La nouvelle génération de capteurs industriels de haute performance capables de supporter la précision de pointage secondaire et l'emplacement de positionnement de précision, tout en offrant la taille et l'efficacité nécessaires coût, et a commencé à travailler pour promouvoir le développement des «choses mobiles de.
Avec la popularité croissante des capteurs de haute qualité, associée à une connectivité fiable et l'analyse des données, la création d'une nouvelle efficacité industrielle, mais les rend également plus autonomes nœuds intelligents et orientés vers l'action. Dans de nombreux cas, les nœuds de capteurs La capture de mouvement et le suivi de localisation précis deviennent le noyau principal des applications réussies.
Par exemple, les fermes intelligentes peuvent utiliser davantage de trafic terrestre et aérien grâce à la géolocalisation automatisée du contenu et des analyses des capteurs pour guider les opérations au sol plus efficacement, et les salles d'opération intelligentes apportent une navigation typique à la table d'opération , Un robot guidé par capteur et guidé par précision assure un guidage précis dans toutes les conditions Dans de nombreux domaines, les capteurs basés sur le mouvement ajoutent de la valeur à la valeur d'une application mobile.
les applications de capteurs inertiels à la consommation a été largement utilisé dans les téléphones intelligents, mais ils peuvent aussi causer des utilisateurs généralement admis que la précision insatisfaisante et, par conséquent, à ce jour, dans la promotion des « choses mobiles » (Internet des objets en mouvement; IoMT) Concept a été inefficace. Cependant, la nouvelle génération de capteurs industriels de haute performance capables de la division d'appui (sous-gegree) précision de pointage et la précision du ciblage géographique, tout en offrant la taille et l'efficacité nécessaires coût, et commencent à travailler pour promouvoir le IoMT Développement
Pilote de détection intelligent dans les systèmes industriels
L'avancée la plus précieuse dans le secteur des machines industrielles et de la fabrication consiste à mettre l'accent sur des avantages tangibles au niveau du système qui entraînent souvent des difficultés de conception et de mise en œuvre et se traduisent par de nouvelles solutions et modèles commerciaux3. Ce type de force motrice au niveau du système a été conçu pour poursuivre l'efficacité, la criticité et la sécurité des ressources, et les applications axées sur ces améliorations couvrent différentes industries dans l'air / terre / océan, à l'intérieur / Extérieur, à court terme / long terme et humain / mécanique, mais dans tous les cas, ces applications reposent sur des attributs communs, soit la précision, la fiabilité, la sécurité et le traitement et l'analyse intelligents énumérés au tableau 1.
Tableau 1: Les attributs système valables se traduisent par des exigences de conception complexes dans les applications IoMT
Cependant, avec plusieurs types de capteurs au cœur de la tâche de conception d'application cible, les développeurs doivent soigneusement considérer la qualité et la durabilité du capteur dans un large éventail de changements en réponse à la complexité de la conception, bien que certaines industries puissent choisir Capteurs (en utilisant, par exemple, les kits de capteurs existants dans les combinés), mais d'autres industries définiront des kits de capteurs à partir de zéro et les sélectionneront en fonction de la précision et les intègreront intelligemment pour une couverture complète et fiable de tous les systèmes anticipés Etat.
Détection intelligente
Ces systèmes intelligents et accessibles ont révolutionné les industries déjà matures avec une architecture contextuelle riche en capteurs, transformant l'agriculture en une agriculture intelligente, améliorant l'infrastructure en infrastructures intelligentes et la transition urbaine vers les villes intelligentes. Déployer plus de capteurs dans les bases de données qui nécessitent une intégration multiplateforme et croisée (par exemple, comment l'infrastructure de l'année écoulée, comme les rendements des cultures ou les conditions et modèles de circulation, sont analysées au fil du temps) La gestion et les communications (par opposition au simple capteur à capteur) apportent également de nouveaux niveaux de complexité, comme le montre la figure 1.
Pour des solutions pour capturer de manière fiable des informations de périphériques dans l'environnement, le noyau de ces entreprises innovantes la principale mesure de l'efficacité et de se développer en fin de compte base. Efficacité d'entraînement de précision et converti aux économies d'échelle nécessaires, mais aussi un fonctionnement sûr et fiable. Bien que l'augmentation des fonctionnalités simples est pas difficile pour la plupart des capteurs de base, mais la valeur ajoutée pour la cible minimum l'application IoMT (qui oui / non, sur / sous ou marche / arrêt et d'autres interfaces seront remplacées par des solutions plus sophistiquées ) Et l'influence supplémentaire sur le choix des capteurs est réellement insuffisante.
