La telemetría es la recopilación in situ de mediciones u otros datos en puntos remotos y su transmisión automática a equipos receptores ( telecomunicaciones ) para su seguimiento. [1] La palabra se deriva de las raíces griegas tele , 'remoto', y metron , 'medida'. Los sistemas que necesitan instrucciones y datos externos para funcionar requieren la contraparte de la telemetría: el telecomando . [2]
Aunque el término comúnmente se refiere a mecanismos inalámbricos de transferencia de datos (por ejemplo, utilizando sistemas de radio , ultrasonidos o infrarrojos ), también abarca datos transferidos a través de otros medios, como una red telefónica o informática , un enlace óptico u otras comunicaciones por cable, como portadores de líneas eléctricas. Muchos sistemas de telemetría modernos aprovechan el bajo costo y la ubicuidad de las redes GSM utilizando SMS para recibir y transmitir datos de telemetría.
Un telémetro es un dispositivo físico utilizado en telemetría. Consta de 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 la mecánica, la hidráulica y la óptica. [3]
La telemetría se puede conmutar para permitir la transmisión de múltiples flujos de datos en una trama fija .
El inicio de la telemetría industrial se sitúa en la era del vapor , aunque el sensor no se llamaba en aquella época telémetro . [4] Algunos ejemplos son las adiciones de James Watt (1736-1819) a sus máquinas de vapor para monitorear desde una distancia (cerca), como el manómetro de mercurio y el regulador de bola volante . [4]
Aunque el telémetro original se refería a un dispositivo de medición de distancia (el telémetro telémetro ), a finales del siglo XIX el mismo término había sido ampliamente utilizado por los ingenieros eléctricos al aplicarlo para referirse a dispositivos operados eléctricamente que miden muchas otras cantidades además de la distancia (por ejemplo, en el patente de un "Transmisor Telemétrico Eléctrico" [5] ). 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 los conductores bajo la tensión mecánica cambia 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 para el telémetro telémetro podría reemplazarse por taquímetro . [6]
En la década de 1930 el uso de telémetros eléctricos creció rápidamente. La galga extensométrica eléctrica se utilizó ampliamente en la investigación sobre cohetes y aviación y la radiosonda se inventó para mediciones meteorológicas . El advenimiento de la Segunda Guerra Mundial impulsó el desarrollo industrial y a partir de entonces muchos de estos telémetros se volvieron comercialmente viables. [7]
Continuando con la investigación sobre 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, lo que deja 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 controlar no sólo los parámetros del vehículo, sino también la salud y el soporte vital de los astronautas. [8] 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 así aprender mucho sobre las capacidades soviéticas. [9]
Los telémetros son los dispositivos físicos utilizados en telemetría. Consta de 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 la mecánica, la hidráulica y la óptica. [10]
La información de telemetría por cable tuvo sus orígenes 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, ingenieros franceses construyeron un sistema de sensores meteorológicos y de profundidad de la nieve en el Mont Blanc que transmitían 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 sismológicas con telemetría al Observatorio Pulkovo en Rusia. En 1912, Commonwealth Edison desarrolló un sistema de telemetría para monitorear cargas eléctricas en su red eléctrica. El Canal de Panamá (terminado entre 1913 y 1914) utilizó amplios sistemas de telemetría para monitorear las esclusas y los niveles de agua. [11]
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 a 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 confiable que Wernher von Braun afirmó una vez que era más útil observar el cohete a través de binoculares.
En Estados Unidos y la URSS, el sistema de Messina fue rápidamente reemplazado por sistemas mejores; en ambos casos, basado en la modulación de posición de pulso (PPM). [12] Los primeros sistemas de telemetría espacial y de misiles soviéticos que se desarrollaron a finales de la década de 1940 utilizaban 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 a Marte Mariner 4 ). Posteriormente, 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. [13]
La telemetría ha sido utilizada por los globos meteorológicos para transmitir datos meteorológicos desde 1920.
La telemetría se utiliza para transmitir información sobre la mecánica de perforación y la evaluación de la formación en el pozo, en tiempo real, a medida que se perfora el 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 del DSP y los filtros de ruido. Esta información se utiliza para la evaluación de formaciones , la optimización de la perforación y la geodirección .
