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紅外傳感器與物聯網的相輔相成

       在過去的十年里,智能技術和物聯網(IoT)經歷了舉世矚目的進步,并對工業和人們的日常生活產生了巨大影響,這很大程度上得益于越來越精密的傳感器不斷發展。

  如今,電子傳感器和探測器在汽車、制造設備、消費產品和家庭等領域實現了前所未有的自動化功能。移動設備的普及和與其相關的計算能力、專用應用以及無形互聯等因素,均正在推動著消費者對更綜合、更智能電子產品的需求提升,從而使其日常生活的各個方面更加自動化。

 

       IoT正推動著智能家居技術領域的快速增長,并要求更智能的紅外傳感器技術來支持日益增長的智能家居互聯創新。

  為了刺激消費需求,快速創新帶來了新一代可以快速、自動處理日常運行的智能設備。同時在不斷進步的接口技術的幫助下,這些設備可以啟用、禁用和預編程各項功能。功能越復雜、越自動化,就越要求電子設備能夠從其運行環境中獲得更多的感知數據,例如溫度、動作和人員存在等信息,并根據這些數據運行和交互。

  紅外探測

  舉例說明,空調和供暖系統是家庭用電中最耗電的部分。使用紅外傳感器的智能恒溫器可以根據人員動作和是否出現來進行控制,以節省能源并保持氣溫舒適。先進的暖通系統(HVAC systems)可以利用紅外傳感器來掃描房間,產生熱圖并控制空氣溫度。紅外傳感器通過提供實時的環境必要信息來自動激活和控制恒溫器。通過提供房間詳細的熱信息,即使是穿透窗戶的陽光的熱量也可計算在內,以精確地計算出房間的冷熱需求。

       運動檢測是智能家居產品和系統中的關鍵組成部分。

  紅外熱傳感器憑借多功能、易于集成、成本相對低廉且對人類熱量敏感等特性,因此它們特別適于人機界面應用。紅外傳感技術領域的重大進展有助于簡化系統集成,以滿足消費類產品所需的高競爭力和快速上市周期。

       紅外運動熱探測是入侵警報和家庭安全系統中傳感器技術的重要組成部分。

  隨著產品應用的擴展,為了滿足智能設備日益增長的感知需求,提出了許多迫切需求,包括微型化、軟件控制的靈活性、能效、增強的靈敏度,以及易于集成的產品設計。在許多情況下,這些改進可以相互作用,相互促進。

  微型化

  消費者的需求趨向于對更緊湊且方便的智能設備的持續迭代,即更小的尺寸和更低的存在感。因此,隨著智能技術在家庭和個人設備中的實用性能越來越高,原始設備制造商(OEM)正在尋找將更多技術和功能封裝在更小器件中的方法。這意味著需要既緊湊又足夠實用的更小的傳感器元件和設計,以使智能系統本身幾乎無形的存在于我們的身邊。其目標是盡可能地節省空間,將盡可能多的器件集成到其應用環境中。與傳統集成透鏡的晶體管封裝(TO封裝)設計相比, Excelitas的SMD(表面貼裝器件)紅外熱探測器等新型封裝可顯著地縮小尺寸,從而提高了空間效率。

  SMD封裝支持機器組裝型生產,因而,更適于滿足快速增長的消費類細分市場所需求的高效生產線。

  SMD封裝傳感器的尺寸更小,因此每平方毫米可以容納更多的微型傳感器,以支持日益緊湊的電子主機設備設計。與更小尺寸相一致的是需要縮小光學系統,使其盡可能地小。傳統上用于提供遠程探測應用所需性能的Fresnel(菲涅爾)塑料透鏡,相當龐大。為了實現微尺寸器件而縮小這些透鏡時,紅外傳感器必須通過更高的靈敏度來進行補償。

  專有傳感器襯底設計的進步和發展,正在大幅提升傳感器面積,這意味著靈敏度的提高(如更快速地觸發較弱的事件信號)和有效傳感范圍的擴展。如今最新的SMD傳感器設計完全能夠無需笨重的放大鏡或窗口,在三米范圍內有效的進行事件檢測,從而在主機系統設計中進一步提升空間效率。

