Trübungsmessung

Faserbasierter Trübungssensor für Messungen in kleinen Volumina

© Fraunhofer IMM

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Zur Trübungsmessung wässeriger Lösungen in kleinen Leitungen wurde ein faserbasierter Trübungssensor realisiert, der sehr kompakt ist und daher noch in Leitungen mit kleiner 1“ Durchmesser sinnvoll eingesetzt werden kann. So wäre prinzipiell auch eine Trübungsmessung in Trinkwasserleitungen nahe am Endverbraucher (Hauswasseranschluss) möglich.

Die Funktionsweise

Der Sensor besteht aus drei Lichtwellenleitern, die in einer festen Konfiguration zueinander angeordnet sind (siehe Schemabild). Die beiden äußeren Fasern sind dabei mit einem Winkel von 45° schräg angeschliffen und die mittlere Faser ist etwas zurückversetzt. Wird der Fasersensor in eine Flüssigkeit eingetaucht, wird das Licht, welches über eine der äußeren Fasern eingekoppelt wird, geradlinig in die gegenüberliegende Faser übergekoppelt (Transmission 0°) und gestreutes Licht in die mittlere Faser eingekoppelt (Streuung 90°). Das Intensitätsverhältnis aus gestreutem und transmittiertem Licht ist ein Maß für die Trübung der untersuchten Flüssigkeit, es ergibt sich ein linearer Zusammenhang mit der Trübung. Die Kalibrierung des Sensors kann mit geeigneten Referenzflüssigkeiten durchgeführt werden (z.B. Formazin-Lösungen).

Eigenschaften und Einsatzbereiche

Durch die Verwendung von Standard-Lichtwellenleitern lässt sich der Messaufbau sehr kompakt gestalten und somit sind verhältnismäßig kleine Volumina adressierbar. Als Lichtquelle wird eine Standard-LED (z.B. 850 nm) eingesetzt, zur Detektion des transmittierten und gestreuten Lichts jeweils eine Standard-Si-Photodiode. Dadurch können die Kosten für den Trübungssensor niedrig gehalten werden. Für den Einsatz in wässerigen Lösungen können Kunststofffasern eingesetzt werden, in chemisch aggressiven Medien entsprechend Glasfasern. Der faseroptische Aufbau kann in einem kleinen Metallrohr integriert werden, so dass die Größe des eigentlichen Messkopfes auf wenige mm³ beschränkt werden kann. Die LED-Quelle und die Photodetektoren können in einer geringfügig größer dimensionierten Einheit untergebracht werden, aus der dann lediglich eine Stromversorgung sowie eine Datenleitung herausführt. Neben der kompakten Baugröße zeichnen sich die faserbasierten Sensoren auch durch eine Unempfindlichkeit bei EMI aus. Die faserbasierten Trübungssensoren eignen sich neben der Überwachung von Trink- oder Abwasser auch für chemische und biopharmazeutische Prozesse und für die Lebensmittel- und Getränkeproduktion.

Unser F&E Angebot

Wir entwickeln die faserbasierten Trübungssensoren entsprechend ihren Anwendungsbereichen und Einsatzfeldern. Dabei können spezielle Medien und Geometrien berücksichtigt werden. Neben den Sensoren für die Trübungsmessung können auch andere Aufgabenfelder für Online-Messungen in Lösungen durch faserbasierte Sensoren adressiert werden, wie Brechzahl-Bestimmung oder Füllstandmessung.