La telemetría es un factor clave en las carreras de motor modernas, ya que permite a los ingenieros de carreras interpretar los datos recopilados durante una prueba o carrera y utilizarlos para ajustar adecuadamente el automóvil para lograr un rendimiento óptimo. Los sistemas utilizados en series como la Fórmula Uno 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 piloto. 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, las aportaciones del conductor también se registran para que el equipo pueda evaluar su desempeño y (en caso de accidente) la FIA pueda determinar o descartar un error del conductor como 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 visualización 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. En 2002, los equipos podían cambiar el mapeo del motor y desactivar los sensores del motor desde boxes mientras el auto estaba en la pista. [ cita necesaria ] Para la temporada 2003, la FIA prohibió la telemetría bidireccional en la Fórmula Uno; [14] sin embargo, la tecnología se puede utilizar en otros tipos de carreras o en coches de carretera.
El sistema de telemetría unidireccional también se ha aplicado en los autos de carreras R/C para obtener información de los sensores del auto como: RPM del motor, voltaje, temperaturas y aceleración.
En la industria del transporte, la telemetría proporciona información significativa sobre un vehículo o el desempeño del conductor mediante la recopilación de datos de sensores dentro del vehículo. Esto se lleva a cabo por diversas razones que van desde el seguimiento del cumplimiento del personal, la calificación del seguro 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 las longitudes y pesos de los vehículos. [15]
La industria ferroviaria utiliza la telemetría para medir el estado de las vías . Esto permite un mantenimiento predictivo y preventivo optimizado y enfocado. Normalmente, esto se hace con trenes especializados, como el New Measurement Train utilizado en el Reino Unido por Network Rail , que puede comprobar si hay defectos en la vía, como problemas con el ancho y deformaciones en el carril. [16] Japón utiliza trenes similares, pero más rápidos, apodados Doctor Yellow . [17] Estos trenes, además de comprobar las vías, también pueden verificar si hay o no problemas con la catenaria , donde están instalados. Las empresas dedicadas a la inspección ferroviaria, como Sperry Rail , [18] tienen sus propios vagones personalizados y camiones equipados con ruedas de ferrocarril que utilizan una variedad de métodos, incluidos láseres, ultrasonidos e inducción (que miden los campos magnéticos resultantes del transporte de electricidad por los rieles). para encontrar cualquier defecto. [19]
La mayoría de las actividades relacionadas con cultivos sanos y buenos rendimientos dependen de la disponibilidad oportuna de datos meteorológicos y de suelos. Por lo tanto, las estaciones meteorológicas inalámbricas desempeñan un papel importante en la prevención de enfermedades y el riego de precisión. Estas estaciones transmiten a una estación base los parámetros necesarios para la toma de decisiones: temperatura del aire y humedad relativa , precipitación y humedad de las hojas (para modelos de predicción de enfermedades), radiación solar y velocidad del viento (para calcular la evapotranspiración ), sensores de estrés por déficit hídrico (WDS) en hojas. 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 propio cultivo. Las estaciones de seguimiento suelen transmitir datos por radio terrestre , aunque ocasionalmente se utilizan sistemas satelitales . A menudo se utiliza energía solar para que la estación sea independiente de la red eléctrica.
La telemetría es importante en la gestión del agua , incluidas las funciones de medición de la calidad del agua y de los 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 encenderlas o apagarlas de forma remota según las circunstancias. La telemetría de cuencas es una excelente estrategia sobre cómo implementar un sistema de gestión del agua.[20]
La telemetría se utiliza en sistemas complejos como misiles, RPV, naves espaciales , plataformas petrolíferas y plantas químicas, ya que permite el seguimiento, las alertas y el mantenimiento de registros automáticos necesarios para una operación eficiente y segura. Agencias espaciales como la NASA , ISRO , la Agencia Espacial Europea (ESA) y otras agencias utilizan sistemas de telemetría y/o telecomando para recopilar datos de naves espaciales y satélites.
La telemetría es vital en el desarrollo de misiles, satélites y aviones 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. Sin telemetría, estos datos a menudo no estarían disponibles.
La telemetría es utilizada por naves espaciales con o sin tripulación para la transmisión de datos. La Voyager 1 ha recorrido distancias de más de 10 mil millones de kilómetros, por ejemplo .
En cohetería, el equipo de telemetría forma una parte integral de los activos de alcance de cohetes utilizados 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 las antenas y (a largas distancias, por ejemplo en vuelos espaciales ) el tiempo de viaje de la señal .
