Vom Gasanalysator bis zum Mikrosystem

Infrarot-Spektroskopie: LED-basiertes Filterphotometer

Vom Gasanalysator bis zum Mikrosystem

Raman-Spektroskopie: Fasergekoppeltes Messsystem

Vom Gasanalysator bis zum Mikrosystem

Gasanalytik basierend auf Quantenkaskadenlasern

Vom Gasanalysator bis zum Mikrosystem

Miniaturisiertes photoakustisches Sensorsystem

Vom Gasanalysator bis zum Mikrosystem

Energieeffiziente, kolorimetrische Gassensoren

Vom Gasanalysator bis zum Mikrosystem

Autonome Mikrosysteme mit integrierter Gassensorik

Gas- und Partikelmesstechnik

Gasanalysesysteme

Für die optische Gasanalytik nutzt Fraunhofer IPM umfangreiches Know-how im Bereich Spektroskopie – vom UV bis ins MIR. Einen Schwerpunkt bildet die Laserspektroskopie im NIR/MIR. Je nach Messaufgabe kommen weitere Techniken und klassische Verfahren wie Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie, Photometrie, »Attenuated total reflection« (ATR)- und Raman-Spektroskopie zum Einsatz. Zudem können wir auf jahrzehntelange Erfahrungen in der Entwicklung von Quantenkaskadenlasern (QCL) oder Interbandkaskadenlasern (ICL) zurückgreifen.

Je nach Anforderung begleiten wir unsere Kunden von der Konzeption bis zur Umsetzung eines Messsystems: Dazu gehören die Lasercharakterisierung, das Housing, die Elektronikentwicklung und Auswertesoftware, ebenso wie die Prozessintegration. Einen wichtigen Baustein für die Systementwicklung bildet der Aufbau hochempfindlicher Detektionssysteme auf Basis von Einzeldetektoren oder bildgebender Verfahren kombiniert mit schneller Datenerfassung und robuster, automatisierter Auswertung. Gasspektroskopische Modelle und chemometrische Auswertealgorithmen ermöglichen eine automatische Kalibration und Differenzierung in Fällen komplizierter Gasmatrizen und spektral überlappender Proben.

Für unsere Messsysteme entwickeln wir anwendungsspezifische optische Designs und bauen Multireflexionszellen in verschiedenen Konfigurationen auf. Als Messzellen sind diese Herzstück der Probennahme vieler gasspektroskopischer Messanwendungen. Für bestimmte Anwendungen wie beispielsweise die Abgasmesstechnik verfügt Fraunhofer IPM über Know-how in der Systemtechnik. So entstehen schnelle Probenahmesysteme, die auch geltenden Richtlinien und typischen Testbedingungen an einem Motorprüfstand gerecht werden.

Mikrosysteme

Für bestimmte Anwendungen entwickelt und fertigt Fraunhofer IPM miniaturisierte Gassensoren, Systemkomponenten und Sensorsysteme in Mikrosystemtechnik als MEMS (»Micro-Electro-Mechanical Systems«) bzw. MOEMS (»Micro-Optoelectro-Mechanical Systems«). Darunter sind anwendungsspezifische Halbleiter-Gassensoren und kolorimetrische Gassensoren sowie modulierbare Strahler für das mittlere Infrarot in Dünn- und Dickschichttechnologie. Spezifisches Material-Know-how und eine hervorragende Infrastruktur ermöglichen uns, auch schnelle Detektoren z. B. für das mittlere IR zu entwickeln.

Am Institut entwickelte miniaturisierte, modular aufgebaute Sensorsysteme erfüllen hohe Anforderungen an Robustheit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz und sind damit auch in mobilen Systemen einsetzbar. So ermöglicht die Kombination einer Trennsäule mit einem Halbleiter-Gassensorarray ein portables Gaschromatographie-Messsystem. Mit miniaturisierten Systemkomponenten wie IR-Strahler und Absorptionszellen sind kompakte Filterphotometer oder photoakustische Systeme realisierbar. Beispielsweise erlaubt ein neuartiges, kompaktes Photoakustiksystem die selektive Detektion von Kohlendioxid (CO2) in Innenräumen. Unsere Messsysteme sind modular aufgebaut; sie beinhalten verschiedene Sensoren, Auswerte- und Ansteuerungselektronik.

Sensoren in energieautarken, batteriebetriebenen oder drahtlosen Systemen sollten besonders leicht, klein und energiesparend sein. Die Einsatzgebiete reichen von Sensornetzwerken im Katastrophenschutz bis zu intelligenten Warenbegleitern. Fraunhofer IPM entwickelt maßgeschneiderte energieautarke Gassensoren, die beispielsweise zur Überwachung von Lebensmitteltransporten oder zur Detektion von Brandgasen eingesetzt werden.

 

 

Alles eine Frage der richtigen Wellenlänge

© Foto Fraunhofer IPM

Mit spektroskopischen Verfahren lassen sich Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe untersuchen: Licht einer bestimmten Wellenlänge wird von einer Probe reflektiert, gestreut oder emittiert. Dies geschieht je nach chemischer Substanz auf spezifische Weise und erlaubt somit qualitative und quantitativen Aussagen über die zu untersuchende Verbindung.

Auf dem Gebiet der Gas- und Prozesstechnologie nutzt Fraunhofer IPM eine Vielzahl spektroskopischer Methoden. So gehören Laserspektroskopie, Fourier-Transform-IR-Spektroskopie (FTIR), Photometrie, Filter-, UV- und Raman-Spektroskopie sowie Photoakustik zu den Kompetenzen des Instituts. Dank chemometrischer Auswertemethoden sind wir in der Lage, ein Maximum an Information aus den Messdaten zu gewinnen.