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TUTTO_MISURE
LA RIVISTA DELLE MISURE E DEL CONTROLLO QUALITÀ - ORGANO UFFICIALE DELL’ASSOCIAZIONE “GMEE”
E DI “METROLOGIA & QUALITÀ”
ANNO XII
N. 01 ƒ
2 010
EDITORIALE
Anno nuovo, nuovo Direttore
GRUPPO MISURE ELETTRICHE
ED ELETTRONICHE
AFFIDABILITÀ
& TECNOLOGIA
TRASFERIMENTO TECNOLOGICO
Il GMEE si presenta
IL TEMA: MISURE OTTICHE
Monitoraggio 3D di treni
Misure per il sistema elettrico
Sensori dalle Alpi alle Piramidi
Poste Italiane s.p.a. - Sped. in Abb. Post. - D.L. 353/2003 (conv. in L. 27/02/2004 n° 46) art. 1, comma 1, DCB Torino - nr 4 - Anno 12 - Marzo 2010
In caso di mancato recapito, inviare al CMP di Torino R. Romoli per restituzione al mittente, previo pagamento tariffa resi
TUTTO_MISURE - ANNO 12, N. 01 - 2010
ALTRI TEMI
Tomografia X
Misuratore DVB-T a basso costo
MEMS a recupero energetico
Misure di disturbi dinamici
ARGOMENTI
Compatibilità elettromagnetica: generatori
IMP: Campioni per brachiterapia
INTERSEC: Venti edizioni!
La storia delle Misure - Parte I
Limiti di tolleranza e incertezza
AIPnD e Gruppo del Colore
AFFIDABILITÀ
& TECNOLOGIE
Torino - 14/15 aprile 2010
AUTOMOTIVE
AEROSPACE DEFENCE
RAILWAY
NAVAL & YACHT
TUTTO_MISURE
ANNO XII
N. 01 ƒ
2010
IN QUESTO NUMERO
Telemetria laser avanzata per il
monitoraggio di treni in transito
e per altre applicazioni
Advanced laser telemetry for vehicle monitoring and
other industrial applications
Luca Fumagalli Paolo Tomassini,
Giorgio Libretti,
Marco Trebeschi,
Marco Zanatta,
Franco Docchio (Q-Tech srl)
19
Tomografia computerizzata a raggi X:
test non distruttivi per analisi 3D
di componenti automobilistici
X-Ray High Resolution Computed Tomography: non
destructive testing for 3D analysis of Automotive
Components
Jens Lübbehüsen (GE Sensing
& Inspection Technologies)
35
Dosimetria di riferimento
in brachiterapia
Reference dosimetry
in brachytherapy
Antonio Stefano Guerra,
Maria Pimpinella,
Maria Pia Toni (INMRI-ENEA)
68
Le misure e la loro evoluzione
nel tempo. Parte I –
Ruolo della Misura e Origini
Measurements and their temporal evolution. Part I –
Role of Measurements and Origins
Mario Savino
(Politecnico di Bari)
Editoriale: Anno nuovo, nuovo Direttore (F. Docchio)
Comunicazioni, Ricerca e Sviluppo,
dagli Enti e dalle Imprese
Ricerca e Sviluppo nelle Misure e nella Strumentazione
Notizie da Enti e Associazioni
NanoFacility Piemonte: a Torino una struttura
per la nanofabbricazione (S. Sartori)
Il tema: Misure Ottiche
Telemetria laser avanzata: applicazione al monitoraggio
di treni in transito (L. Fumagalli, P. Tomassini et al.)
Tecniche elettroottiche per misure nel sistema elettrico
(U. Perini, E. Golinelli et al.)
Dalle Alpi alle Piramidi: la tecnologia al servizio
del Patrimonio Culturale (S. Corbellini, D. Mombello et al.)
5
7
11
15
19
23
27
Gli altri temi: Misure e prove non distruttive
Tomografia computerizzata a raggi X: analisi 3D
di componenti automobilistici (J. Lübbehüsen)
35
Gli altri temi: Premio di Dottorato “C. Offelli” 2009
DVB-T: un misuratore di potenza a basso costo (G. Miele)
41
Gli altri temi: Sensori e MEMS
Recupero di energia per l’alimentazione di sensori
e microsistemi (V. Ferrari)
47
Gli altri temi: Misure meccaniche
Misura di disturbi dinamici trasmessi al basamento
di un manipolatore (S. Cocuzza, S. Debei et al.)
53
Campi e Compatibilità elettromagnetica
Generatore di campo E.M. per l’intervallo
di frequenza 300 MHz–3 GHz
(C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi)
57
Lo spazio del GMEE e del GMMT
Le Unità del GMEE e le loro Aree di Competenza - 2010
Il nuovo Codice Etico e Codice Deontologico del GMEE
61
65
Lo spazio delle Associazioni
AIPnD: Il Convegno Annuale sulle Prove Non Distruttive
SIOF: Il Convegno Annuale del Gruppo del Colore
66
66
Lo spazio degli Istituti Metrologici Primari (IMP)
Dosimetria di riferimento in brachiterapia
(A.S. Guerra, M. Pimpinella, M.P. Toni)
68
Lo spazio delle CMM
InTeRSeC XX: i venti seminari formativi
del CMM Club (A. Zaffagnini)
71
Manifestazioni, eventi e formazione
Eventi 2010-2011
Metrologia per capillarità (G. Miglio)
74
75
Storia e curiosità
Le misure e la loro evoluzione. Parte I - Ruolo
della Misura e Origini (M. Savino)
77
Abbiamo letto per voi
80
News
31-52-56-72-79
76
T_M
N.
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Franco Docchio
EDITORIALE
▲
Anno nuovo, nuovo Direttore
New year, new Director
Eccomi a voi, cari Lettori di
Tutto_Misure. Dopo dieci anni
dalla fondazione della Rivista
(il decimo compleanno è stato
recentemente festeggiato con il
numero 3/2009, che ha raccolto i principali articoli usciti
nel primo decennio) raccolgo,
con timore reverenziale, il testimone da Sergio Sartori che ha
fondato, promosso e condotto
la rivista ai livelli di eccellenza
che conosciamo. Per l’occasione ho chiesto a un amico pittore e fumettista bresciano di farmi una caricatura da
inserire come “icona degli editoriali”. Eccola qui.
Mi è stato chiesto dalla Proprietà (l’Associazione
GMEE) di subentrare a Sergio predisponendo un
nuovo Piano Editoriale per la rivista. Ho provato a delineare la mia visione ma, man mano che procedevo, mi
accorgevo che l’impianto attuale era già più che accettabile e non richiedeva grandi stravolgimenti. Ma tant’è, un nuovo Direttore deve comunque innovare e ho
provato a farlo, innanzitutto proponendo alla Proprietà l’idea di allargare il bacino d’interesse e d’influenza
della rivista. Complici alcune “rivoluzioni” in atto in
ambito accademico (al quale appartengo) conto di
coinvolgere nel progetto della rivista tutte le realtà italiane che hanno le Misure come propria attività, anche
marginale. Ho dunque coinvolto il Gruppo Misure
Meccaniche e Termiche (GMMT, peraltro fresco di
“fusione” con il GMEE a livello istituzionale in un
nuovo Gruppo allargato), con la nomina di un esponente dello stesso (il Prof. Alfredo Cigada del Politecnico di Milano) a Vicedirettore della rivista. Ho coinvolto l’Associazione Italiana delle Prove non Distruttive,
ho intrapreso contatti con il Gruppo Elettronica, quello
del Rilievo, quello del Colore della SIOF. L’intento è di
rendere la rivista una “casa comune” di tutti coloro che
fanno misure.
Un altro punto d’innovazione (relativo) nella rivista può
essere rappresentato dal progetto di un sempre maggior coinvolgimento delle industrie nel palinsesto e nella
struttura della stessa. Dico “relativo” poiché quest’obiettivo era già definito e propugnato da Sergio, ma penso
che oggi sia tempo di moltiplicare il nostro impegno in
tale direzione. Come alcuni di Voi avranno letto in T_M
4/2009, considero le sinergie Università-Impresa come
ganglio vitale per i processi d’innovazione industriale.
In Italia si fa ancora poco o nulla per favorire l’osmosi
tra queste due componenti chiave dell’economia nazionale. Imprese che considerano le Università come “Torri
d’Avorio del sapere” (bicchiere mezzo pieno) o “luoghi
di ricerca inutile all’industria” (bicchiere mezzo vuoto).
In un Paese che si contraddistingue per la percentuale
altissima di PMI di dimensioni minime e quindi più bisognose di strutture di ricerca esterne, soffriamo paradossalmente di uno dei sistemi Universitari più “ingessati”
e burocratizzati del mondo, che toglie ai ricercatori la freschezza, l’immediatezza nell’operare e l’indipendenza,
ma soprattutto li fa vivere nella perenne mancanza di
strategie di sviluppo.
Dunque, per uscire da questo “connubio” vizioso, è indispensabile che Università e Imprese insieme progrediscano nella direzione di un maggiore mutuo riconoscimento
e una maggiore sinergia operativa. Gli strumenti ci sono,
e sono quelli del Trasferimento Tecnologico, della protezione della Proprietà Intellettuale, del licensing, degli Startup tecnologici, in grado di portare sul mercato le idee
imprenditoriali gemmate nei nostri Laboratori di Ricerca.
Quindi, come Direttore della rivista, cercherò di valorizzare al massimo i contributi, provenienti da Società Italiane o Estere, che presentano prodotti o ricerche innovativi
(meglio se ottenuti in collaborazione con Centri di Ricerca) e quelli in arrivo da Laboratori di Ricerca (con spiccata propensione per attività di ricerca applicata), start-up
universitari e società di venture capital. Sfruttando la mia
pur limitata esperienza nel campo del Trasferimento Tecnologico mi adopererò per inserire nella rivista contributi
personali utili a una miglior comprensione del processo e
del fenomeno della creazione di impresa da Università.
Cercherò di raccogliere testimonianze dirette da Centri di
Competenza o Poli Tecnologici, laddove ne sia comprovata l’efficacia. Infine mi permetterò di offrire la rivista ai
lettori industriali come una “vetrina” di quanto di meglio
può venire prodotto nelle Università italiane nel settore
delle Misure; ai lettori Universitari cercherò di veicolare
tutti gli stimoli che possano provenire dalle imprese per
una vera innovazione di prodotto e di processo.
Insieme, Università e imprese devono procedere per far
uscire il nostro Paese da quello che tutte le parti politiche
e sociali, da destra a sinistra, vedono come il vero “buco
nero”, che rischia di rimanere anche ora che la crisi economica sta faticosamente allentando la stretta: la perdita
di fiducia e di posti di lavoro per i nostri giovani (“giovani”: la parola più frequente nell’universalmente apprezzato discorso di fine 2009 del nostro Capo dello Stato).
Non vi è uscita dalla crisi se questa avviene deprimendo
le aspettative di ingresso nel mondo del lavoro da parte
dei nostri figli. Non vi è vera innovazione nella formazione universitaria e secondaria (riforma, riforma della
riforma, governance delle Università, concorsi) se questa
viene propugnata senza il contributo, o addirittura a discapito, dei nostri studenti.
Nell’augurarvi buona lettura, desidero esternarvi il desiderio che questa sia sempre di più la “vostra” rivista.
Attendo da voi stimoli, sollecitazioni, contributi e, soprattutto, testimonianze (articoli, brevi comunicati, risultati di
ricerche, prodotti innovativi, attività di successo nel
campo delle misure e della strumentazione). Facciamo
crescere la rivista, come patrimonio comune e come strumento per un vero ed efficace progresso tecnologico,
sociale e culturale.
Franco Docchio
T_M
N.
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COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO
DA ENTI E IMPRESE
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La Redazione di Tutto_Misure ([email protected])
Ricerca e Sviluppo nel campo delle
Misure e della Strumentazione
STRUMENTAZIONE DI MISURA
R&D IN MEASUREMENT AND INSTRUMENTATION
This article contains an overview of relevant achievements of Italian R&D
groups, in the field of measurement science and instrumentation, at both theoretical and applied levels. Sources of information are the main Measurement-related journals, as well as private communications by the authors.
Industries are the main targets of this information, as it may be possible to
find stimuli towards Technology Transfer.
RIASSUNTO
L’articolo contiene una panoramica dei principali risultati scientifici dei
Gruppi di R&S Italiani nel campo della scienza delle misure e della strumentazione, a livello sia teorico che applicato. Fonte delle informazioni è
costituita dalle principali riviste di misure e da comunicazioni private degli
autori. Le industrie sono i primi destinatari di queste notizie, poiché i risultati di ricerca riportati possono costituire stimolo per attività di Trasferimento Tecnologico.
RICERCA DI BASE
IN METROLOGIA
Ricercatori INRIM e la stima
bayesiana della frequenza a
densità zero di una fontana di
Cesio
D. Calonico, F. Levi, L. Lorini, G.
Mana1: Bayesian estimate of the
zero-density frequency of a Cs
fountain, Metrologia 46, 629-636,
2009
Gli standard di frequenza a Fontana
di Cesio realizzano il secondo nel
sistema SI con un’incertezza relativa
di 10-16. I ricercatori analizzano il
budget di incertezza, individuando
una componente significativa nelle
collisioni fredde a causa dello shift in
frequenza, e applicano l’analisi bayesiana alla frequenza di clock per stimare lo shift, dimostrando come il teorema di Bayes consenta una conoscenza aprioristica del segno del
coefficiente collisionale. L’indagine
viene applicata ai dati della Fontana
di Cs dell’INRIM e dimostra che l’analisi bayesiana consente una riduzione del 28% rispetto alle analisi tradizionali.
Cabiati e Bich si interrogano sul
Sistema Internazionale
F. Cabiati, W. Bich2: Thoughts on a
changing SI¸ Metrologia 46, 457466, 2009
Gli autori discutono alcuni aspetti di
particolare importanza relativi all’evoluzione del sistema internazionale
(SI) verso un sistema interamente
basato su costanti fondamentali, in
vista della prossima Conferenza
Generale dei Pesi e delle Misure
(CGPM). In particolare, affrontano il
problema della scelta delle costanti
fondamentali da adottare come
quantità di riferimento per le unità
SI, stabilendo una regola per assicurare che queste siano sufficienti e
non ridondanti e che le unità possano essere definite come combinazioni lineari di queste. Gli autori discutono le condizioni generali per un
esperimento che realizzi un’unità SI
e una procedura che consenta la disponibilità di una sua realizzazione
su base globale. Per ultimo, analizzano i processi di disseminazione e
mostrano che i raffronti di campioni
non sono influenzati dall’incertezza
di realizzazione di questi ultimi.
Sistemi di Ranging a basso
costo dall’Università di Perugia
A. De Angelis, M. Dionigi, A.
Moschitta, P. Carbone3: A Low-Cost
Ultra Wideband Indoor Ranging System, IEEE Transactions on
Instrumentation and Measurement,
58, 3935-3942, 2009
La misura di distanza (ranging)
a basso costo è
oggi di estrema
utilità in svariati
ambiti industriali, civili e domestici. I ricercatori
di Perugia hanPaolo Carbone
no sviluppato e
propongono una tecnologia di misura
di distanza e ranging a costi contenuti
basata sulla stima del tempo di arrivo
(TOA), mediante segnali ultracorti e a
banda elevata (UWB). Il sistema realizzato comprende due transceiver
UWB identici. La sezione di rivelazione di ognuno è composta da rivelatori
a diodo tunnel. La sezione di generazione di impulsi è composta da un
transistor bipolare operante in modalità a valanga. La misura indiretta della
distanza tra i transceiver è effettuata
mediante la misura della frequenza dei
treni di impulsi generati. Viene presentata la trattazione teorica del metodo
di misura, insieme a una serie di risultati sperimentali molto promettenti per
le applicazioni specifiche.
Napoli Federico II: Misure di
Potenza vera in sistemi di comunicazione digitali in presenza di interferenza intracanale
L. Angrisani, A. Napolitano, M. Vadursi4: True-Power Measurement in Digital Communication
Systems Affected by In-Channel
Interference, IEEE Transactions on
T_M
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N. 01ƒ
;2010
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DA ENTI E IMPRESE
Instrumentation and Measurement, IM58, 3985-3994, 2009
Gli autori presentano un metodo innovativo, basato sulla ciclostazionarietà,
per le misure di Potenza in sistemi di comunicazione digitali in presenza di interferenza intracanale. Il metodo si fonda sulle proprietà peculiari degli algoritmi basati sull’analisi spettrale ciclica.
La misura della potenza vera è effettuata a partire da dati affetti da rumore,
mediante la stima dello spettro ciclico
del segnale a una frequenza di ciclo
che non è sovrapposta a quella del rumore e dell’interferenza. Il metodo,
estensivamente testato, si rivela molto
promettente anche in presenza di spettri
di rumore e di interferenza sovrapposti,
sia nel dominio del tempo sia della frequenza con il segnale.
nellia, A. De Marcellisa, A. Flamminib,
A. Deparib, N. Jandc6: Single-chip
integrated interfacing circuit for
wide-range resistive gas sensor arrays, Sensors and Actuators B
– 143, 218-225 (2009)
Nuovi risultati vengono presentati relativamente a un’interfaccia integrata a singolo chip per sensori di gas resistivi ad
ampio intervallo di misura (cinque decadi di resistenza, con errore relativo
dell’1% nell’intervallo 470 kΩ–50 GΩ).
La capacità parassita dei sensori è stata
valutata dell’ordine di 0,3 pF. Il circuito
integrato dimostra ottime prestazioni su
un intervallo esteso di temperatura
ambientale (20 °C - 80 °C). L’interfaccia
è stata applicata sperimentalmente con
un sensore MOX a elevata resistenza,
monitorandone sia la resistenza sia la
capacità parassita durante transitori
veloci del sensore. Lo sviluppo di questa
SENSORI E RETI DI SENSORI
interfaccia (in tecnologia CMOS standard) ha costituito una notevole innovaPompa ferrofluidica con con- zione rispetto alle tecnologie esistenti,
trollo analogico dai ricercatori nel quadro di interfacce a basso costo
di Catania
ed elevate prestazioni per array di senB. Andò, A. Ascia, S. Baglio, A. Beni- sori a elevata resistenza.
nato5: The “One drop” ferrofluidic pump with analog control.
Sensors and Actuators A 156, 251- NOTE
256, 2009
1 Istituto Nazionale di Ricerca MetrologiIn biomedicina è sempre più sentita la ca, Torino. E-mail: [email protected]
necessità di micropompe senza parti 2
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologimobili per la realizzazione di meccanica, Torino. E-mail: [email protected]
smi di pompaggio o regolazioni di flus3 Dipartimento di Ingegneria Elettronica e
so non invasivi. I ricercatori hanno messo
a punto un nuovo prototipo di pompa Informatica, Università di Perugia.
ferro fluidica, senza parti in movimento, E-mail: [email protected]
basata su una massa attiva costituita da 4 Dipartimento di Informatica e Sistemistiuna singola goccia di ferrofluido. Ciò ca, Università degli Studi Federico II,
consente l’inserimento semplice in un Napoli. E-mail: [email protected]
contesto preesistente (ad esempio un 5 DIEES–Università di Catania. E-mail:
vaso sanguigno) senza disagio per il [email protected]
paziente e mediante la semplice iniezio- 6 aDipartimento di Ingegneria Elettrica e
ne della goccia di ferrofluido all’interno dell’Informazione, Università dell’Aquila.
del vaso, mentre un driver tutto-in-uno è bDipartimento di Ingegneria dell’Informaagganciato ester- zione, Università degli Studi di Brescia.
c
namente al vaso Dipartimento di Ingegneria chimica e dei
Materiali,
Università dell’Aquila. E-mail:
stesso.
Alessandra Flammini
Brescia e l’Aquila insieme
per le reti di
sensori
G. Ferria, C. Di
Carloa, V. Stor-
clide activity measurements in
environmental samples of water,
soil and grass: CCRI(II)-S4 comparison report. Metrologia 46 2009.
Nel contesto dell’accordo di mutuo
riconoscimento del Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure, il
Comitato Consultivo per le Radiazioni
Ionizzanti, Sezione II – Misure di
Radionuclidi, ha proposto agli IMP
degli Stati Membri firmatari della
Convenzione del Metro di partecipare a un esercizio di raffronto interlaboratorio sulla determinazione di
radionuclidi gamma-emettitori nel suolo, erba e acqua. L’esercizio è stato
coordinato dal Reference Materials
Group presso i Laboratori IAEA (Austria) (Riferimento CCRI(II)-S4).
Hanno partecipato all’esercizio 5 IMP
(Rep. Ceca, Bulgaria, NIST, NPL, PTB)
con l’aggiunta di due laboratori
esperti (Japan Chemical Analysis Centre e IAEA Chemistry Unit, Austria).
Scopo del confronto era quello di supportare le capacità di tarature e misure (CNC) degli IMP per la misura dei
radionuclidi in matrici diverse, e di
assegnare il valore certificato di riferimento dei 372 materiali certificati di
riferimento per l’erba. Il lavoro presentato, scaricabile da web (www.
bipm.org/utils/common/pdf/
final_reports/RI/RI%28II%
29-S4/CCRI%28II%29-S4.pdf),
contiene la metodologia di preparazione dei campioni, i risultati dei partecipanti e l’approccio al raffronto dei
dati, con tre appendici tecniche.
I risultati hanno dimostrato che nel caso
di 40K, 54Mn, 60Co, 65Zn, 134Cs,
137Cs e 241Am gli IMP partecipanti
sono stati in grado di produrre risultati
analitici affidabili e raffrontabili con la
massima riferibilità metrologica, entro il
±10% per i campioni di suolo, erba e
acqua. Per contro, 109Cd si è dimostrato il nuclide più problematico. Si è concluso che esiste la necessità di migliorare la metodologia di correzione per
[email protected]
l’effetto matrice nel caso di quest’ultimo
nuclide, dove si presenta una complessa interferenza.
REPORT IAEA SULLE MISURE
Le incertezze analitiche associate a
DI ATTIVITÀ DI RADIONUCLIDE
questi risultati sono, in generale,
appropriate per gli analiti e le matrici
A. Shakhashiro, U. Sansone: Radionu- considerate in questo raffronto.
T_M ƒ 9
DA ENTI E IMPRESE
▲
Notizie da Enti
e Associazioni
dal mondo delle misure, della strumentazione e delle Norme
RIASSUNTO
Quest’articolo contiene tutte le notizie recenti degli Enti e delle Associazioni nell’ambito delle misure e della strumentazione. Aiutateci a mantenere
aggiornate le notizie inviandole al Direttore.
ACCREDIA (già SINAL, SINCERT)
(www.accredia.it)
COMITATO ELETTROTECNICO
ITALIANO - CEI) (www.ceiuni.it)
L'Assemblea di ACCREDIA si è riunita
il 1° dicembre 2009 in seduta straordinaria, per approvare le modifiche
dello Statuto e del Regolamento applicativo dello stesso. In particolare, è
stato istituito un nuovo Dipartimento
per l'attività di accreditamento nel settore dei Laboratori di prova per la
sicurezza degli alimenti.
La struttura operativa di accreditamento dell'Ente è articolata in 4 Dipartimenti:
1. Certificazione e Ispezione
2. Laboratori di prova
3. Laboratori di prova per la sicurezza degli alimenti
4. Laboratori di taratura
È stata, inoltre, ratificata l'adesione di
due nuovi Soci: l'Istituto Nazionale di
Ricerca Metrologica (INRIM) e l'Istituto
Superiore di Sanità (ISS), che entrano
in ACCREDIA come Soci promotori.
Infine Tommaso Campanile è stato
nominato Presidente del Comitato di
Indirizzo e Garanzia, già costituito il
12 novembre.
Nuova Norma CEI
(12 Ottobre 2009)
Il CEI presenta la nuova Norma CEI
62-121 “Dispositivi medici - Applicazione della gestione dei rischi ai dispositivi medici”. La Norma specifica
la procedura che permette di identificare i pericoli associati ai dispositivi
medici e ai loro accessori, inclusi i dispositivi medico-diagnostici in vitro, e
permette di stimare e valutare i rischi,
controllarli e monitorare l’efficacia del
controllo. La Norma si applica a tutte
le fasi del ciclo di vita di un dispositivo medico, mentre non si applica ai
giudizi clinici relativi all’uso di un dispositivo medico, né specifica i livelli
di rischio accettabili. Questa Norma
viene pubblicata dal CEI, in una
prima fase, nella sola lingua inglese.
La Norma CEI 62-121 è disponibile
presso la sede e tutti i punti vendita
CEI e presso CEI Webstore, al prezzo
di € 80,50 (prezzo Soci € 64,00).
BUREAU INTERNATIONAL
DES POIDS ET DES MESURES - BIPM
(www.bipm.fr)
Nuova associatura
Dal 17 settembre 2009 il Ghana è
associate al CGPM.
Aumenta l’impact Factor della
Rivista
Come comunicato da ISI®, l’Impact
Factor 2008 per Metrologia è 1,780.
Sicurezza funzionale dei sistemi strumentati per gli impianti
di processo industriale: nuova
Guida di applicazione alla
Norma CEI EN 61511
(12 ottobre 2009)
È stata recentemente pubblicata la
prima edizione della Guida CEI 65186 per l’applicazione della normativa tecnica relativa alla sicurezza funzionale dei sistemi strumentati per gli
impianti di processo industriale.
La Guida si applica essenzialmente alla
serie di norme di settore CEI EN 61511,
specifica per i sistemi di processo, non-
ché come ausilio alla Norma generale
sulla sicurezza funzionale CEI EN
61508, molto articolata e complessa, a
cui essa rimanda per numerosi aspetti.
Tra gli impianti che rientrano nel campo di
applicazione delle Norme CEI EN
61511, e quindi della Guida CEI 65-186,
si citano, ad esempio, gli impianti di:
• trasformazione chimico-fisica della
materia prima;
• produzione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica;
• estrazione e trattamento del petrolio
e derivati e del gas;
• chimica di base e di chimica fine;
• produzione farmaceutica, alimentare,
di carta e cellulosa, di vetri e cemento;
• trattamento di metalli e minerali e di
acque reflue.
II CEI, considerata l’importanza e la
complessità dell’argomento, ha programmato un corso di formazione
specifico, che avrà come docenti gli
esperti maggiormente coinvolti nella
preparazione della Guida.
Documento divulgativo CEI
“Apparecchiature radio e terminali di telecomunicazione”
(12 ottobre 2009)
La Direttiva Europea 1999/5/CE R&TTE
- Radio & Telecommunications Terminal
Equipment è stata recepita dall’Italia con
il Decreto Legislativo 9 maggio 2001
n. 269 ed è stata
meglio precisata,
per gli aspetti di
sorveglianza e controllo, con il successivo Decreto Ministeriale 30 ottobre
2002 n. 275.
La Direttiva Europea e il Decreto Legislativo italiano a
essa collegato costituiscono i riferimenti legislativi completi e ufficiali alle cui
disposizioni bisogna attenersi per l’immissione sul mercato e/o la messa in
T_M
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; 2010
▲
DA ENTI E IMPRESE
servizio delle apparecchiature radio e
delle apparecchiature terminali di telecomunicazione.
Il CEI ha ritenuto utile mettere a punto un
documento divulgativo, allo scopo di
approfondire e commentare la Direttiva
e il Decreto Legislativo italiano di attuazione in tutti i loro aspetti legali e tecnici, anche al fine di aiutare a superare
alcune difficoltà riscontrate da parte dell’industria e degli utenti nel recepimento
dei loro principi ispiratori.
L’obiettivo della pubblicazione è quello
di contribuire ad applicare correttamente l’intero quadro normativo del settore,
sia attraverso l’interpretazione, alla luce
della realtà legislativa italiana, dei
documenti esplicativi elaborati dalla
Comunità Europea, sia fornendo i riferimenti sulle normative tecniche del settore elaborate dai Comitati Europei di
standardizzazione CENELEC (Comité
Européen de Normalisation en Electronique) ed ETSI (European Telecommunications Standards Institute) e recepite in
Italia dal CEI per la componente CENELEC. Il quadro normativo del settore è
stato peraltro completato con la recente
Direttiva 2008/63/CE relativa alla concorrenza nel mercato delle telecomunicazioni, che è andata ad aggiornare la
precedente Direttiva 88/301/CEE.
Il documento divulgativo CEI chiarisce lo
scopo della direttiva, le definizioni e il
campo di applicazione, la sua applicazione a prodotti complessi e installazioni, la pubblicazione delle interfacce, i
requisiti essenziali, la procedura per la
valutazione della conformità, la notifica
di immissione sul mercato, le istruzioni
per l’utente, la sorveglianza del mercato,
nonché la clausola di salvaguardia.
“La Direttiva Apparecchiature Radio e
Apparecchiature Terminali di Telecomunicazione. Legislazione, Lineeguida e Norme Tecniche” è disponibile presso tutti i punti vendita CEI e
WebStore CEI, al prezzo di copertina
di € 25,00 (prezzo Soci € 20,00).
richieste di informazioni a mezzo telefono e attraverso il modulo “contact
us” e fornisce informazioni sulle attività del CEN e del CENELEC. L’Infodesk
fornisce indicazioni su:
– dove trovare informazioni specifiche
sul sito web CEN;
– uso del catalogo on-line CEN delle
Norme Europee;
– stato delle Norme CEN;
– punti vendita delle Norme Europee;
– organismi da contattare per problemi che non riguardino le competenze
specifiche del CEN.
CENELEC (www.cenelec.eu)
Nuovo Presidente del CENELEC
La 49a Assemblea Generale
del Comitato
Europeo per la
Normativa Elettrotecnica, tenutasi il 16 Novembre 2009 a
Bruxelles,
ha
eletto per acclamazione David
DOSSETT nuovo Presidente del CENELEC, con effetto immediato, fino al 31
Dicembre 2012. Dossett vanta una notevole esperienza in questo ruolo, essendo
stato Vice Presidente del CENELEC per 3
anni e Presidente ad interim dal 2 Ottobre 2009 a seguito delle dimissioni del
precedente Presidente, Dietmar Harting.
Dossett è presidente esecutivo di
BEAMA, l’Associazione delle Industrie
Elettroniche, e Direttore della BEAMA
Installation, l’Associazione commerciale
nel Regno Unito per i fabbricanti di sistemi per impianti elettrici.
Nuovi membri e affiliati
La 49a Assemblea Straordinaria del
CENELEC ha approvato l’ingresso,
come membro effettivo, dell’Istituto Croato di Normativa (HZN) a partire dal 1
Gennaio 2010. Il nuovo ingresso porta
CEN – EUROPEAN COMMITTEE
a 31 il numero di membri effettivi del
FOR STANDARDIZATION
Comitato. L’Assemblea generale ha
(www.cen.eu)
anche approvato l’ingresso di due nuovi
affiliati: il Centro Nazionale Libico di
CEN-CENELEC Infodesk
Standardizzazione
e
Metrologia
L’Infodesk CEN-CENELEC riceve (LNCSM) e il Comitato di Standardizza-
T_M ƒ 12
zione della Repubblica di Bielorussia
(BELST). Entrambe le affiliazioni sono
effettive dal 1 Gennaio 2010 e portano
a 11 il numero di affiliati al CENELEC.
EA – EUROPEAN CO-OPERATION
FOR ACCREDITATION
(www.european-accreditation.org)
Memorandum di Intesa con il
WELMEC – Cooperazione Europea nella Metrologia Legale
WELMEC è la cooperazione tra gli organismi nazionali di Metrologia Legale e gli
stati membri dell’UE e dell’EFTA e delle
nazioni che sono state formalmente identificate come candidate per l’adesione
all’UE e all’EFTA, il cui obiettivo principale è quello di stabilire un approccio armonico e condiviso alla metrologia legale in
Europa. In occasione dell’Assemblea
generale EA, svoltasi il 27-28 Maggio
2009 a Lussemburgo, è stato stilato un
Memorandum di Intesa con il WELMEC,
che prevede l’invito a rappresentanti
WELMEC a partecipare alle riunioni dell’Assemblea Generale EA e ai lavori dei
Comitati Tecnici, gruppi di lavoro e task
forces EA. Entrambe le organizzazioni
potranno organizzare iniziative di formazione congiunte, quali conferenze, seminari, simposi o incontri di formazione.
ETSI - EUROPEAN
TELECOMMUNICATIONS
STANDARD INSTITUTE
(www.etsi.org)
L’Istituto Europeo di Standardizzazione
per le Telecomunicazioni (ETSI) produce
norme per l’Information and Communications Technology (ICT) applicabili a
livello globale, che comprendono tecnologie di comunicazioni fisse, mobile,
radio, broadcast e internet.
ETSI è ufficialmente riconosciuta dall’UE come Organizzazione Europea
di Normativa. L’elevata qualità del
suo lavoro e l’approccio aperto alla
standardizzazione hanno aiutato l’Istituto nell’acquisizione di una reputazione d’eccellenza tecnica. ETSI è
un’organizzazione mondiale non-profit, con 766 aderenti provenienti da
63 Paesi di 4 continenti.
N. 01ƒ
;2010
L’Associazione degli istituti Metrologici
Nazionali (EURAMET) è l’Organizzazione Metrologica Regionale (OMR)
europea. Coordina l’attività di cooperazione con gli Istituti Metrologici Nazionali (IMN) europei in settori quali ricerca in metrologia, riferibilità delle misurazioni alle Unità SI, riconoscimento
internazionale degli Standard di Misura
e delle Abilità di Taratura e Misurazione
dei suoi membri. Tra queste attività,
EURAMET è responsabile per l’elaborazione e messa in opera di un Programma Europeo di Ricerca Metrologica
(EMRP). EURAMET e.V. è un’Associazione Registrata di diritto tedesco.
EURAMET pubblica una nuova
guida alla Taratura
EURAMET è lieta di annunciare la
pubblicazione di una nuova Guida
alla Taratura: si tratta della “Guida
per la determinazione dell’incertezza
nella taratura gravimetrica di volume”, sviluppata dal Comitato Tecnico
EURAMET per il Flusso, che può essere scaricata dal sito
www.euramet.org/index.php?id=
calibration-guides.
IEC – INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL COMMITTEE
(www.iec.ch)
Nuovo presidente IEC
Il Tedesco Klaus
Wucherer
è
stato eletto nuovo presidente
dell’IEC, in occasione della
73a Riunione
Plenaria
del
Consiglio, svoltasi a Tel Aviv,
Israele.
Wucherer è stato Presidente del DKE,
il comitato nazionale tedesco dell’IEC, dal 2000. È membro del Comitato di Sorveglianza del VDE, l’Associazione Tedesca per le Tecnologie
▲
EURAMET – EUROPEAN
METROLOGY RESEARCH
PROGRAMME
(www.euramet.org)
DA ENTI E IMPRESE
Elettriche, Elettroniche e dell’Informazione, di cui è stato Presidente dal
2003 al 2005.
Inoltre è stato Vice Presidente Esecutivo della Siemens AG e membro del
Comitato Esecutivo Corporate della
Siemens dal 2000 al 2007. Le sue
responsabilità hanno riguardato, tra
l’altro, l’A&D (Automazione e Drives),
I&S (Soluzioni e servizi industriali) e le
regioni economiche di Asia e Australia. È stato membro del Consiglio di
Amministrazione di numerose società
del Gruppo Siemens e, attualmente,
Wucherer è anche nel Board di SAP
AG, Infineon Technologies AG e Leoni
AG.
Wucherer, laureato in Ingegneria Elettrica e Meccanica all’Università Tecnica di Chemnitz, è Professore Onorario presso la stessa Università, presso
l’Università di Scienze applicate di
Osnabruck e la Tongji University di
Shanghai, Cina. È, infine, guest professor alla Nanjing’s Southeast University e alla Jinan’s Shandong University, entrambe in Cina.
to e i più recenti sviluppi della fisica
(www.inrim.it/ldm/cd_ldm/html/
index.html).
INMRI – ISTITUTO NAZIONALE DI
METROLOGIA DELLE RADIAZIONI
IONIZZANTI (www.inmri.enea.it)
Elenco centri SIT nel settore
delle radiazioni ionizzanti
L’Istituto Nazionale di Metrologia delle
Radiazioni Ionizzanti (INMRI-ENEA)
svolge attività di ricerca sui metodi di
base e sui mezzi di misura delle radiazioni ionizzanti con particolare riferimento alle necessità della radioterapia,
della radiodiagnostica e della radioprotezione. A tale riguardo l’Istituto
svolge il ruolo assegnato all’ENEA
dalla Legge 11 agosto 1991 n. 273 sul
sistema metrologico nazionale. In relazione a questo ruolo, l’Istituto deve assicurare a livello nazionale la funzione di
Istituto Metrologico Primario tramite la
realizzazione dei campioni nazionali e
la disseminazione, mediante tarature,
delle unità di misura nel settore delle
radiazioni ionizzanti.
International Energy Outlook
L’Istituto svolge inoltre le funzioni pre2009
Il sito IEC contiene un link al Report viste dal D. Lgs. 17 marzo 1995, n.
internazionale sull’Energia 2009, che 230 e dal D. Lgs. 27 maggio 2000,
si trova sul sito dell’Energy Informa- n. 241 in relazione all’obbligo di
taratura e ai criteri di approvazione
tion Administration (EIA):
degli strumenti di misura delle radiawww.eia.doe.gov/oiaf/aeo.
zioni ionizzanti per l’esercizio della
radioprotezione. Sul sito dell’INMRI,
INRiM - ISTITUTO NAZIONALE
all’indirizzo http://www.inmri.
DI RICERCA METROLOGICA
enea.it/download.htm, si trova
(www.inrim.it)
un elenco dei centri di taratura SIT nel
settore delle radiazioni ionizzanti.
Il nuovo CD Multimediale
“Il linguaggio delle misure”
Sul sito è possibile scaricare o sfo- OIML - INTERNATIONAL
gliare i contenuti del CD Multimediale ORGANIZATION
"Il Linguaggio delle Misure", realizza- FOR LEGAL METROLOGY
to in occasione delle celebrazioni per (www.oiml.org)
l’Anno Mondiale della Fisica dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologi- Nuova Raccomandazione
ca (INRiM). Frutto del lavoro di un Internazionale
gruppo di ricercatori, coordinati dalla È stata pubblicata sul sito dell’OIML la
dottoressa Anita Calcatelli, il CD pre- nuova raccomandazione internazionasenta le sette unità fondamentali del le “Instruments for the continuous mea“Sistema Internazionale di Misura” e surement of SO2 in stationary source
illustra lo stretto legame che intercorre emissions”. Scaricatela dal sito:
tra le ricerche che conducono alla www.oiml.org/publications/R/
loro definizione e al loro mantenimen- R143-e09.pdf
T_M ƒ 13
DA ENTI E IMPRESE
▲
Sergio Sartori
A Torino una struttura
per la nanofabbricazione
Nanofacility Piemonte
A NEW FACILITY FOR NANOFABRICATION IN TURIN:
NANOFACILITY PIEDMONT
A new initiative, promoted by the National Primary Institute INRiM of Turin,
with the partnership and financial support of the Compagnia di San Paolo,
is presented.
