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基于超聲波傳感器的社交距離解決方案

2020年12月01日 16:05 ? 次閱讀

為了減少COVID-19的傳播,辦公室和工廠需要創造一個能保障員工之間社交距離和安全生產工作的環境。作為一種可準確測量員工之間距離的手段,基于超聲波傳感器*1技術的解決方案引起了人們的關注。

在企業中確保社交距離

為了防止傳染性疾病的傳播,與他人保持安全距離并最大程度減少接觸是十分必要的。對企業來說,降低那些會危及供應鏈、企業聲譽和生產力的感染風險也非常重要,更不用說創造一個讓員工安心工作的環境了。為了應對這些挑戰,世界各地的公司都在尋求切實可行的解決方案,包括確保員工之間保持社交距離的警報以及能夠追蹤與感染者接觸軌跡的標簽。

企業中感染COVID-19的風險

超聲波傳感器與常規距離傳感技術的比較

在測量人/物體的距離和確定其位置時,常用的常規技術包括:低功耗藍牙(BLE)*2、RFID跟蹤器*3、超寬帶(UWB)*4和超聲波傳感器。在現今的環境中,實際應用中的社交距離警報和接觸追蹤主要有哪些要求?用ChirpMicrosystems(TDK集團旗下一家從事超聲傳感器開發的公司)總裁JosephBousaba的話來說,這些要求就是“距離測量的準確度、低功耗以延長電池使用時間、設備更加小巧可靠,以及誤報率接近零。

基于超聲波傳感器的社交距離解決方案的主要特點

就距離測量的準確度而言,超聲波傳感器誤差小于1厘米,超寬帶(UWB)誤差小于10厘米,而低功耗藍牙(BLE)則達幾米。對于建議值為2米的社交安全距離來講,BLE不足以滿足檢測要求。此外,超聲波傳感器的功耗要遠低于UWB,電池充電一次就能讓一個小型近距離感應標簽連續工作數天。

多項距離傳感技術的比較

該表顯示,Chirp超聲波傳感器無論在尺寸、準確性、功耗還是誤報率方面,都優于傳統的超聲波傳感器、UWB和藍牙。

使用超聲波傳感器的社交距離解決方案的實際應用

由Chirp開發的CH101是一款超聲波飛行時間(ToF)傳感器,它將壓電微機械超聲波換能器(PMUT)*5、高能效數字信號處理器(DSP)*6和低功耗CMOSASIC整合到一個大小僅有3.5mm×3.5mm的芯片上。安裝在傳感器上的超聲波換能器會發出超聲波脈沖并接收從物體反射回來的超聲波。借助這種飛行時間(ToF)法,可以準確地檢測到物體的距離。與傳統的超聲波傳感器相比,CH101具有顯著的小型化特點,可集成到諸如可穿戴標簽和員工工牌等產品中。

超聲波傳感器CH101

采用小型化設計,體積只有傳統超聲波傳感器的千分之一左右

“標簽或工牌可同時支持社交距離警報和接觸軌跡追蹤功能。”Chirp聯合創始人兼首席技術官DavidHorsley探討了防感染設備的預期功能。當兩個佩戴標簽的員工相距約1.83米時,標簽會發出警告聲。此外,通過集成BLE,標簽還可以記錄與他人的接觸情況,并將接觸歷史存儲到數據庫中。如果發現有員工感染,就可以追蹤相關的所有密切接觸者。

(左)集成了超聲波傳感器的標簽示例

(右)標簽可以檢測到佩戴人員的彼此靠近并會立即發出警報。

“基于超聲波的傳感器可讓社交距離的誤報率接近零”,Bousaba表示。由于超聲波通過空氣傳播來測量距離,因此它檢測不到那些被墻壁或玻璃隔開的人之間的近距離接觸。這與UWB截然不同,現今的工作場所常常利用墻壁或有機玻璃隔斷來建立社交屏障,而UWB所發出的無線電波可以穿過這些屏障,因此當人員彼此靠近但有這類屏障隔開時,UWB可能會產生誤報。

相互靠近但有墻壁隔開的示例

(左)采用無線電波的技術(包括UWB)可能會在人員彼此靠近但有墻壁或玻璃隔開時產生誤報。

(右)超聲波通過空氣確定是否存在接觸,幾乎沒有誤報。

此外,Bousaba還特別強調了功耗問題。“UWB在工作時會一直搜索其他設備,這使得它始終處于配對狀態,從而增加了功耗,而超聲波傳感器則大大降低了功耗。”普通UWB芯片在接收模式下的功耗約為400mW,而Chirp超聲波傳感器的運行功耗只有0.7mW,功耗不到前者的五百分之一。Bousaba表示,在實際應用中,一周內(約40小時)無需為電池充電。對于擁有大量員工的工廠而言,可最大程度地降低維護成本也是一個關鍵因素。

Chirp的超聲波傳感器實現了高精度、小型化和低功耗,因此這項技術非常適用于那些意在通過保持社交距離來預防感染的解決方案。Horsley建議,鑒于COVID-19目前尚無疫苗,也沒有有效的治療手段,最好是采用技術性的解決方案。“非常高興我們的技術能有機會造福人類。”

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