Telemetri - Telemetry

En exponerbar dropsonde som används för att fånga väderdata. Telemetri består av sensorer för tryck, temperatur och luftfuktighet och en trådlös sändare för att returnera den fångade data till ett flygplan.
En saltvattenkrokodil med en GPS-baserad satellitsändare fäst vid huvudet för spårning

Telemetri är den in situ- samling av mätningar eller andra data på avlägsna punkter och deras automatisk transmission till mottagningsutrustning ( telekommunikation ) för övervakning. Ordet härrör från de grekiska rötterna tele , "avlägsen" och metron , "mått". System som behöver externa instruktioner och data för att fungera kräver motsvarigheten till telemetri, telekommando .

Även om termen hänvisar vanligen till trådlösa överföringsmekanismer data (t.ex. med användning av radio , ultraljud eller infraröd system), omfattar den även överförs data över andra media såsom en telefon eller datanät , optisk länk eller annan trådbunden kommunikation som kraftledningsbärare. Många moderna telemetrisystem drar nytta av den låga kostnaden och allestädes närvarande i GSM -nät genom att använda SMS för att ta emot och överföra telemetradata.

En telemeter är en fysisk enhet som används i telemetri. Den består av en sensor , en överföringsväg och en display, inspelning eller kontrollenhet. Elektroniska enheter används i stor utsträckning inom telemetri och kan vara trådlösa eller trådbundna, analoga eller digitala . Andra tekniker är också möjliga, till exempel mekanisk, hydraulisk och optisk.

Telemetri kan kommuteras för att tillåta överföring av flera dataströmmar i en fast ram .

Historia

Början av industriell telemetri ligger i ångåldern , även om sensorn inte kallades telemeter på den tiden. Exempel är James Watt 's (1736-1819) tillägg till hans ångmaskiner för övervakning från ett (nära) avstånd såsom kvicksilvertryckmätare och fly-boll regulator .

Även om den ursprungliga telemätaren hänvisade till en avståndsmätare (avståndsmätaren ), hade samma term i slutet av 1800 -talet använts i stor utsträckning av elektriska ingenjörer som tillämpar det, hänvisar till elektriskt drivna enheter som mäter många andra mängder förutom avstånd (till exempel i patent på en "elektrisk telemeter -sändare"). Generella telemetrar inkluderade sådana sensorer som termoelementet (från Thomas Johann Seebecks arbete ), motståndstermometern (av William Siemens baserat på Humphry Davys arbete ) och den elektriska töjningsmätaren (baserat på Lord Kelvins upptäckt att ledare under mekaniska påkänning förändring deras resistans ) och utmatningsanordningar såsom Samuel Morse 's telegraf sundare och reläet . År 1889 ledde detta till att en författare i institutionen för civilingenjörer föreslog att termen för avståndsmätarens telemätare skulle kunna ersättas med tachometer .

På 1930 -talet ökade användningen av elektriska telemetrar snabbt. Den elektriska töjningsmätaren användes i stor utsträckning inom raket- och flygforskning och radiosonden uppfanns för meteorologiska mätningar. Tillkomsten av andra världskriget gav drivkraft för industriell utveckling och hädanefter blev många av dessa telemetrar kommersiellt gångbara.

Radiotelemetri, som fortsatte från raketforskning, användes rutinmässigt när rymdutforskning påbörjades. Rymdfarkoster är på en plats där en fysisk anslutning inte är möjlig, vilket gör att radio eller andra elektromagnetiska vågor (som infraröda lasrar) lämnas som det enda lönsamma alternativet för telemetri. Under bemannade rymduppdrag används den för att övervaka inte bara parametrar för fordonet utan även astronauternas hälsa och livsstöd. Under kalla kriget hittades telemetri i spionage. Amerikansk underrättelse fann att de kunde övervaka telemetri från sovjetiska missiltester genom att bygga en egen telemeter för att fånga upp radiosignalerna och därmed lära sig mycket om sovjetisk kapacitet.

