Was ist ein intelligenter Sensor und wie funktioniert er?
Ein intelligenter Sensor ist ein Gerät, das Eingaben aus der physischen Umgebung entgegennimmt und integrierte Rechenressourcen nutzt, um bei Erkennung einer bestimmten Eingabe vordefinierte Funktionen auszuführen und die Daten dann zu verarbeiten, bevor sie weitergegeben werden.
Intelligente Sensoren ermöglichen eine genauere und automatisierte Erfassung von Umweltdaten mit weniger fehlerhaftem Rauschen bei den genau erfassten Informationen. Diese Geräte werden zur Überwachung und Steuerung von Mechanismen in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt, darunter intelligente Netze, Schlachtfeldaufklärung, Erkundung und viele wissenschaftliche Anwendungen.
Der intelligente Sensor ist auch ein entscheidender und integraler Bestandteil des Internets der Dinge. Die IoT-Technologie ermöglicht es, fast alles mit einer eindeutigen Kennung zu versehen und Daten von oder über diese Dinge über das Internet oder ein ähnliches Sensornetzwerk zu übertragen. Eine Implementierung intelligenter Sensoren erfolgt als Komponenten eines drahtlosen Sensor- und Aktornetzwerks, das Tausende von Knoten umfassen kann. Jeder Knoten ist mit einem oder mehreren anderen Sensoren und Sensor-Hubs sowie mit einzelnen Aktoren verbunden.
Mobile Mikroprozessoren mit geringem Stromverbrauch stellen typischerweise Rechenressourcen in IoT-Umgebungen bereit. Ein intelligenter Sensor besteht mindestens aus einem Sensor, einem Mikroprozessor und einer Art drahtloser Kommunikationstechnologie. Die Rechenressourcen müssen ein integraler Bestandteil des physischen Designs sein. Ein Sensor, der seine Daten lediglich zur Fernverarbeitung weitersendet, gilt nicht als intelligenter Sensor.
Dieser Artikel ist Teil von
Laden Sie jetzt den gesamten Leitfaden KOSTENLOS herunter!
Ein intelligenter Sensor kann neben dem Primärsensor auch mehrere andere Komponenten umfassen. Zu diesen Komponenten können Wandler, Verstärker, Erregungssteuerung, Analogfilter, Analog-Digital-Wandler und eine Kompensation gehören, die eine integrierte Korrektur nicht idealer Messungen oder Ausgaben ermöglicht. Ein intelligenter Sensor enthält außerdem softwaredefinierte Elemente, die Funktionen wie Datenkonvertierung, digitale Verarbeitung und Kommunikation mit externen Geräten bereitstellen.
Ein intelligenter Sensor verbindet einen Rohbasissensor mit integrierten Rechenressourcen, die die Verarbeitung der Sensoreingaben ermöglichen. Der Basissensor ist die Komponente, die die Erfassungsfähigkeit bereitstellt. Es könnte so konzipiert sein, dass es Wärme, Licht oder Druck wahrnimmt. Oftmals erzeugt der Basissensor ein analoges Signal von einem Anwendungsalgorithmus, das verarbeitet werden muss, bevor es verwendet werden kann. Dieser Vorgang wird auch Signalverarbeitung genannt.
An diesem Punkt kommt die integrierte Technologie eines intelligenten Sensors ins Spiel. Bei der Signalverarbeitung verwendet ein integrierter Mikroprozessor eine Technik namens Filterung, um Signalrauschen zu entfernen und das Sensorsignal in ein nutzbares digitales Format umzuwandeln.
Intelligente Sensortechnologien verfügen außerdem über integrierte Kommunikationsfunktionen, die eine Verbindung zu einer privaten Cloud-Computing-Umgebung oder dem Internet ermöglichen. Dadurch können sie mit externen Geräten kommunizieren.
Intelligente Sensoren haben viele Einsatzmöglichkeiten. Sie kommen häufig in industriellen Umgebungen vor und sind die treibende Kraft hinter Industrie 4.0 und industrieller Automatisierung, Robotik und anderen fortschrittlichen Instrumenten.
