Kabelbrände „riechen", bevor es schmort

Dass ein Kabel schmort, lässt sich mit Glück bemerken, bevor es brennt: Die Kunststoffummantelung verfärbt sich und es riecht brenzlig. Hybrid-Sensoren könnten die Gefahr von Kabelbränden allerdings noch früher erkennen, schon bevor Auge und Nase sie wahrnehmen: Sie spüren Gase auf, die sich durch die Erwärmung aus der Kunststoff-Ummantelung lösen und bieten eine zuverlässige Identifikation und Analyse, um welches Gasgemisch es sich handelt und wie hoch die Konzentration des Gasgemisches ist.

Darüber hinaus können sie auch Störgase wie zum Beispiel Propen oder Kohlen­monoxid erkennen und somit Fehlalarme ausschließen. Möglich wird dies, weil die Hybrid-Sensoren nicht nur über einen Gas detektierenden Sensorchip, sondern auch über Rechen­leistung und Algorithmen für die Auswertung der Messdaten verfügen. „Die Kombination des intelligenten Auswertungs­verfahrens mit der physikalischen Messung ist Kern der Entwicklung“, erläutert Hubert Keller, Projekt­leiter Simulation und Messtechnik am Institut für Angewandte Informatik des KIT.

Die sehr empfindlichen Hybrid-Sensoren könnten die Sicherheit in Kabel­schächten erhöhen. Ihre Fähigkeit, Gasgemische aufzuspüren und Einzelgas-Konzen­trationen zu bestimmen, ließe sich aber auch nutzen, um in der Lebens­mittel­überwachung giftige Schimmel­pilz­gase nachzuweisen, um in Dünge­mittel­silos vor dem Auftreten explosiver Gase zu warnen oder um Leckagen an Erdgas­leitungen zu entdecken. „Hybrid-Sensoren lassen sich universell als einzelnes Sensor­system oder als Netzwerk und auch kombiniert mit klassischen Sicherheits­ansätzen wie Infrarotkameras einsetzen“, sagt Keller.

„Für die Entwicklung des Sensors nutzen wir den Effekt, dass vielerlei Gase in Abhängigkeit der Temperatur ganz unter­schiedlich mit gas­sensitiven Metall­oxiden reagieren“, sagt Heinz Kohler vom Institut für Sensorik und Informations­systeme (ISIS) an der Hochschule Karlsruhe für Technik und Wirtschaft. „Auf diesem Effekt haben wir einen eigen­beheizten, temperatur­geregelten Sensorchip mit vier Einzelsensoren aufgebaut.“ Dieses Sensorarray wird zyklisch erhitzt und wieder abgekühlt und liefert bei simultaner Messung des elektrischen Widerstands oder des Leitwertes vier verschiedene, spezifische Leitwert-Signaturen, deren Auswertung Aufschluss über die Zusammen­setzung und Konzentration des Gases gibt.

Die Verschmelzung von Sensor­technologie und Analyse­methode haben die Forscher im Zuge des Projekts Hybrid-Sensor-Plattform entwickelt. Das Verfahren wurde bereits zweimal auf interna­tionalen Konferenzen mit einem Best Paper Award für heraus­ragende Forschungs­beiträge ausgezeichnet.

KIT / PH