La nueva generación de sensores industriales de alto rendimiento capaces de soportar la precisión de puntería y precisión de posicionamiento ubicación secundaria, mientras que proporciona el tamaño y costo eficiencia necesaria, y comenzó a trabajar para promover el desarrollo de las cosas 'móviles'.
Con la creciente popularidad de sensor de alta calidad, combinado con una conectividad fiable y análisis de datos, la creación de una nueva eficiencia industrial, sino también los hace más autónoma nodos inteligentes y orientado a la acción. En muchos casos, los nodos sensores La captura precisa del movimiento y el seguimiento de la ubicación se convierten en el núcleo principal de las aplicaciones exitosas.
Por ejemplo, una granja puede utilizar la automatización inteligente de los vehículos terrestres y aéreos, (geolocalización) del sensor basado en el contenido de la rica Aprender la orientación geográfica y la orientación más eficiente de las operaciones en tierra. El quirófano típico sistema de navegación inteligente a la mesa de operaciones , fusión de sensores usando precisión guiada brazo robótico, para asegurar que en todos los casos pueden guiar con precisión. en muchas áreas, con sensores basados en la acción permiten que el valor de las aplicaciones móviles para obtener efecto sinérgico.
aplicaciones de sensores inerciales de consumo ha sido ampliamente utilizado en los teléfonos inteligentes, pero también puede hacer que los usuarios de acuerdo en que su precisión insatisfactoria, por lo tanto, hasta el momento, en la promoción de las 'cosas movibles' (Internet de los objetos en movimiento; IoMT) concepto ha sido ineficaz. Sin embargo, la nueva generación de sensores industriales de alto rendimiento capaces de soportar división (sub-gegree) que señala la precisión y la orientación geográfica de precisión, mientras que proporciona el tamaño y el costo de eficiencia es necesario, y están empezando a trabajar para promover la IoMT Desarrollo.
Controlador de detección inteligente en sistemas industriales
El avance más valioso en maquinaria industrial y fabricación es enfocarse en beneficios tangibles a nivel de sistema que a menudo resultan en desafíos de diseño e implementación y, por otro lado, se traducen en nuevas soluciones y modelos de negocios.3 Actualmente hay tres Este tipo de fuerza impulsora a nivel de sistema ha sido diseñada para buscar la eficiencia, la criticidad y la seguridad de los recursos, y las aplicaciones centradas en estas mejoras abarcan diferentes industrias en el aire / tierra / océano, interior / Al aire libre, a corto / largo plazo y humanos / mecánicos, pero en cualquier caso, estas aplicaciones se basan en atributos comunes, es decir, precisión, confiabilidad, seguridad y procesamiento y análisis inteligentes, como se detalla en la Tabla 1.
Tabla 1: los atributos valiosos del sistema se traducen en requisitos de diseño desafiantes en aplicaciones IoMT
Sin embargo, con múltiples tipos de sensores en el corazón de la tarea de diseño de la aplicación objetivo, los desarrolladores deben considerar cuidadosamente la calidad y durabilidad del sensor en una amplia gama de cambios en respuesta a la complejidad del diseño, aunque algunas industrias pueden elegir según la conveniencia Sensores (utilizando, por ejemplo, kits de sensores existentes en teléfonos), pero otras industrias definirán los kits de sensores desde cero y los seleccionarán según la precisión e integrándolos de forma inteligente para una cobertura completa y confiable de todos los sistemas previstos Estado.
Detección inteligente
Estos sistemas inteligentes y accesibles han revolucionado las industrias ya maduras con arquitectura contextual rica en sensores, transformando la agricultura en agricultura inteligente, mejorando la infraestructura a infraestructuras inteligentes y la transición urbana a ciudades inteligentes. Información situacional relacionada con el entorno e implementación de más sensores en bases de datos que requieren integración multiplataforma y a través del tiempo (por ejemplo, cómo la infraestructura durante el año pasado, como rendimiento de cultivos o patrones de tráfico, se analiza en la nube) La gestión y las comunicaciones (en lugar de simples sensores a sensores) también traen nuevos niveles de complejidad, como se muestra en la Figura 1.
Para soluciones para capturar información de forma fiable con los productos en el medio ambiente, el núcleo de estas empresas innovadoras del criterio principal de eficacia y en última instancia crecer base. La exactitud la eficiencia de mando, y se convierte a las necesarias economías de escala, sino también un funcionamiento seguro y fiable. Si bien la adición de características simples no es difícil para los sensores más básicos, este valor agregado mínimo es reemplazado por soluciones más sofisticadas para aplicaciones IoMT específicas (sí / no, arriba / abajo o encendido / apagado, etc.) ) Y la influencia adicional en la elección de los sensores es realmente inadecuada.
