Telemetría
Telemetría es la recopilación in situ de medidas u otros datos en puntos remotos y su transmisión automática a equipos receptores (telecomunicaciones) para su seguimiento. La palabra se deriva de las raíces griegas tele, "remoto", y metron, "medida". Los sistemas que necesitan instrucciones y datos externos para operar requieren la contraparte de la telemetría, el telemando.
Aunque el término comúnmente se refiere a mecanismos inalámbricos de transferencia de datos (p. ej., mediante sistemas de radio, ultrasónicos o infrarrojos), también abarca datos transferidos a través de otros medios, como un teléfono o una red informática, enlaces ópticos u otras comunicaciones por cable, como energía. portadores de línea. Muchos sistemas de telemetría modernos aprovechan el bajo costo y la ubicuidad de las redes GSM mediante el uso de SMS para recibir y transmitir datos de telemetría.
Un telémetro es un dispositivo físico utilizado en telemetría. Consiste en un sensor, una ruta de transmisión y un dispositivo de visualización, grabación o control. Los dispositivos electrónicos se utilizan ampliamente en telemetría y pueden ser inalámbricos o cableados, analógicos o digitales. También son posibles otras tecnologías, como mecánica, hidráulica y óptica.
La telemetría se puede conmutar para permitir la transmisión de múltiples flujos de datos en un marco fijo.
Historia
El comienzo de la telemetría industrial se encuentra en la era del vapor, aunque el sensor no se llamaba telémetro en ese momento. Los ejemplos son las adiciones de James Watt (1736-1819) a sus máquinas de vapor para monitorear desde una distancia (cercana), como el manómetro de mercurio y el gobernador de bola volante.
Aunque el telémetro original se refería a un dispositivo de medición de distancia (el telémetro telémetro), a fines del siglo XIX el mismo término había sido ampliamente utilizado por ingenieros eléctricos que lo aplicaban para referirse a dispositivos operados eléctricamente que medían muchas otras cantidades además de la distancia (por ejemplo, en la patente de un "Transmisor de telémetro eléctrico"). Los telémetros generales incluían sensores como el termopar (del trabajo de Thomas Johann Seebeck), el termómetro de resistencia (de William Siemens basado en el trabajo de Humphry Davy) y el medidor de tensión eléctrico (basado en el descubrimiento de Lord Kelvin de que conductores bajo tensión mecánica cambian su resistencia) y dispositivos de salida como la sonda telegráfica de Samuel Morse y el relé. En 1889, esto llevó a un autor en los procedimientos de la Institución de Ingenieros Civiles a sugerir que el término telémetro de telémetro podría reemplazarse con taquímetro.
En la década de 1930, el uso de telémetros eléctricos creció rápidamente. La galga extensométrica eléctrica se usó ampliamente en la investigación de cohetes y aviación y la radiosonda se inventó para mediciones meteorológicas. El advenimiento de la Segunda Guerra Mundial dio un impulso al desarrollo industrial y, en adelante, muchos de estos telémetros se volvieron comercialmente viables.
Continuando con la investigación de cohetes, la radiotelemetría se utilizó de forma rutinaria a medida que se iniciaba la exploración espacial. Las naves espaciales se encuentran en un lugar donde no es posible una conexión física, dejando la radio u otras ondas electromagnéticas (como los láseres infrarrojos) como la única opción viable para la telemetría. Durante las misiones espaciales tripuladas, se utiliza para monitorear no solo los parámetros del vehículo, sino también la salud y el soporte vital de los astronautas. Durante la Guerra Fría, la telemetría encontró usos en el espionaje. La inteligencia estadounidense descubrió que podían monitorear la telemetría de las pruebas de misiles soviéticos construyendo un telémetro propio para interceptar las señales de radio y, por lo tanto, aprender mucho sobre las capacidades soviéticas.
Tipos de telémetro
Los telémetros son los dispositivos físicos que se utilizan en la telemetría. Consiste en un sensor, una ruta de transmisión y un dispositivo de visualización, grabación o control. Los dispositivos electrónicos se utilizan ampliamente en telemetría y pueden ser inalámbricos o cableados, analógicos o digitales. También son posibles otras tecnologías, como mecánica, hidráulica y óptica.
