Titel

Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern, eine Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern, einen flexiblen Gegenstand, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.

Stand der Technik

Magnetometer zur Messung von magnetischen Feldstärken sind als solche bekannt. Bekannte Magnetometer umfassen z. B. Hall-Sensoren oder SQU ID- Magnetometer, die auf supraleitenden Bauelementen beruhen, mit denen einzelne magnetische Flussquanten bzw. Felder bis in den Bereich weniger Picotesla aufgelöst werden können. Hierbei steht „SQUID“ für „Superconducting quantum interference device“.

Quantenbasierte Magnetsensoren sind z. B. aus den Offenlegungsschriften DE 102018 220234 A1 und DE 10 2018 214617 A1 bekannt.

Offenbarung der Erfindung

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Konzept zum effizienten Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern bereitzustellen, wobei die Sensoreinheit mindestens zwei Magnetometer aufweist, die in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind. Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegentands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.

Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern bereitgestellt, wobei die Sensoreinheit mindestens zwei Magnetometer, insbesondere Stickstoff- Fehlstellen-Zentren-Magnetometer, aufweist, die in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: jeweiliges Erfassen einer magnetischen Referenzfeldstärke durch das jeweilige Magnetometer, jeweiliges Erfassen einer magnetischen Messfeldstärke durch das jeweilige Magnetometer,

Ermitteln eines Messmagnetfeldgradienten basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Referenzfeldstärken und basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Messfeldstärken.

Nach einem zweiten Aspekt wird eine Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern bereitgestellt, aufweisend: mindestens zwei Magnetometer, insbesondere Stickstoff-Fehlstellen-Zentren- Magnetometer, die in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Sensoreinheit eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.

Nach einem dritten Aspekt wird ein flexibler Gegenstand, insbesondere Matratze oder Kopfkissen, bereitgestellt, umfassend die Sensoreinheit nach dem zweiten Aspekt.

Nach einem vierten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, beispielsweise durch die Sensoreinheit nach dem zweiten Aspekt, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Nach einem fünften Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm nach dem vierten Aspekt gespeichert ist.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst wird, dass eine Sensoreinheit umfassend zwei Magnetometer, die in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind, derart kalibriert wird, dass zunächst eine magnetische Referenzfeldstärke jeweils durch die Magnetometer erfasst wird. Diese Referenzfeldstärken werden anschließend verwendet, um den Messmagnetfeldgradienten zu ermitteln.

Dies bedeutet, dass zunächst eine magnetische Feldstärke durch das jeweilige Magnetometer gemessen wird, wobei festgelegt oder bestimmt wird, dass es sich bei dieser gemessenen magnetischen Feldstärke um eine Referenz, also um die magnetische Referenzfeldstärke handelt.

Es wird somit insbesondere eine Referenz definiert, so dass zum Beispiel Abweichungen gegenüber dieser Referenz in der später gemessenen magnetischen Messfeldstärke verwendet werden, um den Messmagnetfeldgradienten zu ermitteln.

Hierbei kann die Referenzmagnetfeldstärke z. B. von Magnetfeldern abhängen, die im Betrieb von z. B. elektrischen Gegenständen im Umfeld der Sensoreinheit vorhanden sind, beispielsweise elektrische Haushaltsgeräte. Im Betrieb solcher Gegenstände oder solcher Haushaltsgeräte können Magnetfelder entstehen. Weiter kann das Erdmagnetfeld eine Basis der Referenzfeldstärke sein. Diese Magnetfelder, welche sich im Umfeld der Sensoreinheit befinden können, werden also mittels der Magnetometer gemessen und es wird z. B. bestimmt oder festgelegt, dass es sich hier um eine Referenz, also um die magnetische Referenzfeldstärke handelt.

Wenn zu einem späteren Zeitpunkt ein unbekanntes Magnetfeld mittels der Sensoreinheit gemessen werden soll, wird diese Referenz verwendet, um den Messmagnetfeldgradienten zu ermitteln. llm den Messmagnetfeldgradienten zu ermitteln, ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen den beiden Magnetometern bekannt ist. Bei den Magnetometern der Sensoreinheit ist es so, dass diese in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass sich der Abstand verändern kann. Der Abstand ist also flexibel. Dadurch, dass eine magnetische Referenzfeldstärke durch das jeweilige Magnetometer erfasst wird, kann diese zum Beispiel verwendet werden, um einen momentanen Abstand zwischen den beiden Magnetometern zu ermitteln, wobei dann wiederum der Messmagnetfeldgradient basierend auf dem entsprechend ermittelten momentanen Abstand ermittelt werden kann. Somit kann der Messmagnetfeldgradient effizient ermittelt werden.

Somit kann in vorteilhafter Weise die Sensoreinheit effizient kalibriert werden. Das Kalibrieren gemäß dem hier beschriebenen Konzept umfasst somit zum einen ein Festlegen einer Referenz und ein Berücksichtigen einer ermittelten Abweichung einer Messmagnetfeldstärke gegenüber dieser Referenz, also gegenüber der magnetischen Referenzfeldstärke, um letztlich den Messmagnetfeldgradienten zu ermitteln. Dies ist insbesondere in Übereinstimmung mit den gängigen Normen betreffend eine Kalibrierung. Beispielhaft ist hier die Norm DIN 1319-1 genannt.

Die Sensoreinheit kann sich somit selbst kalibrieren. Die Sensoreinheit kann somit zum Beispiel als eine selbstkalibrierende Sensoreinheit bezeichnet werden.

Da mittels des Verfahrens ein Messmagnetfeldgradient ermittelt wird, kann das Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern auch als ein Verfahren zum Ermitteln eines Messmagnetfeldgradienten oder als ein Verfahren zur Messung von Magnetfeldern bezeichnet werden.

