Maak het onzichtbare zichtbaar met nieuwe minisensor

Een TU/e-onderzoeksgroep heeft een nieuwe nabij-infraroodsensor ontwikkeld, die eenvoudig te maken is, qua grootte vergelijkbaar is met sensoren in smartphones, en klaar is om direct in te zetten in industriële procesbewaking en landbouw.

Trefwoorden: #infrarood, #miniatuur, #sensor, #TU/e

Lees verder

research

( Foto: TU/e - Onderzoekers )

ENGINEERINGNET.BE - Het menselijk oog is een wonderbaarlijke sensor. Met behulp van drie fotoreceptorcellen die zichtbaar licht omzetten in signalen voor verschillende kleuren, geeft het oog essentiële informatie over de wereld om ons heen.  

Hoewel het menselijk oog indrukwekkend is, is het bij lange na niet de meest geavanceerde natuurlijke lichtsensor die er is. De ogen van de bidsprinkhaankreeft hebben 16 verschillende cellen, die gevoelig zijn voor ultraviolet licht, zichtbaar licht en nabij-infrarood (NIR) licht.

Co-eerste auteur Kaylee Hakkel: "Het meten van het spectrum in het infrarood is het meest interessant voor toepassingen in de industrie en de landbouw, maar er is één groot probleem: de huidige nabij-infrarood spectrometers zijn gewoon te groot en te duur."

De onderzoekers hebben dit probleem opgelost door een nabij-infraroodsensor (met ook 16 verschillende sensoren) te ontwikkelen die op een kleine chip past. De grote uitdaging hierbij was om de sensoren te verkleinen, maar tegelijkertijd de kosten laag te houden. Om dit te bereiken werd een nieuw fabricageproces ontworpen op wafergrootte.

Hakkel: "Ditt is goedkoop omdat we meerdere sensoren tegelijk kunnen produceren. Het is nu direct klaar voor gebruik in praktische toepassingen in de echte wereld. De sensorchip is klein en zou zelfs ingebouwd kunnen worden in toekomstige smartphones."

Wanneer een sensor licht meet, wordt het opgewekte signaal gewoonlijk gebruikt om het optische spectrum (of de optische vingerafdruk) van het materiaal te reconstrueren. Vervolgens worden algoritmen gebruikt om de gegevens te analyseren.

In de nieuwe aanpak tonen de onderzoekers aan dat de stap van spectrale reconstructie niet nodig is. Met andere woorden, de signalen die door de sensoren worden gegenereerd, kunnen rechtstreeks naar de analyse-algoritmen worden gestuurd.

Met de sensor in de hand hebben de onderzoekers vervolgens de sensor getest in een aantal experimenten. Co-eerste auteur Maurangelo Petruzzella: "We gebruikten de sensor om de voedingseigenschappen van allerlei materialen te meten, waaronder melk. Onze sensor gaf een vergelijkbare nauwkeurigheid bij de voorspelling van het vetgehalte in melk als conventionele spectrometers. En vervolgens gebruikten we de sensor om verschillende soorten plastic te classificeren."

De voedingseigenschappen van melk zijn bepalend voor de economische waarde ervan, en het is bewezen dat de sensor deze eigenschappen nauwkeurig kan meten. Bovendien kunnen deze metingen worden gebruikt om de algemene gezondheid van de koe te controleren. De sensor kan ook gebruikt worden om soorten plastic te classificeren, en zo helpen om afvalsorteerprocessen te optimaliseren.

Petruzzella: "Naast deze toepassingen verwachten we dat de sensor kan worden gebruikt voor gepersonaliseerde gezondheidszorg, precisielandbouw, procescontrole en lab-on-chip testen."