Le Fraunhofer IPMS développe des capteurs infrarouges hautement sensibles

L'Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques (IPMS), en collaboration avec Heimann Sensor et l'Institut Leibniz pour la recherche sur l'état solide et des matériaux de Dresde (IFW Dresden), développe les bases technologiques d'une nouvelle génération de matrices de capteurs infrarouges thermoélectriques. En intégrant pour la première fois des matériaux thermoélectriques hautement efficaces dans une technologie de fabrication compatible CMOS, le projet vise à créer des capteurs nettement plus puissants. L'objectif est d'atteindre une résolution thermique inférieure à 20 millikelvins avec des tailles de pixels inférieures à 45 micromètres, ce qui constitue une étape importante vers de nouvelles applications dans la médecine, l'industrie, la mobilité et la sécurité.

Les capteurs infrarouges thermoélectriques permettent de mesurer la température sans contact et de générer des images thermiques. Ils sont déjà utilisés aujourd'hui dans la surveillance des processus, l'automatisation des bâtiments et les technologies de sécurité. Cependant, les performances des systèmes actuels sont limitées par les matériaux de thermocouples utilisés. Le nouveau projet relève ce défi en employant des matériaux thermoélectriques nettement plus efficaces et un concept de dispositif MEMS novateur.

De nouvelles applications grâce à une sensibilité accrue
L'objectif d'améliorer la résolution thermique ouvre de nombreux nouveaux domaines d'application. Dans le domaine médical, de futures applications pourraient être développées pour soutenir la détection précoce du cancer ou la détection d'inflammations visibles de l'extérieur. Dans le contexte du logement des personnes âgées, les capteurs permettent également de nouvelles solutions, telles que la détection fiable des chutes ou des situations d'urgence à domicile.

De plus, les véhicules autonomes bénéficient de la sensibilité accrue des matrices de capteurs. Pour les applications industrielles, de nouvelles possibilités s'ouvrent dans la thermographie et la surveillance des processus. En outre, l'utilisation de ces capteurs dans des solutions économiques pour la mesure de la température sans contact ouvre la porte à d'autres applications et segments de marché.

La technologie MEMS pour l'intégration de matériaux novateurs
Le Fraunhofer IPMS joue des rôles clés dans le développement de la technologie MEMS du projet. Cela comprend l'intégration de nouvelles couches de thermocouples, le développement et l'optimisation des processus de fabrication nécessaires, ainsi que la production de puces de démonstration. De plus, des stratégies sont en cours de développement pour intégrer à l'avenir ces nouveaux matériaux dans la ligne de production 200 mm de l'institut.

Les partenaires du projet feront d'abord la démonstration des technologies développées à l'aide de matrices de capteurs passifs. Dans une phase de développement ultérieure, celles-ci seront utilisées pour créer des matrices de capteurs actifs dotées d'une électronique de commande CMOS intégrée. L'objectif est d'atteindre un niveau de maturité technologique (TRL) de 4 avec les démonstrateurs développés dans le cadre du projet.

Contexte supplémentaire
Cette section détaille des spécifications techniques non incluses dans le communiqué de presse original.

La mise en œuvre d'un disjoncteur de protection moteur (MPSD) comme le 140ME implique le remplacement des démarreurs de moteur traditionnels à trois composants – comprenant un sectionneur manuel séparé, des fusibles de dérivation contre les courts-circuits et un relais électromécanique de surcharge thermique – par une unité statique intégrée. Conformément aux normes internationales, le 140ME utilise une combinaison de contacts mécaniques et de transformateurs de mesure contrôlés par microprocesseur pour fournir des paramètres de protection précis et réglables. Le circuit électronique de détection de surcharge surveille en continu les formes d'onde du courant sur les trois phases ; si une chute asymétrique se produit, signifiant une condition de perte de phase, l'unité de déclenchement électronique agit en quelques millisecondes pour empêcher une surchauffe localisée de l'enroulement du stator, un point de défaillance courant dans les moteurs à induction triphasés.

L'intégration de ces dispositifs dans un réseau numérique repose sur un réseau dorsal Single-Pair Ethernet (Ethernet à paire unique) intégré directement dans l'infrastructure de rails de l'armoire de commande. Les composants traditionnels en armoire nécessitent un câblage dédié d'entrée/sortie numérique et analogique point à point acheminé vers des modules d'entrée centralisés, ce qui génère une main-d'œuvre importante et des erreurs de câblage potentielles.

La solution en armoire EtherNet/IP remplace cette configuration par un câble plat certifié ODVA qui distribue à la fois l'alimentation de commande 24 V CC et les communications Ethernet industrielles à haute vitesse sur un seul bus. Le module de communication du contacteur 100-E fonctionne comme une passerelle réseau locale, lisant les registres de données internes de l'appareil 140ME connecté – y compris les historiques de déclenchement, le pourcentage d'utilisation thermique, les déséquilibres de courant de phase et les indicateurs d'usure des contacts. Ces données sont transférées nativement via des objets du protocole industriel commun (CIP) dans le logiciel de conception de studio à l'aide de profils complémentaires (Add-On Profiles) spécialisés, permettant des boucles de contrôle d'automatisation et de gestion des actifs synchrones sans ajouter d'émetteurs-récepteurs de terrain supplémentaires.

Édité par Romila DSilva, éditrice chez Induportals, avec l'aide de l'IA.