Aplicațiile Internet of Things (IoT) – indiferent de scopul pentru care au fost create, infrastructura orașelor, fabrici sau dispozitive portabile – se bazează pe senzori. Acesști senzori colectează date prin intermediul unui sistem cloud. Software-ul care rulează pe computerele cloud reduce volumele uriașe de date generate în informații acționabile pentru utilizatori și comenzi către actuatoare.

Senzorii sunt un factor cheie în succesul IoT, deși aceștia sunt doar dispozitive tehnice care transformă pur și simplu variabilele fizice în semnale electrice. Cu trecerea timpului, a fost nevoie să evolueze pentru a îndeplini un rol important din punct de vedere tehnic și economic în mediul IoT. De aceea, este evident că inteligența senzorilor, în afară de facilitarea conectivității IoT, creează mai multe beneficii legate de întreținerea predictivă, fabricarea mai flexibilă și productivitatea îmbunătățită.

Ce înseamnă senzor? Caracteristicile senzorilor

În primul rând, vrem să menționăm că nu există o definiţie unitară şi necontestată a cuvântului „senzor”, motiv care lasă mult spaţiu pentru interpretări. Mulţi specialiști și autori preferă să folosească sintagma „senzori şi traductoare”, în cadrul căreia, fie pun pe picior de egalitate senzorul şi traductorul, utilizând preferențial unul dintre termeni, fie consideră că unul reprezintă o categorie ierarhică superioară, incluzându-l pe celălalt. 

Însă noi, ne vom opri asupra senzorul în sensul larg al cuvântului care este definit ca un dispozitiv care măsoară o mărime fizică (masă, presiune, temperatură, umiditate etc) și o transformă într-un semnal care poate fi citit de către un observator printr-un instrument sau poate fi prelucrat. Ca parte componentă a unui aparat sau sistem tehnic detector poate măsura/înregistra de exemplu presiunea, umiditatea, câmpul magnetic, accelerația, forța, intensitatea sonoră, radiații. 

Denumirea senzorului provine din cuvântul latin „sensus”, care înseamnă simţ şi înainte de a fi adoptat pentru sisteme tehnice, a fost şi este utilizat pentru a desemna capacităţile organelor de simţ ale oamenilor şi ale organismelor vii, de a culege şi prelucra informaţii din mediul înconjurător şi a le transmite creierului. 

Cea mai solicitată şi importantă funcţie senzorială este cea vizuală, care asigură cantitatea preponderentă de informaţie, având şi cea mai mare viteză de transfer. Simţul auzului permite omului recepţionarea undelor sonore din domeniul „audio”, având frecvenţe cuprinse între aproximativ 16 Hz şi 16 kHz. 

Foarte importantă, inclusiv în procesele de producţie, este sensibilitatea cutanată a omului, asigurată de multipli receptori implantaţi în piele. Simţul mirosului (olfactiv) şi cel gustativ sunt extrem de utile omului în viaţa de zi cu zi, dar utilizate de om într-un număr restrâns de procese de producţie, din industria alimentară, cea cosmetică

Pornind astfel de la sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin senzor se va înţelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării maşinilor cu simţuri. Astfel, va avea rolul determinării unei sau unor proprietăţi, şi, în funcţie de nivelul de integrare, poate avea funcţii mai simple sau mai complexe. 

Senzorii sunt caracterizați în funcție de valoarea anumitor parametri. Caracteristicile importante ale senzorilor sunt:

• Miniaturizarea: permite realizarea de măsuri (determinări) punctuale ale mărimilor investigate;
• Multiplicarea funcțională: existența în structura unui senzor a unui număr mare de dispozitive sensibile care îndeplinesc aceeași funcție, dispuse liniar sau matricial;
• Fusiunea senzorială: presupune reuniunea mai multor senzori într-o configurație unică, pentru a asigura funcționalitatea dorită;

Aceste caracteristici ale senzorilor împreună cu cu proprietarea de ”imitare” a simțurilor umane, fac ca senzorii să se diferențieze de traductoare. Informațiile de la mai mulți senzori pot fi combinate și corelate pentru a deduce concluzii despre cerințele solicitate sau eventualele probleme apărute.

