B3.4 - Schnelle IR-MEMS-Strahler für NDIR-Anwendungen
- Event
- 22. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2024
2024-06-11 - 2024-06-12
Nürnberg - Band
- Vorträge
- Chapter
- B3 - IRS2 Teil I
- Author(s)
- T. Schildhauer, M. Schädel, A. Winzer - CiS Forschungsinstitut GmbH,Erfurt
- Pages
- 169 - 175
- DOI
- 10.5162/sensoren2024/B3.4
- ISBN
- 978-3-910600-01-0
- Price
- free
Abstract
Infrarot-Emitter auf der Basis von MEMS-Technologien sind für die Miniaturisierung von NDIRSpektrometern hervorragend geeignet. Bisherige kommerzielle IR-MEMS-Strahler erreichen allerdings bereits bei Messfrequenzen von 20 Hz ihre Einsatzgrenze. Für einige Anwendungen, wie in der Atemgasanalyse werden jedoch höhere Messfrequenzen im Bereich von 100 Hz benötigt. Wir haben daher unsere IR-MEMS-Emitter weiterentwickelt und sowohl die Chip-Architektur als auch die Aufbauund Verbindungstechnik für schnelle NDIR-Spektroskopie-Anwendungen optimiert. Zur Verbesserung des Chip-Designs wurde ein digitaler Zwilling unserer bisherigen Technologie in der Simulationssoftware COMSOL angefertigt. Mithilfe dieses Modells konnte der Einfluss verschiedenster Design-Änderungen erprobt und somit die Variantenvielfalt für den zeitaufwändigen technologischen Durchlauf effizient gestaltet werden. Mit sinkender Chipgröße steigt bei den Emittern zwar die Grenzfrequenz jedoch sinkt gleichzeitig die Strahlstärke. Um bei hohen Messfrequenzen trotzdem ausreichend Signal zu erhalten, optimierten wir den Aufbau der Emitter-Chips für Array-Anordnungen mit einer maximalen Packungsdichte. Mit diesen neuen IR-Quellen sind Gasanalysen im Wellenlängenbereich von 2 bis 20 μm und bei Pulsfrequenzen von bis zu 100 Hz möglich.