Qu'est-ce qu'un capteur IoT et ses caractéristiques essentielles ?

L’internet des objets se définit par des appareils qui collectent des informations, analysent ces dernières et les traitent pour offrir une réponse adaptée. Concrètement : un capteur envoie des données vers une plateforme via un réseau, pour un faible coût.

Mais qu’appelle-t-on capteur IoT ? Il s’agit d’une technologie plus ou moins complexe qui mesure des données et détecte des changements dans l’environnement. Ainsi, ce petit appareil joue un rôle primordial dans le fonctionnement de l’internet des objets – IoT ou Internet of Things. Il est effectivement capable de déceler les formes d'énergie (lumière, force…) et de les convertir en informations numériques.

Le capteur IoT, véritable technologie de connectivité et intelligence, est donc l’un des trois éléments principaux d’un écosystème IoT. Les réseaux de communication, quant à eux, servent à transporter diverses données. Enfin, le Cloud Computing permet de stocker et d’analyser ces informations. Une véritable infrastructure qui permet d’interconnecter des objets avec les technologies de l’information et de la communication !

Et si les technologies connectées vous assistaient dans l’exercice de votre activité ? S’il existe plusieurs types de capteurs, ces derniers possèdent trois atouts principaux dans le domaine de l’industrie :

• La surveillance des actifs et la collecte des données en continu,
• Un prix relativement faible,
• Une communication facilitée avec d'autres systèmes informatiques.

Traçabilité, monitoring, traitement de données… Grâce au capteur IoT, place à l’automatisation et à l’accès 24h/24 aux données de vos équipements ! En effet, il relie le périphérique intelligent et l’environnement tout en exerçant une influence sur ce dernier : un véritable confort et un quotidien plus facile pour l’entreprise, aussi bien dans le secteur industriel que dans un autre domaine d’activité.

Vous souhaitez simplifier la connexion des systèmes existants dans les industries à l'Internet des objets ? Le capteur IoT est votre allié ! Les technologies de l’internet industriel des objets (IIoT ou Industrial Internet Of Things) doivent reposer sur des capteurs de pointe. Car l’automatisation reste un point essentiel à développer dans les futures technologies industrielles. En outre, voici quelques exemples des fonctions des capteurs IoT dans l’industrie.

• La température, grâce à des capteurs de contact et sans contact. Des technologies idéales pour la maintenance des équipements sensibles à la hausse ou à la baisse de température.
• La force, grâce à une jauge de contrainte (ou de déformation). Ce type de capteur IoT mesure la déformation et la résistance exercées sur un objet.
• La pression, en bar ou en Pascal. Les capteurs de pression mesurent cette dernière par la déformation d’une membrane.
• La mesure des couples sur des pièces en rotation.

Les industries ont donc tout intérêt à tirer profit de l’internet des objets pour mettre en place une maintenance prédictive notamment. Il s’agit d’un moyen simple et efficace de prévenir les pannes de machines en détectant de manière anticipée les signes de défaillance ! Mais pas seulement : plus grande durée de vie des équipements, sécurité générale et retour sur investissement améliorés, gestion des stocks… Les technologies connectées et leurs réseaux de capteurs ont de beaux jours devant eux.

Compacité

Un capteur devra être suffisamment compact afin de se fondre le plus discrètement possible dans l’architecture des appareils ou des équipements qu’il équipe sans perturber leur fonctionnement, augmenter leur encombrement ou les alourdir. Ainsi, un capteur monté sur le moyeu de la roue du vélo pour mesurer la puissance développée par le cycliste ne doit pas obliger ce dernier à réaliser davantage d'effort ni augmenter significativement le poids du vélo. De même, les performances d'un roulement instrumenté ne devront pas être amoindries par le capteur intégré destiné à mesurer le nombre de révolutions, les déplacements angulaires, la vitesse, le sens de rotation, la position relative et l'accélération.

Traitement embarqué

Le capteur doit être associé à une électronique qui permet la réalisation de certains traitements embarqués pour fournir en temps réel les résultats permettant de prendre rapidement la décision appropriée ou de commander un actionneur de façon pertinente. Un capteur de température doit non seulement effectuer des mesures mais être associé à une unité de conditionnement et de traitement du signal afin d'être capable de suivre l'évolution des valeurs mesurées et d'envoyer des notifications lorsque des seuils d'alerte prédéfinis par l'utilisateur sont dépassés.

Robustesse

Les capteurs doivent être conçus afin de fonctionner dans une variété de conditions environnementales (température, pression, vibration, humidité, etc.). Ils doivent être intégrés dans des boîtiers suffisamment robustes pour supporter des chocs et des vibrations. On ne peut évidemment pas fixer sur le manche d'une raquette de tennis n'importe quel capteurs destinés aux calcul de métriques de performances du joueur (types de coups, puissance, vitesse de balle...). Ces capteurs doivent résister aux chocs et aux vibrations engendrés par la frappe de la balle. Des sondes de pression et de température installées sur une pompe ou des capteurs de vibrations installés sur un moteur devront quant à eux être protégés contre la poussière, les projections d'eau (voire d'huile) et être à même d'opérer sur une plage de températures étendue.

