Integriertes optofluidisches Mikrosystem zur Überwachung der Partikelmassekonzentration fließender Suspensionen

Wir demonstrieren ein integriertes optofluidisches Messsystem zur Überwachung der Partikelmassekonzentration und des Sauterdurchmessers fließender polydisperser Suspensionen aus Wasser und standardisiertem Teststaub. Um eine optimale Integration zu erreichen wurde eine planare Strahler-Empfänger-Einheit entworfen und in Silizium-Technologie gefertigt. Diese beinhaltet ein VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) mit 850 nm Wellenlänge als Lichtquelle und monolithisch integrierte segmentierte Photodioden. Das Licht des VCSELs, das durch eine mikrooptische Linsenfläche geformt und abgelenkt wird, propagiert auf einem Zick-Zack-Pfad durch das System. Es erfolgt die Detektion des durch die Partikel gestreuten Lichtes und die Auswertung des mittleren Signals und der Standardabweichung. Die standardisierten Teststäube gemäß der Norm ISO 12103-A2 (fine test dust), -A3 (medium test dust) und -A4 (coarse test dust) können mit einer Nachweisgrenze von unter 1 mg Teststaub pro Liter deionisiertes Wasser nachgewiesen werden. Gleichzeitig können die Sauterdurchmesser als mittlere Durchmesser der Partikelgrößenverteilungen bestimmt werden.