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The choice of suitable semiconducting metal oxide (MOX) gas sensors for the detection of a specific gas or gas mixture is time-consuming since the sensor’s sensitivity needs to be characterized at multiple temperatures to find its optimal operating conditions. To obtain reliable measurement results, it is very important that the power for the sensor’s integrated heater is stable, regulated and error-free (or error-tolerant). Especially the error-free requirement can be only be achieved if the power supply implements failure-avoiding and failure-detection methods. The biggest challenge is deriving multiple different voltages from a common supply in an efficient way while keeping the system as small and lightweight as possible. This work presents a reliable, compact, embedded system that addresses the power supply requirements for fully automated simultaneous sensor characterization for up to 16 sensors at multiple temperatures. The system implements efficient (avg. 83.3% efficiency) voltage conversion with low ripple output (<32 mV) and supports static or temperature-cycled heating modes. Voltage and current of each channel are constantly monitored and regulated to guarantee reliable operation. To evaluate the proposed design, 16 sensors were screened. The results are shown in the experimental part of this work.
At the "Future Security 2011" we presented an overview of our studies on the "Detection and Identification of Illicit and Hazardous Substances with Proton-Transfer-Reaction Mass Spectrometry (PTR-MS)" including first results on explosives, chemical warfare agents and illicit and prescribed drugs detection. Since then we have considerably extended these preliminary studies to the detection of defined traces of some of the most common explosives, namely TNT, PETN, TATP, and DATP deposited into aluminum foam bodies, and to the detection of a number of novel and widely unknown designer drugs: ethylphenidate, 4-fluoroamphetamine and dimethocaine. Moreover, we have dramatically improved our time-of-flight based PTR-MS instruments by substantially increasing their sensitivity and hence lowering the detection limit, making them even more suitable and applicable to threat agents with extremely low vapour pressures. Data from measurements on certified gas standards are presented in order to underline these statements. The data demonstrate that, in comparison to the first generation instruments, a gain of one order of magnitude in terms of sensitivity and detection limit has been obtained.
Unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen sind Bedrohungen in den weltweiten Konfliktherden und werden bei terroristischen Aktivitäten verwendet. Der Schutz von Menschen und Material erfordert daher effektive Gegenmaßnahmen. Dazu gehört auch die Anforderung an Sicherheitskräfte oder militärisches Personal, unbekannte Substanzfunde mit geringem zeitlichem und logistischem Aufwand vor Ort als gefährdend oder unkritisch einzustufen. Um Explosivstoffe von nicht-explosiven Materialien zu unterscheiden, kann die bei Explosivstoffen initiierbare, stark exotherme Reaktion genutzt werden. Diese resultiert in Strahlungsemissionen sowie in lokaler Druck- und Temperaturerhöhung. Die Messung dieser Reaktionseffekte und die Anforderung an eine mobile, einfach zu bedienende und robuste Analytik werden durch ein System ermöglicht, das Proben im einstelligen mg-Bereich durch schnelles Erhitzen auf mikrostrukturierten Heizern zum chemischen Umsatz anregt. Die emittierte Strahlung wird mit Photodioden im Bereich des sichtbaren und nah-infraroten Lichts aufgenommen, ein Sensor registriert die Druckerhöhung in einer geschlossenen Versuchskammer. In einem zweiten Aufbau werden die gasförmigen Reaktionsprodukte über ein Sensorarray von vier kommerziellen Gassensoren geleitet und die Signalantworten der Halbleitergassensoren mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die schnelle thermische Aktivierung für die untersuchten primären Explosivstoffe, Treibladungspulver, sowie Trinitrotoluol (TNT) reproduzierbar erfolgt. Nicht-Explosivstoffe werden dabei im untersuchten Umfang sicher als unkritisch erkannt. Die Auswertung der Gassensorsignale liefert eine Unterscheidung von Nitrat- und Peroxid-basierten Sprengstoffen sowie von nicht-explosiven Substanzen.
Detection of triacetone triperoxide using temperature cycled metal-oxide semiconductor gas sensors
(2015)
The temperature-dependent sensing properties of metal-oxide semiconductor gas sensors (MOX), based on SnO2 and WO3, to measure triacetone triperoxide (TATP), diacetone diperoxid (DADP), and di-tert-butyl-peroxide (DTBP) and acetone are described. Conductivity measurements in the range from 100 to 400 °C operating temperature show two different reaction pathways on the surface for WO3 sensors. At temperatures below 150 °C organic peroxides react as an oxidizer which leads to an increase in the sensor resistance. Above 200 °C they react as a reducing agent that leads to a decrease of the sensor resistance. This effect is caused by two different, peroxide dependent reaction paths. The unique behavior of WO3-based sensors can be used for selectivity enhancements in temperature cycle operation mode. With this method gas concentrations down to a few ppb are detectable.
Sicherheit im Fährverkehr
(2012)
Das Förderprojekt VESPERPLUS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Sicherheitsforschungsprogramms der Bundesregierung im Themenschwerpunkt "Schutz von Verkehrsinfrastrukturen" mit dem Gesamtziel der Erhöhung des Standards der Sicherheitsmaßnahmen im Fährverkehr gefördert. Das Forschungsprojekt ordnet sich in das übergeordnete Fachgebiet der "Maritimen Verkehrssicherheit" ein und widmet sich als Verbundprojekt der Problematik terroristischer Bedrohungen im Bereich des Seetransports. Forschungsschwerpunkte sind dabei Arbeiten zur vorhandenen Sicherheitsstruktur, Gefahrstoffkontrollen, Entscheidungsunterstützung an Bord von Fährschiffen, Schulung und Training sowie begleitende Forschung zu menschlichem Verhalten und Auswirkungen auf Gesellschaft und Wirtschaft.
Sensor information resulting from distributed locations and/or a multitude of instruments and heterogeneous sensors can increase the reliability of safety and security applications. A gas-sensing platform was developed, communicating via a wireless sensor network based on IEEE 802.15.4 and/or Ethernet. Data from this network are aggregated via a central server feeding its information via TCP/IP into subsequent data fusion software. The usually limited spatio-temporal resolution of chemical sensors can be compensated by space-time sensor data fusion. Sensor nodes have been equipped with metal oxide gas sensors in order to identify hazardous materials [1]. A number of these nodes have then been placed alongside a corridor people had to pass to enter a restricted area. The data from the chemical sensors were fused with tracking data from laser range scanners and video systems. It has been shown that it was possible to allocate a chemical contamination of one individual within a group of moving people and discriminate between various fire accelerating fuels and solvents. This was successfully demonstrated outside the laboratory with a test corridor build in a tent during a military tech-demo in Eckernförde, Germany.
