Telemetri - Telemetry

En brukbar dropsonde som brukes til å fange værdata. Telemetrien består av sensorer for trykk, temperatur og fuktighet og en trådløs sender for å returnere de fangede dataene til et fly.
En saltvannskrokodille med en GPS-basert satellittsender festet til hodet for sporing

Telemetri er in situ -samling av målinger eller andre data på fjerntliggende punkter og deres automatiske overføring til mottaksutstyr ( telekommunikasjon ) for overvåking. Ordet er avledet fra de greske røttene tele , "fjernt" og metron , "mål". Systemer som trenger eksterne instruksjoner og data for å operere krever motstykket til telemetri, telekommando .

Selv om begrepet vanligvis refererer til trådløse dataoverføringsmekanismer (f.eks. Ved bruk av radio- , ultralyd- eller infrarøde systemer), omfatter det også data som overføres over andre medier, for eksempel et telefon- eller datanettverk , optisk lenke eller annen kablet kommunikasjon som strømledning. Mange moderne telemetri -systemer utnytter de lave kostnadene og allestedsnærværende GSM -nettverk ved å bruke SMS for å motta og overføre telemetredata.

En telemeter er en fysisk enhet som brukes i telemetri. Den består av en sensor , en overføringsbane og en skjerm, opptak eller kontrollenhet. Elektroniske enheter er mye brukt i telemetri og kan være trådløse eller fastkablede, analoge eller digitale . Andre teknologier er også mulige, for eksempel mekanisk, hydraulisk og optisk.

Telemetri kan kommuteres for å tillate overføring av flere datastrømmer i en fast ramme .

Historie

Begynnelsen på industriell telemetri ligger i dampalderen , selv om sensoren ikke ble kalt telemeter på den tiden. Eksempler er James Watt (1736-1819) tillegg til dampmaskinene hans for overvåking fra en (nær) avstand, for eksempel kvikksølv trykkmåler og fly-ball guvernør .

Selv om den opprinnelige telemåleren refererte til en enhet med avstandsmåling (avstandsmålingstelometeret ), hadde det samme uttrykket på slutten av 1800 -tallet vært i stor bruk av elektriske ingeniører som brukte det, henviser til elektrisk drevne enheter som måler mange andre mengder i tillegg til avstand (for eksempel i patent på en "elektrisk telemeter -sender"). Generelle telemetre inkluderte slike sensorer som termoelementet (fra arbeidet til Thomas Johann Seebeck ), motstandstermometeret (av William Siemens basert på arbeidet til Humphry Davy ) og den elektriske strekkmåleren (basert på Lord Kelvins oppdagelse av at ledere under mekanisk belastning endrer sin motstand ) og utgangsenheter som Samuel Morse 's telegraf ekkolodd og releet . I 1889 førte dette til at en forfatter i Institution of Civil Engineers -prosedyren foreslo at begrepet for telemåler for avstandsmåler kan bli erstattet med tachometer .

På 1930 -tallet vokste bruken av elektriske telemetre raskt. Den elektriske strekkmåleren ble mye brukt i rakett- og luftfartsforskning, og radiosonde ble oppfunnet for meteorologiske målinger. Fremkomsten av andre verdenskrig ga drivkraft til industriell utvikling, og fremover ble mange av disse telemetrene kommersielt levedyktige.

Radiotelemetri ble videreført fra rakettforskning og ble brukt rutinemessig ettersom romutforskning startet. Romfartøyer er på et sted der en fysisk forbindelse ikke er mulig, og etterlater radio eller andre elektromagnetiske bølger (for eksempel infrarøde lasere) som det eneste levedyktige alternativet for telemetri. Under bemannede romoppdrag brukes den til å overvåke ikke bare parametere for kjøretøyet, men også astronauternes helse og livsstøtte. Under den kalde krigen fant telemetri bruk i spionasje. Amerikansk etterretning fant at de kunne overvåke telemetri fra sovjetiske missiltester ved å bygge en egen telemeter for å fange opp radiosignalene og dermed lære mye om sovjetiske evner.

