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TUTTO_MISURE
LA RIVISTA DELLE MISURE E DEL CONTROLLO QUALITÀ - PERIODICO FONDATO DA SERGIO SARTORI
ORGANO UFFICIALE DELL’ASSOCIAZIONE “GMEE” E DI “METROLOGIA & QUALITÀ”
ANNO XII
N. 04 ƒ
2 010
GRUPPO MISURE ELETTRICHE
ED ELETTRONICHE
EDITORIALE
T_M casa comune delle Misure
AFFIDABILITÀ
& TECNOLOGIA
IL TEMA: MISURE
PER L’AMBIENTE E IL COSTRUITO
Monitoraggio strutturale con fibre ottiche
Misure 3D nei canyon urbani
Rilievo delle caratteristiche
di calcestruzzi rinforzati
ISSN 2038-6974 - 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 - Dicembre 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. 04 - 2010
WSNAP: una rete wireless riconfigurabile
ALTRI TEMI
Criteri per la qualifica a vibrazione
di componenti meccanici
Misura di potenza alle microonde
La fidatezza – Parte I
ARGOMENTI
Metrologia legale: gli attori
Compatibilità e.m.: i componenti
IMP: Galileo
Commenti alla 17025
LA TARATURA
CREA VALORE!
Evento in collaborazione con
ACCREDIA
Presentazione a pag. 6-7
Torino
13-15
aprile
2011
Torino
Metrologia & Qualità
13-14 aprile 2011
WWW.AFFIDABILITA.EU
TUTTO_MISURE
ANNO XII
N. 04 ƒ
2010
IN QUESTO NUMERO
Monitoraggio strutturale mediante
tecniche a fibre ottiche
Structural monitoring system by fiber optics techniques
B. Griffoni
G.C. Someda
G. Crotti
S. Manzoni
255
Rilevamento tridimensionale con
mezzo mobile all’interno di canyon
urbani e tunnel stradali
Editoriale: La casa comune delle Misure (F. Docchio)
245
Comunicazioni, Ricerca e Sviluppo
dagli Enti e dalle Imprese
Ricerca e Sviluppo nel campo delle misure
Notizie da Enti e Associazioni
249
252
Il tema: Misure per l’Ambiente e il Costruito
Il monitoraggio strutturale
(B. Giffoni, G.C. Someda, G. Crotti, S. Manzoni)
Rilevamento tridimensionale con mezzo mobile (G. Vassena)
Rilievo caratteristiche di calcestruzzi fibrorinforzati
(R. Ottoboni, M. Faifer, S. Toscani)
WSNAP: una rete wirless riconfigurabile
(M. Corrà, P. Pivato, D. Macii, D. Petri)
255
259
265
271
Gli altri temi: Misure Meccaniche
Criteri per qualifica a vibrazione di componenti
meccanici (A. Lucifredi, P. Silvestri, F. Tripepi, G. Camauli)
275
Gli altri temi: Misure per l’Energia
Caratterizzazione e monitoraggio di pannelli fotovoltaici
(F. Adamo, F. Attivissimo, A. Di Nisio, M. Spadavecchia)
279
G. Vassena
Gli altri temi: Misure Elettroniche
Misura di potenza alle microonde: metodi e prospettive
(L. Oberto)
285
259
Campi e compatibilità elettromagnetica
Comportamento a radiofrequenza dei componenti
circuitali passivi (C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi)
289
Misura di potenza alle microonde:
metodi tradizionali e nuove propettive
I Seriali: Misure e Fidatezza
Chiariamoci sul concetto di Fidatezza
(I. Trotta, M. Pignotti, M. Catelani)
293
Manifestazioni, eventi e formazione
Novità sul VII Congresso “Metrologia & Qualità”
Eventi 2011
297
298
L. Oberto
Metrologia Legale
I nuovi soggetti della metrologia legale (V. Scotti)
299
285
Metrologia per Capillarità
Sugli Audit relativi ad aspetti metrologici (G. Miglio)
301
New techniques for the 3D measurements
with a mobile vehicle
inside urban
canyons and road
tunnels
Traditional methods and new
perspectives in
microwave power
measurement
I nuovi soggetti della metrologia
legale in ottemperanza
alla Direttiva MID
Legal metrology:
great changes
after the application
of the MID Directive
V. Scotti
289
Spazio Associazioni Universitarie di Misuristi
GMEE – Il Congresso di Gaeta del 13-15/09/2010
(M. Catelani)
Premio “Nicola Chiari” per la migliore applicazione
di misura e automazione 2010
GMEE – Seminario di eccellenza “Italo Gorini” 2010
305
305
306
Lo spazio degli IMP
I.N.Ri.M. contribuisce al tempo di Galileo (P. Tavella)
309
Commenti alle norme
Assicurazione della Qualità nella 17025 (N. Dell’Arena)
315
Abbiamo letto per voi
320
News
270-274-284-314-318-319
T_M
N.
4/10 ƒ 243
Franco Docchio
EDITORIALE
▲
La casa comune delle Misure
The house of measurements
Cari lettori!
Nel mio primo Piano Editoriale del settembre
2009 avevo indicato tra
gli obiettivi della mia
direzione quello di far
diventare la rivista la
“casa comune” di tutti gli
operatori delle misure,
una casa in cui si riconoscessero coloro che
fanno misure, che insegnano a farle, che normano in termini di misura, che vigilano a che
le misure siano eseguite correttamente. È passato poco più di un anno e una cospicua
parte di questo obiettivo si concretizza. All’Associazione GMME si sono infatti aggiunti nel
tempo il GMMT (Gruppo Misure Meccaniche
e Termiche), l’AUTEC, (Associazione degli
Universitari di Topografia e Cartografia), e
recentemente il Gruppo degli Universitari di
Misure Nucleari.
È un risultato significativo, poiché amplia l’offerta di know-how di R&S che la rivista mette a
disposizione dei suoi lettori in diversi settori
“strategici” delle misure tra i quali quello della
misura civile e ambientale, e quello della misura nucleare. Benvenuto ai nuovi amici!
Mi impegnerò ora a lavorare con più determinazione nei confronti del mondo dell’industria, sollecitando contributi industriali alla rivista, organizzando tavole rotonde e forum specifici, e potenziando le rubriche. Già oggi,
sfogliando quest’ultimo numero, si possono
notare alcuni cambiamenti. Vengono aumentate e potenziate le “Rubriche di T_M”, spazi
periodici che discutono argomenti di misura.
Tra queste, la nuova Rubrica sulla Metrologia
Legale, a cura di Veronica Scotti, risponde a
stimoli di varia natura, specialmente in tema
di Direttiva MID, e quindi dovrebbe interessare un vasto uditorio di operatori di misure.
L’altra novità è quella dei “Seriali” (sì, proprio
come i killer!), articoli “a puntate” su temi particolarmente interessanti per le Aziende e il
vasto pubblico. Il Seriale che inizia con questo
numero è quello sulla “Fidatezza” che guiderà i lettori nell’affascinante mondo dell’Affida-
bilità e della sua gestione. Altri Seriali mi sono
stati promessi.
Altro passo importante: Tutto_Misure ha un
ISSN! Eccolo: 2038-6974. Siamo diventati
“grandi”. Poiché in alcune sedi Universitarie la
valutazione della qualità della ricerca sembra
volersi restringere a pubblicazioni con ISSN,
oggi Tutto_Misure è diventata una rivista “esponibile” senza remore nella propria lista delle
pubblicazioni. Last but not least, Tutto_Misure ha
un nuovo e accattivante sito web che ospita l’edizione cartacea e quella telematica. Eccolo:
www.tuttomisure.it!
Questo è l’ultimo numero in cui posso sollecitare tutti i lettori a partecipare ai due eventi
“clou” del mondo dei misuristi italiani: il Convegno “Metrologia e Qualità 2011” e l’Evento
“Affidabilità e Tecnologie” entrambi ad Aprile
2011. Un particolare invito va ai miei colleghi
Universitari. Partecipate numerosi in
qualità di espositori della vostra ricerca, del vostro know-how, dei vostri
brevetti! La partecipazione nostra e dei
nostri “start-up” all’edizione di quest’anno ha
ottenuto risvolti, anche se non immediati, comunque lusinghieri, con contatti che si stanno
consolidando e collaborazioni che si stanno
avviando.
Come vedete in questo Editoriale non esco dal
seminato della rivista. Uscirne vorrebbe dire
occuparmi delle notizie del “mondo esterno”,
che trattano di posizioni marginali del nostro
Paese in termini di crescita, di governi bloccati
da lacerazioni politiche insanabili, di spettri di
elezioni anticipate, di borse di studio universitarie quasi azzerate, di riforme universitarie bloccate per mancanza di fondi… E di un degrado
nella coesione sociale che mai avrei voluto sperimentare nella mia esistenza. Meglio di no.
A voi, ancora una volta, buona lettura, con i
migliori auguri di tutta la Redazione per un sereno Natale e per un 2011 che sia all’insegna di
un maggiore ottimismo!
Franco Docchio
T_M
N.
4/10 ƒ 245
IL VALORE DELLE TARATURE & PROVE
PER L’INNOVAZIONE E L’AFFIDABILITÀ
ACCREDIA ha concesso il proprio Patrocinio a IL VALORE delle TARATURE & PROVE per
l’Innovazione e l’Affidabilità, l’importante evento dedicato alle industrie manifatturiere utilizzatrici di strumenti e servizi di misura.
L’iniziativa, organizzata nel contesto della manifestazione AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE (Torino Lingotto Fiere - 13/14
Aprile 2011) è realizzata in collaborazione con la medesima Segreteria Organizzativa e con il sostegno della Rivista
TUTTO_MISURE; prevede una capillare attività di comunicazione, rivolta a migliaia di industrie utilizzatrici di strumenti di misura, e l’organizzazione, nei giorni 13 e 14 Aprile 2011, del primo grande Evento dedicato alla Taratura.
Partecipanti: l’utenza industriale sarà ospite gradito e atteso; l’ingresso è a titolo gratuito.
Obiettivo dell’Evento è la corretta informazione a vantaggio della competitività industriale. L’azienda
competitiva, come dimostra l’attuale contesto di mercato, è quella capace di produrre innovazione e
qualità a livello di prodotto e di processo. Tale approccio, tuttavia, non può prescindere dalla costante
ricerca dell’affidabilità, una delle principali caratteristiche che contribuiscono a determinare il vero successo di un prodotto. L’affidabilità non è l’unica caratteristica misurabile di un prodotto: lo sono anche le
prestazioni, la durata, la disponibilità, la manutenibilità, l’estetica, ecc. Ma l’influenza di ciascuna di esse
è diversa: mentre le caratteristiche estetiche e gli aspetti innovativi rappresentano le maggiori attrattive
d’acquisto per il cliente, l’affidabilità è quella che maggiormente può ottenerne la fidelizzazione.
OBIETTIVO
Misure e Prove: a garanzia dell’affidabilità, concorrono prioritariamente la strumentazione di misura, che deve essere
opportunamente gestita, tarata e manutenuta, e le prove di laboratorio per la validazione/certificazione del prodotto, che
deve essere non soltanto innovativo ma anche validato nella sua funzionalità e sicurezza da prove sperimentali e funzionali eseguite da Laboratori professionalmente adeguati, riconosciuti e indipendenti.
Caratteristiche dell’Evento:
– è portatore di “testimonianze eccellenti e innovative”: il Progetto di comunicazione prevede la partecipazione di Aziende
Committenti e di Centri/Laboratori, che presenteranno testimonianze e propri casi applicativi, offrendo per la prima volta
in Italia un momento pratico d’informazione, di assoluto interesse per l’industria italiana alla ricerca di soluzioni a valore
aggiunto per la propria azienda;
– propone metodologie e servizi pratici: è prevista una qualificata partecipazione di “esperti”, ovvero tecnici di Centri di
Taratura e di Laboratori, che potranno utilizzare spazi preallestiti per accogliere i Visitatori, per offrire risposte semplici e
attuabili alle esigenze quotidiane delle Imprese (taratura, gestione strumenti, formazione del personale, ecc.);
Le aziende europee in competizione: le Aziende italiane si trovano dunque davanti a un bivio: investire nell’innovazione e
nell’affidabilità del prodotto, oppure sparire.
Purtroppo, investire in pratiche atte ad aumentare l’affidabilità è, in Italia, un atteggiamento imprenditoriale non particolarmente
diffuso: complici anche l’esigenza di contenimento drastico dei costi e la scarsa credibilità di molte certificazioni di sistema, spesso caratterizzate da politiche commerciali attente più ai bassi prezzi che alla qualità del servizio offerto.
La carenza di informazioni corrette e semplici spinge le aziende ad affrontare passivamente gli aspetti della taratura della loro
strumentazione di misura e controllo, avendo come obiettivo principale la conformità anziché analizzare a fondo le proprie esigenze, i costi degli investimenti e i loro possibili ritorni. Così alcune aziende gestiscono male il proprio parco strumenti, sprecando
tempo e denaro nelle tarature certificate non indispensabili o in piani formativi non necessari, “di facciata”, rivolti ai propri responsabili della strumentazione.
Per contro, aziende lungimiranti (l’esempio della Germania è eclatante: nonostante la crisi e i costi elevati, il prodotto di qualità superiore viene riconosciuto e premiato dal mercato) stanno investendo da anni in tal senso conquistando, lentamente
ma inesorabilmente, sempre maggiori fette di mercato, a discapito di aziende meno virtuose.
Incontri e appuntamenti tra Visitatori ed Esperti
Tramite un motore di ricerca interno, viene realizzato un percorso guidato sul sito www.affidabilita.eu
per consentire ai Visitatori di fissare appuntamenti e/o sottoporre specifiche problematiche agli
“esperti”, al fine di ottenere concrete indicazioni e suggerimenti per la loro migliore soluzione. Si
supererà in tal modo la tradizionale distanza fra il mondo delle aziende utenti e gli “esperti” (operatori dei Laboratori), i quali potranno specificare le competenze professionali del proprio laboratorio, indicando i settori applicativi e le grandezze/strumenti trattate, programmando presentazioni
presso la propria postazione stand all’evento, anche su appuntamento.
Nel sito della manifestazione, le presentazioni dei Convegni e delle Aree Dimostrative avranno opportuni link che collegheranno le singole tematiche con i relativi “esperti” delle Tarature e delle Prove che propongono soluzioni dedicate.
Eventuali testimonianze applicative potranno essere presentate direttamente presso le postazioni espositive, su appuntamento con i Visitatori interessati.
INCONTRI
Comunicazione mirata
Il progetto di comunicazione dell’Evento IL VALORE delle TARATURE & PROVE per l’Innovazione e l’Affidabilità ha precisi requisiti:
– condiviso: ampia partecipazione di Centri di Taratura, Laboratori Prove, Organismi di Certificazione (in particolare quelli accreditati: da parte di ACCREDIA e di Organismi mutuamente riconosciuti a
livello internazionale);
– mirato: un vero e proprio progetto di informazione, utilizzando strumenti seri e efficaci;
– autorevole: messaggi semplici e concreti, diffusi attraverso canali di comunicazione riconosciuti e credibili per il
target dei destinatari;
– di ampia visibilità: oltre alla comunicazione cartacea e telematica, viene organizzato un Evento dedicato, per la
prima volta in Italia, il 13/14 Aprile 2011 a Torino – Lingotto Fiere (nel contesto della 5a edizione AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE e della 7a edizione METROLOGIA & QUALITÀ, che già raccolgono ogni anno migliaia di visitatori potenzialmente interessati, operanti in ambito di aziende manifatturiere).