Indem zwei Magnetometer oder insbesondere mehr als zwei Magnetometer in einem flexiblen Abstand zueinander verwendet werden, können diese so angeordnet werden, dass ein Magnetometer einen größeren Abstand zu einer schwachen Magnetfeldquelle aufweist als das zweite Magnetometer, so dass der Messmagnetfeldgradient näherungsweise dem magnetischen Feld entspricht, das von der schwachen Quelle ausgeht, während wesentlich stärkere Hintergrundfelder eliminiert werden. Damit kann die Notwendigkeit einer magnetischen Abschirmung entfallen, so dass die Magnetfeldmessung in Alltagsumgebungen möglich wird. Die Sensoreinheit eignet sich entsprechend insbesondere zur nichtabgeschirmten Messung schwacher Magnetfelder.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Referenzfeldstärken ein Referenzmagnetfeldgradient ermittelt wird, wobei der Messmagnetfeldgradient basierend auf dem ermittelten Referenzmagnetfeldgradienten ermittelt wird.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass der Messmagnetfeldgradient effizient ermittelt werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit mindestens eine Signalverarbeitungseinheit umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: jeweiliges Ausgeben von Referenzausgangssignalen durch das jeweilige Magnetometer, wobei die jeweiligen Referenzausgangssignale die jeweils erfasste magnetische Referenzfeldstärke repräsentieren, jeweiliges Ausgeben von Messausgangssignalen durch das jeweilige Magnetometer, wobei die jeweiligen Messausgangssignale die jeweils erfasste magnetische Messfeldstärke repräsentieren,

Ermitteln des Messmagnetfeldgradienten als Differenz der Messausgangssignale der zwei Magnetometer durch die Signalverarbeitungseinheit und basierend auf den jeweiligen Referenzausgangssignalen.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass der Messmagnetfeldgradient effizient ermittelt werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses die folgenden Schritte:

Ermitteln des Referenzmagnetfeldgradienten als Differenz der Referenzausgangssignale der zwei Magnetometer durch die Signalverarbeitungseinheit und Ermitteln des Messmagnetfeldgradienten durch die Signalverarbeitungseinheit basierend auf dem Referenzmagnetfeldgradienten.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass der Messmagnetfeldgradient effizient ermittelt werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass jedes Magnetometer ein Sensormedium aufweist und dazu eingerichtet ist, eine magnetische Feldstärke an einem Messort durch Auslesen einer von der magnetischen Feldstärke abhängigen Spinresonanz in dem Sensormedium zu erfassen, wobei die Sensoreinheit mindestens eine Anregungslichtquelle zum Einstrahlen von Licht in die Sensormedien der Magnetometer aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Einstrahlen von Licht in die Sensormedien durch die mindestens eine Anregungslichtquelle, jeweiliges Erfassen der magnetischen Referenzfeldstärke an dem entsprechenden Messort durch jeweiliges Auslesen einer von der entsprechenden magnetischen Referenzfeldstärke abhängigen Spinresonanz in dem Sensormedium durch das jeweilige Magnetometer,

Einstrahlen von Licht in die Sensormedien durch die mindestens eine Anregungslichtquelle, jeweiliges Erfassen der magnetischen Messfeldstärke an dem entsprechenden Messort durch jeweiliges Auslesen einer von der entsprechenden magnetischen Messfeldstärke abhängigen Spinresonanz in dem Sensormedium durch das jeweilige Magnetometer.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass die Magnetfelder effizient, präzise und störungsfrei gemessen werden können.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die magnetische Referenzfeldstärke durch das jeweilige Magnetometer während eines Kalibrierzeitraums jeweils erfasst wird und wobei die magnetische Messfeldstärke durch das jeweilige Magnetometer während eines dem Kalibrierzeitraum zeitlich nachgelagerten Messzeitraums jeweils erfasst wird. Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass die magnetische Messfeldstärke effizient erfasst werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses die folgenden Schritte:

Einstrahlen von Licht in die Sensormedien während des Kalibrierzeitraums durch die mindestens eine Anregungslichtquelle, jeweiliges Erfassen der magnetischen Referenzfeldstärke an dem entsprechenden Messort durch jeweiliges Auslesen einer von der entsprechenden magnetischen Referenzfeldstärke abhängigen Spinresonanz in dem Sensormedium während des Kalibrierzeitraums durch das jeweilige Magnetometer,

Einstrahlen von Licht in die Sensormedien während des Messzeitraums durch die mindestens eine Anregungslichtquelle, jeweiliges Erfassen der magnetischen Messfeldstärke an dem entsprechenden Messort durch jeweiliges Auslesen einer von der entsprechenden magnetischen Messfeldstärke abhängigen Spinresonanz in dem Sensormedium während des Messzeitraums durch das jeweilige Magnetometer.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass die Magnetfelder effizient gemessen werden können.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Referenzfeldstärken ein vektorieller Abstand zwischen den zwei Magnetometern ermittelt wird, wobei der Messmagnetfeldgradient basierend auf dem ermittelten vektoriellen Abstand zwischen den zwei Magnetometern ermittelt wird.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass ein vektorieller Abstand zwischen den zwei Magnetometern effizient ermittelt werden kann, so dass hierüber effizient der Messmagnetfeldgradient effizient ermittelt werden kann.

Der vektorielle Abstand umfasst z. B. eine Richtungsangabe und einen Abstandsbetrag. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Referenzfeldstärken eine Orientierung von einem der zwei Magnetometer zu dem anderen der zwei Magnetometer ermittelt wird, wobei der Messmagnetfeldgradient basierend auf der ermittelten Orientierung von dem einen der zwei Magnetometer zu dem anderen der zwei Magnetometer ermittelt wird.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass die Orientierung von einem der zwei Magnetometer zu dem anderen zwei Magnetometer effizient ermittelt werden kann, so dass hierüber der Messmagnetfeldgradient effizient ermittelt werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein bekanntes Magnetfeld erzeugt wird, dessen magnetische Feldstärke mittels der Sensoreinheit gemessen wird, sodass die jeweilige magnetische Referenzfeldstärke von der magnetischen Feldstärke des bekannten Magnetfelds abhängt.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass die Referenzfeldstärke effizient erfasst werden kann. Dies bedeutet, dass gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen ist, dass die zu erwartende Referenz im Vorfeld bereits bekannt ist.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das bekannte Magnetfeld ein zeitabhängiges Magnetfeld mit einer bekannten Frequenz ist.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass ein besonders geeignetes Magnetfeld verwendet werden kann.