L'action est cruciale
Dans la plupart des cas, l'IdO est en mouvement, même si elle n'est pas dynamique (par exemple des caméras de sécurité industrielle fixes), le point précis reste critique, consciente de l'action ou ne veulent pas (comme la falsification) apparaissent a aussi une valeur. de recadrer les images capturées en utilisant un terme de drones de charge optique, si l'angle de directivité peut être maintenue avec précision dans les conditions difficiles de vol, peut fournir de meilleurs résultats et plus rapidement, et, si les données optiques peuvent être appliquer avec précision géographique Cartographie, mais aussi pour la comparaison historique des données et des tendances.
Des transports intelligents (que ce soit terrestre, aérien ou maritime) comptent de plus en plus sur les systèmes de navigation GPS. Cependant, que ce soit des facteurs délibérés ou naturels (bâtiments, arbres, tunnels, etc.), la menace GPS a souffert de plus en plus grave Si des capteurs précis sont sélectionnés, il est possible d'effectuer des comptages fiables avec plus de capteurs pendant les opérations de panne. Le tableau 2 liste des exemples d'événements qui ajoutent une action (M) à IoMT, montrant la corrélation des actions à l'utilité. Sexe
S'il existe des possibilités spécifiques et le dispositif de capture ou d'une méthode peut inertie naturelle des gens, il sera en mesure d'améliorer la connaissance de l'importance de l'état du système capturé, et peuvent être correctement intégrés dans les informations de contexte existant, comme indiqué dans le tableau 3.
Nœud IoMT fiable et sécurisé
efficacité IoMT et la valeur du noeud de sortie est le plus tributaire de la qualité du capteur de base, ainsi que sa capacité à capturer l'architecture des scénarios d'application de haute fidélité. En second lieu, la correction / amélioration du capteur en continu et le capteur idéal pour l'état du capteur dynamique ( par exemple, à tout moment donné, un capteur plus fiable), le processus de fusion est nécessaire. solution de traitement de niveau d'application à couches, et l'environnement optimum pour les détails (y compris restriction appropriée) la technologie. ces nœuds sont autonomes, mais dans certaines situations coopèreront, par exemple, dans le sol ou dans l'air se sont réunis dans des groupes de véhicules sans pilote, etc. ces cas se déploieront liaison de communication sécurisée, et de renforcer la transmission fiable Ainsi que l'identité unique protégée, comme le montre la figure 2.
Capteur situé dans le noyau autonome
Tout comme le corps humain, l'autonomie IoMT comptent sur plusieurs nœuds de détection des entrées, afin de parvenir à la prise de conscience nécessaire d'une action indépendante, et d'être des événements aléatoires ou même chaotiques meilleurs, et, finalement, améliorer au fil du temps. Le tableau Comme indiqué au point 4, le passage de la mesure de base au contrôle ou à l'autonomie doit être plus précis tant au niveau de la consolidation des capteurs que de l'intelligence embarquée, car ces nœuds ont un haut niveau d'interconnexion et des capacités d'apprentissage autonomes, Vers le corps humain et la direction de la machine de polymérisation.
Aucune infrastructure requise
GPS est partout, sauf nouvelles par satellite bloqué ou cessent de fonctionner. Si vous pouvez accéder avec succès, la technologie sans fil allant extrêmement précis peut atteindre. Si vous ne pouvez pas être dérangé, alors les lectures de champ magnétique seront toujours là. Inertie peut aussi être un travail indépendant. Il de toute évidence, la présence de MEMS inertiels capteur lui-même insuffisante (dérive), mais ces problèmes peuvent contrôler, et la génération d'une nouvelle unité de mesure d'inertie industrielle (IMU) à compacter et ensemble rentable offre un degré de stabilité sans précédent.
élément MEMS inertiels fabriqué en utilisant un procédé de fabrication de semi-conducteur standard, l'emballage et l'intégration mode de réalisation précis, ce qui détectent directement, interpréter son opération de mesure, il est généralement accélération linéaire (g) ou l'angle de rotation (° / sec ou taux) sous la forme de présentation, à la figure 3. parce que presque toutes les applications sur une soi-disant à plusieurs degrés de liberté (en fait, l'opération peut se produire à tout et tous les axes, et le dispositif est relativement sans restriction dans son fonctionnement), de sorte que, et en mesurant le taux de g doit être séparément pour x, y et z axes de capture, ou dans certains cas, dénommé axe de roulis, tangage et lacet se combinent entre eux, parfois appelé 6 degrés de liberté peuvent être inertiel. Unité de mesure
Bien que les facteurs économiques incitent naturellement les concepteurs MEMS à capturer plusieurs types de détection (g, taux) sur chaque axe (x, y, z) avec un espace de matrice minimal, pour relever des défis industriels encore plus complexes En fait, certaines structures MEMS tentent de mesurer ces six modes dans une même masse de MEMS, et il est important de vérifier l'efficacité de tels systèmes pour la détection de haute performance. La première chose à comprendre est que même si les éléments MEMS doivent être utilisés pour capturer des données de mouvement, il est tout aussi important que les mêmes éléments excluent la possibilité d'être interprétés comme d'autres types d'actions erronées. lors de la mesure de vitesse angulaire, l'accélération doit également être capable d'ignorer les effets de la gravité ou de la mesure de vitesse angulaire, et les tentatives pour effectuer diverses mesures dans une petite structure simple de l'élément MEMS, naturellement (dans la conception) d'autres perturbations seront également erreur Source, et ne peut donc pas faire la distinction entre ce qui est nécessaire et ce qui n'est pas nécessaire, ce qui se traduira finalement par du bruit et des erreurs dans les applications de navigation ou de pointage.
