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Dr. Tilman Weiss, sglux GmbH, Berlin, Germany
How to determine the right UV sensor for flame detection?
Zusammenfassung
The present article informs about different approaches using UV photodetectors for the detection of a combustion flame (natural gas, hydrogen or oil).
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Ruben Epping¹, Lilly Bliesener¹, Dr. Tilman Weiss², Matthias Koch¹, *
¹Division of Organic Trace Analysis and Food Analysis, Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung, Berlin, Germany
²sglux GmbH, Berlin, Germany
*Authors to whom correspondence should be addressed.
Marker Substances in the Aroma of Truffles
Zusammenfassung
The aim of this study was to identify specific truffle marker substances within the truffle aroma. The aroma profile of different truffle species was analyzed using static headspace sampling with gas chromatography mass spectrometry analysis (SHS/GC-MS). Possible marker substances were identified, taking the additional literature into account. The selected marker substances were tested in an experiment with 19 truffle dogs. The hypothesis “If trained truffle dogs recognize the substances as supposed truffles in the context of an experiment, they can be regarded as specific” was made. As it would be nearly impossible to investigate every other possible emitter of the same compounds to determine their specificity, this hypothesis was a reasonable approximation. We were interested in the question of what it is the dogs actually search for on a chemical level and whether we can link their ability to find truffles to one or more specific marker substances. The results of the dog experiment are not as unambiguous as could have been expected based on the SHS/GC-MS measurements. Presumably, the truffle aroma is mainly characterized and perceived by dogs by dimethyl sulfide and dimethyl disulfide. However, as dogs are living beings and not analytical instruments, it seems unavoidable that one must live with some degree of uncertainty regarding these results.
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TOCONs for the detection of fire and combustion burner flames
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Luther W. Beegle et al.
Space Sci Rev (2021) 217:58
Zusammenfassung
The Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) is a robotic arm-mounted instrument on NASA’s Perseverance rover. SHERLOC has two primary boresights. The Spectroscopy boresight generates spatially resolved chemical maps using fluorescence and Raman spectroscopy coupled to microscopic images (10.1 μm/pixel). The second boresight is a Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering (WATSON); a copy of the Mars Science Labora- tory (MSL) Mars Hand Lens Imager (MAHLI) that obtains color images from microscopic scales (∼13 μm/pixel) to infinity. SHERLOC Spectroscopy focuses a 40 μs pulsed deep UV neon-copper laser (248.6 nm), to a ∼100 μm spot on a target at a working distance of ∼48 mm. Fluorescence emissions from organics, and Raman scattered photons from organics and minerals, are spectrally resolved with a single diffractive grating spectrograph with a spectral range of 250 to ∼370 nm. Because the fluorescence and Raman regions are natu- rally separated with deep UV excitation (<250 nm), the Raman region ∼ 800 – 4000 cm−1 (250 to 273 nm) and the fluorescence region (274 to ∼370 nm) are acquired simultaneously without time gating or additional mechanisms. SHERLOC science begins by using an Aut- ofocus Context Imager (ACI) to obtain target focus and acquire 10.1 μm/pixel greyscale images. Chemical maps of organic and mineral signatures are acquired by the orchestration of an internal scanning mirror that moves the focused laser spot across discrete points on the target surface where spectra are captured on the spectrometer detector. ACI images and chemical maps (< 100 μm/mapping pixel) will enable the first Mars in situ view of the spa- tial distribution and interaction between organics, minerals, and chemicals important to the assessment of potential biogenicity (containing CHNOPS). Single robotic arm placement chemical maps can cover areas up to 7×7 mm in area and, with the < 10 min acquisition time per map, larger mosaics are possible with arm movements. This microscopic view of the organic geochemistry of a target at the Perseverance field site, when combined with the other instruments, such as Mastcam-Z, PIXL, and SuperCam, will enable unprecedented analysis of geological materials for both scientific research and determination of which sam- ples to collect and cache for Mars sample return.
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Bielefeld, S.E., TU Delft Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science
Zusammenfassung
As a contribution to the decarbonisation of domestic heating, the graduation project investigates the feasibility of the application of UV sensor technology for flame detection and flame monitoring in hydrogen-powered domestic gas boilers. The research includes empirical studies and an analytical approach to describe influences on the sensor signal strength.