Weiterhin wird die Referenzierung unabhängig von Offsets und Störungen oder Referenzierungen anderer Frequenzen. Weiterhin können die einzelnen Sensoren, also die Magnetometer, unabhängig voneinander aufeinander referenziert werden, es ist also möglich, einzelne Fehlfunktionen zu umgehen und präziser räumlich die tatsächliche Verformung aufzulösen. Zudem birgt die Frequenzmodulation rauschverringernde, präzisionserhöhende sowie die Messmethodik verbessernde Vorteile. Zudem wird das System, also die Sensoreinheit, in sich konsistent und von anderen Signalen, insbesondere dem Messignal, abgetrennt und stellt somit keine Störung im Messignal dar.

Zudem ist das zeitabhängige Magnetfeld mit der bekannten Frequenz im Mittel Null, sodass daher keine Störung im Offset durch dieses Magnetfeld auftritt.

Zudem ist durch eine hohe Präzision in der Frequenz des Magnetfelds nur eine sehr geringe Amplitude notwendig und somit keine relevante Beeinflussung von Personen oder anderen technischen Geräten in der Nähe gegeben.

Zudem ist diese Ausführungsform eine sehr stabile technische Lösung. Zudem kann ein solches Magnetfeld eindeutig bestimmt werden, was auch bei der Rückrechnung von Störungen sehr vorteilhaft ist.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit eine Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds umfasst, mittels welcher das bekannte Magnetfeld zumindest teilweise erzeugt wird.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass die Sensoreinheit selbst das bekannte Magnetfeld zumindest teilweise erzeugen kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einrichtung zum Erzeugen des Magnetfelds eingerichtet ist, ein im Wesentlichen homogenes Bias-Magnetfeld im Bereich des Sensormediums zu erzeugen, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des Magnetfelds eine Helmholtz-Spulenanordnung zum Erzeugen des im Wesentlichen homogenen Bias-Magnetfeld aufweist, wobei mindestens das Sensormedium der zwei Magnetometer innerhalb der Helmholtz-Spulenanordnung angeordnet ist, wobei das bekannte Magnetfeld zumindest teilweise mittels der Helmholtz-Spulenanordnung erzeugt wird.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass das bekannte Magnetfeld zumindest teilweise effizient erzeugt werden kann. Somit wird z. B. eine bereits vorhandene Helmholtz-Spulenanordnung der Sensoreinheit selbst in effizienter Weise verwendet, um das bekannte Magnetfeld zumindest teilweise zu erzeugen.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das bekannte Magnetfeld zumindest teilweise mittels einer von der Sensoreinheit separat gebildeten Magnetfelderzeugungseinrichtung erzeugt wird.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass das bekannte Magnetfeld zumindest teilweise in effizienter Weise extern von der Sensoreinheit erzeugt werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das bekannte Magnetfeld ein moduliertes Magnetfeld ist, sodass eine Lock-In-Detektion verwendet wird, um die jeweilige magnetische Referenzfeldstärke zu erfassen.

Dadurch wird z. B. der technische Vorteil bewirkt, dass die magnetische Referenzfeldstärke effizient erfasst werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses ein computerimplementiertes Verfahren ist.

Ausführungen, die in Zusammenhang mit dem Verfahren gemacht sind, gelten analog für die Sensoreinheit und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich technische Funktionalitäten der Sensoreinheit aus technischen Funktionalitäten des Verfahrens und umgekehrt ergeben.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit nach dem zweiten Aspekt verwendet wird, um das Verfahren nach dem ersten Aspekt aus- oder durchzuführen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren nach dem ersten Aspekt mittels der Sensoreinheit nach dem zweiten Aspekt aus- oder durchgeführt wird. In einer Ausführungsform ist die Sensoreinheit programmtechnisch eingerichtet, das Computerprogramm nach dem dritten Aspekt auszuführen.

Bei der Sensoreinheit, welche im Verfahren nach dem ersten Aspekt verwendet wird, kann es sich z. B. um die Sensoreinheit nach dem zweiten Aspekt handeln.

Die Formulierung „zumindest teilweise“ umfasst insbesondere den Begriff „vollständig“.

Dass die Sensoreinheit mindestens zwei Magnetometer aufweist, bedeutet insbesondere, dass die Sensoreinheit auch mehr als zwei Magnetometer aufweisen kann.

Ausführungen, die im Zusammenhang mit zwei Magnetometern gemacht sind, gelten analog für mehr als zwei Magnetometer und umgekehrt.

Wenn in der Beschreibung lediglich von einer Ausführungsform geschrieben ist, soll stets „Ausführungsform des Verfahrens“ und soll stets „Ausführungsform der Sensoreinheit“ mitgelesen werden.

Die Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds umfasst gemäß einer Ausführungsform einen oder mehrere Spulen und/oder einen oder mehrere Permanentmagnete.

Die Magnetfelderzeugungseinrichtung umfasst gemäß einer Ausführungsform eine oder mehrere Spulen und/oder einen oder mehrere Permanentmagnete.