Typer av telemeter

Telemetrar är de fysiska enheter som används i telemetri. Den består av en sensor , en överföringsväg och en display, inspelning eller kontrollenhet. Elektroniska enheter används i stor utsträckning inom telemetri och kan vara trådlösa eller trådbundna, analoga eller digitala . Andra tekniker är också möjliga, till exempel mekanisk, hydraulisk och optisk.

Telemätningsinformation över tråd hade sitt ursprung på 1800 -talet. En av de första dataöverföringskretsar utvecklades år 1845 mellan ryska tsarens 's Vinterpalatset och arméns högkvarter. År 1874 byggde franska ingenjörer ett system med väder- och snödjupssensorer på Mont Blanc som överförde realtidsinformation till Paris . 1901 patenterade den amerikanska uppfinnaren C. Michalke Selsyn , en krets för att skicka synkroniserad rotationsinformation över en sträcka. År 1906 byggdes en uppsättning seismiska stationer med telemätning till Pulkovo -observatoriet i Ryssland. År 1912 utvecklade Commonwealth Edison ett system för telemetri för att övervaka elektriska belastningar på sitt elnät. Den Panamakanalen (färdig 1913-1914) som används omfattande telemetrisystem för att övervaka lås och vattennivåer.

Trådlös telemetri gjorde tidiga framträdanden i radiosonden , som utvecklades samtidigt 1930 av Robert Bureau i Frankrike och Pavel Molchanov i Ryssland . Molchanovs system modulerade temperatur- och tryckmätningar genom att konvertera dem till trådlös morskod . Den tyska V-2- raketen använde ett system av primitiva multiplexerade radiosignaler som kallades "Messina" för att rapportera fyra raketparametrar, men det var så opålitligt att Wernher von Braun en gång hävdade att det var mer användbart att titta på raketen genom en kikare.

I USA och Sovjetunionen byttes Messina -systemet snabbt ut mot bättre system; i båda fallen, baserat på pulslägesmodulering (PPM). Tidiga sovjetiska missil- och rymdtelemetrisystem som utvecklades i slutet av 1940-talet använde antingen PPM (t.ex. Tral-telemetrisystemet som utvecklats av OKB-MEI) eller modulering av pulslängd (t.ex. RTS-5-systemet som utvecklats av NII-885). I USA använde tidiga arbeten liknande system, men ersattes senare av pulskodsmodulering (PCM) (till exempel i Mars-sonden Mariner 4 ). Senare använde sovjetiska interplanetära prober redundanta radiosystem, sändande telemetri med PCM på ett decimeterband och PPM på ett centimeterband.

Ansökningar

Meteorologi

Telemetri har använts av väderballonger för överföring av meteorologiska data sedan 1920.

Olje- och gasindustrin

Telemetri används för att överföra borrmekanik och information om utvärdering av utvärderingar i botten i realtid när en borrning görs. Dessa tjänster är kända som Mätning under borrning och Loggning under borrning . Information som förvärvats tusentals meter under marken under borrning skickas genom borrhålet till ytsensorerna och demoduleringsprogrammet. Tryckvågen (sana) översätts till användbar information efter DSP och brusfilter. Denna information används för bildande utvärdering , Drilling Optimering och Geosteering .

Motor-racing

Telemetri är en nyckelfaktor i modern motorsport, så att tävlingsingenjörer kan tolka data som samlats in under ett test eller tävling och använda den för att justera bilen för optimal prestanda. System som används i serier som Formel 1 har avancerat till den punkt där bilens potentiella varvtid kan beräknas, och den här gången förväntas föraren möta. Exempel på mätningar på en racerbil inkluderar accelerationer ( G -krafter ) i tre axlar, temperaturavläsningar, hjulhastighet och fjädringsförskjutning. I Formel 1 registreras även förarinmatning så att laget kan bedöma förarens prestanda och (i händelse av en olycka) kan FIA avgöra eller utesluta förarfel som en möjlig orsak.

