Fraunhofer IPMS desenvolve sensores infravermelhos altamente sensíveis

O Instituto Fraunhofer de Microssistemas Fotônicos (IPMS), em colaboração com a Heimann Sensor e o Instituto Leibniz de Pesquisa de Estado Sólido e Materiais de Dresden (IFW Dresden), está desenvolvendo a base tecnológica para uma nova geração de matrizes (arrays) de sensores infravermelhos termoelétricos. Ao integrar materiais termoelétricos de alta eficiência na tecnologia de fabricação compatível com CMOS pela primeira vez, o projeto visa criar sensores significativamente mais potentes. O objetivo é alcançar uma resolução de temperatura inferior a 20 milikelvins com tamanhos de pixel menores que 45 micrômetros, o que representa um passo importante em direção a novas aplicações na medicina, indústria, mobilidade e segurança.

Os sensores infravermelhos termoelétricos permitem a medição de temperatura sem contato e a geração de imagens térmicas. Eles já são utilizados hoje no monitoramento de processos, automação predial e tecnologia de segurança. No entanto, o desempenho dos sistemas atuais é limitado pelos materiais de termopar utilizados. O novo projeto aborda esse desafio empregando materiais termoelétricos significativamente mais eficientes e um conceito inovador de dispositivo MEMS.

Novas Aplicações Graças à Maior Sensibilidade
O objetivo de melhorar a resolução da temperatura abre inúmeras novas áreas de aplicação. Na área médica, aplicações futuras poderiam ser desenvolvidas para apoiar a detecção precoce do câncer ou a detecção de inflamações visíveis externamente. No contexto do cuidado a idosos, os sensores também possibilitam novas soluções, como a detecção confiável de quedas ou situações de emergência no ambiente doméstico.

Além disso, os veículos autônomos se beneficiam da maior sensibilidade das matrizes de sensores. Para aplicações industriais, novas possibilidades estão se abrindo na termografia e no monitoramento de processos. Além disso, o uso desses sensores em soluções de baixo custo para medição de temperatura sem contato abre as portas para novos segmentos de aplicação e de mercado.

Tecnologia MEMS para a Integração de Novos Materiais
O Fraunhofer IPMS está assumindo papéis fundamentais no desenvolvimento da tecnologia MEMS do projeto. Isso inclui a integração de novas camadas de termopares, o desenvolvimento e a otimização dos processos de fabricação necessários e a produção de chips demonstradores. Além disso, estão sendo desenvolvidas estratégias para integrar os novos materiais na linha de produção de 200 mm do instituto no futuro.

Os parceiros do projeto demonstrarão inicialmente as tecnologias desenvolvidas usando matrizes de sensores passivos. Em uma fase de desenvolvimento subsequente, elas serão usadas para criar matrizes de sensores ativos com eletrônica de acionamento CMOS integrada. O objetivo é atingir um nível de prontidão tecnológica (TRL) 4 com os demonstradores desenvolvidos no projeto.

Contexto Adicional
Esta seção detalha especificações técnicas que não foram incluídas no comunicado de imprensa original.

A implementação de um Dispositivo de Manobra e Proteção de Motor (MPSD), como o 140ME, envolve a substituição dos tradicionais sistemas de partida de motor de três componentes — que consistem em uma chave seccionadora manual separada, fusíveis de ramal para curto-circuito e um relé de sobrecarga térmica eletromecânico — por uma unidade de estado sólido integrada. Em conformidade com as normas internacionais, o 140ME utiliza uma combinação de contatos mecânicos e transformadores de medição controlados por microprocessador para fornecer parâmetros de proteção precisos e ajustáveis. O circuito eletrônico de detecção de sobrecarga monitora continuamente as formas de onda da corrente em todas as três fases; se ocorrer uma queda assimétrica, significando uma condição de perda de fase, a unidade de disparo eletrônico atua em milissegundos para evitar o superaquecimento localizado no enrolamento do estator, um ponto de falha comum em motores de indução trifásicos.

A integração desses dispositivos em uma rede digital depende de um barramento de Single-Pair Ethernet (Ethernet de par único) construído diretamente na infraestrutura do trilho do painel de controle. Os componentes tradicionais dentro do gabinete exigem fiação dedicada de entrada/saída digital e analógica ponto a ponto, direcionada de volta para os módulos de entrada centralizados, gerando custos operacionais de mão de obra extensos e possíveis erros de fiação.

A Solução de Gabinete EtherNet/IP substitui esse layout por um cabo plano certificado pela ODVA que distribui tanto a energia de controle de 24V CC quanto a comunicação Ethernet industrial de alta velocidade através de um único barramento. O módulo de comunicação do Contator 100-E funciona como um gateway de rede local, lendo os registradores de dados internos do dispositivo 140ME conectado — incluindo históricos de registros de disparos, porcentagem de utilização térmica, desequilíbrios de corrente de fase e indicadores de desgaste de contato. Esses dados são transferidos nativamente por meio de objetos do Common Industrial Protocol (CIP) para o software de design de estúdio usando Perfis Adicionais (Add-On Profiles) especializados, permitindo loops síncronos de controle de automação e gerenciamento de ativos sem a necessidade de adicionar transceptores de campo extras.

Editado por Evgeny Churilov, Induportals Media - adaptado por AI.

www.ipms.fraunhofer.de