Fraunhofer IPMS opracowuje bardzo czułe czujniki podczerwieni

Instytut Fraunhofera ds. Fotonicznych Mikrosystemów (IPMS), we współpracy z firmą Heimann Sensor oraz Instytutem Badań nad Ciałami Stałymi i Materiałoznawstwem im. Leibniza w Dreźnie (IFW Dresden), opracowuje podstawy technologiczne dla nowej generacji matryc termoelektrycznych czujników podczerwieni. Poprzez zintegrowanie wysoce wydajnych materiałów termoelektrycznych z technologią produkcji kompatybilną z CMOS po raz pierwszy w historii, projekt ma na celu stworzenie znacznie potężniejszych czujników. Celem jest osiągnięcie rozdzielczości temperaturowej poniżej 20 milikelwinów przy rozmiarach pikseli mniejszych niż 45 mikrometrów, co stanowi istotny krok w kierunku nowych zastosowań w medycynie, przemyśle, mobilności i bezpieczeństwie.

Termoelektryczne czujniki podczerwieni umożliwiają bezkontaktowy pomiar temperatury oraz generowanie obrazów termicznych. Są one już dziś stosowane w monitorowaniu procesów, automatyce budynkowej oraz technologii bezpieczeństwa. Jednak wydajność obecnych systemów jest ograniczona przez stosowane materiały termopar. Nowy projekt odpowiada na to wyzwanie poprzez zastosowanie znacznie wydajniejszych materiałów termoelektrycznych oraz nowatorskiej koncepcji urządzeń MEMS.

Nowe zastosowania dzięki wyższej czułości
Cel, jakim jest poprawa rozdzielczości temperaturowej, otwiera liczne nowe obszary zastosowań. W dziedzinie medycyny przyszłe aplikacje mogłyby zostać opracowane w celu wspierania wczesnego wykrywania nowotworów lub wykrywania widocznych z zewnątrz stanów zapalnych. W kontekście opieki nad seniorami czujniki umożliwiają również tworzenie nowych rozwiązań, takich jak niezawodne wykrywanie upadków lub sytuacji awaryjnych w domu.

Ponadto pojazdy autonomiczne zyskują dzięki wyższej czułości matryc czujników. W zastosowaniach przemysłowych otwierają się nowe możliwości w termografii i monitorowaniu procesów. Dodatkowo, wykorzystanie tych czujników w opłacalnych rozwiązaniach do bezkontaktowego pomiaru temperatury otwiera drzwi do kolejnych zastosowań i segmentów rynku.

Technologia MEMS dla integracji nowatorskich materiałów
Instytut Fraunhofera IPMS podejmuje kluczowe role w rozwoju technologii MEMS w ramach tego projektu. Obejmuje to integrację nowatorskich warstw termopar, rozwój i optymalizację niezbędnych procesów produkcyjnych oraz produkcję chipów demonstracyjnych. Ponadto opracowywane są strategie mające na celu przyszłą integrację nowych materiałów z należącą do instytutu linią produkcyjną 200 mm.

Partnerzy projektu początkowo zademonstrują opracowane technologie przy użyciu pasywnych matryc czujników. W kolejnej fazie rozwoju zostaną one wykorzystane do stworzenia aktywnych matryc czujników ze zintegrowanymi układami sterowania CMOS. Celem jest osiągnięcie poziomu gotowości technologicznej (TRL) 4 dla demonstratorów opracowanych w tym projekcie.

Dodatkowy kontekst
Niniejsza sekcja szczegółowo opisuje specyfikacje techniczne, które nie zostały zawarte w pierwotnym komunikacie prasowym.

Wdrożenie wyłącznika silnikowego (MPSD), takiego jak model 140ME, wiąże się z zastąpieniem tradycyjnych, trzyelementowych układów rozruchowych silnika – składających się z osobnego odłącznika ręcznego, bezpieczników zwarciowych w gałęzi oraz elektromechanicznego przekaźnika przeciążeniowego – jednym zintegrowanym urządzeniem półprzewodnikowym. Zgodnie z międzynarodowymi normami, model 140ME wykorzystuje połączenie styków mechanicznych i mikroprocesorowych przekładników pomiarowych w celu zapewnienia precyzyjnych, regulowanych parametrów ochrony.

Elektroniczny układ wykrywania przeciążenia stale monitoruje przebiegi prądu we wszystkich trzech fazach. W przypadku wystąpienia asymetrycznego spadku, sygnalizującego zanik fazy, elektroniczny wyzwalacz reaguje w ciągu milisekund, aby zapobiec lokalnemu przegrzaniu uzwojenia stojana, co jest częstym punktem awarii w trójfazowych silnikach indukcyjnych.

Integracja tych urządzeń z siecią cyfrową opiera się na szkielecie sieciowym typu Single-Pair Ethernet (jednoparowy Ethernet), wbudowanym bezpośrednio w infrastrukturę szynową szafy sterowniczej. Tradycyjne komponenty wewnątrz szafy wymagają dedykowanego, punktowego okablowania dla cyfrowych i analogowych wejść/wyjść, prowadzonego z powrotem do scentralizowanych modułów wejściowych, co generuje duże nakłady pracy i ryzyko błędów w połączeniach.

Rozwiązanie EtherNet/IP In-cabinet zastępuje ten układ płaskim kablem magistralnym z certyfikatem ODVA, który dystrybuuje zarówno napięcie sterujące 24V DC, jak i szybką przemysłową komunikację Ethernet za pomocą jednej szyny. Moduł komunikacyjny stycznika 100-E działa jako lokalna brama sieciowa, odczytując wewnętrzne rejestry danych z podłączonego urządzenia 140ME – w tym historyczne rejestry wyzwoleń, procentowe wykorzystanie termiczne, asymetrię prądów fazowych oraz wskaźniki zużycia styków. Dane te są przesyłane natywnie za pomocą obiektów Common Industrial Protocol (CIP) do oprogramowania projektowego studio przy użyciu specjalistycznych profili Add-On Profiles (AOP), co umożliwia synchroniczne sterowanie automatyką i pętle zarządzania zasobami bez konieczności dodawania dodatkowych nadajników-odbiorników polowych.

Pod redakcją Evgeny Churilov, Induportals Media-zaadaptowane przez AI.

www.ipms.fraunhofer.de