COMUNICAZIONE
Gli strumenti utilizzati
per la comunicazione
Articoli, informazioni, testimonianze
applicative vengono ospitate su testate
mirate e ampiamente familiari al target
dei destinatari:
TUTTO_MISURE (la rivista italiana interamente dedicata alle Misure, Prove e
Controlli Qualità), edizione cartacea;
– TUTTO_MISURE NEWS: edizione
telematica;
– Innovazioni & Tecnologie (organo
ufficiale dell’evento AFFIDABILITÀ &
TECNOLOGIE) versione sia cartacea
sia telematica, a elevata tiratura;
– Testing & Metrologia: news telematica appositamente realizzata in occasione dell’Evento.
WEB: un apposito logo richiama l’attenzione sull’evento e i Centri di Taratura e
Prove possono sostenere l’iniziativa ospitando il logo nel loro sito.
Visibilità e Divulgazione
Saranno incrementate le collaborazioni
con le Associazioni di Categoria favorendo una maggiore partecipazione
delle aziende.
Sono previste numerose testimonianze
industriali, con conseguente forte richiamo per le migliaia di aziende delle specifiche filiere produttive.
Il Data Base utilizzato per le attività di
comunicazione raggiunge 56.000 nominativi, responsabili tecnici e decisori di
aziende manifatturiere.
Ai Responsabili dei Centri di Taratura industriali
Ai Responsabili di Laboratori Prove industriali
Ai Responsabili di Enti di Ricerca e Laboratori metrologici Universitari
Oggetto: IL VALORE DELLE TARATURE & PROVE PER L’INNOVAZIONE E L’AFFIDABILITÀ
TUTTO_MISURE sostiene il progetto di A&T, patrocinato da ACCREDIA.
Caro collega,
Brescia, 16/11/2010
La prestigiosa e onerosa eredità lasciatami dall’amico Prof. Sergio Sartori di dirigere la
rivista Tutto_Misure, di cui confido siate assidui lettori, mi ha proiettato in un mondo affascinante e pieno di sorprese che mi fanno crescere quotidianamente, numero dopo numero. Poiché mi posso considerare un Docente-Imprenditore (un po’ atipico), già dal mio
primo piano editoriale mi sono assunto il compito di far crescere la rivista come strumento di raccordo tra il mondo delle imprese e quello della ricerca e del
know how, con l’ambizioso obiettivo di mantenere e potenziare la competitività dell’impresa italiana.
La ricerca e il miglioramento dell’affidabilità dei prodotti, come mezzo per lanciare il “Made in
Italy”, dovrebbero rappresentare uno degli obiettivi primari per le imprese italiane; la corretta gestione, taratura e manutenzione della strumentazione, in collaborazione con centri competenti e
accreditati, dovrebbero costituire pratica usuale. Non sempre, in Italia, questa situazione si verifica e ciò
può comportare una perdita di immagine e di quote di mercato per le imprese.
Ritengo dunque che promuovere le buone pratiche della conservazione e del miglioramento dell’affidabilità dei prodotti e le collaborazioni con centri accreditati sia uno degli obiettivi specifici della rivista
che dirigo.
È di questi giorni la partenza di un progetto, da parte di A&T con il patrocinio di ACCREDIA, dal titolo “Il
valore delle Tarature & Prove per l’innovazione e l’affidabilità”, che prevede un capillare programma di formazione, incontri, discussioni, eventi, finalizzati a promuovere il perseguimento dell’affidabilità.
Nel documento allegato viene presentata l’iniziativa, in anteprima rispetto al no. 4/2010 della rivista.
Con questa lettera, nell’assicurare il completo appoggio e incoraggiamento all’iniziativa da
parte della rivista, vi comunico che abbiamo deciso di riservare all’argomento il tema principale
del primo numero del 2011, che peraltro verrà distribuito ai partecipanti al congresso “Metrologia
& Qualità” e all’evento “Affidabilità & Tecnologie”.
Vi propongo dunque di contribuire al successo del numero segnalandomi vostri clienti “di successo”, in
grado di testimoniare concretamente come e in quale misura puntare sull’affidabilità abbia costituito un vantaggio competitivo per l’azienda, accrescendo la fidelizzazione dei propri Clienti. Da
parte mia, provvederò a contattarli e intervistarli per mettere in evidenza tali aspetti e, nel contempo, dare
il giusto risalto alle tarature e prove quali componenti imprescindibili per garantire l’affidabilità di processi e prodotti.
Sono a vostra disposizione per qualsiasi ragguaglio editoriale, certo di una vostra adesione numerosa all’iniziativa.
Nell’attesa di vedervi personalmente nel prossimo futuro, vi porgo i miei più cordiali saluti.
(messaggio inoltrato il 15/11/2010)
Prof. Franco Docchio
Per maggiori informazioni:
Tel. 011/0266700 Segreteria Organizzativa
E-mail: [email protected] Web: www.affidabilita.eu/anteprima2011
COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO
DA ENTI E IMPRESE
▲
La Redazione di Tutto_Misure ([email protected])
Ricerca e sviluppo nel campo
delle misure e della strumentazione
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
Misura di campioni
di Neon dall’I.N.Ri.M.
F. Pavese, P. P. M. Steur, N. Bancone, D. Ferri, D. Giraud: Comparison with U ≈ 50 µK of neon
samples of different isotopic
compositions 1. Metrologia 47,
49, 2010.
Sono riportati nuovi raffronti delle
temperature del punto triplo Ttp, di
sette campioni di neon con diverse
concentrazioni di 22Ne, 22x, in celle
criogeniche sigillate fornite da
INRIM, NMIJ, NPL e PTB. Questo
lavoro nasce dalla collaborazione
tra i laboratori di questi Enti per stabilire una relazione tra Ttp and 22x.
Alcuni problemi erano rimasti insoluti dalle precedenti indagini: le nuove
misurazioni forniscono un corredo di
nuovi dati a ridotta incertezza, per
contribuire alla risoluzione di questi
problemi.
Trasferimento di riferibilità
nei laboratori di taratura
G. La Paglia2: L’utilizzo dei cali-
T_M
N.
bratori e dei multimetri come
strumenti campione nei laboratori di taratura elettrici
accreditati in ambito SIT. Atti
del XXV congresso GMEE – Gaeta,
2009.
A partire dall’inizio degli anni
novanta i laboratori di taratura operanti nel campo delle misure elettriche in continua e bassa frequenza
hanno visto evolvere rapidamente
sia le proprie strutture di riferibilità
che la tipologia degli strumenti da
sottoporre a taratura. Ciò è stato
dovuto al rapido diffondersi di strumenti elettronici multifunzione in
grado di operare in modo efficace e
conveniente almeno nelle cinque
grandezze base: tensione continua,
tensione alternata, corrente continua, corrente alternata e resistenza
in c.c..
Di particolare rilievo il fatto che gli
strumenti di più elevata precisione,
in particolare i multimetri numerali
ad elevata risoluzione e calibratori
multifunzione, erano in grado di
assicurare un’accuratezza paragonabile a quella degli apparati campione utilizzati nei Centri di taratu-
4/10 ƒ 248
ra. Se da un lato la taratura di questa tipologia di strumenti ha quindi
spesso posto, anche per i Centri più
attrezzati, problemi di non facile
soluzione, dall’altro la loro disponibilità metteva a disposizione dei
laboratori di taratura apparati in
grado di svolgere la funzione di
strumenti campione in un vasto campo di misura e con un elevato grado
di efficienza, consentendo di abbattere in modo sostanziale i costi operativi.
Diventava, quindi, essenziale per il
SIT, il servizio di accreditamento dei
laboratori di taratura operante in Italia, individuare un efficace meccanismo in grado di assicurare un corretto e controllato trasferimento di riferibilità nei laboratori di taratura accreditati che utilizzavano multimetri
numerali e calibratori multifunzione
come campioni di riferimento. L’individuazione di questo meccanismo è
stato un processo lento e progressivo, che ha coinvolto i laboratori e i
settori tecnici dell’Istituto Metrologico
Nazionale (ruolo svolto attualmente
dall’I.N.Ri.M.) e che soltanto negli
ultimi anni è giunto ad una completa
maturazione.
STRUMENTAZIONE DI MISURA
Misure di temperatura e sforzo
con sensori BOTDA da S. Anna
M. A. Soto1,2, G. Bolognini2, F. Di
Pasquale2, L. Thévenaz1: Long-range
Brillouin optical time-domain
analysis sensor employing
pulse
coding
techniques 3.
Meas. Sci. Technol. 21 (9) 094024,
2010.
Viene descritto e sviluppato un sensore ottico Brillouin nel dominio del
tempo a intervallo esteso (BOTDA)
per misure di sforzo e di temperatura,
che utilizza tecniche di codifica di
N. 04ƒ
;2010
▲
impulsi ottici. Viene presentata una
analisi teorica di codifica Simplex
applicata a sistemi BOTDA, poi applicata e verificata sperimentalmente.
Con la tecnica proposta, si dimostrano notevoli incrementi nel rapporto
S/N per le misure BOTDA, e ciò permette di estendere il range dinamico
delle misure. I risultati sperimentali
dimostrano che è possibile raggiungere, con la codifica proposta, una
risoluzione spaziale di 1 m su una
fibra a singolo modo lunga 50 km
consentendo risoluzioni di temperatura e sforzo di 2,2 °C e 44 µε rispettivamente.
DA ENTI E IMPRESE
stato progettato e sviluppato un
nuovo oggetto di test che utilizza
geometrie comuni e superfici freeform. Questo pezzo di riferimento
verrà impiegato per la valutazione
delle prestazioni di alcuni digitalizLuca Iuliano
zatori senza contatto, consideranOggi i digitalizzatori ottici 3D do tolleranze dimensionali e geocostituiscono valide alternative alle metriche e altri criteri qualitativi e
macchine di misura a coordinate quantitativi.
(CMM) per l’ispezione di manufatti.
La linea guida tedesca VDI/VDE
Sonda a ultrasuoni
2634 è l’unico riferimento per valuad array di fase
tare se i sistemi ottici di misura 3D
dall’Università
sono compatibili con le specifiche
di Firenze
di prestazioni richieste o dichiaraM. Catelani, V. L. Scarate. Cionondimeno è spesso difficile Marcantonio no, F. Bertocci: Impleraffrontare le prestazioni di scanner Catelani
Benchmark per il raffronto
mentation and Chadi digitalizzatori senza contatto diversi utilizzando la citata linea
racterization of a
guida. È proposto dunque un nuovo Medical Ultrasound Phased
dal Politecnico di Torino
L. Iuliano, P. Minetola, A. Salmi: Pro- benchmark: con riferimento all’ana- Array Probe With New Pb-Free
posal of an innovative bench- lisi di manufatti quali stampi, è Soldering Materials5. IEEE Trans.
mark for comparison
of the performance
of contactless digitizers4. Meas. Sci. Technol. 21 (10), 105102,
2010.
T_M ƒ 249
Instrum. Meas. 59 (10), 2522-2529,
2010.
L’applicazione della direttiva europea sulla limitazione delle sostanze
pericolose (RoHS), e i documenti
correlati sulla limitazione nell’uso di
sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche è
critica e costosa, soprattutto quando
l’uso di sostanze nuove comporta la
revisione di processi consolidati di
produzione. Il lavoro presenta un
nuovo processo di saldatura con un
adesivo conduttivo, concentrandosi
sulla fase di saldatura con l’adesivo
per la progettazione e realizzazione
di trasduttori a ultrasuoni per una
applicazione industriale biomedica.
Si esamina l’impiego di nuovi materiali di saldatura senza piombo per
realizzare un array di trasduttori ad
ultrasuoni.
Misura di masse mammarie
da Roma Tor Vergata
A. Mencattini, G. Rabottino, M. Salmeri, R. Lojacono: Assessment of
a Breast Mass Identification Procedure
Using an Iris Detector 6.
IEEE
Trans.
Roberto
Lojacono
Instrum. Meas. 59 (10),
2505-2512, 2010.
Il carcinoma della mammella è la
principale causa di morte per cancro tra le donne nel mondo. Circa
un milione di nuovi casi si presentano ogni anno, e circa il 25% di essi
portano alla morte della paziente.
La soluzione migliore è la diagnosi
precoce di segni tumorali sospetti
attraverso un efficace programma di
screening mammografico. Purtroppo, questo genere di immagini è
molto difficile da interpretare per i
radiologi, a causa del suo basso
contrasto, dunque vi è l’esigenza di
nuove e più efficaci procedure di
elaborazione delle immagini che
possano aiutarli nella diagnosi. Il
lavoro perfeziona un algoritmo che
suggerisce ai radiologi la presenza
di regioni sospette che potrebbero
contenere le masse tumorali. La procedura ha successo anche con un
contrasto molto basso, poiché si
T_M ƒ 250
N. 04ƒ
; 2010
▲
DA ENTI E IMPRESE
basa solo sull’orientamento dei vet- diverso, basato su un sistema di contori gradiente nell’immagine e non versione non lineare che presenta
una risonanza stocastica quando
sulla loro ampiezza.
eccitato con rumore bianco. Si tratta
di un convertitore ad asta piezoelettrico accoppiato a magneti permaSENSORI E ATTUATORI
nenti per creare un sistema bistabile.
In opportune condizioni, il sistema
Telecamera usa e getta
per applicazioni endoscopiche rimbalza tra stati stabili in risposta a
P. Valdastri, A. Menciassi, P. Dario un’eccitazione casuale, il che miand A. Sartori: Miniaturized digi- gliora significativamente l’energia
tal camera system for disposa- raccolta da vibrazioni ad ampio
ble endoscopic applications 7. spettro. A seguito di modellazione
Sens. Actuat. A: Physical 162 (2), teorica con MATLAB, sono stati realizzati convertitori non lineari me291-296, 2010.
È stato progettato e realizzato un diante serigrafatura di materiale PZT
nuovo modulo di telecamera a colo- su substrato a mensola in acciaio
ri usa-e-getta per applicazioni di chi- dotato di magneti. Sono state effetrurgia endoscopica a minima invasi- tuate prove sperimentali per misuravità. Il modulo è costituito da un sen- re sia la deflessione del fascio sia la
sore CMOS, dall’ottica miniaturizza- tensione di uscita con eccitazione
ta, da un illuminatore a LED e da un da vibrazioni casuali con vari gradi
connettore su un unico substrato. Le di non-linearità sistema. I risultati
dimensioni compatte (5,0 mm x 8,2 ottenuti mostrano che le prestazioni
mm x 7,0 mm), una illuminazione del convertitore in termini di tensioad alta efficienza, una risoluzione ne di uscita a parità di eccitazioni
VGA e immagini di buona qualità meccaniche sono notevolmente mipermettono di essere utilizzati in gliorate quando il sistema è reso
procedure endoluminali. Un dimo- bistabile. Inoltre, il principio è stato
stratore è stato costruito e testato in convalidato in via preliminare su un
vivo. Il modulo è collegato tramite MEMS a mensola a forma di U che
un cavo di 1,5 m di lunghezza a è stato appositamente progettato e
una scheda ricevente, che invia i realizzato in tecnologia SOI. Questo
dati a un Personal Computer (PC). dimostra la possibilità di rimpiccioliUn software dedicato controlla l’im- re il sensore, principio qui proposto
postazione dell’hardware e visualiz- nella prospettiva di harvester MEMS
za l’immagine, dopo aver effettuato non lineari basati su convertitori pietask di elaborazione dei colori e zoelettrici.
delle immagini.
