Ridefinire la nozione di sensore

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touching screen on tablet-pcI sensori sono stati a lungo componenti dei sistemi elettronici in quasi ogni settore. Sono così essenziali per il funzionamento di innumerevoli sistemi che è arduo immaginare una vita senza. Janusz Bryzek, dirigente di Fairchild Semiconductor, sostiene che i sensori  potrebbero diventare 1 trilione all’anno e rappresentare il 15% del prodotto interno lordo mondiale entro il 2024.

Per decenni, i sensori sono stati utilizzati per quantificare i fenomeni fisici, fungendo da catalizzatori per il miglioramento dei processi decisionali di ingegneri o sistemi di controllo embedded. Di recente, molti settori sono stati, però, costretti ad ampliare il proprio concetto di sensore. Mentre le industrie continuano ad adottare la filosofia di più software nei controller embedded e la complessità elettronica dei sistemi embedded aumenta a ritmi esponenziali, questi sistemi sono obbligati a prendere input da nuovi dispositivi per poter svolgere le funzioni principali. La nozione precedente di sensore che misurava soltanto la temperatura, la tensione, la forza e gli altri dati basilari è obsoleta. Oggi gli ingegneri includono nel concetto di sensore, oltre a tutte queste misure, tecnologie come segnali RF, immagini, audio e video. Gli ingegneri di test devono far fronte ad un’ardua sfida: sviluppare sistemi di test completi per questi dispositivi complessi. Poiché le aspettative del mercato sono in rapido cambiamento, gli ingegneri sono costantemente al lavoro per comprendere le nuove tecnologie; devono adattarsi con la stessa velocità dei dispositivi di test.

Piú aspettative creano maggiori sfide

Alcuni degli esempi più chiari di questa sfida sono i mercati di largo consumo, come il settore automotive e delle telecomunicazioni. In queste aree, i consumatori, i fornitori e persino gli organi legislativi hanno aspettative elevate sui prodotti. Si pensi all’automobile. In passato, i sensori erano utilizzati per monitorare dati essenziali, come la temperatura del motore e la pressione dell’olio. Con l’incredibile aumento delle richieste dei consumatori e delle esigenze legislative, i produttori di auto sono stati costretti ad aumentare notevolmente le funzioni e i componenti elettronici nelle automobili. Oggi i veicoli devono controllare le proprie emissioni, correggere i comportamenti di guida pericolosi, ricevere i segnali radio satellitari e fornire un certo livello di intrattenimento e comodità ai passeggeri. Per realizzare tutto ciò, gli ingegneri devono ampliare la loro idea di “sensore” ad elementi come i sensori O2, convertitori catalitici, a telecamere per il monitoraggio degli occhi del conducente, ad antenne per l’acquisizione di segnali di navigazione e segnali radio satellitari, e display per i video e la comunicazione delle informazioni. Il settore della telefonia mobile non è diverso. Un cellulare, ad esempio, è progettato per avere nel 2015 circa 20 MEMSs/ sensori, rispetto ai due sensori del 2000. L’attuale design del Samsung Galaxy S4, lanciato il 13 marzo 2013, ha 10 sensori per rilevare i gesti, la vicinanza, la rotazione, l’accelerazione, il campo geomagnetico, la temperatura, l’umidità, la pressione barometrica e la luce. Questa tendenza nella produzione di sensori ha portato a nuove “app” basate sui sensori, che continueranno a determinare la domanda di nuovi sensori nelle progettazioni dei cellulari futuri. Come un veicolo moderno, il cellulare è in rapida e continua evoluzione, creando nuove tipologie di I/O e fenomeni fisici da usare come “sensori”.

Implicazioni per il collaudo

I costi capitali dei tester automatizzati possono rappresentare oltre il 60% dei costi complessivi dei test; ridurre al minimo i cambiamenti nell’hardware può, quindi, abbassare notevolmente tutte le spese. Una soluzione di test pensata per i dispositivi mobili con una durata tipica di 18 mesi, ad esempio, ha sensori e tecnologie obsolete per qualsiasi nuovo progetto. Creare un sistema di test, capace di adattarsi ai cambiamenti che si verificano una o due volte all’anno, richiede un approccio al collaudo agile e proattivo. Diversamente da un approccio ad hoc, con strumenti dedicati e specifici per una determinata misura, un approccio di test proattivo utilizza hardware modulari e anticipa i cambiamenti tecnologici. Un approccio modulare riduce al minimo i costi di mantenimento del tester mediante cambiamenti incrementali, piuttosto che sostituzioni dell’intero prodotto. Oltre a un’architettura modulare per l’aggiunta e la rimozione degli strumenti di test in base alle esigenze, gli ingegneri necessitano di hardware riconfigurabili, che permettano di usare lo stesso strumento per requisiti di progetto differenti e in continua evoluzione. Questa problematica è evidente nelle automobili con sistemi satellitari di navigazione globali, come i ricevitori GPS e GLONASS. Se un OEM nel settore automotive desidera vendere veicoli negli Stati Uniti e in tante altre parti del mondo, il sistema di navigazione deve essere in grado di ricevere e interpretare un segnale GPS in tutte queste località. Il procedimento di test, tipico di questi sistemi, consiste nel simulare un segnale GPS per l’elettronica del veicolo e analizzare le modalità di risposta. Con l’adozione continua di sistemi di navigazione differenti, come il GLONASS in Russia, i prodotti OEM devono testare più segnali di navigazione, in base ai mercati in cui vogliono lavorare. Possedere un generatore di segnali RF, adatto a simulare sia segnali GPS che GLONASS, consente agli OEM di ottenere il massimo dai propri investimenti e di semplificare i test futuri, almeno per alcuni elementi dell’attrezzatura.

Una piattaforma per le tecnologie in rapida evoluzione

Se la visione di un trilione di sensori entro il 2024 corrisponde a realtà, la complessità dei prodotti aumenterà e cambierà ad un ritmo molto più rapido rispetto al trend attuale. Questa tendenza continuerà ad influenzare le organizzazioni di test; le più frequenti riprogettazioni dei prodotti hanno un impatto notevole sul costo complessivo dei collaudi. Le aziende che utilizzano strategie di test dall’approccio modulare, capaci di adattarsi ai cambiamenti del mercato dei sensori, ridurranno i costi complessivi e miglioreranno i tempi di riprogettazione, soddisfando le richieste di commercializzazione più stringenti. National Instruments

 

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