PyrIQ® – Digitale Detektoren für die einfache Systemintegration
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 (LiTaO
Typ | close Anzahl der MesskanäleKanalzahl | close TO18, TO46: 5,4 mm Durchmesser Gehäuse | close Größe der kreisförmigen oder rechteckigen Apertur, durch die Strahlung auf die sensitiven Elemente trifft. Öffnung (mm) | close Spannungsbetrieb: Der pyroelektrisch erzeugte Strom wird über einem RC‐Glied in eine Spannung konvertiert und nachfolgend impedanzgewandelt. Strombetrieb: Der pyroelektrische Strom wird durch einen OPV permanent kompensiert. Der dafür benötigte Strom erzeugt einen Spannungsabfall über einem RC‐Netzwerk im Rückkoppelzweig, welcher als Messsignal dient. Betriebsart | close Integrierte Verstärkungselemente wie integrierte Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) für Detektoren im Spannungsbetrieb oder integrierte Operationsverstärker (OpAmp) für Detektoren im Strombetrieb. Verstärker | close Pyroelektrische Detektoren sind als thermische Detektoren für Temperaturänderungen empfindlich. Ändert sich die Umgebungstemperatur, beeinflusst dies das Messsignal und verschiebt den Arbeitspunkt. Eine thermische Kompensation reduziert diesen Effekt. Dazu erhält jedes pyroelektrische Element ein Blindelement, das unerwünschte Ströme kompensiert. Thermische Kompensation | close Patentierte mikromechanische Chipbefestigung (LowMicro) von InfraTec zur Senkung der Auswirkung des störenden Körperschalls. Reduzierte Mikrofonie | close Als zentrale Kenngröße charakterisiert die spezifische Detektivität D* den Signal-Rausch-Abstand von Infrarotdetektoren. Spezifische Detektivität* | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 | TO8 | 8,5 x 8,5 | Strombetrieb | PyrIQ | 2,4 *** | ||||
| 2 | TO39 | ø 6,0 | Strombetrieb | PyrIQ | 1,5 *** |
* in 10
** in 10
*** bei R
**** in 10
Anwendungsgebiete
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.
Whitepaper digitaler Detektor – Erste Schritte bei der Integration
Dieses Whitepaper (Sprache: 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.
PyrIQ® Evaluation Kit – Detektor-Konfiguration in wenigen Schritten
Das PyrIQ® Evaluation Kit von InfraTec unterstützt Kunden bei den ersten Tests der digitalen PyrIQ®-Detektoren, ohne die sonst erforderliche Entwicklung von Software, Firmware und Testschaltungen. Mit der dazugehörigen Software können die Detektor- und IR-Quellparameter über eine intuitive grafische Benutzeroberfläche eingestellt werden. Das Evaluation Kit ermöglicht eine einfache Nutzung der vielfältigen Einstellmöglichkeiten für PyrIQ®-Detektoren und beschleunigt dadurch die Konfiguration und den Entwicklungsprozess. Darüber hinaus eignet sich das Kit auch, um die Funktionsweise eines analogen pyroelektrischen Detektors sowie die Einflüsse seiner elektronischen Komponenten nachzuvollziehen.
Evaluation KIT für digitale Detektoren: Ein schneller Testaufbau zur Validierung oder Entwicklung eines eigenen Testaufbaus und zur Bestimmung der richtigen Parameter für die Messaufgabe.
Whitepaper digitaler Detektor – Konfiguration Ihres PyrIQ® Detektors
Dieses Whitepaper (Sprache: Englisch) soll Ihnen helfen, eine geeignete PyrIQ®-Konfiguration für Ihre Anwendung zu finden, indem es eine "Good Practice Praxis"-Strategie sowie die Auswirkungen und möglichen Nachteile aller verfügbaren PyrIQ®-Parameter aufzeigt.