Typer av telemeter

Telemetre er de fysiske enhetene som brukes i telemetri. Den består av en sensor , en overføringsbane og en skjerm, opptak eller kontrollenhet. Elektroniske enheter er mye brukt i telemetri og kan være trådløse eller fastkablede, analoge eller digitale . Andre teknologier er også mulige, for eksempel mekanisk, hydraulisk og optisk.

Informasjon om telemåling over wire hadde sin opprinnelse på 1800 -tallet. En av de første dataoverføring kretser ble utviklet i 1845 mellom russiske Tsar 's Winter Palace og hæren hovedkvarter. I 1874 bygde franske ingeniører et system med vær- og snødybdesensorer på Mont Blanc som overførte sanntidsinformasjon til Paris . I 1901 patenterte den amerikanske oppfinneren C. Michalke selsyn , en krets for å sende synkronisert rotasjonsinformasjon over en avstand. I 1906 ble det bygget et sett seismiske stasjoner med telemåling til Pulkovo -observatoriet i Russland. I 1912 utviklet Commonwealth Edison et system for telemetri for å overvåke elektriske belastninger på strømnettet. Den Panamakanalen (fullført 1913-1914) anvendt omfattende telemetri-systemer for å overvåke låser og vannstand.

Trådløs telemetri dukket tidlig opp i radiosonde , utviklet samtidig i 1930 av Robert Bureau i Frankrike og Pavel Molchanov i Russland . Molchanovs system modulerte temperatur- og trykkmålinger ved å konvertere dem til trådløs Morse -kode . Den tyske V-2- raketten brukte et system med primitive multipleksede radiosignaler kalt "Messina" for å rapportere fire rakettparametere, men det var så upålitelig at Wernher von Braun en gang hevdet at det var mer nyttig å se på raketten gjennom en kikkert.

I USA og Sovjetunionen ble Messina -systemet raskt byttet ut med bedre systemer; i begge tilfeller, basert på puls-posisjonsmodulering (PPM). Tidlige sovjetiske missil- og romtelemetri-systemer som ble utviklet på slutten av 1940-tallet brukte enten PPM (f.eks. Tral-telemetrisystemet utviklet av OKB-MEI) eller modulering av pulsvarighet (f.eks. RTS-5-systemet utviklet av NII-885). I USA brukte tidlig arbeid lignende systemer, men ble senere erstattet av pulskodemodulering (PCM) (for eksempel i Mars-sonden Mariner 4 ). Senere brukte sovjetiske interplanetære sonder redundante radiosystemer, og sendte telemetri med PCM på et desimeterbånd og PPM på et centimeterbånd.

applikasjoner

Meteorologi

Telemetri har blitt brukt av værballonger for overføring av meteorologiske data siden 1920.

Olje- og gassindustrien

Telemetri brukes til å overføre boremekanikk og informasjon om formasjonsevaluering i hullet i sanntid når en brønn bores. Disse tjenestene er kjent som Måling under boring og Logging under boring . Informasjon ervervet tusenvis av fot under bakken, mens du borer, sendes gjennom borehullet til overflatesensorene og demoduleringsprogramvaren. Trykkbølgen (sana) blir oversatt til nyttig informasjon etter DSP og støyfiltre. Denne informasjonen blir brukt for Formasjonsevaluering , Drilling optimalisering , og geostyring .

Billøp

Telemetri er en nøkkelfaktor i moderne motorsport, slik at løpsingeniører kan tolke data samlet under en test eller et løp og bruke den til å justere bilen for optimal ytelse. Systemer som brukes i serier som Formel 1 har blitt avansert til det punktet hvor bilens potensielle rundetid kan beregnes, og denne gangen er det sjåføren som forventes å møte. Eksempler på målinger på en racerbil inkluderer akselerasjoner ( G -krefter ) i tre akser, temperaturavlesninger, hjulhastighet og forskyvning av fjæring. I Formel 1 registreres også førerinngang slik at teamet kan vurdere førerens ytelse og (i tilfelle en ulykke) kan FIA bestemme eller utelukke førerfeil som en mulig årsak.