Senare utveckling inkluderar tvåvägs telemetri som gör att ingenjörer kan uppdatera kalibreringar på bilen i realtid (även när den är ute på banan). I Formel 1 dök tvåvägs telemetri upp i början av 1990-talet och bestod av en meddelandevisning på instrumentpanelen som laget kunde uppdatera. Dess utveckling fortsatte fram till maj 2001, då den först tilläts på bilarna. År 2002 kunde team ändra motorkartläggning och inaktivera motorsensorer från gropen medan bilen var på banan. För säsongen 2003 förbjöd FIA tvåvägs telemetri från Formel 1; tekniken kan dock användas i andra typer av racing eller på vägbilar.

Ett sätt telemetrisystem har också tillämpats i R/C racerbil för att få information från bilens sensorer som: motorvarvtal, spänning, temperaturer, gasreglage.

Transport

Inom transportindustrin ger telemetri meningsfull information om ett fordons eller förares prestanda genom att samla in data från sensorer i fordonet. Detta görs av olika skäl, allt från övervakning av personalens efterlevnad, försäkringsbetyg till förutsägande underhåll.

Telemetri används också för att länka trafikräknare till dataregistratorer för att mäta trafikflöden och fordonslängder och vikter.

Lantbruk

De flesta aktiviteter som rör hälsosamma grödor och goda skördar beror på att väder- och markdata är tillgängliga i tid. Därför spelar trådlösa väderstationer en stor roll för förebyggande av sjukdomar och precisionsbevattning. Dessa stationer överför parametrar som är nödvändiga för beslutsfattande till en basstation: lufttemperatur och relativ luftfuktighet , nederbörd och lövblöthet (för sjukdomsförutsägelsemodeller), solstrålning och vindhastighet (för att beräkna evapotranspiration ), bladundersensorer för vattenunderskott (WDS) och markfuktighet (avgörande för bevattningsbeslut).

Eftersom lokala mikroklimat kan variera avsevärt måste sådana data komma inifrån grödan. Övervakningsstationer vanligtvis sända data tillbaka genom markbunden radio , men ibland satellit system används. Solkraft används ofta för att göra stationen oberoende av elnätet.

Vattenhantering

Telemetri är viktigt för vattenhantering , inklusive vattenkvalitet och strömmätningsfunktioner . Större tillämpningar inkluderar AMR ( automatisk mätaravläsning ), grundvattenövervakning , läcksökning i distributionsledningar och övervakning av utrustning. Att ha data tillgänglig i nästan realtid möjliggör snabba reaktioner på händelser i fältet. Telemetrikontroll gör det möjligt för ingenjörer att ingripa med tillgångar som pumpar och genom att fjärraktivera eller stänga av pumpar beroende på omständigheterna. Watershed telemetri är en utmärkt strategi för hur man implementerar ett vattenhanteringssystem.

Försvar, rymd- och resursutforskning

Telemetri används i komplexa system som missiler, RPV, rymdfarkoster , oljeplattformar och kemiska anläggningar eftersom det möjliggör automatisk övervakning, varning och registerföring som är nödvändig för effektiv och säker drift. Rymdorganisationer som NASA , ISRO , European Space Agency (ESA) och andra byråer använder telemetri och/eller telekommandosystem för att samla in data från rymdfarkoster och satelliter.

Telemetri är avgörande för utvecklingen av missiler, satelliter och flygplan eftersom systemet kan förstöras under eller efter testet. Ingenjörer behöver kritiska systemparametrar för att analysera (och förbättra) systemets prestanda. I avsaknad av telemetri skulle dessa data ofta vara otillgängliga.

Rymdvetenskap

Telemetri används av rymdfarkoster med bemanning eller besättning för dataöverföring. Avstånd på mer än 10 miljarder kilometer har täckts av t.ex. Voyager 1 .