Stabilità di impianti protesici
Sensori a energy harvesting
d’anca senza adesivi
da Brescia e Catania
da Bologna
M. Ferrari, V. Ferrari, E. Varinia,b, E. Bialoblocka-Juszczykb,
M. Guizzetti, B. Andò, M. Lannoccaa, A. Cappelloa, L. CriS. Baglio, C. Trigona: stofolinic9: Assessment of implant
Improved energy stability of cementless hip proharvesting
from stheses through the frequency
wideband
vibra- response function of the
Salvatore
tions by nonlinear stem–bone system, Sensors and
Baglio
piezoelectric conver- Actuators A: Physical, 163, 526-532,
ters 8, Sens. Actuat. 2010.
A: Physical,162 (2), 425-431, Protesi articolari senza adesivi
2010.
richiedono un adeguato posizionaI sistemi di harvesting di vibrazioni mento a pressione per ottenere una
sono in genere dispositivi lineari sufficiente stabilità primaria, necesmassa-molla operanti a risonanza. saria per la ricrescita ossea e per il
Qui viene presentato un approccio successo degli impianti. È stato svi-
N. 04ƒ
;2010
T_M ƒ 251
▲
luppato un dispositivo per la misura
intra-operatoria della stabilità di uno
stelo per anca nell’osso ospite. Il dispositivo comprende un sistema di
eccitazione piezoelettrico, che produce un’eccitazione nell’intervallo
1 200-2 000 Hz alla protesi. Un
accelerometro montato sull’osso ospite misura le vibrazioni trasmesse per
identificare la frequenza di risonanza. La frequenza di risonanza (e il suo
spostamento associato) è stata misurata immediatamente dopo il posizionamento a pressione dell’impianto, e
mentre una coppia veniva applicata
allo stesso. Il metodo proposto è stato
validato in vitro, in 5 femori che
coprono una vasta gamma di qualità
dell’osso. Ogni osso è stato testato
con diversi gradi di posizionamenti a
pressione della protesi. La stabilità
dell’impianto stimata mediante vibra-
DA ENTI E IMPRESE
zione è stata confrontata con i micromovimenti impianto-osso misurati
simultaneamente da un trasduttore di
posizione. Una notevole correlazione
è stata trovata tra lo spostamento
della frequenza di risonanza causata
da applicazione del carico, e la stabilità dell’impianto.
NOTE
1
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.), Torino, Italy.
2 Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.), Torino, Italy.
3 1EPFL Swiss Federal Institute of Technology, Institute of Electrical Engineering,
Group for Fibre Optics, STI IEL GR-SCI
Station 11, CH-1015 Lausanne, Switzerland 2Scuola Superiore Sant’Anna, via
G Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy.
4
Department of Production Systems and
Business Economics, Politecnico di Torino, Corso Duca degli Abruzzi, 24
10129 Torino, Italy.
5 Dip. di Elettronica e Telecomunicazioni, Università di Firenze, Italia.
6 Dip. di Ingegneria Elettronica, Università di Roma Tor Vergata, Roma, Italia.
7 a NEURICAM s.r.l., Trento 38100,
Italy; bCRIM Lab, Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa 56100, Italy.
8 Dip. di Ingegneria dell’Informazione,
Università di Brescia, Italy, e Dip. di
Ingegneria Elettrica Elettronica e dei
Sistemi, Università di Catania, Italy.
9 a Dip. di Elettronica, Informatica e
Sistemistica (DEIS), Università di Bologna, Italy; bLab. di Tecnologia Medica,
Ist. Ortopedico Rizzoli, Bologna, Italy;
c Dip. di Ingegneria delle Costruzioni
Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e
di Metallurgia (DIEM), Università di
Bologna, Italy.
T_M ƒ 251
DA ENTI E IMPRESE
▲
La Redazione di Tutto_Misure ([email protected])
Notizie da Enti
e Associazioni
dal mondo delle misure, della strumentazione e delle Norme
NEWS FROM INSTITUTES AND ASSOCIATIONS
This article contains an overview of all the recent news from Measurementrelated Institutes and Associations. Please help us to feed the content of the
article by sending all pertinent news to the Director!
RIASSUNTO
Quest’articolo contiene tutte le notizie recenti degli Enti e delle Associazioni nell’ambito delle misure e della strumentazione. Aiutateci a mantenere le
notizie aggiornate inviandole al Direttore!
ACCREDIA (www.accredia.it)
Documento strategico ACCREDIA
È in linea sul sito di Accredia il
nuovo Documento programmatico
del Comitato di Indirizzo e Garanzia che definisce le linee di indirizzo di ACCREDIA per il quadriennio
2009-2010.
http://www.accredia.it/events
_detail.jsp?IDAREA=11&ID_EVE
NT=245&GTEMPLATE=default.jsp
ANIMA/UCISP (www.anima.it)
La manifattura Made in Italy
per una politica industriale
europea
Giovedì 7 ottobre 2010 alle ore
16.00, in concomitanza con la manifestazione fieristica BI.MU, si è svolto, presso il polo fieristico di Rho-Pero
(Centro Congressi Stella Polare) un
convegno dedicato alla manifattura
T_M
N.
UCISP, Unione costruttori italiani
strumenti per pesare, aderente ad
ANIMA, il dott.
Maurizio Ceriani è stato confermato Presidente
UCISP per il prossimo triennio 20102013 così da proseguire il percorso
intrapreso.
Laureato in Scienze della Comunicazione, il dott. Maurizio Ceriani è
attualmente Business Service Manager & Quality Manager della Soc.
BIZERBA SpA.
Nel suo incarico il Presidente Ceriani sarà affiancato dai Vice Presidenti
Fabio Martignoni (IBR INDUSTRIE
BILANCE RIUNITE SpA) e Mauro
Valli (ODECA Srl), dai Presidenti
onorari Luciano Macchi e Sergio
Ambrosetti e da un Consiglio Direttivo così rinnovato: Francesco Gallo
(DITRON Srl), Massimo Mai (ANTONIO MAI Snc), Dario Corno
(METTLER TOLEDO SpA), Massimo
Zanetti (SOC. COOP. BILANCIAI
CAMPOGALLIANO), Mauro Lenzini
(LENZINI BILANCE snc).
Made in Italy alla luce dell’attuale
scenario internazionale.
Marco Fortis, Vice Presidente Fondazione Edison, è intervenuto sul tema
“L’Industria italiana nello scenario internazionale”. “Il nostro
sistema manifatturiero ha dimostrato
una buona tenuta in termini di surplus
commerciale” – ha affermato – “nonostante la crisi abbia colpito la produzione dei grandi esportatori. Siamo il
quinto paese per manifattura e il ventesimo in termini di efficienza energetica. L’Italia non ha subito nessuna
debacle rispetto ai nostri competitor.
Anzi, ha perso assai meno di altri
paesi. L’export italiano è addirittura
allineato a quello della grande Germania. I dati OCSE, diffusi ieri, 6
ottobre, indicano chiaramente che gli
unici 2 paesi che in termini di esportazioni crescono a tassi elevati sono APRE – AGENZIA PER LA
proprio Germania (+0,8) e Italia PROMOZIONE DELLA RICERCA
(+0,6)”.
EUROPEA (www.apre.it)
Nella successiva Tavola rotonda, alla
presenza dell’On. Andrea Ronchi,
Ministro per le Politiche Europee,
sono intervenuti i presidenti dei settori manifatturieri facendosi portavoce delle loro rispettive associazioni e
presentando esigenze, richieste, proposte.
Si segnalano alcuni bandi per il FP7,
Maurizio Ceriani confermato
nei settori:
Presidente Ucisp
• Salute
Milano, 29 settembre 2010 – In • Biotecnologie, prodotti alimentari e
occasione dell’Assemblea dei Soci
agricoltura
4/10 ƒ 252
N. 04ƒ
;2010
COMITATO ELETTROTECNICO
ITALIANO (CEI) (www.ceiuni.it)
Gli apparecchi e i dispositivi elettrici ed elettronici sono utilizzati in
condizioni di installazione e di operatività diverse. Uno stesso apparecchio quindi deve essere adatto a
svolgere regolarmente le proprie
funzioni sopportando varie condizioni climatiche (temperatura, umidità, irraggiamento solare, precipitazioni, ecc.) e sollecitazioni meccaniche (urti, vibrazioni, shock, ecc.). È
importante che i prodotti rispondano
adeguatamente a questa gamma
ampiamente diversificata di condizioni garantendo comunque un elevato grado di affidabilità.
Gli apparecchi e dispositivi, prima
di essere rilasciati, installati e diventare operativi, devono essere sottoposti a prove che simulino le condizioni climatiche e meccaniche che
si prevede dovranno essere affrontate nelle varie fasi del ciclo di vita
(trasporto, installazione, funzionamento, ecc.). Le prove ambientali
(climatiche e meccaniche) garantiscono, se soddisfatte, che i prodotti
elettrici ed elettronici rispondano
adeguatamente alle più svariate
condizioni climatiche e sollecitazioni meccaniche.
Generalmente le prove vengono
richiamate e richieste nelle numerosissime norme di prodotto; in conseguenza, della varietà delle tipologie
di prodotto e dei numerosi tipi di situazioni ambientali che devono af-
▲
• Tecnologie dell’Informazione e delle
Comunicazioni
• Nanoscienze, nanotecnologie, materiale e produzione
• Energia
• Ambiente e cambiamento climatico
• Trasporti e Aeronautica
• Scienze socioeconomiche e umane
• Spazio
• Sicurezza
Visitare il sito alla pagina:
http://www.apre.it/ricercaeuropea/Bandi.htm
DA ENTI E IMPRESE
frontare i prodotti stessi, emerge l’utilità di un Volume che raccolga i contenuti delle prove ambientali opportunamente raggruppati in base a finalità e caratteristiche e sulla normativa
tecnica inerente.
Il nuovo Volume Guida CEI alle prove
ambientali costituisce un efficace e
pratico supporto per la verifica della
capacità di un apparecchio, dispositivo o componente elettrico o elettronico di resistere e di funzionare in moltissime e diverse condizioni climatiche
e sollecitazioni meccaniche. Contiene, inoltre, una scheda per ciascuna
prova che riporta sinteticamente parametri, tolleranze, limiti, severità, varianti necessari per un’impostazione
corretta e una classificazione esaustiva delle condizioni ambientali.
La Guida si rivolge a quanti hanno la
necessità di orientarsi tra le numerose
prove ambientali e le corrispondenti
Norme, quali: tecnici di laboratorio,
progettisti di apparecchi elettrici ed elettronici, normatori e addetti alla qualità,
responsabili degli acquisti, ecc.
Il Volume è disponibile presso tutti i
punti vendita CEI e il CEI WebStore
al prezzo di € 85,00 (prezzo Soci
€ 68,00).
ISO – INTERNATIONAL
STANDARD ORGANIZATION
(www.iso.org)
La Norma ISO
sulla Responsabilità
Sociale è stata approvata
per la pubblicazione
ISO 26000, che guida le organizzazioni sull’implementazione della
Responsabilità Sociale (RS), ha passato con successo l’ultima fase di sviluppo ed è stata approvata per la
pubblicazione come Standard ISO.
Per saperne di più, www.iso.org/
iso/pressrelease.htm?refid=Ref
1351
I.N.RI.M. – ISTITUTO NAZIONALE
DI RICERCA METROLOGICA
(www.inrim.it)
Formazione metrologica:
stipula di un’importante
convenzione I.N.Ri.M. – Ufficio
scolastico Piemonte – GMEE
Il 28 novembre scorso è stato firmato
un importante protocollo di intesa
tra l’ I.N.Ri.M., l’Ufficio scolastico del
Piemonte e l’Associazione GMEE in
tema di FORMAZIONE E PRATICA
EDUCATIVA DELLA METROLOGIA, fondato sull’interesse primario
di iniziative di formazione nell’ambito
della Metrologia per le scuole di ogni
ordine e grado (v. Tema di T_M
3/2010).
Con questo protocollo d’intesa,
l’USR Piemonte, l’INRIM e il GMEE
collaboreranno per l’attuazione di
un Progetto di formazione dei
docenti e di sperimentazione nelle
scuole primarie e secondarie in materia di “Educazione metrologica“, costituendo ad hoc un Comitato Tecnico Scientifico. L’USR Piemonte si impegna a (i) mettere a disposizione le competenze professionali presenti, anche attraverso i docenti tutor e le scuole-polo delle
reti operanti in materia, (ii) diffondere l’informazione e promuovere la
partecipazione degli insegnanti ai corsi di formazione; individuare e formare docenti esperti per formare docenti delle
scuole primarie e secondarie.
I.N.Ri.M., dal canto suo, svilupperà
la divulgazione della cultura
metrologica, individuerà gli esperti da affiancare ai docenti tutor, allestirà nei locali dell’Istituto laboratori
didattici di Metrologia. Il GMEE, infine, collaborerà con l’I.N.Ri.M.
T_M ƒ 253
N. 04ƒ
; 2010
■
DA ENTI E IMPRESE
nelle attività formative e sperimenta- costituito un osservatorio meteorololi sopra descritte e previste dal pro- gico presso gli stabili della Scuola e
in grado di pubblicare su internet
getto.
continuamente dati meteorologici.
Una bella esposizione di alcuni
strumenti di misure meteoroL’ANNO DELLA METEOROLOGIA
logiche verrà predisposta presso il
Polo Museale di Montefiore dell’AA MONTEFIORE DI ASO (AP):
so. Questi strumenti, come i seminaSEMINARI, LABORATORI,
OSSERVATORIO METEOROLOGICO ri durante l’anno, daranno la possibilità agli studenti d’ispirarsi nella
(www.misurando.com)
costruzione di strumenti ed apparecchiature scientifiche che, a loro
volta, saranno oggetto della XXI
Giornata della Cultura Scientifica e
Tecnologica (data da stabilirsi –
verosimilmente in giugno 2011).
Dall’avvio dei lavori fino alle sua
conclusione sono previsti circa 20 eventi! Un bel carnet per entrare semplicemente nel mondo della scienza
e delle tecnica.
NPL – NATIONAL PHYSICAL
LABORATORY
A 60 anni dall’istituzione del WMO (www.npl.co.uk)
– World Meteorological Organization, i temi e le necessità che ne
hanno determinato l’istituzione sono
sempre più moderni e facenti parte
della cultura di oggi giorno. Le Scuole Primarie e Secondarie di Montefiore dell’Aso (AP), comune insignito
del titolo “I Borghi più belli d’Italia”,
insieme a Misurando.com, esploreranno nel corso dell’anno scolastico 2010/2011 il mondo della
meteorologia attraverso una serie di
eventi volti a comprendere gli aspetti fondamenti caratterizzanti questa
disciplina scientifica dai tanti risvolti
sociali. L’lng. Oronzo Mauro
insieme al Prof. Giampaolo Valori
guideranno i giovani studenti montefiorani attraverso: seminari, laboratori di misura di grandezze meteorologiche, exhibition di strumentaria
meteorologica, relazioni statistiche
sulle condizioni meteo stagionali.
