數(shù)字化的動(dòng)力——傳感器、計(jì)量學(xué)

 許多數(shù)字化過程依賴于越來越強(qiáng)大的傳感器和其他測(cè)試和測(cè)量技術(shù)收集的數(shù)據(jù)。處理此數(shù)據(jù)時(shí)，它可提供有關(guān)操作環(huán)境的準(zhǔn)確可靠信息。9個(gè)弗勞恩霍夫研究所將于6月25日至27日在紐倫堡的Sensor + Test 2019(5號(hào)展廳248號(hào)展位)上展示他們?cè)趥鞲衅骷夹g(shù)及其在測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用研究成果。

當(dāng)今數(shù)字時(shí)代的許多創(chuàng)新都依賴于將信息從現(xiàn)實(shí)世界傳遞到數(shù)字世界的能力 - 例子包括手勢(shì)識(shí)別，非接觸式材料測(cè)試和人工呼吸的進(jìn)步。在這些應(yīng)用中，傳感器和其他測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)可以等同于支持技術(shù)，因?yàn)樵S多新的開發(fā)都基于它們。在今年全球領(lǐng)先的傳感器+測(cè)試版本中，弗勞恩霍夫?qū)⒃俅握故酒湓跇?gòu)成其廣泛技術(shù)組合的眾多領(lǐng)域的研究實(shí)例。

更廣泛的無接觸材料測(cè)試

太赫茲成像是越來越多地用于監(jiān)控工業(yè)過程和測(cè)試新材料的新技術(shù)之一。這種非接觸方法可用于測(cè)量涂層厚度，分析聚合物復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，或檢測(cè)非導(dǎo)電材料中的缺陷。位于HHI的弗勞恩霍夫電信研究所Heinrich Hertz研究所將展示下一代光纖耦合太赫茲收發(fā)器。集成的傳感器探頭允許垂直于測(cè)試樣品表面的反射測(cè)量，并且可以與市售的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合使用而無需修改。

減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間，制造缺陷和廢品率

弗勞恩霍夫數(shù)字媒體技術(shù)研究所IDMT將展示如何使用基于產(chǎn)品和工藝參數(shù)的音頻感應(yīng)以及機(jī)器學(xué)習(xí)的非接觸式非破壞性測(cè)試方法來確保工件和組件的質(zhì)量。參觀者可以在一系列互動(dòng)展覽中了解有關(guān)此方法的更多信息，該方法既可用于監(jiān)控生產(chǎn)流程，也可用于執(zhí)行生產(chǎn)線末端產(chǎn)品測(cè)試。

為傳感器提供微小振動(dòng)產(chǎn)生的能量

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)面臨的挑戰(zhàn)之一是如何為無線傳感器供電 - 弗勞恩霍夫集成電路研究所IIS正在通過開發(fā)能量收集解決方案來解決這個(gè)問題。即使是在60赫茲頻率下產(chǎn)生100毫克壓力的最輕微振動(dòng)也足以使振動(dòng)變壓器產(chǎn)生操作多個(gè)傳感器所需的電能并每秒傳輸一次數(shù)據(jù)。最大功率點(diǎn)跟蹤器提供了一種控制電荷轉(zhuǎn)換器的有效方法，以確保最大功率輸出。能量收集解決方案在設(shè)備運(yùn)行時(shí)為電池充電，使物聯(lián)網(wǎng)傳感器的設(shè)計(jì)具有無限的使用壽命，無需電源線或更換電池。

用于低成本芯片尺寸光譜儀的CMOS光學(xué)濾波器

鑒于六頻段多光譜傳感器的成本已經(jīng)很高，具有六個(gè)以上光譜帶的傳感器對(duì)于許多對(duì)價(jià)格敏感的市場(chǎng)的應(yīng)用來說太昂貴了。Fraunhofer IIS開發(fā)的nanoSPECTRAL技術(shù)基于光學(xué)納米結(jié)構(gòu)，可以直接在CMOS半導(dǎo)體工藝中與光學(xué)傳感器元件一起實(shí)現(xiàn)非常經(jīng)濟(jì)的單片生產(chǎn)所需的光學(xué)濾波器。展會(huì)上展示的芯片尺寸光譜儀已經(jīng)具有超過30個(gè)光譜帶，因此例如適用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用，分析，食品分析和醫(yī)療應(yīng)用。

溫和的人工呼吸

為了使患者的不適最小化，用于施加人工通氣的裝置必須根據(jù)所討論的患者快速且精確地調(diào)節(jié)到多個(gè)參數(shù)。對(duì)于新生兒或嬰兒來說，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)樗麄兊姆尾糠浅Ｐ?，每次呼吸只能攝入幾毫升空氣，并且非常脆弱，任何多余的壓力都可能導(dǎo)致永久性損傷。這就是為什么呼吸機(jī)必須能夠在幾分之一秒內(nèi)響應(yīng)自發(fā)呼吸的第一個(gè)跡象。弗勞恩霍夫制造工程和自動(dòng)化研究所IPA開發(fā)了一種新技術(shù)，可以在幾乎立即檢測(cè)到自發(fā)呼吸運(yùn)動(dòng)而無需身體接觸。這為高度靈活的呼吸輔助裝置開辟了道路。

基于超聲波的手勢(shì)識(shí)別

弗勞恩霍夫光子微系統(tǒng)研究所IPMS的一組研究人員正在使用一種新型的微機(jī)械超聲換能器來可靠地檢測(cè)高達(dá)500厘米范圍內(nèi)的三維距離變化，運(yùn)動(dòng)模式和手勢(shì)。微型元件生產(chǎn)成本低，產(chǎn)生高聲壓，頻率響應(yīng)可以調(diào)節(jié)到距離和靈敏度之間的最佳平衡。非接觸式運(yùn)動(dòng)傳感器的應(yīng)用包括自動(dòng)化和安全系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備，汽車工業(yè)，娛樂電子和家用電器。Fraunhofer IPMS將在Sensor + Test上展示其首批功能演示器之一。

用于監(jiān)測(cè)水質(zhì)的袖珍實(shí)驗(yàn)室

高選擇性和靈敏的自主測(cè)試系統(tǒng)能夠檢測(cè)廢水中痕量的預(yù)定義化學(xué)物質(zhì)(微量范圍)。這個(gè)口袋大小的實(shí)驗(yàn)室的用途包括評(píng)估水體的質(zhì)量。其主要組成部分是基于微流體技術(shù)的化學(xué)傳感器，因此其設(shè)計(jì)非常緊湊。通過將系統(tǒng)的尺寸減小到如此小的尺寸，它可以在沒有人為干預(yù)的情況下就地操作。由歐盟資助項(xiàng)目的11個(gè)合作伙伴組成的聯(lián)盟包括弗勞恩霍夫可靠性與微集成研究所IZM和弗勞恩霍夫集成電路研究所IIS。

高性能氫傳感器

弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究所與工業(yè)合作伙伴L(zhǎng)AMTEC合作開發(fā)了一種極其敏感的氫傳感器，作為公共資助研究項(xiàng)目的一部分。低氫濃度測(cè)量傳感器(LHyCon)可替代標(biāo)準(zhǔn)的基于氦的檢漏儀，提供高測(cè)量靈敏度，而且成本顯著低于具有相當(dāng)性能的其他方法。