Prof. Dr. Joris Pascal, head of the ‘Sensor systems for diagnosis and therapy’ research group, and PhD students Céline Vergne and Hugo Nicolas from Pascal's research group, have developed an innovative new iron detection method. Presented at the IEEE Sensors 2024 Conference in Kobe, Japan, this method uses a special magnetic field camera that can visualize iron using high-resolution magnetic field sensors.

Magnetic field camera and color map

How does the magnetic field camera work?
The magnetic field camera consists of an array of 64 highly sensitive magnetic sensors in an 8 x 8 grid. Each sensor can register small changes in the magnetic field: if iron is near the camera, it disturbs the magnetic field, similar to a tiny magnet. The sensors record these disturbances and display them as a digital image, revealing the exact location and quantity of the iron.
Thanks to their high resolution, the sensors can detect weak magnetic fields with a precision of 42 nanotesla (nT) - less than one hundred thousandth of the magnetic field of a household magnet. Moreover, the camera measures up to 110 times per second, which means that it can even reliably recognize moving iron particles. Such high-resolution and high-speed measurements have not been available until now and open up completely new possibilities for reliably detecting iron.

Where is this technology used?
This innovative magnetic field camera could significantly improve performance in a wide range of applications:

1. Food analyses: iron is an essential trace element and is particularly important for assessing nutritional quality. The camera can measure the iron content in food and check for harmful particles. This technology could, for example, help with quality control to ensure that food contains the necessary amount of iron or is free of impurities.

2. Medicine and research: the magnetic field camera could be an important aid in tumor diagnostics. Researchers are working on applying iron nanoparticles to biological samples in order to make tumor cells visible. The camera could record the smallest changes in magnetic fields and thus help to recognize malignant tissue accumulations.

3. Mechanical engineering and technology: iron particles in engines or machines are often a sign of wear. The magnetic field camera can be used to detect ferrous particles in engine oil that could indicate problems. In this way, maintenance work can be initiated at an early stage, thus avoiding damage to equipment. This technology is also relevant for inspecting buildings, equipment or cables, as it can make the smallest cracks or worn areas identifiable via tiny iron particles.

How was the camera tested?
 The research team carried out a range of tests with the magnetic field camera to confirm its precision and functionality. In one such test, thanks to its high sensitivity the camera was able to precisely detect the magnetic signatures of food samples. In another experiment, iron particles 200 micrometres in diameter were placed on a plate. The magnetic field camera was able to determine the exact number of particles and visualize their precise locations.

What makes the magnetic field camera so special?
The combination of high resolution, fast measurement rate and high sensitivity gives this magnetic field camera enormous potential for many areas. With this groundbreaking technology, iron particles can be detected with a completely new level of precision and speed, which could improve both quality control and safety assessment in many industries.

This method opens up promising possibilities for detecting iron quickly and efficiently and could become the basis for many modern measuring systems.

Methode zur Eisendetektion auf der Grundlage einer hochauflösenden Magnetfeldkamera

Der Nachweis von Eisen ist in vielen Bereichen wichtig – von der Lebensmittelindustrie über die Gesundheitsforschung bis hin zur Maschinenwartung. Die präzise Messung und Lokalisierung von Eisenpartikeln ist jedoch aufgrund des schwachen Magnetfelds, das sie erzeugen, eine technische Herausforderung.

Prof. Dr. Joris Pascal, Leiter der Forschungsgruppe „Sensorsysteme für Diagnose und Therapie“, und die Doktorierenden Céline Vergne und Hugo Nicolas aus Pascals Forschungsgruppe haben eine innovative neue Methode zur Eisenerkennung entwickelt. Diese Methode, die auf der IEEE-Konferenz Sensors 2024 in Kobe, Japan, vorgestellt wurde, verwendet eine spezielle Magnetfeldkamera, die Eisen mithilfe hochauflösender Magnetfeldsensoren sichtbar machen kann.

