Telemetria - Telemetry

Uma dropsonda descartável usada para capturar dados meteorológicos. A telemetria consiste em sensores de pressão, temperatura e umidade e um transmissor sem fio para retornar os dados capturados para uma aeronave.
Um crocodilo de água salgada com um transmissor de satélite baseado em GPS conectado à sua cabeça para rastreamento

A telemetria é a coleta in situ de medições ou outros dados em pontos remotos e sua transmissão automática para equipamentos receptores ( telecomunicações ) para monitoramento. A palavra é derivada das raízes gregas tele , "remoto", e metron , "medida". Sistemas que precisam de instruções e dados externos para operar requerem a contrapartida da telemetria, o telecomando .

Embora o termo comumente se refira a mecanismos de transferência de dados sem fio (por exemplo, usando sistemas de rádio , ultrassom ou infravermelho ), ele também abrange dados transferidos por outra mídia, como telefone ou rede de computador , link óptico ou outras comunicações com fio, como operadoras de linha de energia. Muitos sistemas de telemetria modernos aproveitam o baixo custo e a onipresença das redes GSM usando SMS para receber e transmitir dados de telemetria.

Um telêmetro é um dispositivo físico usado em telemetria. Ele consiste em um sensor , um caminho de transmissão e um dispositivo de exibição, gravação ou controle. Dispositivos eletrônicos são amplamente utilizados em telemetria e podem ser sem fio ou com fio, analógicos ou digitais . Outras tecnologias também são possíveis, como mecânica, hidráulica e óptica.

A telemetria pode ser comutada para permitir a transmissão de múltiplos fluxos de dados em um quadro fixo .

História

O início da telemetria industrial está na era do vapor , embora o sensor ainda não fosse chamado de telêmetro na época. Os exemplos são as adições de James Watt (1736-1819) às suas máquinas a vapor para monitoramento de uma distância (próxima), como o medidor de pressão de mercúrio e o regulador de bola voadora .

Embora o telêmetro original se referisse a um dispositivo de alcance (o telêmetro telêmetro ), no final do século 19 o mesmo termo tinha sido amplamente usado por engenheiros elétricos aplicando-o para se referir a dispositivos operados eletricamente medindo muitas outras quantidades além da distância (por exemplo, no patente de um "Transmissor Telemetro Elétrico"). Telemetros gerais incluíam sensores como o termopar (do trabalho de Thomas Johann Seebeck ), o termômetro de resistência (por William Siemens baseado no trabalho de Humphry Davy ) e o medidor de tensão elétrica (baseado na descoberta de Lord Kelvin de que os condutores sob mudanças de tensão mecânica sua resistência dispositivos) e de saída, tais como Samuel Morse 's Sonda telégrafo e o relé . Em 1889, isso levou um autor nos procedimentos da Instituição de Engenheiros Civis a sugerir que o termo para telêmetro telêmetro pudesse ser substituído por taqueômetro .

Na década de 1930, o uso de telêmetros elétricos cresceu rapidamente. O medidor de tensão elétrica foi amplamente utilizado em pesquisas de foguetes e aviação, e a radiossonda foi inventada para medições meteorológicas . O advento da Segunda Guerra Mundial deu um ímpeto ao desenvolvimento industrial e, a partir daí, muitos desses telêmetros tornaram-se comercialmente viáveis.

Prosseguindo com a pesquisa de foguetes, a telemetria de rádio foi usada rotineiramente durante a exploração espacial. As naves espaciais estão em um lugar onde uma conexão física não é possível, deixando o rádio ou outras ondas eletromagnéticas (como lasers infravermelhos) como a única opção viável para telemetria. Durante as missões espaciais com tripulação, ele é usado para monitorar não apenas os parâmetros do veículo, mas também a saúde e o suporte à vida dos astronautas. Durante a Guerra Fria, a telemetria encontrou usos em espionagem. A inteligência dos EUA descobriu que poderia monitorar a telemetria dos testes de mísseis soviéticos construindo um telêmetro próprio para interceptar os sinais de rádio e, portanto, aprender muito sobre as capacidades soviéticas.