'Acción' es crucial
En la mayoría de los casos, la IO está en movimiento, incluso si no es dinámico (cámaras de seguridad industrial por ejemplo fijos), el punto preciso sigue siendo crítica, consciente de la acción o no desee (tal como la manipulación) aparecerá también tiene valor. Para los UAV que usan cargas ópticas para capturar imágenes de cultivos, se pueden proporcionar mejores resultados más rápidamente, siempre que se puedan mantener horizontes precisos bajo condiciones de vuelo difíciles, y si los datos ópticos se pueden georeferenciar con precisión Mapeo, pero también para la comparación histórica de datos y tendencias.
Los vehículos de GPS son cada vez más dependientes de los sistemas de navegación GPS, ya sea en tierra, en el aire o en el mar, sin embargo, el GPS está bajo una amenaza creciente ya sea deliberada o natural (edificios, árboles, túneles, etc.) Si se seleccionan sensores precisos, se puede realizar un cálculo confiable de muertos con más sensores durante las operaciones de corte. La Tabla 2 enumera ejemplos de eventos que agregan la acción (M) a IoMT, mostrando la correlación de acciones con la utilidad Sexo.
Si hay oportunidades y métodos específicos que capturan la inercia natural de un dispositivo o persona, el conocimiento del estado del sistema recuperado puede aumentar su importancia y puede integrarse adecuadamente en la información situacional existente, como se muestra en la Tabla 3.
Nodo IoMT confiable y seguro
La efectividad y el valor de las salidas de nodo IoMT dependen en gran medida de la calidad del sensor central y su capacidad de captar el contexto de la aplicación con alta fidelidad. En segundo lugar, para la calibración / mejora continua del sensor y el sensor ideal para Por ejemplo, qué sensor es el más confiable en un punto determinado en el tiempo). El procesamiento a nivel de la aplicación se distribuye en capas en la solución y se optimiza para los detalles del entorno, incluidas las restricciones apropiadas. Aunque estos nodos son autónomos, funcionan juntos en algunas situaciones, como ensamblar un grupo de vehículos no tripulados en tierra o en el aire, etc. En estos casos, se implementan enlaces de comunicación seguros y se mejora la transmisión confiable Además de la identidad única protegida, como se muestra en la Figura 2.
Sensor ubicado en núcleo autónomo
Al igual que el cuerpo humano, los nodos IoMT autónomos se basan en múltiples entradas detectadas para darse cuenta de la conciencia necesaria para la acción independiente y para optimizar eventos aleatorios o incluso desordenados, mejorando con el tiempo. Como se señala en 4, la transición de la medición básica al control o la autonomía tiene que ser más precisa tanto en el nivel de consolidación del sensor como en la inteligencia integrada, ya que estos nodos tienen un alto nivel de interconexión y capacidades autónomas de aprendizaje, Hacia el cuerpo humano y la dirección de la máquina de polimerización.
No se requiere infraestructura
GPS está en todas partes, a no ser bloqueado de noticias por satélite o dejan de funcionar. Si puede acceder con éxito, la tecnología inalámbrica que van extremadamente preciso puede lograr. Si no puede ser molestado, a continuación, las lecturas del campo magnético siempre estarán ahí. La inercia también puede ser un trabajo independiente. Se obviamente, la presencia de MEMS inerciales propio sensor insuficiente (deriva), pero estos problemas puede controlar, y la generación de nueva unidad de medición inercial industrial (IMU) para compactar y rentable paquete proporciona un grado de estabilidad sin precedentes.
elemento inercial MEMS fabricado mediante el proceso de fabricación de semiconductores estándar, el envasado y la integración de realización preciso, por lo tanto sentido directamente, interpretar su operación de medición, por lo general es la aceleración lineal (g) o el ángulo de rotación (° / seg o tasa) en la forma de presentación, que se muestra en la Figura 3. debido a que casi todas las aplicaciones a través de una llamada multi-grado de libertad (de hecho, la operación puede ocurrir a cualquier y todos los ejes, y el dispositivo es relativamente sin restricciones en su funcionamiento), de modo que, y la medición de la tasa de g debe ser separado para x, y y z ejes captura; o en algunos casos se hace referencia como eje de balanceo, cabeceo y guiñada se combinan estos, a veces referido como 6 grados de libertad pueden ser inercial. Unidad de medida
Aunque los factores económicos impulsan naturalmente a los diseñadores de MEMS a capturar múltiples tipos de sentidos (g, tasas) en cada eje (x, y, z) con un espacio de matriz mínimo, para enfrentar desafíos industriales aún más desafiantes De hecho, algunas arquitecturas MEMS intentan medir estos seis modos en una sola masa MEMS. Es importante verificar la validez de dichos esquemas para la detección de alto rendimiento. el punto es comprender el elemento MEMS debe ser utilizado incluso cuando los datos de operación de extracción, sin embargo, si el mismo elemento será interpretado para excluir otros tipos de mal funcionamiento, esto también es igualmente importante. por ejemplo, cuando la cantidad del giroscopio cuando la medición de velocidad angular, la aceleración también debe ser capaz de ignorar los efectos de la gravedad o la medición de velocidad angular, y los intentos para llevar a cabo diversas mediciones en una estructura pequeña, sencillo del elemento MEMS, de forma natural (en el diseño) otras alteraciones también serán error Fuente, y por lo tanto no puede distinguir entre lo que se necesita y lo que no se necesita, lo que finalmente se traducirá en ruido y errores en las aplicaciones de navegación o señalamiento.
