La telemetría (del griego τῆλε "lejos" + μέτρεω - "yo mido") es un campo de la ciencia y la tecnología que se ocupa del desarrollo y la operación de sistemas de telemetría , un conjunto de herramientas automatizadas que permiten recibir, convertir y transmitir a través de un canal de comunicación, recepción, procesamiento y registro de información de medición ( telemétrica ) e información sobre varios eventos para controlar varios objetos y procesos a distancia.
La esencia de la telemetría es la conversión del valor (o valores) medidos en una señal de información adecuada para la transmisión a través de un canal de comunicación . Transmisión y recepción de información. Decodificación, conversión y registro en el lado receptor de la información telemétrica del objeto.
Los objetos de telemetría pueden ser varios dispositivos técnicos, organismos vivos o fenómenos naturales.
La telemetría que utiliza la transmisión de información a través de un canal de radio se denomina radiotelemetría . La radiotelemetría se ha generalizado debido a la capacidad de trabajar con objetos en movimiento o de difícil acceso. Como medio de transmisión de datos se pueden utilizar tanto canales de comunicación de telemetría especiales como canales y redes de comunicación de propósito general (radio, GSM / GPRS , ZigBee , WiFi , WiMax , LTE , LPWAN , ISDN alámbrico , xDSL , etc.).
La telemetría a menudo se asocia con el control de objetos a distancia y es uno de los elementos de la telemecánica [1] [2] .
La transmisión de información por cable se remonta al siglo XIX. Una de las primeras líneas de transmisión se estableció en 1845 entre el Palacio de Invierno del emperador ruso y el cuartel general de los ejércitos. En 1874, ingenieros franceses instalaron un sistema de sensores para determinar el clima y la profundidad de la nieve en el Mont Blanc, transmitiendo información en tiempo real a París. En 1901, el inventor estadounidense Michalik patentó el selsyn , una máquina de inducción para transmitir información sincronizada alternativamente a distancia. En 1906, se construyeron varias estaciones sísmicas, conectadas por comunicación telemétrica con el Observatorio Pulkovo. En 1912, Edison desarrolló un sistema de telemetría para monitorear las cargas conectadas a la red eléctrica. Durante la construcción del Canal de Panamá (terminada en 1913-1914), los sistemas telemétricos se utilizaron masivamente para el monitoreo constante de las esclusas y los niveles de agua [3] .
La telemetría inalámbrica comenzó a utilizarse en radiosondas desarrolladas de forma independiente por Robert Bureau en Francia y Pavel Molchanov en Rusia. El sistema de Molchanov midió la temperatura y la presión y convirtió los resultados en código Morse inalámbrico.
El cohete alemán V-2 de la Segunda Guerra Mundial utilizó un sistema de transmisión de múltiples señales de radio primitivas llamado "Messina" para obtener información sobre los parámetros del cohete, pero este sistema era tan poco confiable que Wernher von Braun dijo una vez que sería más eficiente para seguir el cohete a través de binoculares. Tanto en la URSS como en los EE. UU., el sistema Messina fue rápidamente reemplazado por sistemas más avanzados basados en la modulación de posición de pulso [4] .
Los primeros sistemas de telemetría soviéticos (cohetes y espacio) desarrollados a fines de la década de 1940 usaban modulación de posición de pulso (por ejemplo, en el sistema de telemetría Tral desarrollado en OKB MPEI) y modulación de banda de pulso (por ejemplo, en el sistema RTS-5 desarrollado en NII-885). Los primeros desarrollos estadounidenses también utilizaron sistemas similares, pero luego fueron reemplazados por sistemas PCM (por ejemplo, en la nave espacial de exploración Mariner 4 Mars). Los sistemas de radio redundantes se utilizaron en las últimas naves espaciales interplanetarias soviéticas, realizando transmisiones de telemetría con modulación de código de pulso en el rango de decímetros y con modulación de posición de pulso en el rango de centímetros [5] .
