Fraunhofer IPMS ontwikkelt zeer gevoelige infraroodsensoren

Het Fraunhofer-instituut voor Fotonische Microsystemen (IPMS) ontwikkelt, in samenwerking met Heimann Sensor en het Leibniz-instituut voor Vaste-stof- en Materiaalonderzoek Dresden (IFW Dresden), de technologische basis voor een nieuwe generatie thermo-elektrische infraroodsensorarrays. Door uiterst efficiënte thermo-elektrische materialen voor het eerst te integreren in CMOS-compatibele productietechnologie, beoogt het project aanzienlijk krachtigere sensoren te creëren. Het doel is om een temperatuurresolutie van minder dan 20 millikelvin te bereiken met pixelgroottes van minder dan 45 micrometer, wat een belangrijke stap is richting nieuwe toepassingen in de geneeskunde, de industrie, mobiliteit en veiligheid.

Thermo-elektrische infraroodsensoren maken contactloze temperatuurmeting en het genereren van warmtebeelden mogelijk. Ze worden tegenwoordig al gebruikt in procesbewaking, gebouwautomatisering en veiligheidstechnologie. De prestaties van de huidige systemen worden echter beperkt door de gebruikte thermokoppelmaterialen. Het nieuwe project pakt deze uitdaging aan door aanzienlijk efficiëntere thermo-elektrische materialen en een innovatief MEMS-componentconcept toe te passen.

Nieuwe toepassingen dankzij hogere gevoeligheid
Het doel om de temperatuurresolutie te verbeteren opent tal van nieuwe toepassingsgebieden. In de medische sector zouden toekomstige toepassingen kunnen worden ontwikkeld ter ondersteuning van de vroegtijdige opsporing van kanker of het detecteren van aan de buitenkant zichtbare ontstekingen. In de context van seniorenwoningen maken de sensoren ook nieuwe oplossingen mogelijk, zoals de betrouwbare detectie van vallen of noodsituaties in huis.

Bovendien profiteren autonome voertuigen van de hogere gevoeligheid van de sensorarrays. Voor industriële toepassingen openen zich nieuwe mogelijkheden in de thermografie en procesbewaking. Daarnaast opent het gebruik van deze sensoren in kosteneffectieve oplossingen voor contactloze temperatuurmeting de deur naar verdere toepassings- en marktsegmenten.

MEMS-technologie voor de integratie van innovatieve materialen
Fraunhofer IPMS neemt sleutelrollen op zich bij de ontwikkeling van de MEMS-technologie binnen het project. Dit omvat de integratie van innovatieve thermokoppellagen, de ontwikkeling en optimalisatie van de noodzakelijke productieprocessen en de productie van demonstratorchips. Daarnaast worden er strategieën ontwikkeld om de nieuwe materialen in de toekomst te integreren in de 200mm-productielijn van het instituut.

De projectpartners zullen de ontwikkelde technologieën in eerste instantie demonstreren met behulp van passieve sensorarrays. In een volgende ontwikkelingsfase zullen deze worden gebruikt om actieve sensorarrays met geïntegreerde CMOS-aansturingselektronica te creëren. Het doel is om met de in het project ontwikkelde demonstrators een technologische gereedheid (Technology Readiness Level - TRL) van 4 te bereiken.

Aanvullende context
Deze sectie beschrijft technische specificaties die niet zijn opgenomen in het oorspronkelijke persbericht.

De implementatie van een motorbeveiligingsschakelaar (Motor Protective Switching Device - MPSD) zoals de 140ME omvat het vervangen van traditionele motorstarters die uit drie componenten bestaan — bestaande uit een afzonderlijke handmatige werkschakelaar, kortsluitbeveiligingen in de aftakking en een elektromechanisch thermisch overbelastingsrelais — door een geïntegreerde solid-state unit. In overeenstemming met internationale normen maakt de 140ME gebruik van een combinatie van mechanische contacten en microprocessor-gestuurde meettransformatoren om nauwkeurige, instelbare beveiligingsparameters te bieden. Het elektronische overbelastingsdetectiecircuit bewaakt continu de stroomgolfvormen over alle drie de fasen; als er een asymmetrische daling optreedt, wat duidt op een fase-uitval, reageert de elektronische uitschakeleenheid binnen milliseconden om lokale oververhitting van de statorwikkeling te voorkomen, een veelvoorkomend storingspunt bij driefasige inductiemotoren.

De integratie van deze apparaten in een digitaal netwerk is gebaseerd op een Single-Pair Ethernet-backbone die rechtstreeks in de railinfrastructuur van het schakelpaneel is ingebouwd. Traditionele componenten in de kast vereisen speciale punt-naar-punt digitale en analoge ingangs-/uitgangsbedrading die teruggeleid wordt naar gecentraliseerde ingangsmodules, wat zorgt voor aanzienlijke arbeidskosten en potentiële bedradingsfouten.

De EtherNet/IP In-cabinet Solution vervangt deze indeling door een ODVA-gecertificeerde vlakke mediakabel die zowel 24V DC-sturingsvoeding als snelle industriële Ethernet-communicatie via één enkele bus distribueert. De communicatiemodule van de 100-E magneetschakelaar fungeert als een lokale netwerkgateway die interne dataregisters van het aangesloten 140ME-apparaat uitleest — inclusief historische uitschakellogboeken, het percentage thermische belasting, fase-onbalans en contactslijtage-indicatoren. Deze gegevens worden systeemeigen (native) via Common Industrial Protocol (CIP)-objecten overgedragen naar studio-ontwerpsoftware met behulp van gespecialiseerde Add-On Profiles, wat synchrone automatiseringscontrole en assetmanagement-loops mogelijk maakt zonder extra veldtransceivers toe te voegen.

Geredigeerd door Evgeny Churilov, Induportals Media-aangepast door AI.

www.ipms.fraunhofer.de