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Sensor-Spürnase für gefährliche Gase

Neuentwickeltes Sensor-Array identifiziert mehrere toxische Gase in Stoffgemischen und analysiert Konzentrationswerte präzise.

Ein beheizbarer Sensor mit unterschiedlich beschichteten Mikrochips detektiert eine Vielzahl toxischer Gase und misst deren Konzentration kontinuierlich.
Moderne Sensortechnik ermöglicht es, gasförmige, toxische Stoffe zu detektieren. Besonders in sicherheitskritischen Arbeitsumgebungen fungieren die Sensoren als Warnmelder, indem sie bei zu hohen Gefahrstoffkonzentrationen – z.B. resultierend aus undichten Gasanlagen – Alarm schlagen.

In der Regel sind die Sensoren mittels einer spezifischen Beschichtung für den zu detektierenden Stoff ausgelegt, sodass die gängigen Analysegeräte nur den Nachweis eines einzigen Stoffes erlauben. Lagert sich der Zielstoff an dieser Schicht an, wird eine chemische Reaktion ausgelöst, wodurch sich u.a. der elektrische Leitwert des Sensors verändert. Der Verlauf der Leitwertänderung lässt Rückschlüsse auf die Stoffkonzentration zu, wobei meist nur eine Grenzwertüberschreitung erkannt wird.

Diese Einschränkungen heben Wissenschaftler des Instituts für Automation und angewandte Informatik (IAI) am KIT in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe des Instituts für Sensor- und Informationssysteme (ISIS) der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft mit neuartigen Sensoren auf. Sie stellen Sensor-Arrays auf Mikrochips her, deren einzelne Elemente unterschiedlich beschichtet sind. Die Sensoren werden zudem beheizt, um bei optimaler Temperatur die entsprechende Reaktion der Zielstoffe an der Sensoroberfläche zu erreichen. Für jeden Zielstoff ergeben sich über die Zeit charakteristische Leitwertänderungen, sogenannte Leitwertzeitprofile, mit denen die im Stoffgemisch enthaltenen Substanzen eindeutig klassifiziert werden können. Vor dem Messeinsatz wird der Sensor entsprechend der zu detektierenden Zielstoffe kalibriert. Ist ein Zielstoff nachgewiesen, wird zudem kontinuierlich die Konzentration des Zielstoffes sowie deren Entwicklung analysiert und Grenzwertüberschreitungen können angezeigt werden. Neben der stationären Analyse ist ein mobiler Einsatz im Batteriebetrieb möglich. Als Sensornetzwerk lässt sich darüber hinaus der Quellort des Stoffes lokalisieren.

Die neuentwickelten, kostengünstig produzierbaren Sensor-Arrays decken eine große Bandbreite verschiedener Stoffe ab – unterstützt durch das thermozyklische Betriebsverfahren. Aufgrund der vorangehenden Kalibrierung auf einen bestimmten Zielstoff lässt sich die nötige Rechenleistung bei der Auswertung minimieren.

Das KIT sucht Partner zur Umsetzung eines Prototyps bis hin zur Integration der neuartigen Sensoren in ein Analysegerät.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Stephan Barth, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Energie, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25536

E-Mail: stephan.barth@kit.edu

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