RIASSUNTO
Viene presentata un’iniziativa, portata Avanti dall’Istituto Metrologico INRiM e
realizzata con i finanziamenti della Compagnia di San Paolo, che permetterà
ai ricercatori di sviluppare progetti di nanotecnologie e nanometrologia.
LE STRUTTURE COINVOLTE
IL PERSONALE IMPEGNATO
Il 4 dicembre 2009 è stata inaugurata
la struttura denominata NanoFacility
Piemonte, www.nanofacility.it.
La struttura nasce su un progetto dell’INRiM (Istituto Nazionale di Ricerca
Metrologica, Torino), con un finanziamento di 1,2 milioni di euro assegnati al progetto dalla Compagnia di San
Paolo1 nell’ottobre del 2008, per l’acquisto di un diffrattometro a raggi X e
di due sistemi di microscopia elettronica avanzata, l’uno dual beam ionico ed elettronico, l’altro a scansione
dotato di microanalisi. La strumentazione è stata fornita dalla FEI Company, Tools for Nanotechnology
(www.fei.com), che ha sedi produttive negli USA, in Olanda, in Giappone e in Cina.
L’INRiM, già da oltre un decennio
impegnato nella ricerca sulle nanotecnologie e sulla nanometrologia, affianca alla nuova struttura (un laboratorio di circa 60 m2, ristrutturato,
adattato e tenuto in funzione a spese
dell’INRiM, con un investimento di
circa € 200 000 e un costo annuo
per la gestione e manutenzione di
circa € 50 000) i preesistenti 240 m2
di laboratori, 200 m2 dei quali camere pulite in classe 100 000 e 20 m2
in classe 100, nonché altri laboratori
per ulteriori 80 m2 ancora da ristrutturare.
Coinvolti nel progetto, tramite convenzioni apposite, sono il Politecnico di
Torino e l’Università di Torino. Già in
partenza l’intervento lungimirante della
Compagnia di San Paolo può contare
sull’adesione ai progetti di ricerca, che
si stanno rapidamente consolidando, di
un bacino di ricercatori di oltre 160
unità, dei quali 40 dall’INRiM e i
restanti dalle due Accademie coinvolte.
La presentazione delle nuove apparecchiature e dei progetti di ricerca già
definiti (alcuni in cerca di finanziamenti)
è stata affidata a giovani ricercatori,
che hanno portato la testimonianza del
loro entusiasmo e delle loro energie per
la ricerca ad alto livello.
UN PIANO APERTO
Come hanno voluto sottolineare i rappresentanti ufficiali dei tre partner del
piano, NanoFacility Piemonte è una
infrastruttura aperta a qualunque
apporto esterno. Già si è fatto avanti
l’Istituto Italiano di Tecnologia2, che si
è impegnato ad aprire a Torino nel
2010 una sua nuova sede.
Anche, e soprattutto, le aziende italiane potranno partecipare ai progetti
in corso o proporne di propri: basterà
scrivere a [email protected] per
ricevere informazioni ed essere indi-
rizzati allo specialista, tra i tanti ricercatori coinvolti, più vicino alle tematiche d’interesse.
LA NUOVA STRUMENTAZIONE
1. Il microscopio elettronico a
scansione (SEM-FEG). Può essere
impiegato in due modi: imaging e
microanalisi. La risoluzione del fascio
arriva a 2 nm e fornisce informazioni
topografiche sulla superficie dei campioni esaminati e informazioni sulla composizione chimica e fisica dei campioni.
2. Il microscopio elettronico dual
beam, oltre a fornire l’imaging elettronico, consente anche l’imaging ionico
in trasmissione, la nanolitografia (scrivere su micro aree con risoluzione fino
a 30 nm), il nanomachining (tagliare,
ridurre, affinare con precisioni nanometriche), la caratterizzazione elettrica in
situ. Su questo strumento possono essere anche esaminati e lavorati campioni
biologici, grazie alla possibilità di non
operare in alto vuoto (situazione che
porterebbe alla disidratazione dei campioni) ma anche a pressioni non lontane da quella ambiente.
3. Il diffrattometro a raggi X serve per l’identificazione di composti
cristallini (farmaci, composti intermetalli), per l’analisi di film sottili, di materiali massivi e di polveri, per la determinazione di spessore, densità, rugosità di film sottili e multistrato, anche su materiali amorfi.
I PROGETTI
La sintetica presentazione dei progetti
ha richiesto oltre un’ora di illustrazioni, con la proiezione di affascinanti
immagini della natura vista a livello di
[email protected]
T_M
N.
1/10 ƒ 15
N. 01ƒ
;2010
Laboratorio NanoFacility Piemonte.
A sinistra il microscopio a doppia colonna
(ionica ed elettronica) “Dual Beam Quanta 3D
ESEM FEG”. A destra il Microscopio Elettronico
a Scansione Inspect F SEM FEG
con sistema di microanalisi EDAX
■
singoli atomi. Qui ci limiteremo a un
elenco centrato principalmente su
obiettivi e applicazioni, lasciando
l’approfondimento al contatto diretto
con i ricercatori coinvolti:
• Fabbricazione di dispositivi superconduttori, quali quelli atti a ottenere
un campione quantico di corrente elettrica, da affiancare a quelli esistenti di
resistenza e tensione.
• Costruzione di giunzioni Josephson
per applicazioni metrologiche, che si
affianchino, con migliori prestazioni,
a quelle già realizzate nell’INRiM, tra
le quali il campione da 1 V costituito
da 8196 giunzioni, al momento in
fase di valutazione in collaborazione
con il PTB3.
• Affrontare il problema dell’informazione quantica, passo essenziale
verso i calcolatori quantici e la crittografia sicura.
• Fabbricazione di dispositivi ibridi a
singolo elettrone, anche mirati alla
realizzazione di un campione di corrente elettrica mediante il conteggio
di elettroni, in grado di dare informazioni aggiuntive sulla temperatura e
sugli effetti dell’ambiente circostante
sulle nanostrutture.
• Realizzazione di nanostrutture
magnetiche, film sottili in grado di
contribuire a innovazioni profonde
nella registrazione magnetica, nei
sensori per il monitoraggio dei parametri ambientali, nella biomedicina.
• Realizzazione di sensori di forza
risonanti al silicio con microcantilever.
• Crescita di nanotubi e altre nanostrutture, quali punte sagomate.
• Studio di proprietà a livello nanometrico
di materiali e strutture metalliche, per
applicazioni quali la produzione e lo stoccaggio d’idrogeno, lo sviluppo di materiali catalitici anche per applicazioni foto-
DA ENTI E IMPRESE
voltaiche, lo studio di interazioni tra superfici tecniche e materiali biologici, l’analisi
dell’adesione tra materiali e cellule, lo sviluppo di sensori cellulari.
• Studi sui fenomeni di corrosione. Misure di microdurezza con la possibilità di
ottenere informazioni anche sulle superfici laterali della nanoindentazione.
CONSEGUENZE DEL PIANO
Esse sono state ben riassunte nella constatazione esposta da uno dei presentatori dei progetti: ciò che ieri potevamo fare solo appoggiandoci all’estero,
ora possiamo progettare e realizzare
in Italia. NanoFacility Piemonte costituisce, pertanto, un eccezionale incremento della qualità dei dispositivi a
livello di dimensioni nanometriche producibili in Piemonte; essi saranno realizzabili con migliori capacità e offriranno maggiori possibilità di competere, a livello internazionale, sia alla ricerca italiana sia alle aziende operanti nel territorio nazionale.
NOTE
1 www.compagniadisanpaolo.it. Fin
dal 25 gennaio 1563 la Compagnia di San
Paolo è stata un’istituzione al servizio della
società in cui è radicata. Oggi la Compagnia
è una fondazione di diritto privato, tra le
maggiori in Europa, retta da un proprio Statuto adottato nel marzo 2000. Il finanziamento al piano Nanofacility Piemonte risponde a tre scelte strategiche della Compagnia:
dare alta priorità a progetti di ricerca; riconoscere l’importanza delle nanotecnologie e
sostenerne lo sviluppo; sostenere collaborazioni e sinergie tra enti di ricerca.
2 www.iit.it, l’Istituto Italiano di Tecnologia
(IIT), fondazione di diritto privato che viene
istituita con legge n. 326 del novembre
2003, nasce con l’obiettivo di promuovere
lo sviluppo tecnologico del paese e l’alta formazione in ambito scientifico/tecnologico.
L’IIT ha optato per un modello organizzativo
ispirato alle migliori esperienze nazionali e
internazionali, combinando un laboratorio
centrale che si avvale di scienziati di rinomata fama con un network di laboratori
eccellenti, che contribuiscono ad approfondire specifici punti del programma.
3 PTB è l’istituto metrologico nazionale
della Germania.
T_M ƒ 17
MISURE OTTICHE
IL
TEMA
Luca Fumagalli, Paolo Tomassini, Giorgio Libretti, Marco Trebeschi,
Marco Zanatta, Franco Docchio
Telemetria laser avanzata:
nuove applicazioni
Monitoraggio dimensionale dei treni in transito e altre applicazioni
ADVANCED LASER TELEMETRY FOR VEHICLE MONITORING
AND OTHER INDUSTRIAL APPLICATIONS
To prevent train accidents inside railway tunnels, a project has been
launched for the installation of train monitoring portals. The first experimental portal, and a second operative one, have been installed by SIRTI
S.p.A., respectively in Rastignano and Formia. Our company has developed the multisensory architecture for the dimensional and thermal monitoring of the trains. One of the key elements is the shape acquisition sensor,
based on scanning telemetry. The second portal is equipped with a novel
shape acquisition system based on time-of-flight telemetry, which will be
described in this paper.
RIASSUNTO
Per prevenire incidenti ferroviari all’interno di gallerie, le Ferrovie dello
Stato hanno lanciato piano d’installazione di un numero di portali di monitoraggio. Il primo portale sperimentale, e un secondo portale operativo, sono stati installati dalla Società SIRTI S.p.A., rispettivamente a Rastignano e
Formia. La nostra Società ha sviluppato l’architettura multisensore per il
monitoraggio dimensionale e termico dei convogli. Uno degli elementi chiave è il sensore di acquisizione della forma, basato su telemetria a scansione. Il secondo portale è equipaggiato con un sistema d’acquisizione di forma innovativo, che si basa sulla telemetria a tempo di volo e verrà descritto in questo lavoro.
MONITORARE I TRENI
IN TRANSITO:
UNA NECESSITÀ CRESCENTE
Il monitoraggio veloce e accurato di
treni prima dell’ingresso in stazioni o
gallerie sta ottenendo una sempre
maggior popolarità per la prevenzione d’incidenti. Tra le misure di elezione ai fini del monitoraggio c’è quella
del profilo 3D del treno per la verifica
della presenza di sporgenze o disallineamenti di carichi, così come quella
della temperatura di singole parti del
treno (boccole o reofori) per la prevenzione d’incendi in galleria o in stazione. Q-Tech s.r.l. è uno dei partner
in un progetto impegnativo, lanciato
da Ferrovie dello Stato, e ha la
responsabilità dello sviluppo del sistema di misura del profilo 3D, dei sensori termici e visivi e di tutto il SW per
il controllo e la sincronizzazione dei
sensori. Scopo del progetto è produr-
re allarmi nel caso che (i) i profili
misurati eccedano i valori massimi (in
accordo con le direttive internazionali), e (ii) le temperature misurate siano
più elevate di soglie predefinite.
Per la misura 3D dei profili è convenzionalmente utilizzata la telemetria a
scansione. Il requisito del progetto
prevede la scansione di 600 profili
3D di tutto il treno al secondo, ciascuno di 1024 punti, Ciò richiede un telemetro operante ad alta frequenza, in
combinazione con un sistema di scansione a specchio rotante. Il primo progetto di Q-Tech s.r.l. (per il portale di
Rastignano) ha visto l’utilizzo di due
telemetri commerciali a misura di fase
[1-2] con alcune limitazioni operative
dovute ai limiti di esposizione dei
laser. Nel secondo portale si è deciso
di affrontare lo sviluppo di un proprio
telemetro a tempo di volo [3-4], caratterizzato da una maggiore affidabilità. Inoltre la necessità di monitorare
contemporaneamente due binari (e
quindi quattro unità di scansione), unitamente a vincoli di budget per l’intero progetto, ha portato allo sviluppo
del concetto di telemetro distribuito, in
cui una singola stazione di trasmissione e ricezione alimenta in multiplexing
le quattro stazioni remote che contengono l’ottica di scansione. In questo
sistema distribuito brevettato [5-6], il
corpo del telemetro è schermato dall’ambiente esterno e lontano dal treno
in movimento e alimenta le quattro
stazioni mediante fibre ottiche di trasmissione e ricezione.
Il sistema opera a 400 KHz e ha un
intervallo dinamico esteso, per operare con ampi intervalli di riflettività
diffusa e di angoli di riflessione dei
treni sotto test. L’utilizzo di un laser
con impulsi inferiori al nanosecondo
consente accuratezze inferiori al
centimetro alla distanza di alcuni
metri.
L’ARCHITETTURA DISTRIBUITA
DEL SISTEMA
La Fig. 1 mostra l’architettura distribuita del telemetro.
Il telemetro è composto da quattro
stazioni di misura, chiamate 1l, 1r,
2l e 2r. L’unità di controllo contiene il
modulo di trasmissione con la sorgente laser, i componenti ottici per la
formazione del fascio, i rivelatori e
l’elettronica per il condizionamento
dei segnali e la loro gestione. Ogni
stazione remota è connessa all’unità
di controllo mediante fibre di trasmissione e rivelazione e segnali di
controllo.
Q-Tech s.r.l., Rezzato BS
[email protected]
T_M
N.
1/10
T_M ƒ
ƒ 19
19
N. 01ƒ
;2010
principale da BS1 è
inviata a un secondo
divisore a fibra ottica
BS2 che divide l’impulso in parti uguali.
Le due fibre in uscita
trasportano l’impulso
alle stazioni di scansione sinistra (Tl) e
destra (Tr) del treno.
Le due fibre sono, a
loro volta, collegate
a uno switch 2x4,
che alimenta quattro
uscite, a due a due
contemporanee.
Queste uscite sono,
rispettivamente, T1l,
T1r, e T2l, T2r, (1 e 2
identificano i binari)
e sono connesse alle
stazioni remote di
scansione tramite fibre ottiche (Fig. 3)
con diametro del
nucleo di 100 µm.
▲
Figura 1 – Schema complessivo del telemetro distribuito
IL
TEMA
Figura 3 – Dettaglio dell’ottica
di collimazione del ricevitore (RCO)
L’elettronica di misura
I segnali in uscita dai quattro APD
sono elaborati dall’elettronica di misura, che consta di amplificatori a transimpedenza ed elettronica di condizionamento del segnale. Questa alimenta un discriminatore a frazione costante a quattro canali (CFD) per la
misura dell’istante d’arrivo di ciascun
impulso e, all’uscita da questo, un
convertitore tempo – distanza che forSezione di ricezione nisce la distanza desiderata. Tutto il
Le fibre di ricezione controllo dell’unità è svolto da una
(400 µm di nucleo) FPGA.
dalle quattro stazioni
remote, (R1l, R1r,
R2l e R2r), sono ac- LA MISURA DEL PROFILO
Figura 2 – Schema ottico dell’unità centrale del sistema,
coppiate a un secon- DEI TRENI
con l’ottica di trasmissione e ricezione
do switch. L’uscita di
quest’ultimo va a Il telemetro laser è stato caratterizzaLa Fig. 2 mostra un dettaglio delle due fibre che trasportano il segnale to in modo completo, sia in azienda
unità di trasmissione e ricezione del sinistro e destro, Rl e Rr. L’impulso di sia dopo l’installazione sul portale.
telemetro.
ritorno è dunque accoppiato al- La misura della dispersione a impulLa sezione di trasmissione
l’impulso di start tramite un’ottica di so singolo, ottenuta con bersaglio
La sezione di trasmissione del sistema collimazione e un combinatore di fisso di riflettività nota (85%, corriè illustrata nella parte superiore della fascio (RCOl e RCOr). Il combinatore spondente a un valore di S/N di
Fig. 2. La sorgente laser è un laser a permette di ottenere un’elevata dina- 100), e alla temperatura di 25° ±
fibra con una potenza media di mica di segnale accoppiando, sui 1°C, ha fornito un errore standard di
1,5 W, che fornisce impulsi con due canali, rispettivamente il 90% 5 mm e un’accuratezza complessiva
tempo di salita di 0,7 ns, e durata a dell’impulso di start al 10% dell’im- di 2,4 mm.
metà altezza di 2,1 ns. La fibra del pulso di ritorno o viceversa. A secon- I test sono stati ripetuti a varie distanlaser ha dimensioni di nucleo/mantel- da del valore dell’impulso di ritorno ze nominali (0,5 – 20 m). I risultati
lo di 100 µm/150 µm. La frequenza (che dipende dalla riflettività e dal- sono illustrati in Fig. 4 che mostra, in
di ripetizione degli impulsi è di l’angolo di riflessione) uno o l’altro funzione della distanza nominale, la
400kHz.
dei segnali è utilizzato nel prosie- distanza misurata (asse sinistro) e l’accuratezza a singolo impulso (asse
L’uscita del laser a fibra è accoppiata guo.
a un primo divisore di fascio, BS1, Ogni RCO è equipaggiato con due destro). Si noti l’eccellente linearità
che preleva 1% dell’impulso e lo invia fotodiodi a valanga a elevate presta- dello strumento, con errori contenuti
direttamente alla sezione di rivelazio- zioni, che rivelano il treno d’impulsi nella fascia -5 mm - +5 mm su tutto
ne, al fine di operare come riferimen- costituito dall’’impulso “start” e dal- l’intervallo di misura.
Il telemetro distribuito è stato montato (Re), o “start” della misura. L’uscita l’impulso “stop”.
T_M ƒ 21
N. 01ƒ
; 2010
▲
IL
TEMA
a)
Figura 4 – Grafico della distanza misurata
(quadrati, scala sinistra) e dell’accuratezza a singolo impulso
(rombi, scala destra) in funzione
della distanza nominale a 400 kHz
to sul portale in prossimità della stazione di Formia (linea Roma – Napoli). L’unità centrale è stata posizionata in uno shelter isolato da vibrazioni e sbalzi termici e le stazioni remote sono state montate sul portale, per
il monitoraggio delle sagome destra
e sinistra del treno su ciascuno dei
due binari. La lunghezza delle fibre
variava da 50 a 100 m, a seconda
della posizione della stazione remota. La frequenza degli impulsi è stata
fissata a 400 kHz, e ciò ha permesso l’acquisizione di un profilo completo dei lati sinistro e destro del
treno ogni 1,4 ms. Ciò corrisponde
a una risoluzione longitudinale di
8 cm per un treno che passa alla
velocità di 200 km/h. (il convoglio
completo, di lunghezza 500 m, contiene circa 4 milioni di punti di misura). Un risultato del monitoraggio di
un treno passeggeri è illustrato in
Fig. 5. Le due figure mostrano una
visualizzazione 3D dei singoli punti
di misura, senza filtraggi o medie,
di parti del treno. L’intensità associata a ciascun punto è derivata
dalla sovrapposizione di mappe 2D,
ottenute con telecamere lineari operanti nel visibile. Il treno transitava
alla velocità di 100 km/h, dunque
la distanza tra due scansioni adiacenti è di 4 cm.
I risultati ottenuti sono sicuramente indi-
T_M ƒ 22
cativi per il procesb)
so di monitoraggio
dei treni e per la riFigura 5 – Profili 3D di un treno in transito (dati grezzi)
velazione di sbilanciamenti di carico e di porte aperte, prima dell’in- range finder techniques for fast, high pregresso del treno in tunnel o in vici- cision measurement applications, PhD Dissertation, Dept. Electronics, Univ. Oulu
nanza di stazioni.
Bibliografia
[1] A. Blug, C. Baulig, M. Dambacher, H.
Wölfelschneider, H. Höfler: Novel laser
scanners for 3D mapping of railway tracks
or roads. Conference on Optical 3-D Measurement Techniques 8, 2007.
[2] H. Höfler, C. Baulig, A. Blug, H. Wölfelschneider, O. Fleischhauer, H. Wirth, J.
Meier, C. Lehmkühler, H. Lenz: High
speed clearance profiling with integrated
sensors. World Congress on Railway
Research (WCRR), July 2006, Montreal.
[3] A. Kilpela: Pulsed time-of-flight laser
university press.
[4] K. Määttä, J. Kostamovaara, R.
Myllylä: Profiling of hot surfaces by pulsed
time-of-flight laser range finder techniques,
Appl. Opt. Vol. 32, pp. 5334-5347, Sept.
1993.
[5] L. Fumagalli, P. Tomassini, M. Zanatta,
F. Docchio: A 400kHz, high-accuracy
laser telemeter for distributed measurements of 3D profiles. Accepted in IEEE
Transactions on Instrumentation and Measurements (2009).
[6] L. Fumagalli, P. Tomassini, M. Zanatta,
and F. Docchio: Laser Telemeter for Distributed measurements of object profiles. Italian patent (granted).
Luca Fumagalli si è
Paolo Tomassini si è
laureato nel 2000 in Inlaureato nel 1998 con logegneria Elettronica alde in Ingegneria Elettronil’Università di Brescia con
ca all’Università di Breuna tesi sulla metrologia
scia, dove ha conseguito
di fasci laser. Cofondatoil Dottorato di Ricerca in
re di Q-Tech s.r.l., ne è
Strumentazione Elettronica ed è stato assegnista di Ricerca Amministratore Delegato.
presso il Laboratorio di Optoelettronica. È cofondatore e attuale Presidente
di Q-Tech s.r.l.
IL
TEMA
Umberto Perini, Elena Golinelli, Iva Gianinoni, Claudio Cherbaucich,
Sergio Musazzi
Tecniche elettroottiche per
misure nel sistema elettrico
Innovazioni ERSE per la sicurezza e l’affidabilità del sistema
ELECTRO-OPTICAL TECHNIQUES FOR MEASUREMENTS
IN THE THE ELECTRIC SYSTEM
The paper describes several innovative electro-optical measuring techniques, developed by ERSE within the research activities aimed at increasing safety and reliability of the electric power system. We present two diagnostic techniques, for the evaluation of the degree of contamination of HVline isolators by marine salt, and for the monitoring of the formation of ice
sleeves on the aerial conductors, together with a new technique for the
measurement of the turbine input temperature in turbo-gas generators.
RIASSUNTO
Quest’articolo descrive alcuni strumenti elettroottici innovativi, sviluppati da
ERSE nell’ambito delle attività di ricerca relative alla sicurezza e all’efficienza del sistema elettrico. I sistemi riguardano due tecniche diagnostiche,
concepite per la valutazione dello stato di contaminazione degli isolatori
delle linee AT da sale marino e per il monitoraggio della formazione di
manicotti di ghiaccio sui conduttori delle linee aeree, e una nuova tecnica
di misura per la rivelazione della temperatura d’ingresso turbina nei generatori turbogas.
LE TECNICHE ELETTROOTTICHE
PER IL SISTEMA ELETTRICO
La crescente richiesta d’energia nel
nostro Paese comporta necessariamente l’esigenza di migliorare sia le
prestazioni sia l’affidabilità del sistema elettrico nazionale. Questa esigenza si traduce, da un lato, nella
richiesta di realizzazione di nuovi
impianti di produzione, dall’altro,
nella domanda di soluzioni innovative
che consentano di potenziare le prestazioni dei sistemi di produzione e
trasmissione dell’energia elettrica
attualmente esistenti.
Per i sistemi di trasmissione dell’energia elettrica assumono particolare
interesse le tecniche diagnostiche e
manutentive che consentono di prevenire l’insorgenza di guasti e malfunzionamenti sulle linee elettriche, cui
normalmente conseguono ingenti perdite economiche legate all’interruzione del servizio. Nel campo della
generazione va, invece, assumendo
sempre maggior importanza il requi-
operare da posizione remota in
maniera non intrusiva e all’elevata
sensibilità e selettività ai parametri di
interesse.
UN SISTEMA LASER
PER IL MONITORAGGIO
DEI MANICOTTI DI GHIACCIO
E DEL FRANCO DA TERRA
SULLE LINEE AEREE
Uno dei problemi che affliggono le
linee elettriche è la crescita di formazioni di ghiaccio sui conduttori. Questo fenomeno può causare ingenti
danni ai conduttori e portare, in alcuni casi, alla rottura dei tralicci di sostegno. Per evitare questi problemi,
causa di disservizi di lunga durata,
con conseguenti ingenti perdite economiche e forti disagi per le aree interessate dal guasto, è indispensabile
caratterizzare il fenomeno e individuare le condizioni meteorologiche
tipiche in cui esso si può verificare. A
questo fine è stato sviluppato un sistema a scansione laser in grado di
monitorare, in tempo reale, la formazione e l’accrescimento dei manicotti
di ghiaccio sui conduttori.
Il principio di funzionamento del sistema si basa sulla rivelazione della luce
retrodiffusa dal conduttore intercettato
dalla scansione di un fascio laser. La
durata temporale del segnale retrodiffuso è proporzionale al diametro del
conduttore (oppure al diametro esterno della formazione di ghiaccio),
mentre il suo ritardo rispetto al segnale di pilotaggio della scansione è proporzionale all’altezza da terra del
conduttore [1]. Quest’ultima informa-
sito di flessibilità degli impianti di produzione, cioè la capacità di rispondere in tempi brevi alle richieste dell’utenza elettrica.
Da ciò discende la necessità di ottimizzare il funzionamento di macchine, quali i generatori turbogas, in
grado di fornire una rapida risposta
alle variazioni di carico. Tale ottimizzazione può avvenire, ad esempio,
attraverso il controllo della temperatura dei gas di combustione, che può
pertanto essere portata molto vicina
ai limiti di resistenza termica dei
materiali utilizzati nei combustori.
Sia le richieste di monitoraggio/controllo dei componenti delle reti elettriche, sia le necessità di misura della
temperatura nei turbogas possono
essere soddisfatte con dispositivi innovativi di natura elettroottica. I sistemi
di misura basati su principi elettroottici possono, infatti, rappresentare
un’importante alternativa ai sistemi
tradizionali, grazie all’isolamento
intrinseco e all’immunità ai disturbi ERSE S.p.A. Milano, Italy
elettromagnetici, alla possibilità di [email protected]
T_M
N.
1/10 ƒ 23
zione può essere utilizzata, a seconda delle condizioni meteorologiche,
per verificare l’allungamento del conduttore causato da dilatazioni termiche in situazioni di elevato trasporto
di energia e di alta temperatura ambientale.
Le misure sono effettuate posizionando il sistema ottico (mostrato in Fig. 1)
a una distanza di circa 20 metri dalla
linea elettrica, facendo in modo che
la scansione del fascio avvenga in un
piano perpendicolare a quello di giacitura del conduttore.
Figura 1 – Sistema basato
sulla scansione laser
Il sistema è stato caratterizzato in
laboratorio in condizioni reali,
mediante un simulacro che riproduce la crescita del ghiaccio su un conduttore (i risultati della simulazione
sono mostrati in Fig. 2). I due grafici mostrano i segnali (ampiezza in
funzione del tempo) acquisiti in
assenza (diametro 30 mm) e in presenza dello strato di ghiaccio (diametro ~60 mm) con lo strumento
posto a 20 m dal manicotto di
ghiaccio. I picchi più alti rappresentano il contributo della luce retrodiffusa dal conduttore ghiacciato, mentre i picchi secondari sono dovuti a
retroriflessioni dalla parete del laboratorio. La durata dei picchi più alti
è proporzionale al diametro del conduttore. In particolare, la durata del
picco relativo al conduttore ghiacciato è di 0,05 s, che corrispondono
T_M ƒ 24
N. 01ƒ
; 2010
▲
IL
TEMA
a 2 000 campioni del segnale registrato. Assumendo una accuratezza
della rivelazione pari circa all’1%,
si ricava che l’accrescimento radiale
del ghiaccio può essere stimato con
un’accuratezza di circa 0,5 mm.
Il sistema è stato provato anche in
Induced Breakdown Spectroscopy
(LIBS), metodo spettroscopico che
consente di effettuare l’analisi puntuale delle specie atomiche presenti
nel campione d’interesse. La tecnica
si basa sulla generazione di un plasma a elevata temperatura della
sostanza che si vuole
analizzare e sulla successiva analisi delle
righe di emissione
degli atomi ionizzati
presenti nel plasma. Il
plasma è ottenuto mediante irraggiamento
della superficie in esame con un fascio laser di elevata densità
di potenza.
Figura 2 – Segnali in assenza (sopra)
Al fine di valutare l’ape in presenza (sotto) del manicotto di ghiaccio
plicabilità della tecnica
LIBS all’analisi dell’inpresenza simultanea di elevata illu- quinamento salino degli isolatori è
minazione ambiente e di precipita- stato realizzato l’apparato sperizioni simulate (pioggia intensa). Il mentale mostrato in Fig. 3.
rumore introdotto dal segnale retro- L’apparato di misura è costituito da un
diffuso dalle gocce d’acqua è stato
ridotto effettuando medie su diverse
scansioni, mentre il rumore di fondo,
dovuto alla luce ambiente e al rumore elettronico, è stato ridotto utilizzando un filtro interferenziale posto
davanti al rivelatore ed eseguendo
un filtraggio digitale a banda stretta
del segnale.
RIVELAZIONE DI DEPOSITI
SALINI SU ISOLATORI DI LINEA
CON TECNICA LIBS
Quando sugli isolatori delle linee
elettriche di media e alta tensione si
deposita un sottile strato di sale
marino (NaCl) (fenomeno presente
sulle linee situate in prossimità della
costa), in presenza di forte umidità il
sale si scompone negli ioni Na+ e
Cl- riducendo la resistenza dell’isolatore. Poiché questo fenomeno comporta un forte aumento delle possibilità di scarica superficiale, è stata
avviata un’attività di ricerca finalizzata allo sviluppo di una tecnica in
grado di monitorare lo stato di contaminazione degli isolatori.
La tecnica individuata è la Laser-
Figura 3 – Apparato sperimentale LIBS
laser a Nd:YAG operante alla frequenza fondamentale (λ=1 064 nm)
con energia d’impulso di 25 mJ e
durata di 7 ns. La luce emessa dal plasma che si genera è raccolta da una
fibra ottica e inviata allo spettrografo.
La luce, scomposta nelle sue componenti cromatiche, è rilevata da una
streak camera il cui segnale d’uscita
viene, a sua volta, visualizzato attraverso una telecamera a CCD. L’immagine spazio-temporale dello spettro
prodotta da questa è inviata a un PC
per l’analisi dettagliata dello spettro a
diversi ritardi. Due generatori d’impulsi garantiscono la sincronizzazione dei diversi dispositivi sperimentali,
fornendo i segnali di trigger che abilitano il funzionamento della streak
camera e della sorgente laser.
Per valutare le potenzialità della tec-
SONDA OTTICA
PER LA MISURA
DELLA TEMPERATURA
D’INGRESSO TURBINA
▲
IL
TEMA
essere assimilabile a un corpo nero
(per cui Abs(λ,T)~1) l’irradianza di
corpo grigio dipende solo da
WB(λ,T), secondo la nota legge di
Planck. Selezionando con un filtro l’intervallo spettrale (corrispondente a
una banda IR di assorbimento della
CO2) e raccogliendo attraverso un
accesso ottico la radiazione emessa
dai gas, si otterrà quindi un segnale
dipendente dalla temperatura in
modo noto.
Lo schema di principio del sistema per
la misura della TIT su impianto è riportato in Fig. 5. Il sistema è costituito da
tre sottosistemi principali:
– sonda ottica, che s’interfaccia con il
combustore e i relativi componenti
ottici per la raccolta del segnale;
– unità di rivelazione, alla quale è
convogliato, mediante fibra ottica, il
segnale generato dal gas;
– unità di acquisizione e analisi dei
dati.
La radiazione IR proveniente dalla
fibra ottica è dapprima collimata,
quindi filtrata per mezzo di un filtro
interferenziale centrato alla lunghezza d’onda λc selezionata (in modo da
avere Abs(λc,T)~1 nel ∆λ di lavoro) e,
infine, focalizzata su un rivelatore
fotoconduttivo raffreddato. Il segnale
in uscita è amplificato e inviato alla
scheda d’acquisizione collegata con
il PC. Tutto il sistema è controllato da
un software, che estrae un valore
medio del segnale ed effettua la registrazione dei dati rilevati.
Prove preliminari, effettuate in labora-
Com’è noto, per massimizzare il rendimento degli impianti turbogas, la
temperatura dei gas di combustione
dev’essere portata molto
vicino ai limiti di resistenza
termica dei materiali utilizzati nei combustori. La possibilità di avere informazioni in tempo reale sulla Temperatura di Ingresso Turbina
(TIT) consentirebbe, pertanto, sia di operare in sicurezza in prossimità di tale limite, sia di prevedere con
maggior affidabilità la vita
residua delle parti più critiche della “hot section”.
Attualmente,
a causa delle
Figura 4 – Evoluzione temporale dello spettro
condizioni
di
misura estredella luce emessa dal plasma generato
me (T=500 °C, P=20 bar e
in un provino ricoperto da NaCl
flussi di gas a velocità di
decine di m/s), non esiste
nica sono state inizialmente effettua- strumentazione commerciale adatta
te misure in condizioni controllate, per l’utilizzo su impianti in esercizio.
utilizzando per i test provini di vetro Per questo motivo è stato sviluppato un
ricoperti NzCl puro. La Fig. 4 sistema di misura della temperatura
mostra
l’evoluzione
temporale basato sulla rivelazione della radia(0,8–10 µs) dello spettro della luce zione elettromagnetica emessa dalla
emessa dal plasma generato. Come CO2 presente nei gas di combustione,
si può notare, in corrispondenza dei che consentirebbe di ricavare informadue picchi d’emissione del sodio zioni in tempo reale sulla TIT senza
(individuati nel grafico da due linee richiedere l’inserimento di alcuna sonverticali), lo spettro misurato presen- da all’interno del flusso di gas.
ta due avvallamenti ben definiti che Nella tecnica innovativa utilizzata
denunciano un fenomeno di auto- (variante della piromeassorbimento da parte del plasma. tria in emissione - assorCome previsto, l’ampiezza delle bimento), la grandezza
righe è massima nel primo microse- di misura è l’irradianza
condo dopo la generazione del pla- di corpo grigio H(λ,T),
sma (curva 1) e decade entro una definita come:
H(λ,T) = WB (λ,T)
decina di microsecondi (curve 2, 3,
* Abs (λ,T)
4, 5, 6).
Sono state, inoltre, eseguite misure dove λ è la lunghezza
su isolatori prelevati dall’esercizio, d’onda della radiazioche indicano chiaramente la presen- ne, WB(λ,T) è l’irradianza del doppietto del sodio e confer- za di corpo nero (su un
mano la possibilità di utilizzare que- angolo emisferico di
sta tecnica per scopi diagnostici. 2π) e Abs(λ,T) è l’assorAttualmente si sta studiando un siste- bimento del corpo grima LIBS in grado di operare in gio o della riga.
campo a distanza di 10-15 m dall’i- Nell’ipotesi che il gas
Figura 5 – Schema di principio del sistema per la misura della TIT
da misurare possa
solatore [2].
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N. 01ƒ
; 2010
▲
IL
TEMA
torio utilizzando una cella di misura
statica ad alta pressione (con concentrazione di CO2 del 4%) riscaldata a
circa 1 000 °C, dimostrano che il
segnale IR è ben correlato con la temperatura (misurata tramite termocoppie) e presenta una soddisfacente
ripetibilità [3].
Il sistema di misura è stato anche
installato su un banco prova combustori a piena scala. Qui la sonda ottica è raffreddata ad acqua e raggiunge il bordo dei gas caldi per
mezzo di un tubo metallico, mantenuto in sovrapressione mediante un
flusso d’aria o azoto. Nella Fig. 6 è
mostrato un esempio di misura durante un ciclo di funzionamento del
combustore. La curva 1 rappresenta
l’andamento del segnale mediato
misurato dal sistema TIT. Gli altri
parametri riportati sono forniti dal
sistema di controllo del banco prova
e rappresentano rispettivamente: la
pressione all’interno della camera di
combustione (2), la concentrazione
di CO2 (3) e la temperatura adiabatica calcolata (4).
Quest’ultima grandezza è quella con
cui può essere confrontato il valore
misurato dal sensore TIT. Nell’intervallo di funzionamento del combustore
(tra le linee tratteggiate), in cui la
pressione si è mantenuta stabile all’interno della camera di combustione, si
può notare che il segnale TIT è molto
ben correlato con la temperatura
adiabatica. In questo intervallo è pos- NOTA
sibile stimare una sensibilità di misura
dell’ordine di ±10 K, che risulta suffi- 1 In precedenza, CESI Ricerca.
ciente per seguire le fluttuazioni tipiche dei combustori turbogas.
RINGRAZIAMENTI
Questo lavoro è stato finanziato dal
Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo di Programma tra CESI RICERCA e il Ministero dello Sviluppo Economico D.G.E.R.M. stipulato in data 21 giugno 2007 in ottemperanza del DL n.
73, 18 giugno 2007.
BIBLIOGRAFIA
Umberto Perini è attualmente responsabile
del Laboratorio Elettroottica di ERSE. L’attività di
ricerca è attualmente focalizzata sulla diagnostica di componenti del Sistema Elettrico mediante tecniche elettroottiche.
[1] E. Golinelli, U. Perini, S. Musazzi, G.
Pirovano: Dispositivo laser per il monitoraggio della freccia e della formazione di
manicotti di ghiaccio sulle linee AT. Atti
del 10° Convegno Nazionale “Strumentazione e metodi di misura elettroottici",
Milano, 10-12 Giugno 2008.
