Das Projekt "Vorhaben 2.3.4.A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik durchgeführt. Die TU Darmstadt entwickelt ein Laser-Hygrometer auf Basis der Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (direkt-TDLAS) zur Zwei-Linien-Thermometrie an Hochdruck-Brennkammern. In einem zweiten Schritt wird planare laserinduzierte Fluoreszenz am OH-Radikal zur zeitlich hochaufgelösten Diagnostik in der Hauptreaktionszone einer Gasturbinenbrennkammer angewendet. Zunächst wird eine Selektion geeigneter Absorptionslinien und die Neubestimmung deren spektroskopischer Liniendaten durchgeführt. An die Charakterisierung der Laser schließt sich die Konzeption des Spektrometers und die Erprobung an einem Modellbrenner der RSM-Hochdruckkammer an. Schließlich wird das Spektrometer zur Gastemperaturmessung an der Versuchsbrennkammer HBK2(DLR Köln) eingesetzt. Des Weiteren wird die Eignung der Nutzung des an den Brennkammerwänden entstehenden Streulichts untersucht. Im Bereich der Highspeed - OH- PLIF wird die Einkopplung der UV-Laserstrahlung in die Brennkammer realisiert. Darauffolgend erfolgt die PLIF Messung am SCARLET Rig (HBK3) an der DLR Köln.
Das Projekt "Entwicklung eines Mid-IR LIDAR-Systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Gruppe für Ultrakurz-Laserpulse und Lichtquellen durchgeführt. Der mittelinfrarote (MID IR) Spektralbereich, der sehr oft als molecular fingerprint Bereich bezeichnet wird, enthält starke Absorptionslinien, die die fundamentale Molekularvibrationen von atmosphärischen Gasen, Dämpfen und anderen Spurengasen und deren Oberschwingungen charakterisieren. Das sind Wasserdampf (H2O), der eine starke Absorption im ganzen Bereich zwischen 2.5 und 3um aufweist, Kohlenmonooxid (CO) mit starken Linien bei 2-2,8um, Stickstoffoxide (N2O) mit mehreren Absorptionslinien zwischen 2-4um. Die Transmissionsfenster der Atmosphäre zwischen 2,1 und 2,4um eignen sich besonders für die Detektion von mehreren atmosphärenverschmutzenden Gasen wie CO, CH4 und HF. Die existierenden LIDAR-Systeme für MID IR benutzen sehr komplizierte, ineffektive und teure OPO-Systeme. Das Fehlen von kompakten, effektiven und durchstimmbaren Laserquellen im MID IR ist das Haupthindernis für die Entwicklung und Anwendung eines LIDAR-Systems in diesem spektralen Bereich. Im Rahmen des Kooperationsprojektes planen wir die Entwicklung eines LIDAR-Systems für 2.1-2.4um mit einem durchstimmbaren Cr:ZnSe-Laser und der entsprechenden Patentdokumentation.
Das Projekt "Untersuchung der Laser-induzierten Plasmaausbildung im Wasser beim Doppelpuls-LIBS bei einem hydrostatischen Druck von 60 MPa (LIBS60)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Das Ziel des Forschungsvorhabens liegt in der grundlegenden Untersuchung der Kavitäts-/Plasmaausbildung und der Plasmastrahlung in einer Doppelpuls-LIBS-Anwendung an metallischen Proben unter Wasser bei einem Wasserdruck von bis zu 60 MPa. Zunächst ist hierfür die Laser-induzierte Kavität zu analysieren, um daraus Informationen über die Geometrie, Lebensdauer und die entstehende Schockwelle abzuleiten. Hierbei ist von besonderem Interesse, wie sich die wesentlichen Prozessparameter auf die Kavität auswirken und wie sich die Lebensdauer der Kavität steigern lässt. Des Weiteren sind Störquellen für die Kavitäts- bzw. Plasmaerzeugung von Interesse, wie das optische Durchbruchverhalten im Wasser in Abhängigkeit vom Wasserdruck. Weiterhin gilt es, die Voraussetzungen und die zeitlichen Perioden für die Emission von Linienstrahlung im Verhältnis zur Kontinuumstrahlung, herauszuarbeiten. Für die Elementanalyse durch LIBS ist die Untersuchung der Linienprofile von Interesse, hierbei insbesondere die Absorptions- und Verbreiterungsmechanismen eines Laser-induzierten Plasmas bei hohem Wasserdruck in Hinblick auf die Auswertbarkeit von Einzellinien. Mit diesem Wissen sollen Schlussfolgerungen auf die erforderliche Technik, geeignete Auswertemethoden und die erreichbare Genauigkeit für LIBS in der Tiefsee gezogen werden.
