Themen für Studien-, Master- und Diplomarbeiten 2018

Die InfraTec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik hat sich seit 1991 mit inzwischen ca. 200 Mitarbeitern zu einem etablierten Dresdner Unternehmen der industriellen Messtechnik entwickelt. Spezialisiert auf die Infrarottechnologie entwickeln, produzieren und vertreiben wir hochwertige optoelektronische Bauelemente, Geräte und Systemlösungen.

Im Geschäftsbereich Infrarotsensorik werden pyroelektrische Infrarot-Detektoren produziert. Die Fertigung beginnt bei Waferprozessen, setzt sich mit dem SMD-Bestücken, dem Chipbonden, dem Drahtbonden, der Montage optischer Filter und dem Verkappen fort und endet mit einem gehäusten und geprüften Infrarotsensor. Unsere Kunden sind namhafte deutsche und internationale Unternehmen der Medizintechnik, der Sicherheitstechnik und der industriellen Messtechnik.

Themen:

Programmierung eines Tools zur Berechnung der Absorptionskoeffizienten von Gasen

Für die Entwicklung von Detektoren für die Gasmesstechnik ist die Simulation der Signaländerung für Filter-Gas-Kombinationen einer Gasmesszelle eine wichtige Methode. Es gibt eine Reihe von Datenbanken (HITRAN, GEISA, …), welche für viele Stoffe die Elementardaten der Molekülphysik (Linien- und Bandenintensitäten) zur Verfügung stellen. Aus diesen können im Prinzip die Absorptionskoeffizienten berechnet werden. Von den Betreibern der HITRAN-Datenbank wird dafür eine SW-Schnittstelle (HAPI) zur Verfügung gestellt, die auf der Programmiersprache Python basiert. Unter Verwendung dieser Schnittstelle soll ein Tool entwickelt werden, welches die konzentrationsabhängigen Absorptionskoeffizienten der interessierenden Gase im Bereich der charakteristischen IR-Absorptionsbanden berechnet. Als Programmiersprache soll C# eingesetzt werden.
Folgende Aufgaben sind zu lösen:

  • Einarbeitung in das Themengebiet und Analyse der Schnittstelle HAPI
  • Konzept zur Nutzung / Einbindung der Schnittstelle
  • Erstellen eines Programmkonzeptes Entwurf des Programms
  • Erprobung

Für die Bearbeitung dieses Themas sind Programmierkenntnisse in Python und C# notwendig. Kenntnisse zur Molekülphysik und Infrarotabsorption wären vorteilhaft.

Evaluierung eines MEMS-FPI-Sensors von Hamamatsu und Vergleich mit InfraTec-Produkten

Bei InfraTec werden bereits seit über 25 Jahren in großer Vielfalt Infrarot-Detektoren auf pyroelektrischer Basis entwickelt und gefertigt. In einer neuen Generation von Detektoren kommen spezielle durchstimmbare optische Filter zum Einsatz (Fabry-Pérot-Filter, FP-Filter), mit denen sich miniaturisierte Spektrometer für sehr verschiedene Anwendungsgebiete realisieren lassen. Im Zuge dieser Entwicklung soll ein ähnlicher Detektor von der Firma Hamamatsu charakterisiert und mit Produkten von InfraTec verglichen werden. Es stehen bereits fertige Plattformen zur Evaluierung der Detektoren zur Verfügung, sodass anwendungsnahe Experimente schnell aufgebaut und durchgeführt werden können.
Im Einzelnen sind folgende Aufgaben zu lösen:

  • Vergleich der Evaluationsplattformen (Handhabung, Parameter, Flexibilität, …)
  • Spektrale Charakterisierung des FP-Filters (Kalibriergenauigkeit, Temperaturgang, …)
  • Charakterisierung des Detektors (Black Body D*, spektrale Verteilung, Empfindlichkeit, Frequenzgang)
  • Dokumentation der Ergebnisse

Charakterisierung und Optimierung von fasergekoppelten IR-Detektor und Strahlermodulen

InfraTec bietet ein breites Spektrum von Infrarot-Detektoren mit durchstimmbaren Fabry-Pérot-(FP)-Filtern an (FPI-Detektoren), mit denen sich miniaturisierte Spektrometer für sehr verschiedene Anwendungsgebiete realisieren lassen. Bei extremen Randbedingungen, wie sie z. B. in der industriellen Prozessanalyse herrschen können (hoher Druck und hohe Temperatur im Prozessmedium), muss der Detektor über optische Fasern an eine Messsonde angekoppelt werden. Das gleiche gilt für die IR-Strahlungsquelle. In einem aktuell laufenden Projekt sollen derartige Detektor- und Strahlermodule mit Faserkopplung entwickelt werden. Hierbei sind wiederum besondere optische Randbedingungen des infraroten Wellenlängenbereichs bzw. der FPI-Detektoren zu beachten. Im Rahmen des Praktikums wird an der Entwicklung, Charakterisierung und Optimierung mitgearbeitet. Die Arbeiten gliedern sich in den aktuellen Bearbeitungsstand des Projektes ein.

