de Aurelien Ngongang, Product Sales Manager Sensors, Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
Până acum, foto-detectoarele bazate pe efect foto-electric şi senzorii piroelectrici bazaţi pe polarizarea cristalului erau cele mai utilizate detectoare IR (infraroşu). Ambele soluţii erau de mare complexitate, făcându-le costisitor de fabricat. Aceste tehnologii sunt de asemenea incapabile de a detecta obiecte statice.
Tehnologia cu termopile reprezintă o soluţie alternativă inteligentă. Ea se bazează pe termoelemente şi se bazează pe faptul că radiaţia de la un obiect este în mare măsură rezultatul temperaturii sale sau diferenţa dintre temperatura sa şi mediul său.
Prin comparaţie cu tehnologiile convenţionale, termopilele oferă multe avantaje, în particular costuri mai scăzute şi consum mic de spaţiu, dar şi faptul că nu necesită o sursă de energie sau un sistem de control. Ele beneficiază de asemenea de liniaritate şi precizie superioare. Spre deosebire de termo-senzorii convenţionali, care măsoară numai temperatura la nivelul unui punct de contact, termopilele sunt capabile de a măsura temperatura unei întregi arii.
Un senzor matricial IR constă din lentile, un filtru IR trece bandă, o matrice de termopile, un termistor şi un ASIC. Termistorul este utilizat pentru a măsura temperatura ambientală.
Cum lucrează un termoelement.
O termopilă constă dintr-un cuplu de termoelemente care sunt conectate electric serial. Conductoarele termoelementelor sunt realizate din materiale diferite şi sunt cuplate electric serial. Tensiunile la ambele capete sunt măsurate, iar conform efectului Seebeck, ele sunt proporţionale cu diferenţa de temperatură dintre contact şi cele două capete. Acest lucru permite unei termopile să detecteze un spectru larg, de la ultraviolet la infraroşu. Un filtru optic trece bandă asigură trecerea numai a unui spectru dorit – spectrul utilizat se va modifica de la aplicaţie la aplicaţie.
Elementele termopile aranjate corespunzător, formează o matrice. Ele citesc temperatura obiectului şi mediului ambiant, ceea ce permite determinarea direcţiei de mişcare şi imaginea termică a obiectului , permiţând detectarea obiectelor atât statice, cât şi în mişcare.
Gamă largă de utilizări
Ilustrarea unei termopile (termoelemente conectate serial).
Gama de aplicaţii ce pot beneficia de senzorii matriciali IR este mare. Aceşti senzori permit detectarea sau numărarea persoanelor şi pot fi utilizaţi pentru a crea sisteme de securitate, în care detectarea prezenţei sau mişcării unor persoane declanşează o alarmă. În cazul sistemelor de iluminare sau de aer condiţionat, o matrice de senzori IR poate conduce la economii de energie – dacă nu se detectează prezenţa sau mişcarea unei persoane, sistemul poate opri iluminarea sau diminua răcirea/încălzirea.
Cuptoarele sau cuptoarele cu microunde sunt de asemenea un potenţial câmp de utilizare – dacă senzorul detectează că mâncarea a ajuns la temperatura dorită, dispozitivul se opreşte automat.
Abilitatea de a măsura temperatura unui obiect sau a unei persoane este interesantă atât în controlul producţiei, în monitorizarea proceselor şi a maşinilor, cât şi în cazul sistemelor de securitate, detecţia din vreme a incendiilor şi termografie în cercetare & dezvoltare.
Matricele IR economice cu câmp vizual larg
Placa de evaluare permite evaluarea citirilor senzorului Grid-EYE.
Melexis oferă o matrice IR cu un aranjament 16 × 4 pixeli în forma MLX90621. Acest senzor economic oferă un câmp vizual orizontal şi vertical de până la 100° × 30°, adică un domeniu mult mai mare decât predecesorul său. În termeni de viteză de măsurare şi rezoluţie a temperaturii, el generează valori de patru ori mai bune. Poate fi garantată o rază de acţiune de 8 metri la 16Hz.
Matricea pre-calibrată operează pe un domeniu de temperatură de la -40 la 85°C şi este capabilă de a măsura temperatura exactă a unui obiect între -20 şi 300°C. Interfaţa şi controlul sunt oferite prin interfaţa digitală integrată I2C.
Doi pentru unul – matricea IR MLX90621 detectează simultan profilul de temperatură a doi pasageri dintr-un vehicul.
Viteza poate fi reglată la o actualizare a imaginii între 0,5 şi 64Hz. MLX90621, într-o capsulă metalizată TO39 compactă, este disponibil în trei variante cu diferite câmpuri vizuale (60° × 15°; 40° × 10° şi 100° × 25°). Modelul cu cel mai mare câmp vizual permite de exemplu controlul mai ieftin şi eficient al unui sistem de aer condiţionat într-un vehicul, deoarece este capabil de a înregistra profilul de temperatură al şoferului şi al pasagerului din dreapta în acelaşi timp.
Placa de evaluare EVB90621 cu soclu ZIF permite evaluarea plug-and-play a matricei IR. Prin intermediul interfeţei sale grafice, datele măsurate pot fi afişate şi înregistrate, iar parametrii cheie ai senzorului pot fi reglaţi rapid şi uşor.
Senzor matricial IR cu montare pe suprafaţă
Primul senzor matricial cu termopile cu montare pe suprafaţă în formă compactă SMD vine de la Panasonic – Grid-EYE are 64 de termopile într-o matrice 8×8. Aceasta este combinată într-o carcasă cu un cip senzorial MEMS, un ASIC (interfaţă I²C) şi lentile din siliciu cu câmp vizual de 60°. În acest fel, Grid-EYE poate detecta în acelaşi timp multiple persoane aflate sau nu în mişcare (în direcţia de mers), iar temperatura suprafeţei sale poate să fie măsurată extrem de precis în timp real.
Grid-EYE este un senzor foarte prietenos şi economic, ideal pentru aplicaţii wireless IoT (Internetul Lucrurilor) atunci când este combinat cu modulul inteligent Panasonic “nanopower” Bluetooth® şi software-ul de detecţie a persoanelor bazat pe IR.
Rutronik Elektronische Bauelemente
www.rutronik.com