Eine Spule im Sinne der Beschreibung kann gemäß einer Ausführungsform mit einem elektrischen Strom, insbesondere einem elektrischen Wechselstrom, bestromt werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen, basierend auf welchem das bekannte Magnetfeld basiert. Ein Wechselstrom weist z. B. eine Radiofrequenz auf. D. h. also z. B., dass eine Spule im Sinne der Beschreibung mit einem elektrischen Wechselfeld betrieben werden kann, insbesondere mit einem elektrischen RF-Wechselfeld. Eine Spule und/oder ein Permanentmagnet im Sinne der Beschreibung ist respektive sind z. B. an einem Rahmen oder an einem Gestell eines Bettes angeordnet. Eine Spule und/oder ein Permanentmagnet im Sinne der Beschreibung ist respektive sind z. B. in einer Matratze oder in einem Kopfkissen angeordnet.

Das Sensormedium kann beispielsweise ein Diamantplättchen, insbesondere ein dünnes Diamantplättchen, umfassen, da kein großes Volumen zur Fluoreszenzmessung notwendig ist. Damit kann die Sensoreinheit noch kompakter und auch kostengünstiger gestaltet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensormedium der beiden Magnetometer auch jeweils einen Abschnitt desselben Diamantkristalls umfassen. In dieser Bauweise ist, neben der Kompaktheit, auch sichergestellt, dass die beiden als Sensormedium genutzten Abschnitte im Wesentlichen gleiche Eigenschaften aufweisen und damit auch die gleichen optischen Eigenschaften bei der Auslesung der Spinresonanz zeigen, so dass keine Fehlerquellen bei der Differenzbildung des Gradiometers entstehen.

Zum Beispiel ist vorgesehen, dass ein als Sensormedium verwendeter Diamantkristall so ausgelegt ist, dass er als Wellenleiter zur Leitung des Lichts der Anregungslichtquelle an die Messorte der beiden Magnetometer dient. Damit können auch Zuleitungen eingespart werden.

Zum Beispiel ist vorgesehen, dass für die beiden Magnetometer dieselbe Anregungslichtquelle und/oder dieselbe Mikrowellenquelle verwendet werden. Auf diese Weise werden Schwankungen und Rauschanteile aus diesen Elementen automatisch durch die Differenzsignalbildung eliminiert (Stichwort "common noise rejection").

Darüber hinaus kann die Sensoreinheit im Bereich des Sensormediums zum Beispiel einen Mikrowellenresonator umfassen, der zum Beispiel auf die Spinresonanz des Sensormediums abgestimmt ist. Mit einem Mikrowellenresonator kann ein homogenes Mikrowellenfeld in den relevanten Stellen des Sensormediums erzeugt werden, während die Mikrowellenquelle zum Beispiel auch entfernt davon angeordnet sein kann, sodass zum Beispiel über geeignete Verbindungen, insbesondere Wellenleiter, die mittels der Mikrowellenquelle erzeugte Mikrowellenstrahlung in die Mikrowellenresonatoren der Magnetometer eingespeist werden kann.

Um vektorielle Magnetfeldmessungen zu ermöglichen, kann die Sensoreinheit zum Beispiel eine Einrichtung zum Erzeugen eines im Wesentlichen homogenen Bias-Magnetfelds im Bereich des Sensormediums umfassen. Da das NV- Zentrum im Diamant vier Anordnungsmöglichkeiten hat, die im Fluoreszenzspektrum jeweils als eigene Frequenzaufspaltung Sichtbar werden, lassen sich Magnetfeldrichtung und Stärke für jede Kristallrichtung extrahieren, so dass auch die Quelle des Magnetfelds lokalisiert werden kann. Um ein solches Bias-Magnetfeld zu erzeugen, kann beispielsweise eine Helmholtz- Spulenanordnung verwendet werden, innerhalb der sich zumindest das Sensormedium respektive die Sensorköpfe der zwei Magnetometer befinden. Mit einer Helmholtz-Spulenanordnung lässt sich ein besonders homogenes Feld erzeugen.

Eine Helmholtz-Spulenanordnung umfasst zum Beispiel eine oder mehrere Helmholtzspulen.

Zum Beispiel sind die mindestens zwei Magnetometer in einer Gradiometeranordnung angeordnet. Dies bedeutet, dass die mindestens zwei Magnetometer an räumlich unterschiedlichen Stellen angeordnet sind. Dadurch können in vorteilhafter weise Hintergrundmagnetfelder eliminiert werden. Als Gradiometer werden grundsätzlich Sensoreinheiten bezeichnet, die in der Lage sind, nicht nur die Feldstärke, sondern auch den Gradienten des Felds zu erfassen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern,

Fig. 2 eine Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern, Fig. 3 einen flexiblen Gegenstand,

Fig. 4 ein maschinenlesbares Speichermedium,

Fig. 5 eine weitere Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern und

Fig. 6 einen weiteren flexiblen Gegenstand.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern. Die Sensoreinheit umfasst mindestens zwei Magnetometer, die in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind.

Gemäß einem ersten Funktionsblock 101 ist vorgesehen, dass eine magnetische Referenzfeldstärke jeweils durch die Magnetometer erfasst wird. In einem zweiten Funktionsblock 103 ist vorgesehen, dass jeweils eine magnetische Messfeldstärke durch das jeweilige Magnetometer erfasst wird. Gemäß einem dritten Funktionsblock ist vorgesehen, dass ein Messmagnetfeldgradient basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Referenzfeldstärken und basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Messfeldstärken ermittelt wird.

Fig. 2 zeigt eine Sensoreinheit 201 zur Messung von Magnetfeldern.

Die Sensoreinheit 201 umfasst zwei Magnetometer 203, 205, die in einem veränderlichen, also flexiblen, Abstand zueinander angeordnet ist. Dass die beiden Magnetometer 203, 205 in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind, ist symbolisch durch einen Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 207 gekennzeichnet.

Die Sensoreinheit 201 ist eingerichtet, alle Schritte des Verfahrens zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern auszuführen.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit 201 mehr als zwei Magnetometer 203, 205. Die Sensoreinheit 201 umfasst weiter optional eine Signalverarbeitungseinheit 209, welche eingerichtet ist, den Messmagnetfeldgradienten basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Referenzfeldstärken und basierend auf den jeweils erfassten magnetischen Messfeldstärken zu ermitteln.

