超声波传感器可即时测量员工之间的距离

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^*1 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。

企业中感染 COVID-19 的风险

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)^*2、RFID 跟踪器^*3、超宽带 (UWB)^*4 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。

多项距离传感技术的比较

该表显示，Chirp 超声波传感器无论在尺寸、准确性、功耗还是误报率方面，都优于传统的超声波传感器、UWB 和蓝牙。

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)^*5、高能效数字信号处理器 (DSP)^*6 和低功耗 CMOS ASIC 整合到一个大小仅有 3.5 mm × 3.5 mm 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。

超声波传感器 CH101

采用小型化设计，体积只有传统超声波传感器的千分之一左右

“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。

（左）集成了超声波传感器的标签示例
（右）标签可以检测到佩戴人员的彼此靠近并会立即发出警报。

“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。

相互靠近但有墙壁隔开的示例

（左）采用无线电波的技术（包括 UWB）可能会在人员彼此靠近但有墙壁或玻璃隔开时产生误报。
（右）超声波通过空气确定是否存在接触，几乎没有误报。

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 400 mW，而 Chirp 超声波传感器的运行功耗只有 0.7 mW，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。”

术语

1   超声波传感器：一种通过发出超声波脉冲并测量超声波反射回来所需的飞行时间 (ToF)，以此来检测物体距离的传感器。

2   低功耗蓝牙 (BLE)：蓝牙标准的一部分，即短程无线通信技术。由于其功耗和成本较低，因此作为物联网设备的通信技术而引起了人们的关注。

3   RFID 跟踪器：一项通过接收器接收 RFID（射频识别）标签上记录的信息，以此来实时显示位置信息的技术。

4   超宽带：一种利用 20% 或 500 MHz 以上超宽带宽的无线通信方式

5   PMUT（压电微机械超声波换能器）：一种基于 MEMS 的元件，用于发射压电超声波。

6   DSP（数字信号处理器）：一种专门设计用于处理数字信号的微处理器（即实现所谓 CPU 功能的芯片）。