Fraunhofer IPMS sviluppa sensori a infrarossi ad alta sensibilità

Il Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems (IPMS), in collaborazione con Heimann Sensor e il Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden), sta sviluppando le basi tecnologiche per una nuova generazione di array di sensori a infrarossi termoelettrici. Integrando per la prima volta materiali termoelettrici altamente efficienti nella tecnologia di produzione compatibile con i CMOS, il progetto mira a creare sensori significativamente più potenti. L'obiettivo è raggiungere una risoluzione della temperatura inferiore a 20 millikelvin con dimensioni dei pixel inferiori a 45 micrometri, il che rappresenta un passo importante verso nuove applicazioni in medicina, industria, mobilità e sicurezza.

I sensori a infrarossi termoelettrici consentono la misurazione della temperatura senza contatto e la generazione di immagini termiche. Sono già utilizzati oggi nel monitoraggio dei processi, nell'automazione degli edifici e nelle tecnologie di sicurezza. Tuttavia, le prestazioni dei sistemi attuali sono limitate dai materiali delle termocoppie utilizzati. Il nuovo progetto affronta questa sfida impiegando materiali termoelettrici significativamente più efficienti e un concetto di dispositivo MEMS innovativo.

Nuove applicazioni grazie a una maggiore sensibilità
L'obiettivo di migliorare la risoluzione della temperatura apre numerose nuove aree di applicazione. In campo medico, si potrebbero sviluppare future applicazioni per supportare la diagnosi precoce del cancro o il rilevamento di infiammazioni visibili esternamente. Nel contesto della vita degli anziani, i sensori consentono anche nuove soluzioni, come il rilevamento affidabile di cadute o situazioni di emergenza in casa.

Inoltre, i veicoli autonomi beneficiano della maggiore sensibilità degli array di sensori. Per le applicazioni industriali, si aprono nuove possibilità nella termografia e nel monitoraggio dei processi. Inoltre, l'uso di questi sensori in soluzioni economiche per la misurazione della temperatura senza contatto apre le porte a ulteriori segmenti di applicazione e di mercato.

Tecnologia MEMS per l'integrazione di materiali innovativi
Il Fraunhofer IPMS sta assumendo ruoli chiave nello sviluppo della tecnologia MEMS del progetto. Ciò include l'integrazione di nuovi strati di termocoppie, lo sviluppo e l'ottimizzazione dei processi di produzione necessari e la produzione di chip dimostrativi. Inoltre, si stanno sviluppando strategie per integrare in futuro i nuovi materiali nella linea di produzione da 200 mm dell'istituto.

I partner del progetto dimostreranno inizialmente le tecnologie sviluppate utilizzando array di sensori passivi. In una fase di sviluppo successiva, questi verranno utilizzati per creare array di sensori attivi con elettronica di pilotaggio CMOS integrata. L'obiettivo è raggiungere un livello di maturità tecnologica (TRL) pari a 4 con i dimostratori sviluppati nel progetto.

Contesto aggiuntivo
Questa sezione descrive in dettaglio specifiche tecniche non incluse nel comunicato stampa originale.

L'implementazione di un interruttore salvamotore (MPSD) come il 140ME comporta la sostituzione dei tradizionali avviatori motore a tre componenti – costituiti da un sezionatore manuale separato, fusibili di derivazione per cortocircuito e un relè di sovraccarico termico elettromeccanico – con un'unità a stato solido integrata. In conformità con gli standard internazionali, il 140ME utilizza una combinazione di contatti meccanici e trasformatori di misura controllati da microprocessore per fornire parametri di protezione precisi e regolabili. Il circuito elettronico di rilevamento del sovraccarico monitora continuamente le forme d'onda della corrente su tutte e tre le fasi; se si verifica un calo asimmetrico, che segnala una condizione di perdita di fase, l'unità di sgancio elettronica agisce entro pochi millisecondi per prevenire il surriscaldamento localizzato dell'avvolgimento dello statore, un punto di guasto comune nei motori a induzione trifase.

L'integrazione di questi dispositivi in una rete digitale si basa su una dorsale Single-Pair Ethernet integrata direttamente nell'infrastruttura a guida del quadro di controllo. I componenti tradizionali all'interno del quadro richiedono un cablaggio dedicato punto a punto per gli ingressi/uscite digitali e analogici instradato verso moduli di ingresso centralizzati, creando un notevole dispendio di manodopera e potenziali errori di cablaggio.

La soluzione In-cabinet EtherNet/IP sostituisce questa configurazione con un cavo piatto certificato ODVA che distribuisce sia l'alimentazione di controllo a 24 V CC sia la comunicazione Ethernet industriale ad alta velocità su un unico bus. Il modulo di comunicazione del contattore 100-E funge da gateway di rete locale, leggendo i registri di dati interni del dispositivo 140ME collegato, inclusi i registri storici degli interventi, la percentuale di utilizzo termico, gli squilibri della corrente di fase e gli indicatori di usura dei contatti. Questi dati vengono trasferiti nativamente tramite oggetti Common Industrial Protocol (CIP) nel software di progettazione dello studio utilizzando speciali profili Add-On, consentendo cicli di controllo dell'automazione e di gestione delle risorse sincroni senza aggiungere ricetrasmettitori di campo extra.

A cura di Romila DSilva, redattrice di Induportals, con l'assistenza dell'IA.