PyrIQ - Digitale Detektoren für die einfache Systemintegration

Go Digital: Mit weniger Aufwand schneller am Ziel

Wir stellen vor: den digitalen Detektor mit variabler Signalverarbeitung, verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) und für die einfache Systemintegration. Wie alle Detektoren von InfraTec basiert er auf dem einkristallinen Lithiumtantalat (LiTaO3) und findet in der Gas- und Flammensensorik Anwendung. Im Gegensatz zu anderen Materialien bietet LiTaO3 ohne zusätzliche Kühlung oder Temperaturstabilisierung eine hohe Empfindlichkeit und ein gutes Signal-Rausch- Verhältnis.

Geeignet ist der digitale Detektor insbesondere für die einfache Systemintegration in der Gasanalyse und Flammenerkennung. Durch den Einsatz des digitalen Detektors erhält der Anwender ein digitales Messsignal, das ausgelesen und sofort weiterverarbeitet werden kann.

Für eine hochpräzise Messung, vor allem in der Gasanalyse, ist eine Synchronisation von Strahler- und Detektortakt notwendig. Daher verfügt der neue Detektor über einen Clock-Eingang, mit dem diese Synchronisation auf einfache Weise ermöglicht wird. Dadurch kann ein Zeitsignal mit hochpräziser Abtastrate generiert werden. Eine weitere Besonderheit unseres digitalen Detektors ist die „Fast Recovery after Saturation“. Diese Funktion detektiert die Übersteuerung durch einen fehlerhaften Betriebszustand (beispielsweise durch extreme Temperaturschwankungen oder mechanische Einflüsse) und setzt die analoge Eingangsstufe automatisch zurück.

Der digitale Detektor wandelt das analoge Signal, welches mehrstufig einstellbar gefiltert und verstärkt werden kann, mit einer 16-Bit-Auflösung direkt in ein digitales Signal um. Die gesamte Signalverarbeitung erfolgt durch einen ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), wobei die analoge Eingangsstufe wie ein klassischer Transimpedanzverstärker agiert. Anwender erhalten somit ein digitales Messsignal, welches über eine I2C - Schnittstelle ausgelesen und sofort weiterverarbeitet werden kann.

InfraTec Sensorik - Blockschaltbild digitale Detektoren
Digitale Detektoren

Startup a Detector with Digital Interface

Dieses White Paper (Englisch) soll zeigen, wie man den digitalen Detektor mit einem einfachen Mikrocontroller-Board wie dem Arduino Uno in Betrieb nimmt. Hier erfahren Sie wie Sie den Detektor konfigurieren und Daten abrufen können.

infratec_whitepaper_startup-a-digital-detector.pdf

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Digitale pyroelektrische Detektoren – Wo liegen die Vorteile?

  • Sensorik Glossar InfraTec - Digitale Detektoren Einfache Integration

    Einfache Integration

    Durch den integrierten ASIC, welcher bereits einen A/DWandler beinhaltet, entfallen aufwendige Signalverarbeitungsschritte und der Detektor kann ohne Anpassungen direkt an den Mikrocontroller angeschlossen werden. Dies ermöglicht eine schnelle sowie einfache Systemintegration. Dem Anwender werden die digitalen Messwerte mit einer Abtastrate von bis zu 1 kHz zur Verfügung gestellt, welche ohne zusätzliche Hardwarekomponenten über die I2C-Schnittstelle ausgelesen und direkt weiterverarbeitet werden können.

  • Sensorik Glossar InfraTec - Digitale Detektoren Improved EMC

    Verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit

    Die gesamte Signalwandlung des Detektors ist räumlich konzentriert und geschirmt, woraus eine höhere elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) resultiert. Der Detektor ist für externe elektromagnetische Strahlung deutlich weniger störanfällig. Der Detektor ist resistenter gegen elektromagnetische Einkopplungen, so dass anwenderseitig die EMV-Maßnahmen reduziert werden können.

