Sensoren

From Control Systems Technology Group

Jump to: navigation, search

Een robot tijdens een reddingsactie kan gebruik maken van een grote variëteit aan sensoren. Om een goed beeld te krijgen welke sensoren er nodig zijn om een mens te detecteren geven we een kort overzicht welke sensoren er voor dit doeleinde nodig zijn.

Contents

Passieve en actieve sensoren

Er zijn twee soorten sensoren, actieve sensoren en passieve sensoren. Een actieve sensor zendt een bepaalde straling uit en ontvangen vervolgens de resultaten hiervan. Een passieve sensor ontvangt enkel signalen.

Omgevingsherkennende sensoren

Omgevingsherkennende sensoren zijn sensoren die signalen opvangen uit hun omgeving, en deze vergelijkt met de signalen uit de database. Dit kan bijvoorbeeld het herkennen van radio signalen, Wi-Fi signalen of gsm signalen zijn. Ook camera’s laders of microfoons kunnen vallen onder omgevings herkennende sensoren. [1]

Binaire sensoren

Binaire sensoren zijn sensoren die een 1 geven als er een detectie heeft plaats gevonden en een nul geven als dit niet het geval is. Voorbeelden van binaire sensoren zijn; PIR, druk sensoren of binaire doppler shift sensoren of RFID antennes. Het voordeel van deze binaire sensoren is dat ze eenvoudig te interpreteren zijn. Het nadeel van deze sensoren is dat deze sensoren minder informatie geven dan een niet binaire sensor. Het traceren van de locatie van het gedetecteerd slachtoffer is met een binaire sensor vaak lastig. Door een raster op te stellen van binaire sensoren is dit echter niet onmogelijk.[1]  

Scanning range finders

Scanning range finders zijn apparaten die een echo signaal uitzenden en de tijd of de energie van de terugkeerde echo op meten. Voor het uitzenden van het echo signaal worden verschillende media gebruikt. Zo zijn er radars (radio waves) die straling uitzenden, sonar ( sound and ultrasound) die geluid uitzendt, lidar (visable light) die licht uitstraalt en ladar (laser) die laser gebruikt. Het voordeel een aantal van deze apparaten is dat ze door bepaalde objecten of muren heen kunnen stralen. Zodat slachtoffers die onder het puin liggen toch nog gedetecteerd kunnen worden. Echter zijn ze niet binnen een gebouw te gebruiken. Er is hier te veel reflectie of weerkaatsen die het signaal kunnen verstoren. De ruis van signaal kan er gedeeltelijk uit worden gehaald door technieken te gebruiken die achtergrondsignalen verminderen.[1]

Laser rangefinder

Laser range finders worden voornamelijk gebruikt op de afstand tot een object te bepalen. Deze laser rangefinders kunnen niet het verschil bepalen tussen een mens of item. Voor het detecteren van een mens zou deze ladar dus gecombineerd moeten worden met een andere sensor. In vergelijking met radar en sonar is ladar een afstandsbepaler die praktisch immuun is voor achtergrond ruis of fluctaties. Om het aantal false negatives bij een ladar te verkleinen kan ladar gecombineerd worden met een visuele camera.[2] Het is mogelijk om een 3-dimensianale scan van de omgeving te maken op hoge resolutie. De informatie die wordt gegenereerd kan echter niet worden verwerkt op een normale computer of laptop. Ook zijn de laser rangefinders erg duur in aanschaf. [2]

Ultrasonic sensors

Ultra sonic sensoren worden veel gebruikt bij robots omdat ze relatief goedkoop zijn en gemakkelijk te gebruiken. Het wordt daarbij voor namelijk gebruikt voor het classificeren van het oppervlakte of the vorm van het target.[1] De ultra sonic sensor heeft echter ook veel nadelen. Zo is het gevoelig voor de conditie van de lucht. Daarnaast heeft deze sensor moeite met het vinden van de locatie van een object met complexe vorm. Met deze sensor alleen is het vrijwel onmogelijk om het verschil tussen een mens en een item te bepalen.[2]