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 | |
| Detektorserie | LRD, LID | LIE, LME, LIM, LMM, LRM |
| Eigenschaften | Detektoren 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 Temperaturmessung | Ja | Ja (verfügbar für LRM) |
| Flexible Einstellung der Feedbackomponenten | Yes (Rf = 2 GΩ … 1 TΩ; Cf = 50 fF … 6.4 pF) | Nein |
| Anforderungen an geräteseitige Systemintegration | Niedrig | Hoch |
| Leistungsaufnahme (typisch) | 1 mW | 0,1 mW |
| Signal-Rausch-Verhältnis | + | Strombetrieb ++ / Spannungsbetrieb +++ |
| Abtastrate (max.) | 1 kHz | Frei wählbar |
| Max. Modulationsfrequenz | 100 Hz | 4 kHz |
| Versorgungsspannung | 1,8 … 3,6 V | Bis ± 5 V |
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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.
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
Häufige Fragen zu digitalen PyrIQ®-Detektoren
PyrIQ®-Detektoren sind digitale pyroelektrische Infrarotsensoren, bei denen Sensorelement, Signalaufbereitung und Analog-Digital-Wandlung in einem Detektor integriert sind. Das Messsignal wird digital über eine I²C-Schnittstelle bereitgestellt und kann direkt von einem Mikrocontroller weiterverarbeitet werden.
Einfache Systemintegration
Durch die integrierte Signalverarbeitung und A/D-Wandlung kann der Detektor direkt an einen Mikrocontroller angeschlossen werden. Über diesen lassen sich für jeden einzelnen Kanal das analoge Frontend und die weitere Signalverarbeitung anpassen sowie damit die Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis optimieren.
Flexible Konfiguration
Die Detektorparameter lassen sich sowohl während der Entwicklung als auch im Betrieb anpassen.
Verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
Das digitale Ausgangssignal ist weniger anfällig für externe Störungen.
Direkt nutzbares digitales Signal
Das intern verstärkte und gefilterte Signal wird mit einer Auflösung von 16 Bit digital ausgegeben und kann unmittelbar weiterverarbeitet werden.
Fast Recovery after Saturation
Eine Übersteuerung des Detektors wird erkannt und die Eingangsstufe automatisch zurückgesetzt.
Analoge pyroelektrische Detektoren haben sich über viele Jahre bewährt und bieten maximale Flexibilität im Schaltungsdesign. Ihre Integration erfordert jedoch ein hohes Maß an elektronischem Know-how.
Digitale PyrIQ®-Detektoren reduzieren den Integrationsaufwand erheblich, da zentrale Funktionen bereits im Detektor enthalten sind. Dadurch wird die Entwicklung vereinfacht und beschleunigt.
Der wesentliche technische Unterschied liegt in der Signalverarbeitung:g:
Analoge Detektoren verfügen typischerweise über eine integrierte Impedanzwandlung (z. B. mittels JFET oder Operationsverstärker) und liefern ein analoges Ausgangssignal.
PyrIQ®-Detektoren nutzen einen integrierten ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), der Verstärkung, Filterung und Digitalisierung übernimmt.
Mit analogen Detektoren und ihren hochspezialisierten Bauelementen sowie einer optimierten Signalverarbeitung kann im Vergleich zu digitalen PyrIQ®-Detektoren eine etwas höhere Detektivität (D*) erzielt werden.
Typische Einsatzgebiete sind:
Flammensensorik
Gasanalyse
Besonders geeignet sind PyrIQ®-Detektoren für Anwendungen, bei denen eine kompakte Bauweise, geringe Entwicklungsaufwände und eine einfache digitale Integration gefordert sind. Aufgrund der pro Kanal individuell programmierbaren Einstellungen sind PyrIQ®-Detektoren außerdem hervorragend für Anwendungen geeignet, in denen stark wechselnde Randbedingungen vorliegen.
Die optimale Konfiguration hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab. Als Leitfaden dient das Whitepaper „Configuration of PyrIQ®-Detectors “, das detaillierte Hinweise zur Parametrierung gibt.