  • Sensorik Glossar InfraTec - Digitale Detektoren Variable Signalverarbeitung

    Variable Signalverarbeitung

    Die wichtigsten Eigenschaften zur Charakterisierung der Performance eines pyroelektrischen Detektors sind die frequenzabhängige Empfindlichkeit, Rauschdichte und Detektivität D*. Je nach Messsystem (Messaufbau) und -prinzip ergeben sich unterschiedliche Anforderungen für eine gut dimensionierte Signalverarbeitung. Der digitale Detektor bietet volle Flexibilität bei der Konfiguration der Detektorparameter, während der Entwicklung und auch im späteren Einsatz. Die Empfindlichkeit des digitalen Detektors kann in Abhängigkeit der auf den Detektor fallenden Strahlungsleistung flexibel eingestellt werden, um den sich anschließenden Eingangsspannungsbereich des A/D-Wandlers optimal auszunutzen. Rückkoppelwiderstand Rf und -kapazität Cf können für jeden spektralen Kanal des Detektors individuell eingestellt werden. Damit kann der Anwender die Performance von Empfindlichkeit und Stabilität bestmöglich den Forderungen der Applikation anpassen.

  • AD-Wandler

    High Performance

    Der digitale Detektor wandelt das analoge Signal, das in mehreren Stufen gefiltert und verstärkt werden kann, direkt in ein digitales Signal mit einer Auflösung von 16 Bit um.

 

Analog vs. Digital – Welcher Detektor für welche Anwendung?

Analoge pyroelektrische Detektoren haben sich jahrzehntelang bewährt. Die Einbindung in das Gerätedesign kann flexibel gestaltet werden, erfordert aber ein hohes Maß an elektronischem Können. Das Leistungsvermögen der Detektoren kann umfassend ausgenutzt werden. Betrachtet man den Aufwand für die Systemintegration, haben digitale pyroelektrische Detektoren klare Vorteile. Die bereits in den Detektor integrierten Funktionen schränken zwar den Gestaltungsspielraum ein, reduzieren aber deutlich den Aufwand in der Systemintegration. Die folgende Tabelle bietet nochmal einen schnellen Überblick zu Vor- und Nachteilen:

 
 
Digitale pyroelektrische Detektoren
 
Analoge pyroelektrische Detektoren
 
DetektorserieLRD
 
LIE, LME, LIM, LMM, LRM
 
EigenschaftenDetektoren mit intergriertem ASIC für Transimpedanzverstärkung, 16 Bit A/D-Wandlung und Signalkonditionierung
 
Größtmögliche anwenderseitige Flexibilität bei Systemintegration (freie Wahl bei externem A/D-Wandler und Schnittstelle)
 
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)++
 
+
 
Integrierte TemperaturmessungJa
 
Ja (verfügbar für LRM)
 
Flexible Einstellung der FeedbackomponentenJa (Rf = 4 GΩ … 2 TΩ; Cf = 50 fF … 6,4 pF)
 
Nein
 
Anforderungen an geräteseitige SystemintegrationNiedrig
 
Hoch
 
Leistungsaufnahme (typisch)1 mW
 
0,1 mW
 
Signal-Rausch-Verhältnis+
 
Strombetrieb ++ / Spannungsbetrieb +++
 
Abtastrate (max.)1 kHz
 
Frei wählbar
 
Max. Modulationsfrequenz200 Hz
 
4 kHz
 
Versorgungsspannung1,8 … 3,6 V
 
Bis ± 5 V
 
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Deutschland

InfraTec GmbH
Infrarotsensorik und Messtechnik
Gostritzer Str. 61 – 63
01217 DresdenDEUTSCHLAND
  • Digitaler pyroelektrischer Detektor von InfraTec - Bildnachweis: © istockphoto / gsshot

    Go Digital – Weniger Aufwand, schneller am Ziel

    Seit über 30 Jahren entwickelt und produziert InfraTec analoge pyroelektrische Detektoren. Diese haben sich in den letzten Jahrzehnten für zahlreiche anspruchsvolle Kundenapplikationen bewährt. Um jedoch den Aufwand für Kunden zu reduzieren und die Systemintegration eines Detektors zu vereinfachen, hat InfraTec den digitalen pyroelektrischen Detektor (LRD) entwickelt.