Hay telemedida en llamada y en elección, valores actuales e integrales [2] :
La telemetría ha encontrado su aplicación en las siguientes áreas:
La mayoría de las actividades relacionadas con la salud de los cultivos y las buenas cosechas dependen del suministro oportuno 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 equilibrado. Estas estaciones meteorológicas transmiten a la estación base información sobre parámetros importantes necesarios para la toma de decisiones: temperatura y humedad relativa, precipitación y humedad foliar (para la construcción de modelos de prevención de enfermedades), radiación solar, velocidad del viento (para el cálculo de la evaporación) y humedad del suelo. mediante el cual se evalúa la penetración del agua en el suelo hasta las raíces de las plantas, lo cual es necesario para tomar decisiones de riego.
Dado que los microclimas locales pueden variar mucho, dicha información debe obtenerse literalmente directamente de los cultivos. Las estaciones de observación generalmente transmiten datos usando radio terrestre, aunque ocasionalmente se usan sistemas satelitales. Los paneles solares también se utilizan para garantizar la independencia energética de las estaciones de la infraestructura local.
La telemetría se ha convertido en una ayuda importante en la gestión del agua, se utiliza para evaluar la calidad del agua y medir los indicadores de flujo. La telemetría se utiliza principalmente en medidores de agua automáticos, medición de agua submarina, detección de fugas en tuberías de distribución. Los datos se obtienen casi en tiempo real y le permiten responder inmediatamente a los incidentes.
Los sistemas de telemetría (medición remota) para máquinas expendedoras son ampliamente utilizados. Los módems M2M se instalan en cada máquina expendedora y los datos se transfieren al Programa de Seguimiento. Los sistemas de análisis utilizan protocolos estándar ( EXE , MDB ) y funcionan con una amplia gama de máquinas expendedoras. La conexión se realiza a través de una máquina o un aceptador de monedas. El sistema funciona tanto con máquinas de café como de snacks. Con base en la información recibida, la empresa puede:
La telemetría (biotelemetría) también se utiliza para monitorear pacientes con riesgo de desarrollar actividad cardíaca patológica, principalmente en dispensarios cardiológicos. Los dispositivos de medición, registro y transmisión están conectados a dichos pacientes. Los datos registrados pueden ser utilizados por los médicos para diagnosticar el estado del paciente. Con funciones de alarma, las enfermeras pueden ser alertadas cuando ocurren exacerbaciones agudas o condiciones peligrosas para el paciente.También hay un sistema disponible para que las enfermeras de quirófano lo usen para monitorear una condición en la que se pueden descartar condiciones cardíacas. O para monitorizar la respuesta del organismo al tratamiento farmacológico con fármacos antiarrítmicos como la digoxina .
La telemetría se utiliza en la medicina de inteligencia para obtener información en secreto sobre los parámetros que caracterizan el estado funcional y la salud de un empleado. Para ello se han desarrollado e implementado dispositivos radiométricos de pequeño tamaño que pueden registrar magnetocardiogramas (es decir, características de la actividad del corazón), magnetoencefalogramas (cerebro), magnetomiogramas (músculos, musculatura lisa intestinal). Esta información se transmite automáticamente al centro situacional a los médicos del grupo que atiende al oficial de inteligencia.
La telemetría es una tecnología asequible para sistemas grandes y complejos, como cohetes, recipientes a presión de reactores, naves espaciales, plataformas petrolíferas y plantas químicas, ya que permite la vigilancia automática, las alarmas, el registro y el almacenamiento de los datos necesarios para operaciones seguras y eficientes. Las agencias espaciales como Roskosmos , NASA , ESA y otras utilizan sistemas de telemetría/control remoto para recopilar datos de naves espaciales y satélites activos.
La telemetría es vital en el desarrollo de cohetes, satélites y aviación, ya que estos sistemas pueden destruirse después o durante la prueba. Los ingenieros necesitan información sobre parámetros críticos para el análisis (y la mejora). Sin el uso de la telemetría, este tipo de datos suele ser inaccesible.