Senere utviklinger inkluderer toveis telemetri som lar ingeniører oppdatere kalibreringer på bilen i sanntid (selv om den er ute på banen). I Formel 1 dukket toveis telemetri opp på begynnelsen av 1990-tallet og besto av en meldingsvisning på dashbordet som teamet kunne oppdatere. Utviklingen fortsatte til mai 2001, da den først ble tillatt på bilene. I 2002 klarte lag å endre motorkartlegging og deaktivere motorsensorer fra gropen mens bilen var på banen. For sesongen 2003 forbød FIA toveis telemetri fra Formel 1; Imidlertid kan teknologien brukes i andre typer racing eller på veibiler.

Enveis telemetrisystem har også blitt brukt i R/C -racerbil for å få informasjon fra bilens sensorer som: motorturtall, spenning, temperaturer, gass.

Transport

I transportindustrien gir telemetri meningsfull informasjon om et kjøretøy eller sjåførens ytelse ved å samle inn data fra sensorer i kjøretøyet. Dette gjøres av forskjellige årsaker, alt fra overvåkning av personalets overholdelse, forsikringsvurdering til forutsigbart vedlikehold.

Telemetri brukes også til å koble trafiktellerenheter til dataregistratorer for å måle trafikkstrømmer og kjøretøyets lengder og vekter.

Jordbruk

De fleste aktiviteter knyttet til sunne avlinger og gode avlinger er avhengig av tilgjengelighet av vær- og jorddata. Derfor spiller trådløse værstasjoner en stor rolle i sykdomsforebygging og presisjonsvanning. Disse stasjonene overfører parametere som er nødvendige for beslutningstaking til en basestasjon: lufttemperatur og relativ luftfuktighet , nedbør og bladvåte (for sykdomsforutsigelsesmodeller), solstråling og vindhastighet (for å beregne fordampning ), bladsensorer for vannunderskudd (WDS) og jordfuktighet (avgjørende for vanningsbeslutninger).

Fordi lokale mikroklimaer kan variere betydelig, må slike data komme fra avlingen. Målestasjoner vanligvis overføre data sikkerhets av bakkenettet radio , men noen ganger satellittsystemer er brukt. Solkraft brukes ofte for å gjøre stasjonen uavhengig av strømnettet.

Vannforvaltning

Telemetri er viktig i vannforvaltning , inkludert vannkvalitet og bekkemålerfunksjoner . Store applikasjoner inkluderer AMR ( automatisk måleravlesning ), grunnvannsovervåking , lekkasjedeteksjon i distribusjonsrørledninger og overvåkning av utstyr. Å ha data tilgjengelig i nesten sanntid tillater raske reaksjoner på hendelser i feltet. Telemetrikontroll lar ingeniører gripe inn med eiendeler som pumper og ved å slå på eller av pumper avhengig av omstendighetene. Watershed telemetri er en utmerket strategi for hvordan man implementerer et vannforvaltningssystem.

Forsvar, rom og ressursutforskning

Telemetri brukes i komplekse systemer som missiler, RPV, romfartøy , oljerigger og kjemiske anlegg siden det tillater automatisk overvåking, varsling og journalføring for effektiv og sikker drift. Romfartsbyråer som NASA , ISRO , European Space Agency (ESA) og andre byråer bruker telemetri og/eller telekommandosystemer for å samle inn data fra romfartøyer og satellitter.

Telemetri er avgjørende for utviklingen av missiler, satellitter og fly fordi systemet kan bli ødelagt under eller etter testen. Ingeniører trenger kritiske systemparametere for å analysere (og forbedre) systemets ytelse. I fravær av telemetri vil disse dataene ofte være utilgjengelige.

Romvitenskap

Telemetri brukes av romfartøy med mannskap eller uten besetning for dataoverføring. Avstander på mer enn 10 milliarder kilometer har blitt tilbakelagt, f.eks. Av Voyager 1 .