[2] S. Musazzi, U. Perini, G. Rizzi: ProElena Golinelli è atgetto di un sistema LIBS per misure a
tualmente inserita nel Ladistanza su isolatori delle linee AT contaboratorio Elettroottica di
minati con sale. FOTONICA 2009, Pisa,
ERSE. Negli ultimi anni
27-29 Maggio 2009.
ha sviluppato un sistema
[3] I. Gianinoni, E. Golinelli, U. Perini:
prototipale per il moniOptical probe for the turbine inlet temperature measurement in gas turbine plants.
toraggio delle linee di
In “Sensors and Microsystems”, G. Di alta tensione.
Francia ed., World Scientific.
Figura 6 – Misura in continua sul banco prova 1 - segnale IR della TIT
T_M ƒ 26
Sergio Musazzi è ricercatore presso ERSE. Ha
svolto attività sperimentale e di coordinamento di
progetti di ricerca principalmente nei settori della
metrologia ottica, sviluppo di strumentazione ottica per attività
spaziale, telerilevamento da satellite
(tecniche SAR) e diagnostica industriale
nel settore elettrico.
Claudio Cherbaucich
è Vicedirettore del Dipartimento TTD (Tecnologie
per la Trasmissione e Distribuzione) di ERSE e responsabile del progetto
di Ricerca “Studi sullo Sviluppo del Sistema Elettrico e della Rete
Elettrica Nazionale”, finanziato dal
fondo di Ricerca di Sistema Elettrico.
Iva Gianinoni si è specializzata in fotochimica
laser al Max-Planck- Institut
di Garching (Germania).
Nel Dipartimento Tecnologie di Trasmissione e Distribuzione di ERSE è coinvolta nel progetto di ricerca “Impatto sul
sistema elettrico della potenziale diffusione dei veicoli elettrici”.
IL
TEMA
Simone Corbellini, Domenico Mombello, Alessandra Neri, Marco Piantanida
Dalle Alpi alle Piramidi
La tecnologia al servizio del Patrimonio Culturale
FROM ALPS TO PYRAMIDS: TECHNOLOGY FOR CULTURAL
HERITAGE
A measurement system specifically developed to monitor microclimatic conditions and volatile pollutants in historic buildings and museums is presented. The system employs minimally invasive sensors which can be equipped
with specific fibre optic based transducers for the measurement of gaseous
compounds such as H2S and mercury vapour. The system is being used in
the Villa della Regina in Turin and in the Coptic Museum in Cairo.
RIASSUNTO
Presentiamo in quest’articolo un sistema ottico di misura sviluppato per il
monitoraggio delle condizioni microclimatiche e degli inquinanti volatili
presenti in edifici storici e musei. Il sistema fa uso di sensori a minima invasività, che possono essere equipaggiati con specifici trasduttori a fibra ottica per la misura di composti gassosi, quali acido solfidrico e vapori di mercurio. Il sistema è attualmente utilizzato nella Villa della Regina a Torino e
al Museo Copto al Cairo.
basso), è esposta una preziosa collezione di manufatti in argento, simbolo
della cristianità in Egitto. Questi reperti
sono soggetti a un graduale tarnishing
dovuto all’interazione con composti solforati presenti nell’atmosfera, quali H2S
(acido solfidrico), e alla conseguente
formazione di uno strato di solfuro d’argento (Ag2S). La rimozione dello strato
di solfuro richiede l’impiego di metodi
meccanici e sostanze chimiche abrasive lesive per le decorazioni.
In entrambe le applicazioni è necessario monitorare le condizioni ambientali con sensori in grado di rivelare la presenza di composti aggressivi
anche in basse concentrazioni [2-3].
In entrambi gli scenari il sistema di
LE MISURE NEI BENI CULTURALI:
UN PROBLEMA ARDUO
interventi invasivi. Per queste ragioni
abbiamo sviluppato una soluzione
che prevede lo sviluppo di sensori
L’Italia ha un’elevata concentrazione di progettati ad hoc e di architetture di
beni culturali spesso soggetti a degra- misura a bassa invasività.
do, a causa delle scarse risorse disponibili per la loro conservazione. Per ottimizzare l’uso di tali risorse è indispen- DUE ESEMPI D’APPLICAZIONE:
sabile impiegare sistemi di monitorag- LA VILLA DELLA REGINA
gio continuo degli edifici storico-cultura- A TORINO
li e dei manufatti archeologici in essi E IL MUSEO COPTO DEL CAIRO
conservati. Progettazione, installazione
e uso di questi sistemi sono, tuttavia, un Il primo esempio d’applicazione è la
problema delicato e complesso, che Villa della Regina [1] a Torino (Fig. 1,
richiede strumentazione specifica per il in alto), danneggiata durante la seconcontrollo del microclima e della presen- da guerra mondiale e in fase di restauza di composti volatili e tossici. La situa- ro. Le stanze della Villa contengono
zione è, inoltre, aggravata dall’architet- specchi antichi di particolare pregio,
tura degli edifici storici e dalla necessi- realizzati secondo la tecnica in uso a
tà d’installare impianti di condiziona- quel tempo che prevedeva l’utilizzo di
mento e di misura in strutture non pre- un amalgama di mercurio e stagno per
creare uno strato riflettente di mercurio
disposte per tali sistemi.
Nonostante siano commercialmente liquido contro il vetro. Questi specchi
disponibili numerosi dispositivi per l’e- presentano gravi problemi di conservasame dei parametri ambientali, non è zione, dovuti all’instabilità dell’amalgafacile trovare sensori in grado di rile- ma mercurio-stagno. Il processo di
vare gli inquinanti presenti. Inoltre i degrado può essere rallentato evitando
dispositivi commerciali hanno solita- che l’amalgama subisca brusche variamente un impatto visivo non trascura- zioni di temperatura e umidità.
bile e la loro installazione richiede Nel Museo Copto del Cairo (Fig. 1 in
Figura 1 – (1.a) La Villa della Regina,
(1.b) Il Museo Copto del Cairo
monitoraggio dev’essere installato
garantendo un impatto visivo trascurabile: i sensori devono essere di dimensioni ridotte, a basso rischio d’incendio, capaci di operare per lunghi
periodi senza manutenzione, installabili senza l’impiego di fili il cui mascheramento sarebbe molto problematico.
Politecnico di Torino
[email protected]
T_M
N.
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N. 01ƒ
; 2010
UNA RETE DI SMART BUTTON
Un’architettura di monitoraggio che rispetti tutti i requisiti è stata realizzata impiegando nodi di misura denominati smart button, capaci di trasmettere le misure con tecnologia wireless e personalizzabili in base alla grandezza fisica da misurare.
Figura 2 – (2.a) Architettura del sistema realizzato,
(2.b) Smart button
L’architettura di uno smart button è mostrata in Fig. 2.a. Gli
smart button sono realizzati in due forme e dimensioni diverse: circolare, con diametro 2 cm e spessore 5 mm (Fig. 2.b),
oppure rettangolare, con spessore di soli 3 mm e area
10 cm2. I bottoni sono alimentati per mezzo di una batteria
al Litio e basati su un System On Chip della Texas Instruments, che ingloba un microcontrollore, un modulo radio a
RF, 32 kB di memoria Flash e 4 kB di memoria RAM.
I bottoni possono integrare un sensore d’area massima
5x5 mm2 o gestire uno o più sensori esterni di dimensioni maggiori. La trasmissione dei dati a un concentratore avviene via radio, alla frequenza di 2,4 GHz, e ha
portata di una quindicina di metri. Una rete di ripetitori
(proxy) alimentati dalla rete elettrica permette di estendere la dimensione dell’area coperta. Per minimizzare il
consumo d’energia i bottoni sono mantenuti in modalità
dormiente. La radio, la parte del sistema che consuma
più energia, si attiva solo per l’invio dei dati.
La rete è dinamicamente riconfigurabile mediante l’aggiunta o la rimozione automatica di sensori. Tutti i sensori
possono essere riconfigurati e riprogrammati a distanza,
per ottimizzare le strategie di misura e minimizzare il consumo della batteria (che ha durata di alcuni anni).
LA MISURA DI UMIDITÀ E TEMPERATURA
Per le misure d’umidità e temperatura viene montato un
sensore commerciale (SHT11 Sensirion) sul bottone. I bottoni, tarati in una camera climatica, sono in grado di misu-
T_M ƒ 28
N. 01ƒ
;2010
LA MISURA DEGLI INQUINANTI
I sensori commerciali per la misura
degli inquinanti hanno sensibilità insufficiente per rilevare le ridottissime concentrazioni d’inquinante in gioco; si è
pertanto deciso di realizzare un sensore specifico ad accumulo, con modalità
operativa simile ai dosimetri per radiazioni ionizzanti. Il sensore si basa su
una fibra ottica rivestita e sfrutta il cambiamento dell’attenuazione nella trasmissione della luce, dovuta all’interazione tra la parte di campo elettromagnetico che fuoriesce dalla fibra
(campo evanescente) e un sottilissimo
strato di materiale deposto sulla superficie della fibra, che reagisce con l’inquinante da misurare. Questa misura di
attenuazione non necessita di strumenti
costosi per l'analisi spettrale [4-6] e,
seppur meno sensibile di questi, è molto
più economica e adatta a essere replicata in molti esemplari.
Il sensore utilizza una fibra ottica plastica (POF), più economica delle fibre
di vetro [7] e con caratteristiche marcatamente multimodali, così da permettere una più forte interazione col
campo evanescente. La fibra commerciale utilizzata ha un nucleo di PMMA
di 0,98 mm, circondato da un mantello fluoropolimerico di spessore
0,01 mm. Nel caso in cui l’inquinante
d’interesse sia il mercurio, l’elemento
sensibile depositato è l’oro, che reagisce con il mercurio, mentre nel caso
del H2S il materiale è l’argento, che si
trasforma in solfuro di argento (Ag2S).
A seguito dell’etching chimico per la
rimozione del mantello si procede alla
deposizione dell’elemento sensibile sul
nucleo utilizzando uno spessore di
40 nm, che non attenua eccessivamente il campo evanescente ma produce
una variazione significativa dell’attenuazione. La fibra così preparata è
incollata a un LED e a un fotodiodo,
montati alle due estremità tramite una
colla a base di PMMA lasciata polimerizzare a temperatura ambiente per 5
giorni. Il sensore è successivamente collegato allo smart button: iI segnale del
fotodiodo viene opportunamente acquisito, mentre una parte del bottone pilota impulsivamente il LED.
Entrambi i sensori di gas sono stati provati inserendo il circuito in una camera
di prova in vetro con volume di 5 l in
cui sono stati iniettati gli inquinanti. La
Fig. 3 mostra un esempio di misura in
cui sono state effettuate 7 iniezioni di
gas, ciascuna con un picco di concentrazione di circa 0,08 ppm della durata di circa 20 minuti (corrispondenti a
un integrale di esposizione di meno di
0,02 ppm per ora). La variazione di trasmittanza, anche in presenza di valori
così bassi di gas, è significativa e facilmente misurabile.
Durante tutta la prova il sistema ha
seguito la temperatura del laboratorio, che è variata nell’intervallo tra
28 °C e 35 °C, con effetti sulla misura inferiori a 1% di trasmittanza.
▲
rare la temperatura con incertezza
minore di 2 °C, nel campo di temperatura esteso tra -40 °C e +80 °C, e con
incertezza minore di 0,5 °C, tra 20 °C
e 40 °C. L’umidità è misurata con incertezza di circa 3%.
IL
TEMA
condotte le prove alla pressione di saturazione del mercurio (0,24 Pa a
25 °C). Per ottenere questa condizione,
nella camera di prova sono stati inseriti
10 ml di Hg liquido e la camera è stata
sigillata per evitare fuoriuscite di vapore all’esterno. La tensione di vapore,
ottenuta quasi istantaneamente, corrisponde a un valore d’un ordine di grandezza superiore rispetto al valore di
sicurezza prescritto dalla normativa
(TLV Threshold Limit Value); quindi i risultati ottenuti dovranno essere confermati
da prove a concentrazioni inferiori.
La Fig. 4 mostra la risposta del sensore esposto all’inquinante per 400 ore,
durante le quali la concentrazione di
Hg rimane costante.
Figura 4 – Risposta del sensore di Hg
Figura 3 – Prova di esposizione ottenuta
con 7 iniezioni di gas di oltre 10 giorni
Dai dati ottenuti si deduce che il sistema
è in grado di rilevare concentrazioni
minime d’inquinante. L’andamento della
trasmittanza è proporzionale all’esposizione del sensore all’inquinante stesso. È
importante evidenziare che il dispositivo
funziona sfruttando la stessa reazione di
tarnishing che subirebbe un manufatto in
argento esposto all’atmosfera aggressiva. Il sensore è, quindi, in grado di fornire una valutazione dello stato di conservazione del reperto evidenziando
l’insorgere di situazioni critiche.
Per il sensore di vapori di mercurio, il
cui sviluppo è ancora in corso, si sono
Un’attenuazione significativa si osserva
nelle prime 50 ore di esposizione. In
seguito il rapporto di trasmissione della
fibra rimane costante e la risposta del
sensore è condizionata solo dall’escursione della temperatura della stanza.
Questi primi risultati mostrano che il
sistema proposto è in grado di rilevare
concentrazioni di mercurio difficili da
misurare con un sensore commerciale,
ma evidenzia anche che la sensibilità,
in questo caso, è notevolmente inferiore
rispetto a quella ottenuta per l’acido solfidrico.
LA CAMPAGNA DI MISURE
IN CORSO
A Villa della Regina è attualmente è in
corso una campagna di misure con
smart button, posizionati in cinque
stanze della Villa, con diverse esposizioni. I bottoni sono programmati per
T_M ƒ 29
effettuare una misura ogni 30 minuti e
la campagna ha una durata prevista
di 1 anno. Al momento tutti i sensori
sono equipaggiati per la misura di
umidità e temperature (Fig. 2.b), ma
si prevede l’installazione di una serie
di sensori di mercurio, non appena le
prove in laboratorio saranno completate.
Le Figg. 5.a e 5.b si riferiscono alle
variazioni d’umidità relativa e temperatura esaminate in un mese, durante
il periodo estivo. Gli smart button
hanno rilevato una variazione di temperatura nel campo ±5 °C e una fluttuazione d’umidità relativa tra il 40%
e il 70%. Tutti i sensori hanno registrato una notevole escursione di temperatura nei primi 7 giorni, correlata
ai problemi di condizionamento dell’edificio.
Gli smart button posizionati in stanze
con esposizione a Nord hanno misu-
T_M ƒ 30
N. 01ƒ
; 2010
▲
IL
TEMA
rato un’umidità relativa sempre maggiore del 50% rispetto agli altri sensori. Il deterioramento maggiore delle
tappezzerie si è verificato proprio in
quelle stanze. Poiché gli smart button
possono essere posizionati a contatto
dei pannelli di legno e possono raccogliere dati senza essere rimossi per
un lungo periodo, questa risulta essere un’interessante soluzione per il
monitoraggio dell’umidità presente
direttamente sui muri.
Per quanto riguarda il Museo Copto
del Cairo, si prevede il posizionamento dei bottoni per la misura del
contenuto di acido solfidrico nel
2010.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
Figura 5 – Andamento di T (5.a)
e H (5.b) nella Villa della Regina
[1] C. Mossetti (a cura di), La Villa della
Regina, Torino 2007.
[2] L.S. Selwyn, Historical Silver: Storage,
N. 01ƒ
;2010
NEWS
▼
Display and Tarnish Removal, Journal of
International Institute for Conservation of
Historic and Artistic Works, Canadian
Group, 1990, 15, pp. 12-22.
[3] A. Lins, N. McMahon, The inhibition of
silver tarnishing, Current problems in the
Conservation of Metal Antiquities, Tokyo
National Institute of Cultural Properties,
1989, pp. 135-162.
[4] Kanagawa et al., Fiber-optic conical
microsensors for surface plasmon resonance using chemically etched single-mode
fiber, Analytica Chimica Acta, Vol. 523,
pp. 165-170, 2004.
[5] M. Morisawa et al., Plastic optical
fibre sensor for detecting vapour phase
alcohol, Meas. Sci. Technol., Vol. 12, pp.
877-881, 2001.
[6] Mu-Chun et al., Dual fiber-optic FabryPerot interferometer temperature sensor
with low-cost light-emitting diode light
source, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 47, pp.
3236-3239, 2008.
[7] O. Ziemann, J. Krauser, P. E. Zamzow,
W. Daum, POF Handbook: Optical Short
Range Transmission Systems, Springer.
HBM COMPIE
I SUOI “PRIMI” 60 ANNI
COME LEADER
DELL’INNOVAZIONE NEL
MONDO DELLE MISURE
HBM, leader mondiale nel settore della tecnica di misura, festeggia quest’anno il suo
60° compleanno, confortato da numeri che
mostrano una continua crescita: da sei
decenni, infatti, le sue soluzioni di tecnica
di misura forniscono, in milioni di applicazioni, elevate prestazioni, sicurezza ed efficienza in tutti i settori, dall’automotive
all’aeronautica, dall’edilizia alla produzione e sviluppo di prodotti.
Nel 1950, con appena dieci impiegati,
l’ingegnere tedesco Karl Hottinger avvia
questa azienda per lo sviluppo e la produzione di pregiati strumenti di tecnica di
misura. Oggi la HBM (Hottinger Baldwin
Messtechnik) è un “global player” nel settore, con prodotti e servizi per l’intera catena di misura, dai trasduttori ai sistemi elettronici di acquisizione dei dati di misurazione, fino ai complessi software di valutazione e analisi, il tutto completato da un
servizio di assistenza professionale.
Oggi, come sessant’anni fa, i prodotti
HBM permettono di ottenere risultati di
misura estremamente precisi, affidabili,
NOTE
1 Gli autori desiderano ringraziare l’Arch.
Simona Albanese e la Dott.ssa Cristina
Mossetti della Soprintendenza per i Beni
Storici, Artistici ed Etnoantropologici del
Piemonte, per l’attiva collaborazione nella
campagna di misure presso la Villa della
Regina a Torino; e la Prof.ssa Venice
Gouda del National Research Center
(NRC) del Cairo, per gli spunti e le preziose discussioni relative alle problematiche di conservazione dei manufatti metallici esposti presso il Museo Copto.
■
IL
TEMA
Marco Piantanida Ingegneria Elettronico. Assegnista di ricerca presso il Dip.
Scienza dei Materiali e
Ingegneria Chimica del
Politecnico di Torino: sviluppo della parte elettronica per sensori chimici basati su fibra ottica.
Simone Corbellini Ingegnere Elettronico, ha conseguito il Dottorato di Ricerca in
Metrologia nel 2006. Lavora
ai sistemi di misura distribuiti,
strumentazione “intelligente”
Domenico Mombello basata su microcontrollori e sviluppo di reti
laureato in Biologia all’U- sensori wireless a bassa potenza.
niversità di Torino, ove ha
conseguito il Dottorato di
Alessandra Neri IngegneRicerca in Biosensoristica
re Elettronico, ha in corso il
Vegetale e per l'Ambiente
Dottorato di Ricerca in Menel 2008. È impiegato al
trologia. Studia lo sviluppo di
Politecnico di Torino presso il Dipartimensensori ottici per grandezze
to di Scienza dei Materiali ed Ingegneria chimiche e fisiche e lo sviluppo e la caratterizChimica con un Assegno di Ricerca.
zazione di sistemi di acquisizione eterogenei.
sicuri ed efficienti in diecimila applicazioni
(su aerei, automobili, ponti, turbine a
vento, ecc.). Il fattore che sta alla base di
questo straordinario successo è chiaro: da
sempre la multinazionale tedesca punta
sull’innovazione e la qualità, caratteristiche molto apprezzate dai clienti. I suoi amplificatori di misura, come il quasi leggendario strumento di misurazione a elevata
precisione DMP39 e il sistema universale
MGCplus, impiegato in migliaia di applicazioni, sono diventati pietre miliari per
l’intero settore. Nel 1986, inoltre, HBM è
stata la prima azienda in Germania a ottenere la certificazione del suo Sistema di
Gestione per
la Qualità secondo la norma internazionale ISO
9001.
L’innovazione
e lo sviluppo
della tecnica
di misura rappresentano
da sempre i
principali
obiettivi
di
HBM, che negli scorsi anni
ha potuto ampliare notevolmente
il
proprio portafoglio prodotti e soluzioni, sia gra-
zie a sviluppi propri sia tramite acquisizioni aziendali mirate. Il marchio HBM nCode
offre soluzioni software altamente professionali per i test virtuali; Genesis HighSpeed offre agli utenti sistemi di acquisizione dei dati con le cadenze di interrogazione più elevate; HBM SoMat è invece la
soluzione ideale per condizioni di impiego
particolarmente critiche. Infine, con il
nuovo sistema di acquisizione dei dati di
misurazione QuantumX, universale e ultracompatto, HBM ha già aperto le porte
della misurazione del futuro.
Per ulteriori informazioni:
www.hbm.com/it
T_M ƒ 31
AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE
14-15 Aprile 2010
Torino - Lingotto Fiere
Soluzioni innovative e Tecnologie
per l’Industria e la Ricerca - www.affidabilita.eu
IL PROGETTO
AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE, nella quarta edizio-
ne (14/15 aprile 2010), gioca le sue carte migliori, predisponendo un progetto ambizioso, in linea
con il proprio binomio: offrire a due diverse tipologie di visitatori due programmi
specifici e specialistici, caratterizzati dall’attualità e innovatività dei contenuti, tra
loro complementari e sinergici.
AFFIDABILITA’ = TESTING & METROLOGY
Si vuole soddisfare l’esigenza di garantire affidabilità
ai propri committenti, una tematica manifestata dai
responsabili aziendali dell’area Controlli Qualità, del
Laboratorio e delle Misure, dei Controlli on line, della
Manutenzione e della Produzione: per questi visitatori è previsto un Programma veramente unico, assolutamente il più completo in Italia, che si articola sui due
giorni (14 e 15 Aprile 2010), arricchito da tre Convegni di spicco, organizzati con la
collaborazione dei massimi esperti della Ricerca e dell’Industria, e da decine di Seminari pratici, curati dalle Società espositrici. La parte espositiva, ancora più ampia
rispetto alla precedente edizione, sarà qualificata dalla presenza dei principali pro-
duttori e dalle centinaia di proposte di strumenti, metodi e soluzioni
specialistiche (ad esempio: ACQUISIZIONE DATI, ACUSTICA, CERTIFICAZIONI e OMOLOGAZIONI, COLORIMETRIA, CONTROLLI, DIAGNOSI, ENERGIA - MISURA E RISPARMIO ENERGETICO, INTERFERENZE
ELETTROMAGNETICHE, METROLOGIA, PROVE DISTRUTTIVE E NON
DISTRUTTIVE, SICUREZZA, STATISTICA, VIBRAZIONI e STRESS, VISIONE ARTIFICIALE).
TECNOLOGIE = RESEARCH & TECHNOLOGY
Sono state prese in considerazione le fondamentali esigenze di innovare per incrementare la competitività aziendale, temi attualissimi per Decisori aziendali, Ricerca e Sviluppo, Ufficio Progettazione e Tecnico, Centri di Ricerca. Per tale tipologia
di visitatori viene organizzato uno specifico programma, decisamente completo e
specialistico, articolato sui due giorni (14 e 15 Aprile 2010), con 5 Convegni, decine di Seminari Pratici e una qualificata e completa presenza di società espositrici che illustreranno le loro novità (ad
esempio: ANALISI e CALCOLI, CAD - CAE – CAM –
CFD, DESIGN, INFORMATICA SPECIALISTICA, LAVORAZIONI SPECIALI, MATERIALI COMPOSITI e SPECIALI, NANOTECNOLOGIE, PROTOTIPAZIONE e PRODUZIONE RAPIDA, REVERSE
ENGINEERING, SERVIZI ALLE IMPRESE, SIMULAZIONE, SISTEMI AVANZATI DI PRODUZIONE, VIRTUAL TESTING).
AFFIDABILITÀ: ESPOSIZIONE E TEMATICHE
TESTING E METROLOGIA
CERTIFICAZIONI • OMOLOGAZIONI
Tematiche di primaria importanza per le aziende di produzione, impegnate a garantire costantemente la massima affidabilità
e qualità ai propri committenti
e consumatori. AFFIDABILITA’
& TECNOLOGIE, con l’esposizione di centinaia di strumenti e macchine per il
controllo e la
misura, destinati alle più svariate applicazioni, è la più completa manifestazione
specialistica dedicata a un pubblico di visitatori attento ed esigente. Le tecnologie esposte sono veramente numerose e la loro semplice elencazione risulterebbe comunque riduttiva. Per la prossima edizione sono attese molte novità e un’ulteriore crescita delle società espositrici, che proporranno il più importante evento specialistico dell’anno, irrinunciabile appuntamento per migliaia
di visitatori. Va, inoltre, segnalata la
presenza dell’INRIM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica), che
organizzerà alcuni convegni dedicati a tematiche innovative in ambito
metrologico, di sicuro interesse per
operatori e ricercatori e per le
aziende utenti di misure, prove e
controlli.
La presenza dei primari Organismi di Certificazione e Omologazione, Laboratori Prove
e Centri di Taratura rappresenta una ghiotta occasione per migliaia di visitatori, alla
ricerca di soluzioni alle loro esigenze in
materia di omologazione, certificazione,
taratura. Le Aziende stanno ricercando con
sempre maggiore attenzione fornitori in grado di offrire servizi “chiavi in
mano”, garantendo la massima conformità, affidabilità e competenza a costi
competitivi: ad AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE è possibile conoscere le migliori
realtà del settore, sia incontrando i loro esperti, presenti presso le postazioni
espositive, sia partecipando ai loro seminari tematici, dedicati a specifiche problematiche e alle relative soluzioni.
SCEGLI OGGI LA MIGLIORE OPPORTUNITÀ
METODOLOGIE PER COMPETERE
Per attuare l’innovazione competitiva, l’azienda deve pensare non solo all’adozione di particolari tecnologie e strumenti ma anche all’impiego di “metodologie” in grado di attivare e supportare i cambiamenti, a qualsiasi livello
(progettuale, organizzativo, produttivo, gestionale, ecc.). L’edizione 2010 di
AFFIDABI-LITA’ & TECNOLOGIE dedicherà ampio spazio, quindi, alle proposte
di consulenza e formazione che offrono veri e propri pacchetti di crescita guidata, relativamente a specifiche metodologie innovative, o servizi di outsourcing in merito alle stesse.
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La manifestazione specialistica dedicata a Decisori e Responsabili Tecnici di aziende operanti nelle filiere
AUTOMOTIVE, AEROSPACE, DEFENSE, RAILWAY, NAVAL & YACHT
GRANDI AZIENDE
partner della manifestazione
“Per fare un prodotto eccellente, sono indispensabili fornitori eccellenti”. Un’affermazione semplice e inoppugnabile, che chiarisce efficacemente come le Aziende fornitrici delle filiere industriali rappresentino il fondamento, solido e imprescindibile, del successo di ogni grande Costruttore. Come potrebbe competere e
svilupparsi il nostro Paese, se non esistessero migliaia di PMI appartenenti alle
filiere produttive ad alto contenuto tecnologico, in particolare AUTOMOTIVE, AEROSPACE, NAVAL & YACHT, DEFENCE, RAILWAY?
Molte Aziende leader delle principali Filiere industriali italiane rivestono un ruolo
di spicco nella costruzione del programma di AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE, nell’ottica di offrire il proprio fondamentale apporto alla crescita e al miglioramento
delle capacità competitive delle imprese fornitrici e subfornitrici italiane, presentando esperienze e testimonianze,
applicazioni innovative.
Gli organizzatori ringraziano, in particolare:
ALENIA AERONAUTICA,
ANSALDO BREDA, BOMBARDIER, CETENA-FINCANTIERI, CENTRO RICERCHE FIAT, COMAU, DENSO TS, ELASIS, ENEA, FIAT GROUP AUTOMOBILES, FIAT POWERTRAIN TECHNOLOGIES, FIDIA,
FIVES CINETIC GIUSTINA, IVECO, MAGNETI MARELLI, PIRELLI TYRE, POLITECNICO DI
TORINO, PRIMA INDUSTRIE, PROTOTIPO, SELEX GALILEO, SKF INDUSTRIE.
TECNOLOGIE: ESPOSIZIONE E TEMATICHE
VISIONE ARTIFICIALE
LAVORAZIONI E MATERIALI SPECIALI
Indispensabile connubio tra progettazione,
produzione e controllo qualità: si parla da
tempo della visione artificiale e delle sue
innumerevoli applicazioni ma, a nostro
avviso, si tratta di tecnologie ancora con
ampie possibilità di espansione, soprattutto
nel settore manufatturiero. Ad AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE le Aziende che
realizzano le linee di produzione (gli integratori) potranno trovare non solo le
novità dei principali fornitori di soluzioni e tecnologie ma anche indicazioni e
confronti da parte delle Grandi aziende loro clienti.
La capacità competitiva può aumentare con l’utilizzo di lavorazioni e tecnologie speciali, come il LASER, per taglio e saldatura, o il PLASMA a uso industriale, per particolari trattamenti. Anche l’impiego dei MATERIALI COMPOSITI è sempre più ampio, soprattutto nel settore dei mezzi di trasporto, per diminuire i pesi, risparmiare energia e migliorare le caratteristiche di veicoli, velivoli,
natanti. La presenza di numerose aziende
e centri di ricerca, fornitori di soluzioni,
tecnologie e competenze costituisce un
motivo di forte interesse per i visitatori,
alla continua ricerca di soluzioni concrete in
grado di soddisfare le specifiche esigenze.
CAD • SIMULAZIONE • PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Le opportunità di abbattere costi e time to
market, offerte da queste tecnologie, sono
veramente rilevanti e nessuna azienda
impegnata nella competizione può pensare di farne a meno. Grazie alla presenza
di tutti i principali fornitori di tali tecnologie, la manifestazione si propone come il
più completo e autorevole momento d’incontro tra domanda e offerta e offre ai
visitatori la possibilità di individuare la giusta soluzione in tema di CAD,
CAD–CAM, PROTOTIPAZIONE E PRODUZIONE RAPIDA, REVERSE ENGINEERING,
CAE, CFD, ANALISI E CALCOLO, SIMULAZIONE, VIRTUAL TESTING, PLM, ecc.
ENERGIA
Focus sul Risparmio energetico e sulla Qualità dell’energia
ad AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE. Nell’edizione 2010 saranno presentate innovative soluzioni e strumenti utili a incre-
ISCRIVITI OGGI: FAI LA SCELTA MIGLIORE!
NANOTECNOLOGIE
In ambito industriale si stanno diffondendo
prepotentemente tecnologie che, sino a
ieri, erano rimaste circoscritte all’ambito
scientifico, medico o della pura ricerca.
Oggi, soprattutto dove occorre offrire prodotti di altissima qualità, dalle performance innovative e di affidabilità assoluta, le nanotecnologie stanno conquistandosi un ruolo di spicco: nel settore aerospaziale e della difesa, ad esempio, nei quali sono da tempo presenti, ma la loro
diffusione è in piena evoluzione anche in settori più ampi, come l’automotive,
dove si moltiplicano nuove e interessanti proposte applicative.
mentare concretamente il risparmio energetico nelle Aziende di produzione, con
estrema attenzione nei confronti del controllo dell’impatto ambientale. Un ulteriore tema, di particolare interesse per i responsabili della manutenzione, è la
misura della qualità dell’Energia elettrica, aspetto direttamente collegato ai
temuti fermi macchina o impianti.
WWW.AFFIDABILITA.EU
GLI
ALTRI TEMI
MISURE E PROVE NON DISTRUTTIVE
Jens Lübbehüsen
Tomografia computerizzata
a raggi X
Test non distruttivi per l’analisi 3D di componenti automobilistici
guasti, aumentando l’affidabilità e la
sicurezza di componenti automobilistici, aerospaziali, e militari.
Una vasta gamma di sistemi è oggi
disponibile per effettuare misure TC
ad alta risoluzione. Sistemi a raggi X
a microfocalizzazione come x|Argos
di GE Sensing, per il controllo in
tempo reale di oggetti pressocolati di
grandi dimensioni (adattabili all’esecuzione di TC), hanno costi contenuRIASSUNTO
ti e sono quindi accessibili a imprese
La tomografia computerizzata (TC) a raggi X ad alta risoluzione è diventadi piccole dimensioni. Per la TC ad
ta un potente strumento di controllo per una notevole varietà di misure e
alta risoluzione e alta qualità, il
controlli. Questo lavoro presenta alcuni risultati di nanoTC ottenuti con
Nanotom è il primo sistema nano-TC
Nanotom, il primo sistema di tomografia computerizzata nanofocus
della GE a 180 kV con la capacità
180 V/15 W, concepito per applicazioni particolari con risoluzioni di
di analizzare campioni di piccole
voxel fino a 500 nm. Vengono anche presentati i risultati di TC del
dimensioni e con risoluzioni di voxel
V|Tome|x L 300, il primo sistema TC con tubo di 300 kV microfocus uniinferiori a 0,5 µm. Ciò consente di
polare per misure ad alto ingrandimento di componenti per autoveicoli.
misurare agevolmente superfici di
oggetti di plastica modellata, fusioni
LA TOMOGRAFIA
della struttura interna di componenti. di metalli leggeri e dettagli di variaCOMPUTERIZZATA A RAGGI X
Con la TC, infatti, è possibile misurazioni di materiale o della sua densiNEL CONTROLLO DIMENSIONALE re e visualizzare piccole differenze tà e porosità.
di contrasto, densità o porosità di
Nello scenario dell’ispezione moder- materiali. Le tecniche di TC sono
na e delle prove non distruttive l’otte- ideali per la misura di spessori di IMAGING A RAGGI X:
nimento di particolari e forme di pareti interne di oggetti pressofusi 3D E 2D A CONFRONTO
dimensioni più ridotte possibile è un complessi, spesso inaccessibili agli
aspetto prioritario. In presenza di scanner ottici o a contatto conven- Immagini 2D prodotte con il tradigeometrie complesse e miniaturizza- zionali. I dati di volume forniscono zionale imaging a raggi X presentazione di molti componenti di alta affi- informazioni per il Reverse Enginee- no ingrandimenti che variano, in
dabilità nei settori automobilistico, ring (RE) o per il raffronto con un genere, da 1:1 a 25.000:1. A queelettronico e aerospaziale, il rag- modello CAD. Queste funzionalità sti ingrandimenti, il riconoscimento
giungimento di un tale livello di det- contribuiscono alla diagnosi precoce di particolari molto piccoli è agevotaglio nella misura di particolari è del processo e ne identificano i punti le, con elevata precisione sui piani
talvolta difficile. Molti dei requisiti di di debolezza, aumentandone il ren- verticale e orizzontale delle immagicontrollo non possono essere soddi- dimento e la produttività.
ni (altezza e larghezza del campiosfatti con i tradizionali metodi di Gli attuali sistemi di micro e nanofo- ne). Viceversa, la profondità del
ispezione 2D a raggi X, a causa calizzazione sono adatti non solo campione è misurabile solo in termidelle limitazioni intrinseche della tec- all’analisi di materiali a basso assor- ni di intensità nella scala dei grigi o
nica. Ad esempio, non è misurabile bimento, come i tessuti sintetici, ma dei valori di densità. La singola vista
la profondità dei particolari, infor- anche della microstruttura interna di
mazione che in alcuni casi può rive- pezzi pressofusi, ceramiche o matestire importanza notevole nel proces- riali compositi ad alto assorbimento.
so di fabbricazione.
La TC ad alta risoluzione espande,
La Tomografia Computerizzata ad quindi, notevolmente la gamma dei GE Sensing & Inspection Technologies
alta risoluzione (TC) è un metodo effi- difetti rilevabili da raggi X nel con- GmbH, Wunstorf, Germania
cace di misura per la mappatura 3D trollo di processo e nell’analisi dei [email protected]
X-RAY COMPUTER TOMOGRAPHY: 3D ANALYSIS
OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
For a huge variety of inspection tasks, X-ray high-resolution computer tomography (CT) has become a powerful inspection tool. The paper shows nanoCT
results produced by the Nanotom, the first 180 kV/15 W nanofocus tomography system specifically tailored to voxel resolutions down to 500 nm. Furthermore, CT results of the v|tome|x L 300, the first CT system with a unipolar 300 kV microfocus tube for high magnification examinations and measurements of highly absorbing automotive components will be shown.
T_M
N.
1/10
T_M ƒ
ƒ 35
35
N. 01ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
2D consente di misurare con precisione un difetto, come il restringimento di una fusione o una crepa in
una saldatura, ma non consente di
misurare la profondità di tale difetto.
L’imaging 3D, viceversa, consente di
b)
a)
individuare e localizzare difetti in
profondità. La TC consente quindi di
determinare l’esatta ubicazione del
difetto nel campione e fornire informazioni su dimensioni, volumi e
densità di inclusioni e cavità. Grazie
all’elevato contrasto,
anche piccoli difetti
diventano rilevabili
(Fig. 1).
LA TC A ELEVATA
RISOLUZIONE
Figura 1 – 1.a: Immagine 2D a raggi X di una crimpatura di cavo.
Con l’imaging 2D è possibile ottenere solo l’informazione di densità
complessiva: i singoli cavetti di rame all’interno dell’area di crimpatura
non sono visibili. 1.b: Immagine 3D della crimpatura
con due intersezioni che mostrano i cavetti di rame
all’ingresso e all’uscita della crimpatura.
T_M ƒ 36
Per applicazioni di
controllo a raggi X a
elevata risoluzione, i
risultati più significativi sono ottenuti dalla
tomografia computerizzata ad alta risoluzione con una sor-
gente X a microfocus o nanofocus.
La risoluzione ottenibile è principalmente influenzata dalla dimensione
dello spot focale del tubo a raggi X,
che varia da pochi micron per un
tubo microfocus a 0,8 µm per un
tubo nanofocus più recente. I tubi
nanofocus raggiungono risoluzioni
fino a 200 nm, con modalità di focalizzazione diverse.
La TC si ottiene a partire da una
serie di immagini 2D a raggi X,
facendo ruotare il pezzo con incrementi di 1° fino a una completa rotazione (Fig. 2). Ogni proiezione 2D
contiene informazioni sulla posizione e la densità dei particolari dell’oggetto che assorbono i raggi.
