Thermografische beelddetectie

IR array sensor voor vele toepassingen

De MLX90642 van Melexis is een thermografische sensor met een 32×24 pixel infrarood array, bedoeld voor detectie van warme objecten en mensen. De sensor biedt een goede signaal-ruisverhouding, volledige beeldopname in één moment en onboard temperatuurberekening. De MLX90642 verbetert de prestaties van slim koken, HVAC, brandpreventie, detectie van oververhitting van vermogenselektronica en het opsporen van hotspots. Een sensor dus met heel veel mogelijkheden.

Hoeveel mensen bevinden er zich in een ruimte, staat een kookplaat aan, is er ergens een hotspot die kan duiden op een beginnende brand in bijvoorbeeld een serverruimte, etc. – het zijn maar een paar voorbeelden van toepassingen waarbij deze sensor de informatie kan leveren die nodig is voor de gewenste applicatie. Juist door de matrix van warmtesensoren die in de MLX90642 zijn ondergebracht, mag u dit onderdeel zien als een warmtebeeldcamera waarvan de resolutie zo laag is dat persoonsherkenning in principe niet mogelijk is, maar we zo hoog is dat het mogelijk is om in een kleine vergaderzaal te kunnen detecteren hoeveel personen aanwezig zijn.

Opvallend is het feit dat de sensor intern de nodige intelligentie heeft. Het uitlezen van de pixels, het bepalen van de temperatuur en vervolgens de data klaar zetten om uitgelezen te worden, gebeurt allemaal intern. Slechts een I²C-bus wordt ingezet om de data door te schuiven naar een microprocessor voor verdere verwerking.

Kostenbesparing

Nauwkeurige detectie van temperatuur met behulp van contactloze sensoren is een cruciale veiligheidseis in een breed scala van producten, van consumptiegoederen tot industriële producten. Ontwerpers van dergelijke systemen worden echter geconfronteerd met een groot aantal uitdagingen die om een oplossing vragen. Binnen deze uitdagingen zijn kosten en nauwkeurigheid vaak de belangrijkste knelpunten, net als de noodzaak om naast de thermografiesensoren een extra microcontroller unit (MCU) te implementeren voor het nauwkeurig berekenen van de temperatuurmatrix en de data-uitvoer. Hierdoor nemen de kosten en het aantal componenten verder toe.

De in een compacte 4-lead TO39-behuizing ondergebrachte MLX90642 (afbeelding 1) kan probleemloos in het ontwerp worden geïntegreerd. Dit wordt nog eens versterkt door de fabriekskalibratie, waardoor zonder een speciale MCU directe rapportage van de temperatuur mogelijk is. Deze functionaliteit draagt bij aan kleinere, efficiëntere en goedkopere ontwerpen. De MLX90642 loopt ook voorop qua prestaties. Een NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) van 65 mK bij een verversingsfrequentie van 2 Hz voorziet in een nauwkeurige ruisarme werking. De verversingsfrequentie kan worden geconfigureerd tot 16 Hz. De MLX90642 heeft een robuust ontwerp met verbeterde immuniteit voor externe temperatuurvariaties en een breed werktemperatuurbereik van -40 °C tot +85 °C.

Twee opties voor het zichtveld (45° x 35° en 110° x 75° ) maken de sensor geschikt voor een breed scala aan toepassingen. In beide opties gaat het om 768 (32×24) zeer nauwkeurige IR-pixels. Verder heeft de MLX90642 een stroomverbruik van 28 mA, een voedingsspanning van 3,3 V en een I²C-compatibele digitale interface voor eenvoudige integratie.

Door het toepassen van de I²C-bus is het applicatieschema uiterst simpel. Afbeelding 2 toont dat er naast de sensor maar enkele componenten nodig zijn. Dit maakt dat de schakeling heel klein kan worden, terwijl de functionaliteit enorm is.

Toepassen

De mogelijkheden van de MLX90642 zijn essentieel voor het verbeteren van de kwaliteit en precisie van thermische beelden en overtreft die van bestaande oplossingen. Voor consumententoepassingen, zoals koken of HVAC-regeling, maakt de sensor meer nauwkeurige monitoring mogelijk, alsmede grotere efficiëntie, verbeterde gebruikerservaring en verhoogde veiligheid. De sensor maakt hiermee de weg vrij voor slimme toepassingen die meer uitgebreide feedback vereisen om taken, die gewoonlijk handmatig plaatsvinden, te automatiseren.

Intern is de MLX90642 voorzien van een uitgebreid register bestaande uit delen RAM, ROM en EEPROM die via de bus zijn uit te lezen en te beschrijven. De uitgebreide datasheet geeft tekst en uitleg over de manier van communicatie en waar de data van de pixels te vinden zijn. Hierbij heeft men de matrix opgedeeld in kolommen en rijen. Afbeelding 3 toont hoe deze opbouw is. Hier ziet u ook dat persoonsherkenning vrij lastig is. Dat wil zeggen dat u de sensor dus probleemloos kunt inzetten voor applicaties die privacygevoelig kunnen zijn.

Ondanks het feit dat de beelden een lage resolutie hebben, kunt u door het inzetten van AI meer informatie uit de sensor halen dan u denkt. Neem afbeelding 4. Door het inzetten van AI kunt u de beelden leren om te herkennen hoeveel vingers de gedetecteerde persoon opsteekt.

Tot slot

De buitengewone prijs-prestatieverhouding, alsmede de nauwkeurigheid en intelligente integratie van deze technologie maakt hem tot platform voor het creëren van nieuwe slimme ontwerpen die de duurzaamheid en functionaliteit van bedrijfstoepassingen kunnen verbeteren. Voorbeelden hiervan zijn AI-ondersteunde machinevision, zoals monitoring van het aantal mensen in slimme gebouwen of diensten op het gebied van gebarenherkenning.