Ką vadiname jutikliais?

Apskritai jutikliai yra matavimo prietaisai, naudojami fiksuoti tam tikro tipo signalus iš aplinkos, kurie gali suteikti mums svarbios informacijos. Jutikliai yra neatskiriama didesnių matavimo sistemų arba valdymo sistemų dalis, kurios pastaruoju metu yra nepakeičiamas elementas, naudojamas ne tik technologijų pasaulyje, bet ir versle bei kasdieniame gyvenime.

Jutiklio apibrėžimas

Jutiklis yra pirmasis matavimo elementas, kuris išmatuotą kiekį paverčia matavimo signalu (Czabanowskis, 2010).

Kitaip tariant, jutiklis tai prietaisas, kurį matavimo prietaisas gali užregistruoti tai, ką norime ištirti ar išmatuoti, paverčiant jį šiam įrenginiui suprantamu signalu.

Pasak R. Czabanowskio, jutiklį taip pat galima vadinti fizikinio dydžio matuokliu arba matavimo davikliu. Pastarasis pavadinimas rodo jutiklio veikimo pajutimą, t. y. fiziškai stebimo kiekio (pvz., karščio) pavertimą matavimo įtaisams suprantamu signalu, išreikštu specialia konkretaus įtaiso “kalba” (pvz., Celsijaus laipsniai) (Pav. 1).

Pav. 1.  Matavimo kelias – nuo signalo iki išvesties įrenginio

 

Šaltinis: parengta remiantis (Czabanowski, 2010)

Aukščiau pateikta diagrama nurodo jutiklio vietą visame matavimo prietaise, kuris atlieka svarbų vaidmenį fiksuojant signalą. Tiesą sakant, jutikliai yra neatskiriama visos matavimo sistemos sudedamoji dalis, be kurios jie vieni turi mažai naudos. Jutikliai taip pat yra pirmasis viso matavimo kelio elementas. Visa matavimo įranga ir papildomi prietaisai be efektyvių jutiklių neatliks savo užduočių. Verta paminėti, kad matavimo sistema yra visas aparatas, susidedantis iš matavimo prietaisų ir papildomų įtaisų, kurie sąveikaudami su visais elementais vykdo konkrečias funkcijas, leidžiančių įgyvendinti keletą svarbių veiklų (Pav. 2).

Pav. 2. Veiklos, vykstančios matavimo sistemos įrenginiuose

 

Šaltinis: parengta remiantis (Czabanowski, 2010)

Įvesties signalas, t. y. signalas iš aplinkos, gali būti mechaninis, pneumatinis, šviesos ar elektrinis. Šio signalo apdorojimas susideda iš jo žymėjimo vadinamuoju abstrakčiu vaizdu arba tokiu įvesties signale esančios informacijos apdorojimu, dėl kurio gaunamas kiekybinis rezultatas. Todėl matavimo ir apdorojimo proceso rezultatas bus tam tikras dydis, išreikštas konkrečiu matavimo vienetu.

Matavimo procesas naudojant jutiklius 

Matavimo procesai skiriasi vienas nuo kito, priklausomai nuo jų įgyvendinimo metu taikyto metodo ir priklausomai nuo matavimo rezultatų gavimo metodo. (Pav. 3).

Pav. 3. Pagrindinė matavimo metodų klasifikacija

 

Šaltinis: parengta remiantis (Czabanowski, 2010)

Matavimo metodo klasifikacija, šiame kurse vadinama „Core“, reiškia signalo vertės palyginimą su nurodyta konkrečia pradine verte. Naudodami matavimą, visada turėtumėte prisiminti, kas tai yra, kad galėtumėte teisingai interpretuoti gautą rezultatą. Pats rezultatas taip pat gali būti gaunamas ir fiksuojamas įvairiais būdais. Šiuo atveju, galime kalbėti apie tiesioginį ir netiesioginį matavimą (Pav. 4).