Um sehr kleine Magnetfeldstärken zu messen, eignen sich als Sensoren insbesondere quantenbasierte bzw. optisch gepumpte Magnetometer, wobei beispielhaft nachfolgend Diamant-NV-Magnetometer beschrieben sind. Es ist insbesondere auch vorgesehen, zusätzlich oder alternativ andere Magnetometer mit vergleichbaren Eigenschaften in die Sensoreinheit zu integrieren.

Die hier beispielhaft beschriebenen Magnetometer nutzen optisch gepumpte und/oder optisch detektierte magnetische Resonanzen (optically detected magnetic resonance, ODRM). Dabei wird ausgenutzt, dass unter Einfluss eines äußeren Magnetfelds die Energieniveaus bestimmter Spinzustände ungepaarter Elektronen aufspalten, der sogenannte Zeeman-Effekt. Durch die Aufspaltung der Energieniveaus ergeben sich veränderte Übergänge bei der Relaxation aus angeregten Zuständen, die dann beispielsweise durch optische Anregung und frequenzabhängige Detektion der resultierenden Fluoreszenzstrahlung oder durch Beobachtung optischer Eigenschaften wie der Absorption von Licht gemessen werden können. Aus den gemessenen optischen Parametern kann dann wiederum auf die Magnetfeldstärke (magnetische Feldstärke) geschlossen werden.

Diamant-NV-Magnetometer beruhen auf dem Auslesen von Magnetresonanzen von speziellen Defektzentren in Diamant, insbesondere von Stickstoff-Fehlstellen (NV, nitrogen vacancy), die als Verunreinigungen des Kohlenstoffgitters von Diamant auftreten und auch gezielt eingebracht werden können. Wird das NV- Zentrum im Normalzustand ohne vorhandenes Magnetfeld optisch angeregt, indem z.B. ein Pumplaserstrahl mit geeigneter Wellenlänge (in diesem Fall im grünen Wellenlängenbereich, z.B. bei 532nm für eine off-resonance-Anregung) eingestrahlt wird, werden die Elektronen vom Triplett-Grundzustand in den angeregten Triplett-Zustand gehoben und relaxieren unter Emission von Fluoreszenzlicht im roten Wellenlängenbereich bei 637nm. Da die Wahrscheinlichkeit für nicht spinerhaltende Übergänge aus dem Spinzustand mit der Spinquantenzahl m _s =±1 größer ist, sorgt ein fortlaufendes Anregungspumpen dafür, dass die NV-Zentren größtenteils im Spinzustand m _s =0 hyperpolarisiert werden.

Zwischen den m _s = 0 und m _s =±1 Spinzuständen im Grundzustand besteht eine Energiedifferenz, die in diesem Fall bei etwa 2,87 GHz liegt. Strahlt man also neben der optischen Anregung noch Mikrowellenstrahlung in den Diamanten ein, kommt es bei dieser Resonanzfrequenz von 2,87 GHz zu einem Einbruch der roten Fluoreszenz, da die spinpolarisierten Elektronen durch das Mikrowellenfeld vom m _s = 0 in den m _s =±1 -Grundzustand gehoben werden und von dort durch das Pumplicht in den m _s =±1 angeregten Zustand angeregt werden. Von dort treten jedoch vor allem nichtstrahlende Übergänge und schwach infrarote Fluoreszenzübergänge über den Singulett-Zustand auf, während die Fluoreszenz im roten Bereich wegfällt.

Wenn nun ein externes Magnetfeld vorhanden ist, kommt es durch den sogenannten Zeeman-Effekt zur Aufspaltung der ansonsten gleichenergetischen m _s =±1 Triplett-Niveaus in energetisch äquidistante Zeeman-Niveaus. Bei Auftragung der Fluoreszenz gegen ein Frequenzspektrum der Mikrowellenanregung zeigen sich dann zwei Dips im Fluoreszenzspektrum, deren Frequenzabstand linear proportional zur magnetischen Feldstärke des externen Magnetfelds ist. Die Magnetfeldsensitivität wird dabei vor allem durch die minimal auflösbare Frequenzverschiebung definiert und kann bis 1 pTA/Hz erreichen. Da das NV-Zentrum im einkristallinen Diamanten vier Möglichkeiten besitzt, sich im Kristallgitter anzuordnen, kommt es bei Anwesenheit eines gerichteten Magnetfelds dazu, dass die im Kristall vorhandenen NV-Zentren je nach Lage im Kristall unterschiedlich stark auf das äußere Magnetfeld reagieren. Dadurch können im Idealfall vier Paare von Fluoreszenz-Minima im Spektrum auftauchen, aus deren Form und Lage zueinander sowohl die Magnetfeldstärke als Betrag als auch die Richtung des externen Magnetfelds eindeutig bestimmbar sind.

Das NV-Zentren-Magnetometer bietet eine Vielzahl von Vorteilen für die vorliegende Anwendung. Neben der bereits erwähnten sehr hohen Empfindlichkeit kann auch ein hoher Messbereich (> 1 Tesla) abgedeckt werden. Der zugrundeliegende Zeeman-Effekt ist linear vom vorhandenen Magnetfeld abhängig und zeigt außerdem keine Degradation, da die Messung auf quantenmechanischen Zuständen beruht. Außerdem bietet ein NV-Zentren- Magnetometer die Möglichkeit, externe Magnetfelder vektoriell anhand der im Diamantgitter vorhandenen verschiedenen Ausrichtungen zu bestimmen.