  • Einarbeitung in das Themengebiet, anhand von Literatur und Vorarbeiten bei InfraTec
  • Optische Messungen zur Charakterisierung der Einzelkomponenten (Fasern, Linsen, Spiegel, Detektoren, Strahler)
  • Untersuchung verschiedener Lösungsansätze für deren Kombination zur optimalen Kopplung durch Messungen und vergleichende theoretische Betrachtungen bzw. Simulationsrechnungen
  • Variantenvergleich, Bewertung, Optimierungsvorschläge sowie
  • Mitarbeit bei Entwicklung, Aufbau und Inbetriebnahme entsprechender Messplätze

Charakterisierung von MIR-LED-Strahlern und Optimierung der Betriebsparameter

IR-Absorptions-Spektroskopie ist eine häufig genutzt Methode, um Gase bzw. Flüssigkeiten zu detektieren bzw. zu analysieren. Der mittlere Infrarotbereich (MIR) bietet sich aufgrund starker Absorptionsbanden für diese Analysetechnik an. Die Leistungsfähigkeit des Messsystems hängt dabei direkt von der zur Verfügung stehenden Lichtquelle ab. In den meisten Applikationen kommen thermische Mikro-Strahler zum Einsatz, die, ähnlich einem schwarzen Strahler, ein breitbandiges Spektrum in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur aussenden. MIR-LEDs (LED: Light Emitting Diode) erzeugen Strahlung direkt aus den Rekombinationsprozessen der Ladungsträger und sind damit eine interessante Alternative, da sie im Ansprechverhalten wesentlich schneller als thermische Strahler sind. Bis vor kurzem waren kommerzielle MIR-LEDs kaum erhältlich. Aktuell gibt es einige Neuentwicklungen verschiedener Hersteller, die im Rahmen dieser Arbeit charakterisiert werden sollen. Dieses Praktikum bietet somit die Möglichkeit, Einblicke in die Ergebnisse jüngster Halbleiter-Technologieentwicklung für optische Anwendungen zu gewinnen. Ziel ist es, die Lichtquelle mit dem besten Nutzsignal für die spektroskopische Anwendung zu identifizieren. Dabei hängt die abgestrahlte Lichtleistung stark von den Betriebsbedingungen der LED ab. Folgende Aufgabenbereiche sollen im Rahmen dieses Praktikums bearbeitet werden:

  • Einarbeitung in das Themengebiet, anhand von Literatur und Vorarbeiten bei InfraTec
  • Vergleich LEDs verschiedener Hersteller: Maximale Abstrahlung durch optimierte Betriebsbedingungen
  • Einfluss der Temperatur sowie passiver Kühlkörper zur Wärmeabfuhr
  • Charakterisierung von Abstrahlcharakteristik, spektraler Verteilung sowie Ansprechzeiten
  • Vergleich mit thermischen Strahlern
  • Verbesserung des Messplatzes hinsichtlich des elektrischen / optischen / mechanischen Aufbaus sowie Implementierung der Software für eine automatisierte Ansteuerung und Datenerfassung

Verfahren und Algorithmen für die Multimodenauswertung mit FP-Mikrospektrometern

FP-Mikrospektrometer arbeiten im herkömmlichen Modus als durchstimmbare schmalbandige Filter, indem eine einzelne Interferenzordnung der zugrundeliegenden Fabry-Pérot-Interferometer-(FPI)-Struktur isoliert wird. Der nutzbare Durchstimmbereich ist hierbei durch den sogenannten Freien Spektralbereich (FSR) begrenzt. In der Arbeit sollen Ansätze erarbeitet und untersucht werden, mit denen es möglich ist, mehrere Interferenzordnungen des FPI gleichzeitig für die Messung zu nutzen und damit den erfassbaren Spektralbereich zu erweitern (Multiplex-Betrieb). Dies soll nicht durch die optische Trennung der Ordnungen (Hardware), sondern durch geeignete Algorithmen zur Verarbeitung der spektralen Messdaten (Software) erreicht werden. Dazu wurden bereits grundlegende theoretische Untersuchungen durchgeführt, auf die in der Arbeit aufgebaut werden soll.
Folgende Teilaufgaben sind zu bearbeiten:

  • Einarbeitung in das Themengebiet und die Vorarbeiten, Literaturrecherche
  • Entwicklung, Untersuchung und Bewertung von Lösungsansätzen, Erarbeitung der dazu benötigten mathematischen Grundlagen
  • Experimentelle Untersuchungen und Erprobung der Lösung(en) an ausgewählten beispielhaften Anwendungsfällen