La telemetría fue una fuente vital de información sobre las pruebas de misiles soviéticos para la inteligencia británica y estadounidense. Para ello, EE.UU. mantuvo un puesto de escucha en Irán. Los soviéticos finalmente descubrieron esta actividad de inteligencia estadounidense para recopilar y descifrar señales de telemetría de pruebas de misiles. La URSS desde barcos en Cardigan Bay escuchó señales durante las pruebas de misiles británicos realizadas allí.
En la tecnología de cohetes, el equipo de telemetría se está convirtiendo en una parte integral del equipo de cohetes que se utiliza para monitorear el proceso de lanzamiento de cohetes para obtener información sobre los parámetros ambientales (temperatura, aceleraciones, vibraciones), fuente de alimentación, alineación precisa de la antena y (en largas distancias, por ejemplo durante vuelo espacial) sobre el tiempo de propagación de la señal.
La telemetría es un factor clave en los deportes de motor de hoy. Los ingenieros pueden procesar la gran cantidad de datos recopilados durante una prueba de manejo y utilizarlos para modificar adecuadamente el vehículo mientras logran un rendimiento óptimo. Los sistemas que se utilizan en series de carreras como la Fórmula 1 son tan avanzados que pueden calcular los posibles tiempos de vuelta, y eso es lo que espera el piloto. Algunos ejemplos de medidas requeridas incluyen aceleraciones de 3 ejes (fuerzas gravitacionales), curvas de temperatura, velocidades de rueda y desplazamiento de suspensión. La Fórmula 1 también registra las acciones del piloto, lo que permite al equipo evaluar su desempeño en caso de accidente. La Federación Internacional de Automóviles puede definir o excluir el papel del error del piloto como un caso posible.
Además, hay algunas series donde se implementa la idea de "telemetría bidireccional". La idea es que los ingenieros puedan actualizar las calibraciones en tiempo real a medida que el automóvil pasa por la pista. En la Fórmula 1, la telemetría bidireccional apareció a principios de los 90 (electrónica TAG) y se implementó a través de una pantalla de mensajes en el panel de instrumentos, mensajes en los que el equipo podía actualizarse. Su desarrollo continuó hasta mayo de 2001, cuando por primera vez se obtuvo permiso para instalar este sistema en automóviles. Desde 2002, los equipos han podido cambiar los modos del motor y apagar los sensores de motor individuales desde la pared del pit cuando el auto estaba en la pista. Desde la temporada 2003, la telemetría de doble vía ha sido prohibida en la Fórmula Uno, pero la tecnología aún existe y, finalmente, encuentra su camino en otros tipos de autos de carreras o de calle.
Las fábricas, los sitios de construcción y los hogares se monitorean en múltiples ubicaciones para el consumo de energía de sistemas como el control climático junto con los parámetros relacionados (por ejemplo, la temperatura) a través de telemetría inalámbrica a una única ubicación central. La información se recopila y procesa, lo que le permite tomar las decisiones más inteligentes con respecto a las formas más eficientes de usar la energía. Dichos sistemas también permiten el mantenimiento preventivo.
La telemetría se utiliza para estudiar la vida silvestre, en particular para monitorear especies en peligro de extinción a nivel individual. Los animales de experimentación pueden equiparse con herramientas que van desde simples etiquetas hasta cámaras, paquetes de GPS y transmisores para proporcionar información a científicos y administradores.
La telemetría se utiliza en evaluaciones hidroacústicas de peces, que se utilizan tradicionalmente en estudios móviles desde embarcaciones para estimar la biomasa de peces y su distribución espacial. Por el contrario, existe un equipo técnico colocado en lugares fijos, utiliza transductores fijos para controlar el paso de los peces. Aunque los primeros intentos serios de cuantificar la biomasa de peces se realizaron en la década de 1960, se produjeron grandes avances en equipos y tecnología en las represas hidroeléctricas en la década de 1980. Se realizan estimaciones del paso de peces las 24 horas del día durante todo el año, se determina la velocidad de paso de los peces, su tamaño, distribución espacial y temporal.
