Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

H + die Funktion der Ansteuerspannung am GATE-Anschluß (Tor) des Transistors, wobei
der Stromfluss zwischen Source (Quelle) und Drain (Senke) bei steigender H + -
Konzentration zunimmt. Dieser Sensor liefert also ein der Protonenkonzentration
proportionales Signal. Solche Sensoren auf Halbleiterbasis können in Massenfertigung billig
und zuverlässig hergestellt werden. Auch die Vereinigung von Sensor und Auswert-
Elektronik auf einem Chip ist ebenso denkbar wie die Kombination verschiedener Sensoren
zu einem kompakten miniaturisierten Messgerät.
Schwingquarze
Schwingquarze werden als Sensorbauelemente verwendet, da die Resonanzfrequenz der
Schwingquarze auf Massenanlagerungen an ihrer Oberfläche empfindlich ist. Je nach
Oberflächenbeschichtung sind die Bauelemente selektiv für bestimmte Substanzen. Bei
geeigneter Oszillatorschaltungstechnik können diese Sensoren zur Gas- und
Flüssigkeitsanalyse verwendet werden.
Prinzip
Schwingquarze können aufgrund des piezoelektrischen Effekts mittels eines elektrischen
Wechselfeldes zu mechanischen Resonanzschwingungen angeregt werden. Erhöht sich
die Masse an der Schwingquarzoberfläche, z.B. infolge einer immunologischen Reaktion,
erniedrigt sich die Resonanzfrequenz des Schwingquarzes. Allgemein ausgedrückt
beeinflusst die akustische Impedanz des Materials an der Quarzoberfläche dessen
Resonanzfrequenz.
Durch Beschichtung des Schwingquarzes mit chemisch aktiven Substanzen reagiert die
Resonanzfrequenz des Schwingquarzes selektiv auf bestimmte Substanzen, da sich die
akustische Impedanz des Beschichtungsmaterials bei der chemischen Reaktion ändert. Zur
Zeit werden chemisch hochselektive biologische Moleküle (Antigene und Antikörper) zur
Messung in Flüssigkeiten verwendet (gehäuster Sensor). Zum Nachweis von CO2 in der
Gasphase wird der Schwingquarz mit Heteropolysiloxanen beschichtet.
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