Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gold und Stahl – schnell und genau analysiert

01.10.2014

Optische Emissionsspektrometer gehören in der Stahlindustrie zur Standardausstattung. Allerdings sind die Geräte bislang recht groß. Ein neuartiger Sensor ermöglicht nun, die Spektrometer um ein Vielfaches zu verkleinern. Weiterer Vorteil: Die Messungen sind genauer und doppelt so schnell wie bisher.

Gold ist teuer. Kunden möchten daher beim Kauf eines Schmuckstücks sichergehen, dass der begehrte Ring oder die Kette auch wirklich aus dem edlen Metall besteht. In Indien müssen Juweliere per Gesetz ein optisches Emissionsspektrometer zur Hand haben: Anhand des Lichtspektrums der einzelnen Bestandteile des Materials prüfen sie Gold auf seine Echtheit.


Emissionsspektrometer erkennen Materialien an ihrem Lichtspektrum. Neuartige Sensoren machen die Prüfgeräte immer kleiner, genauer und schneller.

© Fraunhofer IMS

Die Hauptanwender der Geräte sind allerdings nicht Goldschmiede. In Stahlwerken und Produktionshallen der Automobilindustrie helfen sie den Ingenieuren, die Beschaffenheit des Stahls zu untersuchen und ihn auf seine Bestandteile und seine Qualität hin zu überprüfen. Bislang sind die Geräte allerdings recht groß – zumindest, wenn sie eine gute Auflösung haben sollen.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS entwickelten in Duisburg einen Sensor, mit dem die Optik dieser Geräte deutlich schrumpft. »Waren die hochauflösenden Spektrometer bislang etwa so groß wie eine Waschmaschine, dürften sie mit unserem Sensor nur noch die Größe eines Mikrowellenofens haben«, sagt Werner Brockherde, Abteilungsleiter am IMS. Doch das ist nicht der einzige Vorteil des neuen Sensors: Die Ergebnisse, die er liefert, sind genauer als bisher, und liegen etwa doppelt so schnell vor. Das kann beispielsweise bei der Qualitätskontrolle in der Automobilindustrie wichtig sein.

Zeitliche und örtliche Messung – erstmals in einem Sensor vereint

Um zu verstehen, wie die Forscher das Gerät derart miniaturisieren konnten, muss man zunächst einen Blick in sein Inneres werfen. Soll das Spektrometer beispielsweise ein Stück Stahl untersuchen, erzeugt es in regelmäßigen Abständen Funken. Diese schlagen einige Teilchen aus dem Metall heraus und erzeugen ein farbig leuchtendes Plasma. Das Licht des Plasmas wird in zwei Strahlengänge aufgeteilt, wie bei einem Regenbogen in die einzelnen Wellenlängenbereiche zerlegt und getrennt untersucht:

Im ersten Strahlengang erfassen CCD-Zeilensensoren – lichtempfindliche elektronische Bauelemente – das komplette Spektrum. Dieses verrät, welche Teilchen in welcher Konzentration in dem Plasma umherschwirren, und damit auch, aus welchen Bestandteilen der untersuchte Stahl besteht. Experten sprechen dabei von einer ortsaufgelösten Messung.

Im zweiten Strahlengang werden nur einzelne Spektrallinien erfasst – allerdings so, dass das Gerät das Licht des Plasmas von dem der Funken unterscheiden kann. Bislang laufen die orts- und zeitaufgelösten Messungen getrennt voneinander. »Mit unserem auf Halbleitern basierenden (CMOS) Sensor können wir diese beiden Untersuchungen erstmals vereinen. Wir brauchen also nur noch einen Strahlengang und damit auch nur noch eine Optik«, sagt Brockherde.

Der neue Photodetektor macht das Spektrometer schneller: Er hat eine etwa 100-fach größere Dynamik als herkömmliche Sensoren. Signale im Bereich einiger Mikrovolt kann er in einem Rutsch mit Ausschlägen von einigen hundert Millivolt messen. Bisher waren dazu mehrere Messungen nötig. Die Schnelligkeit der Messung ist allerdings nur ein Vorteil, den diese hohe Dynamik mit sich bringt: »Da wir das komplette Spektrum nun mit einer einzigen Pulsserie messen können, steigt auch die Genauigkeit der Untersuchung«, so Brockherde.
Demonstrator auf der Messe Vision

Einen Demonstrator des Sensors stellen die Forscher auf der Messe Vision vom 4. bis 6. November in Stuttgart vor (Stand 1H74). Auch ein zugehöriges Evaluierungs-Kit können sie interessierten Entwicklern zur Verfügung stellen. »Der Markt der Spektroskopie-Hersteller ist überwiegend in deutscher Hand«, erläutert der Wissenschaftler. »Mit unserem Sensor, der in Deutschland entwickelt und gefertigt wird – und nicht weltweit verfügbar ist – können die Hersteller ihren derzeitigen Wettbewerbsvorteil weiter sichern.«

Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014/Oktober/gold-und-sta...

Werner Brockherde | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Energieproduzierende Fenster stehen kurz bevor
23.02.2017 | University of Minnesota / Università degli Studi di Milano-Bicocca

nachricht Hauchdünn wie ein Atom: Ein revolutionärer Halbleiter für die Elektronik
23.02.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie