Projektdetails

BMNT101357
07.12.2018
16.11.2023
beendet
Entwicklung und Einsatz von Multiplexingmethoden für opto-chemischen Sauerstoffsensoren zum engmaschigen Monitoring der Sauerstoffkonzentration in Silageballen und laborbasierten Silierversuchen
-
54.448,00
Programm für Forschung und Entwicklung im BMLFUW
nein

beteiligte Personen/Organisationen

RolleLfnrName
Auftraggeber1Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus (bis 9.1.2020)
Auftraggeber2Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus (bis 17.07.2022)
Auftraggeber3Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Regionen und Wasserwirtschaft
Auftragnehmer1Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH

zugeordnete Wissenschaftszweige

Wissenschaftszweige
LAND- U. FORSTWIRTSCHAFT, VETERINÄRMEDIZ

Abstract deutsch

Für die Qualität der Futtermittelkonservierung durch Silierung ist der Sauerstoffgehalt in der Gäratmosphäre von großer Bedeutung und bestimmt die Art der Gärung und die Stabilität des konservierten Futters. Entsprechende Untersuchungen basierten im Allgemeinen auf destruktiver Beprobung oder Simulation. In den verschränkten Vorgängerprojekten DaFNE 101073 ​„Silagesensor RG“ und DaFNE 101082 ​„Silage-Sensor“ wurde von der HBLFA Raumberg-Gumpenstein und JOANNEUM RESEARCH erstmals der Einsatz optochemischer Sensorik für eine minimalinvasive Langzeitüberwachung des Sauerstoffgehalts im Inneren eines Grassilage-Ballens mit großem Erkenntnisgewinn demonstriert. Damals zeigte sich eine hervorragende Eignung der Methode für verschiedene Fragestellungen in der Gärungsforschung. Bzgl. der Kosteneffizienz nachteilig war dabei aber die Verwendung eines kompletten Optrodensystems (Sensor+Optoelektronik) für jeden einzelnen Messpunkt. Um die Technologie für breite Forschungsfragestellungen zugänglich zu machen, wurde in diesem Projekt DaFNE 101357 ​„SilageSens Multiplex“ nun der Ansatz verfolgt, mehrere der kostengünstigen, eigentlichen Sensoren mit nur einer der teuren Optoelektroniken sequentiell auszulesen. Dazu ist ein mittels Fiber Switch automatisiertes Umschalten des optischen Pfades zwischen den bis zu 16 Sensoren und der Optoelektronik erforderlich. Umfangreiche Optimierungen der Optik, der Sensor-Front-Ends und der Anwenderfreundlichkeit der Software ergänzten die Arbeiten. Für einen niederschwelligen Einsatz auch unter realen (Freiland-)Bedingungen wurde die gesamte Hardware in einem mobilen, maßgefertigten 19-Zoll Flight-Case untergebracht. Als Konsequenz aus den Vorprojekten wurde nicht zuletzt die parallele Verwendung von Sensoren mit unterschiedlichen Messbereichen realisiert. Während Spurensensoren das Niveau des Restsauerstoffs in der Silage akkurat wiederspiegeln, erfassen Sensoren mit weitem Messbereich die zeitliche Dynamik zu Beginn und Ende des Gärprozesses.  Die Messanlage wurde nach dem Aufbau der HBLFA Raumberg-Gumpenstein zur Durchführung des Schwesterprojekts DaFNE 101314 ​„Silagesensor2“ übergeben. Ergebnisse dazu, die mitunter die Funktionalität der Anlage zeigen, sind im zugehörigen Bericht dargestellt. Aus messtechnischer Sicht war vor allem das unerwartet ausgeprägte Alterungsverhalten der Sensoren, v.a. in Maissilage bemerkenswert, und entsprechende Lehren für die weitere Verwendung und ggf. technische Optimierung wurden daraus gezogen.

Abstract englisch

For the quality of fodder preservation by ensiling, the oxygen level in the fermentation atmosphere is of great importance and determines the type of fermentation and the stability of the preserved feed. Corresponding investigations were generally based on destructive sampling or simulation. In the interlinked predecessor projects DaFNE 101073 ​“Silage sensor RG” and DaFNE 101082 ​“Silage sensor”, HBLFA Raumberg-Gumpenstein and JOANNEUM RESEARCH demonstrated for the first time the use of optochemical sensor technology for minimally invasive long-term monitoring of oxygen inside a bale of grass silage, with great gains in knowledge. At that time, the method showed excellent applicability for various questions in fermentation research. However, the use of a complete optrode system (sensor+optoelectronics) for each individual measuring point was disadvantageous in terms of cost efficiency. In order to make the technology accessible for broad research questions, this project DaFNE 101357 ​“SilageSens Multiplex” now pursued the approach of sequentially reading out several of the low-cost actual sensors with only one of the expensive optoelectronic units. This requires an automated switching of the optical path between the up to 16 sensors and the optoelectronics by means of integrating a fibre switch. Extensive optimisation of the optics, the sensor front ends and the user-friendliness of the software interface completed the work. For low-threshold use under real (outdoor) conditions, the entire hardware was housed in a mobile, custom-made 19-inch flight case. As a consequence of the predecessor projects, the parallel use of sensors with different measuring ranges was realised. While trace sensors accurately reflect the level of residual oxygen in the silage, sensors with a wide measuring range record the temporal dynamics at the beginning and end of the fermentation process. After installation, the measuring system was handed over to the HBLFA Raumberg-Gumpenstein for implementation of the sister project DaFNE 101314 ​“Silage Sensor2”. The results, which also show the functionality of the system, are presented in the corresponding report. From a metrological point of view, the unexpectedly pronounced ageing behaviour of the sensors, especially in maize silage, was particularly remarkable, and corresponding lessons for further use and, if necessary, technical optimisation were derived.