L’accumulo di dati è poi utilizzato
per la ricostruzione numerica secondo viste trasversali o con visualizzazione 3D. La struttura 3D del volume
ricostruito è facilmente analizzata
N. 01ƒ
;2010
Figura 2 – Set-up di TC con il tubo a Raggi X
(a ds.), la tavola di manipolazione (al centro)
e i rivelatori (a sn.): il GE S&IT phoenix|x-ray v|tome|x
L 450 è equipaggiato con un tubo macrofocus
da 450 kV e un tubo microfocus da 240 kV,
e un rivelatore a matrice estesa (linea e multilinea).
Offre quindi una notevole varietà di applicazioni
d’ispezione e metrologiche per campioni
di dimensioni fino a 1 000 mm d’altezza
e 800 mm di diametro con risoluzioni
di voxel fino a 2 µm
Alcuni effetti fisici non completamente evitabili possono influenzare
la qualità della TC, quali il cosiddetto beam hardening (BH) all’interno del campione o altri artefatti. Per
ottimizzare la qualità del volume
3D, i sistemi di TC avanzati a microfocus e nanofocus possiedono una
serie di efficaci strumenti software
per ridurre gli artefatti e gli effetti di
BH, correggibili sia automaticamente (ad esempio, per fusioni d’alluminio o parti in plastica) o in modo
interattivo (per i prodotti multi –
materiale, quali filtri o componenti
elettronici).
fuori delle possibilità di molte piccole e medie imprese, poiché la TC ad
alta qualità richiedeva rivelatori a
pannello a costi elevati. Recenti sviluppi in GE S&IT phoenix|x-ray consentono oggi di proporre soluzioni
TC a basso costo, grazie a combinazioni di intensificatori d’immagini
e telecamere CCD da 2 MPixel. Uno
strumento che utilizza questa tecnologia è l’x|Argos (Fig. 3). Questo
dispositivo permette la scansione di
fusioni di dimensioni più elevate utilizzando un tubo direzionale microfocus. Con il suo manipolatore CNC
a sei assi, tra cui un braccio a C per
il tubo e il rivelatore, e il suo tubo
direzionale a elevata potenza,
x|Argos fornisce un’accuratezza di
misura e una risoluzione di focalizzazione elevate per l’ispezione di
campioni fino a 100 Kg. La dimensione del manipolatore si presta a
una gamma elevata di dimensioni
del campione (da campioni molto
piccoli fino a 3 m di altezza).
Figura 3 – Il sistema di TC x|argos,
che con il suo tubo da 240 kV
garantisce risoluzioni molto elevate
per l’ispezione in linea di campioni
fino a 100 kg, ed è adatto per TC 3D
Programmi di controllo completamente automatici consentono test di
campioni su larga scala in ambiente di produzione. Moduli aggiuntivi
Fino a poco tempo fa, i sistemi TC si possono essere creati utilizzando
collocavano in fasce di prezzo al di XE 2 , l'ambiente di analisi di GE
SISTEMI DI TC
A COSTI COMPETITIVI
▲
tramite software proprietario, opportuno per la valutazione di pori, fessure e densità, nonché la distribuzione di materiali con elevato
ingrandimento e qualità delle immagini.
GLI
ALTRI TEMI
S&IT phoenix|x-ray. Questo programma permette all’utente di creare moduli basati su edge detection,
misurazioni in scala di grigi e blob
analysis, ottenendo uno strumento
personalizzabile. Così x|Argos è
uno strumento “multitool” 2D, che
unisce elevate potenzialità d’ispezione ai vantaggi della tomografia
computerizzata.
IL TC NANOFOCUS (NANOCT)
Per la scansione di campioni fino a
1 kg di massa e 120 mm di diametro e con risoluzioni di voxel inferiori a 500 nm, una scelta opportuna è
il sistema TC Nanotom di phoenix|xray. Il Nanotom è il primo sistema
nanoTC al mondo con un tubo nanofocus a raggi X a 180 kV, pensato
per applicazioni a risoluzioni estreme in una varietà di settori, quali lo
stampaggio a iniezione, la scienza
dei materiali, la meccanica, l’elettronica e la geologia. Il tubo nanofocus
a 180 kV offre diverse modalità di
scansione, da quelle su materiali a
basso assorbimento a quelle ad alta
potenza su campioni ad alto assorbimento. Pertanto, esso è particolarmente adatto per misure di parti
stampate, sensori, campioni meccatronici complessi, componenti microelettronici, come pure campioni
di materiali sintetici, metalli, ceramiche, leghe sinterizzate, materiali
compositi, minerali e campioni biologici.
La TC a risoluzioni spaziali così elevate richiede un progetto accurato, che
tenga conto di tutti gli aspetti che
potrebbero influenzarne la risoluzione
(ottimizzazione dei manipolatori, rivelatori e tubi a raggi X). Il Nanotom, ad
esempio, utilizza un unico tubo nanofocus da 180 kV in grado di penetrare
in campioni ad alto assorbimento, come
il rame o le leghe d’acciaio. Il rivelatore
piano da 5 Mpixel, con area attiva di
120x120 mm2 (2300x2300 pixel,
dimensioni del pixel di 50 µm) e un
rivelatore virtuale a 3 posizioni (larghezza del rivelatore fino a 360 mm),
forniscono un’ampia varietà di possibilità sperimentali. Per evitare effetti di
T_M ƒ 37
vibrazioni o dilatazioni termiche il
tubo, il rivelatore e l’unità di rotazione
sono montati su un sistema di manipolazione ad alta precisione con base in
granito. Inoltre, particolari materiali e
tecniche di costruzione sono utilizzati
per garantire stabilità elevata per misure di lunga durata. La precisione di
questo set-up permette alte risoluzioni e
precisioni delle misure. Inoltre il sistema include il software proprietario
datos|x di phoenix|x-ray, facile da
usare, che include strumenti innovativi
per la taratura della geometria, la taratura del rivelatore, la riduzione del
rumore.
cessarie per estrarre superfici interne
o esterne. I dati di misura sono interpolati con primitive geometriche o raffrontati con modelli CAD tramite analisi della varianza. Per garantire un’elevata facilità d’uso e superfici geometricamente corrette, innovativi
metodi d’estrazione delle superfici
sono utilizzati nel tool surface|extraction del software Nanotom.
Effetti fisici come il BH indotto dal
campione e lo scattering lasciano di
norma errori residui e inevitabili nel
set di dati, che hanno effetti sull’estrazione di superfici. Il Nanotom
elimina questi errori utilizzando un
algoritmo d’estrazione di superfici
appositamente progettato, con preMETROLOGIA
cisione di gran lunga superiore a
quella degli strumenti di sogliatura
AD ALTA PRECISIONE DA TC
tradizionali (ISO). Ciò produce
La scansione 3D del volume di un superfici geometricamente corrette
oggetto può fornire informazioni ne- anche in presenza dei citati effetti.
T_M ƒ 38
N. 01ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
Disponendo di dati precisi riguardanti tutte le superfici interne ed
esterne dell’oggetto, l’utente può ora
procedere con le altre procedure,
come l’analisi della varianza, le
interpolazioni, il RE.
Grazie alla lunga esperienza di GE
S&IT phoenix|x-ray nelle tecniche a
raggi X microfocus e nanofocus, è
stata creata una serie di sistemi TC
innovativi, modulari e altamente
precisi, che offre risultati precisi e
affidabili di misura, comparabili
con quelli delle tradizionali macchine di misura a coordinate (CMM).
Come esempio, la Fig. 4 mostra una
sezione “virtuale” d’un ugello d’iniezione, che mostra la geometria
interna e canali d’iniezione (4.a), la
nuvola di punti 3D ottenuta con il
modulo GE S&IT phoenix|x-ray surface|extraction (4.b) e la rappresentazione CAD dell’ugello (4.c).
N. 01ƒ
;2010
a)
b)
c)
Figura 4 – 4.a: Sezione TC virtuale
di un iniettore, che mostra la geometria
esterna insieme al canale d’iniezione
(diametro 150 µm).
4.b: nuvola di punti 3D estratta con il modulo
GE S&IT phoenix|x-ray
surface|extraction, che rappresenta
i punti della superficie dell’iniettore.
4.c: Fit poligonale dell’iniettore
▲
GLI
ALTRI TEMI
Per la verifica della precisione di superfici sia esterne sia interne del
misura ottenuta dalla TC ad alta riso- pezzo, più velocemente della
luzione, con il Nanotom è stata misu- CMM. La domanda chiave per il
rata una piastra a sfere di metrologo è il grado di accuratez20x20 mm2 in Zerodur®, progettata e za e ripetibilità di un sistema TC
tarata dal PTB (Fig. 5.a). La taratura rispetto a quello della CMM condel PTB forniva incertezze di posizio- venzionale. La Fig. 7 mostra un rafne di 1,5 µm e di forma di 2 µm. fronto tra le prestazioni di una
Come l’analisi di varianza delle CMM (Fig. 7.a) e di un sistema 3D
Figg. 5.b e 5.c mostra, la
a)
deviazione della superficie
misurata dalla superficie
ideale può essere notevolmente ridotta con tecniche di
correzione delle immagini.
La piastra a sfere è stata
usata per determinare l'errore di misura di lunghezza di
b)
c)
±1 µm in corrispondenza
d’una dimensione di voxel di
15 µm, secondo il nuovo
standard VDI / VDE 2630
per la taratura dei sistemi
TC.
Come esempio applicativo
delle potenzialità del sistema TC, la Fig. 6 mostra una
nuvola di punti “renderizzaFigura 5 – 5.a: Piastra a sfere in Zerodur®,
ta” d’un campione di grandi
utilizzata per la taratura del TC Nanotom.
dimensioni e alto assorbi- 5.b: Analisi della varianza dei dati di volume ricostruiti
mento (testa di cilindro di un
senza correzione per il BH
motore a tre cilindri). Il rive(si evidenzia una deviazione dalla forma nominale
latore multilinea consente
che dipende dalla posizione).
5.c: Analisi della varianza dei dati di volume
d’acquisire scansioni con
ricostruiti utilizzando
una qualità stupefacente.
il modulo per la correzione per il BH
Porosità di dimensioni inferiori a 0,3 mm possono essere facilmente rivelate, spessori di GE S&IT phoenix|x-ray v|Tome|x L
pareti misurati con precisione (Fig. 450 (Fig. 7.b), su un blocco valvo6), canali di scarico misurati e ispe- le in alluminio. Su entrambi i sistezionati.
mi sono stati acquisiti 30 parametri
Le macchine di misura a coordinate diversi (distanze, diametri, angoli):
(CMM) sono largamente utilizzate sulla CMM in circa 2 ore, sul sistenell’industria automobilistica per le applicazioni di
misura fin qui illustrate.
Oggi, a causa del fatto
che la misura non è più
confinata alle sole superfici esterne del campione, la
TC ad alta risoluzione è lo
strumento ideale per accea)
b)
dere a particolari interni
del pezzo sotto misura. TC
Figura 6 – 6.a: TC di volume renderizzata di una testa
è in grado, inoltre, di
di cilindri (motore a 3 cilindri), scandita con il sistema
misurare contemporaneaTC GE S&IT phoenix|x-ray per grandi fusioni, v|tome|x L 450.
6.b: analisi automatica delle pareti della testa
mente i dettagli delle
T_M ƒ 39
▲
GLI
ALTRI TEMI
ma CT in circa 30 minuti. La differenza massima dei parametri acquisiti dai due sistemi rispetto ai
parametri nominali è stata inferiore
a 35 µm, mentre le differenze relative tra i due sistemi si sono mantenute entro i ±7 µm.
CONCLUSIONI
La TC ad alta risoluzione con tecnologia microfocus e nanofocus viene
utilizzata in svariate applicazioni
per l’analisi dei guasti, il controllo
di qualità e la metrologia. L’imaging
3D ad alta precisione per la misura
di strutture assorbenti, sia interne
sia esterne, fornisce test non distruttivi con accuratezze raggiungibili,
finora, solo su superfici esterne con
le tradizionali CMM. Si può concludere che la TC ad alta risoluzione
T_M ƒ 40
rappresenta una nuova generazione di CMM per la metrologia rapida di superfici non raggiungibili.
Per numerose applicazioni automobilistiche, la TC a micro e nanofocalizzazione fornisce gli stessi livelli
di prestazioni delle macchine a
coordinate in termini di precisione
di misura.
Jens Lübbehüsen si è
laureato nel 1991 alla
Camera di Commercio di
Colonia. Dal 1996 al
1999 è stato Responsabile Vendite di Area della
Feinfocus Röntgensysteme
GmbH, Garbsen (sistemi di ispezione a
Raggi X), dal 1999 a oggi è Responsabile Vendite di Area della GE Sensing &
Inspection Technologies GmbH - phoenix|x-ray, Wunstorf.
a)
b)
Figura 7 – 7.a: Testa di valvola
in Alluminio, utilizzata per raffronto
tra una CMM 3-D e il GE S&IT
phoenix|x-ray v|tome|x L 450.
7.b: dati di misura in formato STL,
allineamento e analisi di varianza
GLI
ALTRI TEMI
PREMIO DI DOTTORATO “C. OFFELLI”
Gianfranco Miele
Un misuratore di potenza
innovativo per segnali DVB-T
Costi, dimensioni e peso contenuti e semplicità d’utilizzo
DVB-T: MEASURING THE CHANNEL POWER WITH LOW-COST
INSTRUMENTATION
As DVB-T networks are rapidly expanding, there is need for large scale
network monitoring. Among the quantities to be monitored, the channel power plays a very important role. To this aim, commercial instruments are characterized by a high cost and, in particular for spectrum
analyzers, they are characterized by a non-negligible weight and size.
To overcome the above mentioned limits, an innovative, small and lightweight instrument, compatible with that obtained by using the traditional instrumentation described earlier, has been designed at the LAMI
laboratory at the University of Cassino. In this paper the hardware
architecture of the instrument will be presented. A metrological campaign aimed at assessing the instrument performance has been carried
out on real DVB-T signal.
RIASSUNTO
Le reti DVB-T stanno evolvendo rapidamente: di conseguenza, è sorta la
necessità di effettuare monitoraggi su larga scala di queste reti. Tra i diversi parametri da monitorare, la potenza nel canale è di fondamentale importanza. A questo fine, gli strumenti commerciali sono caratterizzati da costi,
peso e dimensioni elevate. Per superare questi limiti, al LAMI di Cassino è
stato sviluppato uno strumento innovativo di costo, dimensioni e peso contenuti e di semplice utilizzo nelle misure sul campo. In questo lavoro è presentata la sua architettura hardware e descritta la campagna metrologica
condotta su segnali DVB-T reali, con lo scopo di verificare le prestazioni
dello strumento.
TRASMISSIONI TELEVISIVE:
VERSO IL DVB-T
L’introduzione degli standard Digital
Video Broadcasting (DVB) ha rivoluzionato il mondo delle trasmissioni
televisive. In particolare, lo standard
per la televisione digitale terrestre
(DVB-T) [1] è l’ultimo nato della famiglia DVB: grazie alle sue caratteristiche, esso permette di offrire una
migliore qualità dell’immagine e servizi interattivi, come il Multimedia
Home Platform (MHP). Inoltre lo standard DVB-T permette d’utilizzare in
modo più efficiente la risorsa spettrale che, come è ben noto, è una
risorsa condivisa. Infatti esso permette di trasmettere vari programmi
televisivi (canali TV), tipicamente
quattro o più, all’interno della stessa
È possibile osservare, quindi, un rapido sviluppo delle reti DVB-T, che fa
sorgere la necessità di effettuare un
monitoraggio a larga scala di queste
reti. A questo scopo l’European Telecommunication Standards Institute
(ETSI) ha emanato un rapporto tecnico [2] nel quale individua un insieme
di parametri che devono essere misurati per verificare le prestazioni di
apparati DVB-T.
Tra i diversi parametri definiti in questo rapporto tecnico, la misura della
Potenza nel canale gioca un ruolo di
fondamentale importanza. Tipicamente questo parametro è misurato
con buona accuratezza e ripetibilità utilizzando i moderni analizzatori di spettro o i misuratori di potenza a radiofrequenza. Questi strumenti sono caratterizzati da un
costo elevato e, in particolare per
gli analizzatori di spettro, da un
peso e un volume non trascurabili,
caratteristiche che non li rendono
adatti per effettuare misurazioni sul
campo.
Per ovviare a queste limitazioni,
presso il laboratorio di misure
(LAMI) dell’Università degli Studi di
Cassino è stato sviluppato uno strumento in grado di effettuare misure
di potenza a radiofrequenza accurate, ripetibili e veloci, confrontabili
con quelle ottenute dalla strumentazione tradizionale descritta in precedenza. Questo strumento è caratterizzato da peso e costo contenuti e
da un volume ridotto, permettendo
quindi un semplice utilizzo sul
campo.
banda a radiofrequenza (RF) tradizionalmente usata dai tradizionali
sistemi televisivi analogici. Di conseguenza, questi vantaggi potrebbero
consentire un aumento dell’offerta
televisiva, fornendo servizi in grado
di soddisfare le aspettative più esigenti, come quelle tipiche degli utenti dei nostri giorni, e contemporaneamente permettere l’ingresso di
nuovi investitori e competitor all’interno del mercato televisivo.
Grazie a questi vantaggi e con l’obiettivo di aderire alle direttive europee, stiamo assistendo alla
migrazione (switch-over) dal sistema televisivo analogico a quello
digitale, che nel nostro paese terminerà (switch-off) entro la fine del Università degli Studi di Cassino
[email protected]
2012.
T_M
N.
1/10 ƒ 41
so un apposito algoritmo di misura,
che opera sulla PSD stimata nella
Per conseguire gli obiettivi proposti è sezione precedente.
stato sviluppato un apposito metodo Ovviamente il cuore del metodo di
di misura, schematizzato in Fig. 1, misura proposto è la sezione di
basato sulla stima della densità spet- stima della PSD; pertanto è stato
trale di potenza (PSD) [3-6]. Il segna- effettuato uno studio accurato, mirale, prelevato con un’antenna o una to a individuare lo stimatore che
sonda, passa attraverso un’apposita garantisse buone prestazioni metrosezione di condizionamento, che logiche e, nel contempo, richiedesse
adatta il segnale alle caratteristiche bassi oneri computazionali e di
d’ingresso della sezione successiva memoria, per poter essere facilmened effettua una traslazione dello spet- te implementato su piattaforme hardtro del segnale a una frequenza inter- ware a basso costo. Questo studio è
media (IF). Successivamente il segnale stato effettuato prendendo in consiviene acquisito e processato, al fine di derazione diversi stimatori, appartestimare la PSD. Infine, la misura della nenti a due classi: non parametrici e
potenza nel canale è fornita attraver- parametrici. Per ognuno degli stimatori considerati sono state
effettuate procedure di ottimizzazione e,
Figura 1 – Diagramma a blocchi del metodo di misura proposto
IL NUOVO MISURATORE
T_M ƒ 42
N. 01ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
successivamente, confrontati i risultati con casi studio riguardanti la
strumentazione tradizionale. Quest’analisi ha consentito di individuare lo stimatore di Burg sequenziale
come quello che garantisce il miglior
compromesso tra prestazioni metrologiche e complessità computazionale [6]. Lo stimatore di Burg appartiene alla classe degli stimatori parametrici auto regressivi (AR) e ipotizza che il segnale in analisi sia l’uscita di un sistema lineare descritto
da un modello di ordine p:
p
x (n ) = − ∑ a p ,m x (n − m ) + ε(n )
m =1
(1)
Il compito di questo stimatore è, quindi, quello di stimare i parametri del
modello e calcolare la PSD, data
dalla formula:
N. 01ƒ
;2010
digitale e deve evitare di introdurre bi di tipo elettromagnetico.
σ p2Ts
p
▲
S(f ) =
GLI
ALTRI TEMI
2
f ≤ fN , (2) qualsiasi alterazione nel segnale in È stata effettuata una caratterizza-
analisi.
Il componente fondamentale di tale
sezione è un tuner commerciale, con il
compito di traslare il segnale in
dove TS=1/fS è l’intervallo di campioingresso a una frequenza intermedia
namento e fN=1/(2TS) è la frequenza
IF di 36,13 MHz. Il componente indidi Nyquist.
viduato per tale compito è il Philips
Lo stimatore di Burg sequenziale è
TD1316ALF/IHP3 [7], appositamente
così chiamato perché consente di
realizzato per applicazioni DVB-T.
ottenere una nuova stima di PSD a
Esso possiede due uscite IF: una a
ogni campione elaborato, permetbanda stretta, equipaggiata con un
tendo di effettuare una nuova misufiltro passabanda SAW a banda regora di potenza. Dall’analisi condotta
labile (7-8 MHz) e un amplificatore a
in [6] è stato, inoltre, possibile conguadagno controllabile, e l’altra a
cludere che un’architettura FPGA
banda larga senza filtro. Tutti questi
consente una migliore realizzazioparametri, selezionabili attraverso
ne dello stimatore di Burg sequenun bus I2C, sono impostati attraverso
ziale.
un microcontrollore Microchip TM
PIC16F854, che effettua anche un
interfacciamento tra il bus I2C e il bus
ARCHITETTURA HARDWARE
RS-232,
permettendo quindi una semDELLO STRUMENTO
plice programmazione da remoto con
L’architettura hardware dello stru- un PC.
mento, rappresentata nello schema In Fig. 3 è riportata una fotografia del
a blocchi in Fig. 2, è composta da front-end a radiofrequenza realizzato. Tutti i componenti sono stati
saldati su un circuito stampato a
doppia faccia e
con piani di
massa collegati
da una quantità
sufficientemente
elevata di vias,
soprattutto nella
zona dove è
posizionato il
tuner, per ridurre
al minimo la proFigura 2 – Schema a blocchi dello strumento
babilità di distur1 + ∑ a p ,me − j 2 πmfTS
m =1
tre sezioni: il tuner, la sezione di
conversione analogico-digitale, la
sezione di calcolo basata su
FPGA.
La prima sezione rappresenta il
front-end a radiofrequenza dello
strumento ed è realizzata interamente in modalità analogica. È di fondamentale importanza, perché ha il
compito di adattare il segnale alle
caratteristiche in ingresso della
sezione di conversione analogico-
Figura 3 – Front-end a radiofrequenza
zione di questa sezione, per verificare il guadagno introdotto dal
tuner e la sua linearità al variare
Figura 4 – Stazione di misura
per la caratterizzazione del front-end
a radiofrequenza
della potenza del segnale in ingresso e della sua frequenza centrale.
A tale scopo è stata realizzata
un’apposita stazione di misura,
descritta in Fig. 4, composta da un
generatore RF Agilent TM N5182A
(100 kHz-6 GHz) in grado di generare segnali DVB-T e da un analizzatore di spettro Agilent TM E4402
(9 kHz-3 GHz), utilizzato per valutare la potenza in ingresso al frontend e la potenza in uscita dal
tuner.
I risultati di questa caratterizzazione
sono riportati in Fig. 5, da cui emerge un comportamento sufficientemente lineare con un guadagno
medio di 34,89 dB; inoltre, per livelli di potenza del segnale d’ingresso
che variano da -60 a -40 dBm, la
fascia di variazione del guadagno è
molto stabile e contenuta in circa
0,1 dB.
La conversione analogico-digitale è
effettuata attraverso un convertitore
monolitico a 12 bit, in grado di operare fino a 125 MS/s (Analog
AD9433) [8]. Tale dispositivo è ottimizzato per operare in sistemi a
banda larga e ad alte frequenze intermedie.
T_M ƒ 43
N. 01ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
Tabella 1 – Analisi delle prestazioni metrologiche
(potenza nominale del segnale -30 dBm)
σ Pc
Pc
[µW]
[dBm]
[nW]
Analizzatore di spettro
0,924
-30,34
34
Strumento proposto
0,919
-30,37
31
e [%]
0,59
Tabella 2 – Analisi delle prestazioni metrologiche
(potenza nominale del segnale -50 dBm)
σ Pc
Pc
Figura 5 – Risultati sperimentali
La sezione di calcolo è basata su un
chip FPGA ALTERATM Stratix II EP2S60
[9], montato su un apposito kit di sviluppo. Lo Stratix II è una FPGA con un
T_M ƒ 44
[µW]
[dBm]
[nW]
Analizzatore di spettro
10,02
-49,99
0,69
Strumento proposto
10,21
-49,91
0,77
elevato numero di elementi logici, in
particolare 48352 look-up table adattative (ALUT) e 24176 moduli logici
adattativi (ALM) che possono lavorare
e [%]
1,9
a frequenze superiori ai 400 MHz.
Sono inoltre disponibili 36 blocchi DSP
appositamente progettati per effettuare
prodotti ad alta velocità.
N. 01ƒ
;2010
▲
buon accordo tra
le misure ottenute
dallo
strumento
proposto e quelle
relative all’analizzatore di spettro di
riferimento. In particolare, è stato
possibile verificare
un errore relativo
percentuale sempre inferiore all’1,9%; inoltre, per
quanto riguarda la
Figura 6 – Stazione di misura
per la verifica delle prestazioni metrologiche
ripetibilità è possibile rilevare prestaANALISI DELLE PRESTAZIONI
zioni analoghe allo strumento di rifeMETROLOGICHE
rimento, confermando la bontà della
proposta.
Per valutare le prestazioni metrologiche dello strumento realizzato ed
effettuare il confronto con la stru- PROSPETTIVE FUTURE
mentazione di misura attualmente
disponibile sul mercato, è stata È stato realizzato un prototipo di
messa a punto un’apposita stazione misuratore di potenza per segnali
di misura, raffigurata in Fig. 6. DVB-T, caratterizzato da buone preEssa è composta da un generatore stazioni metrologiche (confrontabili
RF Agilent TM N5182A (100 kHz - con quelle tipiche della tradizionale
6 GHz), in grado di generare strumentazione di misura progettata
segnali di test conformi allo stan- per tale scopo e presente sul mercadard DVB-T, e da un analizzatore di to) e da costi, volume e peso ridotti,
spettro tradizionale a supereterodi- che lo rendono particolarmente
na Agilent TM E4402 (9 kHz - adatto per effettuare misure sul
3 GHz), considerato come strumen- campo. Lo sviluppo dello strumento
to di riferimento.
segue quello dell’apposito metodo
Per effettuare una caratterizzazione di misura sviluppato presso il labodelle prestazioni metrologiche del ratorio LAMI dell’Università degli
prototipo sono state condotte diver- studi di Cassino, ottimizzato per
se prove, regolando la potenza operare con successo su segnali
nominale del segnale in analisi tra DVB-T.
-30 dBm (1 µW) e -50 dBm (10 nW). La campagna di prove per la verifiPer ogni condizione di prova sono ca delle prestazioni metrologiche
state effettuate 20 misure ripetute, ha permesso di verificare che il proconsiderando le seguenti figure di totipo realizzato è confrontabile
merito:
con analoghe soluzioni commercia• media delle misure di potenza nel li. Ne consegue che lo strumento
canale (Pc);
proposto costituisce una soluzione
• deviazione standard delle misure di alternativa a quelle già esistenti sul
potenza nel canale σPc;
mercato per la misura della poten• errore relativo percentuale (e %) tra za nel canale di segnali DVB-T. In
le misure di potenza ottenute con lo particolar modo, grazie al suo
strumento realizzato e quelle ottenute costo ridotto (circa 1 000 euro) e
con lo strumento di riferimento.
volume e peso contenuti, lo struNelle Tabelle 1 e 2 sono riportati i mento può essere facilmente utilizrisultati di misura ottenuti conside- zato per misure sul campo e inserirando i due diversi casi analizzati, to in sistemi di monitoraggio a
dai quali è possibile evincere un larga scala di reti DVB-T.
ALTRI TEMI
BIBLIOGRAFIA
[1] ETSI EN300744: Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure, channel
coding and modulation for digital terrestrial television, V1.5.1, Nov. 2004.
[2] ETSI TR101290: Digital Video Broadcasting (DVB) Measurement guidelines for
DVB systems, May 2001.
[3] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Power measurements in
DVB–T systems: New proposal for enhancing reliability and repeatability, IEEE
Trans. Instrum. Meas., vol. 57, no. 10, pp.
2108–2117, Oct. 2008.
[4] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Power measurement in
DVB–T systems: On the suitability of parametric spectral estimation in DSP–based
meters, IEEE Trans. Instrum. Meas., vol.
58, no. 1, pp. 76–86, Jan. 2009.
[5] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Power measurement in
DVB–T systems: on the suitability of parametric spectral estimation in DSP–based
meters, in Proc. of IEEE IMTC 2007, Warsaw, Poland, May 2007, pp. 1–6.
[6] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Sequential parametric
spectral estimation for power measurements in DVB–T systems, in Proc. of IEEE
I2MTC 2008, Victoria (BC), Canada, May
2008, pp. 314–319.
[7] Datasheet TD1300A(L)F mk3: Tuner
modules for analog and digital terrestrial
(OFDM)
applications,
(online)
www.nxp.com.
[8] 12-bit, 105/125 MSps IF sampling
A/D converter AD9433, Analog Devices
Inc., Jan. 2001, (online) www.analog.com.
[9] Stratix II Device Family Handbook,
Altera Corporation, May 2007, (online)
www.altera.com.
Gianfranco Miele ha
conseguito la Laurea in
Ingegneria delle Telecomunicazioni (cum laude)
e il titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria Elettrica e delle Telecomunicazioni all’Università degli Studi di
Cassino nel 2004 e nel 2008. Le sue
attività di ricerca sono incentrate su misure su sistemi di telecomunicazione a
RF, sistemi di misura basati su immagini, misure di compatibilità elettromagnetica.
T_M ƒ 45
PBC
FA.RO.
F.lli Rotondi
in arrivo
GLI
ALTRI TEMI
SENSORI E MEMS
Vittorio Ferrari
Recupero di energia
per alimentare sensori e MEMS
Energy harvesting per alimentazione di MEMS principalmente da vibrazioni
e gradienti termici
ENERGY HARVESTING FOR THE SUPPLY OF SENSORS
AND MICROSYSTEMS
A review of energy harvesting techniques for the supply of MEMS is given,
based mostly on vibrations and thermal gradients, illustrating the principles and
some recent results obtained at the Sensor&Instrumentation Laboratory of the
University of Brescia.
RIASSUNTO
Vengono presentate tecniche di recupero di energia (energy harvesting) per
l’alimentazione di MEMS principalmente da vibrazioni e gradienti termici,
richiamando i principi e presentando alcuni recenti risultati ottenuti presso il
laboratorio di Sensori e Strumentazione Elettronica dell’Università di Brescia.
I recenti progressi nella microelettronica, nei sistemi micro-elettro-meccanici
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) e nelle comunicazioni a radiofrequenza (RF) hanno permesso lo sviluppo di sensori e di sistemi integrati
compatti e ricchi di funzionalità. Tra
queste è frequente la presenza d’interfacce di comunicazione wireless. L’eliminazione dei tradizionali collegamenti via cavo per i sensori comporta
indubbi vantaggi, tra cui riduzione d’ingombro, peso e relativi costi, maggiore
mobilità dei dispositivi fino alla completa portabilità, utilizzabilità in spazi
chiusi incompatibili con soluzioni cablate. Tuttavia, con la rimozione dei cavi,
il tradizionale percorso per l’approvvigionamento d’alimentazione dei dispositivi viene meno. Ciò comporta la
necessità di soluzioni alternative e di
nuove architetture di sistema.
La soluzione più diffusa è costituita dall’utilizzo di sorgenti d’alimentazione a
bordo, tipicamente costituite da batterie
primarie o ricaricabili. Celle a combustibile e microgeneratori a combustione
sono, a oggi, limitati allo stadio di ricerca. Le batterie e le sorgenti sopra citate
sono fonti a energia finita, che richiedono periodiche procedure di sostituzione e smaltimento o di ripristino
mediante ricarica. Ciò rappresenta un
notevole problema tecnico ed economico, che è attualmente considerato tra le
principali limitazioni alla diffusione di
sistemi di misura e sensori wireless.
Un’alternativa consiste nell’energizzare il sensore per via elettromagnetica
durante l’interrogazione da parte di
un’unità esterna di lettura del segnale.
Si tratta dello stesso principio utilizzato nei dispositivi passivi RFId (Radio
Frequency Identification). Il limite di
questo approccio è che, in assenza
d’energia a bordo immagazzinata in
batterie o supercondensatori, il sensore è operativo solo in prossimità dell’unità di lettura.
Un approccio completamente diverso
consiste nel ricavare l’energia necessaria all’alimentazione di sensori e sistemi
elettronici prelevandola dall’ambiente
circostante. Il recupero d’energia, o
Energy Harvesting (EH), è effettuato con
opportuni convertitori che prelevano l’energia da sorgenti ambientali e la trasferiscono nel dominio elettrico per alimentare il modulo sensore. Il sensore, in
questo modo, diviene autonomo, ossia
energeticamente autosufficiente, e acquisisce un’operatività nel tempo virtualmente illimitata senza intervento
esterno [1-3].
Tra le sorgenti d’energia figurano la
radiazione solare, l’energia meccanica
proveniente da vibrazioni, movimento e
flussi di fluidi, l’energia termica sotto
forma di gradiente di temperatura, l’energia elettromagnetica di fondo o deli-
beratamente immessa in una regione di
spazio per energizzare dispositivi. Un
prospetto puramente indicativo è riportato in Tab. 1.
In generale, per dimensioni d’interesse
pratico, le potenze sono mediamente
comprese tra 10 µW e 10 mW. Livelli
così ridotti richiedono opportuni circuiti
elettronici di gestione dell’energia e
architetture innovative per il condizionamento dei segnali, intrinsecamente
robuste rispetto a condizioni d’alimentazione variabili e poco prevedibili.
Nel seguito ci si concentrerà su EH da
vibrazioni e gradienti termici, richiamando i principi e presentando alcuni
recenti risultati ottenuti presso il laboratorio di Sensori e Strumentazione Elettronica dell’Università di Brescia.
ENERGY HARVESTING
DA VIBRAZIONI
E GRADIENTI TERMICI
I convertitori meccano-elettrici (ME) da
vibrazioni sono tipicamente costituiti da
una base, solidale con la struttura
vibrante, vincolata a una massa sismica
attraverso un elemento elastico. Le sollecitazioni applicate si traducono in un
moto relativo tra base e massa sismica
e in una conseguente deformazione
dell’elemento elastico. A seconda del
principio di conversione impiegato, il
movimento o la deformazione producono una corrispondente uscita elettrica. I
principi utilizzati sono essenzialmente
tre: (i) a induzione magnetica, (ii) elettrostatico e (iii) piezoelettrico.
I convertitori a induzione magnetica
comprendono un sistema a magnete
Dipartimento
di Ingegneria dell’Informazione
Università degli Studi di Brescia
[email protected]
T_M
N.
1/10 ƒ 47
N. 01ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
Tab.1 – Prospetto delle principali sorgenti di energia con livelli indicativi di potenza [1-2]
Fonte energetica
Solare:
– esterno pieno sole
– esterno nuvoloso
– interno
Meccanica:
– vibrazioni maccchinari
Densità di potenza
Note
15 mW/cm2
0,15 mW/cm2
10 µW/cm2
Potenza per unità di area con
efficienza di conversione 15%
100 - 1000 µW/cm3
Esempio: 800 µW/cm3 @ 2 mm
e 2.5 kHz
Esempio:
4 µW/cm3 @ 5 mm e 1 Hz
– movimento corpo umano 1 - 10 µW/cm3
– rumore acustico
– flusso di aria
1 µW/cm2 @ 100 dB
750 µW/cm2 @ 5 m/s
Termica:
– gradienti di temperatura
1 - 1000 µW/cm3
– Radiazione EM
50 µW
T_M ƒ 48
Dipende dalle condizioni specifiche
rispetto al limite di Betz
Dipende dalla temperatura media.
Esempio: 10 µW/cm3 @ ∆T=10°C
intorno a T ambiente
Distanza di 5 m da una sorgente
di 1 W @ 2,4 GHz in spazio libero
permanente, il cui flusso è concatenato
con uno o più avvolgimenti. Avvolgimenti e magnete corrispondono alla
coppia base - massa sismica o viceversa, a seconda delle realizzazioni. Il
moto relativo tra base e massa sismica,
causato dalle vibrazioni, induce ai capi
dell’avvolgimento una tensione proporzionale alla variazione nel tempo del
flusso magnetico, secondo la legge di
Faraday.
I convertitori elettrostatici, o capacitivi,
includono una capacità le cui armature
sono solidali, rispettivamente, con base
e massa sismica. Assumendo che la
capacità sia mantenuta in condizioni di
carica costante, il moto relativo tra le
armature, causato dalle vibrazioni,
induce tra queste una tensione proporzionale alla variazione della capacità
nel tempo. La limitazione fondamentale
consiste nella necessità di una condizione di pre-carica della capacità per
attuare la conversione. In alternativa
N. 01ƒ
;2010
▲
all’uso del sistema in tampone all’alimentazione a batteria, studi recenti
hanno proposto l’utilizzo di materiali
elettreti per la carica della capacità.
I convertitori piezoelettrici sfruttano l’effetto piezoelettrico diretto, secondo cui
alcuni materiali rispondono a una
deformazione applicata con una carica
superficiale indotta. Tipici materiali piezoelettrici sono: quarzo, AlN, ZnO,
ceramiche ferroelettriche polarizzate
della famiglia del PZT (zirconato titanato di piombo), film plastici quali il PVDF
(polivinildenfluoruro). Nel convertitore il
materiale piezoelettrico costituisce l’elemento elastico che si deforma in risposta alle vibrazioni applicate. Sono possibili diverse configurazioni costruttive,
le più semplici delle quali si basano su
elementi in flessione, quali travi a doppio incastro o a estremo libero (cantilever). Grazie all’ampia disponibilità di
materiali con proprietà diversificate, i
convertitori piezoelettrici sono oggi tra i
più promettenti e studiati per il recupero
meccano-elettrico sia da vibrazioni sia
da ampie deformazioni, come nel caso
delle fibre piezoelettriche in fase di sperimentazione, inserite in tessuti o equipaggiamenti per convertire energia dal
movimento umano.
In generale, i convertitori ME basati su
equipaggio sismico non scalano favorevolmente al diminuire delle dimensioni. Infatti, fissata la densità energetica
delle vibrazioni, la potenza disponibile
inevitabilmente cala con il volume. In
aggiunta, convertitori piccoli hanno frequenze proprie più elevate delle frequenze associate alle vibrazioni delle
sorgenti più diffuse (fino a pochi kHz),
con un conseguente problema di
accoppiamento.
I meccanismi di conversione presentati
producono l’uscita massima in condizioni di risonanza, mentre operano in
condizioni sub-ottime con vibrazioni ad
ampio spettro o contenuto armonico
tempo-variante. Per ovviare a questa
importante limitazione, la ricerca è
attualmente molto attiva nello studio di
convertitori innovativi.