En 1970, se inventó la técnica de doble haz, que permite una estimación directa del tamaño de un pez en su ubicación a través de la resistencia del objetivo. El primer sistema portátil de sonar de haz dividido fue desarrollado por HTI en 1971 y proporcionó estimaciones de resistencia de peces objetivo más precisas y menos variables que el método de dos haces. El sistema también permitió rastrear la trayectoria de los peces en 3D, fue posible rastrear la trayectoria de cada pez y la dirección general del movimiento.
Esta función resultó ser importante para estimar el movimiento de los peces en los remolinos de la corriente de agua, así como para estudiar la migración de los peces en los ríos. En los últimos 35 años, se han utilizado en todo el mundo decenas de miles de dispositivos de evaluación hidroacústica móviles o estacionarios.
En 2005, en un seminario en Las Vegas, se presentó el equipo de telemetría, lo que permite que las máquinas expendedoras transmitan información de ventas y contabilidad a los camiones de transporte oa la sede. Esta información se puede usar para una variedad de propósitos, como decirle al conductor antes de un viaje qué artículos deben recargarse, eliminando la necesidad de una primera prueba de manejo antes de hacer un inventario interno.
Los comerciantes están comenzando a usar etiquetas RFID para rastrear el inventario y evitar el robo de bienes. La mayoría de estas etiquetas son leídas pasivamente por lectores RFID (por ejemplo, en la caja), pero las RFID activas pueden transmitir periódicamente información a través de telemetría a la estación base.
El equipo de telemetría es útil en la aplicación de la ley para rastrear personas y monitorear propiedades. Los condenados durante el período de libertad condicional después de la libertad condicional pueden usar una tobillera, cuyo dispositivo puede alertar a las autoridades si el delincuente viola las condiciones de su liberación, como desviarse de los límites establecidos o visitar lugares no autorizados. Los equipos de telemetría permiten aplicar la idea de "máquinas trampa". Las fuerzas del orden pueden equipar los automóviles con cámaras y equipos de rastreo y dejar los automóviles en lugares donde se espera que sean robados. Después del robo, el equipo de telemetría transmite información sobre la ubicación del vehículo y los agentes del orden pueden apagar el motor y bloquear las puertas después de que la policía lo detenga.
Para recolectar y transmitir información en los sistemas de telemetría, se pueden utilizar tanto interfaces seriales RS-232 , RS-485 , con protocolos Modbus , CAN , como diversos protocolos de red TCP/IP , Ethernet . Estos últimos suelen denominarse sistemas de monitorización IP telemétrica de objetos , pero el término aún no se ha asentado. En tecnología, el término monitoreo de IP se usa a menudo para el monitoreo programático de redes informáticas, al mismo tiempo, el término monitoreo de IP se usa para referirse a sistemas de vigilancia, videovigilancia y control, control de telemetría sobre IP sobre objetos. Quizás, con el tiempo, estos dos conceptos cercanos se reducirán a una sola clase. Recientemente (alrededor de mediados de la década de 2000), para facilitar la instalación, garantizar la multifuncionalidad e integrarse con otros sistemas de telemetría, se utilizan computadoras, varios servidores y sistemas de microprocesador, basados en el entretejido de varios protocolos, procesamiento incorporado y visualización de información, a menudo con bases de datos en anillo, así como la posibilidad de recopilación multizona de información de numerosos sensores, a menudo dispersos fuera de los límites físicos de los propios sistemas, o incluso en el otro lado del mundo, por ejemplo, varios sensores inalámbricos , Sensores IP , etc
Al igual que en otras áreas de telecomunicaciones, existen estándares internacionales establecidos por organizaciones como CCSDS [~ 1] e IRIG [~ 2] para hardware y software de telemetría.
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