Lernen aus der Tierwelt Erste MEMS-Ultraschall-Time-of-Flight-Sensoren

Redakteur: Margit Kuther

Die 3D-Sensortechnologie von TDK (Vertrieb: Glyn) baut auf dem Sonarprinzip aus der Tierwelt auf und verknüpft sie mit der Time-of-Flight-Sensortechnologie. In der Industrie sollen es aktuell die einzigen MEMS-basierenden Sonar auf einem Chip in mm-Größe sein.

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ToF-Ultraschallsensoren CH101 und CH201: kombinieren MEMS PMUT mit einem DSP-ASIC
ToF-Ultraschallsensoren CH101 und CH201: kombinieren MEMS PMUT mit einem DSP-ASIC
(Bild: Andrea Izzotti/Glyn)

Die Time-of-Flight- (ToF-) Ultraschallsensoren CH101 und CH201 sind im 8-Pin-LGA-Gehäuse mit den Maßen 3,5 mm x 3,5 mm x 1,26 mm ausgeführt. TDK kombiniert hier einen MEMS PMUT (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer) mit einem leistungseffizienten digitalen Signalprozessor-ASIC (DSP-ASIC).

Beide Sensoren meistern viele Funktionen und Algorithmen zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen. Mit den ToF-Ultraschallsensoren können Entfernungsmessung, Anwesenheits- und Näherungssensorik, Objekterkennung und -vermeidung sowie Positionsbestimmung direkt umgesetzt werden.

Reichweiten von 4 cm bis zu 5 m

Die Reichweite der ToF-Ultraschallsensoren liegt bei 4 cm bis 5 m. Der CH101 liefert eine sehr genaue Entfernungsmessung zu Zielen bis 1,2 m liefern. Der Stromverbrauch des Sensors liegt bei sparsamen 12 µA bis 50 µA bei einer Genauigkeit von 1,0 mm RMS @ 30 cm.

Der CH201 eignet sich besonders gut für Entfernungsmessung bis 5 m bei 14 µA bis 247 µA Stromverbrauch. Seine Genauigkeit liegt bei 0,2 mm RMS @ 1 m. Beide Sensoren arbeiten im industriellen Temperaturbereich von -40 ºC bis 85 ºC und verfügen über eine I2C-Schnittstelle. Die Versorgungsspannung liegt bei 1,8 V (1,62 V bis 1,98 V). Ein einziger Sensor kann bereits raumgreifende Messungen unterstützen, da die Erkennung von Objekten in einem Sichtfeld von bis zu 180° liegt.

Für Social Distancing und Industrieanwendungen

Ziele beliebiger Beschaffenheit können bei allen Lichtverhältnissen erfasst werden. Auch transparente/durchsichtige Gegenstände wie Glas werden deutlich wahrgenommen, ebenso die Farbe oder ob das Ziel transparent ist. Damit eignen sich die Sensoren bestens für Hindernisvermeidung, Anwesenheitserkennung, Robotik, Sicherheit und Überwachung, AR/VR, Drohnen, Flüssigkeitsstanderfassung, Smart Home/Gebäude und allgemeine IoT-Anwendungen.

Das breite Sichtfeld (Field of View - FoV) des Sensors kann individuell angepasst werden und ermöglicht gleichzeitige Entfernungsmessungen zu mehreren Objekten innerhalb des FoV. Diese Anpassungen lassen sich mit Akustik-Gehäuseoptionen realisieren. Zu beiden ToF-Ultraschallsensoren hält GlynStarterkits für den schnellen Einstieg parat.

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