L'IoMT, qui offre des ressources précieuses et prometteuses, des améliorations de sécurité ou une précision critique, au besoin, nécessite plus de précision que de simples capteurs omniprésents dans les appareils mobiles actuels. La conception pour chaque mode de détection et chaque axe de détection doit être effectuée dans une direction de convergence et de consolidation. Enfin, il est important de comprendre que la conception orientée vers la performance ne doit pas être faite au détriment d'une conception rentable. Pour le prix.
Caractéristiques ou performances
Certaines applications peuvent simplement signifier une augmentation des caractéristiques (à la posture / direction du dispositif de commutation de mode) de valeur réelle, et ces caractéristiques peuvent être facilement récupérées par des composants MEMS simples pour les équipements industriels ou professionnels peuvent être plus facilement les valeurs mesurées, parce que comprenant une pluralité de directions et le degré précis de la différence entre le secondaire, ou un ordre supérieur de grandeur la capacité à identifier l'emplacement précis, et peut également fonctionner dans un environnement à haute vibration. la différence de performance entre les capteurs ne sont pas très haut niveau et de bas ordre Plus petit, en fait, la différence est si grande qu'il faut en tenir compte lors de la sélection des composants.
Terminer l'application déterminera la mesure précise nécessaire, et la qualité du capteur sélectionné déterminera si pour atteindre leurs objectifs. Le tableau 5 compare les deux solutions, montrent l'importance du capteur choisi non seulement pour le processus de conception, mais affecte également que . précision dispositif de capteur de faible précision que si elle est utilisée dans des circonstances limitées, et le dispositif d'application à tolérance de panne, il peut être applicable, d'autres termes, il convient aux non relatifs à la sécurité, non-vie en danger, ou relatif ne nécessite pas une grande précision déjà suffisamment. Alors que la plupart capteur de niveau de consommation a un faible niveau de bruit, et être pleinement opérationnel en bon état, mais ne peut pas fonctionner dans une dynamique (y compris les vibrations) les performances de séparation mécanique, car l'unité de mesure à faible inertie, ils ne doivent pas faire partie de l'accélération linéaire simple, ou de mesure d'inclinaison à commande lors d'un fonctionnement dans un environnement industriel ayant une précision supérieure d'une fois, La sélection des capteurs se concentre sur les conceptions qui peuvent rejeter les dérives dues aux vibrations ou aux effets de la température. Il est prévu de tenir un éventail plus large de l'état d'application, et peuvent connaître des périodes plus longues.
Les concepteurs d'instruments de précision sont généralement plus intéressés par les unités de mesure inertielle car leur sortie est corrigée en fonction de la vitesse et de la vitesse plutôt que de l'angle de déplacement ou de la distance car ces informations sont très spécifiques aux applications. Devient le centre d'activité des concepteurs de systèmes, pas des concepteurs de capteurs inertiels, où le défi était d'identifier, par exemple, la précision du pointage dans les fiches techniques des capteurs inertiels.
Les spécifications des composants industriels de milieu de gamme sont comparées à celles des capteurs grand public typiques trouvés dans les téléphones portables du tableau 6. Il convient de mentionner que des composants industriels de niveau supérieur sont également disponibles, avec des spécifications qui sont plus de préférence un ordre de grandeur. élément d'ordre le plus bas spécification fournie ne comprend pas la consommation d'effets d'accélération linéaire, l'angle de correction de vibration paramètres de marche aléatoire, ainsi que d'autres applications industrielles peuvent en fait être la principale source de paramètres d'erreur.
L'échantillon est pour les capteurs industriels conçus pour être utilisés dans les sports extrêmes ou attendus système relativement rapide (2000 ° / s, 40g), et dans cette situation si vous voulez obtenir la meilleure identification du capteur de signal, la majorité de la bande passante La dérive minimale (stabilité opérationnelle) du décalage en cours de fonctionnement est la volonté de réduire la dépendance à l'égard de capteurs complémentaires de plus grande taille pour corriger les performances, mais dans certains cas, le temps nécessaire pour corriger le filtrage du système dorsal. Il est également extrêmement important de minimiser (la répétabilité) la dérive de démarrage, et des accéléromètres à faible bruit sont utilisés avec les gyroscopes pour aider à résoudre et corriger toute dérive liée à la gravité.
