Abteilung Bauelemente

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1 Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung Jena Meuselwitz Schweißtechnische Kursstätte Applikationszentrum Mikrotechnik Bildungs- und Innovationszentrum 1

2 Optosensoren für messtechnische Spezialaufgaben von UV bis NIR 2

3 Anforderungen an Sensoren für die optische Messtechnik allgemeine Anforderungen temperaturfest strahlungsfest (harte UV-Strahlung) unempfindlich gegenüber Verschmutzung unempfindlich gegenüber Feuchte (Betauung) mechanisch stabil (Schwingung u. Stoß) elektrische Anforderungen elektrisch fest (Strom- u. Spannungsspitzen) Signal störungsfrei übertragbar Sensor von Elektronik trennbar Spannungs- oder Stromausgang (Standardschnittstelle) optische Anforderungen Empfindlichkeitsmaximum im Arbeitsbereich kein Eingriff in die opt. Signalübertragung angepasste Gehäuseform 3

4 Aufbau- u. Verbindungstechnik für optoelektronische Bauelemente mechan. Komponenten - geätzte Filterhalter - Kontaktelemente opt. Komponenten Filter, Gitter, Diffusoren, Linsen... Sensorelemente Si, SiC, GaAs,GaP Substrate - Keramik, Glas, PCB -Si-Chip elektron. Komponenten - aktive and passive BE - SMD-Komponenten Package - Standardgehäuse - anwenderspezifisch 4

5 Spektralbereich der IFW-Bauelemente 1,00 0,90 0,80 Si 0,37A/W 0,70 0,60 SiC 0,13A/W GaP 0,12A/W Srel 0,50 0,40 UV-Bereich IR-Bereich 0,30 visueller Bereich 0,20 UV-C UV-B UV-A 0,10 0, Wellenlänge in nm 5

6 SiC-UV-Detektoren mit strahlungsfestem Filter S rel 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 ungefiltert UV-C UV-BC UV-BC2 UV-B UV-A 0, Wellenlänge / nm 6

7 Sensoren für die Raumfahrt UV - Umweltmodul für Beagle2 5 selektiv messende Sensoren (210nm, 230nm, 250nm, 300nm, 350nm) 1 Breitbandsensor ( nm) 7

8 UV-Wasser- und Oberflächenentkeimung Sensoren nach DVGW 294 oder ÖNORM M5872 extrem hohe UV-Strahlungsdosen hohe Selektivität (254nm), keine Erfassung von Strahlung benachbarter Hg-Linien hohe Temperatur- und Langzeitstabilität 8

9 UV-Flammensensoren jede offene Flamme hat einen UV-Strahlungsanteil Flammendetektion Erkennung von Entstehungsbränden in explosionsgefährdeten Bereichen (Erhöhung der der Fehlalarmsicherheit gegenüber reiner IR-Detektion) Erkennung der Flamme vor heißem Hintergrund (Steuerung der Gaszufuhr für Brenner) Kontrolle des Lichtbogens beim Schweißen Bekämpfung von Marschflugkörpern Flammenüberwachung Kontrolle der Qualität des Verbrennungsprozesses durch Auswertung des UV-Anteiles des Flammenspektrums Steuerung der Brennstoff und Luftzufuhr in Gasturbinen 9

10 UV - Flammensensoren visible blind (>400nm) temperaturfest erschütterungs- u. geräuschfest 1, 0 0,9 0,8 0,7 0,6 SiC GaP 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Welen länge 10

11 Erythemsensoren UV-Strahlung dringt tief in die Haut ein, schädigt die DNA und führt zum Hautkrebs Aufgabe Anpassung der Sensorempfindlichkeit an die der menschlichen Haut Sensoren nach CIE-87 Erythemcharakteristik 11

12 Erythemsensoren 1E+1 1E+0 1E-1 IFW-Detektor 1E-2 Erythema CIE 1E-3 1E-4 1E Wellenlänge in nm 12

13 Kontrolle des Ozongehaltes UV-lamp das Ausgangssignal des Detektors ist proportional zum Ozongehalt im Messraum ozone UV-C detector 13

14 Sensoren für die Analysenmesstechnik UV VIS Spektroskopie (quantitative Analyse) - große empfindliche Fläche - Dunkeloffsetspannung <±0,5mV - Offsetspannungsdrift <±5µV/K - integrierter Peltier-Kühler - integrierter Temperatursensor Detektor 1 P r o b e Detektor 2 14

15 Aufbau- und. Verbindungstechnik im Detail 15

16 Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH IFW Jena / MBZ Meuselwitz Otto-Schott-Str. 13 D Jena Tel: +49 (0) Fax: +49 (0) Internet: bel@ifw-jena.de