Tipos de telêmetro

Telemetros são os dispositivos físicos usados ​​em telemetria. Consiste em um sensor , um caminho de transmissão e um dispositivo de exibição, gravação ou controle. Dispositivos eletrônicos são amplamente utilizados em telemetria e podem ser sem fio ou com fio, analógicos ou digitais . Outras tecnologias também são possíveis, como mecânica, hidráulica e óptica.

A telemetria de informações por fio teve sua origem no século XIX. Um dos primeiros circuitos de transmissão de dados foi desenvolvido em 1845 entre o czar russo do Palácio de Inverno e quartel do exército. Em 1874, engenheiros franceses construíram um sistema de sensores de tempo e profundidade da neve no Mont Blanc que transmitia informações em tempo real para Paris . Em 1901, o inventor americano C. Michalke patenteou o selsyn , um circuito para enviar informações de rotação sincronizada à distância. Em 1906, um conjunto de estações sísmicas foi construído com telemetria para o Observatório Pulkovo na Rússia. Em 1912, a Commonwealth Edison desenvolveu um sistema de telemetria para monitorar cargas elétricas em sua rede elétrica. O Canal do Panamá (concluído em 1913–1914) usou extensos sistemas de telemetria para monitorar bloqueios e níveis de água.

A telemetria sem fio fez primeiras aparições na radiossonda , desenvolvida simultaneamente em 1930 por Robert Bureau na França e Pavel Molchanov na Rússia . O sistema de Molchanov modulou as medições de temperatura e pressão, convertendo-as em código Morse sem fio . O foguete V-2 alemão usava um sistema de sinais de rádio multiplexados primitivos chamado "Messina" para relatar quatro parâmetros do foguete, mas era tão pouco confiável que Wernher von Braun certa vez afirmou que era mais útil observar o foguete através de binóculos.

Nos Estados Unidos e na URSS, o sistema de Messina foi rapidamente substituído por sistemas melhores; em ambos os casos, com base na modulação de posição de pulso (PPM). Os primeiros mísseis soviéticos e sistemas de telemetria espacial que foram desenvolvidos no final dos anos 1940 usavam PPM (por exemplo, o sistema de telemetria Tral desenvolvido por OKB-MEI) ou modulação de duração de pulso (por exemplo, o sistema RTS-5 desenvolvido por NII-885). Nos Estados Unidos, os primeiros trabalhos empregaram sistemas semelhantes, mas foram posteriormente substituídos por modulação por código de pulso (PCM) (por exemplo, na sonda Mariner 4 de Marte ). Mais tarde, as sondas interplanetárias soviéticas usaram sistemas de rádio redundantes, transmitindo telemetria por PCM em uma faixa de decímetro e PPM em uma faixa de centímetro.

Formulários

Meteorologia

A telemetria tem sido usada por balões meteorológicos para transmitir dados meteorológicos desde 1920.

Indústria de petróleo e gás

A telemetria é usada para transmitir a mecânica de perfuração e as informações de avaliação da formação furo acima, em tempo real, à medida que um poço é perfurado. Esses serviços são conhecidos como medição durante a perfuração e perfilagem durante a perfuração . As informações adquiridas a milhares de metros abaixo do solo, durante a perfuração, são enviadas através do orifício de perfuração para os sensores de superfície e o software de demodulação. A onda de pressão (sana) é traduzida em informações úteis após os filtros DSP e de ruído. Esta informação é usada para avaliação da formação , otimização de perfuração e geo - orientação .

Corrida de motos

A telemetria é um fator chave no automobilismo moderno, permitindo que os engenheiros de corrida interpretem os dados coletados durante um teste ou corrida e os usem para ajustar o carro de maneira adequada para um desempenho ideal. Os sistemas usados ​​em séries como a Fórmula Um tornaram-se avançados ao ponto em que o tempo de volta potencial do carro pode ser calculado, e esse tempo é o que o piloto deve encontrar. Exemplos de medições em um carro de corrida incluem acelerações ( forças G ) em três eixos, leituras de temperatura, velocidade das rodas e deslocamento da suspensão. Na Fórmula 1, a contribuição do motorista também é registrada para que a equipe possa avaliar o desempenho do motorista e (em caso de acidente) a FIA pode determinar ou descartar o erro do motorista como uma possível causa.

