Vergleich von Ultraschallsensoren mit konventionellen Distanzmesstechniken.

Herkömmliche Technologien, die häufig verwendet werden, um den Abstand zwischen Objekten zu messen und ihre Position zu bestimmen, umfassen Bluetooth Low-Energy (BLE), RFID-basierte Ortungsgeräte, Ultrabreitband-(UWB)-Systeme und Ultraschallsensoren.

29.09.2021
 

Herkömmliche Technologien, die häufig verwendet werden, um den Abstand zwischen Objekten zu messen und ihre Position zu bestimmen, umfassen Bluetooth Low-Energy (BLE), RFID-basierte Ortungsgeräte, Ultrabreitband-(UWB)-Systeme und Ultraschallsensoren. Wenn wir von Breitbandsensoren sprechen, meinen wir die drahtlose Kommunikation, die ein Breitband verwendet, das über 20% oder über 500 MHz beträgt.

Was sind die wichtigsten Anforderungen für reale Anwendungen von Social Distance Alerts und Kontaktverfolgung in der heutigen Umgebung?

"Genauigkeit der Entfernungsmessung, geringer Stromverbrauch für längere Batterielebensdauer und ein kleineres und zuverlässigeres Gerät mit nahezu null Fehlwarnungen", sagte Joseph Bousaba, Präsident von Chirp Microsystems, einem Unternehmen der TDK-Gruppe, das Ultraschallsensoren entwickelt.


Figure 1: Vergleich von Technologien, die in Sensoren zur Entfernungsmessung verwendet werden. Quelle: Ultraschallsensoren können Abstände zwischen Arbeitern sofort messen © TDK

Die Abstandsmessung für Ultraschallsensoren ist sehr genau, weniger als 1 cm. Bei UWB sind es bereits 10 cm, bei BLE sogar mehrere Meter, was beispielsweise nicht ausreicht, um während einer Pandemie zwei Personen zu erkennen, die sich dem empfohlenen Sicherheitsabstand von etwa 2 m nähern. Darüber hinaus verbrauchen Ultraschallsensoren viel weniger Energie als UWB, sodass ein kleiner, kompakter Proximity-Tag mehrere Tage mit einer einzigen Akkuladung arbeiten kann.

 
 

Praktische Anwendung des Ultraschallsensors im Social Distance Monitoring System.

Der von Chirp entwickelte CH101 ist ein Ultraschall-ToF-Sensor, der einen piezoelektrischen Ultraschallwandler (PMUT), einen energiesparenden digitalen Signalprozessor (DSP) und ein CMOS-ASIC-Netzteil in einem nur 3,5 mm × 3,5 mm großen Gehäuse vereint. Der am Sensor montierte Ultraschallwandler sendet einen Ultraschallimpuls aus und empfängt die vom Objekt reflektierte Welle. Durch die Verwendung der ToF-Technologie können Sie die Entfernung zum Objekt genau erkennen. Dank weitreichender Miniaturisierung lässt sich der Sensor CH101 in Produkte wie zum Beispiel von Mitarbeitern getragene Ausweise integrieren.

CH101 Sensor

Tags oder IDs können sowohl für soziale Distanzierungswarnungen als auch für die Kontaktverfolgung verwendet werden. Wenn sich zwei Arbeiter, die ein Tag tragen, auf 6 Fuß (ca. 1,83 m) voneinander entfernt kommen, können die Tags eine Warnung ausgeben. Darüber hinaus ermöglicht die Implementierung von BLE in die Tag-Struktur, Meetings mit anderen aufzuzeichnen und den Verlauf von Meetings in einer Datenbank zu speichern. Wird bei einem Mitarbeiter eine Infektion festgestellt, können alle Kontakte zurückverfolgt werden.


Figure 2: Technologien, die Funkwellen verwenden, einschließlich UWB, können bei Personen, die sich durch eine Wand oder ein Fenster nähern, Fehlalarme auslösen (links). Ultraschall bestimmt den Kontakt in der Luft mit einer minimalen Anzahl von Fehlalarmen (rechts). Quelle: Ultraschallsensoren können Abstände zwischen Arbeitern sofort messen © TDK

Auch Joseph Bousaba legt großen Wert auf den Energieverbrauch. 'UWB arbeitet während der Suche nach anderen Geräten, wodurch sie ständig im Pairing-Modus gehalten werden und somit den Energieverbrauch erhöhen, während Ultraschallsensoren den Energieverbrauch erheblich senken.' Im Allgemeinen verbraucht UWB im Empfangsmodus etwa 400 mW, während Chirp-Ultraschallsensoren 0,7 mW für den Betrieb benötigen, was mehr als 500-mal weniger Leistung bedeutet. Laut Bousaba ist nicht damit zu rechnen, dass der Akku für eine Woche (also etwa 40 Stunden) der tatsächlichen Nutzung aufgeladen werden muss. Die Minimierung der Nachladekosten ist aus Sicht der Überwachungsverantwortlichen in Fabriken mit vielen Mitarbeitern ein weiterer wichtiger Faktor.

Source: © TDK & https://tek.info.pl

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