Autonomie

Les capteurs IoT doivent consommer le moins possible d’énergie pour éviter le changement fréquent de batteries ou ne pas nécessiter l’augmentation de la puissance du système d’alimentation de l’équipement ou de l’appareil sur lequel ils sont installés. Bien que les développements en matière de gestion d’énergie permettent aux circuits électroniques de fonctionner plus longtemps en étant alimenté par batterie, l'autonomie de cette dernière ne sera pas infinie. Les solutions de collecte d’énergie constituent un moyen d'alimentation complémentaire. Elles peuvent alimenter les capteurs en convertissant l’énergie ambiante locale en énergie électrique utilisable. Les sources d’énergie ambiante peuvent être la lumière, les différences de température, les vibrations mécaniques, les signaux RF transmis, ou toute source susceptible de produire une charge électrique par l’intermédiaire d’un transducteur. Ces sources d’énergie peuvent être converties en énergie électrique en utilisant un transducteur approprié, comme un générateur thermoélectrique (TEG) pour un différentiel de température, un élément piézoélectrique pour des vibrations, une cellule photovoltaïque pour les rayonnements solaires, et même de l’énergie galvanique pour de l’humidité. Ces sources d’énergie peuvent alimenter les capteurs IoT ou servir de support à la batterie.

Valeurs mesurées

Le capteur doit être sélectionné d'une part en fonction du paramètre physique ou chimique à mesurer (température, pression, vibrations, chocs, accélération, humidité, couple, CO2, pH, etc.) mais également selon la plage de mesure et l'incertitude de mesure répondant aux exigences de l'application IoT. L'étendue de mesure d'une sonde de température peut par exemple être de -50 à +260 °C pour un capteur alors qu'elle sera de -40 …+150 °C pour un autre. Bien entendu, chaque type de capteur présentera une incertitude qui lui est propre et qui peut évoluer selon la valeur mesurer. L’erreur de mesure d'une sonde, dont l'étendue de mesure se situe entre -50 °C et +125 °C, peut notamment rester à l’intérieur de la limite définie de +- 0,2 °C (entre - 25 °C et +80 °C) et de +- 0,4 °C dans l’étendue de mesure restante. Outre les grandeurs à mesurer indispensables à l'application IoT, l'étendue de mesure et la précision attendue, il faut déterminer l’endroit idéal où les mesures doivent être effectuées et quel est leur objectif.

Fiabilité

es applications IoT doivent exploiter des capteurs qui sont fiables dans le temps du point de vue de la justesse de la mesure. La confiance dans la qualité métrologique est un enjeu majeur. Il faut s'assurer de la performance de l’électronique de mesure sur une longue durée. Le vieillissement de l'électronique ne doit pas conduire à la dérive des mesures. Pour ce faire, le capteur devrait pouvoir s'auto-contrôler et être à même de fonctionner pendant des années dans un environnement présentant des contraintes sévères en termes de température, d'humidité, de vibrations, d'interférences électromagnétiques… L’erreur de mesure doit être maîtrisée. Les valeurs mesurées doivent être justes et fidèles pour garantir la pertinence des actions ou des décisions dont elles dépendent.

Si l’analyse et le Big Data se présentent comme les «cerveaux» de l’IIOT, les capteurs, de leur côté, sont vus comme le système nerveux de cet écosystème. Alors, mieux vaut faire le bon choix pour ces derniers ! Il existe différents types de capteurs IoT avec une certaine variation de prix, allant de quelques centimes d’euros à plusieurs dizaines – voire centaines – d’euros. Alors, quels critères entrent en jeu dans le choix d’un capteur IoT ?

• La résistance électrique du capteur (qui s’exprime en Ohm) et le voltage,
• La qualité de fabrication, en particulier celle des connecteurs,
• L’environnement dans lequel il sera installé (résistance aux variations de températures, objet à connecter fixe ou mobile…),
• Les types de signaux à capter, qu’il s’agisse de sons ou de vibrations,
• Le degré de précision de la mesure,
• La fréquence de collecte des données.

Pour bien choisir les capteurs IoT dont vous avez besoin, il est d’abord recommandé d’appréhender ses besoins, les usages prévus pour ces éléments et le budget alloué. Aussi, mieux vaut s’astreindre à d’importants protocoles de tests avant d’acheter un grand nombre de capteurs.

Quand Internet et les industries se rencontrent… Le capteur IoT, la bonne idée pour devenir une Smart Industry ! Grâce aux objets connectés, améliorez la performance de vos machines, supervisez vos installations et diminuez vos coûts d’exploitation.