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超声波传感器可即时测量员工之间的距离

2020/11/13 18:55:56

为了减少COVID-19的传播，办公室和工厂需要创造一个能保障员工之间社交距离和安全生产工作的环境。作为一种可准确测量员工之间距离的手段，基于超声波传感器技术的解决方案引起了人们的关注。

在企业中确保社交距离

为了防止传染性疾病的传播，与他人保持安全距离并最大程度减少接触是十分必要的。对企业来说，降低那些会危及供应链、企业声誉和生产力的感染风险也非常重要，更不用说创造一个让员工安心工作的环境了。为了应对这些挑战，世界各地的公司都在寻求切实可行的解决方案，包括确保员工之间保持社交距离的警报以及能够追踪与感染者接触轨迹的标签。

超声波传感器与常规距离传感技术的比较

在测量人/物体的距离和确定其位置时，常用的常规技术包括：低功耗蓝牙（BLE）、RFID跟踪器、超宽带（UWB）和超声波传感器。在现今的环境中，实际应用中的社交距离警报和接触追踪主要有哪些要求？用Chirp Microsystems（TDK集团旗下一家从事超声传感器开发的公司）总裁Joseph Bousaba的话来说，这些要求就是“距离测量的准确度、低功耗以延长电池使用时间、设备更加小巧可靠，以及误报率接近零。

基于超声波传感器的社交距离解决方案的主要特点

就距离测量的准确度而言，超声波传感器误差小于1厘米，超宽带（UWB）误差小于10厘米，而低功耗蓝牙（BLE）则达几米。对于建议值为2米的社交安全距离来讲，BLE不足以满足检测要求。此外，超声波传感器的功耗要远低于UWB，电池充电一次就能让一个小型近距离感应标签连续工作数天。

使用超声波传感器的社交距离解决方案的实际应用

由Chirp开发的CH101是一款超声波飞行时间（ToF）传感器，它将压电微机械超声波换能器（PMUT）、高能效数字信号处理器（DSP）和低功耗CMOS ASIC整合到一个大小仅有3.5×3.5mm的芯片上。安装在传感器上的超声波换能器会发出超声波脉冲并接收从物体反射回来的超声波。借助这种飞行时间（ToF）法，可以准确地检测到物体的距离。与传统的超声波传感器相比，CH101具有显著的小型化特点，可集成到诸如可穿戴标签和员工工牌等产品中。

“标签或工牌可同时支持社交距离警报和接触轨迹追踪功能。”Chirp联合创始人兼首席技术官David Horsley探讨了防感染设备的预期功能。当两个佩戴标签的员工相距约1.83米时，标签会发出警告声。此外，通过集成BLE，标签还可以记录与他人的接触情况，并将接触历史存储到数据库中。如果发现有员工感染，就可以追踪相关的所有密切接触者。

“基于超声波的传感器可让社交距离的误报率接近零”，Bousaba表示。由于超声波通过空气传播来测量距离，因此它检测不到那些被墙壁或玻璃隔开的人之间的近距离接触。这与UWB截然不同，现今的工作场所常常利用墙壁或有机玻璃隔断来建立社交屏障，而UWB所发出的无线电波可以穿过这些屏障，因此当人员彼此靠近但有这类屏障隔开时，UWB可能会产生误报。

此外，Bousaba还特别强调了功耗问题。“UWB在工作时会一直搜索其他设备，这使得它始终处于配对状态，从而增加了功耗，而超声波传感器则大大降低了功耗。”普通UWB芯片在接收模式下的功耗约为 400mW，而Chirp超声波传感器的运行功耗只有0.7mW，功耗不到前者的五百分之一。Bousaba表示，在实际应用中，一周内（约40小时）无需为电池充电。对于拥有大量员工的工厂而言，可最大程度地降低维护成本也是一个关键因素。

Chirp的超声波传感器实现了高精度、小型化和低功耗，因此这项技术非常适用于那些意在通过保持社交距离来预防感染的解决方案。Horsley建议，鉴于COVID-19目前尚无疫苗，也没有有效的治疗手段，最好是采用技术性的解决方案。“非常高兴我们的技术能有机会造福人类。”

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