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Dr. Tilman Weiss, sglux GmbH, Berlin, Germany
TOCONs für die Brennerflammen- und Feuererkennung
Zusammenfassung
Unsere Standard-TOCONs haben eine relativ hohe Zeitkontante. Diese erstreckt sich von 30 ms für TOCONs mit geringer Empfindlichkeit bis zu 80 ms bei TOCONs mit hoher Empfindlichkeit. Diese Reaktionszeit ist für die meisten Messanwendungen eine gute Voraussetzung zur präzisen Erfassung des Mess-Signals. Normalerweise geht es darum, langsam veränderliche Signale zuverlässig zu messen. Die o.g. Zeitkonstanten bewirken, dass kurzfristige Signaländerungen oder hochfrequente Signal-Anteile gemittelt in das Mess-Signal eingehen. So kann die von der zu messenden Quelle ausgehende Strahlung im Hinblick auf ihre Wirkung (z.B. Entkeimung oder Lackhärtung) gut ermittelt werden. Bei der Flammenüberwachung in Heizbrennern und bei der Feuererkennung ist die für die Standard-Anwendungen vorteilhafte hohe Zeitkonstante von Nachteil. Dieser Bericht zeigt Möglichkeiten der Reduktion der Reaktionszeiten.
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Dr. Tilman Weiss, sglux GmbH, Berlin, Germany
UV-Sensoren zur Überwachung der UVC-Oberflächenentkeimung
Zusammenfassung
Bei der Entkeimung von Oberflächen in Artzpraxen, Krankenzimmern, Apotheken aber auch in der Lebensmittel- und Medikamentenproduktion sowie öffentlich zugänglichen Sanitärbereichen kommt neben chemischen Verfahren auch UVC-Strahlung zum Einsatz. Bei diesen Anwendungen ist die UV-Strahlung entweder am Ort der Erzeugung oder am Wirkort oder an beiden Orten zu erfassen. So kann die zur sicheren Keimabtötung mindestens erforderliche Dosis hinreichend genau ermittelt werden. Der Bericht liefert weitere Details und stellt geeignete Mess-Produkte aus dem sglux-Sortiment vor.
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Jean-Maurice Cadet¹, Thierry Portafaix¹, Hassan Bencherif¹², Kévin Lamy¹, Colette Brogniez³, Frédérique Auriol³, Jean-Marc Metzger⁴, Louis-Etienne Boudreault⁵, Caradee Yael Wright⁶⁷
¹LACy, Laboratoire de l’Atmosphère et des Cyclones (UMR 8105 CNRS, Université de La Réunion, Météo-France), 97744 Saint-Denis de La Réunion, France.
²School of Chemistry and Physics, University of KwaZulu-Natal, Durban 4041, South Africa.
³Laboratoire d’Optique Atmosphérique, Université Lille, CNRS, UMR 8518, F-59000 Lille, France.
⁴Observatoire des Sciences de l’Univers de la Réunion, UMS 3365, 97744 Saint-Denis de la Réunion, France.
⁵Reuniwatt, 97490 Sainte Clotilde de la réunion, France.
⁶Department of Geography, Geo-informatics and Meteorology, University of Pretoria, Pretoria 0002, South Africa.
⁷Environment and Health Research Unit, South African Medical Research Council, Pretoria 0001, South Africa.
Int J Environ Res Public Health. 2020 Apr 21;17(8):2867. doi: 10.3390/ijerph17082867
Zusammenfassung
Measurement of solar ultraviolet radiation (UVR) is important for the assessment of potential beneficial and adverse impacts on the biosphere, plants, animals, and humans. Excess solar UVR exposure in humans is associated with skin carcinogenesis and immunosuppression. Several factors influence solar UVR at the Earth’s surface, such as latitude and cloud cover. Given the potential risks from solar UVR there is a need to measure solar UVR at different locations using effective instrumentation. Various instruments are available to measure solar UVR, but some are expensive and others are not portable, both restrictive variables for exposure assessments. Here, we compared solar UVR sensors commercialized at low or moderate cost to assess their performance and quality of measurements against a high-grade Bentham spectrometer. The inter-comparison campaign took place between March 2018 and February 2019 at Saint-Denis, La Réunion. Instruments evaluated included a Kipp&Zonen UVS-E-T radiometer, a Solar Light UV-Biometer, a SGLux UV-Cosine radiometer, and a Davis radiometer. Cloud fraction was considered using a SkyCamVision all-sky camera and the Tropospheric Ultraviolet Visible radiative transfer model was used to model clear-sky conditions. Overall, there was good reliability between the instruments over time, except for the Davis radiometer, which showed dependence on solar zenith angle. The Solar Light UV-Biometer and the Kipp&Zonen radiometer gave satisfactory results, while the low-cost SGLux radiometer performed better in clear sky conditions. Future studies should investigate temporal drift and stability over time.
