW29 ;
- 25. the probable value of an unknown microwave frequency ω µWnk ;
- 26. the probable value of a microwave modulation frequency f MµW ;
Die Vorrichtung kann den wahrscheinlichen Frequenzwert einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk dadurch bestimmen, dass der die Mikrowellensignalquelle µWG ein internes Mikrowellensignal (µW_G_I, µW_G_II, µW_G_III, µW_G_IV) (Siehe
Bevorzugt regelt die Vorrichtung das zusätzliche Magnetfeld Bad nach. Hierzu erfasst die Vorrichtung mittels eines Magnetfeldsensors MS die magnetische Gesamtflussdichte BΣ, vergleicht den erfassten Wert der Gesamtflussdichte BΣ mit einem Sollwert und regelt dann die Bestromung des Magnetfelderzeugungsmittel Lc entsprechend der Differenz zwischen Gesamtflussdichte BΣ und Sollwert nach. Bevorzugt handelt es sich um eine Regelung mit einer PID-Regler-Charakteristik. Die Vorrichtung kann beispielsweise das Signal S4c(t) bilden und als Regelgröße verwenden. In dem Fall wäre das Sensorelement SE selbst der Magnetfeldsensor MS. Sofern die Vorrichtung nicht das Sensorelement SE als Magnetfeldsensor MS für die Regelung der magnetische Gesamtflussdichte BΣ verwendet, kann die Vorrichtung über eine Magnetfeldsensoransteuerung SIS verfügen, die den Magnetfeldsensor MS ansteuert, betreibt und ausliest und die so ausgelesenen Messdaten dem Magnetfeldregler LCTR und/oder der Steuervorrichtung CTR für die Nachregelung der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ, beispielsweise mittels Regelung der Bestromung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc durch den Magnetfeldregler LCTR, zur Verfügung stellt. Vorzugsweise kann dabei die Steuervorrichtung CTR den Magnetfeldregler LCTR und die Magnetfeldsensoransteuerung SIS über den Datenbus DB auslesen und/oder steuern.The device preferably regulates the additional magnetic field B ad . For this purpose, the device detects the total magnetic flux density B Σ using a magnetic field sensor MS, compares the detected value of the total flux density B Σ with a setpoint and then adjusts the current supply to the magnetic field generating means Lc according to the difference between the total flux density B Σ and the setpoint. It is preferably a control with a PID controller characteristic. The device can, for example, form the signal S4 c (t) and use it as a controlled variable. In that case, the sensor element SE itself would be the magnetic field sensor MS. If the device does not use the sensor element SE as a magnetic field sensor MS for regulating the total magnetic flux density B Σ , the device can have a magnetic field sensor control SIS, which controls, operates and reads out the magnetic field sensor MS and the measured data read out in this way to the magnetic field controller LCTR and / or the Control device CTR for the readjustment of the total magnetic flux density B Σ , for example by regulating the current supply to the magnetic field generating means Lc through the magnetic field controller LCTR. Preferably, the control device CTR can read out and/or control the magnetic field controller LCTR and the magnetic field sensor control SIS via the data bus DB.
Es ist offensichtlich, dass die Bildung der vorstehenden Integrale auch analog ohne Digitalisierung des Empfängerausgangssignals im Mehrfachkorrelator LIV erfolgen kann. Beispielsweise können die Vektorkomponentensignale S4a, S4b, S4c und S4d bzw. S41, S42, S43 und S44 in dem Mehrfachkorrelator LIV auch mittels analoger Signalverarbeitung gebildet werden. In dem Fall ist eine Digitalisierung der dann analogen Vektorkomponentensignale S4a, S4b, S4c und S4d bzw. S41, S42, S43 und S44 des Filterausgangssignals S4 sinnvoll, um die Werte der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung zu stellen. Im Falle einer analogen Bildung der obigen Integrale hat sich die Verwendung eines Tiefpassfilters TP oder eines Filters mit Tiefpasseigenschaften als Integrator nach den erfolgten Multiplikationen bewährt.It is obvious that the formation of the above integrals can also be done analogously without digitizing the receiver output signal in the multiple correlator LIV. For example, the vector component signals S4 a , S4 b , S4 c and S4 d or S4 1 , S4 2 , S4 3 and S4 4 can also be formed in the multiple correlator LIV by means of analog signal processing. In this case, it makes sense to digitize the then analog vector component signals S4 a , S4 b , S4 c and S4 d or S4 1 , S4 2 , S4 3 and S4 4 of the filter output signal S4 in order to make the values available to the control device CTR. In the case of an analog formation of the above integrals, the use of a low-pass filter TP or a filter with low-pass properties as an integrator after the multiplications has been carried out has proven successful.
Zur Positionierung der Sensorelemente SEFor positioning the sensor elements SE
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt fünf Positionierungen von Sensorelementen SE relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der Tri-Plate-Leitung 2380 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310,
- 2. in der nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340,
- 3.
auf dem Signalleiter 1330, - 4. in der nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350,
- 5. auf der elektrisch leitenden linken
Signalmassefläche 1320.
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310, - 2. in the non-conductive
left isolation gap 2340, - 3. on the
signal conductor 1330, - 4. in the non-conductive
right isolation gap 2350, - 5. on the electrically conductive left
signal ground surface 1320.
Mischformen der Sensorelemente SE durch Fehlplatzierungen und Vergrößerungen der betreffenden Sensorelemente SE sind möglich.Mixed forms of the sensor elements SE due to incorrect placement and enlargement of the relevant sensor elements SE are possible.
Figur 70Figure 70
Zur Vereinfachung stellt der analoge Mehrfachkorrelator LIV der
Da der Mehrfachkorrelator LIV in der
Um die anderen Integrale bilden zu können, müssten weitere Vorrichtungsteile ergänzt werden, was einer fachkundigen Person leicht möglich ist.In order to be able to form the other integrals, additional device parts would have to be added, which is easily possible for a skilled person.
Zum ersten müssten die jeweils fehlenden invertierten Signale der hier verwendeten Signale gebildet werden. Hierzu müsste beispielsweise ein Inverter oder dergleichen das invertierte Mikrowellenmodulationssignal SSmq oder ein funktionsäquivalentes Signal aus dem Mikrowellenmodulationssignal S5m bilden. Des Weiteren müsste ein Inverter oder dergleichen das invertierte LED-Modulationssignal S5wd oder ein funktionsäquivalentes Signal aus dem LED-Modulationssignal S5w bilden. Außerdem wären zusätzliche Multiplizierer und für jedes zu bildende Signal ein weiterer Tiefpass TP notwendig. Zu Bildung der Differenzen der von diesen Tiefpässen TP gebildeten Filterausgangssignale S4a(t), S4b(t), S4c(t) und S4d(t) wären dann für jedes zu bildende Differenzsignal jeweils ein Subtrahierer notwendig, der eines der Filterausgangssignale S4a(t), S4b(t), S4c(t) und S4d(t) von einem anderen der Filterausgangssignale S4a(t), S4b(t), S4c(t) und S4d(t) subtrahiert und daraus eines der Vektorkomponentensignale S41(t), S42(t), S4a(t) und S44(t) des vektoriellen Filterausgangssignal S4(t) und ggf. andere Vektorkomponentensignale des vektoriellen Filterausgangssignal S4(t) bildet.Firstly, the missing inverted signals of the signals used here would have to be formed. For this purpose, for example, an inverter or the like would have to form the inverted microwave modulation signal SSmq or a functionally equivalent signal from the microwave modulation signal S5m. Furthermore, an inverter or the like would have to form the inverted LED modulation signal S5wd or a functionally equivalent signal from the LED modulation signal S5w. In addition, additional multipliers and a further low-pass TP would be necessary for each signal to be formed. In order to form the differences between the filter output signals S4 a (t), S4 b (t), S4 c (t) and S4 d (t) formed by these low-pass filters TP, a subtractor would then be necessary for each difference signal to be formed, which would be one of the filter output signals S4 a (t), S4 b (t), S4 c (t) and S4 d (t) from another one of the filter output signals S4 a (t), S4 b (t), S4 c (t) and S4 d (t ) is subtracted and one of the vector component signals S4 1 (t), S4 2 (t), S4 a (t) and S4 4 (t) of the vector filter output signal S4 (t) and possibly other vector component signals of the vector filter output signal S4 (t) are formed .
Die
In der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Vorzugsweise ist die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters TP daher so gewählt, dass die LED-Modulationsfrequenz fLED, die Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW und die Differenzfrequenz |fLED - fµW| sicher unterdrückt werden, so dass im Wesentlichen nur die Anteile um 0Hz herum den Tiefpassfilter TP passieren.The cutoff frequency of the low-pass filter TP is therefore preferably selected such that the LED modulation frequency f LED , the microwave modulation frequency f µW and the difference frequency |f LED - f µW | can be safely suppressed, so that essentially only the components around 0Hz pass through the low-pass filter TP.
Der Tiefpass TP kann auch komplexere Filterfunktionen realisieren und umfassen.The low pass TP can also implement and include more complex filter functions.
Der Verzicht auf die Bestimmtheit des Integrals im Tiefpassfilter TP führt zu Fehlern. Diese können vermieden werden, wenn eine Sample&Hold-Schaltung am Ausgang des Tiefpassfilters TP immer am Ende der längeren Periode der Periode des Mikrowellenmodulationssignals S5m bzw. der Periode des LED-Modulationssignals S5w den analogen Pegel am Ausgang des Tiefpasses TP bis zum nächsten Periodenende einfriert. Dafür ist es notwendig, dass die beiden Periodendauern in einem ganzzahligen Verhältnis stehen.Disregarding the definiteness of the integral in the low-pass filter TP leads to errors. These can be avoided if a sample & hold circuit at the output of the low-pass filter TP always freezes the analog level at the output of the low-pass filter TP until the end of the next period at the end of the longer period of the period of the microwave modulation signal S5m or the period of the LED modulation signal S5w. For this it is necessary that the two period durations have an integer ratio.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass abhängig von der jeweiligen Anwendung eine solche Sample &Hold-Schaltung als Teil des Tiefpasses TP oft nicht zwingend erforderlich ist.In practice it has been shown that, depending on the respective application, such a sample & hold circuit is often not absolutely necessary as part of the low pass TP.
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Typischerweise umfasst die Vorrichtung im Falle einer solchen analogen Realisierung mehr als einen analogen Mehrfachkorrelator LIV zur Bildung mehrerer Vektorkomponentensignale S4a(t), S4b(t), S4c(t) und S4d(t) des vektoriellen Filterausgangssignals S4(t). Der Analog-zu-Digital-Wandler ADC tastet dann jedes dieser Vektorkomponentensignale S4a(t), S4b(t), S4c(t) und S4d(t) des vektoriellen Filterausgangssignals S4(t) ab und stellt deren Abtastwerte über den Datenbus DB der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung.In the case of such an analog implementation, the device typically comprises more than one analog multiple correlator LIV for forming several vector component signals S4 a (t), S4 b (t), S4 c (t) and S4 d (t) of the vector filter output signal S4 (t) . The analog-to-digital converter ADC then samples each of these vector component signals S4 a (t), S4 b (t), S4 c (t) and S4 d (t) of the vector filter output signal S4 (t) and converts their sample values the data bus DB is available to the control device CTR.
Insofern ist die
Figur 71Figure 71
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Allgemeiner SensorelementkanalGeneral sensor element channel
Die vorschlagsgemäße Vorrichtung kann typischerweise mehrere Sensorelementkanäle aufweisen. Die vorschlagsgemäße Vorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens einen Sensorelementkanal oder besser mindestens zwei Sensorelementkanäle. In dem Beispiel der
Vorzugsweise umfasst ein Sensorelementkanal
- • einen ersten Signalgenerator G1, der das LED-Modulationssignal S5w erzeugt,
- • einen Lichtquellentreiber LDRV, der das Sendesignal S5 für die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, in Abhängigkeit von dem LED-Modulationssignal S5w erzeugt und vorzugsweise die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, mit elektrischer Energie versorgt,
- • ein Sendesignal S5;
- • eine Pumpstrahlungsquelle, hier eine Lichtquelle LED, die die Pumpstrahlung LB in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 erzeugt und beispielsweise die Pumpstrahlungsquelle, hier eine Lichtquelle LED, nur zeitweise ein und nur zeitweise ausschaltet,
- • ein erstes optisches System,
- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle, hier der Lichtquelle LED, erfasst und
- ◯ das die Pumpstrahlung LB zum zugeordneten Sensorelement SE transportiert und
- ◯ das die Pumpstrahlung LB aus dem ersten optischen System auskoppelt und
- ◯ das das zugeordnete Sensorelement SE mit Pumpstrahlung LB bestrahlt und
- ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL für das Sensorelement SE als ein solches optisches Funktionselement umfasst,
- • ein zweites optisches System,
- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE erfasst und
- ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE zum zugeordneten Fotodetektor PD transportiert und
- ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE aus dem zweiten optischen System auskoppelt und
- ◯ das den zugeordneten Fotodetektor PD mit Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE bestrahlt und
- ◯ das Funktionselemente, beispielsweise einen dichroitischen Spiegel F1 und/oder einen optischen Filter im Strahlengang, umfasst, die sicherstellen, dass im Wesentlichen keine Pumpstrahlung LB dieser oder anderer Pumpstrahlungsquellen, insbesondere die der Lichtquelle LED und/oder anderer Lichtquellen (LED, LED_1, LED2, LED_3), den Fotodetektor PD erreicht und
- ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL für das Sensorelement SE als ein solches optisches Funktionselement umfasst und
- ◯ das Vorrichtungsteile umfassen kann, die mit Vorrichtungsteilen des ersten optischen Systems identisch sind,
- • den Fotodetektor PD, der die Intensität der empfangenen Fluoreszenzstrahlung FL in eine Empfängerausgangssignal S0 wandelt,
- • das Empfängerausgangssignal S0,
- • einen erster Verstärker V1 für das Sensorelement SE zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1,
- • das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1,
- • einen Mehrfachkorrelator LIV, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4 in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1 bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1 und dem LED-Modulationssignal S5w bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. den Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt,
- • ein vektorielles Filterausgangssignal S4 für das zugeordnete Sensorelement SE, das typischerweise ein Teil des eines gemeinsamen vektoriellen Filterausgangssignals S4 der vektoriellen Filterausgangssignale S4 anderer Sensorelementkanäle ist und typischerweise von einem Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder der Steuervorrichtung CTR ausgewertet wird.
- • a first signal generator G1, which generates the LED modulation signal S5w,
- • a light source driver LDRV, which generates the transmission signal S5 for the pump radiation source, here the light source LED, depending on the LED modulation signal S5w and preferably supplies the pump radiation source, here the light source LED, with electrical energy,
- • a transmission signal S5;
- • a pump radiation source, here a light source LED, which generates the pump radiation LB depending on the transmission signal S5 and, for example, switches the pump radiation source, here a light source LED, only temporarily on and only temporarily off,
- • a first optical system,
- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ which detects the pump radiation LB of the pump radiation source, here the light source LED, and
- ◯ that transports the pump radiation LB to the assigned sensor element SE and
- ◯ that couples out the pump radiation LB from the first optical system and
- ◯ that irradiates the assigned sensor element SE with pump radiation LB and
- ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL for the sensor element SE as such an optical functional element,
- • a second optical system,
- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ which detects the fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE and
- ◯ the fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE is transported to the associated photodetector PD and
- ◯ the fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE is coupled out of the second optical system and
- ◯ which irradiates the assigned photodetector PD with fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the assigned sensor element SE and
- ◯ which comprises functional elements, for example a dichroic mirror F1 and/or an optical filter in the beam path, which ensure that essentially no pump radiation LB from this or other pump radiation sources, in particular that of the light source LED and/or other light sources (LED, LED_1, LED2 , LED_3), reaches the photodetector PD and
- ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL for the sensor element SE as such an optical functional element and
- ◯ which may include device parts that are identical to device parts of the first optical system,
- • the photodetector PD, which converts the intensity of the received fluorescent radiation FL into a receiver output signal S0,
- • the receiver output signal S0,
- • a first amplifier V1 for the sensor element SE for amplifying and/or digitizing the received signal S0 to the amplified receiver output signal S1 or to the digitized receiver output signal S1,
- • the amplified receiver output signal S1 or the digitized receiver output signal S1,
- • a multiple correlator LIV, which forms a vector filter output signal S4 depending on the amplified receiver output signal S1 or on the digitized receiver output signal S1 and the LED modulation signal S5w and makes data of the vector filter output signal S4 available to the control device CTR, in particular for the control device CTR the control device CTR or another device (e.g. the pattern recognition device MEV) transmits, in particular for evaluation,
- • a vectorial filter output signal S4 for the associated sensor element SE, which is typically part of a common vectorial filter output signal S4 of the vectorial filter output signals S4 of other sensor element channels and is typically evaluated by a pattern recognition device MEV and / or the control device CTR.
In einer Weiterbildung umfasst der allgemeine Sensorelementkanal,
- • einen zweiten Signalgenerator G2, der dazu eingerichtet ist, ein Mikrowellenmodulationssignal S5m zu erzeugen;
- • eine Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • eine Mikrowellensignalquelle µWG, die dazu eingerichtet ist, das Mikrowellensignal µW für die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) in Abhängigkeit von dem Mikrowellenmodulationssignal S5m zu erzeugen und in die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) einzuspeisen;
- • den Mehrfachkorrelator LIV für das Sensorelement SE, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4 für das Sensorelement SE in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1 für das Sensorelement SE bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1 für das Sensorelement SE und dem LED-Modulationssignal S5w für das Sensorelement SE und dem Mikrowellenmodulationssignal S5m bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4 für das Sensorelement SE der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. die Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt.
- • a second signal generator G2, which is designed to generate a microwave modulation signal S5m;
- • a waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • a microwave signal source µWG, which is set up to generate the microwave signal µW for the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) depending on the microwave modulation signal S5m and into the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) to feed in;
- • the multiple correlator LIV for the sensor element SE, which produces a vector filter output signal S4 for the sensor element SE depending on the amplified receiver output signal S1 for the sensor element SE or on the digitized receiver output signal S1 for the sensor element SE and the LED modulation signal S5w for the sensor element SE and the Microwave modulation signal S5m forms and provides data of the vector filter output signal S4 for the sensor element SE of the control device CTR, in particular for the control device CTR or transmits it to the control device CTR or another device (e.g. the pattern recognition device MEV), in particular for evaluation.
Die
Ein beispielhafter erster, linker Sensorelementkanal ist dem beispielhaften linken Sensorelement 1410 zugeordnet.An exemplary first, left sensor element channel is assigned to the exemplary
Ein beispielhafter zweiter, mittlerer Sensorelementkanal ist dem beispielhaften mittleren Sensorelement 1420 zugeordnet.An exemplary second, middle sensor element channel is assigned to the exemplary
Ein beispielhafter dritter, rechter Sensorelementkanal ist dem beispielhaften rechten Sensorelement 1430 zugeordnet.An exemplary third, right sensor element channel is assigned to the exemplary
Erster, linker SensorelementkanalFirst, left sensor element channel
Vorzugsweise umfasst der erste, linke Sensorelementkanal
- • einen ersten Signalgenerator G1_1 für
das linke Sensorelement 1410, der das LED-Modulationssignal S5w_1 fürdas linke Sensorelement 1410 erzeugt, - • einen Lichtquellentreiber LDRV_1 für
das linke Sensorelement 1410, der das Sendesignal S5_1 fürdas linke Sensorelement 1410 zur Ansteuerung der Pumpstrahlungsquelle fürdas linke Sensorelement 1410, hier die Lichtquelle LED_1 fürdas linke Sensorelement 1410, in Abhängigkeit von dem LED-Modulationssignal S5w_1 fürdas linke Sensorelement 1410 erzeugt und vorzugsweise die Pumpstrahlungsquelle fürdas linke Sensorelement 1410, hier die Lichtquelle LED_1 fürdas linke Sensorelement 1410, mit elektrischer Energie versorgt, - • ein Sendesignal S5_1 für
das linke Sensorelement 1410; - • eine Pumpstrahlungsquelle für
das linke Sensorelement 1410, hier eine Lichtquelle LED_1 fürdas linke Sensorelement 1410, die die Pumpstrahlung LB_1 fürdas linke Sensorelement 1410 in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5_1 fürdas linke Sensorelement 1410 erzeugt und beispielsweise die Pumpstrahlungsquelle fürdas linke Sensorelement 1410, hier eine Lichtquelle LED_1 fürdas linke Sensorelement 1410, nur zeitweise ein und nur zeitweise ausschaltet, - • ein erstes optisches System für
das linke Sensorelement 1410,- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Pumpstrahlung LB_1 für
das linke Sensorelement 1410 der Pumpstrahlungsquelle fürdas linke Sensorelement 1410, hier der Lichtquelle LED_1 fürdas linke Sensorelement 1410, erfasst und - ◯ das die Pumpstrahlung LB für
das linke Sensorelement 1410 zum zugeordneten Sensorelement SE, hierdem linken Sensorelement 1410, transportiert und - ◯ das die Pumpstrahlung LB_1 für das linke Sensorelement 1410aus dem ersten optischen System für das linke Sensorelement 1410auskoppelt und
- ◯ das das zugeordnete Sensorelement SE, hier
das linke Sensorelement 1410, mit Pumpstrahlung LB_1 fürdas linke Sensorelement 1410 bestrahlt und - ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL_1 für
das linke Sensorelement 1410 als ein solches optisches Funktionselement umfasst,
- • ein zweites optisches System,
- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Fluoreszenzstrahlung FL_1 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des linken Sensorelements 1410, erfasst und
- ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL_1 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des linken Sensorelements 1410, zum zugeordneten Fotodetektor PD_1 für
das linke Sensorelement 1410 transportiert und - ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL_1 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des linken Sensorelements 1410, aus dem zweiten optischen System auskoppelt und
- ◯ das den zugeordneten Fotodetektor PD_1 für
das linke Sensorelement 1410 mit Fluoreszenzstrahlung FL_1 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des linken Sensorelements 1410, bestrahlt und - ◯ das Funktionselemente, beispielsweise einen dichroitischen Spiegel F1_1 für
das linke Sensorelement 1410 und/oder einen optischen Filter im Strahlengang, umfasst, die sicherstellen, dass im Wesentlichen keine Pumpstrahlung LB_1 dieser oder anderer Pumpstrahlungsquellen, insbesondere die der Lichtquelle LED_1 und/oder anderer Lichtquellen (LED, LED_1, LED2, LED_3), den Fotodetektor PD_1 fürdas linke Sensorelement 1410 erreicht und - ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL_1 für
das linke Sensorelement 1410 als ein solches optisches Funktionselement umfasst und - ◯ das Vorrichtungsteile umfassen kann, die mit Vorrichtungsteilen des ersten optischen Systems identisch sind,
- • den Fotodetektor PD_1 für
das linke Sensorelement 1410, der die Intensität der empfangenen Fluoreszenzstrahlung FL_1 des linken Sensorelements 1410, in ein Empfängerausgangssignal S0_1 fürdas linke Sensorelement 1410 wandelt, - • das Empfängerausgangssignal S0_1 für
das linke Sensorelement 1410, - • einen erster Verstärker V1_1 für das Sensorelement SE, hier für
das linke Sensorelement 1410, zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_1 fürdas linke Sensorelement 1410 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_1 fürdas linke Sensorelement 1410 bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_1 fürdas linke Sensorelement 1410, - • das verstärkte Empfängerausgangssignal S1_1 für
das linke Sensorelement 1410 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1_1 fürdas linke Sensorelement 1410, - • einen Mehrfachkorrelator LIV_1 für
das linke Sensorelement 1410, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4_1 fürdas linke Sensorelement 1410 in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1_1 fürdas linke Sensorelement 1410 bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_1 fürdas linke Sensorelement 1410 und dem LED-Modulationssignal S5w_1 fürdas linke Sensorelement 1410 bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4_1 fürdas linke Sensorelement 1410 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. den Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt, - • ein vektorielles Filterausgangssignal S4_1 für
das linke Sensorelement 1410, das typischerweise ein Teil des vektoriellen Filterausgangssignals S4 ist und typischerweise von einem Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder der Steuervorrichtung CTR ausgewertet wird.
- • a first signal generator G1_1 for the
left sensor element 1410, which generates the LED modulation signal S5w_1 for theleft sensor element 1410, - • a light source driver LDRV_1 for the
left sensor element 1410, which sends the transmission signal S5_1 for theleft sensor element 1410 to control the pump radiation source for theleft sensor element 1410, here the light source LED_1 for theleft sensor element 1410, depending on the LED modulation signal S5w_1 for the left oneSensor element 1410 is generated and preferably the pump radiation source for theleft sensor element 1410, here the light source LED_1 for theleft sensor element 1410, is supplied with electrical energy, - • a transmission signal S5_1 for the
left sensor element 1410; - • a pump radiation source for the
left sensor element 1410, here a light source LED_1 for theleft sensor element 1410, which generates the pump radiation LB_1 for theleft sensor element 1410 depending on the transmission signal S5_1 for theleft sensor element 1410 and, for example, the pump radiation source for theleft sensor element 1410, here a light source LED_1 for theleft sensor element 1410, only temporarily on and only temporarily off, - • a first optical system for the
left sensor element 1410,- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ that detects the pump radiation LB_1 for the
left sensor element 1410 of the pump radiation source for theleft sensor element 1410, here the light source LED_1 for theleft sensor element 1410, and - ◯ that transports the pump radiation LB for the
left sensor element 1410 to the associated sensor element SE, here theleft sensor element 1410, and - ◯ that couples out the pump radiation LB_1 for the
left sensor element 1410 from the first optical system for theleft sensor element 1410 and - ◯ that the assigned sensor element SE, here the
left sensor element 1410, is irradiated with pump radiation LB_1 for theleft sensor element 1410 and - ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL_1 for the
left sensor element 1410 as such an optical functional element,
- • a second optical system,
- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ that detects the fluorescence radiation FL_1 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
left sensor element 1410, and - ◯ the fluorescence radiation FL_1 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
left sensor element 1410, is transported to the associated photodetector PD_1 for theleft sensor element 1410 and - ◯ the fluorescence radiation FL_1 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
left sensor element 1410, is coupled out of the second optical system and - ◯ which irradiates the assigned photodetector PD_1 for the
left sensor element 1410 with fluorescence radiation FL_1 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the assigned sensor element SE, here theleft sensor element 1410, and - ◯ which comprises functional elements, for example a dichroic mirror F1_1 for the
left sensor element 1410 and/or an optical filter in the beam path, which ensure that essentially no pump radiation LB_1 from this or other pump radiation sources, in particular that of the light source LED_1 and/or other light sources ( LED, LED_1, LED2, LED_3), reaches the photodetector PD_1 for theleft sensor element 1410 and - ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL_1 for the
left sensor element 1410 as such an optical functional element and - ◯ which may include device parts that are identical to device parts of the first optical system,
- • the photodetector PD_1 for the
left sensor element 1410, which converts the intensity of the received fluorescence radiation FL_1 of theleft sensor element 1410 into a receiver output signal S0_1 for theleft sensor element 1410, - • the receiver output signal S0_1 for the
left sensor element 1410, - • a first amplifier V1_1 for the sensor element SE, here for the
left sensor element 1410, for amplifying and/or digitizing the received signal S0_1 for theleft sensor element 1410 to the amplified receiver output signal S1_1 for theleft sensor element 1410 or to the digitized receiver output signal S1_1 for theleft sensor element 1410, - • the amplified receiver output signal S1_1 for the
left sensor element 1410 or the digitized receiver output signal S1_1 for theleft sensor element 1410, - • a multiple correlator LIV_1 for the
left sensor element 1410, which produces a vector filter output signal S4_1 for theleft sensor element 1410 depending on the amplified receiver output signal S1_1 for theleft sensor element 1410 or on the digitized receiver output signal S1_1 for theleft sensor element 1410 and the LED modulation signal S5w_1 for theleft sensor element 1410 forms and provides data of the vector filter output signal S4_1 for theleft sensor element 1410 of the control device CTR, in particular for the control device CTR or transmits it to the control device CTR or another device (e.g. the pattern recognition device MEV), in particular for evaluation, - • a vectorial filter output signal S4_1 for the
left sensor element 1410, which is typically part of the vectorial filter output signal S4 and is typically evaluated by a pattern recognition device MEV and/or the control device CTR.
In einer Weiterbildung umfasst der erste Sensorelementkanal,
- • einen ersten zweiten Signalgenerator G2_I, der dazu eingerichtet ist, ein erstes Mikrowellenmodulationssignal S5m_I zu erzeugen;
- • eine erste Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • eine erste Mikrowellensignalquelle µWG_I, die dazu eingerichtet ist, das erste Mikrowellensignal µW_I für die erste Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) in Abhängigkeit von dem ersten Mikrowellenmodulationssignal S5m_I zu erzeugen und in die erste
1380, 1880, 2380, 6830, 6980 einzuspeisen;Wellenleitung - • den Mehrfachkorrelator LIV_1 für
das linke Sensorelement 1410, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4_1 fürdas linke Sensorelement 1410 in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1_1 fürdas linke Sensorelement 1410 bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_1 fürdas linke Sensorelement 1410 und dem LED-Modulationssignal S5w_1 fürdas linke Sensorelement 1410 und dem ersten Mikrowellenmodulationssignal S5m_I bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4_1 fürdas linke Sensorelement 1410 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. die Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt.
- • a first second signal generator G2_I, which is designed to generate a first microwave modulation signal S5m_I;
- • a first waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • a first microwave signal source µWG_I, which is set up to generate the first microwave signal µW_I for the first waveline (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) as a function of the first microwave modulation signal S5m_I and into the
1380, 1880, 2380, 6830, 6980 to feed in;first waveline - • the multiple correlator LIV_1 for the
left sensor element 1410, which produces a vector filter output signal S4_1 for theleft sensor element 1410 depending on the amplified receiver output signal S1_1 for theleft sensor element 1410 or on the digitized receiver output signal S1_1 for theleft sensor element 1410 and the LED modulation signal S5w_1 for theleft sensor element 1410 and the first microwave modulation signal S5m_I and provides data of the vector filter output signal S4_1 for theleft sensor element 1410 of the control device CTR, in particular for the control device CTR or to the control device CTR or another device (eg the pattern recognition device MEV) in particular for Evaluation transfers.
Hinsichtlich der Funktionen und dem Zusammenwirken der Sensorelementkanal spezifischen Vorrichtungsteile (SE(1410); S5w_1, LDRV_1, S5_1, LED_1, LB_1, LWL_1, F1_1, PD_1, S0_1, V1_1, S1_1, LIV_1, S4_1) des ersten, linken Sensorelementkanals und der anderen nicht Sensorelementkanal spezifischen Vorrichtungsteile der Vorrichtung verweist das hier vorgelegte Dokument auf die Beschreibung der
Zweiter, mittlerer SensorelementkanalSecond, middle sensor element channel
Vorzugsweise umfasst der zweite, mittlere Sensorelementkanal
- • einen ersten Signalgenerator G1_2 für
das mittlere Sensorelement 1420, der das LED-Modulationssignal S5w_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 erzeugt, - • einen Lichtquellentreiber LDRV_2 für
das mittlere Sensorelement 1420, der das Sendesignal S5_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 zur Ansteuerung der Pumpstrahlungsquelle fürdas mittlere Sensorelement 1420, hier die Lichtquelle LED_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420, in Abhängigkeit von dem LED-Modulationssignal S5w_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 erzeugt und vorzugsweise die Pumpstrahlungsquelle fürdas mittlere Sensorelement 1420, hier die Lichtquelle LED_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420, mit elektrischer Energie versorgt, - • ein Sendesignal S5_2 für
das mittlere Sensorelement 1420; - • eine Pumpstrahlungsquelle für
das mittlere Sensorelement 1420, hier eine Lichtquelle LED_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420, die die Pumpstrahlung LB_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 erzeugt und beispielsweise die Pumpstrahlungsquelle fürdas mittlere Sensorelement 1420, hier eine Lichtquelle LED_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420, nur zeitweise ein und nur zeitweise ausschaltet, - • ein erstes optisches System für
das mittlere Sensorelement 1420,- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Pumpstrahlung LB_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 der Pumpstrahlungsquelle fürdas mittlere Sensorelement 1420, hier der Lichtquelle LED_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420, erfasst und - ◯ das die Pumpstrahlung LB_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 zum zugeordneten Sensorelement SE, hierdem mittleren Sensorelement 1420, transportiert und - ◯ das die Pumpstrahlung LB_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 aus dem ersten optischen System fürdas mittlere Sensorelement 1420 auskoppelt und - ◯ das das zugeordnete Sensorelement SE, hier
das mittlere Sensorelement 1420, mit Pumpstrahlung LB_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 bestrahlt und - ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 als ein solches optisches Funktionselement umfasst,
- • ein zweites optisches System,
- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Fluoreszenzstrahlung FL_2 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des mittleren Sensorelements 1420, erfasst und
- ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL_2 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des mittleren Sensorelements 1420, zum zugeordneten Fotodetektor PD_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 transportiert und - ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL_2 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des mittleren Sensorelements 1420, aus dem zweiten optischen System auskoppelt und
- ◯ das den zugeordneten Fotodetektor PD_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 mit Fluoreszenzstrahlung FL_2 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des mittleren Sensorelements 1420, bestrahlt und - ◯ das Funktionselemente, beispielsweise einen dichroitischen Spiegel F1_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 und/oder einen optischen Filter im Strahlengang, umfasst, die sicherstellen, dass im Wesentlichen keine Pumpstrahlung LB_2 dieser oder anderer Pumpstrahlungsquellen, insbesondere die der Lichtquelle LED_2 und/oder anderer Lichtquellen (LED, LED_1, LED2, LED_3), den Fotodetektor PD_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 erreicht und - ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 als ein solches optisches Funktionselement umfasst und - ◯ das Vorrichtungsteile umfassen kann, die mit Vorrichtungsteilen des ersten optischen Systems identisch sind,
- • den Fotodetektor PD_2 für
das mittlere Sensorelement 1420, der die Intensität der empfangenen Fluoreszenzstrahlung FL_2 des mittleren Sensorelements 1420, in ein Empfängerausgangssignal S0_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 wandelt, - • das Empfängerausgangssignal S0_2 für
das mittlere Sensorelement 1420, - • einen erster Verstärker V1_2 für das Sensorelement SE, hier für
das mittlere Sensorelement 1410, zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420, - • das verstärkte Empfängerausgangssignal S1_2 für
das mittlere Sensorelement 1420 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420, - • einen Mehrfachkorrelator LIV_2 für
das mittlere Sensorelement 1420, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 und dem LED-Modulationssignal S5w_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. den Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt, - • ein vektorielles Filterausgangssignal S4_2 für
das mittlere Sensorelement 1420, das typischerweise ein Teil des vektoriellen Filterausgangssignals S4 ist und typischerweise von einem Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder der Steuervorrichtung CTR ausgewertet wird.
- • a first signal generator G1_2 for the
middle sensor element 1420, which generates the LED modulation signal S5w_2 for themiddle sensor element 1420, - • a light source driver LDRV_2 for the
middle sensor element 1420, which sends the transmission signal S5_2 for themiddle sensor element 1420 to control the pump radiation source for themiddle sensor element 1420, here the light source LED_2 for themiddle sensor element 1420, depending on the LED modulation signal S5w_2 for the middle oneSensor element 1420 is generated and preferably the pump radiation source for themiddle sensor element 1420, here the light source LED_2 for themiddle sensor element 1420, is supplied with electrical energy, - • a transmission signal S5_2 for the
middle sensor element 1420; - • a pump radiation source for the
middle sensor element 1420, here a light source LED_2 for themiddle sensor element 1420, which generates the pump radiation LB_2 for themiddle sensor element 1420 as a function of the transmission signal S5_2 for themiddle sensor element 1420 and, for example, the pump radiation source for themiddle sensor element 1420, here is a light source LED_2 for themiddle sensor element 1420, only temporarily on and only temporarily off, - • a first optical system for the
middle sensor element 1420,- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ that detects the pump radiation LB_2 for the
middle sensor element 1420 of the pump radiation source for themiddle sensor element 1420, here the light source LED_2 for themiddle sensor element 1420, and - ◯ that transports the pump radiation LB_2 for the
middle sensor element 1420 to the assigned sensor element SE, here themiddle sensor element 1420, and - ◯ that couples out the pump radiation LB_2 for the
middle sensor element 1420 from the first optical system for themiddle sensor element 1420 and - ◯ that the assigned sensor element SE, here the
middle sensor element 1420, is irradiated with pump radiation LB_2 for themiddle sensor element 1420 and - ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL_2 for the
middle sensor element 1420 as such an optical functional element,
- • a second optical system,
- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ that detects the fluorescence radiation FL_2 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
middle sensor element 1420, and - ◯ the fluorescence radiation FL_2 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the assigned sensor element SE, here the
middle sensor element 1420, is transported to the assigned photodetector PD_2 for themiddle sensor element 1420 and - ◯ the fluorescence radiation FL_2 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
middle sensor element 1420, is coupled out of the second optical system and - ◯ which irradiates the assigned photodetector PD_2 for the
middle sensor element 1420 with fluorescence radiation FL_2 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the assigned sensor element SE, here themiddle sensor element 1420, and - ◯ which comprises functional elements, for example a dichroic mirror F1_2 for the
middle sensor element 1420 and/or an optical filter in the beam path, which ensure that essentially no pump radiation LB_2 of these or other pump radiation sources, in particular that of the light source LED_2 and/or other light sources ( LED, LED_1, LED2, LED_3), the photodetector PD_2 for themiddle sensor element 1420 reaches and - ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL_2 for the
middle sensor element 1420 as such an optical functional element and - ◯ which may include device parts that are identical to device parts of the first optical system,
- • the photodetector PD_2 for the
middle sensor element 1420, which converts the intensity of the received fluorescence radiation FL_2 of themiddle sensor element 1420 into a receiver output signal S0_2 for themiddle sensor element 1420, - • the receiver output signal S0_2 for the
middle sensor element 1420, - • a first amplifier V1_2 for the sensor element SE, here for the
middle sensor element 1410, for amplifying and/or digitizing the received signal S0_2 for themiddle sensor element 1420 to the amplified receiver output signal S1_2 for themiddle sensor element 1420 or to the digitized receiver output signal S1_2 for themiddle sensor element 1420, - • the amplified receiver output signal S1_2 for the
middle sensor element 1420 or the digitized receiver output signal S1_2 for themiddle sensor element 1420, - • a multiple correlator LIV_2 for the
middle sensor element 1420, which produces a vector filter output signal S4_2 for themiddle sensor element 1420 depending on the amplified receiver output signal S1_2 for themiddle sensor element 1420 or on the digitized receiver output signal S1_2 for themiddle sensor element 1420 and the LED modulation signal S5w_2 for themiddle sensor element 1420 forms and provides data of the vector filter output signal S4_2 for themiddle sensor element 1420 of the control device CTR, in particular for the control device CTR or transmits it to the control device CTR or another device (e.g. the pattern recognition device MEV), in particular for evaluation, - • a vectorial filter output signal S4_2 for the
middle sensor element 1420, which is typically part of the vectorial filter output signal S4 and is typically evaluated by a pattern recognition device MEV and/or the control device CTR.
In einer Weiterbildung umfasst der zweite Sensorelementkanal,
- • einen zweiten zweiten Signalgenerator G2_II, der dazu eingerichtet ist, ein zweites Mikrowellenmodulationssignal S5m_II zu erzeugen;
- • eine zweite Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • eine zweite Mikrowellensignalquelle µWG_II, die dazu eingerichtet ist, das zweite Mikrowellensignal µW_II für die zweite Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) in Abhängigkeit von dem zweiten Mikrowellenmodulationssignal S5m_II zu erzeugen und in
1380, 1880, 2380, 6830, 6980 einzuspeisen;die zweite Wellenleitung - • den Mehrfachkorrelator LIV_2 für
das mittlere Sensorelement 1420, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 und dem LED-Modulationssignal S5w_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 und dem zweiten Mikrowellenmodulationssignal S5m_II bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4_2 fürdas mittlere Sensorelement 1420 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. die Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt.
- • a second second signal generator G2_II, which is designed to generate a second microwave modulation signal S5m_II;
- • a second waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • a second microwave signal source µWG_II, which is set up to generate the second microwave signal µW_II for the second waveline (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) as a function of the second microwave modulation signal S5m_II and into the
1380, 1880, 2380, 6830, 6980 to feed in;second waveline - • the multiple correlator LIV_2 for the
middle sensor element 1420, which produces a vector filter output signal S4_2 for themiddle sensor element 1420 depending on the amplified receiver output signal S1_2 for themiddle sensor element 1420 or on the digitized receiver output signal S1_2 for themiddle sensor element 1420 and the LED modulation signal S5w_2 for themiddle sensor element 1420 and the second microwave modulation signal S5m_II and provides data of the vector filter output signal S4_2 for themiddle sensor element 1420 of the control device CTR, in particular for the control device CTR or to the control device CTR or another device (eg the pattern recognition device MEV) in particular for Evaluation transfers.
Hinsichtlich der Funktionen und dem Zusammenwirken der Sensorelementkanal spezifischen Vorrichtungsteile (SE(1420); S5w_2, LDRV_2, S5_2, LED_2, LB_2, LWL_2, F1_2, PD_2, S0_2, V1_2, S1_2, LIV_2, S4_2) des zweiten, mittleren Sensorelementkanals und der anderen nicht Sensorelementkanal spezifischen Vorrichtungsteile der Vorrichtung verweist das hier vorgelegte Dokument auf die Beschreibung der
Dritter, rechter SensorelementkanalThird, right sensor element channel
Vorzugsweise umfasst der dritte, rechte Sensorelementkanal
- • einen ersten Signalgenerator G1_3 für
das recte Sensorelement 1430, der das LED-Modulationssignal S5w_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 erzeugt, - • einen Lichtquellentreiber LDRV_3 für
das rechte Sensorelement 1430, der das Sendesignal S5_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 zur Ansteuerung der Pumpstrahlungsquelle fürdas rechte Sensorelement 1430, hier die Lichtquelle LED_3 fürdas rechte Sensorelement 1430, in Abhängigkeit von dem LED-Modulationssignal S5w_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 erzeugt und vorzugsweise die Pumpstrahlungsquelle fürdas rechte Sensorelement 1430, hier die Lichtquelle LED_3 fürdas rechte Sensorelement 1430, mit elektrischer Energie versorgt, - • ein Sendesignal S5_3 für
das rechte Sensorelement 1430; - • eine Pumpstrahlungsquelle für
das rechte Sensorelement 1430, hier eine Lichtquelle LED_3 fürdas rechte Sensorelement 1430, die die Pumpstrahlung LB_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 erzeugt und beispielsweise die Pumpstrahlungsquelle fürdas rechte Sensorelement 1430, hier eine Lichtquelle LED_3 fürdas rechte Sensorelement 1430, nur zeitweise ein und nur zeitweise ausschaltet, - • ein erstes optisches System für
das rechte Sensorelement 1430,- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Pumpstrahlung LB_3 für
das rechte Sensorelement 1430 der Pumpstrahlungsquelle fürdas rechte Sensorelement 1430, hier der Lichtquelle LED_3 fürdas rechte Sensorelement 1430, erfasst und - ◯ das die Pumpstrahlung LB_3 für
das rechte Sensorelement 1430 zum zugeordneten Sensorelement SE, hierdem rechten Sensorelement 1430, transportiert und - ◯ das die Pumpstrahlung LB_3 für
das rechte Sensorelement 1430 aus dem ersten optischen System fürdas rechte Sensorelement 1430 auskoppelt und - ◯ das das zugeordnete Sensorelement SE, hier
das rechte Sensorelement 1430, mit Pumpstrahlung LB_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 bestrahlt und - ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL_3 für
das rechte Sensorelement 1430 als ein solches optisches Funktionselement umfasst,
- • ein zweites optisches System,
- ◯ das ein oder mehrere optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die Fluoreszenzstrahlung FL_3 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des rechten Sensorelements 1430, erfasst und
- ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL_3 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des rechten Sensorelements 1430, zum zugeordneten Fotodetektor PD_3 für
das rechte Sensorelement 1430 transportiert und - ◯ das Fluoreszenzstrahlung FL_3 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des rechten Sensorelements 1430, aus dem zweiten optischen System auskoppelt und
- ◯ das den zugeordneten Fotodetektor PD_3 für
das rechte Sensorelement 1430 mit Fluoreszenzstrahlung FL_3 der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten Sensorelements SE, hier des rechten Sensorelements 1430, bestrahlt und - ◯ das Funktionselemente, beispielsweise einen dichroitischen Spiegel F1_3 für
das rechte Sensorelement 1430 und/oder einen optischen Filter im Strahlengang, umfasst, die sicherstellen, dass im Wesentlichen keine Pumpstrahlung LB_3 dieser oder anderer Pumpstrahlungsquellen, insbesondere die der Lichtquelle LED_3 und/oder anderer Lichtquellen (LED, LED_1, LED2, LED_3), den Fotodetektor PD_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 erreicht und - ◯ das bevorzugt einen Lichtwellenleiter LWL_3 für
das rechte Sensorelement 1430 als ein solches optisches Funktionselement umfasst und - ◯ das Vorrichtungsteile umfassen kann, die mit Vorrichtungsteilen des ersten optischen Systems identisch sind,
- • den Fotodetektor PD_3 für
das rechte Sensorelement 1430, der die Intensität der empfangenen Fluoreszenzstrahlung FL_3 des rechten Sensorelements 1430, in ein Empfängerausgangssignal S0_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 wandelt, - • das Empfängerausgangssignal S0_3 für
das rechte Sensorelement 1430, - • einen erster Verstärker V1_23 für das Sensorelement SE, hier für
das rechte Sensorelement 1430, zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_3 fürdas rechte Sensorelement 1430, - • das verstärkte Empfängerausgangssignal S1_3 für
das rechte Sensorelement 1430 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1_3 fürdas rechte Sensorelement 1430, - • einen Mehrfachkorrelator LIV_3 für
das rechte Sensorelement 1430, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_3 für das rechte Sensorelement 30e0 und dem LED-Modulationssignal S5w_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. den Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt, - • ein vektorielles Filterausgangssignal S4_3 für
das rechte Sensorelement 1430, das typischerweise ein Teil des vektoriellen Filterausgangssignals S4 ist und typischerweise von einem Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder der Steuervorrichtung CTR ausgewertet wird.
- • a first signal generator G1_3 for the
right sensor element 1430, which generates the LED modulation signal S5w_3 for theright sensor element 1430, - • a light source driver LDRV_3 for the
right sensor element 1430, which sends the transmission signal S5_3 for theright sensor element 1430 to control the pump radiation source for theright sensor element 1430, here the light source LED_3 for theright sensor element 1430, depending on the LED modulation signal S5w_3 for the right oneSensor element 1430 is generated and preferably the pump radiation source for theright sensor element 1430, here the light source LED_3 for theright sensor element 1430, is supplied with electrical energy, - • a transmission signal S5_3 for the
right sensor element 1430; - • a pump radiation source for the
right sensor element 1430, here a light source LED_3 for theright sensor element 1430, which generates the pump radiation LB_3 for theright sensor element 1430 depending on the transmission signal S5_3 for theright sensor element 1430 and, for example, the Pump radiation source for theright sensor element 1430, here a light source LED_3 for theright sensor element 1430, only switches on temporarily and switches off only temporarily, - • a first optical system for the
right sensor element 1430,- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ which detects the pump radiation LB_3 for the
right sensor element 1430 of the pump radiation source for theright sensor element 1430, here the light source LED_3 for theright sensor element 1430, and - ◯ that transports the pump radiation LB_3 for the
right sensor element 1430 to the assigned sensor element SE, here theright sensor element 1430, and - ◯ that couples out the pump radiation LB_3 for the
right sensor element 1430 from the first optical system for theright sensor element 1430 and - ◯ that the assigned sensor element SE, here the
right sensor element 1430, is irradiated with pump radiation LB_3 for theright sensor element 1430 and - ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL_3 for the
right sensor element 1430 as such an optical functional element,
- • a second optical system,
- ◯ which includes one or more optical functional elements and
- ◯ which detects the fluorescence radiation FL_3 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
right sensor element 1430, and - ◯ the fluorescence radiation FL_3 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
right sensor element 1430, is transported to the associated photodetector PD_3 for theright sensor element 1430 and - ◯ the fluorescence radiation FL_3 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated sensor element SE, here the
right sensor element 1430, is coupled out of the second optical system and - ◯ which irradiates the assigned photodetector PD_3 for the
right sensor element 1430 with fluorescence radiation FL_3 of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the assigned sensor element SE, here theright sensor element 1430, and - ◯ which comprises functional elements, for example a dichroic mirror F1_3 for the
right sensor element 1430 and/or an optical filter in the beam path, which ensure that essentially no pump radiation LB_3 of these or other pump radiation sources, in particular that of the light source LED_3 and/or other light sources ( LED, LED_1, LED2, LED_3), the photodetector PD_3 for theright sensor element 1430 reaches and - ◯ which preferably comprises an optical waveguide LWL_3 for the
right sensor element 1430 as such an optical functional element and - ◯ which may include device parts that are identical to device parts of the first optical system,
- • the photodetector PD_3 for the
right sensor element 1430, which converts the intensity of the received fluorescence radiation FL_3 of theright sensor element 1430 into a receiver output signal S0_3 for theright sensor element 1430, - • the receiver output signal S0_3 for the
right sensor element 1430, - • a first amplifier V1_23 for the sensor element SE, here for the
right sensor element 1430, for amplifying and/or digitizing the received signal S0_3 for theright sensor element 1430 to the amplified receiver output signal S1_3 for theright sensor element 1430 or to the digitized receiver output signal S1_3 for theright sensor element 1430, - • the amplified receiver output signal S1_3 for the
right sensor element 1430 or the digitized receiver output signal S1_3 for theright sensor element 1430, - • a multiple correlator LIV_3 for the
right sensor element 1430, which produces a vector filter output signal S4_3 for theright sensor element 1430 depending on the amplified receiver output signal S1_3 for theright sensor element 1430 or on the digitized receiver output signal nal S1_3 for the right sensor element 30e0 and the LED modulation signal S5w_3 for theright sensor element 1430 and provides data of the vector filter output signal S4_3 for theright sensor element 1430 to the control device CTR, in particular for the control device CTR or to the control device CTR or one other device (e.g. the pattern recognition device MEV) in particular for evaluation, - • a vectorial filter output signal S4_3 for the
right sensor element 1430, which is typically part of the vectorial filter output signal S4 and is typically evaluated by a pattern recognition device MEV and/or the control device CTR.
In einer Weiterbildung umfasst der dritte Sensorelementkanal,
- • einen dritte zweiten Signalgenerator G2_III, der dazu eingerichtet ist, ein drittes Mikrowellenmodulationssignal S5m_III zu erzeugen;
- • eine dritte Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • eine dritte Mikrowellensignalquelle gWG_III, die dazu eingerichtet ist, das dritte Mikrowellensignal µW_III für die dritte Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) in Abhängigkeit von dem dritten Mikrowellenmodulationssignal S5m_III zu erzeugen und in
1380, 1880, 2380, 6830, 6980 einzuspeisen;die dritte Wellenleitung - • den Mehrfachkorrelator LIV_3 für
das rechte Sensorelement 1430, der ein vektorielles Filterausgangssignal S4_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal S1_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 und dem LED-Modulationssignal S5w_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 und dem dritten Mikrowellenmodulationssignal S5m_III bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4_3 fürdas rechte Sensorelement 1430 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. die Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt.
- • a third second signal generator G2_III, which is designed to generate a third microwave modulation signal S5m_III;
- • a third waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- • a third microwave signal source gWG_III, which is set up to generate the third microwave signal μW_III for the third waveline (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) as a function of the third microwave modulation signal S5m_III and into the
1380, 1880, 2380, 6830, 6980 to feed in;third waveline - • the multiple correlator LIV_3 for the
right sensor element 1430, which produces a vector filter output signal S4_3 for theright sensor element 1430 depending on the amplified receiver output signal S1_3 for theright sensor element 1430 or on the digitized receiver output signal S1_3 for theright sensor element 1430 and the LED modulation signal S5w_3 for theright sensor element 1430 and the third microwave modulation signal S5m_III and provides data of the vectorial filter output signal S4_3 for theright sensor element 1430 of the control device CTR, in particular for the control device CTR or to the control device CTR or another device (e.g. the pattern recognition device MEV) in particular for Evaluation transfers.
Hinsichtlich der Funktionen und dem Zusammenwirken der Sensorelementkanal spezifischen Vorrichtungsteile (SE(1430); S5w_3, LDRV_3, S5_3, LED_3, LB_3, LWL_3, F1_3, PD_3, S0_3, V1_3, S1_3, LIV_3, S4_3) des dritten, rechten Sensorelementkanals und der anderen nicht Sensorelementkanal spezifischen Vorrichtungsteile der Vorrichtung verweist das hier vorgelegte Dokument auf die Beschreibung der
Die Anordnung der Sensorelemente 1410, 1420 1430 und der Leitungen 1310, 1320, 1330 auf dem Trägersubstrat 1360 bei bevorzugtem Vorhandensein eines Magnetfelderzeugungsmittels Lc beispielsweise einer Flachspule 2520 entspricht also im Wesentlichen der Anordnungen der
Alternative Verwendung einer Schlitzleitung 1880Alternative use of a slotted
Weglassen des Signalleiters 1330 verwandelt die Triplate-Leitung 2380 in eine Schlitzleitung 1880. Das linke Sensorelement 1410 wird dann vorzugsweise auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 links des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 nahe der Kante des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 platziert. Das rechte Sensorelement 1430 wird dann vorzugsweise auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 rechts des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 nahe der Kante Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 platziert. Das mittlere Sensorelement 1420 wird dann vorzugsweise möglichst mittig in dem Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 platziert.Omitting the
Da die Empfindlichkeiten der Sensorelemente 1410, 1420, 1430 andere als die bei der Verwendung einer Tri-Plate-Leitung 2380 sind, müssen die Parameter die die Vorrichtungsteile verwenden, ggf. angepasst werden.Since the sensitivities of the
Alternative Verwendung einer Mikrostreifenleitung 1380Alternative use of a 1380 microstrip line
Weglassen der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 und der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 verwandelt die Triplate-Leitung 2380 in eine Mikrostreifenleitung 1380. Das linke Sensorelement 1410 wird dann vorzugsweise auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 links des Signalleiters 1330 der Mikrostreifenleitung 1380 nahe der Kante des Signalleiters 1330 der Mikrostreifenleitung 1380 platziert. Das rechte Sensorelement 1430 wird dann vorzugsweise auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 rechts des Signalleiters 1330 der Mikrostreifenleitung 1380 nahe der Kante des Signalleiters 1330 der Mikrostreifenleitung 1380 platziert. Das mittlere Sensorelement 1420 wird dann vorzugsweise möglichst mittig auf dem Signalleiters 1330 der Mikrostreifenleitung 1380 platziert.Omitting the electrically conductive left
Da die Empfindlichkeiten der Sensorelemente 1410, 1420, 1430 andere als die bei der Verwendung einer Schlitzleitung 1880 sind, müssen die Parameter die die Vorrichtungsteile verwenden, ggf. angepasst werden. Im Falle der Verwendung einer Tri-Plate-Leitung 2380 sind die Parameterunterschiede zwischen den Parametern, die die Vorrichtungsteile im Falle einer Tri-Plate-Leitung 2380 verwenden, und den Parametern, die die Vorrichtungsteile im Falle einer Mikrostreifenleitung 1380 verwenden, in der Regel geringer.Since the sensitivities of the
Vereinfachung ohne linkes Sensorelement 1410Simplification without
Sofern auf das linke Sensorelement 1410 verzichtet wird, können die sensorelementkanalspezifischen Vorrichtungsteile (SE(1410); S5w_1, LDRV_1, S5_1, LED_1, LB_1, LWL_1, F1_1, PD_1, S0_1, V1_1, S1_1, LIV_1, S4_1) des ersten linken Sensorelementkanals auch entfallen. Die Verarbeitung des dann in der Dimensionalität reduzierten vektoriellen Filterausgangssignals S4 durch die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR muss dann noch entsprechend angepasst werden.If the
Vereinfachung ohne rechtes Sensorelement 1430Simplification without
Sofern auf das rechte Sensorelement 1430 verzichtet wird, können die sensorelementkanalspezifischen Vorrichtungsteile (SE(1430); S5w_3, LDRV_3, S5_3, LED_3, LB_3, LWL_3, F1_3, PD_3, S0_3, V1_3, S1_3, LIV_3, S4_3) des dritten rechten Sensorelementkanals auch entfallen. Die Verarbeitung des dann in der Dimensionalität reduzierten vektoriellen Filterausgangssignals S4 durch die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR muss dann noch entsprechend angepasst werden.If the
Vereinfachung ohne mittleres Sensorelement 1420Simplification without
Sofern auf das mittlere Sensorelement 1420 verzichtet wird, können die sensorelementkanalspezifischen Vorrichtungsteile (SE(1420); S5w_2, LDRV_2, S5_2, LED_2, LB_2, LWL_2, F1_2, PD_2, S0_2, V1_2, S1_2, LIV_2, S4_2) des zweiten mittleren Sensorelementkanals auch entfallen. Die Verarbeitung des dann in der Dimensionalität reduzierten vektoriellen Filterausgangssignals S4 durch die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR muss dann noch entsprechend angepasst werden. Eine solche Vorrichtung ist gegenüber Anteilen der magnetischen Flussdichte, die senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 1370 stehen oder dessen Anteile der magnetischen Flussdichte parallel zur Signalleitung 1330 stehen, jedoch -nicht oder nur wenig empfindlich.If the
Vereinfachung nur mit linken Sensorelement 1410Simplification only with
Sofern auf das rechte Sensorelement 1430 und das mittlere Sensorelement 1420 verzichtet wird, können die sensorelementkanalspezifischen Vorrichtungsteile (SE(1420); S5w_2, LDRV_2, S5_2, LED_2, LB_2, LWL_2, F1_2, PD_2, S0_2, V1_2, S1_2, LIV_2, S4_2) des zweiten mittleren Sensorelementkanals und (SE(1430); S5w_3, LDRV_3, S5_3, LED_3, LB_3, LWL_3, F1_3, PD_3, S0_3, V1_3, S1_3, LIV_3, S4_3) des dritten rechten Sensorelementkanals auch entfallen. Die Verarbeitung des dann in der Dimensionalität reduzierten vektoriellen Filterausgangssignals S4 durch die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR muss dann noch entsprechend angepasst werden. Eine solche Vorrichtung ist gegenüber Anteilen der magnetischen Flussdichte, die senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 1370 stehen oder dessen Flussdichtevektor parallel zur Signalleitung 1330 steht, jedoch -nicht oder nur wenig empfindlich.If the
Vereinfachung nur mit rechtem Sensorelement 1430Simplification only with
Sofern auf das linke Sensorelement 1410 und das mittlere Sensorelement 1420 verzichtet wird, können die sensorelementkanalspezifischen Vorrichtungsteile (SE(1420); S5w_2, LDRV_2, S5_2, LED_2, LB_2, LWL_2, F1_2, PD_2, S0_2, V1_2, S1_2, LIV_2, S4_2) des zweiten mittleren Sensorelementkanals und (SE(1410); S5w_1, LDRV_1, S5_1, LED_1, LB_1, LWL_1, F1_1, PD_1, S0_1, V1_1, S1_1, LIV_1, S4_1) des ersten linken Sensorelementkanals auch entfallen. Die Verarbeitung des dann in der Dimensionalität reduzierten vektoriellen Filterausgangssignals S4 durch die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR muss dann noch entsprechend angepasst werden. Eine solche Vorrichtung ist gegenüber Anteilen der magnetischen Flussdichte, die senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 1370 stehen oder dessen Flussdichtevektor parallel zur Signalleitung 1330 stehen, jedoch -nicht oder nur wenig empfindlich.If the
Vereinfachung nur mit mittlerem Sensorelement 1420Simplification only with
Sofern auf das linke Sensorelement 1430 und das rechte Sensorelement 1430 verzichtet wird, können die sensorelementkanalspezifischen Vorrichtungsteile SE(1430); S5w_3, LDRV_3, S5_3, LED_3, LB_3, LWL_3, F1_3, PD_3, S0_3, V1_3, S1_3, LIV_3, S4_3) des dritten rechten Sensorelementkanals und (SE(1410); S5w_1, LDRV_1, S5_1, LED_1, LB_1, LWL_1, F1_1, PD_1, S0_1, V1_1, S1_1, LIV_1, S4_1) des ersten linken Sensorelementkanals auch entfallen. Die Verarbeitung des dann in der Dimensionalität reduzierten vektoriellen Filterausgangssignals S4 durch die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR muss dann noch entsprechend angepasst werden. Eine solche Vorrichtung ist gegenüber Anteilen der magnetischen Flussdichte, die parallel zur Oberfläche des Trägersubstrats 1370 ausgerichtet sind, jedoch -nicht oder nur wenig empfindlich.If the
Natürlich ist es denkbar, dass die Vorrichtung weitere Trägersubstrate mit Wellenleitungen (2380, 1880, 1380, 6830) und Sensorelementen (SE, 1410, 1420, 1430, 1710, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410, 7115, 7125, 1735, 7145 und 7155) und vorzugsweise zu jedem Sensorelement jeweils bevorzugt einen Sensorelementkanal mit entsprechenden Vorrichtungsteilen korrespondierend zu dem Vorrichtungsteilen (SE, S5w, LDRV, S5, LED, LB, LWL, F1, PD, S0, V1, S1, LIV, S4) des einen Sensorkanals der
Typischerweise verfügen Sensorelemente (1410, 1420, 1430) eines Wellenleiters (2380, 1880, 1380, 6830) über ein oder mehrere gemeinsame Flachspulen 2520 als gemeinsames Magnetfelderzeugungsmittel Lc. Bevorzugt ermitteln die Steuervorrichtung CTR und/oder der Magnetfeldregler LCTR einen Wert für die Gesamtflussdichte BΣ und vergleicht diesen ermittelten Wert der Gesamtflussdichte BΣ mit einem Sollwert. Bevorzugt ermitteln die Steuervorrichtung CTR und/oder der Magnetfeldregler LCTR den Wert für die Gesamtflussdichte BΣ mittels der Auswertung des vektoriellen Filterausgangssignals S4 und/oder mittels eines Magnetfeldsensors MS und einer Magnetfeldsensoransteuerung SIS.Typically, sensor elements (1410, 1420, 1430) of a waveguide (2380, 1880, 1380, 6830) have one or more common
Vektorieller SensorelementkanalVector sensor element channel
Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments kann die Mehrzahl der Sensorelemente (SE, 1410, 1420, 1430, 1710, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410, 7115, 7125, 1735, 7145 und 7155) auch als ein vektorielles Sensorelement SE aufgefasst werden, dass eine Mehrzahl separater Fluoreszenzstrahlungssignale (FL_1, FL_2, FL_3) als vektorielles Fluoreszenzstrahlungssignal FL bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp erzeugt.In the sense of the document presented here, the majority of the sensor elements (SE, 1410, 1420, 1430, 1710, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410, 7115, 7125, 1735, 7145 and 7155) can also be understood as a vector sensor element SE that a plurality of separate fluorescence radiation signals (FL_1, FL_2, FL_3) are generated as a vector fluorescence radiation signal FL upon irradiation with pump radiation LB of the pump radiation wavelength λ pmp .
Die vorschlagsgemäße Vorrichtung kann typischerweise mehrere vektorielle Sensorelementkanäle und vektorielle Sensorelemente SE aufweisen. Die vorschlagsgemäße vektorielle Vorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens einen vektoriellen Sensorelementkanal mit vorzugsweise mindestens zwei Sensorelementkanälen. In dem Beispiel der
Vorzugsweise umfasst ein vektorieller Sensorelementkanal
- • einen ersten Signalgenerator G1, der ein LED-Modulationssignal S5w erzeugt, oder einen ersten vektoriellen Signalgenerator G1 umfassend mehrere Signalgeneratoren (G1_1, G1_2, G1,_3), der ein vektorielles LED-Modulationssignal S5w umfassen mehrere LED-Modulationssignale (S5w_1, S5w_2, S5w_3) erzeugt,
- • einen vektoriellen Lichtquellentreiber LDRV umfassend mehrere Lichtquellentreiber (LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3), der das vektorielle Sendesignal S5 für die vektorielle Pumpstrahlungsquelle, hier die vektorielle Lichtquelle LED, in Abhängigkeit von dem vektoriellen LED-Modulationssignal S5w und/oder dem LED-Modulationssignal S5w erzeugt und vorzugsweise die vektorielle Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquellen (LED_1, LED_2, LED_3) der vektoriellen Lichtquelle LED, mit elektrischer Energie versorgt,
- • ein vektorielles Sendesignal S5, umfassen mehrere Sendesignale (S5_1, S5_2, S5_3),
- • eine vektorielle Pumpstrahlungsquelle, hier eine vektorielle Lichtquelle LED, die die vektorielle Pumpstrahlung LB in Abhängigkeit von dem vektoriellen Sendesignal S5 erzeugt und beispielsweise die Pumpstrahlungsquelle, hier eine vektorielle Lichtquelle LED umfassen mehrere Lichtquellen (LED_1, LED_2, LED_3,), nur zeitweise und/oder teilweise ein- und nur zeitweise und/oder teilweise ausschaltet,
- • ein erstes vektorielles optisches System,
- ◯ das ein oder mehrere vektorielle optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die vektorielle Pumpstrahlung LB der vektoriellen Pumpstrahlungsquelle, hier der vektoriellen Lichtquelle LED, in vektorieller Weise erfasst, d. h. die die vektoriellen Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB2, LB3) separat erfasst, und
- ◯ das die erfasste vektorielle Pumpstrahlung LB vektoriell, d.h. im Wesentlichen ohne Vermischung der vektoriellen Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3) und ohne ungleichmäßige Dämpfung oder Modifikation der vektoriellen Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3), zum zugeordneten vektoriellen Sensorelement SE, d.h. zu den zugeordneten Sensorelementen (z.B. 1410, 1420, 1430) transportiert und
- ◯ das die vektorielle Pumpstrahlung LB aus dem ersten vektoriellen optischen System vektoriell auskoppelt, d.h. im Wesentlichen ohne Vermischung der vektoriellen Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3) und ohne ungleichmäßige Dämpfung oder Modifikation der vektoriellen Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3) auskoppelt, und
- ◯ das das zugeordnete vektorielle Sensorelement SE, d.h. die zugeordneten Sensorelemente (z.B. 1410, 1420, 1430), mit vektorieller Pumpstrahlung LB, d.h. mit den Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3), bestrahlt, wobei eine Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3) bevorzugt einem oder mehreren Sensorelementen (z.B. 1410, 1420, 1430) zugeordnet ist und wobei bevorzugt jedem benutzen Sensorelement (z.B. 1410, 1420, 1430) genau eine Pumpstrahlungskomponente (LB_1, LB_2, LB_3) zugeordnet ist, und
- ◯ das bevorzugt einen vektoriellen Lichtwellenleiter LWL, der bevorzugt eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern (LWL_1, LWL_2, LWL_3), für das vektorielle Sensorelement SE als ein solches vektorielles optisches Funktionselement umfasst,
- • ein zweites vektorielles optisches System,
- ◯ das ein oder mehrere vektorielle optische Funktionselemente umfasst und
- ◯ das die vektorielle Fluoreszenzstrahlung FL vektoriell erfasst,
- • wobei die vektorielle Fluoreszenzstrahlung FL die Fluoreszenzstrahlungen (FL1, FL_2, FL_3) der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten vektoriellen Sensorelements SE d.h. der Sensorelemente (z.B. 1410, 1420, 1430) als Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) umfasst und
- • wobei diese Erfassung durch das zweite vektorielle optische System typischerweise im Wesentlichen ohne Vermischung der vektoriellen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) und ohne ungleichmäßige Dämpfung oder Modifikation der vektoriellen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) erfolgt, und
- ◯ das vektorielle Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten vektoriellen Sensorelements SE zum zugeordneten Fotodetektor PD, umfassend die Fotodetektoren (PD_1, PD_2, PD_3) vektoriell, d.h. im Wesentlichen ohne Vermischung der vektoriellen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) und ohne ungleichmäßige Dämpfung oder Modifikation der vektoriellen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3), transportiert und
- ◯ das die vektorielle Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten vektoriellen Sensorelements SE aus dem zweiten vektoriellen optischen System vektoriell, d.h. im Wesentlichen ohne Vermischung der vektoriellen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) und ohne ungleichmäßige Dämpfung oder Modifikation der vektoriellen Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3), auskoppelt und
- ◯ das den zugeordneten vektoriellen Fotodetektor PD umfassend die Fotodetektoren (PD_1, PD_2, PD_3) mit vektorieller Fluoreszenzstrahlung FL umfassend die Fluoreszenzstrahlungen (FL_1, FL_2, FL_3) der NV-Zentren und/oder der paramagnetischen Zentren des zugeordneten vektoriellen Sensorelements SE vektoriell bestrahlt
- • wobei eine vektorielle Bestrahlung bedeutet,
- • dass vorzugsweise Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) vorzugsweise jeweils ein Fotodetektor (PD_1, PD_2, PD_3) des vektoriellen Fotodetektors PD zugeordnet ist und
- • dass vorzugsweise Fotodetektoren (PD_1, PD_2, PD_3) des vektoriellen Fotodetektors PD vorzugsweise ein oder mehrere der Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) zugeordnet sind und
- • dass besonders bevorzugt jeder Fluoreszenzstrahlungskomponente (FL_1, FL_2, FL_3) vorzugsweise genau ein Fotodetektor (PD_1, PD_2, PD_3) des vektoriellen Fotodetektors PD zugeordnet ist und
- • dass besonders bevorzugt jedem Fotodetektor (PD_1, PD_2, PD_3) des vektoriellen Fotodetektors PD genau eine der Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3) zugeordnet ist und
- ◯ das Funktionselemente, beispielsweise einen oder mehrere dichroitische Spiegel F1 und/oder einen oder mehrere optische Filter im Strahlengang, umfasst, die sicherstellen, dass im Wesentlichen keine Pumpstrahlung LB dieser oder anderer Pumpstrahlungsquellen, insbesondere die der Lichtquelle LED und/oder anderer Lichtquellen (LED, LED_1, LED2, LED_3), den vektoriellen Fotodetektor PD erreicht und
- ◯ das bevorzugt einen oder mehrere Lichtwellenleiter LWL oder einen vektoriellen Lichtwellenleiter LWL für das vektorielle Sensorelement SE als ein solches vektorielles optisches Funktionselement umfasst und
- ▪ wobei der vektoriellen Lichtwellenleiter LWL ein oder mehrere Lichtwellenleiter (LWL_1, LWL_2, LWL_3) mit jeweils einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfasst und
- ▪ wobei vorzugsweise Lichtwellenleiter (LWL_1, LWL_2, LWL_3) des vektoriellen Lichtwellenleiters LWL vorzugsweise einem Sensorelement (SE_1, SE_2, SE_3) des vektoriellen Sensorelements SE an ihrem zweiten Ende zugeordnet sind und
- ▪ wobei vorzugsweise Lichtwellenleiter (LWL_1, LWL_2, LWL_3) des vektoriellen Lichtwellenleiters LWL vorzugsweise einem Fotodetektor (PD_1, PD_2, PD_3) des vektoriellen Fotodetektors SE an ihrem zweiten Ende zugeordnet sind und
- ▪ wobei besonders bevorzugt jedem Lichtwellenleiter (LWL_1, LWL_2, LWL_3) des vektoriellen Lichtwellenleiters LWL vorzugsweise genau ein Sensorelement (SE_1, SE_2, SE_3) des vektoriellen Sensorelements SE an seinem ersten Ende zugeordnet ist und
- ▪ wobei besonders bevorzugt jedem Lichtwellenleiter (LWL_1, LWL_2, LWL_3) des vektoriellen Lichtwellenleiters LWL vorzugsweise genau ein Fotodetektor (PD_1, PD_2, PD_3) des vektoriellen Fotodetektors SE an seinem ersten Ende zugeordnet ist und
- ◯ das Vorrichtungsteile umfassen kann, die mit Vorrichtungsteilen des ersten optischen Systems identisch sind,
- • den vektoriellen Fotodetektor PD, der die Intensität der empfangenen vektoriellen Fluoreszenzstrahlung FL in ein vektorielles Empfängerausgangssignal S0 wandelt,
- • das vektorielle Empfängerausgangssignal S0, das die Empfängerausgangssignale (S0_1, S0_2, S0_3) umfasst,
- • einen ersten vektoriellen Verstärker V1 für das vektorielle Sensorelement SE zur vektoriellen Verstärkung und/oder vektoriellen Digitalisierung des vektoriellen Empfängerausgangssignal S0 zum verstärkten vektoriellen Empfängerausgangssignal S1 bzw. zum digitalisierten vektoriellen Empfängerausgangssignal S1,
- ◯ wobei ersten vektoriellen Verstärker V1 einen oder mehrere erste Verstärker (V1_1, V1_2, V1_3) umfasst und
- ◯ wobei erste Verstärker (V1_1, V1_2, V1_3) des ersten vektoriellen Verstärkers V1 ein Empfängerausgangssignal (S0_1, S0_2, S0_3) des vektoriellen Empfängerausgangssignal S0 zu einem verstärkten Empfängerausgangssignal (S1_1, S1_2, S1_3) des verstärkten vektoriellen Empfängerausgangssignals S1 bzw. zu einem digitalisierten Empfängerausgangssignal (S1_1, S1_2, S1_3) des digitalisierten vektoriellen Empfängerausgangssignal S1 verstärkt oder digitalisiert, und
- • das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 bzw. das digitalisierte Empfängerausgangssignal S1, die ein oder mehrere verstärkte Empfängerausgangssignale (S1_1, S1_2, S1_3) des verstärkten vektoriellen Empfängerausgangssignals S1 bzw. zu einem digitalisierten Empfängerausgangssignal (S1_1, S1_2, S1_3) umfassen,
- • einen vektoriellen Mehrfachkorrelator LIV, der ein gemeinsames vektorielles Filterausgangssignal S4 in Abhängigkeit vom vektoriellen verstärkten Empfängerausgangssignal S1 bzw. vom vektoriellen digitalisierten Empfängerausgangssignal S1 und dem vektoriellen LED-Modulationssignal S5w bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals S4 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. die Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt,
- ◯ wobei der vektorielle Mehrfachkorrelator LIV typischerweise einen oder mehrere Mehrfachkorrelatoren (LIV_1, LIV_2, LIV_3) umfasst, und
- ◯ wobei Mehrfachkorrelatoren (LIV_1, LIV_2, LIV_3) des vektoriellen Mehrfachkorrelators LIV, der ein Filterausgangssignal (S4_1, S4_2, S4_3) des gemeinsamen vektoriellen Filterausgangssignals S4 in Abhängigkeit von einem verstärkten Empfängerausgangssignal (S1_1, S1_2, S1_3) des vektoriellen verstärkten Empfängerausgangssignal S1 bzw. von einem digitalisierten Empfängerausgangssignal (S1_1, S1_2, S1_3) des vektoriellen digitalisierten Empfängerausgangssignals S1 und in Abhängigkeit von einem Modulationssignal (S5w_1, S5w_2, S5w_3) des vektoriellen LED-Modulationssignals S5w bildet und Daten des vektoriellen Filterausgangssignals (S4_1, S4_2, S4_3) des gemeinsamen vektoriellen Filterausgangssignals S4 der Steuervorrichtung CTR zur Verfügung stellt, insbesondere für die Steuervorrichtung CTR bereithält oder an die Steuervorrichtung CTR oder eine andere Vorrichtung (z.B. die Mustererkennungsvorrichtung MEV) insbesondere zur Auswertung überträgt,
- • ein gemeinsames vektorielles Filterausgangssignal S4 für das zugeordnete vektorielle Sensorelement SE,
- ◯ wobei das gemeinsame vektorielle Filterausgangssignal S4 ein oder mehrere vektorielle Filterausgangssignale (S4_1, S4_2, S4_3) umfasst, und
- ◯ wobei typischerweise eine Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR ein oder mehrere vektorielle Filterausgangssignale (S4_1, S4_2, S4_3) und/oder das gemeinsame vektorielle Filterausgangssignal S4 auswerten und/oder analysieren und/oder mittels computerimplementierter Verfahren verarbeiten.