Um in einer Alltagsumgebung einsetzbar zu sein, sollen Magnetfelder, die nicht von gewünschten schwachen Quelle stammen, aus der Messung möglichst eliminiert werden. Gerade im Automobilbereich entstehen im Hintergrund vergleichsweise hohe und kaum abgeschirmte Magnetfelder, die etwa im Bereich von 10' ⁶ bis 10' ⁹ Tesla (Nanotesla) liegen, zusätzlich ist das Erdmagnetfeld im Bereich von 10' ⁵ Tesla (einige Mikrotesla) vorhanden. Dagegen bewegen sich biomagnetische Felder, die hier als Beispiel dienen sollen, im Bereich von 10' ¹² Tesla (Picotesla) oder noch darunter.

Die Elimination der Hintergrundmagnetfelder kann zum Beispiel durch eine Gradiometeranordnung bei der Magnetfeldmessung erreicht werden. Als Gradiometer werden grundsätzlich Sensoreinheiten bezeichnet, die in der Lage sind, nicht nur die Feldstärke, sondern auch den Gradienten des Felds zu erfassen.

Dazu können mindestens zwei einzelne Magnetometer verwendet werden, die an räumlich unterschiedlichen Stellen angeordnet sind.

Der Abstand d zwischen den beiden Diamanten bzw. Sensorköpfen einer Gradiometeranordnung entspricht dem Abstand der Orte, an denen gleichzeitig Magnetfeldmessungen durchgeführt werden. Solange der Abstand der Messorte relativ klein ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Stärke des zusätzlichen Hintergrundmagnetfeldes B _env an beiden Orten etwa gleich groß ist. Dagegen wird das interessierende schwache Magnetfeld mit zunehmender Entfernung von der Magnetfeldquelle deutlich abnehmen. Indem also zwei Sensoren in unterschiedlichen Abständen von der Quelle, z.B. in unterschiedlichen Abständen von der Schädeloberfläche angeordnet werden, kann das Hintergrundfeld durch Bildung einer Differenz der erfassten Sensorwerte eliminiert werden und das interessierende kleine Magnetfeld bzw. dessen Gradient extrahiert werden: Da das magnetische Feld sich mit dem Quadrat des Abstands abschwächt, wird die größte Magnetfeldänderung durch den Sensordiamanten in der Nähe der Quelle detektiert. Zu diesem Zweck können beispielsweise zwei Magnetometer übereinander in einer axialen Gradiometerkonfiguration angeordnet werden.

Es gilt also für ein axiales Gradiometer mit einem ersten und einem zweiten Magnetfeldsensor:

Blsens ^— Bl + Benv ,

B2sens ^— B2 + Benv ,

Bgrad ^— Blsens B2sens ^— Bl - B2 ~ Bl wobei Bisens die gemessene Feldstärke am ersten Sensor ist, der sich näher an der interessierenden Magnetfeldquelle befindet, wobei Bi der Anteil der interessierenden schwachen Magnetfeldstärke am Ort des ersten Sensors ist, wobei B2sens die gemessene Feldstärke am zweiten, weiter entfernten Sensor ist, wobei B2 der Anteil der interessierenden schwachen Magnetfeldstärke am Ort des zweiten Sensors ist, und wobei B _gra d der resultierende Gradient der Magnetfeldstärke ist.

Da das kleine Magnetfeld B2 am zweiten, weiter von der Quelle entfernt gelegenen Sensor um ein Vielfaches geringer ist als am ersten Sensor, entspricht der Gradient B _gra d des Gesamtmagnetfelds an dieser Stelle in etwa dem interessierenden Magnetfeld Bi am ersten, näheren Sensorkopf, während die etwa gleichförmigen Hintergrundfelder B _env eliminiert werden.

Fig. 3 zeigt einen flexiblen Gegenstand 301 , umfassend die Sensoreinheit 201 gemäß Fig. 2.

Fig. 4 zeigt ein maschinenlesbares Speichermedium 401 , auf dem ein Computerprogramm 403 gespeichert ist. Das Computerprogramm 403 umfasst Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms 403 durch einen Computer diesen veranlassen, um Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern auszuführen.

Fig. 5 zeigt eine weitere Sensoreinheit 501 zur Messung von Magnetfeldern.

Die weitere Sensoreinheit 501 umfasst eine flexible Trägerplatte 503, welche als dreieckiger Ausschnitt gezeichnet ist. Auf der Trägerplatte 503 sind mehrere Magnetometer 504 angeordnet . Gezeigt ist weiter eine mathematische Ebene 506 in Form eines Vierecks. Die Trägerplatte 503 und die Ebene 506 liegen in derselben Ebene. Das Dreieck (dreieckiger Ausschnitt aus der Trägerplatte 503) ist das Sensorarray, mit beliebiger Ausdehnung, aus welchem ein dreieckiger (3D Effekt) Ausschnitt gezeigt wird. Das Viereck (Ebene 506) soll eine Ebene daraus darstellen, welche betrachtet wird und über die 3D-Ansicht hinaus geht, da es die Darstellung einer Mathematischen Ebene sein soll. Für eine vereinfachte Darstellung kann auch auf die Darstellung der mathematischen Ebene 506 verzichtet werden, sodass nur der dreieckige Ausschnitt der Trägerplatte 503 gezeigt wäre.

Die Magnetometer 504 sind Stickstoff-Fehlstellen-Zentren-Magnetometer. Insofern weisen diese jeweils als Sensormedium einen Diamantkristall 505 auf. Die Sensoreinheit 501 umfasst weiter als Mikrowellenquellen mehrere Mikrowellenchips 507, welche Mikrowellen erzeugen können. Die weitere Sensoreinheit 501 umfasst weiter mehrere Mikrowellenresonatoren 509, innerhalb welchen sich jeweils ein Diamantkristall 505 befindet. Die von den Mikrowellenchips 507 erzeugte Mikrowellenstrahlung wird jeweils in die Mikrowellenresonatoren 509 eingekoppelt. Dadurch wird in vorteilhafter weise ein resonantes Feld in dem jeweiligen Diamantkristall 505 erzeugt.

