Minimal-invasive faserbasierte Sensoren für die Laser-induzierte Fluoreszenzdiagnostik

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In-situ-Messungen von Spezieskonzentrationen und Temperaturen in der Gasphase sind für die Untersuchung von reaktiven Strömungsprozessen und die Validierung von Simulationsmodellen von großer Bedeutung. Anwendungsfelder reichen von Verbrennungsprozessen bis hin zu verfahrenstechnischen Prozessen, beispielsweise bei der Materialsynthese in der Gasphase. Laser-induzierte Fluoreszenzmessung mit zeitintegrierter Detektion ist etabliert und wird in vielen Anwendungen mit „offener“ optischer Zugänglichkeit mit großem Erfolg eingesetzt. Die Einsetzbarkeit in technisch relevanten Anlagen mit optisch schwer zugänglichen Reaktionsräumen wie Verbrennungsmotoren, Turbinenbrennkammern oder Nanopartikel-Reaktoren ist jedoch begrenzt. Zudem bleibt durch die konventionelle zeitintegrierte Detektion systematisch wertvolle Information über die Fluoreszenzlebensdauer ungenutzt. Diese Messgröße trägt aber Information über lokale Bedingungen wie Temperatur und Stoßeffekte in sich, deren Nutzbarmachung hoch attraktiv ist. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen minimalinvasiven Sensorkonzepts, das die zeitaufgelöste Messung der Laser-induzierten Fluoreszenz mittels faseroptischer Sensoren für die Diagnostik in reaktiven Gasphasenströmungen nutzt. Die Sensoren sollen für die Prozessoptimierung bzw. Modellvalidierung wichtige physikalisch-chemische Parameter wie Temperatur, Mischungsverhältnisse und auf Stoßeinflüsse korrigierte Konzentrationen bei möglichst minimaler Modifizierung der für die jeweilige Anwendung konzipierten technischen Anlagen liefern. Die Messmethoden beruhen auf der Intensitätsmessung von LIF-Signalen von Tracermolekülen in verschiedenen Wellenlängenbereichen des Fluoreszenzspektrums, bzw. auf der zeitaufgelösten Fluoreszenzdetektion nach Anregung mit Pikosekunden-Laserpulsen mittels der zeitaufgelösten Einzelphotonenzählung (Time-Correlated Single-Photon Counting, TCSPC).