JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Mångsidig IR-sensor vet vad du gör

Tryckknapp, närvarosensor, överhettningsskydd, temperaturmätare och brandvarnare. Det är några av användningsområdena för Jondetechs tunna och billiga IR-sensor. Men vägen från Ångström­labbet i Uppsala till den kommersiella världen har varit långt ifrån spikrak.
– Trots att sensorn var färdig­utvecklad och vi hade producerat och sålt flera tusen sensorer till ett 50-tal kunder plus att vi hade en order på 50 000 sensorer och förfrågningar från globala storföretag lyckades vi inte ta in tio miljoner kronor för att bygga en fabrik, säger Mikael Lindeberg som grundade Jondetech år 2008.

Företaget tillverkade prototyper i Ångströmlabbet men behövde en egen fabrik för att kunna hålla en tillräckligt jämn och hög kvalitet för kommersiella leveranser. I juni 2012 tog pengarna slut och verksamheten hamnade i träda.

– Av en slump träffade jag Mikael Olsson i september 2013 Han är en driven entreprenör i elektronikbranschen och jag berättade om sensorn, beklagade mig över konkursen och att patenten var på väg att upplösas. Han köpte konkursboet, satte ihop ett team nu är verksamheten igång igen.

En viktig skillnad mot första försöket är att Jondetech den här gången inte ska bygga en egen fabrik. Istället ska produktionen ske hos en vanlig mönsterkortstillverkare.

– Vi diskuterar med tre stycken stora tillverkare av flexkort i Europa, säger Elis Hirvonen som är vd på Jondetech.

 
Seriekopplad termostapel
Substratet till sensorn tillverkas genom att en cirka hundra mikrometer tjock plastfilm beskjuts med tunga joner som skapar spår i plasten. Dessa spår öppnas till porer med etsning och med hjälp av kemisk plätering fylls de med två olika metaller. Resultatet blir tunna metalltrådar.

Genom att utnyttja den termoelektriska effekten (Seebeck effekten) och använda sig av trådar av två olika metaller får man en temperaturberoende spänningsskillnad mellan filmens över- och undersida.

Ovanpå sensorn finns en speciell svart lack som absorberar 98 procent av det infallande ljuset och sedan värmer upp nanotrådarna. Resultatet blir en seriekopplad termostapel som ger en spänning som är proportionell mot skillnaden mellan ovansidan, som är mät­sidan, och undersidan som utgör referensen.

En kvadratisk sensor på 3 x 3 millimeter innehåller 152 termopar.

Känsligheten i sensorn ökar med antalet termopar och i princip finns det inga begränsningar för den geometriska formen på sensorn eller hur stor sensor man kan göra eller vilken form den kan ha.

Som en tumregel är noggrannheten vid temperaturmätning är runt ±0,3 grader i temperaturområdet –10 till + 10 grader. Utökar man det till –50 till +50 grader sjunker den till ungefär ±1 grad. Men allt beror på hur sensorn byggs in i systemet.

IR-signalen beskriver hur mycket varmare det är på ovansidan av sensorn, inte den absoluta temperaturen. Vill man mäta IR-temperaturen på ett objekt i synfältet behövs en extern referens som mäter själva sensorns temperatur. Det kan man få genom att till exempel addera en termistor och en uppslagstabell som översätter mätvärdet från termistorn till en temperatur. Sedan är det bara att addera den temperaturskillnad som Jondetechs sensor mätt upp.
Företagets sensor ger en spänning som är proportionell mot temperaturskillnaden mellan ovan- och undersida. Den infallande värmestrålningen, det vill säga IR-ljuset, värmer primärt upp ovansidan. Det är inte en temperatursensor i traditionell mening utan en sensor som känner temperaturskillnader, en IR-sensor.

En förändring i signalen kan innebära att en människa ställt sig framför sensorn, eller att du lagt ditt finger på den, att det börjat brinna, eller att du andas på den, eller det hänt något helt annat som påverkar den uppmätta IR-strålningen.