Rakett

I raketter utgjør telemetriutstyr en integrert del av rakettområdetes eiendeler som brukes til å overvåke posisjonen og helsen til et oppskytningsbil for å bestemme avstandssikkerhetskriterier for fluktavslutning (rekkevidden er for offentlig sikkerhet). Problemer omfatter den ekstreme omgivelser (temperatur, akselerasjon og vibrasjon), den energitilførsel , antenne oppstilling og (ved lange avstander, for eksempel, i romfart ) signal reisetiden .

Flytesting

I dag bærer nesten alle typer fly , missiler eller romfartøyer et trådløst telemetrisystem når det testes. Luftfartstelemetri brukes for sikkerheten til piloter og personer på bakken under flytester. Telemetri fra en on-board flyging for instrumentering system er den primære kilde til sanntids måling og statusinformasjon som overføres i løpet av testingen av mannskap og uncrewed luftfartøy.

Militær etterretning

Avlyttet telemetri var en viktig kilde til etterretning for USA og Storbritannia da sovjetiske missiler ble testet; for dette formålet drev USA et lyttepost i Iran . Etter hvert oppdaget russerne USAs etterretningsinnsamlingsnettverk og krypterte missiltest-telemetrisignaler. Telemetri var også en kilde for sovjeterne, som drev lytteskip i Cardigan Bay for å avlytte britiske missiltester utført i området.

Energiovervåkning

På fabrikker, bygninger og hus overvåkes energiforbruket til systemer som HVAC på flere steder; relaterte parametere (f.eks. temperatur) sendes via trådløs telemetri til et sentralt sted. Informasjonen blir samlet inn og behandlet, noe som muliggjør den mest effektive energibruken. Slike systemer letter også forutsigbart vedlikehold .

Ressursfordeling

Mange ressurser må fordeles på store områder. Telemetri er nyttig i disse tilfellene, siden det lar logistikksystemet kanalisere ressurser der de trengs, samt gi sikkerhet for disse eiendelene; hovedeksempler på dette er tørrvarer, væsker og faste partikler i bulk.

Tørre varer

Tørrvarer, for eksempel emballerte varer, kan spores og fjernovervåkes, spores og oppfylles av RFID -sensingsystemer, strekkodeleser , optisk tegngjenkjenning (OCR) -leser eller andre sensingsenheter - koblet til telemetrienheter, for å oppdage RFID -koder , strekkode etiketter eller andre identifiserende markører festet til varen, pakken, eller (for store varer og bulkforsendelser) festet til transportcontaineren eller kjøretøyet. Dette letter kjennskap til deres beliggenhet, og kan registrere status og disposisjon, som når varer med strekkodeetiketter skannes gjennom en kassaskanner i salgssteder i en butikk. Stasjonære eller håndholdte strekkodeskannere eller RFID-skannere , med ekstern kommunikasjon, kan brukes til å fremskynde beholdningssporing og telling i butikker, lagre, fraktterminaler, transportbærere og fabrikker.

Væsker

Væsker lagret i tanker er et hovedobjekt for konstant kommersiell telemetri. Dette inkluderer vanligvis overvåking av tankanlegg i bensinraffinaderier og kjemiske anlegg-og distribuerte eller fjerntliggende tanker, som må fylles på når de er tomme (som med bensinstasjoner, oppvarmingstank for olje eller ag-kjemiske tanker på gårder), eller tømmes når den er full (som ved produksjon fra oljebrønner, akkumulerte avfallsprodukter og nyproduserte væsker). Telemetri brukes til å kommunisere de variable målingene av strømnings- og tanknivåsensorer som oppdager væskebevegelser og/eller volumer ved pneumatisk , hydrostatisk eller differensialtrykk; tank-begrenset ultralyd , radar eller doppler effekt ekko; eller mekaniske eller magnetiske sensorer.