Una possibilità consiste nell’utilizzare
convertitori multipli differenti assemblati
a matrice, con conseguente allargamento della risposta in frequenza equivalente. Una soluzione simile verrà pre-
GLI
ALTRI TEMI
sentata nel prossimo paragrafo. Sono inconciliabili nei materiali tradizionali.
stati anche proposti metodi di incre- Recentemente sono stati sperimentati
mento di frequenza nel dominio mec- materiali nanostrutturati a elevata concanico (up-conversion) per traslare la ducibilità per elettroni (bassa resistenza
banda di vibrazioni in ingresso verso elettrica) e a bassa conducibilità per
una regione dove un convertitore di pic- fononi (alta resistenza termica) che
cole dimensioni è più efficiente. Un’al- hanno mostrato efficienze dell’ordine
tra alternativa molto promettente è lo del 30-40% di quella di Carnot contro
studio di fenomeni non lineari per allar- il 15% attuale.
gare la banda di conversione e migliorare la risposta a vibrazioni a largo
spettro e casuali [3].
ESEMPI DI PROTOTIPI
I convertitori termo-elettrici (TE) da gradienti di temperatura sono principalmen- Presso il laboratorio di Sensori e Strute costituiti da termopile, formate da ter- mentazione Elettronica dell’Università
mocoppie elettricamente in serie e termi- di Brescia sono in corso ricerche sul
camente in parallelo. Ciascuna termo- recupero energetico e sulle applicaziocoppia produce una tensione a vuoto ni all’alimentazione di sensori. Alcuni
proporzionale alla differenza di tempe- dei risultati più recenti sono descritti di
ratura, applicata secondo il coefficiente seguito.
di Seebeck, della coppia di materiali. La È stata progettata l’architettura di un
tensione complessiva è la somma delle modulo sensore autonomo, in cui l’etensioni parziali. Le comuni celle termo- nergia delle vibrazioni, estratta per conelettriche, usate come componenti di ter- versione piezoelettrica, viene utilizzata
mostatazione a stato solido, sono utiliz- per alimentare uno o più sensori e i
zabili come generatori termoelettrici relativi circuiti di condizionamento e trasmissione in radiofrequenza del segna(TEG), come verrà illustrato più avanti.
L’utilizzo di TEG non è nuovo né recen- le di misura. Lo schema a blocchi del
te: basti pensare al loro uso accoppia- modulo è mostrato in Fig. 1.a.
to a sorgenti termiche da radioattività in Dal momento che la potenza convertisatelliti spaziali. I TEG hanno ultima- ta dalle vibrazioni è insufficiente ad
mente destato rinnovato interesse per la alimentare continuativamente il modugenerazione di energia distribuita per lo, l’energia viene accumulata e utilizdispositivi elettronici e sensori, tra gli zata periodicamente. Il modulo opera,
altri, in campo automotive. Gli attuali quindi, a funzionamento intermittente
sforzi della ricerca sono finalizzati a ot- con un duty cycle che, per livelli tipici
timizzare l’efficienza di conversione at- di vibrazione, è compreso tra 0,1 e
traverso il miglioramento delle proprietà 1 %. L’accumulo dell’energia e il suo
dei materiali. Oltre a un elevato coef- trasferimento sul carico richiedono cirficiente di Seebeck, è necessario garantire bassa
conducibilità
elettrica, per
abbassare la
resistenza interna, e bassa conducibilità termica,
per mantenere il gradiente
termico più
alto possibile.
Gli ultimi due
requisiti sono
Figura 1 – a) Schema a blocchi di un sensore autonomo alimentato
tipicamente
da vibrazioni tramite conversione piezoelettrica;
b) configurazione del convertitore; c) convertitore piezoelettrico
realizzato in film spesso di PZT su acciaio;
d) prototipo completo di sensore autonomo di temperatura
N. 01ƒ
;2010
cuiti a bassissime perdite, soprattutto
per il blocco di rilevazione di livello e
commutazione, realizzato a transistori MOS discreti. Un sensore passivo,
collegato a un oscillatore a rilassamento a basso consumo, regola la frequenza di modulazione del trasmettitore. Ciò introduce una dipendenza
raziometrica dalla tensione d’alimentazione, che migliora l’accuratezza
nel funzionamento in transitorio. La
modulazione è di tipo OOK (On-Off
Keying) su una portante RF a
315 MHz, permettendo la trasmissione dell’informazione di misura alla
distanza di alcuni metri.
Sono stati realizzati differenti convertitori piezoelettrici, basati su film di PZT
depositati su cantilever in acciaio, come mostrato nelle Figg. 1.b e 1.c.
A seconda delle dimensioni e della
massa del convertitore, sono state ottenute frequenze di risonanza comprese
tra 10 e 500 Hz. La Fig. 1.d mostra un
prototipo di sensore autonomo di temperatura basato su un termistore.
Le Figg. 2.a e 2.b mostrano, rispettivamente, gli andamenti tipici della tensione ai capi della capacità di accumulo
di 4,7 µF dei segnali trasmessi e ricevuti
in corrispondenza di un ciclo di funzionamento e la frequenza del segnale
rilevato dal ricevitore esterno al variare
della temperatura del sensore. I risultati
mostrati si riferiscono all’eccitazione del
convertitore in risonanza (40 Hz) con
accelerazione di 1 g.
Per allargare la banda equivalente e
migliorare la conversione di vibrazioni ad ampio spettro è stata proposta
la configurazione MFCA (Multi-Frequency Converter Array) mostrata in
Fig. 3.a.
Con un opportuno dimensionamento
dei convertitori sono state ottenute le
Figura 3 – a) Struttura di un convertitore MFCA;
b) risposta in frequenza misurata per i singoli convertitori
risposte sperimentali mostrate in Fig.
3.b. A conferma dell’efficacia dell’approccio, il MFCA ha consentito l’attivazione dei cicli di misura e trasmissione anche in condizioni di eccitazione fuori risonanza per ogni convertitore singolo.
In Fig. 4.a è mostrato lo schema a
blocchi d’un sensore autonomo, alimentato da gradiente termico mediante conversione termo-elettrica. L’architettura è simile a quella di Fig. 1.a
ma, in questo caso, non è previsto lo
stadio di accumulo, anche se la trasmissione è a intermittenza temporizzata. Il TEG utilizzato è un dispositivo
commerciale con 127 coppie in
Bi2Te3 su un’area di circa 9 cm2 e
resistenza interna di 7 Ω. Per un salto
termico di 10 °C la tensione a vuoto e
la potenza su carico adattato sono di
circa 0,5 V e 10 mW. La Fig. 4.b
mostra i risultati sperimentali tipici
ottenuti con il prototipo della Fig. 4.c.
Una versione miniaturizzata è stata integrata con successo in un apparecchio
di cottura innovativo, nell’ambito di
un progetto Regione Lombardia Metadistretti coordinato da Bialetti
Industrie SpA [4].
L’evoluzione dei
sensori verso i
Figura 2 – a) Andamenti tipici della tensione ai capi del condensatore
di accumulo e dei segnali trasmessi e ricevuti durante un ciclo;
b) frequenza del segnale al ricevitore esterno in funzione
della temperatura misurata dal sensore
microsistemi integrati si accompagna
alla ricerca di soluzioni di recupero
energetico miniaturizzate. I più recenti e avanzati sviluppi sono rappresentati dalle tecnologie MEMS basate su
silicio. Le Figg. 5.a e 5.b mostrano,
rispettivamente, la struttura di un convertitore MFCA piezoelettrico e un
TEG a geometria planare.
I dispositivi sono stati progettati
all’Università di Brescia e realizzati
in tecnologia BESOI presso il CNM
di Barcellona. L’inserto di Fig. 5.a
illustra un particolare della deposizione del film di PZT sugli elettrodi
interdigitati, realizzata a Brescia
come post-processing mediante serigrafia. Il TEG comprende due gruppi di 300 e 160 termocoppie PolySiAl e presenta una struttura a foro
centrale per creare un gradiente termico per “effetto camino”. Entrambi
i dispositivi sono attualmente in fase
di caratterizzazione.
In conclusione, la tematica dell’E-
Figura 4 – a) Schema a blocchi di un sensore autonomo alimentato
da gradienti termici tramite conversione termo-elettrica;
b) andamenti tipici dei segnali trasmessi e ricevuti durante un ciclo;
c) prototipo completo di sensore autonomo di temperatura
N. 01ƒ
; 2010
BIBLIOGRAFIA
NEWS
▼
[1] C. Kompis, S. Aliwell: Energy
harvesting technologies to enable
Figura 5 – a) Convertitori in tecnologia MEMS
remote and wireless sensing, Sensu silicio: convertitore MFCA piezoelettrico
sors and Instrumentation KTN
con particolare della deposizione per serigrafia
report, London, June 2008.
h t t p : / / s e r v e r. q u i d 5 . n e t /
di film di PZT sugli elettrodi interdigitati;
~koumpis/pubs/pdf/
b) TEG a geometria planare con termocoppie PolySi-Al
energyharvesting08.
pdf.
[2] C. Knight, J. Davidson, S. Behnergy Harvesting per sensori e micro- rens: Energy Options for Wireless Sensor
sistemi è in forte crescita, rapidamen- Nodes, Sensors, (2008), 8, 8037-8066;
te evolvendo da ambito di curiosità DOI: 10.3390/s8128037.
scientifica e gadget a tecnologia abi- www.mdpi.com/journal/sensors.
litante con esito commerciale. Essa [3] V. Ferrari, Sensori e Microsisterappresenta, da un lato, una proposta mi: Verso Dispositivi Autonomi Alimentati dall’Energia Ambiente, INRIM,
di soluzione a esigenze tecniche ben Incontri del Giovedì 2009. www.
individuate e concrete, dall’altro, inrim.it/events/tempo_scienza_09.
un’opportunità e una sfida per ripen- shtml.
sare in modo innovativo sensori, siste- [4] M. Boroni Grazioli: Sette mosse per
mi di misura e molte delle applicazio- innovare, ETAS, Milano, 2009. EAN/
ISBN: 9788845315633.
ni ad essi collegate.
ESTENSIMETRI OTTICI
PER REQUISITI ESTREMI
NELL’ANALISI
SPERIMENTALE
DELLE SOLLECITAZIONI
I nuovi estensimetri ottici (ER) del tipo K-OP
sono stati sviluppati dalla HBM per offrire
alcuni vantaggi determinanti rispetto agli
estensimetri elettrici. Ad esempio, essi sono
particolarmente adatti per i test sui materiali compositi a fibre: sono possibili esami
che prevedono fino a 10 milioni di cicli di
carico con una deformazione alternata di
±5.000 µm/m.
I nuovi ER ottici si basano sui cosiddetti
reticoli di bragg in fibra. La deformazione
viene misurata in modo puramente ottico,
quindi non è necessario alcun segnale elettrico. Per questo motivo è possibile impiegare gli estensimetri del tipo K-OP senza
problemi anche in ambienti esplosivi, in
presenza di disturbi elettromagnetici o
nelle applicazioni ad alta tensione. Sulla
stessa fibra è possibile, inoltre, applicare
più ER ottici, grazie ai quali si possono eseguire misurazioni parallele. È possibile
usare fibre di vetro con lunghezze di diverse centinaia di metri.
Insieme agli estensimetri ottici, l’utilizzatore
riceve un prospetto dati che contiene, tra
T_M ƒ 52
gli altri, l’importante fattore k di ogni singolo ER, che HBM verifica già secondo la
nuova normativa VDI/VDE2660.
L’acquisizione dei dati di misura con gli ER
ottici e la relativa valutazione sono molto
semplici. Per questo processo HBM offre
agli utilizzatori tutti i componenti necessa-
NOTA
1
I prototipi e i risultati presentati sono il
frutto di ricerche alle quali hanno significativamente contribuito gli Ingg. Marco Ferrari, Michele Guizzetti e Simone Dalola.
Parte dell’attività è stata finanziata su fondi
MIUR progetto PRIN2007-20078ZCC92,
che coinvolge le Università di Brescia,
Catania e Perugia.
Vittorio Ferrari è Professore Straordinario di
elettronica presso il
Dipartimento di Ingegneria
dell’Informazione
all’Università di Brescia.
Si occupa di sensori,
microsistemi e circuiti elettronici d’interfaccia. Attualmente è
responsabile della linea di ricerca Sensori e Sistemi di Trasduzione dell’associazione GMEE.
ri: dagli ER ottici, con relativi accessori,
agli interrogatori fino al software di
acquisizione dati catman®AP, che comprende un modulo specifico EasyOptics
per gli ER ottici.
Ulteriori informazioni sono reperibili all’indirizzo web www.hbm.com
GLI
ALTRI TEMI
GLI ALTRI TEMI
Silvio Cocuzza, Stefano Debei, Francesco Angrilli
Misura e monitoraggio
di forze e di coppie
trasmesse al basamento di un manipolatore planare
MEASUREMENT OF DYNAMIC DISTURBANCES TRANSMITTED
TO THE BASE OF A MANIPULATOR
An experimental set-up is herein described, developed in order to measure
and monitor the forces and torques transmitted to the base during the operations of a planar manipulator. The aim of this work is the reduction of the
overload on the robot base during operations. A reduction of the transmitted torque of more than 90% is reported, thanks to the implemented control
and to the exploitation of the redundant degree of freedom of the robot.
RIASSUNTO
Viene descritto un apparato sperimentale, sviluppato al fine di misurare e
monitorare le forze e coppie trasmesse al basamento durante l’utilizzo di
un manipolatore planare. Lo scopo di questo lavoro è di ridurre il sovraccarico sul basamento durante le operazioni del robot. Grazie al controllo
implementato e allo sfruttamento del grado di libertà ridondante del robot,
si è ottenuta una riduzione della coppia trasmessa di più del 90%.
RIDUZIONE DEI DISTURBI
INDOTTI DA MANIPOLATORI
La riduzione e il controllo dei disturbi
dinamici indotti sul telaio dai manipolatori è d’interesse per diversi impieghi in campo industriale, soprattutto
nelle applicazioni in cui la riduzione
del sovraccarico sul basamento dei
robot è un requisito progettuale. Si
pensi, ad esempio, all’utilizzo di
manipolatori montati su veicoli mobili
o su basamenti cedevoli o, in generale, alla possibilità di avere robot e
basamenti più leggeri perché meno
sollecitati dinamicamente.
L’apparato sperimentale che qui
descriviamo è stato progettato e realizzato per la misura di forze e coppie
trasmesse al telaio durante le operazioni di un manipolatore planare,
dotato di tre giunti rotoidali, e per la
misura di alcune caratteristiche dinamiche del manipolatore stesso, quali
ad esempio (i) il momento d’inerzia e
la posizione del baricentro dei link e
(ii) la rigidezza e lo smorzamento dei
giunti. Il controllo è stato sviluppato
affinché l’organo terminale possa raggiungere qualsiasi punto dello spazio
di lavoro, minimizzando nel contem-
po le forze e coppie trasmesse al
basamento [1]. Nei test sperimentali,
grazie al controllo implementato e al
grado di libertà ridondante del robot
[2], si è ottenuta una riduzione della
coppia trasmessa del 91%. D’altro
lato, è possibile avvicinarsi alla riduzione teorica del 100% utilizzando
manipolatori con giunti più rigidi.
L’APPARATO SPERIMENTALE
SVILUPPATO
Il braccio robotico planare (Fig. 1) è
fissato al telaio per mezzo di una
bilancia dinamometrica, progettata
ad hoc per misurare le forze e le coppie trasferite al telaio dal manipolatore, ed è sospeso su un piano di granito tramite un sistema di cuscini ad
aria, che garantiscono la planarità
del robot ed evitano che il suo peso
gravi direttamente sulla bilancia dinamometrica [3].
Il robot, progettato originariamente
per effettuare test in volo parabolico
in assenza di gravità in uno spazio di
lavoro tridimensionale [4], grazie alla
modularità del progetto può essere
Figura 1 – Apparato sperimentale:
braccio robotico planare,
sottosistema di controllo,
sistema pneumatico e sistema di misura
riconfigurato variando il numero dei
link e l’orientazione dei giunti rotoidali. In particolare, aumentando il
numero dei link è possibile ottenere un
maggior numero di componenti nulle
della reazione vincolare. Il manipolatore, i cui giunti non sono da considerarsi infinitamente rigidi per la presenza di riduttori, è comandato da
motori in corrente continua, controllati per mezzo di un controllo PID
decentralizzato implementato in un
sistema di controllo ROBOX RMC4.
Le forze nelle due direzioni planari e
la coppia intorno a un asse perpendicolare al piano di granito vengono
misurate utilizzando la bilancia dinamometrica, vincolata al primo giunto
del braccio robotico tramite una flangia rigida [3]. La bilancia è essenzialmente composta da due travi a
sezione quadrata: su ciascuna di esse
CISAS “G. Colombo“
Centro interdipartimentale di Studi
e Attività Spaziali,
Università degli Studi di Padova
[email protected]
T_M
N.
1/10 ƒ 53
sono collegati a ponte intero estensimetri elettrici a resistenza metallica.
Per il condizionamento e l’amplificazione dei ponti estensimetrici si è utilizzato il sistema Vishay 2300, mentre
per acquisire il segnale si è utilizzata
una scheda I/O National Instruments.
Il set-up di misura è presentato in Fig.
2 e le specifiche principali della bilancia dinamometrica sono riassunte
nella Tabella 1.
Misura delle caratteristiche
statiche e dinamiche del Robot
e della bilancia dinamometrica
Si sono dapprima eseguite le tarature
statiche e dinamiche della bilancia
dinamometrica, ottenendo risultati
sperimentali con deviazione massima
dalla linearità dell’1%, includendo anche gli effetti d’isteresi [5]. I coefficienti di smorzamento lineari e rotazionali della bilancia dinamometrica,
in particolare, sono stati stimati per
T_M ƒ 54
N. 01ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
Figura 2 – Bilancia dinamometrica
realizzata tramite travi in materiale
polimerico estensimetrate
mezzo di un test di risposta a un
ingresso a gradino [5]. La curva
di taratura coppia - rotazione e la
curva di risposta al gradino della
bilancia dinamometrica sono
riportate in Fig. 3. Si sono, quindi, ricavati sperimentalmente la
curva di rigidezza e il coefficien-
Tabella 1. Specifiche principali della bilancia dinamometrica
Forza massima nelle direzioni x e y
Risoluzione (forza)
Accuratezza (forza)
Coppia massima attorno all’asse z
Risoluzione (coppia)
Accuratezza (coppia)
Prima frequenza propria (robot +
bilancia dinamometrica)
1N
1,7 · 10-3 N
± 54 · 10-3 N
0,320 Nm
2,6 · 10-4 N
± 85 · 10-4 N
> 15 Hz
■
GLI
ALTRI TEMI
Cecco, C. Menon, M. Zaccariotto, F.
Angrilli: Free-Flying Robot 3D Simulator
Validation by means of Air-Bearings Table
2D Tests – Test-Bed Design, Proceedings of
the 56th International Astronautical Congress, Fukuoka, Japan, 2005.
[4] S. Cocuzza, C. Menon, A. Aboudan,
A. Bulgarelli, F. Angrilli: Free-Flying 3D
Space Robot Prototype Design and Zero-g
Experiments on ESA Parabolic Flights, Proceedings of the 55th International Astronautical Congress, Vancouver, Canada,
2004.
[5] S. Cocuzza, C. Menon, F. Angrilli:
Free-Flying Robot Tested on ESA Parabolic
Flights: Simulated Microgravity Tests and
Simulator Validation, Proceedings of the
58th International Astronautical Congress,
Hyderabad, India, 2007.
Figura 3 – Taratura coppia-rotazione (sopra) e curva di risposta al gradino (sotto)
te di smorzamento dei giunti [5]. Infine, grazie al set-up sperimentale realizzato, si sono effettuate misure indirette dei parametri inerziali attraverso
misure di forza e coppia, nota la geometria del sistema e utilizzando semplici traiettorie [5]. Con questo metodo si sono ottenute stime dei parametri inerziali con incertezze inferiori al
2%.
MISURA DEI DISTURBI DINAMICI
Il controllo implementato nel robot
permette di sfruttare il grado di libertà
ridondante per ottenere una coppia
nulla trasferita al basamento del
robot, nell’ipotesi di un robot ideale
con giunti perfettamente rigidi. Tale
risultato è stato testato in simulazione
per una serie di traiettorie lineari e circolari all’interno dello spazio di lavoro del manipolatore, permettendo la
definizione di una zona dello spazio
di lavoro in cui la coppia (o una componente della forza) trasferita a telaio
è nulla [1].
La coppia, misurata sperimentalmente
per una traiettoria circolare contenuta
nello spazio di lavoro a coppia nulla,
è risultata essere dell’ordine dei
0,025 Nm a causa della flessibilità
dei giunti del robot reale [1]: ciò equivale a una riduzione della coppia
sperimentale del 91%, rispetto al caso
in cui si minimizzino le accelerazioni
di giunto. Tale risultato è confermato
dalle simulazioni effettuate con il simulatore a giunti flessibili [5], i cui valori di coppia hanno uno scarto percentuale massimo inferiore al 5% rispetto
alle misure sperimentali [1]. Tale scarto è essenzialmente imputabile all’incertezza dei parametri dinamici usati
nel simulatore a giunti flessibili, cioè:
(i) parametri inerziali, (ii) rigidezze e
smorzamenti, (iii) isteresi dei giunti
del robot e della bilancia dinamometrica, (iv) il gioco dei giunti stessi, e (v)
gli effetti indotti dalla presenza dei
cavi.
RIFERIMENTI
[1] S. Cocuzza, I. Pretto, S. Debei: Reaction Torque Control of Redundant Space
Robotic Systems for Orbital Maintenance
and Simulated Microgravity Tests, Acta
Astronautica, Article in press, 2010.
[2] L. Sciavicco, B. Siciliano: Robotica
industriale-Modellistica e controllo di
manipolatori, McGraw-Hill Libri Italia,
Milano, 2000.
[3] S. Cocuzza, C. Bettanini, M. De
Silvio Cocuzza si è laureato Ingegneria Meccanica e ha conseguito il
Dottorato di Ricerca in
Scienze e Tecnologie Spaziali. Attualmente è Assegnista di ricerca presso
il CISAS “G. Colombo” – Università di
Padova, e cultore della materia per i settori disciplinari ING-IND/12 e INGIND/13.
Stefano Debei, PhD in
Scienze e Tecnologie
Spaziali, è Professore Associato in Misure Meccaniche e Termiche e Collaudi presso l’Università
di Padova. Nel 2004 JPL
gli ha conferito un riconoscimento per le
attività scientifiche e tecniche svolte. È
responsabile tecnico e scientifico di
numerosi progetti di ricerca anche con
le principali agenzie spaziali.
Francesco Angrilli è
Professore Ordinario di
Misure Meccaniche e Termiche all’Università di
Padova dal 1976. È direttore del Centro di Studi
e Attività Spaziali CISAS
“G. Colombo” all’Università di Padova
(1994-2008). È stato responsabile tecnico e scientifico di numerosi strumenti
spaziali tra cui lo strumento HASI utilizzato nella missione a Titano CassiniHuygens.
T_M ƒ 55
N. 01ƒ
; 2010
LMS E LA FUTURA
RIVOLUZIONE
DELL’INNOVAZIONE
INGEGNERISTICA
▲
NEWS
gato Urbain Vandeurzen, Chairman
e CEO di LMS International.
On the road
Il gruppo Fiat ha adottato come proprio standard diverse soluzioni LMS
per il testing e la simulazione 1D e 3D:
ad esempio, la piattaforma di sperimentazione LMS Test.Lab, e il solutore
per la predizione di vita a fatica LMS
Virtual.Lab Durability, più recentemente anch’esso pienamente integrato nel
processo ingegneristico per lo sviluppo
di nuovi modelli di autovetture.
“Interagiamo con molte società del
gruppo Fiat, come Fiat Powertrain
Technologies, Magneti Marelli, i centri di ricerca CRF ed Elasis, e con i
nostri partner e fornitori. È importante che tutti
utilizzino gli stessi strumenti per condividere
dati e progettare le migliori automobili possibili” ha spiegato l’ing. D’Aprile, Fiat Group
Automotive.
Data la crescente attenzione, da parte dell’opinione pubblica, nei confronti delle emissioni nocive e dell’efficienza energetica, non sorprende
vedere come tutti i produttori di auto stiano cercando di scendere al di sotto dei 100 g/km di
CO2. Tra i costruttori di auto europei il gruppo
Fiat è vicino all’obiettivo di scendere, entro il
2015, a 130 g/km, piazzandosi meglio dei
costruttori tedeschi e giapponesi.
LMS, con i suoi 30 anni di esperienza, è
partner di riferimento per le maggiori realtà
industriali dei settori automobilistico, aerospaziale e meccanico, che aiuta a migliorare la qualità dei prodotti e ad accelerare il
time to market. Con un’unica combinazione
di software per la simulazione 1D e 3D, soluzioni per il testing e servizi di ingegneria
LMS copre tutti gli ambiti ingegneristici:
dalla dinamica di sistemi, integrità strutturale
e sound quality, alla fatica, sicurezza e consumi energetici.
Senza dubbio il 2009 è stato un anno difficile, che ha registrato una diminuzione del
volume d’affari del 25-30% da parte di moltissime aziende, soprattutto quelle legate al
settore automotive. Tuttavia esistono società
che stanno cercando di trasformare questa
crisi globale in un’opportunità, con una visione strategica, proiettata al futuro e orientata
alla globalizzazione.
È questo il caso di LMS International: pioniere
dell’ingegneria strutturale e della sperimentazione NVH, inventore dell’ingegneria ibrida e
di molte tecnologie brevettate nei campi della
sperimentazione e della simulazione virtuale,
LMS continua a investire nel futuro, con il ben In the air
preciso obiettivo di un pianeta migliore e, Un altro settore industriale in piena trasformasoprattutto, più sostenibile.
zione è quello aeronautico. Oltre a ridurre sempre più i tempi di realizzazione, si sta cercando di costruire aerei meno costosi, sostenibili e
confortevoli senza sacrificare, ovviamente, la
sicurezza. Gli obiettivi prevedono di diminuire
il consumo di carburante del 15% e di ridurre
il rumore in cabina del 50% entro il 2020.
Nonostante la crisi, il settore spaziale è in
piena crescita, con un numero sempre maggiore di satelliti che orbitano intorno alla
terra. Thales Alenia Space, il secondo produttore di satelliti in Europa, sta ultimando nello
stabilimento di Roma 48 satelliti Globalstar di
seconda generazione. I primi sei verranno
lanciati nello spazio entro settembre 2010 e i
sistemi LMS sono utilizzati quotidianamente
per finalizzare tutti i test di qualifica ambientale vibro-acustica.
“L’esempio di Thales Alenia Space mette in evidenza il valore dei nostri sistemi in un’industria
dove prestazioni, affidabilità e compatibilità sono
cruciali. Negli ultimi cinque anni abbiamo venduto almeno un sistema
al mese a centri per l’integrazione di satelliti che
“LMS è un marchio storicamente molto noto volevano standardizzarsi
nel mondo automotive. Ma uno dei nostri punti sulla nostra soluzione.
di forza risiede proprio nell’applicabilità della Abbiamo praticamente
nostra tecnologia anche ad altri comparti indu- attrezzato l’80% del merstriali. Abbiamo assistito a una grande cresci- cato”, ha commentato il
ta nell’aerospace, nel ground vehicle e in Jan Leuridan, CTO di
molte industrie meccaniche high-tech”, ha spie- LMS International.
On the sea
Per quanto riguarda l’industria cantieristica,
dalle enormi portacontainer intercontinentali
della flotta Maersk alle grandi navi da crociera, molti costruttori devono oggi affrontare
nuove sfide, nate semplicemente dalle dimensioni delle proprie imbarcazioni.
L’attenzione non si rivolge esclusivamente alla
soluzione di problematiche di tipo ambientale
(secondo un recente articolo dell’ UK Guardian, infatti, l’industria navale sarebbe la più
inquinante al mondo) ma, parallelamente, queste navi devono anche essere sottoposte a
numerosi test di certificazione per quanto
riguarda il rumore e le vibrazioni.
Presso il Cetena di Genova, centro di ricerca e consulenza per le navi e il mare, vengono adottate le più moderne soluzioni
sperimentali per certificare la conformità
delle attrezzature navali rispetto a svariati
standard di omologazione marittima. Non
solo test di shock per la verifica di condizioni estreme, quindi, ma verifiche specifiche su tutti i componenti: basti pensare che
persino un lampadario di Murano deve
essere sottoposto a indagini approfondite
per determinarne le frequenze di risonanza acustica.
“Non possiamo fidarci dei risultati ottenuti
con un sistema qualunque” dice Stefano
Qualich, Cetena, “Noi abbiamo bisogno
della precisione del controllo e della velocità
di acquisizione dei dati, che la soluzione
LMS è in grado di offrirci”.
Per ulteriori informazioni:
www.lmsintl.com
CAMPI E COMPATIBILITÀ
ELETTROMAGNETICA
Carlo Carobbi*, Marco Cati**, Carlo Panconi***
Generatore di campo E.M.
nelle frequenze 300 MHz - 3 GHz
per la scelta appropriata dei parametri d’antenna
A REFERENCE E.M. FIELD SOURCE FOR THE 300 MHz-3 GHz
FREQUENCY RANGE
We describe the principle of operation and the performances of a comb
generator designed to cover the 20 MHz–3 GHz frequency range and satisfying the basic requirements for its application as a reference E-field
source, when used to feed an appropriate transmitting antenna. Log-periodic antennas provide adequate gain and bandwidth for such application.
Nowadays several commercial models can cover the decade of interest
here, i.e. 300 MHz-3 GHz: however they suffer from the ambiguity originated from the motion of the phase-centre with frequency. Guidance is here
offered in this respect, showing how the appropriate antenna parameter
(gain for transmission, antenna calibration factor for reception) can be
derived from the corresponding free-space calibration data.
RIASSUNTO
Si descrivono il principio di operazione e il funzionamento di un generatore di spettro a pettine che copre l’intervallo di frequenze 20 MHz–3 GHz
e soddisfa i requisiti per la sua applicazione come sorgente di campo elettrico di riferimento, se utilizzato con un’antenna trasmissiva appropriata. Le
antenne log-periodiche posseggono banda e guadagno consoni per l’applicazione. Diversi modelli coprono oggi la decade d’interesse, cioè
300 MHz-3 GHz: tuttavia soffrono del problema dello spostamento del centro di fase con la frequenza. Si analizza qui il problema, mostrando come
una scelta appropriata dei parametri d’antenna (guadagno per la trasmissione, fattore di taratura d’antenna per la ricezione) può derivare dai corrispondenti dati di taratura nello spazio libero.
STATO DELL’ARTE
NEL CAMPO DEI CONFRONTI
INTERLABORATORIO
Una sorgente di campo elettromagnetico di riferimento è lo strumento d’indagine essenziale per valutare la
riproducibilità delle misure di campi
elettromagnetici radiati. A tale proposito, negli anni passati [1-6] gli autori
hanno condotto due rigorosi confronti
interlaboratorio nell’ambito della
Compatibilità Elettromagnetica (CEM),
per valutare il comportamento delle
camere anecoiche compatte fra
30 MHz e 300 MHz. Da parte dei
partecipanti ai confronti (14 laboratori, sparsi sul territorio nazionale) fu
espressa piena soddisfazione circa i
risultati ottenuti e il desiderio di esten-
dere l’attività a frequenze superiori a
300 MHz. Anche nel settore civile,
infatti, le prove di emissione radiata
sono state recentemente estese fino
alla frequenza di 6 GHz (con impiego
di siti anecoici al di sopra di 1 GHz).
In analogia con quanto già fatto per la
banda di frequenza 30 MHz300 MHz, si poneva quindi il problema
di realizzare una sorgente di campo
elettromagnetico d’elevata stabilità e
di potenza adeguata a ottenere un
elevato rapporto segnale/rumore sul
ricevitore, per frequenze comprese tra
300 MHz e 3 GHz. Merita qui ricordare che, sebbene la conoscenza del
valore di campo elettromagnetico
generato a una distanza fissata dalla
sorgente non sia indispensabile per
condurre un’attività di confronto inter-
laboratorio, conoscerne il valore con
bassa incertezza è utile sia per il progetto della prova di confronto sia per
l’individuazione di eventuali errori
sistematici significativi.
Una sorgente di campo elettromagnetico è composta essenzialmente da: (i)
il generatore, responsabile della
generazione del segnale in radio-frequenza (RF), e (ii) l’antenna, responsabile dell’irradiazione del segnale
RF nello spazio circostante. Il generatore da noi realizzato per la banda di
frequenze 30 MHz–3 GHz presenta
caratteristiche simili a quello, descritto
nella rubrica della CEM di T_M n. 1
del 2008, per impiego da 30 MHz a
300 MHz. Si tratta di un generatore
impulsivo che genera uno spettro a
pettine (comb generator), compatto,
alimentato a batteria, leggero, con
grande autonomia, che non necessita
di cavi di collegamento (né verso l’alimentazione, perché alimentato a
batterie, né verso il carico, perché
molto leggero e quindi auto-sostenuto
tramite il connettore RF). Il campo di
frequenza si estende da 20 MHz
(spaziatura fra le righe) a 3 GHz. Il
generatore è stato realizzato su un circuito stampato (Fig. 1) alloggiato in
un contenitore in alluminio appositamente tornito (Fig. 2). La scelta dell’antenna è caduta su una log-periodica commerciale d’eccellenti qualità
sia meccaniche sia elettriche, che
offre un buon compromesso in termini
di compattezza, guadagno e larghezza di banda.
* Dipartimento di Elettronica
e Telecomunicazioni,
Università di Firenze
** Ricerca e Sviluppo, Esaote S.p.A.,
Firenze
*** Istituto Tecnico Industriale Statale
“Silvano Fedi”, Pistoia
[email protected]
T_M
N.
1/10 ƒ 57
Figura 1 – Fotografia del circuito elettronico del generatore impulsivo
di alta frequenza. Sono inclusi anche un adattatore SMA
maschio-maschio e una transizione SMA femmina - N femmina
da pannello, presenti nell’allestimento finale con l’involucro meccanico
IL GENERATORE IMPULSIVO:
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Lo schema a blocchi dei generatori è
riportato in Fig. 3. Il generatore si
compone essenzialmente di tre sezioni principali e d’una sezione ausiliaria di alimentazione (non rappresentata in Fig. 3):
• La sezione di generazione d’onda
quadra (composta dal generatore e
dal divisore del segnale di temporizzazione o clock);
• La sezione di generazione dell’impulso (composta dal circuito di generazione e dalla rete formatrice dell’impulso);
• La rete di adattamento.
In Fig. 3 è stato identificato anche il
carico, dato da un’antenna.
Il segnale di temporizzazione è ottenuto da un oscillatore a onda quadra
al quarzo (oscillatore alla frequenza
di 20 MHz) con elevata stabilità. Il
pilotaggio della rete di generazione
dell’impulso è realizzato tramite un
circuito separatore, in grado d’erogare correnti relativamente intense. La
rete di generazione dell’impulso utilizza un diodo Step Recovery per realizzare le transizioni veloci1 e un tratto di
linea di trasmissione chiusa in corto
circuito per determinare la durata dell’impulso. La linea di trasmissione è
realizzata da una microstriscia su substrato FR4. La rete formatrice dell’impulso ha lo scopo di “sagomarlo”, limitando oscillazioni e altre aberrazioni della forma d’onda, ed è basata sull’impiego d’un diodo Schottky. Questo
ha anche il compito d’isolare la rete
di generazione dell’impulso dai segnali indesiderati, presenti all’uscita
del generatore (ricordiamo che il carico è un’antenna) nell’intervallo di tempo fra un impulso e il successivo. La
rete di adattamento consente di presentare alla rete formatrice un carico
praticamente resistivo e indipendente
dal carico offerto dall’antenna. La rete
d’adattamento consente di realizzare
l’impedenza d’uscita del generatore
di 50 Ω.
IL GENERATORE IMPULSIVO:
CARATTERISTICHE ELETTRICHE
E MECCANICHE
Nella Fig. 4 è riportata la potenza fornita dal generatore impulsivo a un
carico di 50 Ω. La potenza erogata è
intorno a –25 dBm fino a 1 GHz e
degrada dolcemente fino a circa
Figura 3 – Schema a blocchi del generatore impulsivo
T_M ƒ 58
Figura 2 – Fotografia dell’involucro metallico
del generatore impulsivo di alta frequenza. Sono visibili
il tasto di accensione (in basso), gli accessi alle batterie (affiancati)
e la presa per l’alimentazione esterna (in alto)
–43 dBm a 3 GHz. La spaziatura fra
le righe spettrali è 20 MHz, adeguata
per caratterizzare la risposta in frequenza di un sistema sopra i
200~300 MHz. In Fig. 4 è riportata
anche la fascia d’incertezza associata alla stima della potenza. L’incertezza estesa è 0,6 dB (quindi l’ampiezza
della fascia è 1,2 dB), espressa in termini di due scarti tipo. La taratura è
stata effettuata alla temperatura ambiente quasi costante di 20 °C. Nell’impiego comune i generatori sono
soggetti a fluttuazioni termiche e a
sollecitazioni meccaniche più consistenti di quelle sperimentate nella
taratura.
È stata allora valutata l’instabilità dell’ampiezza delle righe spettrali
(media sulle 150 righe spettrali fra
20 MHz e 3 GHz) dovuta a fluttuazioni termiche di ±5 °C attorno a
20 °C, che è risultata di 0,06 dB (1
scarto tipo). Per un eventuale impiego
in ambiente aperto si è valutata anche
l’instabilità per fluttuazioni di ±15 °C
attorno a 20 °C, che è risultata di
0,25 dB (1 scarto tipo). L’instabilità
dovuta all’operazione di connessione/sconnessione del connettore RF è
risultata di 0,02 dB (su dieci operazioni). L’instabilità, sia a breve (1 h)
sia a medio termine (12 h), è risultata
inferiore a 0,02 dB (1 scarto tipo).
Riassumendo, l’instabilità dell’ampiezza delle righe nell’intervallo di frequenza 20 MHz – 3 GHz è pari a
0,07 dB (1 scarto tipo) per variazioni
di temperatura di ±5 °C attorno a
20 °C e di 0,25 dB (1 scarto tipo) per
variazioni di ±15 °C attorno a 20 °C.
