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Mikro-Laser-Doppler-Sensor

Blutfluss berührungslos messen

27. Juli 2017, 11:53 Uhr | CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik

Schematisches Funktionsprinzip des MiLD Sensors

Der Mikro-Laser-Doppler-Sensor zielt auf die Geschwindigkeitsmessung von lichtstreuenden Objekten. Er kann für die in-vivo-Bewertung der Strömungsgeschwindigkeit von Blut in der Haut genutzt werden und zahlreiche Krankheitssymptome und Heilungsprozesse können überwacht werden.

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Derzeitig verfügbare Systeme für die in-vivo-Bewertung der Strömungsgeschwindigkeit von Blut verwenden optische Fasern, die aber bewegungsempfindlich sind und damit kaum für mobile Anwendungen genutzt werden können. Zudem ist die Aussagekraft bei der Verwendung von nur einer Lichtwellenlänge auf relative und probandenspezifische Analyseergebnisse beschränkt.

Um Abhilfe zu schaffen, verfügt der Mikro-Laser-Doppler (MiLD) Sensor über mehrere, direkt integrierte Laserquellen (VCSEL). Das Sensorprinzip basiert auf dem Doppler-Effekt, durch den eine Frequenzverschiebung des eingestrahlten Laserlichts an den beweglichen Streuzentren erfolgt, wodurch das rückgestreute Licht effektiv eine Frequenzverbreiterung erfährt. Die Verbreiterung im Frequenzspektrum einiger 10 kHz kann sehr gut mit einem exponentiellen Abklingen beschrieben werden. Dabei zeigt der Exponent einen linearen Zusammenhang mit der Strömungsgeschwindigkeit.

Anwendungsgebiete und Innovationen

Berührungslose Geschwindigkeitsmessung von Feststoffen und Flüssigkeiten
Medizinische Anwendung zur Bewertung der Durchblutungssituation
Erhöhter Informationsgehalt durch Verwendung mehrerer Wellenlängen (3 Lichtquellen je Sensor)
Mobile Anwendungen und Monitoring durch:
- Kompakte Bauform
- Auf die Anwendung angepasste Lichtquellen (LEDs, VCSEL, Laser)
- Vermeidung von optischen Fasern
  - reduzierte Bewegungsartefakte

Technische Parameter Chip:

Sensorgröße: 3,5 mm x 5,5 mm x 0,8 mm
Abgestrahlte Laser-Leistung: < 5 mW
Verfügbare Wellenlängen: 670, 780, 850 und 980 nm, andere auf Anfrage
Leistungsaufnahme: < 10 mW
Ausgangssignale: µA bis mA

Gesamtsystem:

Eine im Haus CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik entwickelte Ansteuerung und analoge, zweistufige Vorverstärkung (rauscharm, 100 Hz bis 50 kHz Bandbreite) kann genutzt werden. Für die Datenerfassung wird ein 24 bit, 102,4 kHz A/D-Wandler oder besser empfohlen. Auswertung der Daten erfolgt am Computer, Evaluierungssoftware auf Anfrage.

Teile der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (FKZ: VF140011).