- • a first signal generator G1, which generates an LED modulation signal S5w, or a first vector signal generator G1 comprising a plurality of signal generators (G1_1, G1_2, G1,_3), which comprises a vector LED modulation signal S5w, a plurality of LED modulation signals (S5w_1, S5w_2, S5w_3) generated,
- • a vectorial light source driver LDRV comprising several light source drivers (LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3), which generates the vectorial transmission signal S5 for the vectorial pump radiation source, here the vectorial light source LED, depending on the vectorial LED modulation signal S5w and / or the LED modulation signal S5w and preferably the vector pump radiation source, here the light sources (LED_1, LED_2, LED_3) of the vector light source LED, is supplied with electrical energy,
- • a vector transmission signal S5, include several transmission signals (S5_1, S5_2, S5_3),
- • a vectorial pump radiation source, here a vectorial light source LED, which generates the vectorial pump radiation LB depending on the vectorial transmission signal S5 and, for example, the pump radiation source, here a vectorial light source LED, includes several light sources (LED_1, LED_2, LED_3,), only temporarily and / or partially on and only temporarily and/or partially off,
- • a first vector optical system,
- ◯ which includes one or more vector optical functional elements and
- ◯ which detects the vectorial pump radiation LB of the vectorial pump radiation source, here the vectorial light source LED, in a vectorial manner, ie which detects the vectorial pump radiation components (LB_1, LB2, LB3) separately, and
- ◯ that the detected vector pump radiation LB vectorially, ie essentially without mixing of the vector pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3) and without uneven attenuation or modification of the vector pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3), to the assigned vector sensor element SE, ie to the assigned sensor elements (e.g. 1410, 1420, 1430) are transported and
- ◯ that vectorially decouples the vectorial pump radiation LB from the first vectorial optical system, that is, essentially without mixing the vectorial pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3) and without uneven attenuation or modification of the vectorial pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3), and
- ◯ that the assigned vector sensor element SE, ie the assigned sensor elements (e.g. 1410, 1420, 1430), is irradiated with vector pump radiation LB, ie with the pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3), whereby a pump radiation component (LB_1, LB_2, LB_3) is preferably assigned to one or more sensor elements (e.g. 1410, 1420, 1430) and preferably exactly one pump radiation component (LB_1, LB_2, LB_3) is assigned to each sensor element used (e.g. 1410, 1420, 1430), and
- ◯ which preferably comprises a vectorial optical waveguide LWL, which preferably comprises a plurality of optical waveguides (LWL_1, LWL_2, LWL_3), for the vectorial sensor element SE as such a vectorial optical functional element,
- • a second vector optical system,
- ◯ which includes one or more vector optical functional elements and
- ◯ that detects the vectorial fluorescence radiation FL vectorially,
- • where the vector fluorescence radiation FL is the fluorescence radiation (FL1, FL_2, FL_3) of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated vector sensor element SE, ie the sensor elements (e.g. 1410, 1420, 1430) as fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3) includes and
- • wherein this detection by the second vector optical system typically takes place essentially without mixing of the vector fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3) and without non-uniform attenuation or modification of the vector fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3), and
- ◯ the vectorial fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated vectorial sensor element SE to the associated photodetector PD, comprising the photodetectors (PD_1, PD_2, PD_3) vectorially, ie essentially without mixing the vectorial fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3) and without uneven attenuation or modification of the vector fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3), transported and
- ◯ the vectorial fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated vectorial sensor element SE from the second vectorial optical system vectorially, ie essentially without mixing of the vectorial fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3) and without uneven attenuation or modification the vector fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3), coupled out and
- ◯ which vectorially irradiates the associated vectorial photodetector PD comprising the photodetectors (PD_1, PD_2, PD_3) with vectorial fluorescence radiation FL comprising the fluorescence radiations (FL_1, FL_2, FL_3) of the NV centers and/or the paramagnetic centers of the associated vectorial sensor element SE
- • where vector irradiation means,
- • that a photodetector (PD_1, PD_2, PD_3) of the vector photodetector PD is preferably assigned to each of the fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3) and
- • that preferably photodetectors (PD_1, PD_2, PD_3) of the vector photodetector PD are preferably assigned one or more of the fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3) and
- • that particularly preferably exactly one photodetector (PD_1, PD_2, PD_3) of the vector photodetector PD is assigned to each fluorescence radiation component (FL_1, FL_2, FL_3) and
- • that particularly preferably exactly one of the fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3) is assigned to each photodetector (PD_1, PD_2, PD_3) of the vector photodetector PD and
- ◯ which comprises functional elements, for example one or more dichroic mirrors F1 and/or one or more optical filters in the beam path, which ensure that essentially no pump radiation LB from these or other pump radiation sources, in particular that of the light source LED and/or other light sources (LED , LED_1, LED2, LED_3), reaches the vector photodetector PD and
- ◯ which preferably comprises one or more optical fiber LWL or a vector optical fiber LWL for the vector sensor element SE as such a vector optical functional element and
- ▪ wherein the vector optical fiber LWL comprises one or more optical fibers (LWL_1, LWL_2, LWL_3), each with a first end and a second end and
- ▪ wherein preferably optical waveguides (LWL_1, LWL_2, LWL_3) of the vector optical waveguide LWL are preferably assigned to a sensor element (SE_1, SE_2, SE_3) of the vector sensor element SE at their second end and
- ▪ wherein preferably optical waveguides (LWL_1, LWL_2, LWL_3) of the vector optical waveguide LWL are preferably assigned to a photodetector (PD_1, PD_2, PD_3) of the vector photodetector SE at their second end and
- ▪ wherein particularly preferably each optical waveguide (LWL_1, LWL_2, LWL_3) of the vector optical waveguide LWL is preferably assigned exactly one sensor element (SE_1, SE_2, SE_3) of the vector sensor element SE at its first end and
- ▪ whereby particularly preferably each optical waveguide (LWL_1, LWL_2, LWL_3) of the vector optical waveguide LWL is preferably assigned exactly one photodetector (PD_1, PD_2, PD_3) of the vector photodetector SE at its first end and
- ◯ which may include device parts that are identical to device parts of the first optical system,
- • the vector photodetector PD, which converts the intensity of the received vector fluorescence radiation FL into a vector receiver output signal S0,
- • the vector receiver output signal S0, which includes the receiver output signals (S0_1, S0_2, S0_3),
- • a first vectorial amplifier V1 for the vectorial sensor element SE for vectorial amplification and/or vectorial digitization of the vectorial receiver output signal S0 to the amplified vectorial receiver output signal S1 or to the digitized vectorial receiver output signal S1,
- ◯ wherein the first vector amplifier V1 comprises one or more first amplifiers (V1_1, V1_2, V1_3) and
- ◯ wherein the first amplifier (V1_1, V1_2, V1_3) of the first vector amplifier V1 converts a receiver output signal (S0_1, S0_2, S0_3) of the vector receiver output signal S0 to an amplified receiver output signal (S1_1, S1_2, S1_3) of the amplified vector receiver output signal S1 or to a digitized one Receiver output signal (S1_1, S1_2, S1_3) of the digitized vector receiver output signal S1 is amplified or digitized, and
- • the amplified receiver output signal S1 or the digitized receiver output signal S1, which comprise one or more amplified receiver output signals (S1_1, S1_2, S1_3) of the amplified vectorial receiver output signal S1 or a digitized receiver output signal (S1_1, S1_2, S1_3),
- • a vectorial multiple correlator LIV, which forms a common vectorial filter output signal S4 depending on the vectorial amplified receiver output signal S1 or the vectorial digitized receiver output signal S1 and the vectorial LED modulation signal S5w and makes data of the vectorial filter output signal S4 available to the control device CTR, in particular for the The control device CTR is available or transmitted to the control device CTR or another device (e.g. the pattern recognition device MEV), in particular for evaluation,
- ◯ where the vectorial multiple correlator LIV typically comprises one or more multiple correlators (LIV_1, LIV_2, LIV_3), and
- ◯ where multiple correlators (LIV_1, LIV_2, LIV_3) of the vector multiple correlator LIV, which have a filter output signal (S4_1, S4_2, S4_3) of the common vector filter output signal S4 depending on an amplified receiver output signal (S1_1, S1_2, S1_3) of the vector amplified receiver output signal S1 or from a digitized receiver output signal (S1_1, S1_2, S1_3) of the vectorial digitized receiver output signal S1 and depending on a modulation signal (S5w_1, S5w_2, S5w_3) of the vectorial LED modulation signal S5w and data of the vectorial filter output signal (S4_1, S4_2, S4_3) of the common vectorial filter output signal S4 is made available to the control device CTR, in particular for the control device CTR or transmitted to the control device CTR or another device (e.g. the pattern recognition device MEV), in particular for evaluation,
- • a common vector filter output signal S4 for the assigned vector sensor element SE,
- ◯ wherein the common vector filter output signal S4 comprises one or more vector filter output signals (S4_1, S4_2, S4_3), and
- ◯ wherein typically a pattern recognition device MEV and/or the control device CTR evaluate and/or analyze one or more vectorial filter output signals (S4_1, S4_2, S4_3) and/or the common vectorial filter output signal S4 and/or process them using computer-implemented methods.
In einer Weiterbildung umfasst der vektorielle Sensorelementkanal,
- • einen zweiten Signalgenerator (G2), der dazu eingerichtet ist, ein Mikrowellenmodulationssignal (S5m) zu erzeugen, oder einen zweiten vektoriellen Signalgenerator (G2), der mehrere zweite Signalgeneratoren (G2_1, G2_2, G2_3, G2_4, G2_5) als zweite Signalgeneratorkomponenten umfasst und der dazu eingerichtet ist, ein vektorielles Mikrowellenmodulationssignal (S5m) mit mehreren Mikrowellenmodulationssignalen (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) als Mikrowellenmodulationssignalkomponenten zu erzeugen;
- • eine Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) oder eine vektorielle Wellenleitung mit mehreren Wellenleitungen als Wellenleitungskomponenten (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- ◯ eine Mikrowellensignalquelle (µWG), die dazu eingerichtet ist, das Mikrowellensignal (µW) für die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) in Abhängigkeit von dem Mikrowellenmodulationssignal (S5m) zu erzeugen und in die Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) einzuspeisen oder
- ◯ eine vektorielle Mikrowellensignalquelle (µWG), die mehrere Mikrowellensignalquellen (µWG _1, µWG _2, µWG _3, µWG _4, µWG _5) als Mikrowellensignalquellenkomponenten umfasst und die dazu eingerichtet ist, das vektorielle Mikrowellensignal (µW) mit mehreren Mikrowellensignalen (µW_1, µW_2, µW_3, µW_4, µW_5) als Mikrowellensignalkomponenten in Abhängigkeit von dem vektoriellen Mikrowellenmodulationssignal (S5m) und/oder von dem Mikrowellenmodulationssignal (S5m) zu erzeugen und in die vektorielle Wellenleitung einzuspeisen und/oder
- ◯ eine vektorielle Mikrowellensignalquelle (µWG) aufweist, die mehrere Mikrowellensignalquellen (µWG _1, µWG _2, µWG _3, µWG _4, µWG _5) als Mikrowellensignalquellenkomponenten umfasst und wobei jeweilige Mikrowellensignalquellenkomponenten dazu eingerichtet sind, eine jeweilige Mikrowellensignalkomponente (µW_1, µW_2, µW_3, µW_4, µW_5) des vektorielle Mikrowellensignals (µW) in Abhängigkeit von einer jeweiligen Mikrowellenmodulationssignalkomponente (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) des vektoriellen Mikrowellenmodulationssignal (S5m) und/oder von dem Mikrowellenmodulationssignal (S5m) zu erzeugen und in die jeweilige Wellenleitungskomponente (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) der vektoriellen Wellenleitung einzuspeisen;
- • einen Mehrfachkorrelator (LIV), der dazu eingerichtet ist, ein Filterausgangssignal (S4) in Abhängigkeit vom verstärkten Empfängerausgangssignal (S1) bzw. vom digitalisierten Empfängerausgangssignal (S1) und von dem LED-Modulationssignal (S5w) und von einem Mikrowellenmodulationssignal (S5m) zu bilden oder mehrere Mehrfachkorrelatoren (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5) eines vektoriellen Mehrfachkorrelators (LIV) als Mehrfachkorrelatorkomponenten umfasst, wobei jede der Mehrfachkorrelatorkomponenten (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5) des vektoriellen Mehrfachkorrelators (LIV) jeweils dazu eingerichtet ist, jeweils ein jeweiliges Filterausgangssignal (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) als jeweilige Filterausgangssignalkomponente eines gemeinsamen vektoriellen Filterausgangssignals (S4) in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen verstärkten Empfängerausgangssignalkomponente (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) des vektoriellen verstärkten Empfängerausgangssignals (S1) bzw. in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen digitalisierten Empfängerausgangssignalkomponente (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) des vektoriellen digitalisierten Empfängerausgangssignals (S1) und in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen LED-Modulationssignalkomponente (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5) des vektoriellen LED-Modulationssignal (S5w) und zum ersten in jeweiliger Abhängigkeit von der jeweiligen Mikrowellenmodulationssignalkomponente (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) des vektoriellen Mikrowellenmodulationssignals (S5m) zu bilden oder zum zweiten in Abhängigkeit von dem Mikrowellenmodulationssignals (S5m) zu bilden.
- • a second signal generator (G2), which is set up to generate a microwave modulation signal (S5m), or a second vector signal generator (G2), which comprises a plurality of second signal generators (G2_1, G2_2, G2_3, G2_4, G2_5) as second signal generator components and which is set up to generate a vector microwave modulation signal (S5m) with a plurality of microwave modulation signals (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) as microwave modulation signal components;
- • a waveline (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) or a vector waveline with multiple wavelines as waveline components (1380, 1880, 2380, 6830, 6980);
- ◯ a microwave signal source (µWG), which is set up to generate the microwave signal (µW) for the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) depending on the microwave modulation signal (S5m) and into the waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) or
- ◯ a vector microwave signal source (µWG), which includes several microwave signal sources (µWG _1, µWG _2, µWG _3, µWG _4, µWG _5) as microwave signal source components and which is designed to combine the vector microwave signal (µW) with several microwave signals (µW_1, µW_2, µW_3, µW_4, µW_5) as microwave signal components depending on the vector microwave modulation signal (S5m) and / or on the microwave modulation signal (S5m) and to feed them into the vector wave line and / or
- ◯ A vectorial microwave signal source (µwg) has several microwave signal sources (_1, µwg _2, µwg _4, µwg _5) as a microwave signal component and the respective microwave signal component is set up, a respective microwave component (µw_1, µw_2, µw_3, µw_4 , µW_5) of the vector microwave signal (µW) depending on a respective microwave modulation signal component (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) of the vector microwave modulation signal (S5m) and / or on the microwave modulation signal (S5m) and into the respective waveguide component (1380 , 1880, 2380, 6830, 6980) of the vector wave line;
- • a multiple correlator (LIV), which is designed to produce a filter output signal (S4) depending on the amplified receiver output signal (S1) or on the digitized receiver output signal (S1) and on the LED modulation signal (S5w) and on a microwave modulation signal (S5m). form or comprises several multiple correlators (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5) of a vectorial multiple correlator (LIV) as multiple correlator components, each of the multiple correlator components (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5) of the vectorial multiple correlator (LIV) being set up for this purpose , each a respective filter output signal (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) as a respective filter output signal component of a common vectorial filter output signal (S4) depending on the respective amplified receiver output signal component (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) of the vectorial amplified receiver output signal ( S1) or depending on the respective digitized receiver output signal component (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) of the vectorial digitized receiver output signal (S1) and depending on the respective LED modulation signal component (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5 ) of the vector LED modulation signal (S5w) and firstly depending on the respective microwave modulation signal component (S5m_1, S5m_2, S5m_3, S5m_4, S5m_5) of the vectorial microwave modulation signal (S5m) or secondly depending on the microwave modulation signal (S5m). form.
Figur 72Figure 72
Die
Bevorzugt weist die differentielle Mikrostreifenleitung 6880 bezogen auf den differentieller Signalleiter 6830 als „heißen“ Innenleiter einen Gleichtaktwellenwiderstand für eine Gleichtaktansteuerung auf und einen Gegentaktwellenwiderstand für eine Gegentaktansteuerung auf.The
Eine solche differentielle Mikrostreifenleitung 6880 ermöglicht durch unterschiedliche Nutzung der Gleichtakt- und Gegentaktansteuerung die vereinfachte Ansteuerung der Sensorelemente SE.Such a
Bei Gleichtaktansteuerung verhält sich der differentielle Signalleiter 6830 im Wesentlichen wie der Signalleiter 1330 einer beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380. Die die differentielle Mikrostreifenleitung 6880 verhält sich bei Gleichtaktansteuerung also im Wesentlichen wie eine Mikrostreifenleitung 1380.With common mode control, the
Auch kann man den differentiellen Signalleiter 6830 bei Gegentaktansteuerung wie einen spezielle Schlitzleitung 1880 betrachten, bei der die Breite der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 der Schlitzleitung 1880 auf der Oberseite des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 auf die Breite des linken Signalleiters 6810 geschrumpft ist und bei der die Breite der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der Schlitzleitung 1880 auf der Oberseite des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 auf die Breite des rechten Signalleiters 6820 geschrumpft ist. Die elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 entspricht dann dem Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880. Der Abstand des linken Signalleiters 6810 vom rechten Signalleiter 6810, also die Breite der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 entspricht daher in ihrer Funktion der Breite dSL des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880. Dies ist insofern von Bedeutung, als dass die folgenden Positionierungen der Sensorelemente SE dann besser zu verstehen sind.The
Die elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 ist durch eine elektrisch nicht-leitende linke Isolationslücke 2340 von dem linken Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 beabstandet und isoliert.The electrically conductive left
Die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 ist durch eine elektrisch nicht-leitende rechte Isolationslücke 2350 von dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 beabstandet und isoliert.The electrically conductive right
Die elektrisch isolierende Lücke 6840 separiert den linken Signalleiter 6810 von dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980.The electrically insulating
Wie bei der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 weist die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 zumindest zwei unabhängige Wellenwiderstände auf. Die technische Lehre der hier vorgelegten Schrift geht vereinfachend davon aus, dass die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 und die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 und der elektrisch leitende Rückseitenkontakt 1370 miteinander elektrisch verbunden sind oder zumindest als Signalmasse angesehen werden können. Dies ist aber nicht zwingend so. Ggf. können sie auch zeitgleich als Zu- und Ableitung von elektrischer Energie zu Vorrichtungsteilen verwendet werden, die mit einem Gleichstrom oder einer Gleichspannung oder Wechselspannung versorgt werden müssen. Eine solche Energieversorgung dürfte aber in der Regel problematisch sein, da sie magnetische Felder erzeugt, die unerwünscht sind. Im Folgenden geht die hier vorgelegte Schrift daher davon aus, dass bis auf die von Signalgeneratoren eingespeisten Signale zur Ansteuerung der Sensorelemente SE keine weiteren Signale über die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 transportiert werden, was bevorzugt ist.As with the
Bevorzugt ist die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 an dem Ende, das dem anderen Ende der differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980, an dem die Einspeisung der Signale erfolgt, gegenüberliegt, mit Anschlusswiderständen 6710 abgeschlossen.The differential
Bevorzugt ist die Breite der elektrisch nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 im Wesentlichen gleich der Breite der elektrisch nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340.Preferably, the width of the electrically non-conductive
Bevorzugt sind die Breiten der elektrisch nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 und der elektrisch nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 einerseits und die Breite der elektrisch isolierende Lücke 6840 so relativ zueinander eingestellt, dass der Gleichtaktwellenwiderstand der differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 bei Gleichtaktansteuerung des differentiellen Signalleiters 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 im Wesentlichen gleich dem Gegentaktwellenwiderstand der differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 bei Gegentaktansteuerung des differentiellen Signalleiters 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 ist.Preferably, the widths of the electrically non-conductive
Dies vereinfacht die Konstruktion der Ansteuerschaltungen (z.B. der Mikrowellensignalquelle µWG) und der Abschlusswiderstände 6710.This simplifies the construction of the control circuits (e.g. the microwave signal source µWG) and the terminating
Die beispielhafte Tri-Plate-Leitung 6980 der
Wie zuvor sollen die Sensorelemente SE jeweils eine Vielzahl von Diamant-Nano-Kristallen ND und/oder Kristallen mit unterschiedlicher und bevorzugt gleichverteilter räumlicher Ausrichtung umfassen. Bevorzugt umfassen Diamant-Nano-Kristalle ND bzw. Kristalle der Sensorelemente SE dabei wieder paramagnetische Zentren, insbesondere NV-Zentren, die bei Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung LB einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl emittieren.As before, the sensor elements SE should each comprise a large number of diamond nanocrystals ND and/or crystals with different and preferably uniformly distributed spatial orientation. Diamond nanocrystals ND or crystals of the sensor elements SE preferably comprise paramagnetic centers, in particular NV centers, which, when irradiated with a pump radiation LB of a pump radiation wavelength λ pmp , emit a fluorescence radiation FL with a fluorescence wavelength λ fl .
In dem Beispiel der
Der Unterschied zu der Tri-Plate-Leitung 2380 ist, dass durch die Verwendung einer differentiellen Signalleitung 6830 einer differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 als Teil der differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 zwei zusätzliche Positionen für die Sensorelemente SE hinzugekommen sind und dass die Eigenschaften der Sensorelemente SE nach Gleichtakteigenschaften und Gegentakteigenschaften sich unterscheiden.The difference to the
linkes Sensorelement SE(1410)left sensor element SE(1410)
Als erstes nennen wir hier wieder das linke Sensorelement SE(1410). Das linke Sensorelement SE(1410) ist stärker für Gleichtaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals und weniger für Gegentaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals empfindlich. Für Gleichtaktsignale verhält sich die Anordnung aus differentieller Tri-Plate-Leitung 6980 und linkem Sensorelement SE(1410) ähnlich einer Tri-Plate-Leitung 2380 mit linkem Sensorelement SE(1410) und zentraler Signalleitung 1330. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die Beschreibung der entsprechenden
rechtes Sensorelement SE(1430)right sensor element SE(1430)
Als zweites nennen wir hier wieder das rechte Sensorelement SE(1430). Das rechte Sensorelement SE(1430) ist stärker für Gleichtaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals und weniger für Gegentaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals empfindlich. Für Gleichtaktsignale verhält sich die Anordnung aus differentieller Tri-Plate-Leitung 6980 und rechtem Sensorelement SE(1430) ähnlich einer Tri-Plate-Leitung 2380 mit rechtem Sensorelement SE(1430) und zentraler Signalleitung 1330. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die Beschreibung der entsprechenden
mittleres Sensorelement SE(1420)middle sensor element SE(1420)
Als drittes nennen wir hier wieder das mittlere Sensorelement SE(1420). Das mittlere Sensorelement SE(1420) ist stärker für Gegentaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals und weniger für Gleichtaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals empfindlich. Für Gegentaktsignale verhält sich die Anordnung aus differentieller Tri-Plate-Leitung 6980 und mittlerem Sensorelement SE(1420) ähnlich einer Schlitzleitung 1880 mit mittlerem Sensorelement SE(1430). Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die Beschreibung der
linkes Leitungssensorelement SE(7110)left line sensor element SE(7110)
Als viertes nennen wir hier nun das neue linke Leitungssensorelement SE(7110). Das linke Leitungssensorelement SE(7110) ist für Gegentaktsignale und für Gleichtaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals empfindlich. Insofern unterscheidet sich das linke Leitungssensorelement SE(7110) von dem linken Sensorelement SE(1410) und dem rechten Sensorelement SE(1430) und dem mittleren Sensorelement SE(1430). Wir unterscheiden daher hier das Verhalten Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale des von den Signalgeneratoren (RWG, µWG) in die differentielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals.The fourth thing we call here is the new left line sensor element SE(7110). The left line sensor element SE(7110) is sensitive to differential mode signals and to common mode signals of the signal fed into the differential
GegentaktsignalePush-pull signals
Für Gegentaktsignale verhält sich die Anordnung aus differentieller Tri-Plate-Leitung 6980 und linken Leitungssensorelement SE(7110) ähnlich einer Tri-Plate-Leitung 2380 mit mittlerem Sensorelement SE(1430). Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die Beschreibung der
GleichtaktsignaleCommon mode signals
Für Gleichtaktsignale verhält sich die Anordnung aus differentieller Tri-Plate-Leitung 6980 und linken Leitungssensorelement SE(7110) ebenfalls ähnlich einer Tri-Plate-Leitung 2380 mit mittlerem Sensorelement SE(1430). Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang wieder auf die Beschreibung der
Typischerweise sollten also Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL des linken Leitungssensorelements SE(7110) im Wesentlichen in gleicher Weise beeinflussen.Typically, common mode signals and differential mode signals should influence the intensity of the fluorescence radiation FL of the left line sensor element SE (7110) in essentially the same way.
Zusammenfassung linkes Leitungssensorelement SE(7110)Summary left line sensor element SE(7110)
Typischerweise ist dabei die Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des linken Leitungssensorelements SE(7110) von dem Anteil der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ, dessen Komponentenvektor senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 1360 oder in Richtung der linken Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 liegt, abhängig. Zusammenfassend nimmt das hier vorgelegte Dokument also an, dass die Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des linken Leitungssensorelements SE(7110) von dem Anteil der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ, dessen Komponentenvektor senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 1360 oder in Richtung der linken Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 liegt, und dem Gegentaktsignal und Gleichtaktsignal der Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) abhängt. Diese neue Erkenntnis kann zur gezielten Sensorsystemkonstruktion und Ansteuerung des linken Leitungssensorelements SE(7110) durch die Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) eingesetzt werden.Typically, the intensity I is the fluorescence radiation FL of the left line sensor element SE (7110) from the proportion of the total magnetic flux density B Σ , the component vector of which is perpendicular to the surface of the
rechtes Leitungssensorelement SE(7120)right line sensor element SE(7120)
Als fünftes nennen wir hier nun das neue rechte Leitungssensorelement SE(7120). Das rechte Leitungssensorelement SE(7120) ist ebenfalls für Gegentaktsignale und für Gleichtaktsignale des von den Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) in die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals empfindlich. Das rechte Leitungssensorelement SE(7120) ist jedoch für Gegentaktsignale mit dem umgekehrten Vorzeichen als das linke Leitungssensorelement SE(7110) empfindlich. Insofern unterscheidet sich das rechte Leitungssensorelement SE(7120) von dem linken Sensorelement SE(1410) und dem rechten Sensorelement SE(1430) und dem mittleren Sensorelement SE(1430) und dem linken Leitungssensorelement SE(7110). Wir unterscheiden daher wieder hier das Verhalten Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale des von den Signalgeneratoren (RWG, µWG) in die differentielle Tri-Plate-Leitung 6980 eingespeisten Signals.The fifth thing we mention here is the new right line sensor element SE(7120). The right line sensor element SE(7120) is also sensitive to differential mode signals and to common mode signals of the signal fed into the differential
GegentaktsignalePush-pull signals
Für Gegentaktsignale verhält sich die Anordnung aus differentieller Tri-Plate-Leitung 6980 und rechtem Leitungssensorelement SE(7120) wieder ähnlich einer Tri-Plate-Leitung 2380 mit mittlerem Sensorelement SE(1430), wobei das Vorzeichen gegenüber dem Verhalten des linken Leitungssensorelements SE(7110) invertiert ist. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die Beschreibung der
GleichtaktsignaleCommon mode signals
Für Gleichtaktsignale verhält sich die Anordnung aus differentieller Tri-Plate-Leitung 6980 und rechtem Leitungssensorelement SE(7120) ebenfalls ähnlich einer Tri-Plate-Leitung 2380 mit mittlerem Sensorelement SE(1430). Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang wieder auf die Beschreibung der
Typischerweise sollten also Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale die Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des rechten Leitungssensorelements SE(7120) im Wesentlichen in gleicher Weise beeinflussen, wobei nun aber die Wirkungsrichtung der Gegentaktsignale gegenüber der Wirkungsrichtung der Gleichtaktsignale im Falle des linken Leitungssensorelements SE(7110) invertiert ist.Typically, common-mode signals and differential-mode signals should influence the intensity I ist of the fluorescence radiation FL of the right line sensor element SE (7120) in essentially the same way, However, the direction of action of the push-pull signals is now inverted compared to the direction of action of the common-mode signals in the case of the left line sensor element SE (7110).
Zusammenfassung linkes Leitungssensorelement SE(7110)Summary left line sensor element SE(7110)
Typischerweise ist dabei die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL des rechten Leitungssensorelements SE(7120) von dem Anteil der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ, dessen Komponentenvektor senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 1360 oder in Richtung der rechten Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 liegt, abhängig. Zusammenfassend nimmt das hier vorgelegte Dokument also an, dass die Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des rechten Leitungssensorelements SE(6820) von dem Anteil der magnetischen Gesamtflussdichte Bε, dessen Komponentenvektor senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 1360 oder in Richtung der rechten Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 liegt, und dem Gegentaktsignal und Gleichtaktsignal der Signalgeneratoren (z.B. RWG,µWG) abhängt. Diese neue Erkenntnis kann zur gezielten Sensorsystemkonstruktion und Ansteuerung des rechten Leitungssensorelements SE(7120) durch die Signalgeneratoren (z.B. RWG, µWG) eingesetzt werden.Typically, the intensity of the fluorescence radiation FL of the right line sensor element SE (7120) depends on the proportion of the total magnetic flux density B Σ , the component vector of which is perpendicular to the surface of the
Die Vektoren der jeweiligen magnetischen Flussdichte BµW, die die linke Signalleitung 6810 der differenziellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 erzeugen sind mit dünnen Pfeilen zur Verdeutlichung eingezeichnet.The vectors of the respective magnetic flux density B μW that generate the
Die Vektoren der jeweiligen magnetischen Flussdichte BµW, die die rechte Signalleitung 6820 der differenziellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 erzeugen sind mit fetten Pfeilen zur Verdeutlichung eingezeichnet.The vectors of the respective magnetic flux density B μW that generate the
Die Vektoren (7140, 7150, 7160, 7170, 7180, 7190) der jeweiligen magnetischen Flussdichte BµW der Bestromung der Signalleitungen 6810, 6820 der differenziellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 sind zur Verdeutlichung für Gegentaktansteuerung der differenziellen Signalleitung 6830 der differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 dargestellt. Um die Darstellung der Gleichtaktansteuerung zu erhalten, reicht es beispielsweise aus, die Richtungen der Pfeile 7170, 7180 und 7190 umzudrehen.The vectors (7140, 7150, 7160, 7170, 7180, 7190) of the respective magnetic flux density B μW of the current supply to the
Figur 73Figure 73
Die
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt sieben Positionierungen von Sensorelementen SE relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310,
- 2. in der nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340,
- 3. auf
dem linken Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830, - 4. in der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen
dem linken Signalleiter 6810 unddem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. - 5. auf
dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830, - 6. in der nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350,
- 7. auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320.
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310, - 2. in the non-conductive
left isolation gap 2340, - 3. on the
left signal conductor 6810 of thedifferential signal conductor 6830, - 4. in the electrically insulating
gap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. - 5. on the
right signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830, - 6. in the non-conductive
right isolation gap 2350, - 7. on the electrically conductive right
signal ground surface 1320.
Mischformen durch Fehlplatzierungen und Vergrößerungen der betreffenden Sensorelemente SE sind möglich. Hieraus ergeben sich 27 =128 mögliche Platzierungskombinationen an den verschiedenen 3 Sensorelementpositionen, die hiermit alle für eine fachkundige Person offenbart sind.Mixed forms due to incorrect placement and enlargement of the relevant sensor elements SE are possible. This results in 2 7 =128 possible placement combinations at the different 3 sensor element positions, all of which are hereby disclosed to a skilled person.
Figur 74Figure 74
Die
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt fünf Positionierungen von Sensorelementen SE relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der differentielle Mikrostreifenleitung 6880 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340,
- 2. auf
dem linken Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830, - 3. in der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen
dem linken Signalleiter 6810 unddem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. - 4. auf
dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830, - 5. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350.
- 1. on the essentially electrically non-conductive
left insulation surface 1340, - 2. on the
left signal conductor 6810 of thedifferential signal conductor 6830, - 3. in the electrically insulating
gap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. - 4. on the
right signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830, - 5. on the essentially electrically non-conductive
right insulation surface 1350.
Mischformen durch Fehlplatzierungen und Vergrößerungen der betreffenden Sensorelemente SE sind möglich. Hieraus ergeben sich 25 =32 mögliche Platzierungskombinationen an den verschiedenen 3 Sensorelementpositionen, die hiermit alle für eine fachkundige Person offenbart sind.Mixed forms due to incorrect placement and enlargement of the relevant sensor elements SE are possible. This results in 2 5 =32 possible placement combinations at the different 3 sensor element positions, all of which are hereby disclosed to a skilled person.
Figur 75Figure 75
Die
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt drei Positionierungen von Sensorelementen SE relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der Mikrostreifenleitung 1380 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340,
- 2. auf
dem linken Signalleiter 1330, - 3. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350.
- 1. on the essentially electrically non-conductive
left insulation surface 1340, - 2. on the
left signal conductor 1330, - 3. on the essentially electrically non-conductive
right insulation surface 1350.
Mischformen durch Fehlplatzierungen und Vergrößerungen der betreffenden Sensorelemente SE sind möglich. Hieraus ergeben sich 23 =8 mögliche Platzierungskombinationen an den verschiedenen 3 Sensorelementpositionen, die hiermit alle für eine fachkundige Person offenbart sind.Mixed forms due to incorrect placement and enlargement of the relevant sensor elements SE are possible. This results in 2 3 =8 possible placement combinations at the different 3 sensor element positions, all of which are hereby disclosed to a skilled person.
Figur 76Figure 76
Die
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt drei Positionierungen von Sensorelementen SE relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der Schlitzleitung 1880 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310,
- 2.
im Schlitz 1840der Schlitzleitung 1880 - 3. auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320.
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310, - 2. in
slot 1840 ofslot line 1880 - 3. on the electrically conductive right
signal ground surface 1320.
Mischformen durch Fehlplatzierungen und Vergrößerungen der betreffenden Sensorelemente SE sind möglich. Hieraus ergeben sich 23 =8 mögliche Platzierungskombinationen an den verschiedenen 3 Sensorelementpositionen, die hiermit alle für eine fachkundige Person offenbart sind.Mixed forms due to incorrect placement and enlargement of the relevant sensor elements SE are possible. This results in 2 3 =8 possible placement combinations at the different 3 sensor element positions, all of which are hereby disclosed to a skilled person.
Figur 77Figure 77
Die
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310;
- 2. in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340,
- 3. auf
dem linken Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830, - 4. in der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen
dem linken Signalleiter 6810 unddem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. - 5. auf
dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830, - 6. in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350,
- 7. auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320;
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310; - 2. in the essentially electrically non-conductive
left insulation gap 2340, - 3. on the
left signal conductor 6810 of thedifferential signal conductor 6830, - 4. in the electrically insulating
gap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. - 5. on the
right signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830, - 6. in the essentially electrically non-conductive
right insulation gap 2350, - 7. on the electrically conductive right
signal ground surface 1320;
Hier umfasst die Vorrichtung der
Die Funktion der Sensorelementkanäle ist in der Beschreibung der
Die vektorielle Filterausgangssignal S4 umfasst die vektoriellen Filterausgangssignale (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) der Mehrfachkorrelatoren (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5).The vector filter output signal S4 includes the vector filter output signals (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) of the multiple correlators (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5).
Die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV werden das vektorielle Filterausgangssignal S4 vorzugsweise aus. Typischerweise emulieren die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV einige Vorrichtungsteile der Sensorelementkanäle.The control device CTR and/or the pattern recognition device MEV preferably output the vector filter output signal S4. Typically, the control device CTR and/or the pattern recognition device MEV emulate some device parts of the sensor element channels.
Es ist oft zweckmäßig, wenn die Steuervorrichtung CTR auch die Mustererkennungsvorrichtung MEV ganz oder in Teilen beispielsweise mittels eines computerimplementierten Verfahren emuliert.It is often expedient if the control device CTR also emulates the pattern recognition device MEV in whole or in part, for example by means of a computer-implemented method.
Hieraus ergeben sich 27 = 128 mögliche Platzierungskombinationen an den verschiedenen 3 Sensorelementpositionen, die hiermit alle für eine fachkundige Person offenbart sind.This results in 2 7 = 128 possible placement combinations at the different 3 sensor element positions, all of which are hereby disclosed to a skilled person.
Figur 78Figure 78
Die
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310,
- 2. in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340,
- 3. auf
dem linken Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830, - 4. in der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen
dem linken Signalleiter 6810 unddem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. - 5. auf
dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830, - 6. in der im Wesentlichen elektrisch nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350,
- 7. auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320.
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310, - 2. in the essentially electrically non-conductive
left insulation gap 2340, - 3. on the
left signal conductor 6810 of thedifferential signal conductor 6830, - 4. in the electrically insulating
gap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. - 5. on the
right signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830, - 6. in the essentially electrically non-conductive
right insulation gap 2350, - 7. on the electrically conductive right
signal ground surface 1320.
Hieraus ergeben sich 27 =128 mögliche Platzierungskombinationen an den verschiedenen 3 Sensorelementpositionen, die hiermit alle für eine fachkundige Person offenbart sind.This results in 2 7 =128 possible placement combinations at the different 3 sensor element positions, all of which are hereby disclosed to a skilled person.
Die vektorielle Filterausgangssignal S4 umfasst die vektoriellen Filterausgangssignale (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) der Mehrfachkorrelatoren (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5).The vector filter output signal S4 includes the vector filter output signals (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) of the multiple correlators (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5).
Die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV werden das vektorielle Filterausgangssignal S4 vorzugsweise aus. Typischerweise emulieren die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV einige Vorrichtungsteile der Sensorelementkanäle.The control device CTR and/or the pattern recognition device MEV preferably output the vector filter output signal S4. Typically, the control device CTR and/or the pattern recognition device MEV emulate some device parts of the sensor element channels.
Es ist oft zweckmäßig, wenn die Steuervorrichtung CTR auch die Mustererkennungsvorrichtung MEV ganz oder in Teilen beispielsweise mittels eines computerimplementierten Verfahren emuliert.It is often expedient if the control device CTR also emulates the pattern recognition device MEV in whole or in part, for example by means of a computer-implemented method.
Das Besondere ist nun, dass in dem hier dargestellten Beispiel die Mikrowellensignalquelle µWG das von ihr erzeugte Mikrowellensignal µW nicht beide Signalleitungen 6810 und 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der Mikrostreifenleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, sondern nur in eine der beiden Signalleitungen 6810 und 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der Mikrostreifenleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980. Zur Erläuterung soll die Mikrowellensignalquelle µWG bevorzugt das von ihr erzeugte Mikrowellensignal µW in die linke Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der Mikrostreifenleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 in dem Beispiel der
Die Mikrowellenquelle µWG erzeugt das Mikrowellensignal µW. Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR die Erzeugung des Mikrowellensignals µW durch die Mikrowellenquelle µWG mittels Datenbotschaften über den Datenbus DB an die Mikrowellenquelle µWG. Die Steuervorrichtung CTR überprüft vorzugsweise den Status der Mikrowellensignalquelle µWG mittels Datenabfragen über den Datenbus DB. Ein zweiter Signalgenerator G2 erzeugt typischerweise ein Mikrowellenmodulationssignal S5m. Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR die Erzeugung des Mikrowellenmodulationssignals S5m durch den zweiten Signalgenerator G2 mittels Datenbotschaften über den Datenbus DB an den zweien Signalgenerator G2. Typischerweise überprüft die Steuervorrichtung CTR den Status des zweiten Signalgenerators G2 mittels Datenabfragen über den Datenbus DB. Das Mikrowellenmodulationssignal S5m moduliert bevorzugt die Amplitude des Radiowellensignals µW der Mikrowellenquelle µW. Typischerweise ist das Radiowellenmodulationssignal S5m ein digitales Signal mit einem ersten logischen Pegel und einem zweiten logischen Pegel, der vom ersten logischen Pegel verschieden ist. Beispielsweise steuert der zweite Signalgenerator G2 mittels des Mikrowellenmodulationssignals S5m die Amplitude des Mikrowellensignals µW, das die Mikrowellensignalquelle µWG erzeugt.The microwave source µWG generates the microwave signal µW. The control device CTR preferably controls the generation of the microwave signal µW by the microwave source µWG by means of data messages via the data bus DB to the microwave source µWG. The control device CTR preferably checks the status of the microwave signal source µWG by means of data queries via the data bus DB. A second signal generator G2 typically generates a microwave modulation signal S5m. The control device CTR preferably controls the generation of the microwave modulation signal S5m by the second signal generator G2 by means of data messages via the data bus DB to the two signal generator G2. Typically, the control device CTR checks the status of the second signal generator G2 by means of data queries via the data bus DB. The microwave modulation signal S5m preferably modulates the amplitude of the radio wave signal µW of the microwave source µW. Typically, the radio wave modulation signal S5m is a digital signal having a first logic level and a second logic level different from the first logic level. For example, the second signal generator G2 controls the amplitude of the microwave signal µW that the microwave signal source µWG generates by means of the microwave modulation signal S5m.
Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal µW mit einer vorgegebenen Minimalamplitude erzeugt, wenn das Mikrowellenmodulationssignal S5m den ersten logischen Wert annimmt.For example, the device can be constructed in such a way that the microwave signal source µWG generates a microwave signal µW with a predetermined minimum amplitude when the microwave modulation signal S5m assumes the first logical value.
Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal RµW mit einer vorgegebenen Maximalamplitude erzeugt, wenn das Mikrowellenmodulationssignal S5m den zweiten logischen Wert annimmt.For example, the device can be constructed in such a way that the microwave signal source µWG generates a microwave signal RµW with a predetermined maximum amplitude when the microwave modulation signal S5m assumes the second logical value.
Die Steuerung der Mikrowellensignalquelle µWG durch das Mikrowellenmodulationssignal S5m kann auch schaltend erfolgen:
- Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Mikrowellensignalquelle µWG das Mikrowellensignal µW abschaltet, wenn das Mikrowellenmodulationssignal S5m den ersten logischen Wert annimmt.
- For example, the device can be constructed in such a way that the microwave signal source µWG switches off the microwave signal µW when the microwave modulation signal S5m assumes the first logical value.
Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Mikrowellensignalquelle µWG ein Mikrowellensignal µW mit der vorgegebenen Maximalamplitude erzeugt, wenn das Mikrowellenmodulationssignal S5m den zweiten logischen Wert annimmt.For example, the device can be constructed in such a way that the microwave signal source µWG generates a microwave signal µW with the predetermined maximum amplitude when the microwave modulation signal S5m assumes the second logical value.
Die Radiowellenquelle RFG erzeugt das Radiowellensignal RW. Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR die Erzeugung des Radiowellensignals RW durch die Radiowellenquelle RFG mittels Datenbotschaften über den Datenbus DB an die Radiowellenquelle RFG. Die Steuervorrichtung CTR überprüft vorzugsweise den Status der Radiowellensignalquelle RFG mittels Datenabfragen über den Datenbus DB. Ein dritter Signalgenerator G3 erzeugt typischerweise ein Radiowellenmodulationssignal S5r. Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR die Erzeugung des Radiowellenmodulationssignals S5r durch den dritter Signalgenerator G3 mittels Datenbotschaften über den Datenbus DB an den dritten Signalgenerator G3. Typischerweise überprüft die Steuervorrichtung CTR den Status des dritten Signalgenerator G3 mittels Datenabfragen über den Datenbus DB. Das Radiowellenmodulationssignal S5r moduliert bevorzugt die Amplitude des Radiowellensignals RW der Radiowellenquelle RW. Typischerweise ist das Radiowellenmodulationssignal S5r ein digitales Signal mit einem ersten logischen Pegel und einem zweiten logischen Pegel, der vom ersten logischen Pegel verschieden ist. Beispielsweise steuert der dritte Signalgenerator G3 mittels des Radiowellenmodulationssignals S5r die Amplitude des Radiowellensignals RW, das die Radiowellensignalquelle RFG erzeugt.The radio wave source RFG generates the radio wave signal RW. The control device CTR preferably controls the generation of the radio wave signal RW by the radio wave source RFG by means of data messages via the data bus DB to the radio wave source RFG. The control device CTR preferably checks the status of the radio wave signal source RFG by means of data queries via the data bus DB. A third signal generator G3 typically generates a radio wave modulation signal S5r. The control device CTR preferably controls the generation of the radio wave modulation signal S5r by the third signal generator G3 by means of data messages via the data bus DB to the third signal generator G3. Typically, the control device CTR checks the status of the third signal generator G3 by means of data queries via the data bus DB. The radio wave modulation signal S5r preferably modulates the amplitude of the radio wave signal RW of the radio wave source RW. Typically, the radio wave modulation signal S5r is a digital signal having a first logic level and a second logic level different from the first logic level. For example, the third signal generator G3 controls the amplitude of the radio wave signal RW that the radio wave signal source RFG generates by means of the radio wave modulation signal S5r.
Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Radiowellensignalquelle RFG ein Radiowellensignal RW mit einer vorgegebenen Minimalamplitude erzeugt, wenn das Radiowellenmodulationssignal S5r den ersten logischen Wert annimmt.For example, the device can be constructed such that the radio wave signal source RFG generates a radio wave signal RW with a predetermined minimum amplitude when the radio wave modulation signal S5r assumes the first logical value.
Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Radiowellensignalquelle RFG ein Radiowellensignal RW mit einer vorgegebenen Maximalamplitude erzeugt, wenn das Radiowellenmodulationssignal S5r den zweiten logischen Wert annimmt.For example, the device can be constructed such that the radio wave signal source RFG generates a radio wave signal RW with a predetermined maximum amplitude when the radio wave modulation signal S5r assumes the second logical value.
Die Steuerung der Radiowellensignalquelle RFG durch das Radiowellenmodulationssignal S5r kann auch schaltend erfolgen:
- Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Radiowellensignalquelle RFG das Radiowellensignal RW abschaltet, wenn das Radiowellenmodulationssignal S5r den ersten logischen Wert annimmt.
- For example, the device can be constructed so that the radio wave signal source RFG switches off the radio wave signal RW when the radio wave modulation signal S5r assumes the first logical value.
Beispielsweise kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass die Radiowellensignalquelle RFG ein Radiowellensignal RW mit der vorgegebenen Maximalamplitude erzeugt, wenn das Radiowellenmodulationssignal S5r den zweiten logischen Wert annimmt.For example, the device can be constructed such that the radio wave signal source RFG generates a radio wave signal RW with the predetermined maximum amplitude when the radio wave modulation signal S5r assumes the second logical value.
Vorzugsweise ist das Radiowellenmodulationssignal RW mit einer Radiowellenmodulationsfrequenz fRWm moduliert. Vorzugsweise ist die Radiowellenmodulationsfrequenz fRWm von den anderen Modulationsfrequenzen der Vorrichtung, wie zuvor erläutert, verschieden. Bevorzugt fügt sich die Radiowellenmodulationsfrequenz fRWm in das 2n-Schema der Modulationsfrequenzen der Vorrichtung ein, dass sicherstellt, dass keine der Mischfrequenzen der Modulationsfrequenzen gleich oder ähnlich sind.Preferably, the radio wave modulation signal RW is modulated with a radio wave modulation frequency f RWm . Preferably, the radio wave modulation frequency f RWm is different from the other modulation frequencies of the device, as explained previously. The radio wave modulation frequency f RWm preferably fits into the 2 n scheme of the modulation frequencies of the device, which ensures that none of the mixed frequencies of the modulation frequencies are the same or similar.
Die beispielhafte Vorrichtung der
Das Besondere ist nun, dass in dem hier dargestellten Beispiel die Radiowellensignalquelle RFG das von ihr erzeugte Radiowellensignal RW nicht beide Signalleitungen 6810 und 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der Mikrostreifenleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, sondern nur in eine beiden Signalleitungen 6810 und 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der Mikrostreifenleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 und zwar bevorzugt nun in die andere der beiden Signalleitungen 6810 und 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der Mikrostreifenleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980. Zur Erläuterung soll die Radiowellensignalquelle RFG bevorzugt das von ihr erzeugte Radiowellensignal RW nun in die rechte Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der Mikrostreifenleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 in dem Beispiel der
Dies hat den Vorteil, dass kein Mischer MIX für die Mischung des Radiowellensignals RW mit dem Mikrowellensignal µW zu einem Radiowellen-Mikrowellen-Mischsignal RWµW mehr notwendig ist.This has the advantage that a mixer MIX is no longer necessary for mixing the radio wave signal RW with the microwave signal µW to form a radio wave-microwave mixed signal RWµW.
Die Verwendung von Radiowellen hat den Vorteil, dass auch Resonanzen, die durch die Wechselwirkung der paramagnetischen Zentren mit nuklearen Atomkernen von Isotopen, die ein magnetisches Moment aufweisen und sich im Material der Diamant-Nano-Kristalle ND bzw. der funktionsgleich verwendeten Kristalle im Sensorelement SE befinden, angeregt werden können und ggf. beobachtet werden können.The use of radio waves has the advantage that resonances caused by the interaction of the paramagnetic centers with nuclear nuclei of isotopes that have a magnetic moment and are located in the material of the diamond nano-crystals ND or the crystals used in the sensor element SE with the same function can be stimulated and, if necessary, observed.
Die Grundidee der
Figur 79Figure 79
Die
Diese zusätzlichen magnetischen Flussdichten (Bad_1, Bad_2, Bad_3, Bad_4, Bad_5) definieren in der
Die Vorgaben jeweils einer Mikrowellenfrequenzen (ωµW_I, ωµW_I, ωµW_I, ωµW_IV) der jeweiligen Mikrowellensignale (µW_I, µW_II, µW_III, µW_IV) der
- 1. die wahrscheinliche Lage der unteren Resonanzkante 522,
- 2. die wahrscheinliche Lage der unteren mittleren Resonanzkante 523,
- 3. die wahrscheinliche Lage der oberen mittleren Resonanzkante 524,
- 4. die wahrscheinliche Lage der oberen Resonanzkante 525,
- 5. die wahrscheinliche Lage des mittleren Resonanzminimums 529,
- 6. den wahrscheinlichen Wert der wirksamen Offsetflussdichte Boff,
- 7. den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsflussdichte B0,
- 8. den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0,
- 1. the probable position of the
lower resonance edge 522, - 2. the probable position of the lower
middle resonance edge 523, - 3. the probable position of the upper
middle resonance edge 524, - 4. the probable position of the
upper resonance edge 525, - 5. the probable location of the
mean resonance minimum 529, - 6. the probable value of the effective offset flux density B off ,
- 7. the probable value of the zero-point flux density B 0 ,
- 8. the probable value of the zero point microwave frequency ω µW0 ,
Nach weiteren Messungen kann die Steuervorrichtung CTR auch hier auf einen oder mehrere der folgenden Werte schließen:
- 9.
den wahrscheinlichen Wert 564 der magnetischen Flussdichte B, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 10.
den wahrscheinlichen Wert 565 der magnetischen Flussdichte B, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 11. die
wahrscheinliche Differenz 566 des Werts der magnetischen Flussdichte B, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minusdem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, - 12. die
wahrscheinliche Steigung 567 der Kurve an einem oder mehreren Arbeitspunkten; - 13. die
Polynomkoeffizienten der Polynomapproximation 627 der Kurve in einigen Arbeitspunkten, - 14. den wahrscheinlichen Wert einer unteren wirksamen magnetischen Flussdichte B22,
- 15. den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B23,
- 16. den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B24,
- 17. den wahrscheinlichen Wert einer oberen wirksamen magnetischen Flussdichte B25,
- 18. den wahrscheinlichen Wert einer wirksamen magnetische Resonanzminimum-Flussdichte B29,
- 19. den wahrscheinlichen Wert einer Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0;
- 20. den wahrscheinlichen Wert einer unteren Mikrowellenfrequenz ωµW22;
- 21. den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW23;
- 22. den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW24;
- 23. den wahrscheinlichen Wert einer oberen Mikrowellenfrequenz ωµW25;
- 24. den wahrscheinlichen Wert einer Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29;
- 25. den wahrscheinlichen Wert einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk;
- 26. den wahrscheinlichen Wert einer Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW;
- 9. the
probable value 564 of the magnetic flux density B associated with theupper reference line 561 at one or more operating points, - 10. the
probable value 565 of the magnetic flux density B associated with thelower reference line 562 at one or more operating points, - 11. the
probable difference 566 of the value of the magnetic flux density B associated with themiddle reference line 563 minus thevalue 565 of the magnetic flux density B associated with thelower reference line 562, - 12. the
probable slope 567 of the curve at one or more operating points; - 13. the polynomial coefficients of the
polynomial approximation 627 of the curve at some operating points, - 14. the probable value of a lower effective magnetic flux density B 22 ,
- 15. the probable value of a lower average effective magnetic flux density B 23 ,
- 16. the probable value of an upper average effective magnetic flux density B 24 ,
- 17. the probable value of an upper effective magnetic flux density B 25 ,
- 18. the probable value of an effective magnetic resonance minimum flux density B 29 ,
- 19. the probable value of a zero point microwave frequency ω µW0 ;
- 20. the probable value of a lower microwave frequency ω µW22 ;
- 21. the probable value of a lower mean microwave frequency ω µW23 ;
- 22. the probable value of an upper mean microwave frequency ωµ W24 ;
- 23. the probable value of an upper microwave frequency ω µW25 ;
- 24. the probable value of a resonance minimum microwave frequency ω µW29 ;
- 25. the probable value of an unknown microwave frequency ω µWnk ;
- 26. the probable value of a microwave modulation frequency f µW ;
Figur 80Figure 80
Nachteil ist, dass eine Verstellung der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ dann nur mit dem Gradienten behafteter Permanentmagnet GPM alleine nicht mehr möglich ist. Daher ist es sinnvoll, in dem Fall ein zusätzliches Magnetfelserzeugungsmittel Lc zusätzlich zum Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM vorzusehen.The disadvantage is that an adjustment of the total magnetic flux density B Σ is then no longer possible using only the gradient permanent magnet GPM alone. It therefore makes sense in this case to provide an additional magnetic rock generating means L c in addition to the gradient-affected permanent magnet GPM.
Es wird hier offensichtlich, dass eine Auflösung mit nur 5 Sensorelementkanälen unzureichend ist.It becomes obvious here that a resolution with only 5 sensor element channels is insufficient.
Figur 81Figure 81
Eine Verwendung einer linienhaften Sensorelementschicht 5 als Sensorelement SE kann durch eine Verbindung der Sensorelemente beispielsweise der
Soll das Magnetfelderzeugungsmittel Lc mehrere Magnetfelderzeugungsmittel (Lc_1, Lc_2, Lc_3, Lc_4, Lc_5) als Teilvorrichtungen des Magnetfelderzeugungsmittel Lc umfassen, die längs des Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) angeordnet sind, so kann bevorzugt eine linienhafte Sensorelementschicht 5 auch längs dieses Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) ausgeformt sein. Eine solche längs des Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) angeordnete linienhafte Sensorelementschicht 5 bezeichnet daher das hier vorgelegte Dokument als längsangeordnete linienhafte Sensorelementschicht 5, die hier typischerweise eine Vielzahl von ineinander übergehenden Sensorelementen SE umfasst.The magnetic field generating means Lc should comprise several magnetic field generating means (L c _1, L c _2, L c _3, L c _4, L c _5) as sub-devices of the magnetic field generating means Lc, which are arranged along the waveguide (1380, 2380, 1880, 6830, 6980). are, a linear
Zunächst nehmen wir an, dass die längsangeordnete linienhafte Sensorelementschicht 5. so schmal ist, dass sie einer der im Folgenden für die zuvor bereits erwähnten verschiedenen beispielhaften Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) möglichen Positionen einnehmen kann. Für alternative, hier nicht aufgeführte, insbesondere planare, Wellenleiter gelten die analogen Positionen.First, we assume that the longitudinally arranged linear
Hierzu diskutiert das hier vorgelegte Dokument beispielhaft die in dem hier vorgelegten Dokument bereits beispielhaft erwähnten Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980).For this purpose, the document presented here discusses the waveguides already mentioned as examples in the document presented here (1380, 2380, 1880, 6830, 6980).
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt drei Positionierungen von längsangeordneten linienhaften Sensorelementschichten 5 relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der Mikrostreifenleitung 1380 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340,
- 2. auf
dem linken Signalleiter 1330, - 3. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350.
- 1. on the essentially electrically non-conductive
left insulation surface 1340, - 2. on the
left signal conductor 1330, - 3. on the essentially electrically non-conductive
right insulation surface 1350.
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt drei Positionierungen von längsangeordneten linienhaften Sensorelementschichten 5 relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der Schlitzleitung 1880 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310,
im Schlitz 1840der Schlitzleitung 1880 - 2. auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320.
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310, inslot 1840 ofslot line 1880 - 2. on the electrically conductive right
signal ground surface 1320.
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt fünf Positionierungen von längsangeordneten linienhaften Sensorelementschichten 5 relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der Triplate-Leitung 2380 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310,
- 2. in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340,
- 3.
auf dem Signalleiter 1330, - 4. in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350
- 5. auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320.
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310, - 2. in the essentially electrically non-conductive
left insulation gap 2340, - 3. on the
signal conductor 1330, - 4. in the essentially electrically non-conductive
right insulation gap 2350 - 5. on the electrically conductive right
signal ground surface 1320.
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt fünf Positionierungen von längsangeordneten linienhaften Sensorelementschichten 5 relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen der differentielle Mikrostreifenleitung 6880 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340,
- 2. auf
dem linken Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830, - 3. in der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen
dem linken Signalleiter 6810 unddem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. - 4. auf
dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830, - 5. auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350.
- 1. on the essentially electrically non-conductive
left insulation surface 1340, - 2. on the
left signal conductor 6810 of thedifferential signal conductor 6830, - 3. in the electrically insulating
gap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. - 4. on the
right signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830, - 5. on the essentially electrically non-conductive
right insulation surface 1350.
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass insgesamt sieben Positionierungen von längsangeordneten linienhaften Sensorelementschichten 5 relativ zu den Leitungen und Leitungsflächen differenzielle Triplate-Leitung 2380 möglich sind:
- 1. auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310,
- 2. in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340,
- 3. auf
dem linken Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830, - 4. in der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen
dem linken Signalleiter 6810 unddem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. - 5. auf
dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830, - 6. in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350,
- 7. auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320.
- 1. on the electrically conductive left
signal ground surface 1310, - 2. in the essentially electrically non-conductive
left insulation gap 2340, - 3. on the
left signal conductor 6810 of thedifferential signal conductor 6830, - 4. in the electrically insulating
gap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. - 5. on the
right signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830, - 6. in the essentially electrically non-conductive
right insulation gap 2350, - 7. on the electrically conductive right
signal ground surface 1320.
Mischformen durch Fehlplatzierungen und Vergrößerungen (Verbreiterungen) der betreffenden längsangeordneten linienhaften Sensorelementschichten 5 sind möglich und von der Beanspruchung ausdrücklich umfasst. Die Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) können gerade oder nicht gerade auf dem Trägersubstrat 1360 ausgeformt sein. Die Breite der Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) kann längs der Sensorelementschicht 5 variieren, wobei die Variationsstellen der Breite der Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) bevorzugt so ausgeformt sind, dass keine Stoßstellen durch variierende Wellenwiederstände der jeweiligen Wellenleiter in Folge der Variation der Breite der Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) entstehen. Bevorzugt weichen die Breiten der Signalleitungen (1330, 6810, 6820) und die Abstände der Signalleitungen (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) zueinander und die Breiten der ggf. vorhandenen nicht-leitenden linken Isolationslücken 2340 und der ggf. vorhandenen nicht-leitenden rechten Isolationslücken 2350 in einem ersten Bereich eines Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980), der Sensorelemente SE aufweist und/oder ganz oder teilweise von einer Sensorelementschicht 5 bedeckt ist oder einer Sensorelementschicht 5 und/oder einem Sensorelement SE wechselwirkt, von den Breiten der Signalleitungen (1330, 6810, 6820) und den Abstände der Signalleitungen (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) zueinander und den Breiten der ggf. vorhandenen nicht-leitenden linken Isolationslücken 2340 und der ggf. vorhandenen nicht-leitenden rechten Isolationslücken 2350 in einem zweiten Bereich eines Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980), der keine Sensorelemente SE aufweist und der nicht ganz oder teilweise von einer Sensorelementschicht 5 bedeckt ist und nicht mit einer Sensorelementschicht 5 und/oder einem Sensorelement SE wechselwirkt, ab. Bevorzugt sind diese Abweichungen so gestaltet, dass der Wellenwiderstand des betreffenden Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) im ersten Bereich vom Wellenwiderstand des zweiten Bereichs betragsmäßig um nicht mehr als 25% besser, um nicht mehr als 10%, besser um nicht mehr als 5%, besser um nicht mehr als 2%, besser um nicht mehr als 1%, besser, um nicht mehr als 0,5% abweicht.Mixed forms due to incorrect placement and enlargements (widening) of the relevant longitudinally arranged linear sensor element layers 5 are possible and are expressly included in the stress. The waveguides (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) can be formed straight or non-straight on the
Das hier vorgelegte Dokument weist darauf hin, dass auch die Verwendung anderer, insbesondere planarer, Wellenleiter in funktionsäquivalenter Weise möglich ist.The document presented here indicates that the use of other, in particular planar, waveguides in a functionally equivalent manner is also possible.
Auch können Wellenleiter, Funktionselemente der Streifenleitungstechnologie, wie Kapazitäten, Induktivitäten, Abzweigungen, Knicke, Kurven, Zirkulatoren, Wellenkoppler, Phasenschieber, Dickschichtwiderstände, Dünnfilmtransistoren, MEMS-Schalter etc. aufweisen.Waveguides can also have functional elements of stripline technology, such as capacitances, inductors, branches, kinks, curves, circulators, wave couplers, phase shifters, thick-film resistors, thin-film transistors, MEMS switches, etc.
Werden nun zwei unmittelbar nebeneinander liegende längsangeordnete linienhaften Sensorelementschichten 5 verwendet, so können diese zwei oder mehr der oben aufgeführten Positionierungen gegenüber dem jeweiligen Wellenleiter gleichzeitig aufweisen.If two linear sensor element layers 5 arranged directly next to one another are used, they can have two or more of the above-listed positionings relative to the respective waveguide at the same time.
Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet eine solche Sensorelementschicht 5 dann als längsangeordnete flächenhafte Sensorelementschicht 5. Werden nun mehrere unmittelbar nebeneinander liegende längsangeordnete linienhaften Sensorelementschichten 5 verwendet, die alle der oben aufgeführten Positionierungen gegenüber dem jeweiligen Wellenleiter gleichzeitig aufweisen, so bezeichnet das hier vorgelegte Dokument eine solche Sensorelementschicht 5 dann als flächenhafte Sensorelementschicht 5. The document presented here then refers to such a
Vorzugsweise hängt dann der Betrag der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, die die flächenhafte Sensorelementschicht 5 durchflutet, von der Position längs des jeweiligen Wellenleiters ab.The amount of additional magnetic flux density B ad , which flows through the flat
Ganz besonders bevorzugt verwendet die vorgeschlagene Vorrichtung ein statisches Magnetfelderzeugungsmittel 19(Lc), beispielsweise in Form eines Permanentmagneten PM. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM als statisches Magnetfelserzeugungsmittel 19(Lc) der eine zusätzliche magnetische Flussdichte Bad erzeugt, die vorzugsweise von der Koordinate x längs der benutzten Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_1, 6830_II, 6830_III, 6830_IV) abhängt. Besonders bevorzugt ist diese Abhängigkeit der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad von der Koordinate x längs des betreffenden Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_I, 6830_II, 6830_III, 6830_IV) im Bereich der flächenhaften Sensorelementschicht 5 linear abhängig von der Koordinate x längs des benutzten Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_I, 6830_II, 6830_III, 6830_IV):
Hierbei ist Bad0 eine für den verwendeten Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM(19) spezifischen Offset-Konstante, x ist die Koordinate längs des betreffenden Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_I, 6830_II, 6830_III, 6830_IV). k ist eine Proportionalitätskonstante für den verwendeten Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM(19) im Bereich der flächenhaften Sensorelementschicht 5. In dem Beispiel der
Durch die quasikontinuierliche Verteilung des Betrags der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad von der Koordinate x längs des betreffenden Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_I, 6830_II, 6830_III, 6830_IV) entsprechend Bad(x) steigt die Dimensionalität des Sensorelement SE quasi ins unendliche. Sie wird letztlich nur durch die Granularität der Diamant-Nano-Kristalle ND im Sensorelement SE, hier der Granularität der Kristalle / Diamant-Nano-Kristalle ND in der flächenhaften Sensorelementschicht 5, begrenzt. Es handelt sich also immer noch um ein vektorielles Sensorelement SE mit extrem hoher Dimensionalität. Der Übergang ist ähnlich dem Übergang vom einer Fourier-Reihe zum Fourier-Intergral.Due to the quasi-continuous distribution of the amount of the additional magnetic flux density B ad from the coordinate x along the waveguide in question (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_I, 6830_II, 6830_III, 6830_IV) corresponding to B ad (x), the dimensionality of the sensor element increases SE basically into infinity. It is ultimately only limited by the granularity of the diamond nano-crystals ND in the sensor element SE, here the granularity of the crystals/diamond nano-crystals ND in the flat
Dementsprechend können die bis hierher vorgestellten Auswertevorrichtungen und Methoden dieses Problem in der Regel nicht mehr adäquat lösen.Accordingly, the evaluation devices and methods presented up to this point can generally no longer adequately solve this problem.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt daher vor, statt diskreter Sensorelementkanäle eine Magnetfeldkamera für die Auswertung zu verwenden. Hierzu verweist das hier vorgelegte Dokument auf die noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen
Eine wesentliche Idee des hier vorgelegten Dokuments ist, eine solche Magnetfeldkamera, wie sie in diesen Dokumenten beschrieben ist, mit einem Wellenleiter, insbesondere einem planaren Wellenleiter und/oder insbesondere mit einem der hier diskutierten Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_1, 6830_II, 6830_III, 6830_IV), und einem der hier vorgestellten Systeme zu kombinieren und die Verteilung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL in der Fläche der flächenhaften Sensorelementschicht 5 innerhalb des sich ergebenden Gesamtsystems als zweidimensional vektorielle Fluoreszenzstrahlung aufzufassen und mittels einer Kamera, insbesondere einer CMOS-Kamera, zu erfassen und durch die Steuerungsvorrichtung CTR bzw. eine Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder eine Auswertevorrichtung 30 unter Benutzung von computerimplementierten Bildverarbeitungsalgorithmen auszuwerten um auf Messwerte, insbesondere die Position der Spitze 30 der V-Formation (522, 525) und/oder daraus abgeleitete Werte, zu schließen. Bevorzugt umfassen die Auswertevorrichtung 30 und/oder die Steuervorrichtung CTR ein Speichermedium (RAM, NVM), dass diese computerimplementierten Bildverarbeitungsalgorithmen auf die Ausgangsdaten der Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 anwendet, um Messwerte und/oder Messwertgruppen zu ermitteln und auf einem Bildschirm 32 darzustellen und/oder für die Verarbeitung durch ein übergeordnetes Rechnersystem (CTR2, 29) bereitzustellen oder an ein solches übergeordnetes Rechnersystem (CTR2, 29) zu übertragen.An essential idea of the document presented here is to have such a magnetic field camera, as described in these documents, with a waveguide, in particular a planar waveguide and/or in particular with one of the waveguides discussed here (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_1, 6830_II, 6830_III, 6830_IV) and one of the systems presented here and to interpret the distribution of the intensity of the fluorescence radiation FL in the area of the areal
Bevorzugt ermitteln die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV unter Verwendung von computerimplementierten Bildverarbeitungs- und/oder Mustererkennungsalgorithmen einen oder mehrere der folgenden Messwerte bzw. Messwertgruppen:
- 1. Informationen über die wahrscheinliche Lage der unteren Resonanzkante 522,
- 2. Informationen über die wahrscheinliche Lage der unteren mittleren Resonanzkante 523,
- 3. Informationen über die wahrscheinliche Lage der oberen mittleren Resonanzkante 524,
- 4. Informationen über die wahrscheinliche Lage der oberen Resonanzkante 525,
- 5. Informationen über die wahrscheinliche Lage des mittleren Resonanzminimums 529,
- 6. Informationen über den wahrscheinlichen Wert der wirksamen Offsetflussdichte Boff,
- 7. Informationen über den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsflussdichte B0,
- 8. Informationen über den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0,
- 1. Information about the probable location of the
lower resonance edge 522, - 2. Information about the probable location of the lower
middle resonance edge 523, - 3. Information about the probable location of the upper
middle resonance edge 524, - 4. Information about the probable location of the
upper resonance edge 525, - 5. Information about the probable location of the
mean resonance minimum 529, - 6. Information about the probable value of the effective offset flux density B off ,
- 7. Information about the probable value of the zero point flux density B 0 ,
- 8. Information about the probable value of the zero point microwave frequency ω µW0 ,
Nach weiteren Messungen können die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV bzw. eine Auswertevorrichtung 530 auch hier auf einen oder mehrere der folgenden Werte schließen:
- 9. Informationen über
den wahrscheinlichen Wert 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 10. Informationen über
den wahrscheinlichen Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 11. Informationen über die
wahrscheinliche Differenz 566 des Werts der magnetischen Flussdichte B63, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minusdem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, - 12. Informationen über die
wahrscheinliche Steigung 567 der Kurve an einem oder mehreren Arbeitspunkten; - 13. Informationen über die
Polynomkoeffizienten der Polynomapproximation 627 der Kurve in einigen Arbeitspunkten, - 14. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unteren wirksamen magnetischen Flussdichte B22,
- 15. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B23,
- 16. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B24,
- 17. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen wirksamen magnetischen Flussdichte B25,
- 18. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer wirksamen magnetische Resonanzminimum-Flussdichte B29,
- 19. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0;
- 20. den wahrscheinlichen Wert einer unteren Mikrowellenfrequenz ωµW22;
- 21. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW23;
- 22. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW24;
- 23. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen Mikrowellenfrequenz ωµW25;
- 24. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29;
- 25. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk;
- 26. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer Mikrowellenmodulationsfrequenz fuW;
- 9. Information about the
probable value 564 of the magnetic flux density B 61 associated with theupper reference line 561 at one or more operating points, - 10. Information about the
probable value 565 of the magnetic flux density B 62 associated with thelower reference line 562 at one or more operating points, - 11. Information about the
probable difference 566 of the value of the magnetic flux density B 63 associated with themiddle reference line 563 minus thevalue 565 of the magnetic flux density B 62 associated with thelower reference line 562, - 12. Information about the
probable slope 567 of the curve at one or more operating points; - 13. Information about the polynomial coefficients of the
polynomial approximation 627 of the curve at some operating points, - 14. Information about the probable value of a lower effective magnetic flux density B 22 ,
- 15. Information about the probable value of a lower mean effective magnetic flux density B 23 ,
- 16. Information about the probable value of an upper average effective magnetic flux density B 24 ,
- 17. Information about the probable value of an upper effective magnetic flux density B 25 ,
- 18. Information about the probable value of an effective magnetic resonance minimum flux density B 29 ,
- 19. Information about the probable value of a zero point microwave frequency ω µW0 ;
- 20. the probable value of a lower microwave frequency ωµ W22 ;
- 21. Information about the probable value of a lower mean microwave frequency ω µW23 ;
- 22. Information about the probable value of an upper mean microwave frequency ω µW24 ;
- 23. Information about the probable value of an upper microwave frequency ω µW25 ;
- 24. Information about the probable value of a resonance minimum microwave frequency ω µW29 ;
- 25. Information about the probable value of an unknown microwave frequency ω µWnk ;
- 26. Information about the probable value of a microwave modulation frequency f uW ;
Als Beispiel wird hier die Ermittlung einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωnk erläutert:
- Besonders bevorzugt ist, dass die Relation Bad(x) eine bijektive Funktion ist. Für die Ermittlung einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad können
dann die Auswertevorrichtung 30 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV in einem ersten Schritt eine Intensitätskurve Ifl(x) der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL längs eines Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_I, 6830_II, 6830_III, 6830_IV), beispielsweise des ersten Wellenleiters (6830_1), mit den Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 für eine erste Mikrowellenfrequenz ωµW_1 aufnehmen. Da die Relation Bad(x) des Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM(19) bekannt und umkehrbar und eine Funktion von x ist, können dieAuswertevorrichtung 30 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV die Umkehrfunktion x(Bad) bestimmen und in eine für eine bei ωnk=0Hz bestimmte Kalibrationskurve Ifl(x) einsetzen und erhalten so eine Kurve Ifl(Bad) für diese eine Mikrowellenfrequenz ωµW_1. Vorzugsweise wurde zuvor das gesamte Intensitätsfeld Ifl(ωµW, Bad) in einem Kalibrationsvorgang bestimmt, sodass Auswertevorrichtung 30 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV vorzugsweise über die entsprechenden Daten in einem Speicher (RAM, NVM) der Vorrichtung verfügen. Wird nun beispielsweise einem bekannten ersten Mikrowellensignal µW_G_I mit der ersten Mikrowellenfrequenz ωµW_I der ersten internen Mikrowellenquelle µW_G_I innerhalb der ersten Mikrowellenquelle µWG_I (Siehe83 ) in einem ersten Mixer µW_MX_I der ersten Mikrowellenquelle µWG_I ein Signal Sωnk mit einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωnk zugemischt, so entsteht ein erstes Mikrowellenmischsignal µW_MX_I. Ein erster Mikrowellenfilter µW_F_I (Siehe83 ) eliminiert bevorzugt einen der beiden bei ωµW_I-ωnk und ωµW_I+ωnk entstehenden Transienten im ersten Mikrowellenmischsignal µW_MX_I. Bevorzugt ist die Grenzfrequenz des ersten Mikrowellenfilters µW_F_I (Siehe83 ) bei einem Tiefpass als ersten Mikrowellenfilter µW_F_I kleiner als die Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0. Bevorzugt ist die Grenzfrequenz des ersten Mikrowellenfilters µW_F_I (Siehe83 ) bei einem Hochpass als erster Mikrowellenfilter µW_F_I größer als die Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0. Hierdurch wirddas Diagramm der 2 betreffend die Position der untere Resonanzkante 522 in eine umkehrbare Funktion ωµW(Bad) gewandelt. (Siehe83 ).
