QIND

Am Beispiel von Druck- und Füllstandssensoren sollen die Vorteile NV-basierter Quantensensoren im industriellen Einsatz, insbesondere hinsichtlich hoher Druck- und Temperaturanforderungen sowie der Kalibrations- und Berührungsfreiheit demonstriert werden. Aufbauend auf einem neuen Sensorkonzept inklusive entsprechender Sensorsignalverarbeitung erfordert auch die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) neue Ansätze, um alle Komponenten gemeinsam in die jeweilige Anwendung zu integrieren.

Unter industriellen Prozessbedingungen (-60°C bis +200°C) soll das Verfahren sowohl an einem robusten Drucksensor für Drücke von 10 kPa bis 200 MPa sowie an einem Füllstandsensor für die nichtinvasive Messung in Behältern für Prozesse bis 250°C /400°C und Drücken zwischen 100 Bar und 300 Bar exemplarisch nachgewiesen werden.

Im neuartigen Drucksensor wird die physikalische Größe Druck direkt von NV-Zentren erfasst. Eine optimierte Diamantschicht und ein siliziumbasiertes optisches Sender-Empfänger-Mikromodul werden durch neuartige AVT-Prozesse optimal aufeinander angepasst.

Die Füllstandsensorik erfasst die Änderungen der magnetischen Flussdichte in Abhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität. Diese treten bei Medienwechseln im Inneren von Behältern, zum Beispiel zwischen Luft und Flüssigkeiten auf. Für die Erkennung feinster Variationen werden dort ebenfalls NV-Zentren eingesetzt. Die hohe Sensitivität erfordert eine spezielle Führung des Magnetfeldes sowie eine gute Abschirmung externer elektromagnetischer Strahlung. IMS CHIPS übernimmt im Verbund die Entwicklung des optischen Sende- und Empfangsmoduls mit entsprechender Sensorsignalauswertung. Neben dem Entwurf von effizienten Antennen zur Mikrowellenanregung der NV-Zentren werden auch Komponenten für eine effektive Signalvorverarbeitung sowie zur Signaldetektion und Auswertung entwickelt. Nachgelagerte Produktionsprozesse können diese Daten entsprechend weiterverarbeiten.