  改進的信號處理

  微型化、增強的傳感器靈活性和軟件控制功能,促進了智能產品設計的空間利用和多功能性。先進的專用集成電路(ASIC)和改進的數字紅外傳感器技術的信號處理,現在可使紅外傳感器監測和探測多個因素,并區分動作探測事件與存在監測。這可以簡化在主機系統網格網絡中使用各類傳感器點的能力,并將來自不同位置的專用數據傳遞到主機系統的中央控制區。

  舉例來說,在智能家居的暖通空調控制系統(HVAC control system)中,傳感器網絡可以通過探測人類的進入使系統從“待機”模式中激活,在特定激活區域監控人類是否存在,當人們進入智能家庭的其他區域時探測到運動、并最終監控/報告整個家庭的環境溫度,且將如日照移動、夜幕降臨或者天氣波動等變量的影響都計算在內。正是此類網絡的集成將持續推動數字傳感器的發展,并擴展紅外傳感技術在消費領域的應用。

  延長的電源效率

  優化傳感器的能源需求,不僅延長了遠程及移動智能設備的使用壽命,而且,它還將通過顯著降低電力需求來減小設備的尺寸。鋰電池極大地提高了設備的可移動性,起先是智能手機使用小型高效的可充電電池,目前市面上還有電動汽車和電動自行車等其他產品在使用。在家用設備中,鋰電池驅動的智能產品和系統正在減少對硬連線設施的需求。電燈開關、電話、門鈴和互聯網協議(IP)攝像頭只是其中的幾個例子。

Excelitas的低功耗DigiPyro 1500系列傳感器經過改進可利用1.8伏電源運行,以延長其現場使用壽命,并降低了智能家居和便攜式電子設備的電力需求,提高了空間經濟性。

  對于這些設備,充電前的可運行時間成為一項重要指標。例如,IP攝像頭可安裝在不影響用戶日常充電的位置上進行充電。這使得鋰電池能夠提供數月或數年的電池運行時間。為了使電池驅動型設備充分利用低電壓優勢,許多微處理器現已支持1.8伏運行。低電流消耗可使整體電力預算減少,因此可實現長期運行。這就要求開發“支持1.8伏運行且需要更少電流的”新型傳感器,最近才在該技術上取得突破進展。

  更高的靈敏度

  電源效率和性能的一個重要方面就是無源傳感器在“睡眠”模式下的運行能力,不僅需要在待機狀態下能耗盡可能低,而且要求具有快如閃電的喚醒功能來激活主機智能設備。

  例如,對于安全或家庭監控攝像頭來說,這可以使應用效果大不相同——如攝像頭可被設置從待機模式“喚醒”,并快速自動對焦,從而在視野范圍內捕捉到有意義的動作圖像。由于設備只有在探測到人的存在時才使用全功率,因此這樣既可延長設備的使用壽命,也可減少設備所需能耗。

  即使當設備處于睡眠模式時,為達到必要的喚醒和快速激活,也需要精確的靈敏度。通常情況下,這些應用使用的使熱釋電探測器和傳感器。它們可為遠程運動探測提供高靈敏度和高頻率響應。將運動信號直接傳送給微處理器,實現最好的響應和靈敏度,然后可以用基于環境條件和設置的軟件程序來處理。

  智能產品領域節湊快且多變。OEM在短時間內開發和推出產品的能力,對產品的成敗有很大影響。

  OEM設計工程師需要易于集成的傳感器來實現更短的產品設計周期。開發時間可以通過利用帶有現成設計模塊的電子設備來進行集成,由于當今大多數電子設備都專注于數字技術,因此最好就是數字技術。這就意味著各種各樣的傳感器都需要數字化,并且能與周圍電子設備進行通信。

  在日常生活中,智能設備將繼續不斷增長,并獲得越來越多的角色。電池驅動的開關、IP攝像頭和安全燈提升了生活和工作環境的總體安全性和便利性,同時也提高了能源效率。當通過IoT連接時,整個性能將變得更加智能和方便。

  更重要的是,基于存在和運動的環境適應將成為一種商品。在新應用中對更復雜的交互式需求將推動包括上述傳感器技術創新在內的各類技術的持續發展。傳感器,尤其是紅外傳感器,無疑將繼續在IoT和智能產品領域的技術支持中發揮關鍵作用。


來源:微迷網

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