Das Projekt "Teilprojekt D: TDLAS basiertes in-situ Hygrometer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik durchgeführt. Die TU Darmstadt entwickelt ein Laser-Hygrometer auf Basis der Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (direkt-TDLAS) zur Untersuchung von Containmentphänomenen im Verlauf schwerer LWR-Störfälle. Die vorgesehenen Arbeiten zielen auf die Adaption der direkten direkt-TDLAS für die absolute Quantifizierung gasförmigen Wassers in einem gemischtphasigen System bei Koexistenz gasförmigen und flüssigen Wassers. In der Konzeptphase wird die Selektion geeigneter Absorptionslinien durch Datenbank- und Literaturrecherche durchgeführt. Nach der Auswahl schließt sich die Verifizierung und evtl. eine Neubestimmung der spektroskopischen Liniendaten an, die die Beschaffung geeigneter Laser ermöglicht. Die anschließende Lasercharakterisierung und die parallel durchzuführenden Design- und Konstruktionsarbeiten wird die Spektrometerkonzeption abschließen. Die Kernkomponenten des Spektrometers werden in einer kontrollierten Laborumgebung aufgebaut, optimiert und charakterisiert. Der Bau des Sensorkopfes, die Anbindung an die Faserstrecke und die Integration der Spektrometerkomponenten in den Sensorkopf erfolgt im Anschluss an die Spektrometercharakterisierung. Daraufhin werden alle Komponenten und das Gesamtsystem getestet, optimiert und für den Einsatz in den großtechnischen Versuchsanlagen vorbereitet. Es werden Messungen an den Großanlagen über Zeiträume von Tagen bis wenige Wochen Länge durchgeführt und die Ergebnisse mit den anderen im Verbund beantragten Messmethoden verglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schütz GmbH Meßtechnik durchgeführt. Ende 2012 waren in Deutschland etwa 7.500 Biogasanlagen in Betrieb und laut Prognose des Fachverbandes Biogas e. V. ist mit einem weiteren Anstieg zu rechnen. Beim Betrieb kann es an unterschiedlichen Stellen im Anlagensystem zu ungewollten Biogasemissionen kommen. Diese diffusen Emissionen haben negative Auswirkungen auf die Umwelt (Treibhausgasemissionen), auf das Image der Biogasanlage (Gestank), auf die Kosten (geringere Energieproduktion) und auf die Sicherheit der Anlage (Explosions- und Vergiftungsgefahr). Die Dichtheit der Anlagen und damit auch die Leckagensuche ist daher zwingend notwendig. Fraunhofer IPM, Fraunhofer UMSICHT und der Messtechnik-Spezialist Schütz Messtechnik GmbH arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines optischen Messsystems, das Leckagen an Biogasanlagen aus mehreren Metern Entfernung ortet. Ziel ist ein bildgebendes System, das schneller, empfindlicher und preisgünstiger als heutige Messgeräte ist. Handgehaltene schnüffelnde Geräte (Sniffer), die üblicherweise zur Gasdetektion eingesetzt werden, tasten Oberflächen aus einer Entfernung von wenigen Zentimetern punktuell ab - eine wenig praktikable Lösung für große, schwer zugängliche Anlagen. Für eine flächendeckende Ferndetektion von Gasleckagen werden daher heute Gaskameras eingesetzt, die austretendes Methan mittels Absorptionsspektroskopie nachweisen. Diese sind allerdings teuer, erfordern geschultes Personal und optimale Messbedingungen. Eine weitere Alternative sind laserbasierte Messgeräte, die nach dem Prinzip der Rückstreuspektroskopie arbeiten. Ein Nachteil dieser Technik ist, dass die Empfindlichkeit der Messungen stark von dem Vorhandensein eines Rückstreuers, wie z. B. einer glatten Rohrleitungsoberfläche, abhängig ist. Damit sind Messungen gegen den freien Horizont nicht möglich. Für die Ortung und Dokumentation fehlt diesen Messsystemen zudem eine Bildgebung. In dem Projekt 'BiogasDetektor' wird für die Ferndetektion von Gas erstmals das patentierte Prinzip der laserbasierten Emissionsspektroskopie genutzt. Zudem erweist sich die Emissionsspektroskopie als sehr gasspezifisch und wenig anfällig für Querempfindlichkeiten. In das Spektrum einer einzelnen Methanabsorptionslinie wird mit einem Quantenkaskadenlaser spezifisch Laserlicht eingestrahlt. Durch die Absorption wird das Molekül zu Schwingungen angeregt, die ihre Energie in Form von Wärmestrahlung abgeben. Ein infrarotempfindlicher Photodetektor misst die thermische Strahlungsemission und zeigt somit das Leck an. Eine integrierte Entfernungsmessung erlaubt es, den Methanhintergrund aus der Luft herauszurechnen und damit die relative Gaskonzentration sicherer zu bestimmen. Ziel ist sowohl ein handgehaltenes System für punktuelle Messungen zur Leckquantifizierung als auch ein Screening-Gerät zur Leckortung, das große Flächen schnell abtastet.