Hoy en día, casi todos los tipos de aviones , misiles o naves espaciales llevan un sistema de telemetría inalámbrico mientras se prueban. [21] La telemetría móvil aeronáutica se utiliza para la seguridad de los pilotos y de las personas en tierra durante las pruebas de vuelo. La telemetría de un sistema de instrumentación de pruebas de vuelo a bordo es la fuente principal de medición en tiempo real e información de estado transmitida durante las pruebas de aeronaves con y sin tripulación. [22]
La telemetría interceptada fue una importante fuente de inteligencia para Estados Unidos y el Reino Unido cuando se probaron los misiles soviéticos ; Para ello, Estados Unidos operó un puesto de escucha en Irán . Finalmente, los rusos descubrieron la red de recopilación de inteligencia de Estados Unidos y cifraron sus señales de telemetría de prueba de misiles. La telemetría también fue una fuente para los soviéticos, que operaban barcos de escucha en la bahía de Cardigan para escuchar a escondidas las pruebas de misiles del Reino Unido realizadas en la zona.
En fábricas, edificios y casas, el consumo de energía de sistemas como HVAC se monitorea en múltiples ubicaciones; Los parámetros relacionados (por ejemplo, temperatura) se envían mediante telemetría inalámbrica a una ubicación central. La información se recopila y procesa, permitiendo el uso más eficiente de la energía. Estos sistemas también facilitan el mantenimiento predictivo .
Es necesario distribuir muchos recursos en áreas amplias. La telemetría es útil en estos casos, ya que permite al sistema logístico canalizar los recursos donde se necesitan, así como brindar seguridad a esos activos; Los principales ejemplos de esto son los productos secos, los fluidos y los sólidos granulares a granel.
Los productos secos, como la mercancía empaquetada, pueden rastrearse y monitorearse, rastrearse e inventariarse de forma remota mediante sistemas de detección 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 etiquetas RFID , códigos de barras. etiquetas 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 códigos de barras se escanea a través de un lector de caja en los sistemas de punto de venta de una tienda minorista. Se pueden utilizar escáneres RFID de códigos de barras estacionarios o portátiles o lectores ópticos con comunicaciones remotas para acelerar el seguimiento y el recuento de inventarios en tiendas, almacenes, terminales de envío, empresas de transporte y fábricas. [23] [24] [25]
Los fluidos almacenados en tanques son un objeto principal de telemetría comercial constante. Esto generalmente incluye el monitoreo de parques de tanques en refinerías de gasolina y plantas químicas, y tanques distribuidos o remotos, que deben reponerse cuando están vacíos (como los tanques de almacenamiento de gasolineras, tanques de combustible para calefacción doméstica o tanques de químicos agrícolas en granjas), o vaciarse. cuando está lleno (como ocurre con la producción de pozos petroleros, productos de desecho acumulados y fluidos recién producidos). [26] La telemetría se utiliza para comunicar las mediciones variables de sensores de flujo y nivel de tanque que detectan movimientos y/o volúmenes de fluidos mediante presión neumática , hidrostática o diferencial; ecos de efecto ultrasónico , de radar o Doppler confinados en el tanque ; o sensores mecánicos o magnéticos. [26] [27] [28]
La telemetría de sólidos a granel es común para rastrear e informar el estado del volumen y la condición de los contenedores de granos y alimentos para ganado , alimentos en polvo o granulados, polvos y gránulos para fabricación, arena y grava, y otros sólidos granulares a granel. 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 del peso total del contenedor u otras características y condiciones brutas, debido a las características físicas más complejas y variables de los sólidos a granel. [29] [30]
La telemetría se utiliza para pacientes ( biotelemetría ) que tienen riesgo de actividad cardíaca anormal , generalmente en una unidad de cuidados coronarios . A veces se utilizan especialistas en telemetría para controlar a muchos pacientes dentro de un hospital. [31] Estos pacientes están equipados con dispositivos de medición, registro y transmisión. Un registro de datos puede resultar útil para que los médicos diagnostiquen el estado del paciente . Una función de alerta puede alertar a las enfermeras si el paciente sufre una afección aguda (o peligrosa).
En enfermería médico-quirúrgica se encuentran disponibles sistemas de seguimiento para descartar una afección cardíaca o para monitorear la respuesta a medicamentos antiarrítmicos como la amiodarona .