De exemplu, datele senzorului de temperatură și ale senzorului de vibrație pot fi utilizate pentru a detecta debutul defecțiunilor mecanice. În unele cazuri, cele două funcții ale senzorului sunt disponibile într-un singur dispozitiv; în altele, funcțiile sunt combinate în software pentru a crea un senzor „soft”.

 Tipuri de senzori inteligenți folosiți în diverse domenii

Industriile și organizațiile folosesc mai multe tipuri de senzori de foarte mult timp, dar apariția Internet of Things (IoT) a dus evoluția senzorilor la un nivel complet diferit. Platformele IoT funcționează și oferă diverse tipuri de informații și date folosind o varietate de senzori. Ele servesc la colectarea datelor, distribuirea și partajarea acestora cu o întreagă rețea de dispozitive conectate. Toate aceste date colectate fac posibilă funcționarea autonomă a dispozitivelor, și astfel întregul ecosistem devine din ce în ce mai „inteligent”.

Combinând un set de senzori și o rețea de comunicații, dispozitivele împărtășesc informații unele cu altele și își îmbunătățesc eficiența și funcționalitatea.

Luăm ca exemplu vehiculele Tesla. Toți senzorii de pe o mașină își înregistrează percepția asupra împrejurimilor, încărcând informațiile într-o bază de date masivă. Datele sunt apoi procesate și toate informațiile importante noi sunt trimise tuturor celorlalte vehicule. Acesta este un proces continuu, prin care o întreagă flotă de vehicule Tesla devine din ce în ce mai inteligentă în fiecare zi.

Dar, să aruncăm o privire asupra unora dintre cei mai utilizați senzori folosiți pe scară largă în lumea IoT.

Senzori de temperatură

Dispozitivele utilizate pentru a măsura cantitatea de energie termică care permite să detecteze o schimbare fizică a temperaturii dintr-o anumită sursă și să transforme datele pentru un dispozitiv sau utilizator sunt cunoscute ca senzori de temperatură. Acești senzori existau într-o varietate de dispozitive. Cu toate acestea, odată cu apariția IoT, s-a găsit și mai multă utilitate pentru a fi prezenți într-un număr și mai mare de dispozitive.

Cu doar câțiva ani în urmă, utilizările lor includeau în cea mai mare parte controlul aparatelor de aer condiționat, frigiderele și dispozitivele similare utilizate pentru controlul mediului. Cu toate acestea, odată cu apariția lumii IoT, senzorii de temperatură și-au găsit rolul în procesele de fabricație, agricultură și industria sănătății. Pe de altă parte, în agricultură, temperatura solului este crucială pentru creșterea culturilor. Acest lucru ajută la producerea plantelor, maximizând producția.

Senzori de proximitate (mișcare)

Un dispozitiv care detectează prezența sau absența unui obiect din apropiere sau proprietățile acelui obiect și îl transformă în semnal care poate fi citit cu ușurință de către utilizator sau un instrument electronic simplu, fără a intra în contact cu acesta. O industrie care se folosește preponderent de senzorii de proximitate este cea auto, folosiți în special la datul cu spatele. 

În prezent, senzorii de mișcare sunt utilizați frecvent si cei mai raspanditi sunt cei in sistemele anti efractie, și pot fi montați de la ușile de la supermarket până la magazinul din benzinării. Senzorii de mișcare fac viața mai ușoară persoanelor care nu pot deschide o ușa de asemenea senzorii de mișcare asigură securitatea casei prin detectarea mișcării și aprinderea luminii de exemplu.

De asemenea, senzorii de proximitate sunt utilizați pentru a oferi informații legate de disponibilitatea de parcare în locuri precum mall-uri, stadioane sau aeroporturi.