- It is particularly preferred that the relation B ad (x) is a bijective function. To determine an additional magnetic flux density B ad , the
evaluation device 30 and/or the pattern recognition device MEV can then, in a first step, generate an intensity curve I fl (x) of the intensity of the fluorescent radiation FL along a waveguide (1380, 2380, 1880, 6830, 6980, 6830_I, 6830_II, 6830_III, 6830_IV), for example of the first waveguide (6830_1), with the photodetectors PD of thelight sensor array 1 for a first microwave frequency ω µW_1 . Since the relation B ad (x) of the gradient-affected permanent magnet GPM (19) is known and reversible and a function of x, theevaluation device 30 and/or the pattern recognition device MEV can determine the reversal function x (B ad ) and convert it into one for one ω nk =0Hz certain calibration curve I fl (x) and get a curve I fl (B ad ) for this one microwave frequency ω µW_1 . Preferably, the entire intensity field I fl (ω µW , B ad ) was previously determined in a calibration process, so thatevaluation device 30 and/or the pattern recognition device MEV preferably have the corresponding data in a memory (RAM, NVM) of the device. For example, if a known first microwave signal µW_G_I with the first microwave frequency ω µW_I of the first internal microwave source µW_G_I within the first microwave source µWG_I (see83 ) a signal S ωnk with an unknown microwave frequency ω nk is mixed into the first microwave source µWG_I in a first mixer µW_MX_I, a first microwave mixed signal µW_MX_I is created. A first microwave filter µW_F_I (See83 ) preferably eliminates one of the two transients arising at ω µW_I -ω nk and ω µW_I +ω nk in the first microwave mixed signal µW_MX_I. The cutoff frequency of the first microwave filter is preferably µW_F_I (see83 ) with a low pass as the first microwave filter µW_F_I smaller than the zero point microwave frequency ω µW0 . The cutoff frequency of the first microwave filter is preferably µW_F_I (see83 ) with a high pass as the first microwave filter µW_F_I greater than the zero point microwave frequency ω µW0 . This creates the diagram of the2 concerning the position of thelower resonance edge 522 is converted into a reversible function ω µW (B ad ). (Please refer83 ).
Hierdurch können in einem dritten Schritt die Auswertevorrichtung 30 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV die Position der unteren Resonanzkante 522 in der erfassten Kurve Ifl(Bad) als Wert der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad,22 für diese untere Resonanzkante 522 ermitteln. Dies kann beispielsweise durch Bildung eines Kreuzkorrelationsintegrals zwischen der erfassten Kurve Ifl(Bad) und einer Referenzkurve Iff_ref(Bad) für Sωnk konstant geschehen.
Wird nur eine untere Referenzkante gesucht, so liegt diese typischerweise bei der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad,22 mit dem Maximum der Korrelation K(Bad).If only a lower reference edge is sought, this is typically at the additional magnetic flux density B ad,22 with the maximum of the correlation K(B ad ).
In einem vierten Schritt können dann die Auswertevorrichtung 30 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV daraus dann eine Mikrowellenfrequenz ωµW22=ωµW(Bad,22) für die Lage der unteren Resonanzkante 522 bestimmen.In a fourth step, the
Je nach Art des ersten Mikrowellenfilters µW_F_I (Hochpass oder Tiefpass) können dann die Auswertevorrichtung 30 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV daraus dann mittels - ωnk = ωµW22 - ωµW_I bzw. ωnk =ωµW_I - ωµW22 die unbekannte Mikrowellenfrequenz ωnk bestimmen.Depending on the type of the first microwave filter µW_F_I (high pass or low pass), the
In
Der linienhafte Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) kann im Bereich der der flächenhaften Sensorelementschicht 5 nicht nur gerade, sondern auch krumm und/oder ringförmig und/oder ringsegmentförmig und/oder abknickend ausgeführt sein. Weist beispielsweise der linienhafte Wellenleiter (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) im Bereich der der flächenhaften Sensorelementschicht 5 zwei seriell hintereinander verschaltete Abschnitte des linienhaften Wellenleiters (1380, 2380, 1880, 6830, 6980) auf, die vorzugsweise in diesen Abschnitten gerade sind und die beispielsweise in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind (siehe
Im Folgenden erläutert das hier vorgelegte Dokument nochmals der Vollständigkeit halber die Funktionsweise der hier vorgeschlagenen Vorrichtung näher:
- Die Lichtquelle LED emittiert als beispielhafte Pumpstrahlungsquelle Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und möglicherweise unerwünschte elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche. Optional kann wieder ein erster Signalgenerator G1 ein LED-Modulationssignal S5w mit einer LED-Modulationsfrequenz fLED erzeugen. Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung CTR den ersten Signalgenerator G1 über den Datenbus DB. Ein Lichtquellentreiber LDRV versorgt bevorzugt zumindest Zeitweise in Abhängigkeit von dem optionalen LED-Modulationssignal S5w und/oder in Abhängigkeit von Steuerungsdaten der Steuervorrichtung CTR, die die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB an den Lichtquellentreiber LDRV übermittelt, die Lichtquelle LED mit elektrischer Energie. Typischerweise können das LED-Modulationssignal S5w und/oder die Steuerungsdaten der Steuervorrichtung LED also die Intensität der Pumpstrahlung LB, die die Lichtquelle LED emittiert modulieren. Im Extremfall können das LED-Modulationssignal S5w und/oder die Steuerungsdaten der Steuervorrichtung LED also die Emission der Pumpstrahlung LB, die die Lichtquelle LED insbesondere in Abhängigkeit von einem computerimplementieren Lichterzeugungsprogramm in einem Speicher RAM, NVM der Vorrichtung, dass die Steuervorrichtung CTR zumindest zeitweise ausführt, an- und ausschalten. Ein optionales optischer Shortpass-
Filter 4 lässt bevorzugt nur die Pumpstrahlung LB mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Lichtquelle LED passieren und hält bevorzugt die elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche zurück. Sofern die Lichtquelle LED keine unerwünschte elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche emittiert, ist dieses optische Shortpass-Filter 4 nicht notwendig. Eine optionale, vorzugsweise vorhandene Beleuchtungsoptik 3 sorgt dafür, dass die PumpstrahlungLB die Sensorelementschicht 5 möglichst homogen ausleuchtet.Die Beleuchtungsoptik 3 kann ein oder mehrere optische Funktionselemente wie Linsen, Blenden, Lichtwellenleiter, Prismen etc., wie sie in jedem Lehrbuch der technischen Optik zu finden sind, umfassen. Die Form der Linsen und/oder Spiegel und sonstigen optischen Funktionselemente derBeleuchtungsoptik 3 ist vorzugsweise so berechnet und ausgeformt, dass bei einer bekannten Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle LED dieAusleuchtung der Sensorelementschicht 5 mit Pumpstrahlung LB homogen ist. Diese optischen Funktionselemente können auch Funktionselemente der diffraktiven Optik wie photonische Kristalle, dielektrische Spiegel, Hologramme etc. umfassen. Das hier vorgelegte Dokument verweist hier beispielhaft auf die Dokumente Baha E.A. Saleh, Malvin Carl Teich, „Grundlagen der Photonik” Wiley-VCH, 2007 und Bernhard C. Kress, Patrick Meyreueis „Applied Digital Optics“ Wiley, 2009
- As an exemplary pump radiation source, the light source LED emits pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp and possibly unwanted
electromagnetic radiation 27 of other wavelength ranges. Optionally, a first signal generator G1 can again generate an LED modulation signal S5w with an LED modulation frequency f LED . The control device CTR preferably controls the first signal generator G1 via the data bus DB. A light source driver LDRV preferably supplies the light source LED with electrical energy at least temporarily depending on the optional LED modulation signal S5w and / or depending on control data from the control device CTR, which the control device CTR transmits to the light source driver LDRV via the data bus DB. Typically, the LED modulation signal S5w and/or the control data of the control device LED can modulate the intensity of the pump radiation LB that the light source LED emits. In an extreme case, the LED modulation signal S5w and/or the control data of the control device LED can thus control the emission of the pump radiation LB, which the light source LED implements in particular as a function of a computer-implemented light generation program in a memory RAM, NVM of the device that the control device CTR executes at least temporarily , switch on and off. An optionaloptical shortpass filter 4 preferably allows only the pump radiation LB with pump radiation wavelength λ pmp of the light source LED to pass through and preferably retains theelectromagnetic radiation 27 of other wavelength ranges. If the light source LED does not emit any unwantedelectromagnetic radiation 27 of other wavelength ranges, thisoptical shortpass filter 4 is not necessary. An optional, preferablypresent illumination optics 3 ensures that the pump radiation LB illuminates thesensor element layer 5 as homogeneously as possible. Thelighting optics 3 can include one or more optical functional elements such as lenses, diaphragms, optical fibers, prisms, etc., as can be found in every technical optics textbook. The shape of the lenses and/or mirrors and other optical functional elements of thelighting optics 3 is preferably calculated and shaped in such a way that, with a known radiation characteristic of the light source LED, the illumination of thesensor element layer 5 with pump radiation LB is homogeneous. These optical functional elements can also include functional elements of diffractive optics such as photonic crystals, dielectric mirrors, holograms, etc. The document presented here refers as an example to the documents Baha EA Saleh, Malvin Carl Teich, “Fundamentals of Photonics” Wiley-VCH, 2007 and Bernhard C. Kress, Patrick Meyreueis “Applied Digital Optics” Wiley, 2009
Die Sensorelementschicht 5 ist vorzugsweise auf dem mechanischen Trägersubstrat 1360, beispielsweise einer ebenen Fläche 16, aufgebracht. Die ebene Fläche kann insbesondere durch ein Dielektrikum 40 erzielt werden, dass Unebenheiten der Wellenleiter (1360, 1880, 2380, 6830, 6980, 6980_1, 6980_II, 6980_III, 6980_IV) ausgleicht. Vorzugsweise ist die Vorrichtung in ein Gehäuse 8 eingebaut. Das Material Gehäusewand des Gehäuses 8 ist in diesem Bereich bevorzugt nicht magnetisch und beeinflusst bevorzugt das magnetische Feld vorzugsweise im Wesentlichen nicht. Typischerweise umfasst das Trägersubstrat 1360 Materialien wie FR-4 (Flameresistent-4) oder PTFE (Polytetrafluorethylen) oder aus halbleiten Materialien, wie beispielsweise Stücke von Platinenmaterialien oder Stücke von Kunststoffplatten- oder -folien und/oder Stücke von Glas-Wafern oder ein Stücke von Keramik-Wafern und/oder Stücke von Halbleiterwafern, beispielsweise Stücken von CMOS-Wafern oder beispielsweise Stücken von BiCMOS-Wafern beispielsweise Stücken von Wafern aus einer Bipolar-Technologie oder Stücke eines Wafers aus einem III/V-Material oder dergleichen und/oder beispielsweise Stücken von MEMS-Wafern und/oder Stücke mikroelektronischen Schaltungen und/oder beispielsweise Stücken von MEOS-Wafern (MEOS= micro electro optical system) und/oder beispielsweise Stücken von MOEMS-Wafern etc. und/oder Stücke von MOEMS-Wafern mikroelektronische Schaltkreise und Funktionselemente und/oder mikrooptische Funktionselemente und/oder mikromechanische Funktionselemente und/oder mikrofluidische Funktionselemente. Die Sensorelementschicht 5 umfasst bevorzugt eine Vielzahl zufällig und vorzugsweise gleichverteilt orientierter Kristalle mit paramagnetischen Zentren bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren. Bevorzugt umfasst die Sensorelementschicht 5 ein Trägermaterial TM, in das die Kristalle mit paramagnetischen Zentren bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren eingebettet sind. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 5 ein ausgehärtetes Trägermaterial TM. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 5 ein mittels elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH ausgehärtetes Trägermaterial TM. Die Sensorelementschicht 5 umfasst ganz besonders bevorzugt eine Vielzahl zufällig und vorzugsweise gleichverteilt orientierter Diamant-Nano-Kristalle ND mit NV-Zentren. Bei den paramagnetischen Zentren kann es sich bei der Verwendung von Diamant als Kristallmaterial der Diamant-Nano-Kristalle ND beispielsweise um NV-Zentren und/oder SiV-Zentren und/oder TiV-Zentren und/oder GeV-Zentren und/oder SnV-Zentren und/oder NiN4-Zentren und/oder PbV-Zentren und/oder ST1-Zentren handeln. Andere paramagnetische Zentren und/oder Kristallmaterialien erscheinen funktionsäquivalent möglich. Die Pumpstrahlung LB besitzt bei der Verwendung von NV-Zentren in Dimant als Kristalle der Sensorelementschicht 5 bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Im Falle der Verwendung von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten der Sensorelementschicht 5 ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Lichtquelle LED mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λpmp geeignet. Bei der Verwendung von NV-Zentren in Diamantkristallen als Diamant-Nano-Kristalle ND in der Sensorelementschicht 5 als paramagnetische Zentren der Sensorelementschicht 5 emittieren die NV-Zentren der Sensorelementschicht 5 typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λfl von ca. 637nm.The
Bevorzugt ist das Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 5 nach dem Aushärten des Trägermaterials TM für elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λtl der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND und/oder der NV-Zentren der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelementschicht 5 transparent.Preferably, the carrier material TM of the
Bevorzugt ist das Trägermaterial TM der Sensorelementschicht 5 nach dem Aushärten des Trägermaterials TM für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Lichtquelle LED zur Anregung der Emission der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND und/oder der NV-Zentren der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelementschicht 5 transparent.Preferably, the carrier material TM of the
Eine abbildende Optik 7 erfasst bevorzugt das Bild der ortsabhängigen Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl, das die Sensorelementschicht 5 mittels der paramagnetischen Zentren, also beispielsweise mittels der NV-Zentren, in der Sensorelementschicht 5 bei Anregung durch die Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp erzeugt.An
Die abbildende Optik 7 kann ein oder mehrere optische Funktionselemente wie Linsen, Blenden, Lichtwellenleiter, Prismen, Spiegel, Planspiegel, Konvex- und Konkavspiegel etc., wie sie in jedem Lehrbuch der technischen Optik zu finden sind, umfassen. Diese optischen Funktionselemente können insbesondere auch Funktionselemente der diffraktiven Optik wie phononische Kristalle, dielektrische Spiegel, Hologramme etc. umfassen. Das hier vorgelegte Dokument verweist hierzu beispielhaft auf die Dokumente Baha E.A. Saleh, Malvin Carl Teich, „Grundlagen der Photonik” Wiley-VCH, 2007 und Bernhard C. Kress, Patrick Meyreueis „Applied Digital Optics“ Wiley, 2009.The
Ein optisches Longpass-Filter F1(6) lässt bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl und damit die Fluoreszenzstrahlung FL passieren. Das optische Longpass-Filter F1(13406) blockiert bevorzugt die Passage anderer elektromagnetische Strahlung, beispielsweise solcher mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und damit die Passage der Pumpstrahlung LB. Hierdurch kann die abbildende Optik 7 das Bild der Intensitätsverteilung der Emission der Fluoreszenzstrahlung FL über die Sensorelementschicht 5 im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzwellenlänge λfl abgetrennt von anderen Strahlungsbildern anderer Wellenlängen erfassen und auf die n x m Fotodetektoren PD des n x m Lichtsensorarrays 1 der Fluoreszenzkamera abbilden. Beispielsweise kann die Abbildende Optik Linsen und/oder Lichtwellenleiterbündel als vektorielle Lichtwellenleiter LWL mit Lichtwellenleitern als Lichtwellenleiterbündelkomponenten umfassen. n und m sind hier ganze positive Zahlen. Bei dem Lichtsensorarray 1 handelt es sich bevorzugt im einen CMOS-Chip, noch stärker bevorzugt um eine mikrointegrierte CCD-Fotodetektorschaltung, die vorzugsweise eine Auswerteelektronik umfasst. Da die Intensität Iist(x) der Fluoreszenzstrahlung FL der Sensorelementschicht 5 lokal in der Sensorelementschicht 5 von der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ und der Mikrowellenfrequenz ωµW(x) am jeweiligen Ort x des jeweiligen paramagnetischen Zentrums in der Sensorelementschicht 5 abhängt, entspricht das Bild der Intensitätsverteilung der Intensität Iist(x) der Emission der Fluoreszenzstrahlung FL über die Sensorelementschicht 5 einem Magnetflussdichtebetragsbild des Feldes der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ, das die Sensorelementschicht 5 durchflutet, bzw. einem Mikrowellenfrequenzbetragsbild, dass nichtlinear von der Verteilung der Mikrowellenfrequenzen der Mikrowellenstrahlung im Bereich der Sensorelementschichtb5 abhängt. Da in der Regel die Dichteverteilung der paramagnetischen Zentren in der Sensorelementschicht 5 und/oder die Ausleuchtung der Sensorelementschicht 5 mit Pumpstrahlung LB und/oder die Erfassung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL über die Fläche der Sensorelementschicht 5 bei allem Bemühen nicht ganz homogen zu fertigen sind, hat es sich bewährt, durch Kalibrationsmessungen das System vor dem ersten Gebrauch zu kalibrieren. Zur Verarbeitung der Messwerte der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 erfassen Auswertelektroniken 15 des Lichtsensorarrays 1 die Messwerte des Signale der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und bilden daraus insbesondere durch Verstärkung und/oder Filterung die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1. Diese Auswertelektroniken 15 des Lichtsensorarrays 1 entsprechen der Funktion des ersten Verstärkers V1 in den zuvor diskutierten Sensorelementkanälen. Die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 entsprechen analog dazu den Empfangssignalen 50 der zuvor diskutierten Fotodetektoren PD. Die Auswertung kann nun jedoch typischerweise aufgrund der hohen Dimensionalität nicht mehr mittels eines einfachen Mehrfachkorrelators LIV durchgeführt werden, der ggf. auch noch kanalweise zu Verfügung gestellt wird. Das hier vorgelegte Dokument schlägt stattdessen vor, die Analyse mittels eines computerimplementierten Bild- und/oder Mustererkennungsprogramms, das in einem Speicher (RAM, NVM) der Vorrichtung abgelegt ist und von der einer Aufbereitungsvorrichtung 30 als Steuervorrichtung CTR ausgeführt wird, durchzuführen.An optical longpass filter F1 (6) preferably allows electromagnetic radiation with the fluorescence wavelength λ fl and thus the fluorescence radiation FL to pass. The optical longpass filter F1 (13406) preferably blocks the passage of other electromagnetic radiation, for example that with the pump radiation wavelength λ pmp , and thus the passage of the pump radiation LB. As a result, the
Die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31(S0) der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 kann optional mittels einer Ansteuervorrichtung LCTR für weitere Magnetfelderzeugungsmittel Lc steuern, wenn diese nicht nur den Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM umfassen. Bei den weiteren Magnetfelderzeugungsmitteln Lc kann es sich beispielsweise wieder um Flachspulen 2520 (Lc) handeln, die von der Ansteuervorrichtung LCTR für das weitere Magnetfelderzeugungsmittel Lc mit einem elektrischen Strom bestromt werden.The
Die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 erzeugt aus den die Ausgangssignalen 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 vorzugsweise ein Bild der Intensitätsverteilung der Fluoreszenzstrahlung FL der Sensorelementschicht 5. Aufgrund der zuvor dargestellten Zusammenhänge stellen das Bild der Intensitätsverteilung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der Sensorelementschicht 5 ein Magnetflussdichtenbetragsbild des Feldes der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ in der Sensorelementschicht 5 dar. Die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 kann dieses Bild der Intensitätsverteilung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der Sensorelementschicht 15 beispielsweise direkt mittels der Schnittstellenschaltung 136 über einen Datenbus 29 an ein weiteres und/der übergeordnetes Rechnersystem 28(CTR2) übertragen. Das weitere und/der übergeordnete Rechnersystem 28(CTR2) kann der Bedienung des Sensorsystems 21 dienen. Bei dem weiteren und/der übergeordneten Rechnersystem 28 kann es sich um eine weiter Steuervorrichtung CTR2 des Sensorsystems 21 handeln. Beispielsweise kann das weitere und/der übergeordnete Rechnersystem 28 zur Bedienung des Sensorsystems 21 aus dem von der Auswertevorrichtung 30 über eine Datenschnittstelle 36 und einen Datenbus 29 an das das weitere und/der übergeordnete Rechnersystem 28 übertragene Bild der Intensitätsverteilung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der Sensorelementschicht 5 eine ein- oder zwei- oder dreidimensionale Darstellung der Verteilung der magnetischen Gesamtflussdichte BΣ in der Sensorelementschicht 5. In dem Beispiel der
Der Datenbus 29 dient dabei der Herstellung der Datenverbindung zwischen der Aufbereitungsvorrichtung 30(CTR) für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 (Empfängerausgangssignale S0 bzw. digitalisierte Empfängerausgangssignale S1 bzw. analoge Empfängerausgangssignale 51) und dem weiteren und/der übergeordneten Rechnersystem 28(CTR2) zur Bedienung des Sensorsystems 21. Die von außen auf die Sensorelementschicht 5 einwirkenden externen magnetischen Flussdichten Bext, die zur die Sensorelementschicht 5 beeinflussenden Gesamtflussdichte BΣ beitragen, und die externe Mikrowellenstrahlung Sωnk beeinflussen durch Superposition die Intensitätsverteilung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der Sensorelementschicht 5. und damit die Bilder, die die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 als Bilder der Intensitätsverteilung der der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der Sensorelementschicht 5 beispielsweise direkt mittels der Schnittstellenschaltung 36 über einen Datenbus 29 an das weitere und/der übergeordnete Rechnersystem 28(CTR2) überträgt.The
Um mit einem Bild möglichst viele Daten zu erfassen verfügt die beispielhafte Vorrichtung über beispielhaft vier Mikrowellensignalquellen (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV). Vorzugsweise sind die beispielhaft vier Mikrowellensignalquellen (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV) Teil eines vektoriellen Mikrowellensignalquelle µW. Jede dieser beispielhaft vier Mikrowellensignalquellen (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV) erzeugt in dem Beispiel eines von vier Mikrowellensignalen (µW_I, µW_II, µW_III, µW_IV). D.h. die vektorielle Mikrowellensignalquelle µW erzeugt ein vektorielles Mikrowellensignal µW, das diese beispielhaft vier Mikrowellensignalquellen (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV) beispielsweise umfasst. Auf dem Trägersubstrat 1360 befinden sich beispielhaft vier Wellenleitungen, hier beispielhaft vier Triplate-Leitungen (6980_1, 6980_II, 6980_III, 6980_IV).In order to capture as much data as possible with one image, the exemplary device has, for example, four microwave signal sources (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV). Preferably, the four example microwave signal sources (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV) are part of a vector microwave signal source µW. Each of these four exemplary microwave signal sources (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV) generates one of four microwave signals (µW_I, µW_II, µW_III, µW_IV) in the example. I.e. the vector microwave signal source µW generates a vector microwave signal µW, which includes these four microwave signal sources (µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV), for example. There are, for example, four wave lines on the
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Die vier Wellenleitungen, hier in dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
Die erste Mikrowellenfrequenz ωµW_I und die zweite Mikrowellenfrequenz ωµW_II und die dritte Mikrowellenfrequenz ωµW_III und die vierte Mikrowellenfrequenz ωµW_IV können zusammen als vektorielle Mikrowellenfrequenz ωµW aufgefasst werden.The first microwave frequency ω µW_I and the second microwave frequency ω µW_II and the third microwave frequency ω µW_III and the fourth microwave frequency ω µW_IV can be understood together as a vector microwave frequency ω µW .
In dem Beispiel der
Um ein Maximum an Informationen erfassen zu können, sind die erste Mikrowellenfrequenz ωµW_I und die zweite Mikrowellenfrequenz ωµW_II und die dritte Mikrowellenfrequenz ωµW_III und die vierte Mikrowellenfrequenz ωµW_IV vorzugsweise untereinander verschieden.In order to be able to capture a maximum of information, the first microwave frequency ω µW_I and the second microwave frequency ω µW_II and the third microwave frequency ω µW_III and the fourth microwave frequency ω µW_IV are preferably different from one another.
Diese vier Mikrowellenfrequenzen (ωµW_I, ωµW_II, ωµW_III, ωµW_IV) definieren dann in
Durch die Verwendung eines Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM, werden diese vertikalen Linien tatsächlich als Messwerte sichtbar und können durch ein computerimplementiertes Mustererkennungs- und/oder Bildverarbeitungsverfahren aus den Bildern des Lichtsensorarray 1 direkt extrahiert werden. Bevorzugt führen die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) das computerimplementierte Mustererkennungs- und/oder Bildverarbeitungsverfahren aus. Bevorzugt befinden sich die Programmdaten mit dem Programmcode für das computerimplementierte Mustererkennungs- und/oder Bildverarbeitungsverfahren in einem Speichermedium, beispielsweise in einem Speicher (RAM, NVM) des Systems. Bevorzugt führen die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) den Programmcode für das computerimplementierte Mustererkennungs- und/oder Bildverarbeitungsverfahren in einem Speichermedium, beispielsweise in einem Speicher (RAM, NVM) des Systems bei Ausführung dieser Verfahren aus.By using a gradient permanent magnet GPM, these vertical lines actually become visible as measured values and can be extracted directly from the images of the
Ein optionaler erster zweiter Signalgenerator G2_I erzeugt ein erstes Mikrowellenmodulationssignal S5m_I mit einer ersten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_I.An optional first second signal generator G2_I generates a first microwave modulation signal S5m_I with a first microwave modulation frequency f µW_I .
Ein optionaler zweiter zweiter Signalgenerator G2_II erzeugt ein zweites Mikrowellenmodulationssignal S5m_II mit einer zweiten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_II.An optional second second signal generator G2_II generates a second microwave modulation signal S5m_II with a second microwave modulation frequency f µW_II .
Ein optionaler dritter zweiter Signalgenerator G2_III erzeugt ein drittes Mikrowellenmodulationssignal S5m_III mit einer dritten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_III.An optional third second signal generator G2_III generates a third microwave modulation signal S5m_III with a third microwave modulation frequency f µW_III .
Ein optionaler vierter zweiter Signalgenerator G2_IV erzeugt ein viertes Mikrowellenmodulationssignal S5m_IV mit einer vierten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_IV.An optional fourth second signal generator G2_IV generates a fourth microwave modulation signal S5m_IV with a fourth microwave modulation frequency f µW_IV .
Bevorzugt ist der Kehrwert der ersten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_I ein ganzzahliges Vielfaches der Bildwiederholperiode des Lichtsensorarrays 1. (Englisch: Frame Rate)Preferably, the reciprocal of the first microwave modulation frequency f µW_I is an integer multiple of the image repetition period of the
Bevorzugt ist der Kehrwert der zweiten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_II ein ganzzahliges Vielfaches der Bildwiederholperiode des Lichtsensorarrays 1. (Englisch: Frame Rate)The reciprocal of the second microwave modulation frequency f µW_II is preferably an integer multiple of the image repetition period of the
Bevorzugt ist der Kehrwert der dritten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_III ein ganzzahliges Vielfaches der Bildwiederholperiode des Lichtsensorarrays 1. (Englisch: Frame Rate)The reciprocal of the third microwave modulation frequency f µW_III is preferably an integer multiple of the image repetition period of the
Bevorzugt ist der Kehrwert der vierten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_IV ein ganzzahliges Vielfaches der Bildwiederholperiode des Lichtsensorarrays 1. (Englisch: Frame Rate)The reciprocal of the fourth microwave modulation frequency f µW_IV is preferably an integer multiple of the image repetition period of the
Dies vermeidet Alaising-Effekte.This avoids alaising effects.
Die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordneteThe
Rechnersystem CTR2(28) können typischerweise die ersten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_I des ersten Mikrowellenmodulationssignals S5m_I des ersten zweiten Signalgenerators G2_I über den Datenbus DB einstellen.Computer system CTR2(28) can typically set the first microwave modulation frequency f µW_I of the first microwave modulation signal S5m_I of the first second signal generator G2_I via the data bus DB.
Die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) können typischerweise die zweiten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_II des zweiten Mikrowellenmodulationssignals S5m_II des zweiten zweiten Signalgenerators G2_II über den Datenbus DB einstellen.The
Die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) können typischerweise die dritten Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_III des dritten Mikrowellenmodulationssignals S5m_III des dritten zweiten Signalgenerators G2_III über den Datenbus DB einstellen.The
Die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) können typischerweise die vierte Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW_IV des vierten Mikrowellenmodulationssignals S5m_IV des vierten zweiten Signalgenerators G2_IV über den Datenbus DB einstellen.The
Das optionale erste Mikrowellenmodulationssignal S5m_I kann typischerweise, wenn vorhanden, die Amplitude des ersten Mikrowellensignals µW_I modulieren.The optional first microwave modulation signal S5m_I can typically, if present, modulate the amplitude of the first microwave signal µW_I.
Das optionale zweite Mikrowellenmodulationssignal S5m_II kann typischerweise, wenn vorhanden, die Amplitude des zweite Mikrowellensignals µW_II modulieren.The optional second microwave modulation signal S5m_II can typically, if present, modulate the amplitude of the second microwave signal μW_II.
Das optionale dritte Mikrowellenmodulationssignal S5m_III kann typischerweise, wenn vorhanden, die Amplitude des dritte Mikrowellensignals µW_III modulieren.The optional third microwave modulation signal S5m_III can typically, if present, modulate the amplitude of the third microwave signal μW_III.
Das optionale vierte Mikrowellenmodulationssignal S5m_IV kann typischerweise, wenn vorhanden, die Amplitude des vierten Mikrowellensignals µW_IV modulieren.The optional fourth microwave modulation signal S5m_IV can typically, if present, modulate the amplitude of the fourth microwave signal μW_IV.
Bevorzugt übermittelt der erste zweite Signalgenerator G2_I das erste Mikrowellenmodulationssignal S5m_I auch an die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und ggf. über diese indirekt an das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28).Preferably, the first second signal generator G2_I also transmits the first microwave modulation signal S5m_I to the
Bevorzugt übermittelt der zweite zweite Signalgenerator G2_II das zweite Mikrowellenmodulationssignal S5m_II auch an die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und ggf. über diese indirekt an das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28).Preferably, the second second signal generator G2_II also transmits the second microwave modulation signal S5m_II to the
Bevorzugt übermittelt der dritte zweite Signalgenerator G2_III das dritte Mikrowellenmodulationssignal S5m_III auch an die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und ggf. über diese indirekt an das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28).Preferably, the third second signal generator G2_III also transmits the third microwave modulation signal S5m_III to the
Bevorzugt übermittelt der erste vierte Signalgenerator G2_IV das vierte Mikrowellenmodulationssignal S5m_IV auch an die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und ggf. über diese indirekt an das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28).Preferably, the first fourth signal generator G2_IV also transmits the fourth microwave modulation signal S5m_IV to the
Sofern eine solche Modulation entsprechend dem vektoriellen Mikrowellenmodulationssignal S5m stattfindet, berücksichtigen die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und ggf. über diese indirekt an das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) den jeweiligen vektoriellen Wert des vektoriellen Mikrowellenmodulationssignals S5m bei der Ausführung der computerimplementierten Bilderkennungsverfahren und/oder Mustererkennungsverfahren.If such a modulation takes place in accordance with the vector microwave modulation signal S5m, the
Nach der Auswertung eines oder mehrerer Bilder des Lichtsensorarrays 1, ermitteln die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) bevorzugt einen Verfeinerungsbedarf, um die Messergebnisse in ihrer Präzision zu verbessern. Hierfür führen bevorzugt die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) beispielsweise ein computerimplementiertes Bayes'sche Optimierungsverfahren durch. Bevorzugt ist der Programmcode für das beispielhafte Bayes'sche Optimierungsverfahren in einem Speichermedium der Vorrichtung, insbesondere einem Speicher (RAM, NVM), abgelegt. Bevorzugt führen die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) diesen Programmcode bei Ausführung des computerimplementierten Bayes'sche Optimierungsverfahrens durch.After evaluating one or more images of the
Während des beispielhaften Bayes'sche Optimierungsverfahrens können die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) beispielsweise über den Datenbus DB neue vektorielle Mikrowellenfrequenzen (ωµW_I, ωµW_II, ωµW_III, ωµW_IV) in der vektoriellen Mikrowellenquelle µW einstellen und so das Diagramm erfasste der
Während des beispielhaften Bayes'sche Optimierungsverfahrens können die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) beispielsweise über den Datenbus DB andere zusätzliche magnetische Flussdichten Bad einstellen, die die Magnetfelderzeugungsvorrichtung Lc erzeugt und die zur Gesamtflussdichte BΣ jeweils beiträgt.During the exemplary Bayesian optimization method, the
Hierdurch können die Aufbereitungsvorrichtung 30 für die Ausgangssignale 31 der Fotodetektoren PD des Lichtsensorarrays 1 und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) den Erfassungsbereich in der
Bevorzugt ermitteln die Steuervorrichtung CTR (Aufbereitungsvorrichtung 30) und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) unter Verwendung der besagten computerimplementierten Bildverarbeitungs- und/oder Mustererkennungsalgorithmen einen oder mehrere der folgenden Messwerte bzw. Messwertgruppen:
- 1. Informationen über die wahrscheinliche Lage der unteren Resonanzkante 522,
- 2. Informationen über die wahrscheinliche Lage der unteren mittleren Resonanzkante 523,
- 3. Informationen über die wahrscheinliche Lage der oberen mittleren Resonanzkante 524,
- 4. Informationen über die wahrscheinliche Lage der oberen Resonanzkante 525,
- 5. Informationen über die wahrscheinliche Lage des mittleren Resonanzminimums 529,
- 6. Informationen über den wahrscheinlichen Wert der wirksamen Offsetflussdichte Boff,
- 7. Informationen über den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsflussdichte B0,
- 8. Informationen über den wahrscheinlichen Wert der Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0,
- 1. Information about the probable location of the
lower resonance edge 522, - 2. Information about the probable location of the lower
middle resonance edge 523, - 3. Information about the probable location of the upper
middle resonance edge 524, - 4. Information about the probable location of the
upper resonance edge 525, - 5. Information about the probable location of the
mean resonance minimum 529, - 6. Information about the probable value of the effective offset flux density B off ,
- 7. Information about the probable value of the zero point flux density B 0 ,
- 8. Information about the probable value of the zero point microwave frequency ω µW0 ,
Nach weiteren Messungen können die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV bzw. eine Auswertevorrichtung 30 und/oder das weitere und/oder übergeordnete Rechnersystem CTR2(28) auch hier auf einen oder mehrere der folgenden Werte schließen:
- 9. Informationen über
den wahrscheinlichen Wert 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 10. Informationen über
den wahrscheinlichen Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, an einem oder mehreren Arbeitspunkten, - 11. Informationen über die
wahrscheinliche Differenz 566 des Werts der magnetischen Flussdichte B63, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minusdem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist, - 12. Informationen über die
wahrscheinliche Steigung 567 der Kurve an einem oder mehreren Arbeitspunkten; - 13. Informationen über die
Polynomkoeffizienten der Polynomapproximation 627 der Kurve in einigen Arbeitspunkten, - 14. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unteren wirksamen magnetischen Flussdichte B22,
- 15. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B23,
- 16. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren wirksamen magnetischen Flussdichte B24,
- 17. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen wirksamen magnetischen Flussdichte B25,
- 18. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer wirksamen magnetische Resonanzminimum-Flussdichte B29,
- 19. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0;
- 20. den wahrscheinlichen Wert einer unteren Mikrowellenfrequenz ωµW22;
- 21. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unteren mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW23;
- 22. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen mittleren Mikrowellenfrequenz ωµW24;
- 23. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer oberen Mikrowellenfrequenz ωµW25;
- 24. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29;
- 25. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk;
- 26. Informationen über den wahrscheinlichen Wert einer Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW;
- 9. Information about the
probable value 564 of the magnetic flux density B 61 associated with theupper reference line 561 at one or more operating points, - 10. Information about the
probable value 565 of the magnetic flux density B 62 associated with thelower reference line 562 at one or more operating points, - 11. Information about the
probable difference 566 of the value of the magnetic flux density B 63 associated with themiddle reference line 563 minus thevalue 565 of the magnetic flux density B 62 associated with thelower reference line 562, - 12. Information about the
probable slope 567 of the curve at one or more operating points; - 13. Information about the polynomial coefficients of the
polynomial approximation 627 of the curve at some operating points, - 14. Information about the probable value of a lower effective magnetic flux density B 22 ,
- 15. Information about the probable value of a lower mean effective magnetic flux density B 23 ,
- 16. Information about the probable value of an upper average effective magnetic flux density B 24 ,
- 17. Information about the probable value of an upper effective magnetic flux density B 25 ,
- 18. Information about the probable value of an effective magnetic resonance minimum flux density B 29 ,
- 19. Information about the probable value of a zero point microwave frequency ω µW0 ;
- 20. the probable value of a lower microwave frequency ω µW22 ;
- 21. Information about the probable value of a lower mean microwave frequency ω µW23 ;
- 22. Information about the probable value of an upper mean microwave frequency ω µW24 ;
- 23. Information about the probable value of an upper microwave frequency ω µW25 ;
- 24. Information about the probable value of a resonance minimum microwave frequency ω µW29 ;
- 25. Information about the probable value of an unknown microwave frequency ω µWnk ;
- 26. Information about the probable value of a microwave modulation frequency f µW ;
Figur 82Figure 82
Außerdem können hierdurch die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV bzw. eine Auswertevorrichtung 30 den dritten Arbeitspunkt 14403 mit den Werten B25, ωµW,25=ωµW_III, und den vierten Arbeitspunkt 14404 mit den Werten B22, ωµW,25=ωµW_IV auf der oberen Resonanzkante 25 ermitteln. Es ist leicht zu erkennen, dass sich für Mikrowellenfrequenzen ωµW, die größer als die Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0 sind auch Schnittpunkte der vertikalen Linien mit der unteren mittleren Resonanzkante 523, mit der oberen mittleren Resonanzkante 524 und mit dem mittleren Resonanzminimum 529 ergeben können. Je nach Anwendung kann es daher besser sein, den linken Bereich des Diagramms der
Figur 83Figure 83
In dem Beispiel erzeugt die erste interne Mikrowellenquelle µW_G_I in Abhängigkeit von dem ersten Mikrowellenmodulationssignal S5m_I und den über den Datenbus DB durch die Steuervorrichtung CTR oder die Auswertevorrichtung 30 oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV eingestellten Parametern das erste internen Mikrowellensignal µW_G_I. Bevorzugt hängt die Amplitude des ersten internen Mikrowellensignals µW_G_I von dem ersten Mikrowellenmodulationssignal S5m_I ab. Das erste interne Mikrowellensignal µW_G_I weist dabei eine ersten Mikrowellenfrequenz ωµW_I auf.In the example, the first internal microwave source µW_G_I generates the first internal microwave signal µW_G_I depending on the first microwave modulation signal S5m_I and the parameters set via the data bus DB by the control device CTR or the
Ein erster interner Mixer µW_MX_I innerhalb der ersten Mikrowellenquelle µWG_I mischt nun das ersten interne Mikrowellensignal µW_G_I mit dem Signal Sωnk mit der unbekannten Mikrowellenfrequenz ωnk. Der erste interne Mixer µW_MX_I bildet somit das so gemischte erste Mikrowellenmischsignal µW_MX_I. Ein erster Mikrowellenfilter µW_F_I (Siehe
In dem Beispiel erzeugt die zweite interne Mikrowellenquelle µW_G_II in Abhängigkeit von dem zweiten Mikrowellenmodulationssignal S5m_II und den über den Datenbus DB durch die Steuervorrichtung CTR oder die Auswertevorrichtung 30 oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV eingestellten Parametern das zweite internen Mikrowellensignal µW_G_II. Bevorzugt hängt die Amplitude des zweiten internen Mikrowellensignals µW_G_II von dem zweiten Mikrowellenmodulationssignal S5m_II ab. Das zweite interne Mikrowellensignal µW_G_II weist dabei eine zweite Mikrowellenfrequenz ωµW_II auf.In the example, the second internal microwave source µW_G_II generates the second internal microwave signal µW_G_II depending on the second microwave modulation signal S5m_II and the parameters set via the data bus DB by the control device CTR or the
Ein zweiter interner Mixer µW_MX_II innerhalb der zweiten Mikrowellenquelle µWG_II mischt nun das zweite interne Mikrowellensignal µW_G_II mit dem Signal Sωnk mit der unbekannten Mikrowellenfrequenz ωnk. Der zweite interne Mixer µW_MX_II bildet somit das so gemischte zweite Mikrowellenmischsignal µW_MX_II. Ein zweiter Mikrowellenfilter µW_P_II (Siehe
In dem Beispiel erzeugt die dritte interne Mikrowellenquelle µW_G_III in Abhängigkeit von dem dritten Mikrowellenmodulationssignal S5m_III und den über den Datenbus DB durch die Steuervorrichtung CTR oder die Auswertevorrichtung 30 oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV eingestellten Parametern das dritte internen Mikrowellensignal µW_G_III. Bevorzugt hängt die Amplitude des dritten internen Mikrowellensignals µW_G_III von dem dritten Mikrowellenmodulationssignal S5m_III ab. Das dritte interne Mikrowellensignal µW_G_III weist dabei eine dritte Mikrowellenfrequenz ωµW_III auf.In the example, the third internal microwave source µW_G_III generates the third internal microwave signal µW_G_III depending on the third microwave modulation signal S5m_III and the parameters set via the data bus DB by the control device CTR or the
Ein dritter interner Mixer µW_MX_III innerhalb der dritten Mikrowellenquelle µWG_III mischt nun das dritte interne Mikrowellensignal µW_G_III mit dem Signal Sωnk mit der unbekannten Mikrowellenfrequenz ωnk. Der dritte interne Mixer µW_MX_III bildet somit das so gemischte dritte Mikrowellenmischsignal µW_MX_III. Ein dritter Mikrowellenfilter µW_F_III (Siehe
In dem Beispiel erzeugt die vierte interne Mikrowellenquelle µW_G_IV in Abhängigkeit von dem vierten Mikrowellenmodulationssignal S5m_IV und den über den Datenbus DB durch die Steuervorrichtung CTR oder die Auswertevorrichtung 30 oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV eingestellten Parametern das vierte interne Mikrowellensignal µW_G_IV. Bevorzugt hängt die Amplitude des vierten internen Mikrowellensignals µW_G_IV von dem vierten Mikrowellenmodulationssignal S5m_IV ab. Das vierte interne Mikrowellensignal µW_G_IV weist dabei eine vierte Mikrowellenfrequenz ωµW_IV auf.In the example, the fourth internal microwave source µW_G_IV generates the fourth internal microwave signal µW_G_IV depending on the fourth microwave modulation signal S5m_IV and the parameters set via the data bus DB by the control device CTR or the
Ein vierter interner Mixer µW_MX_IV innerhalb der vierten Mikrowellenquelle µWG_IV mischt nun das vierte interne Mikrowellensignal µW_G_IV mit dem Signal Sωnk mit der unbekannten Mikrowellenfrequenz ωnk. Der vierte interne Mixer µW_MX_IV bildet somit das so gemischte vierte Mikrowellenmischsignal µW_MX_IVI. Ein vierter Mikrowellenfilter µW_F_IV (Siehe
Figur 84Figure 84
Figur 85Figure 85
Die Grundidee der Herstellung eines kolloidalen Lackes KL zur Belackung und/oder zum Bedrucken des Trägersubstrats 1360 ist in
- Zunächst gehen wir hier davon aus, dass die Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristalle ND in ausreichend großen Mengen in vorzugsweise im Wesentlichen gleicher Form vorliegen. Beispielhaft gehen wir hier davon aus, dass es sich bei den Kristallen bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND um Nanodiamanten mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren, vorzugsweise mit einem oder mehreren NV-Zentren, handelt. Andere Kristallmaterialien und/oder paramagnetische Zentren sind denkbar, wenn sie ebenfalls eine Fluoreszenzstrahlung FL bei Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung LB einer typischerweise Zentren spezifischen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp emittieren. Die Diamant-Nano-Kristalle ND stehen hier somit beispielhaft für andere mögliche Kristalle mit möglicherweise anderen Eigenschaften und/oder anderen paramagnetischen Zentren. Auf den Rest dieses Dokuments wird hier verwiesen. Im Falle der Diamant-Nano-Kristalle ND, die Diamant umfassen, sind NV-Zentren als paramagnetische Zentren bevorzugt.
- First of all, we assume here that the crystals or diamond nanocrystals ND are present in sufficiently large quantities and preferably in essentially the same form. By way of example, we assume here that the crystals or diamond nanocrystals ND are nanodiamonds with one or more paramagnetic centers, preferably with one or more NV centers. Other crystal materials and/or paramagnetic centers are conceivable if they also emit fluorescent radiation FL upon irradiation with a pump radiation LB of a pump radiation wavelength λ pmp that is typically center-specific. The diamond nanocrystals ND are examples of other possible crystals with possibly different properties and/or other paramagnetic centers. The remainder of this document is referenced here. In the case of the diamond nanocrystals ND comprising diamond, NV centers are preferred as paramagnetic centers.
Die Kristalle mit paramagnetischen Zentren und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren werden mit dem zuvor ausgewählten und in geeigneter Form bereitgestelltem Trägermaterial TM und ggf. einem Lösungsmittel LM zur Einstellung der Viskosität beispielhaft zur Vermischung in einen Behälter gegeben und mittels Verrühren VR gemischt, bis eine kolloidale Mischung (kolloidaler Lack KL) entsteht, die für die vorgesehene Weiterverarbeitung beispielsweise in einer Nachfolgenden Spin-On-Belackung oder einen Druckvorgang, beispielsweise einen Siebdruckvorgang und/oder einem Schablonendruck und/oder Tampon-Druck, geeignet ist.The crystals with paramagnetic centers and/or diamond nanocrystals ND with paramagnetic centers and/or NV centers are mixed with the previously selected and suitably provided carrier material TM and, if necessary, a solvent LM to adjust the viscosity, for example into one container and mixed by stirring VR until a colloidal mixture (colloidal varnish KL) is formed, which is suitable for the intended further processing, for example in a subsequent spin-on coating or a printing process, for example a screen printing process and/or a stencil printing and/or pad printing. Pressure is suitable.
Das hier vorgestellte Dokument schlägt als Trägermaterial TM beispielsweise ein klares, farbloses, flüssiges Fotopolymer, beispielsweise den optischen Norland Klebstoff 61 vor. Weitere Informationen sind zum Zeitpunkt der Anmeldung des hier vorgelegten Dokuments unter https://www.norlandprod.com/adhesives/noa%2061.html verfügbar.The document presented here suggests, for example, a clear, colorless, liquid photopolymer, for example the Norland
Norland Optical Adhesive 61 („NOA 61“) ist ein klares, farbloses, flüssiges Fotopolymer, das unter Bestrahlung mit einer Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH im ultraviolettem Wellenlängenbereich aushärtet. Da es sich um ein Einkomponentensystem mit 100 % Feststoffanteil handelt, bietet es viele Vorteile bei Verklebungen, bei denen der Klebstoff UV-Licht ausgesetzt werden kann. Durch die Verwendung von NOA 61 entfällt das Vormischen, Trocknen oder Aushärten durch Wärme, wie es bei anderen Klebstoffsystemen üblich ist. Die Aushärtezeit ist typischerweise kurz und hängt von der aufgetragenen Dicke DSE der Sensorelementschicht 5 bzw. des Sensorelements SE und der verfügbaren UV-Lichtenergie ab. Es ist besonders sinnvoll, wenn das Trägermittel TM die Federal Specification MIL-A-3920 für optische Klebstoffe erfüllt. NOA 61 erfüllt als Trägermittel TM die Federal Specification MIL-A-3920 vom 21 Februar 1977 für optische Klebstoffe. Das Trägermaterial TM soll eine bestmögliche optische Verbindung zu der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 herstellen können. Dementsprechend soll Das Trägermaterial TM soll eine bestmögliche optische und/oder mechanische Verbindung zu FR-4-Oberflächen (Flameresistent-4) oder PTFE-Oberflächen (Polytetrafluorethylen) oder Oberflächen halbleitender Materialien, wie beispielsweise zu Oberflächen von Stücken von Platinenmaterialien oder von Stücken von Kunststoffplatten- oder -folien und/oder von Stücken von Glas-Wafern oder von Stücken von Keramik-Wafern und/oder von Stücken von Halbleiterwafern, beispielsweise Oberflächen von Stücken von CMOS-Wafern oder beispielsweise von Stücken von BiCMOS-Wafern beispielsweise Stücken von Wafern aus einer Bipolar-Technologie oder von Stücken eines Wafers aus einem III/V-Material oder dergleichen und/oder beispielsweise von Stücken von MEMS-Wafern und/oder von Stücken mikroelektronischen Schaltungen und/oder beispielsweise von Stücken von MEOS-Wafern (MEOS= micro electro optical system) und/oder beispielsweise von Stücken von MOEMS-Wafern etc. und/oder von Stücken von MOEMS-Wafern mikroelektronischer Schaltkreise und mikroelektronischer Funktionselemente und/oder mikrooptische Funktionselemente und/oder mikromechanischer Funktionselemente und/oder mikrofluidischer Funktionselemente je nach Anwendungsbereich herstellen können. NOA61 erfüllt diese Voraussetzungen in der Regel und insbesondere auch über den benötigten Temperaturbereich und typischerweise die erwartete Lebensdauer. Dies macht eine Produktqualifikation aber nicht überflüssig. Besonders günstig ist die Verwendung eines Trägermaterials TM, das für die Verklebung von Linsen, Prismen und Spiegeln für militärische, luft- und raumfahrttechnische und kommerzielle Optiken sowie für den Abschluss und das Spleißen von Glasfasern empfohlen ist. NOA61 erfüllt diese Voraussetzungen.Norland Optical Adhesive 61 (“
Das Trägermaterial TM soll sich typischerweise nach Herstellerangaben außerdem durch hervorragende Klarheit, geringe Schrumpfung und Lichtflexibilität auszeichnen. Diese Eigenschaften sind wichtig, damit der Anwender qualitativ hochwertige Sensorelemente SE und/oder Sensorelementschichten SE(5) herstellen und eine langfristige Leistung unter wechselnden aggressiven Umgebungsbedingungen erzielen kann.According to the manufacturer, the carrier material TM should also typically be characterized by excellent clarity, low shrinkage and light flexibility. These properties are important to enable the user to produce high quality sensor elements SE and/or sensor element layers SE(5) and achieve long-term performance under varying aggressive environmental conditions.
NOA 61 härtet, wie für das Trägermaterial TM gewünscht, mit ultraviolettem Licht als Aushärtestrahlung 4910 aus, wobei die maximale Absorption im Bereich von 320-380 Nanometern für die Aushärtewellenlänge λH liegt und die höchste Empfindlichkeit für die Aushärtung von NOA61 bei einer Aushärtewellenlänge λH von 365 nm erreicht wird. Die empfohlene Energie für die vollständige Aushärtung beträgt 3 Joule/cm2 bei diesen Aushärtewellenlängen λH. Die Aushärtung von NOA 61 wird durch Sauerstoff nicht gehemmt, so dass alle Bereiche, die mit Luft in Berührung kommen, zu einem nicht klebrigen Zustand aushärten, wenn sie ultraviolettem Licht als Aushärtestrahlung 4910 ausgesetzt werden.
Bei den meisten optischen Anwendungen erfolgt die Aushärtung mittels der als Aushärtestrahlung 4910 in zwei Schritten. Zunächst erfolgt eine kurze, gleichmäßige Belichtung, die sogenannte Vorhärtung mit einer Aushärtestrahlung 4910 mit einer Aushärtewellenlänge λH. Die Aushärtungszeit ist ausreichend lang, um die Verbindung zu verfestigen und zu ermöglichen, dass sie bewegt/transportiert werden kann, ohne die Ausrichtung zu stören. Danach folgt eine längere Aushärtung unter UV-Licht als Aushärtestrahlung 4910, um eine vollständige Vernetzung und Lösungsmittelbeständigkeit des Klebstoffs, also beispielsweise NOA 61, zu erreichen. Die Aushärtung mit Aushärtestrahlung 4910 kann in dem Beispiel NOA 61 als Trägermaterial TM in 10 Sekunden mit einer 100-Watt-Quecksilberlampe bei 6" erfolgen. Wenn für die Ausrichtung eine längere Zeit erforderlich ist, kann sie mit einer Lichtquelle für Aushärtestrahlung 4910 mit sehr geringer Intensität auf einige Minuten im Falle des beispielhaften Trägermaterials TM NOA 61 verlängert werden. Die endgültige Aushärtung kann im Falle des beispielhaften Trägermaterials TM mit der 100-Watt-Quecksilberlampe in 5 bis 10 Minuten erreicht werden.For most optical applications, curing takes place in two steps using the 4910 curing radiation. First, there is a short, uniform exposure, the so-called pre-curing, with curing
Die Vorhärtung ermöglicht es dem Anwender, den das Trägersubstrat 1360 und/oder Lichtwellenleiter LWL im Falle der getrennten Bereitstellung bei Bedarf schnell gegeneinander noch auszurichten und zu fixieren, und minimiert die Anzahl der erforderlichen Haltevorrichtungen. Nach der Vorfixierung kann überschüssiger Klebstoff mit einem mit Alkohol oder Aceton als beispielhaftes Lösungsmittel LM angefeuchteten Tuch abgewischt und/oder abgespült werden. Die Lichtwellenleiter LWL sollten zu diesem Zeitpunkt geprüft und Ausschuss in Methylenchlorid separiert werden. Der beschichtete Bereich der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 muss für eine Nacharbeit typischerweise in dem Lösungsmittel LM eingeweicht werden und löst sich normalerweise über Nacht. Die Zeit, die benötigt wird, um das Trägermaterial TM für eine Nacharbeit zu lösen, hängt vom Ausmaß der Aushärtung und der Größe der Beschichtung ab.The pre-hardening enables the user to quickly align and fix the
Nach der Aushärtung weist NOA 61 als Trägermaterial TM eine sehr gute Haftung und Lösungsmittelbeständigkeit auf, aber es hat noch nicht seine optimale Haftung auf Glas und/oder SiOz-Halbleiterwafer-Oberflächen erreicht. Diese wird durch eine Alterung über einen Zeitraum von etwa 1 Woche erreicht, in der sich eine chemische Verbindung zwischen Glas bzw. SiO2-Oberfläche einerseits und Trägermaterial TM bildet. Diese optimale Haftung kann auch durch eine Alterung des Trägersubstrats 1360 mit der Sensorelementschicht 5 und/oder den Sensorelementen SE bei 50° C für 12 Stunden in einem Temperaturschrank erreicht werden.After curing,
NOA 61 hält vor der Alterung Temperaturen von -15°C bis 60° C stand, wenn es zum Beschichten des Lichtwellenleiters LWL und/oder des Trägersubstrats 1360 verwendet wird. Nach der Alterung hält es Temperaturen von -150°C bis 125°C stand. Damit ist dieses Trägermaterial TM NOA 61 automotive-tauglich. Als Beschichtung auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters LWL und/oder des Trägersubstrats 1360 hält NOA 61 drei Stunden lang 260°C und beim Reflow-Löten stand. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn das Trägersubstrat ein Platinenmaterial, beispielsweise mit elektronischen Bauelementen ist. Das hier vorgelegte Dokument verweist in diesem Zusammenhang auf die noch unveröffentlichte Schrift
Typische Eigenschaften eines Trägermaterials TM sind ein Feststoffgehalt mehr als 80%, eine Viskosität bei 25°C von mehr als 250 cps, ein Brechungsindex des gehärteten Trägermaterials TM von mehr als 1,2 eine Dehnung bei Bruch von weniger als 50% oder mehr als 25% je nach Anwendung, ein Elastizitätsmodul von weniger als (psi) 200.000, eine Zugfestigkeit von mehr als (psi) 3.000 und eine Härte von mehr als Shore D 60.Typical properties of a carrier material TM are a solids content of more than 80%, a viscosity at 25 ° C of more than 250 cps, a refractive index of the hardened carrier material TM of more than 1.2, an elongation at break of less than 50% or more than 25 % depending on the application, an elastic modulus of less than (psi) 200,000, a tensile strength of more than (psi) 3,000 and a hardness of more than
Typische Eigenschaften von NOA 61 als beispielhaftes Trägermaterial TM sind ein Feststoffgehalt von 100%, eine Viskosität bei 25°C von 300 cps, en Brechungsindex des gehärteten Polymers des Trägermaterials TM von 1,56, eine Dehnung bei Bruch von 38%, ein Elastizitätsmodul von (psi) 150.000, eine Zugfestigkeit von (psi) 3.000 und eine Härte von Shore D 85.Typical properties of
Wie bereits beschrieben, sind diese Verfahren prinzipiell nicht auf die Verwendung Trägermaterials TM (NAO 61 in z.B. alkoholischer Lösung) und dieser Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristalle ND mit paramagnetischen Zentren, insbesondere NV-Zentren beschränkt. Beispielsweise können auch statt der Diamanten mit NV-Zentren als Diamant-Nano-Kristalle ND auch Diamant-Nano-Kristalle ND mit SiV-Zentren und/oder mit TiV-Zentren und/oder mit GeV-Zentren und/oder mit SnV-Zentren und/oder mit NiN4-Zentren und/oder mit PbV-Zentren und/oder mit ST1-Zentren als paramagnetischen Zentren verwendet werden, wobei deren Eignung ggf. bei einer Nacharbeit zuvor durch eine fachkundige Person zu prüfen wäre. Solche alternativen paramagnetischen Zentren und/oder Materialien für Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND müssen für die Erfüllung des technischen Zwecks des herzustellenden Systems dienlich sein, was jeweils zu Beginn einer Nacharbeit zu prüfen wäre. Zur Vereinfachung der Beschreibung stellen wir hier nicht alle sinnvollen Varianten dar. Die Beanspruchung umfasst aber auch solche Kombinationen. Es können also auch andere Kombinationen aus Kristalle anderer Materialien und anderer Trägermaterialien TM und anderer Lösungsmittel LM verwendet werden, wenn die durch das herzustellende System zu lösende technische Aufgabe und die beabsichtigte Herstellungsmethode (Belacken und/oder Bedrucken und/oder lokales Benetzen) dies erfordert. Im Folgenden wird meistens nur der Begriff Belacken verwendet. Sofern anwendbar soll dieser Begriff auch die Begriffe Belacken, Beschichten und und/oder lokales Benetzen umfassen. Das Bezugszeichen ND steht hier also nicht nur für Diamant-Nano-Kristalle ND, die Diamant als Material umfassen, sondern auch für allgemeinere Kristalle. As already described, these methods are in principle not limited to the use of carrier material TM (
Die Kristalle können auch poly-Kristallin sein und dann auch verschiedene Materialien und Schichten umfassen. Beispielsweise kann es sich um Silizium-Nanokristalle und/oder Kristalle und Mischkristalle beispielsweise umfassend III/V-Materialeien handeln, die beispielsweise von einer SiO2-Schicht oder eine andere optisch in den relevanten Wellenlängenbereichen (λpmp, λfl) transparente Isolationsschicht eigehüllt sind und bevorzugt geeignete paramagnetische Zentren aufweisen. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise darüber hinaus zahlreiche verschiedene transparente Lacke bekannt, die ggf. auf ihre jeweilige Eignung als Trägermaterial TM bei Verwendung anstelle von NOA61 jeweils geprüft werden können. Das hier geschriebene gilt für die Diamant-Nano-Kristalle ND im ganzen Dokument.The crystals can also be poly-crystalline and then also include different materials and layers. For example, they can be silicon nanocrystals and/or crystals and mixed crystals, for example comprising III/V materials, which are encased, for example, by an SiO 2 layer or another optically transparent insulation layer in the relevant wavelength ranges (λ pmp , λ fl ). and preferably have suitable paramagnetic centers. For example, numerous different transparent varnishes are known from the prior art, which can, if necessary, be tested for their suitability as a carrier material TM when used instead of NOA61. What is written here applies to the diamond nanocrystals ND throughout the document.
Figur 86Figure 86
Das hier vorgestellte Verfahren sieht in seiner Grundversion vor, einen kolloidalen Lack KL umfassend ein Trägermaterial TM und Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND auf das Trägersubstrat 1360 aufzubringen.The basic version of the method presented here envisages applying a colloidal lacquer KL comprising a carrier material TM and crystals and/or diamond nanocrystals ND to the
Typischerweise umfasst das Trägersubstrat 1360 Materialien wie FR-4 (Flameresistent-4) oder PTFE (Polytetrafluorethylen) oder halbleitende Materialien, wie beispielsweise Stücke von Platinenmaterialien oder Stücke von Kunststoffplatten- oder -folien und/oder Stücke von Glas-Wafern oder Stücke von Keramik-Wafern und/oder Stücke von Halbleiterwafern, beispielsweise Stücke von CMOS-Wafern oder beispielsweise Stücke von BiCMOS-Wafern und/oder beispielsweise Stücke von Wafern aus einer Bipolar-Technologie und/oder Stücke eines Wafers aus einem III/V-Material oder dergleichen und/oder beispielsweise Stücke von MEMS-Wafern und/oder Stücke mikroelektronischer Schaltungen und/oder beispielsweise Stücke von MEOS-Wafern (MEOS= micro electro optical system) und/oder beispielsweise Stücke von MOEMS-Wafern etc. und/oder Stücke von MOEMS-Wafern mikroelektronische Schaltkreise und mikroelektronischer Funktionselemente und/oder mikrooptische Funktionselemente und/oder mikromechanische Funktionselemente und/oder mikrofluidische Funktionselemente.Typically, the
Das Aufbringen des kolloidalen Lackes KL auf das Trägersubstrat 1360 kann beispielsweise durch Aufschleudern oder Aufsprühen oder Aufdrucken oder ähnliche Verfahren erfolgen. (Siehe Figur 147.) Hinsichtlich der im Stand der Mikrotechnik möglichen Belackungsverfahren sei hier beispielhaft auf Marc J. Madou „Fundamentals of Microfabrication: the science of miniaturization“ CRC Press 2002 verwiesen.The colloidal lacquer KL can be applied to the
Die
Figur 87Figure 87
Die beispielhaften Schritte eines Wafer basierenden Belackungsverfahrens sind in
Das betreffende beispielhafte Belackungsverfahren der
Es folgt das Bereitstellen 14920 Trägersubstrats 1360, bevorzugt also eines Halbleitersubstrates - beispielsweise eines Wafers.This is followed by providing 14920
Sodann folgt bevorzugt das Bereitstellen 14930 des eines kolloidalen Lackes KL in Form einer kolloidalen Lösung von Kristallen bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND in einem noch flüssigen Trägermaterial TM und ggf. einem zusätzlichen Lösungsmittel. Dabei kann das Bereitstellen 14920 Trägersubstrats 1360 und das Bereitstellen 14930 des eines kolloidalen Lackes KL in beliebiger Reihenfolge hintereinander oder gleichzeitig erfolgen. Die Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristalle ND umfassen dabei bevorzugt paramagnetische Zentren und/oder NV-Zentren in Diamant.This is then preferably followed by the
Der kolloidale Lack KL wird später strukturiert und zu einem strukturierten kolloidalen Film in Form der Sensorelemente SE auf dem Trägersubstrat 1360 bevorzugt mittels einer Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH gehärtet. Der kolloidale Lack KL wird vorzugsweise strukturiert zu einem strukturierten kolloidalen Film in Form der Sensorelemente SE auf dem Trägersubstrat 1360 ganz besonders bevorzugt mittels einer lokal selektiv aufprojezierten oder zugeführten Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH lokal und selektiv gehärtet. Vorzugsweise werden optische Funktionselemente der Vorrichtung, beispielsweise Lichtwellenleiter LWL und/oder als Lichtwellenleiter verwendete Trägersubstrate 1360, die später gegenüber den dann ausgebildeten Sensorelementen SE und/oder den dann ausgebildeten Sensorelementschichten 5 justiert sein müssen, für die Zuführung Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH verwendet, sodass sich durch diese Zuführung automatisch ein selbstjustierender Aushärteeffekt des UV-aushärtbaren kolloidalen Lackes KL bei der Ausbildung der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 gegenüber diesen optische Funktionselemente der Vorrichtung, beispielsweise Lichtwellenleiter LWL und/oder als Lichtwellenleiter verwendete Trägersubstrate 1360 justiert sein müssen. Damit dieser spätere ausgehärtete kolloidalen Film in Form der Sensorelemente SE auf der Oberfläche des Trägersubstrat 1360 haften kann, sollte der kolloidale Lack KL der Kristallen bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND zumindest Teile des Trägersubstrats 1360 benetzen können. Dies kann beispielsweise durch eine oder mehrere optionale vorausgehende Plasmabehandlungen 14950 mit Wasserstoff oder Sauerstoff oder der Gleichen bekanntermaßen gesteuert werden. Hierbei können die Benetzungseigenschaften der Oberfläche mittels einer der Plasmabehandlung vorausgehenden Fotolithografie 14940 auch in der Fläche moduliert (benetzend vs. nicht benetzend) ausgeführt werden. Hierzu werden vor der Plasmabehandlung 14950 einige Oberflächenbereiche beispielsweise mit Fotolack in dem besagten Fotolithografieschritt 14940 selektiv abgedeckt und andere Bereiche, die behandelt werden sollen, nicht mit Fotolack abgedeckt, so dass diese dem Plasma ausgesetzt sind. Eine solche Modulation der Benetzungseigenschaften wäre somit ein weiterer optionaler zusätzlicher Arbeitsschritt in Form einer Fotolithografie 14940, der denkbar ist.The colloidal lacquer KL is later structured and hardened into a structured colloidal film in the form of the sensor elements SE on the
Nach der optionalen Plasmabehandlung 14950 wird typischerweise dann der Abdecklack wieder entfernt 14960, wenn zuvor der besagte Fotolithografieschritt 14940 durchgeführt wurde.After the
Es folgt dann das Belacken 14970 des Trägersubstrats 1360 mit dem kolloidalen Lack KL der Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND, um einen kolloidalen Film aus kolloidalen Lack KL auf einer Oberfläche des Trägersubstrats 1360 zu erhalten. Dies geschieht beispielsweise durch Ausschleudern und/oder Aufsprühen und/oder Aufdrucken eines zuvor erstellten kolloidalen Lackes der Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND.This is then followed by coating 14970 of the
In der Regel wird der kolloidale Lack KL der Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND mit den darin enthaltenen Kristallen bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND dann soweit zu einem kolloidalen Film in Form von Sensorelementen SE ausgehärtet 14980, dass er mechanisch für die weitere Verarbeitung ausreichend stabil ist, aber ggf. noch mittels anderer nachfolgender Verfahrensschritte strukturiert werden kann. Auf die Verarbeitungshinweise des bevorzugten Trägermaterials TM NOA 61 in diesem Dokument weist das hier vorgelegte Dokument in diesem Zusammenhang hin.As a rule, the colloidal lacquer KL of the crystals or diamond nano-crystals ND with the crystals or diamond nano-crystals ND contained therein is then hardened into a colloidal film in the form of
Diese Strukturierung 14990 des kolloidalen Filmes zur Erzeugung der Sensorelemente SE erfolgt in der Regel bevorzugt mit fotolithografischen Methoden.This structuring 14990 of the colloidal film to produce the sensor elements SE is usually preferably carried out using photolithographic methods.
Die bevorzugte Methode, die dieses Dokument vorschlägt ist die strukturierte Aushärtung des kolloidalen Films aus kolloidalem Lack KL auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 durch selektive Bestrahlung mit Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH, Entfernung des überschüssigen kolloidalen Lackes KL mit einem Lösungsmittel LM und ggf. anschließende endgültige Aushärtung durch einen Temperaturschritt in einer Thermokammer oder einen Aushärteschritt durch Lagern.The preferred method that this document proposes is the structured curing of the colloidal film made of colloidal lacquer KL on the surface of the
Figur 88Figure 88
- 1.
Aufbringen 15010 des kolloidalen Films aus kolloidalem Lack KL auf die Oberfläche des Trägersubstrats 1360; - 2.
Anhärten 15020 des kolloidalen Films aus kolloidalem Lack KL auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360; - 3.
Aufbringen 15030 Fotolack auf die Oberfläche des kolloidalen Films aus kolloidalem Lack KL auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 - 4.
Aushärten 15040 des Fotolacks; - 5.
selektives Belichten 15050 des Fotolacks mit einer Maske, die gegenüber anderen Strukturen aufdem Trägersubstrats 1360 justiert ist, oder auf andere Weise ; - 6.
Entwickeln 15060 des Fotolacks entwickeln mit Öffnung der Ätzöffnungen im Fotolack; - 7. ggf.
Härten 15070 des Fotolackes, wobei hier die Herausforderung darin besteht, den Fotolack ausreichend zu härten und das Trägermaterial TM des kolloidalen Films im kolloidalen Lack KL auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 nicht zu weit auszuhärten; - 8. selektives Ätzen oder Lösen 15080 des freiliegenden kolloidalen Films aus kolloidalem Lack KL auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360 in den Ätzöffnungen, wobei der Fotolack möglichst wenig angegriffen werden sollte (ggf. können noch andere Zwischenschichten wie z.B. Metallschichten auf den kolloidalen Film aus kolloidalem Lack KL
auf dem Trägersubstrats 1360 aufgebracht und strukturiert werden.); - 9.
selektives Entfernen 15090 des Fotolacks, - 10.
Aushärten 15095 des stehen gebliebenen kolloidalen Films aus kolloidalem Lack KL auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360, um die Sensorelemente SE und/oder Sensorelementschichten 5 zu erhalten.)
- 1. Applying 15010 the colloidal film made of colloidal lacquer KL onto the surface of the
carrier substrate 1360; - 2. Hardening 15020 of the colloidal film made of colloidal lacquer KL on the surface of the
carrier substrate 1360; - 3. Apply 15030 photoresist to the surface of the colloidal film made of colloidal resist KL on the surface of the
carrier substrate 1360 - 4. Curing 15040 of the photoresist;
- 5. selectively exposing 15050 the photoresist with a mask that is adjusted relative to other structures on the
carrier substrate 1360, or in another manner; - 6. Develop 15060 of the photoresist with opening of the etching openings in the photoresist;
- 7. if necessary, hardening 15070 of the photoresist, whereby the challenge here is to harden the photoresist sufficiently and not to harden the carrier material TM of the colloidal film in the colloidal lacquer KL on the surface of the
carrier substrate 1360 too far; - 8. selective etching or dissolving 15080 of the exposed colloidal film of colloidal lacquer KL on the surface of the
carrier substrate 1360 in the etching openings, whereby the photoresist should be attacked as little as possible (if necessary, other intermediate layers such as metal layers can be applied to the colloidal film of colloidal lacquer KL can be applied and structured on thecarrier substrate 1360.); - 9.
selective removal 15090 of the photoresist, - 10. Hardening 15095 of the remaining colloidal film made of colloidal lacquer KL on the surface of the
carrier substrate 1360 in order to obtain the sensor elements SE and/or sensor element layers 5.)
Ein solches Strukturierungsverfahren ist nicht selbstjustierend und daher mit größeren Fertigungsschwankungen behaftet als das selbstjustierende FertigungsverfahrenSuch a structuring process is not self-adjusting and is therefore subject to greater manufacturing fluctuations than the self-adjusting manufacturing process
Eine solche Strukturierung 14990 ist nicht unbedingt erforderlich. In einigen Anwendungen mag es ausreichen, den kolloidalen Lack KL der Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND mit einer der besagten Belackungsverfahren aufzutragen, also die Belackung 14970 durchzuführen und den kolloidalen Lack KL der Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND dann direkt komplett auszuhärten 14910. Die Strukturierung 14990 ist aber neben den besagten fotolithografischen Verfahren auch mittels mikromechanischer Verfahren (Ritzen, Fräsen) denkbar. Auch können Excimer-Laser und Partikelstrahlen wie Elektronen und/oder lonenstrahlen zur Strukturierung verwendet werden. Entweder ist das Trägermaterial TM des kolloidalen Lackes KL bzw. des sich daraus ergebenden kolloidalen Films selbst ein Fotolackmaterial und damit der kolloidale Lack ein Fotolack oder der Fotolack wird auf den kolloidalen Lack KL als drüber liegende Schicht aufgebracht. Im letzteren Fall sollte der Fotolack so gewählt werden, dass er selektiv von dem kolloidalen Lack KL bzw. kolloidalen Film strukturiert werden kann und der kolloidale Lack KL bzw. der kolloidale Film selektiv vom Fotolack strukturiert werden kann.