La información de telemedida por cable tuvo su origen en el siglo XIX. Uno de los primeros circuitos de transmisión de datos se desarrolló en 1845 entre el Palacio de Invierno del zar ruso y el cuartel general del ejército. En 1874, los ingenieros franceses construyeron un sistema de sensores meteorológicos y de profundidad de la nieve en el Mont Blanc que transmitía información en tiempo real a París. En 1901, el inventor estadounidense C. Michalke patentó el selsyn, un circuito para enviar información de rotación sincronizada a distancia. En 1906 se construyeron un conjunto de estaciones sísmicas con telemedida al Observatorio Pulkovo en Rusia. En 1912, Commonwealth Edison desarrolló un sistema de telemetría para monitorear las cargas eléctricas en su red eléctrica. El Canal de Panamá (terminado entre 1913 y 1914) usó extensos sistemas de telemetría para monitorear las esclusas y los niveles de agua.
La telemetría inalámbrica hizo sus primeras apariciones en la radiosonda, desarrollada simultáneamente en 1930 por Robert Bureau en Francia y Pavel Molchanov en Rusia. El sistema de Molchanov moduló las mediciones de temperatura y presión convirtiéndolas en código Morse inalámbrico. El cohete alemán V-2 utilizó un sistema de señales de radio multiplexadas primitivas llamado "Messina" para informar cuatro parámetros del cohete, pero era tan poco fiable que Wernher von Braun afirmó una vez que era más útil observar el cohete a través de binoculares.
En los EE. UU. y la URSS, el sistema Messina fue rápidamente reemplazado por mejores sistemas; en ambos casos, basados en modulación de posición de pulso (PPM). Los primeros sistemas de telemetría espacial y de misiles soviéticos que se desarrollaron a fines de la década de 1940 usaban PPM (por ejemplo, el sistema de telemetría Tral desarrollado por OKB-MEI) o modulación de duración de pulso (por ejemplo, el sistema RTS-5 desarrollado por NII-885). En los Estados Unidos, los primeros trabajos emplearon sistemas similares, pero luego fueron reemplazados por modulación de código de pulso (PCM) (por ejemplo, en la sonda Mars Mariner 4). Más tarde, las sondas interplanetarias soviéticas utilizaron sistemas de radio redundantes, transmitiendo telemetría por PCM en una banda de decímetros y PPM en una banda de centímetros.
Aplicaciones
Meteorología
La telemetría ha sido utilizada por globos meteorológicos para transmitir datos meteorológicos desde 1920.
Industria del petróleo y el gas
La telemetría se utiliza para transmitir la mecánica de perforación y la información de evaluación de la formación dentro del pozo, en tiempo real, a medida que se perfora un pozo. Estos servicios se conocen como Medición durante la perforación y Registro durante la perforación. La información adquirida a miles de pies bajo tierra, durante la perforación, se envía a través del orificio de perforación a los sensores de superficie y al software de demodulación. La onda de presión (sana) se traduce en información útil después de DSP y filtros de ruido. Esta información se utiliza para la evaluación de la formación, la optimización de la perforación y la geonavegación.
Automovilismo
La telemetría es un factor clave en el automovilismo moderno, ya que permite a los ingenieros de carreras interpretar los datos recopilados durante una prueba o carrera y utilizarlos para ajustar correctamente el automóvil para un rendimiento óptimo. Los sistemas utilizados en series como la Fórmula Uno se han avanzado hasta el punto de que se puede calcular el tiempo de vuelta potencial del coche, y este tiempo es el que se espera que cumpla el conductor. Los ejemplos de mediciones en un auto de carreras incluyen aceleraciones (fuerzas G) en tres ejes, lecturas de temperatura, velocidad de las ruedas y desplazamiento de la suspensión. En la Fórmula Uno, la entrada del conductor también se registra para que el equipo pueda evaluar el rendimiento del conductor y (en caso de accidente) la FIA pueda determinar o descartar un error del conductor como una posible causa.
