Gasmesssysteme basierend auf Halbleitergassensoren für sicherheitskritische Anwendungen mit dem Ansatz der Sensorselbstüberwachung

Halbleitergassensoren sind aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit und geringen Stückkosten in sicherheitskritischen Anwendungen zielführend. Im Allgemeinen weisen solche Messsysteme eine geringe Selektivität und Stabilität auf, weshalb sie heute in vielen sicherheitskritischen Anwendungen nicht eingesetzt werden. Dynamische Betriebsmodi wie die Temperaturmodulation des Sensors (TCO) in Kombination mit DC-Messungen oder die elektrische Impedanzspektroskopie (EIS) können diese Nachteile beheben. In dieser Arbeit soll eine Verbesserung von Messsystemen für sicherheitskritische Anwendungen erzielt werden. Dabei steht die Branderkennung unter Tage als typisches Beispiel für Zuverlässigkeit und Fehlalarmunterdrückung im Vordergrund. Dazu wird ein Felderprobungssystem für eine effizientere Branderkennung unter Tage entwickelt und erprobt. Die Detektion von Ethen im ppb-Bereich bei gleichzeitiger Anwesenheit von Störgasen im %-Bereich stellt große Anforderungen an die sichere Funktionsweise des Systems und dessen Stabilität. Die Generierung redundanter Informationen durch TCO und EIS erlaubt den Entwurf einer neuartigen Selbstüberwachungsstrategie zur weiteren Steigerung der Stabilität und Zuverlässigkeit. Diese wurde im Labor erfolgreich getestet. Durch einen systemtheoretischen Ansatz ist die schnelle Berechnung der Sensorimpedanz und erstmals eine temperaturzyklische EIS möglich. Es wird ein Realisierungskonzept für eine Hardware vorgeschlagen, die den Einsatz der Selbstüberwachung auf andere Anwendungen ermöglichen soll.