Sensores IoT para la detección de vibraciones anómalas en infraestructuras logísticas - Eadic

Sensores IoT para la detección de vibraciones anómalas en infraestructuras logísticas

1. Sensores IoT

 

Monitorizar los modos de vibración anómalos, es clave para la identificación temprana de problemas con activos como puentes, taludes o vías de tren entre otros. Dentro de los Sensores IoT  encontramos los acelerómetros MEMS para Internet de los Objetos permiten medir cambios en la frecuencia natural de vibración de las estructuras así como en su amplitud. El estudio de estas señales permite descubrir desequilibrios, holguras, inestabilidad o desgastes antes de que se produzcan fallos graves.

Sensores IoT
Acelerómetro MEMS de la marca ST (dimensiones: 2.5 x 3.0 x 0.83 mm)

 

A continuación echaremos un vistazo más de cerca a los componentes de la placa y su consumo de energía.

 

2. Microcontrolador🔍

 

         Tal y como vimos en el anterior post, los microcontroladores son chips programables que actúan como pequeños cerebros de la mayoría de dispositivos electrónicos que nos rodean. Además, vimos que aunque disponen de recursos limitados, pueden ejecutar pequeños algoritmos de Inteligencia Artificial o TinyML.

 

3. Generación, almacenamiento y consumo de energía 🔋 en los Sensores IoT

 

Mantener el consumo de energía bajo es fundamental, ya que esta placa funcionará por completo solo con energía solar. Como se puede ver, utiliza 4 diminutas células solares que proporcionan toda la energía que necesita el dispositivo. La energía se almacena en un condensador de iones de litio (LIC), una solución de almacenamiento de energía muy duradera. Aún si no tiene tanta densidad de energía como una batería LiPo, soporta x10 ciclos de carga y descarga.

Este aspecto forma parte importante de los Sensores IoT.

El consumo de corriente en el modo de suspensión se mantiene por debajo de 12uA (microamperios), mientras que hay picos de consumo principalmente durante los milisegundos en los que se realiza la transmisión de datos LoRa, alcanzando un consumo instantáneo de hasta 48mA (miliamperios).

La eficiencia en el consumo de energía permite desarrollar soluciones IoT más durables para aplicaciones de monitorización a largo plazo. Estas características son fundamentales para la monitorización de infraestructuras que habitualmente se encuentran en lugares de difícil acceso, por lo que es esencial minimizar el mantenimiento.

Sensores IoT
Tarjeta electrónica de circuito impreso para IoT

4. Monitorización de vibraciones e Inteligencia Artificial integrada con TinyML 🧠

 

El acelerómetro IIS3DWB de ST se presenta en un encapsulado minúsculo y ofrece un sensor de vibración digital de 3 ejes con bajo ruido en un rango de frecuencia ultra amplio y plano. El amplio ancho de banda, el bajo nivel de ruido, la sensibilidad estabilidad y repetibilidad, junto con la capacidad de funcionar en un rango de temperatura amplio, hacen que el dispositivo sea especialmente adecuado para el control de vibraciones en aplicaciones estructurales.

La frecuencia de muestreo utilizada ha sido de 6KHz y a continuación se puede apreciar una señal de aceleración anómala y su transformada de Fourier. A partir de estos datos, se puede realizar un entrenamiento, ya que los sistemas basados en microcontrolador con Inteligencia Artificial (TinyML) pueden aprender las características de las vibraciones normales y anómalas de la estructura.

Sensores IoT

Sensores IoT
Datos de vibración obtenidos del eje horizontal del acelerómetro y Transformada de Fourier de la señal del acelerómetro para conocer las principales frecuencias de vibración de la estructura que corresponden a los picos de la señal.

5. Un futuro lleno de aplicaciones 🎯

 

La monitorización de vibraciones tiene una amplia variedad de aplicaciones en las máquinas rotatorias de la industria, la maquinaria de construcción, el mantenimiento de infraestructuras, etc.

Sensores IoT
Camión hibrido solar de Scania

Ahondando en el caso de uso de las infraestructuras de transporte, hemos realizado un prototipo de seguimiento de la red de transporte por carretera en Castilla y León para su concurso de Datos Abiertos. Se puede acceder a un prototipo del servicio web CyLoG Open Data en el enlace: www.cylog-data.online

Algunas de las fuentes de Datos Abiertos utilizadas son:

  • Ubicaciones de cargadores de vehículos eléctricos.
  • Datos de tráfico
  •  Pronóstico del tiempo
  • Datos de estaciones de medición de la calidad del aire.

Esperamos que esta y otras iniciativas contribuyan a un transporte de personas y mercancías más limpio y descarbonizado.

Referencias

Autor: Investigador – Tecnalia Research and Innovation. Máster en Big Data (UNIR). Grado en Ingeniería en Organización Industrial.  Ingeniería Técnica Electrónica por la UPV. En los pasados 16 años trabajo en el centro tecnológico TECNALIA investigando en dispositivos sensores inalámbricos y de bajo consumo aplicados a Edificios y Ciudades. En los pasados 5 años, también impartío una asignatura en el Máster en Digital Manufacturing del IMH de Elgoibar

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