L’Ing. Mauro, a titolo di comodato
d’uso gratuito annuale, concede alla
Scuola di Montefiore una stazione
meteorologica professionale
della
Oregon
Scientific
WMR928NX) con la quale verrà
T_M ƒ 254
24-25 Gennaio 2011: Convegno dal
titolo: “The new SI – units of measurement based on fundamental constants”. Organizzato da: Dott. Terry
Quinn, Prof. Patrick Gill. Luogo: The
Royal Society, 6-9 Carlton House Terrace, London SW1Y 5AG.
Per saperne di più, www.npl.co.
uk/events/24-25-jan-2011the-new-si
UNI – ENTE NAZIONALE
ITALIANO DI UNIFICAZIONE
(www.uni.com)
Dal Sito UNI:
Per la competitività dell’industria l’Europa punta sulla
normazione
tecnica
Stimolare la crescita e l’occupazione, promuovendo una industria
forte, diversificata e competitiva:
questo uno degli obbiettivi della stra-
tegia Europa 2020 che vede la
Commissione europea fortemente
impegnata sui vari fronti della realtà
economica del continente. Ora, su
iniziativa del vicepresidente Antonio
Tajani, la Commissione europea ha
adottato un importante documento
di indirizzo – “Una politica industriale integrata per l’era della globalizzazione” – che traccia un quadro generale delle attività da sviluppare per una crescita industriale
intelligente e sostenibile.
Tra le dieci azioni strategiche che
vengono individuate per la concorrenzialità dell’industria in un mercato globale viene espressamente indicato il rafforzamento della normazione europea, come strumento utile
a soddisfare i bisogni e le esigenze
di competitività dell’intero comparto
produttivo. Si tratta di un riconoscimento importante perché conferma il
ruolo che le norme tecniche hanno e
sempre più possono avere in futuro
nel complesso della politica industriale comunitaria.
“L’industria costituisce una priorità
dell’Europa e un presupposto imprescindibile per trovare soluzioni adeguate alle problematiche – attuali e
future – della nostra società. L’Europa
– ha dichiarato Tajani – ha bisogno
dell’industria tanto quanto l’industria
ha bisogno dell’Europa. Il potenziale
del mercato unico, con i suoi 500 milioni di consumatori e i suoi 20 milioni
di imprenditori, deve essere sfruttato
appieno”.
L’industria europea sta riprendendosi
gradualmente dalla crisi finanziaria
ed economica degli ultimi anni e vi
sono ragioni per confidare nella sua
capacità di far fronte alle sfide poste
da un contesto economico mondiale
in evoluzione. Uno dei punti di svolta
– sottolineato più volte anche dal presidente della Commissione José
Manuel Barroso – consiste in un coraggioso impegno dell’industria europea nel campo della ricerca e dell’innovazione.
In questo contesto la normazione
tecnica si conferma uno strumento
fondamentale sul quale l’Europa
punta con sempre maggiore convinzione.
▲
MISURE PER L’AMBIENTE
E IL COSTRUITO
IL
TEMA
Bruno Griffoni1, Carlo Giacomo Someda1, Gianluca Crotti2, Stefano Manzoni3
Il monitoraggio strutturale
mediante tecniche a fibre ottiche
STRUCTURAL MONITORING SYSTEM
BY FIBER OPTICS TECHNIQUES
Nowadays the structural health monitoring systems based on fiber optics
are becoming more and more widespread thanks to the great advantages
provided by such a technology. Fiber optics-based monitoring systems allow
to continuously check structures, even during their construction. This provides a full control, increasing structure stability and people safety. Furthermore, this solution is able to evidence damages or critical situations much
earlier than traditional techniques (i.e. visual monitoring), improving reliability and lowering maintenance costs.
GHT Photonics is a well-skilled company in system design, with many years
of experience in real time monitoring systems and fiber optics technology.
This company, in collaboration with Politecnico di Milano, has developed a
new measurement system to monitor bridge pier scour in real time, which is
presented in this paper. This system, based on fiber Bragg gratings, has
already been installed in Borgoforte (Italy) and its reliability has been
already proved by field tests.
RIASSUNTO
L’utilizzo di tecnologie ottiche per il monitoraggio strutturale di opere civili
è attualmente in fase di notevole espansione. Questo tipo di monitoraggio
può essere eseguito anche in fase di realizzazione dell’opera, garantendo
una sicurezza e un controllo maggiore dei lavori. A costruzione completata, consente di individuare precocemente il degrado strutturale rispetto agli
attuali metodi di controllo, riducendo i costi di manutenzione.
In quest’articolo la GHT Photonics srl illustrerà, come esempio di tecnologia
ottica per il monitoraggio, il sensore di Bragg su portante ottica. La prima
parte è dedicata a una descrizione teorico-applicativa del sensore stesso;
la seconda e ultima parte presenterà un particolare e innovativo utilizzo del
sensore di Bragg in un sistema di monitoraggio in tempo reale, realizzato
con la partecipazione del Politecnico di Milano, per la determinazione
dello scavo localizzato attorno ad una pila del ponte della ex SS62, nei
pressi di Borgoforte (MN).
L’OTTICA
PER IL CONTROLLO DI STRUTTURE
Nel panorama del monitoraggio di
grandi strutture per uso civile, è senza
dubbio in fase di notevole espansione
quello attuato attraverso l’impiego di
tecnologie ottiche.
I tradizionali sistemi di monitoraggio,
essenzialmente basati su ispezioni visive, rilevano il degrado della struttura
quando il danno fisico si è già verifica-
una pluriennale esperienza nella progettazione, fornitura e installazione di
sistemi di monitoraggio con sensori in
fibra ottica per la caratterizzazione di
strutture in regime statico e dinamico,
esperienza arricchita dal costante
contatto con le più importanti Università ed enti di ricerca italiani e stranieri. La GHT Photonics srl si propone
come partner privilegiato per la realizzazione di sistemi di monitoraggio
basati su tecnologie interamente ottiche, fornendo al cliente un efficace
supporto a 360 gradi, partendo dal
progetto esecutivo fino all’assistenza
post-vendita.
TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO
SU PORTANTE FISICA
BASATE SU RETICOLI DI BRAGG
Esistono molteplici tecniche d’interrogazione dei segnali provenienti dai
sistemi basati su sensori in fibra ottica: nello specifico si analizzeranno i
sistemi di monitoraggio basati sui reticoli di Bragg, definendone in primo
luogo le caratteristiche principali e
successivamente descrivendo una loro
innovativa applicazione.
Questo particolare sensore viene di
norma realizzato “illuminando” lateralmente il nucleo di una fibra a singolo modo di propagazione mediante una radiazione laser localizzata
nell’UV. L’esposizione crea una variato: questo comporta alti costi di manu- zione permanente nell’indice di rifratenzione per il ripristino delle condizio- zione del nucleo della fibra, secondo
ni di minima sicurezza; inoltre non risol- una modulazione ben definita. La
vono il problema legato alla prevenzione. Da qui l’approccio rivolto al monitoraggio continuo della struttura, che si
configura come una tecnica molto più 1
efficace per la determinazione precoce 2 GHT Photonics srl, Padova;
Politecnico di Milano, Dip. I.I.A.R.;
del degrado strutturale.
3 Politecnico di Milano,
La GHT Photonics srl, azienda padovana fondata nel 2003, ha sviluppato Dip. di Meccanica
una particolare competenza tecnica e [email protected]
T_M
N.
4/10 ƒ 255
figura d’interferenza è costruttiva solo
per una ben determinata lunghezza
d’onda della luce incidente, mentre il
resto della radiazione interferisce distruttivamente e attraversa il reticolo.
Fissando solidamente il reticolo alla
struttura da esaminare, essendo la
deformazione applicata legata alla
variazione in lunghezza d’onda dell’impulso riflesso, dall’analisi di tale
variazione si può risalire allo strain
che in quell’istante sta agendo. In
maniera del tutto analoga, essendo
l’indice di rifrazione della fibra fortemente dipendente dalla temperatura,
un reticolo di Bragg può essere utilizzato anche come termometro.
Una delle caratteristiche più innovative di tale tecnologia è la capacità di
realizzare sistemi di monitoraggio
multiplexati, composti cioè da un elevato numero di sensori posti in serie
su una singola dorsale in fibra ottica:
T_M ƒ 256
N. 04ƒ
; 2010
▲
IL
TEMA
grazie a questa peculiarità, gli effetti
provocati da determinate sollecitazioni sui manufatti possono essere valutati nello stesso istante su tutta la struttura e con una sola unità d’interrogazione. L’unità d’interrogazione è un
emettitore/ricevitore di luce che gestisce, acquisisce ed elabora le variazioni di lunghezza d’onda dei singoli
reticoli presenti nella dorsale ottica.
Il reticolo di Bragg non necessita di
alimentazione per il suo funzionamento (componente passivo) e i segnali in
gioco sono esclusivamente ottici: ne
risulta una completa immunità alle
interferenze elettromagnetiche. La fibra ottica è una delle portanti fisiche
con la più bassa attenuazione di segnale esistenti in natura: è possibile
coprire distanze fino a 15-20 km tra il
sistema d’interrogazione e la rete di
sensori, senza necessità di dover procedere a una rigenerazione del se-
gnale. L’ultimo aspetto da tenere in
considerazione è il valore progettuale
che un approccio tecnologico di questo genere può avere sulla realizzazione e la manutenzione di una grande struttura: si parla di smart structure,
cioè di manufatti in grado sia di fornire indicazioni strutturali durante la
loro realizzazione (attraverso un monitoraggio delle parti che via via sono
assemblate) sia di garantire nel tempo
la massima affidabilità con il minor
costo di esercizio, ponendo il proprietario nella condizione di intervenire
tempestivamente ma solo quando necessario.
LA MISURA DELLO SCALZAMENTO
DELLE PILE DEI PONTI
Un esempio innovativo dell’utilizzo
dei reticoli di Bragg è un sistema di
N. 04ƒ
;2010
▲
misura in cui GHT si è recentemente
impegnata, nell’ambito di un progetto
multidisciplinare con tre Dipartimenti
del Politecnico di Milano, per lo sviluppo di un sistema di misura dello
scalzamento delle pile dei ponti. Questo sistema di monitoraggio in tempo
reale è stato realizzato per una pila
del ponte della ex SS62 che collega
Mantova a Modena, nei pressi di Borgoforte, Mantova.
Una pila di ponte posta in un alveo
fluviale modifica l’idrodinamica
della corrente causando un aumento
di velocità locale con formazione di
vortici nell’intorno della struttura stessa. Questo meccanismo consente di
smobilitare il fondo del fiume intorno
all’ostacolo, creando una buca d’erosione. L’erosione localizzata [1],
che aumenta durante un evento di
piena, può generare una buca talmente profonda da destabilizzare la
pila e di conseguenza l’intera struttura del ponte, fino al suo collasso. Lo
scavo localizzato alle pile dei ponti
è la causa principale del crollo delle
strutture d’attraversamento fluviale
[2].
Attualmente, nel panorama mondiale, non esiste nessuna tecnologia
che possa essere definita standard
per il monitoraggio in tempo reale
dell’erosione attorno alle pile dei
ponti [3].
Lo strumento BLESS (Bed LEvel Seeking System), è basato su tecnologia
in fibra ottica. Nello specifico è
composto da una fibra singolo modo nella quale vengono ricavati i
sensori di Bragg. Lo scopo dello strumento è determinare la posizione
del fondo del fiume tramite misure di
variazione di temperatura. Come
discusso in precedenza il sensore di
Bragg può essere utilizzato come
termometro. Affinché ciò avvenga, si
deve rendere insensibile il reticolo di
Bragg alle deformazioni meccaniche. Ciò può essere realizzato sostituendo il rivestimento classico della
fibra ottica con un tubo in acciaio,
all’interno del quale la fibra “galleggia” in un gel termico. Questa particolare configurazione, realizzata
solo dove è presente il sensore, consente all’acciaio di assorbire tutte le
IL
TEMA
rente sarà, nel caso
comune dei fiumi,
inferiore rispetto alla variazione termica misurata sul
fondo del fiume
stesso. Tra tutti i
sensori presenti all’interno della fibra
ci saranno due senFigura 1 – Sensore di Bragg sensibile alle sole variazioni termiche
sori adiacenti che
restituiscono due
deformazioni meccaniche in modo variazioni termiche notevolmente difche il reticolo di Bragg risulti sensi- ferenti, una più bassa, per l’ultimo
bile alle sole deformazioni termiche sensore esposto all’acqua corrente e
una più alta, per il primo sensore
(Fig. 1).
Lo strumento è un sedimetro, ossia un interrato. Questi due sensori definisistema che deve essere infisso nel scono l’intervallo di quota entro il
suolo per poterne determinare la posi- quale si trova il fondo del fiume. La
zione: nello specifico posto vertical- risoluzione della misura dipende delmente a valle della pila oggetto d’in- l’interasse tra i sensori stessi.
dagine. Lo schema sotto riportato Durante un evento di piena si crea
(Fig. 2) permette di capire il funziona- una buca d’erosione attorno alla pila
mento del sistema di monitoraggio (la (Fig. 2.b). Il generico sensore n+1figura è puramente indicativa). La esimo, che in condizioni normali è
principale innovazione dello strumen- interrato, durante un evento di piena
to, coperta da brevetto [4], consiste viene scoperto e rimane esposto alla
nella presenza di un circuito elettrico corrente; il nuovo scambio termico
che scalda il sensore, aumentandone per convezione aumenta il calore
asportato diminuendo la temperatura
la sensibilità.
percepita
dal
sensore stesso.
L’evolversi della
morfologia del
fondo può essere
monitorato individuando in ogni
istante temporale
i due sensori che
definiscono il limite dei due ambienti: acqua corrente e fondo del
fiume.
Figura 2 – Posizionamento dello strumento nei pressi
Il sistema di modella pila di ponte. Schema indicativo
nitoraggio
è
completato da
Come mostra la Fig. 2.a i sensori pos- un interrogatore di fibra ottica e un
sono trovarsi in due ambienti differen- computer che acquisisce tutti i
ti: in acqua corrente oppure interrati segnali e gestisce anche l’accensionel sottosuolo. A seconda dell’am- ne e lo spegnimento del sistema
biente circostante, parte del calore scaldante. La Fig. 3 mostra il sistema
prodotto dal circuito elettrico verrà di monitoraggio realizzato a Borgodissipata per conduzione (nel sotto- forte. Il tratto di fibra contenente i
suolo) o per convezione (in acqua cor- sensori di Bragg (30 metri con 34
rente). La variazione di temperatura sensori) è in questa foto completamisurata dai sensori esposti alla cor- mente sommersa dal livello del Po.
T_M ƒ 257
N. 04ƒ
; 2010
▲
IL
TEMA
Figura 3 – A sinistra una foto della pila del ponte
di Borgoforte con il palo in acciaio inox
che sostiene e protegge lo strumento BLESS.
A destra la centrale di controllo del sistema di monitoraggio
La connessione tra la centrale di
controllo e lo strumento è garantita
da un cavo di collegamento in fibra
ottica.
Il sistema di monitoraggio appena
descritto è ancora in fase di collaudo,
ma sono già stati realizzati test di
funzionamento (Fig. 4).
