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Digital Detectors for Easy System Integ­ra­tion

PyrIQ 디지털 적외선 센서

신호처리와 개선된 EMC(전자파 적합성)의 손쉬운 시스템 통합을 위한 디지털 적외선 센서를 소개합니다. InfraTec의 모든 적외선 센서는 단결정(Single Crystal) 리튬탄탈레이트
(LiTaO3) 소자를 기반으로 가스 분석 및 화염 감지에 사용됩니다. 다른 재료와 달리 리튬탄탈레이트(LiTaO3)는 냉각이나 온도 안정화 없이 높은 감도와
좋은 신호 대 잡음비를 제공합니다. 가스 분석과 화염(불꽃) 감지를 위해 사용자는 이를 판독하고 즉시 처리할 수 있는 간편한 시스템 통합에 이상적인 디지털 값을 확인할 수 있습니다.

Further inform­a­tion about gas analysis Further inform­a­tion about infrared flame sensor

정밀도 높은 비분산 적외선 (NDIR : Non-Dispersive Infrared) 가스 측정의 경우 방출기(IR Emitter)와 검출기(IR Detector) 클럭의 동기화가 필요합니다. 리튬 탄탈레이트 소자가 적용된
초전방식의 디지털 적외선 검출기는 시스템 클럭 또는 샘플링 시간을 지정하는데 사용되는 클럭 핀을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 매우 정밀한 샘플링 속도를 구현할 수 있습니다.

디지털 센서의 아날로그 기술과 비교되는 또 다른 특별한 기능은 포화(Saturation) 후 빠른 회복(Recovery)입니다. 이 기능은 급격한 온도 변화 또는 기계적 영향으로 인한
오작동으로 인한 과도하게 사용되는 것을 감지하고 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End - AFE)*를 자동으로 재설정합니다.
*Analog Front End : 센서의 출력을 OpAmp에서 증폭하고 필터를 통해 파형을 조정하여 A/D컨버터를 통해 디지털 신호로 변환한 후 마이컴으로 전달하는 기능의 회로

디지털 센서는 여러 단계로 필터링하고 증폭할 수 있는 아날로그 신호를 16비트 해상도의 디지털 신호로 변환합니다. 전체 신호처리는 ASIC에 의해 수행되며, 여기서 아날로그 프론트
엔드(AFE)는 트랜스임피던스 증폭기처럼 작동합니다. 따라서 사용자는 I2C 인터페이스를 통해 읽고 즉시 처리할 수 있는 디지털 값을 얻게 됩니다.

Type Housing Channel Aperture
(mm)		 Operation
modes		 JFET/OpAmp Thermal
Compensation		 Low Micro Specific Detectivity* Download
LID-2322 TO39 2 ø 6.0 Current Mode Digital / PyrIQ 1.5 ***
LRD-3824 TO8 4 8.5 × 8.5 Current Mode Digital / PyrIQ 2.4 ***

* in 108 cm√Hz/W (500 K, 10 Hz, 1 Hz BW, 25°C, without window)