Pav. 4. Matavimo metodų klasifikavimas atsižvelgiant į matavimo rezultatų gavimo metodą

 

Fig. 4. Classification of measurement methods with regard to the method of obtaining measurement results

Source: own elaboration based on (Czabanowski, 2010)

It is worth noting that the direct method is simpler than the indirect method, allowing for quick reading and obtaining the result. In the case of the indirect method, it is necessary to convert certain values, which often requires the use of additional devices in the measurement process.

The course of the measurement process also depends on the type of signal, i.e. the form in which it occurs and the changes that occur in it. Most often, in the case of measurements, we deal with electrical signals, which can be in analogic or digital form. All this means that the measurement process will require processing of the input signal.

Properties of sensors

The measurement process and the degree of its complexity mean that the sensors should be adequately selected and have specific properties (Fig. 5).

Šaltinis: (Skoczyński, 2018)

Kalbėdamas apie jutiklius, W. Skoczyńskis atkreipia dėmesį į keletą pagrindinių jutiklių savybių, lemiančių atliekamo matavimo kokybę. Tai apima: diapazoną (1), skiriamąją gebą (2) ir jautrumą (3) (Pav. 6).

Pav. 6. Jutiklių diapazonas, skiriamoji geba ir jautrumas

Ženklai: (1) jutiklio diapazonas, (2) jutiklio skiriamoji geba, (3) jutiklio jautrumas

Šaltinis: parengta remiantis (Skoczyński, 2018)

 

Jutiklio diapazonas (1) leidžia nustatyti, nuo kokios minimalios vertės iki didžiausios įvesties signalo vertės galima gauti išėjimo signalą. Kitaip tariant, tai yra galimas prietaiso matavimo diapazonas. Kas atsitinka, kai viršijamas jutiklio diapazonas? Ši situacija gali pažeisti jutiklį ar net jį sugadinti.

Jutiklio skiriamoji geba (2) yra mažiausias išmatuoto kiekio pokytis, kurį patikimai gali nustatyti šis jutiklis (Skoczyński, 2018). Tai yra vertė, kurią jutiklis gali aptikti, o jei ji bus mažesnė, jutiklis nefiksuos jokių pokyčių

Jutiklio jautrumas (3) išreiškiamas išėjimo (galutinio) signalo pokyčio ir įvesties signalo pokyčio santykiu. Kitaip tariant, tai yra poveikis, kuris pasireiškia išėjimo signalo pasikeitimu dėl įvesties signalo pasikeitimo (pvz., Mūsų matuojamo reiškinio fizinio dydžio pasikeitimas).

Pav. 7. Tikslumo laipsnis ir matavimo tikslumas

Šaltinis: parengta remiantis (Skoczyński, 2018)

Matavimo tikslumo laipsnis išreiškiamas standartinio nuokrypio vertėmis. Jei nuokrypis yra mažas, galime kalbėti apie didelį tikslumą. Matavimo tikslumas bus išreikštas kaip mažiausia įmanoma statistinės paklaidos vertė. Darant prielaidą, kad teisinga 7 paveikslo vertė yra išreikšta tiesia linija (juoda linija 100), galite lengvai pamatyti, kuris matavimas turės mažiausią klaidos vertę.

Jutiklių parinkimas

Atsakymas į klausimą, kaip pasirinkti tinkamus matavimo prietaisus, priklauso nuo matavimo tikslo. Apskritai galima sakyti, kad ankstesniame punkte nurodyta informacija apie jutiklių tikslumą ir taiklumą yra pradinis taškas renkantis tinkamus įtaisus. Kitaip tariant, jie yra būtini, tačiau nėra vienintelės gairės, kurių reikėtų laikytis. Šiuo atžvilgiu, verta užduoti sau keletą klausimų, susijusių su tam tikromis matavimo sistemos charakteristikomis (Pav. 8).

