domingo, 1 de marzo de 2009

Crean redes de sensores sin cables e inteligentes que apenas consumen energía

Su consumo energético es mínimo porque son capaces de interrelacionarse entre sí

Las redes de sensores sin cable controlan y registran las condiciones físicas o ambientales más diversas. Cada vez están más extendidas, pero cuentan con el problema del suministro energético. Científicos de los Países Bajos han desarrollado un sistema que permite que el gasto de energía sea mínimo en estos sensores, gracias a su capacidad para interrelacionarse entre ellos. El sistema ha sido ya aplicado en un gran proyecto australiano para el control de la calidad el agua de la Gran Barrera de Coral, el mayor arrecife de coral del mundo. Por Yaiza Martínez.


Estos sensores vigilan ya los arrecifes de coral. AA.
Una wireless sensor network (WSN o red de sensores sin cables consiste en una serie de dispositivos autónomos distribuidos en un espacio determinado y que utilizan sensores interrelacionados para controlar y registrar condiciones físicas o ambientales. Cada vez se extienden más en diversos campos, como el control del tráfico, del tiempo, de la actividad sísmica o del estado de edificios y puentes, con una gran precisión.

La clave para el funcionamiento de estos sensores autónomos radica en que deben gastar la menor cantidad de energía posible para asegurar que sus baterías perduren lo máximo posible. Por esta razón, el científico Lodewijk van Hoesel, del Centre for Telematics and Information Technology (CTIT de la universidad de Twente (en los Países Bajos), ha desarrollado un sistema que permite que los sensores de dichas redes “hablen” entre ellos sin la necesidad de una coordinación central, informa la citada universidad en un comunicado.

Características de los sensores

Van Hoesel es el fundador de una empresa llamada Ambient Systems que ha aplicado la tecnología más avanzada para el desarrollo de redes de sensores sin cable de bajo coste energético, además de fiables, capaces de auto-configurarse, e incluso de posicionarse de forma autónoma, informa Ambient Systems. Todas estas características van mucho más allá de las posibilidades que ofrecían la tecnología RFID (de identificación por radiofrecuencia) o las llamadas redes ZigBee (ZigBee es un protocolo de comunicaciones inalámbrico), aunque al mismo precio que estas últimas, e incluso más bajo.

Los sensores de Ambient Systems se caracterizan por formar redes sin cables auto-organizativas, que permiten las comunicaciones entre sensores y otros dispositivos de control sin necesidad de intervención humana.

Estas comunicaciones se realizan de manera autónoma, lo que permite la eficiencia y fiabilidad de los datos. Además, su operatividad tiene un coste energético extremadamente bajo, gracias a una serie de protocolos especiales inteligentes, adaptativos y altamente optimizados, informa la compañía.

Por otro lado, los dispositivos son capaces de determinar su propia localización gracias a una tecnología patentada por Ambient, con una exactitud de pocos metros de diferencia, lo que permite a los sistemas informáticos el despliegue de novedosas aplicaciones.

Comunicaciones selectivas

Los sensores consiguen el tan anhelado ahorro energético porque no transmiten constantemente sus datos a un servidor central, lo que supondría un gasto inútil de la energía de sus baterías. Gracias a la tecnología desarrollada por Ambient, y aplicada a cada nodo sensor, los sensores “saben” cuando transmitirlos e intercambiarlos entre ellos.

Para conseguirlo, van Hoesel señala que los sensores “hablan” entre sí, lo que posibilita que la red realice por sí sola tareas complejas. Para esto, el especialista diseñó un protocolo denominado Médium Access (MAC) que posibilita la auto organización de la red. Los sensores controlan a sus vecinos y, de forma autónoma, deciden si comenzar a transmitir o no, evitando conflictos e interferencias en la red, de forma que el gasto energético se reduce al mínimo.

Esta fórmula puede mejorarse aún más si se introducen sensores pasivos en la red: suministran datos pero no participan activamente en la comunicación entre los puntos hop (de conexión en red). Estos sensores pasivos usan menos energía y por tanto aumentan el tiempo de vida de la red como un todo.

Los avances ideados por esta compañía han propiciado que Ambient Systems reciba diversos premios en los últimos tiempos, como el Dutch ICTRegie Award y el Van den Kroonenberg Award, de la universidad de Twente a jóvenes empresarios.

Controlando la Gran Barrera de Coral

Por otro lado, Ambient Systems ha coperado con el Australian Institute of Marine Science para controlar la calidad del agua de la llamada Gran Barrera de Coral del Mar del Coral (al noreste de Australia), que es el mayor arrecife de coral del mundo, con 2.000 kilómetros de longitud.

Según informó la BBC, los sensores se encuentran situados en el océano y en las cuencas oceánicas del continente, registrando cualquier cambio según ocurre, como el descoloramiento de los arrecifes.

Cada uno de estos sensores posee su propia dirección numérica y su sistema operativo que, gracias a un sistema de posicionamiento global, les permite conocer exactamente donde se encuentran. Los sensores miden además parámetros como la salinidad, la temperatura o los niveles de nutrientes que hay en el agua.

Dado que el 20% de los arrecifes de coral del mundo se encuentran actualmente dañados, y que la mitad de ellos están amenazados, esta tecnología podría tener profundas implicaciones para el futuro de los arrecifes a nivel global, aseguran los expertos.

lunes, 23 de febrero de 2009

Tipos de Sensores

En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos.

Magnitud Transductor Característica
Posición lineal o angular Potenciómetro Analógica
Encoder Digital
Desplazamiento y deformación Transformador diferencial Analógica
Galga extensiométrica Analógica
Velocidad lineal y angular Dinamo tacométrica Analógica
Encoder Digital
Detector inductivo Digital
Aceleración Acelerómetro Analógico
Fuerza y par (deformación) Galga extensiométrica Analógico
Presión Membranas Analógica
Piezoeléctricos Analógica
Caudal Turbina Analógica
Magnético Analógica
Temperatura Termopar Analógica
RTD Analógica
Termistor NTC Analógica
Termistor PTC Analógica
Bimetal I/0
Sensores de presencia Inductivos I/0
Capacitivos I/0
Ópticos I/0 y Analógica
Sensores táctiles Matriz de contactos I/0
Piel artificial Analógica
Visión artificial Cámaras de video Procesamiento digital
Cámaras CCD o CMOS Procesamiento digital
Sensor de proximidad Sensor final de carrera
Sensor capacitivo
Sensor inductivo
Sensor fotoeléctrico
Sensor acústico (presión sonora) micrófono
Sensores de acidez IsFET
Sensor de luz fotodiodo
Fotorresistencia
Fototransistor
Sensores captura de movimiento Sensores inerciales

Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medición y cálculo de otras, por ejemplo, la aceleración de un móvil puede calcularse a partir de la integración numérica de su velocidad. La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre él en comparación con la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto de masa conocida. (patrón).

Resolución y precisión de un sensor

La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida.

La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión.

Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida.

domingo, 22 de febrero de 2009

¿Qué características tiene un sensor?

Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:

  • Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
  • Precisión: es el error de medida máximo esperado.
  • Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
  • Linealidad o correlación lineal.
  • Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.
  • Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
  • Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
  • Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
  • Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.

Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería.

¿Qué es un sensor?

Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tension eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino también para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los cambios de la variable sensada dentro de un rango (span), para fines de control de dicha variable en un proceso.

Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina , Industria de manufactura, Robótica , etc.