Bevorzugt ist aber eine Variante des kolloidalen Lackes KL mit einem fotoempfindlichen Trägermaterial TM, beispielsweise einem geeigneten fotoempfindlichen Polyimid und/oder NOA 61.However, a variant of the colloidal lacquer KL with a photosensitive carrier material TM, for example a suitable photosensitive polyimide and/or
Es erfolgt dann die bevorzugt fotolithografische oder mikromechanische Strukturierung 14990 des kolloidalen Lackes KL zum kolloidalen Film mit den Sensorelementen SE und/oder den Sensorelementschichte 5.The preferably photolithographic or
Nach der Strukturierung 14990 erfolgt typischerweise die finale Aushärtung 14911 des kolloidalen Filmes und damit der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5.After the
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ist es somit möglich, beliebige Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND gezielt auf einem Trägersubstrat 1360, insbesondere einer Platine und/oder einem Wafer, insbesondere auf einem CMOS-Wafer oder BICMOS-Wafer oder Bipolar-Wafer oder einem planaren Glas- oder Kunststoff-Wafer, lokalisiert zu platzieren und, wenn gewünscht selbstjustierend zu platzieren.By means of the proposed method, it is therefore possible to specifically place any crystals and/or diamond nanocrystals ND on a
Figur 89Figure 89
Integrierte Schalung als Trägersubstrat 1360Integrated formwork as a
Vor dem Einbringen der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren wurde beispielhaft ein MOS- bzw. CMOS- bzw. BICMOS- bzw. ein Bipolar-Prozess und/oder ein anderer Halbleiterprozess mit dem beispielhaften Trägersubstrat 1360, hier dem beispielhaften Silizium-Wafer, durchgeführt. Bei diesem wurde eine beispielhafte mikroelektronische Schaltung mit mindestens einem mikroelektronischem Bauteil auf dem beispielhaften Silizium-Wafer und damit auf dem beispielhaften Trägersubstrat 1360 hergestellt. Durch diesen Herstellungsschritt wurde dieser zu einem MOS-Wafer bzw. zu einem CMOS-Wafer bzw. zu einem BICMOS-Wafer bzw. zu einem Bipolar-Wafer wurde. Symbolisch für eine solche mikroelektronische Schaltung ist ein einzelner beispielhafter MOS-Transistor vereinfacht schematisch angedeutet. Die
Beispielhafter MOS-TransistorExample MOS transistor
Der beispielhaft dargestellte MOS-Transistor umfasst in diesem Beispiel eine N-Wanne NW in dem Trägersubstrat 1360. Der angedeutete beispielhafte MOS-Transistor weist ein Source-Gebiet Sr, ein Drain-Gebiet Dr, einen Source-Kontakt SrK zur Kontaktierung des Source-Gebiets Sr, einen Drain-Kontakt DrK zur Kontaktierung des Drain-Gebiets Dr, ein Gate-Oxid GOX, ein Feld-Oxid FOX, ein Abdeckoxid AOX und ein Gate GA auf. Oberhalb dieser mikroelektronischen Bauelemente befindet sich der Metallisierungsstapel der mikrointegrierten Schaltung. Der Metallisierungsstapel der mikrointegrierten Schaltung umfasst vorzugsweise mehrere strukturierte Isolationsschichten und mehrere strukturierte elektrische leitende Schichten, insbesondere Metallisierungsschichten, die die elektrischen Verbindungen herstellen. Eine Metallisierungsschicht ist beispielsweise angedeutet durch eine zweite elektrisch nach oben und unten isolierte und strukturierte zweite Metalllage M2L. In der Realität sind die MOS-, CMOS-, BICMOS und Bipolar-Strukturen wesentlich komplizierter. Sie umfassen typischerweise beispielsweise mehrere Lagen aus elektrisch leitfähigem Metall und/oder polykristallinem Silizium und typischerweise mehrere Isolationsschichten z.B. aus SiO2 und Kontakte und Durchkontaktierungen .In this example, the MOS transistor shown as an example includes an N-well NW in the
Der zweite Lichtwellenleiter LWL2 koppelt das lichtemittierende Gebiet LG der Mesa-Struktur MESA, die die Lichtquelle LED des Sensorsystems bilden, an das Sensorelement Se, das sich hier in der mikromechanischen Vertiefung der zweiten Fangstruktur FS2 befindet und das hier wieder Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren umfasst. Die zweite untere Metallblende uMS2 des zweiten Lichtwellenleiters LWL2 schirmt den zweiten Lichtwellenleiter LWL2 nach unten zum Trägersubstrat 1360 als optische Abschirmung ME ab. Die zweite obere Metallblende oMS2 des zweiten Lichtwellenleiters LWL2 schirmt den zweiten Lichtwellenleiter LWL2 nach oben zur Oberfläche des Trägersubstrats 1360 als optische Abschirmung ME ab. Der zweite Lichtwellenleiter LWL2 erfasst die Pumpstrahlung LB des Lichterzeugenden Gebiets LG in seiner Funktion als Lichtquelle LED und transportiert die Pumpstrahlung LB zum Sensorelement SE. Vorzugsweise umfasst diese optische transportstrecke einen optischer Filter (Shortpass) 4, der in den zweiten Lichtwellenleiter LWL2 eingefügt ist und der elektromagnetische Wellen, die nicht die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp aufweisen nicht transmittiert und nur elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp transmittiert.The second optical waveguide LWL2 couples the light-emitting area LG of the mesa structure MESA, which forms the light source LED of the sensor system, to the sensor element Se, which is located here in the micromechanical recess of the second capture structure FS2 and which again contains crystals and/or diamonds. Nano-crystals ND with paramagnetic centers and/or NV centers. The second lower metal cover uMS2 of the second optical waveguide LWL2 shields the second optical waveguide LWL2 downwards from the
Der erste Lichtwellenleiter LWL1 erfasst die Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren des Sensorelements SE und transportiert die Fluoreszenzstrahlung FL zu dem Fotodetektor PD. Der Fotodetektor PD ist in dem Beispiel der
Bevorzugt umfasst die mikroelektronische Schaltung auf und/oder in dem Trägersubstrat 1360 Vorrichtungsteile von hier vorgestellten Systemen wie z.B. denen der
- die Auswertevorrichtung (AWV, 30), Steuervorrichtungen (CTR, CTR2, 33), Datenbusse (DB, 29), Treiberstufen DRVL, Signalgeneratoren (G1, G1_1, G1_2, G1_3, G2, G2_I, G2_II, G2_III, G2_IV), Magnetfelderzeugungsmittel (Lc, Lc_3, Lc_2, Lc_3, Lc_4, Lc_5), Magnetfeldregler LCTR, Lichtquellentreiber (LDRV, LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5), Lichtquellen (LED, LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5, 2), Mehrfachkorrelatoren (LIV, LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5), Multiplizierer (M1, M2), Mustererkennungsvorrichtung MEV, Mischer MIX, Magnetfeldsensoren MS, Mikrowellensignalquellen (µWG, µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV), Speicher (RAM, NVM), Fotodetektoren (PD, PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5), Radiowellenquellen RFG, Verstärker (V1, V1_1, V1_2, V1_3, V1_4, V1_5),
Lichtsensorarrays 1,Auswertelektronik 15,Aufbereitungsvorrichtungen 30,Schnittstellenschaltungen 36, etc.
- the evaluation device (AWV, 30), control devices (CTR, CTR2, 33), data buses (DB, 29), driver stages DRVL, signal generators (G1, G1_1, G1_2, G1_3, G2, G2_I, G2_II, G2_III, G2_IV), magnetic field generating means ( Lc, Lc_3, L c _2, Lc_3, L c _4, Lc_5), magnetic field controller LCTR, light source drivers (LDRV, LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5), light sources (LED, LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5, 2 ), multiple correlators (LIV, LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5), multipliers (M1, M2), pattern recognition device MEV, mixer MIX, magnetic field sensors MS, microwave signal sources (µWG, µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV), memory (RAM, NVM), photodetectors (PD, PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5), radio wave sources RFG, amplifiers (V1, V1_1, V1_2, V1_3, V1_4, V1_5),
light sensor arrays 1,evaluation electronics 15,processing devices 30,interface circuits 36, etc.
Bevorzugt umfasst die mikroelektronische Schaltung beispielsweise auch einen Spannungsregler zur Versorgung der mikroelektronischen Schaltung und ggf. ihrer Teilkomponenten und/oder zur Versorgung einer Pumplichtquelle, der Lichtquelle LED, zur Anregung der Emission der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 mittels Pumpstrahlung LB. Ein geeignetes mikrooptisches System muss aber zum einen die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 mittels Pumpstrahlung LB stimulieren können und zum anderen die Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 erfassen und zuverlässig von der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle, hier der Lichtquelle LED, trennen können. Hierfür ist es sinnvoll, wenn das mikro-elektrooptische System mikrooptische Bauelemente aufweist, die in einem entsprechenden Prozessschritt mikrotechnisch hergestellt werden. Besonders wichtig sind hierbei optische Filter (F1, 3) und Lichtwellenleiter (LWL1, LWL2).Preferably, the microelectronic circuit also includes, for example, a voltage regulator for supplying the microelectronic circuit and possibly its subcomponents and/or for supplying a pump light source, the light source LED, for stimulating the emission of the fluorescent radiation FL of the paramagnetic centers of the crystals and/or the diamond nano -Crystals ND of the sensor elements SE and/or the sensor element layers 5 using pump radiation LB. However, a suitable micro-optical system must, on the one hand, be able to stimulate the paramagnetic centers of the crystals and/or the diamond nanocrystals ND of the sensor elements SE and/or the sensor element layers 5 by means of pump radiation LB and, on the other hand, the fluorescence radiation FL of the paramagnetic centers of the crystals and/or or the diamond nanocrystals ND of the sensor elements SE and / or the sensor element layers 5 can be detected and reliably separated from the pump radiation LB of the pump radiation source, here the light source LED. For this purpose, it makes sense if the micro-electro-optical system has micro-optical components that are in can be manufactured microtechnically in a corresponding process step. Optical filters (F1, 3) and optical fibers (LWL1, LWL2) are particularly important here.
An dieser Stelle verweist das hier vorgelegte Dokument beispielhaft auf die Bücher Baha E.A. Saleh, Malvin Carl Teich, „Grundlagen der Photonik”Wiley-VCH, 2007 und Bernhard C. Kress, Patrick Meyreueis „Applied Digital Optics“ Wiley, 2009.At this point, the document presented here refers as an example to the books Baha E.A. Saleh, Malvin Carl Teich, “Fundamentals of Photonics” Wiley-VCH, 2007 and Bernhard C. Kress, Patrick Meyreueis “Applied Digital Optics” Wiley, 2009.
Außerdem weist das hier vorgelegte Dokument auf andere Beschreibungsteile dieses Dokuments hin, die ebenfalls sich mit mikroelektronischen Systemen und/oder Schaltungen beschäftigen und die hier in diesem Zusammenhang daher auch wichtige Informationen zu diesem Abschnitt liefern der Kombination mit der technischen Lehrer dieses Abschnitts hier ebenfalls offenbart ist.In addition, the document presented here refers to other descriptive parts of this document, which also deal with microelectronic systems and / or circuits and which therefore also provide important information about this section in this context, which is also disclosed here in combination with the technical teachers of this section .
Das hier vorgelegte Dokument verweist daher hier auf den einschlägigen Stand der Technik zu mikroelektronischen Schaltkreisen verwiesen.The document presented here therefore refers to the relevant state of the art on microelectronic circuits.
erster mikrooptischer Lichtwellenleiter LWL1 und Sensorelement SEfirst micro-optical fiber optic cable LWL1 and sensor element SE
Die der Verdeutlichung dienende Struktur der Vorrichtung der
Die beispielhafte Vorrichtung, die hier zur Verdeutlichung beschrieben wird, weist eine erste Lichtwellenleiterstruktur LWL1 auf, deren Material beispielsweise ein aufgesputtertes SiO2-Material oder das Material eines anderen transparenten Oxids und/oder einer optisch transparenten Isolationsschicht des Metallisierungsstapels umfassen kann, das auf die Oberfläche des Trägersubstrat 1360 aufgebracht wurde. Bevorzugt wurde zuvor eine Lichtabstrahlung in andere Bereiche der Schaltung durch einen ersten Abschnitt einer ersten Metallblende uMS1 nach unten zum Trägersubstrat 1360 hin unterbunden. Die erste Lichtwellenleiterstruktur LWL1 wurde bevorzugt fotolithografisch strukturiert und beispielhaft mit einem ersten Abschnitt einer zweiten Metallblende oMS1 nach oben hin zur Reduktion des optischen Übersprechens und zur Verbesserung des Signal- zu Rausch-Verhältnisses abgedeckt. Es wird empfohlen, die Arbeitsfähigkeit einer solchen Konstruktion mit einer FDTD-Simulation vor der Herstellung für die verwendeten Prozessparameter präzise zu simulieren, da bei zu kleinen Dimensionen beispielsweise eine Lichtausbreitung nicht mehr möglich ist. Auf die gleiche Weise wurde eine zweite Lichtwellenleiterstruktur LWL2 gefertigt, der von einem zweiten Abschnitt der ersten Metallblende uMS2 und einem zweiten Abschnitt der zweiten Metallblende oMS2 bevorzugt umfasst ist.The exemplary device, which is described here for clarification, has a first optical waveguide structure LWL1, the material of which can include, for example, a sputtered-on SiO 2 material or the material of another transparent oxide and/or an optically transparent insulation layer of the metallization stack, which is applied to the surface of the
MESA-Struktur als LichtquelleMESA structure as a light source
In dem Beispiel der
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Röcke H., Meijer J., Stephan A., Weidenmüller U., Bukow H. H., Rolfs C. „White electroluminescent nanostructure in silicon fabricated using focused ion implantation“ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 181 (1001) Seite 274-279
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Röcke H., Meijer J., Stephan A., Weidenmüller U., Bukow HH, Rolfs C. “White electroluminescent nanostructure in silicon fabricated using focused ion implantation” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 181 (1001) pages 274-279
Das besondere bei der Verwendung einer MESA-Struktur MESA ist, dass diese einen Wellenlängenbereich in dem notwendigen Wellenlängenbereich der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB emittiert. Leider emittiert die MESA-Struktur MESA auch andere Wellenlängen, sodass die Verwendung eine optischen Bandpassfilters 4 geboten erscheint.The special thing about using a MESA structure MESA is that it emits a wavelength range in the necessary wavelength range of the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB. Unfortunately, the MESA structure MESA also emits other wavelengths, so the use of an
Sofern eine Lichtquelle LED verwendet wird, die im Wesentlichen nur elektromagnetische Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp emittiert, kann auf das optische Bandpassfilter 4 verzichtet werden.If a light source LED is used, which essentially only emits electromagnetic radiation of the pump radiation wavelength λ pmp , the
In dem Beispiel der
Beispielhaft ist in den ersten Lichtwellenleiter LWL1 ein optisches Bandpassfilter 4 eingefügt, das elektromagnetische Strahlung mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp im Wesentlichen passieren lässt und elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen, insbesondere der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen soweit dämpft, dass sie für die jeweilige Anwendung keine Rolle mehr spielen.By way of example, an
Zweiter Lichtwellenleiter LWL2 und Fotodetektor PDSecond optical fiber LWL2 and photodetector PD
Der zweite Lichtwellenleiter LWL2 erfasst in dem Beispiel der
Beispielhaft ist in den zweiten Lichtwellenleiter LWL2 ein optisches Filter F1 eingefügt, das elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen passieren lässt und elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen, insbesondere der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp im Wesentlichen soweit dämpft, dass sie für die jeweilige Anwendung keine Rolle mehr spielen.By way of example, an optical filter F1 is inserted into the second optical waveguide LWL2, which essentially allows electromagnetic radiation with fluorescent radiation wavelength λ fl to pass through and essentially attenuates electromagnetic radiation of other wavelengths, in particular the pump radiation wavelength λ pmp , to such an extent that they no longer play a role for the respective application .
Bevorzugt sind das optische Filter F1 und das optische Bandpassfilter 4 als mikrooptische Funktionselemente beispielsweise als dielektrische Schichtfolge und/oder als photonischer Kristall ausgeführt. Das hier vorgelegte Dokument empfiehlt FDTD-Simulationen zur Überprüfung der gewählten Konstruktionen, wobei die Fertigungstoleranzen unbedingt mitsimuliert werden sollten.The optical filter F1 and the
Der beispielhafte Fotodetektor PD umfasst in diesem Verdeutlichungsbeispiel der
mikrotechnische Funktionselementemicrotechnical functional elements
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche lichtempfindliche mikroelektronische Bauteile bekannt, die insbesondere mit den besagten MOS-, CMOS-, BICMOS und Bipolar-Prozessen gefertigt werden können. Um die Komplexität der Darstellung gering und transparent zu halten wurde die
mikrotechnische Vorrichtung und Wellenleitermicrotechnical device and waveguide
Im Gegensatz zum Stand der Technik sieht der hier vorgelegte Vorschlag vor, einen Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980), hier eine beispielhafte differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980, oberhalb oder wie hier unterhalb des Sensorelements SE zu platzieren. Die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 umfasst wieder den elektrisch leitender Rückseitenkontakt 1370, die elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310, die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 sowie die differentielle Signalleitung 6830 mit der der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 und der der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820. Die differenzielle Tri-Plate-Leitung 6980 ist nur ein Beispiel für einen Wellenleiter. Die beispielhafte mikrointegrierte Schaltung der
mikroelektronisches Systemmicroelectronic system
Bevorzugt umfasst somit das System eine mikroelektronische Schaltung oder zumindest ein mikroelektronisches Bauelement, insbesondere einen Fotodetektor PD und/oder ein lichtemittierendes Bauelement als Lichtquelle LED. Im spezielleren umfasst das System bevorzugt einen mikroelektronischen MOS-, CMOS-, BICMOS oder Bipolar-Schaltkreis oder zumindest ein mikroelektronisches MOS- bzw. CMOS-bzw. BICMOS- oder Bipolar-Bauelement, insbesondere einen Fotodetektor und/oder ein lichtemittierendes Bauelement. Im Falle einer CMOS-Technologie handelt es sich bevorzugt um einen CMOS-Fotodetektor, z.B. eine CCD-Pixel oder ein CCD-Pixel-Array und/oder ein lichtemittierendes CMOS-Bauelement, wobei ein CMOS-Bauelement dadurch gekennzeichnet ist, dass es in einer CMOS-Technologie gefertigt wurde. Der mikroelektronische Schaltkreis ist bevorzugt zumindest in Teilen in MOS- oder CMOS- oder BICMOS- oder Bipolar-Technologie gefertigt.The system therefore preferably comprises a microelectronic circuit or at least one microelectronic component, in particular a photodetector PD and/or a light-emitting component as a light source LED. More specifically, the system preferably comprises a microelectronic MOS, CMOS, BICMOS or bipolar circuit or at least a microelectronic MOS or CMOS or. BICMOS or bipolar component, in particular a photodetector and/or a light-emitting component. In the case of CMOS technology, it is preferably a CMOS photodetector, e.g. a CCD pixel or a CCD pixel array and/or a light-emitting CMOS component, a CMOS component being characterized in that it is in a CMOS technology was manufactured. The microelectronic circuit is preferably manufactured at least in parts using MOS or CMOS or BICMOS or bipolar technology.
Die mikroelektronische Schaltung kann eine Vielzahl von Schaltungselementen umfassen, von denen einige mit dem Sensorelement zusammenwirken können. Das hier vorgelegte Dokument zählt hier nur Beispielhaft einige auf.
- • Analog-Digital-Wandler (ADC): Wandelt analoge Eingangssignale in digitale Signale um.
- • Digital-Analog-Wandler (DAC): Wandelt digitale Eingangssignale in analoge Signale um.
- • Operationsverstärker (OPV): Verstärkt und verstärkt analoge Signale.
- • Spannungsreferenzen: Erzeugen stabile Referenzspannungen für den Schaltungsbetrieb.
- • Verstärker: Verstärkt analoge Signale mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren.
- • Filter: Filtert unerwünschte Frequenzen aus einem Signal (z. B. Tiefpass-, Hochpass- oder Bandpassfilter).
- • Oszillatoren: Erzeugt periodische Wellenformen oder Taktsignale.
- • Multiplexer (MUX) und Demultiplexer (DEMUX): Schalten zwischen verschiedenen Eingangssignalen oder verteilen ein Eingangssignal auf mehrere Ausgänge.
- • Phasenregelkreise (PLL): Generiert stabilisierte Taktsignale basierend auf einem Referenztakt.
- • Verzögerungselemente: Ermöglichen die zeitliche Steuerung von Signalen.
- • Komparatoren: Vergleicht zwei Eingangssignale und gibt einen Ausgang entsprechend dem Vergleichsergebnis.
- • Pufferverstärker: Verstärkt das Signal, ohne seine Charakteristik zu verändern.
- • Spannungsregler: Stabilisiert die Ausgangsspannung, unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung oder Laständerungen.
- • Taktgeneratoren: Erzeugt Taktsignale mit definierten Frequenzen und Phasenverschiebungen.
- • Datenpuffer: Speichert Daten und ermöglicht eine zeitversetzte Übertragung.
- • Schaltungsüberwachung: Überwacht die Betriebsbedingungen der Schaltung und schützt sie vor Schäden.
- • Serielle Kommunikationsschnittstellen: Ermöglichen die Kommunikation zwischen verschiedenen Bauteilen oder Geräten über serielle Datenübertragung.
- • Leistungstreiber: Verstärken das Signal für den Antrieb von Hochleistungskomponenten wie Motoren oder Aktuatoren.
- • Schaltungslogik: Enthält logische Elemente wie AND-, OR-, NAND- und XOR-Gatter zur Durchführung von digitalen Berechnungen und Logikoperationen.
- • Speicher: Umfasst verschiedene Arten von Speicherbausteinen wie Flip-Flops, Latches oder Register zum Speichern von Daten.
- • Takt- und Phasenregelschleifen (PLL): Generiert präzise und stabile Taktsignale basierend auf einem Referenztakt und ermöglicht die Synchronisation von Signalen.
- • Analogschalter: Schaltet analoge Signale zwischen verschiedenen Pfaden oder Kanälen um.
- • Impulsbreitenmodulation (PWM): Moduliert die Breite von Impulsen, um die Leistung oder das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit eines Signals zu steuern.
- • Signalverarbeitungseinheiten (DSP): Spezialisierte digitale Signalprozessoren für die Verarbeitung und Analyse von analogen und digitalen Signalen.
- • Spannungsteiler: Teilt eine Eingangsspannung in zwei oder mehrere Ausgangsspannungen auf.
- • Temperatursensoren: Erfassen und messen die Temperatur in der Umgebung oder in einem Bauteil.
- • Stromquellen und Stromsenken: Erzeugen konstanten Strom oder absorbieren Strom in einer Schaltung.
- • Schutzschaltungen: Überwachen und schützen die Schaltung vor Überspannung, Unterspannung, Übertemperatur oder Kurzschluss.
- • Pegelwandler: Übersetzt Signale zwischen verschiedenen Spannungsebenen oder Logikpegeln.
- • Impedanzwandler: Passt die Impedanz zwischen verschiedenen Teilen einer Schaltung an, um eine optimale Signalübertragung zu ermöglichen.
- • Spannungsregler: Stabilisieren die Ausgangsspannung auf einen vordefinierten Wert, unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung oder Laständerungen.
- • Strommessung: Ermöglicht die Messung des Stroms in einem Schaltungsteil oder einer Komponente.
- • Digital Signaling Interface (DSI): Ein serieller Hochgeschwindigkeitsbus zur Übertragung von Daten zwischen integrierten Schaltungen.
- • Analogschleifenfilter: Filtert unerwünschte Störsignale aus einem analogen Eingangssignal.
- • Energieerfassung: Erfasst und misst den Energieverbrauch in einer Schaltung oder einem System.
- • Fehlerkorrektur: Verwendet Fehlerkorrekturcodes und Algorithmen zur Erkennung und Korrektur von Übertragungsfehlern in digitalen Signalen.
- • Datenkonverter: Wandelt Daten von einem Format in ein anderes um, z. B. seriell zu parallel oder umgekehrt.
- • Verstärker mit variabler Verstärkung: Bietet die Möglichkeit, den Verstärkungsfaktor eines Verstärkers dynamisch anzupassen.
- • Bandlückenreferenzen: Erzeugt eine stabile Referenzspannung unabhängig von Temperaturänderungen.
- • Pulsweitenmodulation (PWM): Moduliert die Pulsweite eines Signals, um analoge Informationen zu übertragen oder die Leistung von Schaltungen zu regeln.
- • Taktverteilung: Verteilt Taktsignale an verschiedene Teile einer Schaltung oder eines Systems.
- • Taktreiniger: Filtert Störungen und Rauschen aus einem Taktsignal.
- • Sensor-Schnittstellen: Integriert Schnittstellen für verschiedene Sensoren wie Temperatursensoren, Drucksensoren, Beschleunigungssensoren usw.
- • Schaltungsmodelle: Beschreibt mathematische Modelle zur Analyse und Simulation von Mixed-Signal-Schaltungen.
- • Digitale Signalverarbeitung (DSP): Verarbeitet digitale Signale durch mathematische Algorithmen wie Filterung, Spektralanalyse, Signalmodulation usw.
- • Phasendetektoren: Vergleicht die Phasenbeziehung zwischen zwei Signalen und erzeugt eine Ausgangsspannung entsprechend der Phasendifferenz.
- • Digitale Steuerlogik: Steuert die Funktionen und den Betrieb der Schaltung auf der Grundlage von digitalen Eingangssignalen.
- • Spannungsmultiplikatoren: Erzeugt eine höhere Ausgangsspannung als die Eingangsspannung durch wiederholtes Laden und Entladen von Kondensatoren.
- • Fehlererkennung und Fehlerkorrektur (ECC): Identifiziert und korrigiert Fehler in digitalen Daten durch Hinzufügen von Redundanzinformationen.
- • Programmierbare Logik: Enthält programmierbare Logikbausteine wie FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) oder CPLDs (Complex Programmable Logic Devices), um flexible Schaltungsfunktionalitäten zu ermöglichen.
- • Datenpuffer: Speichert Daten vorübergehend, um eine zeitliche Trennung zwischen Eingang und Ausgang zu ermöglichen.
- • Taktgenerator: Erzeugt Taktsignale mit spezifischen Frequenzen und Phasenverschiebungen.
- • Batteriemanagement: Überwacht und steuert den Ladezustand und die Leistung von Batterien.
- • Digitale Filter: Filtert unerwünschte Frequenzen oder Rauschen aus digitalen Signalen.
- • Phasenverschiebungsnetzwerke: Führt Phasenverschiebungen in einem Signal ein, um spezifische zeitliche Beziehungen zu erreichen.
- • Signalisolatoren: Trennt galvanisch Signale, um elektrische Störungen zu minimieren.
- • Impulsgeneratoren: Erzeugt Impulse oder kurze Signale für spezifische Anwendungen.
- • Spektrumanalysatoren: Analysiert und visualisiert das Frequenzspektrum eines Signals.
- • Echtzeituhr (RTC): Ermöglicht die genaue Zeitmessung und das Aufrechterhalten einer Echtzeituhr während des Stromausfalls.
- • Multipunkt-Modulation: Kombiniert mehrere digitale Signale in einem Modulationsschema.
- • Displaytreiber: Steuert die Ansteuerung von Anzeigeelementen wie LCDs oder LED-Anzeigen.
- • Hysterese-Komparatoren: Vergleicht Eingangssignale mit einer Schwelle und erzeugt eine Ausgangsspannung, die abhängig von der Hysterese ist.
- • Analogschleifenkompensatoren: Kompensiert Fehler in Rückkopplungsschleifen von Analogschaltungen, um die Stabilität und Genauigkeit zu verbessern.
- • Programmierbare Verstärker: Erlaubt die Anpassung des Verstärkungsfaktors oder der Verstärkungsfunktion über eine digitale Schnittstelle.
- • Clock-Multiplexer: Wählt zwischen verschiedenen Taktsignalen aus und leitet sie zur weiteren Verarbeitung weiter.
- • Hochspannungstreiber: Verstärkt und treibt Hochspannungssignale an, beispielsweise für die Ansteuerung von Leistungstransistoren.
- • I/O-Schnittstellen: Stellt die Kommunikation und den Datenaustausch mit externen Geräten oder Schnittstellen her.
- • Logik-Überwachung: Überwacht und steuert die Logikpegel in einer Schaltung, um eine zuverlässige Signalverarbeitung sicherzustellen.
- • Data Encoding/Decoding: Kodiert und dekodiert Daten für die effiziente Übertragung oder Speicherung.
- • Lasttreiber: Steuert die Ausgabe von Leistung an externe Komponenten oder Lasten.
- • Analog-to-digital converter (ADC): Converts analog input signals into digital signals.
- • Digital-to-analog converter (DAC): Converts digital input signals into analog signals.
- • Operational Amplifier (OPV): Amplifies and amplifies analog signals.
- • Voltage references: Create stable reference voltages for circuit operation.
- • Amplifier: Amplifies analog signals with different gain factors.
- • Filter: Filters unwanted frequencies from a signal (e.g. low pass, high pass or band pass filter).
- • Oscillators: Generate periodic waveforms or clock signals.
- • Multiplexer (MUX) and demultiplexer (DEMUX): Switch between different input signals or distribute an input signal to several outputs.
- • Phase-Locked Loops (PLL): Generates stabilized clock signals based on a reference clock.
- • Delay elements: Allow signals to be controlled over time.
- • Comparators: Compares two input signals and gives an output according to the comparison result.
- • Buffer amplifier: Amplifies the signal without changing its characteristics.
- • Voltage regulator: Stabilizes the output voltage regardless of input voltage fluctuations or load changes.
- • Clock generators: Generates clock signals with defined frequencies and phase shifts.
- • Data buffer: Stores data and enables delayed transmission.
- • Circuit monitoring: Monitors the operating conditions of the circuit and protects it from damage.
- • Serial communication interfaces: Enable communication between different components or devices via serial data transmission.
- • Power drivers: Amplify the signal to drive high-performance components such as motors or actuators.
- • Circuit Logic: Contains logical elements such as AND, OR, NAND and XOR gates to perform digital calculations and logic operations.
- • Memory: Includes various types of memory devices such as flip-flops, latches or registers for storing data.
- • Clock and Phase Locked Loops (PLL): Generates precise and stable clock signals based on a reference clock and enables synchronization of signals.
- • Analog Switch: Switches analog signals between different paths or channels.
- • Pulse Width Modulation (PWM): Modulates the width of pulses to control the power or ratio of on-time to off-time of a signal.
- • Signal Processing Units (DSP): Specialized digital signal processors for processing and analyzing analog and digital signals.
- • Voltage divider: Divides an input voltage into two or more output voltages.
- • Temperature sensors: Record and measure the temperature in the environment or in a component.
- • Current sources and current sinks: Generate constant current or absorb current in a circuit.
- • Protection circuits: Monitor and protect the circuit from overvoltage, undervoltage, overtemperature or short circuit.
- • Level converter: Translates signals between different voltage levels or logic levels.
- • Impedance converter: Adjusts the impedance between different parts of a circuit to enable optimal signal transmission.
- • Voltage regulators: Stabilize the output voltage to a predefined value, regardless of input voltage fluctuations or load changes.
- • Current measurement: Allows you to measure the current in a circuit part or component.
- • Digital Signaling Interface (DSI): A high-speed serial bus for transferring data between integrated circuits.
- • Analog loop filter: Filters unwanted interference signals from an analog input signal.
- • Energy sensing: Captures and measures energy consumption in a circuit or system.
- • Error correction: Uses error correction codes and algorithms to detect and correct transmission errors in digital signals.
- • Data converter: Converts data from one format to another, e.g. B. serial to parallel or vice versa.
- • Variable Gain Amplifier: Provides the ability to dynamically adjust the gain of an amplifier.
- • Bandgap references: Creates a stable reference voltage independent of temperature changes.
- • Pulse width modulation (PWM): Modulates the pulse width of a signal to transmit analog information or regulate the performance of circuits.
- • Clock distribution: Distributes clock signals to different parts of a circuit or system.
- • Clock Cleaner: Filters interference and noise from a clock signal.
- • Sensor interfaces: Integrates interfaces for various sensors such as temperature sensors, pressure sensors, acceleration sensors, etc.
- • Circuit Models: Describes mathematical models for analyzing and simulating mixed-signal circuits.
- • Digital Signal Processing (DSP): Processes digital signals through mathematical algorithms such as filtering, spectral analysis, signal modulation, etc.
- • Phase detectors: Compares the phase relationship between two signals and produces an output voltage corresponding to the phase difference.
- • Digital Control Logic: Controls the functions and operation of the circuit based on digital input signals.
- • Voltage Multipliers: Produces a higher output voltage than the input voltage by repeatedly charging and discharging capacitors.
- • Error detection and correction (ECC): Identifies and corrects errors in digital data by adding redundancy information.
- • Programmable Logic: Contains programmable logic devices such as FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) or CPLDs (Complex Programmable Logic Devices) to enable flexible circuit functionality.
- • Data Buffer: Temporarily stores data to provide time separation between input and output.
- • Clock generator: Generates clock signals with specific frequencies and phase shifts.
- • Battery management: Monitors and controls the charge status and performance of batteries.
- • Digital Filters: Filters unwanted frequencies or noise from digital signals.
- • Phase Shift Networks: Introduces phase shifts in a signal to achieve specific temporal relationships.
- • Signal isolators: Galvanically isolates signals to minimize electrical interference.
- • Pulse Generators: Generates pulses or short signals for specific applications.
- • Spectrum Analyzers: Analyzes and visualizes the frequency spectrum of a signal.
- • Real Time Clock (RTC): Allows you to accurately measure time and maintain a real time clock during power outages.
- • Multipoint Modulation: Combines multiple digital signals in one modulation scheme.
- • Display driver: Controls the control of display elements such as LCDs or LED displays.
- • Hysteresis comparators: Compares input signals to a threshold and produces an output voltage that is dependent on the hysteresis.
- • Analog loop compensators: Compensates for errors in feedback loops of analog circuits to improve stability and accuracy.
- • Programmable Amplifiers: Allows adjustment of the gain factor or gain function via a digital interface.
- • Clock multiplexer: Selects between different clock signals and forwards them for further processing.
- • High-voltage driver: Amplifies and drives high-voltage signals, for example for driving power transistors.
- • I/O interfaces: Establishes communication and data exchange with external devices or interfaces.
- • Logic Monitoring: Monitors and controls logic levels in a circuit to ensure reliable signal processing.
- • Data Encoding/Decoding: Encodes and decodes data for efficient transmission or storage.
- • Load Driver: Controls the output of power to external components or loads.
Bevorzugt umfasst die mikroelektronische Schaltung auf und/oder in dem Trägersubstrat 1360 Vorrichtungsteile von hier vorgestellten Systemen wie z.B. denen der
- die Auswertevorrichtung (AWV, 30), Steuervorrichtungen (CTR, CTR2, 33), Datenbusse (DB, 29), Treiberstufen DRVL, Signalgeneratoren (G1, G1_1, G1_2, G1_3, G2, G2_I, G2_II, G2_III, G2_IV), Magnetfelderzeugungsmittel (Lc, Lc_3, Lc_2, Lc_3, Lc_4, Lc_5), Magnetfeldregler LCTR, Lichtquellentreiber (LDRV, LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5), Lichtquellen (LED, LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5, 2), Mehrfachkorrelatoren (LIV, LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5), Multiplizierer (M1, M2), Mustererkennungsvorrichtung MEV, Mischer MIX, Magnetfeldsensoren MS, Mikrowellensignalquellen (µWG, µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV), Speicher (RAM, NVM), Fotodetektoren (PD, PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5), Radiowellenquellen RFG, Verstärker (V1, V1_1, V1_2, V1_3, V1_4, V1_5),
Lichtsensorarrays 1,Auswertelektronik 15,Aufbereitungsvorrichtungen 30,Schnittstellenschaltungen 36, etc.
- the evaluation device (AWV, 30), control devices (CTR, CTR2, 33), data buses (DB, 29), driver stages DRVL, signal generators (G1, G1_1, G1_2, G1_3, G2, G2_I, G2_II, G2_III, G2_IV), magnetic field generating means ( Lc, Lc_3, Lc_2, Lc_3, Lc_4, Lc_5), magnetic field controller LCTR, light source drivers (LDRV, LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5), light sources (LED, LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5, 2), multiple correlators ( LIV, LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5), multiplier (M1, M2), pattern recognition device MEV, mixer MIX, magnetic field sensors MS, microwave signal sources (µWG, µWG_I, µWG_II, µWG_III, µWG_IV), memory (RAM, NVM), photodetectors (PD, PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5), radio wave sources RFG, amplifiers (V1, V1_1, V1_2, V1_3, V1_4, V1_5),
light sensor arrays 1,evaluation electronics 15,processing devices 30,interface circuits 36, etc.
Bevorzugt umfasst die mikroelektronische Schaltung beispielsweise auch einen Spannungsregler zur Versorgung der mikroelektronischen Schaltung und ggf. ihrer Teilkomponenten und/oder zur Versorgung einer Pumplichtquelle, der Lichtquelle LED, zur Anregung der Emission der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 mittels Pumpstrahlung LB. Ein geeignetes mikrooptisches System muss aber zum einen die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 mittels Pumpstrahlung LB stimulieren können und zum anderen die Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 erfassen und zuverlässig von der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle, hier der Lichtquelle LED, trennen können. Hierfür ist es sinnvoll, wenn das mikro-elektrooptische System mikrooptische Bauelemente aufweist, die in einem entsprechenden Prozessschritt mikrotechnisch hergestellt werden. Besonders wichtig sind hierbei optische Filter (F1, 3) und Lichtwellenleiter (LWL1, LWL2).Preferably, the microelectronic circuit also includes, for example, a voltage regulator for supplying the microelectronic circuit and possibly its subcomponents and/or for supplying a pump light source, the light source LED, for stimulating the emission of the fluorescent radiation FL of the paramagnetic centers of the crystals and/or the diamond nano -Crystals ND of the sensor elements SE and/or the sensor element layers 5 using pump radiation LB. However, a suitable micro-optical system must, on the one hand, be able to stimulate the paramagnetic centers of the crystals and/or the diamond nanocrystals ND of the sensor elements SE and/or the sensor element layers 5 by means of pump radiation LB and, on the other hand, the fluorescence radiation FL of the paramagnetic centers of the crystals and/or or the diamond nanocrystals ND of the sensor elements SE and / or the sensor element layers 5 can be detected and reliably separated from the pump radiation LB of the pump radiation source, here the light source LED. For this purpose, it makes sense if the micro-electro-optical system has micro-optical components that are micro-manufactured in a corresponding process step. Optical filters (F1, 3) and optical fibers (LWL1, LWL2) are particularly important here.
An dieser Stelle verweist das hier vorgelegte Dokument beispielhaft auf die Bücher Baha E.A. Saleh, Malvin Carl Teich, „Grundlagen der Photonik”Wiley-VCH, 2007 und Bernhard C. Kress, Patrick Meyreueis „Applied Digital Optics“ Wiley, 2009.At this point, the document presented here refers as an example to the books Baha E.A. Saleh, Malvin Carl Teich, “Fundamentals of Photonics” Wiley-VCH, 2007 and Bernhard C. Kress, Patrick Meyreueis “Applied Digital Optics” Wiley, 2009.
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst somit bevorzugt einen Schritt zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung mikrooptischer Bauelemente auf dem Halbleitersubstrat.The proposed method therefore preferably comprises a step for carrying out a method for producing micro-optical components on the semiconductor substrate.
Zur Co-Integration geeigneter lichtemittierender BauteileFor co-integration of suitable light-emitting components
Ein besonderes Problem stellen, wie bereits angedeutet, lichtemittierende Bauelemente in Standard-Silizium-Technologien zur Herstellung mikroelektronischer Schaltungen dar. Entweder wird als Halbleitersubstrat ein Material aus einem Halbleiter mit einem direkten Übergang, wie beispielsweise GaAs oder ein anderes geeignetes III/V-Material, verwendet, wodurch die lichtemittierenden Bauelemente (Lichtquellen LED) für die Erzeugung der Pumpstrahlung LB für die Anregung der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschichten 5 direkt auf dem Wafer gefertigt werden können, oder es wird als Halbleitersubstrat ein Material aus einem Halbleiter mit einem indirekten Übergang, wie beispielsweise Silizium oder Diamant, verwendet. Hinsichtlich der Erzeugung von Lichtquellen LED in Diamant verweist das hier vorgelegte Dokument beispielhaft auf das folgende Dokument:
- Burchard B., „Elektronische und optoelektronische Bauelemente und Bauelementstrukturen auf Diamantbasis“ Dissertation, Hagen 1994.
- Burchard B., “Electronic and optoelectronic components and component structures based on diamond” dissertation, Hagen 1994.
Hinsichtlich der Erzeugung von Lichtquellen LED in Silizium verweist das hier vorgelegte Dokument beispielhaft nochmals auf den bereits erwähnten folgenden Zeitschriftenartikel:
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Röcken H., Meijer J., Stephan A., Weidenmüller U., Bukow H.H., Rolfs C., „White electroluminescent nanostructure in silicon fabricated using focused ion implantation“ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 181 (1001) Seite 274-279
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Röcken H., Meijer J., Stephan A., Weidenmüller U., Bukow HH, Rolfs C., “White electroluminescent nanostructure in silicon fabricated using focused ion implantation” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 181 (1001) Page 274- 279
Dieses Dokument behandelt eine PNP- oder NPN-MESA-Struktur MESA, bei der die mittlere Dotierung extrem hoch und sehr schmal ausgeführt ist. Die Autoren des Dokuments vertreten die Auffassung, dass es sich hier um ein Bauteil im Lawinendurchbruch handelt. Dabei wird die Lichtenergie in Form eines thermischen Spektrums durch die heißen Elektronen abgestrahlt. Die mikroelektronische Schaltung legt bei einer NPN-Struktur zwischen den Kontakt des ersten N-Gebiets und dem Kontakt des zweiten N-Gebiets eine relativ hohe Spannung an. Es kommt zum Durchbruch. Durch den Durchbruch der Basis-Kollektor-Strecke wird ein Strom in die Basis injiziert. Die extrem hoch dotierte und sehr schmale Basis schaltet durch, sodass der Transistor schlagartig extrem schnell durchschaltet. Die Teile der Basis-Kollektor-Kapazität in der Nähe des PN-Übergangs werden schlagartig entladen. Hierdurch kommt es zu einer elektromagnetischen Welle in der Basis, die durch die hohe Dotierung und den dadurch vorhandenen Brechungsindexsprung fokussiert wird. Wenn ein „+“ eine hohe Dotierung symbolisieren soll, wird hier also die Verwendung einer PN+P-Struktur oder einer NP+N-Struktur vorgeschlagen. Aus der Literatur sind insbesondere sogenannte Silicon-Avalance-Based-Light-Emitting-Diodes bekannt, die ähnliches leisten, typischerweise aber im infraroten Wellenlängenbereich strahlen. (K. Kurokawa, „Avalanche Breakdown Electroluminescence in Silicon Carbide Light Emitting Diodes“, January 2000Materials Science Forum 338-342:691-694, DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.338-342.691) Diese kommen also als Pumpstrahlungsquellen nicht in Frage.This document deals with a PNP or NPN MESA structure MESA in which the average doping is extremely high and very narrow. The authors of the document are of the opinion that this is a component in the avalanche breakthrough. The light energy is emitted by the hot electrons in the form of a thermal spectrum. In the case of an NPN structure, the microelectronic circuit applies a relatively high voltage between the contact of the first N region and the contact of the second N region. A breakthrough occurs. By breaking the base-collector path, a current is injected into the base. The extremely highly doped and very narrow base switches on, so that the transistor suddenly switches on extremely quickly. The parts of the base-collector capacitance near the PN junction are suddenly discharged. This results in an electromagnetic wave in the base, which is focused by the high doping and the resulting jump in refractive index. If a “+” is to symbolize high doping, the use of a PN+P structure or an NP+N structure is suggested here. In particular, so-called silicon avalance-based light-emitting diodes are known from the literature, which do a similar job, but typically emit in the infrared wavelength range. (K. Kurokawa, “Avalanche Breakdown Electroluminescence in Silicon Carbide Light Emitting Diodes,” January 2000Materials Science Forum 338-342:691-694, DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.338-342.691) So these come as pump radiation sources not in question.
Auf Basis einer solchen PN+P-Struktur oder einer NP+N-Struktur oder einer solchen Silicon-Avalance-Based-Light-Emitting-Diode ergibt sich dann ein quantentechnologisches, mikro-elektrooptisches oder photonisches oder mikroelektronisches System in MOS-, CMOS-, BICMOS- oder Bipolar-Technik, oder einer anderen geeigneten Wafer-Fertigungstechnik. Das besagte System umfasst dann ein Trägersubstrat 1360, das insbesondere aus einem indirekten Halbleiter wie Silizium gefertigt ein kann und eine Oberfläche OF aufweist. Bevorzugt weist das Trägersubstrat 1360 für die Lichterzeugung eine Silicon-Avalance-Based-Light-Emitting-Diode oder eine PN+P-Struktur oder eine NP+N-Struktur oder eine halbleitende MESA-Struktur (MESA) MESA auf. Diese Silicon-Avalance-Based-Light-Emitting-Diode, PN+P-Struktur, NP+N-Struktur oder halbleitende MESA-Struktur (MESA) MESA dienen hier als lichtemittierendes mikroelektronisches Bauteil, das beispielsweise als Pumplichtquelle, hier die Lichtquelle LED, für die Anregung eines paramagnetischen Zentrums genutzt werden kann. Die MESA-Struktur MESA ist bevorzugt gegenüber dem Substrat isoliert und weist einen ersten Bereich (E) der MESA-Struktur (MESA), einen zweiten Bereich (B) der MESA-Struktur (MESA) und einen dritten Bereich (C) der MESA-Struktur (MESA) auf. Das quantentechnologische, mikro-elektrooptische oder photonische oder mikroelektronische System weist darüber mehrere Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit zumindest einer Vielzahl bevorzugt möglichst gleicher paramagnetischer Zentren, insbesondere NV-Zentren, auf. Zumindest ein mikro-optisches Funktionselement, insbesondere ein Lichtwellenleiter LWL2, das in dem Trägersubstrat 1360 oder auf der Oberfläche OF des Trägersubstrats 1360 gefertigt ist, koppelt bevorzugt die besagten lichtemittierenden Bauteile in oder auf dem Trägersubstrat 1360 mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren, sodass diese gepumpt oder sonst wie optisch manipuliert werden können. Bevorzugt ist in das mikro-optisches Funktionselement, insbesondere den zweiten Lichtwellenleiter LWL2, ein optisches Bandpassfilter 4 integriert, das bevorzugt im Wesentlichen die Pumpstrahlung LB mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp transmittiert. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments umfasst dann das Trägersubstrat 1360 das mikrooptische Funktionselement, hier den zweiten Lichtwellenleiter LWL2. Hierbei ist der zweite Lichtwellenleiter LWL2 in seiner Längserstreckung ganz oder zu großen Teilen vorzugsweise fest mit dem Substrat 1360 verbunden. Der erste Bereich (E) und der dritte Bereich (C) der ggf. verwendeten MESA-Struktur MESA weisen bevorzugt einen ersten Leitfähigkeitstyp auf. Der zweite Bereich (B) der ggf. verwendeten MESA-Struktur MESA weist bevorzugt einen zweiten Leitfähigkeitstyp auf, der vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist und der zweite Bereich (B) zwischen dem ersten Bereich (E) und dem zweiten Bereich (C) angeordnet ist. Bei der MESA-Struktur (MESA) MESA handelt es sich bevorzugt um eine PNP- oder NPN-MESA-Struktur MESA, wobei die Breite des zweiten Bereichs (B) bevorzugt kleiner als 3µm und/oder kleiner als 1µm und/oder kleiner als 500nm und/oder kleiner als 200nm und/oder kleiner als 100nm und/oder kleiner als 50nm und/oder kleiner als 25nm und/oder kleiner als 10nm ist. Der zweite Bereich (B) ist bei einer ausreichend hohen Dotierung dann dazu geeignet, bei Anlegen einer ausreichend hohen elektrischen Spannung Licht zu emittieren. Ein beispielhaftes Spektrum zeigt
Das vom zweiten Bereich (B) emittierte Licht wirkt dann mit paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND des Sensorelements SE und/oder der Sensorelementschicht 5 mittels des besagten mikrooptischen Funktionselements, hier dem zweiten Lichtwellenleiter LWL2 zusammen.The light emitted by the second region (B) then interacts with paramagnetic centers of the crystals and/or the diamond nanocrystals ND of the sensor element SE and/or the
Das Trägersubstrat 1360 ist bevorzugt Halbleitersubstrat oder ein Silizium-Wafer oder ein GaAs-Wafer oder ein Wafer aus einem III/V-Material oder ein Wafer aus II/VI-Material oder aus ein mittels Band-Gap-Engineering behandelter Wafer oder ein Diamant-Wafer oder ein Ge-Wafer oder ein anderer Wafer aus einem Mischhalbleiter oder ein Teil eines solchen Wafers.The
Es wird in dieser Offenbarung somit ein quantentechnologisches, mikro-elektrooptisches oder photonisches System vorgeschlagen, das ein Trägersubstrat 1360, insbesondere ein Halbleitersubstrat umfasst. Das besondere des Vorschlags hier ist, dass das gesamte System mit Ausnahme der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND aus einem indirekten Halbleitermaterial gefertigt sein kann. In und/oder auf dem Halbleitermaterial ist typischerweise eine mikroelektronische Schaltung, bevorzugt in einer MOS-, CMOS-, BICMOS,- oder Bipolar-Technik gefertigt. Dabei umfasst die mikroelektronische Schaltung bevorzugt eine Mehrzahl von Bauelementen wie Transistoren, Dioden, Widerständen, Kondensatoren, lichtempfindliche und ggf. lichtemittierende elektronische Bauelemente. Ein solches, lichtempfindliches Bauelement, also beispielsweise ein Fotodetektor PD, der besagten mikroelektronischen Schaltung beispielsweise zur Erfassung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND, die bevorzugt ein Diamant und NV-Zentrum umfassen, kann beispielsweise eine PN-Diode als lichtempfindliches, elektrisches Bauelement, als Fotodetektor PD sein, das Teil der mikroelektrischen Schaltung ist. Ein lichtemittierendes Bauelement kann beispielsweise eine MESA-Struktur MESA, wie hie beschrieben sein. Das quantentechnologische, mikro-elektrooptische oder photonische System umfasst bevorzugt einen Teilbereich eines kolloidalen Films bzw. kolloidalen Lackes KL als Sensorelement SE und/oder Sensorelementschicht 5, der mehrere Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit paramagnetischen Zentren aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist eine Variante, bei der es sich bei Trägersubstrat 1360 um einen mikroelektronischen Schaltkreis, insbesondere um einen mikroelektronischen Schaltkreis in MOS-, CMOS-, BICMOS, oder Bipolar-Technologie handelt. Typischerweise umfasst das Trägersubstrat 1360 dann Materialien, wie beispielsweise Stücke von Platinenmaterialien oder Stücke von Kunststoffplatten- oder -folien und/oder Stücke von Glas-Wafern oder Stücke von Keramik-Wafern und/oder Stücke von Halbleiterwafern, beispielsweise Stücke von CMOS-Wafern oder beispielsweise Stücke von BiCMOS-Wafern und/oder beispielsweise Stücke von Wafern aus einer Bipolar-Technologie und/oder Stücke eines Wafers aus einem III/V-Material oder dergleichen und/oder beispielsweise Stücke von MEMS-Wafern und/oder Stücke mikroelektronischer Schaltungen und/oder beispielsweise Stücke von MEOS-Wafern (MEOS= micro electro optical system) und/oder beispielsweise Stücke von MOEMS-Wafern etc. und/oder Stücke von MOEMS-Wafern mikroelektronische Schaltkreise und mikroelektronischer Funktionselemente und/oder mikrooptische Funktionselemente und/oder mikromechanische Funktionselemente und/oder mikrofluidische Funktionselemente.This disclosure therefore proposes a quantum technological, micro-electro-optical or photonic system that includes a
Ein solcher mikroelektronischer Schaltkreis, der typischerweise in dem Trägersubstrat 1360 gefertigt ist, umfasst als bevorzugt eine Mehrzahl mikroelektronischer Bauelemente, wie MOS-Transistoren, Bipolartransistoren, Dioden, Widerstände, Kapazitäten, Spulen und ggf. weitere Halbleiterbauelemente, die in dem Trägersubstrat 1360 und insbesondere im Metallisierungsstapel, gefertigt sind und durch Leitungen zu der mikroelektronischen Schaltung verschaltet sind, die mit den paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder der Diamant-Nano-Kristalle ND, die bevorzugt Diamant und/oder NV-Zentren umfassen, zu einem Gesamtsystem optisch gekoppelt sind. Dabei umfasst das Trägersubstrat 1360 bevorzugt mindestens ein mikrooptisches Funktionselement, z.B. einen ersten Lichtwellenleiter LWL1 und die mikroelektronische Schaltung in MOS-, CMOS-, BICMOS, oder Bipolar-Technik. Typischerweise weist das Trägersubstrat 1360 auch das lichtempfindliche elektrische Bauelement (nG, pG), den Fotodetektor PD, auf, um bevorzugt mittels dieses lichtempfindlichen elektrischen Bauelements (pG, nG), des Fotodetektors PD, eine Emission von Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren, insbesondere von NV-Zentren, der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND zu erfassen. Typischerweise hängt dann zumindest ein Betriebsparameter der mikroelektronischen Schaltung von einem durch das lichtempfindliche Bauelement (pG, nG), den Fotodetektor PD, erfassten Wert der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 ab. Die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 sind bevorzugt über das erste mikrooptische Funktionselement LWL1 mit dem lichtempfindlichen elektrischen Bauelement (pG, nG), dem Fotodetektor PD gekoppelt. Bevorzugt sind das erste optische Funktionselement und/oder das zweite optische Funktionselement in Teilen oder ganz identisch.
Das Trägersubstrat 1360 ist in dem hier vorgestellten Fall also bevorzugt ein Halbleitersubstrat, ein Silizium-Wafer oder ein GaAs-Wafer oder ein Wafer aus einem III/V-Material oder ein Wafer aus II/VI-Material oder aus ein mittels Band-Gap-Engineering behandelter Wafer oder ein Diamant-Wafer oder ein Ge-Wafer oder ein anderer Wafer aus einem Mischhalbleiter.In the case presented here, the
Im Falle von III/V-Materialien kann das Substrat auch eine andere LED oder einen Laser als Lichtquelle LED umfassen.In the case of III/V materials, the substrate can also include another LED or a laser as the LED light source.
Bevorzugt umfasst das quantentechnologische, mikro-elektrooptische oder photonische System mindestens ein mikrooptisches Element. Bevorzugt ist das das mikrooptische Element dazu geeignet oder vorgesehen, zumindest die Funktion eines der folgenden mikrooptischen Elemente zu erfüllen:
- • die Funktion einer optischen Linse und/oder
- • die Funktion eines photonischen Kristalls und/oder
- • die Funktion eines optischen Filters und/oder
- • die Funktion eines optischen ganz oder teilweise reflektierenden Spiegels und/oder
- • die Funktion eines Lichtwellenleiters (LWL1, LWL2) und/oder
- • die Funktion eines Richtkopplers und/oder
- • die Funktion eines Wellensumpfes und/oder
- • die Funktion eines Circulators (Zirkulators) und/oder
- • die Funktion eines Koppel- und/oder Auskoppelgliedes.
- • the function of an optical lens and/or
- • the function of a photonic crystal and/or
- • the function of an optical filter and/or
- • the function of an optical mirror that is fully or partially reflective and/or
- • the function of an optical fiber (LWL1, LWL2) and/or
- • the function of a directional coupler and/or
- • the function of a wave sump and/or
- • the function of a circulator and/or
- • the function of a coupling and/or decoupling element.
Die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 wechselwirken in der Regel mit Magnetfeldern. Daher ist es denkbar, dass die Vorrichtung zumindest ein Funktionselement eines magnetischen Kreises und/oder eine ferromagnetische Teilvorrichtung oder eine ferromagnetische Teilstruktur umfasst. Dabei kann es sich um einen mikro- oder nanoskopischen Permanentmagneten PM handeln, der ggf. beispielsweise in den Metallisierungsstapel des besagten MOS-, CMOS-, BICMOS oder Bipolar-Schaltkreises, insbesondere oberhalb der paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 integriert ist. Bevorzugt kann es sich um einen mit einem Gradienten behafteten Permanentmagneten GPM handeln. Bevorzugt ist die besagte ferromagnetische Teilvorrichtung oder Teilstruktur Teil eines magnetischen Kreises. In dem Falle verfügt das quantentechnologische, mikroelektrooptische System bevorzugt über eine Erregungsvorrichtung, beispielsweise ein Magnetfelderzeugungsmittel Lc, beispielsweise in Form einer oder mehrerer in dem Metallisierungsstapel gefertigten Flachspule, die dazu geeignet ist, eine magnetische Erregung in dem magnetischen Kreis hervorzurufen. Bevorzugt wird die magnetische Teilvorrichtung durch Abscheiden einer ferromagnetischen Schicht und anschließende fotolithografische Strukturierung gefertigt.The paramagnetic centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND of the sensor elements SE and/or the
in dem Beispiel der
Sollen die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 als Teilvorrichtungen eines Sensorsystems verwendet werden, so hängt der Betrag und/oder die Richtung der durch die Erregungsvorrichtung erzeugten magnetischen Erregung H in dem magnetischen Kreis bzw. in dem Magnetfelderzeugungsmittel Lc bevorzugt von einem Betriebszustandsparameter des elektronischen Schaltkreises, also bevorzugt des MOS-, CMOS-, BICMOS- oder Bipolar-Schaltkreises, ab. In diesem Zusammenhang verweist das hier vorgelegte Dokument auf das Dokument
Typischerweise weist ein solches quantentechnologische, mikro-elektrooptische System ein lichtempfindliches Bauelement (pG, nG) auf. Dabei ist dann bevorzugt das lichtempfindliche Bauelement (pG, nG), insbesondere der Fotodetektor PD, dazu geeignet und/oder bestimmt, die Intensität Iist einer Fluoreszenzstrahlung FL von paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 zu erfassen. Bevorzugt werden die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 hierfür durch verschiedene optische Elemente zum einen mit einer Pumplichtquelle MS als Lichtquelle LED über eine optische Wellenverbindung aus mehreren optischen Komponenten (paramagnetische Zentren, SE, LWL2) und zum anderen mit dem lichtempfindlichen Bauelement (pG, nG) in Form der Lichtquelle LED über eine weitere optische Wellenverbindung aus mehreren weiteren optischen Komponenten (paramagnetische Zentren, SE, LWL1) gekoppelt.Typically, such a quantum technological, micro-electro-optical system has a light-sensitive component (pG, nG). The light-sensitive component (pG, nG), in particular the photodetector PD, is then preferably suitable and/or intended for this, the intensity I is a fluorescence radiation FL from paramagnetic centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND of the sensor elements SE and / or the
Der hier offenbarte integrierter MOS-Schaltkreis bzw. CMOS- Schaltkreis, bzw. BICMOS-Schaltkreis bzw. Schaltkreis in Bipolar-Technologie oder einer anderen Schaltungstechnik zeichnet sich somit dadurch aus, dass er mehrere kristalline Teilvorrichtungen, die bevorzugt mechanisch mit ihm fest verbunden sind und die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 aufweist, wobei die paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 Funktionselemente für die bestimmungsgemäße Verwendung des integrierten Schaltkreises sind. Ein kolloidaler Film und/oder ein kolloidaler Lack KL stellen als Sensorelement SE bzw. Sensorelementschicht 5 bevorzugt die mechanische Verbindung zwischen den kristallinen Teilvorrichtungen und dem Trägersubstrat 1360 her. Bevorzugt ein oder mehrere optische Kopplungen z.B. durch ein oder mehrere mikro-optisches Funktionselemente rufen eine oder mehrere Wirkverbindungen zwischen den paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der Sensorelemente SE und/oder der Sensorelementschicht 5 und zumindest einem oder mehreren Teilen der MOS-, CMOS-, BICMOS- oder Bipolar- Schaltung, insbesondere lichtemittierenden Gebieten LG der Lichtquelle LED und/oder lichtempfindlichen Bauteilen (PD, pG, nG), insbesondere dem Fotodetektor PD, hervor. Der integrierte CMOS-Schaltkreis, bzw. MOS-Schaltkreis, bzw. BICMOS-Schaltkreis bzw. Schaltkreis in Bipolar-Technologie oder einer anderen Schaltungstechnik weist typischerweise einen oder mehrere Transistoren auf. Im Falle einer BICMOS-Schaltung können das Bipolartransistoren und/oder MOS-Transistoren sein. Im Falle einer MOS- oder CMOS-Schaltung können das MOS-Transistoren sein. Im Falle einer Bipolar-Schaltung können das Bipolartransistoren sein.The integrated MOS circuit or CMOS circuit, or BICMOS circuit or circuit in bipolar technology or another circuit technology disclosed here is characterized by the fact that it has several crystalline sub-devices, which are preferably mechanically firmly connected to it and the paramagnetic centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND of the sensor elements SE and/or the
Bevorzugt ist die mikrointegrierte Schaltung einstückig ausgeführt. Bevorzugt umfasst die mikrointegrierte Schaltung mehrere der folgenden Teilvorrichtungen wie die Steuervorrichtung CTR und die Speicher RAM, NVM, Teile des Datenbusses DB, einen oder mehrere Lichtquellentreiber LDRV, einen oder mehrere erste Signalgeneratoren G1, einen oder mehrere Mehrfachkorrelatoren LIV, einen oder mehrere Fotodetektoren PD, einen oder mehrere erste Verstärker V1, einen oder mehrere Mustererkennungsvorrichtungen MEV, einen oder mehrere Mikrowellenquellen µWG, einen oder mehrere zweite Signalgeneratoren G2, einen oder mehrere Magnetfeldsensoransteuerungen SIS, einen oder mehrere Magnetfeldsensoren MS, einen oder mehrere Magnetfeldregler LCTR, einen oder mehrere mikrooptische Funktionselemente 6, 4, F1, ein oder mehrere Sensorelemente SE und/oder Sensorelementschichten 5, ein oder mehrere Lichtsensorarrays 1, ein oder mehrere Auswertelektroniken 15 des Lichtsensorarrays 1, ein oder mehrere Aufbereitungsvorrichtungen 30,eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen 36, ein oder mehrere Permanentmagneten 19, ein oder mehrere Magnetfelderzeugungsvorrichtungen Lc,.The micro-integrated circuit is preferably designed in one piece. The micro-integrated circuit preferably comprises several of the following subdevices such as the control device CTR and the memories RAM, NVM, parts of the data bus DB, one or more light source drivers LDRV, one or more first signal generators G1, one or more multiple correlators LIV, one or more photodetectors PD, one or more first amplifiers V1, one or more pattern recognition devices MEV, one or more microwave sources µWG, one or more second signal generators G2, one or more magnetic field sensor controls SIS, one or more magnetic field sensors MS, one or more magnetic field controllers LCTR, one or more micro-optical
Die mikroelektronische Schaltung kann entsprechend der technischen Lehre des hier vorgelegten Dokuments ein oder mehrere Sensorelemente SE und/oder ein oder mehrere Sensorschichten 5 umfassen. Die ein oder mehrere Sensorelemente SE und/oder die ein oder mehrere Sensorschichten 5 umfassen bevorzugt eine Vielzahl von Kristallen unterschiedlicher Ausrichtung mit paramagnetischen Zentren und/oder eine Vielzahl von Diamant-Nano-Kristallen ND unterschiedlicher Ausrichtung und NV-Zentren und/oder anderen paramagnetischen Zentren.According to the technical teaching of the document presented here, the microelectronic circuit can comprise one or more sensor elements SE and/or one or
Bevorzugt umfasst die mikroelektronische Schaltung ein oder mehrere Lichtquellen LED zur Erzeugung der Pumpstrahlung LB für die ein oder mehreren Sensorelemente SE und/oder die ein oder mehreren Sensorschichten 5.The microelectronic circuit preferably comprises one or more light sources LED for generating the pump radiation LB for the one or more sensor elements SE and/or the one or
Bevorzugt umfasst die mikroelektronische Schaltung mikrooptische Funktionselemente zur Bestrahlung der ein oder mehreren Sensorelemente SE und/oder die ein oder mehreren Sensorschichten 5 mit der Pumpstrahlung LB der ein oder mehrere Lichtquellen LED.The microelectronic circuit preferably comprises micro-optical functional elements for irradiating the one or more sensor elements SE and/or the one or
Bevorzugt umfasst die mikroelektronische Schaltung mikrooptische Funktionselemente zur Erfassung der Fluoreszenzstrahlung FL der ein oder mehreren Sensorelemente SE und/oder die ein oder mehreren Sensorschichten 5 und zur Abtrennung der Fluoreszenzstrahlung FL der ein oder mehreren Sensorelemente SE und/oder die ein oder mehreren Sensorschichten 5 von der Pumpstrahlung LB der ein oder mehrere Lichtquellen LED und zur Bestrahlung der Fotodetektoren PD mit der Fluoreszenzstrahlung FL der ein oder mehreren Sensorelemente SE und/oder die ein oder mehreren Sensorschichten 5.The microelectronic circuit preferably comprises micro-optical functional elements for detecting the fluorescence radiation FL of the one or more sensor elements SE and/or the one or
Für die Anwendung in verschiedenen Anwendungsfällen kann die mikroelektronische Schaltung darüber hinaus auch mikrofluidische und/oder mikromechanische und weitere mikrooptische Funktionselemente umfassen.For use in various applications, the microelectronic circuit can also include microfluidic and/or micromechanical and other micro-optical functional elements.
Figur 90Figure 90
Die
Die Kurvendaten entstammen dem Dokument
Es ist klar zu erkennen, dass eine solche Struktur nicht nur Licht im Bereich der gewünschten Pumpstrahlungswellenlängen λpmp um 520nm herum aussendet, sondern auch im Bereich der zu erwartenden Fluoreszenzstrahlung FL oberhalb von 600nm. Eine Verwendung ohne optisches Bandpassfilter 4 ist daher nicht ratsam.It can be clearly seen that such a structure not only emits light in the range of the desired pump radiation wavelengths λ pmp around 520nm, but also in the range of the expected fluorescence radiation FL above 600nm. Use without an
Figur 91Figure 91
Bevorzugt durchflutet ein Gradienten behafteter Permanentmagnet GPM von der anderen Seite des Trägersubstrats 1360 die Sensorelementschicht 5 mit einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte, die beispielsweise in x-Richtung von einer maximalen zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad_maxzu einer minimalen zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad_min hin abnimmt und die beispielsweise in y-Richtung von einer maximalen zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad_maxzu einer minimalen zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad_min hin abnimmt. Natürlich sind andere Verläufe denkbar.Preferably, a gradient-affected permanent magnet GPM from the other side of the
Hierdurch verschiebt sich die Lage der V-Formation (522, 525, 530) der
Bevorzugt umfasst das Sensorsystem in einem Speicher RAM, NVM des Sensorsystems über eine Datenbank einer Vielzahl von Messwertverläufen für den Intensitätsverlauf Iist(x, y) der Fluoreszenzstrahlung FL längs der Wellenleiterkoordinaten x, y für die jeweiligen Verläufe der beiden Äste des Wellenleiters, hier der Tri-Plate-Leitung 6980, für verschiedene bei der Erfassung dieser Messwertverläufe bekannte Mikrowellenfrequenzen ωµW des Mikrowellensignals µW und/oder computerimplementierte Modelle und/oder computerimplementierte Approximationsfunktionen, die diese Messwerte liefern können. Bevorzugt ermitteln die Steuervorrichtung CTR und/oder die Mustererkennungsvorrichtung MEV mit deren Hilfe für verschiedene Mikrowellenfrequenzen ωµW einen Korrelationswert K(ωµW) zwischen den Messwertverläufen für den Intensitätsverlauf ILIB(x) bzw. ILIB(y) der Fluoreszenzstrahlung FL längs der beiden Äste des Wellenleiters aus der Datenbank oder den computerimplementierten Modellen oder den computerimplementierten Approximationsfunktionen einerseits und dem aktuell gemessenen Messwertverläufen für den Intensitätsverlauf Iist(x) bzw. Iist(y) der Fluoreszenzstrahlung FL längs der beiden Äste des Wellenleiters.The sensor system preferably includes RAM in a memory, NVM of the sensor system via a database of a large number of measured value curves for the intensity curve I is (x, y) of the fluorescence radiation FL along the waveguide coordinates x, y for the respective curves of the two branches of the waveguide, here the
Für den waagerechten Teil des Wellenleiters (siehe
Für den senkrechten Teil des Wellenleiters (siehe
Da jeder Position x und y genau eine zusätzliche magnetische Flussdichte Bad(x) bzw. Bad(y) zugeordnet ist, kann dieses L2-Produkt auch geschrieben werden als:
Die V-Formation (siehe
In dem Fall ist dann jeder zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad(x) bzw. Bad(y) genau eine Mikrowellenfrequenz ωµW(Bad(x)) bzw. ωµw(Bad(y)) zugeordnet.In this case, each additional magnetic flux density B ad (x) or B ad (y) is then assigned exactly one microwave frequency ω µW (B ad (x)) or ω µ w(B ad (y)).
Das L2-Produkt kann dann geschrieben werden als:
Ein solcher von den Mikrowellenfrequenzen ωµW abhängiger Korrelationswert Ks(ωµW), Kw(ωµW) bezeichnet das hier vorgelegte Dokument als Hochfrequenzspektrum des Mikrowellensignals µW.The document presented here refers to such a correlation value K s (ω µW ), K w (ω µW ), which is dependent on the microwave frequencies ω µW, as the high-frequency spectrum of the microwave signal µW.
Es ist offensichtlich, dass für eine Vermessung der Messwertverläufen für den Intensitätsverlauf Iist(x) bzw. Iist(y) der Fluoreszenzstrahlung FL längs der beiden Äste des Wellenleiters Magnetfeldkameras wie sie in
Figur 92Figure 92
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Bereitstellen 15310 eines Lichtwellenleiters LWL(4630), wobei der Lichtwellenleiter LWL(4630) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; - •
Bereitstellen 15320 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren; - • Benetzen 15330 des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630) zumindest auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren aufweist;
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Einspeisen 15340 elektromagnetischer Strahlung in das erste Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630), wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. - • Entfernen 15350 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels LM, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) das Sensorelement SE bildet.
- • Providing 15310 an optical fiber LWL(4630), the optical fiber LWL(4630) having a first end and a second end;
- • Providing 15320 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a large number of crystals and / or diamond nano-crystals ND, preferably nanodiamonds, are embedded in the carrier material TM and wherein one or more or all crystals and / or diamond nanocrystals ND have NV centers and / or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the crystals and / or diamond nanocrystals ND of the carrier material TM and / or the other paramagnetic centers of the crystals and / or Diamond nanocrystals ND of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
- • Wetting 15330 the second end of the optical waveguide LWL (4630) at least to a wetting length L B with the carrier material TM, which has the plurality of embedded crystals and / or diamond nanocrystals ND with NV centers and / or paramagnetic centers;
- • Feeding 15340 electromagnetic radiation into the first end of the optical waveguide LWL (4630), the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the carrier material TM hardens at the second end of the optical waveguide LWL (4630) and turns into one Solid body transforms.
- • Removing 15350 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent LM, with the remaining film of the carrier material TM forming the sensor element SE at the second end of the optical waveguide LWL (4630).
Typischerweise härtet das Trägermaterial TM nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements und des Sensorelements SE ermöglicht.Typically, the carrier material TM only partially hardens, which enables the formation of the optical functional element and the sensor element SE.
Figur 93Figure 93
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Bereitstellen 15410 eines Lichtwellenleiters LWL(4630), wobei der Lichtwellenleiter LWL(4630) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; - •
Bereitstellen 15420 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren; - •
Beschichten 15430 des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630) zumindest auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren aufweist; - •
Justieren 15440einer Belichtungsmaske 5410gegenüber dem Trägersubstrat 1360. - •
Bestrahlen 15450 des zweiten Endes des Lichtwellenleiters LWL(4630) durch dieBelichtungsmaske 5410 mit elektromagnetischer, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt; - •
Entfernen 15460 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels LM, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL(4630) das Sensorelement SE bildet.
- • Providing 15410 an optical fiber LWL(4630), the optical fiber LWL(4630) having a first end and a second end;
- • Providing 15420 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a large number of crystals and / or diamond nano-crystals ND, preferably nanodiamonds, are embedded in the carrier material TM and wherein one or more or all crystals and / or diamond nanocrystals ND have NV centers and / or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the crystals and / or diamond nanocrystals ND of the carrier material TM and / or the other paramagnetic centers of the crystals and / or Diamond nanocrystals ND of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
- • Coating 15430 the second end of the optical waveguide LWL (4630) at least to a wetting length L B with the carrier material TM, which has the plurality of embedded crystals and / or diamond nanocrystals ND with NV centers and / or paramagnetic centers;
- • Adjusting 15440 an
exposure mask 5410 relative to thecarrier substrate 1360. - •
Irradiate 15450 the second end of the optical waveguide LWL (4630) through theexposure mask 5410 with electromagnetic radiation, the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the carrier material TM hardens at the second end of the optical waveguide LWL (4630) and turns into a solid; - • Removing 15460 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent LM, with the remaining film of the carrier material TM forming the sensor element SE at the second end of the optical waveguide LWL (4630).
Typischerweise härtet das Trägermaterial TM nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements und des Sensorelements SE ermöglicht.Typically, the carrier material TM only partially hardens, which enables the formation of the optical functional element and the sensor element SE.