Los desarrollos posteriores incluyen telemetría bidireccional que permite a los ingenieros actualizar las calibraciones del automóvil en tiempo real (incluso mientras está en la pista). En la Fórmula Uno, la telemetría bidireccional apareció a principios de la década de 1990 y consistía en una pantalla de mensajes en el tablero que el equipo podía actualizar. Su desarrollo continuó hasta mayo de 2001, cuando se permitió por primera vez en los coches. Para 2002, los equipos pudieron cambiar el mapeo del motor y desactivar los sensores del motor desde el pit mientras el auto estaba en la pista. Para la temporada 2003, la FIA prohibió la telemetría bidireccional en la Fórmula Uno; sin embargo, la tecnología puede usarse en otros tipos de carreras o en autos de carretera.
El sistema de telemetría unidireccional también se ha aplicado en autos de carreras R/C para obtener información de los sensores del auto como: RPM del motor, voltaje, temperaturas, aceleración.
Transporte
En la industria del transporte, la telemetría proporciona información significativa sobre el desempeño de un vehículo o del conductor mediante la recopilación de datos de sensores dentro del vehículo. Esto se lleva a cabo por varias razones que van desde el control del cumplimiento del personal, la calificación de seguros hasta el mantenimiento predictivo.
La telemetría se utiliza para vincular dispositivos contadores de tráfico a registradores de datos para medir los flujos de tráfico y la longitud y el peso de los vehículos.
La industria ferroviaria utiliza la telemetría para medir el estado de las vías. Esto permite un mantenimiento predictivo y preventivo optimizado y enfocado. Por lo general, esto se hace con trenes especializados, como el New Measurement Train utilizado en el Reino Unido por Network Rail, que puede verificar defectos en las vías, como problemas con el ancho y deformaciones en el riel. Japón usa trenes similares, pero más rápidos, apodados Doctor Yellow. Dichos trenes, además de revisar las vías, también pueden verificar si hay o no problemas con la red eléctrica aérea (catenaria), donde está instalada. Las empresas dedicadas a la inspección de rieles, como Sperry Rail, tienen sus propios vagones de rieles personalizados y camiones equipados con ruedas de rieles que usan una variedad de métodos, que incluyen láser, ultrasonido e inducción (que mide los campos magnéticos resultantes de pasar electricidad a los rieles) para encontrar cualquier defectos
Agricultura
La mayoría de las actividades relacionadas con cultivos saludables y buenos rendimientos dependen de la disponibilidad oportuna de datos meteorológicos y del suelo. Por lo tanto, las estaciones meteorológicas inalámbricas juegan un papel importante en la prevención de enfermedades y el riego de precisión. Estas estaciones transmiten a una estación base parámetros necesarios para la toma de decisiones: temperatura del aire y humedad relativa, precipitación y humedad foliar (para modelos de predicción de enfermedades), radiación solar y velocidad del viento (para calcular la evapotranspiración), estrés por déficit hídrico (WDS) sensores foliares y la humedad del suelo (crucial para las decisiones de riego).
Debido a que los microclimas locales pueden variar significativamente, dichos datos deben provenir del cultivo. Las estaciones de monitoreo generalmente transmiten datos por radio terrestre, aunque ocasionalmente se usan sistemas satelitales. La energía solar se emplea a menudo para hacer que la estación sea independiente de la red eléctrica.
Gestión del agua
La telemetría es importante en la gestión del agua, incluida la calidad del agua y las funciones de medición de caudales. Las principales aplicaciones incluyen AMR (lectura automática de medidores), monitoreo de aguas subterráneas, detección de fugas en tuberías de distribución y vigilancia de equipos. Tener datos disponibles casi en tiempo real permite reaccionar rápidamente a los eventos en el campo. El control de telemetría permite a los ingenieros intervenir con activos como bombas y encender o apagar bombas de forma remota según las circunstancias. La telemetría de cuencas hidrográficas es una excelente estrategia de cómo implementar un sistema de gestión del agua.
Defensa, espacio y exploración de recursos
La telemetría se utiliza en sistemas complejos, como misiles, RPV, naves espaciales, plataformas petroleras y plantas químicas, ya que permite el monitoreo automático, las alertas y el mantenimiento de registros necesarios para una operación eficiente y segura. Las agencias espaciales como la NASA, ISRO, la Agencia Espacial Europea (ESA) y otras agencias utilizan sistemas de telemetría y/o telemando para recopilar datos de naves espaciales y satélites.
La telemetría es vital en el desarrollo de misiles, satélites y aeronaves porque el sistema podría destruirse durante o después de la prueba. Los ingenieros necesitan parámetros críticos del sistema para analizar (y mejorar) el rendimiento del sistema. En ausencia de telemetría, estos datos a menudo no estarían disponibles.