Fabriken nutzen häufig intelligente Sensoren zu Diagnosezwecken. Intelligente Temperatursensoren stellen sicher, dass Maschinen nicht überhitzen, und Vibrationssensoren überwachen Maschinen, bei denen die Gefahr besteht, dass sie sich durch Vibrationen lösen. Intelligente Sensoren ermöglichen auch die Prozesssteuerung, beispielsweise die Überwachung eines Fertigungsprozesses und die Vornahme notwendiger Anpassungen, damit dieser Qualitäts- oder Produktionsziele erreichen kann. Früher waren dies manuelle Prozesse, aber intelligente Sensoren haben sie automatisiert.
Auch bei der Weiterentwicklung moderner Sicherheitssysteme spielen intelligente Sensoren eine Schlüsselrolle. Wärmebildsensoren erfassen die Körperwärme eines Eindringlings. Ebenso sind Geräte wie intelligente Schlösser, Bewegungssensoren sowie Fenster- und Türsensoren üblicherweise mit einem gemeinsamen Netzwerk verbunden. Dadurch können die Sicherheitssensoren zusammenarbeiten, um ein umfassendes Bild des aktuellen Sicherheitsstatus zu erstellen. Sie werden häufig in Haushalten und Industrieanwendungen eingesetzt, um verschiedene Lecks zu erkennen.
Es sind viele Arten von Spezialsensoren im Einsatz. Fünf Haupttypen intelligenter Sensoren werden üblicherweise in industriellen IoT-Umgebungen verwendet:
Andere intelligente Sensoren können den Stromverbrauch überwachen; Vibrationen, beispielsweise bei Fabrikanlagen; Feuchtigkeit; Feuchtigkeit; und Licht.
Intelligente Sensoren bieten eine Reihe von Vorteilen, aber auch Herausforderungen und Nachteile.
Die Vorteile intelligenter Sensoren kommen am deutlichsten zur Geltung, wenn sie zur Datenerfassung an rauen oder abgelegenen Orten eingesetzt werden. Die folgenden Vorteile hängen vom Einsatz des richtigen Sensortyps dort ab, wo er am meisten benötigt wird:
Entwickler intelligenter Sensoren haben ihre Angebote kontinuierlich verbessert, um seit langem bestehende Nachteile zu beheben, und werden dies auch in Zukunft tun. Allerdings kann es noch eine Weile dauern, bis die aktuellen Nachteile dieser Geräte behoben werden:
Intelligente Sensoren verfügen über einen eingebetteten Digital Motion Processor (DMP), während Basissensoren keinen enthalten. Ein DMP ist ein Mikroprozessor, der in den Sensor integriert ist. Dadurch kann der Sensor die Sensordaten onboard verarbeiten. Dies kann bedeuten, die Daten zu normalisieren, Rauschen aus elektrischen Signalen zu filtern oder andere Arten der Signalkonditionierung durchzuführen. In jedem Fall führt ein intelligenter Sensor vor der Kommunikation mit externen Geräten eine digitale Datenkonvertierung durch.
Ein Basissensor ist einfach ein Sensor, der nicht mit einem DMP oder anderen Rechenressourcen ausgestattet ist, mit denen er Daten verarbeiten könnte. Während ein intelligenter Sensor eine gebrauchsfertige Ausgabe erzeugt, ist die Ausgabe eines Basissensors roh und muss normalerweise in ein verwendbares Format konvertiert werden.
Intelligente Sensoren werden im Allgemeinen gegenüber Basissensoren bevorzugt, da sie über native Verarbeitungsfunktionen verfügen. Dennoch gibt es Situationen, in denen die Verwendung eines Basissensors vorteilhafter sein kann. Wenn ein Ingenieur ein Gerät entwirft und vollständige Kontrolle über den Sensoreingang benötigt, wäre ein Basissensor vorzuziehen. Basissensoren kosten außerdem weniger als Smartsensoren, da sie weniger Komponenten enthalten.
Obwohl intelligente Sensoren am häufigsten mit Industrieanlagen in Verbindung gebracht werden, könnte das Internet der Dinge ohne sie nicht existieren. Erfahren Sie mehr über die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile intelligenter Sensoren für das IoT.