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik durchgeführt. Ende 2012 waren in Deutschland etwa 7.500 Biogasanlagen in Betrieb und laut Prognose des Fachverbandes Biogas e. V. ist mit einem weiteren Anstieg zu rechnen. Beim Betrieb kann es an unterschiedlichen Stellen im Anlagensystem zu ungewollten Biogasemissionen kommen. Diese diffusen Emissionen haben negative Auswirkungen auf die Umwelt (Treibhausgasemissionen), auf das Image der Biogasanlage (Gestank), auf die Kosten (geringere Energieproduktion) und auf die Sicherheit der Anlage (Explosions- und Vergiftungsgefahr). Die Dichtheit der Anlagen und damit auch die Leckagensuche ist daher zwingend notwendig. Fraunhofer IPM, Fraunhofer UMSICHT und der Messtechnik-Spezialist Schütz Messtechnik GmbH arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines optischen Messsystems, das Leckagen an Biogasanlagen aus mehreren Metern Entfernung ortet. Ziel ist ein bildgebendes System, das schneller, empfindlicher und preisgünstiger als heutige Messgeräte ist. Handgehaltene schnüffelnde Geräte (Sniffer), die üblicherweise zur Gasdetektion eingesetzt werden, tasten Oberflächen aus einer Entfernung von wenigen Zentimetern punktuell ab - eine wenig praktikable Lösung für große, schwer zugängliche Anlagen. Für eine flächendeckende Ferndetektion von Gasleckagen werden daher heute Gaskameras eingesetzt, die austretendes Methan mittels Absorptionsspektroskopie nachweisen. Diese sind allerdings teuer, erfordern geschultes Personal und optimale Messbedingungen. Eine weitere Alternative sind laserbasierte Messgeräte, die nach dem Prinzip der Rückstreuspektroskopie arbeiten. Ein Nachteil dieser Technik ist, dass die Empfindlichkeit der Messungen stark von dem Vorhandensein eines Rückstreuers, wie z. B. einer glatten Rohrleitungsoberfläche, abhängig ist. Damit sind Messungen gegen den freien Horizont nicht möglich. Für die Ortung und Dokumentation fehlt diesen Messsystemen zudem eine Bildgebung. In dem Projekt 'BiogasDetektor' wird für die Ferndetektion von Gas erstmals das patentierte Prinzip der laserbasierten Emissionsspektroskopie genutzt. Zudem erweist sich die Emissionsspektroskopie als sehr gasspezifisch und wenig anfällig für Querempfindlichkeiten. In das Spektrum einer einzelnen Methanabsorptionslinie wird mit einem Quantenkaskadenlaser spezifisch Laserlicht eingestrahlt. Durch die Absorption wird das Molekül zu Schwingungen angeregt, die ihre Energie in Form von Wärmestrahlung abgeben. Ein infrarotempfindlicher Photodetektor misst die thermische Strahlungsemission und zeigt somit das Leck an. Eine integrierte Entfernungsmessung erlaubt es, den Methanhintergrund aus der Luft herauszurechnen und damit die relative Gaskonzentration sicherer zu bestimmen. Ziel ist sowohl ein handgehaltenes System für punktuelle Messungen zur Leckquantifizierung als auch ein Screening-Gerät zur Leckortung, das große Flächen schnell abtastet.
