LED-basierter, miniaturisierter photoakustischer CO2-Sensor zur Umgebungsluftüberwachung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein LED-basierter photoakustischer Sensor zur CO2-Messung in Umgebungsluft aufgebaut und charakterisiert. Der Fokus lag dabei auf einer möglichst hohen Integrationsdichte aller funktionalen Komponenten und der damit einhergehenden Miniaturisierung. Mittels akustischer und optischer Simulationen wurde die Auslegung eines photoakustischen Detektors durchgeführt, der als Kernstück des Sensors fungiert. Mit einer LED im mittleren Infrarot und einer Mikrocontroller-basierten Elektronik konnte ein vollständig integrierter Sensor mit Abmaßen von 8 x 8 x 17,5 mm³ realisiert werden. In Charakterisierungsmessungen konnte eine 3σ-Nachweisgrenze von 30 ppm bei einer Messzeit von 1 s bestimmt werden.

In this work an LED based photoacoustic sensor for the detection of ambient CO2 was developed and characterized. The focus was set on a high integration density and the subsequent miniaturisation of the concept. The core of the sensor is the custom build photoacoustic detector, whose construction was done with the aid of acoustic and optical simulations. With a mid-IR LED and microcontroller-based electronics, a fully integrated sensor with dimensions of 8 x 8 x 17,5 mm³ was realized. Its characterization showed a 3σ detection limit of 30 ppm a measurement time of 1 s.