Figur 94Figure 94
Im Falle einer Schlitzleitung 1880 bildet der Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 die Clearance, durch die die Pumpstrahlung 13 (13) aus dem für die Pumpstrahlung 13 (13) optisch transparenten Trägersubstrat 1360 austreten kann und in die Sensorschicht 5 als Sensorelement SE eintreten kann. Typischerweise emittieren die paramagnetischen Zentren, hier typischerweise NV-Zentren in Diamanten innerhalb der bestrahlten Segmente der Sensorschicht 5 im Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880, Fluoreszenzstrahlung 14 in Folge der Bestrahlung mit der Pumpstrahlung 13 (13).In the case of a
Im Falle einer Tri-Plate-Leitung 2380 bilden die elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationslücke 2340 und die elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationslücke 2350 der Tri-Plate-Leitung 2380 die beiden Clearances, durch die die Pumpstrahlung 13 (13) aus dem für die Pumpstrahlung 13 (13) optisch transparenten Trägersubstrat 1360 austreten kann und in die beiden Teilsegmente der Sensorschicht 5 als Sensorelemente SE eintreten kann. Typischerweise emittieren die paramagnetischen Zentren, hier typischerweise NV-Zentren in Diamanten innerhalb der bestrahlten Segmente der Sensorschicht 5 in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 und in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350 der Tri-Plate-Leitung 2380, Fluoreszenzstrahlung 14 in Folge der Bestrahlung mit der Pumpstrahlung 13 (13).In the case of a
Im Falle einer differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 bilden die elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationslücke 2340 und die elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationslücke 2350 der Tri-Plate-Leitung 2380 sowie die elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 der Tri-Plate-Leitung 2380 die drei Clearances, durch die die Pumpstrahlung 13 (13) aus dem für die Pumpstrahlung 13 (13) optisch transparenten Trägersubstrat 1360 austreten kann und in die drei Teilsegmente der Sensorschicht 5 als Sensorelemente SE in diesen drei Clearances eintreten kann. Typischerweise emittieren die paramagnetischen Zentren, hier typischerweise NV-Zentren in Diamanten innerhalb der bestrahlten Segmente der Sensorschicht 5 in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 und in der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350 der Tri-Plate-Leitung 2380 sowie in der elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 der Tri-Plate-Leitung 2380, Fluoreszenzstrahlung 14 in Folge der Bestrahlung mit der Pumpstrahlung 13.In the case of a differential
Vorzugsweise emittieren im normalen Betrieb LEDs als Pumpstrahlungsquellen 44 die Pumpstrahlung 13 und strahlen diese über Kanten des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 in das optisch transparente Trägersubstrat 1360 ein. Das optisch transparente Trägersubstrat 1360 verteilt die Pumpstrahlung 13 innerhalb des optisch transparenten Trägersubstrats 1360.During normal operation, LEDs as
Die Pumpstrahlung13 tritt durch die Clearances (2349, 2350) des Wellenleiters (2380) aus dem optisch transparenten Trägersubstrat 1360 aus und bestrahlt die Sensorelemente SE der Sensorschicht 5.The
Der Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 ist vorzugsweise in eine Magnetfeldkamera, wie sie beispielsweise dieses Dokument beschreibt eingebaut. Auf die übrigen Abschnitte dieses Dokuments wird hier ausdrücklich Bezug genommen.The circuit board (PCB) 43 for the
Figur 95Figure 95
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst vorzugsweise folgende Schritte:
- 1.
Bereitstellen 20310 eines optisch transparenten Trägersubstrat 1360, wobei das optisch transparente Trägersubstrat 1360 zumindest eine optische transparente Kante aufweist und wobei das optisch transparente Trägersubstrat 1360 mit einem Wellenleiter mit zumindest einer Clearance, beispielsweise einer Schlitzleitung und/oder einer Tri-Plate-Leitung oder einer differenziellen Tri-Plate-Leitung, abgedeckt ist, sodass Licht im Wesentlichen nur durch die Clearance des Welleneiters auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aus dem optisch transparenten Trägersubstrat 1360 austreten kann. - 2.
Bereitstellen 20320 einer flüssigen kolloidalen Mischung KL mit einem flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung, derAushärtestrahlung 4910, einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterial TM, wobei in das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der kolloidalen Mischung KL und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der kolloidalen Mischung KL bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren; - 3.
Beschichten 20330 der er Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 und des Wellenleiters auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 zumindest auf eine Benetzungslänge LB mit der kolloidalen Mischung KL aus dem Trägermaterial TM und den Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren, wobei die kolloidale Mischung KL somit eine Vielzahl eingebetteter Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren aufweist; - 4. ggf. (nicht eingezeichnet) Anhärten der Beschichtung des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aus der kolloidalen Mischung KL insbesondere mittels einer Temperaturbehandlung;
- 5.
Einspeisen 20340elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH über die mindestens eine Kante des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 in das optisch transparente Trägersubstrat 1360, - 6.
Austreten 20350der Aushärtestrahlung 4910 im Bereich zumindest einer Clearance (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aus dem des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 und einstrahlen der Aushärtestrahlung 4910 in das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL, wobei die Aushärtewellenlänge λH derAushärtestrahlung 4910 so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL im Bereich dieser Clearance (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aushärtet und sich die kolloidale Mischung KL im bestrahlten Bereich in einen Festkörper wandelt; - 7.
Entfernen 20360 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL insbesondere mittels eines Lösungsmittels LM, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL und der kolloidalen Mischung KL im Bereich dieser Clearance (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 ein Sensorelement SE und/oder eine Sensorschicht 16205 bildet; - 8. ggf. (nicht eingezeichnet) finales Aushärten des Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL des verbliebenen Sensorelements SE und/oder eine Sensorschicht 16205 in den Clearances (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) im Bereich einer Clearance des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 insbesondere mittels einer Temperaturbehandlung. Die Erforderlichkeit dieses Post-Bake-Schrittes bestimmt sich aus der Art des verwendeten Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL und des Lösungsmittels LM in der kolloidalen Mischung KL.
- 1. Providing 20310 an optically
transparent carrier substrate 1360, wherein the opticallytransparent carrier substrate 1360 has at least one optically transparent edge and wherein the opticallytransparent carrier substrate 1360 is provided with a waveguide with at least one clearance, for example a slot line and/or a tri-plate line or a differential tri-plate line, so that light can essentially only emerge from the opticallytransparent carrier substrate 1360 through the clearance of the waveguide on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360. - 2. Providing 20320 a liquid colloidal mixture KL with a liquid carrier material TM that can be hardened using electromagnetic radiation, the curing
radiation 4910, a curing wavelength λ H , wherein a large number of crystals and / or diamond nano-crystals are incorporated into the carrier material TM of the colloidal mixture KL ND, preferably nanodiamonds, are embedded and wherein one or more or all of the crystals and/or diamond nanocrystals ND have NV centers and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the crystals and/or diamond nanocrystals talle ND of the colloidal mixture KL and/or the other paramagnetic centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND of the colloidal mixture KL emit at least one fluorescent radiation FL upon irradiation with pump radiation LB; - 3. Coating 20330 the surface of the optically
transparent carrier substrate 1360 and the waveguide on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360 at least to a wetting length L B with the colloidal mixture KL of the carrier material TM and the crystals and / or diamond nano-crystals ND with NV centers and/or paramagnetic centers, the colloidal mixture KL thus having a plurality of embedded crystals and/or diamond nanocrystals ND with NV centers and/or paramagnetic centers; - 4. if necessary (not shown) hardening the coating of the optically
transparent carrier substrate 1360 from the colloidal mixture KL, in particular by means of a temperature treatment; - 5. feeding 20340
electromagnetic curing radiation 4910 with the curing wavelength λ H via the at least one edge of the opticallytransparent carrier substrate 1360 into the opticallytransparent carrier substrate 1360, - 6.
Emergence 20350 of the curingradiation 4910 in the area of at least one clearance (1840, 2340, 2350, 6840) of the waveguide (1880, 2380, 6980) on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360 from that of the opticallytransparent carrier substrate 1360 and irradiating the curingradiation 4910 into the carrier material TM of the colloidal mixture KL, the curing wavelength λ H of the curingradiation 4910 being selected such that the carrier material TM of the colloidal mixture KL is in the range of this clearance (1840, 2340, 2350, 6840) of the waveguide (1880, 2380, 6980 ) hardens on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360 and the colloidal mixture KL transforms into a solid in the irradiated area; - 7. Removing 20360 the uncured carrier material TM of the colloidal mixture KL, in particular by means of a solvent LM, the remaining film of the carrier material TM of the colloidal mixture KL and the colloidal mixture KL in the area of this clearance (1840, 2340, 2350, 6840) of the waveguide (1880, 2380, 6980) forms a sensor element SE and/or a sensor layer 16205 on the surface of the optically
transparent carrier substrate 1360; - 8. if necessary (not shown) final curing of the carrier material TM of the colloidal mixture KL of the remaining sensor element SE and / or a sensor layer 16205 in the clearances (1840, 2340, 2350, 6840) of the waveguide (1880, 2380, 6980) in the area a clearance of the waveguide (1880, 2380, 6980) on the surface of the optically
transparent carrier substrate 1360, in particular by means of a temperature treatment. The necessity of this post-bake step is determined by the type of carrier material TM used in the colloidal mixture KL and the solvent LM in the colloidal mixture KL.
Figur 96Figure 96
Aushärtestrahlungsquellen (nicht eingezeichnet) emittieren Aushärtestrahlung 4910 mit einer Aushärtewellenlänge λH. Ein optisches Aushärtesystem (nicht eingezeichnet) transportiert die Aushärtestrahlung 4910 zu den optisch transparenten Kanten des optisch transparenten Trägersubstrats 1360. Dieses optische Aushärtesystem umfasst vorzugsweise ein oder mehrere optische Funktionselemente wie Spiegel, Linsen, Blenden, Prismen etc. um die Aushärtestrahlung 4910 zu führen, in der Intensität und im Spektrum geeignet einzustellen. Vorzugsweise verfügt das System aus Aushärtestrahlungsquellen und optischem Aushärtesystem über eine (nicht eingezeichnete) Aushärtesteuerung mit einem Zeitgeber und/oder einem Rechnersystem mit einem Speicher, so dass das Rechnersystem der Aushärtesteuerung und/oder die Aushärtesteuerung die Dauer der Bestrahlung durch
- 1. Steuerung der Aushärtestrahlungsquellen z.B. durch Anschalten / Ausschalten der Aushärtestrahlungsquellen und/oder
- 2. mittels Shuttern innerhalb des optische Aushärtesystems z.B. durch Unterbrechen / Öffnen des optischen Pfads zwischen Aushärtestrahlungsquellen und dem optisch transparenten Trägersubstrat 1360
- 1. Control of the curing radiation sources, e.g. by switching on/off the curing radiation sources and/or
- 2. by means of shutters within the optical curing system, for example by interrupting/opening the optical path between curing radiation sources and the optically
transparent carrier substrate 1360
Das optische Aushärtesystem strahlt die Aushärtestrahlung 4910 über die Kanten des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 in das optisch transparente Trägersubstrat 1360 ein.The optical curing system radiates the curing
Das optisch transparente Trägersubstrat 1360 ist vorzugsweise für elektromagnetische Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH der Aushärtestrahlung 4910 für den vorgesehenen Zweck ausreichend transparent, sodass die Aushärtestrahlung 4910 das kolloidale Material KL in den Clearances (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 in für eine Aushärtung des Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL ausreichenden Intensität erreicht. Dies bedeutet, dass das optisch transparente Trägersubstrat 1360 vorzugsweise für elektromagnetische Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH der Aushärtestrahlung 4910 im Wesentlichen transparent ist.The optically
Das optisch transparente Trägersubstrat 1360 ist vorzugsweise für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp im Wesentlichen transparent. Dies bedeutet, dass die Intensität der Pumpstrahlung 13 (siehe
Die Bestrahlung des kolloidalen Materials KL in den Clearances (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 führt zum Aushärten des Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL in den Clearances (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360. Dies bildet verfestigte Sensorelemente SE innerhalb des kolloidalen Materials KL in den der Clearances (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aus. Nach dem Entfernen 20360 des überschüssigen kolloidalen Materials KL umfasst das des optisch transparente Trägersubstrat 1360 in den Clearances (1840, 2340, 2350, 6840) des Wellenleiters (1880, 2380, 6980) auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 die notwendigen Sensorelemente SE um wie in der Figur 202 schematisch skizziert eingesetzt zu werden. Dieser Einsatz kann vorzugsweise in einer der zuvor beschriebenen Magnetfeldkameras erfolgen.The irradiation of the colloidal material KL in the clearances (1840, 2340, 2350, 6840) of the waveguide (1880, 2380, 6980) on the surface of the optically
Figur 97aFigure 97a
Ein erster Teil des in die Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990), die mit dem Sensorelement SE bedeckt ist, eingestrahlten Mikrowellensignals µW wird als reflektiertes Mikrowellensignal µWR infolge der Wellenwiderstandssprünge an den Übergangen vom ungestörten Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6990), zur Strecke 15740 und wieder zurück wieder als reflektierte Mikrowellensignal µWR in Richtung des ersten Mikrowellen- und/oder HF-Verbinders 15710 zurückreflektiert und kann dort mittels eines Wellenkopplers µWC aus der Übertragungsleitung ausgekoppelt werden und einem Reflexions-Mikrowellen-Analysator µWAR zugeführt werden, der beispielsweise relevante Parameter wie Amplitude, Phase, Spektrum etc. bestimmen kann.A first part of the microwave signal µW radiated into the
Ein zweiter Teil des in die Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990), die mit dem Sensorelement SE bedeckt ist, eingestrahlten Mikrowellensignals µW wird als transmittiertes Mikrowellensignal µWT infolge der Wellenwiderstandssprünge an den Übergangen vom ungestörten Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6990), zur Strecke 15740 und wieder zurück als transmittiertes Mikrowellensignal µWT in Richtung des zweiten Mikrowellen- und/oder HF-Verbinders 15720 transmittiert und kann dort einem Transmissions-Mikrowellen-Analysator µWAT zugeführt werden, der beispielsweise relevante Parameter wie Amplitude, Phase, Spektrum etc. bestimmen kann.A second part of the microwave signal µW radiated into the
Bei Kenntnis der relevanten Parameter des eingestrahlten Mikrowellensignals µW und des reflektierten Mikrowellensignals µWR und des transmittierten Mikrowellensignals µWT kann beispielsweise eine Steuervorrichtung CTR, die diese Daten von der Mikrowellenquelle µWG und dem Reflexions-Mikrowellen-Analysator µWAR und dem Transmissions-Mikrowellen-Analysator µWAT über den Datenbus DB erhält auf einen dritten absorbierten Anteil eines absorbierten Mikrowellensignals µWA des Mikrowellensignals µW schließen. Das Trägermaterial TM des Sensorelements SE und/oder die paramagnetischen Zentren und/oder die den NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, haben dann typischerweise dieses absorbierte Mikrowellensignal µWA beeinflusst. Daher hängt das absorbierte Mikrowellensignal µWA typischerweise von den Quantenzuständen der paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, ab. Daher ist es möglich, dass das das absorbierte Mikrowellensignal µWA von der Intensität einer Pumpstrahlung LB, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM mit elektromagnetischer Strahlung einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt, und dann zusätzlich von physikalischen Parameter physikalischer Größen, wie beispielsweise magnetischer Flussdichten, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM beeinflusst, abhängt.If the relevant parameters of the irradiated microwave signal µW and the reflected microwave signal µWR and the transmitted microwave signal µWT are known, a control device CTR can, for example, receive this data from the microwave source µWG and the reflection microwave analyzer µWAR and the transmission microwave analyzer µWAT via the Data bus DB receives a third absorbed portion of an absorbed microwave signal µWA of the microwave signal µW. The carrier material TM of the sensor element SE and/or the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE, then typically influence this absorbed microwave signal μWA. Therefore, the absorbed microwave signal μWA typically depends on the quantum states of the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE. It is therefore possible that the absorbed microwave signal µWA depends on the intensity of a pump radiation LB, which irradiates the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM with electromagnetic radiation of a pump radiation wavelength λ pmp , and then additionally of physical parameters of physical quantities, such as magnetic flux densities, which influence the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM.
Bei Kenntnis der relevanten Parameter des eingestrahlten HF-Signals RW und des reflektierten HF-Signals RWR und des transmittierten HF-Signals RWT kann beispielsweise eine Steuervorrichtung CTR, die diese Daten von der HF-Quelle RFG und dem Reflexions-HF-Signal-Analysator RWAR und dem Transmissions-HF-Signal-Analysator RWAT über den Datenbus DB erhält auf einen dritten absorbierten Anteil eines absorbierten HF-Signals RWA des HF-Signals RW schließen. Das Trägermaterial TM des Sensorelements SE und/oder die paramagnetischen Zentren und/oder die den NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, haben dann typischerweise dieses absorbierte HF-Signal RWA beeinflusst. Daher hängt das absorbierte HF-Signal RWA typischerweise von den Quantenzuständen der paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, ab. Daher ist es möglich, dass das das absorbierte HF-Signal RWA von der Intensität einer Pumpstrahlung LB, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM mit elektromagnetischer Strahlung einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt, und dann zusätzlich von physikalischen Parameter physikalischer Größen, wie beispielsweise magnetischer Flussdichten, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM beeinflusst, abhängt.If the relevant parameters of the irradiated HF signal RW and the reflected HF signal RWR and the transmitted HF signal RWT are known, a control device CTR can, for example, receive this data from the HF source RFG and the reflected HF signal analyzer RWAR and the transmission HF signal analyzer RWAT receives a conclusion via the data bus DB on a third absorbed portion of an absorbed HF signal RWA of the HF signal RW. The carrier material TM of the sensor element SE and/or the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE, then typically influence this absorbed RF signal RWA . Therefore, the absorbed RF signal RWA typically depends on the quantum states of the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE. It is therefore possible that the absorbed RF signal RWA has the intensity of a pump radiation LB, which irradiates the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM with electromagnetic radiation of a pump radiation wavelength λ pmp , and then additionally depends on physical parameters of physical quantities, such as magnetic flux densities, which influence the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM.
Figur 97bFigure 97b
Figur 98Figure 98
Des Weiteren ist zusätzlich der zweite Mikrowellen- und/oder HF-Verbinder 15720 für den Anschluss der Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) an an einen Reflexions-Mikrowellensignalanalysator (µWAR) und an einen Transmissions-HF-Signalanalysator (RWAT) eingezeichnet. In dem Beispiel der
Ein erster Teil des in die Strecke 15740 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980, die mit dem Sensorelement SE bedeckt ist, eingestrahlten Mikrowellensignals µW wird als reflektiertes Mikrowellensignal µWR infolge der Wellenwiderstandssprünge an den Übergangen von der ungestörten beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 zur Strecke 15740 und wieder zurück wieder als reflektiertes Mikrowellensignal µWR in Richtung des ersten Mikrowellen- und/oder HF-Verbinders 15710 zurückreflektiert und wird dort mittels eines Wellenkopplers µWC aus der Übertragungsleitung ausgekoppelt und dem Reflexions-Mikrowellen-Analysator µWAR zugeführt, der beispielsweise relevante Parameter wie Amplitude, Phase, Spektrum etc. bestimmen kann. Vorzugsweise übermittelt der Reflexions-Mikrowellen-Analysator µWAR die erfassten Parameter an die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB.A first part of the microwave signal µW radiated into the
Ein zweiter Teil des in die Strecke 15740 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980, die mit dem Sensorelement SE bedeckt ist, eingestrahlten Mikrowellensignals µW wird als transmittiertes Mikrowellensignal µWT infolge der Wellenwiderstandssprünge an den Übergangen vom ungestörten der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 zur Strecke 15740 und wieder zurück als transmittiertes Mikrowellensignal µWT in Richtung des zweiten Mikrowellen- und/oder HF-Verbinders 15720 transmittiert und wird dort einem Transmissions-Mikrowellen-Analysator µWAT zugeführt, der beispielsweise relevante Parameter wie Amplitude, Phase, Spektrum etc. bestimmen kann. Vorzugsweise übermittelt der Transmissions-Mikrowellen-Analysator µWAT die erfassten Parameter an die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB.A second part of the microwave signal µW radiated into the
Ein erster Teil des in die Strecke 15740 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980, die mit dem Sensorelement SE bedeckt ist, eingestrahlten HF-Signals RW wird als reflektiertes HF-Signal RWR infolge der Wellenwiderstandssprünge an den Übergangen von der ungestörten beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 zur Strecke 15740 und wieder zurück wieder als reflektiertes HF-Signal RWR in Richtung des ersten Mikrowellen- und/oder HF-Verbinders 15710 zurückreflektiert und wird dort mittels eines HF-Wellenkopplers RWC aus der Übertragungsleitung ausgekoppelt und dem Reflexions-HF-Signal-Analysator RWAR zugeführt, der beispielsweise relevante Parameter wie Amplitude, Phase, Spektrum etc. bestimmen kann. Vorzugsweise übermittelt der Reflexions-HF-Signal-Analysator RWAR die erfassten Parameter an die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB.A first part of the HF signal RW radiated into the
Ein zweiter Teil des in die Strecke 15740 der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980, die mit dem Sensorelement SE bedeckt ist, eingestrahlten HF-Signals RW wird als transmittiertes HF-Signal RWT infolge der Wellenwiderstandssprünge an den Übergangen vom ungestörten der beispielhaften differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980 zur Strecke 15740 und wieder zurück als transmittiertes HF-Signal RWT in Richtung des zweiten Mikrowellen- und/oder HF-Verbinders 15720 transmittiert und wird dort einem Transmissions-HF-Signal-Analysator RWAT zugeführt, der beispielsweise relevante Parameter wie Amplitude, Phase, Spektrum etc. bestimmen kann. Vorzugsweise übermittelt der Transmissions-HF-Signal-Analysator RWAT die erfassten Parameter an die Steuervorrichtung CTR über den Datenbus DB.A second part of the HF signal RW radiated into the
Bei Kenntnis der relevanten Parameter des eingestrahlten Mikrowellensignals µW und des reflektierten Mikrowellensignals µWR und des transmittierten Mikrowellensignals µWT kann beispielsweise die Steuervorrichtung CTR, die diese Daten von der Mikrowellenquelle µWG und dem Reflexions-Mikrowellen-Analysator µWAR und dem Transmissions-Mikrowellen-Analysator µWAT über den Datenbus DB erhält, auf den dritten absorbierten Anteil eines absorbierten Mikrowellensignals µWA des Mikrowellensignals µW schließen. Das Trägermaterial TM des Sensorelements SE und/oder die paramagnetischen Zentren und/oder die den NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, haben dann typischerweise dieses absorbierte Mikrowellensignal µWA beeinflusst. Daher hängt das absorbierte Mikrowellensignal µWA typischerweise von den Quantenzuständen der paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, ab. Daher ist es möglich, dass das das absorbierte Mikrowellensignal µWA von der Intensität einer Pumpstrahlung LB, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM mit elektromagnetischer Strahlung einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt, und dann zusätzlich von physikalischen Parameter physikalischer Größen, wie beispielsweise magnetischer Flussdichten, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM beeinflusst, abhängt.If the relevant parameters of the irradiated microwave signal µW and the reflected microwave signal µWR and the transmitted microwave signal µWT are known, the control device CTR can, for example, receive this data from the microwave source µWG and the reflection microwave analyzer µWAR and the transmission microwave analyzer µWAT via the Data bus DB receives, close to the third absorbed portion of an absorbed microwave signal µWA of the microwave signal µW. The carrier material TM of the sensor element SE and/or the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE, then typically influence this absorbed microwave signal μWA. Therefore, the absorbed microwave signal μWA typically depends on the quantum states of the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE. It is therefore possible that the absorbed microwave signal µWA depends on the intensity of a pump radiation LB, which irradiates the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM with electromagnetic radiation of a pump radiation wavelength λ pmp , and then additionally of physical parameters of physical quantities, such as magnetic flux densities, which influence the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM.
Bei Kenntnis der relevanten Parameter des eingestrahlten HF-Signals RW und des reflektierten HF-Signals RWR und des transmittierten HF-Signals RWT kann beispielsweise eine Steuervorrichtung CTR, die diese Daten von der HF-Quelle RFG und dem Reflexions-HF-Signal-Analysator RWAR und dem Transmissions-HF-Signal-Analysator RWAT über den Datenbus DB erhält auf einen dritten absorbierten Anteil eines absorbierten HF-Signals RWA des HF-Signals RW schließen. Das Trägermaterial TM des Sensorelements SE und/oder die paramagnetischen Zentren und/oder die den NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, haben dann typischerweise dieses absorbierte HF-Signal RWA beeinflusst. Daher hängt das absorbierte HF-Signal RWA typischerweise von den Quantenzuständen der paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM, die in dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE eingebettet sind, ab. Daher ist es möglich, dass das das absorbierte HF-Signal RWA von der Intensität einer Pumpstrahlung LB, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM mit elektromagnetischer Strahlung einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt, und dann zusätzlich von physikalischen Parameter physikalischer Größen, wie beispielsweise magnetischer Flussdichten, die die paramagnetischen Zentren und/oder der NV-Zentren NVZ der Kristalle und/oder Diamanten DM beeinflusst, abhängt. Mittels computerimplementierter Verfahren können die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR unter Nutzung dieser Daten Werte physikalischer Parameter schätzen und/oder ermitteln, die auf diesen und anderen in diesem System ermittelten Daten beruhen. Bevorzugt ist der Programmcode für solche computerimplementierten Verfahren, die insbesondere Verfahren zur Mustererkennung umfassen können, in Speichern (RAM, NVM) der Vorrichtung abgelegt. Das hier Vorgelegte Dokument verweist hier auf die an anderer Stelle in diesem Dokument erwähnten Verfahren der Mustererkennung und künstlichen Intelligenz. Insbesondere die Emulation eines computerimplementieren neuronalen Netzwerkmodells und/oder die Anwendung von computerimplementierten Deep-Learning Verfahren und computerimplementieren Machine-Learning-Verfahren durch die Mustererkennungsvorrichtung MEV und/oder die Steuervorrichtung CTR können solche computerimplementierte Verfahren umfassen. Vorzugsweise verwendet die Steuervorrichtung CTR zumindest einen Teil der in der Vorrichtung erfassten Daten für die Erzeugung eines Merkmalsvektors (Englisch Feature-Vektor), auf den die Steuervorrichtung dann ein computerimplementiertes Mustererkennungsverfahren anwendet.If the relevant parameters of the irradiated HF signal RW and the reflected HF signal RWR and the transmitted HF signal RWT are known, a control device CTR can, for example, receive this data from the HF source RFG and the reflected HF signal analyzer RWAR and the transmission HF signal analyzer RWAT receives a conclusion via the data bus DB on a third absorbed portion of an absorbed HF signal RWA of the HF signal RW. The carrier material TM of the sensor element SE and/or the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE, then typically influence this absorbed RF signal RWA . Therefore, the absorbed RF signal RWA typically depends on the quantum states of the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM, which are embedded in the carrier material TM of the sensor element SE. It is therefore possible that the absorbed RF signal RWA has the intensity of a pump radiation LB, which irradiates the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM with electromagnetic radiation of a pump radiation wavelength λ pmp , and then additionally depends on physical parameters of physical quantities, such as magnetic flux densities, which influence the paramagnetic centers and/or the NV centers NVZ of the crystals and/or diamonds DM. By means of computer-implemented methods, the pattern recognition device MEV and/or the control device CTR can estimate and/or determine values of physical parameters using this data, which are based on these and other data determined in this system. The program code for such computer-implemented methods, which can in particular include methods for pattern recognition, is preferably stored in memories (RAM, NVM) of the device. The document presented here refers to the pattern recognition and artificial intelligence methods mentioned elsewhere in this document. In particular, the emulation of a computer-implemented neural network model and/or the application of computer-implemented deep learning methods and computer-implemented machine learning methods by the pattern recognition device MEV and/or the control device CTR may include such computer-implemented methods. The control device CTR preferably uses at least part of the data recorded in the device to generate a feature vector, to which the control device then applies a computer-implemented pattern recognition method.
Die Anwendung der technischen Lehre der
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
-
Lichtsensorarray 1 mit Elektronik (Ansteuerung, etc.). Vorzugsweise umfasst das Lichtsensorarray 1 einen CCD Kamerasensor oder dergleichen, wobei jedes CCD Pixel des CCD Kamerasensors einen Lichtsensor des Lichtsensorarrays im Sinne des hier vorgelegten Dokuments darstellt;
Light sensor array 1 with electronics (control, etc.). Preferably, thelight sensor array 1 comprises a CCD camera sensor or the like, each CCD pixel of the CCD camera sensor representing a light sensor of the light sensor array in the sense of the document presented here; - 22
-
Lichtquelle 2. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich beispielsweise um einen Laser oder eine LED handeln. Bevorzugt strahlt die Lichtquelle 2 bei Versorgung mit elektrischer Energie Pumpstrahlung 13 (LB) der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp ab. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die Lichtquelle 2 auch als Pumpstrahlungsquelle PL mit dem Bezugszeichen PL;
Light source 2. Thelight source 2 can be, for example, a laser or an LED. When supplied with electrical energy, thelight source 2 preferably emits pump radiation 13 (LB) of the pump radiation wavelength λ pmp . The document presented here also refers to thelight source 2 as a pump radiation source PL with the reference symbol PL; - 33
- Beleuchtungsoptik;lighting optics;
- 44
- optischer Filter (Shortpass);optical filter (short pass);
- 55
-
Sensorschicht 5.
25 zeigt einen beispielhaften Aufbau der Sensorschicht 5 für die Bestrahlung durch eine externe Pumplichtquelle 2 als Pumpstrahlungsquelle PL;Sensor layer 5.25 shows an exemplary structure of thesensor layer 5 for irradiation by an external pumplight source 2 as a pump radiation source PL; - 66
-
optischer Filter (Longpass) 6. Der optische Filter 6 hat die Funktion des dichroitischen Spiegels / optischer Filters F1 zur Trennung der Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB;optical filter (long pass) 6. The
optical filter 6 has the function of the dichroic mirror / optical filter F1 for separating the fluorescence radiation FL from the pump radiation LB; - 77
-
abbildende Optik 7;
imaging optics 7; - 88th
-
Gehäuse 8. Beispielsweise kann es sich bei dem Gehäuse 8 der Magnetfeldkamera um ein 3D-Druckgehäuse handeln. Das Gehäuse 8 der Magnetfeldkamera kann beispielsweise oberer Gehäuseteil 40 des Gehäuses 8 und einen unteren Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 umfassen;
Housing 8. For example, thehousing 8 of the magnetic field camera can be a 3D printed housing. Thehousing 8 of the magnetic field camera can, for example, comprise anupper housing part 40 of thehousing 8 and alower housing part 41 of thehousing 8; - 99
-
Trägermaterial I 9. Typischerweise umfasst das Trägermaterial I 9 eine Teilvorrichtung des unteren Gehäuseteils 41 des Gehäuses 8 der Magnetfeldkamera und/oder das Material eines Schaltungsträgers (PCB) und/oder ein Halbleiter-Wafer-Teil (Die) und/oder eine mikrointegrierte Halbleiterschaltung und/oder eine mikromechanische Vorrichtung und/oder eine mikroelektromechanische Vorrichtung und/oder eine mikrooptische Vorrichtung und/oder eine mikroelektrooptische Vorrichtung und/oder eine mikrofluidische Vorrichtung etc. und/oder Kombinationen dieser;
Carrier material I 9. Typically, the carrier material I 9 comprises a partial device of thelower housing part 41 of thehousing 8 of the magnetic field camera and/or the material of a circuit carrier (PCB) and/or a semiconductor wafer part (Die) and/or a micro-integrated semiconductor circuit and /or a micromechanical device and/or a microelectromechanical device and/or a microoptical device and/or a microelectrooptical device and/or a microfluidic device etc. and/or combinations thereof; - 1010
-
Verspiegelung 10;
mirroring 10; - 1111
-
Schicht 11 mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren. Bevorzugt umfasst diese Schicht eine Vielzahl von Kristallen und/oder Nanokristallen 66, die vorzugsweise vollkommen zufällig, gleichverteilt orientiert sind und deren Dichte vorzugsweise im Wesentlichen nicht abhängig von der Position in der Schicht ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kristallen und/oder Nanokristallen 66 um Diamanten. Vorzugsweise handelt es sich bei den paramagnetischen Zentren um NV-Zentren. Bei diesem Diamantmaterial handelt es sich bevorzugt um NV-reichem Diamantstaub in einem optisch transparentem Verbundmaterial, das für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Pumpstrahlung 13, mit Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und für elektromagnetische Strahlung mit Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl im Wesentlichen transparent ist. Typischerweise umfasst die Sensorschicht 5 diese Schicht 11. Die Schicht 11 umfasst bevorzugt eine verfestigte kolloidale Mischung KL eines mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH ausgehärteten Trägermaterials TM. In das Trägermaterial TM sind bevorzugt eine Vielzahl von Diamanten DM bzw. Nanodiamanten und/oder Kristalle eingebettet. Einer oder mehrere oder alle Diamanten DM bzw. Nanodiamanten dieser Diamanten DM und/oder Kristalle weisen vorzugsweise NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials TM emittieren bevorzugt bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL;
Layer 11 with crystals and/ornanocrystals 66 with paramagnetic centers. This layer preferably comprises a plurality of crystals and/ornanocrystals 66, which are preferably oriented completely randomly, uniformly distributed and whose density is preferably essentially not dependent on the position in the layer. Preferably the crystals and/ornanocrystals 66 are diamonds. The paramagnetic centers are preferably NV centers. This diamond material is preferably NV-rich diamond dust in an optically transparent composite material that is essentially transparent for electromagnetic radiation, forexample pump radiation 13, with pump radiation wavelength λ pmp and for electromagnetic radiation with fluorescent radiation wavelength λ fl . Typically, thesensor layer 5 comprises thislayer 11. Thelayer 11 preferably comprises a solidified colloidal mixture KL of a carrier material TM cured by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H. A large number of diamonds DM or nanodiamonds and/or crystals are preferably embedded in the carrier material TM. One or more or all diamonds DM or nanodiamonds of these diamonds DM and/or crystals preferably have NV centers NVZ and/or other paramagnetic centers. The NV centers NVZ of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the carrier material TM preferably emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB; - 1212
-
Trägermaterial II 12. Bei dem Trägermaterial II 12 kann es sich beispielsweise um eine Glasplatte 46 handeln, die gleichzeitig als beispielhaftes optisches Funktionselement die Schicht 11 mit Kristallen und/oder Nanokristallen 66 mit paramagnetischen Zentren mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments handelt es sich bei dem Trägermaterial II 12 um einen Lichtwellenleiter LWL;
Carrier material II 12. Thecarrier material II 12 can be, for example, aglass plate 46, which simultaneously irradiates thelayer 11 with crystals and / ornanocrystals 66 with paramagnetic centers withpump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp as an exemplary optical functional element. For the purposes of the document presented here, thecarrier material II 12 is an optical fiber LWL; - 1313
-
Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die Pumpstrahlung 13 auch mit dem Bezugszeichen LB (Wie Laser-Beam);Pump
radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp . The document presented here also designates thepump radiation 13 with the reference symbol LB (like laser beam); - 1414
-
Fluoreszenzstrahlung 14 mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die Fluoreszenzstrahlung 14 auch mit dem Bezugszeichen FL (Wie Fluoreszenz);
Fluorescence radiation 14 with the fluorescence radiation wavelength λ fl . The document presented here also designates thefluorescent radiation 14 with the reference symbol FL (like fluorescence); - 1515
-
Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1;
Evaluation electronics 15 of thelight sensor array 1; - 1616
-
vorzugsweise ebene Fläche 16;preferably
flat surface 16; - 1717
-
ferromagnetisches Material 17;
ferromagnetic material 17; - 1818
-
Fehler in dem beispielhaften ferromagnetischen Material 17 der
26 ;Defects in the exemplaryferromagnetic material 17 of26 ; - 1919
-
Hilfsmagnet 19;
auxiliary magnet 19; - 2020
-
beispielhafte Bewegungsrichtung 20;exemplary direction of
movement 20; - 2121
-
Magnetfeldkamerakopf 21;magnetic
field camera head 21; - 2222
-
Unterseite der Sensorschicht 5 in Richtung vom Lichtsensorarray 1 weg;Underside of the
sensor layer 5 in the direction away from thelight sensor array 1; - 2323
-
Oberseite der Sensorschicht 5 in Richtung des Lichtsensorarrays 1;Top of the
sensor layer 5 in the direction of thelight sensor array 1; - 2424
-
Unterseite 24 des Gehäuses 8 der Magnetfeldkamera;
Bottom 24 of thehousing 8 of the magnetic field camera; - 2525
-
Sensorschichtdicke 25 der Sensorschicht 5;
Sensor layer thickness 25 of thesensor layer 5; - 2626
-
der Abstand 26 zwischen Sensorschicht 5 und der Außenfläche des Gehäuses 8 der Magnetfeldkamera im Bereich der Sensorschicht 5. In den hier vorgestellten Beispielen betrug der Abstand zwischen der Sensorschicht 5 und der Oberfläche 34 des Messobjekts 17 weniger als 1mm;the
distance 26 between thesensor layer 5 and the outer surface of thehousing 8 of the magnetic field camera in the area of thesensor layer 5. In the examples presented here, the distance between thesensor layer 5 and thesurface 34 of themeasurement object 17 was less than 1 mm; - 2727
-
elektromagnetische Strahlung 27 anderer Wellenlängenbereiche 27;
electromagnetic radiation 27 of other wavelength ranges 27; - 2828
-
Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21;
Computer system 28 for operating the magneticfield camera head 21; - 2929
-
Datenbus 29 zur Herstellung der Datenverbindung zwischen Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 des Magnetfeldkamerakopfes 21 und Rechnersystem 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21;
Data bus 29 for establishing the data connection betweenprocessing circuit 30 for the output signals 31 of the light sensors of thelight sensor array 1 of the magneticfield camera head 21 andcomputer system 28 for operating the magneticfield camera head 21; - 3030
-
Aufbereitungsschaltung 30 für die Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 des Magnetfeldkamerakopfes 21. Die Aufbereitungsschaltung 30 ist bevorzugt Teil der Auswerteelektronik 15 des Magnetfeldkamerakopfes 21;Processing
circuit 30 for the output signals 31 of the light sensors of thelight sensor array 1 of the magneticfield camera head 21. Theprocessing circuit 30 is preferably part of theevaluation electronics 15 of the magneticfield camera head 21; - 3131
-
Ausgangssignale 31 der Lichtsensoren des Lichtsensorarrays 1 des Magnetfeldkamerakopfes 21;Output signals 31 of the light sensors of the
light sensor array 1 of the magneticfield camera head 21; - 3232
-
Bildschirm 32 der Magnetfeldkamera;
Screen 32 of the magnetic field camera; - 3333
-
Rechnerkern 33 des Rechnersystems 28 zur Bedienung des Magnetfeldkamerakopfes 21 der Magnetfeldkamera mit zumindest einer CPU;
Computer core 33 of thecomputer system 28 for operating the magneticfield camera head 21 of the magnetic field camera with at least one CPU; - 3434
-
Oberfläche 34 des Messobjekts. In
16 Oberfläche des ferromagnetischen Materials 17;Surface 34 of the measurement object. In16 surface of theferromagnetic material 17; - 3535
-
Ansteuervorrichtung 35 für die Elektromagnete der Hilfsmagnete 19 des Magnetfeldkamerakopfes 21;
Control device 35 for the electromagnets of theauxiliary magnets 19 of the magneticfield camera head 21; - 3636
-
Schnittstellenschaltung 36;
interface circuit 36; - 3737
-
Permanentmagnete 37 für Prüfzwecke der Magnetfeldkamera und/oder des Magnetfeldkamerakopfes 21;Permanent magnets 37 for testing purposes of the magnetic field camera and/or the magnetic
field camera head 21; - 3838
- Glasplatte 38. Die technische Lehre des hier vorgelegten Dokuments verwendet in einigen Ausprägungen die Glasplatte 38 als Lichtwellenleiter LWL;Glass plate 38. The technical teaching of the document presented here uses the glass plate 38 in some forms as an optical fiber LWL;
- 3939
-
zweidimensionale Falschfarben- Magnetflussdichtenbetragsbild der Verteilung der magnetischen Flussdichte von vier Permanentmagneten 37 auf einer Glasplatte 38, das mit einer Magnetfeldkamera mit einem Magnetfeldkamerakopf 21 entsprechend der hier vorgestellten technischen Lehre ermittelt wurde.Two-dimensional false-color magnetic flux density image of the distribution of the magnetic flux density of four permanent magnets 37 on a glass plate 38, which was determined with a magnetic field camera with a magnetic
field camera head 21 in accordance with the technical teaching presented here. - 4040
-
oberer Gehäuseteil 40 des Gehäuses 8 eines beispielhaften Magnetfeldkamerakopfes 21 einer beispielhaften Magnetfeldkamera. Beispielsweise kann es sich um einen oberen 3D-Druckgehäuseteil des beispielhaften 3D-Druckgehäuses 8 handeln;
upper housing part 40 of thehousing 8 of an exemplary magneticfield camera head 21 of an exemplary magnetic field camera. For example, it can be an upper 3D printed housing part of the exemplary 3D printedhousing 8; - 4141
-
unterer Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 eines beispielhaften Magnetfeldkamerakopfes 21 einer beispielhaften Magnetfeldkamera. Beispielsweise kann es sich um einen unteren 3D-Druckgehäuseteil des beispielhaften 3D-Druckgehäuses 8 handeln;
lower housing part 41 of thehousing 8 of an exemplary magneticfield camera head 21 of an exemplary magnetic field camera. For example, it can be a lower 3D printing housing part of the exemplary3D printing housing 8; - 4242
-
Stromversorgungskabel 42 für das PCB 43 mit den LEDs 44 eines beispielhaften Magnetfeldkamerakopfes 21 einer beispielhaften Magnetfeldkamera;Power supply cable 42 for the
PCB 43 with theLEDs 44 of an exemplary magneticfield camera head 21 of an exemplary magnetic field camera; - 4343
-
Schaltungsträger (PCB) 43 für die LEDs 44 eines beispielhaften Magnetfeldkamerakopfes 21 einer beispielhaften Magnetfeldkamera und deren Energieversorgung 45;Circuit board (PCB) 43 for the
LEDs 44 of an exemplary magneticfield camera head 21 of an exemplary magnetic field camera and its power supply 45; - 4444
-
LED 44 zur Bestrahlung der Sensorschicht 5 über eine Beleuchtungsoptik 3 beispielsweise in Form einer Glasplatte 46 als beispielhaftes optisches Funktionselement mit Pumpstrahlung 13(LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. In dem Beispiel dient die Glasplatte 46 als optisches Funktionselement eines Lichtwellenleiters LWL. Die Kante der Glasplatte 46 das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL, hier das zweite Ende ELWL2 der Glasplatte 46, dar, über den die LEDs 44 als Pumpstrahlungsquellen (2, PL) die Pumpstrahlung 13(LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in den Lichtwellenleiters LWL, hier die Glasplatte 46, einstrahlen. Die Pumpstrahlung 13(LB) mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp tritt dann über Oberfläche der Glasplatte 46 als erstes Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL, hier das erste Ende ELWL1 der Glasplatte 46, aus dem Lichtwellenleiter LWL, hier die Glasplatte 46, wieder aus und in das Trägermaterial TM der verfestigten kolloidalen Mischung KL (Schicht 11) mit den Diamanten DM und/oder Nanodiamanten bz. den Diamanten und/oder Kristallen ND mit den paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren NVZ ein. Die Oberfläche der Glasplatte 46 stellt dabei die erste Endoberfläche EF1 des Lichtwellenleiters LWL dar, über den die LEDs 44 als Pumpstrahlungsquellen (2, PL) in das Sensorelement SE auf der Oberfläche der Glasplatte 46 (Lichtwellenleiter LWL) eintritt. Die optische Strecke zum Lichtsensorarray 1 stellt in dem Beispiel der Magnetfeldkamera mit dem Magnetfeldsensorkopf 21 den zweite Lichtwellenleiter LWL2 im Sinne des hier vorgelegten Dokuments dar. ;
LED 44 for irradiating thesensor layer 5 viaillumination optics 3, for example in the form of aglass plate 46 as an exemplary optical functional element with pump radiation 13 (LB) with the pump radiation wavelength λ pmp . In the example, theglass plate 46 serves as an optical functional element of an optical fiber LWL. The edge of theglass plate 46 represents the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL, here the second end ELWL2 of theglass plate 46, via which theLEDs 44 as pump radiation sources (2, PL) pump the pump radiation 13 (LB) with the pump radiation wavelength λ pmp into the optical waveguide LWL, here theglass plate 46, shine. The pump radiation 13 (LB) with the pump radiation wavelength λ pmp then emerges via the surface of theglass plate 46 as the first end ELWL1 of the optical fiber LWL, here the first end ELWL1 of theglass plate 46, out of the optical fiber LWL, here theglass plate 46, and into that Carrier material TM of the solidified colloidal mixture KL (layer 11) with the diamonds DM and / or nanodiamonds or the diamonds and / or crystals ND with the paramagnetic centers and / or NV centers NVZ. The surface of theglass plate 46 represents the first end surface EF1 of the optical waveguide LWL, via which theLEDs 44 as pump radiation sources (2, PL) enter the sensor element SE on the surface of the glass plate 46 (optical waveguide LWL). In the example of the magnetic field camera with the magneticfield sensor head 21, the optical path to thelight sensor array 1 represents the second optical waveguide LWL2 in the sense of the document presented here. - 4545
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Energieversorgung 45 der LEDs 44 des beispielhaften Schaltungsträgers (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der Magnetfeldkamera;Power supply 45 of the
LEDs 44 of the exemplary circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the magnetic field camera; - 4646
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Glasplatte 46 als beispielhaftes optisches Funktionselement und beispielhafter Lichtwellenleiter LWL, die die paramagnetischen Zentren der Schicht 11 mit Pumpstrahlung 13 mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlen. Die Schicht 11 umfasst dabei bevorzugt Kristalle und/oder Nanokristalle 66 mit diesen paramagnetischen Zentren, die bevorzugt NV-Zentren sind. Bevorzugt umfasst die Schicht 11 eine ausgehärtete kolloidale Mischung KL aus einem Trägermaterial TM und Diamanten DM und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder einem oder mehreren NV-Zentren NVZ. Bevorzugt bildet die Glasplatte 46 die ebene Fläche 16 des unteren Gehäuseteils 41 des Gehäuses 8 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera aus. Die Glasplatte 46 hat hier auch die Funktion des Trägermaterials II 12. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments ist die Glasplatte 46 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera somit ein Lichtwellenleiter LWL bei dem die erste Endfläche ELWL1 senkrecht zur zweiten Endfläche ELWL2 steht. Aus der ersten Endfläche ELWL1, des Lichtwellenleiters LWL, hier die Glasplatte 46, tritt die Pumpstrahlung LB in das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL der Schicht 11 über. Aus der ersten Endfläche ELWL1, des Lichtwellenleiters LWL, hier die Glasplatte 46, tritt die Aushärtestrahlung mit der Aushärtewellenlänge λH aus dem Lichtwellenleiter LWL in das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL der Schicht 11 über. Über die zweite Endfläche ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL, hier der Glasplatte 46, wird die Pumpstrahlung LB und/oder die Aushärtestrahlung mit der Aushärtewellenlänge λH eingespeist;
Glass plate 46 as an exemplary optical functional element and exemplary optical waveguide LWL, which irradiate the paramagnetic centers of thelayer 11 withpump radiation 13 with the pump radiation wavelength λ pmp . Thelayer 11 preferably comprises crystals and/ornanocrystals 66 with these paramagnetic centers, which are preferably NV centers. Thelayer 11 preferably comprises a hardened colloidal mixture KL made of a carrier material TM and diamonds DM and/or diamond nanocrystals ND with one or more paramagnetic centers and/or one or more NV centers NVZ. Theglass plate 46 preferably forms theflat surface 16 of thelower housing part 41 of thehousing 8 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera. Theglass plate 46 here also has the function of thecarrier material II 12. In the sense of the document presented here, theglass plate 46 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera is therefore an optical fiber LWL in which the first end surface ELWL1 is perpendicular to the second end surface ELWL2. From the first end surface ELWL1, of the optical waveguide LWL, here theglass plate 46, the pump radiation LB passes into the carrier material TM of the colloidal mixture KL of thelayer 11. From the first end surface ELWL1, of the optical waveguide LWL, here theglass plate 46, the curing radiation with the hardening wavelength λ H passes from the optical waveguide LWL into the carrier material TM of the colloidal mixture KL of thelayer 11. The pump radiation LB and/or the curing radiation with the curing wavelength λ H is fed in via the second end surface ELWL2 of the optical waveguide LWL, here theglass plate 46; - 4747
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dichroitisch verspiegelte optionale Schicht 47. Diese Schicht hat die Funktion des optischen Filters 6 und des dichroitischen Spiegels / optischer Filters F1 zur Trennung der Fluoreszenzstrahlung FL(14) von der Pumpstrahlung LB(13);dichroic mirrored
optional layer 47. This layer has the function of theoptical filter 6 and the dichroic mirror/optical filter F1 for separating the fluorescent radiation FL(14) from the pump radiation LB(13); - 4848
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Kleber 48;
glue 48; - 4949
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zweiter Kühlkörper 49 zur Kühlung des Schaltungsträgers (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44. Der zweite Kühlkörper 49 umfasst bevorzugt Kupfer als Kühlkörpermaterial des zweiten Kühlkörpers 49;
second heat sink 49 for cooling the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera for theLEDs 44 and their power supply 45 and theLEDs 44. Thesecond heat sink 49 preferably comprises copper as the heat sink material of thesecond heat sink 49; - 5050
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erster Kühlkörper 50 zur Kühlung der Auswertelektronik 15 des Lichtsensorarrays 1 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera und/oder des Lichtsensorarrays 1. Der erste Kühlkörper 50 umfasst bevorzugt Kupfer als Kühlkörpermaterial des ersten Kühlkörpers 50;
first heat sink 50 for cooling theevaluation electronics 15 of thelight sensor array 1 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera and/or thelight sensor array 1. Thefirst heat sink 50 preferably comprises copper as the heat sink material of thefirst heat sink 50; - 5151
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Kühlrippen 51, die thermisch mit dem ersten Kühlkörper 50 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera beispielsweise mittels einer Wärmeleitpaste 53 oder dergleichen gekoppelt sind;cooling
fins 51, which are thermally coupled to thefirst heat sink 50 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera, for example by means of athermal paste 53 or the like; - 5252
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Deckel 52 des Gehäuses 8 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;
Cover 52 of thehousing 8 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 5353
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Wärmeleitpaste 53 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;
Thermal paste 53 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 5454
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Kameragehäuse 54 der Fluoreszenzkamera mit dem Lichtsensorarray 1 mit dessen Auswertelektronik 15 und der abbildenden Optik 7. Es handelt sich um ein beispielhaftes Gehäuse 8 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;
Camera housing 54 of the fluorescence camera with thelight sensor array 1 with itsevaluation electronics 15 and theimaging optics 7. It is anexemplary housing 8 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 5555
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Energiezuleitung 55 zur Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44;
Energy supply line 55 for supplying energy to the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera for theLEDs 44 and their energy supply 45 and theLEDs 44; - 5656
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Anschlussstecker 56 für die Energiezuleitung 55 zur Energieversorgung des Schaltungsträgers (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera für die LEDs 44 und deren Energieversorgung 45 und der LEDs 44;
Connector 56 for thepower supply line 55 for supplying power to the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera for theLEDs 44 and their power supply 45 and theLEDs 44; - 5757
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elastisches und thermisch leitendes Material 57 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;elastic and thermally
conductive material 57 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 5858
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Thermisch leitende Isolationsfolie 58 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;Thermally
conductive insulation film 58 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 5959
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LED-Vorwiderstände 59 der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera für die LEDs 44;
LED series resistors 59 of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera for theLEDs 44; - 6060
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elektronische Bauteile 60 der Energieversorgung der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;
electronic components 60 for the power supply of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 6161
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Spannungsregler und/oder Regeltransistor 61. Der Spannungsregler und/oder Regeltransistor 61 ist typischerweise ein elektronisches Bauteile 60 der Energieversorgung der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera. Der Spannungsregler und/oder Regeltransistor 61 ist typischerweise das Stellglied der Spannungsreglung der Energieversorgung der LEDs 44 auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;Voltage regulator and/or
control transistor 61. The voltage regulator and/orcontrol transistor 61 is typically anelectronic component 60 for the power supply of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera. The voltage regulator and/orcontrol transistor 61 is typically the actuator of the voltage regulation of the power supply of theLEDs 44 on the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 6262
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Kodierstecker 62 zur Änderung analoger Betriebsparameter der elektronischen Schaltung auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;
Coding plug 62 for changing analog operating parameters of the electronic circuit on the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 6363
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Befestigungsmittel für die beispielhafte Befestigung des Hilfsmagneten 19 an dem Deckel 52 des Gehäuses des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera ;Fastening means for the exemplary attachment of the
auxiliary magnet 19 to thecover 52 of the housing of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 6464
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Zugangsöffnung 64 in dem unterer Gehäuseteil 41 des Gehäuses 8 an der Unterseite des Gehäuses 8 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera, die die Änderung der Kodierposition des Jumpers des Kodiersteckers 62 und damit eine Änderung analoger Betriebsparameter der elektronischen Schaltung auf dem Schaltungsträger (PCB) 43 nach dem Verschließen des Gehäuses 8 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera erlaubt. Hierfür muss der Kodierstecker 64 jedoch auf der anderen Seite des Schaltungsträgers (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera als in den
30 ,31 ,35 ,38 ,39 gezeigt montiert werden. Bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments wurde erkannt, dass eine Kodierung auf dieser Seite des Schaltungsträgers (PCB) 43 statt mit Jumpern und Kodiersteckern 62 durch Lötbrücken effizienter und haltbarer ist;Access opening 64 in thelower housing part 41 of thehousing 8 on the underside of thehousing 8 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera, which allows the change in the coding position of the jumper of thecoding plug 62 and thus a change in analog operating parameters of the electronic circuit on the circuit board (PCB) 43 closing thehousing 8 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera. For this, however, thecoding plug 64 must be on the other side of the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera than in the30 ,31 ,35 ,38 ,39 shown. When developing the technical teaching of this document, it was recognized that coding on this side of the circuit board (PCB) 43 instead of using jumpers and coding plugs 62 using solder bridges is more efficient and more durable; - 6565
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Öffnung 65 in dem Schaltungsträger (PCB) 43 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera für die LEDs 44. Die Öffnung 65 dient dazu, dass die Fluoreszenzstrahlung 14 der paramagnetischen Zentren, also beispielsweise der NV-Zentren, in der Schicht 11 der Sensorschicht 5 auf der Unterseite der Glasplatte 46 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera durch die Glasplatte 46 und die Öffnung in dem Schaltungsträger (PCB) 43 zum Lichtsensorarray 1 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera gelangen kann
Opening 65 in the circuit board (PCB) 43 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera for theLEDs 44. Theopening 65 serves to ensure that thefluorescent radiation 14 of the paramagnetic centers, for example the NV centers, in thelayer 11 of thesensor layer 5 on the Underside of theglass plate 46 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera can reach thelight sensor array 1 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera through theglass plate 46 and the opening in the circuit board (PCB) 43 - 6666
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Kristall, vorzugsweise Nano-Kristall 66 und/oder Diamant mit vorzugsweise mehreren paramagnetischen Zentren und/oder einem oder mehreren NV-Zentren NVZ;Crystal, preferably nano-
crystal 66 and/or diamond with preferably several paramagnetic centers and/or one or more NV centers NVZ; - 6767
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erste Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements (Glasplatte 46 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera);
first surface 67 of the first optical functional element (glass plate 46 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera); - 6868
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zweite Oberfläche 68 des ersten optischen Funktionselements (Glasplatte 46 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera);
second surface 68 of the first optical functional element (glass plate 46 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera); - 6969
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Diffusor-Schicht 69. Im Sinne der technischen Lehre des hiervorgelegten Dokuments kann die Diffusor-Schicht 69 auch eine Diffuser-Struktur auf der ersten Oberfläche 67 oder auf der zweiten Oberfläche 68 des ersten optischen Funktionselements, insbesondere der Glasplatte 46 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera sein. Bevorzugt befindet sich die Diffusor-Schicht 69 an der ersten Oberfläche 67 des ersten optischen Funktionselements der Sensorschicht 5 - hier der Glasplatte 46 des Magnetfeldsensorkopfes 21 der beispielhaften Magnetfeldkamera;
Diffuser layer 69. In the sense of the technical teaching of the document presented here, thediffuser layer 69 can also be a diffuser structure on thefirst surface 67 or on thesecond surface 68 of the first optical functional element, in particular theglass plate 46 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera be. Thediffuser layer 69 is preferably located on thefirst surface 67 of the first optical functional element of the sensor layer 5 - here theglass plate 46 of the magneticfield sensor head 21 of the exemplary magnetic field camera; - 7070
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Anschlussleitung der LEDs 44;connecting cable for the
LEDs 44; - 7171
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Anschlussstecker und/oder Anschlussbuchse 71 des Mikrowellensignals µW und/oder des HF-Signals RW an einen Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) auf der Oberfläche des Trägersubstrats 1360. Im Falle des Anschlusses eines differentiellen Mikrostreifenwellenleiters 6830 oder einer differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 ist der Anschlussstecker und/oder Anschlussbuchse 71 vorzugsweise als Triaxstecker oder Triaxbuchse ausgeführt. Informationen hierzu können unter der URL https://de.wikipedia.org/wiki/Triaxialkabel im Internet gefunden werden. Die hier offengelegte technische Lehre beschreibt somit einen Anschluss einer Wellenleitung auf dem Trägersubstrat 1360 mittels eines Triaxkabels und ggf. der zugehörigen Triaxverbindungen.Connection plug and/or
connection socket 71 of the microwave signal µW and/or the HF signal RW to a waveguide (1380, 1880, 2380, 6830, 6980) on the surface of thecarrier substrate 1360. In the case of connecting adifferential microstrip waveguide 6830 or a differential tri -Plate line 6980, the connection plug and/orconnection socket 71 is preferably designed as a triax plug or triax socket. Information about this can be found on the Internet at the URL https://de.wikipedia.org/wiki/Triaxialkabel. The technical teaching disclosed here therefore describes a connection of a waveguide to thecarrier substrate 1360 by means of a triax cable and, if necessary, the associated triax connections. - 7272
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Speicher 72 und/oder Speichermedium des Rechnerkerns 33 im Rechnersystem 38; Der Speicher 72 und/oder das Speichermedium können flüchtige Speicher RAM und nicht flüchtige Speicher ROM umfassen.
Memory 72 and/or storage medium of thecomputer core 33 in the computer system 38; Thememory 72 and/or the storage medium may include volatile memory RAM and non-volatile memory ROM. - λflλfl
- Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung 14 (FL);Fluorescence radiation wavelength λ fl of the fluorescence radiation 14 (FL);
- λpmpλpmp
- Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung 13 (LB);Pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation 13 (LB);
- 140140
- Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL, wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist;Providing 140 an optical waveguide LWL, the optical waveguide LWL having a first end ELWL1 and a second end ELWL2;
- 145145
- Bereitstellen 145 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten DM bzw. Nanodiamanten eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM bzw. Nanodiamanten dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;Providing 145 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , a plurality of diamonds DM or nanodiamonds being embedded in the carrier material (TM) and one or more or all diamonds DM or nanodiamonds of these diamonds being DM NV- Centers NVZ and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers NVZ of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL upon irradiation with pump radiation LB;
- 145145
- ggf. Vorhärten 147 (Pre-Bake) des Sensorelements SE durch eine vorausgehende Temperaturbehandlung;if necessary, pre-hardening 147 (pre-bake) of the sensor element SE through a previous temperature treatment;
- 150150
- Benetzen 150 des ersten Endes des Lichtwellenleiters TM auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten DM bzw. Nanodiamanten und/oder Kristalle mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder einem oder mehreren paramagnetischen Zentren aufweist;Wetting 150 the first end of the optical waveguide TM to a wetting length L B with the carrier material TM, which has the plurality of embedded diamonds DM or nanodiamonds and / or crystals with one or more NV centers and / or one or more paramagnetic centers;
- 155155
- Einspeisen 155 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt, wobei das ausgehärtete Trägermaterial TM das Sensorelement SE ausbildet;Feeding 155 electromagnetic radiation into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL, the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , being selected so that the carrier material TM hardens at the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL and turns into a solid, the hardened Carrier material TM forms the sensor element SE;
- 160160
- Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement bildet;Removing 160 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent, the remaining film of the carrier material TM forming the sensor element at the first end of the optical waveguide LWL;
- 165165
- ggf. Nachhärten 165 (Post-Bake) des Sensorelements SE durch eine nachfolgende Temperaturbehandlung;if necessary, post-hardening 165 (post-bake) of the sensor element SE through a subsequent temperature treatment;
- 167167
- Bereitstellen 167 eines Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H, insbesondere eines Permanentmagneten PM (in Anwendungsbeispiel I);Providing 167 a sensor head housing GH of the sensor head SK and an excitation source for magnetic excitation H, in particular a permanent magnet PM (in application example I);
- 170170
-
Einbau 170 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement SE in den Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und Einbau der einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H in das Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK (in Anwendungsbeispiel I);
Installation 170 of the optical fiber LWL with the newly formed sensor element SE in the channel KN of the sensor head housing GH of the sensor head SK and installation of an excitation source for magnetic excitation H in the sensor head housing GH of the sensor head SK (in application example I); - 180180
- Verwendung 180 des Sensorkopfes SK zur ortsaufgelösten Vermessung der magnetischen Eigenschaften des Materials eines Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks (in Anwendungsbeispiel I), wobei die Ortsauflösung besser als 500µm und/oder besser als 200µm und/oder besser als 100µm und/oder besser als 50µm und/oder besser als 20µm und/oder besser als 10µm ist. Dabei ist Auflösung die Möglichkeit zwei beieinanderliegende Störungen der magnetischen Eigenschaften einer Oberfläche OF eines Werkstücks noch durch ein Extremum von 5% der Signalamplitude zu können, wenn diese entsprechend der Auflösung voneinander beabstandet sind. Solche Störungen können beispielsweise Risse, Lunker, Materialinhomogenitäten etc. sein.Use 180 of the sensor head SK for spatially resolved measurement of the magnetic properties of the material of a workpiece near the surface OF of the workpiece (in application example I), the spatial resolution being better than 500µm and/or better than 200µm and/or better than 100µm and/or is better than 50µm and/or better than 20µm and/or better than 10µm. Resolution is the possibility of detecting two adjacent disturbances in the magnetic properties of a surface OF a workpiece through an extremum of 5% of the signal amplitude if they are spaced apart according to the resolution. Such disturbances can be, for example, cracks, cavities, material inhomogeneities, etc.
- 182182
- Bereitstellen 182 eines Gehäuses GH des Motors;providing 182 a housing GH of the motor;
- 185185
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Einbau 185 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement SE in die Öffnung OF des Gehäuses GH des Motors;
Installation 185 of the optical fiber LWL with the newly formed sensor element SE in the opening OF of the housing GH of the motor; - 187187
- Verwendung 187 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement SE zur Vermessung der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS.Use 187 of the optical fiber LWL with the newly formed sensor element SE for measuring the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS.
- 190190
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ggf. Ermittlung 190 des Zeitpunkten des Nulldurchgangs des Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS und/oder ggf. Ermittlung 190 des Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS.if necessary,
determination 190 of the time of the zero crossing of the amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS and/or if necessary,determination 190 of the amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS. - 193193
- ggf. Ermittlung 193 oder Schätzung der Position des Magnetfelds innerhalb des Luftspalts des Motors.if necessary, determine 193 or estimate the position of the magnetic field within the air gap of the motor.
- 195195
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ggf. Kommutierung 195 der Bestromung einer oder mehrerer Statorspulen des Motors und/oder einer oder mehrerer Rotorspulen des Motors in Abhängigkeit a) von den ermittelten Zeitdurchgängen des Nulldurchgangs des Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS und/oder b) von dem ermittelten Betrags der magnetischen Flussdichte B der magnetischen Flussdichte B innerhalb des Luftspalts LS des Motors oder im Streufeld BSTR des Magnetfelds im Luftspalt LS und/oder von der ermittelten oder geschätzten Position des Magnetfelds innerhalb des Luftspalts des MotorsIf necessary,
commutation 195 of the energization of one or more stator coils of the motor and / or one or more rotor coils of the motor depending on a) on the determined time transitions of the zero crossing of the amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS and / or b) from the determined amount of the magnetic flux density B of the magnetic flux density B within the air gap LS of the motor or in the stray field BSTR of the magnetic field in the air gap LS and / or from the determined or estimated position of the magnetic field within the air gap of the engine - 511511
- Diagramm der Resonanzlinien des Anteils mit Mikrowellenmodulationsfrequenz f µW an der der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines mit NV-Zentren versehenen Diamant-Einkristalls in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms 511 aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse des Diagramms 511 in willkürlichen Einheiten aufgetragen (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“) . In dem Beispiel ist ein einzelner Diamantkristall in [111] gegenüber der Richtung der magnetischen Flussdichte B eines Magnetfelds ausgerichtet. Das in dem Diagramm 511 dargestellte Verhalten ist aus dem Stand der Technik bekannt;Diagram of the resonance lines of the portion with microwave modulation frequency f µW of the intensity I of the fluorescence radiation FL of a diamond single crystal provided with NV centers as a function of the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is in the X -Axis of diagram 511 plotted. The magnetic flux density B is plotted on the Y-axis of the diagram 511 in arbitrary units (“arbitrary units” or abbreviated “au”). In the example, a single diamond crystal in [111] is aligned with the direction of the magnetic flux density B of a magnetic field. The behavior shown in diagram 511 is known from the prior art;
- 512512
- Resonanzlinie von NV-Zentren eines Diamant-Einkristalls für die Spinquantenzahl ms=-1, der gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds in [111] Richtung ausgerichtet ist und wobei die bei dieser Resonanzlinie wechselwirkenden NV-Zentren des Diamant-Einkristalls in der [111]-Richtung des Diamant-Einkristalls ausgerichtet sind. Die B-Komponente des Mikrowellenfeldes ist gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds senkrecht ausgerichtet. Die Resonanzlinie entspricht der Spinquantenzahl ms=-1;Resonance line of NV centers of a diamond single crystal for the spin quantum number m s =-1, which is aligned in the [111] direction with respect to the magnetic flux density B of the magnetic field and where the NV centers of the diamond single crystal interacting at this resonance line are in the [ 111] direction of the diamond single crystal are aligned. The B component of the microwave field is oriented perpendicular to the magnetic flux density B of the magnetic field. The resonance line corresponds to the spin quantum number m s =-1;
- 513513
- Resonanz eines Einkristalls, der gegenüber dem Magnetfeld in [111] Richtung ausgerichtet ist und wobei die bei dieser Resonanzlinie wechselwirkenden NV-Zentren des Diamant-Einkristalls in einer der drei anderen Kristallrichtungen des Diamant-Einkristalls gegenüber der [111]-Richtung des Diamant-Einkristalls ausgerichtet sind. Die B-Komponente des Mikrowellenfeldes ist gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds senkrecht ausgerichtet. Die Resonanzlinie entspricht der Spinquantenzahl ms=-1Resonance of a single crystal that is aligned with respect to the magnetic field in the [111] direction and where the NV centers of the diamond single crystal interacting at this resonance line are in one of the three other crystal directions of the diamond single crystal compared to the [111] direction of the diamond single crystal are aligned. The B component of the microwave field is oriented perpendicular to the magnetic flux density B of the magnetic field. The resonance line corresponds to the spin quantum number m s =-1
- 514514
- Resonanzlinie von NV-Zentren eines Diamant-Einkristalls für die Spinquantenzahl ms=+1, der gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds in [111] Richtung ausgerichtet ist und wobei die bei dieser Resonanzlinie wechselwirkenden NV-Zentren des Diamant-Einkristalls in einer der drei anderen Kristallrichtungen des Diamant-Einkristalls gegenüber der [111]-Richtung des Diamant-Einkristalls ausgerichtet sind. Die B-Komponente des Mikrowellenfeldes ist gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds senkrecht ausgerichtet. Die Resonanzlinie entspricht der Spinquantenzahl ms=+1;Resonance line of NV centers of a diamond single crystal for the spin quantum number m s =+1, which is aligned in the [111] direction with respect to the magnetic flux density B of the magnetic field and where the NV centers of the diamond single crystal interacting at this resonance line are in one of the three other crystal directions of the diamond single crystal are aligned opposite the [111] direction of the diamond single crystal. The B component of the microwave field is oriented perpendicular to the magnetic flux density B of the magnetic field. The resonance line corresponds to the spin quantum number m s =+1;
- 515515
- Resonanzlinie von NV-Zentren eines Diamant-Einkristalls für die Spinquantenzahl ms=+1, der gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds in [111] Richtung ausgerichtet ist und wobei die bei dieser Resonanzlinie wechselwirkenden NV-Zentren des Diamant-Einkristalls in der [111]-Richtung des Diamant-Einkristalls ausgerichtet sind. Die B-Komponente des Mikrowellenfeldes ist gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds senkrecht ausgerichtet. Die Resonanzlinie entspricht der Spinquantenzahl ms=+1;Resonance line of NV centers of a diamond single crystal for the spin quantum number m s =+1, which is aligned in the [111] direction with respect to the magnetic flux density B of the magnetic field and where the NV centers of the diamond single crystal interacting at this resonance line are in the [ 111] direction of the diamond single crystal are aligned. The B component of the microwave field is oriented perpendicular to the magnetic flux density B of the magnetic field. The resonance line corresponds to the spin quantum number m s =+1;
- 520520
- Diagramm der Resonanz der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber dem Magnetfeld ausgerichtet. Dieses Verhalten ist aus dem Stand der Technik bekannt.Diagram of the resonance of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals, which are oriented differently in space randomly and essentially equally distributed, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic Flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the x-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions with respect to the magnetic field. This behavior is known from the prior art.