Per semplicità di lettura sono stati
raffigurati solo i primi 14 dei 34
sensori presenti (il numero di fianco
identifica la loro quota rispetto al
livello del mare). Analizzando il grafico si nota una variazione repentina
di temperatura tra il terzo e il quarto
sensore: i primi tre sono in acqua
corrente mentre i restanti sono interrati nel letto del fiume. Possiamo
identificare il fondo posizionandolo
tra il sensore 3 e il sensore 4. Per
validare la misura sono stati utilizzati un ecoscandaglio (linea rossa) e
un’asta posta vicino al palo in
acciaio che sostiene la fibra (linea
nera). Il risultato è evidente, cioè il
sistema di monitoraggio in fibra ottica riesce a identificare la quota del
fondo del fiume Po.
In una situazione come quella presentata i sensori di Bragg appaiono
una soluzione con pochi concorrenti. L’impiego in ambiente ostile sia
per la presenza di acqua, sia per le
imponenti sollecitazioni meccaniche
ricevute dalle pile nel corso di una
piena, non hanno permesso a oggi
di disporre di misure affidabili proprio durante un evento di piena: la
T_M ƒ 258
Figura 4 – Output dello strumento BLESS a Borgoforte
Stefano
Manzoni,
nato nel 1977. Laureato
in Ingegneria Meccanica
(2002). Dottorato di ricerca europeo in ingegneria
dei sistemi meccanici
(2006). Attualmente è
BIBLIOGRAFIA
ricercatore di ruolo al Dipartimento di
1. Melville BW. Pier and abutment Meccanica del Politecnico di Milano.
scour: integrated approach. Journal of Autore di diversi contributi scientifici a
Hydraulic Engineering 1997; 123( livello nazionale e internazionale nell’ambito delle misure e della dinamica
2): 125-136.
dei sistemi.
soluzione proposta dovrebbe permettere di superare questo problema, proprio grazie ai sensori in
fibra ottica.
2. Ballio F., Bianchi A., Franzetti S.,
De Falco F., Mancini M. (1998)
“Vulnerabilità idraulica di ponti fluBruno Griffoni, nato
viali”, proceedings XXVI Convegno
nel 1961. Laureato in
Nazionale di Idraulica e Costruzioni
Ingegneria Elettronica
Idrauliche, Catania 9-12 Settembre,
(1989). Ha lavorato in
vol. 3, 69-80.
Philips
Automation
3. National Cooperative Highway
(1990-1992), GHT GiotResearch Program (NCHRP) “Report
to High Technology Spa
396: Instrumentation for Measuring dal 1992. Attualmente ricopre la carica
Scour at Bridge Piers and Abutment”, di Amministratore Delegato.
1997.
4. Cigada A., Ballio F., Inzoli F.
(2008). Hydraulic Monitoring Unit,
application for international patent
Carlo Giacomo Son. PCT/EP2008/059075.
meda, nato nel 1941.
Gianluca Crotti, nato
nel 1979. Laureato in
Ingegneria Civile (2005).
Attualmente assegnista di
ricerca presso il Dipartimento di Idraulica del
Politecnico di Milano.
Laureato in Ingegneria
Elettronica (1964). Master of Science (Stanford
U., 1966), Libero Docente (1971). Ordinario di
Campi Elettromagnetici dal 1976.
Socio fondatore e Presidente di GHT
Photonics, dal 2003 in tale veste si
occupa anche di tecniche ottiche di
monitoraggio.
▲
IL
TEMA
Giorgio Vassena
Rilevamento tridimensionale
con mezzo mobile
all’interno di canyon urbani e tunnel stradali
NEW TECHNIQUES FOR THE THREE-DIMENSIONAL
MEASUREMENTS WITH A MOBILE VEHICLE INSIDE URBAN
CANYONS AND ROAD TUNNELS
The mobile mapping approach, using TLS and digital cameras for the acquisition and GNSS, IMU and odometers for positioning, is having a great success in the mapping market. Some surveying problems are present where
GNSS satellite positioning fails, and in particular in long tunnels or in urban
canyons. The author has developed a pragmatic approach that, using a
total station and a classic surveying approach make it possible to solve the
positioning problem in these locations. A calibration approach to use commercial “fish eye” optics to color the 3D scan is proposed.
RIASSUNTO
L’impiego di mezzi mobili strumentati finalizzati al rilevamento tridimensionale non a contatto di costruzioni di centri storici, strade, infrastrutture di
Ingegneria, ponti, viadotti, impianti industriali sta avendo una sempre maggiore diffusione. I mezzi mobili presenti sul mercato e commercializzati
dalle principali case costruttrici di strumentazione laser a scansione (TLS –
Terrestrial Laser Scanner) vedono montati sui mezzi mobili due componenti
fondamentali. Il primo, finalizzato al posizionamento e orientamento nello
spazio del mezzo mobile, è composto da odometri, sistemi inerziali (IMU –
Inertial Measurement Unit) e sistemi di posizionamento satellitare GNSS
(Global Navigation Satellite Systems), opportunamente integrati e sincronizzati tra di loro. Il secondo consistente nell’impiego di strumenti di acquisizione dell’informazione spaziale (laser scanner) e l’informazione fotografica tramite immagini digitali. L’approccio “classico” va però in crisi nelle
applicazioni in cui il GNSS ha difficoltà a operare, come nei “canyon urbani” o nei tunnel. L’ottimizzazione della mappatura fotografica della scansione è un ulteriore passo che deve essere realizzato per la completezza
del rilevamento tridimensionale. Si è deciso di ricorrere all’impiego di ottiche di tipo grandangolare, di complessa gestione a causa delle grandi
deformazioni che tali ottiche comportano. Il presente articolo si occupa di
fornire soluzioni a questo tipo di problemi.
IL PROBLEMA
DEL POSIZIONAMENTO
IN ASSENZA DI SEGNALE GNSS
L’impiego di sistemi GNSS/INS su
mezzi mobili strumentati per il rilevamento tridimensionale del territorio
trova sempre maggiore diffusione. Tali
sistemi offrono infatti buona versatilità, pur con qualche problema legato
ai “canyon urbani” e alla deriva dei
sistemi inerziali nelle zone dove il
segnale di posizionamento satellitare
manca, come nel caso dei tunnel stra-
dali e ferroviari. Mentre nel caso dei
tunnel ferroviari il vincolo rappresentato dal binario permette di operare
con un sicuro riferimento dello stato di
avanzamento del mezzo rilevatore,
nel caso dei tunnel stradali si deve forzatamente ricorrere unicamente all’“Inertial Measurement Unit” (IMU)
con accuratezze di posizionamento
che si degradano rapidamente. Dunque nei lunghi tunnel stradali il problema di posizionamento sembra
rimanere al momento irrisolto.
L’ipotesi che viene qui proposta è
T_M
quella di ricorrere, per la definizione
del posizionamento del mezzo e del
suo orientamento, all’uso di strumentazione topografica classica, cioè stazione totale. Nel dettaglio si è realizzata una piattaforma per rilevamento
attrezzata con un laser a scansione a
misura di fase e con un set di prismi
topografici di precisione. La piattaforma è rigida, permettendo l’alloggiamento del laser scanner e dei prismi
in posizione ed assetto relativo costanti, tali da permettere, previa taratura, il calcolo della posizione e assetto della scansione laser rispetto a un
sistema topografico denominato “terreno”. Il risultato del rilevamento, effettuato in modalità “stop&go”, è il
rapido ottenimento di un rilievo tridimensionale di ampi settori del territorio.
TARATURA DELLA PIATTAFORMA
PER IL RILEVAMENTO
La necessità di conoscere la posizione e l’orientamento di ogni singola
scansione laser deriva dalla necessità di procedere rapidamente all’“unione” tra le scansioni, anche
senza ricorrere ad algoritmi automatici ICP. Si procede dunque alla
misurazione della variazione di
posizione e assetto del laser a scansione tra una scansione e la successiva. La stazione totale segue il
mezzo mobile osservando i prismi
(da tre a quattro) collocati sulla piattaforma posta sul mezzo mobile. I
parametri che descrivono il movimento del laser sono ottenuti dalla
Gexcel s.r.l. e Università
degli Studi di Brescia
[email protected]
www.gexcel.it
N.
4/10 ƒ 259
N. 04ƒ
;2010
▲
di una cortina
di fabbricati,
è stato realizzato disponendo una serie di target
cartacei sugli
edifici oggetto del rilievo
e rilevandone
la loro posizione con laser-scanner e
stazione totale. Gli strumenti impiegati per il test,
Figura 1 – Nuvola di punti della piastra
nella configue sistema di riferimento intrinseco del laser
razione standard
della
sola misura della posizione dei pri- piattaforma, sono i seguenti:
smi, a patto di aver svolto la taratu• Automezzo: Fiat Multipla;
ra tra la posizione e orientamento
• Piattaforma “TopoCityModelling”;
del laser scanner e la posizione dei
• Laser scanner CAM2 Faro Phoprismi topografici. Il file contenente
ton80;
le posizioni dei prismi viene inviato
Risoluzione verticale: 0,009°
al software JRC 3D Reconstructor®
(40 000 3D-Pixel a 360°)
sviluppato da Gexcel s.r.l., che calRisoluzione orizzontale: 0,00076°
cola in automatico i parametri d’o(470 000 3D-Pixel a 360°)
rientamento delle scansioni e la loro
Risoluzione angolare (or./vert.):
unione.
±0,009°
La procedura di taratura permette la
Velocità massima di scansione
determinazione della posizione di ciasull‘asse verticale: 2 880 rpm
scun prisma (A, B, C, D) (Fig. 1) nel
Divergenza del raggio: 0,16 mrad
sistema di riferimento del laser scanner,
(0,009°)
e viceversa. L’obiettivo è raggiunto
Diametro del raggio all’uscita:
riprendendo una scena indoor opportu3,3 mm, rotondo
namente attrezzata con target cartacei
• Stazione totale
di riferimento, la cui posizione è stata
Accuratezza di misura angolare di
determinata in modalità indipendente
0,5’’ (ISO 17123-3)
dal laser scanner e dalla stazione totaAccuratezza di misura della distanle nel sistema di riferimento della stesza 1 mm+1 ppm (deviazione stansa; la taratura si compie determinandard, ISO 17123-4)
do, per mezzo della stazione totale,
• 4 prismi di precisione
anche la posizione dei 4 prismi montati sulla piastra. Le terne di coordinate Sono stati effettuati due stazionamenti
dei punti omologhi (i target), acquisite in centramento forzato con la stazione
in numero ridondante, permettono la totale per la misura della posizione
determinazione, con stima ai minimi dei target cartacei e l’inseguimento
quadrati, dei parametri di rototraslazio- dei prismi (determinazione della posine per il passaggio tra i due sistemi di zione di ciascun prisma in ognuna
delle posizioni di stop del mezzo
riferimento cartesiano.
mobile). Il mezzo ha operato in modalità “stop&go”, e ha richiesto la preUn primo caso di studio
senza di due operatori, uno per il
In un caso di studio specifico, il con- pilotaggio del mezzo mobile e uno
trollo sui risultati, effettuato all’interno per le operazioni topografiche di sup-
IL
TEMA
porto. È stato rilevato un tratto con sviluppo longitudinale pari a circa
200 m, impiegando circa 50’ per 9
scansioni (il rapporto scansioni/
metro è elevato a causa dell’articolazione planimetrica del tratto rilevato).
I target sono stati misurati da entrambe le posizioni con la stazione totale
per garantire la ridondanza della
determinazione. L’accuratezza di determinazione del target tramite stazione totale è di un ordine di grandezza
migliore rispetto alla misura con laser
scanner.
Tramite l’impiego di JRC 3D Reconstructor® si sono potute unire le scansioni e posizionarle nel sistema di riferimento (SDR) “terreno” congruente
con quello della stazione totale. Il controllo sui risultati ottenuti è fornito dal
confronto tra le coordinate dei 4 target cartacei ottenute in modo indipendente dalle misure topografiche e dal
laser, e riportate nel medesimo SDR. I
vettori scostamento si attestano in
media attorno ai 2 cm, e permettono
quindi di procedere in automatico
all’allineamento “fine” con tecniche
numeriche (algoritmo ICP).
Test a Sirmione del Garda
Un test operativo è stato realizzato
all’interno del comune di Sirmione del
Garda, caratterizzato da vie cittadine
molto strette. Si è operato senza l’impiego di GNSS, IMU e odometro. Il
mezzo mobile ha percorso il centro
storico della cittadina bresciana permettendo di ottenere, in meno di una
giornata di lavoro, il modello tridimensionale di circa metà del centro
storico cittadino (Fig. 2). La produttività del metodo è risultata elevata.
Sintesi dell’approccio
metodologico
al posizionamento
La mancanza del posizionamento
GNSS del mezzo mobile e la non conoscenza dell’orientamento approssimato tra scansioni rende l’unione delle
scansioni acquisite assai lunga e poco
produttiva percorrendo tunnel stradali o
canyon urbani. Poter conoscere la posizione e l’orientamento relativo tra scansioni successive permette di rendere
assai efficaci tali approcci.
T_M ƒ 261
nelle tre dimensioni spaziali pare oggi un risultato
consolidato
del rilevamento con laser a
scansione, ma
ancora molti
sono gli aspetti
da ottimizzare
per rendere le
rappresentazioni fedeli
alla realtà. In
particolare la
Figura 2 – Estratto del modello tridimensionale
possibilità di
del centro storico di Sirmione del Garda
abbinare all’informazioIL PROBLEMA DELLA MAPPATURA ne geometrica quella di colore ha
FOTOGRAFICA ESTESA
ancora diversi spazi di miglioramento. L’impiego di fotocamere digitali
La rappresentazione della realtà con focali standard non permettere
T_M ƒ 262
N. 04ƒ
; 2010
▲
IL
TEMA
l’acquisizione dell’informazione fotografica relativa a tutta l’area
scandita. Le ottiche utilizzate, spesso di tipo commerciale e dunque
non fornite con un certificato di
taratura, richiedono lo sviluppo di
approcci in grado di realizzare il
calcolo dei parametri di taratura e,
per ogni scansione, dell’orientamento della fotocamera rispetto al
sensore laser scanner cui è solidale. Al fine di raccogliere, in
tempi limitati e con qualità accettabile, informazioni di colore che permettano di ricoprire completamente
il dato acquisito con laser scanner,
ci si è rivolti alle ottiche grandangolari e ultragrandangolari (fisheye), in abbinamento a fotocamere
digitali non metriche di tipo prosumer o reflex professionali.
Tali ottiche introducono però deformazioni di entità cospicua, e il
N. 04ƒ
;2010
▲
modello “pin-hole” deve essere “forzato” per riuscire a descrivere compiutamente il comportamento della
lente e la forma delle immagini prodotte. L’introduzione, nell’ultima versione della libreria OpenCV, del
terzo parametro (polinomio di ordine 6) di distorsione radiale ha permesso di raggiungere risultati migliori rispetto ai vecchi modelli a 2
parametri.
Di seguito si descrive il montaggio di
una fotocamera al di sopra di un
laser scanner terrestre, e il suo pilotaggio attraverso il software JRC 3D
Reconstructor®. Ciò permette di effettuare scatti con campo di vista verticale di circa 180°, a passi angolari controllati attorno all’asse del laser, riducendo al minimo il problema
della parallasse tra immagini e nuvole di punti. I valori dell’angolo “orizzontale” di scatto per ciascuna fotografia sono memorizzati e impiegati
in fase di post-processamento per
produrre un’immagine panoramica
calibrata sulla geometria, riducendo
al minimo le operazioni manuali di
taratura e orientamento dei fotogrammi.
