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Onlinefähige Signalauswertung für spektraloptische Sensoren mit einer Doppelphotodiode

Online-capable signal processing for spectral-optical sensors using a double-layered photodiode
 
: Wuchrer, Roland; Härtling, Thomas; Gerlach, Gerald

:

Technisches Messen : TM 86 (2019), Nr.S1, S.37-41
ISSN: 0340-837X
ISSN: 0171-8096 (Print)
ISSN: 2196-7113 (Online)
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IKTS ()
anorganic phosphors; radiation thermometry; spectral-optical sensor; optoelectronic interrogator; double-layered photodiode

Abstract
Spektraloptische Sensorik erfasst sowohl physikalische als auch (bio-)chemische Messgrößen auf der Grundlage von deĄnierten spektralen Eigenschaftsänderungen des Messwandlers. In diesem Beitrag wird dafür eine Signalauswertung mit einer Doppelphotodiode (DPD) vorgestellt, die durch ihren Stapelaufbau aus zwei unterschiedlich spektralempfindlichen Photodiodenschichten gleichzeitig spektralselektives Element und Detektor ist. Statt wie bisher die spektrale Information aus einem Spektrum zu extrahieren, wird der Schwerpunkt der spektralen Gesamtverteilung anhand des gemessenen Verhältnisses der beiden wellenlangenabhängigen Photostrome echtzeitfähig ausgewertet. Die Leistungsfähigkeit der DPD wird anhand von OberĆachentemperaturmessungen mit dem Leuchtstoff NaYF4:Yb3+,Er3+demonstriert. Es zeigt sich, dass mit einer Integrator-basierten Auswerteelektronik eine max. Messabweichung der Schwerpunktwellenlange von 0,1 nm erreicht werden kann. Die onlinefähige Signalverarbeitung und kompakte Baugröße der Doppelphotodiode befördert die vor-Ort-Eignung spektraloptischer Sensoren für die Prozessindustrie, das Umweltmonitoring und viele andere Bereiche.

 

Spectral-optical sensor technology records physical as well as (bio-)chemical measurands on the basis of specific spectral property changes of the transducer. In this article a signal evaluation with a double-layered photodiode (DPD) is presented, which is a spectrally selective element and detector at the same time due to its stack structure of two different spectrally sensitive photodiode layers. Instead of extracting the spectral information from a spectrum, the centroid of the overall spectral distribution is evaluated in real time on the basis of the measured ratio of the two wavelength-dependent photocurrents. The performance of the DPD is demonstrated by means of surface temperature measurements with the phosophor NaYF4:Yb3+,Er3+. It is shown that with an integratorbased readout electronics a max. measurement deviation for the centroid wavelength of 0.1 nm can be achieved. In sum, the online-capable signal processing and compact size of the double-layered photodiode foster the on-site applicability of spectral-optical sensors for the process industry, environmental monitoring and many others fields.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-561679.html