Bulk faste stoffer

Telemetri av faststoff i bulk er vanlig for å spore og rapportere volumstatus og tilstand for korn- og husdyrfôrbeholdere , pulverisert eller granulert mat, pulver og pellets for produksjon, sand og grus og andre faste partikler i bulk. Selv om teknologi knyttet til væsketankovervåkning delvis også gjelder granulære bulkfaststoffer, er det noen ganger nødvendig med rapportering av total beholdervekt eller andre brutto egenskaper og forhold på grunn av bulkfaststoffets mer komplekse og variable fysiske egenskaper.

Medisin/helse

Telemetri brukes for pasienter ( biotelemetry ) som har risiko for unormal hjerteaktivitet, vanligvis i en koronarbehandling enhet . Noen ganger brukes telemetrispesialister til å overvåke mange pasienter på et sykehus. Slike pasienter er utstyrt med måle-, registrerings- og overføringsutstyr. En datalogg kan være nyttig for diagnostisering av pasientens tilstand av leger . En varslingsfunksjon kan varsle sykepleiere hvis pasienten lider av en akutt (eller farlig) tilstand.

Systemer er tilgjengelige i medisinsk-kirurgisk sykepleie for overvåking for å utelukke en hjertesykdom, eller for å overvåke et svar på antiarytmiske medisiner som amiodaron .

En ny og fremvoksende applikasjon for telemetri er innen nevrofysiologi, eller nevrotemetri. Neurofysiologi er studiet av sentral- og perifert nervesystem gjennom registrering av bioelektrisk aktivitet, enten det er spontant eller stimulert. I neurotelemetry (NT) overvåkes elektroencefalogrammet (EEG) til en pasient eksternt av en registrert EEG -teknolog ved bruk av avansert kommunikasjonsprogramvare. Målet med neurotelemetri er å gjenkjenne en nedgang i pasientens tilstand før fysiske tegn og symptomer er tilstede.

Neurotelemetri er synonymt med kontinuerlig video-EEG-overvåking i sanntid og har anvendelse i epilepsiovervåkningsenheten, nevro-ICU, pediatrisk ICU og nyfødt ICU. På grunn av den arbeidskrevende karakteren av kontinuerlig EEG-overvåking, utføres NT vanligvis på de større akademiske undervisningssykehusene ved hjelp av interne programmer som inkluderer R.EEG-teknologer, IT-støtteapparat, nevrolog og nevrofysiolog og overvåking av støttepersonell.

Moderne mikroprosessorhastigheter, programvarealgoritmer og videodatakomprimering lar sykehus sentralt registrere og overvåke kontinuerlige digitale EEG -er for flere kritisk syke pasienter samtidig.

Neurotelemetri og kontinuerlig EEG -overvåking gir dynamisk informasjon om hjernens funksjon som tillater tidlig påvisning av endringer i nevrologisk status, noe som er spesielt nyttig når den kliniske undersøkelsen er begrenset.

Forskning og forvaltning av fiskeri og dyreliv

En humle arbeidstaker med en transponder festet til ryggen, besøke en raps blomst

Telemetri brukes til å studere dyreliv, og har vært nyttig for å overvåke truede arter på individnivå. Dyr som studeres kan utstyres med instrumenteringsmerker, som inkluderer sensorer som måler temperatur, dykkedybde og varighet (for sjødyr), hastighet og plassering (ved hjelp av GPS- eller Argos -pakker). Telemetikoder kan gi forskere informasjon om dyrs atferd, funksjoner og miljøet deres. Denne informasjonen blir deretter enten lagret (med arkivmerker) eller kodene kan sende (eller overføre) informasjonen til en satellitt eller håndholdt mottaker. Fangst og merking av ville dyr kan sette dem i fare, så det er viktig å minimere denne påvirkningen.

Detaljhandel

På et verksted i Las Vegas i 2005 bemerket et seminar introduksjonen av telemetriutstyr som ville tillate salgsautomater å kommunisere salgs- og lagerdata til en rutebil eller til et hovedkvarter. Disse dataene kan brukes til en rekke formål, for eksempel å eliminere behovet for sjåfører å ta en første tur for å se hvilke varer som må fylles opp før lageret leveres.