IL
TEMA
materiale riflettente, del diametro di
150 mm, disposte nello spazio con
posizione relativa nota e mantenute in
posizione per mezzo di aste metalliche.
Per verificare l’uso di un pattern 3D
nelle operazioni di taratura e orientamento della camera sovrimpressa
sono state condotte due sessioni di
rilevamento in laboratorio, riprendendo contemporaneamente target 2D
(Fig. 3) e il pattern 3D (Fig. 4).
do il pattern 3D, è stata condotta
manualmente la procedura di individuazione dei centri delle sfere riflettenti, stimati ai minimi quadrati sulle
coordinate di alcuni dei punti della
superficie – sulla nuvola di punti –, e
sulla posizione di alcuni pixel del
contorno sull’immagine, ipotizzando
la forma di un’ellisse nel piano per
la rappresentazione fotografica
delle sfere. È da sottolineare il fatto
che il pattern 3D ha una dimensione
caratteristica
di
circa
1,5 m, e difficilmente può
essere
posizionato in
modo tale da
occupare
completamente la scena ripresa dall’ottica fish-eye.
Il pattern 3D
è stato impiegato anche in
una sessione
Figura 4 – Trattamento della nuvola di punti del pattern 3D
test realizzata
presso Piazza
della Loggia
È stata quindi effettuata la taratura a Brescia (Fig. 5). Anche in questo
Descrizione del lavoro
La strumentazione impiegata nei test è della fotocamera su due dataset di- caso è stato eseguito il procedimencostituita da un TLS a misura di fase, stinti, utilizzando la libreria di ta- to di taratura per individuazione dei
da una fotocamera Nikon D80 (CCD ratura OpenCV implementata nel centri delle sfere nello spazio 3D e
da 10,2 Mpixel) con ottica AF DX Fis- software JRC 3D Reconstructor®: nel nello spazio immagine. I parametri
heye-Nikkor 10,5 mm f/2.8G (ango- primo caso sono stati riconosciuti di taratura della fotocamera sono
lo di campo sulla diagonale di 180°), almeno 11 punti omologhi tra una stati calcolati anche, in precedenza,
un “pattern 3D” costituito da sfere in delle immagini e la corrispondente in self-calibration per mezzo di un patporzione del- tern 2D (chessboard) ripreso da
la nuvola di diverse angolazioni, in ambiente
punti,
pre- Matlab per mezzo del Camera Calistando parti- bration Toolbox for Matlab di Jeancolare atten- Yves Bouguet [Zhang, 99 e Bouguet,
zione alla di- 2002]. I valori ottenuti sono stati
stribuzione dei impiegati, dopo le opportune converpunti sull’im- sioni delle unità di misura (i primi
magine (è ne- valori di fc e cc rappresentano fy e cy,
cessario vin- i secondi fx e cx), per testare la bontà
colare punti del metodo proposto. Noti i parametri
alle estremità di orientamento interno ed esterno, le
per governa- foto sono state mappate sulle scansiore le crescenti ni in maniera automatica.
deformazioni Come detto è stata scritta una parte di
radiali). Nel codice in grado di controllare lo scansecondo ca- ner laser e la camera fotografica, e il
Figura 3 – Fase di taratura della fotocamera attraverso target 2D
so, utilizzan- loro output viene organizzato in car-
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; 2010
▲
IL
TEMA
PROSPETTIVE
FUTURE
I risultati ottenuti
hanno permesso di
sviluppare una soluzione
hardware/
software in grado di
effettuare rilevamenti
ad alta produttività e
con mappatura in
alta risoluzione delle
immagini fotografiche sulla scansione
3D, anche in assenza di strumenti per il
posizionamento del
mezzo mobile, ma
Figura 5 – Pattern 3D nella sessione in Piazza della Loggia a Brescia unicamente con stazione totale. Lo sviluppo di uno strutelle, una per ogni sito di scansione. mento software che permette di gestiOgni cartella contiene quindi la scan- re le funzionalità del laser nella modasione, la sequenza di foto panorami- lità “stop&go” ha reso la procedura
che e un file XML che descrive i dati facilmente utilizzabile anche da peracquisiti, compresi gli angoli di scatto sonale non specializzato.
delle foto. Questo file viene inviato a Pur essendo coscienti che il rapido sviun modulo di processamento che, luppo delle tecnologie di matching tridata la taratura della camera, è in dimensionale automatico e della strugrado automaticamente di proiettare mentazione IMU porteranno presto a
le foto sulla scansione, producendo produrre procedure e mezzi mobili in
una nuvola di punti colorata e le foto grado di risolvere i problemi citati,
“rettificate”. Conoscendo i parame- riteniamo che per un certo periodo di
tri esterni della fotocamera (cioè la tempo le soluzioni proposte potranno
matrice di rototraslazione della stes- permettere di realizzare rilevamenti in
sa rispetto allo scanner) e gli angoli lunghi tratti di tunnel o di canyon
di scatto (rotazioni sull’asse vertica- urbani, al momento assai difficilmente
le) è possibile ricostruire la matrice rilevabili con l’approccio laser scandi rototraslazione della singola foto ner.
rispetto allo scanner. Poiché le foto
hanno tipicamente una certa sovrapposizione, la proiezione effettua BIBLIOGRAFIA
anche un blending in modo da
avere una transizione graduale da 1. Remondino, F. and Fraser, C.,
una foto all’altra. Il blending consi- 2006. Digital camera calibration
ste di una media pesata del valore methods: consideration and comparidi colore dei pixel, con peso che sons. International Archives of Photodipende dalla distanza dal bordo grammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol.36(B5),
dell’immagine.
Il software prodotto permette quindi Dresden, Germany.
di produrre, per ciascun sito di scan- 2. Remondino, F. And S. El-Hakim,
sione, oltre a una nuvola di punti 2006. Image-based 3D modeling: a
colorata dell’intera scena visibile, review. The Photogrammetric Record,
anche “proiettori”, cioè immagini 21(115).
orientate utilizzabili per testurizzare 3. Remondino, F., 2006, Imagemesh e superfici modello comunque Based Modeling for Object and
Human Reconstruction, IGP ETH
ottenute.
T_M ƒ 264
Zürich Mitteilungen Nr. 91.
4. Amiri Parian, J., Grün, A., 2004:
An advanced sensor model for panoramic cameras. International archives
of Photogrammetry, Remote Sensing
and Spatial Information Sciences. Vol.
XXXV, Part B
5. Schneider, D., Maas, H.-G., 2004:
Development and application of an
extended geometrical model for high
resolution panoramic cameras. International archives of Photogrammetry,
Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXV, Part B
6. Ingensand, H., A. Ryf, and T.
Schulz (2003), “Performances and
Experiences in Terrestrial Lasers canning”. Proceedings of the 6th Conference on Optical 3D M7
7. Zhang Z., 1998, A Flexible New
Technique for Camera Calibration,
Microsoft Research, Technical Report
MSR-TR-98-71
8. Huising, E. J., Pereira, L. M. G.
(1998). “Errors and accuracy estimates of laser data acquired by various
laser scanning systems for topographic applications”. ISPRS J. Photogrammetry., 53 (5), 245-261.
9. Horn B.K.P. (1987), “Closed Form
Solutions of Absolute Orientation
Using Unit Quaternions,” J. the Optical Soc. Am-A, vol. 4, no. 4, pp. 629642.
Giorgio Paolo Maria
Vassena, laureatosi al
Politecnico di Milano,
ora responsabile della
cattedra di Topografia e
Cartografia presso l’Università degli Studi di Brescia, si occupa di sviluppare e applicare le tecniche avanzate della geomatica nel settore del rilevamento, dei
monitoraggi di precisione e della gestione di dati laser scanner. Dopo anni
di ricerche in ambito accademico, nel
2007, insieme a un gruppo di giovani
Ingegneri, ha fondato una società
Spin Off dell’Università di Brescia,
Gexcel srl, che si occupa di sviluppare applicativi software per il mondo
laser scanner e di fornire servizi e consulenze di eccellenza nel settore della
topografia e cartografia.
▲
IL
TEMA
Roberto Ottoboni, Marco Faifer, Sergio Toscani
Rilievo delle caratteristiche
di calcestruzzi fibrorinforzati
mediante tecniche di misura non distruttive
NON-DESTRUCTIVE TESTING OF SFRC ELEMENTS
In building construction, the increasing number of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) elements has encouraged the development of new methods for
the verification of their mechanical properties. In particular there is a growing interest toward the study of non-invasive methods that can be used in
the evaluation of already installed elements. The paper presents a method
and a measurement system that allows to estimate the concentration, the
average orientation and the size of the steel fibers. The novelty of the proposed technique is that these parameters are assessed through magnetic
measurements, obtained by means of a probe laid on the surface of the
material. The simplicity of the measurement system, the quantity and quality
of the information, and the non-invasive approach, make this method very
promising.
RIASSUNTO
Il diffondersi di manufatti realizzati in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre
d’acciaio (SFRC) ha spinto a studiare e valutare nuovi metodi per la verifica sperimentale delle loro caratteristiche strutturali. In particolare, di grande interesse sono i metodi di tipo non invasivo, utilizzabili anche per la
caratterizzazione in situ di elementi già posati. Nel lavoro si presentano un
metodo e un sistema di misura sviluppati dagli autori per il rilievo della concentrazione, dell’orientamento prevalente e delle dimensioni delle fibre presenti negli SFRC. La novità dell’approccio proposto consiste nel fatto che la
caratterizzazione del materiale avviene sulla base di misure di grandezze
magnetiche, ricavate mediante il semplice accostamento di una sonda alla
superficie del materiale. La semplicità dell’apparato di misura, la quantità
e la qualità delle informazioni che si possono ricavare, e la totale non invasività del metodo, ne rendono molto interessanti le prospettive di sviluppo e
impiego.
INTRODUZIONE
L’SFRC è ottenuto aggiungendo fibre
d’acciaio al normale calcestruzzo,
che gli conferiscono proprietà che
normalmente non possiede. In particolare, in caso di fessurazione l’effetto “legante” dovuto alle fibre impedisce che essa si propaghi. La presenza
di fibre può anche migliorare apprezzabilmente la resistenza del materiale
alla trazione e al taglio. La facilità di
preparazione di questi composti e il
costo contenuto rendono sempre più
frequente l’impiego di SFRC in svariate applicazioni, quali lastre per la
mente valori nominali di riferimento.
Le fibre, una volta immesse nel getto
della matrice cementizia, tendono infatti ad allinearsi spontaneamente con
la direzione del getto, per effetto del
loro elevato rapporto d’aspetto. Fenomeni non infrequenti come “grumi” o
“grovigli” di fibre possono ostacolare
la regolare distribuzione delle fibre e
il loro orientamento. Analoghi effetti
possono derivare anche da difficoltà
nella miscelazione e compattazione
del calcestruzzo fresco.
Da questo quadro sintetico traspare
chiaramente l’interesse per una valutazione della disposizione delle fibre
all’interno dell’SFRC, in particolare
della loro concentrazione e orientamento. Mentre nella pratica comune si
privilegiano test distruttivi di provini
del materiale, a livello di ricerca si sta
invece rivolgendo l’attenzione verso
metodi di misura in grado di valutare
in modo non distruttivo le caratteristiche delle fibre all’interno della matrice cementizia. Gli approcci seguiti
differiscono molto tra loro, ma quelli
di maggiore interesse sono quasi tutti
riconducibili a tecniche basate sulla
misura di variazione di parametri elettrici. In particolare si possono citare:
l’AC Impedance Spectroscopy [2], la
misura della sola resistenza elettrica,
in continua e a bassa frequenza [3] e
la misura della permettività mediante
tecniche riflettometriche a microonde
[4]. Tuttavia tutti questi metodi presentano forti limitazioni d’impiego al di
fuori dell’ambito del laboratorio, o
incapacità di fornire informazioni
congiunte su concentrazione e orientamento delle fibre o, ancora, una
ridotta affidabilità.
pavimentazione, elementi prefabbricati, pannelli refrattari ecc..
Le caratteristiche meccaniche del composito dipendono ovviamente dal tipo
di fibre utilizzate e dalle loro caratteristiche geometriche [1]. Un parametro particolarmente significativo è il
rapporto d’aspetto, definito come il
rapporto tra la lunghezza della fibra
e il suo diametro: nel caso di fibre
d’acciaio questo rapporto può essere
compreso tra 20 e 70. Altri parametri
importanti sono la concentrazione e
l’orientamento relativo delle fibre
all’interno della matrice di cemento, Politecnico di Milano
di cui possono essere definiti sola- [email protected]
T_M
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4/10
T_M ƒ 265
N. 04ƒ
;2010
PRINCIPIO E SISTEMA DI MISURA
Partendo da una modellizzazione dell’SFRC, come matrice cementizia e fibre
di acciaio con permeabilità magnetica
rispettivamente µ0 e µFe>>µ0, è stato
possibile definire il tensore di permeabilità magnetica effettiva del composto.
Sotto condizioni sufficientemente ampie
è stato mostrato che tale tensore è diagonale e che ogni suo elemento, che
rappresenta la permeabilità magnetica
effettiva in una delle tre direzioni spaziali, dipende dalla concentrazione
delle fibre e dal rapporto d’aspetto, ma
non dalle dimensioni delle fibre [5]. Si
possono dunque ricavare informazioni
quantitative sulla concentrazione e sull’orientamento delle fibre mediante misure che riguardano parametri influenzati dalla permeabilità effettiva del materiale.
In particolare, si è scelto di misurare
l’induttanza equivalente di un avvolgimento quando una quota significativa
del flusso ad esso concatenato si richiude attraverso il campione da caratterizzare. A tale scopo si utilizza un nucleo
a C di materiale ferromagnetico, su cui
sono poste due bobine: una per l’eccitazione e l’altra per la misura. Appoggiando questa sonda con le due facce
piane dei lati corti della C sul materiale
in prova, la mutua induttanza tra le due
bobine varia: maggiore è la quantità di
fibre contenute nella matrice, maggiore
è la mutua induttanza. A parità di concentrazione delle fibre, il valore di mutua induttanza è massimo quando il lato
lungo della C è allineato con la direzione preferenziale di orientamento delle
fibre. In questo modo è possibile individuare il loro orientamento medio. Utilizzando un segnale d’eccitazione variabile nel tempo, la presenza delle fibre,
oltre alla variazione di induttanza, dà
luogo a effetti dissipativi. Misura di ciò
è la componente della corrente assorbita (cioè la forza magnetomotrice) in
fase rispetto alla forza elettromotrice
indotta.
Poiché a fibre di dimensioni maggiore
corrispondono perdite maggiori, sulla
base della misura della variazione
della potenza assorbita è possibile ricavare anche un’indicazione sulle dimensioni delle fibre. A questo proposito è necessario che le perdite dovute
agli avvolgimenti e quelle dovute al
nucleo magnetico siano trascurabili o
comunque tali da poter essere compensate attraverso un’operazione di
messa a punto preliminare del sistema.
Si è pertanto adottato un sistema a due
bobine (per rendere nulli gli effetti delle
perdite nel rame ai fini della misura) e
un nucleo di materiale magnetico sinterizzato, in modo da poter spingere il
segnale d’eccitazione a frequenze più
elevate, enfatizzando così l’effetto delle perdite nelle fibre ma garantendo, al
contempo, basse perdite magnetiche
nel nucleo.
