Trådlösa sensorer och sensornätverk

Allt fler sensorer kopplas upp i trådlösa sensornätverk. Sensorenheterna ska ofta vara små, har en låg kostnad per enhet och fungera under lång tid utan till gång till extern strömförsörjning. Insamlad data från sensorerna skickas ofta till en molnplattform som är tillgänglig från ett webbgränssnitt.

LoRaWAN sensornätverk för mätning av jordens egenskaper på en vinodling

På RISE har vi erfarenhet av att designa och bygga trådlösa sensorsystem med utgångspunkt från behovsägarens problemställning. Vi kan hjälpa till med hela kedjan från idé till pilotsystem genom:

val av mätmetod
typ av sensorer
metod för trådlös kommunikation
design av mätelektronik
överföring och insamling av data
datalagring
signalbehandling och analys
presentation av resultat i ett lämpligt användargränssnitt

Aktiva Sensorer

Aktiva trådlösa sensorer har interna batterier för att energiförsörja sensorer, utläsningselektronik och radioenhet. Aktiva sensorer kan mäta och sända data kontinuerligt, men för att spara energi är det vanligare att sensorerna mäter med ett givet tidsintervall och går ner i vila mellan mätningarna. Mätdata skickas till en mottagare som sparar data lokalt alternativt skickar data vidare via mobilnät/internet till en molndatabas. Beroende på applikationens förutsättningar kan batteritiden på en trådlös sensor variera från dagar och upp till flera år.

Det finns många standarder för trådlös sensorkommunikation och fältet är under en snabb utveckling. Vanligtvis är det små datamängder som behöver överföras efter varje mätning. Exempel på standarder för trådlös sensorkommunikation som RISE har erfarenhet av att jobba är Bluetooth Low Energy (BLE), ANT Wireless, LoRaWAN och NB-IoT.

Trådlös MER sensor för viskositetsmätning

Passiva Sensorer

Passiva sensorer har ingen intern energikälla för att utföra mätning och dataöverföring. Passiva sensorer är normalt sett enklare, billigare och tar mindre plats än aktiva sensorer. Sensorn tillförs energi från en extern läsare vilket innebär att sensorerna inte kan logga data utan endast mäter i samband med avläsning.

Nedan listas ett par exempel på passiva trådlösa sensorer som RISE har erfarenhet av att jobba med:

Magnetoelastisk resonans (MER) sensor
- MER sensorer är tillverkade av ett magnetostriktivt material som ändrar sin dimension när sensorn utsätts för ett magnetfält. Med en externt pålagt magnetfält kan sensor fås att vibrera likt en stämgaffel. Vibrationerna ger upphov till ett magnetfält som kan avläsas på avstånd upp till 30-40 cm. Sensorns vibrationsfrekvens och dämpning ger information om sensorns tillstånd och med olika beläggningar kan sensorn göras känslig för exempelvis temperatur, relativ luftfuktighet eller viskositet.
RFID sensorer
- RFID används traditionellt som en elektronisk etikett som tillhandahåller en unik identitet samt information från ett litet internt minne. RFID sensorer har en utökad funktion genom att de kan skörda energi från läsarens fält för att försörja en sensor som är kopplad till RFID chippet. En fördel med RFID sensorer är de kan använda konventionella (strömsnåla) sensorer för själva mätningen. En RFID-tagg kan mäta exempelvis temperatur, relativ luftfuktighet, ljusstyrka, lutning eller acceleration. Läsavståndet för en UHF RFID sensor tagg är upp till 5-10 meter.