Forhandlere bruker også RFID -koder for å spore beholdning og forhindre butikktyveri. De fleste av disse taggene reagerer passivt på RFID -lesere (f.eks. I kassen), men aktive RFID -koder er tilgjengelige som periodisk overfører posisjonsinformasjon til en basestasjon.

Lovhåndhevelse

Telemetri -maskinvare er nyttig for å spore personer og eiendom i rettshåndhevelse. En ankelhalsbånd som bæres av domfelte på prøve kan advare myndighetene hvis en person bryter vilkårene for prøveløslatelse , for eksempel ved å avvike fra autoriserte grenser eller besøke et uautorisert sted. Telemetri har også aktivert agnbiler , der politiet kan rigge en bil med kameraer og sporingsutstyr og la den ligge et sted de forventer at den skal bli stjålet. Når den er stjålet, rapporterer telemetriutstyret plasseringen av kjøretøyet, noe som gjør det mulig for politiet å deaktivere motoren og låse dørene når den stoppes av respondenter.

Energileverandører

I noen land brukes telemetri for å måle mengden elektrisk energi som forbrukes. Strømmåleren kommuniserer med en konsentrator , og sistnevnte sender informasjonen gjennom GPRS eller GSM til energileverandørens server. Telemetri brukes også til fjernovervåking av transformatorstasjoner og utstyr. For dataoverføring brukes noen ganger faselinjesystemer som opererer på frekvenser mellom 30 og 400 kHz.

Falkeri

I falkeri betyr "telemetri" en liten radiosender som bæres av en rovfugl som lar fuglens eier spore den når den er ute av syne.

Testing

Telemetri brukes til å teste fiendtlige miljøer som er farlige for mennesker. Eksempler inkluderer lagringsanlegg for ammunisjon, radioaktive steder, vulkaner, dyphav og verdensrommet.

Kommunikasjon

Telemetri brukes i mange batteridrevne trådløse systemer for å informere overvåkingspersonell når batteristrømmen når et lavt punkt og sluttelementet trenger nye batterier.

Gruvedrift

I gruveindustrien tjener telemetri to hovedformål: måling av viktige parametere fra gruveutstyr og overvåking av sikkerhetspraksis. Informasjonen som er gitt ved innsamling og analyse av viktige parametere tillater identifisering av ineffektive operasjoner, usikre metoder og feil bruk av utstyr for å maksimere produktivitet og sikkerhet. Ytterligere applikasjoner av teknologien gir mulighet til å dele kunnskap og beste praksis på tvers av organisasjonen.

Programvare

I programvare brukes telemetri til å samle inn data om bruk og ytelse av applikasjoner og applikasjonskomponenter, f.eks. Hvor ofte visse funksjoner brukes, målinger av oppstartstid og behandlingstid, maskinvare, applikasjonskrasj og generell bruksstatistikk og/eller brukeratferd. I noen tilfeller rapporteres svært detaljerte data som individuelle vindusberegninger, antall brukte funksjoner og individuelle funksjonstider.

Denne typen telemetri kan være avgjørende for at programvareutviklere skal motta data fra en lang rekke endepunkter som muligens ikke alle kan testes internt, i tillegg til å få data om populariteten til visse funksjoner og om de skal prioriteres eller vurderes for fjerning. På grunn av bekymringer om personvern siden programvaretelemetri enkelt kan brukes til å profilere brukere, er telemetri i brukerprogramvare ofte brukervalg, ofte presentert som en opt-in-funksjon (krever eksplisitt brukerhandling for å aktivere den) eller brukervalg under installasjonen av programvaren .

Internasjonale standarder

Som i andre telekommunikasjonsfelt eksisterer internasjonale standarder for telemetriutstyr og programvare. Internasjonale standardproduserende organer inkluderer Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) for romfartsorganisasjoner, Inter-Range Instrumentation Group (IRIG) for missilområder og Telemetering Standards Coordination Committee (TSCC), en organisasjon av International Foundation for Telemetering.

Se også

Referanser

Eksterne linker