Programmierung von Algorithmen zur FPI-Spektrenanalyse

InfraTec bietet ein breites Spektrum von Infrarot-Detektoren mit durchstimmbaren Fabry-Pérot-(FP)-Filtern an (FPI-Detektoren), mit denen sich miniaturisierte Spektrometer für sehr verschiedene Anwendungsgebiete realisieren lassen. Die FP-Filter werden in einem Volumen-Mikromechanik-Prozess gefertigt und besitzen damit prozessbedingt große Schwankungen in ihren optischen Eigenschaften. Dies erfordert eine umfassende Charakterisierung der Filter mit einem Laborspektrometer (FTIR) und eine zuverlässige automatische Messdatenauswertung. Im Rahmen des Praktikums sollen hierfür Algorithmen und entsprechende Testumgebungen in der Programmiersprache Python entwickelt werden. Durch die stetig wachsende Variantenvielfalt der FP-Filter werden hier hohe Anforderungen an den Entwicklungszyklus gestellt.
Im Einzelnen sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Einarbeitung in das Thema FPI-Charakterisierung und Programmierung mit Python
  • Präzisierung der Aufgabenstellung (Parameter ermitteln, Schnittstellen festlegen, …)
  • Implementierung der automatischen Testumgebung
  • Implementierung und Test der Algorithmen

Entwurf einer Serienmesstechnik für Fabry-Pérot-Detektoren

InfraTec bietet ein breites Spektrum von Infrarot-Detektoren mit durchstimmbaren Fabry-Pérot-(FP)-Filtern an, mit denen sich miniaturisierte Spektrometer für sehr verschiedene Anwendungsgebiete realisieren lassen. Die FP-Filter werden spannungsgesteuert betrieben. In einigen wird zusätzlich ein ASIC zur Kapazitäts- bzw. Positionsmessung für einen geregelten Betrieb verbaut. Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist der Zusammenhang zwischen Filterwellenlänge und Spannung bzw. Kapazität für jedes FP-Filter verschieden, sodass eine Kalibrierung aller Detektoren erforderlich ist. Bei der gegenwärtigen Form der Kalibrierung von FP-Detektoren kommt ein teures Labor-FTIR-Spektrometer zum Einsatz. Der Kalibriervorgang ist sehr aufwendig, benötigt viel Zeit und hochqualifiziertes Personal. Sie ist daher nur bedingt für die Fertigung großer Stückzahlen geeignet. Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll ein alternatives Kalibrierkonzept weiterentwickelt werden, welches für die Serienfertigung besser geeignet zu sein scheint. Dieses beruht auf dem Ansatz, geeignete Etalons als Kalibriernormale zu verwenden. Etalons sind Fabry-Pérot-Filter mit einem dielektrischen Festkörper-Resonator, welche in einem breiten Spektralbereich periodische Transmissionspeaks erzeugen. In einer Reihe von Voruntersuchungen wurden diese Etalons bereits umfassend charakterisiert und verschiedene Methoden zum Extrahieren von Kalibrierdaten entwickelt.
Im Einzelnen sind folgende Aufgaben zu lösen:

  • Einarbeitung in das Themengebiet anhand von Literatur und Vorarbeiten bei InfraTec
  • Weiterentwicklung der Methoden zur Kalibrierdatengewinnung
  • Aufbau eines Versuchsstandes, ggf. mit Temperierung
  • Integration der Ergebnisse in den Fertigungsablauf

Anforderungsprofil:

  • Erfolgreicher Abschluss des Grundstudiums Elektrotechnik, Informationstechnik oder Mechatronik (oder verwandter Fachrichtungen)
  • Erfahrungen mit automatischen Fertigungseinrichtungen von Vorteil
  • Grundkenntnisse in der Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik
  • Sichere technische Kommunikation in Englisch in Wort und Schrift
  • Selbstständige und ergebnisorientierte Arbeitsweise
  • Team- und Kommunikationsfähigkeit

Ihre Perspektiven:

  • Inhaltlich sehr anspruchsvolle Tätigkeit
  • Mitarbeit in einem hochmotivierten, kreativen Team

Arbeitsort:

Dresden

Arbeitsbeginn:

sofort

Dauer:

4 - 6 Monate

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!

Bitte senden Sie Ihre ausführlichen Bewerbungsunterlagen (Lebenslauf, Zeugnisse, Beurteilungen) zusammen mit Ihren Gehaltsvorstellungen und des nächstmöglichen Eintrittstermins vorzugsweise per E-Mail an:

jobs[at]InfraTec.de 

oder

InfraTec GmbH
Infrarotsensorik und Messtechnik
Etta Starke
Gostritzer Straße 61 – 63
01217 Dresden