Somit umfasst die weitere Sensoreinheit 501 mehrere Mikrowellenquellen umfassend jeweils einen Mikrowellenchip 507 und einen Mikrowellenresonator 509.

Schematisch gezeichnet ist ein Viereck mit dem Bezugszeichen 510, welches einen Fotodetektor zum Erfassen von resonanzabhängigem Fluoreszenzlicht aus den Diamantkristallen 505 ist. Insofern umfasst die weitere Sensoreinheit 501 einen Fotodetektor 510. In einer nicht gezeigten Ausführungsform sind mehrere Fotodetektoren 510 vorgesehen.

Das Fluoreszenzlicht wird über Lichtleiter 511 in den Fotodetektor 510 eingekoppelt.

Jedem Diamantkristall 505 ist eine Helmholtz-Spulenanordnung 513 zugeordnet, innerhalb welchem sich ein Diamantkristall 505 befindet. Die Helmholtz- Spulenanordnung 513 kann ein im wesentlichen homogenes Bias-Magnetfeld 515 im Bereich des Diamantkristalls 505 erzeugen. Der Übersicht halber ist nicht für jeden Diamantkristall 505 eine Helmholtz-Spulenanordnung 513 gezeigt.

Fig. 6 zeigt eine Matratze 601 als Beispiel für einen flexiblen Gegenstand. Auf einer Oberfläche 605 der Matratze 601 ist beispielhaft eine Person 603 in Seitenlage liegend abgebildet. In der Matratze 601, also innerhalb der Matratze 601 , ist eine Sensoreinheit 607 zur Messung von Magnetfeldern angeordnet. Die Sensoreinheit 607 umfasst mehrere Magnetometer 609, welche in einem veränderlichen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Sensoreinheit 607 ist eingerichtet, alle Schritte des Verfahrens zum Kalibrieren einer Sensoreinheit zur Messung von Magnetfeldern aufzuführen.

Wenn keine Person 603 auf der Oberfläche 605 der Matratze 601 liegt, weisen die Magnetometer 609 jeweils untereinander einen anderen Abstand auf, verglichen mit dem Fall, gemäß welchem sich eine Person 603 auf der Oberfläche 605 der Matratze 601 befindet. Dies resultiert insbesondere dadurch, dass die Person 603 die Oberfläche 605 der Matratze 601 eindrückt, worüber sich der jeweilige Abstand zwischen den Magnetometern 609 verändert.

Um ein durch das Herz der Person 603 erzeugtes Magnetfeld zu erfassen und insbesondere um einen Messmagnetfeldgradienten zu ermitteln, welcher aus dem durch das Herz der Person 603 erzeugte Magnetfeld resultiert, ist es vorteilhaft, den momentanen Abstand zwischen den Magnetometern 609 zu kennen. Insofern ist gemäß dem hier beschriebenen Konzept vorgesehen, dass die Sensoreinheit 607 kalibriert wird, wie es im Rahmen der Beschreibung beschrieben ist. Aus der Referenzmessung kann der momentane Abstand zum Beispiel wie folgt ermittelt werden und wie folgt kann basierend darauf die MKG (Magnetokardiogramm)-Messung durchgeführt werden.

Der momentane Abstand kann zum Beispiel durch vektorielle Differenzbildung und/oder durch frequenzabhängige Differenzbildung der Referenzausgangssignale ermittelt werden. Sollte das vektoriell erfolgen, kann man davon ausgehen, dass entweder alle Referenzausgangssignale außerhalb der Signalebene =0 sein müssen oder davon ausgehen, dass man n>2 Referenzen verwendet und somit verwendet, ob diese sich in einem bestimmten zu dem initialen Abstand hoch einer bestimmten Potenz (abhängig von dem Abstand zum Dipol zwischen 1,7 und 3) verhalten (Dann ist es das Signal.) oder sich nicht gleichförmig mit diesen Potenzen verhalten, dann sind diese auf anderen Ursachen, z.B. das Signal (oder Hintergrund, dafür aber die oben beschriebene Gradiometrie,) zurückzuführen. Löst man das Problem frequenzabhängig, wird zum Beispiel einfach auf verschiedene Frequenzen gelockt (Öder es werden eine FFT (Fast-Fourier-Transformation) und/oder eine andere Transformation durchgeführt und/oder es wird ein CORDIC-Algorithmus mit geschickter Rotation ausgeführt. CORDIC steht für die englischen Begriffe "Coordinate Rotation Digital Computer".) und die entsprechenden Frequenzanteile werden betrachtet, um somit die Abstände zu bestimmen und somit alle Abstände aller Sensoren (Magnetometer) zu kennen und somit eine präzise Lösung der Form zu kennen.

Z. B. kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit 607 zur Erfassung einer magnetischen Referenzfeldstärke ein vorhandenes Magnetfeld misst und festlegt, dass dieses die magnetische Referenzfeldstärke ist. Anschließend wird dann diese magnetische Referenzfeldstärke verwendet, um einen Messmagnetfeldgradienten zu ermitteln.

Ein bereits vorhandenes Magnetfeld kann beispielsweise aus Magnetfeldern resultieren, welche sich im Umfeld der Sensoreinheit 607 befinden. Solche Magnetfelder können beispielsweise aus einem Betrieb eines elektrischen Haushaltsgeräts resultieren. Z. B. kann vorgesehen sein, einen ersten Permanentmagneten 611 innerhalb der Matratze 601 vorzusehen. Der erste Permanentmagnet en erzeugt ein bekanntes Magnetfeld, welches als Referenzmagnetfeld verwendet werden kann.

Weiter kann z. B. vorgesehen sein, einen zweiten Permanentmagneten 613 in einem Lattenrost 615 zu integrieren, auf welchem die Matratze 601 aufliegt. Auch der zweite Permanentmagnet 613 erzeugt ein bekanntes Magnetfeld, welches als Referenzmagnetfeld zur Kalibrierung verwendet werden kann.