Rocketry

Inom raketer utgör telemetriutrustning en integrerad del av raketintervallets tillgångar som används för att övervaka position och hälsa för ett uppskjutningsfordon för att fastställa kriterier för avgångssäkerhet för flygavslutning (avståndssyfte är för allmän säkerhet). Problemen inkluderar den extrema miljön (temperatur, acceleration och vibrationer), energiförsörjning , antenninställning och (på långa avstånd, t.ex. i rymdflygning ), signalens restid .

Flygtestning

Idag bär nästan alla typer av flygplan , missiler eller rymdfarkoster ett trådlöst telemetrisystem när det testas. Aeronautisk mobil telemetri används för pilots och personers säkerhet på marken under flygprov. Telemetri från ett inbyggt flygtestinstrumentationssystem är den primära källan till mätning och statusinformation i realtid som sänds under testning av besättnings- och obemannade flygplan.

Militär underrättelsetjänst

Avlyssnad telemetri var en viktig källa till underrättelse för USA och Storbritannien när sovjetiska missiler testades; för detta ändamål opererade USA en lyssnarpost i Iran . Så småningom upptäckte ryssarna USA: s intelligensinsamlingsnätverk och krypterade deras missiltest-telemetrisignaler. Telemetri var också en källa för Sovjet, som drev lyssnarfartyg i Cardigan Bay för att avlyssna brittiska missiltester som utförts i området.

Energiövervakning

I fabriker, byggnader och hus övervakas energiförbrukningen av system som HVAC på flera platser; relaterade parametrar (t.ex. temperatur) skickas via trådlös telemetri till en central plats. Informationen samlas in och behandlas, vilket möjliggör den mest effektiva energianvändningen. Sådana system underlättar också förutsägbart underhåll .

Resursfördelning

Många resurser behöver fördelas över stora områden. Telemetri är användbart i dessa fall, eftersom det tillåter logistiksystemet att kanalisera resurser där de behövs, samt ge säkerhet för dessa tillgångar; huvudsakliga exempel på detta är torra varor, vätskor och fasta partiklar i bulk.

Torrvaror

Torrvaror, såsom förpackade varor, kan spåras och fjärrövervakas, spåras och inventeras av RFID -avkänningssystem, streckkodsläsare , optisk teckenigenkänning (OCR) läsare eller andra avkänningsanordningar - kopplade till telemetrienheter, för att upptäcka RFID -taggar , streckkoder etiketter eller andra identifieringsmärken som är fästa på föremålet, dess förpackning eller (för stora föremål och bulkförsändelser) som är fästa på transportbehållaren eller fordonet. Detta underlättar kunskapen om deras plats och kan registrera deras status och disposition, som när varor med streckkodsetiketter skannas via en kassaskanner vid försäljningssystem i en butik. Stationära eller handhållna streckkodsskannrar eller RFID-skannrar , med fjärrkommunikation, kan användas för att påskynda lagerspårning och -räkning i butiker, lager, transportterminaler, transportbärare och fabriker.

Vätskor

Vätskor som lagras i tankar är ett huvudobjekt för konstant kommersiell telemetri. Detta inkluderar vanligtvis övervakning av tankfarmar i bensinraffinaderier och kemiska anläggningar-och distribuerade eller avlägsna tankar, som måste fyllas på när de är tomma (som med tankstationer, tankar för uppvärmning av olja eller kemikalietankar på gårdar) eller tömmas när den är full (som vid produktion från oljebrunnar, ackumulerade avfallsprodukter och nyproducerade vätskor). Telemetri används för att kommunicera de variabla mätningarna av flödes- och tanknivåsensorer som detekterar vätskerörelser och/eller volymer genom pneumatiskt , hydrostatiskt eller differenstryck; tankbegränsade ultraljuds- , radar- eller dopplereffektekon ; eller mekaniska eller magnetiska sensorer.