Ciencia espacial
La telemetría es utilizada por naves espaciales tripuladas o no tripuladas para la transmisión de datos. Se han cubierto distancias de más de 10 000 millones de kilómetros, por ejemplo, con la Voyager 1.
Cohetería
En cohetería, el equipo de telemetría forma parte integral de los activos de alcance de cohetes que se utilizan para monitorear la posición y el estado de un vehículo de lanzamiento para determinar los criterios de terminación de vuelo de seguridad de alcance (el propósito del alcance es para la seguridad pública). Los problemas incluyen el entorno extremo (temperatura, aceleración y vibración), el suministro de energía, la alineación de la antena y (a largas distancias, por ejemplo, en vuelos espaciales) el tiempo de viaje de la señal.
Pruebas de vuelo
Hoy en día, casi todos los tipos de aeronaves, misiles o naves espaciales llevan un sistema de telemetría inalámbrico mientras se prueban. La telemetría móvil aeronáutica se utiliza para la seguridad de los pilotos y personas en tierra durante las pruebas de vuelo. La telemetría de un sistema de instrumentación de prueba de vuelo a bordo es la fuente principal de información de estado y medición en tiempo real transmitida durante la prueba de aeronaves tripuladas y no tripuladas.
Inteligencia militar
La telemetría interceptada fue una importante fuente de inteligencia para los Estados Unidos y el Reino Unido cuando se probaron los misiles soviéticos; para este propósito, Estados Unidos operó un puesto de escucha en Irán. Finalmente, los rusos descubrieron la red de recopilación de inteligencia de los Estados Unidos y cifraron sus señales de telemetría de prueba de misiles. La telemetría también fue una fuente para los soviéticos, que operaron barcos de escucha en Cardigan Bay para escuchar a escondidas las pruebas de misiles del Reino Unido realizadas en el área.
Monitoreo de energía
En fábricas, edificios y casas, el consumo de energía de sistemas como HVAC se monitorea en múltiples ubicaciones; los parámetros relacionados (por ejemplo, la temperatura) se envían a través de telemetría inalámbrica a una ubicación central. La información se recopila y procesa, lo que permite el uso más eficiente de la energía. Dichos sistemas también facilitan el mantenimiento predictivo.
Distribución de recursos
Muchos recursos deben distribuirse en áreas amplias. La telemetría es útil en estos casos, ya que permite que el sistema logístico canalice los recursos hacia donde se necesitan, además de brindar seguridad a esos activos; los principales ejemplos de esto son productos secos, fluidos y sólidos granulados a granel.
Productos secos
Los productos secos, como la mercancía empaquetada, se pueden rastrear y monitorear de forma remota, rastrear e inventariar mediante sistemas de detección de RFID, lectores de códigos de barras, lectores de reconocimiento óptico de caracteres (OCR) u otros dispositivos de detección, acoplados a dispositivos de telemetría, para detectar RFID. etiquetas, etiquetas de código de barras u otros marcadores de identificación adheridos al artículo, su paquete o (para artículos grandes y envíos a granel) adheridos a su contenedor de envío o vehículo. Esto facilita el conocimiento de su ubicación y puede registrar su estado y disposición, como cuando la mercancía con etiquetas de código de barras se escanea a través de un lector de caja en los sistemas de punto de venta en una tienda minorista. Los escáneres RFID de código de barras estacionarios o portátiles o el lector óptico con comunicaciones remotas se pueden usar para acelerar el seguimiento y el conteo de inventario en tiendas, almacenes, terminales de envío, empresas de transporte y fábricas.
Fluidos
Los fluidos almacenados en tanques son un objeto principal de telemetría comercial constante. Por lo general, esto incluye el monitoreo de patios de tanques en refinerías de gasolina y plantas químicas, y tanques remotos o distribuidos, que se deben reabastecer cuando están vacíos (como los tanques de almacenamiento de las estaciones de servicio, los tanques de aceite para calefacción del hogar o los tanques de agroquímicos en los parques), o vaciar cuando está lleno (como con la producción de pozos de petróleo, productos de desecho acumulados y fluidos recién producidos). La telemetría se utiliza para comunicar las mediciones variables de los sensores de nivel de tanque y flujo que detectan movimientos y/o volúmenes de fluidos por presión neumática, hidrostática o diferencial; ecos ultrasónicos, de radar o de efecto Doppler confinados en un tanque; o sensores mecánicos o magnéticos.