Comprometido a proporcionar, si preciosos eficiencia de los recursos, mejoras de seguridad necesarias o IoMT la precisión es crítica, se necesita una precisión mayor que un simple sensor de dispositivos móviles actualmente en todas partes. Para un rendimiento de diseño se puede convertir, respectivamente El diseño para cada modo de detección y cada eje de detección debe realizarse en una dirección de convergencia y consolidación Finalmente, es importante comprender que el diseño orientado al rendimiento no necesita hacerse a expensas de un diseño rentable Por el precio
Características o rendimiento
Algunas aplicaciones pueden simplemente significar el valor sustancial de las funciones adicionales (en el patrón de cambio de actitud / dirección del dispositivo) que pueden capturarse fácilmente con simples componentes MEMS. Los dispositivos industriales o especializados pueden ser más fáciles de medir porque Con múltiples diferencias de precisión direccional y subniveles, o una mayor precisión en el orden de magnitud del reconocimiento de posición, y puede operar en entornos de alta vibración. Los sensores de bajo nivel y alto rendimiento no son muy diferentes entre el rendimiento Más pequeña, de hecho, la diferencia es tan grande que debe considerarse cuidadosamente al seleccionar los componentes.
aplicación final determinará la extensión precisa requerida, y la calidad del sensor seleccionado determinará si para lograr sus objetivos. Tabla 5 compara las dos soluciones, mostrar la importancia de sensor elegido no sólo para el proceso de diseño, sino que también afecta únicamente Precisión del dispositivo: los sensores de baja precisión pueden ser adecuados si se usan solo en circunstancias limitadas y tienen aplicaciones tolerantes a fallas, en otras palabras, son adecuados para aplicaciones independientes de la vida o sin seguridad. La precisión relativa no es demasiado alta es suficiente. Aunque la mayoría de los sensores de nivel de consumo son de bajo nivel de ruido, y pueden ser totalmente operativos en buenas condiciones, pero no son adecuados para la acción dinámica (incluidas las vibraciones) Debido a que las unidades de medición inercial de bajo rendimiento no pueden separar las partes que necesitan de las simples medidas de aceleración lineal o inclinación. Para operar en un entorno industrial con una precisión mejor que la anterior, El foco de la selección del sensor está en los diseños que pueden rechazar derivas de los efectos de la vibración o la temperatura. Sensores de alta precisión como este Se espera que se mantenga una gama más amplia de estado de la aplicación, y puede experimentar períodos de tiempo más largos.
Precision diseñador instrumento generalmente más interesado en usar la unidad de medición inercial, ya que la salida de la cual se corrige g y una tasa de, en lugar de viajar distancia o el ángulo, como la información de nivel de sistema es altamente específica de la aplicación y, por lo tanto, se convirtió en un diseñador del sistema (diseñador de sensor no inercial) del problema foco evento. en el presente documento surge en que la precisión de la identificación, por ejemplo, una tabla de especificación de sensor inercial señalando.
En la Tabla 6, componentes industriales de tamaño medio y los teléfonos móviles se utilizan para el sensor común consumidor típico para la comparación. Vale la pena mencionar que los componentes industriales más avanzados también se pueden obtener, y sus especificaciones son más que las señaladas aquí preferiblemente un orden de magnitud. especificación más bajo elemento de pedido proporcionado no incluye el consumo de efectos de aceleración lineal, los parámetros de paseo aleatorio ángulo de corrección de vibraciones, así como otras aplicaciones industriales en realidad puede ser la fuente más grande de parámetros de error.
La muestra es para sensores industriales diseñados para su uso en deportes extremos o esperados relativamente rápido (2000 ° / s, 40g) esquema, y en esta situación si se quiere lograr la mejor identificación del sensor de la señal, la mayor parte del ancho de banda salida también es extremadamente importante. mínimo desplazamiento durante el funcionamiento (estabilidad de funcionamiento) la deriva es reducir la dependencia de sensor complementario más grande, para corregir el rendimiento y en algunos casos, no se puede modificar en el tiempo requerido para filtrar el sistema de fondo aplicaciones, la deriva de arranque se reduce al mínimo (repetibilidad) es también muy importante. acelerómetros y giroscopios bajo nivel de ruido se utilizan para mezclar, para ayudar en la resolución de las modificaciones relacionadas con la gravedad de la deriva.
