4.2.1 Konzeption und Evaluierung eines Laboraufbaus zur photoakustischen Detektion von CH4 mit modulierter Breitband MEMS-IR-Strahlungsquelle

Abstract

In dieser Arbeit wird eine photoakustische Messzelle zur Bestimmung von Methan vorgestellt. Die Grundlage stellt eine kommerzielle NDIR-Gasmesszelle dar, die um ein MEMS-Mikrofon erweitert wurde. Zur Erzeugung des photoakustischen Signals wurde ein MEMS-Breitband-IR-Strahler bei einer Frequenz von 9 Hz elektrisch moduliert. Mittels Lock-In-Verfahren wurde das Signal in Abhängigkeit der Konzentration von Methan detektiert. Das zu erwartende Signal konnte über eine rechnerische Modellgleichung abgeschätzt und so mit den experimentellen Werten verglichen werden. Es wird gezeigt, dass diese Abschätzung mit den experimentellen Daten gut übereinstimmt und somit prinzipiell für die Realisierung von photoakustischen Messzellen verwendet werden kann. Der Sensor wurde mit zwei Strahlertypen erprobt. Es wurde ein Detektionslimit von 108 ppmV bei einer Auflösung von 43 ppmV ermittelt.