Desenvolvimentos posteriores incluem telemetria bidirecional, que permite aos engenheiros atualizar as calibrações do carro em tempo real (mesmo quando ele está na pista). Na Fórmula 1, a telemetria bidirecional surgiu no início dos anos 1990 e consistia em uma tela de mensagem no painel que a equipe poderia atualizar. Seu desenvolvimento continuou até maio de 2001, quando foi permitido pela primeira vez nos carros. Em 2002, as equipes puderam alterar o mapeamento do motor e desativar os sensores do motor do box enquanto o carro estava na pista. Para a temporada de 2003, a FIA proibiu a telemetria bidirecional da Fórmula Um; no entanto, a tecnologia pode ser usada em outros tipos de carros de corrida ou de estrada.

O sistema de telemetria unilateral também foi aplicado em carros de corrida R / C para obter informações por sensores do carro como: rotação do motor, tensão, temperatura, acelerador.

Transporte

No setor de transporte, a telemetria fornece informações significativas sobre o desempenho de um veículo ou motorista, coletando dados de sensores dentro do veículo. Isso é realizado por vários motivos, desde monitoramento de conformidade da equipe, classificação de seguro até manutenção preditiva.

A telemetria também é usada para vincular dispositivos de contagem de tráfego a gravadores de dados para medir fluxos de tráfego e comprimentos e pesos de veículos.

Agricultura

A maioria das atividades relacionadas a safras saudáveis ​​e bons rendimentos dependem da disponibilidade oportuna de dados de clima e solo. Portanto, as estações meteorológicas sem fio desempenham um papel importante na prevenção de doenças e na irrigação de precisão. Essas estações transmitem parâmetros necessários para a tomada de decisão para uma estação base: temperatura do ar e umidade relativa , precipitação e umidade foliar (para modelos de previsão de doenças), radiação solar e velocidade do vento (para calcular a evapotranspiração ), estresse de déficit hídrico (WDS) sensores foliar e umidade do solo (crucial para as decisões de irrigação).

Como os microclimas locais podem variar significativamente, esses dados precisam vir de dentro da cultura. As estações de monitoramento geralmente transmitem dados de volta por rádio terrestre , embora ocasionalmente sistemas de satélite sejam usados. A energia solar é freqüentemente empregada para tornar a estação independente da rede elétrica.

Gerência de água

A telemetria é importante na gestão da água , incluindo a qualidade da água e as funções de medição de riachos . As principais aplicações incluem AMR ( leitura automática de medidores ), monitoramento de águas subterrâneas , detecção de vazamentos em dutos de distribuição e vigilância de equipamentos. Ter dados disponíveis quase em tempo real permite reações rápidas a eventos em campo. O controle de telemetria permite que os engenheiros intervenham em ativos como bombas e ligando ou desligando as bombas remotamente, dependendo das circunstâncias. A telemetria de bacias hidrográficas é uma excelente estratégia de implementação de um sistema de gestão de água.

Exploração de defesa, espaço e recursos

A telemetria é usada em sistemas complexos, como mísseis, RPVs, espaçonaves , plataformas de petróleo e fábricas de produtos químicos, pois permite o monitoramento automático, alerta e manutenção de registros necessários para uma operação eficiente e segura. Agências espaciais como NASA , ISRO , Agência Espacial Europeia (ESA) e outras agências usam telemetria e / ou sistemas de telecomando para coletar dados de espaçonaves e satélites.

A telemetria é vital no desenvolvimento de mísseis, satélites e aeronaves porque o sistema pode ser destruído durante ou após o teste. Os engenheiros precisam de parâmetros de sistema críticos para analisar (e melhorar) o desempenho do sistema. Na ausência de telemetria, esses dados muitas vezes estariam indisponíveis.

Ciência espacial

A telemetria é usada por espaçonaves tripuladas ou não para transmissão de dados. Distâncias de mais de 10 bilhões de quilômetros foram percorridas, por exemplo, pela Voyager 1 .