  • Digitaler, kompensierter 2-Kanal-Detektor im TO39-Gehäuse: LID-2322

    Klein, aber oho – Der digitale 2-Kanal-Detektor

    Der LID-2322 vereint im TO39-Gehäuse zwei spektrale Kanäle mit einem digitalen Ausgangssignal. Er eignet sich dank seiner Kompaktheit hervorragend für den Einsatz in mobilen Geräten. Zusammen mit seiner geringen Stromaufnahme und der thermischen Kompensation ist er die ideale Wahl, wenn es um die Anwendung in rauen Umgebungen geht. Für den Betrieb des Detektors sind neben den Anschlüssen zur Versorgungsspannung nur zwei weitere Anschlüsse notwendig. Auf diese Weise kann er sowohl parametriert als auch ausgelesen werden. Der externe Hardwareaufwand wird dadurch auf ein Minimum reduziert und die Integration des Detektors in die Applikation deutlich vereinfacht. Ein fünfter Pin, über welchen ein externer Takt vorgegeben werden kann, ermöglicht auch bei diesem Detektor das zeitgenaue Auslesen der Messdaten und die Synchronisierung mit einer Strahlungsquelle.

Download Flyer

Laden Sie den Flyer über die digitalen Detektoren herunter und erfahren Sie mehr über die Möglichkeiten, die ein digitaler Detektor bietet.

Vielfältige Einsatzgebiete für PyrIQ-Detektoren

Digitale Detektoren sind für den Einsatz in der Gasanalyse und der Flammensensorik genauso geeignet, wie Detektoren mit analogem Signalausgang. Doch gerade, wenn die Umgebungsbedingungen einen kompakten und einfach zu integrierenden Detektor erfordern, ist ein Detektor mit integrierter Digitalisierung eine gute Wahl. So eignet sich die digitale Version unter anderem für den Bereich der Klima- und Gebäudetechnik, wenn es um die Messung der Luftgüte und -qualität geht. Da diese gut mit der in der Luft befindlichen Kohlendioxid-Konzentration korreliert, nutzt man den CO2-Gehalt der Raumluft zur bedarfsgesteuerten Lüftungssteuerung in Gebäuden und Räumen. Die Messung des CO2-Gehaltes erfolgt nach dem Prinzip der nicht-dispersiven Infrarotmesstechnik. Hierzu werden geeignete IR-Filter in den Detektor integriert, um eine genaue und reproduzierbare Messung vornehmen zu können. Dadurch wird zu jeder Zeit eine gute Luftqualität gewährleistet. Von Vorteil ist dabei die Kompaktheit des Detektors, welche sich durch die Integration der gesamten Signalvorverarbeitung ergibt. Ein weiteres Plus ist die geringe Störempfindlichkeit des digitalen Ausgangssignales, verursacht durch Mobilfunknetze, Bluetooth oder WLAN. In der Flammensensorik erfassen pyroelektrische Detektoren Spektralbereiche, welche für brennende, organische Substanzen wie Holz, Erdgas, Benzin bzw. verschiedene Kunststoffe charakteristisch sind. Flammensensoren kommen auf den Gebieten des industriellen Brandschutzes und der Brandfrüherkennung zur Anwendung und halten auch widrigsten Umgebungsbedingungen Stand. Auf Grund der geringen Störempfindlichkeit des digitalen Detektors wird das Risiko von Fehlalarmen durch elektromagnetische Störquellen deutlich reduziert.

Gasanalyse von Umweltgasen Bildnachweis © istock/fizkes

Weitere Einsatzmöglichkeiten für den digitalen Detektor:

  • Agrarindustrie, z. B. für die Überwachung der Atmosphäre in Gewächshäusern und bei Forschungsprojekten an Pflanzen
  • Gaswarngeräte für explosive Gase, z. B. für den Bergbau oder Bohrplattformen
  • Prozessgasanalyse, beispielsweise zur Messung von Abgasen in Industrieanlagen

Detektorsuche

InfraTec bietet Ihnen fünf Produktgruppen mit rund 50 verschiedenen pyroelektrischen Detektoren. Wählen Sie Ihre passenden Infrarotdetektoren mit unserer detaillierten Detektorsuche.

Alle Standarddetektoren im Überblick
Sensor division InfraTec detectors overview