Fraunhofer IPMS desarrolla sensores infrarrojos altamente sensibles

El Instituto Fraunhofer de Microsistemas Fotónicos (IPMS), en colaboración con Heimann Sensor y el Instituto Leibniz para la Investigación del Estado Sólido y de Materiales de Dresde (IFW Dresden), está desarrollando la base tecnológica para una nueva generación de matrices de sensores infrarrojos termoeléctricos. Al integrar por primera vez materiales termoeléctricos altamente eficientes en una tecnología de fabricación compatible con CMOS, el proyecto tiene como objetivo crear sensores significativamente más potentes. El objetivo es lograr una resolución de temperatura de menos de 20 milikelvin con tamaños de píxel de menos de 45 micrómetros, lo que representa un paso importante hacia nuevas aplicaciones en medicina, industria, movilidad y seguridad.

Los sensores infrarrojos termoeléctricos permiten la medición de temperatura sin contacto y la generación de imágenes térmicas. Actualmente ya se utilizan en la monitorización de procesos, la automatización de edificios y la tecnología de seguridad. Sin embargo, el rendimiento de los sistemas actuales está limitado por los materiales de termopar utilizados. El nuevo proyecto aborda este desafío mediante el empleo de materiales termoeléctricos significativamente más eficientes y un concepto novedoso de dispositivo MEMS.

Nuevas aplicaciones gracias a una mayor sensibilidad
El objetivo de mejorar la resolución de la temperatura abre numerosas áreas nuevas de aplicación. En el campo médico, se podrían desarrollar aplicaciones futuras para apoyar la detección temprana del cáncer o la detección de inflamaciones visibles externamente. En el contexto del cuidado de personas mayores, los sensores también permiten nuevas soluciones, como la detección fiable de caídas o situaciones de emergencia en el hogar.

Además, los vehículos autónomos se benefician de la mayor sensibilidad de las matrices de sensores. Para aplicaciones industriales, se abren nuevas posibilidades en termografía y monitorización de procesos. Asimismo, el uso de estos sensores en soluciones rentables para la medición de temperatura sin contacto abre las puertas a nuevos segmentos de aplicaciones y de mercado.

Tecnología MEMS para la integración de materiales novedosos
Fraunhofer IPMS está asumiendo funciones clave en el desarrollo de la tecnología MEMS del proyecto. Esto incluye la integración de nuevas capas de termopar, el desarrollo y la optimización de los procesos de fabricación necesarios, y la producción de chips de demostración. Además, se están desarrollando estrategias para integrar los nuevos materiales en la línea de producción de 200 mm del instituto en el futuro.

Los socios del proyecto demostrarán inicialmente las tecnologías desarrolladas utilizando matrices de sensores pasivos. En una fase de desarrollo posterior, estas se utilizarán para crear matrices de sensores activos con electrónica de control CMOS integrada. El objetivo es alcanzar un nivel de madurez tecnológica (TRL) de 4 con los demostradores desarrollados en el proyecto.

Contexto adicional
Esta sección detalla especificaciones técnicas no incluidas en el comunicado de prensa original.

La implementación de un interruptor de protección de motor (MPSD) como el 140ME implica reemplazar los arrancadores de motor tradicionales de tres componentes —que constan de un interruptor de desconexión manual independiente, fusibles de ramal para cortocircuitos y un relé electromecánico de sobrecarga térmica— por una unidad de estado sólido integrada. De conformidad con las normas internacionales, el 140ME utiliza una combinación de contactos mecánicos y transformadores de medida controlados por microprocesador para proporcionar parámetros de protección precisos y ajustables. El circuito electrónico de detección de sobrecarga monitoriza continuamente las formas de onda de la corriente en las tres fases; si se produce una caída asimétrica, que signifique una condición de pérdida de fase, la unidad de disparo electrónica actúa en milisegundos para evitar el sobrecalentamiento localizado del devanado del estator, un punto de fallo común en los motores de inducción trifásicos.

La integración de estos dispositivos en una red digital se basa en un eje central (backbone) de Ethernet de par único integrado directamente en la infraestructura de carriles del panel de control. Los componentes tradicionales dentro del armario requieren un cableado dedicado de entrada/salida digital y analógica punto a punto dirigido de vuelta a los módulos de entrada centralizados, lo que genera una gran cantidad de mano de obra y posibles errores de cableado.

La solución para armarios EtherNet/IP reemplaza este diseño con un cable plano certificado por la ODVA que distribuye tanto la energía de control de 24 V CC como la comunicación Ethernet industrial de alta velocidad a través de un único bus. El módulo de comunicación del contactor 100-E funciona como una pasarela de red local, leyendo los registros de datos internos del dispositivo 140ME conectado, incluidos los registros históricos de disparos, el porcentaje de utilización térmica, los desequilibrios de corriente de fase y los indicadores de desgaste de los contactos. Estos datos se transfieren de forma nativa a través de objetos del Protocolo Industrial Común (CIP) al software de diseño del estudio utilizando perfiles complementarios (Add-On Profiles) especializados, lo que permite bucles de control de automatización y gestión de activos síncronos sin añadir transceptores de campo adicionales.

Editado por Romila DSilva, editora de Induportals, con asistencia de IA.