Foguetes

Em foguetes, o equipamento de telemetria faz parte integrante dos ativos de alcance do foguete usados ​​para monitorar a posição e a saúde de um veículo lançador para determinar os critérios de encerramento de voo de segurança de alcance (a finalidade do alcance é para segurança pública). Os problemas incluem o ambiente extremo (temperatura, aceleração e vibração), o fornecimento de energia , o alinhamento da antena e (em longas distâncias, por exemplo, em voos espaciais ) o tempo de viagem do sinal .

Teste de vôo

Hoje, quase todos os tipos de aeronaves , mísseis ou espaçonaves carregam um sistema de telemetria sem fio à medida que são testados. A telemetria móvel aeronáutica é utilizada para a segurança dos pilotos e das pessoas em solo durante os testes de vôo. A telemetria de um sistema de instrumentação de teste de voo a bordo é a principal fonte de medição em tempo real e informações de status transmitidas durante o teste de aeronaves tripuladas e não tripuladas.

Inteligência militar

A telemetria interceptada foi uma importante fonte de inteligência para os Estados Unidos e o Reino Unido quando os mísseis soviéticos foram testados; para esse fim, os Estados Unidos operaram um posto de escuta no Irã . Eventualmente, os russos descobriram a rede de coleta de inteligência dos Estados Unidos e criptografaram seus sinais de telemetria de teste de mísseis. A telemetria também foi uma fonte para os soviéticos, que operavam navios de escuta na Baía de Cardigan para escutar os testes de mísseis realizados no Reino Unido na área.

Monitoramento de energia

Em fábricas, prédios e casas, o consumo de energia de sistemas como HVAC é monitorado em vários locais; parâmetros relacionados (por exemplo, temperatura) são enviados via telemetria sem fio para um local central. As informações são coletadas e processadas, possibilitando o uso mais eficiente da energia. Esses sistemas também facilitam a manutenção preditiva .

Distribuição de recursos

Muitos recursos precisam ser distribuídos em grandes áreas. A telemetria é útil nesses casos, pois permite que o sistema logístico canalize os recursos onde são necessários, além de dar segurança a esses ativos; os principais exemplos disso são produtos secos, fluidos e sólidos granulares a granel.

Produtos secos

Produtos secos, como mercadorias embaladas, podem ser rastreados e monitorados remotamente, rastreados e inventariados por sistemas de detecção de RFID , leitor de código de barras , leitor de reconhecimento óptico de caracteres (OCR) ou outros dispositivos de detecção - acoplados a dispositivos de telemetria, para detectar etiquetas RFID , código de barras etiquetas ou outros marcadores de identificação afixados no item, em sua embalagem ou (para itens grandes e remessas a granel) afixada em seu contêiner ou veículo de remessa. Isso facilita o conhecimento de sua localização e pode registrar seu status e disposição, como quando uma mercadoria com etiqueta de código de barras é lida por um scanner de caixa em sistemas de ponto de venda em uma loja de varejo. Scanners de código de barras fixos ou portáteis ou RFID , com comunicações remotas, podem ser usados ​​para agilizar o rastreamento e contagem de estoque em lojas, depósitos, terminais de embarque, transportadoras e fábricas.

Fluidos

Os fluidos armazenados em tanques são o principal objeto de constante telemetria comercial. Isso normalmente inclui o monitoramento de fazendas de tanques em refinarias de gasolina e fábricas de produtos químicos - e tanques distribuídos ou remotos, que devem ser reabastecidos quando vazios (como tanques de armazenamento de postos de gasolina, tanques de óleo para aquecimento doméstico ou tanques de produtos químicos em fazendas), ou esvaziados quando cheio (como com a produção de poços de petróleo, produtos residuais acumulados e fluidos recém-produzidos). A telemetria é usada para comunicar as medições variáveis ​​dos sensores de fluxo e de nível do tanque que detectam movimentos e / ou volumes de fluidos por pressão pneumática , hidrostática ou diferencial; ecos confinados de ultrassom , radar ou efeito Doppler ; ou sensores mecânicos ou magnéticos.