Das Projekt "Entwicklung eines Messgeraetes zur Bestimmung von Schwermetallspuren in festen, fluessigen und gasforermigen Medien. Fuer Zwecke des Umweltschutzes und der Lebensmittelueberwachung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachgebiet Physik, I. Physikalisches Institut durchgeführt. Die Vorwaertsstreuung im transversalen Magnetfeld stellt eine neue Methode zur Bestimmung von Spuren von Elementen dar. Der Effekt beruht auf der Dispersion am Rande von Absorptionslinien. Zwischen gekreuzten Polarisatoren erhaelt man eine Aufhellung, die dem Quadrat der Konzentration des nachzuweisenden Elements proportional ist. Die Aufgabe im Rahmen des Forschungsvorhabens besteht darin, die Nachweisgrenzen fuer verschiedene Elemente zu ermitteln und Einfluesse auf den Signalverlauf, wie Fremdgasverbreiterung und Aenderungen der Lampenlinie zu untersuchen. Die Nachweisgrenze liegt derzeit fuer Hg im 10 exp-10 g- Bereich.
Das Projekt "Untersuchung des Anregungsmechanismus der Natrium-D Nightglow-Emission" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Greifswald, Institut für Physik durchgeführt. Die Natrium D-Linien stellen eine der wichtigsten Emissionen des terrestrischen Nightglow-Spektrums dar. Die Na-Emission wurde 1929 durch Vesto Slipher erstmals beschrieben. Sydney Chapman schlug im Jahre 1939 einen Anregungsmechanismus für die Na-D Emission vor, der durch die Reaktion von Na und Ozon initiiert wird. Obwohl die Na-D Nightglow-Emission seit über 80 Jahren Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, ist das Verständnis ihres Anregungsmechanismus noch immer unvollständig. Neuere Studien identifizierten zeitliche Variationen des D2/D1-Linienverhältnisses, das nicht mit dem ursprünglichen Chapman-Mechanismus vereinbar ist. Ein modifizierter Chapman-Mechanismus wurde 2005 durch Slanger et al. vorgeschlagen, der explizit zwischen den verschiedenen elektronischen Anregungszuständen des beteiligen NaO-Moleküls differenziert. Dieser Mechanismus wurde mit Boden-gestützten Messungen des D2/D1-Linienverhältnisses getestet, aber die vertikale Variation des Linienverhältnisses - ein kritischer Test des modifizierten Chapman-Mechanismus - wurde bisher nicht durchgeführt.Das Hauptziel der hier vorgeschlagenen Untersuchungen besteht darin, das wissenschaftliche Verständnis des Na-D Nightglow-Anregungsmechanismus mit Hilfe Satelliten-gestützter Messungen zu testen und eine Methode zur Ableitung von Na Profilen in der Mesopausenregion aus Messungen der Na-D Nightglow-Emission zu konsolidieren. Hierzu sollen Messungen der Instrumente OSIRIS auf dem Odin Satelliten, sowie SCIAMACHY auf Envisat verwendet werden. Die Synergie der beiden Datensätze ermöglicht auf einzigartige Weise die Untersuchung des Na-D Nightglow-Anregungsmechanismus. Konkret sollen die Satellitenmessungen für folgende Zwecke verwendet werden: 1) Die OSIRIS Messungen, die ein sehr hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis besitzen, sollen verwendet werden um das Verzweigungsverhältnis f für die Produktion von Na(2P) über die Reaktion von NaO und O - entsprechend dem ursprünglichen oder effektiven Chapman-Mechanismus - empirisch zu bestimmen. Hierzu werden unabhängige Na-Profilmessungen mit Boden-gestützten LIDARs und anderen verfügbaren Na Datensätzen eingesetzt. 2) Die SCIAMACHY Nightglow Limb-Messungen erlauben die spektrale Trennung der beiden Na D-Linien und sollen eingesetzt werden, um die vertikale Variation des D2/D1-Verhältnisses in der realen Atmosphäre abzuleiten. Die SCIAMACHY Messungen sind hierfür auf einzigartige Weise geeignet. Die hier vorgeschlagenen Ansätze ermöglichen wichtige und neue Beiträge, um das wissenschaftliche Verständnis des Na-D Nightglow-Anregungsmechanismus zu verbessern. Darüber hinaus tragen die erwarteten Ergebnisse dazu bei, die Methode zur Ableitung von Na-Profilen in der Mesopausenregion aus Messungen der Na-D Nightglow-Emission zu konsolidieren. Letzteres wird erreicht durch die Bereitstellung eines optimalen Verzweigungsverhältnisses f (sowie dessen Unsicherheit) des ursprünglichen Chapman-Anregungsmechanismus.
