Innovative Sensorlösungen von Heimann Sensor: Pioniere in der Sensortechnologie

Die moderne Welt ist von Sensoren durchdrungen, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von der Industrieautomation bis hin zur Medizintechnik. In diesem Zusammenhang hat sich Heimann Sensor als führendes Unternehmen etabliert, das wegweisende Sensorlösungen entwickelt und produziert. Mit einer beeindruckenden Geschichte und einem Fokus auf Innovation hat sich Heimann Sensor als vertrauenswürdiger Partner für Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen weltweit etabliert.

Gegründet vor 22 Jahren, mit bereits langjähriger Erfahrung der ersten Mitarbeiter in der Infrarotsensortechnologie, konnte eine Grundlage geschaffen werden, die dazu diente in den kommenden Jahren stetig neue Produkte zu entwickeln und technologische Weltrekorde gemäß dem Motto „We love INfraNOVATIONS“ aufzusetzen.

Technologische Spitzenleistungen:

Diese Innovationen basieren auf monolithischen Thermosäulen (Thermopiles), die mit moderner Halbleitertechnologien und mikroelektromechanischen System (MEMS)-Methoden zur Zeit Sensoren mit einer maximalen Auflösung von 160x120px bei einer minimalen Pixelgröße von 45µm in einem TO-8 Gehäuse ermöglichen. Aktuellste Entwicklungen z.B. im Design der Pixel, des Absorbermaterials, - sowie der Geometrie führen zusammen mit der passenden Auswahl des Schutzgases bzw. dem Wafer Level Packaging (WLP) und einer passenden Optik-Beschichtung in den neuesten Sensor Generationen zu einem deutlichen Anstieg des Signal/Rausch-Verhältnisses SNR. Dies wirkt sich nicht nur positiv auf die thermische Auflösung (NETD) aus, sondern ermöglicht durch Optimierungen der Optik auch eine wettbewerbsfähigere Preisgestaltung.

Im direkten Vergleich zu Konkurrenzmethoden (z.B. Mikrobolometer, Radar) stechen Thermosäulen hierbei mit besonderen Vorteilen hervor:

• So ist prinzipiell ein ungekühlter sowie shutterloser radiometrischer Betrieb mit extrem hohe Bildwiederholraten möglich (z.B. bis zu 160 Hz beim 8x8 Array). Und es besteht nicht die Notwendigkeit (wie bei Bolometern üblicherweise), die Detektion zu unterbrechen, um Signaldrift bzw. Referenzsignale zur Kompensation der Umgebungstemperatur aufzunehmen.
• Da Thermopiles durch IR-Detektion eine elektrische Spannung erzeugen und somit passiv arbeiten, beschränkt sich ein möglicher elektronischer Verbrauch nur auf die notwendige Zusatzelektronik (ADC, Flash etc.).
• Auch im Vergleich zu Radarsensoren, welche z.B. auch zur Personendetektion verwendet werden, schließt das Prinzip eines vollkommen passiven Sensors jegliche Bedenken wegen einer Strahlenbelastung grundsätzlich aus, und natürlich können die IR-Thermopilesensoren nicht nur Personen detektieren, sondern gleichzeitig auch die Temperaturen von beliebigen Objekten im Raum berührungslos zu messen!

Produkte für verschiedene Anwendungen:

Ein Alleinstellungsmal im Weltmarkt stellt das große Portfolio der möglichen Optiken und damit des abtastbaren Blickwinkels (FOV) dar. Unterschiedlichste Anwendungen können somit abgedeckt werden, z.B. die Detektion von weit entfernten Objekten mit kleinem Blickwinkel (FOV=10°) bis zur großflächige Raumüberwachung (FOV=120°). Und auch für den mittleren Blickwinkelbereich (FOV=30-50°) gibt es fast für jede Arraygröße Lösungen. Eine hausinterne Optiksimulationsgruppe ermöglicht zudem eine schnelle & kundenspezifische Adaption, falls eine spezielle Optik für eine bestimmte Applikation gewünscht wird.

Das Portfolio geht jedoch weit über Temperatursensoren als Single, Modul (mit digitalen und analogem Ausgang) oder Array Modelle hinaus. Hinzu kommen Gas-, Vakuum-, Pyrosensoren sowie Infrarot-Quellen für die NDIR Gasdetektion.

Thermosäulen (in Kombination mit einer Infrarot-Lichtquelle) können zudem verwendet werden, um die Gaskonzentration bestimmter Gase zu messen. Das grundlegende Messprinzip wird als Nicht-Dispersive Infra Rot-Gasdetektion (NDIR) bezeichnet, die auf der Absorption von Infrarotstrahlung bei bestimmten gasspezifischen Wellenlängen gemäß dem Lambert-beerschen Gesetz basiert. Die gebräuchlichsten Gase, die mit diesem NDIR-Prinzip gemessen werden, sind Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Kohlenwasserstoffe (HC). Auch Gase wie Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NO) können detektiert werden.

MEMS-Pirani Vakuumsensoren ermöglichen eine extreme Genauigkeit im Vergleich zu klassischen Pirani-Sensoren, die mit einem Glühdraht ausgestattet sind. Sie ermöglichen Messungen in einem Druckbereich von 1000 mbar (atmosphärischer Druck) bis hinunter zu 10 mbar -3 mbar (HVS 04) und 10 mbar bis 10 -5 mbar (HVS 03k). Die Miniatursensoren werden in einem kleinen und robusten TO-39- oder TO-8-Metallgehäuse geliefert. Durch die gemeinsame Montage der HVS 04 und HVS 03k in einem TO-8-Gehäuse kann der gesamte Druckbereich abgedeckt werden.

Ein Blick in die Zukunft:

Der Einsatz moderner KI-Algorithmen befähigt IR-Sensoren zur automatischen Personenerkennung, was insbesondere interessant wird, wenn der Datenschutz die Verwendung von normalen Kameras erschwert. Hier punkten niedrig auflösende Sensorarrays, wie z.B. die 16x16, 32x32, da Gesichter prinzipiell nicht zu erkennen sind. Der Einsatz reicht von Anwendungen im Ambient Assisted Living (AAL) bspw. in Seniorenwohnheimen oder Pflegeheimen bis zur Überwachung öffentlicher Räume/Gebäude.

Die 45µm Pixelgröße ermöglicht zudem eine Art Zwitterlösung: verbaut im WLP stellt der 60x40-Array neue Standards bzgl. Sensitivität, Größe und Geschwindigkeit für Thermosäulenarrays dar. Der Sensor kann im Gehäuse seines kleineren Bruders (32x32) verbaut werden, aber ist dank SPI-Interface schnell (21 Hz bei 16 Bit ADC Auflösung) und hat mit 15 mW el. Verlustleistung einen etwa zehnmal geringeren Verbrauch als vergleichbare Bolometer Modelle, was somit einen sehr effektiven batteriebetriebenen Einsatz ermöglicht. Zudem fällt er wegen seiner Pixelanzahl nicht unter die Dual-Use Regulation.

In der Ausführung mit 160x120 Pixel passt der Sensor in ein TO-8 Gehäuse, er besitzt wie der 60x40 einen Flashspeicher für Kalibrierdaten und arbeitet mit ca. 10 Hz bei 16 Bit ADC-Auflösung. Anwendungen können hier batteriebetriebene Thermokameras sein. Der Start der Massenproduktion ist für das vierte Quartal diesen Jahres vorgesehen.