Fraunhofer IPMS vyvíjí vysoce citlivé infračervené senzory

Fraunhoferův institut pro fotonické mikrosystémy (IPMS) vyvíjí ve spolupráci se společností Heimann Sensor a Leibnizovým institutem pro výzkum pevných látek a materiálů v Drážďanech (IFW Dresden) technologický základ pro novou generaci termoelektrických polí infračervených senzorů. Integrací vysoce účinných termoelektrických materiálů do výrobní technologie kompatibilní s CMOS, která je realizována vůbec poprvé, má projekt za cíl vytvořit výrazně výkonnější senzory. Cílem je dosáhnout teplotního rozlišení nižšího než 20 milikelvinů při velikosti pixelů pod 45 mikrometrů, což představuje významný krok směrem k novým aplikacím v medicíně, průmyslu, mobilitě a bezpečnosti.

Termoelektrické infračervené senzory umožňují bezkontaktní měření teploty a generování termovizních snímků. Již dnes se využívají při monitorování procesů, automatizaci budov a v bezpečnostních technologiích. Výkon současných systémů je však omezen vlastnostmi použitých materiálů termočlánků. Nový projekt na tuto výzvu reaguje využitím výrazně efektivnějších termoelektrických materiálů a nového konceptu MEMS součástek.

Nové aplikace díky vyšší citlivosti
Cíl v podobě zlepšení teplotního rozlišení otevírá řadu nových oblastí použití. V lékařské oblasti by mohly být vyvinuty budoucí aplikace na podporu včasné detekce rakoviny nebo odhalování navenek viditelných zánětů. V kontextu péče o seniory umožňují tyto senzory nová řešení, jako je spolehlivá detekce pádů nebo nouzových situací v domácnosti.

Z vyšší citlivosti senzorových polí profitují také autonomní vozidla. Pro průmyslové aplikace se otevírají nové možnosti v termografii a monitorování procesů. Využití těchto senzorů v cenově výhodných řešeních pro bezkontaktní měření teploty navíc otevírá dveře do dalších aplikačních a tržních segmentů.

Technologie MEMS pro integraci inovativních materiálů
Fraunhofer IPMS přebírá klíčové role v technologickém vývoji MEMS v rámci tohoto projektu. To zahrnuje integraci nových termočlánkových vrstev, vývoj a optimalizaci nezbytných výrobních procesů a produkci demonstrátorových čipů. Kromě toho se vyvíjejí strategie pro budoucí integraci těchto nových materiálů do 200mm výrobní linky institutu.

Projektoví partneři nejprve demonstrují vyvinuté technologie na pasivních senzorových polích. V následné fázi vývoje pak budou tyto technologie využity k vytvoření aktivních senzorových polí s integrovanou řídicí elektronikou CMOS. Cílem je dosáhnout s demonstrátory vyvinutými v rámci projektu úrovně technologické připravenosti (TRL) 4.

Dodatečný kontext
Tato část podrobně popisuje technické specifikace, které nebyly zahrnuty v původní tiskové zprávě.

Implementace motorového jističe (MPSD), jako je typ 140ME, zahrnuje náhradu tradičních třísložkových motorových spouštěčů – sestávajících ze samostatného manuálního odpojovače, pojistek zkratové větve a elektromechanického tepelného nadproudového relé – integrovanou polovodičovou jednotkou. V souladu s mezinárodními standardy využívá model 140ME kombinaci mechanických kontaktů a mikroprocesorem řízených měřicích transformátorů, což zajišťuje přesné a nastavitelné ochranné parametry. Elektronické obvody pro snímání přetížení nepřetržitě monitorují průběhy proudu ve všech třech fázích; pokud dojde k asymetrickému poklesu, který značí výpadek fáze, elektronická spoušť zasáhne v řádu milisekund, aby zabránila lokálnímu přehřátí vinutí statoru, což je běžné místo poruchy u třífázových indukčních motorů.

Integrace těchto zařízení do digitální sítě spoléhá na páteřní síť Single-Pair Ethernet zabudovanou přímo do lištové infrastruktury řídicího panelu. Tradiční komponenty uvnitř rozvaděče vyžadují vyhrazené bod-bod (point-to-point) digitální a analogové kabelové vedení vstupů a výstupů, které je směrováno zpět k centrálním vstupním modulům, což s sebou nese vysoké pracovní náklady a riziko chyb v zapojení.

Řešení EtherNet/IP In-cabinet nahrazuje toto uspořádání plochým kabelovým médiem s certifikací ODVA, které distribuuje jak 24V DC řídicí napájení, tak vysokorychlostní průmyslovou ethernetovou komunikaci po jediné sběrnici. Komunikační modul stykače 100-E funguje jako lokální síťová brána, která vyčítá interní datové registry z připojeného zařízení 140ME – včetně historie záznamů o vybavení, procentuálního tepelného využití, nesymetrie fázových proudů a indikátorů opotřebení kontaktů. Tato data jsou nativně přenášena prostřednictvím objektů Common Industrial Protocol (CIP) do návrhového softwaru studia s využitím specializovaných profilů Add-On Profiles, což umožňuje synchronní automatizační řízení a smyčky správy aktiv bez nutnosti přidávání dalších externích transceiverů.

Editoval Evgeny Churilov, Induportals Media-upraveno AI.

www.ipms.fraunhofer.de