Les capteurs gyroscopiques ont en effet été conçus pour éliminer directement les effets des événements de gravité tels que les vibrations, les impacts, les accélérations, les forces de gravitation sur les décalages des composants, fournir un avantage substantiel sous la forme d'un g linéaire, La dérive de température et l'étalonnage ont été corrigés, et sans correction d'étalonnage, même un dispositif MEMS multi-axe intégré dans une structure à une seule plaquette peut ne pas être aligné et peut être un contributeur majeur au budget d'erreur.
Bien que le bruit ait cessé d'être un facteur majeur dans la discrimination des types de capteurs ces dernières années, les paramètres tels que les effets g linéaires et les paramètres non étalonnés sont devenus des sources de bruit accrues dans toutes les applications, C'est le calibrage spécifique à la pièce le plus rentable à améliorer, plutôt qu'une décision de mouvement simple ou relativement statique.
La fusion des capteurs peut-elle résoudre le problème de la mauvaise qualité du capteur?
Pour simplifier, le Sensor Fusion est une fonction de filtrage qui combine et gère les capteurs en fonction de l'environnement, de la dynamique du mouvement et de l'état de l'application, peut fournir des corrections déterministes comme la compensation de température et peut être basée sur l'état du système. La connaissance, qui gère la coordination d'un capteur à un autre, ne corrige cependant pas les défauts natifs du capteur.
La tâche la plus cruciale dans la conception de la fusion de capteurs est de développer une connaissance approfondie de l'état de l'application pour piloter d'autres processus de conception, suivie de la sélection des capteurs appropriés pour une application particulière, qui nécessite une analyse détaillée pour les comprendre Poids (corrélations) aux différentes phases de la mission globale Dans l'exemple de la cartographie des piétons, la solution est largement limitée par les appareils existants, tels que les capteurs embarqués dans les smartphones, et non par la conception des performances. Pour cette raison, il devient tout à fait dépendant du GPS et d'autres capteurs existants tels que l'inertie ou le magnétisme intégré, qui ne peuvent apporter qu'une petite contribution à la détermination d'informations de localisation valides, qui fonctionnent naturellement à l'extérieur. , Le GPS ne peut pas être utilisé dans des environnements urbains difficiles ou à l'intérieur, et la qualité des autres capteurs disponibles est faible, laissant un grand écart ou, en d'autres termes, l'incertitude de la qualité de l'information de localisation Bien que des filtres et des algorithmes avancés soient souvent utilisés pour combiner ces capteurs, il n'est pas nécessaire d'ajouter Capteur ou un capteur de qualité supérieure, mais qui veulent combler sensiblement l'écart d'incertitude, le logiciel peut le faire avec seulement minime, en fin de compte réduire la crédibilité de l'emplacement de retour, comme le montre la figure 4 .
À l'inverse, la solution de navigation à l'estime est conçue pour une performance définie par le système, avec sélection des composants basée sur des exigences de précision spécifiques et il est clair que les capteurs inertiels de meilleure qualité ont la priorité Qualifications de rôle, d'autres capteurs doivent être utilisés avec prudence afin de réduire l'écart d'incertitude.Les algorithmes sont plus axés conceptuellement sur la pondération optimale entre les capteurs, la régulation coordonnée et l'intercorrélation, et la conscience environnementale et la dynamique du mouvement immédiat Plutôt que d'extrapoler / d'estimer la position entre des lectures de capteur fiables.
Dans les deux cas, la précision peut être améliorée avec des capteurs de qualité améliorés, et bien que le filtrage des capteurs et les algorithmes constituent une partie importante de la solution, ils ne peuvent à eux seuls éliminer l'écart causé par la couverture limitée du capteur.
Doté d'une performance de capteur presque identique à celle utilisée par la génération précédente pour guider le missile, le nouveau capteur industriel exploite l'architecture de capteur initialement prévue pour la fiabilité et la précision automobile, ainsi qu'un procédé économiquement viable et extensible qui Ces capteurs industriels de nouvelle génération sont totalement uniques en termes de rapport prix / performance et performance, comme le montre la figure 5.
La détection de mouvement précise n'est plus isolée des applications de niche et ne peut être investie que dans d'autres solutions de suivi coûteuses.Avec une précision de niveau industriel dans les mini tailles d'IMU, les concepteurs IoT peuvent désormais intégrer une détection de mouvement de haute qualité. Et pilotez les progrès d'IoMT en combinant la conscience de la situation intégrée pour multiplier la valeur qu'elle fournit.