Sólidos a granel

A telemetria de sólidos a granel é comum para rastrear e relatar o status e a condição do volume de grãos e recipientes de ração para gado, alimentos em pó ou granulados, pós e pellets para manufatura, areia e cascalho e outros sólidos granulares. Embora a tecnologia associada ao monitoramento de tanque de fluido também se aplique, em parte, a sólidos a granel granulares, relatórios do peso geral do contêiner ou outras características e condições brutas são às vezes necessários, devido às características físicas mais complexas e variáveis ​​dos sólidos a granel.

Medicina / saúde

A telemetria é usada para pacientes ( biotelemetria ) que correm o risco de atividade cardíaca anormal , geralmente em uma unidade coronariana . Os especialistas em telemetria às vezes são usados ​​para monitorar muitos pacientes dentro de um hospital. Esses pacientes são equipados com dispositivos de medição, registro e transmissão. Um registro de dados pode ser útil no diagnóstico da condição do paciente por médicos . Uma função de alerta pode alertar os enfermeiros se o paciente está sofrendo de uma condição aguda (ou perigosa).

Existem sistemas disponíveis em enfermagem médico-cirúrgica para monitoramento para descartar uma condição cardíaca ou para monitorar uma resposta a medicamentos antiarrítmicos como a amiodarona .

Uma aplicação nova e emergente para telemetria está no campo da neurofisiologia ou neurotelemetria. Neurofisiologia é o estudo do sistema nervoso central e periférico por meio do registro da atividade bioelétrica, seja ela espontânea ou estimulada. Na neurotelemetria (NT), o eletroencefalograma (EEG) de um paciente é monitorado remotamente por um tecnólogo EEG registrado usando um software de comunicação avançado. O objetivo da neurotelemetria é reconhecer um declínio na condição do paciente antes que os sinais e sintomas físicos estejam presentes.

Neurotelemetria é sinônimo de monitoramento contínuo por vídeo EEG em tempo real e tem aplicação na unidade de monitoramento de epilepsia, neuro-UTI, UTI pediátrica e UTI neonatal. Devido à natureza intensiva de mão de obra do monitoramento contínuo de EEG, o NT é normalmente feito em hospitais universitários maiores usando programas internos que incluem Tecnólogos de R.EEG, equipe de suporte de TI, neurologista e neurofisiologista e equipe de suporte de monitoramento.

Velocidades de microprocessador modernas, algoritmos de software e compressão de dados de vídeo permitem que os hospitais registrem e monitorem centralmente EEGs digitais contínuos de vários pacientes em estado crítico simultaneamente.

A neurotelemetria e o monitoramento contínuo de EEG fornecem informações dinâmicas sobre a função cerebral que permitem a detecção precoce de alterações no estado neurológico, o que é especialmente útil quando o exame clínico é limitado.

Pesquisa e gestão da pesca e da vida selvagem

A abelha trabalhador com um transponder ligado à sua volta, visitar um colza flor

A telemetria é usada para estudar a vida selvagem e tem sido útil para monitorar espécies ameaçadas em nível individual. Os animais em estudo podem ser equipados com etiquetas de instrumentação, que incluem sensores que medem temperatura, profundidade e duração do mergulho (para animais marinhos), velocidade e localização (usando pacotes de GPS ou Argos ). As etiquetas de telemetria podem fornecer aos pesquisadores informações sobre o comportamento, funções e ambiente dos animais. Essas informações são então armazenadas (com tags de arquivamento) ou as tags podem enviar (ou transmitir) suas informações para um satélite ou dispositivo de recepção portátil. Capturar e marcar animais selvagens pode colocá-los em risco, por isso é importante minimizar esses impactos.

Varejo

Em um workshop de 2005 em Las Vegas , um seminário observou a introdução de equipamentos de telemetria que permitiriam que as máquinas de venda automática comunicassem os dados de vendas e estoque a um caminhão de rota ou a uma sede. Esses dados podem ser usados ​​para vários fins, como eliminar a necessidade de os motoristas fazerem uma primeira viagem para ver quais itens precisam ser reabastecidos antes da entrega do estoque.