Die beiden Permanentmagneten 611 , 613 sind extern von der Sensoreinheit 617 vorgesehen.

Z. B. kann vorgesehen sein, dass intern die Sensoreinheit 607 einen dritten Permanentmagneten 617 umfasst, welcher ebenfalls ein bekanntes Magnetfeld erzeugt. Auf dieses bekannte Magnetfeld kann als Referenzmagnetfeld verwendet werden.

Z. B. kann vorgesehen sein, dass ein vierter Permanentmagnet (nicht gezeigt) in einem Bettgestell (nicht gezeigt) integriert sein kann oder an einem solchen angeordnet sein kann, wobei dieses Bettgestell den Lattenrost 615 trägt.

Auch dieser vierte Permanentmagnet erzeugt ein bekanntes Magnetfeld, welches als Referenzmagnetfeld verwendet werden kann.

In Fig. 6 sind die drei Permanentmagneten 611 , 613, 617 gezeigt. Es sind Ausführungsformen vorgesehen, gemäß welchen nur einer der Permanentmagneten oder nur zwei der Permanentmagneten vorgesehen sein können.

Zusammenfassend basiert das hier beschriebene Konzept insbesondere darauf, dass ein bekanntes Magnetfeld zur Kalibrierung der Sensoreinheit verwendet wird. NV-Magnetometer, welche beispielsweise verwendet werden können, werden zum Beispiel mit einem zeitkonstanten Magnetfeld betrieben, welches beispielsweise durch ein Helmholtz-Spulen Paar als Beispiel für eine Helmholtz- Spulenanordnung erzeugt wird. Da Amplitude und Form dieses Magnetfeldes bekannt sind, lassen sich mit vektoriellen Magnetfeldmessungen benachbarter Sensoren, also der Magnetometer, der paarweise Abstand und Orientierung dieses Magnetfeldsensors, also des Magnetometers, zu seinen Nachbarn bestimmten. Dies erlaubt es, beispielsweise den partiellen Ausfall eines Sensors oder seine Lageänderung zu bestimmen. Für viele Anwendungen muss das Magnetometerarray oder auch einzelne Magnetometer auch in einem weichen und/oder verformbaren Material (z.B. Matratze, Kissen, Sofa, Autositz, Topper, etc.) eingebaut werden. Somit verändert sich die absolute, aber auch relative Anordnung durch die Nutzung, aber ebenfalls auch für verschiedene Nutzer. Für viele Detektionsmethoden ist es vorteilhaft, die genaue Positionierung der Sensoren, insbesondere zueinander, aber auch zum Messobjekt, zu kennen. Diese Positionierung wird zum Beispiel durch eine fixe Platzierung ermöglicht, hier. Es ist somit ein Referenzieren ermöglicht, welches die Positionierung anhand von Magnetfelddaten respektive auch gekoppelt mit weiteren Sensoren, ermöglicht.

Die Sensoreinheit umfasst zum Beispiel eine Anordnung von NV- Magnetometern, welche beispielsweise auf einer flexiblen Grundplatte oder Trägerplatte (vgl. Fig. 5), oder einer flexiblen Halterung wie beispielsweise Federn angeordnet ist. Die in räumlicher Nähe zu den NV-Diamanten angebrachten Helmholtz-Spulen-Anordnungen erlauben zum Beispiel die Erzeugung eines bekannten Magnetfeldes, welches von benachbarten Magnetometern in Amplitude und Orientierung erfasst wird. Alternativ oder zusätzlich können hierfür auch Anordnungen von Permanentmagneten verwendet werden.

Die so erreichte Kalibrierung ist so ohne Hilfsmittel, wie externe Testfelder oder Zug-/Drucksensoren möglich, wobei die Hilfsmittel dennoch zusätzlich vorgesehen sein können zwecks verbesserter Kalibrierung. Zum Beispiel wird die Sensoreinheit für die Überwachung der magnetischen Signale des Herzens einer Person in der Nacht eingesetzt. Durch die Flexibilität des Abstands der Magnetometer untereinander kann sich die Sensoreinheit den gegebenen Druckverhältnissen der Matratze, auf welcher die Person liegt, anpassen, sodass die Sensoreinheit nicht als unangenehm empfunden wird oder Druckulzera auslöst. Dies ändert jedoch auch die Ausrichtung der in einer Sensoreinheit angeordneten eingesetzten NV-Diamanten, allgemein Magnetometer, zueinander je nach Schlafposition. Durch regelmäßige (Selbst-)Kalibrierung, wie im gemäß dem hier beschriebenen Konzept beschrieben, kann diese Änderung in der Rekonstruktion des Herz-Signales korrigiert werden. Auch Fertigungsabweichungen und Ausfall einzelner Baukomponenten, zum Beispiel Magnetometer, können so detektiert werden.

Es ist zum Beispiel vorgesehen, auf Permanentmagnete in der Sensoreinheit selbst und/oder auf Permanentmagnete außerhalb der Sensoreinheit (z.B. beim Bett: Sensoreinheit in der Matratze, Referenz (Permanentmagnet) z.B. am Gestell) und/oder auf eine Sensoreinheit-interne/externe Spule die mit einem elektrischen Wechselfeld betrieben wird (insbesondere RF-Wechselfeld, insbesondere mit Lock-In Detektion zur separaten Referenzierung von mehreren Spulen) zu referenzieren, was bedeutet, dass diese Magnetfelderzeuger eine bekannte Referenz bilden. Die Referenzen können an verschiedenen Orten (Referenzierungspunkte) befestigt oder angeordnet sein. Spulen können mit unterschiedlichen Wechselströmen hinsichtlich der Frequenz betrieben werden, sodass über die unterschiedliche Frequenz, beispielsweise Radiofrequenz, unterschiedliche Referenzen geschaffen sind.