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Entwicklung und Einsatz von Multiplexingmethoden für opto-chemische Sauerstoffsensoren zum engmaschigen Monitoring der Sauerstoffkonzentration in Silageballen und laborbasierten Silierversuchen
Für die Qualität der Futtermittelkonservierung durch Silierung ist der Sauerstoffgehalt in der Gäratmosphäre von großer Bedeutung. Das Sauerstoffangebot bestimmt die Lebensbedingungen von Mikroorganismen und damit die Art der Gärung und die Stabilität des konservierten Futters. Wesentlich für eine gute Konservierung ist die Herstellung einer möglichst anaeroben Atmosphäre. Entsprechende Untersuchungen basierten im Allgemeinen auf destruktiver Beprobung oder Simulation.
In den verschränkten Vorgängerprojekten „Silagesensor RG“, DaFNE Nr. 101073, und „Silage-Sensor“, DaFNE-Nr. 101082, wurde von der HBLFA Raumberg-Gumpenstein und JOANNEUM RESEARCH erstmals der Einsatz optochemischer Sauerstoffsensoren für eine minimalinvasive Langzeitüberwachung des Sauerstoffgehalts im Inneren eines Grassilage-Ballens mit großem Erkenntnisgewinn demonstriert. Damals zeigte sich eine hervorragende Eignung der optochemischen Sauerstoffmessung 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 im Projekt „SilageSens Multiplex“ nunmehr der Ansatz verfolgt, die kostengünstigen optochemischen Sensoreelemente mit nur einer der teuren Optoelektroniken sequentiell auszulesen. Dazu ist ein automatisiertes Umschalten des optischen Pfades zwischen den bis zu 16 Sensoren und der Optoelektronik erforderlich, welches mit einem „Fiber Switch“ realisiert wurde. Damit einher gingen umfangreiche Optimierungen der Optik, der Sensor-Front-Ends und der Anwenderfreundlichkeit der Bedienoberfläche. Für einen niederschwelligen Einsatz auch unter realen (Freiland-)Bedingungen wurde die gesamte Hardware in einem mobilen, maßgefertigten 19-Zoll Flight-Case untergebracht.
Als wichtige Konsequenz aus den Vorprojekten wurde nicht zuletzt die parallele Verwendung von Sensoren mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten bzw. Messbereichen etabliert. 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 „Silagesensor2“, DaFNE-Nr. 101314, übergeben. Ergebnisse zu den dabei erfolgten Silierversuchen, in denen die Funktionalität der Anlage gezeigt wurde, 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.