Pav. 8. Matavimo sistemos charakteristikos ir pagalbiniai klausimai sprendimų priėmimo proceso metu siekiant pasirinkti optimaliausią sistemą

 

Atsakymai į šiuos klausimus leis mums įvertinti, ar tam tikra matavimo sistema numatytai programai bus optimaliausia. Būtent pagrindinis matavimo sistemos taikymo tikslas nurodo tuos elementus, kurie bus svarbiausi.

Šaltinis: Pixabay

 

 

 

 

Jutiklių naudojimas elektroninio duomenų apdorojimo centre – serverių kambariuose

 

Jutikliai atlieka svarbų vaidmenį serverių patalpose. Dar visai neseniai dauguma saugumo veiklų rėmėsi konkrečiais žmogaus sprendimais, dabar visi tokie procesai gali būti automatizuoti. Jutiklius ir matavimo įrangą galima panaudoti:

• tinkamai patalpos apsaugai nuo neteisėto įsilaužimo (judesio jutikliai, vaizdo stebėjimas, elektroninių prieigos kortelių naudojimas ir kt.),
• kambarių temperatūros ir drėgmės kontrolei užtikrinti (jutiklių kartu su oro kondicionieriais naudojimas),
• gaisro gesinimo sistemų naudojimas (veikiantis automatiškai, remiantis informacija, gauta iš matavimo sistemos ir aprūpinta inertinėmis dujomis),
• atskiro maitinimo tinklo naudojimas (įsijungimas automatiškai, atsižvelgiant į gautus duomenis iš jutiklių),

• • apsauga nuo viršįtampio ir liekamosios srovės (jutikliai, stebintys konkrečių parametrų būseną).

 

Jutikliai yra tie visos matavimo sistemos elementai, kurie yra atsakingi už signalo, perduodančio informaciją apie stebimo proceso ar įrenginio būseną, sukūrimą (Szulewski, Śniegulska-Grądzka, Nejman, 2019). Iš pradžių jie buvo skirti aktyviai konvertuoti pasirinktą fizinį dydį (pvz., Jo kitimą), dažniausiai į elektrinį dydį, kurį lengva išmatuoti ir toliau apdoroti (perduoti) (Szulewski, 2018). Šiuo metu pageidautina, kad jutikliai galėtų ne tik fiksuoti vykstančius pokyčius, bet ir jų pagrindu generuoti grįžtamąjį ryšį, kurį matavimo sistema galėtų naudoti ateityje. Tai susiję su mašininio mokymosi samprata (Szulewski, 2018). Ši koncepcija dera su dirbtinio intelekto sistemų konstrukcija, kuri, remiantis anksčiau nurodytomis taisyklėmis ir algoritmais, leidžia aptikti vadinamuosius pašalinius rodiklius (pvz., Įvykius, kurie dėl to gali kelti grėsmę išbandytos sistemos veikimui) (Christodoulou, Szczygieł, Kłapa, Kolarz, 2018). Jei sistema sugebėtų sužinoti tokio tipo situaciją, ateityje ji galėtų pati nustatyti galimas nepageidaujamų reiškinių vietas, diagnozuoti jų priežastis ir net užkirsti joms kelią.
Šiuo metu tai yra jų vystymosi kryptis jutiklių technologijoje. Tai iš dalies lemia tiek išsamių duomenų poreikis, tiek, kita vertus, labai didelis duomenų kiekis, kuris neleidžia greitai ir paprastai analizuoti. Taigi kai kuriuos stebėjimo procesus turi perimti mašinos. Tokiu būdu sukuriama kognityvinių jutiklių technologija. Pav. 9 pateikiama intelektualiosios analizės sistemos veikimo naudojant jutiklius schema.

 Fig. 9. Pažangios analizės sistemos veikimo naudojant jutiklius diagrama

 

Šaltinis: parengtas remiantis (Szulewski, 2018)

 

Kiekvienas iš Pav. 9 (t. y. matavimo elementas, skaičiavimo elementas ir ryšių sąsaja) atlieka konkrečias sistemos funkcijas.

