Modellbasierte Analyse von nichtdispersiven Infrarot-Gassensoren mit thermischen Strahlquellen und Thermopiledetektoren

Abstract

ZusammenfassungNichtdispersive Infrarotsensoren werden in vielen industriellen und wissenschaftlichen Bereichen zur Messung von Gaskonzentrationen und -bestandteilen eingesetzt. Die Entwicklung neuer Sensoren ist mangels eines umfassenden mathematischen Simulationsmodells aufwändig, da zumeist Prototypen angefertigt werden müssen, um die Auswirkungen verschiedener Änderungen auf das Sensorverhalten festzustellen. Im Rahmen dieses Beitrags werden zunächst mathematische Modelle für in kommerziellen Sensoren häufig eingebaute Komponenten von nichtdispersiven Infrarotsensoren (thermische Infrarotquellen und Thermopiledetektoren) hergeleitet und verifiziert. Es zeigt sich, dass das Sensorverhalten auf Basis von grundlegenden physikalischen Zusammenhängen ausreichend genau modelliert werden kann, wodurch die gefundenen Modelle einfach an verschiedene Varianten von thermischen Quellen und thermoelektrischen Detektoren adaptierbar sind. Abschließend werden auf Basis von Simulationen verschiedene Gehäusegeometrien auf deren Einfluss auf die Sensorempfindlichkeit hin untersucht.