Optimierung photoakustischer Sensoren (OPAS)

Die Gassensorik hat die Aufgabe, Gasgemische zu analysieren und die Konzentrationen der einzelnen Komponenten zu bestimmen. Typische Anwendungen sind die Emissionsmessung (Überwachung von Abgasen), die Immissionsmessung (Kontrolle auf den Menschen einwirkender Schadgase) und die Prozessmessung (Steuerung und Optimierung industrieller Prozesse).

Die optisch-spektroskopischen Methoden der Gassensorik basieren auf der Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit Materie. Die Absorptions- und Emissionseigenschaften eines jeden Stoffes sind absolut charakteristisch und erlauben sowohl die Identifizierung des Stoffes als auch eine sehr empfindliche Bestimmung seiner Konzentration. Im Vergleich zu anderen Verfahren sind die optischen in der Regel empfindlicher und selektiver und erlauben oftmals auch einen schnelleren und einfacheren Gasnachweis.

Ein besonderer Vorteil der photoakustischen Spektroskopie gegenüber anderen optischen Verfahren, ist das untergrundfreie Messen. D.h., ohne absorbierende Komponente entsteht auch kein Signal. Da man keine langen Absorptionswege und nur eine minimale Anzahl von Komponenten benötigt, ist dieses Prinzip für die Realisierung einfacher und kompakter Gassensoren besonders gut geeignet. Durch die Nutzung von akustischen Resonanzen der Messzellen lassen sich darüber hinaus extrem hohe Nachweisempfindlichkeiten erreichen.

Ziel des Forschungsprojektes OPAS ist es, photoakustische Gassensoren bezüglich ihrer Nachweisempfindlichkeit zu optimieren. Hierfür werden die Zellen und ihre resultierenden photoakustischen Signale mit Hilfe der Finite Elemente Methode simuliert und mit experimentellen Daten verglichen. Optimiert werden insbesondere Messzellen- Geometrie, Messzellen-Material, Laserstrahlposition, Modulationsfunktion und verschiedene andere Parameter.