- 522522
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untere Resonanzkante 522. Es handelt sich um die untere Resonanzkante der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte B des Magnetfelds ausgerichtet.
lower resonance edge 522. This is the lower resonance edge of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals that are randomly and essentially uniformly distributed to one another are oriented differently in space, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions with respect to the magnetic flux density B of the magnetic field. - 523523
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untere mittlere Resonanzkante 523. Es handelt sich um die untere mittlere Resonanzkante der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds ausgerichtet.lower
middle resonance edge 523. This is the lower middle resonance edge of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals that are random to one another and in Essentially equally distributed, they are oriented differently in space, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions relative to the magnetic flux density of the magnetic field. - 524524
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obere mittlere Resonanzkante 524. Es handelt sich um die obere mittlere Resonanzkante der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds ausgerichtet.upper
middle resonance edge 524. This is the upper middle resonance edge of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals that are random to one another and in Essentially equally distributed, they are oriented differently in space, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions relative to the magnetic flux density of the magnetic field. - 525525
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obere Resonanzkante 525. Es handelt sich um die obere Resonanzkante der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds ausgerichtet.
upper resonance edge 525. This is the upper resonance edge of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals that are randomly and essentially uniformly distributed to one another are oriented differently in space, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions relative to the magnetic flux density of the magnetic field. - 526526
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unteres Resonanzteilfeld. Es handelt sich um das untere Resonanzteilfeld der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds ausgerichtet. Die untere Resonanzkante 522 begrenzt das untere Resonanzteilfeld 26 zu niedrigeren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu niedrigeren magnetischen Flussdichten B hin. Die untere mittlere Resonanzkante 523 begrenzt das untere Resonanzteilfeld 526 zu höheren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu niedrigeren magnetischen Flussdichten B hin. Eine Offsetflussdichte Boff begrenzt das untere Resonanzteilfeld 526 zu kleineren magnetischen Flussdichten B hin weiter.lower resonance subfield. It is the lower resonance subfield of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals, which are oriented differently in space randomly and essentially equally distributed are, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions relative to the magnetic flux density of the magnetic field. The
lower resonance edge 522 limits thelower resonance subfield 26 to lower microwave frequencies ω µW and to lower magnetic flux densities B. The lowermiddle resonance edge 523 limits thelower resonance subfield 526 towards higher microwave frequencies ω µW and towards lower magnetic flux densities B. An offset flux density B off further limits thelower resonance subfield 526 towards smaller magnetic flux densities B. - 527527
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oberes Resonanzteilfeld. Es handelt sich um das obere Resonanzteilfeld der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds ausgerichtet. Die obere Resonanzkante 525 begrenzt das obere Resonanzteilfeld 527 zu niedrigeren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu höheren magnetischen Flussdichten B hin. Die obere mittlere Resonanzkante 24 begrenzt das obere Resonanzteilfeld 527 zu höheren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu höheren magnetischen Flussdichten B hin. Eine Offsetflussdichte Boff begrenzt das obere Resonanzteilfeld 527 zu kleineren magnetischen Flussdichten B hin weiter.upper resonance subfield. It is the upper resonance subfield of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals, which are oriented differently in space randomly and essentially equally distributed are, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions relative to the magnetic flux density of the magnetic field. The
upper resonance edge 525 limits theupper resonance subfield 527 to lower microwave frequencies ω µW and to higher magnetic flux densities B. The uppermiddle resonance edge 24 limits theupper resonance subfield 527 to higher microwave frequencies ωµ W and to higher magnetic flux densities B. An offset flux density B off further limits theupper resonance subfield 527 to smaller magnetic flux densities B. - 528528
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unteres Resonanzfeld. Es handelt sich um das untere Resonanzteilfeld der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds ausgerichtet. Die untere Resonanzkante 522 begrenzt das untere Resonanzfeld 528 zu niedrigeren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu kleineren magnetischen Flussdichten B hin. Die obere Resonanzkante 525 begrenzt das untere Resonanzteilfeld 528 zu höheren Mikrowellenfrequenzen ωµW und zu kleineren magnetischen Flussdichten B hin. Eine Offsetflussdichte Boff begrenzt das untere Resonanzfeld 528 zu höheren magnetischen Flussdichten B hin weiter.lower resonance field. It is the lower resonance subfield of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals, which are oriented differently in space randomly and essentially equally distributed are, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions relative to the magnetic flux density of the magnetic field. The
lower resonance edge 522 limits thelower resonance field 528 to lower microwave frequencies ω µW and to smaller magnetic flux densities B. Theupper resonance edge 525 limits thelower resonance subfield 528 towards higher microwave frequencies ω µW and towards smaller magnetic flux densities B. An offset flux density B off further limits thelower resonance field 528 towards higher magnetic flux densities B. - 529529
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mittleres Resonanzminimum 529. Es handelt sich um das mittlere Resonanzminimum der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL bzw. der Änderung der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des Resonanzfelds der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Kollektivs von Diamantkristallen, die zueinander zufällig und im Wesentlichen gleichverteilt unterschiedlich im Raum orientiert sind, in Anhängigkeit von der Mikrowellenfrequenz ωµW und von der magnetischen Flussdichte B. Dabei ist die Mikrowellenfrequenz ωµW in der X-Achse des Diagramms aufgetragen. Die magnetische Flussdichte B ist in der Y-Achse in willkürlichen Einheiten aufgetragen. (englisch: „arbitrary units“ oder abgekürzt „au“), In dem Beispiel sind die Diamanten der Vielzahl der Diamantkristalle in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds ausgerichtet. Das Resonanzminimum verläuft zwischen der unteren mittleren Resonanzkante 523 und der oberen mittleren Resonanzkante 524.Eine Offsetflussdichte Boff begrenzt das Resonanzminimum 529 zu kleineren magnetischen Flussdichten B hin weiter.
mean resonance minimum 529. This is the mean resonance minimum of the intensity I is the fluorescence radiation FL or the change in intensity I is the fluorescence radiation FL of the resonance field of the intensity I is the fluorescence radiation FL of a collective of diamond crystals that are randomly and essentially equally distributed to one another are oriented differently in space, depending on the microwave frequency ω µW and the magnetic flux density B. The microwave frequency ω µW is plotted on the X-axis of the diagram. The magnetic flux density B is plotted on the Y axis in arbitrary units. (English: “arbitrary units” or abbreviated “au”), In the example, the diamonds of the large number of diamond crystals are aligned in different directions relative to the magnetic flux density of the magnetic field. The resonance minimum runs between the lowermiddle resonance edge 523 and the uppermiddle resonance edge 524. An offset flux density B off further limits theresonance minimum 529 to smaller magnetic flux densities B. - 530530
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Spitze der V-Formation 530 aus unterer Resonanzkante 522 und einer oberer Resonanzkante 525;Tip of the V-
formation 530 consisting of alower resonance edge 522 and anupper resonance edge 525; - 541541
-
Linie 541 entlang derer der Arbeitspunkt des Sensorelements SE wandert, wenn für die Bestimmung einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk die Vorrichtung beispielsweise die wirksame magnetische Referenzflussdichte Bref mittels Änderung der zusätzlichen wirksamen magnetischen Flussdichte Badw verändert;
Line 541 along which the operating point of the sensor element SE moves when, for the determination of an unknown microwave frequency ω µWnk, the device changes, for example, the effective magnetic reference flux density B ref by changing the additional effective magnetic flux density B adw ; - 542542
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Schnittpunkt 542 der Linie 543 mit der unteren Resonanzkante 522;
Intersection 542 ofline 543 withlower resonance edge 522; - 543543
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Linie 543 entlang derer der Arbeitspunkt des Sensorelements SE wandert, wenn für die Bestimmung einer unbekannten Mikrowellenfrequenz ωµWnk die Vorrichtung beispielsweise die ein Mikrowellensignal µW mit der variierten Mikrowellenfrequenz ωµW zumischt und sich hierdurch innerhalb des Sensorelements SE Mikrowellensignalanteile mit einer gemischten Mikrowellenfrequenz von ωµWmix+=ωµWnk+ωµW und ωµWmix-=ωµWnk-ωµW. ergeben;
Line 543 along which the operating point of the sensor element SE moves if, for the determination of an unknown microwave frequency ω µWnk, the device, for example, mixes a microwave signal µW with the varied microwave frequency ω µW and thereby microwave signal components with a mixed microwave frequency of ω µWmix + = within the sensor element SE ω µWnk +ω µW and ω µWmix -=ω µWnk -ω µW . result; - 545545
-
Schnittpunkt 545 der Linie 543 mit der oberen Resonanzkante 525;
Intersection 545 ofline 543 withupper resonance edge 525; - 561561
-
obere Referenzlinie 561;
upper reference line 561; - 562562
-
untere Referenzlinie 562;
lower reference line 562; - 563563
-
mittlere Referenzlinie 563;
middle reference line 563; - 564564
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Wert 564 der magnetischen Flussdichte B61, der der oberen Referenzlinie 561 zugeordnet ist;
Value 564 of the magnetic flux density B 61 associated with theupper reference line 561; - 565565
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Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist;
Value 565 of magnetic flux density B 62 associated withlower reference line 562; - 566566
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Differenz 566 des Werts der magnetischen Flussdichte B63, der der mittleren Referenzlinie 563 zugeordnet ist, minus dem Wert 565 der magnetischen Flussdichte B62, der der unteren Referenzlinie 562 zugeordnet ist;
Difference 566 of the value of the magnetic flux density B 63 associated with themiddle reference line 563 minus thevalue 565 of the magnetic flux density B 62 associated with thelower reference line 562; - 567567
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Steigung 567 der Kurve;
slope 567 of the curve; - 627627
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Polynomapproximation 627 der Kurve;
Polynomial approximation 627 of the curve; - 13101310
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elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980;electrically conductive left
signal ground surface 1310 of theexemplary slot line 1880 or theexemplary triplate line 2380 or exemplarydifferential triplate line 6980; - 13201320
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elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 beispielhaften Schlitzleitung 1880 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980;electrically conductive right
signal ground surface 1320 of theexemplary slot line 1880 or theexemplary triplate line 2380 or exemplarydifferential triplate line 6980; - 13301330
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Signalleiter 1330 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 bzw. beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980;
Signal conductor 1330 of theexemplary microstrip line 1380 or exemplarydifferential microstrip line 6880 or theexemplary triplate line 2380 or exemplarydifferential triplate line 6980; - 13401340
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elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationsfläche 1340. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments handelt es sich um eine Clearance, durch die im Falle eines optisch für Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH aus dem Trägersubstrat 1360 in ein ggf. aufgebrachtes Trägermaterial TM austreten kann und/oder durch die Pumpstrahlung LB aus dem Trägersubstrat 1360 in ein aufgebrachtes Sensorelement SE übertreten kann;electrically essentially non-conductive
left insulation surface 1340. In the sense of the document presented here, this is a clearance through which, in the case of anoptical curing radiation 4910 of a curing wavelength λ H , can emerge from thecarrier substrate 1360 into a possibly applied carrier material TM and /or can pass through the pump radiation LB from thecarrier substrate 1360 into an applied sensor element SE; - 13501350
-
elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationsfläche 1350. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments handelt es sich um eine Clearance, durch die im Falle eines optisch für Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH aus dem Trägersubstrat 1360 in ein ggf. aufgebrachtes Trägermaterial TM austreten kann und/oder durch die Pumpstrahlung LB aus dem Trägersubstrat 1360 in ein aufgebrachtes Sensorelement SE übertreten kann;electrically essentially non-conductive
right insulation surface 1350. In the sense of the document presented here, this is a clearance through which, in the case ofoptical curing radiation 4910, a curing wavelength λ H can emerge from thecarrier substrate 1360 into a possibly applied carrier material TM and /or can pass through the pump radiation LB from thecarrier substrate 1360 into an applied sensor element SE; - 13601360
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Trägersubstrat 1360. Insbesondere kann es sich um das Trägersubstrat 1360 der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 oder der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 bzw. beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. beispielhaften Schlitzleitung 1880 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 handeln. Bevorzugt ist das Trägersubstrat 1360 ein dielektrisches Substrat wie beispielsweise eine Keramik mit hoher Dielektrizitätszahl εr. Bei dem Trägersubstrat 1360 kann es sich auch um einen Halbleiterwafer, wie beispielsweise einen Silizium-Wafer oder einen CMOS-Wafer oder BiCMOS-Wafer oder einen Wafer aus einem Bipolar-Halbleiter-Prozess oder ein Wafer aus einem III/V-Material oder ein Wafer aus einem II/VI-Material oder ein Wafer aus einem Mischkristallhableitermaterial oder einen Diamant-Wafer oder einen diamantbeschichteten Wafer handeln. Auch kann es sich bei dem Trägersubstrat 1360 um eine Isolationsschicht eines mikrointegrierten Schaltkreises und/oder eines MEMS-Bauteils oder einer mikro-optischen Systems oder eines mikro-elektro-optischen Systems oder eines mikrofluidischen Systems oder dergleichen handeln.
Carrier substrate 1360. In particular, it can be thecarrier substrate 1360 of theexemplary triplate line 2380 or theexemplary microstrip line 1380 or exemplarydifferential microstrip line 6880 orexemplary slot line 1880 or theexemplary triplate line 2380 or exemplary differentialtri-plate line 6980 trade. Preferably, thecarrier substrate 1360 is a dielectric substrate such as a ceramic with a high dielectric constant ε r . Thecarrier substrate 1360 can also be a semiconductor wafer, such as a silicon wafer or a CMOS wafer or BiCMOS wafer or a wafer from a bipolar semiconductor process or a wafer from a III/V material or a wafer made of a II/VI material or a wafer made of a mixed crystal semiconductor material or a diamond wafer or a diamond-coated wafer. Thecarrier substrate 1360 can also be an insulation layer of a micro-integrated circuit and/or a MEMS component or a micro-optical system or a micro-electro-optical system or a microfluidic system or the like. - 13701370
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elektrisch leitender Rückseitenkontakt 1370 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 bzw. beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. beispielhaften Schlitzleitung 1880 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980;electrically
conductive back contact 1370 of theexemplary microstrip line 1380 or exemplarydifferential microstrip line 6880 orexemplary slot line 1880 or theexemplary triplate line 2380 or exemplarydifferential triplate line 6980; - 13801380
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einzelne Mikrostreifenleitung 1380. Die beispielhafte einzelne Mikrostreifenleitung 1380 umfasst ein vorzugsweise nicht oder nur wenig elektrisch leitendes Trägersubstrat 1360, einen elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 auf der Unterseite des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360, eine elektrisch leitende Signalleitung 1330 auf der Oberseite des elektrisch nichtleitenden Trägersubstrats 1360. Dabei trennt eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationsfläche 1340 die elektrisch leitende Signalleitung 1330 von anderen Schaltungsteilen. Außerdem trennt eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationsfläche 1350 die elektrisch leitende Signalleitung 1330 von anderen Schaltungsteilen. Bevorzugt weist einzelne Mikrostreifenleitung 1380 bezogen auf die elektrisch leitende Signalleitung 1330 als „heißen“ Innenleiter und den elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 als Masseelektrode einen Wellenwiderstand auf;
Single microstrip line 1380. The exemplarysingle microstrip line 1380 comprises a preferably not or only slightly electricallyconductive carrier substrate 1360, an electricallyconductive back contact 1370 on the underside of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, an electricallyconductive signal line 1330 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360 An essentially electrically non-conductiveleft insulation surface 1340 separates the electricallyconductive signal line 1330 from other circuit parts. In addition, an electrically essentially non-conductiveright insulation surface 1350 separates the electricallyconductive signal line 1330 from other circuit parts. Preferably,individual microstrip line 1380 has a characteristic impedance in relation to the electricallyconductive signal line 1330 as the “hot” inner conductor and the electrically conductiverear contact 1370 as the ground electrode; - 14101410
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linkes Sensorelement SE(1410) - links der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 bzw. - links der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden linken Isolationsfläche 1340 der beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. - links der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 in der nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 zwischen der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 und der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 bzw. - links der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 in der nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 zwischen der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 der beispielhaften differentiellen Triplate-Leitung 6980 und der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 der beispielhaften differentiellen Triplate-Leitung 6980 bzw. - links des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 auf der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880;left sensor element SE (1410) - to the left of the electrically
conductive signal line 1330 on the electrically essentially non-conductiveleft insulation surface 1340 of theexemplary microstrip line 1380 or - to the left of the electrically conductiveleft signal line 6810 on the electrically essentially non-conductiveleft insulation surface 1340 of the exemplarydifferential microstrip line 6880 or - to the left of the electricallyconductive signal line 1330 in the non-conductiveleft insulation gap 2340 between the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 of theexemplary triplate line 2380 and the electricallyconductive signal line 1330 or - to the left of the electrically conductiveleft signal line 6810 in the non-conductiveleft insulation gap 2340 between the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 of the exemplarydifferential triplate line 6980 and the electrically conductiveleft signal line 6810 of the exemplarydifferential triplate line 6980 or - to the left of theslot 1840 of theslot line 1880 on the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 of theexemplary slot line 1880; - 14201420
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mittleres Sensorelement SE(1420) auf der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. in der Lücke 6840 zwischen der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differentiellen Triplate-Leitung 6980 und der der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 bzw. auf der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 bzw. in der Lücke 6840 zwischen der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 und der der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. im Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880;middle sensor element SE(1420) on the electrically
conductive signal line 1330 of theexemplary triplate line 2380 or in thegap 6840 between the electrically conductiveleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential triplate line 6980 and that of the electrically conductiveright signal line 6820 thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential triplate line 6980 or on the electricallyconductive signal line 1330 of theexemplary microstrip line 1380 or in thegap 6840 between the electrically conductiveleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential microstrip line 6880 and that of the electrically conductiveright signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential microstrip line 6880 or in theslot 1840 of theslot line 1880; - 14301430
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rechtes Sensorelement SE(1430) - rechts der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 bzw. - rechts der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 auf der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350 der beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. - rechts der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 in der nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350 zwischen der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 und der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 bzw. - rechts der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 in der nichtleitenden rechten Isolationslücke 2350 zwischen der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der beispielhaften differentiellen Triplate-Leitung 6980 und der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 der beispielhaften differentiellen Triplate-Leitung 6980 bzw. - rechts des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 auf der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Schlitzleitung 1880;right sensor element SE (1430) - to the right of the electrically
conductive signal line 1330 on the electrically essentially non-conductiveright insulation surface 1350 of theexemplary microstrip line 1380 or - to the right of the electrically conductiveright signal line 6820 on the electrically essentially non-conductiveright insulation surface 1350 of the exemplarydifferential microstrip line 6880 or - to the right of the electricallyconductive signal line 1330 in the non-conductiveright insulation gap 2350 between the electrically conductive rightsignal ground surface 1320 of theexemplary triplate line 2380 and the electricallyconductive signal line 1330 or - to the right of the electrically conductiveright signal line 6820 in the non-conductiveright insulation gap 2350 between the electrically conductive rightsignal ground surface 1320 of the exemplarydifferential triplate line 6980 and the electrically conductiveright signal line 6820 of the exemplarydifferential triplate line 6980 or - to the right of theslot 1840 of theslot line 1880 on the electrically conductive rightsignal ground surface 1320 of theexemplary slot line 1880; - 14401440
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Richtung des Vektors 1440 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE links der Signalleitung 1330 platziert ist und es sich um Mikrostreifenleitung 1380 handelt, bzw. b) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE links der Signalleitung 1330 platziert ist und es sich um eine Triplate-Leitung 2380 handelt, bzw. c) das die Mikrowellensignalquelle µWG in den Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE im Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 platziert ist und es sich um eine Schlitzleitung 1880 handelt;Direction of the
vector 1440 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which the microwave signal source µWG feeds into thesignal line 1330, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed to the left of thesignal line 1330 and it is amicrostrip line 1380 , or b) that the microwave signal source µWG feeds into thesignal line 1330, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed to the left of thesignal line 1330 and it is atriplate line 2380, or c) that the microwave signal source µWG feeds into theslot 1840 of theslot line 1880, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed in theslot 1840 of theslot line 1880 and it is aslot line 1880; - 14501450
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Richtung des Vektors 1450 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE auf der Signalleitung 1330 platziert ist und es sich um Mikrostreifenleitung 1380 handelt, bzw. b) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE auf der Signalleitung 1330 platziert ist und es sich um eine Triplate-Leitung 2380 handelt, bzw. c) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Schlitzleitung 1880 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE auf elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310 platziert ist und es sich um eine Schlitzleitung 1880 handelt, bzw. d) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Schlitzleitung 1880 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE auf elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 platziert ist und es sich um eine Schlitzleitung 1880 handelt;Direction of the
vector 1450 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which the microwave signal source µWG feeds into thesignal line 1330, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed on thesignal line 1330 and it is amicrostrip line 1380 , or b) that the microwave signal source µWG feeds into thesignal line 1330, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed on thesignal line 1330 and it is atriplate line 2380, or c) that the microwave signal source µWG feeds into theslot line 1880, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed on the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 and it is aslot line 1880, or d) the microwave signal source µWG feeds into theslot line 1880, in the area of Sensor element SE, if the sensor element SE is placed on electrically conductive rightsignal ground surface 1320 and it is aslot line 1880; - 14601460
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Richtung des Vektors 1460 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE rechts der Signalleitung 1330 platziert ist und es sich um Mikrostreifenleitung 1380 handelt, bzw. b) das die Mikrowellensignalquelle µWG in die Signalleitung 1330 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE rechts der Signalleitung 1330 platziert ist und es sich um eine Triplate-Leitung 2380 handelt, bzw. c) das die Mikrowellensignalquelle µWG in den Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 einspeist, im Bereich des Sensorelements SE, wenn das Sensorelement SE im Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 platziert ist und es sich um eine Schlitzleitung 1880 handelt;Direction of the
vector 1460 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which the microwave signal source µWG feeds into thesignal line 1330, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed to the right of thesignal line 1330 and it is amicrostrip line 1380 , or b) that the microwave signal source µWG feeds into thesignal line 1330, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed to the right of thesignal line 1330 and it is atriplate line 2380, or c) that the microwave signal source µWG feeds into theslot 1840 of theslot line 1880, in the area of the sensor element SE, if the sensor element SE is placed in theslot 1840 of theslot line 1880 and it is aslot line 1880; - 17101710
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Sensorelement SE(1710), dass die elektrisch leitende Signalleitung 1330 umgibt. Im weitesten Sinne ist das Sensorelement SE(1710) eine Kombination der Sensorelemente 1410, 1420 und 1430;Sensor element SE(1710) that surrounds the electrically
conductive signal line 1330. In the broadest sense, the sensor element SE(1710) is a combination of the 1410, 1420 and 1430;sensor elements - 18401840
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Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet den Schlitz 1840 einer Schlitzleitung 1880 auch als Clearance einer Schlitzleitung 1880. Der Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 ist eine nicht-leitende Isolationslücke im Sinne dieses Dokuments. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments handelt es sich um eine Clearance, durch die im Falle eines optisch für Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH aus dem Trägersubstrat 1360 in ein ggf. aufgebrachtes Trägermaterial TM austreten kann und/oder durch die Pumpstrahlung LB aus dem Trägersubstrat 1360 in ein aufgebrachtes Sensorelement SE übertreten kann;
Slot 1840 of theslot line 1880. The document presented here also refers to theslot 1840 of aslot line 1880 as clearance of aslot line 1880. Theslot 1840 of theslot line 1880 is a non-conductive insulation gap within the meaning of this document. In the sense of the document presented here, this is a clearance through which, in the case ofoptical curing radiation 4910, a curing wavelength λ H can emerge from thecarrier substrate 1360 into a possibly applied carrier material TM and/or through the pump radiation LB from thecarrier substrate 1360 can pass into an applied sensor element SE; - 18801880
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Schlitzleitung 1880. Die beispielhafte Schlitzleitung 1880 umfasst ein vorzugsweise nicht oder nur wenig elektrisch leitendes Trägersubstrat 1360, einen elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 auf der Unterseite des elektrisch nichtleitenden Trägersubstrats 1360, eine elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 auf der Oberseite des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360 und eine elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 auf der Oberseite des elektrisch nicht-leitenden Trägersubstrats 1360. Dabei trennt eine elektrisch im Wesentlichen nichtleitende linke Isolationsfläche 1340 die elektrisch leitende Signalleitung 1330 von anderen Schaltungsteilen. Außerdem trennt ein elektrisch im Wesentlichen nicht-leitender Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 die elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 von der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Schlitzleitung 1880. Bevorzugt weist Schlitzleitung 1880 bezogen auf die elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 und die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 als „heißen“ Außenleiter und den elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 als Masseelektrode einen Wellenwiderstand auf;
Slot line 1880. Theexemplary slot line 1880 comprises a preferably not or only slightly electricallyconductive carrier substrate 1360, an electricallyconductive back contact 1370 on the underside of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, an electrically conductive leftsignal ground surface 1310 of theexemplary slot line 1880 on the top of the electrically non-conductiveconductive carrier substrate 1360 and an electrically conductive rightsignal ground surface 1320 of theexemplary slot line 1880 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360. An electrically essentially non-conductiveleft insulation surface 1340 separates the electricallyconductive signal line 1330 from other circuit parts. In addition, an electrically substantiallynon-conductive slot 1840 of theslot line 1880 separates the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 of theexemplary slot line 1880 from the electrically conductive rightsignal ground surface 1320 of theexemplary slot line 1880. Preferably,slot line 1880 points relative to the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 of theexample Slot line 1880 and the electrically conductive rightsignal ground surface 1320 of theexemplary slot line 1880 as a “hot” outer conductor and the electrically conductiverear contact 1370 as a ground electrode have a wave resistance; - 22102210
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den Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880 überdeckendes Sensorelement SE(2210);Sensor element SE (2210) covering the
slot 1840 of theslot line 1880; - 23402340
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elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationslücke 2340. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments handelt es sich um eine Clearance, durch die im Falle eines optisch für Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH aus dem Trägersubstrat 1360 in ein ggf. aufgebrachtes Trägermaterial TM austreten kann und/oder durch die Pumpstrahlung LB aus dem Trägersubstrat 1360 in ein aufgebrachtes Sensorelement SE übertreten kann;electrically essentially non-conductive
left insulation gap 2340. In the sense of the document presented here, this is a clearance through which, in the case ofoptical curing radiation 4910, a curing wavelength λ H can emerge from thecarrier substrate 1360 into a possibly applied carrier material TM and /or can pass through the pump radiation LB from thecarrier substrate 1360 into an applied sensor element SE; - 23502350
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elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationslücke 2350. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments handelt es sich um eine Clearance, durch die im Falle eines optisch für Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH aus dem Trägersubstrat 1360 in ein ggf. aufgebrachtes Trägermaterial TM austreten kann und/oder durch die Pumpstrahlung LB aus dem Trägersubstrat 1360 in ein aufgebrachtes Sensorelement SE übertreten kann;electrically essentially non-conductive
right insulation gap 2350. In the sense of the document presented here, this is a clearance through which, in the case ofoptical curing radiation 4910, a curing wavelength λ H can emerge from thecarrier substrate 1360 into a possibly applied carrier material TM and /or can pass through the pump radiation LB from thecarrier substrate 1360 into an applied sensor element SE; - 23802380
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Tri-Plate-Leitung 2380. Die beispielhafte Tri-Plate-Leitung 2380 umfasst ein vorzugsweise nicht oder nur wenig elektrisch leitendes Trägersubstrat 1360, einen elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 auf der Unterseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360, eine elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 auf der Oberseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360, eine elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 auf der Oberseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360, eine elektrisch leitende Signalleitung 1330 auf der Oberseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360 zwischen der elektrisch leitende linken Signalmassefläche 1310 und der elektrisch leitende rechten Signalmassefläche 1320. Dabei trennt eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationslücke 2340 die elektrisch leitende Signalleitung 1330 von der elektrisch leitenden linken Signalmassefläche 1310. Außerdem trennt eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationslücke 2350 die elektrisch leitende Signalleitung 1330 von der elektrisch leitenden rechten Signalmassefläche 1320. Bevorzugt weist die Tri-Plate-Leitung 2380 bezogen auf die elektrisch leitende Signalleitung 1330 als „heißen“ Innenleiter und die Gemeinschaft aus elektrisch leitender linken Signalmassefläche 1310, elektrisch leitender rechter Signalmassefläche 1320 und elektrisch leitendem Rückseitenkontakt 1370 als Masseelektroden einen Wellenwiderstand auf;
Tri-plate line 2380. The exemplarytri-plate line 2380 comprises a preferably not or only slightly electricallyconductive carrier substrate 1360, an electricallyconductive back contact 1370 on the underside of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, an electrically conductive leftsignal ground surface 1310 on the Top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, an electrically conductive rightsignal ground surface 1320 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, an electricallyconductive signal line 1330 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360 between the electrically conductive leftsignal ground surface 1310 and the electrically conductive rightSignal ground area 1320. An electrically essentially non-conductiveleft insulation gap 2340 separates the electricallyconductive signal line 1330 from the electrically conductive leftsignal ground area 1310. In addition, an electrically essentially non-conductiveright insulation gap 2350 separates the electricallyconductive signal line 1330 from the electrically conductive right oneSignal ground surface 1320. Preferably, thetri-plate line 2380 has a wave resistance based on the electricallyconductive signal line 1330 as the “hot” inner conductor and the community of electrically conductive leftsignal ground surface 1310, electrically conductive rightsignal ground surface 1320 and electrically conductiverear contact 1370 as ground electrodes; - 24102410
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linkes Sensorelement SE(2410), das die nicht-leitende linke Isolationslücke 2340 der Tri-Plate-Leitung 2380 überdeckt;left sensor element SE(2410), which covers the non-conductive
left insulation gap 2340 of thetri-plate line 2380; - 24202420
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mittleres Sensorelement SE(2420), das die elektrisch leitende Signalleitung 1330 der Tri-Plate-Leitung 2380 überdeckt;middle sensor element SE(2420), which covers the electrically
conductive signal line 1330 of thetri-plate line 2380; - 24302430
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rechtes Sensorelement SE(2430), das die nicht-leitende rechte Isolationslücke 2350 der Tri-Plate-Leitung 2380 überdeckt;right sensor element SE(2430), which covers the non-conductive
right insulation gap 2350 of thetri-plate line 2380; - 25102510
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Isolationsschicht 2510;
insulation layer 2510; - 25202520
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Flachspule 2520 als Magnetfelderzeugungsmittel Lc;
Flat coil 2520 as magnetic field generating means Lc; - 44104410
- großes Sensorelement SE(4410) zu dem das mittlere Sensorelement SE (1420) und das rechte Sensorelement SE (1430) und das linke Sensorelement SE (1410) verschmolzen sind;large sensor element SE (4410) into which the middle sensor element SE (1420) and the right sensor element SE (1430) and the left sensor element SE (1410) are fused;
- 45104510
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linke Durchkontaktierung 4510, die die elektrisch leitende linke Signalmassefläche 1310 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 mit dem elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 oder der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 oder der beispielhaften Schlitzleitung 1880 elektrisch verbinden;left via 4510, which connects the electrically conductive left
signal ground surface 1310 of theexemplary slot line 1880 or theexemplary triplate line 2380 or the exemplarydifferential triplate line 6980 with the electrically conductiverear contact 1370 of theexemplary triplate line 2380 or the exemplary differential triplate line. electrically connectline 6980 or theexemplary slot line 1880; - 45204520
-
rechte Durchkontaktierung 4520, die die elektrisch leitende rechte Signalmassefläche 1320 der beispielhaften Schlitzleitung 1880 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 mit dem elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 oder der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 oder der beispielhaften Schlitzleitung 1880 elektrisch verbinden;right via 4520, which connects the electrically conductive right
signal ground surface 1320 of theexemplary slot line 1880 or theexemplary triplate line 2380 or the exemplarydifferential triplate line 6980 with the electrically conductiverear contact 1370 of theexemplary triplate line 2380 or the exemplary differential triplate line. electrically connectline 6980 or theexemplary slot line 1880; - 46104610
- linker optischer Wellenleiter LWL (4610) ;left optical waveguide LWL (4610);
- 46204620
- rechter optischer Wellenleiter LWL (4620) ;right optical waveguide LWL (4620);
- 46304630
- mittleren optischen Lichtwellenleiters LWL (4630);medium optical fiber optic cable LWL (4630);
- 48104810
-
Sensorelementschicht 4810;
sensor element layer 4810; - 49104910
-
Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH;Curing
radiation 4910 with the curing wavelength λ H ; - 52105210
-
linke Justiermarke 5210;
left adjustment mark 5210; - 52205220
-
rechte Justiermarke 5220;
right adjustment mark 5220; - 67106710
-
Abschlusswiderstände 6710. Die Abschlusswiderstände 6710 können beispielsweise zwischen den Leitungen der jeweiligen Wellenleitung und/oder den Leitungen und dem elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 geschaltet sein;Terminating
resistors 6710. The terminatingresistors 6710 can be connected, for example, between the lines of the respective wave line and/or the lines and the electrically conductiverear contact 1370; - 68106810
-
linker Signalleiter 6810 des differentiellen Signalleiters 6830;
left signal conductor 6810 of thedifferential signal conductor 6830; - 68206820
-
rechter Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830;
right signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830; - 68306830
-
differentieller Signalleiter 6830 der beispielhaften differentiellen Mikrostripleitung 6830 bzw. der beispielhaften differentiellen Triplate-Leitung 7080. Der differentielle Signalleiter 6830 kann Signale ggf. auch gleichzeitig im Gleichtaktbetrieb und im Gegentaktbetrieb übertragen. Im Gleichtaktbetrieb verhält der differentielle Signalleiter 6830 sich wie der Signalleiter 1330 der beispielhaften Mikrostripleitung 1380 bzw. der beispielhaften Triplate-Leitung 2380;
differential signal conductor 6830 of the exemplarydifferential microstrip line 6830 or the exemplary differential triplate line 7080. Thedifferential signal conductor 6830 can also transmit signals simultaneously in common mode and in push-pull mode, if necessary. In common mode operation, thedifferential signal conductor 6830 behaves like thesignal conductor 1330 of theexemplary microstrip line 1380 or theexemplary triplate line 2380; - 68406840
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elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 auch als Clearance des differentiellen Signalleiters 6830. Die elektrisch isolierende Lücke 6840 ist eine nicht-leitende Isolationslücke im Sinne diese Dokuments. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments handelt es sich um eine Clearance, durch die im Falle eines optisch für Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH aus dem Trägersubstrat 1360 in ein ggf. aufgebrachtes Trägermaterial TM austreten kann und/oder durch die Pumpstrahlung LB aus dem Trägersubstrat 1360 in ein aufgebrachtes Sensorelement SE übertreten kann;electrically insulating
gap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. The document presented here also refers to the electrically insulatinggap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 as the clearance of thedifferential signal conductor 6830 The electrically insulatinggap 6840 is a non-conductive insulation gap within the meaning of this document. In the sense of the document presented here, this is a clearance through which, in the case ofoptical curing radiation 4910, a curing wavelength λ H can emerge from thecarrier substrate 1360 into a possibly applied carrier material TM and/or through the pump radiation LB from thecarrier substrate 1360 can pass into an applied sensor element SE; - 68806880
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differentielle Mikrostreifenleitung 6880. Die beispielhafte differentielle Mikrostreifenleitung 6880 umfasst ein vorzugsweise nicht oder nur wenig elektrisch leitendes Trägersubstrat 1360, einen elektrisch leitenden Rückseitenkontakt 1370 auf der Unterseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360, eine elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationsfläche 1340 auf der Oberseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360, elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende rechte Isolationsfläche 1350 auf der Oberseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360, eine linke elektrisch leitende Signalleitung 6810 auf der Oberseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360 zwischen der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitende linke Isolationsfläche 1340 einerseits und der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 andererseits, eine rechte elektrisch leitende Signalleitung 6820 auf der Oberseite des elektrisch nicht leitenden Trägersubstrats 1360 zwischen der elektrisch isolierenden Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 einerseits und der elektrisch im Wesentlichen nicht-leitenden rechten Isolationsfläche 1350 andererseits. Die elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 isoliert elektrisch den linken Signalleiter 6810 von dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830. Der linke Signalleiter 6810 und der rechte Signalleiter 6820 bilden zusammen den differentiellen Signalleiter 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 auch als Clearance des differentiellen Signalleiters 6830. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880 auch als Clearance des differentiellen Signalleiters 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die elektrisch isolierende Lücke 6840 zwischen dem linken Signalleiter 6810 und dem rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880 auch als Clearance der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880. Die differentiellen Mikrostreifenleitung 6880 kann mit einem Gleichtaktsignal angesteuert werden, bei dem in den linken Signalleiter 6810 und den rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 das gleiche Signal zeitsynchron eingespeist wird. Dieser Betriebszustand heißt Gleichtaktansteuerung mit einem Gleichtaktsignal. Die differentiellen Mikrostreifenleitung 6880 kann mit einem Gegentaktaktsignal angesteuert werden, bei dem in den linken Signalleiter 6810 und den rechten Signalleiter 6820 des differentiellen Signalleiters 6830 das gleiche Signal zeitsynchron, aber mit unterschiedlichem Vorzeichen, eingespeist wird. Dieser Betriebszustand heißt Gegentaktansteuerung mit einem Gegentaktsignal. Bevorzugt weist die differentiellen Mikrostripleitung 6880 bezogen auf den differentieller Signalleiter 6830 als „heißen“ Innenleiter einen Gleichtaktwellenwiderstand für eine Gleichtaktansteuerung auf und einen Gegentaktwellenwiderstand für eine Gegentaktansteuerung auf;
differential microstrip line 6880. The exemplarydifferential microstrip line 6880 comprises a preferably not or only slightly electricallyconductive carrier substrate 1360, an electricallyconductive back contact 1370 on the underside of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, an electrically essentially non-conductiveleft insulation surface 1340 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, electrically essentially non-conductiveright insulation surface 1350 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360, a left electricallyconductive signal line 6810 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360 between the electrically essentially non-conductiveleft insulation surface 1340 on the one hand and the electrically insulatinggap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 on the other hand, a right electricallyconductive signal line 6820 on the top of the electricallynon-conductive carrier substrate 1360 between the electrically insulatinggap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 on the one hand and the electrically essentially non-conductiveright insulation surface 1350 on the other hand. The electrically insulatinggap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 electrically insulates theleft signal conductor 6810 from theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830. Theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 together form thedifferential signal conductor 6830 thedifferential microstrip line 6880. The document presented here refers to the electrically insulatinggap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 also as the clearance of thedifferential signal conductor 6830. The document presented here refers to the electrically insulatinggap 6840 between theleft Signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 of thedifferential microstrip line 6880 also as clearance of thedifferential signal conductor 6830 of thedifferential microstrip line 6880. The document presented here refers to the electrically insulatinggap 6840 between theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 of thedifferential microstrip line 6880 also as clearance of thedifferential microstrip line 6880. Thedifferential microstrip line 6880 can be controlled with a common mode signal, in which the same signal is fed into theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 in a time-synchronous manner. This operating state is called common mode control with a common mode signal. Thedifferential microstrip line 6880 can be controlled with a push-pull clock signal, in which the same signal is fed into theleft signal conductor 6810 and theright signal conductor 6820 of thedifferential signal conductor 6830 in a time-synchronous manner, but with a different sign. This operating state is called push-pull control with a push-pull signal. Preferably, thedifferential microstrip line 6880, based on thedifferential signal conductor 6830 as the “hot” inner conductor, has a common-mode characteristic impedance for common-mode control and a differential-mode characteristic impedance for differential-mode control; - 69806980
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differentielle Tri-Plate-Leitung 6980;differential
tri-plate line 6980; - 71107110
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linkes Leitungssensorelement SE(7110) auf der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 bzw. auf der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880;left line sensor element SE(7110) on the electrically conductive
left signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microstrip line 6880 of the exemplarydifferential triplate line 6980 or on the electrically conductiveleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microstrip line 6880; - 71207120
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rechtes Leitungssensorelement SE(7120) auf der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880 der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 bzw. auf der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrostreifenleitung 6880;right line sensor element SE(7120) on the electrically conductive
right signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microstrip line 6880 of the exemplarydifferential triplate line 6980 or on the electrically conductiveright signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microstrip line 6880; - 71407140
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Richtung des Vektors 7340 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die linke Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 einspeist, im Bereich des linken Sensorelements SE(1410), wenn es sich um eine differenzielle Mikrostreifenleitung 6880 handelt, bzw. a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die linke Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, im Bereich des linken Sensorelements SE(1410), wenn es sich um eine differentielle Tri-Plate-Leitung 6980 handelt;Direction of the vector 7340 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which feeds the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) into the
left signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880, in the area of the left sensor element SE(1410), if it is adifferential microstrip line 6880, or a) the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) in theleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880 of the differential tri-plate -Line 6980 feeds in, in the area of the left sensor element SE (1410), if it is a differentialtri-plate line 6980; - 71507150
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Richtung des Vektors 7350 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die linke Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 einspeist, im Bereich des linken Leitungssensorelements SE(7110), wenn es sich um eine differenzielle Mikrostreifenleitung 6880 handelt, bzw. a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die linke Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, im Bereich des linken Leitungssensorelements SE(7110), wenn es sich um eine differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 handelt;Direction of the vector 7350 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which feeds the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) into the
left signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880, in the area of the left line sensor element SE(7110), if it is adifferential microstrip line 6880, or a) the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) in theleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880 of the differential tri-plate -Line 6980 feeds in, in the area of the left line sensor element SE (7110), if it is a differentialtri-plate line 6980; - 71607160
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Richtung des Vektors 7360 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die linke Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 einspeist, im Bereich des mittleren Sensorelements SE(1420), wenn es sich um eine differenzielle Mikrostreifenleitung 6880 handelt, bzw. a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die linke Signalleitung 6810 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, im Bereich des mittleren Leitungssensorelements SE(1420), wenn es sich um eine differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 handelt;Direction of the vector 7360 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which feeds the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) into the
left signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880, in the area of the middle sensor element SE(1420), if it is adifferential microstrip line 6880, or a) the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) in theleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880 of the differential tri-plate -Line 6980 feeds in, in the area of the middle line sensor element SE (1420), if it is a differentialtri-plate line 6980; - 71707170
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Richtung des Vektors 7370 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die rechte Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 einspeist, im Bereich des mittleren Sensorelements SE(1420), wenn es sich um eine differenzielle Mikrostreifenleitung 6880 handelt, bzw. a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die rechte Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, im Bereich des mittleren Leitungssensorelements SE(1420), wenn es sich um eine differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 handelt;Direction of the vector 7370 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which feeds the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) into the
right signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880, in the area of the middle sensor element SE(1420), if it is adifferential microstrip line 6880, or a) the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) in theright signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880 of the differential tri-plate -Line 6980 feeds in, in the area of the middle line sensor element SE (1420), if it is a differentialtri-plate line 6980; - 71807180
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Richtung des Vektors 7380 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die rechte Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 einspeist, im Bereich des rechten Leitungssensorelements SE(7120), wenn es sich um eine differenzielle Mikrostreifenleitung 6880 handelt, bzw. a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die rechte Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, im Bereich des rechten Leitungssensorelements SE(7120), wenn es sich um eine differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 handelt;Direction of the vector 7380 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which feeds the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) into the
right signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880, in the area of the right line sensor element SE(7120), if it is adifferential microstrip line 6880, or a) the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) in theright signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880 of the differential tri-plate -Line 6980 feeds in, in the area of the right line sensor element SE (7120), if it is a differentialtri-plate line 6980; - 71907190
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Richtung des Vektors 7390 der magnetische Flussdichte BµW des Mikrowellenfeldes des Mikrowellensignals µW, a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die rechte Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 einspeist, im Bereich des rechten Sensorelements SE(1430), wenn es sich um eine differenzielle Mikrostreifenleitung 6880 handelt, bzw. a) das die Mikrowellensignalquelle µWG und/oder eine andere Signalquelle (RWG) in die rechte Signalleitung 6820 der differentiellen Signalleitung 6830 der differentiellen Mikrowellenleitung 6880 der differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 einspeist, im Bereich des rechten Sensorelements SE(1430), wenn es sich um eine differentielle Tri-Plate-Leitung 6980 handelt;Direction of the vector 7390 of the magnetic flux density B µW of the microwave field of the microwave signal µW, a) which feeds the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) into the
right signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880, in the area of the right sensor element SE(1430), if it is adifferential microstrip line 6880, or a) the microwave signal source µWG and/or another signal source (RWG) in theright signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of thedifferential microwave line 6880 of the differential tri-plate -Line 6980 feeds in, in the area of the right sensor element SE (1430), if it is a differentialtri-plate line 6980; - 1332013320
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vergrößertes mittleres Sensorelement SE(13320). Das vergrößerte mittlere Sensorelement SE(13320) entspricht einem mittleren Sensorelement SE(1420), das Eigenschaften der benachbarten Sensorelemente, beispielsweise des linken Leitungssensorelements SE(7110) und des rechten Leitungssensorelement SE(7120), mitaufweist. Das vergrößerte mittlere Sensorelement SE(13320)befindet sich im Wesentlichen auf der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 der beispielhaften Triplate-Leitung 2380 bzw. in der Lücke 6840 zwischen der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 und der der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differenziellen Triplate-Leitung 6980 bzw. auf der elektrisch leitenden Signalleitung 1330 der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1380 bzw. in der Lücke 6840 zwischen der elektrisch leitenden linken Signalleitung 6810 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 und der der elektrisch leitenden rechten Signalleitung 6820 der differenziellen Signalleitung 6830 der beispielhaften differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. im Schlitz 1840 der Schlitzleitung 1880;enlarged middle sensor element SE(13320). The enlarged middle sensor element SE(13320) corresponds to a middle sensor element SE(1420), which also has properties of the neighboring sensor elements, for example the left line sensor element SE(7110) and the right line sensor element SE(7120). The enlarged middle sensor element SE (13320) is located essentially on the electrically
conductive signal line 1330 of theexemplary triplate line 2380 or in thegap 6840 between the electrically conductiveleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential triplate line 6980 and the the electrically conductiveright signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential triplate line 6980 or on the electricallyconductive signal line 1330 of theexemplary microstrip line 1380 or in thegap 6840 between the electrically conductiveleft signal line 6810 of thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential microstrip line 6880 and that of the electrically conductiveright signal line 6820 of thedifferential signal line 6830 of the exemplarydifferential microstrip line 6880 or in theslot 1840 of theslot line 1880; - 1571015710
- erster Mikrowellen und/oder HF-Verbinder für den Anschluss der Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) an eine Mikrowellensignalquelle µWG oder eine HF-Signalquelle RFG oder an einen Mikrowellensignalanalysator (µWAT, µWAR) oder an einen HF-Signalanalysator (RFAR, RFAT).first microwave and/or HF connector for connecting the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) to a microwave signal source µWG or an HF signal source RFG or to a microwave signal analyzer (µWAT, µWAR) or to an HF signal analyzer ( RFAR, RFAT).
- 1572015720
- zweiter Mikrowellen und/oder HF-Verbinder für den Anschluss der Wellenleitung (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) an eine Mikrowellensignalquelle µWG oder eine HF-Signalquelle RFG oder an einen Mikrowellensignalanalysator (µWAT, µWAR) oder an einen HF-Signalanalysator (RFAR, RFAT).second microwave and/or HF connector for connecting the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) to a microwave signal source µWG or an HF signal source RFG or to a microwave signal analyzer (µWAT, µWAR) or to an HF signal analyzer ( RFAR, RFAT).
- 1573015730
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Abdeckung 15730 des Trägersubstrats 1360 mit dem Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) und dem Sensorelement SE zum mechanischen und chemischen Schutz und ggf. zum EMV-Schutz.Cover 15730 of the
carrier substrate 1360 with the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) and the sensor element SE for mechanical and chemical protection and, if necessary, for EMC protection. - 1574015740
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mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990)
Section 15740 of the wave guide covered with the sensor element SE (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) - 2031020310
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Bereitstellen 20310 eines optisch transparenten Trägersubstrat 1360, wobei das optisch transparente Trägersubstrat 1360 zumindest eine optische transparente Kante aufweist und wobei das optisch transparente Trägersubstrat 1360 mit einem Wellenleiter mit zumindest einer Clearance, beispielsweise einer Schlitzleitung und/oder einer Tri-Plate-Leitung oder einer differenziellen Tri-Plate-Leitung, abgedeckt ist, sodass Licht im Wesentlichen nur durch die Clearance des Welleneiters auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aus dem optisch transparenten Trägersubstrat 1360 austreten kann.Providing 20310 an optically
transparent carrier substrate 1360, wherein the opticallytransparent carrier substrate 1360 has at least one optically transparent edge and wherein the opticallytransparent carrier substrate 1360 has a waveguide with at least one clearance, for example a slot line and/or a tri-plate line or a differential Tri-plate line, is covered, so that light can essentially only emerge from the opticallytransparent carrier substrate 1360 through the clearance of the waveguide on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360. - 2032020320
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Bereitstellen 20320 einer flüssigen kolloidalen Mischung KL mit einem flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung, der Aushärtestrahlung 4910, einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterial TM, wobei in das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL eine Vielzahl von Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND NV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der kolloidalen Mischung KL und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND der kolloidalen Mischung KL bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;Providing 20320 a liquid colloidal mixture KL with a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation, the curing
radiation 4910, a curing wavelength λ H , wherein in the carrier material TM of the colloidal mixture KL a large number of crystals and / or diamond nanocrystals ND, preferably nanodiamonds, are embedded and wherein one or more or all of the crystals and/or diamond nanocrystals ND have NV centers and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND have colloidal mixture KL and/or the other paramagnetic centers of the crystals and/or diamond nanocrystals ND of the colloidal mixture KL emit at least one fluorescent radiation FL upon irradiation with pump radiation LB; - 2033020330
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Beschichten 20330 der er Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 und des Wellenleiters auf er Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 zumindest auf eine Benetzungslänge LB mit der kolloidalen Mischung KL, das die Vielzahl eingebetteter Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren aufweist;Coating 20330 the surface of the optically
transparent carrier substrate 1360 and the waveguide on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360 at least to a wetting length L B with the colloidal mixture KL, which the multitude of embedded crystals and / or diamond nanocrystals ND with NV- centers and/or paramagnetic centers; - 2034020340
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Einspeisen 20340 elektromagnetischer Aushärtestrahlung 4910 mit der Aushärtewellenlänge λH über die mindestens eine Kante des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 in das optisch transparente Trägersubstrat 1360,feeding 20340
electromagnetic curing radiation 4910 with the curing wavelength λ H via the at least one edge of the opticallytransparent carrier substrate 1360 into the opticallytransparent carrier substrate 1360, - 2035020350
-
Austreten 20350 der Aushärtestrahlung 4910 im Bereich einer Clearance des Wellenleiters auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aus dem des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 und einstrahlen der Aushärtestrahlung 4910 in das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL, wobei die Aushärtewellenlänge λH der Aushärtestrahlung 4910 so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL im Bereich dieser Clearance des Wellenleiters auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt;
Emergence 20350 of the curingradiation 4910 in the area of a clearance of the waveguide on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360 from that of the opticallytransparent carrier substrate 1360 and irradiating the curingradiation 4910 into the carrier material TM of the colloidal mixture KL, the curing wavelength λ H of the curingradiation 4910 being chosen in this way is that the carrier material TM of the colloidal mixture KL hardens in the area of this clearance of the waveguide on the surface of the opticallytransparent carrier substrate 1360 and turns into a solid; - 2036020360
-
Entfernen 20360 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL insbesondere mittels eines Lösungsmittels LM, wobei der verbleibende Film der kolloidalen Mischung KL im Bereich dieser Clearance des Wellenleiters auf der Oberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats 1360 ein Sensorelement SE und/oder eine Sensorschicht 16205 bildet;Removing 20360 the uncured carrier material TM of the colloidal mixture KL, in particular by means of a solvent LM, the remaining film of the colloidal mixture KL in the area of this clearance of the waveguide on the surface of the optically
transparent carrier substrate 1360 forming a sensor element SE and/or a sensor layer 16205; - αα
- Winkel, den der Lichtwellenleiter LWL mit der Auflagefläche AF in unmittelbarer Nähe des Sensorelements SE bildet;Angle that the optical waveguide LWL forms with the support surface AF in the immediate vicinity of the sensor element SE;
- ββ
- Winkel zwischen der virtuellen Senkrechten AFS zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK einerseits und dem Lichtwellenleiter LWL beim Austritt aus dem Sensorkopfgehäuse GH des Sensorkopfes SK. Bevorzugt beträgt der Winkel β 90°. Dies hat den Vorteil, dass ein solcher Winkel β das Drehmoment, das der Lichtwellenleiter LWL zusammen mit seiner mechanischen Hülle MH auf den Sensorkopf SK ausübt, minimiert, da der Lichtwellenleiter LWL dann in relativ geringer Entfernung vom Sensorkopf SK auf der Oberfläche des Werkstücks oder einer Oberfläche, auf der das Werkstück aufliegt zum Liegen kommt. Bevorzugt liegt der Wert von β zwischen 45° und 135°, besser zwischen 70° und 110°, besser zwischen 80° und 100°, besser zwischen 85° und 95°, besser zwischen 87° und 93°;Angle between the virtual vertical AFS to the support surface AF of the sensor head SK on the one hand and the optical fiber LWL when exiting the sensor head housing GH of the sensor head SK. The angle β is preferably 90°. This has the advantage that such an angle β minimizes the torque that the optical fiber LWL together with its mechanical sheath MH exerts on the sensor head SK, since the optical fiber LWL is then at a relatively short distance from the sensor head SK on the surface of the workpiece or a Surface on which the workpiece rests comes to rest. The value of β is preferably between 45° and 135°, better between 70° and 110°, better between 80° and 100°, better between 85° and 95°, better between 87° and 93°;
- AOXAOX
- Abdeckoxid AOX;cover oxide AOX;
- AWVAWV
- Auswertungsvorrichtung AWV;Evaluation device AWV;
- AXAX
- (erstes Anwendungsbeispiel) oder Permanentmagnetsymmetrieachse (zweites Anwendungsbeispiel);(first application example) or permanent magnet symmetry axis (second application example);
- AFAF
- Auflagefläche des Sensorkopfes SK;Contact surface of the sensor head SK;
- AFSAFS
- virtuelle Senkrechte zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK;virtual perpendicular to the support surface AF of the sensor head SK;
- Bb
- magnetische Flussdichte B;magnetic flux density B;
- B0B0
- Nullpunktsflussdichte B0;zero point flux density B 0 ;
- B22B22
- untere wirksame magnetische Flussdichte B22;lower effective magnetic flux density B 22 ;
- B23B23
- untere mittlere wirksame magnetische Flussdichte B23;lower average effective magnetic flux density B 23 ;
- B24B24
- obere mittlere wirksame magnetische Flussdichte B24;upper average effective magnetic flux density B 24 ;
- B25B25
- obere wirksame magnetische Flussdichte B25;upper effective magnetic flux density B 25 ;
- B29B29
- wirksame magnetische Resonanzminimum-Flussdichte B29;effective magnetic resonance minimum flux density B 29 ;
- B61B61
-
magnetischen Flussdichte B61, die der oberen Referenzlinie 61 zugeordnet ist;magnetic flux density B 61 associated with the
upper reference line 61; - B62B62
-
magnetischen Flussdichte B62, die der unteren Referenzlinie 62 zugeordnet ist;magnetic flux density B 62 associated with the
lower reference line 62; - B63B63
-
magnetischen Flussdichte B63, die der mittleren Referenzlinie 63 zugeordnet ist;magnetic flux density B 63 associated with the
central reference line 63; - dldl
- Dicke des Trägermaterials TM am Mittelpunkt MP der Endfläche EF am ersten Ende ELWL1 des ersten gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;Thickness of the carrier material TM at the midpoint MP of the end surface EF at the first end ELWL1 of the first common optical waveguide LWL;
- BextBext
- externe Flussdichte Bext. Die externe Flussdichte Bext umfasst den Anteil der externen Flussdichte Bext, deren Flussdichtevektor senkrecht zur magnetischen Flussdichtekomponente BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist, und den Anteil der externen Flussdichte Bext, deren Flussdichte Vektor parallel zur magnetischen Flussdichtekomponente BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist. Sofern der Anteil der externen Flussdichte Bext, deren Flussdichte Vektor senkrecht zur magnetischen Flussdichtekomponente BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist, unbekannt ist, ist der Anteil der externen Flussdichte Bext, deren Flussdichte Vektor senkrecht zur magnetischen Flussdichtekomponente BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist, gleich der unbekannte externe wirksame magnetische Flussdichte Bnk;external flux density B ext . The external flux density B ext includes the portion of the external flux density B ext , whose flux density vector is perpendicular to the magnetic flux density component B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW, and the portion of the external flux density B ext , whose flux density vector is parallel to the magnetic flux density component B µW of the microwave radiation Microwave signal is µW. If the proportion of the external flux density B ext , whose flux density vector is perpendicular to the magnetic flux density component B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW, is unknown, the proportion of the external flux density B ext , whose flux density vector is perpendicular to the magnetic flux density component B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW is equal to the unknown external effective magnetic flux density B nk ;
- BgBg
- gemittelte mittlere wirksame Flussdichte Bg;averaged mean effective flux density B g ;
- BµWBµW
- Flussdichtekomponente BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignal µW;Flux density component B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW;
- BnkBnk
- unbekannte externe wirksame magnetische Flussdichte Bnk. Die unbekannte externe wirksame magnetische Flussdichte Bnk ist der Anteil der unbekannten externen Flussdichte Bext, deren Flussdichtevektor senkrecht zur magnetischen Flussdichtekomponente BµW der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellensignals µW ist.unknown external effective magnetic flux density B nk . The unknown external effective magnetic flux density B nk is the proportion of the unknown external flux density B ext , whose flux density vector is perpendicular to the magnetic flux density component B µW of the microwave radiation of the microwave signal µW.
- BoffBoff
- wirksame Offsetflussdichte Boff;effective offset flux density B off ;
- BSTRBSTR
- magnetisches Streufeld des Luftspalts LS (erstes Anwendungsbeispiel) oder der magnetischen Flussdichte des Permanentmagneten PM (zweites Anwendungsbeispiel);magnetic stray field of the air gap LS (first application example) or the magnetic flux density of the permanent magnet PM (second application example);
- BrefBref
- wirksame magnetische Referenzflussdichte Bref;effective magnetic reference flux density B ref ;
- BΣBΣ
- Gesamtflussdichte BΣ, die das Sensorelement SE und die Nano-Diamanten ND durchflutet. Sie setzt sich zusammen aus der externen magnetischen Flussdichte Betx und der zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad, die das Magnetfelderzeugungsmittel Lc erzeugt.Total flux density B Σ , which flows through the sensor element SE and the nano-diamonds ND. It is composed of the external magnetic flux density B etx and the additional magnetic flux density B ad , which the magnetic field generating means Lc generates.
- CTRCTR
- Steuervorrichtung CTR;Control device CTR;
- CTR2CTR2
-
weitere Steuervorrichtung CTR2. Die weitere Steuervorrichtung CTR2 kann als Steuervorrichtung CTR der Vorrichtung dienen. (Siehe
81 .) Bevorzugt umfasst die Auswertevorrichtung 30 die Steuervorrichtung CTR;further control device CTR2. The further control device CTR2 can serve as a control device CTR of the device. (Please refer81 .) Theevaluation device 30 preferably includes the control device CTR; - CTRHCTRH
- Halbbrückensteuerung CTRH. Die Halbbrückensteuerung CTRH umfasst bevorzugt in der Regel eine Steuervorrichtung CTR und/oder eine weitere Steuervorrichtung CTR2 im Sinne des hier vorgelegten Dokuments;Half bridge control CTRH. The half-bridge control CTRH preferably generally comprises a control device CTR and/or a further control device CTR2 in the sense of the document presented here;
- DBDB
- Datenbus DB;data bus DB;
- DLWLDLWL
- Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL;Diameter D LWL of the optical fiber LWL;
- dldl
- Dicke des Trägermaterials TM am Mittelpunkt MP der Endfläche EF am ersten Ende ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;Thickness of the carrier material TM at the midpoint MP of the end surface EF at the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical fiber LWL;
- dIS1dIS1
-
Breite dIS1 der nicht-leitenden linken Isolationslücke 2340 der Tri-Plate-Leitung 2380;Width d IS1 of the non-conductive
left insulation gap 2340 of thetri-plate line 2380; - dIS2dIS2
-
Breite dIS2 der nicht-leitenden rechten Isolationslücke 2350 der Tri-Plate-Leitung 2380;Width d IS2 of the non-conductive
right insulation gap 2350 of thetri-plate line 2380; - DrDr
- Drain-Gebiet Dr;Drain area Dr;
- DrKDr.K
- Drain-Kontakt DrK;drain contact DrK;
- DRVLDRVL
- Treiberstufe DRVL zur Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc mit elektrischer Energie und/oder zur Steuerung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc. Sofern es sich bei dem Magnetfelderzeugungsmittels Lc um eine oder mehrere Spulen, insbesondere Flachspulen, handelt bestromt die Treiberstufe DRVL bevorzugt das des Magnetfelderzeugungsmittel Lc mit einem elektrischen Spulenstrom IL. Ein Magnetfeldregler LCTR vergleicht Werte der magnetischen Flussdichte B mit einem Referenzwert und regelt die Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc mit elektrischer Energie und/oder die Bestromung des Magnetfelderzeugungsmittel Lc mit einem elektrischen Spulenstrom IL so nach, dass diese Änderung einer Differenz zwischen den Werten der magnetischen Flussdichte B und dem Referenzwert entgegenwirkt. Der Ein Magnetfeldregler LCTR erhält die Informationen über die Werte der magnetischen Flussdichte B entweder von separaten Magnetfeldsensoren und/oder von einer Steuervorrichtung CTR der vorschlagemäßen Vorrichtung;Driver stage DRVL for supplying the magnetic field generating means Lc with electrical energy and/or for controlling the magnetic field generating means Lc. If the magnetic field generating means Lc is one or more coils, in particular flat coils, the driver stage DRVL preferably supplies the magnetic field generating means Lc with an electrical coil current I L . A magnetic field controller LCTR compares values of the magnetic flux density B with a reference value and regulates the supply of the magnetic field generating means L c with electrical energy and/or the energization of the magnetic field generating means Lc with an electrical coil current I L in such a way that this change is a difference between the values of the magnetic Flux density B and the reference value counteracts. The magnetic field controller LCTR receives the information about the values of the magnetic flux density B either from separate magnetic field sensors and / or from a control device CTR of the proposed device;
- dsds
-
Breite ds der elektrisch leitenden Signalleitung 1330;width ds of the electrically
conductive signal line 1330; - dSEdSE
- Durchmesser dSE des Sensorelements SE;Diameter d SE of the sensor element SE;
- DSEDSE
- Dicke DSE des Sensorelements SE und/oder der Sensorelementschicht 14305;Thickness D SE of the sensor element SE and/or the sensor element layer 14305;
- dSLdSL
-
Breite dSL des Schlitzes 1840 der Schlitzleitung 1880 bzw. der Lücke 6840 einer differenziellen Mikrostreifenleitung 6880 bzw. der Lücke 6840 einer differenziellen Tri-Plate-Leitung 6980;Width d SL of the
slot 1840 of theslot line 1880 or thegap 6840 of adifferential microstrip line 6880 or thegap 6840 of a differentialtri-plate line 6980; - dpmdpm
- Abstand dpm des unteren Endes des Permanentmagneten PM zur Auflagefläche AF;Distance d pm of the lower end of the permanent magnet PM to the support surface AF;
- drdr
- Dicke an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;Thickness at other points of the end surface EF of the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical fiber LWL;
- dSK1dSK1
- Höhe des Sensorkopfes SK;Height of the sensor head SK;
- dSK2dSK2
- Länge des Sensorkopfes SK;length of sensor head SK;
- dSK3dSK3
- Breite des Sensorkopfes SK;Width of sensor head SK;
- dSK4dSK4
- Tiefe der Vertiefung VT des Sensorkopfes SK;Depth of the recess VT of the sensor head SK;
- DLWLDLWL
- Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL;Diameter of the fiber optic cable LWL;
- DLWLLDLWLL
- Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL;Diameter of the fiber optic lens LWLL;
- DLWLMHDLWLMH
- Durchmesser des ummantelten Lichtwellenleiters LWL umfassend den Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL mit der mechanischen Hülle MH;Diameter of the sheathed optical fiber LWL comprising the diameter of the optical fiber LWL with the mechanical sheath MH;
- DMDM
- Diamanten DM. Die Diamanten haben vorzugsweise eine Größe kleiner 5mm, besser kleiner 2mm, besser kleiner 1mm, besser kleiner 0,5mm, besser kleiner 0,2mm, besser kleiner 0,1mm, besser kleiner 50µm, besser kleiner 20µm, besser kleiner 10µm, besser kleiner 5µm, besser kleiner 2mm, besser kleiner 1µm, besser kleiner 0,5µm, besser kleiner 0,2µm, besser kleiner 0,1µm, besser kleiner 50nm, besser kleiner 20nm, besser kleiner 10nm. Die Diamanten stehen hier auch für die anderen möglichen Kristalle mit paramagnetischen Zentren, die das Trägermaterial TM umfassen kann und die Fluoreszenzstrahlung FL bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB abgeben;Diamonds DM. The diamonds preferably have a size smaller than 5mm, better smaller than 2mm, better smaller than 1mm, better smaller than 0.5mm, better smaller than 0.2mm, better smaller than 0.1mm, better smaller than 50µm, better smaller than 20µm, better smaller than 10µm, better smaller than 5µm, better smaller than 2mm, better smaller than 1µm, better smaller than 0.5µm, better smaller than 0.2µm, better smaller than 0.1µm, better smaller than 50nm, better smaller than 20nm, better smaller than 10nm. The diamonds here also represent the other possible crystals with paramagnetic centers, which can comprise the carrier material TM and which emit fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
- EFEF
- Endfläche des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;End surface of the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical fiber LWL;
- ELWL1ELWL1
- erstes Ende des Lichtwellenleiters LWL;first end of the fiber optic cable LWL;
- ELWL2ELWL2
- zweites Ende des Lichtwellenleiters LWL;second end of the optical fiber LWL;
- EUEU
- eine Umdrehung des Motors;one revolution of the engine;
- EXTDBEXTDB
- externer Datenbus EXTDB, insbesondere zur Kommunikation einer Steuervorrichtung (CTR, CTRH, CTR2) mit einem übergeordneten Rechnersystem;external data bus EXTDB, in particular for communication between a control device (CTR, CTRH, CTR2) and a higher-level computer system;
- F1F1
- dichroitischer Spiegel F1 oder optischer Filter F1 zur Trennung der Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB für das Sensorelement SE. Der dichroitische Spiegel / optischer Filter F1 ist damit funktionsgleich zum optischen Filter (Longpass) 6. Bei dem dichroitischer Spiegel F1 oder dem optischer Filter F1 kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch einen vektoriellen dichroitischen Spiegel F1 oder einen vektoriellen optischer Filter F1 handeln, die eine Mehrzahl von dichroitischer Spiegelkomponenten oder eine Mehrzahl von optischen Filterkomponenten (F1_1, F1_2, F1_3, F1_4, F1_5) umfassen können;dichroic mirror F1 or optical filter F1 for separating the fluorescence radiation FL from the pump radiation LB for the sensor element SE. The dichroic mirror / optical filter F1 is therefore functionally identical to the optical filter (long pass) 6. The dichroic mirror F1 or the optical filter F1 can also be a vector dichroic mirror F1 or a vector optical filter F1 in the sense of the document presented here which may include a plurality of dichroic mirror components or a plurality of optical filter components (F1_1, F1_2, F1_3, F1_4, F1_5);
- F1_1F1_1
- dichroitischer Spiegel F1_1 für das linke Sensorelement SE(1410) oder optischer Filter F1 für das linke Sensorelement SE(1410) zur Abtrennung der Fluoreszenzstrahlung FL_1 des linken Sensorelements SE(1410) von der Pumpstrahlung LB_1 für das linke Sensorelement SE(1410);dichroic mirror F1_1 for the left sensor element SE (1410) or optical filter F1 for the left sensor element SE (1410) for separating the fluorescent radiation FL_1 of the left sensor element SE (1410) from the pump radiation LB_1 for the left sensor element SE (1410);
- F1_2F1_2
- dichroitischer Spiegel F1_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) oder optischer Filter F1 für das mittlere Sensorelement SE(1420) zur Abtrennung der Fluoreszenzstrahlung FL_2 des mittleren Sensorelements SE(1420) von der Pumpstrahlung LB_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);dichroic mirror F1_2 for the middle sensor element SE(1420) or optical filter F1 for the middle sensor element SE(1420) for separating the fluorescent radiation FL_2 of the middle sensor element SE(1420) from the pump radiation LB_2 for the middle sensor element SE(1420);
- F1_3F1_3
- dichroitischer Spiegel F1_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) oder optischer Filter F1 für das rechte Sensorelement SE(1430) zur Abtrennung der Fluoreszenzstrahlung FL_3 des rechten Sensorelements SE(1430) von der Pumpstrahlung LB_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);dichroic mirror F1_3 for the right sensor element SE(1430) or optical filter F1 for the right sensor element SE(1430) for separating the fluorescence radiation FL_3 of the right sensor element SE(1430) from the pump radiation LB_3 for the right sensor element SE(1430);
- F1_4F1_4
- dichroitischer Spiegel F1_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) oder optischer Filter F1 für das linke Leitungssensorelement SE(7110)zur Abtrennung der Fluoreszenzstrahlung FL_4 des linken Leitungssensorelements SE(7110) von der Pumpstrahlung LB_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110);dichroic mirror F1_4 for the left line sensor element SE(7110) or optical filter F1 for the left line sensor element SE(7110) for separating the fluorescence radiation FL_4 of the left line sensor element SE(7110) from the pump radiation LB_4 for the left line sensor element SE(7110);
- F1_5F1_5
- dichroitischer Spiegel F1_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) oder optischer Filter F1 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) zur Abtrennung der Fluoreszenzstrahlung FL_5 des rechten Leitungssensorelements SE(7120) von der Pumpstrahlung LB_5 für das rechtedichroic mirror F1_5 for the right line sensor element SE(7120) or optical filter F1 for the right line sensor element SE(7120) for separating the fluorescence radiation FL_5 of the right line sensor element SE(7120) from the pump radiation LB_5 for the right one
- ffµwffµw
- Mikrowellenfrequenzmodulationsfrequenz ffµW;Microwave frequency modulation frequency f fµW ;
- FLFL
-
Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren innerhalb des Sensorelements SE. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die Fluoreszenzstrahlung FL auch mit dem Bezugszeichen 14. Bei der Fluoreszenzstrahlung FL kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch eine vektorielle Fluoreszenzstrahlung FL handeln, die eine Mehrzahl von Fluoreszenzstrahlungskomponenten (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5) umfassen kann;Fluorescence radiation FL of the NV centers and/or paramagnetic centers within the sensor element SE. The document presented here also designates the fluorescence radiation FL with the
reference number 14. In the sense of the document presented here, the fluorescence radiation FL can also be a vector fluorescence radiation FL, which has a plurality of fluorescence radiation components (FL_1, FL_2, FL_3, FL_4, FL_5). may include; - FL_1FL_1
- Fluoreszenzstrahlung FL_1 der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren innerhalb des linken Sensorelements SE(1410);Fluorescence radiation FL_1 of the NV centers and/or paramagnetic centers within the left sensor element SE(1410);
- FL_2FL_2
- Fluoreszenzstrahlung FL_2 der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren innerhalb des mittleren Sensorelements SE(1420);Fluorescence radiation FL_2 of the NV centers and/or paramagnetic centers within the middle sensor element SE(1420);
- FL_3FL_3
- Fluoreszenzstrahlung FL_3 der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren innerhalb des rechten Sensorelements SE(1430);Fluorescence radiation FL_3 of the NV centers and/or paramagnetic centers within the right sensor element SE(1430);
- FL_4FL_4
- Fluoreszenzstrahlung FL_4 der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren innerhalb des linken Leitungssensorelements SE(7110);Fluorescence radiation FL_4 of the NV centers and/or paramagnetic centers within the left line sensor element SE(7110);
- FL_5FL_5
- Fluoreszenzstrahlung FL_5 der NV-Zentren und/oder paramagnetischen Zentren innerhalb des rechten Leitungssensorelements SE(7120);Fluorescence radiation FL_5 of the NV centers and/or paramagnetic centers within the right line sensor element SE(7120);
- fLEDfLED
- LED -Modulationsfrequenz fLED des LED-Modulationssignals S5w des Sendesignals S5 für das Sensorelement SE zur Modulation der Lichtquelle LED für das Sensorelement SE;LED modulation frequency f LED of the LED modulation signal S5w of the transmission signal S5 for the sensor element SE for modulating the light source LED for the sensor element SE;
- fLED_1fLED_1
- LED -Modulationsfrequenz fLED_1 des LED-Modulationssignals S5w_1 des Sendesignals S5_1 für das linke Sensorelement SE(1410) zur Modulation der Lichtquelle LED_1 für das linke Sensorelement SE(1410);LED modulation frequency f LED_1 of the LED modulation signal S5w_1 of the transmission signal S5_1 for the left sensor element SE(1410) for modulating the light source LED_1 for the left sensor element SE(1410);
- fLED_2fLED_2
- LED -Modulationsfrequenz fLED_2 des LED-Modulationssignals S5w_2 des Sendesignals S5_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) zur Modulation der Lichtquelle LED_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);LED modulation frequency f LED_2 of the LED modulation signal S5w_2 of the transmission signal S5_2 for the middle sensor element SE(1420) for modulating the light source LED_2 for the middle sensor element SE(1420);
- fLED_3fLED_3
- LED -Modulationsfrequenz fLED_3 des LED-Modulationssignals S5w_3 des Sendesignals S5_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) zur Modulation der Lichtquelle LED_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);LED modulation frequency f LED_3 of the LED modulation signal S5w_3 of the transmission signal S5_3 for the right sensor element SE(1430) for modulating the light source LED_3 for the right sensor element SE(1430);
- fLED_4fLED_4
- LED -Modulationsfrequenz fLED_4 des LED-Modulationssignals S5w_4 des Sendesignals S5_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) zur Modulation der Lichtquelle LED_5 für das linke Leitungssensorelement SE(71100);LED modulation frequency f LED_4 of the LED modulation signal S5w_4 of the transmission signal S5_4 for the left line sensor element SE(7110) for modulating the light source LED_5 for the left line sensor element SE(71100);
- fLED_5fLED_5
- LED -Modulationsfrequenz fLED_5 des LED-Modulationssignals S5w_5 des Sendesignals S5_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) zur Modulation der Lichtquelle LED_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);LED modulation frequency f LED_5 of the LED modulation signal S5w_5 of the transmission signal S5_5 for the right line sensor element SE(7120) for modulating the light source LED_5 for the right line sensor element SE(7120);
- FMFM
- optisch intransparenten Füllmasseoptically non-transparent filling material
- fmgfmg
- Magnetfeldmodulationsfrequenz fmg;Magnetic field modulation frequency f mg ;
- fµWfµW
- Mikrowellenmodulationsfrequenz fµW;Microwave modulation frequency f µW ;
- FMMFMM
- ferromagnetisches Material;ferromagnetic material;
- FOXFOX
- Feld-Oxid FOX;field oxide FOX;
- fRWmfrWm
- Radiowellenmodulationsfrequenz fRWm;Radio wave modulation frequency f RWm ;
- FS2FS2
- zweiten Fangstruktur FS2;second catch structure FS2;
- GG
- Signalgenerator G;signal generator G;
- G1G1
- erster Signalgenerator G1. Bei dem ersten Signalgenerator G1 kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch um einen vektoriellen ersten Signalgenerator G1 handeln, der eine Mehrzahl von ersten Signalgeneratorkomponenten (G1_1, G1_2, G1_3, G1_4, G1_5) umfassen kann;first signal generator G1. In the sense of the document presented here, the first signal generator G1 can also be a vectorial first signal generator G1, which can include a plurality of first signal generator components (G1_1, G1_2, G1_3, G1_4, G1_5);
- G1_1G1_1
- erster Signalgenerator G1 für das linke Sensorelement SE(1410);first signal generator G1 for the left sensor element SE (1410);
- G1_2G1_2
- erster Signalgenerator G1 für das mittlere Sensorelement SE(1420);first signal generator G1 for the middle sensor element SE (1420);
- G1_3G1_3
- erster Signalgenerator G1 für das rechte Sensorelement SE(1430);first signal generator G1 for the right sensor element SE (1430);
- G1_4G1_4
- erster Signalgenerator G1 für das rechte Leitungssensorelement SE(7110);first signal generator G1 for the right line sensor element SE (7110);
- G1_5G1_5
- erster Signalgenerator G1 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);first signal generator G1 for the right line sensor element SE (7120);
- G2G2
- zweiter Signalgenerator G2;second signal generator G2;
- G2_IG2_I
- erster zweiter Signalgenerator G2_I zur Erzeugung des ersten Mikrowellenmodulationssignals S5m_I;first second signal generator G2_I for generating the first microwave modulation signal S5m_I;
- G2_IIG2_II
- zweiter zweiter Signalgenerator G2_II zur Erzeugung des zweiten Mikrowellenmodulationssignals S5m_II;second second signal generator G2_II for generating the second microwave modulation signal S5m_II;
- G2_IIIG2_III
- dritter zweiter Signalgenerator G2_III zur Erzeugung des dritten Mikrowellenmodulationssignals S5m_III;third second signal generator G2_III for generating the third microwave modulation signal S5m_III;
- G2_IVG2_IV
- vierter zweiter Signalgenerator G2_IV zur Erzeugung des vierten Mikrowellenmodulationssignals S5m_IV;fourth second signal generator G2_IV for generating the fourth microwave modulation signal S5m_IV;
- GAGA
- Gate GA;Gate GA;
- GHGH
- Gehäuse, insbesondere des Stators des Motors im zweiten Ausführungsbeispiel eines Motors;Housing, in particular of the stator of the motor in the second embodiment of a motor;
- GHRGHR
- Rotorgehäuse;rotor housing;
- GHGH
- Sensorkopfgehäuse GH. Das Sensorkopfgehäuse GH des Sensorkopfes SK kann beispielsweise mittels 3D-Druck, beispielsweise mittels FDM oder SLS-Druck hergestellt werden. Bevorzugt ist das Material des Sensorkopfgehäuses zumindest in der Nähe des Sensorelements SE nicht ferromagnetisch (µt<1). Bevorzugt ist das Material des Sensorkopfgehäuses diamagnetisch;Sensor head housing GH. The sensor head housing GH of the sensor head SK can be produced, for example, using 3D printing, for example using FDM or SLS printing. Preferably, the material of the sensor head housing is not ferromagnetic (µ t <1), at least in the vicinity of the sensor element SE. The material of the sensor head housing is preferably diamagnetic;
- GNDGND
- Bezugspotenzial;reference potential;
- GOXGOX
- Gate-Oxid GOX;gate oxide GOX;
- HH
- magnetische Erregung;magnetic excitation;
- HBHB
- Halbbrücken HB;half bridges HB;
- HSLHSL
- Halbbrückensteuerleitungen HSL;HSL half-bridge control lines;
- IMPHUIMPHU
- Motorphasenstrom der U-Motorphase MPHu;Motor phase current of the U motor phase MPHu;
- IMPHVIMPHV
- Motorphasenstrom der V-Motorphase MPHv;Motor phase current of the V motor phase MPHv;
- IMPHWIMPHW
- Motorphasenstrom der W-Motorphase MPHw;Motor phase current of the W motor phase MPHw;
- JTAGJTAG
- IEEE 1149 JATG-Test-Controller JTAG;IEEE 1149 JATG test controller JTAG;
- KIAI
- Knick im Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH;Kink in channel KN of sensor head housing GH;
- KLKL
-
kolloidaler Lack KL. Der kolloidale Lack KL umfasst bevorzugt das Trägermaterial TM, beispielsweise den UV-härtbaren NOA 61 Kleber und die Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND. Ggf. kann der kolloidale Lack KL zum Zeitpunkt der Verarbeitung ein Lösungsmittel LM zur Einstellung der Viskosität für den Belackungs- und/oder Druck- und/oder Dispensiervorgang umfassen;colloidal varnish KL. The colloidal lacquer KL preferably comprises the carrier material TM, for example the UV-
curable NOA 61 adhesive and the crystals and/or diamond nanocrystals ND. If necessary, the colloidal varnish KL can comprise a solvent LM at the time of processing to adjust the viscosity for the coating and/or printing and/or dispensing process; - KNCN
- Kanal KN, durch den der Lichtwellenleiter LWL in das Sensorkopfgehäuse GH eingeführt ist;Channel KN, through which the optical fiber LWL is inserted into the sensor head housing GH;
- LBL.B
- Benetzungslänge;wetting length;
- LBL.B
-
Pumpstrahlung LB. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet die Pumpstrahlung LB auch mit dem Bezugszeichen 13. Bei der Pumpstrahlung LB (13) kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch eine vektorielle Pumpstrahlung LB handeln, die eine Mehrzahl von Pumpstrahlungskomponenten (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4, LB_5) umfassen kann;Pump radiation LB. The document presented here also designates the pump radiation LB with the
reference number 13. In the sense of the document presented here, the pump radiation LB (13) can also be a vectorial pump radiation LB, which has a plurality of pump radiation components (LB_1, LB_2, LB_3, LB_4 , LB_5); - LB_1LB_1
- Pumpstrahlung LB_1 der Lichtquelle LED_1 (Pumpstrahlungsquelle) für das linke Sensorelement SE(1410);Pump radiation LB_1 from the light source LED_1 (pump radiation source) for the left sensor element SE (1410);
- LB_2LB_2
- Pumpstrahlung LB_2 der Lichtquelle LED_2 (Pumpstrahlungsquelle) für das mittlere Sensorelement SE(1420);Pump radiation LB_2 from the light source LED_2 (pump radiation source) for the middle sensor element SE (1420);
- LB_3LB_3
- Pumpstrahlung LB_3 der Lichtquelle LED_3 (Pumpstrahlungsquelle) für das rechte Sensorelement SE(1430);Pump radiation LB_3 from the light source LED_3 (pump radiation source) for the right sensor element SE (1430);
- LB_4LB_4
- Pumpstrahlung LB_4 der Lichtquelle LED_4 (Pumpstrahlungsquelle) für das linke Leitungssensorelement SE(7110);Pump radiation LB_4 from the light source LED_4 (pump radiation source) for the left line sensor element SE(7110);
- LB_5LB_5
- Pumpstrahlung LB_5 der Lichtquelle LED_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120); Leitungssensorelement SE(7120);Pump radiation LB_5 from the light source LED_5 for the right line sensor element SE(7120); Line sensor element SE(7120);
- LcLc
- Magnetfelderzeugungsmittel Lc. Das Magnetfelderzeugungsmittel Lc. kann beispielsweise eine elektrische Spule, insbesondere eine elektrische Flachspule auf der Rückseite des Schaltungsträgers 1360 (PCB), sein. Bevorzugt versorgt eine Treiberstufe DRVL zur Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc das Magnetfelderzeugungsmittel Lc mit elektrischer Energie. Im Falle einer Spule als Magnetfelderzeugungsmittel Lc bestromt Treiberstufe DRVL zur Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc das Magnetfelderzeugungsmittel Lc mit einem elektrischen Strom. Das Magnetfelderzeugungsmittel Lc kann im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch einen Permanentmagneten PM mit einer Positionierungsvorrichtung PV umfassen, wobei dann die Treiberstufe DRVL vorzugsweise die Positioniervorrichtung PV des Permanentmagneten PM steuert. Je nach Positionierung des Permanentmagneten PM relativ zum Sensorelement SE durchflutet eine andere wirksame magnetische Flussdichte Bw das Sensorelement SE. Bevorzugt steuert der Magnetfeldregler LCTR die Treiberstufe DRVL. Bei dem Magnetfelderzeugungsmittel Lc kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im ein vektorielles Magnetfelderzeugungsmittel Lc handeln, das eine Mehrzahl von Magnetfelderzeugungsmittelkomponenten (Lc_1, Lc_2, Lc_3, Lc _4, Lc_5) umfassen kann;Magnetic field generating agent Lc. The magnetic field generating agent Lc. can, for example, be an electrical coil, in particular an electrical flat coil on the back of the circuit board 1360 (PCB). A driver stage DRVL for supplying the magnetic field generating means Lc preferably supplies the magnetic field generating means Lc with electrical energy. In the case of a coil as the magnetic field generating means Lc, driver stage DRVL energizes the magnetic field generating means Lc with an electrical current to supply the magnetic field generating means Lc. In the sense of the document presented here, the magnetic field generating means Lc can also comprise a permanent magnet PM with a positioning device PV, in which case the driver stage DRVL preferably controls the positioning device PV of the permanent magnet PM. Depending on the positioning of the permanent magnet PM relative to the sensor element SE, a different effective magnetic flux density B w flows through the sensor element SE. The magnetic field controller LCTR preferably controls the driver stage DRVL. In the sense of the document presented here, the magnetic field generating means Lc can also be a vector magnetic field generating means Lc, which can comprise a plurality of magnetic field generating means components (Lc_1, Lc_2, Lc_3, Lc_4, Lc_5);
- Lc_1Lc_1
- erstes Magnetfelderzeugungsmittel Lc_1 für das erste Sensorelement SE des ersten Sensorelementkanals. In dem Beispiel der Figur 141 ist das erste Magnetfelderzeugungsmittel Lc_1 Teil des Magnetfelderzeugungsmittels Lc. Das hier vorgelegte Dokument verweist an dieser Stelle auf die Beschreibung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc.first magnetic field generating means Lc_1 for the first sensor element SE of the first sensor element channel. In the example of Figure 141, the first magnetic field generating means Lc_1 is part of the magnetic field generating means Lc. The document presented here refers at this point to the description of the magnetic field generating agent Lc.