La forma d’onda del generatore nel
dominio del tempo (tensione su 50 Ω)
è un impulso unidirezionale con picco
di circa 1,5 V e durata a metà
ampiezza di circa 270 ps, di forma
molto regolare (si veda la Fig. 5, dove
Figura 4 – Potenza su 50 Ω fornita dal generatore
impulsivo di alta frequenza fino a 3 GHz.
L’ampiezza della fascia di incertezza è 1,2 dB
(incertezza estesa, 2 scarti tipo, pari a 0,6 dB)
è rappresentata la forma d’onda
generata dal prototipo realizzato).
Ulteriori caratteristiche interessanti del
generatore sono la leggerezza (meno
di 0,5 Kg, incluse le batterie), la compattezza (forma cilindrica, diametro
70 mm, altezza 130 mm) l’autonomia
(più di 24 h, con quattro pile tipo
AA), l’accesso al pacco batterie indipendente dall’accesso all’elettronica
(per evitare danni accidentali), la disponibilità di una presa per alimentazione DC esterna, lo spegnimento
automatico quando il livello di alimentazione scende sotto un valore
prestabilito, il connettore RF di tipo N.
ANTENNA LOG-PERIODICA:
GUADAGNO E SPOSTAMENTO
DEL CENTRO DI FASE
Il guadagno G di qualsiasi antenna è
(i) definito in condizioni di spazio
libero (antenna isolata), (ii) un parametro di campo lontano (componenti
di campo elettrico E e di campo
magnetico H tra loro ortogonali e tali
che E H = ζξ 0 dove ζ 0 è l’impedenza di spazio libero ( ζ 0 ≈ 377Ω),
(iii) riferito al centro di fase dell’antenna. Come ricordato precedentemente, il centro di fase delle antenne
log-periodiche varia con la frequenza. All’incirca il centro di fase si sposta lungo l’asse dell’antenna dalla
posizione corrispondente alla coppia
di dipoli più lunghi, alla frequenza
minima di utilizzo ( fU ,min ), alla coppia
Figura 5 – Tensione su 50 Ω fornita dal generatore
impulsivo. Forma d’onda acquisita con oscilloscopio
numerico di banda analogica 12 GHz
e frequenza di campionamento di 40 GS/s
di dipoli più corti, alla frequenza massima ( fU ,max ). Questa circostanza
complica l’impiego delle antenne logperiodiche e l’interpretazione dei loro
dati di taratura.
Ovviamente, se siamo interessati al
campo generato a una distanza grande
rispetto allo spostamento del centro di
fase, la correzione diviene trascurabile e
il guadagno di spazio libero G può essere utilizzato con errore trascurabile. Se
viceversa questo non si verifica (come
nel caso della generazione d’un campo
per confronti interlaboratorio o per le
misure di campi elettromagnetici di disturbo nelle prove di emissione CEM), la
correzione diviene particolarmente significativa. Si faccia riferimento alla Fig. 6,
dove è riportata una classica struttura di
antenna log-periodica.
Si consideri il caso in cui s’intenda
predire il campo elettromagnetico, in
direzione di massima radiazione a
distanza fissa dall’antenna trasmittente e non grande rispetto allo spostamento del centro di fase. In questo
caso, occorre tener conto dello spostamento del centro di fase con la frequenza. Sia Dn la distanza dal vertice
della log-periodica al punto O dove si
vuole predire il campo generato, la
stessa distanza a tutte le frequenze
d’interesse. In questo caso s’impiega
la nota formula (si veda la Rubrica
della CEM del n. 1 del 2009 di T_M):
E (Dn)=P + G –20log Dcf +
+ 10logζ –10log (4π)
l’antenna, G è il guadagno di spazio
libero in dB, P è la potenza disponibile in dB(W) applicata al bocchettone di ingresso, Dcf è la distanza di O
dal centro di fase in metri e ζ 0 è l’impedenza di spazio libero ζ 0 ≈377Ω.
Si
consideri
nuovamente
la
(1): sommando e sottraendo il termine
20log Dn si ottiene:
E (Dn)=P + G –20log Dn +
+ 10logζ0 –10log (4π)
Dove:
(2)
D 
Gn = G + 20log n 
(3)
 Dcf 
La maggior comodità della (2) rispetto alla (1) sta nel fatto che in essa
appare direttamente la distanza fissa
Dn anziché la distanza variabile Dcf.
Si deve tener conto che le distanze Dn
e Dcf stanno in questa relazione:
Dcf = Dn + x n
(4)
Dove con xn s’è indicata la distanza del
centro di fase dal vertice dell’antenna
misurata a partire dal vertice della stessa. Sostituendo la (4) nella (3) si trova:
(1)
dove E(Dn) è il campo elettrico in
dB(V) a distanza Dn dal vertice delFigura 6 – Rappresentazione
tridimensionale d’una antenna log-periodica
N. 01ƒ
; 2010
■
CAMPI E COMPATIBILITÀ
ELETTROMAGNETICA
sui cavi per l’imperfetto bilanciamento
(5) dell’antenna. La compattezza e leggerezza di questi generatori li rende
ideali per l’impiego come campioni
Da quanto sopra discusso si compren- itineranti di campo elettromagnetico.
de che la correzione data dal termine L’elevata stabilità dei generatori, unita
alla disponibilità di simulatori di
campo elettromagnetico in grado di
 xn 
−20log1+  del guadagno Gn predire il comportamento delle antenD

n
ne, in ambiente ideale dal punto di
rispetto a quello di spazio libero G vista elettromagnetico, consente poi
può essere piuttosto significativa: per di realizzare sorgenti campione a
esempio, se Dn = 3m e l’antenna è bassa incertezza (dell’ordine di 1 dB,
lunga L = 60 cm, il termine correttivo in termini di 2 scarti tipo).
varia da 0 dB alla frequenza di massimo utilizzo fU ,max a –1,58dB alla

x 
Gn = G − 20log1 + n 
D

n
frequenza di minimo utilizzo fU ,min . Si
evince quindi che, trascurando questa
correzione, il valore di campo elettromagnetico generato rischia di avere
un’incertezza troppo elevata per gli
scopi proposti2.
Per inciso, merita osservare che, nota
la lunghezza dell’antenna L lungo l’asse, dagli elementi radianti più lunghi
al vertice, la distanza xn può essere
scritta come (vedi [8]):

f − fU ,min 
x n = L 1 −

fU ,max − fU ,min 

(6)
La formula permette di determinare lo
spostamento del centro di fase xn
rispetto al vertice dell’antenna per ciascuna frequenza f compresa tra fU ,min
ed fU ,max .
CONCLUSIONI
La disponibilità di generatori come
quelli qui descritti è un requisito tecnico essenziale per chi intende generare un campo elettromagnetico di riferimento a frequenze superiori a
30 MHz. L’assenza di cavi di collegamento fra generatore e antenna
consente di eliminare le incertezze
associate alla riflessione e diffusione
del campo elettromagnetico da parte
dei cavi e, specie per il campo di frequenza da 30 MHz a 300 MHz, di
eliminare anche le incertezze dovute
alla corrente di modo comune residua
T_M ƒ 60
[1] C. Carobbi, L. Millanta: Confronto
interlaboratorio di misure e prove di emissioni radiate, Tutto_Misure, n. 2/2006.
[2] C. Carobbi, M. Cati, L. Millanta, C.
Panconi: Confronto Interlaboratorio fra
Camere Anecoiche Compatte, Atti XXIII
Congresso Nazionale Gruppo Misure
Elettriche ed Elettroniche, L’Aquila, 11-13
Set. 2006, pp. 191-192.
Panconi: Generatore a Pettine per Confronti di Campo Elettromagnetico Radiato:
Contenuto Spettrale, Stabilità, Atti XXIII
Congresso Nazionale Gruppo Misure
Elettriche ed Elettroniche, L’Aquila, 11-13
Set. 2006, pp. 193-194.
Panconi: Confronti Interlaboratorio di
Misure di Campi Elettromagnetici: l’Esperienza dell’Unità GMEE di Firenze, Atti
XXIV Congresso Nazionale Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche, Torino, 6-8
Set. 2007, pp. 241-242.
[5] C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi: Generation and Measurement of a Reference
Field for Round-Robin Comparison Purposes, in Proc. IEEE International Symp. on
EMC, Detroit, Aug. 18-22, 2008.
[6] C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi:
Reproducibility of Radiated Emissions
Measurements in Compact, Fully–Anechoic, Rooms – The Contribution of the
Site-to-Site Variations, IEEE Transactions on
Electromagnetic Compatibility, vol. 51,
no. 3, pp. 574-582, Aug. 2009.
[7] HP Application Note 918: Pulse and
Waveform Generation with Step Recovery
Diodes, Hewlett and Packard, 5954-2056
(10/84).
[8] NPL Best Measurement Practice Guide
no.73: Calibration and use of antennas,
focusing on EMC applications, December
2004.
NOTE
1
Chi fosse interessato ad approfondire
può trovare abbondanti informazioni sia
sul comportamento elettrico dei diodi Step
Recovery sia su diverse soluzioni circuitali
per la realizzazione di generatori di
impulsi veloci in [7].
2 Si può dimostrare (ma non lo faremo)
che nel caso della ricezione valgono considerazioni analoghe al caso della trasmissione, ovvero se la trasmittente è
posta a distanza indefinita dalla log-periodica ricevente, si impiega il parametro
Antenna Correction Factor (ACF) di spazio libero. Se, invece, lo spostamento del
centro di fase della ricevente non è trascurabile rispetto alla distanza dalla sorgente, si deve impiegare un ACFn definito
 xn 
come ACFn = ACF + 20log1+  dove
 Dn 
il significato dei simboli xn e Dn è lo stesso di quello del testo.
Carlo Carobbi si è laureato con lode in Ingegneria Elettronica nel 1994
presso l’Università di
Firenze. Dal 2000 è Dottore di Ricerca in Telematica. Nel 2001 è ricercatore del Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni dell'Università di Firenze,
dove è docente di Misure Elettroniche e
Compatibilità Elettromagnetica.
Marco Cati si è laureato
con lode ed encomio solenne in Ingegneria Elettronica all’Università di Firenze nel 2001. Dal 2005 è
Dottore di Ricerca in Ingegneria
dell’Affidabilità,
Manutenzione e Logistica. Dal 2005 fa
parte del reparto R&S di Esaote, dove è
responsabile delle verifiche di Compatibilità Elettromagnetica su dispositivi ecografici.
Carlo Panconi si è laureato nel 2003 in Ingegneria Elettronica all’Università di Firenze. Dottore
di Ricerca in “Controlli non
distruttivi”, dal 1988 è
insegnante di Laboratorio
di Elettrotecnica e di Elettronica nel triennio degli Istituti Tecnici e Professionali.
LO SPAZIO DEL GMEE
E DEL GMMT
▲
In collaborazione con l’Associazione GMEE e il GMMT: F. Docchio, A. Cigada
Valeria Teppati*, Franco Docchio**
Verso
il trasferimento tecnologico
Le unità del GMEE e le loro aree d’interesse – 2010
THE GMEE LABORATORIES AND THEIR COMPETENCE
AREAS - 2010
The fruitful collaboration between Universities and Industry stems
from a detailed knowledge of the main areas of basic and applied
research, and Technology Transfer, of the University laboratories
and Research Centers. In 2009, the GMEE Association, owner of
the Journal Tutto_Misure has taken part to the Event “Affidabilità e
Tecnologie” with its own booth, to better promote its spectrum of
activities and to stimulate visitors to a close cooperation with its Laboratories. On that occasion, a list of all the GMEE Laboratories and
Centers had been prepared, with their Areas of Interest. The success of the experience has led GMEE to repeat and to broaden the
list, and to locate it directly within the Journal.
Industries interested in a close collaboratrion wilth the GMEE
Laboratories and Research Centers can directly contact the
responsibles of each Laboratory, or send a message to the Editor at [email protected], or to the official website
of the GMEE at [email protected].
La collaborazione tra Università e imprese nasce e si rafforza attraverso una più diffusa conoscenza delle attività di ricerca di base, ricerca applicata e trasferimento tecnologico dei Laboratori Universitari e
Centri di Ricerca. Nel 2009 l’Associazione GMEE, proprietaria di
Tutto_Misure, ha partecipato all’evento AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE con un suo spazio espositivo, per meglio promuovere la propria
attività e invogliare le imprese e i visitatori a una maggior collaborazione con le proprie Unità. Per l’occasione, era stato predisposto un
elenco delle Unità GMEE con le loro attività e Aree di Interesse.
Il successo dell’esperienza ha motivato gli scriventi a ripeterla
ed ampliarla, grazie all’ospitalità della rivista Tutto_Misure. Per
una maggior fruibilità del materiale, le Aree di Interesse sono
state ridotte e standardizzate e le Unità interessate a rapporti
con le imprese hanno potuto aggiornare la propria offerta di tecnologia nell’elenco, che presentiamo di seguito.
Le Imprese interessate a rapporti di collaborazione con le Unità
possono rivolgersi direttamente agli indirizzi delle stesse, alla
nostra Redazione, inviando una mail a
[email protected],
o al sito ufficiale del GMEE a [email protected].
Unità di Benevento (prof. Pasquale Daponte)
Dip. Ingegneria - Università del Sannio
C.so Garibaldi 107 - 82100 Benevento - Tel. 0824305817
E-mail: [email protected]
Attività: Sviluppo di algoritmi e architetture per l’elaborazione di segnali di
misura, metodi per la caratterizzazione di apparecchiature basate su convertitori A/D eD/A, metodi e strumenti di misura per sistemi e segnali di telecomunicazione, sviluppo di metodi di rilevamento e predizione di guasti,
misure su magneti superconduttori.
Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura distribuiti. Sistemi di misura in tempo reale. Strumentazione di misura virtuale. Metodi di
rilievo di guasti su componenti e sistemi. Misure per controllo e miglioramento della qualità. Misure per le telecomunicazioni. Misure di campi elettromagnetici. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.
Unità di Bologna (prof. Gaetano Pasini)
Dip. Ingegneria Elettrica - Università di Bologna
V.le Risorgimento 2 40136 Bologna - Tel. 0512093473
Attività: Sviluppo di sensori per misure su sistemi in media e alta tensione
Metodi di misura delle scariche parziali. Strumentazione elettronica di misura. Test innovativi per la valutazione dell’affidabilità dei componenti elettronici. Caratterizzazione di componenti attivi a radiofrequenza.
Aree principali d’interesse: Sistemi di acquisizione dati. Sistemi dinamici non lineari. Sincronizzazione dei sistemi di misura. Sensori e microcontrollori. Misure per l’automazione industriale. Misure per l’affidabilità dei
componenti elettronici. Misure di dispositivi a microonde. Misure di scariche
parziali. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Diagnostica su sistemi elettrici.
Unità di Brescia (prof. Franco Docchio)
Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Brescia
Via Branze 38 - 25123 Brescia - Tel. 0303715441,
Attività: Ricerca di base, Ricerca applicata, incubatore imprenditoriale,
consulenza, formazione.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Sistemi di visione 2D e 3D,
scanner 3D. Strumentazione di misura virtuale. Sensori e microcontrollori. Sensori e trasduttori: biosensori. Sensori e trasduttori: interfacce. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Sensori intelligenti e reti di sensori, Sensori wireless.
Misure non invasive e wireless. Trasferimento di conoscenze nella scienza delle
misure e nella ricerca sui materiali.
Unità di Cagliari (prof. Carlo Muscas)
Dip. Ingegneria Elettrica ed Elettronica - Università di Cagliari
P.za d’Armi - 09123 Cagliari - Tel. 0706755860
Attività: Ricerca applicata, Consulenza.
Aree principali d’interesse: Sistemi di misura distribuiti. Sincronizzazione
dei sistemi di misura. Strumentazione di misura virtuale. Misure di potenza e di
energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Sistemi per la gestione dell’energia.
Unità di Cassino (prof. Andrea Bernieri)
Unità di Bari (prof. Mario Savino)
Dip. Ingegneria Elettrotecnica ed Elettronica - Politecnico di Bari
Via Orabona 4 - 70125 Bari - Tel. 0805963266,
E-mail [email protected]
Attività: Sviluppo di sistemi di visione artificiale, Sviluppo di sensori, Sviluppo di metodi di misura, Sviluppo di metodi per la stima dell'incertezza di
misura, Progetto e sviluppo di strumentazione virtuale dedicata, Progetto e
produzione di interfacce per la diagnosi e il controllo, Sviluppo di tecniche
d'indagine su dati biomedici.
Aree principali d’interesse: Incertezza di misura: stima, accreditamento
e decision-making. Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di visione
2D e 3D, scanner 3D. Strumentazione biomedica. Sensori e trasduttori per
l’automazione industriale e il controllo qualità. Misure per il controllo e
miglioramento della qualità. Caratterizzazione di ADC e DAC. Misure per
l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica.
Dip. Automazione, Elettromagnetismo, Ingegneria dell’Informazione,
Matematica Industriale - Università di Cassino
Via G. Di Biasio 47 - 03047 Cassino (FR) - Tel. 07762993671
Attività: Centro SIT. Ricerca applicata per realizzazione e caratterizzazione sperimentale di sensori innovativi. Sistemi automatici di misura. Metodi e
tecniche di misura. Taratura e conferma metrologica.
Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Sensori e microcontrollori. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure non invasive e wireless. Misure per le telecomunicazioni. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale.
* Politecnico di Torino – ** Direttore di Tutto_Misure
[email protected]
T_M
N.
1/10 ƒ 61
Unità di Castellanza (prof. Luca Mari)
Istituto di Tecnologie - Università Cattaneo LIUC
C.so Matteotti 22 - 21053 Castellanza (VA) - Tel. 0331572228
Attività: Temi fondamentali di scienza delle misure. Trasferimento tecnologico e formazione.
Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Incertezza di misura:
stima, accreditamento e decision-making. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali.
Unità di Catania (prof. Nicola Pitrone)
Dip. Ingegneria Elettrica, Elettronica e dei Sistemi - Università di Catania
V.le Andrea Doria 6 - 95125 Catania - Tel. 0957382309
Attività: Ricerca di base, ricerca applicata, consulenze.
Aree principali d’interesse: Sistemi dinamici non lineari. Microsistemi
meccanici. Dispositivi a film sottile e MEMS. Sensori e microcontrollori. Sensori e trasduttori: biosensori. Sensori e trasduttori: elettrici. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure per le nanotecnologie. Misure e
strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure di monitoraggio
ambientale e di agenti inquinanti.
Unità di CMM Club Italia (ing. Annarita Lazzari)
Mitutoyo Institute of Metrology - Mitutoyo Italiana srl
C.so Europa 7 - 20020 Lainate (MI) - Tel. 0293578248
Attività: formazione, informazione e normazione per la metrologia a coordinate, organizzazione di convegni tematici, pubblicazione di documenti.
Aree principali d’interesse: Misure meccaniche. Macchine di Misura a
Coordinate (CMM).
Unità di Cosenza (prof. Domenico Grimaldi)
Dip. Elettronica, Informatica e Sistemistica - Università della Calabria
Via P. Bucci - 87036 Rende (CS) - Tel. 0984494712
Attività: Ricerca teorica e applicata. Collaborazione con aziende per ricerca e innovazione.
Aree principali d’interesse: Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura distribuiti. Sincronizzazione dei sistemi di misura.
Caratterizzazione di ADC e DAC. Misure per le telecomunicazioni. Misure e
strumentazione in ambito clinico e biomedico.
Unità di ERSE-ENEA – Milano (ing. Claudio Cherbaucich)
Dip. Tecnologie per la Trasmissione e Distribuzione, ERSE-ENEA Ricerca sul Sistema Elettrico
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano - Tel. 0239925462
Attività: Sviluppo di metodiche di misura in alta tensione, Centro di Taratura SIT, prove dielettriche su componenti e apparecchiature elettromeccaniche.
Aree principali d’interesse: Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Trasduttori di tensione e di corrente, contatori statici di energia reattiva in regime
non sinusoidale. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non
sinusoidale. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica.
Unità di Firenze (prof. Marcantonio Catelani)
Dip. Elettronica e Telecomunicazioni - Università di Firenze
Via S. Marta 3 - 50139 Firenze - Tel. 0554796377
Attività: Ricerca applicata, consulenza e collaborazione aziendale, prove
conto terzi, formazione.
e decision-making. Misure per l’automazione industriale. Metodi di rilievo di
guasti su componenti e sistemi. Misure per l’affidabilità dei componenti elettronici. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure per la
certificazione di prodotto. Misure e metodi per la valutazione della sicurezza e del rischio. Misure di compatibilità elettromagnetica. Misure di campi
elettromagnetici.
Unità di Genova (prof. Paolo Pinceti)
Dip. Ingegneria Elettrica - Università di Genova
Via dell’Opera Pia 11a - 16145 Genova - Tel. 0103532205
Attività: Progetto e sviluppo di sistemi di misura e controllo per processi
industriali e impianti elettrici. Sviluppo di prodotti e applicazioni basate su
fieldbus. Misure di campi elettromagnetici in ambiente e di compatibilità em.
Sviluppo di sistemi diagnostici intelligenti. Sviluppo di strumenti per il monitoraggio wireless.
Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi automatici di taratura. Sistemi di misura basati sulla conoscenza. Sensori
e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure di compatibilità elettromagnetica. Diagnostica su sistemi elettrici. Misure di campi elettromagnetici.
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N. 01ƒ
; 2010
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LO SPAZIO DEL GMEE
E DEL GMMT
Unità di INMRI-ENEA (prof. Pierino De Felice)
INMRI – Ist. Naz. Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti ENEA Centro Ricerche Casaccia
Via Anguillarese 301 – 00060 S.M. Galeria (RM) - Tel. 0630483580
Attività: Ricerca di base in metrologia generale.
Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Definizione, studio e
realizzazione dei campioni. Problematiche di riferibilità e di mutuo riconoscimento. Scienza delle misure.
Unità di INRIM – Torino (ing. Umberto Pogliano)
Elettromagnetismo – INRIM
Str. delle Cacce 91 - 10135 Torino - Tel. 0113919433
Attività: Per le diverse attività specifiche visitare il sito web
(www.inrim.it).
Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Definizione, studio e
realizzazione dei campioni. Misure meccaniche. Misure ottiche. Misure termiche e termodinamiche. Misure di grandezze elettriche e magnetiche. Misure di tempo e frequenza. Misure chimiche e biochimiche. Dispositivi a film
sottile e MEMS. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze
nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali.
Unità dell’Aquila (prof. Giovanni Bucci)
Dip. Ingegneria Elettrica e dell’Informazione - Università dell’Aquila
Poggio di Roio Loc. Campo di Pile - 67100 L’Aquila - Tel. 3209231119
Attività: Ricerca applicata, consulenze. Sviluppo di sistemi di acquisizione
dati di sistemi automatici di misura. Progettazione e sviluppo di sistemi di
misura embedded.
Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di acquisizione dati. Sistemi di misura distribuiti. Caratterizzazione di
componenti e sistemi analogici e digitali. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Sistemi per la gestione dell’energia.
Diagnostica su sistemi elettrici. Misure e strumentazione in ambito clinico e
biomedico.
Unità di Lecce (prof. Aimé Lay-Ekuakille)
Dip. Ingegneria dell’Innovazione - Università del Salento
Via Monteroni - 73100 Lecce - Tel. 0832297822/821
Attività: Ricerca applicata, prove, consulenze, formazione e addestramento.
Aree principali d’interesse: Misure di lunghezza. Telemisure. Sistemi a PLC,
DSP e microcontrollori. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sensori e
microcontrollori. Misure di compatibilità elettromagnetica. Misure di campi elettromagnetici. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure di
monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti. Misure di flussi energetici da
fonti tradizionali e rinnovabili.
Unità di Messina (prof.ssa Alina Caddemi)
Dip. Fisica della Materia e Tecnologie Fisiche Avanzate Università di Messina
C.da di Dio - S. Agata - 98166 Palermo - Tel. 0903977369
Attività: Caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde on wafer,
on chip, in package. Misure criogeniche di dispositivi e circuiti. Analisi e sperimentazione di procedure innovative di modellistica per dispositivi a
microonde.
Aree principali d’interesse: Misure criogeniche. Misure di dispositivi a
microonde. Misure di rumore a microonde.
Unità di Milano Politecnico (prof. Roberto Ottoboni)
Dip. Elettrotecnica - Politecnico di Milano
P.za Leonardo da Vinci 32 - 20133 Milano - Tel. 0223993727
Attività: Ricerca teorica e applicata.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Misure neurali e logiche
fuzzy. Sistemi di misura distribuiti. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra.
Sensori e trasduttori: elettrici. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Diagnostica su sistemi elettrici.
Unità di Milano Statale - Crema (prof. Massimo Lazzaroni)
Dip. Tecnologie dell’Informazione - Università di Milano
Via Bramante 65 - 26013 Crema (CR) - Tel. 0250330058
Attività: Ricerca applicata, consulenze, attività di formazione.
Aree principali d’interesse: Misure per l’automazione industriale. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Diagnostica su sistemi elettrici.
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Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Modena e Reggio Emilia
Via Vignolese 905/B - 41100 Modena - Tel. 0592056192
Attività: Ricerca applicata, consulenza, analisi ottiche.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Strumentazione biomedica.
Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità.
Unità di Napoli SUN (prof. Carmine Landi)
Dip. Ingegneria dell’Informazione - Seconda Università di Napoli
Via Roma 29 - 81031 Aversa (CE) - Tel. 0815010349
Attività: Ricerca Applicata, Consulenze Energetiche, Caratterizzazione dei
Contatori di Energia. Analisi e Soluzione di Problemi di Power Quality, Sviluppo di Sistemi di Acquisizione Dati e Sistemi di Misura Automatica, Progettazione e Sviluppo di Sistemi di Misura Embedded.
Aree principali d’interesse: Sistemi di misura embedded. Strumentazione di misura virtuale. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless.
Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale.
Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Misure di flussi
energetici da fonti tradizionali e rinnovabili.
Unità di National Laboratory for Length (Zagabria)
(prof. Vedran Mudronja)
Laboratory for precise measurement of Length - Faculty of Mechanical
Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb
Ivana Lucica 5 - 10000 Zagreb HR - Tel. +38516168180
Attività: National Laboratory accredited by SIT; Participation in Euramet
projects; Undergraduate/Graduate lectures (Quality management/Control, Theory of measurement, Nanometrology); Scientific research especially in the field of roughness standards; roundness measurement, and
interferometry.
Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Nanometrologia.
Misure di lunghezza. Misure ottiche. Macchine di Misura a Coordinate
(CMM). Sistemi e dispositivi di misura e di interfaccia. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure di customer satisfaction. Misure per
l’ingegneria di precisione. Misure per le nanotecnologie.
Unità di Padova (prof. Claudio Narduzzi)
Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Padova
Via G. Gradenigo 6/b - 35131 Padova - Tel. 0498277649
Attività: metodi di prova EMC e loro caratterizzazione, smart transducers,
metodi di misura ed applicazioni industriali.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Sistemi di elaborazione di
segnali e immagini. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure
per collaudi. Misure per le telecomunicazioni. Misure di compatibilità elettromagnetica. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure di scariche parziali. Misure di monitoraggio ambientale e di
agenti inquinanti. Misure per la conservazione dei beni culturali.
Unità di Palermo (prof. Salvatore Nuccio)
Dip. Ingegneria Elettrica, Elettronica e Telecomunicazioni - Università di Palermo
V.le delle Scienze Edif. 9 - 90128 Palermo - Tel. 0916615270
Attività: ricerca applicata, consulenze, taratura multimetri e contatori di energia elettrica, verifiche sugli impianti elettrici, prove su componenti ed apparecchi elettrici ed elettronici, sviluppo di sistemi di acquisizione dati e sistemi di
misura automatica, prove di emissione e di immunità elettromagnetica.
e decision-making. Sistemi di acquisizione dati. Strumentazione di misura virtual. Misure di compatibilità elettromagnetica. Trasduttori di tensione e di corrente, contatori statici di energia reattiva in regime non sinusoidale. Misure
di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure
per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica.
Unità di Parma (prof. Giovanni Chiorboli)
Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Parma
V.le G.P. Usberti 181/a - 43100 Parma - Tel. 0521905809
Attività: Ricerca di base, ricerca applicata, consulenze.
Aree principali d’interesse: Sistemi e dispositivi di misura e di interfaccia. Sistemi di tomografia di impedenza elettrica. Sensori e trasduttori:
interface. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo
qualità. Architetture e metodi per la conversione A/D e D/A. Caratterizzazione di ADC e DAC. Caratterizzazione di componenti e sistemi analogici e digitali.
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Unità di Modena e Reggio Emilia (prof. Luigi Rovati)
LO SPAZIO DEL GMEE
E DEL GMMT
Unità di Pavia (prof. Piero Malcovati)
Dip. Ingegneria Elettrica - Università di Pavia
Via Ferrata 1 - 27100 Pavia - Tel. 0382985256
Attività: Ricerca applicata, consulenza.
Aree principali d’interesse: Dispositivi a film sottile e MEMS. Sensori e
trasduttori: chimici. Sensori e trasduttori: interface. Architetture e metodi per
la conversione A/D e D/A. Caratterizzazione di ADC e DAC. Caratterizzazione di componenti e sistemi analogici e digitali.
Unità di Perugia (prof. Paolo Carbone)
Dip. Ingegneria Elettronica e dell’Informazione - Università di Perugia
Via G. Duranti 93 - 09125 Perugia - Tel. 0755853629
Attività: Ricerca applicata, Consulenza.
Aree principali d’interesse: Sistemi di fault detection per orologi atomici. Misure di posizione. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless.
Sistemi di posizionamento indoor.
Unità di Pisa (prof. Bernardo Tellini)
Dip. Sistemi Elettrici e Automazione - Università di Pisa
Via Diotisalvi 2 - 56122 Pisa - Tel. 0502217369
Attività: Ricerca di base, ricerca applicata, consulenza.
Aree principali d’interesse: Misure criogeniche. Misure su materiali dielettrici e magnetici. Misure su lanciatori elettromagnetici. Strumentazione per
test non distruttivi. Sensori e trasduttori: elettrici. Misure di compatibilità elettromagnetica. Trasduttori di tensione e di corrente, contatori statici di energia
reattiva in regime dnon sinusoidale. Misure di potenza e di energia elettrica,
anche in regime non sinusoidale. Misure di scariche parziali. Misure di flussi energetici da fonti tradizionali e rinnovabili.
Unità di Reggio Calabria (prof. Claudio De Capua)
Dip. Informatica, Matematica, Elettronica e Trasporti - Università Mediterranea
Via Graziella, Loc. Feo di Vito - 89100 Reggio Calabria - Tel. 0965875227
Attività: Ricerca applicata; consulenza; laboratorio mobile; laboratorio
didattico remoto.
Aree principali d’interesse: Stima di intervalli di taratura. Incertezza di
misura: stima, accreditamento e decision-making. Sensori e microcontrollori.
Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale.
Misure di campi elettromagnetici. Misure e strumentazione in ambito clinico
e biomedico. Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti.
Unità di Roma – La Sapienza (prof. Luca Podestà)
Dip. Ingegneria Elettrica - Università “La Sapienza”
Via Eudossiana 18 - 00184 Roma - Tel. 0644585526
Attività: ricerca, didattica, perizie per CTU, consulenze investigative antincendio per il Ministero degli Interni.
Aree principali d’interesse: Misure per il controllo e miglioramento della
qualità. Misure di rumore a microonde. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.
Unità di Roma Tor Vergata (prof. Roberto Lojacono)
Dip. Ingegneria Elettronica - Università “Tor Vergata”
V.le del Politecnico 1 - 00133 Roma - Tel. 0672597494
Attività: Didattica, Ricerca, Consulenze. Sistemi CADx per l’identificazione
e l’analisi di segni tumorali nelle immagini mammografiche. Rappresentazione e propagazione dell’incertezza nelle misure e nel processamento di
segnali. Architetture per l’implementazione di ADC. Sviluppo di sistemi per
l’acquisizione, il processamento e la generazione di segnali.
e decision-making. Misure neurali e logiche fuzzy. Sistemi di elaborazione di
segnali e immagini. Caratterizzazione di ADC e DAC.
Unità di Salerno (prof. Antonio Pietrosanto)
Dip. Ingegneria dell’Informazione e Ing. Elettrica - Università di Salerno
Via Ponte don Melillo - 84084 Fisciano (SA) - Tel. 089964248
Attività: Ricerca di base, ricerca industriale, consulenze, progettazione e
realizzazione prototipale di sistemi embedded, progettazione e sviluppo di
sistemi di visione artificiale, spin-off accademici.
Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura in tempo reale.
Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D. Sensori e trasduttori: biosensori. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Caratterizzazione metrologica del software. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze
nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali.
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Unità di Siena (prof.ssa Ada Fort)
Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Siena
Via Roma 65 - 53100 Siena - Tel. 0577233608, E-mail: [email protected]
Attività: Ricerca applicata. Sviluppo di sistemi e componenti prototipali.
Aree principali d’interesse: Sistemi dinamici non lineari. Sensori e trasduttori: chimici. Sistemi olfattivi artificiali.
Unità di Taranto (prof. Gregorio Andria)
Dip. Ingegneria Ambiente e Sviluppo Sostenibile - Politecnico di Bari,
II Fac. Ing. Taranto)
V.le del Turismo 8 - 74100 Taranto - Tel. 0994733259
Attività: Sensori e algoritmi per la diagnostica medica in situazioni di handicap, Misure per la Risonanza Magnetica, Sensori ambientali per la Difesa
del Suolo, Strumentazione ed Elaborazioni Dati per Monitoraggio e Controllo Ambientale, Sensori per l’analisi del terreno, Sistemi SCADA/HMI nell’industria, Riferibilità metrologica degli strumenti e dei metodi di misura, Misure per la gestione della qualità.
Aree principali d’interesse: Sistemi automatici di taratura. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Caratterizzazione metrologica di sistemi
di misura intelligenti. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.
Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti.
Unità di Torino e Vercelli (prof. Andrea Ferrero)
Dip. Elettronica - Politecnico di Torino
C.so Duca degli Abruzzi 24 - 10124 Torino - Tel. 0115644082
Attività: ricerca applicata, progetto e sviluppo prototipi, consulenze e collaborazioni aziendali, spin-off, centro taratura SIT, prove conto terzi.
Aree principali d’interesse: Campioni e procedure di taratura a distanza. Sistemi automatici di taratura. Sistemi di misura distribuiti. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori
wireless. Caratterizzazione metrologica di sistemi di misura intelligenti. Misure a microonde: Load-pull, Load-pull differenziale. Misure a microonde:
Parametri scattering a due e più porte.
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LO SPAZIO DEL GMEE
E DEL GMMT
Unità di Trento (prof. Dario Petri)
Dip. Ingegneria e Scienza dell’Informazione - Università di Trento
Via Sommarive 14 - 38050 Povo (TN) - Tel. 0461883902
Attività: Ricerca teorica ed applicata, collaborazioni con aziende e spinoff.
e decision-making. Sistemi di misura embedded. Sensori intelligenti e reti di
sensori, sensori wireless. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in
regime non sinusoidale.
Unità di Trieste (prof. Antonio Boscolo)
Dip. Elettrotecnica, Elettronica e Informatica - Università di Trieste
Via A. Valerio 10 - 34127 Trieste - Tel. 0405587123
Attività: Prospezioni tecnologiche e tecniche di supporto alle decisioni
come promotori d’innovazione. Ricerca applicata, sviluppo di dimostratori e
prototipi a supporto di aziende. Percezione artificiale, Diagnostica ambientale. Metodi per la misura e il miglioramento della qualità delle immagini
digitali.
Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Nanometrologia.
Misure neurali e logiche fuzzy. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura basati sulla conoscenza. Strumentazione di misura
virtuale. Dispositivi a film sottile e MEMS. Sensori e microcontrollori. Misure non invasive e wireless. Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti.
Unità di Tutto_Misure (prof. Franco Docchio)
Rivista Tutto Misure e T_M News - A&T Affidabilità e Tecnologia
Via Palmieri 63 - 10138 Torino - Tel. 0115363440
Attività: Divulgazione, informazione, formazione.
Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali. Editoria e formazione nell’ambito delle misure.
LO SPAZIO DEL GMEE
E DEL GMMT
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Il nuovo Codice Etico
e Deontologico del GMEE
The new ethic code and deontologic code of GMEE
“SECONDO SCIENZA E COSCIENZA”
Dopo un’ampia e appassionata discussione tra tutti i Soci
del GMEE, e un lungo e articolato lavoro da parte dei membri della Commissione per la sua redazione, ha visto la luce
il nuovo documento “Codice Etico e Codice Deontologico
per i cultori delle Misure” afferenti al GMEE. In esso si riconoscono le due principali tipologie di professionisti che svolgono attività nell’Associazione:
• Docenti e i Ricercatori, cui compete di “far crescere il
sapere del fare buone misure e trasferire questo sapere ai
discenti”;
• Operatori, che sono attivi
nei settori socio-economici più
vari e abbisognano di valutazioni quantitative e/o di monitoraggi rigorosi per grandezze
funzionali alla qualità di prodotti e/o servizi, oppure mirare
a elevare livelli di sicurezza o di
convenienza economica.
A entrambe queste categorie è
rivolto il Codice, poiché il
GMEE in cui esse si riconoscono “considera come valore fondante la promozione del bene comune in
un campo delicato e strategico quale quello delle
Misure”.
Il Codice Etico
Assunzione di responsabilità nello svolgimento dell’attività, indipendenza di giudizio,
valutazione e dichiarazione del rischio connesso a
decisioni assunte tramite le
misure, sono i primi elementi
portanti del Codice Etico. Seguono la valorizzazione del
capitale umano, la garanzia di
pari opportunità e l’evitare conflitti di interessi nell’esercizio della propria attività.
Il Codice Deontologico
Parimenti importanti i dettati del Codice Deontologico,
che partono dall’assunto che “Per un esperto di misure
nulla è banale e arbitrario, per il rigore scientifico che deve sempre esserci (secondo Scienza) e per l’onestà intellettuale (secondo Coscienza) con la quale
attenersi al rispetto di regole codificate”.
Ecco dunque l’esigenza di trasparenza nell’operato e
nell’assunzione di responsabilità nell’esecuzione
delle misure, nel trasferimento di metodi e procedure di misura, nell’analisi delle cause d’incertezza e nella loro notifica, nel rispetto delle norme di riferimento, nell’indicazione della catena della riferibilità, nel rigore nella taratura, nell’elaborazione di modelli “coerenti e documentati”,
con l’interpretazione dei risultati.