Das Projekt "Direct determinations of polar stratospheric cloud composition" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Institut für Experimentalphysik durchgeführt. Objective: There are three primary objectives with this instrument development project: - to improve the design of an existing Lyman- hygrometer to give the instrument increased sensitivity and a lower detection limit for water vapour such that it can be used in conjunction with the CVI to measure the condensed water content of PSCs and upper-tropospheric cirrus clouds. - to adapt a laser-diode spectrometer system used to measure HNO3 for use in stratospheric conditions and incorporate it into the CVI sampling system. This instrument would then be used to measure the nitric acid content of polar stratospheric cloud elements. - to prepare an instrument payload which can be used to directly and in real time measure the composition of the condensed phase in PSCs with quantitative determination of H2O and HNO3 contents. Together with simultaneous measurements of the cloud element number concentration (COPAS project) the goal of the experiment is a comprehensive in situ analysis of the condensed phase in polar stratospheric clouds. General Information: The project involves developing two new instruments for measuring H2O and HNO3, incorporating the instruments into a common payload for deployment on the M-55 Geophysical aircraft, and interfacing the combined instrument payload with the Counter flow Virtual Impactor (CVI) probe developed as part of the COPAS project. a) H2O Instrument The new H2O instrument design will be based on current Lyman hygrometers presently in use on various aircraft payloads. A new instrument based upon these hygrometers which will be optimised for use in the stratosphere will be constructed. The largest challenge will be to increase the sensitivity of the new hygrometer by a factor of 100 relative to the instruments now in use. There are several ways to achieve this decrease in detection limit: a) increase the path length between the Lyman- light source and the detector; b) increase the strength of the light source; c) add fluorescence detectors in parallel with the absorption detectors; d) increase the enrichment factor of the CVI probe. Part of the initial design effort will be to determine the optimal combination of these approaches in terms of achieving a small, lightweight and robust hygrometer. b) HNO3 instrument The measurement of the HNO3 concentration with high sensitivity can be performed by means of absorption measurements of laser diode radiation at 7.5mm over a long path, as it can be realised in a multipass gas cell. The project will develop and test all the optical systems for detecting the absorption lines of HNO3 and be responsible for certification of the optical systems. For this purpose, an improved Herriot cell (after a preliminary test with a White cell) will be employed. ... Prime Contractor: Stockholms Universitet, Department of Meteorology; Stockholm; Sweden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Hocheffiziente Terahertz Emitter und Detektoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut (HHI) durchgeführt. Gesamtziel des Verbundprojektes HORATIO ist ein kompaktes 'continuous-wave' (cw) THz-Sensorsystem zur Detektion toxischer und explosiver Gase. Als Plattform dient ein cw THz-Sensorsystem, das bei der optischen Telekommunikations-Wellenlänge von 1,5 Mikro m betrieben wird. Gegenüber den bisher hauptsächlich eingesetzten Kurzpuls-THz-Systemen bietet ein cw THz System signifikante Vorteile in Bezug auf Kosten, Robustheit und Frequenzauflösung. Essenzieller Bestandteil des geplanten Sensorsystems sind die sogenannten Photomischer, ohne die das elektrische THz-Signal nicht erzeugt werden kann. Der Einsatz eines cw THz-Systems in der Gassensorik ist durch die derzeit existierenden Komponenten jedoch nur eingeschränkt möglich. Zum einen lässt sich durch die derzeit nutzbare Bandbreite nur ein Teil der relevanten Gase detektieren, zum anderen sorgt der verfügbare Dynamikbereich dafür, dass heutige Messstrecken auf eine Länge von 1-2 m limitiert sind. Ziel des Teilvorhabens 'Hocheffiziente Terahertz Emitter und Detektoren' am Fraunhofer HHI ist es diese Defizite durch leistungsstärkere THz-Emitter und sensitivere THz-Detektoren zu beheben. Zum einen soll so der nutzbare Frequenzbereich auf über 2 THz ausgedehnt werden. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil im Zielbereich zwischen 0,5-2,5 THz besonders viele Absorptionslinien sicherheitsrelevanter Gase existieren. Zum anderen wird die Steigerung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR) längere Messstrecken ermöglichen. Dies dient unter anderem zur Verbesserung der Sensitivität des Sensorsystems, da ein höheres SNR die Konstruktion von langen Multipfadzellen erlaubt.
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| Bund | 17 |
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| Förderprogramm | 17 |
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