- Lc_2Lc_2
- zweites Magnetfelderzeugungsmittel Lc_2 für das zweite Sensorelement SE des zweiten Sensorelementkanals. In dem Beispiel der Figur 141 ist das zweite Magnetfelderzeugungsmittel Lc_2 Teil des Magnetfelderzeugungsmittels Lc. Das hier vorgelegte Dokument verweist an dieser Stelle auf die Beschreibung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc.second magnetic field generating means Lc_2 for the second sensor element SE of the second sensor element channel. In the example of Figure 141, the second magnetic field generating means L c _2 is part of the magnetic field generating means Lc. The document presented here refers at this point to the description of the magnetic field generating agent Lc.
- Lc_3Lc_3
- drittes Magnetfelderzeugungsmittel Lc_3 für das dritte Sensorelement SE des dritten Sensorelementkanals. In dem Beispiel der Figur 141 ist das dritte Magnetfelderzeugungsmittel Lc_3 Teil des Magnetfelderzeugungsmittels Lc. Das hier vorgelegte Dokument verweist an dieser Stelle auf die Beschreibung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc.third magnetic field generating means L c _3 for the third sensor element SE of the third sensor element channel. In the example of Figure 141, the third magnetic field generating means L c _3 is part of the magnetic field generating means Lc. The document presented here refers at this point to the description of the magnetic field generating agent Lc.
- Lc_4Lc_4
- viertes Magnetfelderzeugungsmittel Lc_4 für das vierte Sensorelement SE des vierten Sensorelementkanals. In dem Beispiel der Figur 141 ist das vierte Magnetfelderzeugungsmittel Lc_4 Teil des Magnetfelderzeugungsmittels Lc. Das hier vorgelegte Dokument verweist an dieser Stelle auf die Beschreibung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc.fourth magnetic field generating means L c _4 for the fourth sensor element SE of the fourth sensor element channel. In the example of Figure 141, the fourth magnetic field generating means L c _4 is part of the magnetic field generating means Lc. The document presented here refers at this point to the description of the magnetic field generating agent Lc.
- Lc_5Lc_5
- fünftes Magnetfelderzeugungsmittel Lc_5 für das fünfte Sensorelement SE des fünftem Sensorelementkanals. In dem Beispiel der Figur 141 ist das fünfte Magnetfelderzeugungsmittel Lc_5 Teil des Magnetfelderzeugungsmittels Lc. Das hier vorgelegte Dokument verweist an dieser Stelle auf die Beschreibung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc.fifth magnetic field generating means L c _5 for the fifth sensor element SE of the fifth sensor element channel. In the example of Figure 141, the fifth magnetic field generating means L c _5 is part of the magnetic field generating means Lc. The document presented here refers at this point to the description of the magnetic field generating agent Lc.
- LCTRLCTR
- Magnetfeldregler LCTR. Der Magnetfeldregler LCTR vergleicht vorzugsweise Werte der magnetischen Flussdichte B mit einem Referenzwert und regelt die Versorgung des Magnetfelderzeugungsmittels Lc mit elektrischer Energie und/oder die Bestromung des Magnetfelderzeugungsmittel Lc mit einem elektrischen Spulenstrom IL so nach, dass diese Änderung einer Differenz zwischen den Werten der magnetischen Flussdichte B und dem Referenzwert entgegenwirkt. Der Magnetfeldregler LCTR erhält die Informationen über die Werte der magnetischen Flussdichte B entweder von separaten Magnetfeldsensoren und/oder von einer Steuervorrichtung CTR der vorschlagemäßen Vorrichtung. Der Ein Magnetfeldregler LCTR kann beispielsweise in P-Regler und/oder ein PI-Regler und/oder ein PID-Regler oder dergleichen sein, wobei der Regler vorzugsweise in seiner Regelcharakteristik zumindest eine integrierende Eigenschaft aufweist. Der Magnetfeldregler LCTR erhält den Referenzwert vorzugsweise von einer Steuervorrichtung CTR der vorschlagemäßen Vorrichtung oder durch konstruktive Maßnahmen oder dergleichen. Die Steuervorrichtung CTR kann ggf. den Magnetfeldregler LCTR emulieren;Magnetic field controller LCTR. The magnetic field controller LCTR preferably compares values of the magnetic flux density B with a reference value and regulates the supply of the magnetic field generating means Lc with electrical energy and/or the energization of the magnetic field generating means Lc with an electrical coil current I L in such a way that this change is a difference between the values of the magnetic Flux density B and the reference value counteracts. The magnetic field controller LCTR receives the information about the values of the magnetic flux density B either from separate magnetic field sensors and / or from a control device CTR of the proposed device. The magnetic field controller LCTR can be, for example, a P controller and/or a PI controller and/or a PID controller or the like, the controller preferably having at least one integrating property in its control characteristics. The magnetic field controller LCTR preferably receives the reference value from a control device CTR of the proposed device or through constructive measures or the like. The control device CTR can, if necessary, emulate the magnetic field controller LCTR;
- LDRVLDRV
- Lichtquellentreiber LDRV für die Lichtquelle LED (Pumpstrahlungsquelle). Bei dem Lichtquellentreiber LDRV für die Lichtquelle LED (Pumpstrahlungsquelle) kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch um einen vektoriellen Lichtquellentreiber LDRV für eine vektorielle Lichtquelle LED (Pumpstrahlungsquelle) handeln, der eine Mehrzahl von Lichtquellentreiberkomponenten (LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5) umfassen kann;Light source driver LDRV for the light source LED (pump radiation source). In the sense of the document presented here, the light source driver LDRV for the light source LED (pump radiation source) can also be a vector light source driver LDRV for a vector light source LED (pump radiation source), which has a plurality of light source driver components (LDRV_1, LDRV_2, LDRV_3, LDRV_4, LDRV_5) may include;
- LDRV_1LDRV_1
- Lichtquellentreiber LDRV_1 für die Lichtquelle LED_1 (Pumpstrahlungsquelle) für die Pumpstrahlung LB_1 für das linke Sensorelement SE(1410);Light source driver LDRV_1 for the light source LED_1 (pump radiation source) for the pump radiation LB_1 for the left sensor element SE (1410);
- LDRV_2LDRV_2
- Lichtquellentreiber LDRV_2 für die Lichtquelle LED_2 (Pumpstrahlungsquelle) für die Pumpstrahlung LB_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);Light source driver LDRV_2 for the light source LED_2 (pump radiation source) for the pump radiation LB_2 for the middle sensor element SE(1420);
- LDRV_3LDRV_3
- Lichtquellentreiber LDRV_3 für die Lichtquelle LED_3 (Pumpstrahlungsquelle) für die Pumpstrahlung LB_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);Light source driver LDRV_3 for the light source LED_3 (pump radiation source) for the pump radiation LB_3 for the right sensor element SE(1430);
- LDRV_4LDRV_4
- Lichtquellentreiber LDRV_4 für die Lichtquelle LED_4 (Pumpstrahlungsquelle) für die Pumpstrahlung LB_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110);Light source driver LDRV_4 for the light source LED_4 (pump radiation source) for the pump radiation LB_4 for the left line sensor element SE(7110);
- LDRV_5LDRV_5
- Lichtquellentreiber LDRV_5 für die Lichtquelle LED_5 (Pumpstrahlungsquelle) für die Pumpstrahlung LB_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);Light source driver LDRV_5 for the light source LED_5 (pump radiation source) for the pump radiation LB_5 for the right line sensor element SE(7120);
- LEDLED
- Lichtquelle LED (Pumpstrahlungsquelle). Bei der Lichtquelle LED (Pumpstrahlungsquelle) kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch eine vektorielle Lichtquelle LED (Pumpstrahlungsquelle) handeln, der eine Mehrzahl von Lichtquellenkomponenten (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5) umfassen kann;Light source LED (pump radiation source). In the sense of the document presented here, the light source LED (pump radiation source) can also be a vector light source LED (pump radiation source), which can include a plurality of light source components (LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5);
- LED_1LED_1
- Lichtquelle LED_1 (Pumpstrahlungsquelle) für das linke Sensorelement SE(1410);Light source LED_1 (pump radiation source) for the left sensor element SE(1410);
- LED_2LED_2
- Lichtquelle LED_2 (Pumpstrahlungsquelle) für das mittlere Sensorelement SE(1420);Light source LED_2 (pump radiation source) for the middle sensor element SE(1420);
- LED_3LED_3
- Lichtquelle LED_3 (Pumpstrahlungsquelle) für das rechte Sensorelement SE(1430);Light source LED_3 (pump radiation source) for the right sensor element SE(1430);
- LED_4LED_4
- Lichtquelle LED_4 (Pumpstrahlungsquelle) für das linke Leitungssensorelement SE(7110);Light source LED_4 (pump radiation source) for the left line sensor element SE(7110);
- LED_5LED_5
- Lichtquelle LED_5 (Pumpstrahlungsquelle) für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);Light source LED_5 (pump radiation source) for the right line sensor element SE(7120);
- λBλB
- Belichtungswellenlänge λB; exposure wavelength λ B;
- λflλfl
- Fluoreszenzstrahlungswellenlänge λfl;Fluorescence radiation wavelength λ fl ;
- λHλH
- Aushärtewellenlänge λH; curing wavelength λ H;
- λpmpλpmp
- Pumpstrahlungswellenlänge λpmp;Pump radiation wavelength λ pmp ;
- LIVLIV
- Mehrfachkorrelator LIV. Bei dem Mehrfachkorrelator LIV handelt es sich bevorzugt um einen Lock-In-Verstärker oder eine funktionsäquivalente Vorrichtung beispielsweise zur Abschätzung des Anteils eines vorbestimmten Sendesignals in einem Empfangssignal. Bei dem Mehrfachkorrelator LIV kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im einen vektoriellen Mehrfachkorrelator LIV handeln, der eine Mehrzahl von Mehrfachkorrelatorkomponenten (LIV_1, LIV_2, LIV _3, LIV_4, LIV_5) umfassen kann;Multiple correlator LIV. The multiple correlator LIV is preferably a lock-in amplifier or a functionally equivalent device, for example for estimating the proportion of a predetermined transmission signal in a reception signal. In the sense of the document presented here, the multiple correlator LIV can also be a vectorial multiple correlator LIV, which can include a plurality of multiple correlator components (LIV_1, LIV_2, LIV_3, LIV_4, LIV_5);
- LIV_1LIV_1
- Mehrfachkorrelator LIV_1 für das linke Sensorelement SE(1410);Multiple correlator LIV_1 for the left sensor element SE(1410);
- LIV_2LIV_2
- Mehrfachkorrelator LIV_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);Multiple correlator LIV_2 for the middle sensor element SE(1420);
- LIV_3LIV_3
- Mehrfachkorrelator LIV_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);Multiple correlator LIV_3 for the right sensor element SE(1430);
- LIV_4LIV_4
- Mehrfachkorrelator LIV_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110);Multiple correlator LIV_4 for the left line sensor element SE(7110);
- L!V_5L!V_5
- Mehrfachkorrelator LIV_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);Multiple correlator LIV_5 for the right line sensor element SE(7120);
- LSL.S
- Luftspalt;air gap;
- LSTLST
- Wert des fluoreszenzintensitätsbasierenden Filterausgangssignals S4 (in willkürlichen Einheiten);Value of the fluorescence intensity based filter output signal S4 (in arbitrary units);
- LWLLWL
-
Lichtwellenleiter LWL. Beispielsweise kann es sich kann es sich um eine Glasfaser oder eine Glasplatte 46 oder eine optische Übertragungsstrecke handeln. Bei dem Lichtwellenleiter LWL kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch einen vektoriellen Lichtwellenleiter LWL (z.B. ein Lichtwellenleiterbündel oder eine Zusammenstellung von Lichtwellenleitern LWL) handeln, die eine Mehrzahl von Lichtwellenleiterkomponenten (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5) umfassen kann;Fiber optic cable LWL. For example, it can be a fiber optic or a
glass plate 46 or an optical transmission path. In the sense of the document presented here, the optical fiber LWL can also be a vector optical fiber LWL (e.g. a bundle of optical fibers or a collection of optical fibers LWL), which can include a plurality of optical fiber components (LWL_1, LWL_2, LWL_3, LWL_4, LWL_5); - LWL1LWL1
- erster Lichtwellenleiter LWL1;first optical fiber LWL1;
- LWL2LWL2
- zweiter Lichtwellenleiter LWL2;second optical fiber LWL2;
- LWLCLWLC
- Kern (Englisch Core) des Lichtwellenleiters LWL;Core of the fiber optic cable;
- LWLLLWLL
- Lichtwellenleiterlinse;fiber optic lens;
- λflλfl
- Fluoreszenzwellenlänge λfl;Fluorescence wavelength λ fl ;
- λHλH
- Aushärtewellenlänge λH;Curing wavelength λ H ;
- λpmpλpmp
- Pumpstrahlungswellenlänge λpmp;Pump radiation wavelength λ pmp ;
- M1M1
- erster Multiplizierer M1 bzw. einfach nur Multiplizierer;first multiplier M1 or just multiplier;
- M2M2
- zweiter Multiplizierer M2;second multiplier M2;
- M2LM2L
- zweite Metalllage M2L;second metal layer M2L;
- MDSMDS
- Musterdatensatz MDS. Bevorzugt umfasst dieser Musterdatensatz MDS den Datensatz eines erkannten Musters und oder eine Merkmalsvektor für eine Mustererkennung die die Steuervorrichtung CTR mit Hilfe eines computerimplementierten Programms zur Mustererkennung oder dergleichen durchführt. Typischerweise handelt es sich um den Wert der erkannten Gesamtflussdichte BΣ. Typischerweise umfasst dieser Datensatz auch den Messfehlerwert, mit dem dieser Wert der erkannten Gesamtflussdichte BΣ behaftet ist;Sample data set MDS. This pattern data record MDS preferably comprises the data record of a recognized pattern and/or a feature vector for pattern recognition which the control device CTR carries out with the aid of a computer-implemented program for pattern recognition or the like. Typically this is the value of the detected total flux density B Σ . Typically, this data set also includes the measurement error value with which this value of the detected total flux density B Σ is affected;
- MEM.E
- optionale mechanische Hülle ME und/oder optische Abschirmung ME;optional mechanical cover ME and/or optical shield ME;
- ME_1ME_1
- optionale mechanische Hülle ME_1 und/oder optische Abschirmung ME_1 für das linke Sensorelement SE(1410);optional mechanical cover ME_1 and/or optical shield ME_1 for the left sensor element SE(1410);
- ME_2ME_2
- optionale mechanische Hülle ME_2 und/oder optische Abschirmung ME_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);optional mechanical cover ME_2 and/or optical shield ME_2 for the middle sensor element SE(1420);
- ME_3ME_3
- optionale mechanische Hülle ME_3 und/oder optische Abschirmung ME_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);optional mechanical cover ME_3 and/or optical shield ME_3 for the right sensor element SE(1430);
- MESAMESA
- MESA-Struktur MESA;MESA structure MESA;
- MEVMEV
- Mustererkennungsvorrichtung MEV;Pattern recognition device MEV;
- MHMH
- mechanische Hülle;mechanical shell;
- MIXMIX
- Mischer MIX;mixer MIX;
- MLML
- Mittellinie des Lichtwellenleiters LWL (Es handelt sich um eine virtuelle Linie);Center line of the fiber optic cable (it is a virtual line);
- MPMP
- Mittelpunkt der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL;Center of the end surface EF of the first end ELWL1 of the optical fiber LWL;
- MPHMPH
- Motorphasen;engine phases;
- MPHuMPHu
- U-Motorphase;U motor phase;
- MPHvMPHv
- V-Motorphase;V engine phase;
- MPHwMPHw
- W-Motorphase;W motor phase;
- MRKMRK
- Markierung auf dem Rotorgehäuse GHR;Marking on the rotor housing GHR;
- MSMS
- Magnetfeldsensor MS;Magnetic field sensor MS;
- µWµW
- Mikrowellensignal µW;microwave signal µW;
- µW_IµW_I
- erstes Mikrowellensignal µW_I;first microwave signal µW_I;
- µW_IIµW_II
- zweites Mikrowellensignal µW_II;second microwave signal µW_II;
- µW_IIIµW_III
- drittes Mikrowellensignal µW_III;third microwave signal µW_III;
- µW_IVµW_IV
- viertes Mikrowellensignal µW_IV;fourth microwave signal µW_IV;
- µWG_F_IµWG_F_I
- erstes Mikrowellenfilter µWG_F_I;first microwave filter µWG_F_I;
- µWG_F_IIµWG_F_II
- erstes Mikrowellenfilter µWG_F_II;first microwave filter µWG_F_II;
- µWG_F_IIIµWG_F_III
- erstes Mikrowellenfilter µWG_F_III;first microwave filter µWG_F_III;
- µWG_F_IVµWG_F_IV
- erstes Mikrowellenfilter µWG_F_IV;first microwave filter µWG_F_IV;
- µW_G_IµW_G_I
- erstes internes Mikrowellensignal µW_G_I;first internal microwave signal µW_G_I;
- µW_G_IIµW_G_II
- zweites internes Mikrowellensignal µW_G_II;second internal microwave signal µW_G_II;
- µW_G_IIIµW_G_III
- drittes internes Mikrowellensignal µW_G_III;third internal microwave signal µW_G_III;
- µW_G_IVµW_G_IV
- viertes internes Mikrowellensignal µW_G_IV;fourth internal microwave signal µW_G_IV;
- µW_MX_IµW_MX_I
- erstes Mikrowellenmischsignal µW_MX_I;first microwave mixed signal µW_MX_I;
- µW_MX_IIµW_MX_II
- zweites Mikrowellenmischsignal µW_MX_II;second microwave mixed signal µW_MX_II;
- µW_MX_IIIµW_MX_III
- drittes Mikrowellenmischsignal µW_MX_III;third microwave mixed signal µW_MX_III;
- µW_MX_IVµW_MX_IV
- viertes Mikrowellenmischsignal µW_MX_lV;fourth microwave mixed signal µW_MX_lV;
- µWARµWAR
-
Transmissions-Mikrowellensignalanalysator µWAR für die Erfassung des durch die mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE deformierten und reflektierten Mikrowellensignals µWR des Mikrowellensignals µW.Transmission microwave signal analyzer µWAR for detecting the
distance 15740 of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered by the sensor element SE through interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and through interaction with the NV centers NVZ and / or paramagnetic centers of the crystals and / or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE deformed and reflected microwave signal µWR of the microwave signal µW. - µWATµWAT
-
Reflektions-Mikrowellensignalanalysator µWAT für die Erfassung des durch die mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE deformierten und transmittierten Mikrowellensignals µWT des Mikrowellensignals µW.Reflection microwave signal analyzer µWAT for detecting the
distance 15740 of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered by the sensor element SE through interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and through interaction with the NV centers NVZ and / or paramagnetic centers of the crystals and / or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE deformed and transmitted microwave signal µWT of the microwave signal µW. - µWCµWC
- Mikrowellen-Richtkoppler zum Einspeisen des Mikrowellensignals µW in den Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) und zum Auskoppeln des reflektierten Mikrowellensignals µWR für die Analyse durch den den Reflexions-Mikrowellenanalysator µWAR.Microwave directional coupler for feeding the microwave signal µW into the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) and for coupling out the reflected microwave signal µWR for analysis by the reflection microwave analyzer µWAR.
- µWGµWG
- Mikrowellensignalquelle µWG;Microwave signal source µWG;
- µWG_IµWG_I
- erste Mikrowellensignalquelle µWG_I;first microwave signal source µWG_I;
- µWG_IIµWG_II
- zweite Mikrowellensignalquelle µWG_II;second microwave signal source µWG_II;
- µWG_IIIµWG_III
- dritte Mikrowellensignalquelle µWG_III;third microwave signal source µWG_III;
- µWG_IVµWG_IV
- vierte Mikrowellensignalquelle µWG_IV;fourth microwave signal source µWG_IV;
- µWG_MX_IµWG_MX_I
- erster interner Mixer µW_G_I ;first internal mixer µW_G_I ;
- µWG_MX_IIµWG_MX_II
- zweiter interner Mixer µW_G_II;second internal mixer µW_G_II;
- µWG_MX_IIIµWG_MX_III
- dritter interner Mixer µW_G_III;third internal mixer µW_G_III;
- µWG_MX_IVµWG_MX_IV
- vierter interner Mixer µW_G_IV;fourth internal mixer µW_G_IV;
- µWRµWR
-
reflektiertes Mikrowellensignal µWR des Mikrowellensignals µW, das durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE in der mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) deformiert und reflektiert wird;reflected microwave signal µWR of the microwave signal µW, which is generated by interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and by the interaction with the NV centers NVZ and / or paramagnetic centers of the crystals and / or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE in the with Sensor element SE covered
section 15740 of the wave guide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) is deformed and reflected; - µWTµWT
-
transmittiertes Mikrowellensignal µWT des Mikrowellensignals µW, das durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE in der mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) deformiert und durch diese hindurch transmittiert wird;transmitted microwave signal µWT of the microwave signal µW, which is caused by interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and by the interaction with the NV centers NVZ and / or paramagnetic centers of the crystals and / or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE in the with Sensor element SE covered
section 15740 of the wave guide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) is deformed and transmitted through it; - NDND
- Diamant-Nano-Kristalle ND. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet mit dem Bezugszeichen ND nicht nur Diamanten DM, sondern ganz allgemein Kristalle, die paramagnetische Zentren aufweise können. Gleichwohl sind Diamantkristalle DM als Diamant-Nano-Kristalle ND bevorzugt. Als paramagnetische Zentren sind NV-Zentren in Diamant bevorzugt. Die kleinen stochastisch gleichverteilten Diamant-Nano-Kristalle ND im Material des Trägermaterials TM der kolloidalen Mischung KL sind in einigen Figuren zur Verdeutlichung angedeutet. Bevorzugt sind die Diamant-Nano-Kristalle ND Kristalle, vorzugsweise Diamantkristalle, mit einer Größe kleiner 10µm, besser kleiner 5µm, besser kleiner 2µm, besser kleiner 1µm, besser kleiner 0,5µm, besser kleiner 0,2µm, besser, kleiner 0,1µm, kleiner 50nm, kleiner 20nm, , kleiner 10nm. Besonders bevorzugt sind Größen über 100nm, da Größen kleiner 100nm spezielle Oberflächeneffekte zwischen den paramagnetischen Zentren, insbesondere NV-Zentren und der jeweiligen Kristalloberfläche des betreffenden Diamant-Nano-Kristalls ND bzw. Kristalls hervorrufen können. Bevorzugt umfassen eine Vielzahl dieser Diamant-Nano-Kristalle ND bzw. Kristalle ein oder mehrere NV-Zentren in Diamant, die dann die Fluoreszenzstrahlung FL bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB erzeugen.;Diamond Nano Crystals ND. The document presented here uses the reference symbol ND to designate not only diamonds DM, but more generally crystals that can have paramagnetic centers. Nevertheless, diamond crystals DM are preferred than diamond nanocrystals ND. NV centers in diamond are preferred as paramagnetic centers. The small, stochastically uniformly distributed diamond nanocrystals ND in the material of the carrier material TM of the colloidal mixture KL are indicated in some figures for clarity. The diamond nano-crystals are preferably ND crystals, preferably diamond crystals, with a size of less than 10 μm, better less than 5 μm, better less than 2 μm, better less than 1 μm, better less than 0.5 μm, better less than 0.2 μm, better less than 0.1 μm , less than 50nm, less than 20nm, , less than 10nm. Sizes over 100nm are particularly preferred, since sizes smaller than 100nm can cause special surface effects between the paramagnetic centers, in particular NV centers, and the respective crystal surface of the relevant diamond nanocrystal ND or crystal. A large number of these diamond nanocrystals ND or crystals preferably comprise one or more NV centers in diamond, which then generate the fluorescence radiation FL when irradiated with pump radiation LB.;
- NVMNVM
- nicht flüchtiger Speicher NVM;non-volatile memory NVM;
- NVZNVZ
- NV-Zentren;NV centers;
- NWNW
- N-Wanne NW;N-well NW;
- OFOF
- Öffnungopening
- KEKE
- Kern;Core;
- KNCN
- Kanal im Gehäuse GH bzw. Sensorkopfgehäuse GH für die Zuführung des Lichtwellenleiters LWL und/oder optisches Fenster im Gehäuse bzw. Sensorkopfgehäuse GH;Channel in the housing GH or sensor head housing GH for the supply of the optical fiber LWL and/or optical window in the housing or sensor head housing GH;
- OEO.E
- Öffnung für den Lichtwellenleiter LWL in der ferromagnetischen Stütze ST des zweiten Anwendungsbeispiels;Opening for the optical waveguide LWL in the ferromagnetic support ST of the second application example;
- OFOF
- Oberfläche des Werkstücks, beispielsweise die Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FMM, des ersten Anwendungsbeispiels;Surface of the workpiece, for example the surface of a ferromagnetic material FMM, of the first application example;
- OFF1OFF1
- Offset-Addition;offset addition;
- oMS1oMS1
-
erste obere Metallblende oMS1 des ersten Lichtwellenleiters LWL1 nach oben zur Oberfläche des Trägersubstrats 1360. Es handelt sich um eine optische Abschirmung ME;first upper metal cover oMS1 of the first optical waveguide LWL1 upwards to the surface of the
carrier substrate 1360. It is an optical shield ME; - oMS2oMS2
-
zweite obere Metallblende oMS2 des zweiten Lichtwellenleiters LWL2 nach oben zur Oberfläche des Trägersubstrats 1360. Es handelt sich um eine optische Abschirmung ME;second upper metal cover oMS2 of the second optical waveguide LWL2 upwards to the surface of the
carrier substrate 1360. It is an optical shield ME; - ωµWωµW
- Mikrowellenfrequenz ωµw;microwave frequency ω µw ;
- ωµw0ωµw0
- Nullpunktsmikrowellenfrequenz ωµW0;Zero point microwave frequency ω µW0 ;
- ωµW22ωµW22
- untere Mikrowellenfrequenz ωµW22;lower microwave frequency ω µW22 ;
- ωµW23ωµW23
- untere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW23;lower mean microwave frequency ω µW23 ;
- ωµW24ωµW24
- obere mittlere Mikrowellenfrequenz ωµW24;upper mean microwave frequency ω µW24 ;
- ωµW25ωµW25
- obere Mikrowellenfrequenz ωµW25;upper microwave frequency ω µW25 ;
- ωµW29ωµW29
- Resonanzminimum-Mikrowellenfrequenz ωµW29;Resonance minimum microwave frequency ωµ W29 ;
- ωµWnkωµWnk
- unbekannte Mikrowellenfrequenz ωµWnk;unknown microwave frequency ω µWnk ;
- φMPHUφMPHU
- Stromwinkel deskomplexen Stromvektors des Motorphasenstroms IMPHU der Motorphase MPHu;Current angle of the complex current vector of the motor phase current I MPHU of the motor phase MPHu;
- φMPHVφMPHV
- Stromwinkel deskomplexen Stromvektors des Motorphasenstroms IMPHV der Motorphase MPHv;Current angle of the complex current vector of the motor phase current I MPHV of the motor phase MPHv;
- φMPHWφMPHW
- Stromwinkel deskomplexen Stromvektors des Motorphasenstroms IMPHW der Motorphase MPHw;Current angle of the complex current vector of the motor phase current I MPHW of the motor phase MPHw;
- PDP.D
- Fotodetektor PD. Bei dem Fotodetektor PD kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im einen vektoriellen Fotodetektor PD handeln, der eine Mehrzahl von Fotodetektorkomponenten (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5) umfassen kann;Photodetector PD. In the sense of the document presented here, the photodetector PD can also be a vector photodetector PD, which can include a plurality of photodetector components (PD_1, PD_2, PD_3, PD_4, PD_5);
- PD_1PD_1
- Fotodetektor PD_1 für das linke Sensorelement SE(1410);Photodetector PD_1 for the left sensor element SE(1410);
- PD_2PD_2
- Fotodetektor PD_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);Photodetector PD_2 for the middle sensor element SE(1420);
- PD_3PD_3
- Fotodetektor PD_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);Photodetector PD_3 for the right sensor element SE(1430);
- PD_4PD_4
- Fotodetektor PD_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110);Photodetector PD_4 for the left line sensor element SE(7110);
- PD_5PD_5
- Fotodetektor PD_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);Photodetector PD_5 for the right line sensor element SE(7120);
- PLPL
-
Pumpstrahlungsquelle PL, auch mit dem Bezugszeichen 2 als Lichtquelle 2 bezeichnet;Pump radiation source PL, also designated by
reference number 2 aslight source 2; - PMPM
-
Permanentmagnet PM. Bevorzugt ist in dem ersten Anwendungsbeispiel des Sensorkopfes SK der Permanentmagnet PM röhrenförmig mit einer Permanentmagnetsymmetrieachse AX ausgeführt. Sofern in diesem ersten Anwendungsbeispiel das Sensorelement SE sich auf dieser Symmetrieachse AX befindet, ist die horizontale Komponente der magnetischen Flussdichte B in etwa 0 T. In dem hier vorgestellten ersten Anwendungsbeispiel dient der Permanentmagnet PM zur Bereitstellung der magnetischen Erregung H des magnetischen Kreises des Sensorkopfes SK im Zusammenwirken mit dem Material des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks und in der Nähe des Sensorelements SE. Statt eines Permanentmagneten PM kann in dem ersten Anwendungsbeispiel auch eine stromdurchflossene Spule oder dergleichen hier eingesetzt werden. Auch sind kompliziertere magnetische Kreise mit mehr als einer Quelle magnetischer Erregung in dem ersten Anwendungsbeispiel zu dem gleichen Zweck denkbar. Beispielsweise kann der Sensorkopf SK in dem ersten Anwendungsbeispiel auch eine Kombination aus einem der mehreren Permanentmagneten mit einer oder mehreren Spulen als Quelle der magnetischen Erregung H aufweisen. Beispielsweise kann der Sensorkopf SK in dem ersten Anwendungsbeispiel auch einer oder mehrere Spulen als Quelle der magnetischen Erregung H aufweisen. Der Begriff Permanentmagnet steht im Sinne des hier vorgelegten Dokuments für eine beliebig strukturierte Quelle magnetischer Erregung H. Ein einzelner Permanentmagnet ist in dem ersten Anwendungsbeispiel jedoch ausdrücklich besonders bevorzugt. In dem zweiten Anwendungsbeispiel kann es sich um einen Permanentmagneten des Motors, also beispielsweise des Rotors oder des Stators handeln. In dem dritten Anwendungsbeispiel einer Magnetkamera kann der Permanentmagnet PM als Hilfsmagnet 19 für die magnetische Erregung H des zu prüfenden Messobjekts sorgen. Im Falle des vierten Anwendungsbeispiels eines Mikrowellenspektrometers kann der Permanentmagnet als Gradienten behafteter Permanentmagnet GPM für eine unterschiedliche Aufspaltung der unteren Resonanzkante 522 und der oberen Resonanzkante 525 sorgen. Ein Permanentmagnet PM kann beispielsweise als Magnetfelderzeugungsmittel Lc verwendet werden;PM permanent magnet. In the first application example of the sensor head SK, the permanent magnet PM is preferably designed to be tubular with a permanent magnet symmetry axis AX. If in this first application example the sensor element SE is located on this symmetry axis AX, the horizontal component of the magnetic flux density B is approximately 0 T. In the first application example presented here, the permanent magnet PM serves to provide the magnetic excitation H of the magnetic circuit of the sensor head SK in interaction with the material of the workpiece near the surface OF of the workpiece and near the sensor element SE. Instead of a permanent magnet PM, a current-carrying coil or the like can also be used here in the first application example. More complicated magnetic circuits with more than one source of magnetic excitation are also conceivable in the first application example for the same purpose. For example, the sensor head SK in the first application example can also have a combination of one of the several permanent magnets with one or more coils as a source of the magnetic excitation H. For example, the sensor head SK in the first application example can also have one or more coils as a source of the magnetic excitation H. In the sense of the document presented here, the term permanent magnet stands for an arbitrarily structured source of magnetic excitation H. However, a single permanent magnet is expressly particularly preferred in the first application example. In the second application example, it can be a permanent magnet of the motor, for example the rotor or the stator. In the third application example of a magnetic camera, the permanent magnet PM can provide the magnetic excitation H of the measurement object to be tested as an
auxiliary magnet 19. In the case of the fourth application example of a microwave spectrometer, the permanent magnet as a gradient permanent magnet GPM can ensure a different splitting of thelower resonance edge 522 and theupper resonance edge 525. For example, a permanent magnet PM can be used as a magnetic field generating means Lc; - POSPOS
- Positionsdetektor;position detector;
- POSSPOSS
- Positionssignal;position signal;
- POSSWPOSSW
- Wert des Positionssignals POSS in willkürlichen Einheiten;Value of position signal POSS in arbitrary units;
- RAMR.A.M.
- Speicher RAM, insbesondere flüchtiger Speicher;Memory RAM, especially volatile memory;
- RFGRFG
- Radiowellenquelle (RF-Quelle) RFG;Radio wave source (RF source) RFG;
- RFARRFAR
-
Transmissions-HF-Signalanalysator RFAR für die Erfassung des durch die mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE in der mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) deformierten und reflektierten HF-Signals RWR des HF-Signals RW.Transmission RF signal analyzer RFAR for the detection of the
section 15740 of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered by the sensor element SE through interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and through the interaction with the NV centers NVZ and/or paramagnetic centers of the crystals and/or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE in thesection 15740 of the wave guide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered with the sensor element SE and deformed and reflected HF signal RWR of the HF signal RW. - RFATRFAT
-
Reflexions-HF-Signalanalysator RFAT für die Erfassung des durch die mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE in der mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) deformierten und transmittierten HF-Signals RWT des HF-Signals RW.Reflection RF signal analyzer RFAT for the detection of the
section 15740 of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered by the sensor element SE through interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and through the interaction with the NV centers NVZ and/or paramagnetic centers of the crystals and/or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE in thesection 15740 of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered with the sensor element SE, deformed and transmitted HF signal RWT of the HF signal RW. - RMKRMK
- magnetischer Rotorkreis RMK;magnetic rotor circuit RMK;
- RIR.I
- Störung im ferromagnetischen Material FMM. Bei einer solchen Störung kann es sich um eine Änderung der Zusammensetzung handeln, die die magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Materials FM lokal ändert. Beispielsweise kann es sich um einen Riss oder einen Lunker oder eine Bohrung oder eine Vertiefung oder um eine Dickenschwankung oder eine Modulation eines Formfaktors wie Dicke, Breite oder dergleichen handeln;Disturbance in the ferromagnetic material FMM. Such a disturbance may be a change in composition that locally changes the magnetic properties of the ferromagnetic material FM. For example, it may be a crack or a hole or a hole or a depression or a thickness variation or a modulation of a form factor such as thickness, width or the like;
- RWRW
- Radiowellensignal RW;radio wave signal RW;
- RWCRWC
- Mikrowellen-Richtkoppler zum Einspeisen des HF-Signals RW in den Wellenleiter (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) und zum Auskoppeln des reflektierten HF-Signals RWR für die Analyse durch den Reflexions-HF-Signalanalysator µWAR.Microwave directional coupler for feeding the HF signal RW into the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) and for coupling out the reflected HF signal RWR for analysis by the reflection HF signal analyzer µWAR.
- RWRRWR
-
reflektiertes HF-Signal RWR des HF-Signals RW, das durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE in der mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) deformiert und reflektiert wird;reflected HF signal RWR of the HF signal RW, which is generated by interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and by the interaction with the NV centers NVZ and/or paramagnetic centers of the crystals and/or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE is deformed and reflected in the
section 15740 of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered by the sensor element SE; - RWTRWT
-
transmittiertes HF-Signal RWT des HF-Signals RW, das durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial TM des Sensorelements SE und durch die Wechselwirkung mit den NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren der Kristalle und/oder Diamanten DM innerhalb des Trägermaterials TM des Sensorelements SE in der mit dem Sensorelement SE bedeckte Strecke 15740 des Welleneiters (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) deformiert und durch diese hindurch transmittiert wird;transmitted HF signal RWT of the HF signal RW, which is generated by interaction with the carrier material TM of the sensor element SE and by the interaction with the NV centers NVZ and/or paramagnetic centers of the crystals and/or diamonds DM within the carrier material TM of the sensor element SE is deformed in the
section 15740 of the waveguide (1380, 1880, 2380, 6880, 6990) covered by the sensor element SE and transmitted through it; - S0S0
- Empfängerausgangssignal S0. Bei dem Empfängerausgangssignal S0 kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im ein vektorielles Empfängerausgangssignal S0 handeln, das eine Mehrzahl von Empfängerausgangssignalkomponente (S0_1, S0_2, S0_3, S0_4, S0_5) umfassen kann;Receiver output signal S0. In the sense of the document presented here, the receiver output signal S0 can also be a vector receiver output signal S0, which can include a plurality of receiver output signal components (S0_1, S0_2, S0_3, S0_4, S0_5);
- S0_1S0_1
- Empfängerausgangssignal S0_1 für das linke Sensorelement SE(1410). Das Empfängerausgangssignal S0_1 für das linke Sensorelement SE(1410) stellt bevorzugt eine Empfängerausgangssignalkomponente des vektoriellen Empfängerausgangssignals S0 dar;Receiver output signal S0_1 for the left sensor element SE(1410). The receiver output signal S0_1 for the left sensor element SE(1410) preferably represents a receiver output signal component of the vectorial receiver output signal S0;
- S0_2S0_2
- Empfängerausgangssignal S0_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);Receiver output signal S0_2 for the middle sensor element SE(1420);
- S0_3S0_3
- Empfängerausgangssignal S0_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);Receiver output signal S0_3 for the right sensor element SE(1430);
- S0_4S0_4
- Empfängerausgangssignal S0_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110);Receiver output signal S0_4 for the left line sensor element SE(7110);
- S0_5S0_5
- Empfängerausgangssignal S0_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);Receiver output signal S0_5 for the right line sensor element SE(7120);
- S1S1
- verstärktes Empfängerausgangssignal S1 bzw. digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1. Bei dem verstärktes Empfängerausgangssignal S1 bzw. digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1 kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im ein vektorielles verstärktes Empfängerausgangssignal S1 bzw. ein vektorielles digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1 handeln, das eine Mehrzahl von verstärkten Empfängerausgangssignalkomponente (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) umfassen kann;amplified receiver output signal S1 or digitized receiver output signal S1. In the sense of the document presented here, the amplified receiver output signal S1 or digitized receiver output signal S1 can also be a vectorial amplified receiver output signal S1 or a vectorial digitized receiver output signal S1, which has a plurality of amplified receiver output signal components (S1_1, S1_2, S1_3, S1_4, S1_5) may include;
- S1_1S1_1
- verstärktes Empfängerausgangssignal S1_1 für das linke Sensorelement SE(1410) bzw. digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1_1 für das linke Sensorelement SE(1410);amplified receiver output signal S1_1 for the left sensor element SE(1410) or digitized receiver output signal S1_1 for the left sensor element SE(1410);
- S1_2S1_2
- verstärktes Empfängerausgangssignal S1_2 für das linke Sensorelement SE(1420) bzw. digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1_2 für das linke Sensorelement SE(1410);amplified receiver output signal S1_2 for the left sensor element SE (1420) or digitized receiver output signal S1_2 for the left sensor element SE (1410);
- S1_3S1_3
- verstärktes Empfängerausgangssignal S1_3 für das linke Sensorelement SE(1430) bzw. digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1_3 für das linke Sensorelement SE(1430);amplified receiver output signal S1_3 for the left sensor element SE(1430) or digitized receiver output signal S1_3 for the left sensor element SE(1430);
- S1_4S1_4
- verstärktes Empfängerausgangssignal S1_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) bzw. digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1_3 für das linke Leitungssensorelement SE(7110);amplified receiver output signal S1_4 for the left line sensor element SE(7110) or digitized receiver output signal S1_3 for the left line sensor element SE(7110);
- S1_5S1_5
- verstärktes Empfängerausgangssignal S1_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) bzw. digitalisiertes Empfängerausgangssignal S1_3 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);amplified receiver output signal S1_5 for the right line sensor element SE(7120) or digitized receiver output signal S1_3 for the right line sensor element SE(7120);
- S3S3
- Filtereingangssignal;filter input signal;
- S3aS3a
- erstes Zwischensignal S3a des L3-Produkts des Mehrfachkorrelators LIV;first intermediate signal S3a of the L3 product of the multiple correlator LIV;
- S3bS3b
- zweites Zwischensignal S3b des L3-Produkts des Mehrfachkorrelators LIV;second intermediate signal S3b of the L3 product of the multiple correlator LIV;
- S4S4
- Filterausgangssignal S4 auch als Flussdichtemesssignal im Falle der Verwendung als Magnetometer bezeichnet. Bei dem Filterausgangssignal S4 kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im ein vektorielles Filterausgangssignal S4 handeln, das eine Mehrzahl von Filterausgangssignalkomponente (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5) umfassen kann;Filter output signal S4 also referred to as a flux density measurement signal when used as a magnetometer. In the sense of the document presented here, the filter output signal S4 can also be a vectorial filter output signal S4, which can include a plurality of filter output signal components (S4_1, S4_2, S4_3, S4_4, S4_5);
- S4_1S4_1
- Filterausgangssignal S4_1 für das linke Sensorelement SE(1410);Filter output signal S4_1 for the left sensor element SE(1410);
- S4_2S4_2
- Filterausgangssignal S4_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420);Filter output signal S4_2 for the middle sensor element SE(1420);
- S4_3S4_3
- Filterausgangssignal S4_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);Filter output signal S4_3 for the right sensor element SE(1430);
- S4_4S4_4
- Filterausgangssignal S4_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110);Filter output signal S4_4 for the left line sensor element SE(7110);
- S4_5S4_5
- Filterausgangssignal S4_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);Filter output signal S4_5 for the right line sensor element SE(7120);
- S5S5
- Sendesignal S5. Bei dem Sendesignal S5 kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im ein vektorielles Sendesignal S5 handeln, das eine Mehrzahl von Sendesignalkomponente (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5) umfassen kann;Transmit signal S5. In the sense of the document presented here, the transmission signal S5 can also be a vector transmission signal S5, which can include a plurality of transmission signal components (S5_1, S5_2, S5_3, S5_4, S5_5);
- S5S5
- Sendesignal S5 zur Modulation der Lichtquelle LED (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB);Transmission signal S5 for modulating the light source LED (pump radiation source of the pump radiation LB);
- S5_1S5_1
- Sendesignal S5_1 für das linke Sensorelement SE(1410) zur Modulation der Lichtquelle LED_1 für das linke Sensorelement SE(1410) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_1 für das linke Sensorelement SE(1410));Transmission signal S5_1 for the left sensor element SE(1410) for modulating the light source LED_1 for the left sensor element SE(1410) (pump radiation source of the pump radiation LB_1 for the left sensor element SE(1410));
- S5_2S5_2
- Sendesignal S5_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) zur Modulation der Lichtquelle LED_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420));Transmission signal S5_2 for the middle sensor element SE(1420) for modulating the light source LED_2 for the middle sensor element SE(1420) (pump radiation source of the pump radiation LB_2 for the middle sensor element SE(1420));
- S5_3S5_3
- Sendesignal S5_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) zur Modulation der Lichtquelle LED_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_3 für das rechte Sensorelement SE(1430));Transmission signal S5_3 for the right sensor element SE(1430) for modulating the light source LED_3 for the right sensor element SE(1430) (pump radiation source of the pump radiation LB_3 for the right sensor element SE(1430));
- S5_4S5_4
- Sendesignal S5_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) zur Modulation der Lichtquelle LED_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110));Transmit signal S5_4 for the left line sensor element SE(7110) for modulating the light source LED_4 for the left line sensor element SE(7110) (pump radiation source of the pump radiation LB_4 for the left line sensor element SE(7110));
- S5_5S5_5
- Sendesignal S5_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) zur Modulation der Lichtquelle LED_5 für das rechte linke Leitungssensorelement SE(7120) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_5 für das rechte linke Leitungssensorelement SE(7120));Transmission signal S5_5 for the right line sensor element SE(7120) for modulating the light source LED_5 for the right left line sensor element SE(7120) (pump radiation source of the pump radiation LB_5 for the right left line sensor element SE(7120));
- S5mS5m
- Mikrowellenmodulationssignal S5m;microwave modulation signal S5m;
- S5mqS5mq
- invertiertes Mikrowellenmodulationssignal S5mq;inverted microwave modulation signal S5mq;
- S5wS5w
- LED-Modulationssignal S5w, auch als Sendevorsignal bezeichnet. Bei dem LED-Modulationssignal S5w kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im ein vektorielles LED-Modulationssignal S5w handeln, das eine Mehrzahl von LED-Modulationssignalkomponente (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5) umfassen kann;LED modulation signal S5w, also referred to as a transmit pre-signal. In the sense of the document presented here, the LED modulation signal S5w can also be a vector LED modulation signal S5w, which can include a plurality of LED modulation signal components (S5w_1, S5w_2, S5w_3, S5w_4, S5w_5);
- S5w_1S5w_1
- LED-Modulationssignal S5w1 für das linke Sensorelement SE(1410) zur Modulation der Lichtquelle LED_1 für das linke Sensorelement SE(1410) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_1 für das linke Sensorelement SE(1410));LED modulation signal S5w1 for the left sensor element SE(1410) for modulating the light source LED_1 for the left sensor element SE(1410) (pump radiation source of the pump radiation LB_1 for the left sensor element SE(1410));
- S5w_2S5w_2
- LED-Modulationssignal S5w2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) zur Modulation der Lichtquelle LED_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420));LED modulation signal S5w2 for the middle sensor element SE(1420) for modulating the light source LED_2 for the middle sensor element SE(1420) (pump radiation source of the pump radiation LB_2 for the middle sensor element SE(1420));
- S5w_3S5w_3
- LED-Modulationssignal S5w3 für das rechte Sensorelement SE(1430) zur Modulation der Lichtquelle LED_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_3 für das rechte Sensorelement SE(1430));LED modulation signal S5w3 for the right sensor element SE(1430) for modulating the light source LED_3 for the right sensor element SE(1430) (pump radiation source of the pump radiation LB_3 for the right sensor element SE(1430));
- S5w_4S5w_4
- LED-Modulationssignal S5w4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) zur Modulation der Lichtquelle LED_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110));LED modulation signal S5w4 for the left line sensor element SE(7110) for modulating the light source LED_4 for the left line sensor element SE(7110) (pump radiation source of the pump radiation LB_4 for the left line sensor element SE(7110));
- S5w_5S5w_5
- LED-Modulationssignal S5w5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) zur Modulation der Lichtquelle LED_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) (Pumpstrahlungsquelle der Pumpstrahlung LB_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120));LED modulation signal S5w5 for the right line sensor element SE(7120) for modulating the light source LED_5 for the right line sensor element SE(7120) (pump radiation source of the pump radiation LB_5 for the right line sensor element SE(7120));
- S5wqS5wq
- invertiertes LED-Modulationssignal S5wq;inverted LED modulation signal S5wq;
- SCHRSCHR
- Schraube. Das Sensorkopfgehäuse GH weist im ersten Anwendungsbeispiel zur Aufnahme der Schraube vorzugsweise ein Gewinde für eine Madenschraube zur Fixierung des Lichtwellenleiters LWL auf;Screw. In the first application example, the sensor head housing GH preferably has a thread for a grub screw to fix the optical waveguide LWL to accommodate the screw;
- SESE
-
Sensorelement SE. Bevorzugt umfasst das Sensorelement SE eine Vielzahl von Nanodiamanten bzw. Diamanten DM, die unterschiedlich orientiert sind und bevorzugt eine Vielzahl von NV-Zentren NVZ aufweisen. Bevorzugt umfasst das Sensorelement SE eine Vielzahl von Kristallen, die unterschiedlich orientiert sind und bevorzugt eine Vielzahl von NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischer Zentren aufweisen. Bevorzugt ist im Falle des ersten Anwendungsbeispiels eines Sensorkopfes SK das Sensorelement SE mit den Diamanten DM bzw. Nanodiamanten und/oder den Kristallen mit paramagnetischen Zentren mittig unter dem Permanentmagneten PM und möglichst nah am Prüfobjekt, hier im ersten Anwendungsbeispiel eines Sensorkopfes SK dem beispielhaften Werkstück mit dem ferromagnetischen Material FMM, platziert. Im Falle des zweiten Anwendungsbeispiels eines Motors ist das Sensorelement vorzugsweise innerhalb der Luftspalts LS des Motors oder in dessen Streufeld positioniert. Im Falle des dritten Anwendungsbeispiels einer Magnetfeldkamera umfasst das Sensorelement SE vorzugsweise eine Sensorschicht 5. Im Falle des vierten Anwendungsbeispiels einer Wellenleitung (1380, 1880, 2380 6830, 6980) befindet sich das Sensorelement vorzugsweise in der Nähe einer Leitung (1310, 1320, 1330, 6810, 6820) der jeweiligen Wellenleitung und/oder in einer Clearance (1340, 1350, 1840, 2340, 2350, 6840) einer jeweiligen Wellenleitung. Das Sensorelement SE umfasst typischerweise die Nano-Diamant-Kristalle ND und ein typischerweise verfestigtes Trägermittel TE. Die hier vorgelegte Schrift beschreibt verschiedene Sensorelemente SE, insbesondere die Sensorelemente 1410, 1420, 1430, 1710, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410, 7115, 7125, 1735, 7110 und 7120, 13310 die sich nach Ausdehnung und Lage gegenüber den Leitungen unterscheiden;Sensor element SE. The sensor element SE preferably comprises a plurality of nanodiamonds or diamonds DM, which are oriented differently and preferably have a plurality of NV centers NVZ. The sensor element SE preferably comprises a plurality of crystals that are oriented differently and preferably have a plurality of NV centers NVZ and/or paramagnetic centers. In the case of the first application example of a sensor head SK, the sensor element SE with the diamonds DM or nanodiamonds and / or the crystals with paramagnetic centers is preferred in the middle under the permanent magnet PM and as close as possible to the test object, here in the first application example of a sensor head SK with the exemplary workpiece the ferromagnetic material FMM. In the case of the second application example of a motor, the sensor element is preferably positioned within the air gap LS of the motor or in its stray field. In the case of the third application example of a magnetic field camera, the sensor element SE preferably comprises a
sensor layer 5. In the case of the fourth application example of a wave line (1380, 1880, 2380 6830, 6980), the sensor element is preferably located near a line (1310, 1320, 1330, 6810, 6820) of the respective waveline and/or in a clearance (1340, 1350, 1840, 2340, 2350, 6840) of a respective waveline. The sensor element SE typically comprises the nano-diamond crystals ND and a typically solidified carrier medium TE. The document presented here describes various sensor elements SE, in particular the 1410, 1420, 1430, 1710, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410, 7115, 7125, 1735, 7110 and 7120, 13310, which vary in size and position relative to the lines differentiate;sensor elements - SISSIS
- Magnetfeldsensoransteuerung SIS;Magnetic field sensor control SIS;
- SKSK
- Sensorkopf;sensor head;
- SLSL
- Wicklungen einer Stator-Spule;Windings of a stator coil;
- SMKSMK
- magnetischer Stator-Kreis;magnetic stator circuit;
- SrSr
- Source-Gebiet Sr;Source Area Sr;
- SrKSRK
- Source-Kontakt SrK;Source contact SrK;
- STST
- ferromagnetische Stütze;ferromagnetic support;
- TBTB
- Datenschnittstelle des IEEE JATG-Test-Controllers JTAG und JTAG-Testdatenbus;IEEE JATG test controller JTAG data interface and JTAG test data bus;
- TMTM
-
Trägermaterial TM. Das Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL ist vorzugsweise zu Beginn der Verarbeitung flüssig und wird im Rahmen der Verarbeitung, beispielsweise durch Bestrahlung mit einer Aushärtestrahlung 4910 einer Aushärtewellenlänge λH verfestigt. Vorzugsweise ist das Trägermaterial TM nach der Verfestigung optisch transparent für elektromagnetische Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und der Fluoreszenzwellenlänge λfl der paramagnetischen Zentren der eingebetteten Kristalle und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND, hier bevorzugt der NV-Zentren;Carrier material TM. The carrier material TM of the colloidal mixture KL is preferably liquid at the beginning of processing and is solidified during processing, for example by irradiation with a curing
radiation 4910 of a curing wavelength λ H. After solidification, the carrier material TM is preferably optically transparent to electromagnetic radiation with the pump radiation wavelength λ pmp and the fluorescence wavelength λ fl of the paramagnetic centers of the embedded crystals and / or diamond nanocrystals ND, here preferably the NV centers; - tt
- Zeit;Time;
- TT
- Periodendauer der Motorströme (IMPHU, IMPHV, IMPHW);Period duration of the motor currents (I MPHU , I MPHV , I MPHW );
- TMTM
- Trägermaterial;carrier material;
- TPTP
- Tiefpass;low pass;
- TPTP
- Tiefpassfilter bzw. Filter mit Tiefpasseigenschaften;Low-pass filter or filter with low-pass properties;
- uMS1uMS1
- erste untere Metallblende uMS1first lower metal panel uMS1
- uMS2uMS2
- zweite untere Metallblende uMS2second lower metal panel uMS2
- vv
- Vorschubgeschwindigkeit;feed rate;
- V1V1
- erster Verstärker V1 oder nur Verstärker in diesem Dokument. Bei dem Verstärker V1kann es sich im Sinne des hier vorgelegten Dokuments auch im einen vektoriellen Verstärker V1handeln, das eine Mehrzahl von Verstärkerkomponente (V1_1, V1_2, V1_3, V1_4, V1w_5) umfassen kann;first amplifier V1 or only amplifier in this document. In the sense of the document presented here, the amplifier V1 can also be a vector amplifier V1, which can include a plurality of amplifier components (V1_1, V1_2, V1_3, V1_4, V1w_5);
- V1_1V1_1
- erster Verstärker V1_1 für das linke Sensorelement SE(1410) zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_1 für das linke Sensorelement SE(1410) zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_1 für das linke Sensorelement SE(1410) bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_1 für das linke Sensorelement SE(1410);first amplifier V1_1 for the left sensor element SE (1410) for amplifying and / or digitizing the received signal S0_1 for the left sensor element SE (1410) to the amplified receiver output signal S1_1 for the left sensor element SE (1410) or to the digitized receiver output signal S1_1 for the left sensor element SE(1410);
- V1_2V1_2
- erster Verstärker V1_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_2 für das mittlere Sensorelement SE(1420) bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_2 für das linke Sensorelement SE(1420);first amplifier V1_2 for the middle sensor element SE (1420) for amplifying and / or digitizing the received signal S0_2 for the middle sensor element SE (1420) to the amplified receiver output signal S1_2 for the middle sensor element SE (1420) or to the digitized receiver output signal S1_2 for the left sensor element SE(1420);
- V1_3V1_3
- erster Verstärker V1_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_3 für das rechte Sensorelement SE(1430) bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_3 für das rechte Sensorelement SE(1430);first amplifier V1_3 for the right sensor element SE (1430) for amplifying and / or digitizing the received signal S0_3 for the right sensor element SE (1430) to the amplified receiver output signal S1_3 for the right sensor element SE (1430) or to the digitized receiver output signal S1_3 for the right sensor element SE(1430);
- V1_4V1_4
- erster Verstärker V1_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110) bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_4 für das linke Leitungssensorelement SE(7110)first amplifier V1_4 for the left line sensor element SE (7110) Amplification and / or digitization of the received signal S0_4 for the left line sensor element SE (7110) to the amplified receiver output signal S1_4 for the left line sensor element SE (7110) or to the digitized receiver output signal S1_4 for the left line sensor element SE (7110)
- V1_5V1_5
- erster Verstärker V1_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) zur Verstärkung und/oder Digitalisierung des Empfangssignals S0_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120) bzw. zum digitalisierten Empfängerausgangssignal S1_5 für das rechte Leitungssensorelement SE(7120);first amplifier V1_5 for the right line sensor element SE(7120) for amplifying and/or digitizing the received signal S0_5 for the right line sensor element SE(7120) to the amplified receiver output signal S1_5 for the right line sensor element SE(7120) or to the digitized receiver output signal S1_5 for the right line sensor element SE(7120);
- VDDVDD
- Versorgungsspannung;supply voltage;
- VMPHUVMPHU
- Motorphasenspannung der U-Motorphase MPHU bezogen auf das Bezugspotenzial GND;Motor phase voltage of the U motor phase MPH U related to the reference potential GND;
- VMPHVVMPHV
- Motorphasenspannung der V-Motorphase MPHv bezogen auf das Bezugspotenzial GND;Motor phase voltage of the V motor phase MPHv related to the reference potential GND;
- VMPHWVMPHW
- Motorphasenspannung der W-Motorphase MPHw bezogen auf das Bezugspotenzial GND;Motor phase voltage of the W motor phase MPHw related to the reference potential GND;
- VTVT
- Vertiefung VT des Sensorkopfes SK z.B. für einen Führungsfinger einer Hand;Deepening VT of the sensor head SK, e.g. for a guide finger of a hand;
Glossarglossary
Diamant-Nano-Kristalle NDDiamond Nano Crystals ND
Bevorzugt verwendet die hier vorgestellte technische Lehre HD-NV-Diamanten als Diamant-Nano-Kristalle ND bzw. Kristalle der Sensorelemente SE bzw. der Sensorelementschichten 5. Das hier vorgelegte Dokument weist in diesem Zusammenhang auf die Schrift
Ein HD-NV-Diamant ist im Sinne der hier vorgelegten Schrift ein Kristall mit einer besonders hohen Dichte an paramagnetischen Zentren. Durch diese hohe Dichte an paramagnetischen Zentren zeigen die Fluoreszenzintensitätskurve und/oder die Fluoreszenzverzögerungskurve Fluoreszenzmerkmale, die Kopplungen dieser paramagnetischen Zentren mit anderen Kristallstrukturelementen verursachen. Solche andere Kristallstrukturelemente können beispielsweise sein:
- i. Andere zum ankoppelnden paramagnetischen Zentrum gleich ausgerichtete paramagnetische Zentren gleicher Art, also beispielsweise die Kopplung eines NV-Zentrums an ein gleichausgerichtetes NV-Zentrum in Diamant;
- ii. Andere zum ankoppelnden paramagnetischen Zentrum nicht gleich ausgerichtete paramagnetische Zentren gleicher Art, also beispielsweise die Kopplung eines NV-Zentrums an ein nicht gleichausgerichtetes NV-Zentrum in Diamant;
- iii. Andere zum ankoppelnden paramagnetischen Zentrum gleich ausgerichtete paramagnetische Zentren anderer Art, also beispielsweise die Kopplung eines SiV-Zentrums und/oder TiV-Zentrums und/oder GeV-Zentrums und/oder SnV-Zentrums und/oder NiN4-Zentrums und/oder PbV-Zentrums und/oder ST1-Zentrums an ein gleichausgerichtetes NV-Zentrum in Diamant;
- iv. Andere zum ankoppelnden paramagnetischen Zentrum nicht gleich ausgerichtete paramagnetische Zentren anderer Art, also beispielsweise die Kopplung eines SiV-Zentrums und/oder TiV-Zentrums und/oder GeV-Zentrums und/oder SnV-Zentrums und/oder NiN4-Zentrums und/oder PbV-Zentrums und/oder ST1-Zentrums an ein nicht gleichausgerichtetes NV-Zentrum in Diamant;
- v. Nukleare Spins mit magnetischem Moment von Isotopen mit einem solchen Spin, die an das ankoppelnde paramagnetischen Zentrum koppeln und die Teil des paramagnetischen Zentrums sind, also beispielsweise die Kopplung eines NV-Zentrums an ein den Kern des Stickstoffs im NV-Zentrum;
- vi. Nukleare Spins mit magnetischem Moment von Isotopen mit einem solchen Spin, die an das ankoppelnde paramagnetischen Zentrum koppeln und die nicht Teil des paramagnetischen Zentrums sind, also beispielsweise die Kopplung eines NV-Zentrums an ein den Kern eines 13C-Isotops im Umfeld eines NV-Zentrums.
- i. Other paramagnetic centers of the same type that are aligned in the same way as the coupling paramagnetic center, for example the coupling of a NV center to a NV center in diamond that is aligned in the same way;
- ii. Other paramagnetic centers of the same type that are not aligned in the same way as the coupling paramagnetic center, for example the coupling of a NV center to a NV center in diamond that is not aligned in the same way;
- iii. Other paramagnetic centers of a different type aligned in the same way as the coupling paramagnetic center, for example the coupling of a SiV center and/or TiV center and/or GeV center and/or SnV center and/or NiN4 center and/or PbV center and/or ST1 center to a co-aligned NV center in diamond;
- iv. Other paramagnetic centers of a different type that are not aligned in the same way as the coupling paramagnetic center, for example the coupling of a SiV center and/or TiV center and/or GeV center and/or SnV center and/or NiN4 center and/or PbV center center and/or ST1 center to a non-aligned NV center in diamond;
- v. Nuclear spins with magnetic moment of isotopes with such a spin, which couple to the coupling paramagnetic center and which are part of the paramagnetic center, for example the coupling of a NV center to a nitrogen nucleus in the NV center;
- vi. Nuclear spins with magnetic moment of isotopes with such a spin that couple to the coupling paramagnetic center and which are not part of the paramagnetic center, for example the coupling of an NV center to the nucleus of a 13 C isotope in the vicinity of an NV center.
Die hohe Dichte an paramagnetischen Zentren einer Art, beispielsweise von NV-Zentren in Diamant als Kristall, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass der Abstand eines paramagnetischen Zentrums zu einem solchen anderen Kristallstrukturelement so gering ist, dass eine der oben angegebenen Kopplungen möglich wird. Dies hat zur Folge, dass die Fluoreszenzmerkmale, die eine solche Kopplung zwischen einem paramagnetischen Zentrum und einem anderen Kristallstrukturelement anzeigen, in der Fluoreszenzintensitätskurve bzw. der Fluoreszenzverzögerungskurve des Kristalls stärker ausgeprägt sind. Auf einen Diamanten mit einer hohen Dichte an NV-Zentren bedeutet dies, dass die Fluoreszenzmerkmale, die eine solche Kopplung zwischen einem NV-Zentrum und einem anderen Kristallstrukturelement anzeigen, in der Fluoreszenzintensitätskurve bzw. der Fluoreszenzverzögerungskurve des Diamanten stärker ausgeprägt sind.The high density of paramagnetic centers of one type, for example NV centers in diamond as a crystal, increases the probability that the distance of a paramagnetic center to such another crystal structure element is so small that one of the couplings specified above becomes possible. As a result, the fluorescence features indicating such a coupling between a paramagnetic center and another crystal structure element are more pronounced in the fluorescence intensity curve and the fluorescence delay curve of the crystal, respectively. For a diamond with a high density of NV centers, this means that the fluorescence features indicating such coupling between a NV center and another crystal structure element are more pronounced in the diamond's fluorescence intensity curve and fluorescence delay curve, respectively.
Ein Merkmal, das beispielsweise für einen HD-NV-Diamanten kennzeichnend ist, ist die Kopplung eines NV-Zentrums an ein anderes NV-Zentrum. Ein solcher Diamant umfasst also ein NV-Zentren-Paar zweier gekoppelter und äquivalenter NV-Zentren. Entsprechend dem Inhalt der hier vorgelegten Schrift ist dieser Diamant (HDNV) dann bevorzugt für die Verwendung in einer quantentechnologischen Vorrichtung und/oder in einem quantentechnologischen Verfahren bestimmt. Der HD-NV-Diamant kann sich dann beispielsweise dadurch auszeichnen, dass die Intensitätswertkurve der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL des NV-Zentren-Paares bei Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung LB mit einer Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp) in Abhängigkeit vom Wert der magnetischen Flussdichte (B) eines zum Diamanten (HDNV) externen magnetischen Feldes einen typischen Intensitätsabfall (englisch: Dip) des Fluoreszenzintensitätswerts der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL und/oder einen typischen Verzögerungsanstieg des Fluoreszenzverzögerungswerts von mehr als 0,01% und/oder von mehr als 0,02% und/oder von mehr als 0,05% und/oder von mehr als 0,1% und/oder von mehr als 0,2% und/oder von mehr als 0,5% und/oder 1% und/oder von mehr als 2% und/oder von mehr als 5% bei einer auf den Diamanten einwirkenden externen magnetischen Flussdichte (B) von etwa 34,0mT (E34.0,0) zeigt, der auf eine NV-NV-Wechselwirkung äquivalenter Pare von NV-Zentren und damit einen geringen mittleren Abstand zwischen den äquivalenten NV-Zentren hinweist.
- An dieser Stelle weist die hier vorgelegte Schrift darauf hin, dass in der Regel Diamanten eine extrem hohe Dichte an P1-Zentren aufweisen. Daher führt eine Erhöhung der NV-Zentrendichte in der Regel nicht zu einer Veränderung des Fluoreszenzmerkmals, das auf eine NV/P1-Kopplung hinweist.
- Die Größe der Diamant-Nano-Kristalle ND ist bevorzugt kleiner 1mm, besser kleiner 500µm, besser kleiner 200µm, besser kleiner 100µm, besser kleiner 50µm, besser kleiner 20µm, besser kleiner 10µm, besser kleiner 5µm, besser kleiner 2µm, besser kleiner 1µm, besser kleiner 500nm, besser kleiner 200nm, besser kleiner 100nm, besser kleiner 50nm. Die Größe der Diamant-Nano-Kristalle kann kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm und/oder kleiner 2nm und/oder kleiner 1nm sein. Bei den Autoren besteht die Meinung, dass eine Größe von 50nm optimal ist, ohne dass entsprechende Experimente durchgeführt wurden. Gleiches gilt beim Einsatz von Kristallen, die andere Materialien aufweisen, und die Diamant-Nano-Kristalle ND funktionsäquivalent in den Sensorelementen SE ersetzen oder in den Sensorelementen SE ergänzen. Die technische Lehre dieses Dokuments ist somit ausdrücklich nicht auf Diamant-Nano-Kristalle ND mit Diamantkristallen und NV-Zentren beschränkt. Wenn in dem Text und/oder den Ansprüchen von Diamant-Nano-Kristallen ND und/oder NV-Zentren die Rede ist, kann eine fachkundige Person die Verwendung anderer Kristalle und/oder anderer paramagnetischer Zentren mitlesen. Diese müssen jedoch auf Eignung für den jeweiligen Anwendungsfall ausdrücklich erprobt werden.
- At this point, the document presented here points out that diamonds generally have an extremely high density of P1 centers. Therefore, increasing the NV site density does not usually result in a change in the fluorescence feature indicative of NV/P1 coupling.
- The size of the diamond nano crystals ND is preferably smaller than 1mm, better smaller than 500µm, better smaller than 200µm, better smaller than 100µm, better smaller than 50µm, better smaller than 20µm, better smaller than 10µm, better smaller than 5µm, better smaller than 2µm, better smaller than 1µm, better smaller than 500nm, better smaller than 200nm, better smaller than 100nm, better smaller than 50nm. The size of the diamond nanocrystals can be less than 20nm and/or less than 10nm and/or less than 5nm and/or less than 2nm and/or less than 1nm. The authors are of the opinion that a size of 50nm is optimal, without any corresponding experiments having been carried out. The same applies when using crystals that have other materials and that replace the diamond nanocrystals ND in a functionally equivalent manner in the sensor elements SE or supplement them in the sensor elements SE. The technical teaching of this document is therefore expressly not limited to diamond nanocrystals ND with diamond crystals and NV centers. If diamond nanocrystals ND and/or NV centers are mentioned in the text and/or claims, a competent person can read the use of other crystals and/or other paramagnetic centers. However, these must be explicitly tested for suitability for the respective application.