Har du dessutom flera IR-sensorer går det att detektera en rörelse.

Det här innebär att sensorn förutom att mäta temperaturen lika gärna kan ersätta en tryckknapp, ett överhettningsskydd eller en brandvarnare. Allt beror på hur sensorsystemet utformas och hur utsignalen tolkas.

Idag finns sensorn i två kapslade modeller som är 3 5 3 mm respektive 5 5 5 mm. Utan extra optik och filter kan sensorn upptäcka en människa på ungefär en och en halv meters avstånd. För en hand eller ett ansikte sker det på en halvmeter medan ett finger upptäcks på ungefär en decimeters avstånd. Objektets rymdvinkel och temperaturskillnaden relativt omgivningen avgör avståndet.

Responstiden ligger på 50 ms vilket är tillräckligt snabbt för att fungera i en närvarosensor, som intrångsskydd eller för en tryckknapp.

Men i motsats till dagens knappar kan sensorerna integreras i skalet till apparaten, antingen på insidan om plasten släpper igenom IR-ljus, eller på ovansidan eftersom den inte bygger mer än 0,2 mm.

– Det öppnar fruktansvärt mycket möjligheter, särskilt inom 3D-bygsätt som MID, säger Elis.

MID eller Molded interconnect device är en teknik som ger formgjutna skal i plast med ledarbanor som fungerar som kablage, enkelt mönsterkort eller kanske en antenn.

– En annan tillämpning för sensorn är andningslarm för småbarn eller för enklare monitorering av patienter sjukvården, säger Mikael Lindeberg.

Sensorn registrerar enkelt den varma utandningsluften och kan larma om rytmen ändras.

Men den kan lika gärna övervaka att ett föremål inte blir för varmt, dvs. som överhettningsskydd. Idag görs det ofta med termistorer som fästs på objektet.

– Vår sensor kan placeras på lämpligt ställe och övervaka objektet på avstånd.

Därmed slipper man de problem och kostnader som är förknippade med att dra ledningar från kretskortet till sensorn. Tillämpningar hittar man i allt från överhettning av batteriet i datorn eller spisplattan till motorer och lager i industrin.

– Det är också ett lätt problem att göra mobilen till en ”brandvarnare” med vår sensor. Sensorn reagerar snabbt på den värme och de varma gaser som utvecklas vid eldsvåda, säger Mikael Lindeberg.

– En annan tillämpning är att fästa sensorn med en tejp på huden för att mäta värmeflödet ut ur kroppen, säger Elis Hivonen.

Sensorn är så tunn att den inte hindrar värmen som istället går rakt igenom den. Den här typen av mätningar är intressanta under operationer när man kontinuerligt vill hålla koll på temperaturen och tillståndet hos patienten.

Även om möjligheterna är i det närmaste oändliga vill företaget börja med ett fåtal tillämpningar.

– Vi har tagit upp kontakten med några av de gamla kunderna. Bland annat har vi en extremt stor asiatisk kund inom konsumentelektronikområdet som är intresserad av tekniken, säger Mikael Lindeberg.

Förutom att sälja lösa sensorer vill företaget framförallt erbjuda färdiga systemlösningar.

– Vi ska ta fram subsystem som klarar allt från enkel tröskling, av eller på, till system med flera sensorer som kan detektera rörelse eller orientering.

Beroende på vad systemet ska göra behövs komponenter för förförstärkning, en enkel komparator, kanske en multiplexer och dessutom någon form av signalbehandling.

Ett komplett system inklusive sensor kommer att kosta under två dollar i större volymer.

 Allt började som ett forskningsprojekt för att få fram en billig IR-sensor till Delsboföretaget ­Sensairs koldioxidsensor. Av olika
anledningar var det inte motiverat att ersätta den memssensor Senseair använder. Istället knoppades verksamheten av år 2008 för att kommersialisera tekniken i andra tillämpningar.
MER LÄSNING:
 
magasinet

221 stycken elektronik­konsulter

Registrera ditt företag nu!
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik
Anne-Charlotte
Sparrvik
+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)