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Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSEChemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Sensoren & Anwendungen mit Miniatur-Spektrometern
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE2Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-SpektrometerBeispiele von SCiO von www.consumerphysics.com
• Integriertes Nah-Infrarot (NIR) Spektrometer• Drahtlose Verbindung via Handy zum Internet• Online Datenbank von Vergleichsspektren (cloud)• Daten sofort nutzbar (kein Labor notwendig)
Anwendung in der Landwirtschaft.Bestimmung von:• Wassergehalt• Kolenhydrate• Fette
Optimierung des ErntezeitpunktsWarnung „Verkaufen oder nutzen“Warnung „trocknen“Analyse der Ernte
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE3Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-Spektrometer
Anwendung Ernährung und Gesundheit
Bestimmung von:• Wassergehalt• Kolenhydrate• Fette
„Molecular sensor“
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE4Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-Spektrometer
Anwendung Ernährung und Gesundheit
„Smart cup“
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE5Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-Spektrometer
Hautanalyse und -pflege
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE6Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-SpektrometerFitness
Body fat – measure & monitor body fat percentageHeart rate – monitor exercise intensityCore body temperature* – assess the effects of different
exercise regimes or conditionsBlood oxygen saturation - monitor & improve oxygen levelsBody hydration* – assess hydration levels & know when it’s
time to re-hydrateCompare your body metrics and
performance to communityaverages
Motivate – get community recommendations & support
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE7Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-SpektrometerDetektion von gefälschten Medikamenten / Placebo / Generika
Messung des NIR Spektrums und Abgleich mit Datenbank
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE8Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-SpektrometerNIR Spektralbereich: 0.8 µm bis 2.4 µm (1/𝜆𝜆 = 12000 cm-1 bis 4000 cm-1)
Vergleich eines Produktes („12“) mit seinem Generica und einer Fälschung.
Quelle: Klara Dégardin, Aurélie Guillemain, Nicole Viegas Guerreiro, Yves Roggo, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 128 (2016) 89–97
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE9Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-SpektrometerNIR Spektralbereich: 0.8 µm bis 2.4 µm (1/𝜆𝜆 = 12000 cm-1 bis 4000 cm-1)
Problematik: geringe Signatur bei geringer Dosis des Wirkstoffes, wenn Spektren durch Matrix (Füllstoff) dominiert werden.
Quelle: Klara Dégardin, Aurélie Guillemain, Nicole Viegas Guerreiro, Yves Roggo, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 128 (2016) 89–97
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE10Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-SpektrometerIdentifizierung der Spektren über Hauptkomponentenanalyse (principle component analysis)
Quelle: Klara Dégardin, Aurélie Guillemain, Nicole Viegas Guerreiro, Yves Roggo, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 128 (2016) 89–97
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE11Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-Spektrometer
Verkauft wird eine Technologie
Kunden sind Entwickler und Anbieter in den genannten Produktsparten
Zitat von der Webseite:Si-Ware's spectrometer technology was licensed to Hamamatsu Photonics last year a non-exclusive license. Hamamatsu is now going to market with its own version of the product.
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE12Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
MEMS Miniatur-Spektrometer
Prinzipieller Aufbau eines Gitter-Spektrometers:
Quelle: R. F. Wolffenbuttel, J. Micromech. Microeng. 15 (2005) S145–S152
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE13Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Miniatur-SpektrometerMiniatur Spektrometer in MEMS Technologie für den sichtbaren Spektralbereich (VIS), von 340 nm bis 780 nm, mit 15 nm Auflösung, 256 PixelAbmessungen: 20.1 x 12.5 x 10.1 mm³
Linearer CMOS Sensor (für sichtbares Licht)
Quelle: Hamamatsu, C12666MA product flyer
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE14Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Quelle: Hamamatsu, C12666MA product flyer
MEMS Miniatur-Spektrometer
Quelle:United States Patent Pub. No.: US 2017/0167917 A1
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE15Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
MEMS Miniatur-Spektrometer
Prinzip eines Fabry-Perot Interferometers
Quelle: R. F. Wolffenbuttel, J. Micromech. Microeng. 15 (2005) S145–S152
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE16Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
MEMS Miniatur-Spektrometer
Quelle: Jarkko Antila, Akseli Miranto, Jussi Mäkynen, Mari Laamanen, Anna Rissanen, Martti Blomberg, Heikki Saari and Jouko Malinen, MEMS and Piezo Actuator Based Fabry-Perot Interferometer Technologies and Applications at VTT, Proc. of SPIE Vol. 7680 76800U-1 (2010)
Fabry-Perot based MIR-FIR MEMS spectrometer
MEMS: micro electro mechanical systemNIR, MIR, FIR: near, mid, far infrared
Quelle: R. F. Wolffenbuttel, J. Micromech. Microeng. 15 (2005) S145–S152
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE17Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
MEMS Miniatur-SpektrometerSensor mit 15 Fabry-Perot Filtern über einem CMOS Photodioden-Array als Sensor mit intergrierten Matrix-Schaltern, Logik und Bus Interface
Quelle: R. F. Wolffenbuttel, J. Micromech. Microeng. 15 (2005) S145–S152
Physik und Sensorik
www.tu-chemnitz.de/physik/EXSE18Chemnitz ∙ 8. Oktober 2017 ∙ Prof. Dr. Uli Schwarz
Literatur
Klara Dégardin, Aurélie Guillemain, Nicole Viegas Guerreiro, Yves Roggo, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 128 (2016) 89–97 http://dx.doi.org/10.1016/j.jpba.2016.05.004http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0731708516302308?via%3Dihub
R. F. Wolffenbuttel,MEMS-based optical mini- and microspectrometers for the visible and infrared spectral rangeJ. Micromech. Microeng. 15 (2005) S145–S152doi:10.1088/0960-1317/15/7/021http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/15/7/021/meta
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