IoT-Systeme: Sensoren und Aktoren

Das Internet der Dinge wird selten diskutiert, ohne dass das Gespräch auf Daten und die neue Datenwirtschaft gelenkt wird. Die Intelligenz und der Wert eines IoT-Systems beruhen darauf, was aus den Daten gelernt werden kann. Sensoren sind die Quelle der IoT-Daten.

Angetrieben durch neue Innovationen in der Material- und Nanotechnologie entwickelt sich die Sensortechnologie in einem noch nie dagewesenen Tempo, was zu einer höheren Genauigkeit, geringeren Größe und geringeren Kosten führt und die Möglichkeit bietet, Dinge zu messen oder zu erkennen, die vorher nicht möglich waren. Tatsächlich entwickelt sich die Sensortechnologie so schnell und wird so fortschrittlich, dass in wenigen Jahren eine Billion neuer Sensoren pro Jahr zum Einsatz kommen werden.

Ein besserer Begriff für einen Sensor ist „Transducer“. Ein Wandler ist ein physikalisches Gerät, das eine Energieform in eine andere umwandelt. Im Falle eines Sensors wandelt der Wandler also ein physikalisches Phänomen in einen elektrischen Impuls um, der dann interpretiert werden kann, um einen Messwert zu ermitteln. Ein Mikrofon ist ein Sensor, der Schwingungsenergie (Schallwellen) aufnimmt und sie in elektrische Energie umwandelt, so dass andere Komponenten im System sie mit dem ursprünglichen Klang in Beziehung setzen können.

Eine andere Art von Wandler, der in vielen IoT-Systemen zu finden ist, ist ein Aktor. Einfach ausgedrückt arbeitet ein Aktor in umgekehrter Richtung wie ein Sensor. Er nimmt eine elektrische Eingabe auf und setzt sie in eine physikalische Aktion um. Zum Beispiel sind ein Elektromotor, ein hydraulisches System und ein pneumatisches System alles verschiedene Arten von Aktoren.

In typischen IoT-Systemen kann ein Sensor Informationen sammeln und an ein Kontrollzentrum weiterleiten, wo eine Entscheidung getroffen wird und ein entsprechender Befehl als Reaktion auf die erfasste Eingabe an einen Aktor zurückgeschickt wird.

IoT-System - Sensor- und Aktorfluss

Es gibt viele verschiedene Arten von Sensoren. Durchflusssensoren, Temperatursensoren, Spannungssensoren, Feuchtigkeitssensoren, und die Liste geht weiter. Darüber hinaus gibt es mehrere Möglichkeiten, ein und dieselbe Sache zu messen. Der Luftstrom kann zum Beispiel mit einem kleinen Propeller gemessen werden, wie man ihn von einer Wetterstation kennt. Oder man misst den Luftstrom wie bei einem Fahrzeug, indem man ein kleines Element erhitzt und die Geschwindigkeit misst, mit der sich das Element abkühlt.

Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Methoden, um ein und dieselbe Sache zu messen.

Die Bedeutung präziser Sensoren

Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Barbesitzer und möchten die Biermenge messen, die aus einem Ihrer Zapfhähne kommt. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, einen Sensor in der Leitung zu installieren, die vom Bierfass zum Zapfhahn führt. Dieser Sensor hat höchstwahrscheinlich ein kleines Flügelrad in seinem Inneren. Wenn das Bier durch den Sensor fließt, würde sich das Flügelrad drehen, genau wie der Propeller einer Wetterstation.

Wenn sich das Flügelrad dreht, sendet es einen Strom von elektrischen Impulsen an einen Computer. Der Computer interpretiert die Impulse, um festzustellen, wie viel Bier durchfließt. Klingt einfach, oder?

Hier werden die Sensoren interessant. Wenn du dir unsere Beschreibung noch einmal ansiehst, wirst du sehen, dass wir die Menge an Bier, die durch den Sensor fließt, nie direkt gemessen haben, sondern sie aus einem Strom elektrischer Impulse interpretiert haben. Das bedeutet, dass wir zuerst herausfinden müssen, wie wir sie interpretieren können. Kalibrierung.

Um den Sensor zu kalibrieren, müssen wir einen Behälter mit bekanntem Fassungsvermögen nehmen, zum Beispiel ein Pint-Glas. Dann müssen wir dieses Gefäß unter verschiedenen Bedingungen füllen, um festzustellen, wie das elektrische Impulssignal aussieht.

Zum Beispiel könnte der erste Abguss aus einem neuen Fass mehr Schaum enthalten, was eine andere Anzeige zur Folge hätte als ein Abguss aus der Mitte des Fasses, der nur aus Bier besteht. Nur durch wiederholte Versuche und viele Daten gewinnen wir das Vertrauen, dass wir die Daten interpretieren und bestimmen können, wie viel Bier eingefüllt wurde.

Ist die Korrelation erst einmal bekannt, kann ein Protokoll entwickelt werden, das sicherstellt, dass der Sensor immer korrekt misst. Dies wird als Kalibrierung bezeichnet. Seriöse Hersteller liefern vollständig kalibrierte Geräte und geben Anleitungen zur Neukalibrierung, um die Sensorgenauigkeit zu überprüfen.

Die Genauigkeit der erfassten Daten ist von größter Bedeutung, da Sie einsatzkritische Entscheidungen auf der Grundlage der späteren Analyse der Daten treffen werden, die wenig Wert haben, wenn die Daten falsch sind.

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