Senzori inductivi

Senzorii inductivi sunt practic una dintre pietrele de temelie ale automatizării industriale. Senzorii inductivi funcţionează prin aceea că părţile metalice amplasate în apropierea unei bobine de oscilator pot schimba starea dintr-un anumit circuit oscilant.

O astfel de modificare (oprirea oscilaţiilor) poate fi evaluată cu precizie şi se poate obţine confirmarea prezenţei unui obiect metalic pe raza senzorului. Senzorii inductivi funcţionează de obicei pe o frecvenţă de sute de Hz până la câţiva Hz.

Senzori de presiune

Un senzor de presiune este un dispozitiv care sesizează presiunea și îl transformă într-un semnal electric. Există o mulțime de dispozitive care se bazează pe lichid sau alte forme de presiune. Acești senzori fac posibilă crearea de sisteme IoT care monitorizează sisteme și dispozitive cu propulsie sub presiune. Utilitatea acestor senzori este foarte utilă în întreținerea sistemelor de apă și a sistemelor de încălzire, deoarece este ușor de detectat orice fluctuație sau scădere a presiunii.

Senzori chimici

Senzorii chimici au aplicabilitate în industrii diferite. Scopul lor este să indice modificări ale lichidului sau să afle modificări chimice ale aerului. Acestea joacă un rol important în orașele mari, unde este necesar să se urmărească schimbările calității aerului pentru a proteja populația.

Cazurile principale de utilizare a senzorilor chimici pot fi găsite în monitorizarea și controlul procesului de mediu industrial, detectarea chimică dăunătoare eliberată intenționat sau accidental, detecția explozivă și radioactivă, procesele de reciclare în stația spațială, industriile farmaceutice și laboratoare de teste. 

Senzorii de gaz sunt similari cu cei chimici, dar sunt folosiți special pentru a monitoriza modificările calității aerului și pentru a detecta prezența diferitelor gaze. La fel ca senzorii chimici, sunt folosiți în numeroase industrii precum producția, agricultura și sănătatea și sunt utilizate pentru monitorizarea calității aerului, detectarea gazelor toxice sau combustibile, monitorizarea gazelor periculoase în minele de cărbune, industriile de petrol și gaze, cercetarea laboratorului chimic, producția – vopselele , materiale plastice, cauciuc, produse farmaceutice și petrochimice etc.

Senzori cu infraroșu

Un senzor cu infraroșu este dispozitiv utilizat pentru a sesiza anumite caracteristici ale împrejurimilor sale, fie prin emiterea sau detectarea radiațiilor infraroșii. De asemenea, este capabil să măsoare căldura emisă de obiecte. Senzorii cu infraroșu sunt aplicabili într-o varietate de proiecte IoT, în special în asistența medicală, deoarece simplifică monitorizarea fluxului sanguin și a tensiunii arteriale. 

De asemenea, sunt folosiți într-o gamă largă de dispozitive inteligente obișnuite, precum ceasuri inteligente și smartphone-uri. Alte utilizări comune includ electrocasnice și telecomenzi, analiza respirației, viziune infraroșu (adică vizualizarea de scurgeri de căldură în electronice, monitorizarea fluxului de sânge, istoricii de artă pentru a vedea sub straturi de vopsea), electronice purtabile, comunicare optică, măsurători de temperatură fără contact, detectarea unghiurilor de unghi auto.

Utilizarea lor nu se termină aici, sunt de asemenea un instrument excelent pentru asigurarea securității la nivel înalt în casa ta. De asemenea, aplicația lor include verificări ale mediului, deoarece pot detecta o varietate de substanțe chimice și scurgeri de căldură. 

Nu întâmplător am lăsat senzorii cu infraroșu la final, după cum ai observat au o utilitate foarte largă, de aceea vor juca un rol important în industria caselor inteligente, datorită gamei foarte largi de aplicații.