Виртуальные датчики: принцип работы и ключевые применения

В современных промышленных и потребительских устройствах растущий набор физических датчиков — микрофоны, камеры, проксимити и инерциальные блоки — дает сырой сигнал, который в комбинации дает гораздо более надежные инсайты. Фузионя эти сигналы, инженеры создают виртуальные датчики, переводящие сложные измерения в точные переменные, которые дизайнерам нужно мониторить.

Что такое виртуальный датчик?

Виртуальный датчик — программная конструкция, оценивающая не измеряемые напрямую технологические переменные или характеристики продукта. Используя математические модели и выходы существующих физических датчиков, он прогнозирует желаемую величину с высокой точностью.

Безопасность виртуальных датчиков первостепенна. Поскольку данные генерируются, обрабатываются и передаются по сетям, они становятся мишенью для кибератак. Надежное шифрование и протоколы аутентификации поэтому обязательны для защиты целостности цифровой цепочки поставок.

Как работают виртуальные датчики

В основе виртуального датчика — программный модуль, обучающий взаимосвязи между множественными входами датчиков. Запуская откалиброванную симуляционную модель и кормя ее реальными данными, система может выводить поведение компонента, который иначе потребовал бы выделенного дорогого датчика.

Виртуальные датчики на Android и Windows 8

Обе мобильные платформы предоставляют набор встроенных виртуальных датчиков, комбинирующих акселерометр, гироскоп и магнетометр для метрик ориентации и движения.

Четыре основных виртуальных датчика Android:

• TYPE_GRAVITY
• TYPE_ORIENTATION
• TYPE_LINEAR_ACCELERATION
• TYPE_ROTATION_VECTOR

Windows 8 предлагает:

• Датчик ориентации
• Компас с компенсацией наклона
• Инклинометр
• Shake

Эти сфузленные датчики позволяют разработчикам строить контекстно-зависимые приложения, реагирующие на движение, ориентацию и намерения пользователя.

Применения виртуальных датчиков

Виртуальные датчики незаменимы когда:

• Прямое измерение невозможно или непрактично.
• Физический датчик слишком медленный, дорогой или недоступен.
• Среда враждебна к аппаратным датчикам.
• Затраты на обслуживание или надежность датчиков запретительны.

Например, в управлении полетом миниатюрных летательных аппаратов виртуальный датчик ускорения — полученный из реалистичной MATLAB-симуляции — дает данные в реальном времени, когда есть только два физических датчика. Он также может обнаруживать неисправности датчиков до того, как они угрозят безопасности.

Интегрируя виртуальные датчики, инженеры достигают более высокой системной надежности, уменьшают аппаратный след и ускоряют time-to-market.