Matavimo elementas matuoja vieną ar daugiau išbandyto proceso ar objekto fizinių parametrų. Tai gali būti, pavyzdžiui, temperatūros ar oro drėgmės bandymas serverio patalpoje arba elektros lygio bandymas.

Skaičiavimo elementas analizuoja gautas vertes, remdamasis anksčiau nustatytais parametrais (ribinės vertės). Serverių patalpų atveju tai gali būti, pvz., temperatūros vertės, kurios turėtų būti išlaikytos patalpoje.

Ryšio sąsajos elementas pažangioje matavimo sistemoje yra atsakingas už grįžtamojo ryšio teikimą remiantis gautais rezultatais. Pavyzdžiui, viršijus temperatūrą serverio patalpoje, informacija siunčiama į oro kondicionieriaus valdymo sistemą, kuri įsijungia automatiškai. Mokymasis apie šio tipo sistemas serverio kambaryje gali būti grindžiamas daugeliu parametrų, kurių abipusis išdėstymas gali reikšti skirtingas situacijas. Pavyzdžiui, jei oro temperatūra už pastato ribų yra labai aukšta ir išlieka tokia ilgą laiką, o anksčiau buvo pranešta apie elektros energijos tiekimo nutraukimą, tam tikrais atvejais serverio patalpoje gali būti elektros energijos tiekimo nutraukimas, dėl kurio padidės temperatūra serverio patalpoje ir nutrūks serverių veikimas. Todėl reikės paruošti avarinį elektros energijos tiekimą.

Mašininio mokymosi srityje svarbu sugebėti numatyti tam tikrų įvykių poveikį ir tuo remiantis nurodyti, kurie parametrai gali būti naudingi sistemai reaguoti anksti. Taigi, statant matavimo sistemą serverio kambaryje, būtina nurodyti, kokių įvykių norėtume išvengti ir kokie turėtų būti optimalūs visų serverio kambario elementų veikimo parametrai. Tuo remiantis bus galima sukurti rodiklių rinkinį, susijusį su tinkamu prietaisų veikimu serverio kambaryje.

Šaltinis: Pixabay

Intelektualiosios matavimo sistemos charakteristikos serverio kambaryje

Kaip minėta anksčiau, išmanieji jutikliai yra visos pažangios matavimo sistemos dalis. Tokios sistemos naudojimas serverio kambaryje gali būti labai naudingas jo veikimui. 10 Pav. išvardintos išmanių matavimo sistemų, kurias galima panaudoti serverio kambaryje, savybės.

Pav. 10. Intelektualiųjų matavimo sistemų savybių serverio kambaryje pavyzdžiai

Šaltinis: nuosavas parengimas remiantis (Szulewski, 2018)

Šaltinis: Pixabay

Kam gali būti naudojami jutikliai serverio kambaryje?

Svarbiausi serverių patalpų reikalavimai yra patikimumas ir perdavimo galimybės (Bartkowiak, 2011). Dėl šios priežasties būtina stebėti skirtingus serverio kambario veikimo parametrus ir serverio kambaryje vykstančius procesus (11 pav.).

Pav. 11. Matavimo sistemų veikimas serverio kambaryje

 

Šaltinis: nuosavas parengimas

Serverių kambarių stebėjimas, be kita ko, apima (Kowalczyk, 2015):

1. Tinklo stebėjimus, įskaitant.:

• tinklo našumą,
• atskirų prietaisų statusą,
• serverio ir programos našumą,
• tinklo ryšį,

2. Fizinių parametrų stebėseną, įskaitant.:

• temperatūros,
• drėgmės,
• mechaninių aušinimo skysčio kabelių ar vamzdžių pažeidimus,
• įrenginio sandarumo,
• dūmų,
• išmetami dujų teršalų,

3. Elektros stebėjimą, įskaitant.:

• dalies elektros energijos, suvartojimo naudojant individualią IT įrangą,
• bendrą elektros energijos suvartojimą serverio patalpoje.