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Dr. Tilman Weiss, sglux GmbH, Berlin, Germany
UV sensors for hydrogen flame detection
Zusammenfassung
Bei der Arbeit am gesellschaftlichen Ziel der Dekarbonisierung des Energieverbrauchs u.a. auch durch die Substitution von Erdgas durch regenerativ erzeugte Brennstoffe, ist Wasserstoff ein besonders aussichtsreicher Kandidat. Bei der erforderlichen Umrüstung von Erdgas-Thermen stellt die durch die Norm EN298 definierte Überwachung der Brennerflamme eine besondere Herausforderung dar. Stand der Technik ist die Flammenüberwachung mittels Ionisationsfühlern. Dieses Verfahren ist preiswert und zuverlässig. Wird dem Erdgas allerdings Wasserstoff beigemischt oder besteht das Gas ausschließlich aus Wasserstoff, ergibt sich eine andere Reaktionskinetik, welche die Zuverlässigkeit der bisherigen Fühler deutlich reduziert bzw. ihren Einsatz unmöglich macht.
Dieser Herausforderung kann mit UV-Sensoren begegnet werden, die alle Arten von Flammen anhand ihres charakteristischen Emissionsspektrums im UV-Bereich zuverlässig erkennen können. UV-Sensoren sind in der Anschaffung teurer als Ionisationsfühler und werden daher aktuell nur in hochpreisigen Industriebrennern, nicht aber in Haushaltsbrennern eingesetzt. Nach aktuellem Wissensstand gibt es aber bei der Erkennung einer Wasserstoff-Flamme keine Alternative zum UV-Sensor.
Unsere UV-Sensoren TOCON_ABC1 und TOCON_ABC2 produzieren wir seit 2006 für den Einsatz in EN298-konformen Erdgas-Feuerungsautomaten. Für die Wasserstoff-Flamme haben wir diese Produkte nun zum neuen TOCON_F weiterentwickelt. Der Unterschied zu TOCONs ABC1 und ABC2 besteht in einer verringerten Off-Totzeit im Fall einer Übersteuerung des Sensors, welche von mehreren 100 Millisekunden auf unter 70 Millisekunden reduziert werden konnte – und zwar unabhängig davon, wie weit der Sensor zum Zeitpunkt des Erlöschens der Flamme ausgesteuert war. Entsprechend konnte die Reaktionsgeschwindigkeit auf das Ausfallen einer Flamme deutlich erhöht werden. Auch wenn TOCONs TOCON_ABC1 und TOCON_ABC2 als Basis EN298-konformer Flammenwächter verwendet werden können (dort wird gefordert, dass der Ausfall einer Flamme spätestens nach 1000 ms eine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr bewirken muss), könnte die Normanforderung in Zukunft verschärft werden. Grund hierfür könnte die bei Wasserstoff im Vergleich zu Erdgas um Faktor 8 höhere Flammengeschwindigkeit und der deutlich größere Zündbereich sein. Mit dem TOCON_F können also kürzere Abschaltzeiten als gegenwärtig gefordert realisiert werden. Dadurch ist der Einsatz dieser Bauteile auch bei eventueller Verschärfung der Norm zukunftssicher.
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Dr. Niklas Papathanasiou, sglux GmbH, Berlin, Germany
Zusammenfassung
SiC and AlGaN based UV photodiodes had been irradiated by Hg medium pressure lamps for 90 hours and a UV irradiation intensity of 60mW/cm². The SiC photodiodes showed no measurable degradation whereas the AlGaN photodiodes lost 80 % – 85 % of sensitivity.