Wie funktioniert die Magnetfeldkamera?
Die Magnetfeldkamera besteht aus einer Anordnung von 64 hochempfindlichen Magnetsensoren in einem 8 × 8-Gitter. Jeder Sensor kann kleinste Veränderungen im Magnetfeld registrieren: Wenn sich Eisen in der Nähe der Kamera befindet, stört es das Magnetfeld, ähnlich wie ein kleiner Magnet. Die Sensoren zeichnen diese Störungen auf und zeigen sie als digitales Bild an, das die genaue Position und Menge des Eisens verrät.
Dank ihrer hohen Auflösung können die Sensoren schwache Magnetfelder mit einer Genauigkeit von 42 Nanotesla (nT) erkennen – weniger als ein Hunderttausendstel des Magnetfelds eines Haushaltsmagneten. Darüber hinaus misst die Kamera bis zu 110 Mal pro Sekunde, sodass sie auch bewegte Eisenteilchen sicher erkennen kann. Derart hochauflösende und schnelle Messungen waren bisher nicht möglich und eröffnen völlig neue Möglichkeiten, Eisen zuverlässig zu erkennen.

 Wo wird diese Technologie eingesetzt?
Diese innovative Magnetfeldkamera könnte die Leistung in einem breiten Spektrum von Anwendungen erheblich verbessern:

1. Lebensmittelanalysen: Eisen ist ein essentielles Spurenelement und besonders wichtig für die Beurteilung der Ernährungsqualität. Mit der Kamera kann der Eisengehalt in Lebensmitteln gemessen und auf schädliche Partikel untersucht werden. Diese Technologie könnte z. B. bei der Qualitätskontrolle helfen, um sicherzustellen, dass Lebensmittel die erforderliche Menge an Eisen enthalten oder frei von Verunreinigungen sind.
2. Medizin und Forschung: Die Magnetfeldkamera könnte ein wichtiges Hilfsmittel in der Tumordiagnostik sein. Forschende arbeiten daran, biologische Proben mit Eisen-Nanopartikeln zu versehen, um Tumorzellen sichtbar zu machen. Die Kamera könnte kleinste Veränderungen in Magnetfeldern aufzeichnen und so helfen, bösartige Gewebeansammlungen zu erkennen.
3. Maschinenbau und Technik: Eisenpartikel in Motoren oder Maschinen sind oft ein Zeichen von Verschleiss. Mit der Magnetfeldkamera können eisenhaltige Partikel im Motorenöl aufgespürt werden, die auf Probleme hinweisen könnten. Auf diese Weise können Wartungsarbeiten frühzeitig eingeleitet und Schäden an der Anlage vermieden werden. Auch für die Inspektion von Gebäuden, Anlagen oder Kabeln ist diese Technologie relevant, da sie kleinste Risse oder verschlissene Stellen durch winzige Eisenpartikel erkennbar machen kann.

 Wie wurde die Kamera getestet?
Das Forschungsteam führte eine Reihe von Tests mit der Magnetfeldkamera durch, um ihre Vorzüge und Funktionalität zu bestätigen. In einem dieser Tests konnte die Kamera dank ihrer hohen Empfindlichkeit die magnetischen Signaturen von Lebensmittelproben präzise erkennen. In einem anderen Experiment wurden Eisenpartikel mit einem Durchmesser von 200 Mikrometern auf einem Teller platziert. Die Magnetfeldkamera war in der Lage, die genaue Anzahl der Partikel zu bestimmen und ihre Position sichtbar zu machen.

 Was macht die Magnetfeldkamera so besonders?
Die Kombination aus hoher Auflösung, schneller Messrate und hoher Empfindlichkeit verleiht dieser Magnetfeldkamera ein enormes Potenzial für viele Bereiche. Mit dieser bahnbrechenden Technologie können Eisenpartikel mit einer völlig neuen Präzision und Geschwindigkeit nachgewiesen werden, was sowohl die Qualitätskontrolle als auch die Sicherheitsbewertung in vielen Branchen verbessern könnte.

Diese Methode eröffnet vielversprechende Möglichkeiten, Eisen schnell und effizient zu detektieren, und könnte die Grundlage für viele moderne Messsysteme werden.