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超聲波傳感器可即時測量員工之間的距離

2020/11/13 18:55:56

為了減少COVID-19的傳播，辦公室和工廠需要創(chuàng)造一個能保障員工之間社交距離和安全生產(chǎn)工作的環(huán)境。作為一種可準(zhǔn)確測量員工之間距離的手段，基于超聲波傳感器技術(shù)的解決方案引起了人們的關(guān)注。

在企業(yè)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(yè)來說，降低那些會危及供應(yīng)鏈、企業(yè)聲譽和生產(chǎn)力的感染風(fēng)險也非常重要，更不用說創(chuàng)造一個讓員工安心工作的環(huán)境了。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，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(biāo)簽。

超聲波傳感器與常規(guī)距離傳感技術(shù)的比較

在測量人/物體的距離和確定其位置時，常用的常規(guī)技術(shù)包括：低功耗藍(lán)牙（BLE）、RFID跟蹤器、超寬帶（UWB）和超聲波傳感器。在現(xiàn)今的環(huán)境中，實際應(yīng)用中的社交距離警報和接觸追蹤主要有哪些要求？用Chirp Microsystems（TDK集團旗下一家從事超聲傳感器開發(fā)的公司）總裁Joseph Bousaba的話來說，這些要求就是“距離測量的準(zhǔn)確度、低功耗以延長電池使用時間、設(shè)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(zhǔn)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(lán)牙（BLE）則達(dá)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(yuǎn)低于UWB，電池充電一次就能讓一個小型近距離感應(yīng)標(biāo)簽連續(xù)工作數(shù)天。

使用超聲波傳感器的社交距離解決方案的實際應(yīng)用

由Chirp開發(fā)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）、高能效數(shù)字信號處理器（DSP）和低功耗CMOS ASIC整合到一個大小僅有3.5×3.5mm的芯片上。安裝在傳感器上的超聲波換能器會發(fā)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(zhǔn)確地檢測到物體的距離。與傳統(tǒng)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(biāo)簽和員工工牌等產(chǎn)品中。

“標(biāo)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(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官David Horsley探討了防感染設(shè)備的預(yù)期功能。當(dāng)兩個佩戴標(biāo)簽的員工相距約1.83米時，標(biāo)簽會發(fā)出警告聲。此外，通過集成BLE，標(biāo)簽還可以記錄與他人的接觸情況，并將接觸歷史存儲到數(shù)據(jù)庫中。如果發(fā)現(xiàn)有員工感染，就可以追蹤相關(guān)的所有密切接觸者。

“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(xiàn)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(fā)出的無線電波可以穿過這些屏障，因此當(dāng)人員彼此靠近但有這類屏障隔開時，UWB可能會產(chǎn)生誤報。

此外，Bousaba還特別強調(diào)了功耗問題。“UWB在工作時會一直搜索其他設(shè)備，這使得它始終處于配對狀態(tài)，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(yīng)用中，一周內(nèi)（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(guān)鍵因素。

Chirp的超聲波傳感器實現(xiàn)了高精度、小型化和低功耗，因此這項技術(shù)非常適用于那些意在通過保持社交距離來預(yù)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(shù)性的解決方案。“非常高興我們的技術(shù)能有機會造福人類。”

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