** in 108 cm√Hz/W (500 K, 1 kHz, 1 Hz BW, 25°C, without window)

*** at Rfb = 128 GΩ, Cfb=200fF

sensor-division-glossary-InfraTec-Digital-Detectors-block-diagram-EN

디지털 센서 장점

  • sensor-division-glossary-InfraTec-Digital-Detectors-Simple-Integration
    시스템 통합
    A/D변환기를 내장하고 있는 ASIC는 복잡한 신호 처리 단계를 없애고 센서는 마이크로컨트롤러에 직접 연결할 수 있습니다. 이를 통해 간단하고 신속하게 시스템 통합이 가능합니다. 사용자는 I2C 인터페이스를 통해 추가 하드웨어 구성 없이 직접 읽고 처리할 수 있는 최대 1kHz의 샘플링 속도로 디지털 값을 제공받을 수 있습니다.
  • sensor-division-glossary-InfraTec-Digital-Detectors-Improved-EMC
    EMC
    센서의 전체 신호 변환은 공간적으로 집중되고 차폐되므로 EMC(전자파 적합성)이 높아 집니다. 센서는 전자파 간섭에 대한 내성이 높아 사용자자로 하여금 EMC 부담을 줄일 수 있습니다.
  • sensor-division-glossary-InfraTec-Digital-Detectors-Variable-Signal-Processing
    신호처리
    초전형 적외선 센서의 성능을 특정 짓는 가장 중요한 특징은 주파수 민감도, 노이즈, 검출 능력입니다. 시스템 설정에 따라 신호 처리에 대한 요구 사항이 다르므로 개발 및 수정 단계에서 센서 파라미터의 구성의 유연성을 제공합니다. 센서의 감도는 센서에 입사하는 복사 에너지에 따라 유연하게 조절하여 A/D 변환기의 후속 입력전압 범위를 최적으로 활용할 수 있습니다. 피드백 저항기 Rf 및 피드백 캐패시턴스 Cf는 센서의 각 스펙트럼 채널들을 개별적으로 설정할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 어플리케이션 요구사항에 맞게 민감도, 안전성, 성능을 최적으로 조절할 수 있습니다.
  • InfraTec-Sensorik-Digital-Detectors-AD
    높은 해상도
    여러 단계에서 필터링하고 증폭할 수 있는 아날로그 신호를 16비트 해상도의 디지털 신호로 변환합니다.
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피드백 Rf, Cf 설정 값에 따른 주파수 응답 그래프
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아날로그 VS 디지털

아날로그 출력방식은 오랜 기간동안 그 가치를 입증해 왔습니다. 센서 성능을 최대한 활용하기 위한 높은 수준의 전자 기술이 필요하지만 디자인 설계에 대한 유연함을 가지고 있습니다.
아날로그 센서의 시스템 통합에 필요한 노력을 고려할 때 디지털 센서는 분명한 이점이 있습니다. 디자인 설계 범위를 제한하지만 센서에 이미 통합된 기능은 여러 구성요소들을 하나의 시스템으로 합치는데 필요한 노력을 크게 덜어줍니다. 다음 표에 간략한 디지털과 아날로그의 장단점 참고해 주시기 바랍니다.

Digital pyroelectric detectors Analogue pyroelectric detectors
Detector series LRD, LID LIE, LME, LIM, LMM, LRM
Properties Detectors with integrated ASIC for transimpedance amplification,
16-bit A/D conversion and signal conditioning		 Maximum flexibility for system integration by the user
(free choice of external A/D converter and interface)
Electromagnetic
compatibility (EMC)		 ++ +
Integrated temperature
measurement		 Yes Yes (available for LRM)
Flexible adjustment of
feedback components		 Yes (Rf = 2 GΩ … 1 TΩ; Cf = 50 fF … 6.4 pF) No
Requirements for system integration
on the device side		 Low High
Power consumption
(typical)		 1 mW 0.1 mW
Signal to noise ratio + Current mode ++ / Voltage mode +++
Sampling rate
(maximum)		 1 kHz Free to select
Max. Modulation
Frequency		 100 Hz 4 kHz
Supply voltage 1.8 … 3.6 V Up to ± 5V

PyrIQ 센서의 다양한 응용 분야

디지털 센서는 아날로그 출력의 센서만큼 가스 분석 및 화염 감지에 사용하기 적합합니다. 특히 공간적으로 소형화를 요하는 환경이나 유연하게 시스템을 변경할 경우 디지털 센서는 좋은 선택이 될 것입니다. 또한 공기질을 측정하는데 있어 에어컨 및 빌딩 공조 시스템에 적합합니다. 이는 실내 공기질의 이산화탄소 농도를 관리하는 다중이용시설의 환기 제어에 사용됩니다. 이산화탄소 농도는 비분산 적외선 측정(NDIR : Non-Dispersive Infrared) 방식이 적용됩니다.
이런 광방식은 특정 가스를 감지하기 위해 적외선 센서 투과창에 협대역 IR필터가 장착되어 항상 좋은 공기질을 보장받을 수 있습니다. 또 다른 이점은 이동전화 네트워크, 블루투스, 와이파이로 인한 간섭에 대한 낮은 민감도입니다. 화염감지에서 초전센서는 나무, 천연가스, 가솔린 및 다양한 플라스틱과 같은 유기 물질을 연소시키는 과정에서 발생되는 스펙트럼 변화를 포착합니다. 불꽃 센서는 산업용 소방안전 및 화재 감지 분야에 사용되며 가장 열악한 환경 조건에도 견딜 수 있습니다. 간섭에 대한 디지털센서의 낮은 민감도는 전자파 간섭으로 인한 오 경보율을 크게 낮출 수 있습니다.

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