FluoreszenzmerkmaleFluorescence features
Fluoreszenzmerkmale im Sinne der hier vorgelegten Schrift sind kennzeichnende Stellen in der Fluoreszenzintensitätskurve oder der Fluoreszenzverzögerungskurve. Die Fluoreszenzintensitätskurve ist dabei der Graph der Fluoreszenzintensitätswerte der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL eines Diamant-Nano-Kristalls ND aus Diamant dargestellt gegen den Betrag der magnetischen Flussdichte B. Die Fluoreszenzverzögerungskurve ist dabei der Graph der zeitlichen Verzögerungswerte der zeitlichen Verzögerung der Modulation der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL gegenüber der Modulation der Intensität der Pumpstrahlung LB oder gegenüber dem Modulationssignal S5 oder einem daraus abgeleiteten Signal dargestellt gegen den Betrag der magnetischen Flussdichte B. Fluoreszenzmerkmale in der Fluoreszenzintensitätskurve sind lokale Minima und Maxima im Kurvenverlauf. Fluoreszenzmerkmale in der Fluoreszenzverzögerungskurve sind lokale Maxima und Minima im Kurvenverlauf. Die folgende Liste zählt die in den Vorarbeiten zu den zitierten Schriften ermittelten Fluoreszenzmerkmale eines HD-NV-Diamanten (HDNV) mit einer hohen Dichte an NV-Zentren auf. Diese kommen als Fluoreszenzmerkmale im Sinne dieser Schrift bei Verwendung eines Diamanten als Kristall einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung oder eines vorschlagsgemäßen Verfahren in Frage. Wenn in dieser Schrift von Fluoreszenzmerkmalen die Rede ist, sind zumindest die nachfolgenden Fluoreszenzmerkmale bei Verwendung eines Diamanten als Kristall einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung oder eines vorschlagsgemäßen Verfahren gemeint. Im Falle der Verwendung anderer Materialien (siehe auch Inhalt der ZPL-Tabelle) ergeben sich andere Fluoreszenzmerkmale, die aber in der Regel auf analoge Mechanismen zurückzuführen sind. Die Verwendung dieser anderen Materialien und der entsprechenden paramagnetischen Zentren und deren Fluoreszenzmerkmale ist von der Offenlegung der hier vorgelegten Schrift umfasst. Insbesondere ist darüber hinaus die Verwendung von Kristallen aus Elementen der II. Hauptgruppe und der VI. Hauptgruppe und der IV. Hauptgruppe von der hier vorgelegten Offenlegung umfasst. Isotopen der IV-Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente und aus Mischkristallen Die Fluoreszenzmerkmale sind hierauf aber nicht beschränkt. Ggf. können weniger und mehr Fluoreszenzmerkmale verwendet werden:
Im WesentlichenEssentially
Der Begriff „im Wesentlichen bedeutet im Sinne der hier vorgelegten Schrift, dass Abweichungen von einem idealen Wert zugelassen sind, die daraus resultierenden technischen Wirkungen aber den angestrebten Zweck des Verfahrens oder der Vorrichtung nur so wenig beeinträchtigen, dass die Nutzbarkeit der technischen Vorrichtung bzw. des technischen Verfahrens für einen Nutzer nicht oder nur so wenig beeinträchtigt ist, dass der Nutzer die reale technische Wirkung im Vergleich zur idealen technischen Wirkung als ausreichend bewertet.The term “essentially means in the sense of the document presented here that deviations from an ideal value are permitted, but the resulting technical effects only impair the intended purpose of the method or device so little that the usability of the technical device or device technical process is not or only so slightly impaired for a user that the user evaluates the real technical effect as sufficient in comparison to the ideal technical effect.
Kristall (HDNV)Crystal (HDNV)
Bevorzugt umfasst der das Objekt, das der hier vorgelegten Text als Kristall (HDNV) bezeichnet, ein einkristallines Material. Sofern es sich nicht um ein einkristallines Material handelt, sollten bevorzugt die Teilkristalle einkristallin sein und bevorzugt soweit gleichausgerichtet sein, dass die Fluoreszenzmerkmale sich im Wesentlichen in gleicher Weise ausprägen. Bevorzugt ist das Material des Kristalls (HDNV) Diamant.The object, which the text presented here refers to as a crystal (HDNV), preferably comprises a single-crystalline material. Unless it is a single-crystalline material, the partial crystals should preferably be single-crystalline and preferably aligned in the same way that the fluorescence features are expressed in essentially the same way. The material of the crystal (HDNV) is preferably diamond.
Hierzu verweist das hier vorgelegte Dokument auf die Schrift
Die in der hier vorgelegten Schrift offengelegten Prinzipien können aber auch mit anderen kristallinen Materialien Anwendung finden. Diamant ist aber besonders geeignet, da eine Kühlung der Elektronenspinkonfiguration auf wenige mK leicht durch Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) möglich ist und die T2-Zeiten, insbesondere die von NV-Zentren, relativ lang sind. An einigen Stellen in diesem Text ist nur von Dimant die Rede. Hier können auch andere Kristalle eingesetzt werden. In dem Fall des Einsatzes anderer Kristalle aus anderen Materialien als Diamant verwenden die in dieser Schrift offengelegten Vorrichtungen und Verfahren andere paramagnetische Zentren mit anderen Pumpstrahlungswellenlängen (λpmp) und mit anderen Fluoreszenzwellenlängen (λfl). Besonders interessant sind hier Silizium-Kristalle, Germanium-Kristalle und Mischkristalle aus Elementen der IV.-Hauptgruppe des Periodensystems. In manchen Anwendungen sind die Kristalle isotopenrein. Isotopen rein im Sinne der hier vorgelegten Schrift ist ein Material dann, wenn die Konzentration anderer Isotope als der Basis-Isotope, die das Material des Kristalls (HDNV)dominieren, so gering ist, dass der technische Zweck in einem für die Produktion und den Verkauf von Produkten ausreichenden Maße mit einer wirtschaftlich ausreichenden Produktionsausbeute erreicht wird. Dies bedeutet, dass Störungen, die von solchen Isotopenverunreinigungen ausgehen, die Funktionstüchtigkeit der paramagnetischen Zentren nicht oder höchstens ausreichend gering stören. Auf Diamant als Material des Kristalls (HDNV) bezogen heißt das, dass der Diamant bevorzugt im Wesentlichen aus 12C-Isotopen als Basis-Isotopen besteht, die kein magnetisches Moment haben. Dies zeigt sich so, dass beispielsweise in der Fluoreszenzintensitätskurve und/oder der Fluoreszenzverzögerungskurve die Nebenfluoreszenzmerkmale (E102.4,9a, E102.4,8a, E102.4,7a, E102.4,6a, E102.4,5a, E102.4,4a, E102.4,3a, E102.4,2a, E102.4,1a, E102.4,1b, E102.4,2b, E102.4,3b, E102.4,4b, E102.4,5b, E102.4,6b, E102.4,7b, E102.4,8b, E102.4,9b) des 102.4mT-Hauptfluoreszenzmerkmals (E102.4,0) nicht oder schwächer ausgeprägt sind. Umgekehrt kann es wünschenswert sein, dass die Nebenfluoreszenzmerkmale (E102.4,9a, E102.4,8a, E102.4,7a, E102.4,6a, E102.4,5a, E102.4,4a, E102.4,3a, E102.4,2a, E102.4,1a, E102.4,1b, E102.4,2b, E102.4,3b, E102.4,4b, E102.4,5b, E102.4,6b, E102.4,7b, E102.4,8b, E102.4,9b) des 102.4mT-Hauptfluoreszenzmerkmals (E102.4,0) besonders stark ausgeprägt sind, da dies eine verbesserte Interpolation und Kalibrierung ermöglicht. Auf Diamant als Material des Kristalls (HDNV) bezogen heißt das, dass dann zur Erhöhung der Intensität der Nebenfluoreszenzmerkmale der Diamant bevorzugt im Wesentlichen aus 13C-Isotopen als Basis-Isotopen besteht, die ein magnetisches Moment haben. Eine weniger bevorzugte Möglichkeit ist, dass zur Erhöhung der Intensität der Nebenfluoreszenzmerkmale der Diamant bevorzugt einen erhöhten Anteil an 13C-Isotopen als Basis-Isotopen umfasst, die ein magnetisches Moment haben. Als normale Isotopen-Verteilung nimmt die hier vorgelegte Schrift folgende Verteilung an:
Eine Verringerung des Faktors K1G um mehr als 10% besser mehr als 25% fasst die hier vorgelegte Schrift als einen isotopenreinen Diamantkristall (HDNV) auf. Eine Erhöhung des Faktors K1G um mehr als 10% und/oder besser um mehr als 25% und/oder besser um mehr als 50% und/oder um mehr als 100% und/oder besser um mehr als 250% und/oder besser um mehr als 500% und/oder besser um mehr als 1000% und/oder besser um mehr als 2500% und/oder besser um mehr als 5000% (auf K1G>50%) fasst die hier vorgelegte Schrift als einen isotopenreinen Diamantkristall (HDNV) mit verstärkten Nebenfluoreszenzmerkmalen auf. Die Verwendung solcher Diamanten für quantentechnologische Systeme im Sinne der hier vorgelegten Schrift und/oder im Sinne der quantentechnologischen Vorrichtungen und Verfahren, insbesondere im Sinne der quantentechnologischen Sensorvorrichtungen und Messverfahren der Schriften
Das hier geschriebene gilt für den ganzen hier vorgelegten Text.What is written here applies to the entire text presented here.
Pumpstrahlung λpmp Pump radiation λ pmp
Definitiondefinition
Die vorausgehenden Beschreibungsteile verwenden den Begriff Pumpstrahlung LB zum Pumpen der paramagnetischen Zentren der Kristalle bzw. der Diamant-Nano-Kristalle ND, der bevorzugt Diamant umfassen. Die Pumpstrahlung LB weist eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp auf. Werden andere Störstellenzentren als NV-Zentren in Diamant verwendet, so kann eine vorschlagsgemäße Vorrichtung bzw. ein vorschlagsgemäßes Verfahren Licht bzw. elektromagnetische Strahlung anderer Pumpstrahlungswellenlängen λpmp als Pumpstrahlung LB verwenden. Damit diese Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp die paramagnetischen Zentren in den Kristallen erreichen kann, sollte die Struktur ggf. auf der Oberfläche der Kristalle vorhandener elektrischer Leitungen und anderer Strukturen an der Oberfläche der Kristalle ein Passieren der Pumpstrahlung LB in Richtung auf die jeweiligen paramagnetischen Zentren zulassen. Vorzugsweise sind die Oberflächen der Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristalle ND frei von solchen Leitungen und Strukturen.The preceding parts of the description use the term pump radiation LB for pumping the paramagnetic centers of the crystals or the diamond nanocrystals ND, which preferably include diamond. The pump radiation LB has a pump radiation wavelength λ pmp . If impurity centers other than NV centers are used in diamond, a proposed device or a proposed method can use light or electromagnetic radiation of other pump radiation wavelengths λ pmp as pump radiation LB. So that this pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp can reach the paramagnetic centers in the crystals, the structure of any electrical lines and other structures on the surface of the crystals should allow the pump radiation LB to pass in the direction of the respective paramagnetic centers Allow centers. The surfaces of the crystals or diamond nanocrystals ND are preferably free of such lines and structures.
Die hier vorgeschlagenen Sensorsysteme nutzen nun bevorzugt die HD-NV-Diamanten (HDNV) mit einer jeweiligen hohen Dichte an paramagnetischen Zentren in Form von NV-Zentren als Sensorelemente (SE, 14305), die die Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL der paramagnetischen Zentren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB erfassen. Die Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp veranlasst das jeweilige paramagnetische Zentrum oder die paramagnetischen Zentren bzw. die Gruppe oder die Gruppen paramagnetischer Zentren in den Kristallen bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND zur Abgabe von Fluoreszenzstrahlung FL mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl bei Bestrahlung mit der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Typischerweise ist bei Verwendung von NV-Zentren in Diamant als paramagnetischen Zentren der Kristalle bzw. Diamant-Nano-Kristalle ND die Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren so, dass diese rot erscheinen. Es hat sich gezeigt, dass in Verbindung mit NV-Zentren in Diamant als paramagnetischen Zentren der Kristalle bzw. Diamantnanokristalle ND prinzipiell Licht mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB von höchstens 700nm und mindestens 500nm besonders als PumpstrahlungThe sensor systems proposed here now preferably use the HD-NV diamonds (HDNV) with a respective high density of paramagnetic centers in the form of NV centers as sensor elements (SE, 14305), which have the intensity I of the fluorescence radiation FL of the paramagnetic centers Detect irradiation with pump radiation LB. The pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp causes the respective paramagnetic center or centers or the group or groups of paramagnetic centers in the crystals or diamond nanocrystals ND to emit fluorescence radiation FL with a fluorescence wavelength λ fl when irradiated with the pump radiation LB the pump radiation wavelength λ pmp . Typically, when using NV centers in diamond as paramagnetic centers of the crystals or diamond nanocrystals ND, the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL of the NV centers is such that they appear red. It has been shown that in connection with NV centers in diamond as paramagnetic centers of the crystals or diamond nanocrystals ND, in principle light with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB of at most 700nm and at least 500nm especially as pump radiation
LB geeignet ist. Im Zusammenhang mit der Verwendung Kristallen anderer Materialien an Stelle der Diamant-Nano-Kristalle ND oder zur Ergänzung für das Sensorelement SE und entsprechend anderer paramagnetischer Zentren können ganz andere Wellenlängenbereiche der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB die gleichen Funktionen in dem dann so modifizierten Sensorsystem erfüllen. Daher stellen die NV-Zentren hier nur ein Beispiel einer Ausführungsform eines solchen paramagnetischen Zentrums dar. Insbesondere bei der Verwendung eines NV-Zentrums in Diamant als paramagnetisches Zentrum in den Kristallen bzw. Diamant-Nano-Kristallen ND sollte die Pumpstrahlung LB eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Licht bzw. elektromagnetische Pumpstrahlung LB, die bei der Verwendung anderer paramagnetischer Zentren insbesondere auch in anderen Materialien als von NV-Zentren in Diamant zur Ausführung gleicher Funktionen verwendet wird, sind ebenfalls möglich. Die vorgeschlagenen Sensorsystem sind somit auch für andere geeignete paramagnetische Zentren, wie z.B. SiV-Zentrum und/oder TiV-Zentrum und/oder GeV-Zentrum und/oder SnV-Zentrum und/oder NiN4-Zentrum und/oder PbV-Zentrum und/oder ST1-Zentrum etc. anwendbar. Das NV-Zentrum in Diamant ist aber besonders geeignet und besonders gut, z.B. wie oben beschrieben, und in hoher Dichte mit hoher Fertigungsausbeute herzustellen. Zweckmäßigerweise wird die Pumpstrahlung LB der jeweiligen Pumpstrahlungsquelle hier der Lichtquelle LED, die vorzugsweise ein Laser oder eine LED ist, gepulst in Abhängigkeit von einem gepulsten Wechselanteil des LED-Modulationssignals S5w mittels des Sendesignals S5 gepulst. Das LED-Modulationssignal S5w wird als Messsignal d.h. als Referenzsignal für einen Look-In-Verstärker, Hier den Mehrfachkorrelator LIV, genutzt, um die in modulierte elektrische Ströme, insbesondere Fotoelektronenströme oder Spannungen beispielsweise eines Empfängerausgangssignals S0 umgewandelte Modulation der Intensität Iist der Fluoreszenzstrahlung FL rauscharm zu verstärken. Es wurde erkannt, dass die gepulste Pulsmodulation der Pumpstrahlung LB und damit die gepulste Pulsmodulation der Wechselanteil des Sendesignals S5 bevorzugt kein 50% Tastverhältnis (Englisch Duty-Cycle) aufweisen sollte. Der der Wechselanteil des Sendesignals S5 besitzt eine Amplitude des Wechselanteils des Sendesignals S5. Zu Beginn einer Modulationssignalperiode Tp liegt der Wert des Sendesignals S5 beim Wert des Gleichanteils des Sendesignals S5 minus dem Werts der Amplitude des Wechselanteils des Sendesignals S5. Der Wert des Sendesignals S5 steigt dann auf den Wert aus der Summe des Werts der Amplitude des Wechselanteils des Sendesignals S5 plus dem Wert des Gleichanteils des Sendesignals S5 an. Für eine Modulationssignalplateauzeit verharrt dann der Wert des Sendesignals S5 im Wesentlichen auf diesem Werteniveau, um dann mit einer Modulationssignalabfallszeit auf den Wert aus der Differenz Wert des Gleichanteils des Sendesignals S5 minus dem Wert der Amplitude des Wechselanteils des Sendesignals S5 abzufallen. Auf diesem Wert verharrt dann im Wesentlichen der Wert des Sendesignals S5 bis zum Ende der Modulationssignalperiode Tp der Wert des Sendesignals S5 dann wieder mit einer Modulationssignalanstiegszeit auf den Wert aus der Summe der Amplitude des Wechselanteils des Sendesignals S5 plus dem Wert des Gleichanteils des Sendesignals S5 ansteigt. Bevorzugt wird der maximale Wert der Pulse des Wechselanteils des Sendesignals S5 in Form der Summe der Amplitude des Wechselanteils des Sendesignals S5 plus dem Wert des Gleichanteils des Sendesignals S5 maximiert, um eine maximale Intensität der Pumpstrahlung LB zu den Zeiten zu erreichen, in denen die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, Pumpstrahlung LB aussendet. Dies hat den Zweck, den Kontrast zu maximieren, da der Kontrast nicht linear von der Intensität der Pumpstrahlung LB, die die paramagnetischen Zentren erreicht, abhängt und zu großen Intensitäten Pumpstrahlung LB hinzunimmt. Dies ist für einzelne NV-Zentren in Diamant, also nicht für HD-NV-Diamanten, wie sie hier beschrieben sind, beispielsweise aus der Schrift Staacke, R., John, R., Wunderlich, R., Horsthemke, L, Knolle, W., Laube, C, Glösekötter, P., Burchard, B., Abel, B., Meijer, J. (2020), „Isotropie Scalar Quantum Sensing of Magnetic Fields for Industrial Application“, Adv. Quantum Technol., doi:10.1002/qute.202000037, bekannt. Wir verweisen insbesondere auf die
beschrieben wird, kann der Kontrast über das in jenen Schriften gezeigte Maß hinaus gesteigert werden.LB is suitable. In connection with the use of crystals of other materials instead of the diamond nano-crystals ND or as a supplement for the sensor element SE and corresponding other paramagnetic centers, completely different wavelength ranges of the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB can fulfill the same functions in the sensor system then modified in this way . Therefore, the NV centers here represent only an example of an embodiment of such a paramagnetic center. In particular when using an NV center in diamond as a paramagnetic center in the crystals or diamond nanocrystals ND, the pump radiation LB should have a pump radiation wavelength λ pmp in a wavelength range of 400 nm to 700 nm wavelength and/or better 450 nm to 650 nm and/or better 500 nm to 550 nm and/or better 515 nm to 540 nm. A wavelength of 532 nm is clearly preferred as the pump radiation wavelength λ pmp . Light or electromagnetic pump radiation LB, which is used to perform the same functions when using other paramagnetic centers, especially in materials other than NV centers in diamond, are also possible. The proposed sensor systems are therefore also suitable for other paramagnetic centers, such as SiV center and/or TiV center and/or GeV center and/or SnV center and/or NiN4 center and/or PbV center and/or ST1 center etc. applicable. However, the NV center in diamond is particularly suitable and particularly good, for example as described above, and can be produced in high density with high production yields. Expediently, the pump radiation LB of the respective pump radiation source, here the light source LED, which is preferably a laser or an LED, is pulsed depending on a pulsed alternating component of the LED modulation signal S5w by means of the transmission signal S5. The LED modulation signal S5w is used as a measurement signal, ie as a reference signal for a look-in amplifier, here the multiple correlator LIV, to convert the converted into modulated electrical currents, in particular photoelectron currents or voltages, for example a receiver output signal S0 Modulation of the intensity I is to amplify the fluorescent radiation FL with low noise. It was recognized that the pulsed pulse modulation of the pump radiation LB and thus the pulsed pulse modulation of the alternating component of the transmission signal S5 should preferably not have a 50% duty cycle. The alternating component of the transmission signal S5 has an amplitude of the alternating component of the transmission signal S5. At the beginning of a modulation signal period T p, the value of the transmission signal S5 is the value of the direct component of the transmission signal S5 minus the value of the amplitude of the alternating component of the transmission signal S5. The value of the transmission signal S5 then increases to the value of the sum of the value of the amplitude of the alternating component of the transmission signal S5 plus the value of the direct component of the transmission signal S5. For a modulation signal plateau time, the value of the transmission signal S5 then essentially remains at this value level, in order to then drop with a modulation signal decay time to the value of the difference value of the direct component of the transmission signal S5 minus the value of the amplitude of the alternating component of the transmission signal S5. The value of the transmission signal S5 then essentially remains at this value until the end of the modulation signal period T p, the value of the transmission signal S5 then again with a modulation signal rise time to the value of the sum of the amplitude of the alternating component of the transmission signal S5 plus the value of the direct component of the transmission signal S5 increases. Preferably, the maximum value of the pulses of the alternating component of the transmission signal S5 is maximized in the form of the sum of the amplitude of the alternating component of the transmission signal S5 plus the value of the direct component of the transmission signal S5 in order to achieve a maximum intensity of the pump radiation LB at the times in which the pump radiation source , here the light source LED, emits pump radiation LB. This has the purpose of maximizing the contrast, since the contrast does not depend linearly on the intensity of the pump radiation LB that reaches the paramagnetic centers and increases pump radiation LB to large intensities. This is for individual NV centers in diamond, i.e. not for HD-NV diamonds as described here, for example from Staacke, R., John, R., Wunderlich, R., Horsthemke, L, Knolle, W., Laube, C, Glösekötter, P., Burchard, B., Abel, B., Meijer, J. (2020), “Isotropy Scalar Quantum Sensing of Magnetic Fields for Industrial Application”, Adv. Quantum Technol., doi :10.1002/qute.202000037, known. We refer in particular to the
is described, the contrast can be increased beyond that shown in those writings.
Das Tastverhältnis des Sendesignals S5 wird hierbei als Modulationssignalpulsdauer dividiert durch die Modulationssignalperiode Tp definiert. Modulationssignalpulsdauer plus Modulationssignalkomplementärzeit sind hier gleich der Modulationssignalperiode. Bevorzugt ist der Wechselanteil des Sendesignals S5 mit einem Tastverhältnis des Wechselanteils des Sendesignals S5 kleiner 50% und/oder besser kleiner 40% und/oder besser kleiner 30% und/oder besser kleiner 20% und/oder besser kleiner 10% pulsmoduliert. Bevorzugt handelt es sich also um einen ultrakurzen Puls mit möglichst hoher Amplitude. Bevorzugt ist dementsprechend das LED-Modulationssignal S5w daher mit einem Tastverhältnis kleiner 50% und/oder besser kleiner 40% und/oder besser kleiner 30% und/oder besser kleiner 20% und/oder besser kleiner 10% pulsmoduliert. Bevorzugt handelt es sich also um einen ultrakurzen Puls. Dieser ultrakurze Puls wird bevorzugt mit möglichst große Verstärkung in einen entsprechenden kurzen, möglichst intensiven Intensitätspuls der Intensität der Pumpstrahlung LB gewandelt. Da die Pumpstrahlungsquelle, hier die Lichtquelle LED, mit dem Sendesignal S5 angesteuert wird, reproduziert sie typischerweise verzögert um eine Sendverzögerung im Wesentlichen das Sendesignal S5. Für die Berechnung vieler Anwendungen kann diese Sendverzögerung zu 0 s zur Vereinfachung angenommen werden. Dabei wird die Pumpstrahlungspulsdauer hier so definiert, dass der Intensitätspuls der Intensität der Pumpstrahlung LB ein Pumpstrahlungsintensitätsmaximum aufweist und dass die Pumpstrahlungsimpulsdauer eines Intensitätspulses der Pumpstrahlung LB mit dem ersten Zeitpunkt des Überschreitens von 50% des Intensitätswerts des Pumpstrahlungsintensitätsmaximums minus dem ggf. vorhandenen Bias-Wert der Intensität der Pumpstrahlung LB, durch die momentane Intensität des Intensitätspulses der Pumpstrahlung LB minus dem ggf. vorhandenen Bias-Wert der Intensität der Pumpstrahlung LB beginnt und dass die Pumpstrahlungsimpulsdauer eines Intensitätspulses der Pumpstrahlung LB mit dem zweiten Zeitpunkt des Unterschreitens von 50% des Intensitätswerts des Pumpstrahlungsintensitätsmaximums minus dem ggf. vorhandenen Bias-Wert der Intensität der Pumpstrahlung LB, durch die momentane Intensität des Intensitätspulses der Pumpstrahlung LB minus dem ggf. vorhandenen Bias-Wert der Intensität der Pumpstrahlung LB endet.The duty cycle of the transmission signal S5 is defined as the modulation signal pulse duration divided by the modulation signal period T p . Modulation signal pulse duration plus modulation signal complementary time are equal to the modulation signal period. Preferably, the alternating component of the transmission signal S5 is pulse modulated with a duty cycle of the alternating component of the transmission signal S5 of less than 50% and/or better of less than 40% and/or better of less than 30% and/or better of less than 20% and/or better of less than 10%. It is therefore preferably an ultra-short pulse with the highest possible amplitude. Accordingly, the LED modulation signal S5w is therefore preferably pulse modulated with a duty cycle of less than 50% and/or better less than 40% and/or better less than 30% and/or better less than 20% and/or better less than 10%. It is therefore preferably an ultra-short pulse. This ultra-short pulse is preferably converted with the greatest possible amplification into a corresponding short, most intense intensity pulse of the intensity of the pump radiation LB. Since the pump radiation source, here the light source LED, is controlled with the transmission signal S5, it typically reproduces the transmission signal S5 with a delay of a transmission delay. For the calculation of many applications, this transmission delay can be assumed to be 0 s for simplicity. The pump radiation pulse duration is defined here so that the intensity pulse of the intensity of the pump radiation LB has a pump radiation intensity maximum and that the pump radiation pulse duration of an intensity pulse of the pump radiation LB with the first time of exceeding 50% of the intensity value of the pump radiation intensity maximum minus the possibly existing bias value of the Intensity of the pump radiation LB, by the current intensity of the intensity pulse of the pump radiation LB minus the possibly existing bias value of the intensity of the pump radiation LB and that the pump radiation pulse duration of an intensity pulse of the pump radiation LB begins with the second point in time when the intensity value of the pump radiation intensity maximum falls below 50% minus the bias value, if any, of the intensity of the pump radiation LB, ending with the current intensity of the intensity pulse of the pump radiation LB minus the bias value, if any, of the intensity of the pump radiation LB.
ZPL-TabelleZPL table
Die Tabelle ist nur eine beispielhafte Zusammenstellung einiger möglicher paramagnetischer Zentren, die in Kristallen, die die Funktion der Diamant-Nano-Kristalle ND in diesem Dokument wahrnehmen können. Die funktionaläquivalente Nutzung anderer paramagnetischer Zentren in anderen Materialien der Kristalle ist ausdrücklich möglich. Für andere Kristalle und/oder paramagnetische Zentren als NV-Zentren ist eine Erprobung notwendig. Die Pumpstrahlungswellenlängen λpmp der Pumpstrahlung LB sind ebenfalls beispielhaft. Andere Pumpstrahlungswellenlängen λpmp sind in der Regel möglich, wenn sie kürzer als die Wellenlänge der anzuregenden ZPL sind.
Liste der Referenzliteratur zu obiger TabelleList of reference literature for the table above
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Marina Radulaski, Matthias Widmann, Matthias Niethammer, Jingyuan Linda Zhang, Sang-Yun Lee, Torsten Rendler, Konstantinos G. Lagoudakis, Nguyen Tien Son, Erik Janzen, Takeshi Ohshima, Jörg Wrachtrup, Jelena Vučkovic, „Scalable Quantum Photonics with Single Color Centers in Silicon Carbide“, Nano Letters 17 (3), 1782-1786 Marina Radulaski, Matthias Widmann, Matthias Niethammer, Jingyuan Linda Zhang, Sang-Yun Lee, Torsten Rendler, Konstantinos G. Lagoudakis, Nguyen Tien Son, Erik Janzen, Takeshi Ohshima, Jörg Wrachtrup, Jelena Vučkovic, “Scalable Quantum Photonics with Single Color Centers in Silicon Carbide,” Nano Letters 17 (3), 1782-1786 -
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C. Wang, C. Kurtsiefer, H. Weinfurter, and B. Burchard, „Single photon emission from SiV centres in diamond produced by ion implantation“ J. Phys. B: At. Mol.Opt. Phys., 39(37) C. Wang, C. Kurtsiefer, H. Weinfurter, and B. Burchard, “Single photon emission from SiV centers in diamond produced by ion implantation” J. Phys. B: At. Mol.Opt. Phys., 39(37) - /3/ Björn Tegetmeyer, „Luminescence properties of SiV-centers in diamond diodes“ Promotionsschrift, Universität Freiburg, 30.01.2018/3/ Björn Tegetmeyer, “Luminescence properties of SiV-centers in diamond diodes” doctoral thesis, University of Freiburg, January 30, 2018
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- /5/ Rasmus Høy Jensen, Erika Janitz, Yannik Fontana, Yi He, Olivier Gobron, Ilya P. Radko, Mihir Bhaskar, Ruffin Evans, Cesar Daniel Rodriguez Rosenblueth, Lilian Childress, Alexander Huck, Ulrik Lund Andersen, „Cavity-Enhanced Photon Emission from a Single Germanium-Vacancy Center in a Diamond Membrane“, arXiv:1912.05247v3 [quant-ph] 25 May 2020/5/ Rasmus Høy Jensen, Erika Janitz, Yannik Fontana, Yi He, Olivier Gobron, Ilya P. Radko, Mihir Bhaskar, Ruffin Evans, Cesar Daniel Rodriguez Rosenblueth, Lilian Childress, Alexander Huck, Ulrik Lund Andersen, “Cavity-Enhanced Photon “Emission from a Single Germanium-Vacancy Center in a Diamond Membrane”, arXiv:1912.05247v3 [quant-ph] 25 May 2020
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Takayuki Iwasaki, Yoshiyuki Miyamoto, Takashi Taniguchi, Petr Siyushev, Mathias H. Metsch, Fedor Jelezko, Mutsuko Hatano, „Tin-Vacancy Quantum Emitters in Diamond“, Phys. Rev. Lett. 119, 253601 Takayuki Iwasaki, Yoshiyuki Miyamoto, Takashi Taniguchi, Petr Siyushev, Mathias H. Metsch, Fedor Jelezko, Mutsuko Hatano, “Tin-Vacancy Quantum Emitters in Diamond,” Phys. Rev. Lett. 119, 253601 -
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Matthew E. Trusheim, Noel H. Wan, Kevin C. Chen, Christopher J. Ciccarino, Ravishankar Sundararaman, Girish Malladi, Eric Bersin, Michael Walsh, Benjamin Lienhard, Hassaram Bakhru, Prineha Narang, Dirk Englund, „Lead-Related Quantum Emitters in Diamond“ Phys. Rev. B 99, 075430 Matthew E. Trusheim, Noel H. Wan, Kevin C. Chen, Christopher J. Ciccarino, Ravishankar Sundararaman, Girish Malladi, Eric Bersin, Michael Walsh, Benjamin Lienhard, Hassaram Bakhru, Prineha Narang, Dirk Englund, “Lead-Related Quantum Emitters in Diamond” Phys. Rev. B 99, 075430 -
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Express 28, 26111 (2020), DOI: 10.1364/OE .397377, arXiv:2008.09425 [physics.app-ph] - /9/ Castelletto and Alberto Boretti, „Silicon carbide color centers for quantum applications“ 2020 J. Phys. Photonics2 022001/9/ Castelletto and Alberto Boretti, “Silicon carbide color centers for quantum applications” 2020 J. Phys. Photonics2 022001
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- /11/ J. Davidsson, V. Ivády, R. Armiento, N. T. Son, A. Gali, I. A. Abrikosov, „First principles predictions of magneto-optical data for semiconductor point defect identification: the case of divacancy defects in 4H-SiC“, New J. Phys., 2018, 20, 023035/11/ J. Davidsson, V. Ivády, R. Armiento, N. T. Son, A. Gali, I. A. Abrikosov, “First principles predictions of magneto-optical data for semiconductor point defect identification: the case of divacancy defects in 4H-SiC” , New J. Phys., 2018, 20, 023035
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J. Davidsson, V. Ivády, R. Armiento, T. Ohshima, N. T. Son, A. Gali, I. A. Abrikosov „Identification of divacancy and silicon vacancy qubits in 6H-SiC“, Appl. Phys. Lett. 2019, 114, 112107 J. Davidsson, V. Ivády, R. Armiento, T. Ohshima, NT Son, A. Gali, IA Abrikosov “Identification of divacancy and silicon vacancy qubits in 6H-SiC,” Appl. Phys. Lett. 2019, 114, 112107 - /13/ S. A. Zargaleh, S. Hameau, B. Eble, F. Margaillan, H. J. von Bardeleben, J. L. Cantin, W. Gao , „Nitrogen vacancy center in cubic silicon carbide: a promising qubit in the 1.5µm spectral range for photonic quantum networks“ Phys. Rev.B, 2018, 98, 165203/13/ S. A. Zargaleh, S. Hameau, B. Eble, F. Margaillan, H. J. von Bardeleben, J. L. Cantin, W. Gao, “Nitrogen vacancy center in cubic silicon carbide: a promising qubit in the 1.5µm spectral range for photonic quantum networks” Phys. Rev. B, 2018, 98, 165203
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P. Balasubramanian, M. H. Metsch, Reddy, R. Prithvi, J. Lachlan, N. B. Manson, M. W. Doherty, F. Jelezko, „Discovery of ST1 centers in natural diamond“ Nanophotonics, Vol. 8, Nr. 11, 2019, Seiten 1993-2002 P. Balasubramanian, MH Metsch, Reddy, R. Prithvi, J. Lachlan, NB Manson, MW Doherty, F. Jelezko, “Discovery of ST1 centers in natural diamond” Nanophotonics, Vol. 8, No. 11, 2019, pages 1993 -2002 - /16/ J. Foglszinger, A. Denisenko, T. Kornher, M. Schreck, W. Knolle, B. Yavkin, R. Kolesov, J. Wrachtrup „ODMR on Single TR12 Centers in Diamond“ arXiv:2104.04746v1 [physics.optics]/16/ J. Foglszinger, A. Denisenko, T. Kornher, M. Schreck, W. Knolle, B. Yavkin, R. Kolesov, J. Wrachtrup “ODMR on Single TR12 Centers in Diamond” arXiv:2104.04746v1 [physics. optics]
Radiowellen vs. MikrowellenRadio waves vs. microwaves
Radiowellen des Niederfrequenzbereiches sind im Sinne des hier vorgelegten Dokuments elektromagnetische Strahlungswellen in einem Frequenzbereich von 3Hz bis 30kHz, dem Niederfrequenzbereich.For the purposes of the document presented here, radio waves in the low frequency range are electromagnetic radiation waves in a frequency range from 3Hz to 30kHz, the low frequency range.
Radiowellen des Radiowellenfrequenzbereiches sind im Sinne des hier vorgelegten Dokuments elektromagnetische Strahlungswellen in einem Frequenzbereich von 30kHz bis 300MHz, dem Radiowellenfrequenzbereich.For the purposes of the document presented here, radio waves in the radio wave frequency range are electromagnetic radiation waves in a frequency range from 30kHz to 300MHz, the radio wave frequency range.
Mikrowellen des Mikrowellenfrequenzbereiches sind im Sinne des hier vorgelegten Dokuments elektromagnetische Strahlungswellen in einem Frequenzbereich von 300MHz bis 300GHz, dem Mikrowellenfrequenzbereich.For the purposes of the document presented here, microwaves in the microwave frequency range are electromagnetic radiation waves in a frequency range from 300MHz to 300GHz, the microwave frequency range.
Streifenleitungstechnik für WellenleiterStripline technology for waveguides
Die Streifenleitungstechnologie für die Verwendung im Zusammenhang mit Wellenleitern, insbesondere die hier erwähnten beispielhaften Wellenleitern (1380, 1880, 2380, 6880, 6980), ist eine Methode zur Übertragung elektrischer Signale vorzugsweise in Hochfrequenzanwendungen. Dabei werden die Leiterbahnen (Signalleitungen 1310, 1320, 1330, 6810, 6820) auf einer isolierenden Substratschicht (Trägersubstrat 1360) angeordnet, um eine effiziente und kontrollierte Signalübertragung zu ermöglichen. Hier sind einige der wichtigsten Funktionselemente der Streifenleitungstechnologie:
- 1. Leiterbahnen: In der Streifenleitungstechnologie umfassen die Leiterbahnen (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) Metallstreifen, die auf dem Substrat (Trägersubstrat 1360) angebracht sind. Diese Metallstreifen Leiterbahnen (Signalleitungen 1310, 1320, 1330, 6810, 6820) dienen zur Übertragung des elektrischen Signals.Signalleitungen - 2. Substrat(Trägersubstrat 1360): Das Substrat (Trägersubstrat 1360) ist eine elektrisch isolierende Schicht, auf der die Leiterbahnen (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) platziert werden. Typischerweise besteht das Substrat (Trägersubstrat 1360) aus Materialien wie FR-4 (Flameresistent-4) oder PTFE (Polytetrafluorethylen) oder aus halbleiten Materialien, wie beispielsweise Stücken von Halbleiterwafern, beispielsweise Stücken von CMOS-Wafern oder beispielsweise Stücken von BiCMOS-Wafern beispielsweise Stücken von Wafern aus einer Bipolar-Technologie und/oder beispielsweise Stücken von MEMS-Wafern und/oder beispielsweise Stücken von MEOS-Wafern (MEOS= micro electro optical system) und/oder beispielsweise Stücken von MOEMS-Wafern etc. Beispielsweise können diese Stücke von CMOS-Wafern oder Stücken von BiCMOS-Wafern oder Stücke von Wafern aus einer Bipolar-Technologie oder Stücke eines Wafers aus einem III/V-Material oder dergleichen und/oder Stücke von MEMS-Wafern und/oder Stücke von MEOS-Wafern (MEOS= micro electro optical system) und/oder Stücke von MOEMS-Wafern mikroelektronische Schaltkreise und Funktionselemente und/oder mikrooptische Funktionselemente und/oder Mikromechanische Funktionselemente und/oder mikrofluidische Funktionselemente umfassen. Die se wiederum können Unterfunktionselemente umfassen, die mit den paramagnetischen Zentren und/oder NV-Zentren der Sensorelementschicht 14305 und oder Sensorelementen SE wechselwirken.Signalleitungen
- 3. Dielektrikum: Das Dielektrikum ist das isolierende Material, das die Leiterbahnen (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) umgibt und sie voneinander trennt. Es wird verwendet, um die Signalintegrität der Signale auf den Leiterbahnen (Signalleitungen 1310, 1320, 1330, 6810, 6820) zu erhalten und unerwünschte Signalverluste zu minimieren. Bei Streifenleitungen (z.B.Signalleitungen 1380, 1880, 2380, 6880, 6980) wird häufig Luft oder ein spezielles Dielektrikum mit niedrigem Verlust wie beispielsweise PTFE verwendet.Wellenleiter - 4. Impedanzkontrolle (Kontrolle des Wellenwiderstands): In der Streifenleitungstechnologie ist die Impedanzkontrolle des Wellenwiderstands der Wellenleitungen (z.B.
1380, 1880, 2380, 6880, 6980) ein wichtiger Aspekt. Die Breite und Geometrie der Leiterbahnen (Wellenleiter 1310, 1320, 1330, 6810, 6820) sowie die Eigenschaften des Dielektrikums werden so gestaltet, dass die gewünschte Impedanz (Wellenwiderstand) des Übertragungssystems erreicht wird. Dies gewährleistet eine effiziente Signalübertragung und minimiert Reflexionen.Signalleitungen - 5. Abschlusswiderstände (6710): Abschlusswiderstände (6710) werden am Ende einer Streifenleitung (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) platziert, um Reflexionen zu minimieren und die Signalintegrität zu verbessern. Sie werden verwendet, um die Impedanz (Wellenwiderstand) der Streifenleitung Wellenleitungen (z.B.Signalleitungen 1380, 1880, 2380, 6880, 6980) abzuschließen und eine effiziente Signalübertragung zu gewährleisten.Wellenleiter - 6. Verbindungsstrukturen: In der Streifenleitungstechnologie werden verschiedene Verbindungsstrukturen wie T-Verbinder, Kreuzverbinder und S-Verbinder verwendet, um Leiterbahnen(
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) und/oder verschiedene Streifenleitungen (z.B.Signalleitungen 1380, 1880, 2380, 6880, 6980) miteinander zu verbinden, Signale zu verzweigen oder zu kombinieren.Wellenleiter
- 1. Conductor traces: In stripline technology, the conductor traces (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) comprise metal strips that are attached to the substrate (support substrate 1360). These metal strip conductor tracks (signal lines 1310, 1320, 1330, 6810, 6820) are used to transmit the electrical signal.signal lines - 2. Substrate (support substrate 1360): The substrate (support substrate 1360) is an electrically insulating layer on which the conductor tracks (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) are placed. Typically, the substrate (support substrate 1360) consists of materials such as FR-4 (Flame Resistant-4) or PTFE (polytetrafluoroethylene) or semiconducting materials, such as pieces of semiconductor wafers, for example pieces of CMOS wafers or, for example, pieces of BiCMOS wafers, for example pieces of wafers from a bipolar technology and/or, for example, pieces of MEMS wafers and/or, for example, pieces of MEOS wafers (MEOS = micro electro optical system) and/or, for example, pieces of MOEMS wafers, etc. For example, these pieces of CMOS -Wafers or pieces of BiCMOS wafers or pieces of wafers from a bipolar technology or pieces of a wafer made of a III/V material or the like and/or pieces of MEMS wafers and/or pieces of MEOS wafers (MEOS = micro electro optical system) and/or pieces of MOEMS wafers include microelectronic circuits and functional elements and/or micro-optical functional elements and/or micromechanical functional elements and/or microfluidic functional elements. These in turn can include sub-function elements that interact with the paramagnetic centers and/or NV centers of the sensor element layer 14305 and/or sensor elements SE.signal lines
- 3. Dielectric: The dielectric is the insulating material that surrounds the conductor tracks (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) and separates them from each other. It is used to maintain the signal integrity of the signals on the conductor tracks (signal lines 1310, 1320, 1330, 6810, 6820) and to minimize unwanted signal losses. Striplines (e.g. waveguides 1380, 1880, 2380, 6880, 6980) often use air or a special low-loss dielectric such as PTFE.signal lines - 4. Impedance control (control of wave resistance): In stripline technology, impedance control of the wave resistance of wave lines (
1380, 1880, 2380, 6880, 6980) is an important aspect. The width and geometry of the conductor tracks (e.g. waveguide 1310, 1320, 1330, 6810, 6820) as well as the properties of the dielectric are designed so that the desired impedance (characteristic impedance) of the transmission system is achieved. This ensures efficient signal transmission and minimizes reflections.signal lines - 5. Terminators (6710): Terminators (6710) are placed at the end of a stripline (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) to minimize reflections and improve signal integrity. They are used to complete the impedance (characteristic impedance) of stripline waveguides (signal lines 1380, 1880, 2380, 6880, 6980) and ensure efficient signal transmission.e.g. waveguide - 6. Connection Structures: In stripline technology, various connection structures such as T-connectors, cross-connectors and S-connectors are used to connect conductor tracks (
1310, 1320, 1330, 6810, 6820) and/or various striplines (e.g. waveguides 1380, 1880, 2380, 6880, 6980) to connect with each other, to branch or combine signals.signal lines
Diese Funktionselemente sind grundlegend für die Gestaltung und den Betrieb von Streifenleitungen in Hochfrequenzanwendungen. Sie ermöglichen eine präzise Signalübertragung und eine hohe Leistungsfähigkeit in Bereichen wie der Hochfrequenzkommunikation, Mikrowellen- und Radartechnik, Leistungselektronik und vielem mehr.These functional elements are fundamental to the design and operation of striplines in high frequency applications. They enable precise signal transmission and high performance in areas such as high-frequency communication, microwave and radar technology, power electronics and much more.
Unter Wikipedia (https://de.wikipedia.org/wiki/Streifenleitung) finden sich folgende Funktionselemente (Zitat):
- „Einfache Bauelemente wie Kondensatoren und Induktivitäten lassen sich direkt durch besonders dimensionierte Streifen erzeugen. So haben lange, dünne Leiter eine induktive, dagegen breite, kurze eine kapazitive Wirkung. Neben diesen klassischen Bauelementen lassen sich noch weitere für die Hochfrequenztechnik typische Bauelemente direkt mit Streifen realisieren.
- “Simple components such as capacitors and inductors can be produced directly using specially sized strips. Long, thin conductors have an inductive effect, while wide, short ones have a capacitive effect. In addition to these classic components, other components typical of high-frequency technology can be implemented directly with strips.
Dazu gehören:
- • Sumpf (reflexionsfreier Abschluss)
- • Impedanzanpassung, induktive oder kapazitive Kopplung
- • Reflektor, Reihenschwingkreis, Parallelschwingkreis
- • Swamp (non-reflective closure)
- • Impedance matching, inductive or capacitive coupling
- • Reflector, series resonant circuit, parallel resonant circuit
Aus diesen Grundelementen lassen sich komplexere Funktionseinheiten herstellen:
- • Richtkoppler
- • Leistungsteiler
- • Filter (Bandpass, Bandsperre, Hochpass, Tiefpass)
- • Frequenzweichen
- • Übertrager zur Aus- und Einkopplung, Potentialtrennung, Impedanz- oder Symmetrieanpassung Diskrete Bauelemente, wie sie auf normalen Platinen verwendet werden, können auch auf eine Mikrostreifenleiterschaltung gelötet werden, wenn man ihre Abmessungen und gegenseitige Beeinflussung berücksichtigt. Besonders geeignet sind SMD-Bauteile. Teilweise werden auch SMD-Bauformen speziell für diesen Fall gestaltet. Das ist besonders bei aktiven Elementen wie Transistoren oder Dioden der Fall.”
- • Directional coupler
- • Power divider
- • Filter (bandpass, bandstop, highpass, lowpass)
- • Crossovers
- • Transformers for coupling out and in, potential isolation, impedance or symmetry adjustment. Discrete components, such as those used on normal circuit boards, can also be soldered onto a microstrip circuit if their dimensions and mutual influences are taken into account. SMD components are particularly suitable. In some cases, SMD designs are also designed specifically for this case. This is particularly the case with active elements such as transistors or diodes.”
In der Mikrostreifenleitungstechnik lassen sich verschiedene Mikrowellenbauelemente realisieren. Hier sind einige der wichtigsten:
- 1. Mikrostreifenleitung: Eine Mikrostreifenleitung ist eine geprägte Leiterbahn auf einer Dielektrikumsschicht, die auf einem leitenden Substrat liegt. Sie dient als Übertragungsmedium für Mikrowellensignale.
- 2. Mikrostreifen-Übergang: Ein Mikrostreifen-Übergang ermöglicht den Anschluss von zwei Mikrostreifenleitungen mit unterschiedlichen Impedanzen.
- 3. Mikrostreifenfilter: Ein Mikrostreifenfilter ist ein elektronisches Bauelement, das verwendet wird, um bestimmte Frequenzbereiche in einem Mikrowellensignal zu filtern. Es kann beispielsweise als Tiefpassfilter, Hochpassfilter oder Bandpassfilter ausgelegt sein.
- 4. Mikrostreifen-Koppler: Ein Mikrostreifen-Koppler wird verwendet, um ein Mikrowellensignal von einer Mikrostreifenleitung auf eine andere zu übertragen. Es gibt verschiedene Arten von Kopplern, wie z.B. Richtkoppler, Hybridkoppler und Ringkoppler.
- 5. Mikrostreifen-Phasenschieber: Ein Mikrostreifen-Phasenschieber ist ein Bauelement, das verwendet wird, um die Phase eines Mikrowellensignals zu ändern. Es kann für Phasenmodulation, Phasensteuerung oder Phasenanpassung eingesetzt werden.
- 6. Mikrostreifen-Verzögerungsleitung: Eine Mikrostreifen-Verzögerungsleitung ist eine spezielle Form der Mikrostreifenleitung, die verwendet wird, um die Laufzeit von Mikrowellensignalen zu verzögern. Sie kann zur Phasenkorrektur, zur Signalverarbeitung oder zur Erzeugung von Verzögerungselementen eingesetzt werden.
- 7. Mikrostreifen-Schaltkreiselemente: In der Mikrostreifenleitungstechnik können auch verschiedene Schaltkreiselemente realisiert werden, wie z.B. Mikrostreifen-Dioden, Mikrostreifen-Transistoren, Mikrostreifen-Induktoren und Mikrostreifen-Kapazitäten. Diese werden in der Regel für aktive Schaltungen und passive Komponenten verwendet.
- 1. Microstrip line: A microstrip line is an embossed conductive trace on a dielectric layer that lies on a conductive substrate. It serves as a transmission medium for microwave signals.
- 2. Microstrip junction: A microstrip junction allows the connection of two microstrip lines with different impedances.
- 3. Microstrip Filter: A microstrip filter is an electronic device used to filter specific frequency ranges in a microwave signal. For example, it can be designed as a low-pass filter, high-pass filter or band-pass filter.
- 4. Microstrip Coupler: A microstrip coupler is used to transmit a microwave signal from one microstrip line to another. There are different types of couplers such as directional couplers, hybrid couplers and ring couplers.
- 5. Microstrip Phase Shifter: A microstrip phase shifter is a device used to change the phase of a microwave signal. It can be used for phase modulation, phase control or phase adjustment.
- 6. Microstrip Delay Line: A microstrip delay line is a special form of microstrip line used to delay the travel time of microwave signals. It can be used for phase correction, signal processing or to generate delay elements.
- 7. Microstrip circuit elements: In microstrip line technology, various circuit elements can also be realized, such as microstrip diodes, microstrip transistors, micro strip inductors and microstrip capacitances. These are typically used for active circuits and passive components.
Es gibt noch viele weitere Mikrowellenbauelemente, die in der Mikrostreifenleitungstechnik eingesetzt werden können. Die genannten Beispiele sollten jedoch einen Überblick über die grundlegenden Bauelemente geben.There are many other microwave components that can be used in microstrip line technology. However, the examples mentioned should provide an overview of the basic components.
Die Verwendung dieser Funktionselemente zusammen mit den Sensorelementen SE und/oder Sensorelementschichten 14305 im Sinne des hier vorgelegten Dokuments sind Teil der Offenlegung des hier vorgelegten Dokuments.The use of these functional elements together with the sensor elements SE and/or sensor element layers 14305 in the sense of the document presented here are part of the disclosure of the document presented here.
Allgemeines zu verschiedenen WellenleitungstypenGeneral information about different types of waveguides
Dieser Abschnitt soll für beliebige Wellenleitungen und somit für das ganze Dokument gelten.This section is intended to apply to any waveguide and therefore to the entire document.
Das hier vorgelegte Dokument erwähnt nur der Vollständigkeit halber, dass grundsätzlich immer das Vorhandensein ein oder mehrerer Sensorelemente SE(1410, 1420, 1430, 7110, 7120, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410) auf einer Wellenleitung, hier der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980 und/oder der beispielhaften differentiellen Mikrostreifenleitung 6880 und/oder der beispielhaften Mikrostreifenleitung 1330 und/oder der beispielhaften Schlitzleitung 1880 und/oder der beispielhaften Tri-Plate-Leitung 2380 und/oder anderen vorzugsweise planaren Wellenleitern möglich ist. Dabei können immer mehre verschiedene dieser Typen von Sensorelemente SE zu einem Sensorelement SE „verschmolzen“ sein.The document presented here only mentions for the sake of completeness that, in principle, the presence of one or more sensor elements SE (1410, 1420, 1430, 7110, 7120, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410) on a waveguide, here the exemplary differential Tri -
Vorzugsweise ist jedem dieser Sensorelemente SE zumindest ein Sensorelementkanal zugeordnet.Preferably, at least one sensor element channel is assigned to each of these sensor elements SE.
Sofern einem Sensorelemente SE mehr als ein Sensorelementkanal zugeordnet sind, sollte bevorzugt das Sensorelement unterschiedliche paramagnetische Zentren mit mindestens zwei unterschiedlicher Pumpstrahlungswellenlängen λpmp aufweisen und bevorzugt jeder Sensorelementkanal der mindestens zwei zugeordneten Sensorelementkanäle eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp dieser Pumpstrahlungswellenlängen λpmp verwenden, die von den Pumpstrahlungswellenlängen λpmp , die die anderen Sensorelementkanäle dieses Sensorelements SE verwenden, verschieden ist.If more than one sensor element channel is assigned to a sensor element SE, the sensor element should preferably have different paramagnetic centers with at least two different pump radiation wavelengths λ pmp and preferably each sensor element channel of the at least two assigned sensor element channels should use a pump radiation wavelength λ pmp of these pump radiation wavelengths λ pmp , which are different from the pump radiation wavelengths λ pmp , which the other sensor element channels of this sensor element SE use, is different.
Einem Sensorelementkanal kann grundsätzlich im Sinne dieses Dokuments auch mehr als ein Sensorelement SE zugeordnet sein.In principle, within the meaning of this document, more than one sensor element SE can be assigned to a sensor element channel.
Das hier vorgelegte Dokument erwähnt nur der Vollständigkeit halber, dass grundsätzlich immer das Vorhandensein ein oder mehrerer Sensorelemente SE(1410, 1420, 1430, 7110, 7120, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410) auf einer Wellenleitung, hier der beispielhaften differentiellen Tri-Plate-Leitung 6980, möglich ist. Dabei können ein oder mehr der Sensorelemente SE Nanokristalle ND mit paramagnetischen Zentren an Stelle der Diamant-Nano-Kristalle ND und deren paramagnetischen Zentren umfassen. Diese Nanokristalle ND mit paramagnetischen Zentren an Stelle der Diamant-Nano-Kristalle ND und deren paramagnetischen Zentren können insbesondere andere Kristalle als Diamantkristalle umfassen und daher andere paramagnetische Zentren als die hier erwähnten paramagnetischen Zentren in Diamant-Nanokristallen ND umfassen.The document presented here only mentions for the sake of completeness that, in principle, the presence of one or more sensor elements SE (1410, 1420, 1430, 7110, 7120, 2210, 2410, 2420, 2430, 4410) on a waveguide, here the exemplary differential Tri -
Im Falle der Verwendung solcher anderen Nanokristalle ND und/oder anderen paramagnetischen Zentren in Sensorelementen SE sollte insbesondere die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlungsquelle, insbesondere der Lichtquelle LED, des einem solchen Sensorelements SE zugeordneten Sensorelementkanals auf diese anderen paramagnetischen Zentren dieser ggf. anderen Nanokristalle ND angepasst sein. Vorzugsweise sollte LED-Modulationsfrequenz fLED zumindest zwischen Sensorelementkanälen mit unterschiedlichen Pumpstrahlungswellenlängen λpmp unterschiedlich sein.In the case of using such other nanocrystals ND and/or other paramagnetic centers in sensor elements SE, in particular the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation source, in particular the light source LED, of the sensor element channel assigned to such a sensor element SE should be adapted to these other paramagnetic centers of these possibly other nanocrystals ND be. Preferably, LED modulation frequency f LED should be different at least between sensor element channels with different pump radiation wavelengths λ pmp .
Im Falle der Verwendung solcher anderen Nanokristalle ND und/oder anderen paramagnetischen Zentren in Sensorelementen SE sollten ggf. auch die anderen Vorrichtungsteile der Sensorelementkanäle und/oder die Parameter zu deren Betrieb des einem solchen Sensorelements SE zugeordneten Sensorelementkanals auf diese anderen paramagnetischen Zentren dieser ggf. anderen Nanokristalle ND angepasst sein.In the case of using such other nanocrystals ND and/or other paramagnetic centers in sensor elements SE, the other device parts of the sensor element channels and/or the parameters for their operation of the sensor element channel assigned to such a sensor element SE should also be based on these other paramagnetic centers of these possibly other ones Nanocrystals ND be adapted.
Die Positionierung der Struktur der
Somit kann durch die Mikrowellenfrequenz fµw die Selektion unterschiedlicher paramagnetischer Zentren vorgenommen werden. Es ist daher denkbar, dass eines oder mehr Sensorelemente SE verschiedene Nanokristalle ND mit paramagnetischen Zentren an Stelle der Diamant-Nano-Kristalle ND und deren paramagnetischen Zentren und/oder Diamant-Nano-Kristalle ND mit verschiedenen paramagnetischen Zentren, beispielsweise SiV-Zentren und NV-Zentren, umfassen. Somit kann die vorgeschlagene Vorrichtung durch Verwendung unterschiedlicher Mikrowellenfrequenz fµw unterschiedliche paramagnetische Zentren und damit ggf. auch unterschiedliche Sensorelemente SE adressieren.The microwave frequency f µw can therefore be used to select different paramagnetic centers. It is therefore conceivable that one or more sensor elements SE contain different nanocrystals ND with paramagnetic centers instead of the diamond nanocrystals ND and their paramagnetic centers and/or diamond nanocrystals ND with different paramagnetic centers, for example SiV centers and NV centers, include. The proposed device can therefore address different paramagnetic centers and thus possibly also different sensor elements SE by using different microwave frequencies f µw .
Wie in den Beschreibungen der
Des Weiteren kann durch die jeweilige LED-Modulationsfrequenz fLED zwischen den Sensorelementen SE mit unterschiedlichen paramagnetischen Zentren unterschiedlicher zugehöriger Pumpstrahlungswellenlänge λpmp unterschieden werden.Furthermore, the respective LED modulation frequency f LED can be used to distinguish between the sensor elements SE with different paramagnetic centers and different associated pump radiation wavelengths λ pmp .
SensorelementkanalSensor element channel
Ein Sensorelementkanal im Sinne des hier vorgelegten Dokuments umfasst einen Lichtquellentreiber LDRV, eine Pumpstrahlungsquelle (LED), erste optische Mittel (LWL) zum Transport der Pumpstrahlung LB zum Sensorelement SE, zweite optische Mittel (LWL) zum Transport der Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements SE zum Fotodetektor PD, einen Fotodetektor PD, Mittel (F1) zum Abtrennen der Fluoreszenzstrahlung FL aus dem Gesamtstrahlungsspektrum vor dem Erreichen des Fotodetektors PD, ggf. Mittel (1380, 1880, 2380, 6880, 6980, µWG) zum Bestrahlen des Sensorelements SE mit elektromagnetischer Strahlung eines Mikrowellensignals µW, ggf. Mittel (µWG) zum Erzeugen des Mikrowellensignals µW, Mittel (G1, S5, S5w) zum Modulieren der Intensität der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle (LED) mit einem LED-Modulationssignal S5w, Mittel (G1) zum Erzeugen des LED-Modulationssignals S5w, Mittel (S5m, G2) zum Modulieren der Amplitude des Mikrowellensignals µW mittels eines Mikrowellenmodulationssignals S5m, Mittel (G2) zum Erzeugen des Mikrowellenmodulationssignals S5m, Mittel (V1) zur Aufbereitung des Empfängerausgangssignals S0 des Fotodetektors PD zu einem aufbereiteten (verstärktem, gefilterten und/oder digitalisierten) Empfängerausgangssignal S1, Mittel (LIV) zur Durchführung einer Mehrfachkorrelation zumindest zwischen dem aufbereiteten (verstärktem, gefilterten und/oder digitalisierten) Empfängerausgangssignal S1, dem LED-Modulationssignal S5w und ggf. dem Mikrowellenmodulationssignal S5m zur Erzeugung eines Korrelationsergebnisses beispielsweise zur Übergabe an die Steuervorrichtung CTR. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments ist das Sensorelement SE selbst nicht Teil des Sensorelementkanals.A sensor element channel in the sense of the document presented here comprises a light source driver LDRV, a pump radiation source (LED), first optical means (LWL) for transporting the pump radiation LB to the sensor element SE, second optical means (LWL) for transporting the fluorescence radiation FL of the sensor element SE to the photodetector PD, a photodetector PD, means (F1) for separating the fluorescent radiation FL from the total radiation spectrum before reaching the photodetector PD, if necessary means (1380, 1880, 2380, 6880, 6980, µWG) for irradiating the sensor element SE with electromagnetic radiation Microwave signal µW, if necessary means (µWG) for generating the microwave signal µW, means (G1, S5, S5w) for modulating the intensity of the pump radiation LB of the pump radiation source (LED) with an LED modulation signal S5w, means (G1) for generating the LED -Modulation signal S5w, means (S5m, G2) for modulating the amplitude of the microwave signal µW by means of a microwave modulation signal S5m, means (G2) for generating the microwave modulation signal S5m, means (V1) for processing the receiver output signal S0 of the photodetector PD into a processed (amplified, filtered and / or digitized) receiver output signal S1, means (LIV) for carrying out a multiple correlation at least between the processed (amplified, filtered and / or digitized) receiver output signal S1, the LED modulation signal S5w and possibly the microwave modulation signal S5m to generate a correlation result, for example Transfer to the control device CTR. In the sense of the document presented here, the sensor element SE itself is not part of the sensor element channel.
Ein Sensorsystem umfasst somit vorzugsweise zumindest ein Sensorelement SE, einen oder mehrere Sensorelementkanäle und eine Steuervorrichtung CTR mit Speichern RAM, NVM zur Steuerung des Sensorkanals und zur Steuerung der Vorrichtungsteile des Sensorsystems und zur Kommunikation mit übergeordneten Rechnersystemen. Vorzugsweise kann ein solches Sensorsystem beispielsweise weitere Komponenten, wie Mittel (LCTR, LDRV, Lc) zur Erzeugung einer zusätzlichen magnetischen Flussdichte Bad und/oder Mittel (MS, SIS) zur Messung der Gesamtflussdichte BΣ umfassen und/oder Mittel (MEV) zur Mustererkennung umfassen.A sensor system thus preferably comprises at least one sensor element SE, one or more sensor element channels and a control device CTR with memories RAM, NVM for controlling the sensor channel and for controlling the device parts of the sensor system and for communication with higher-level computer systems. Such a sensor system can preferably include, for example, further components, such as means (LCTR, LDRV, L c ) for generating an additional magnetic flux density B ad and/or means (MS, SIS) for measuring the total flux density B Σ and/or means (MEV) for pattern recognition.
Potenzielle Wechselwirkung mit plasmonisch wirkenden Nanopartikeln im Sensorelement SEPotential interaction with plasmonic nanoparticles in the sensor element SE
Die Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren und/oder der anderen paramagnetischen Zentren in den Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND in den Trägermaterialien TM der Sensorelemente SE und insbesondere die Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren und/oder der anderen paramagnetischen Zentren in den Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND in den Trägermaterialien TM der Sensorelemente SE kann beispielsweise mittels plasmonischer Kopplung durch optionale metallische Nanopartikel, die den Trägermaterialien TM von Sensorelementen SE ebenfalls bei der Herstellung der kolloidalen Mischungen KL beigemischt werden, modifiziert werden. In dem Fall kann dann beispielsweise ein Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL metallische Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm aufweisen, die später dann in dem verfestigten Trägermaterial TM der kolloidalen Mischung KL eingelagert sind. Dies verbessert die Anwendbarkeit in speziellen Anwendungsfällen.The fluorescence radiation of the NV centers and/or the other paramagnetic centers in the crystals and/or diamond nanocrystals ND in the carrier materials TM of the sensor elements SE and in particular the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL of the NV centers and/or the other paramagnetic centers in the crystals and/or diamond nanocrystals ND in the carrier materials TM of the sensor elements SE can, for example, by means of plasmonic coupling through optional metallic nanoparticles, which are also added to the carrier materials TM of sensor elements SE in the production of the colloidal mixtures KL, be modified. In this case, for example, a carrier material TM of the colloidal mixture KL can have metallic nanoparticles with a diameter of less than 200 nm and/or less than 100 nm and/or less than 50 nm and/or less than 20 nm and/or less than 10 nm and/or less than 5 nm, which will then be used later are embedded in the solidified carrier material TM of the colloidal mixture KL. This improves applicability in special use cases.
Die metallischen Nanopartikel wechselwirken dann typischerweise plasmonisch mit den NV-Zentren und/oder den anderen paramagnetischen Zentren in den Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND in den Trägermaterialien TM der Sensorelemente SE und beeinflussen dann so die Fluoreszenzstrahlung FL dieser NV-Zentren und/oder der anderen paramagnetischen Zentren in den Kristallen und/oder Diamant-Nano-Kristallen ND in den Trägermaterialien TM der Sensorelemente SE.The metallic nanoparticles then typically interact plasmonically with the NV centers and/or the other paramagnetic centers in the crystals and/or diamond nanocrystals ND in the carrier materials TM of the sensor elements SE and then influence the fluorescence radiation FL of these NV centers and / or the other paramagnetic centers in the crystals and / or diamond nano-crystals ND in the carrier materials TM of the sensor elements SE.
Diese metallischen Nanopartikel weisen typischerweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gadolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium auf. Wobei erstere besonders bevorzugt sind.These metallic nanoparticles typically have gold and/or platinum and/or palladium and/or graphite and/or graphene and/or chromium and/or silicon and/or germanium and/or tin and/or sulfur and/or selenium and/or tellurium and/or magnesium and/or calcium and/or strontium and/or barium and/or titanium and/or zirconium and/or hafnium and/or chromium and/or molybdenum and/or tungsten and/or iron and/or ruthenium and/ or osmium and/or nickel and/or tin and/or cadmium and/or mercury and/or cerium and/or neodymium and/or samarium and/or gadolinium and/or dysprosium and/or erbium and/or ytterbium and/or thorium and/or proactinium and/or uranium and/or plutonium. The former are particularly preferred.
Die Atome des Metalls dieser optionalen Nanopartikel umfassen eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop eines Elements weist dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis dieses Elements auf. Hinsichtlich der dieser Anteile und der Werte verweist das hier vorgelegte Dokument auf die deutsche Patentanmeldung
- 12C, 14C, 28Si, 30Si, 70Ge , 72Ge, 74Ge, 76Ge, 112Zn, 114Zn, 116Zn, 118Zn, 120Z n, 122Zn, 124Zn, 16O, 18O, 32S, 34S, 36S, 74Se, 76Se, 78Se, 80Se, 82Se, 120Te, 122Te, 124Te, 126Te, 128Te, 130Te, 24Mg, 26Mg, 40Ca, 42Ca, 44Ca, 46Ca, 48Ca, 84Sr, 86Sr, 88Sr, 130Ba, 132Ba, 134Ba, 136Ba, 138Ba, 46Ti, 48Ti, 50Ti, 90Zr, 90Zr, 92Zr, 94Zr, 96Zr, 174Hf, 176Hf, 178Hf, 50Cr, 52Cr, 53Cr, 92Mo, 94Mo, 96Mo, 98Mo, 100Mo, 180W, 182W, 184W, 186W, 54Fe, 56Fe, 58Fe, 96Ru, 98Ru, 100Ru, 102Ru, 104Ru, 184Os, 186Os, 188OS, 190Os, 192Os, 58Ni, 60Ni, 62Ni, 64Ni, 102Pd, 102Pd, 104Pd, 106Pd, 108Pd, 110Pd, 190Pt, 192Pt, 194Pt, 196Pt, 198Pt, 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn, 106Cd, 108Cd, 110Cd, 112Cd, 114Cd, 116Cd, 196Hg, 198Hg, 200Hg, 202Hg, 204Hg, 136Ce, 138Ce, 140Ce, 142Ce, 142Nd, 144 Nd, 146Nd, 148Nd, 150Nd, 144Sm, 146Sm, 148Sm, 150Sm, 152Sm, 154Sm, 152Gd, 154Gd, 156Gd, 158Gd, 160Gd, 156Dy, 158Dy 160Dy, 162Dy, 164Dy, 162Er, 164Er, 166Er, 168Er, 170Er, 168Yb, 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb, 232Th, 234Pa, 234U, 238U, 244Pu.
- 12 C, 14 C, 28 Si, 30 Si, 70 Ge, 72 Ge, 74 Ge, 76 Ge, 112 Zn, 114 Zn, 116 Zn, 118 Zn, 120 Z n, 122 Zn, 124 Zn , 16 O, 18 O, 32 S, 34 S, 36 S, 74 Se, 76 Se, 78 Se, 80 Se, 82 Se, 120 Te, 122 Te, 124 Te, 126 Te , 128 Te, 130 Te, 24 Mg, 26 Mg, 40 Ca, 42 Ca, 44 Ca, 46 Ca, 48 Ca, 84 Sr, 86 Sr, 88 Sr, 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 136 Ba, 138 Ba, 46 Ti , 48 Ti , 50 Ti, 90 Zr , 90 Zr, 92 Zr, 94 Zr, 96 Zr, 174 Hf, 176 Hf, 178 Hf, 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr, 92 Mo, 94 Mo, 96 Mo, 98 Mo, 100 Mo, 180 W, 182 W, 184 W, 186 W, 54 Fe, 56 Fe, 58 Fe, 96 Ru, 98 Ru, 100 Ru, 102 Ru, 104 Ru, 184 Os, 186 Os , 188 OS, 190 Os, 192 Os, 58 Ni, 60 Ni, 62 Ni, 64 Ni , 102 Pd, 102 Pd, 104 Pd, 106 Pd, 108 Pd, 110 Pd, 190 Pt, 192 Pt, 194 Pt, 196 Pt, 198 Pt, 64 Zn, 66 Zn, 68 Zn , 70 Zn, 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 112 Cd, 114 Cd, 116 Cd, 196 Hg, 198 Hg, 200 Hg, 202 Hg, 204 Hg, 136 Ce, 138 Ce, 140 Ce, 142 Ce, 142 Nd, 144 Nd, 146 Nd , 148 Nd, 150 Nd, 144 Sm, 146 Sm, 148 Sm, 150 Sm, 152 Sm, 154 Sm, 152 Gd, 154 Gd, 156 Gd, 158 Gd, 160 Gd, 156 Dy, 158 Dy 160 Dy , 162 Dy, 164 Dy, 162 Er, 164 Er, 166 Er, 168 Er, 170 Er, 168 Yb, 170 Yb, 172 Yb, 174 Yb , 176 Yb, 232 Th, 234 Pa, 234 U, 238 U, 244 Pu.
Liste der zitierten SchriftenList of Scriptures Cited
Sofern im Rahmen der Nationalisierung einer internationalen Folgeanmeldung es das Recht des jeweiligen Rechtssystems des Staates, in dem die Nationalisierung der internationalen Anmeldung der hier vorgelegten Schrift erfolgt, eine Offenbarung per Referenz erlaubt ist, ist der Inhalt der folgenden Schriften vollumfänglicher Teil der hier vorgelegten Offenlegung.If, in the context of the nationalization of an international subsequent application, the law of the respective legal system of the state in which the international application of the document presented here is nationalized allows disclosure by reference, the content of the following documents is a full part of the disclosure presented here.
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DE 10 2018 127 394 A1 DE 10 2019 120 076 A1 DE 10 2019 121 028 A1 DE 10 2020 101 784 B3 DE 10 2018 127 394 A1DE 10 2019 120 076 A1DE 10 2019 121 028 A1DE 10 2020 101 784 B3 -
DE 10 2020 109 477 A1 DE 10 2020 125 178 A1 DE 10 2020 129 319 A1 DE 10 2020 129 367 A1 DE 10 2020 109 477 A1DE 10 2020 125 178 A1DE 10 2020 129 319 A1DE 10 2020 129 367 A1 -
DE 10 2021 101 565 A1 DE 10 2021 114 589.9 DE 10 2021 132 148 A1 DE 10 2021 132 780 A1 DE 10 2021 101 565 A1DE 10 2021 114 589.9DE 10 2021 132 148 A1DE 10 2021 132 780 A1 -
DE 10 2021 132 781 A1 DE 10 2021 132 782 A1 DE 10 2021 132 783 A1 DE 10 2021 132 784 A1 DE 10 2021 132 781 A1DE 10 2021 132 782 A1DE 10 2021 132 783 A1DE 10 2021 132 784 A1 -
DE 10 2021 132 785 A1 DE 10 2021 132 786 A1 DE 10 2021 132 787 A1 DE 10 2021 132 788 A1 DE 10 2021 132 785 A1DE 10 2021 132 786 A1DE 10 2021 132 787 A1DE 10 2021 132 788 A1 -
DE 10 2021 132 790 A1 DE 10 2021 132 791 A1 DE 10 2021 132 793 A1 DE 10 2021 132 794 A1 DE 10 2021 132 790 A1DE 10 2021 132 791 A1DE 10 2021 132 793 A1DE 10 2021 132 794 A1 -
DE 10 2022 121 444.3 DE 10 2022 122 505.7 DE 10 2022 122 507.0 DE 10 2023 100 856.0 DE 10 2022 121 444.3DE 10 2022 122 505.7DE 10 2022 122 507.0DE 10 2023 100 856.0 -
DE 10 2023 100 857.9 DE 10 2023 111 858.7 DE 10 2023 111 859.5 DE 11 2020 003 569 A5 DE 10 2023 100 857.9DE 10 2023 111 858.7DE 10 2023 111 859.5DE 11 2020 003 569 A5 -
DE 11 2020 004 650 A5 DE 20 2020 106 110 U DE 11 2020 004 650 A5DE 20 2020 106 110 U -
EP 3 213 093 B1 EP 3 874 343 A2 EP 3 213 093 B1EP 3 874 343 A2 -
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WO 2001 073 935 A1 WO 2020 089 465 A1 WO 2020 239 172 A1 WO 2020 260 640 A1 WO 2001 073 935 A1 WO 2020 089 465 A1 WO 2020 239 172 A1 WO 2020 260 640 A1 -
WO 2021 013 308 A1 WO 2021 083 448 A1 WO 2021 089 091 A1 WO 2021 018 654 A1 WO 2021 013 308 A1 WO 2021 083 448 A1 WO 2021 089 091 A1 WO 2021 018 654 A1 -
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Yuji Hatano, Jaewon Shin, Daisuke Nishitani, Haruki Iwatsuka, Yuta Masuyama, Hiroki Sugiyama, Makoto Ishii, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Keigo Arai, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano, „Simultaneous thermometry and magnetometry using a fiber-coupled quantum diamond sensor“ Appl. Phys. Lett. 118, 034001 Yuji Hatano, Jaewon Shin, Daisuke Nishitani, Haruki Iwatsuka, Yuta Masuyama, Hiroki Sugiyama, Makoto Ishii, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Keigo Arai, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano, "Simultaneous thermometry and magnetometry using a fiber-coupled quantum diamond sensor" Appl. Phys. Lett. 118, 034001 - https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiterhttps://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiter
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