Massa fasta ämnen

Telemetri av fasta partiklar är vanligt för att spåra och rapportera volymstatus och skick för spannmåls- och husdjursfoder , pulverformiga eller granulerade livsmedel, pulver och pellets för tillverkning, sand och grus och andra fasta partiklar i bulk. Även om teknik förknippad med vätsketankövervakning delvis också gäller granulära bulkfasta ämnen, krävs ibland rapportering av den totala behållarvikten eller andra bruttoegenskaper och förhållanden på grund av bulkfastämnen mer komplexa och variabla fysiska egenskaper.

Medicin/sjukvård

Telemetry används för patienter ( biotelemetry ) som löper risk att onormal hjärtverksamhet, i allmänhet i en kranskärls vårdenhet . Telemetrispecialister används ibland för att övervaka många patienter på ett sjukhus. Sådana patienter är utrustade med mät-, registrerings- och sändarutrustning. En datalogg kan vara användbar vid diagnos av patientens tillstånd av läkare . En varningsfunktion kan varna sjuksköterskor om patienten lider av ett akut (eller farligt) tillstånd.

System finns tillgängliga inom medicinsk-kirurgisk omvårdnad för övervakning för att utesluta ett hjärtsjukdom eller för att övervaka ett svar på antiarytmiska läkemedel som amiodaron .

En ny och framväxande applikation för telemetri är inom området neurofysiologi, eller neurotelemetri. Neurofysiologi är studier av centrala och perifera nervsystem genom registrering av bioelektrisk aktivitet, oavsett om det är spontant eller stimulerat. Vid neurotelemetri (NT) övervakas elektroencefalogram (EEG) av en patient på distans av en registrerad EEG -tekniker med hjälp av avancerad kommunikationsprogramvara. Målet med neurotelemetri är att känna igen en nedgång i en patients tillstånd innan fysiska tecken och symtom är närvarande.

Neurotelemetri är synonymt med kontinuerlig video EEG-övervakning i realtid och har tillämpning i epilepsiövervakningsenheten, neuro-ICU, pediatrisk ICU och nyfödd ICU. På grund av den arbetsintensiva karaktären av kontinuerlig EEG-övervakning görs NT vanligtvis på de större akademiska undervisningssjukhusen med hjälp av interna program som inkluderar R.EEG-tekniker, IT-supportpersonal, neurolog och neurofysiolog och övervakande supportpersonal.

Moderna mikroprocessorhastigheter, programvarealgoritmer och videodatakomprimering gör att sjukhus centralt kan registrera och övervaka kontinuerliga digitala EEG för flera kritiskt sjuka patienter samtidigt.

Neurotelemetri och kontinuerlig EEG -övervakning ger dynamisk information om hjärnans funktion som möjliggör tidig upptäckt av förändringar i neurologisk status, vilket är särskilt användbart när den kliniska undersökningen är begränsad.

Forskning och förvaltning av fiske och djurliv

En humla arbetare med en transponder fäst på ryggen, besöka en raps blomma

Telemetri används för att studera vilda djur och har varit användbart för att övervaka hotade arter på individnivå. Djur som studeras kan utrustas med instrumentmärken, som inkluderar sensorer som mäter temperatur, dykdjup och varaktighet (för marina djur), hastighet och plats (med hjälp av GPS- eller Argos -paket). Telemetri -taggar kan ge forskare information om djurens beteende, funktioner och deras miljö. Denna information lagras sedan antingen (med arkivtaggar) eller så kan taggarna skicka (eller överföra) deras information till en satellit- eller handhållen mottagande enhet. Att fånga och markera vilda djur kan utsätta dem för viss risk, så det är viktigt att minimera dessa effekter.

Detaljhandeln

Vid en workshop i Las Vegas 2005 noterades ett seminarium införandet av telemetriutrustning som skulle göra det möjligt för varuautomater att kommunicera försäljnings- och inventeringsdata till en ruttbil eller till ett huvudkontor. Denna data kan användas för en mängd olika ändamål, till exempel att eliminera behovet av förare att göra en första resa för att se vilka föremål som måste fyllas på innan lageret levereras.