Einen signifikanten Einfluss auf die Detektor-Performance hat z.B. der Feedbackwiderstand im analogen Frontend. Dieser Widerstand ist für die Detektoren der PyrIQ-Serie frei konfigurierbar und der Anwender kann maßgeblich beeinflussen, wie empfindlich und wie schnell der Detektor reagiert:
Großer Feedbackwiderstand / z. B. 128 GΩ
SNR (Signal-Rauschverhältnis) +++
Response Time +
Temperaturstabilität +
Kleiner Feedbackwiderstand / z. B. 4 GΩ
SNR (Signal-Rauschverhältnis) +
Response Time +++
Temperaturstabilität +++
Die Änderung des Feedbackwiderstandes ist eine wirksame Maßnahme – im Gegensatz zu einer einfachen Nachverstärkung – um den besten Kompromiss zwischen Empfindlichkeit (Detektivität) und Reaktionsgeschwindigkeit zu finden. Eine einfache Nachverstärkung verstärkt das Detektorrauschen und -signal gleichermaßen, ändert jedoch nicht die Detektivität.
Ja. Für erste Tests steht ein Evaluation Kit zur Verfügung. Dieses Evaluation Kit unterstützt Kunden bei der ersten Erprobung der digitalen PyrIQ®-Detektoren, ohne dass die sonst erforderliche Entwicklung von Software, Firmware und Testschaltungen notwendig ist. Die zugehörige Software ermöglicht die Einstellung der Detektor- und IR -Quellenparameter über eine intuitive grafische Benutzeroberfläche. Unser Evaluation Kit bietet eine einfache Möglichkeit, die vielfältigen Einstellungsoptionen der PyrIQ®-Detektoren zu nutzen, und beschleunigt so den Konfigurations- und Entwicklungsprozess.
Die entsprechenden Dokumente können über ein Anfrageformular direkt bei InfraTec angefordert werden.
Keine I²C-Kommunikation möglich
Ursache kann eine zu hohe Buskapazität sein (z. B. durch lange Leitungen). Oder der Power-Down-Pin liegt nicht auf Ground.
Lösung:
Leitungslängen reduzieren oder Busgeschwindigkeit anpassen.
Power-Down-Pin mit Masse (GND) verbinden.
Falscher Kanal reagiert
ASIC-Kanäle entsprechen nicht zwingend den optischen Kanälen.
Lösung:
Zuordnung im Datenblatt prüfen.
OVW-Bit im Statusregister gesetzt
Wenn Daten nicht schnell genug ausgelesen werden, überschreibt der ASIC diese und setzt das Overwritten-Bit (OVW-Bit).
Lösung:
Interrupt-basierte Auslese verwenden oder Taktsignale mitzählen und synchron auslesen.
PyrIQ®-Detektoren verwenden eine I²C-Schnittstelle , die Bandbreiten bis 1MHz (FM+) unterstützt. Diese Schnittstelle ist weit verbreitet, benötigt nur zwei Leitungen (SDA und SCL) und ermöglicht die einfache Integration mehrerer Sensoren auf einem gemeinsamen Bus.
PyrIQ®-Detektoren werden mit einer Versorgungsspannung zwischen 1,75 … 3,6 V betrieben. Der Stromverbrauch liegt im Normalbetrieb zwischen 70 … 200 µA, je nachdem, wie viele Kanäle des ASIC genutzt werden.
Zu beachten ist:
Die Versorgungsspannung muss stabil und rauscharm sein, da Versorgungsrauschen die Messqualität beeinflussen kann.
Beim Einschalten ist eine kurze Einschwingzeit einzuplanen, bevor valide Messwerte ausgelesen werden können.etector, a short settling time must be allowed before valid measurement values can be read out.
Ja, PyrIQ®-Detektoren sind sowohl REACH- als auch RoHS-konform.
Detektorsuche
InfraTec bietet Ihnen fünf Produktgruppen mit rund 50 verschiedenen pyroelektrischen Detektoren. Zum Spektrum gehören dabei Detektoren mit reduzierter Mikrofonie und integriertem Operationsverstärker sowie digitale Detektoren.
Wählen Sie Ihre passenden Infrarotdetektoren mit unserer detaillierten Detektorsuche.
