pH-Sensoransteuerung
Erfolgreich miniaturisiert
Das Fraunhofer IPMS hat die Elektronik für ISFET-Sensoren stark miniaturisiert, Herstellungskosten gesenkt und den Energieverbrauch reduziert. Die Technik kann direkt genutzt oder in Messsysteme integriert werden.
ISFETs ermöglichen die kontinuierliche und präzise Messung von pH-Werten, indem sie in Echtzeit die Konzentration bestimmter Ionen in Wasser oder anderen wässrigen Medien bestimmen.
Nach der herausragenden Entwicklung von Niobpentoxid-basierten ISFET-pH-Sensoren vermeldet das Fraunhofer IPMS abermals einen großen Erfolg: Die neuen Messsysteme arbeiten mit einem noch geringeren Stromverbrauch als zuvor. »Nach fast einem Jahr Entwicklungszeit ist es uns gelungen, unsere Nb2O5-ISFETs so anzusteuern, dass sie mit einer Leistungsaufnahme von kleiner als 1,3 mW inklusive Elektronik kontinuierlich messen können«, freut sich Geschäftsfeldleiter für Chemische Sensorik am Fraunhofer IPMS, Dr. Olaf R. Hild. Die Leistungsaufnahme des Sensorsystems beträgt dabei lediglich 190 µW. Die Leistungsaufnahme und die Baugröße sind essenzielle Parameter für mobile Messsysteme.
Anwendungen ergeben sich in der kontinuierlichen Gewässerüberwachung und Umweltanalytik. Aber auch langfristig adressierte Anwendungen in der Medizintechnik, wie die Analyse verschiedenster Körperflüssigkeiten, bedürfen leistungseffizienten und kleinen Messsystemen.
Die neuen Ansteuerelektroniken, die im Mai auf der Messe »Sensor und Test« in Nürnberg vorgestellt werden, sind besonders leistungsarm und damit energieeffizienter, zudem sind sie sehr einfach handhabbar und sofort einsatzbereit. Es handelt sich um eine Analogelektronik (<1,3 mW) und eine mittels USB-C anschließbare Digitalelektronik (ca. 100 mW), welche eine zügige Vor-Ort-Kalibrierung möglich macht: »Da die Fraunhofer IPMS-ISFETs äußerst driftarm sind und nahezu eine perfekte Nernst-Abhängigkeit zeigen, ist für die allermeisten Anwendungen eine Einpunktkalibrierung ausreichend,« erläutert Elektronikentwickler Hans-Georg Dallmann. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit, auch über längere Zeitspannen hinweg garantiert.
Aber mit dem Erreichten ist das Team um Hild noch nicht zufrieden: »Das nächste Ziel sind kleinere ISFET-Chips (< 1mm2), um baugrößenlimitierte Anwendungen adressieren zu können. Der Reinraum ist für diese Herausforderung bestens ausgestattet!«, ist sich Technologe Falah Al-Falahi sicher.
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