Os varejistas também usam etiquetas RFID para rastrear o estoque e evitar furtos em lojas. A maioria dessas etiquetas responde passivamente aos leitores RFID (por exemplo, no caixa), mas estão disponíveis etiquetas RFID ativas que transmitem periodicamente informações de localização para uma estação base.

Aplicação da lei

O hardware de telemetria é útil para rastrear pessoas e propriedades na aplicação da lei. Um colar de tornozelo usado por condenados em liberdade condicional pode avisar as autoridades se uma pessoa violar os termos de sua liberdade condicional , como por se desviar de limites autorizados ou visitar um local não autorizado. A telemetria também habilitou carros de isca , onde a polícia pode equipar um carro com câmeras e equipamentos de rastreamento e deixá-lo em algum lugar que eles esperam que seja roubado. Quando roubado, o equipamento de telemetria informa a localização do veículo, permitindo que a polícia desligue o motor e tranque as portas quando for parado pelos policiais.

Provedores de energia

Em alguns países, a telemetria é usada para medir a quantidade de energia elétrica consumida. O contador de energia elétrica se comunica com um concentrador , e este envia a informação por GPRS ou GSM para o servidor do provedor de energia. A telemetria também é utilizada para o monitoramento remoto de subestações e seus equipamentos. Para transmissão de dados, às vezes são usados ​​sistemas portadores de linha de fase operando em frequências entre 30 e 400 kHz.

Falcoaria

Na falcoaria , "telemetria" significa um pequeno transmissor de rádio carregado por uma ave de rapina que permitirá ao dono da ave rastreá-lo quando estiver fora de vista.

Testando

A telemetria é usada para testar ambientes hostis que são perigosos para os humanos. Os exemplos incluem instalações de armazenamento de munições, locais radioativos, vulcões, mar profundo e espaço sideral.

Comunicações

A telemetria é usada em muitos sistemas sem fio operados por bateria para informar a equipe de monitoramento quando a energia da bateria está chegando ao ponto baixo e o item final precisa de baterias novas.

Mineração

Na indústria de mineração, a telemetria atende a dois propósitos principais: a medição de parâmetros-chave de equipamentos de mineração e o monitoramento de práticas de segurança. As informações fornecidas pela coleta e análise de parâmetros-chave permitem a identificação da causa raiz de operações ineficientes, práticas inseguras e uso incorreto de equipamentos para maximizar a produtividade e a segurança. Outras aplicações da tecnologia permitem o compartilhamento de conhecimento e melhores práticas em toda a organização.

Programas

No software, a telemetria é usada para coletar dados sobre o uso e desempenho de aplicativos e componentes de aplicativos, por exemplo, quantas vezes certos recursos são usados, medições de tempo de inicialização e tempo de processamento, hardware, falhas de aplicativo e estatísticas de uso geral e / ou comportamento do usuário. Em alguns casos, dados muito detalhados são relatados como métricas de janela individual, contagens de recursos usados ​​e tempos de função individuais.

Este tipo de telemetria pode ser essencial para os desenvolvedores de software receberem dados de uma ampla variedade de endpoints que possivelmente não podem ser testados internamente, bem como obter dados sobre a popularidade de certos recursos e se eles devem receber prioridade ou ser considerado para remoção. Devido às preocupações com a privacidade, uma vez que a telemetria do software pode ser facilmente usada para traçar o perfil dos usuários, a telemetria no software do usuário é muitas vezes a escolha do usuário, comumente apresentada como um recurso opcional (exigindo ação explícita do usuário para habilitá-lo) ou escolha do usuário durante o processo de instalação do software .

Padrões internacionais

Como em outras áreas de telecomunicações, existem padrões internacionais para equipamentos e software de telemetria. Órgãos produtores de padrões internacionais incluem Comitê Consultivo para Sistemas de Dados Espaciais (CCSDS) para agências espaciais, Grupo de Instrumentação Inter-Alcance (IRIG) para distâncias de mísseis e Comitê de Coordenação de Padrões de Telemetria (TSCC), uma organização da Fundação Internacional para Telemetria.

Veja também

Referências

links externos