Il Codice, che è stato distribuito a tutti i Soci del GMEE,
impone agli affiliati, nei rapporti con la Società, l’esplicitazione del metodo di misura
(la misura deve essere “condotta con un’impostazione
procedurale
rigorosamente scientifica”), la chiarezza nella valutazione
della misura e nella definizione
dei parametri che consentono
una chiara ed effettiva
fruizione della misura stessa.
L’utilizzo “non inquinato
delle misure” è imperativo per
entrambe le tipologie di operatori delle misure: i docenti e
ricercatori in ambiti inerenti
alle loro ricerche e all’uso e trasferimento dei loro risultati,
nonché alla formazione e all’esecuzione di consulenze; gli
operatori delle misure per il
rispetto delle norme e la verifica di conformità.
Il Comitato Etico
e Deontologico
Il Documento istituisce infine il
Comitato Etico e Deontologico, con il compito di garantire l’effettiva adesione ai principi del Codice Etico e Deontologico da parte dei Soci, l’analisi di non conformità e le eventuali sanzioni nei confronti dei Soci che operano impropriamente.
SUL SITO GMEE
La più ampia pubblicità al Documento viene garantita a tutti
i portatori d’interesse dell’Associazione mediante la pubblicazione del documento sul Sito www.gmee.org.
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1/10 ƒ 65
LO SPAZIO
DELLE ASSOCIAZIONI
▲
Convegni annuali AIPnD
e del Gruppo del Colore SIOF
SIOF: the annual meeting of the Colour Group
AIPnD: IL CONVEGNO
ANNUALE
SULLE PROVE
NON DISTRUTTIVE
The annual meeting
of the Italian Association
of non-Destructive Tests (AIPnD)
Nei giorni 15-17 ottobre 2009,
presso lo Sheraton Hotel & Conference Center, si è svolto il Convegno
Biennale della Associazione Italiana
Prove non Distruttive (AIPnD). Il convegno, tradizionalmente svolto a
Milano, ha avuto Roma come sede
in occasione del trentennale della
nascita dell’Associazione, a testimonianza dell’importanza raggiunta
dall’AIPnD. Lo scopo del Convegno
è stato “il miglioramento delle competenze e delle professionalità di
tutta la comunità PnD, affrontando
tematiche relative alla ricerca, alle
tecnologie avanzate, alla strumentazione, alla normativa e alla qualificazione e certificazione del personale addetto”.
L’Associazione cura una cospicua
serie di attività di certificazione, formazione di personale tecnico per
l’esecuzione di prove non distruttive,
test e monitoraggi. Il convegno ha
avuto più di duecentoquaranta par-
La cerimonia di apertura del Convegno AIPnD
T_M
N.
tecipanti, provenienti da tutt’Italia, e
ha visto la partecipazione di circa
cinquanta espositori, che hanno colmato l’area espositiva della sede
congressuale.
Le sessioni tecniche, svoltesi nei giorni 15 e 16 ottobre, hanno coperto
tutte le aree di interesse dell’Associazione: Automotive, Aerospaziale,
Beni culturali Onde Guidate, Monitoraggi strutturali in Ingegneria Civile, Caratterizzazione di Materiali,
RX, Navale, Agroalimentare. Tutte la
sessioni hanno visto una numerosa
partecipazione e relazioni tecniche
di marcato contenuto applicativo.
Tra queste, sono da notare ampie
panoramiche sui controlli RX su
motori di grosse dimensioni per l’aerospaziale, sviluppi nelle tecniche
termografiche lock-in, i recenti sviluppi della indagine a ultrasuoni e a
onde guidate, l’impatto delle Prove
non Distruttive nell’Automotive, la
spettroscopia UV-Visibile e NIR per il
controllo della qualità della frutta, il
monitoraggio di materiali compositi,
la caratterizzazione di strutture civili
mediante sensori MEMS in reti wireless e applicazioni radar terrestre
per monitoraggi di beni architettonici.
Chi scrive si è intrattenuto con gli
espositori e ha personalmente saggiato la vitalità del settore, la qualità e la quantità delle imprese produttrici di strumentazione per PnD e
la loro presenza sui mercati esteri
(di rilievo è il successo della Società
Gilardoni S.p.A. di Mandello
Lario, oggi attiva in Cina con macchine per il testing di ruote e assali
ferroviari nel quadro dell’imponente
sforzo ammodernativo delle strutture
ferroviarie cinesi).
L’assemblea dei Soci ha concluso la
seconda giornata di Convegno, con
le votazioni per il rinnovo del Comitato Direttivo. Il nuovo Presidente è
1/10 ƒ 66
l’Ing. Antonello Giacinto Porco.
Poiché si auspica che l’Associazione, impegnata da sempre nel settore
delle misure e prove, abbia proficui
contatti e scambi con il settore delle
Misure che ci vede coinvolti, il cofondatore (e Presidente Onorario)
Giuseppe Nardoni è stato chiamato
a fare parte del Comitato Scientifico
della Rivista Tutto_Misure. A nome
della Rivista, dunque, formulo al
Consiglio Direttivo entrante i miei
più cordiali auguri di buon lavoro.
SIOF: IL CONVEGNO
ANNUALE
DEL GRUPPO
DEL COLORE
Nei giorni 7-9 ottobre 2009 si è svolta a Palermo, presso il Centro Regionale per la Progettazione e il Restauro
(CRPR), la quinta Conferenza Nazionale del Gruppo del Colore, affiliato
alla Società Italiana di Ottica e Fotonica (SIOF). Obiettivo della conferenza è stato quello di favorire l’aggregazione multi-interdisciplinare di tutte
le realtà che in Italia si occupano del
colore e della luce da un punto di
vista scientifico e/o professionale, ivi
incluso l’aspetto misuristico (la misura
del Colore).
La conferenza è stata introdotta da
alcuni seminari relativi ai diversi
temi di interesse. I lavori sono poi
proseguiti con l’esposizione dei contributi, di taglio sia teorico sia applicativo.
Tra i temi di interesse vi erano da
annoverare: (i) La natura fisica e psicologica del colore, (ii) Meccanismi e
fisiologia della visione del colore, (iii)
Illusioni e memoria del colore, (iv)
Colorimetria, fotometria, atlanti dei
colori, (v) Il colore digitale, (vi), Ruolo
LO SPAZIO
DELLE ASSOCIAZIONI
del colore nell’industria, (vii), Il colore
nel settore dei beni culturali.
Tra i contributi d’indubbio interesse,
da segnalare ”Apparecchi di illuminazione con luce colorata e loro misura”,
di Siniscalco, Musante e Rossi (Politecnico di Milano), che traccia uno stato
dell’arte sulle esigenze di adattamento
degli strumenti di misura della luce alle
nuove esigenze di illuminazione colorata, che soddisfano criteri fisiologici e
psicologici della fruizione dello spazio. Da segnalare è anche il contributo “Il colore nel packaging alimentare”, di Marina Mastropietro (Ingegneria Agraria, Università di Milano), che
illustra le scelte e le strategie di mercato che guidano la progettazione dell’impianto grafico di una confezione
per prodotto alimentare da supermercato, con particolare riferimento al colore, ai suoi significati e alle sue evocazioni emotive.
Al termine della Conferenza si è svolta
l’Assemblea del Gruppo, che è stata
impegnata nella elezione del nuovo
Coordinatore, al termine del mandato
del Coordinatore uscente, Alessandro
■
Rizzi. Il nuovo Coordinatore è risultato
Maurizio Rossi, del Dipartimento
INDACO del Politecnico di Milano, al
quale vanno gli auguri della Redazione
di Tutto_Misure.
T_M ƒ 67
▲
LO SPAZIO
DEGLI IMP
Antonio Stefano Guerra, Maria Pimpinella, Maria Pia Toni
Dosimetria di riferimento
in brachiterapia
Sviluppo all’INMRI-ENEA di un campione primario di dose assorbita
per sorgenti brachiterapiche ad alto rateo di dose
REFERENCE DOSIMETRY IN BRACHYTHERAPY
In brachytherapy, the uncertainty affecting procedures to determine the
absorbed dose imparted to the patient is higher than in radiotherapy with
external beams, mostly due to the fact that no primary standard is available
for direct traceability. This paper outlines the INMRI-ENEA activities to ensure
traceability for 192Ir brachytherapy source characterization. In particular a
new absorbed-dose-to-water primary standard is described. This primary
standard has been developed in the framework of an international project
aimed at developing methods for the direct measurement of the absorbed
dose to water and extending the use of this reference quantity to brachytherapy dosimetry with an uncertainty on the dose delivered to the target volume
less than 5% (k = 1).
RIASSUNTO
Nella brachiterapia, l’incertezza relativa alle procedure per la determinazione
della dose assorbita somministrata al paziente è più elevata che nella radioterapia con fasci esterni, principalmente a causa dell’attuale mancanza di campioni primari di dose assorbita per un’adeguata riferibilità. In quest’articolo
sono presentate le attività dell’INMRI-ENEA volte ad assicurare la riferibilità ai
campioni primari nelle misure di caratterizzazione di sorgenti di 192Ir. In particolare viene descritto un nuovo campione primario di dose assorbita in
acqua, sviluppato nell’ambito di un progetto internazionale che ha lo scopo di
mettere a punto metodi per la misura diretta della dose assorbita in acqua in
brachiterapia e procedure per la determinazione della dose al volume bersaglio con un’incertezza inferiore al 5% (k = 1).
LA BRACHITERAPIA
La brachiterapia è una particolare
tecnica di radioterapia che permette
di somministrare elevate dosi di radiazione ai tessuti tumorali (volume bersaglio) con un limitato irraggiamento
dei tessuti sani circostanti, minimizzando in questo modo gli effetti collaterali della terapia. La tecnica consiste
nell’inserire piccole sorgenti radioattive sigillate all’interno del corpo
umano, a contatto o a piccole distanze dalla lesione da trattare. La brachiterapia è particolarmente indicata
per il trattamento di tumori facilmente
accessibili e di volume limitato e ben
definito. I principali tipi di tumore sottoposti a trattamenti brachiterapici
sono infatti quelli ginecologici (70%),
della prostata (8%), della mammella
T_M
N.
(7%), dei bronchi (5%) e del distretto
testa/collo (3%).
Le sorgenti per brachiterapia utilizzano
vari tipi di radionuclidi (es: 192Ir, 125I e
103Pd). Esse sono classificate come sorgenti ad alto rateo di dose (High Dose
Rate, HDR) o a basso rateo di dose
(Low Dose Rate, LDR) in base al valore
del rateo di dose ottenibile nel volume
bersaglio. Per le sorgenti HDR il rateo di
dose è tipicamente maggiore di
200 mGy/min. Le sorgenti LDR permettono di erogare ratei di dose da 5 a
20 mGy/min. Il valore della dose totale somministrata al volume bersaglio è
dello stesso ordine per i due tipi di sorgenti. Mentre le sorgenti HDR vengono
utilizzate per irraggiamenti brevi, le sorgenti LDR vengono impiantate in prossimità del volume bersaglio per periodi
più lunghi.
1/10 ƒ 68
Sebbene tecniche di tipo brachiterapico siano state utilizzate fin dalle
prime applicazioni delle radiazioni
ionizzanti per il trattamento dei tumori, a partire dagli anni ’80 lo sviluppo
dei sistemi di movimentazione a distanza (remote afterloading) delle sorgenti e la disponibilità di sistemi di
tomografia computerizzata per una
precisa localizzazione dei tumori
hanno portato a un notevole incremento del numero di trattamenti di
brachiterapia. Questo ha posto come
prioritaria l’esigenza di sviluppare
procedure dosimetriche di riferimento
anche per questo tipo di radioterapia.
Figura 1 – Camera
campione con volume
di 1 000 cm3 e pareti
di materiale aria
equivalente utilizzata
dall’INMRI-ENEA
come campione
secondario
per la caratterizzazione
di sorgenti di 192Ir
in termini di rateo
di kerma in aria
di riferimento
LA DOSIMETRIA
IN BRACHITERAPIA
Come per la radioterapia con fasci di
radiazione esterni, la grandezza d’interesse dosimetrico in brachiterapia è la
dose assorbita in acqua, Dw. Tuttavia,
mentre nella radioterapia con fasci
esterni la distanza tra sorgente di radiazione e punto di misura è tipicamente
dell’ordine di 1 m, in brachiterapia è
necessario determinare la dose assorbita a piccole distanze dalla sorgente,
dove i gradienti di dose sono molto forti.
In queste condizioni di misura i campioni primari di Dw sviluppati per la radioterapia con fasci esterni risultano inadeINMRI - ENEA
[email protected]
N. 01ƒ
;2010
PROCEDURA DELL’INMRI-ENEA
PER LA CARATTERIZZAZIONE
DI SORGENTI DI 192IR
L’INMRI-ENEA, già dagli anni ’90, ha
messo a punto una procedura di taratura di campioni secondari per la caratterizzazione delle sorgenti di 192Ir utilizzate nei centri di radioterapia per trattamenti di brachiterapia [6]. Come raccomandato dagli attuali protocolli internazionali, la caratterizzazione delle sorgenti viene effettuata in termini della
grandezza rateo di kerma in aria di riferimento, K̇r, ed è quindi riferibile ai campioni primari di Ka. K̇r è definito come il
rateo di Ka alla distanza di 1 m dal centro della sorgente, misurato in aria e corretto per l’attenuazione e la diffusione
della radiazione in aria. I campioni
secondari sono costituiti da camere a
ionizzazione campione di forma sferica
(Fig. 1) il cui volume nominale (compreso tra 1000 cm3 e 30 cm3) è scelto in
dipendenza dall’intensità della sorgente,
in modo che il segnale della camera,
misurato sotto irraggiamento, sia almeno
100 volte superiore al segnale di fondo.
Lo spettro in energia della radiazione
fotonica emessa dalle sorgenti di 192Ir
ha energia media di 397 keV ed è costituito da numerose righe con valori compresi tra 50 keV e 700 keV. Non essendo disponibili campioni primari di Ka
specifici per questo spettro di radiazione, il coefficiente di taratura in termini di
Ka dei campioni secondari per la radiazione fotonica dell’192Ir, NK,Ir-192, è ottenuto determinando la curva di dipendenza del coefficiente di taratura, Nk(E),
dall’energia, E, nell’intervallo da 20 keV
all’energia del Co-60, 1250 keV. I coefficienti Nk(E) sono determinati presso
l’INMRI-ENEA in diversi fasci di radiazione x e gamma di riferimento per confronto diretto con i tre campioni primari
di Ka. Il coefficiente di taratura NK,Ir-192 è
quindi ottenuto come media dei valori di
Nk(E) pesati sulle probabilità di emissione delle varie righe.
Il valore di K̇ r per la sorgente da
caratterizzare è determinato, mediante il campione secondario tarato,
come:
K̇r =
Mp ⋅ NK ,Ir −192
∆t
▲
guati e, fino a oggi, non sono ancora
stati realizzati campioni primari di dose
specifici per la brachiterapia.
La dosimetria in brachiterapia è attualmente basata sull’utilizzo di rivelatori tarati in termini della grandezza
kerma in aria, Ka. Dalle misurazioni di
Ka, effettuate in aria alla distanza di
1 m dalla sorgente, è possibile calcolare la distribuzione di dose nel mezzo in
prossimità della sorgente mediante procedure approvate a livello internazionale [1,2]. Queste utilizzano numerosi
fattori di conversione e fattori correttivi
che, oltre a esporre a possibili errori di
calcolo, costituiscono importanti fonti di
incertezza nella determinazione della
dose somministrata al paziente.
Sulla base di raccomandazioni internazionali, l’incertezza sul valore della
dose rilasciata nel volume bersaglio
dovrebbe essere inferiore al 5% (k = 1)
al fine d’assicurare l’efficacia del trattamento con radiazioni ionizzanti [3].
Il valore dell’incertezza nella determinazione della dose in brachiterapia a
partire da misurazioni di Ka può però
raggiungere anche l’8% (k = 1) [4], e
quindi superare il limite citato. Poiché
una componente rilevante di incertezza è dovuta alla procedura di conversione di Ka a 1 m dalla sorgente in
dose assorbita in acqua a 1 cm dalla
sorgente, una dosimetria più accurata
potrebbe essere ottenuta disponendo
di campioni primari per la misura
diretta di Dw in prossimità della sorgente.
Dal 2008, nell’ambito dell’azione
iMERA-Plus del VII P. Q., è stato avviato un progetto di ricerca, denominato
“Brachytherapy-T2.J06”, che ha come
obiettivo prioritario lo sviluppo e la
realizzazione di campioni primari di
Dw per brachiterapia [5]. Al progetto
partecipano i più importanti NMI
Europei, tra i quali anche l’INMRIENEA (che ha anche il ruolo di coordinatore del progetto). Il contributo
dell’INMRI-ENEA al progetto riguarda
la realizzazione di un campione primario per la misura di Dw dovuta a
sorgenti LDR di 125I e la realizzazione
di un campione primario per la misura
di Dw dovuta a sorgenti HDR di 192Ir,
del quale viene data nel seguito una
breve descrizione.
LO SPAZIO
DEGLI IMP
dove Mp è il segnale del campione
secondario posto alla distanza di 1 m
dalla sorgente, dovuto ai soli fotoni primari, e ∆t è l’intervallo di tempo di
misura del segnale. Le sorgenti caratterizzate in termini di K̇r possono essere
usate a loro volta per la taratura, nei
centri di radioterapia, dei dosimetri da
campo, generalmente costituiti da
camere del tipo a pozzetto. Dal valore
di K̇r è possibile determinare il rateo di
Dw alla distanza di riferimento di 1 cm
lungo l’asse trasverso della sorgente utilizzando un fattore di conversione,
generalmente indicato come costante
∧, che dipende dalla forma della sorgente oltre che dal tipo di radionuclide.
Per le sorgenti di brachiterapia più diffuse sono disponibili in letteratura valori di ∧ ottenuti sia con calcolo Monte
Carlo che con misure sperimentali. L’incertezza sui valori di ∧ è tipicamente
del 5 % per i valori calcolati e può raggiungere il 10 % (k = 1) per i valori
determinati sperimentalmente [2]. Di
conseguenza anche se l’incertezza sul
valore di K̇r determinato con la procedura descritta è inferiore al 2 % (k = 1),
il valore della dose assorbita in acqua
alla distanza di 1 cm dalla sorgente è
affetto da un’incertezza tipicamente
superiore al 5%.
SVILUPPO DI UN CAMPIONE
CALORIMETRICO
PER SORGENTI HDR
Nell’ambito del progetto “Brachytherapy-T2.J06” l’INMRI-ENEA ha avviato
lo sviluppo di un nuovo campione primario per misure dirette di dose assorbita dovuta a sorgenti HDR. Il campione
Figura 2 – Schema della sezione longitudinale
del calorimetro in grafite per brachiterapia.
Il calorimetro è inserito in un fantoccio cilindrico
di grafite più grande avente diametro
e altezza di 20 cm
N. 01ƒ
; 2010
Figura 3 – Il calorimetro parzialmente
assemblato per le verifiche
di tenuta del vuoto
è costituito da un calorimetro in grafite
in grado di misurare, in modo assoluto,
la dose assorbita nel proprio volume
sensibile tramite la misura dell’aumento
di temperatura dovuto alla deposizione
d’energia da parte della radiazione
ionizzante. Il calorimetro è stato progettato per misurare la dose assorbita in
grafite, Dg, in prossimità di una sorgente sigillata di 192Ir, di tipo cilindrico con
diametro 0,9 mm, avente un’attività dell’ordine di 400 GBq. La dose assorbita
in grafite sarà convertita in Dw alla
distanza di riferimento di 1 cm dalla sorgente tramite opportuni calcoli Monte
Carlo. L’incertezza sul valore di Dw
determinato in questo modo è stimata
essere dell’ordine del 2%.
Il calorimetro è schematicamente rappresentato in Fig. 2. Esso ha simmetria
cilindrica rispetto alla sorgente, che
viene inserita lungo l’asse principale del
cilindro, al centro del calorimetro. Il
volume sensibile del calorimetro (core) è
un anello di grafite con spessore di
2 mm e altezza di 5 mm, disposto concentricamente alla sorgente. Il calorimetro è costruito “a scatole cinesi” attorno
al core. Il core è circondato da un rivestimento isolante in grafite dello spessore di 0,5 mm (jacket) che, a sua volta, è
circondato da grafite (medium). Core,
jacket e medium sono tra loro termicamente isolati, mediante sottili intercapedini (gap), e sono inseriti in un involucro
cilindrico di PMMA in cui viene realizzato vuoto medio-alto (10-5 mbar). Il
calorimetro è inserito in un fantoccio
cilindrico di grafite, di dimensioni tali da
assicurare le condizioni di completa
retrodiffusione sul core della radiazione
prodotta dalla sorgente di 192Ir posta al
centro del calorimetro. I sensori di temperatura sono costituiti da microtermistori di diametro 0,3 mm, posti nel core.
Nella fase di progettazione sono state
eseguite simulazioni del trasporto delle
radiazioni ionizzanti con metodo
Monte Carlo e simulazioni del trasporto
di calore con il metodo degli elementi
finiti, per ottimizzare le caratteristiche
geometriche e fisiche del calorimetro. Le
T_M ƒ 70
simulazioni Monte Carlo, eseguite con il
codice EGSnrc/DOSRZnrc per una sorgente di 192Ir Nucletron microSelectron
Classic, hanno riguardato: (i) la simulazione della radiazione emessa dalla
sorgente, (ii) la determinazione della
distribuzione di dose assorbita nel calorimetro, (iii) lo studio degli effetti della
retrodiffusione sul core in funzione delle
dimensioni del calorimetro, (iv) la quantificazione degli effetti di perturbazione
introdotti dalla presenza di gap nel
calorimetro e (v) la determinazione del
gradiente di dose nel core in funzione
della sua distanza dalla sorgente.
Per la simulazione del trasporto di
calore è stato sviluppato un modello
3D del calorimetro ed è stata modellata, sulla base della distribuzione di
dose ottenuta dalle simulazioni Monte
Carlo, la sorgente di calore dovuta
alla deposizione d’energia da parte
della radiazione ionizzante. Mediante il calcolo del trasporto di calore è
stato possibile stabilire il grado d’isolamento termico del calorimetro, in
funzione del numero e dello spessore
delle gap, quantificare le perdite di
calore per irraggiamento e ottimizzare la posizione e il numero dei sensori di temperatura e degli elementi
riscaldanti. I risultati delle simulazioni
hanno mostrato che la posizione del
core a 2,5 cm dalla sorgente permette di avere, nel volume sensibile, sia
bassi gradienti di temperatura e di
dose sia un rateo di dose sufficiente
per produrre un segnale stabile. Il
valore di Dg a 2,5 cm da una sorgente di 192Ir con attività 370 GBq è
circa 1,6 10-2 Gy/s e l’aumento di
temperatura che si verifica nel core in
grafite, per un tipico irraggiamento di
120 s, è di circa 2,7 10-3 K.
La costruzione del calorimetro è stata
avviata (Fig. 3). L’assemblaggio dei
vari componenti è in corso e la completa realizzazione e caratterizzazione del campione è prevista entro il
2010.
Europei, tra i quali l’INMRI-ENEA, stanno sviluppando campioni primari di Dw
per sorgenti di brachiterapia sia di tipo
HDR sia LDR. Questi campioni sono
progettati per fornire il valore di Dw a
distanza di 1 cm dalle sorgenti brachiterapiche con un’incertezza dell’ordine
del 2%. Di conseguenza, l’incertezza
nella determinazione della dose al
paziente potrà essere contenuta entro il
limite raccomandato del 5%. La disponibilità di campioni primari di Dw permetterà una revisione delle procedure
attualmente seguite nella dosimetria clinica per brachiterapia, per assicurare
anche in questo campo la riferibilità
diretta ai campioni primari di Dw, analogamente a quanto oggi avviene per
la radioterapia con fasci esterni.
[1] International Atomic Energy Agency
(IAEA): Calibration of photon and beta ray
sources used in brachytherapy, IAEA-TECDOC-1274, (IAEA, VIENNA, 2002).
[2] M. J. Rivard, B. M. Coursey, L. A.
DeWerd, W. F. Hanson, M. Saiful Huq, G. S.
Ibbott, M. G. Mitch, R. Nath, J. F. Williamson:
Update of AAPM Task Group No. 43 Report
- A revised AAPM protocol for brachytherapy
dose calculations, Med. Phys. 31 (3) 2004.
[3] IAEA: Absorbed Dose Determination in
External Beam Radiotherapy: An International
Code of Practice for Dosimetry based on Standards of Absorbed Dose to Water, IAEA-TRS
398, 2000.
[4] J. F. Williamson: Brachytherapy technology and physics practice since 1950: a halfcentury of progress, Phys. Med. Biol., 51,
2006.
[5] http://brachytherapy.casaccia.
enea.it
[6] A. Piermattei, L. Azario, A. Soriani, G.
Arcovito, M.P. Toni, L. Fontan, M. Galelli:
Reference air kerma rate determination for
192Ir brachytherapy sources, Phys. Med., 11
(1), 1995.
Maria Pimpinella è
laureata in Fisica e specializzata in Fisica Sanitaria. Svolge attività di
ricerca per lo sviluppo
dei campioni primari per
PROSPETTIVE PER LA DOSIMETRIA
radioterapia e per appliIN BRACHITERAPIA
cazioni industriali delle radiazioni ionizzanti. Si occupa di calcolo Monte Carlo
Nell’ambito del progetto “Brachyte- per la simulazione del trasporto delle
rapy-T2.J06” vari Istituti Metrologici radiazioni ionizzanti nella materia.
LO SPAZIO
DELLE CMM
▲
Alberto Zaffagnini
InTeRSeC XX
I venti seminari formativi del CMM Club
INTERSEC 20: THE TWENTY SEMINARS OF CMM CLUB
Since the beginning of its activities, the CMM Club Italia Association has been
committed to spreading knowledge on metrology and on connected topics,
while fostering exchange and collaboration between Academy and Industry. A
specific project has been developed: InTeRSeC. InTeRSeC seminars are now at
their 20th edition. A survey of the past editions, starting from the first seminar in
1995, is presented.
RIASSUNTO
Sin dall'inizio delle proprie attività, l'Associazione CMM Club Italia è impegnata nella diffusione di una cultura sulla metrologia e su argomenti a essa
strettamente collegati, cercando nel contempo di favorire l'incontro tra il
mondo accademico e l'industria. Uno specifico progetto è stato sviluppato a
questo scopo: InTeRSeC (Incontri Tematici, Riunioni, Seminari del CMM
Club). I seminari InTeRSeC sono giunti oggi alla loro ventesima edizione. Una
panoramica sulle precedenti edizioni viene qui presentata, a partire dal primo
seminario tenutosi nel 1995.
LA NASCITA DI INTERSEC
Come è noto ai lettori di questa rivista,
l’Associazione CMM Club Italia, tra le
sue attività istituzionali, ha focalizzato
l’attenzione e i propri sforzi a organizzare regolarmente seminari e incontri
tematici, dedicati in particolare alla
metrologia a coordinate e, più in generale, alla metrologia dimensionale,
senza trascurare anche altri aspetti d’indubbio interesse per gli utilizzatori industriali, quali la qualità, la specificazione
geometrica dei prodotti, il software. In
questa sua azione di diffusione nel
Paese d’una cultura metrologica avanzata, l’Associazione ha sempre cercato
di favorire l’incontro tra il mondo accademico e della ricerca scientifica e quel-
lo dell’industria, ponendosi come elemento d’interfaccia per favorire il trasferimento tecnologico. In questo senso,
le sedi degli eventi si sono alternate tra
Università, l’Istituto Nazionale di Metrologia, il CNR, Industrie e Associazioni
di categoria.
Il progetto InTeRSeC ha avuto inizio quando l’Associazione non era ancora formalmente e legalmente definita e un piccolo gruppo d’appassionati, coagulatosi
attorno a un nucleo d’illuminati ricercatori dell’allora IMGC (Sartori, Balsamo e
Rebaglia), si riuniva per discutere su
come diffondere la cultura della
metrologia a coordinate e come aiutare le aziende a inserire e gestire le
CMM nei propri sistemi qualità.
Il primo seminario venne organizzato presso l’UCIMU a Cinisello Balsamo (MI), nell’ormai lontano aprile
1995. L’argomento di quel primo evento (che riscosse notevole successo di
pubblico) non poteva non essere la
Norma ISO 10360-2, in quel momento alla ribalta nel mondo della metrologia a coordinate. Gli strumenti di
presentazione delle memorie erano allora un po’ primitivi rispetto a quelli
attuali: lucidi proiettati con lavagne luminose, poco colore, nessuna animazione o filmato.
Si replicò successivamente, spesso in
occasione delle assemblee annuali dell’Associazione. Gli argomenti trattati in
quegli embrionali InTeRSeC furono essenzialmente incentrati sull’inserimento
delle CMM nei sistemi qualità aziendali, sulla verifica di prestazioni, sull’incertezza di misura. I relatori erano quasi
tutti membri del Consiglio Direttivo dell’Associazione, più qualche amico (sempre però di indiscusso prestigio nell’ambito metrologico nazionale) cooptato
per presentare una relazione.
Una pietra miliare rimane certamente
sulla strada intrapresa dal CMM Club
nell’organizzazione di seminari: il
primo dicembre 1999, nell’elegantissima cornice dello Sheraton Hotel di
Padova, si tiene il seminario “CMM,
qualità per il 2000”. Per la prima volta
la maggior parte dei relatori è esterna
Perché l’acronimo InTeRSeC? Riportiamo una
nota di presentazione che venne pubblicata su
Probing Flash, notiziario elettronico dell’Associazione, al momento del lancio del progetto.
Che cosa è InTeRSeC? Si legge sul vocabolario Zingarelli: Intersezione, insieme
costituito dagli elementi comuni a più
insiemi. E un seminario, un convegno, un
workshop sono proprio i luoghi dove si intersecano le idee e gli argomenti. Ma, nello stesso tempo, InTeRSeC sottolinea uno stretto legame con le CMM. Infatti, l’intersezione è un’operazione alla base delle elaborazioni di
misura con le CMM, vale a dire la definizione
di insiemi comuni a diversi enti geometrici.
E poi quel prefisso “inter” rimanda a un concetto di internazionalità, certamente allineato con le ipotesi di collaborazione tra i vari
CMM Club del mondo.
Allora InTeRSeC è un’area di lavoro, un
momento di condivisione di esperienze tra studiosi, costruttori, utenti, fornitori di servizi ed esperti di CMM nazionali e
internazionali.
[email protected]
T_M
N.
1/10
T_M ƒ
ƒ 71
71
▼
al Consiglio Direttivo dell’Associazione,
trattandosi per lo più di rappresentanti
dell’industria invitati a presentare il loro
punto di vista. A questo si aggiunge
una piccola mostra d’apparecchiature
e servizi per la metrologia a coordinate
e una sessione pomeridiana di presentazione di soluzioni tecniche sul reverse
engineering da parte dei costruttori di
CMM convenuti. Timidamente, l’Associazione si affaccia al mondo dell’esposizione, pur mantenendo salda la
sua connotazione tecnica super partes.
Si arriva al settembre 2000, con un
ambizioso nuovo balzo in avanti: la V
edizione di InTeRSeC, articolata su ben
due giornate, di cui la prima con relatori internazionali e traduzione simultanea. Sono infatti presenti a Milano per
una riunione ISO i nomi più prestigiosi
della metrologia a coordinate mondiale
e il Presidente Balsamo ha la felice intuizione di non lasciarsi sfuggire una simile, e quasi irripetibile, occasione. Ecco
NEWS
NUOVI WATTMETRI
CHE SODDISFANO
LA DIRETTIVA EUP
La Direttiva EuP 2005/32/CE, riguardante
la Progettazione EcoCompatibile di prodotti che consumano energia, interessa un
panorama di soggetti molto ampio in quanto sia produttori sia importatori di dispositivi che consumano energia (EuP) ne risultano coinvolti.
I produttori, in quanto sono responsabili
della fabbricazione di prodotti progettati
per minimizzare il loro impatto ambientale
generale; gli importatori, in quanto si sostituiscono integralmente ai produttori nei
T_M ƒ 72
N. 01ƒ
; 2010
▲
LO SPAZIO
DELLE CMM
allora al tavolo dei relatori dell’Hotel
Crowne Plaza di San Donato Milanese:
S. Phillips (Precision Engineering Division del NIST), K. Doytchinov (Segretario di ACMC - Association for Coordinate Metrology Canada), H. Schwenke
(PTB), C. Shakarji (NIST) e il danese J.
Dovmark (convener dell’ISO/TC213/
WG10). Anche la seconda giornata di
InTeRSeC V ha un motivo di novità:
lasciando per la prima volta il tema centrale della metrologia a coordinate, la
sessione è completamente dedicata alla
temperatura e agli effetti termici nella
metrologia dimensionale.
Si dipanano varie altre edizioni di
InTeRSeC, affrontando sempre nuovi
temi, ma con una formula che si sta consolidando: la VI edizione, alla Facoltà
di Ingegneria di Brescia, sulle applica-
zioni industriali di CMM; la VII, alla
Facoltà di Ingegneria di Padova, sul
tema della riferibilità e dell’incertezza
nelle misure di precisione, con due
nomi di riferimento internazionale: il
Dott. Eugen Trapet, già a capo della
sezione metrologia a coordinate del
PTB, e il Prof. Leonardo De Chiffre della
Technical University di Danimarca; la
VIII Edizione, all’IMGC, sulla verifica
delle prestazioni delle CMM per assicurare la qualità, nei cui atti è compreso anche un utilissimo foglio di calcolo
elettronico per stimare l’incertezza di
misura, preparato da Sandro Balsamo.
Sì, perché nel frattempo gli atti dei
workshop non sono più cartacei ma
sono distribuiti su cd-rom o scaricabili
dal sito web dell’Associazione. E
anche le presentazioni sono diventate
più ricche e accattivanti. Sono spariti
i vecchi lucidi in acetato e si utilizzano i più moderni strumenti informatici.
Fotografie, animazioni e filmati sono
casi in cui questi non siano identificabili.
Lo scopo della Direttiva EuP, che valuta
e tiene conto dell’intero ciclo di vita del
prodotto e del relativo costo è la diminuzione dell’impatto ambientale e la
promozione di un ambiente sostenibile.
Uno scopo molto più ampio rispetto alle
Direttive WEEE e RoHS, in quanto
richiede che la progettazione EcoCompatibile diventi parte integrante della
marcatura CE.
La più importante tra le misure previste
dalla Direttiva è senz’altro quella relativa
alle modalità di funzionamento definite
“Stand By” e “Off Mode”: assicurare che
tutti i prodotti elettrodomestici e da ufficio utilizzino la minor quantità possibile di energia, quando posti nella modalità stand-by,
ovvero nella condizione di non esercizio
della propria funzione principale ma comunque in stato di accensione e pronto all’uso, e
off-mode, ovvero in stato di spegnimento.
I limiti di consumo energetico fissati attualmente, validi fino al gennaio 2013, sono:
2W per il funzionamento in stand-by e
1W per la condizione off-mode.
In quest’ottica risulta decisamente evidente la complessità nell’ottenere misure adeguate, precise e attendibili.
ASITA assiste la propria clientela anche
in questo settore, con una gamma di
wattmetri specificamente progettati e
realizzati per soddisfare ogni richiesta di
misura avanzata dai costruttori di apparecchiature elettriche ed elettroniche. I
wattmetri 3332 e 3334 sono strumenti
digitali da banco in grado di misurare
tutti i principali parametri di una apparecchiatura elettrica, con un campo di misura
a partire da 1mA fino a oltre 30A con
una larghezza di banda in frequenza a
partire dalla corrente continua fino a 5
kHz o 100 kHz. Ciò comporta la possibilità di misurare potenze elettriche decisamente inferiori a 1W fino a oltre 10 kW,
e quindi testare una vastissima gamma di
dispositivi elettrici.
Dotati di numerose funzioni supplementari
(uscite monitor, analogiche e digitali, interfacce RS232 e GP-IB, ecc.), i wattmetri
mod. 3332 e 3334 sono la soluzione ideale per l’analisi dei consumi e dei parametri
elettrici di gran parte delle apparecchiature elettriche alimentate in corrente continua
o corrente alternata monofase, soprattutto
per i reparti Ricerca & Sviluppo, i laboratori di prova e verifica, nonché gli istituti di
ricerca ed università.
Per ulteriori informazioni:www.asita.com
L’EVOLUZIONE DI INTERSEC
N. 01ƒ
;2010
alla base di ogni presentazione.
Si arriva quindi alla IX edizione, presso
la Facoltà di Ingegneria di Bologna, nel
dicembre 2004. Per la prima volta, un
seminario del CMM Club è rivolto non
solo ai metrologi e ai soliti specialisti di
CMM ma anche a progettisti e tecnici di
produzione e, più in generale, a tutti
quelli che intervengono nel percorso
che dalla specificazione dei requisiti del
prodotto porta alla verifica della sua
conformità. Un titolo di forte impatto,
“Specifiche Geometriche di Prodotto e
CMM: la rivoluzione GPS dalla progettazione al controllo qualità”, richiama
più di 80 tra metrologi, progettisti, tecnologi, docenti, ricercatori, operatori di
CMM, specialisti di software e costruttori di macchine di misura.
Ormai il progetto InTeRSeC procede
sicuro e regolare, ben guidato dal prof.
Enrico Savio, che nel frattempo ne ha
assunto la responsabilità all’interno del
Direttivo. Si trattano i sensori ottici (due
edizioni sono dedicate a questo tema),
le interfacce software, si ritorna sulla
normativa di riferimento settoriale.
È chiaro, ormai, che non ci si può limitare alla sola metrologia a coordinate
cartesiana. Infatti, la XII edizione, che si
tiene nuovamente alla Facoltà di Ingegneria di Brescia, è focalizzata sul controllo dei processi di misurazione nell’ambito dell’industria automobilistica. Il
corpo relatori è quanto mai compatto:
provengono quasi tutti dal gruppo di
lavoro ANFIA (Associazione Nazionale Filiera Industria Automobilistica) che
sta preparando un manuale di riferimento per la gestione dei processi di
misurazione.
InTeRSeC si apre ad altri settori, trattando la metrologia delle forme e delle
superfici con un’edizione dedicata alla
rotondità e misurazione di solidi di rivoluzione e con un’altra dedicata alla
metrologia delle superfici funzionali.