Sólidos a granel
La telemetría de sólidos a granel es común para rastrear e informar el estado del volumen y la condición de los contenedores de alimentos para ganado y granos, alimentos en polvo o granulares, polvos y gránulos para la fabricación, arena y grava y otros sólidos granulares granulares. Si bien la tecnología asociada con el monitoreo de tanques de fluidos también se aplica, en parte, a los sólidos granulares a granel, a veces se requiere informar el peso total del contenedor u otras características y condiciones brutas, debido a los sólidos a granel. características físicas más complejas y variables.
Medicina/sanidad
La telemetría se usa para pacientes (biotelemetría) que están en riesgo de actividad cardíaca anormal, generalmente en una unidad de cuidados coronarios. Los especialistas en telemetría a veces se utilizan para monitorear a muchos pacientes dentro de un hospital. Dichos pacientes están equipados con dispositivos de medición, registro y transmisión. Un registro de datos puede ser útil en el diagnóstico de la condición del paciente por parte de los médicos. Una función de alerta puede alertar a las enfermeras si el paciente sufre una condición aguda (o peligrosa).
En enfermería médico-quirúrgica se dispone de sistemas de monitorización para descartar una afección cardiaca, o para monitorizar una respuesta a medicamentos antiarrítmicos como la amiodarona.
Una aplicación nueva y emergente para la telemetría se encuentra en el campo de la neurofisiología o neurotelemetría. La neurofisiología es el estudio de los sistemas nerviosos central y periférico a través del registro de la actividad bioeléctrica, ya sea espontánea o estimulada. En neurotelemetría (NT), el electroencefalograma (EEG) de un paciente es monitoreado de forma remota por un tecnólogo de EEG registrado que utiliza un software de comunicación avanzado. El objetivo de la neurotelemetría es reconocer una disminución en la condición de un paciente antes de que se presenten signos y síntomas físicos.
La neurotelemetría es sinónimo de monitoreo continuo de video EEG en tiempo real y tiene aplicación en la unidad de monitoreo de epilepsia, neuro UCI, UCI pediátrica y UCI neonatal. Debido a la naturaleza intensiva en mano de obra de la monitorización continua de EEG, la NT generalmente se realiza en los hospitales de enseñanza académica más grandes utilizando programas internos que incluyen tecnólogos de REEG, personal de apoyo de TI, neurólogo y neurofisiólogo y personal de apoyo de monitorización.
Las modernas velocidades de los microprocesadores, los algoritmos de software y la compresión de datos de video permiten a los hospitales registrar y monitorear de forma centralizada los EEG digitales continuos de múltiples pacientes críticos simultáneamente.
La neurotelemetría y la monitorización EEG continua proporcionan información dinámica sobre la función cerebral que permite la detección temprana de cambios en el estado neurológico, lo que es especialmente útil cuando el examen clínico es limitado.
Investigación y gestión de la pesca y la vida silvestre
La telemetría se usa para estudiar la vida silvestre y ha sido útil para monitorear especies amenazadas a nivel individual. Los animales bajo estudio pueden equiparse con etiquetas de instrumentación, que incluyen sensores que miden la temperatura, la profundidad y la duración del buceo (para animales marinos), la velocidad y la ubicación (usando paquetes de GPS o Argos). Las etiquetas de telemetría pueden brindar a los investigadores información sobre el comportamiento, las funciones y el entorno de los animales. Luego, esta información se almacena (con etiquetas de archivo) o las etiquetas pueden enviar (o transmitir) su información a un satélite o dispositivo receptor portátil. Capturar y marcar animales salvajes puede ponerlos en riesgo, por lo que es importante minimizar estos impactos.
Minorista
En un taller de 2005 en Las Vegas, un seminario destacó la introducción de equipos de telemetría que permitirían a las máquinas expendedoras comunicar datos de ventas e inventario a un camión de ruta oa una sede. Estos datos podrían usarse para una variedad de propósitos, como eliminar la necesidad de que los conductores hagan un primer viaje para ver qué artículos deben reabastecerse antes de entregar el inventario.
