D2-1.3 - Einzel- und Doppelmikrofonmessungen in einem Helmholtz-Resonator zur Bestimmung der CO2-Konzentration in trockener Stickstoffatmosphäre

Event

23. ITG/GMA-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2026
2026-06-09 - 2026-06-10
Nürnberg

Band

Vorträge

Chapter

Akustische und resonante Sensoren

Author(s)

S. Kindorf, C. Weber, M. Benkendorf, B. Bierer, J. Wöllenstein, F. Jost - Fraunhofer IPM, Freiburg, M. Eberl - Infineon AG, Neubiberg

Pages

197 - 200

DOI

10.5162/sensoren2026/D2-1.3

ISBN

978-3-910600-11-9

Price

free

Abstract

Akustische Resonanzverfahren ermöglichen eine kostengünstige und schnell ansprechende CO₂-Detektion auf der Basis der Schallgeschwindigkeitsänderung in Gasgemischen. Motiviert durch die Anforderungen an die CO₂-Leckagedetektion in Maschinenräumen, die mit R₇₄₄-Kälteanlagen ausgestattet sind und in denen Dichtungsversagen zu einer raschen Kohlendioxidanreicherung führen kann, wurden zwei auf MEMS-Dual-Backplate-Mikrofonen basierende Helmholtz-Resonator-Sensorkonzepte untersucht: ein Einzelmikrofon- sowie ein Doppelmikrofonsystem. Die innere Geometrie der MEMS-Mikrofone bildet dabei jeweils einen Helmholtz-Resonator, dessen Resonanzfrequenz direkt von der Schallgeschwindigkeit des eingeschlossenen Messgases abhängt. Beide Systeme wurden als Aufsteckplatinen für ein PSoC₅-Entwicklungsboard implementiert und seriell in einem gemeinsamen Strömungsweg -Konzentration wurde schrittweise von 0 bis in trockener Stickstoffatmosphäre betrieben. Die CO 50.000 ppm variiert. Beide Konzepte zeigen eine deutliche und reproduzierbare Signaländerung, wobei das Doppelmikrofonsystem eine höhere Signalstabilität aufweist. Die erzielte Nachweisgrenze beträgt 3σ = 2.732 ppm (Einzelmikrofon) bzw. 3σ = 1.040 ppm (Doppelmikrofon). ₂