Una aplicación nueva y emergente de la telemetría se encuentra en el campo de la neurofisiología o neurotelemetría. La neurofisiología es el estudio del sistema nervioso central y periférico mediante el 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 un deterioro en la condición de un paciente antes de que se presenten signos y síntomas físicos.
La neurotelemetría es sinónimo de monitorización continua por vídeo EEG en tiempo real y tiene aplicación en la unidad de monitorización 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 universitarios académicos más grandes utilizando programas internos que incluyen tecnólogos de R.EEG, personal de soporte de TI, neurólogos y neurofisiólogos y personal de soporte 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 manera centralizada EEG digitales continuos de múltiples pacientes críticamente enfermos 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 cual es especialmente útil cuando el examen clínico es limitado.
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La telemetría se utiliza para estudiar la vida silvestre [32] y ha sido útil para monitorear especies amenazadas a nivel individual. Los animales en estudio pueden equiparse con etiquetas de instrumentación, que incluyen sensores que miden la temperatura, la profundidad y duración del buceo (para animales marinos), la velocidad y la ubicación (usando paquetes 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 dispositivo receptor satelital o portátil. [33] La captura y marcado de animales salvajes puede ponerlos en cierto riesgo, por lo que es importante minimizar estos impactos. [34]
En un taller celebrado en 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 o a una sede. [ cita necesaria ] 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 utilizan etiquetas RFID para realizar un seguimiento del inventario y evitar robos. La mayoría de estas etiquetas responden pasivamente a lectores RFID (por ejemplo, en el cajero), pero hay etiquetas RFID activas disponibles que transmiten periódicamente información de ubicación a una estación base.
El hardware de telemetría es útil para rastrear personas y propiedades en las fuerzas del orden. Un collar de tobillo que usan los convictos en libertad condicional puede advertir a las autoridades si una persona viola los términos de su libertad condicional , por ejemplo, al desviarse de los límites autorizados o visitar un lugar no autorizado. La telemetría también ha permitido los coches cebo , donde las fuerzas del orden pueden equipar un coche con cámaras y equipos de seguimiento y dejarlo en algún lugar donde esperan que lo roben. Cuando es robado, el equipo de telemetría informa la ubicación del vehículo, lo que permite a las fuerzas del orden desactivar el motor y cerrar las puertas cuando los agentes que responden lo detienen.
En algunos países, la telemetría se utiliza para medir la cantidad de energía eléctrica consumida. El contador de electricidad se comunica con un concentrador , y este último envía la información mediante 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.
En cetrería , "telemetría" significa un pequeño transmisor de radio llevado por un ave de presa que permitirá al dueño del ave rastrearla cuando esté fuera de la vista.
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.
La telemetría se utiliza en muchos sistemas inalámbricos que funcionan con baterías para informar al personal de monitoreo cuando la energía de la batería está llegando a un punto bajo y el artículo final necesita baterías nuevas.
En la industria minera, la telemetría tiene dos propósitos principales: la medición de parámetros clave de los equipos mineros y el monitoreo de las prácticas de seguridad. [35] 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. [36] Otras aplicaciones de la tecnología permiten compartir conocimientos y mejores prácticas en toda la organización. [36]
En el software, la telemetría se utiliza para recopilar datos sobre el uso y el rendimiento de aplicaciones y componentes de aplicaciones, por ejemplo, con qué frecuencia se utilizan determinadas funciones, mediciones del tiempo de inicio y tiempo de procesamiento, hardware, fallos de aplicaciones y estadísticas y/o de uso general. 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 no es posible probar todos internamente, además de obtener datos sobre la popularidad de ciertas características y si se les debe dar prioridad o ser considerado para su remoción. Debido a las preocupaciones sobre la privacidad, ya que la telemetría del software se puede utilizar fácilmente para perfilar a los usuarios, la telemetría en el software del usuario suele ser una elección del usuario, comúnmente presentada como una función de exclusión voluntaria (que requiere una acción explícita del usuario para desactivarla) o una elección del usuario durante el proceso de instalación del software. .
Como en otros campos de las telecomunicaciones, existen normas 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 campos de misiles y el Comité de Coordinación de Estándares de Telemetría (TSCC), una organización de la Fundación Internacional para la Telemetría.