Los minoristas también usan etiquetas RFID para rastrear el inventario y evitar hurtos. La mayoría de estas etiquetas responden pasivamente a los lectores RFID (por ejemplo, en el cajero), pero hay disponibles etiquetas RFID activas que transmiten periódicamente información de ubicación a una estación base.
Cumplimiento de la ley
El hardware de telemetría es útil para rastrear personas y propiedades en las fuerzas del orden. Un collar de tobillo usado por convictos en libertad condicional puede advertir a las autoridades si una persona viola los términos de su libertad condicional, por ejemplo, al salirse de los límites autorizados o visitar un lugar no autorizado. La telemetría también ha permitido vehículos cebo, donde las fuerzas del orden pueden equipar un automóvil con cámaras y equipos de rastreo y dejarlo en algún lugar donde esperan que sea robado. Cuando es robado, el equipo de telemetría informa la ubicación del vehículo, lo que permite que las autoridades desactiven el motor y bloqueen las puertas cuando los agentes de emergencia lo detengan.
Proveedores de energía
En algunos países, la telemetría se utiliza para medir la cantidad de energía eléctrica consumida. El medidor de electricidad se comunica con un concentrador, y este último envía la información a través de GPRS o GSM al servidor del proveedor de energía. La telemetría también se utiliza para el monitoreo remoto de subestaciones y sus equipos. Para la transmisión de datos, a veces se utilizan sistemas portadores de línea de fase que funcionan en frecuencias entre 30 y 400 kHz.
Cetrería
En cetrería, "telemetría" significa un pequeño transmisor de radio llevado por un ave de rapiña que permitirá que el dueño del ave lo rastree cuando esté fuera de la vista.
Pruebas
La telemetría se utiliza para probar entornos hostiles que son peligrosos para los humanos. Los ejemplos incluyen instalaciones de almacenamiento de municiones, sitios radiactivos, volcanes, aguas profundas y el espacio exterior.
Comunicaciones
La telemetría se utiliza en muchos sistemas inalámbricos que funcionan con baterías para informar al personal de supervisión cuando la energía de la batería está llegando a un punto bajo y el artículo final necesita baterías nuevas.
Minería
En la industria minera, la telemetría tiene dos propósitos principales: la medición de parámetros clave de los equipos mineros y el control de las prácticas de seguridad. La información proporcionada por la recopilación y el análisis de parámetros clave permite identificar la causa raíz de operaciones ineficientes, prácticas inseguras y uso incorrecto de equipos para maximizar la productividad y la seguridad. Otras aplicaciones de la tecnología permiten compartir conocimientos y mejores prácticas en toda la organización.
Software
En el software, la telemetría se utiliza para recopilar datos sobre el uso y el rendimiento de las aplicaciones y los componentes de las aplicaciones, p. con qué frecuencia se usan ciertas funciones, mediciones del tiempo de inicio y tiempo de procesamiento, hardware, bloqueos de aplicaciones y estadísticas generales de uso y/o comportamiento del usuario. En algunos casos, se informan datos muy detallados, como métricas de ventanas individuales, recuentos de funciones utilizadas y tiempos de funciones individuales.
Este tipo de telemetría puede ser esencial para que los desarrolladores de software reciban datos de una amplia variedad de puntos finales que posiblemente no se puedan probar todos internamente, así como para obtener datos sobre la popularidad de ciertas características y si se le debe dar prioridad o se debe considerar su remoción. Debido a las preocupaciones sobre la privacidad, ya que la telemetría de software se puede usar fácilmente para generar perfiles de usuarios, la telemetría en el software del usuario a menudo es una elección del usuario, comúnmente presentada como una función opcional (que requiere una acción explícita del usuario para habilitarla) o una elección del usuario durante el proceso de instalación del software..
Estándares internacionales
Al igual que en otros campos de las telecomunicaciones, existen estándares internacionales para equipos y software de telemetría. Los organismos productores de estándares internacionales incluyen el Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS) para agencias espaciales, el Grupo de Instrumentación Inter-Range (IRIG) para rangos de misiles y el Comité de Coordinación de Estándares de Telemedida (TSCC), una organización de la Fundación Internacional para Telemedida.
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