Anwendungen im Bereich Umweltmesstechnik

Umweltbedingungen haben einen wesentlichen Einfluss auf unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Mit Hilfe physikalischer und chemischer Sensoren können Umwelteigenschaften, wie Temperatur, Druck, Feuchte, die Konzentration von Gasen sowie die Zusammensetzung von Flüssigkeiten gemessen werden. Eine hohe Funktionalität dieser Sensoren wird jedoch erst durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) für eine bestmögliche Signalverarbeitung erreicht. Die von uns entwickelten ASICs können die Leistungsfähigkeit von Sensorsystemen optimieren und gleichzeitig Kosten und Bauraum reduzieren.

Mit unserer Expertise im Schaltungsentwurf unterstützen wir unsere Kunden bei der Entwicklung von Sensorsystemen

• für die Luftgütemessung
• für die Sicherheitsmesstechnik von Gasen
• für die Detektion bestimmter Moleküle in Flüssigkeiten.

Gemeinsam mit unseren Partnern haben wir Auswerteschaltungen für verschiedene Arten von chemischen Sensoren für die Messung von Gasen und Flüssigkeiten entwickelt:

• MOX (Metall-Oxid-Sensoren)
• MIPs (Molecular Imprinted Polymers)
• MOFs (Metallorganische Gerüstverbindungen)
• Mikro-Pellistoren

ASICs für Gassensoren

In der Gebäudeautomatisierung sowie in der Lüftungssteuerung in Fahrzeugen eignen sich Metall-Oxid-Gassensoren hervorragend für eine effiziente Messung der Luftgüte. Um die Messgenauigkeit und Langzeitstabilität von miniaturisierten Metall-Oxid-Gassensoren zu erhöhen, hat das Fraunhofer IIS eine integrierte Auswerteschaltung in Form eines AISICs entwickelt, die einen sehr weiten Messbereich abdeckt und gleichzeitig einen temperatur-gesteuerten Betrieb ermöglicht. Darüber hinaus kann dieser ASIC-Baustein zusammen mit einem Pellistor auch zur Abwehr von Gefahren durch brennbare Gase eingesetzt werden.

ASICs für elektrochemische Sensoren

In der Lebensmittelüberwachung ist der Nachweis von Schadstoffen und Verunreinigungen in Flüssigkeiten von großer Bedeutung. Mit sogenannten molekular geprägten Polymeren (molecular imprinted polymeres - MIPs) können Verunreinigungen auch in geringsten Konzentrationen detektiert werden. MIPs bestehen aus einer Goldelektrode, die mit molekular geprägten Polymeren für die jeweilige Zielsubstanz beschichtet werden. Die Polymere bilden dabei eine Struktur, in der die zu detektierenden Moleküle wie Fußabdrücke in Gips eingeprägt sind. Treffen die passenden Moleküle auf diese Oberfläche, werden sie gebunden und ändern die elektrische Kapazität der Elektrode. Damit reagiert der Sensor ausschließlich auf die gewählte Substanz.

Diese MIPs sind mit einer hochgenauen, kapazitiven Auswerteschaltung verbunden, die ein digitales Ausgangssignal bereitstellt. Der große Vorteil des Verfahrens ist die hohe Selektivität des Sensormaterials bei gleichzeitig kostengünstiger Fertigung. Dieses Messprinzip kann auch für den Nachweis von Drogen im Abwasser eingesetzt werden. Zum selektiven Nachweis geringster Spuren in Flüssigkeiten entwickelte das Fraunhofer IIS gemeinsam mit den Partnern CapSenze und der Universität Ghent ein mobiles Analysesystem, bestehend aus MIPs, Transducer und ASIC.