Un’edizione è poi riservata ai bracci di
misura articolati, argomento interessante, sebbene mai prima di quel momento affrontato dal CMM Club.
I CONFINI GEOGRAFICI
SI ALLARGANO
Nel frattempo, anche i confini geografici di InTeRSeC sono diventati
LO SPAZIO
DELLE CMM
Il catalogo del CMM Club
È possibile acquistare gli atti dei seminari
InTeRSeC, le dispense dei corsi e le antologie di Probing contattando l’Associazione
CMM Club Italia.
Per ogni dettaglio e per ordinare:
www.cmmclub.it/didattica.html
angusti: l’Associazione si sta allargando al di fuori della sua area d’origine iniziale, collocata nel Nord del
Paese. Si espande, di conseguenza,
verso il Centro-Sud anche l’area d’intervento, con un’edizione presso PaLMer, a Ferentino (FR), e una presso la
Facoltà di Ingegneria di Bari.
Quasi senza accorgercene siamo arrivati alla XX edizione, un traguardo
importante per una piccola Associazione come il CMM Club, basata sul lavoro volontario dei membri del suo Direttivo e di alcuni amici appassionati. La
XX Edizione si terrà a Torino, il
prossimo 13 aprile 2010, presso
INRIM, e avrà il titolo: Riduzione
degli effetti termici nelle misure
dimensionali. Per il programma dettagliato e per ogni altra informazione
sull’evento: www.cmmclub.it.
GRAZIE E ARRIVEDERCI!
È doveroso un ringraziamento a chi si è
attivato nel corso di questi anni per la
nascita, lo sviluppo, la maturità e il successo di questo progetto. Menzionerò
solo due nomi, Sandro Balsamo ed
Enrico Savio, senza però dimenticare
quella miriade di relatori, collaboratori,
organizzatori che tanto lavoro hanno
profuso per il successo di InTeRSeC. Infine, un ringraziamento a tutti coloro che
hanno offerto ospitalità e disponibilità
accogliendo InTeRSeC nelle proprie
strutture.
Arrivederci a InTeRSeC XX!
■
Le prime 19 edizioni di InTeRSeC
1 27.04.1995, Cinisello Balsamo (MI)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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13
14
15
16
17
18
19
La normativa ISO per le macchine di misura
nei Sistemi Qualità Aziendali
10.04.1997, Milano
CMM e Sistemi Qualità
25.05.1998, Castellanza (VA)
Ottimizzare l’uso delle CMM
01.12.1999, Padova
CMM, qualità per il 2000
25/26.09.2000, S. Donato M.se (MI)
1. Sessione internazionale
2. Controllo degli effetti termici
06.05.2002, Brescia
Applicazioni di macchine di misura
a coordinate (CMM) nell’industria
15.04.2003, Padova
CMM e riferibilità in ambito industriale: misure
di precisione e metodi di stima dell’incertezza
27.04.2004, Torino
Applicare la EN ISO 10360-2
alle CMM: Verifica di prestazioni
e Assicurazione di Qualità
15.12.2004, Bologna
Specifiche Geometriche di Prodotto e CMM:
la rivoluzione GPS, dalla progettazione
al controllo qualità
21.04.2005, Milano
Le interfacce software standard: un grande
vantaggio per gli utilizzatori delle CMM
08.11.2005, Modena
Le CMM e i sensori ottici per il controllo
dimensionale
09.05.2006, Brescia
Validazione dei processi di misurazione
nel comparto “automotive"
29.06.2006, Ferentino (FR)
Le UNI EN ISO 10360: verifiche di prestazioni
di CMM e controllo di qualità
17.04.2007, Torino
Anteprima sulle nuove versioni delle norme
UNI EN ISO 10360
22.07.2007, Bari
Le UNI EN ISO 10360: verifiche di prestazioni
di CMM e controllo di qualità
04.12.2007, Torino
Misurazioni di pezzi a geometria cilindrica
15.04.2008, Torino
Bracci di misura e controllo qualità
26.09.2008, Vicenza
Sistemi ottici per il controllo qualità
21.04.2009, Bologna
Metrologia delle superfici funzionali
ALBERTO ZAFFAGNINI
è laureato in Ingegneria
Meccanica, libero professionista, consulente e
formatore per la metrologia e la qualità nell’industria. È ispettore tecnico
SIT, membro del Consiglio Direttivo e
Responsabile per l’informazione dell’Associazione CMM Club Italia.
T_M ƒ 73
MANIFESTAZIONI
EVENTI E FORMAZIONE
▲
2010-2011
eventi in breve
2010
3-6 MAGGIO
Austin, TX, USA
2010 I2MTC - IEEE International Instrumentation and Measurement
Technology Conference
http://imtc.ieee-ims.org/index.php
17-21 MAGGIO
Locarno, Svizzera
International conference on Advance Phase Measurement Methods x
Technology Conference
http://phasemeas2010.epfl.ch/index.htm
18-20 MAGGIO
Nürnberg, GERMANIA
Sensor+Test 2010 – The Measurement Fair
www.sensorfairs.de/index_en.html
23-24 MAGGIO
Como, ITALIA
SMART System Integration 2010
http://smartsystemintegration.com
23-28 MAGGIO
Anaheim, USA
IEEE MTT 2010 International Microwave Symposium
www.ims2010.org
25-28 MAGGIO
Portogallo
4th EURAMET General Assembly
www.euramet.org/index.php?id=497
28 MAGGIO
Anaheim, USA
75th ARFTG Microwave Measurement Conference
www.arftg.org/upcoming_events.html
30 MAGGIO - 3 GIUGNO
Tsukuba, GIAPPONE
The International Conference on Nanophotonics (NANO)
www.nims.go.jp/nanophoto2010/topics
Portorose, SLOVENIA
TEMPMEKO & ISHM 2010 – Joint International Symposium on Temperature,
Humidity, Moisture and Thermal Measurements in Industry and Science
www.imeko.org
Delft, OLANDA
10th International Conference Engineering and Nanotechnology
www.delft2010.euspen.eu
7 - 10 GIUGNO
Tucson, AZ, USA
Applied Industrial Optics: Spectroscopy, Imaging and Metrology (AIO)
www.osa.org/meetings/topicalmeetings/
AIO/default.aspx
13-18 GIUGNO
Daejeon, COREA
Conference on Precision Electromagnetic Measurements
http://cpem2010.kriss.re.kr/
13-15 GIUGNO
Roma, ITALIA
XXIX Giornata della Misurazione, organizzata congiuntamente
dal GMEE e dal GMMT
www.gmee.org
14-16 GIUGNO
Pisa, ITALIA
20th International Symposium on Power Electronics, Electrical
Drives, Automation and Motion
http://webuser.unicas.it/speedam/
CallForPaper_Speedam2010.pdf.
15-18 GIUGNO
Madeira, PORTOGALLO
7th Int'l Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics
(ICINCO-2010)
www.icinco.org
17-19 GIUGNO
Rio d Janeiro, BRASILE
17th International Conference on Systems, Signals and Image Processing,
IWSSIP 2010
www.ic.uff.br/iwssip2010
28 GIUGNO - 1 LUGLIO
Hyatt Regency McCormick Place
27th AIAA Aerodynamics Measurement and Ground Testing Conference
www.aiaa.org/content.cfm?pageid=1
12-14 LUGLIO
Istanbul, TURCHIA
10th Biennial ASME Conference on Engineering Systems Design
and Analysis ESDA 2010
www.asmeconferences.org/ESDA2010
29 AGOSTO - 1 SETTEMBRE
Kittila, FINLANDIA
XX IEEE Int.'l Workshop on Machine Learning for Signal Processing
http://mlsp2010.conwiz.dk
30 AGOSTO - 3 SETTEMBRE
Pistoia, ITALIA
Scuola per Dottorandi GMEE "Italo Gorini"
www.gmee.org
1-3 SETTEMBRE
Londra, REGNO UNITO
13th TC1/TC7 Symposium: Without measurement no science, without science
no measurement
ISMQC2010 – 10th Symposium on Measurement and Quality Control
www.imeko.org
6-9 SETTEMBRE
Atlanta, GA, USA
NUSOD 2010 - Numerical Simulation of Optoelectronic Devices
www.nusod.org/2010
8-10 SETTEMBRE
Kosice, SLOVACCHIA
17th Symposium IMEKO TC 4 - Measurement of Electrical Quantities
www.imeko.tuke.sk
13-15 SETTEMBRE
Gaeta, ITALIA
XXVII Congresso Nazionale del GMEE
www.gmee.org
23-25 SETTEMBRE
Chengdu, CINA
Signal and Image Processing (SIP 2010) Special Track within WiCOM 2010
www.wicom-meeting.org/sip2010
12-14 OTTOBRE
Taipei, TAIWAN
FLOMEKO 2010 – the 15th Conference on Flow Measurement
www.imeko.org
21-25 NOVEMBRE
Pattaya, TAILANDIA
21st Conference on Measurement of Force, Mass and Torque (together with
HARDMEKO 2010 and 2nd Meeting on Vibration Measurement)
www.imeko.org
5-10 DICEMBRE
Orlando, USA
Computer Measurement Group International Conferences
www.cmg.org/national/conferences.html
13-15 APRILE
Torino, ITALIA
VII Congresso Italiano Metrologia e Qualità
5-9 SETTEMBRE
Osaka, GIAPPONE
www.ismqc2010.mech.eng.osaka-u.ac.jp
2011
T_M
N.
1/10 ƒ 74
www.affidabilita.eu
MANIFESTAZIONI
EVENTI E FORMAZIONE ■
Metrologia
per capillarità
Rubrica a cura di Giorgio Miglio*
METROLOGY FOR EVERYONE
This section is open to questions and curiosity by all the measurement operators, both in industry and in calibration analysis and test laboratories, who
do not have the time to search for answers in the Norms.
RIASSUNTO
Questa rubrica è aperta alle domande e ai dubbi formulati da chi si occupa di processi di misurazione o di affidabilità e qualità delle misure, sia in
azienda sia nei laboratori di taratura, di prova o d’analisi, e che non ha il
tempo o l’opportunità di cercare spiegazioni nella normativa.
(DOMANDA) Neodiplomato, lavora
da poco presso una piccola azienda
meccanica. Sui capitolati tecnici di alcuni clienti (a loro volta PMI) trovo indicazioni relative alle tolleranze da rispettare nelle lavorazioni e da qui originano
due domande che ho già rivolto, ma
inutilmente, al mio titolare. Con lui non
posso insistere più di tanto e la situazione di crisi gli fornisce l’alibi di non poter
sostenere, per ora, la spesa di un mio
corso di formazione sulle misure.
In internet ho trovato documenti su
questo argomento, però troppo complessi per il mio attuale livello di preparazione. Le domande, per le quali
vorrei risposte semplici, riguardano
l’incertezza di misura e sono:
1) devo “scalare” dai limiti di tolleranza il valore dell’incertezza che
sono riuscito a valutare?
2) vi è un numero minimo di componenti d’incertezza da considerare
affinché la valutazione abbia significato metrologico e sia affidabile?
(RISPOSTA) Le sue domande sono
sacrosante e dovrebbero porsele tutti
coloro che, nelle più svariate situazioni operative, sono in presenza di limiti o tolleranze da rispettare. La risposta alla prima domanda è semplice.
Per essere sicuro che le dimensioni da
lei trovate dopo la lavorazione “siano
a disegno”, cioè rientrino nei limiti di
tolleranza specificati dal cliente, lei
deve “scalare” da questi limiti l’incertezza (estesa) che accompagna i risultati delle misure eseguite in fase di
solo apparentemente il compito: infatti,
per valutare quali contributi siano significativi (vale a dire abbiano un “peso”
relativamente superiore a quello di altri),
andrebbero individuati e valutati tutti
quelli che sono normalmente presenti nel
processo di misura. Qui entrano in gioco
la capacità d’analisi e l’esperienza sullo
specifico processo di misura, per evitare
il rischio di pericolose sottostime o sovrastime, con i relativi problemi.
Inoltre, per la composizione dei contributi e per l’applicazione del criterio
di cui sopra, lei deve comunque ipotizzare distribuzioni di probabilità da
applicare ai contributi selezionati
(categoria B) o verificare la normalità
della distribuzione (categoria A).
Un approccio più di “sistema” è quello
di stabilire da subito, noti i limiti di tolleranza da rispettare, l’incertezza obiettivo (target uncertainty), cioè quella che
consentirebbe di rispettare i requisiti, e
valutare solo in un secondo tempo l’incertezza effettiva o reale (uncertainty
budget). Dal confronto tra i valori dell’incertezza obiettivo e di quella effettiva, lei è in grado di decidere se sono
necessari loop correttivi per rendere la
seconda inferiore, o uguale, alla prima.
controllo dei “pezzi” lavorati. Tale
incertezza deriva dalle varie fonti di
variabilità presenti nell’intero processo di misura (grandezze d’influenza,
caratteristiche strumentali, tarature,
derive, variabilità tra operatori, ecc.).
Alla sua seconda domanda mi è più
difficile rispondere con semplicità, ma
ci provo. Le componenti d’incertezza
presenti nei suoi processi di misura
sono sicuramente numerose ma, nella
stragrande maggioranza dei casi in
cui non si richiedono elevate precisioni, sono poche quelle che hanno un
“peso” veramente significativo.
Lei però chiede qual è il loro numero
minimo: bene, esiste un criterio matematico-statistico (il “teorema del limite
centrale”) che limita, sotto determinate
condizioni, il numero che lei cerca. RIFERIMENTI A NORME E GUIDE
Esso dice che, se non è presente una
la valutazione dell’incertezza: norma base
variabile “dominante” a distribuzione Per
UNI CEI ENV 13005 “Guida all’espressione
non normale, la composizione lineare dell’incertezza di misura”: 2000, nota come
di più variabili casuali indipendenti arri- “GUM”, mentre per gli aspetti decisionali riguarva rapidamente a una distribuzione danti l’incertezza di misura e la sua gestione valgono le norme: UNI EN ISO 14253 - 1: 2001
pressoché normale (anche se nessuna “Specifiche
geometriche dei prodotti (GPS). Verifivariabile è a distribuzione normale). ca mediante misurazione dei pezzi e delle appaPeraltro già la composizione di tre di- recchiature per misurazioni. Regole decisionali
per provare la conformità o non conformità alle
stribuzioni di tipo rettangolare o unifor- specifiche”
e UNI ENV ISO 14253 - 2: 2003
me porta a una distribuzione pressoché “Specifiche geometriche dei prodotti (GPS).
normale. È possibile così applicare il Guida per la stima dell’incertezza nelle misurafattore di copertura più adatto (appros- zioni GPS, nella taratura delle apparecchiature
misurazioni e nella verifica dei prodotti”.
simando 68% k = 1; 95 % k = 2; 99% per
Il bozzetto di questa rubrica è stato realizzato
k = 3) al valore dell’incertezza compo- dall’arch. Tullio Tola.
sta per arrivare a quella estesa, quella
che le interessa di trovare per poterla
* Consulente di metrologia
“scalare” dai limiti di tolleranza.
Questa risposta, però, le alleggerisce [email protected]
T_M
N.
1/10 ƒ 75
▲
STORIA E
CURIOSITÀ
Mario Savino
Le misure
e la loro evoluzione
Parte I – Ruolo della Misura e origini
MEASUREMENTS AND THEIR TEMPORAL EVOLUTION
PART I: ROLE OF MEASUREMENTS AND ORIGINS
We publish here and in the next issue the text of the Honorary Lecture by
Prof. Mario Savino (Past President of the GMEE and Full Professor of Electrical Measurements at the Polytechnic of Bari) at the Opening of the Academic Year 2009-10 at the Polytechnic.
RIASSUNTO
Pubblichiamo qui e nel numero successivo il testo della “Prolusione” tenuta
dal Prof. Mario Savino (Past President del GMEE e Ordinario di Misure Elettriche al Politecnico di Bari) in occasione dell’Inaugurazione dell’Anno
Accademico 2009-2010 al Politecnico.
IL RUOLO FONDAMENTALE
DELLA MISURA,
NEL PASSATO E OGGI
Le donne e gli uomini vivono immersi
nella natura e cercano di comprenderla mediante l’identificazione degli
oggetti che li circondano e dei fenomeni ai quali assistono. A tal fine definiscono alcune caratteristiche proprie
o specifiche degli oggetti e dei fenomeni in esame. Quando hanno da
effettuare una scelta, essi confrontano tra loro le caratteristiche degli
oggetti selezionati in funzione dell’obiettivo da perseguire. Descrittori di
queste caratteristiche sono le grandezze, per conoscere le quali occorre seguire un procedimento di misurazione. Spesso non si fa distinzione
T_M
N.
• Si può fare a meno delle misure?
Non è semplice rispondere alla prima
domanda; molto spesso si usa la parola misura riferendola a grandezze per
le quali non è stata definita una scala
in modo certo e condiviso. Alcuni ritengono che non tutto sia misurabile; altri
[2] hanno accettato la sfida di tentare
di misurare, con riferimento alle caratteristiche degli esseri umani, ciò che
attualmente sembra impossibile misurare, come ad esempio: il benessere, la
naturalezza, la qualità percepita con
la mente, i sentimenti, il linguaggio del
corpo, la coscienza.
Più facile rispondere alla seconda
domanda (Si può fare a meno delle
misure?). La risposta è: No. I campi di
applicazione delle misure attualmente
sono svariati: il più noto è, senza dubbio, quello legato alle transazioni
commerciali. Se pensiamo soltanto a
quante volte misuriamo giornalmente
il tempo con i nostri orologi e quante
misure di massa e di volume sono
eseguite con le bilance e i flussometri
(denominati, in gergo, contatori) dei
nostri fornitori, ci rendiamo conto di
non poter più fare a meno delle misure. Per esempio è stato dimostrato che
donne e uomini non possono vivere
una vita serena senza informazioni
sull’orario, in quanto perdono rapidamente la cognizione del tempo [3].
Gli astronauti nello spazio non assistono all’alternarsi del giorno e della
notte, per cui è necessario comunicare loro dalla base spaziale sulla terra
quando è ora di andare a dormire.
Proprio la NASA, l’ente spaziale statunitense, ha condotto l’esperimento
più significativo sulla cognizione del
tempo, al fine di studiare le conse-
tra le parole misurazione e misura, anche se a rigore la misurazione
è definita dal VIM (International
Vocabulary of basic and general
terms in Metrology) [1] “il procedimento per ottenere sperimentalmente
uno o più valori che possono essere
ragionevolmente attribuiti a una grandezza”. La misura, invece, è il risultato della misurazione. La misurazione,
o più semplicemente (come si dirà nel
seguito) la misura, è quindi un procedimento elementare o complesso, che
permette di quantificare, assegnando
dei numeri, le proprietà degli oggetti
o dei fenomeni del mondo reale. Essa
richiede teoricamente un confronto
tra una quantità incognita, il misurando, ovvero la grandezza oggetto
della misura, e una nota, assunta
come campione. Per effettuare il
confronto è necessario definire le
scale di misura, caratterizzate da
punti numerali: in tal modo è possibile associare a ciascuna grandezza
una posizione nella propria scala e
stabilire uguaglianze, differenze, relazioni. Misurare consente di conoscere, descrivere e, quindi, controllare
qualsiasi sistema nel miglior modo
possibile.
Per comprendere appieno gli scopi
della scienza delle misure, è bene Dipartimento Ingegneria Elettrotecnica
ed Elettronica – Politecnico di Bari
porsi inizialmente due domande:
[email protected]
• Tutto è misurabile?
1/10 ƒ 76
N. 01ƒ
;2010
utili per l’elaborazione successiva. Le
misure permettono anche il controllo
di macchine, robot, sistemi complessi.
Allo scopo di cercare di prevedere
come si evolvono i fenomeni naturali
o i processi industriali, sono elaborati, sulla base di sperimentazioni e di
riflessioni, teorie e modelli, in
genere semplificati, in quanto finalizzati a un preciso obiettivo rappresentativo di ciò che si vuole indagare.
Oggi i sistemi informativi più evoluti sono quelli basati sulle misure. Le
Information and Communication Technologies (ICT) permettono di creare
sistemi informativi molto efficienti per
diverse applicazioni. Sono stati realizzati sistemi artificiali che utilizzano
algoritmi genetici, capaci di apprendimento, e rappresentano un modello
dell’attività cognitiva umana.
L’importanza di imparare a misurare
deriva dalla semplice constatazione
che solo misure corrette sono in grado
di convalidare un modello, una teoria,
un sistema informativo o, secondo Karl
Popper, consentono di affermare che
essi non siano falsi. Viceversa, se le
misure sono errate, si potranno ritenere
non validi, o falsi, un modello, una teoria, un sistema informativo, ben progettati. È quindi imperativo che chi opera
nell’industria e nei servizi impari a utilizzare e a realizzare correttamente gli
strumenti di misura e che nelle scuole e
nelle Università si affermi sempre più la
cultura metrologica.
La qualità dei prodotti e dei processi è notevolmente migliorata, grazie
anche all’evoluzione dei sistemi di
misura, gestiti in genere da un calcolatore e in grado sia di elaborare una
serie notevole di informazioni provenienti da diversi sensori, sempre più
miniaturizzati e distribuiti, sia di eseguire l’autocontrollo delle prestazioni
[4]. Molti Paesi richiedono la certificazione di qualità perché un prodotto
possa essere commercializzato al loro
interno. Per esempio, la marcatura CE
è una sigla che deve essere apposta
in modo visibile e indelebile su un prodotto per attestare che esso possiede i
requisiti essenziali fissati da una o più
direttive comunitarie. La marcatura CE
sancisce la conformità ai requisiti
prescritti dalle direttive comunitarie.
▲
guenze fisiologiche e psicologiche
sugli astronauti. Nel 1965 i millecento
abitanti del paesello di North Conway, nel New Hampshire, accettarono
di fare a meno per due giorni di qualsiasi forma di indicazione del tempo.
Si operò in modo che nessuno potesse
avere informazioni sull’orario requisendo, oltre agli orologi, anche gli
apparecchi radio e televisivi. Il primo
giorno dell’esperimento la vita si svolse abbastanza regolarmente, pur con
inevitabili piccoli anticipi o ritardi nelle
normali attività quotidiane, e aumentò
la comunicazione tra vicini. Il secondo
giorno le cose mutarono radicalmente:
le persone, con il trascorrere del
tempo, diventavano sempre più nervose e inquiete, alcuni protestarono contro l’esperimento e molti dovettero far
ricorso ai tranquillanti.
Le misure sono indispensabili nel
campo della ricerca scientifica,
come affermato dal genio di Galilei e
di Newton, che modificarono in
modo rivoluzionario la concezione
della scienza e il metodo d’indagine.
Furono prima Galilei, basandosi anche
sulle speculazioni filosofiche di Cartesio e sul suo dubbio metodico, e
poi Newton a stabilire il metodo sperimentale come ispiratore della ricerca scientifica e a sostenere che essa
deve obbedire solo alla propria logica
interna, deve essere libera da qualsiasi
pregiudizio e da qualsiasi autorità.
Senza la verifica sperimentale non
è possibile confermare la validità di
un’ipotesi: si pensi, ad esempio, alla
teoria copernicana e al paziente e
sapiente lavoro sperimentale di Tycho
Brahe, che ha portato Johannes
Kepler alla formulazione delle tre
leggi sul moto planetario e alla conferma della loro validità. L’esperimento
deve essere ripetibile con risultati non
contrastanti quando si controllino tutte
le variabili che in esso intervengono. Il
procedimento di misura deve fornire
informazioni non ambigue sulle proprietà degli oggetti e sulle caratteristiche dei fenomeni in osservazione.
Gli strumenti di misura, oggi, sono in
grado di registrare l’evolversi dei
fenomeni naturali e dei processi industriali, permettere la diagnosi contestuale o conservare le informazioni
STORIA E
CURIOSITÀ
LE ORIGINI
DELLA SCIENZA DELLE MISURE
La scienza delle misure è antica in
quanto, come si è detto, misurare è
un’esigenza vitale dell’umanità. Stabilirne l’origine non è cosa semplice.
Essa si fa risalire al Paleolitico superiore, tra i trentacinquemila e i
diecimila anni fa, periodo in cui sono
nati anche i numeri. Infatti, su fossili risalenti a tale periodo si sono trovati segni regolari di vario tipo, incisi su bastoni e su pezzi di osso: probabilmente i segni numerici precedettero le parole, necessarie per esprimere quei numeri [5]. È bene precisare che le misure hanno bisogno dei
numeri, ma il significato dei numeri
associati a un procedimento di misura è ben diverso da quello che essi
hanno in matematica.
Nell’analisi matematica i numeri
sono enti astratti, dotati di particolari
proprietà, indipendenti dal contesto in
cui sono impiegati; nel caso delle misure, invece, essi sono le entità necessarie a individuare i punti caratteristici
della scala dei misurandi e le proprietà di tali punti dipendono esclusivamente da quelle delle grandezze
oggetto della misura. La misura, come
si è detto, è un procedimento che porta
a ottenere sperimentalmente uno o più
valori che possano ragionevolmente
essere attribuiti al misurando e può
essere intesa come il rapporto tra la
grandezza osservata e l’unità di misura della grandezza stessa. Essa
deve avere l’indicazione dell’unità ed
è il mezzo utilizzato in tutto il mondo
per fornire le informazioni necessarie
sia sul tipo o specie sia sull’ampiezza
della grandezza oggetto della sperimentazione. Per unità di misura si
intende quella grandezza reale scalare, definita e adottata per convenzione, con la quale può essere confrontata qualsiasi altra grandezza della stessa natura, per esprimere il rapporto di
due grandezze come un numero. Privo
di unità di misura, il numero ottenuto
come risultato del procedimento non
ha alcun significato.
L’essere umano, dunque, non può fare
a meno di misurare il trascorrere del
tempo: non gli è sufficiente l’orolo-
T_M ƒ 77
▲
STORIA E
CURIOSITÀ
gio biologico, che gli fornisce informazioni inadeguate a un’organizzazione ottimale della sua vita. È allora
probabile che il primo strumento di
misura sia stato proprio un misuratore
del tempo: lo gnomone, un elementare forma di meridiana (Fig. 1). Il
sole, con il suo alternare periodi di
luce a periodi di buio, ha consentito
agli esseri umani di acquisire il concetto di giorno e la distinzione tra
giorno e notte.
Figura 1 – Lo gnomone
Si stima che le prime informazioni sui
moti apparenti del sole, della luna,
dei pianeti e delle stelle siano state
acquisite, da parte degli esseri umani,
nel Paleolitico superiore. Il Paleolitico
è l’età della pietra antica e proprio
con sassi l’essere umano imparò a
delimitare l’ombra da lui proiettata sul
terreno. Poneva una pietra per ogni
passo, in modo da misurare tutta la
lunghezza della propria ombra. In tal
modo creò lo gnomone umano e
imparò a scandire il tempo. Successivamente lo gnomone fu perfezionato
attraverso l’infiggere un semplice bastone verticalmente nel terreno, in una
zona libera da ingombri, in modo che
si potesse osservare la posizione dell’ombra in qualsiasi posizione fosse
proiettata. All’alba, il bastone produce un’ombra lunga e sottile verso occidente. Durante la mattinata, quando il
sole si alza sull’orizzonte, l’ombra si
accorcia sempre di più e ruota lentamente da ovest verso nord. Lo gnomone fu utilizzato in diverse parti del
mondo, migliaia di anni prima della
nascita di Cristo. La funzione del
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complesso megalitico di
Stonehenge (Fig. 2) è quello di osservatorio astronomico e misuratore del tempo.
Zanot afferma, a proposito
di Stonehenge: “al centro del
tempio, sembra di essere in un
gigantesco planetario: ogni
pietra indica un’ora, un giorno, un mese, una stagione, un
anno solare e una fase lunare” [6]. Per questo Stonehenge ebbe il nome di cerchio del
tempo. Augusto fece coFigura 2 – Il complesso megalitico di Stonehenge
struire a Roma uno gnomone,
visibile ancora oggi in piazza Monte- so. La nascita degli orologi ad
citorio, utilizzando come stilo un obe- acqua (Fig. 3) sembra dovuta all’inlisco fatto erigere in Egitto. Un altro fluenza di molti filosofi dell’antichità, i
gnomone di grandi dimensioni si può quali ritenevano ci fosse un parallelo
visitare nel Foro romano. Il più alto tra lo scorrere del tempo e quello delle
gnomone del mondo si trova nella cat- acque nei fiumi. Uno dei più antichi di
tedrale di Santa Maria del Fiore in questi orologi è stato trovato nella
Firenze, realizzato nel 1475 mediante tomba del faraone Amenhotep I, sepolun foro praticato in una tavoletta di to intorno al 1500 a.C.
bronzo e posto a 90 m di altezza sulla Gli orologi ad acqua sono stati tra i
cupola del Brunelleschi. A causa della primi cronometri indipendenti dall’ossua altezza esso funziona solo duran- servazione dei corpi celesti: furono
te il periodo del solstizio estivo, quan- perfezionati dai Greci, che diedero
do i raggi solari filtrano attraverso il loro il nome di clessidra, e solo in
foro gnomonico dando luogo a un’im- seguito l’acqua fu sostituita dalla sabmagine del sole in basso sul pavimen- bia. L’orologio ad acqua si diffuse
to della Cappella della Croce. A rapidamente, specie tra coloro che
Castel del Monte la parete sud del fornivano le loro prestazioni a tempo:
maniero ottagonale si comporta come uno di essi è citato nei Dialoghi delle
uno gnomone [7], mettendo in relazio- Cortigiane di Luciano di Samosane le dimensioni del castello con l’in- ta, scrittore e retore greco antico di
gresso del sole nei vari segni zodiaca- origine siriana. L’orologio idraulico,
li. Così, ad esempio, a mezzogiorno nella fattispecie, era un vaso metallidell’equinozio d’autunno, segno della co di forma emisferica, munito di un
bilancia, questa parete proietta sul ter- forellino sul fondo. Quando si ritirareno un’ombra lunga quanto è largo il vano le cortigiane, per le quali da
cortile del castello. Un mese dopo, sempre il tempo è denaro, la giovane
segno dello scorpione, sempre a mez- servente metteva il vaso in un bacino
zogiorno, l’ombra dello gnomone più grande, colmo d’acqua, e si
determina la larghezza delle sale del attendeva che il vaso andasse a
castello. Ancora un mese dopo, segno fondo. La prestazione durava quindi
del sagittario, la stessa ombra lambi- il tempo del riempimento del vaso
sce il bordo della circonferenza teori- [3]. Simile all’orologio idraulico
ca nella quale si inscrive il castello, usato dalle cortigiane ateniesi era
quello impiegato dagli avvocati
comprese le torri.
Gli esseri umani si resero conto della romani, per i quali la durata dell’indifficoltà di misurare il tempo con pre- tervento corrispondeva allo svuotarsi
cisione e accuratezza mediante lo gno- di un recipiente emisferico dotato di
mone, in quanto il percorso del sole nel un foro sul fondo per la fuoriuscita
cielo cambia con le stagioni. I primi dell’acqua.
tentativi di una misura più accurata del Oltre alle misure di tempo molto diffutempo si basano su un principio diverse nell’antichità erano quelle di lun-
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;2010
Figura 3 – Un orologio ad acqua
ghezza, con le sue grandezze derivate superficie e volume, e di massa,
anche se si preferiva denominare la
massa peso. In genere le unità di lunghezza facevano riferimento a parti
del corpo umano. Così il cùbito
■
NEWS
SALE METROLOGICHE
E RISPARMIO
ENERGETICO
Gianni Pascotto (Techlab srl)
È noto che tutti gli ambienti a microclima
specifico, quali le sale metrologiche e climatiche, sono altamente “energivori”. La
necessità di mantenere costanti e particolarmente precise le condizioni ambientali
porta necessariamente a utilizzare sistemi
impiantistici complessi, che privilegiano
l’assoluta garanzia di raggiungimento
delle performance a scapito di un pur
razionale contenimento energetico. Funzionamento 24h/24, “recovery time” minimo, garanzia di precisione assoluta a
valori limite, rispetto di normative sanitarie, ecc., impongono dimensionamenti
adeguati, spesso eccessivi e incoerenti con
gli attuali indirizzi di salvaguardia dell’energia. Nel contempo le sempre più vaste
possibilità applicative in settori diversificati, molte di derivazione dalle nuove tecnologie, rendono l’utilizzo
di ambienti
confinati
controllati
sempre più
conveniente:
a patto di
■
STORIA E
CURIOSITÀ
aveva la lunghezza dell’avambraccio
pari all’incirca a mezzo metro, il pollice quella del dito corrispondente, il
piede in origine era pari alla lunghezza dell’arto inferiore, il passo
equivaleva a cinque piedi mediamente quasi un metro, lo stadio a centoventicinque passi, la iarda corrispondeva alla distanza tra la punta del
naso e l’estremità del dito medio ed
infine il miglio romano era pari a
circa cinquemila piedi e quindi a mille
passi. Dal miglio deriva pietra
miliare posta dagli antichi romani
sul ciglio delle strade per delimitarne
le distanze.
Le misure di peso si basavano sulla
libbra dal latino bilancia, ed erano
effettuate con strumenti semplici ma
non troppo diversi da una bilancia a
bracci uguali, formata da un’asta di
ferro mobile che sostiene ai due estremi due piatti, simile a quella trovata
nella tomba di Nagata in Egitto
(3000 a.C.).
(Continua nel numero successivo)
non valutare solo la loro economicità di
investimento, ma anche il basso costo
gestionale e ambientale. A maggior ragione
se si considera che il loro inserimento industriale avviene sempre più vicino, se non
addirittura perfettamente integrato, al processo produttivo, proprio là dove sono più
critiche le condizioni ambientali.
Si aprono due contesti situazionali, entrambi
importanti da analizzare: le nuove realizzazioni, in cui esistono maggiori possibilità
opzionali, e le realtà esistenti, in cui vincoli di
natura tecnica possono determinare percorsi
progettuali più contenuti.
La progettazione di ambienti tecnologici
nuovi porta alla scelta di componentistica
strutturale con caratteristiche di basso coefficiente di trasmittanza, al fine di consentire
alta capacità di isolamento termico contestualmente a spessori contenuti, e impiantistica dotata di efficienti sistemi di rilevamento
e controllo ambientale,
in grado di intervenire
modularmente
sulla
base di diversificati e
innovativi parametri
analitici, oltre a quelli
tradizionali termo-igrometrici e particellari.
Le nuove e più recenti
tecnologie propongono
una vasta gamma di
materiali (conduttività termica < 0,036 W/mK) e
di nuovi componenti
elettronici che, opportu- Composito leggero
namente comunicanti riflettente in fibra
tra loro e con il sistema naturale a bassa
HVAC tramite specifici conduttività termica
algoritmi, consentono di operare su valori
limite impensabili fino a oggi, con conseguenze rilevanti sui risparmi gestionali. L’esperienza maturata permette di individuare
ottimizzazioni funzionali del 15/20%
rispetto ai sistemi tradizionali, con costi di
investimento non superiori al 5/7%: performance che si può ritenere miglioreranno in
futuro.
L’intervento su ambienti tecnologici esistenti,
al fine di una loro ottimizzazione funzionale sotto l’aspetto del contenimento energetico, è senz’altro più complesso e di più difficile generalizzazione, ma può sortire
benefici ugualmente interessanti la cui entità può variare secondo le possibilità di
modifica, lo stato di vetustà, il grado di utilizzo e obsolescenza economica.
Grande importanza, infine, riveste il comportamento umano: frequentemente si pone
attenzione solo agli obiettivi determinanti il
processo (controllo valori di temperatura,
ecc.), ma si trascurano inconsapevolmente
altri importanti aspetti di natura energetica.
Occorre un “decalogo” comportamentale,
che stabilisca un metodo univoco e crei sensibilizzazione al problema, favorendo
un’attiva partecipazione.
Anche in ambienti a elevato controllo microclimatico destinati a operazioni di processo
o di controllo, nuovi o esistenti, molto spesso dimenticati dai concetti di risparmio
energetico, si possono razionalizzare i consumi, con evidenti benefici sui costi. È senz’altro auspicabile che anche in tali contesti
si applichino le raccomandazioni comunitarie in termini di EPBD.
Per approfondimenti:
www.techlabsrl.com.
BIBLIOGRAFIA
[1] VIM, International Vocabulary of
Metrology: Basic and General Concepts
and Associated Terms, Third Edition,
2007.
[2] EUR 22424: Measuring the Impossibile – A NEST Pathfinder Initiative.
[3] Leschiutta, S.: L’arte della misura del
tempo presso le cortigiane, I quaderni GMEE
N° 4, A&T Editore, Torino, ottobre 2008
[4] Savino, M.: Introduzione alla sensoristica industriale, I quaderni del GMEE N°
2, A&T Editore, Torino, giugno 2008
[5] Boyer, C.,B.: Storia della matematica,
Oscar Monadori, 2004
[6] Zanot, M.: Il computer neolitico, Milano, Sugarco Edizioni, 1976
[7] Tavolaro, A.: Castel del Monte, scienza e
mistero in Puglia, Bari, Fratelli Laterza, 2000
T_M ƒ 79
N. 01ƒ
; 2010
T U T T O _ M I S U R E
Anno XII - n. 1 - Marzo 2010
Sped. in A.P. - 45% - art. 2 comma 20/b
legge 662/96 -Filiale di Torino
Direttore responsabile: Franco Docchio
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COLORE & COLORI
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Storia: Emilio Borchi, Sigfrido Leschiutta,
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una lunga esperienza internazionale su questo tema. Membre di
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Color Design, CE - Study Group on
Colour Education, GdC - Gruppo
Italiano del Colore, ETN - European Textile Network, TEXERE Textile Education and Research in
Europe. Tengono lezioni, conferenze, seminari in aziende, istituzioni
e università. Oltre a centinaia di
articoli e contributi in libri collettivi, hanno al loro attivo numerose
pubblicazioni, tra cui ricordiamo:
“Il colore persuasivo – comunicazione, grafica, pubblicità, new
media”, Il Castello (2001); “Il
significato dei colori, nelle civiltà
antiche”, Tascabili Bompiani,
(2001); “I colori del vestire. Variazioni – Ritorni – Persistenze”, Hoepli, (1997); “Conoscere e capire il
colore”. Il Castello, (1988); “Il linguaggio del colore”, Il Castello,
(1980); R. Pompas, “Textile
Design. Ricerca – Elaborazione –
Progetto”, Hoepli (1994).

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