Radar

De laatste jaren wordt er inplaats van sonar, radar gebruikt, omdat het robuuster is en minder afhankelijk van omgevings factoren. De millimeter-golf radar is vooral efficiënt voor bewegende objecten op een grote afstand. Ze werken op een zeer hoge frequentie van (5-24 GHZ) waardoor ze door rook, mist of regen heen kunnen stralen. Daarnaast zijn de meeste apparaten klein, hebben een laag verbruik en kunnen tot 6 meter een object detecteren. Het grootste nadeel van deze apparaten is de prijs, ze zijn tamelijk duur.[2]

Detectie van apparaat naar apparaat

Om sneller een bepaald slachtoffer te kunnen vinden, kan er ook worden gezocht naar de mobiele telefoon van een slachtoffer. (Bijna ) iedereen heeft immers een mobiele telefoon bij zich.

GPS

De meest gebruikte manier om een persoon te traceren is via GPS. Bij GPS wordt de locatie en tijd via een netwerk van satellieten bepaald. Afstanden worden bepaald doormiddel van de tijd die een signaal nodig heeft om naar de satelliet te komen. De snelheid van dit signaal is daarbij constant. Deze methode wordt TOA ( Time Of Arrival) genoemd. De locatie die met behulp van GPS te bepalen is, is echter vrij onnauwkeurig. De afwijking kan namelijk 10 meter zijn. Daarnaast functioneert het systeem niet goed binnen een gebouw. [1]

Andere methodes

Naast TOA, kan met ook gebruik maken van TDOA (Time Differences Of Arrival), AOA (Angle of Arival) of SS (Signal Strength). De methodes TOA en TDOA zijn over het algemeen het meest betrouwbaar. De mogelijkheden voor het detecteren van het ene apparaat naar het andere apparaat zijn veelbelovend. Het grootste nadeel is dat het vaak een complexe infrastructuur vereist. Dit kan vaak erg duur zijn, moeilijk te installeren of te managen zijn.[1]  

RFID

Radio frequency identification of kortweg RFID wordt gebruikt om van een afstand informatie op te slaan in en af te lezen van zogenaamde RFID-tags die zich op onder andere op kaarten met chips kunnen bevinden. (Denk aan pinpassen, identiteitskaarten etc.). Omdat de meeste mensen hun pinpas of identiteitsbewijs dicht bij zich dragen, kunnen mensen opgespoord worden met behulp van hun portemonnee. Het voordeel van het gebruik van RFID is dat men bij het scannen van een RFID tag er vrijwel zeker van kan zijn dat er een RFID tag aanwezig is. Het antennes die gebruikt worden bij het scannen van RFID kan door verschillende materialen heen gaan. Dit is erg nuttig als het gaat om het op sporen van mensen. [3]

Doppler shift sensor

Dopplershift sensoren gebruiken het principe dat golven die worden gereflecteerd door een bewegend object een frequentie verandering ondergaan. Deze sensoren werken zo goed dat er 1-dimensionale doppler raderen zijn die stilstaande mensen kunnen detecteren door middel van hun ademhaling of hun hartslag. De golven die deze sensor uitzendt kunnen objecten of muren heen stralen. Deze sensoren zijn echter wel gevoelig voor ruis. Als er meerdere mensen in één ruimte bevinden dan zullen de signalen met elkaar interfereren. Er moet nog veel onderzoeken naar deze sensor gedaan worden, zo is er weinig informatie bekend over de nauwkeurigheid of preciesie van deze sensor. Toch zijn de geboekte resultaten veelbelovend.[1]

Cameras

Cameras worden vaak gebruikt voor het detecteren van een mens. Het voordeel van het gebruik een camera is dat ze een beeld van hoge resolutie geven. Uit camerabeelden is erg veel informatie te halen, bijvoorbeeld de groote, vorm, kleur en textuur zijn goed te bepalen. Bij het detecteren van een mens zijn er echter nog wel problemen zoals het filteren van achtergrond informatie.[1] Er zijn verschillende soorten camaras:

Lineaire camera

Een lineaire camera is een lijn van pixels dat weergave is van de realiteit. Het voordeel van een lineaire camera is dat het zeer betaalbaar is. Het is echter niet erg effectief als het gaat om het detecteren van mensen. [2]

Kleuren camera

Kleuren cameras zijn er in allerlei soorten en maten. Een voorbeeld dat vrij betaalbaar is, is de USB camera met CMOS sensoren. Duurdere cameras zijn uitgerust met CCD sensoren. Deze sensoren zijn zeer gevoelig voor de hoeveelheid licht, in het bijzonder in de buiten. Met behulp van deze sensoren is er een goed onderscheidt te maken tussen mensen en objecten. Het nadeel is echter dat de algoritmes die worden gebruikt veel rekenkracht kosten. [2]

Stereo visie

Stereo camera visie maakt gebruik van twee kleuren cameras met ccd sensoren die diepte informatie kunnen geven. Door twee cameras te gebruiken kan men ook de afstand tot een object bepalen. Het kan op dezelfde manier een mens detecteren als een gewone camera, maar het kost meer rekenkracht om dit ook daadwerkelijk te doen.[2]  

Warmte sensoren

Infrarood camera

Een thermografische camera of infra-red camera is een apparaat dat een beeld vormt door middel van infra rood straling om dezelfde wijze als een gewone camera met zichtbaarlicht. De golflengtes van infra rood straling zijn ongeveer 14000 nm. Over het algemeen geldt des te hoger de temperatuur van een object, des te meer infra rood straling er vrij komt als ‘black-body radiation’. Er is geen zichtbaar licht nodig, om toch een beeld te kunnen krijgen met behulp van een infra rood camera. Het beeld van een camera van een infra rood camera heeft één kleur kanaal. Soms wordt het beeld afgebeeld met behulp van pseudo-kleuren, zodat voor mensen de intensiteit gemakkelijker te zien is. (Dit noemen ze ‘density slicing’.) De Infra rood camera wordt onder andere gebruikt voor brandweer lieden om door de rook heen te kijken of hotspots te lokaliseren. [4]

Een infra rood camera zou de beste oplossing kunnen zijn voor het maken van onderscheid tussen een mens en een object. Het is dan ook de meest gebruikte sensor voor deze toepassing. De sensor geeft een foto van de omgevings warmte dat erg handig is voor het detecten van mens.

Een nadeel echter van de infra rood camera is dat ze erg prijzig zijn. [2]

Pyroelectrische Infrarood

De pyroelectrisch infrarood sensor is een bewegingssensor, het detecteert de warmte verandering in de omgeving. De sensor is gemaakt van een crystalline materiaal dat op het oppervlak een electrische lading meet wanner het wordt blootgesteld aan infra rood straling. De sensor zo afgesteld dat het gevoelig is voor menselijke warmte (met een golflengthe van (8-14 μm) Het grote nadeel van deze sensor is dat deze sensor geen stilstaand persoon detecteert. Dit geeft een groot aantal false negatives. [1]

Thermozuil

Een thermozuil is een thermometer die geen direct contact hoeft te maken met de omgeving. Het geeft de gemiddeld de temperatuur in een omgeving weeg. Door een raster te maken van deze sensoren is het mogelijk om een mens te detecteren. [5]

Chemische sensoren

CO2 sensor

Deze sensor detecteerd C02 uitstoot. Dit kan zo nauwkeurig dat deze sensor een slachtoffer kan detecteren als deze nog steeds in leven is. Het nadeel van deze sensor is dat deze sensor erg traag is. Daarnaast moet de sensor zich op een kleine afstand van het slachtoffer bevinden. Welke waarden de sensor op meet hangt erg van omgevingsfactoren af. Daarnaast is het moeilijk te verkrijgen en erg duur. In een rampomgeving is deze CO2 sensor minder geschikt. [2]

Personal tools