El sensor de giro está diseñado para eliminar prácticamente cualquier influencia directa de evento elemento compensar la gravedad (como vibraciones, golpes, la aceleración, la gravedad), de manera g lineal ofrece la ventaja de sustancialmente, y que la calibración de la transmisión se obtiene la calibración y corrección de la desviación de temperatura. Si no hay corrección de calibración, incluso una típica integra en un único elemento de ejes múltiples MEMS entre la estructura de la oblea, la alineación no puede llegar a ser la principal razón para el presupuesto de error.
Aunque en los últimos años ha sido un factor importante en la determinación del tipo de sensor de ruido más tiempo, pero tales efectos y parámetro g lineal no calibrada o similares ha aumentado en cualquier fuente de ruido manipulación aplicación, ya sea a través de un diseño de disco como de Es la calibración específica de la pieza más rentable para mejorar, en lugar de una decisión de movimiento simple o relativamente estática.
¿La fusión del sensor puede resolver el problema de la mala calidad del sensor?
En pocas palabras, no. Es capaz de combinarse con los algoritmos de filtrado de gestión de fusión de sensores y los sensores en combinación con el medio ambiente, la operación de los estados de aplicación de cinética asociada y que puede proporcionar una compensación de dicha temperatura incertidumbre corregido, y puede ser basado en el estado del sistema Sin embargo, el conocimiento, que gestiona la coordinación de un sensor a otro, no corrige los defectos nativos en el sensor.
La tarea más importante en el diseño de fusión de sensores es desarrollar un conocimiento profundo del estado de la aplicación para conducir otros procesos de diseño, seguido de la selección de los sensores apropiados para una aplicación en particular, lo que requiere un análisis detallado para comprenderlos. Pesos (correlaciones) en diferentes fases de la misión general En el ejemplo del mapeo de peatones, la solución está en gran medida limitada por los dispositivos existentes, como los sensores integrados en los teléfonos inteligentes, y no por el diseño de rendimiento. Por esta razón, se vuelve bastante dependiente del GPS y de otros sensores existentes, como la inercia incorporada o el magnetismo, que solo pueden contribuir en pequeña medida a la tarea de determinar la información de ubicación válida, que naturalmente funciona al aire libre. , El GPS no se puede utilizar en entornos urbanos desafiantes o en interiores, y la calidad de otros sensores disponibles es baja, lo que deja una gran brecha o, en otras palabras, la incertidumbre de la calidad de la información de ubicación Aunque los filtros avanzados y los algoritmos se usan a menudo para combinar estos sensores, no es necesario agregar más Sensores o sensores de mayor calidad, pero que desean llenar sustancialmente la brecha de incertidumbre, el software puede hacer es solo mínimo, y en última instancia reducirá significativamente la credibilidad de la ubicación de retorno, como se muestra en la Figura 4 .
En marcado contraste, la solución industrial de cálculo de puntos muertos está diseñada para un rendimiento definido por el sistema con selección de componentes basada en requisitos de precisión específicos y está claro que los sensores de inercia de mejor calidad tienen el principal Las calificaciones de los roles, otros sensores deben usarse con precaución para reducir la brecha de incertidumbre. Los algoritmos se enfocan más conceptualmente en la ponderación óptima entre los sensores, la regulación coordinada y la correlación cruzada, y la conciencia ambiental y la dinámica del movimiento inmediato. En lugar de simplemente extrapolar / estimar la posición entre las lecturas fiables del sensor.
En cualquier caso, la precisión se puede mejorar con sensores de mejor calidad, y aunque el filtrado de sensores y los algoritmos son una parte importante de la solución, por sí solos no pueden eliminar la brecha causada por la cobertura limitada del sensor.
Nuevo sensor industrial incluye un sensor para guiar el rendimiento de la generación de misiles casi equivalente a la parte delantera. Es utilizar la fiabilidad del equipo original del vehículo y la precisión de la arquitectura del sensor previsto, y el proceso de fabricación económicamente viable y se puede ampliar, de manera que Estos sensores industriales de nueva generación son completamente únicos en términos de precio / rendimiento y dimensiones de rendimiento, como se muestra en la Figura 5.
La precisión de detección de movimiento ya no está aislada en aplicaciones de nicho, pero sólo invertir en otra solución de seguimiento caro. Con el uso de grado industrial de tamaño de precisión IMU mini, los diseñadores de la IO puede ahora a través de la integración de detección de movimiento de alta calidad Y dirija el progreso de IoMT combinando conocimiento situacional incrustado para multiplicar el valor que proporciona.