Attraverso simulazioni FEM si è ottimizzato il posizionamento degli avvolgimenti. La sonda finale è costituita da un
nucleo a C, di lunghezza maggiore
125 mm, altezza 90 mm e sezione rettangolare di dimensioni 20 x 30 mm2.
Entrambe le bobine sono formate da
due avvolgimenti separati, ciascuno
collocato su uno dei due lati corti della
C, e connesso in serie all’altro avvolgimento (Fig. 1). Il sistema di misura è
composto da un oscillatore sinusoidale
a sintesi numerica, il cui segnale viene
inviato all’avvolgimento d’eccitazione.
Il segnale di corrente circolante, raccolto mediante shunt, e quello di tensione presente ai capi dell’avvolgimen-
▲
Su questo tema è in corso da tempo
una collaborazione tra i Dipartimenti
di Ingegneria Elettrica e di Ingegneria
Strutturale del Politecnico di Milano.
L’obiettivo è quello di riuscire a conciliare requisiti e caratteristiche di misura adeguate con semplicità, facilità
d’impiego e basso costo, per poter
eseguire monitoraggi di manufatti già
in opera. La novità nella strada seguita è l’avere indirizzato l’attenzione
verso le proprietà magnetiche delle
fibre, e quindi l’avere individuato un
metodo in grado di fornire indicazioni sull’orientamento, sulla concentrazione e sulle dimensioni delle fibre
stesse. Caratteristica rilevante è la sua
facilità d’impiego, che non richiede
alcun intervento invasivo sul manufatto da caratterizzare, ma prevede
semplicemente l’accostamento di una
sonda magnetica alla sua superficie.
IL
TEMA
to di misura sono campionati simultaneamente mediante un sistema di acquisizione dati con risoluzione di 16
bit. Tecniche di elaborazione numerica
dei segnali nel dominio della frequenza permettono d’ottenere la variazione
di potenza dissipata e di mutua induttanza associate alla presenza di fibre
nel materiale, rispetto ai valori che si
avrebbero quando la sonda è posta
lontano da oggetti ferromagnetici.
Figura 1 – Immagine della sonda magnetica
realizzata
RISULTATI SPERIMENTALI
Sono state condotte numerose prove
su manufatti in SFRC di caratteristiche
costruttive note. In particolare si è
operato su lastre di lunghezza
100 cm, larghezza 50 cm e spessore
13 mm. Una di esse era priva di fibre
(codice S0), mentre nelle altre due vi
erano fibre di lunghezza 13 mm e
diametro 0,16 mm, con concentrazione di 50 kg/m3 (S50) e 100 kg/m3
(S100), rispettivamente. Una quarta
lastra (S84) includeva fibre d’ugual
lunghezza, ma con diametro 1 mm e
concentrazione di 84 kg/m3. In tutte
le prove sono state misurate le variazioni di potenza e di mutua induttanza nel campo di frequenze tra 1 kHz
e 5 kHz. Per ogni punto della superficie analizzato e per ogni direzione di
prova, la misura è stata ripetuta 5
volte, alzando e riposizionando ogni
volta la sonda in modo da poter valutare anche la ripetibilità della misura,
che si è sempre mostrata eccellente.
La direzione d’orientamento prevalente
delle fibre può essere ben discriminata
mediante l’analisi della variazione di
mutua induttanza al variare dell’angolo
T_M ƒ 267
▲
IL
TEMA
con cui si ruota la sonda rispetto a una
direzione di riferimento della lastra. Tra
il valore massimo di variazione di mutua induttanza, coincidente con l’allineamento della sonda alla direzione
delle fibre, e quello minimo, corrispondente ad una condizione di ortogonalità delle due direzioni, si riscontra una
variazione compresa tra il 25% (nel
caso di S100) e il 50% (S50).
La concentrazione delle fibre è dedotta mediando, nel punto analizzato, le
misure della variazione della mutua
induttanza nelle diverse direzioni. La
Fig. 2 mostra come tale quantità sia in
buona proporzionalità con la concentrazione: all’aumentare di quest’ultima aumenta anche l’induttanza. Questa caratteristica si mantiene con la
frequenza, ad eccezione del caso del
campione S84, in cui si evidenza una
diminuzione della mutua induttanza
con l’aumentare della frequenza.
Ciò è dovuto all’effetto delle correnti
T_M ƒ 268
Figura 2 – Mutua induttanza misurata. I valori d’incertezza di ripetibilità nei punti di misura
non sono visualizzabili perché troppo piccoli rispetto alla scala adottata
parassite, tanto più sensibile quanto
maggiore è il diametro delle fibre. La
variazione delle perdite è pertanto un
parametro che può essere utilizzato per
discriminare il diametro delle fibre. La
Fig. 3 mostra l’incremento delle perdite
in funzione della frequenza. Operando
alle frequenze più elevate del campo di
indagine, è possibile osservare che le
perdite mostrano sì dipendenza dalla
concentrazione, ma ancor più rispetto al
diametro delle fibre. Il campione S84
mostra perdite con valore circa doppio
rispetto al campione S100, anche se
quest’ultimo è caratterizzato da una concentrazione di fibre del 25% superiore.
La facilità con cui la sonda può essere
spostata sulla superficie della lastra e
Figura 3 – Perdite misurate. Le barre d’errore nei punti di misura rappresentano l’incertezza
di ripetibilità, espressa con un fattore di copertura 3
▲
IL
TEMA
with electrical resistivity measurements” J. NDT & E Int., vol. 41, pp.
638-647, Dec. 2008.
4. A. H. Sihvola, I.V. Lindell, “Effective
permeability of mixtures”, PIER 6,. Progress in Electromagnetics Research:
Dielectric Properties of Heterogeneous
Materials, Elsevier Pub Co., New York,
1992, pp 153-180.
5. M. Faifer, R. Ottoboni, S. Toscani,
L.Ferrara “Steel Fiber Reinforced Concrete Characterization Based on a
Magnetic Probe” I2MTC ‘10 – IEEE
Intrumentation and Measurement
Technology Conference. Austin 36 May 2010 pp: 157-162.
Roberto Ottoboni è
Professore Ordinario di
Misure Elettriche ed Elettroniche presso il Dipartimento di Elettrotecnica
del Politecnico di Milano.
È autore di oltre 100 articoli scientifici
pubblicati su riviste internazionali e
nazionali e memorie presentate nel
corso di convegni internazionali. Dal
2006 è Fellow IEEE della I&M Society.
Marco Faifer nel
2008 ha conseguito il
dottorato in Ingegneria
Elettrica ed è ricercatore
presso il Dipartimento di
Elettrotecnica del Politecnico di Milano. È membro IEEE e coautore di più di 30 articoli scientifici pubblicati su rivista internazionale e presentati nel corso di convegni internaFigura 4 – Distribuzione della concentrazione delle fibre, lastra S100
zionali. La sua attività di ricerca si sviluppa nel campo dell’elaborazione
numerica del segnale e delle misure su
quella con cui possono essere elabora- S.P.: “Correlation among fresh state componenti e sistemi elettrici.
ti i risultati di misura permettono di effet- behaviour, fiber dispersion and toughtuare vere e proprie mappature di inte- ness properties of SFRCs” ASCE JourSergio Toscani è dottore lastre, al fine di stimare la reale di- nal of Materials in Civil Engineering,
rando di ricerca in Ingestribuzione delle fibre all’interno di 20 7 (2008), 493-501.
gneria Elettrica presso il
esse. La Fig. 4, a titolo d’esempio, mo- 2. Woo, L. Y., Wansom, S., Ozyurt, N.,
Dipartimento di Elettrotecstra l’andamento della concentrazione Mu, B, Shah, S. P., and Mason, T. O.,
nica del Politecnico di
delle fibre in funzione della posizione, “Characterizing fiber disopersion in
Milano. Nel 2007 si è
cement composites using AC-Impedance laureato con lode in Ingegneria Elettrica
rilevato per la lastra S100.
Spectrometry”, Cement and Concrete presso lo stesso ateneo. La sua attività
Composites, 27 (2005), 627-636.
di ricerca riguarda lo studio di sensori
3. J.F. Lataste, M. Behloul, D. Breysse per la misura di grandezze elettriche e
BIBLIOGRAFIA
“Characterisation of fibres distribution lo sviluppo di tecniche per la diagnosti1. Ferrara, L., Park, Y.D. and Shah, in a steel fibre reinforced concrete ca delle macchine elettriche.
T_M ƒ 269
▲
NEWS
PLUG AND MEASURE:
FRA LE RICHIESTE
E LA REALTÀ
La tecnologia di misura è uno strumento
essenziale per lo sviluppo dei prodotti: ma
si tratta, appunto, di uno “strumento” non
di un fine. Essa deve produrre risultati precisi, affidabili e operare rapidamente e in
modo semplice. Quali sono i requisiti dei
moderni sistemi di misura, dove stanno le
difficoltà? Quale importanza ha la tecnologia di misura in fase di progettazione?
Quali sono le aspettative e le sfide da
affrontare e dove sono le trappole economiche? Quali effetti e sviluppi ci sono
all’orizzonte per i produttori?
Il tempo necessario allo sviluppo è una
risorsa sempre più rara, dato che i nuovi
prodotti devono essere immessi rapidamente nel mercato. La tecnologia di misura intelligente fornisce i dati necessari per
un efficiente sviluppo di prodotti qualitativamente maturi. Di conseguenza le misurazioni devono essere operativamente
semplici e intuitive. Perfino i non professionisti della tecnologia di misura, che
sono focalizzati sulla propria produzione,
devono essere in grado di interpretare i
risultati significativi dai complessi dati di
misura. Plug and Measure è pertanto essenziale alla tecnologia di misura mediante l’impiego di TEDS (Transducer Electronic Data Sheets), per la compensazione
automatica delle condizioni ambientali e
per verificare automaticamente i collegamenti. I sistemi universali recuperano i costi più rapidamente rispetto a quelli specialistici. I sistemi più efficienti sono quelli
che sostituiscono numerosi strumenti specialistici poiché effettuano verifiche degli
impianti concentrate nel tempo e riattrezzano il superfluo, sono in grado di misurare tutti i parametri in modo affidabile e
supportano tutti i trasduttori delle tecnologie di misura correnti. La perfetta catena
di misura comprende anche un potente
software di analisi per la successiva ela-
T_M ƒ 270
borazione. Solo la
completa valutazione finale assicura
un costante successo.
Tutti i costi sono rilevanti, compresi
quelli nascosti che
spaziano dall’appalto per la messa
in funzione al funzionamento in esercizio e alle sostituzioni di parti: ad esempio, il frequentemente citato Total Cost of
Ownership (Costo Totale di Proprietà). I
centri di costo della tecnologia di misura
riguardano l’addestramento, il tempo di
familiarizzazione, la qualità dei risultati,
la flessibilità, la manutenzione, la garanzia del futuro e la qualità dei servizi. Un
prodotto a basso prezzo che, a causa del
lungo tempo necessario per la messa in
funzione, comporti un costo del personale
dieci volte superiore, diventa poco conveniente a livello economico. Il software di
simulazione rappresenta solo una ragionevole alternativa alla tecnologia di misura supportata da hardware, se i dati disponibili sono sufficienti. I risultati si possono verificare solo con dati di misura affidabili e ciò ci autorizza a pensare che la
pura simulazione non sia sufficiente nel
caso di nuovi materiali e scenari.
Quale tecnologia di misura soddisfa tutti i
requisiti più importanti?
La funzione Plug and Measure (Inserisci e
Misura) viene offerta raramente con prestazioni pienamente rispondenti al significato della terminologia. I piccoli fornitori,
solitamente, possono configurare i sistemi
in modo che soddisfino le specifiche solo
con l’aiuto degli integratori di sistemi e utilizzando prodotti di diversi costruttori. Ma
quale livello di sicurezza futura garantiscono questi sistemi? Sicurezza futura
significa supporto continuo e fornitura di
parti di ricambio anche dopo parecchi
anni: ciò comprende l’aggiornamento del
software per le nuove versioni del sistema
operativo, insieme alla stabilità economica del fornitore e al suo know-how innovativo. Un solo costruttore, invece, può
fornire una catena di misura ottimamente
strutturata senza problemi di interfacciamento. Come la HBM, ad esempio, che
grazie alla lunga esperienza dei suoi
ingegneri e in stretta collaborazione con
numerosi clienti, ha prodotto un vero Plug
and Measure con funzionamento intuitivo
a tutti i livelli della catena di misura.
La panoramica dei sistemi di acquisizione
dati (DAQ), recentemente pubblicata
dalla HBM, aiuta a identificare rapidamente il sistema DAQ più appropriato per
qualsiasi applicazione. In questo opuscolo sono chiaramente specificati e spiegati
i principali dati tecnici e i vantaggi offerti
da sistemi universali quali QuantumX e
MGCplus e anche dalle solide famiglie di
strumenti per applicazioni mobili, quali
Genesis HighSpeed e SoMat eDAQ.
Per ulteriori informazioni:
www.daq-systems.com/it
di Zoltan Teleki
(Marketing Director, HBM
Articolo pubblicato su HBMhotline.com
n° 1/2010)
▲
IL
TEMA
Michele Corrà1, Paolo Pivato2, David Macii2, Dario Petri2
WSNAP: una rete wireless
riconfigurabile
per misurazioni ambientali distribuite
WSNAP: A RECONFIGURABLE WIRELESS SENSOR
NETWORK FOR DISTRIBUTED MEASUREMENTS
The growing diffusion of low-cost, reconfigurable embedded systems has fostered the development of distributed measurement instruments able to collect and
to manage heterogeneous data sets in real time. In this context, the WSNAP
platform is a flexible distributed measurement solution, which can be adapted
with minor changes to the requirements of different applications (e.g., for environmental, structural and energy monitoring purposes), regardless of network
topology and sensor types. WSNAP is a complete platform, as it includes hardware, firmware and software modules. To make WSNAP portable and userfriendly, the software side of the platform has been developed using standard,
open source web technologies.
RIASSUNTO
La crescente diffusione di sistemi embedded riconfigurabili e a basso costo ha
reso sempre più appetibile la creazione di strumenti distribuiti capaci di misurare grandezze eterogenee e di gestire i relativi dati in tempo reale. In tale contesto, la piattaforma WSNAP si configura come una soluzione a elevata flessibilità che può essere facilmente adattata a diverse applicazioni di monitoraggio ambientale, strutturale ed energetico, indipendentemente dal numero di
nodi della rete e dal tipo di sensori impiegati. WSNAP è una piattaforma completa, in quanto include moduli hardware, firmware e software. In particolare,
il software per la gestione della rete e dei dati acquisiti è stato sviluppato tramite tecnologie standard e “open source” per favorire la diffusione di WSNAP
in contesti diversi e renderne agevole l’uso da parte di un utente remoto.
IL RUOLO DELLE WSN NEI SISTEMI
DI MISURA DISTRIBUITI
I sistemi di misura distribuiti rivestono un
ruolo essenziale, non più limitato al
solo controllo di processi industriali, ma
che riguarda anche la domotica, la
sicurezza, e il monitoraggio di parametri ambientali (ad esempio per la
gestione del traffico veicolare), strutturali (per il rilevamento di situazioni di
pericolo in edifici) ed energetici (ad
esempio per il rilevamento di anomalie
nella rete di distribuzione dell’energia
elettrica). Sebbene i sistemi di misura
distribuiti, specialmente in ambito industriale, siano tradizionalmente basati su
soluzioni cablate, esistono alcune situazioni in cui la possibilità di avere collegamenti radio rappresenta un notevole
vantaggio [1]. Questo si verifica ad
esempio quando i vari elementi del
sistema devono essere collocati in posizioni difficili da alimentare e quando,
nel contempo, l’aleatorietà delle latenze di comunicazione e la ridotta robustezza delle comunicazioni wireless
sono compatibili con i requisiti dell’applicazione considerata. Se a questo si
aggiunge anche l’esigenza di raccogliere dati in modo capillare riducendo
nel contempo i costi d’installazione,
l’impiego di reti di sensori wireless
(WSN) si profila come una soluzione
flessibile e interessante [2].
