Aufgrund der bereits seit geraumer Zeit vorliegenden Erkenntnisse zu den gesundheitlichen Gefahren von Feinstaub, stehen insbesondere ultrafeine Partikel mit einer Partikelgröße < 0,1 µm im Mittelpunkt vieler Untersuchungen. Beispielsweise bei der Prozessüberwachung von Feuerungsanlagen, bei Prüfverfahren im Kfz-Bereich oder bei umwelttechnischen Untersuchungen. Bei der Gasanalyse geht es um die Erkennung spezifischer Gasbestandteile und dabei insbesondere um die Bestimmung der Konzentration innerhalb eines Gasgemischs. Die Eignung des photoakustischen Effekts zur Detektion von Kohlenstoffpartikeln und Spurengasen ist bereits durch zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen nachgewiesen. In dieser Arbeit ist die Entwicklung neuartiger Verfahrensprinzipien und Systeme beschrieben, die für die Detektion sowohl von Spurengasen als auch von ultrafeinen Kohlenstoffpartikeln eingesetzt werden können. Das Ziel dieser Arbeit ist als Vorstufe für die Weiterentwicklung zu einem so genannten photoakustischen Multisensor zu sehen.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Aufgrund der bereits seit geraumer Zeit vorliegenden Erkenntnisse zu den gesundheitlichen Gefahren von Feinstaub, stehen insbesondere ultrafeine Partikel mit einer Partikelgröße < 0,1 µm im Mittelpunkt vieler Untersuchungen. Beispielsweise bei der Prozessüberwachung von Feuerungsanlagen, bei Prüfverfahren im Kfz-Bereich oder bei umwelttechnischen Untersuchungen. Bei der Gasanalyse geht es um die Erkennung spezifischer Gasbestandteile und dabei insbesondere um die Bestimmung der Konzentration innerhalb eines Gasgemischs. Die Eignung des photoakustischen Effekts zur Detektion von Kohlenstoffpartikeln und Spurengasen ist bereits durch zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen nachgewiesen. In dieser Arbeit ist die Entwicklung neuartiger Verfahrensprinzipien und Systeme beschrieben, die für die Detektion sowohl von Spurengasen als auch von ultrafeinen Kohlenstoffpartikeln eingesetzt werden können. Das Ziel dieser Arbeit ist als Vorstufe für die Weiterentwicklung zu einem so genannten photoakustischen Multisensor zu sehen.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Für eine zukünftig nachhaltige und treibhausgasneutrale Energieversorgung werden flexibel einsetzbare erneuerbare Energiequellen benötigt. Biogas kann hier eine zentrale Rolle als wetter- und standortunabhängige Energiequelle spielen.Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit neue Technologien für den selektiven und empfindlichen Nachweis der wichtigsten Biogaskomponenten Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff (H2), Schwefelwasserstoff (H2S) erforscht.Der für den Brennwert des Biogases entscheidende Gehalt an CH4 und CO2 wurde photoakustisch gemessen. Dazu wurde ein in-situ Messsystem entwickelt und charakterisiert, das mit einer optischen Weglänge von 1 mm für bei Kanäle eine absolute Auflösung von 1900 ppm für CO2 und 4500 ppm für CH4 bei 1 Hz Messfrequenz erreicht. Zum selektiven Nachweis von H2S mit MEMS-basierten Metalloxidsensoren im Bereichvon 500 ppb bis 5 ppm wurde die Phasenübergangsreaktion von Kupfer(II)oxid(CuO) zu Kupfersulfid (CuS) verwendet. Dieser Bereich eignet sich, um den Restgehaltdes Gases nach der Aufwertung von Biogas zu Biomethan zu untersuchen. H2 als Prozessstabilitätsparameter wurde durch die selektivitätssteigernde Kombination der Messung des elektrischen Schichtwiderstandes des Gassensors und der Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 40 bis 3000 ppm gemessen.
Im Feldtest in einer repräsentativen Biogasanlage wurde die Praxistauglichkeit des Photoakustiksystems untersucht und mit den Messergebnissen kommerzieller Messtechnik verglichen.
Die hier erarbeiten Ergebnisse können so die Grundlage für eine zukünftig flexible Biogasprozessteuerung bilden.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Die photoakustische Tomographie ist ein noch junges, hybrides Bildgebungsverfahren mit großem Potenzial für die Biomedizintechnik. Ultraschallwellen, die nach Absorption kurzer Laserpulse im Inneren von biologischem Gewebe ausgesandt und an dessen Oberfläche gemessen werden, ermöglichen eine dreidimensionale tomographische Rekonstruktion der absorbierenden Strukturen in Tiefen, die mit optischen Verfahren allein nicht erreichbar sind.
Durch optisch-holographische Detektion mit einer Hochgeschwindigkeitskamera können die nur nanometergroßen, schallinduzierten Auslenkungen der Oberfläche erfasst werden, was eine extrem schnelle und kontaktlose Realisierung ermöglicht.
Dieses Werk stellt die physikalischen und technischen Grundlagen ausführlich vor und diskutiert aufgrund theoretischer Überlegungen und systematischer Messungen an Phantomen Möglichkeiten und Grenzen des hier erstmals vorgestellten Ansatzes.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Die photoakustische Tomographie ist ein noch junges, hybrides Bildgebungsverfahren mit großem Potenzial für die Biomedizintechnik. Ultraschallwellen, die nach Absorption kurzer Laserpulse im Inneren von biologischem Gewebe ausgesandt und an dessen Oberfläche gemessen werden, ermöglichen eine dreidimensionale tomographische Rekonstruktion der absorbierenden Strukturen in Tiefen, die mit optischen Verfahren allein nicht erreichbar sind.
Durch optisch-holographische Detektion mit einer Hochgeschwindigkeitskamera können die nur nanometergroßen, schallinduzierten Auslenkungen der Oberfläche erfasst werden, was eine extrem schnelle und kontaktlose Realisierung ermöglicht.
Dieses Werk stellt die physikalischen und technischen Grundlagen ausführlich vor und diskutiert aufgrund theoretischer Überlegungen und systematischer Messungen an Phantomen Möglichkeiten und Grenzen des hier erstmals vorgestellten Ansatzes.
Aktualisiert: 2023-03-21
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