Ziel der Entwicklung
Ziel der Entwicklung ist ein kompakter Sensoraufbau zur Erfassung eines kontinuierlichen Infrarotspektrums über weitere Wellenlängenbereiche. Der angestrebte Sensor bietet einen deutlich größeren messbaren Spektralbereich als andere Lösungen wie beispielsweise durchstimmbare Fabry-Perot-Filter. Zudem hebt sich das fertige Sensorsystem durch kompakte Bauform deutlich von etablierten Michelson-FTIR ab.
Mit einem solchen Aufbau wird es möglich, verschiedene Gase und Gasgemische mit nur einem Sensor zu analysieren und diesen aufgrund seiner kompakten Bauform und vergleichsweise kostengünstigen Herstellbarkeit in Systeme zu integrieren. Die Kosten sind dabei vergleichbar mit etablierten Fabry-Perot-Filtern trotz des erweiterten Funktionsumfangs.
Das Wichtigste auf einen Blick: Kompakte Abmaße (Miniaturisierung) / Hermetisch gehaust / hohes Integrationspotential (in komplexe Systeme) / Großer messbarer Spektralbereich / Analyse verschiedener Gase und Gasgemische möglich / Fertigung/Montage auf Waferebene / Kostensenkung.
Vorteile und Lösungen
Der entwickelte Sensor arbeitet nach dem Prinzip der Infrarotabsorption (NDIR), wobei für die separate Quantifizierung verschiedener Gasbestandteile die Detektion von wenigen Wellenlängen nicht ausreichend ist. Die im Fokus stehende MEMS-Detektoreinheit (Micro Electromechanical Systems) nutzt darum eine innovative Methode für die Gewinnung eines kontinuierlichen Absorptionsspektrums.
Diese Methode basiert auf der Kombination von höhenverstellbaren diffraktiven optischen Elementen (DOE) mit dahinter positionierten Blenden und IR-Detektoren (Photodioden). Die zentrale Idee dabei ist es, dass je nach Abstand zwischen Blende und DOE jeweils nur eine bevorzugte Wellenlänge die Blende passieren und somit vom Detektor erfasst werden kann. Die einzelnen Funktionsgruppen des Systems werden dabei durch gestapelte Silizium-Strukturen mit Potential zur Montage auf Waferebene realisiert.
Der Vorteil einer solchen Lösung besteht darin, dass weite Spektralbereiche im IR mit einem vergleichsweise einfachen System erfasst werden können. Dies liefert in der Anwendung (zum Beispiel bei der Gasanalyse) deutlich mehr Informationen als die etablierten NDIR-Sensoren mit nur wenigen Stützstellen im Spektrum. Dadurch können auch komplexere Stoffmischungen erfasst werden, bei denen es andernfalls zu Quereinflüssen der erfassten Sensorsignale kommen würde.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Zielgruppe der Entwicklung sind Systementwickler für Geräte und Anlagen zur Umweltanalytik, Prozessmesstechnik, Gebäudeautomation und Medizintechnik. Durch den geschilderten Vorteil zusätzlicher Spektralinformationen können auch die Teilkonzentrationen komplexer Stoffgemische mit verbesserter Sicherheit bewertet werden. Durch den kompakten und preisgünstigen Aufbau können so kleine / mobile Geräte entwickelt werden, die zudem deutlich preiswerter als etablierte (Labor-)Geräte sind. Damit werden neue Anwendungen zur kontinuierlichen Überwachung in den oben genannten Anwendungsfeldern ermöglicht. Das CiS Forschungsinstitut bietet solchen Systementwicklern Transfer- und Entwicklungsdienstleistungen bis hin zur Fertigung solcher Baugruppen an.