1) Tinklo stebėjimo atveju, jutikliai pirmiausia padės aptikti įrenginio gedimus ar tinklo ryšio problemas, pvz. duomenų perdavimo greičio sumažėjimą. Tokio tipo gedimo priežastys yra: serverių perkrova ar gedimai, tinklo ryšio sutrikimai dėl aparatūros gedimo ar žmogaus klaidos (Kowalczyk, 2015).

2) Fizinių parametrų stebėjimo atveju, be akivaizdžios temperatūros kontrolės, taip pat rekomenduojama kontroliuoti oro drėgmės būklę. Nukrypimai nuo optimalios būsenos šiuo atžvilgiu gali sukelti viršįtampius (kai oras yra per sausas, dėl to kaupiasi elektros energijos mokesčiai) arba trumpuosius jungimus (kai oras yra per drėgnas ir ant prietaisų pradeda formuotis vandens garai) (Chipelectronics, 2019).

3) Energijos stebėjimo atveju galite palyginti elektros energijos kiekį, kurį serverio patalpoje sunaudoja įvairūs įrenginiai, pvz., kiek elektros energijos centrinis vienetas, renkantis duomenis iš jutiklių, sunaudoja aušinimui, su IT įrenginių suvartojamos elektros energijos kiekiu. Paprastai energijos kiekis, kurį sunaudoja kiekvienas prietaisas, matuojamas nepertraukiamais maitinimo šaltiniais arba energijos paskirstymo įrenginiais (PDU).

Pav. 12. Serverio kambaryje stebimi įrenginiai ir programos bei jų eksploatavimo statuso parametrai

Šaltinis: parengta remiantis (Kowalczyk, 2015)

Viena iš rimtesnių grėsmių, kurios gali kilti serverio kambaryje ir kurias lengvai galima aptikti naudojant jutiklius, yra gaisras. Svarbu serverio kambaryje įrengti išankstinio įspėjimo sistemą, nes kilus gaisro pavojui net ir nedidelis dūmų ir garų kiekis nuo perkaitusių komponentų ir kabelių gali sugadinti jautrius elektroninius prietaisus (Bartkowiak, 2011). Veikiant serveriams, vieno procesoriaus paviršiuje išsiskiria kelių šimtų vatų galia (Bartkowiak, 2011). Tai reiškia, kad vienas jautriausių kriterijų serverio kambaryje – užtikrinti ir palaikyti reikiamą temperatūrą, kad visi serverio sistemos elementai veiktų optimaliai, neperkaistų ir neišsilydytų, kas galėtų lemti užsidegimą ar apdulkėjimą. Naudojant DC-FMS sistemas (Duomenų centro ir įrenginių valdymo sistemos), jungiantis prie jutiklių, leidžiančių matuoti ir nuskaityti prietaisų siunčiamą temperatūros informaciją, galima iš anksto reaguoti į potencialią grėsmę. Tokiu būdu, jie prisideda prie serverio kambarių priežiūros. Šiuo atveju, gana svarbus jutiklio, matuojančio dūmų kiekį, jautrumas (13 pav.).

 Pav. 13. Dūmų aptikimo sistemų jautrumo kategorijos remiantis Britų priešgaisrinės apsaugos sistemų asociacijos duomenimis

Šaltinis: parengta remiantis (Bartkowiak, 2011)

Dūmų matavimas atliekamas naudojant dūmų jutiklį, kuris pagrįstas užtemimo kategorija – tai yra dūmų kiekis procentais, kuris vieno metro atstumu blokuoja šviesą. Ši vertė išreiškiama procentais vienam metrui (% obs./m.) (Bartkowiak, 2011).