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Smart Sensor

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Negli ultimi decenni, grazie alle nuove tecnologie microelettroniche, anche i più semplici dispositivi di misura si sono progressivamente trasformati in complessi sistemi digitali in grado di compiere numerose operazioni di elaborazione e comunicazione connesse ai valori misurati.

Con il termine “Smart Sensor” (sensore intelligente) si indica un tipo di sensore che ha al suo interno circuiti elettronici capaci, oltre che di rilevare una grandezza di tipo fisico, chimico o elettrico, anche di elaborare le informazioni e di trasmetterle all’esterno sotto forma di segnale digitale. Schematicamente, all’interno di un sensore intelligente possiamo identificare un trasduttore, un circuito di amplificazione, un convertitore A/D, un microprocessore e un’interfaccia di comunicazione. Il microprocessore contiene in genere sia la base dati, sia il programma per l’elaborazione dell’informazione. L’interfaccia di comunicazione verso l’esterno, solitamente di tipo digitale, può essere ti tipo seriale, bus di campo, wireless, Ethernet, IP. Proprio il collegamento dei sensori intelligenti con i sistemi destinati a raccogliere i loro dati costituisce un elemento concreto di innovazione, soprattutto in relazione all’esigenza diffusa di poter connettere un trasduttore al sistema di controllo con la massima semplicità e affidabilità.

Sensori integrati, MEMS e miniaturizzazione

 

Nel campo della microelettronica e dei sistemi a larga scala d’integrazione (VLSI) si parla correntemente di sensori integrati con riferimento a quei dispositivi in cui sono predisposti sullo stesso substrato, molto spesso di silicio, i sensori e l’elettronica di condizionamento del segnale. Oggi, con l’avvento dei sensori ottici, si stanno sperimentando nuovi materiali in sostituzione del silicio: fibre ottiche vetro, plastica, polimeri come il polidimetilsilossano (PDMS). Con le nanotecnologie molti ritengono si sia raggiunto un limite che pone in discussione la riduzione delle dimensioni del sensore in rapporto al sistema sul quale agisce.

In termini più generali i sensori intelligenti integrati con le tecnologie Mems (Micro Electrical Mechanical Systems) consentono di realizzare sistemi completi di trasduzione su singolo chip applicabili in campi particolarmente sensibili alle dimensioni e ai costi dell’applicazione finale.

 

TEDS e sensori plug&play

 

I sensori intelligenti costituiscono un elemento di innovazione anche per la modalità di interfaccia standard con il sistema di acquisizione dati. La necessità di integrare in modo semplice ed efficace dispositivi differenti ha portato alla definizione di una famiglia di standard, Ieee 145,1 legata all’uso dei cosiddetti dati Teds (Transducer electronic Data Sheet). Gli standard Ieee 1451 propongono un insieme di regole che prospettano un concetto similare a quello delle schede elettroniche di tipo plug&play per personal computer.

La disponibilità in rete dei Teds è stato standardizzata con il concetto di Smart Transducer per la realizzazione di reti di sensori.

Gli Smart Transducer trovano impiego sia nelle misurazioni dell’energia utilizzata da un’utenza passiva, sia nelle attuali Smart Grid, dove sono presenti utenze preposte a consumare energia e immettere potenza attiva in linea. In quest’ambito assume un ruolo chiave anche lo standard Ieee 1588 che definisce una procedura per la sincronizzazione di dispositivi connessi in reti distribuite.

 

Internet of Things per gli Smart Sensor

 

Nell’ambito della sensoristica intelligente si è prepotentemente inserito negli ultimi tempi il concetto di IoT (Internet of Things o Internet delle cose), un paradigma tecnologico in cui la comunicazione è estesa all’interazione tra uomini, dispositivi, processi e sottosistemi e dunque anche alle reti di sensori.

L’area Machine-to-Machine e Internet of Things, supportata da autorevoli organismi di standardizzazione come ETSI, lEEE, IETF, ISA e IPSO, costituisce la base di sviluppo più interessante per il monitoraggio e controllo di servizi per l’automazione dei processi, per la gestione energetica in ambiti complessi come i data center, nel controllo ambientale, per la riduzione degli sprechi nell’impiego delle risorse e per migliorare la qualità della vita sul posto di lavoro.

Le WSN (Wireless Sensor Network), concepite per connettere dispositivi periferici in aree di estensione limitata con traffici contenuti e consumi estremamente ridotti, continueranno a svilupparsi favorendo la diffusione dell’IoT e del Wireless Embedded Internet, pur distinguendosi in termini di copertura, capacità trasmissiva, consumo energetico e mobilità.

 

 


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