Återförsäljare använder också RFID -taggar för att spåra lager och förhindra snatteri. De flesta av dessa taggar svarar passivt på RFID -läsare (t.ex. i kassan), men aktiva RFID -taggar är tillgängliga som periodiskt överför platsinformation till en basstation.

Rättsväsende

Telemetrihårdvara är användbar för att spåra personer och egendom inom brottsbekämpning. En fotledskrage som bärs av domar på skyddstillsyn kan varna myndigheter om en person bryter mot villkoren för hans eller hennes villkorliga villkor , till exempel genom att avvika från auktoriserade gränser eller besöka en obehörig plats. Telemetri har också möjliggjort betesbilar , där brottsbekämpning kan rigga en bil med kameror och spårningsutrustning och lämna den någonstans de förväntar sig att den ska bli stulen. Vid stöld rapporterar telemetriutrustningen platsen för fordonet, vilket gör det möjligt för polismyndigheten att inaktivera motorn och låsa dörrarna när den stoppas av svarande tjänstemän.

Energileverantörer

I vissa länder används telemetri för att mäta mängden förbrukad elektrisk energi. Elmätaren kommunicerar med en koncentrator , och den senare skickar informationen via GPRS eller GSM till energileverantörens server. Telemetri används också för fjärrövervakning av transformatorstationer och deras utrustning. För dataöverföring används ibland fasledningsbärarsystem som arbetar på frekvenser mellan 30 och 400 kHz.

Falkeri

I falkeri betyder "telemetri" en liten radiosändare som bärs av en rovfågel som gör att fågelägaren kan spåra den när den är utom synhåll.

Testning

Telemetri används för att testa fientliga miljöer som är farliga för människor. Exempel inkluderar lagringsanläggningar för ammunition, radioaktiva platser, vulkaner, djuphav och yttre rymden.

Kommunikation

Telemetri används i många batteridrivna trådlösa system för att informera övervakningspersonal när batteriet når en lågpunkt och slutartikeln behöver nya batterier.

Brytning

Inom gruvindustrin tjänar telemetri två huvudsyften: mätning av viktiga parametrar från gruvutrustning och övervakning av säkerhetsmetoder. Informationen från insamling och analys av nyckelparametrar möjliggör identifiering av ineffektiva operationer, osäkra metoder och felaktig utrustningsanvändning för att maximera produktivitet och säkerhet. Ytterligare tillämpningar av tekniken gör det möjligt att dela kunskap och bästa praxis i hela organisationen.

programvara

I mjukvara används telemetri för att samla in data om användningen och prestandan av applikationer och applikationskomponenter, t.ex. hur ofta vissa funktioner används, mätningar av starttid och bearbetningstid, hårdvara, programkrascher och allmän användningsstatistik och/eller användares beteende. I vissa fall rapporteras mycket detaljerad data som individuella fönstermätvärden, antalet använda funktioner och individuella funktionstider.

Denna typ av telemetri kan vara avgörande för att mjukvaruutvecklare ska kunna ta emot data från en mängd olika slutpunkter som omöjligt alla kan testas internt, liksom att få information om populariteten hos vissa funktioner och om de ska prioriteras eller övervägas för borttagning. På grund av oro för integritet eftersom mjukvarutelemetri enkelt kan användas för att profilera användare, är telemetri i användarprogramvara ofta användarval, ofta presenterat som en opt-in-funktion (kräver uttrycklig användaråtgärd för att aktivera det) eller användarval under installationsprogrammet .

Internationella standarder

Liksom inom andra telekommunikationsområden finns internationella standarder för telemetriutrustning och programvara. Internationella standardiserande organ inkluderar Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) för rymdorganisationer, Inter-Range Instrumentation Group (IRIG) för missilområden och Telemetering Standards Coordination Committee (TSCC), en organisation av International Foundation for Telemetering.

Se även

Referenser

externa länkar