Mehrgasdetektion

Referenz

Peng, Jie, et al. „Multigas-nichtresonanter photoakustischer Spektroskopiesensor basierend auf einer Breitband-Strahlungsquelle.“ Microwave and Optical Technology Letters , Bd. 66, 2024, doi:10.1002/mop.33989.

Anwendungsfall

Der Artikel beschreibt die Entwicklung eines Mehrgas-Erkennungssensors mithilfe einer Technik namens nichtresonante photoakustische Spektroskopie, die besonders für die Umwelt- und Industrieüberwachung nützlich ist. Dieser Sensor kann das Vorhandensein von sechs verschiedenen Gasen – Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Acetylen (C2H2), Ethylen (C2H4) und Ethan (C2H6) – mit hoher Empfindlichkeit und Selektivität identifizieren und messen.

Hier ist eine vereinfachte Erklärung, die auch für Laien geeignet ist:

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen Raum, in dem aufgrund von Lecks oder Emissionen von Maschinen verschiedene Gase vorhanden sein könnten. Das genaue Erkennen und Messen dieser Gase ist für die Sicherheit und die Umweltüberwachung von entscheidender Bedeutung. Der im Artikel beschriebene Sensor strahlt ein breites Spektrum an Licht (eine breitbandige Strahlungsquelle) durch die Luft im Raum. Wenn dieses Licht auf Moleküle dieser Gase trifft, absorbieren sie bestimmte Wellenlängen des Lichts und dieser Absorptionsprozess erzeugt eine winzige Menge Wärme.

Der Sensor erkennt diese Wärme dann in Form von Schallwellen, die von den expandierenden Gasen erzeugt werden (daher „photoakustisch“). Durch die Analyse dieser Schallwellen kann der Sensor feststellen, welche Gase vorhanden sind und in welchen Mengen. Das Clevere an diesem Sensor ist seine Fähigkeit, verschiedene Filter zu verwenden, um sich auf die spezifischen Lichtwellen zu konzentrieren, die von verschiedenen Gasen absorbiert werden. Dadurch kann er mehrere Gase gleichzeitig sehr präzise identifizieren und messen.

Mithilfe dieser Technologie lässt sich die Luftqualität schnell und effektiv überwachen, Lecks erkennen und sogar Probleme bei elektrischen Geräten diagnostizieren, ohne dass ein direkter Kontakt mit den Gasen oder komplizierte Aufbauten erforderlich sind.

Bandpassfilterauswahl

Hier sind die Filter und die dazugehörigen Gase:

1. Kohlenmonoxid (CO) – Filter zentriert bei 4600 nm mit einer Bandbreite von 150 nm .
2. Kohlendioxid (CO2) – Filter zentriert bei 4250 nm mit einer Bandbreite von 128 nm .
3. Methan (CH4) – Filter zentriert bei 3320 nm mit einer Bandbreite von 180 nm .
4. Acetylen (C2H2) – Filter zentriert bei 3030 nm mit einer Bandbreite von 100 nm .
5. Ethylen (C2H4) – Filter zentriert bei 10520 nm mit einer Bandbreite von 240 nm .
6. Ethan (C2H6) – Filter zentriert bei 3350 nm mit einer Bandbreite von 140 nm .