CARACTERIZACIÓN DE SENSORES IMPLEMENTADOS EN UNA BOYA MARINA César Ortega-Corral 2,1 , Manuel Enoch Cardona Contreras 1 , Luis E. Palafox 1 , José Jaime Esqueda Elizondo 1 , J. Antonio García- Macías 3 , Leocundo Aguilar 1 , Jaime Sánchez-García 4 , Israel Chon-Aguiar 1 , Ricardo Guerra Frausto 1 , David Alonso Dueñas Delgado 2 , Jesús Enrique López Montoya 2 , Ana Cristina Valenzuela-León 1 1 Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. Universidad Autónoma de Baja California. Calzada Tecnológico 14418, Mesa de Otay, Tijuana, B.C., CP22390 +52 (664) 6821 033 – 5800 Correo-e: [email protected], [email protected], [email protected]2 Tecnologías de la Información y Comunicación Universidad Tecnológica de Tijuana Km. 10 Carretera Libre Tijuana-Tecate, Fracc. El Refugio. Quintas Campestre. Tijuana, B.C., C.P. 22650 Tel +52 (664) 969 9700 e-mail: [email protected]3 Depto. De Ciencias de la Computación. 4 Depto. de Electrónica y Telecomunicaciones Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Carr. Ensenada–Tijuana No. 3918, Zona Playitas, Ensenada, B.C. 22860. México +52 (646) 175 0500 e-mail: [email protected] , [email protected]RESUMEN Se presenta la validación de los sistemas de medición de temperatura, humedad relativa (HR) y pH del agua, que se usan en una boya inalámbrica para el monitoreo del hábitat marino. Sensores de bajo costo se conectan a dos tipos de sistema digital: (1) a un transceptor inalámbrico re-configurable, con entradas analógico/digitales y envío automático; y (2) a un microcontrolador con entradas A/D para el pre-procesamiento de las muestras y un radio de largo alcance para la transferencia subsecuente. Dado el ambiente húmedo y hostil que presenta el mar, se hicieron pruebas de los sensores de temperatura y de humedad relativa con diferente encapsulamiento. Para el caso del electrodo de pH, su respuesta se filtró digitalmente en tiempo real para reducir la variabilidad de la señal resultante ante condiciones estacionarias de pH. A partir de los diferentes experimentos, se determinaron los tiempos de respuesta para estimar los momentos adecuados para un muestreo confiable después de energizar al sistema de sensores. Palabras clave: sensores, instrumentación, filtrado digital. ABSTRACT It is presented a validation of systems for measurement of water temperature, relative humidity (HR) and pH , that are used in a wireless buoy for monitoring the sea environment. Low cost sensors are connected to two types of digital systems: (1) a wireless reconfigurable transceiver, with analog/digital inputs and automatic dispatch; and (2) a microcontroller with A/D inputs for preprocessing of signals and a long distance transmitter for subsequent transfer. Given to the humid and hostile environment at sea, tests were made on temperature and relative humidity sensors using different casings. For the pH electrode, its response was digitally filtered in real time in order to reduce variability of the resulting signal in the face of stationary conditions of pH. From the different experiments, the response time was determined in order to estimate the adequate instants for a dependable sampling after energizing the sensors system. Keywords: sensors, instrumentation, digital filtering 1. INTRODUCCIÓN En la actualidad la investigación y el desarrollo de redes de sensores está en auge [1-3]; mucho se está trabajando sobre temas de enrutamiento y entrega de datos, pero poco se ha publicado sobre la caracterización y confiabilidad de los sensores en condiciones hostiles. Aunque algunos podrían decir que el tema cae dentro del área de instrumentación, es pertinente para quienes requieren implementar una red real, que transporte datos correctos, que opere en lugares de difícil acceso, lo cual hace impráctico detectar fallas in-situ o sustituir los sensores en campo [4]. Por lo que debe haber plena seguridad que los sistemas de sensores y acondicionamiento funcionen con un grado aceptable de error para su operación indefinida. En este caso, la red inalámbrica de sensores se compone de dos tipos de sistemas: (1) nodos terminales (end-points, EP) de baja potencia y (2) nodos intermediarios (cluster-head, CLH) de alta potencia, ambos se aplican para el monitoreo marino; por lo que la instrumentación que se integró para tal propósito se coloca en gabinetes sobre flotadores o boyas que sirven de plataformas para la conexión de sensores, electrónica, radios y antenas para la comunicación de los datos adquiridos digitalmente, así como los sistemas de alimentación eléctrica y baterías [5]. En la figura 1.(a) y figura 1.(b) se muestran los esquemas generales de una boya EP y un boya CLH, respectivamente, con sensores atmosféricos y sensores sumergibles. Aunque no es parte de este ensayo, también se incluyen arreglos de celdas foto-voltaicas que permiten recargar baterías para operación prolongada. El encapsulamiento de los sensores es imprescindible en aplicaciones marinas, con la desventaja de que les resta sensibilidad y afecta adversamente a la velocidad de respuesta.
6
Embed
ejeCARACTERIZACIÓN DE SENSORES IMPLEMENTADOS EN UNA BOYA MARINAmplo 1
RESUMEN Se presenta la validación de los sistemas de medición de temperatura, humedad relativa (HR) y pH del agua, que se usan en una boya inalámbrica para el monitoreo del hábitat marino. Sensores de bajo costo se conectan a dos tipos de sistema digital: (1) a un transceptor inalámbrico re-configurable, con entradas analógico/digitales y envío automático; y (2) a un microcontrolador con entradas A/D para el pre-procesamiento de las muestras y un radio de largo alcance para la transferencia subsecuente. Dado el ambiente húmedo y hostil que presenta el mar, se hicieron pruebas de los sensores de temperatura y de humedad relativa con diferente encapsulamiento. Para el caso del electrodo de pH, su respuesta se filtró digitalmente en tiempo real para reducir la variabilidad de la señal resultante ante condiciones estacionarias de pH. A partir de los diferentes experimentos, se determinaron los tiempos de respuesta para estimar los momentos adecuados para un muestreo confiable después de energizar al sistema de sensores. Palabras clave: sensores, instrumentación, filtrado digital.
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
CARACTERIZACIÓN DE SENSORES IMPLEMENTADOS EN UNA BOYA MARINA
César Ortega-Corral2,1
, Manuel Enoch Cardona Contreras1, Luis E. Palafox
1, José Jaime Esqueda Elizondo
1, J. Antonio García-
Macías3, Leocundo Aguilar
1, Jaime Sánchez-García
4, Israel Chon-Aguiar
1,
Ricardo Guerra Frausto1, David Alonso Dueñas Delgado
2, Jesús Enrique López Montoya
2, Ana Cristina Valenzuela-León
1
1Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería.
Universidad Autónoma de Baja California.
Calzada Tecnológico 14418, Mesa de Otay, Tijuana, B.C., CP22390