Minimal-invasiver, fasergekoppelter, absorptionsspektroskopischer Sensor für die motorische Gasanalyse im 2-3 µm Bereich

Moderne Sensoren für die Verbrennungsanalytik benötigen immer kleinere Zugänge zum Motor. Für solche minimal-invasiven Anwendungen sind fasergekoppelte, absorptionsspektroskopische Sensoren interessant, wobei für eine lokale Messung oft nur wenige mm Weg zur Verfügung stehen. Um die nötige Empfindlichkeit zu realisieren, muss bei Wellenlängen um 2,6 µm gearbeitet werden, wo starke H2O Absorptionslinien verfügbar sind. Das Fehlen kommerzieller faseroptischer Komponenten erfordert hier jedoch die Neuentwicklung sämtlicher optischer Elemente. Für ein Laserhygrometer mit minimal-invasivem Sensorkopf wurden asphärische Optiken aus Zinkselenid entworfen und hergestellt. Diese ermöglichen die Kollimation und Einkopplung der stark divergenten elliptischen Laserstrahlung in eine ZBLAN SM-Faser. Um das Laser- und Detektionssystem vom Motor zu entkoppeln, leitet eine SMF das Licht zur Sensorkopfoptik, wird über einen Reflektor durch den Brennraum geleitet und mittels einer MMF wieder erfasst und zum außenliegenden Detektor geführt. Der optische Aufbau, sowie dessen Komponenten wurden mittels Ray-Tracing optimiert. Wir erörtern hier Design, Auslegung und Anwendungsmöglichkeiten des Sensors.