Come è noto, il crescente interesse nei
confronti delle reti di sensori wireless si
scontra con numerosi problemi di tipo
tecnico, che riguardano non solo aspetti di networking, di robustezza e di consumo, ma anche di gestione dell’informazione acquisita. Infatti una WSN
deve non solo essere in grado di funzionare in modo autonomo e affidabile
T_M
per periodi lunghi, ma deve anche
essere in grado di organizzare, selezionare e fondere opportunamente
diversi record di dati prima di raccoglierli tramite un PC, al fine di ridurre
il traffico nella rete [3].
In questo contesto, la Wireless Sensor
Network
Application
Platform
(WSNAP) sviluppata da TRETEC S.r.l.
in collaborazione con il gruppo di
Embedded Electronics and Computing
Systems dell’Università di Trento è stata
realizzata con il duplice obiettivo di [4]:
• consentire un’efficiente e agevole
gestione della rete indipendentemente dal numero di nodi, dal tipo
di sensori o dalla topologia della
rete stessa;
• permettere a molteplici utenti remoti di
controllare lo stato di una rete di sensori e di visualizzare diversi insiemi di
dati in modo semplice e intuitivo.
WSNAP è costituito da elementi hardware, firmware e software. Nel seguito, dopo una breve descrizione dell’architettura di WSNAP, verranno
riportati i risultati di una sperimentazione condotta presso l’Università di
Trento. I risultati riportati, per quanto
non esaustivi, mostrano il corretto funzionamento di WSNAP in alcune condizioni operative d’interesse.
LA STRUTTURA DI WSNAP
La topologia
WSNAP è concepito per funzionare su
WSN ad hoc con topologia mesh dinamica. La costruzione del percorso lungo
cui viene eseguito il routing dei dati
dipende dal compromesso tra la qualità della connessione tra nodi adiacenti
e la disponibilità energetica di ciascun
dispositivo. L’idea di principio è di ri1
2
Tretec srl – Polo Tecnologico di Trento;
Università degli Studi di Trento
N.
4/10 ƒ 271
▲
IL
TEMA
partire in modo uniforme l’attività comunicativa tra i vari nodi per prolungare la
durata operativa della rete nel suo complesso. Tutti i dati acquisiti vengono
instradati tramite connessioni multi-hop
verso un nodo che funge da Base Station (BS) collegato a un PC tramite una
connessione di tipo Universal Serial Bus
(USB). Questo consente sia di alimentare il nodo BS senza dover ricorrere a
batterie, sia di immagazzinare i dati in
un opportuno database.
L’hardware
I nodi della piattaforma WSNAP sono
denominati 3MATE!. Come mostrato in
Fig. 1, ciascun nodo è composto da:
• un microcontrollore TI MSP430F1611;
• un modulo radio TI/Chipcon CC2420
conforme allo standard IEEE
802.15.4;
• un modulo opzionale di memoria
flash per immagazzinare notevoli
quantità di dati;
T_M ƒ 272
Figura 1 – Nodo 3MATE! (a) e relativa sensor board (b) da collegare a diverse tipologie di sensori
• un’antenna con struttura a “F” realizzata sullo stesso circuito stampato;
• un connettore SMA per un’eventuale
antenna opzionale esterna;
• alcuni connettori di espansione I/O
per la programmazione del nodo;
• il collegamento con la sensor board,
la quale a sua volta può includere
diverse tipologie di sensori sulla base
dell’applicazione specifica.
Al momento è in fase di collaudo una
nuova versione dei nodi 3MATE!, dotata di un modulo radio TI CC2520 e di
un più efficiente stadio di alimentazione. Tale configurazione infatti, a parità
di dimensioni, è caratterizzata da una
migliore sensibilità radio e da una riduzione media dei consumi dell’ordine
del 20%.
Il firmware
I moduli firmware della piattaforma
WSNAP sono stati sviluppati in
C/NesC al fine di sfruttare le funzionalità del ben noto sistema operativo
TinyOS e di agevolare la portabilità
futura del firmware stesso su diversi
tipi di microcontrollori. Se il nodo non
è una BS, durante la fase di inizializzazione il firmware rileva quali sensori sono effettivamente presenti sulla
sensor board. L’applicazione è concepita in modo tale da riuscire a gestire
in modo flessibile nodi dotati di sensori diversi. Una volta conclusa l’inizializzazione, ciascun nodo accende
periodicamente la sensor board e,
concluso un transitorio di stabilizzazione dei sensori, acquisisce i dati da
ciascuno di questi. Tali dati vengono
N. 04ƒ
;2010
infine ordinatamente inviati a un altro
dispositivo della rete, situato più vicino alla BS. Allorché un nodo riceve un
messaggio da un altro dispositivo, i
dati corrispondenti vengono a loro
volta inoltrati verso la BS in base a
quanto previsto dall’algoritmo di routing. Dopo che tutti i dati sono stati
trasmessi, i nodi entrano in modalità a
basso consumo. Il periodo di risveglio
può essere configurato dall’utente
sulla base dei requisiti dell’applicazione considerata. Ogniqualvolta il
nodo BS riceve un messaggio o una
serie di messaggi, i dati vengono trasferiti al PC tramite la connessione
USB.
mazioni relative a ciascun messaggio ricevuto dalla BS, come ad
esempio i time-stamp associati a ciascun campione e i dati di misura
stessi.
Grazie a un’interfaccia web opportunamente combinata con scripts PHP
un utente remoto è in grado di estrarre diversi record di dati sensoriali dal
Database. I dati così estratti possono
essere mostrati in forma tabulare o
grafica utilizzando la tecnologia flash
e un opportuno plug-in di visualizzazione, come ad esempio Open Flash
Chart.
PROVE SPERIMENTALI E RISULTATI
Il software
Il software per la gestione di WSNAP è
basato principalmente su un applicativo
Java chiamato TretecTrawler che permette di decodificare i messaggi ricevuti dal nodo BS per immagazzinarli in un
apposito Database tramite comandi
SQL. La base di dati può essere facilmente creata e modificata attraverso la
distribuzione Appserv che integra Apache, PHP e MySQL in un unico ambiente. Naturalmente la struttura del Database dipende dai requisiti dell’applicazione considerata e comprende almeno:
• una node table contenente informazioni generali su ciascun nodo, quali
il suo codice identificativo (ID), la sua
posizione/ruolo nella rete e il numero
e tipologia di sensori presenti sulla
sensor board;
• una sensor table che descrive i tipi di
sensori, i produttori, la portata e le
relative caratteristiche metrologiche,
se disponibili;
• una message table nella quale vengono immagazzinate tutte le infor-
WSNAP è stato testato nei locali dell’Università di Trento. La rete prototipo
è composta da una decina nodi, di
cui uno collocato all’aperto, gli altri
disposti in vari uffici del Dipartimento
di Ingegneria e Scienza dell’Informazione (DISI). Tutti i nodi, a eccezione
della BS, sono dotati di uno o più dei
seguenti sensori:
• un sensore d’illuminamento nel visibile
• un sensore analogico di temperatura
• un sensore digitale per la misurazione dell’umidità relativa dell’aria
• un sensore capacitivo per la misurazione dell’umidità relativa del terreno.
È opportuno precisare che tali sensori
sono stati impiegati solo per verificare il
corretto funzionamento della piattaforma, e che potrebbero essere sostituiti
da altri sensori, senza apportare alcuna modifica al firmware dei nodi e con
minime modifiche al database. Le prin-
▲
IL
TEMA
cipali caratteristiche dei sensori utilizzati sono illustrate in Tab. 1. I valori d’incertezza si riferiscono alle condizioni di
taratura indicate dai rispettivi produttori, quando disponibili.
Alcuni risultati sperimentali raccolti nel
corso di una settimana sono riportati a
titolo di esempio in Fig. 2, e si riferiscono a misurazioni di temperatura (a), illuminamento (b) e umidità del suolo (c),
visualizzate tramite un browser. In (a) si
considerano 5 nodi, la (b) si riferisce
solo al nodo esterno rispetto a uno di riferimento collocato nell’oscurità completa; infine la (c) è relativa al solo nodo esterno. In (a) e (b) è chiaramente
visibile un andamento oscillatorio dovuto all’escursione termica e luminosa
giornaliera rilevata dal nodo esterno.
La risoluzione temporale delle curve in
Fig. 2 è di 1 h. Più in generale, la risoluzione dipende dall’intervallo di osservazione richiesto dall’utente, per ridurre
la mole di dati da trasferire al PC client
e quindi il tempo richiesto per la loro
visualizzazione.
Tabella I – Principali caratteristiche dei sensori usati nel corso della sperimentazione al DISI
Sensore
Tensione di
alimentazione
Portata
Incertezza
Illuminamento
[2,2, 5,0] V
[0, 20 000] lux
±50 lux
Temperatura
[2,5, 5,5] V
[-40, + 25] °C
±0,5 °C
Umidità dell’aria
[2,4, 5,5] V
[0, 100] % RH
±3% RH
Umidità del suolo
[2,1, 15] V
[0, 100] % RH
–
Figura 2 – Dati raccolti tramite WSNAP da
una rete di sensori allestita nei locali e nelle
immediate vicinanze del DISI, presso
l’Università di Trento. 2.a: valori di temperatura
misurata da 5 nodi della rete.
2.b: illuminamento misurato da 2 nodi, uno
all’aperto (nodo 202) e l’altro in ambiente
chiuso e al buio (nodo 209). 2.c: umidità
relativa del suolo nel cortile del Dipartimento
CONCLUSIONI E ATTIVITÀ FUTURE
WSNAP è una piattaforma completa,
concepita e progettata per favorire l’uso
di sistemi di misurazione distribuiti basati su WSN in diversi contesti applicativi.
I risultati raccolti tramite la rete prototipo
hanno mostrato la sua flessibilità e facilità d’uso. La piattaforma è già stata utilizzata nel monitoraggio di tunnel stradali [5]. In futuro si prevede di usare
una versione estesa di WSNAP in applicazioni di monitoraggio finalizzate alla
riduzione dei consumi energetici.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
nical approaches,” IEEE Transactions
on Industrial Electronics, vol. 56, no.
10, pp. 4258–4265, Ottobre 2009.
2. I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci, “A Survey on
Sensor Networks”, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, N. 8, pp.
102-114, Agosto 2002.
3. D. Macii, A. Boni, M. De Cecco, D.
Petri, “Multisensor Data Fusion,” IEEE
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Magazine, Vol. 11, N. 3, pp. 24-33,
Giugno 2008.
4. M. Corrà, L. Zuech, C. Torghele, P.
Pivato, D. Macii, D. Petri , “WSNAP: a
Flexible Platform for Wireless Sensor
Networks Data Collection and Management,” Atti IEEE Workshop on Environmental Energy and Structural Monitoring Systems (EESMS), Settembre
2009 – www.wsnlab.it/wsnap.
▼
1. V. C. Gungor and G. P. Hancke,
“Industrial wireless sensor networks:
challenges, design principles, and tech-
NEWS
N. 04ƒ
; 2010
■
IL
TEMA
LAVORO SICURO
NELLE STAZIONI
DI ASSEMBLAGGIO
SEMI-AUTOMATICHE
Nuovo modulo opzionale
di sicurezza SPLe per i sistemi
di Assemblaggio Kistler
Il nuovo modulo di sicurezza SPLe Type
2154… permette agli utenti dei sistemi di assemblaggio elettromeccanici Kistler NC di
raggiungere il più alto grado di sicurezza tra
le categorie definite per i sistemi di assemblaggio semiautomatici. Questo assicura un
Livello di Prestazioni (PL) “e”, come definito
nella nuova Normativa Macchine EN ISO
13849–1. I più recenti requisiti di sicurezza
assicurano la massima protezione all’operatore di stazioni a carico/scarico manuale.
Il nuovo modulo è ideale per l’utilizzo su
sistemi di assemblaggio Kistler di tipo NC nel
loro impiego su stazioni automatiche e
manuali, in cui i requisiti di sicurezza risultano essere oggi più che mai restrittivi. Infatti in
sistemi con velocità superiori ai 10mm/s è
richiesto un livello di sicurezza “e”.
Il nuovo modulo di sicurezza è progettato per
l’uso con tutti i sistemi di piantaggio elettromeccanici Kistler appartenenti alle seguenti
famiglie: NCFN Tipo 2153A…, NCFT tipo
2157A…, NCFH Tipo 2151B… o NCFB
Type 2160A… per taglie di forza da 25 kg
a 30 T, dotati di freno di stazionamento.
L’impiego di questo modulo di sicurezza nei
T_M ƒ 274
Modulo di sicurezza SPLe Type 2154
sistemi di piantaggio Kistler in totale assenza
di cinghie di distribuzione consente di avere
un Sistema sicuro e affidabile.
Kistler gestisce diversi livelli di sicurezza nei
suoi sistemi di piantaggio. I sistemi possono
essere equipaggiati con l’opzione di sicurezza S2 nell’Indradrive Bosch–Rexroth potendo
cosi raggiungere il livello di sicurezza SP “d”
grazie alla riduzione automatica della velocità in condizione di sicurezza.
Il concetto di sicurezza su cui si basa il nuovo
modulo 2154… comprende un affidabile
sistema di verifica dell’effettiva fermata dell’asse nelle situazione di sicurezza. Il sistema
effettua automaticamente una verifica periodica della funzionalità del freno e lavora in
unione a un DMF-P A300 NCF 4734Axx o
con il nuovo DMF-P A310 Universal
4740Axx e gestisce la fermata e la ripartenza dell’asse in accordo al livello di sicurezza
PL “e” , utilizzando i segnali dalle barriere
ottiche o i pulsanti a due mani.
Per informazioni: www.kistler.com
5. TRITON, Trentino Research & Innovation for Tunnel Monitoring [online]
http://triton.disi.unitn.it/.
Michele Corrà si è laureato in “Ingegneria dei
Materiali” presso l’Università di Trento nel 1999.
Nel 2003 vi ha conseguito un dottorato di ricerca
in “Dispositivi Elettronici”. È cofondatore
di TRETEC S.r.l., un’azienda spin-off operante nel settore della progettazione e
prototipazione elettronica. Attualmente,
l’Ing. Corrà è anche docente a contratto
dei corsi di “Progettazione di Sistemi Elettronici”, e “Introduzione all’Elettronica dei
Sistemi” presso l’Università di Trento.
Paolo Pivato ha conseguito la laurea specialistica in “Ingegneria delle
Telecomunicazioni” presso
l’Università di Trento nel
2009. È attualmente dottorando di ricerca in “Informatica e Telecomunicazioni” presso il Dipartimento di
Ingegneria e Scienza dell’Informazione
della stessa Università.
David Macii si è laureato in “Ingegneria Elettronica” a pieni voti presso l’Università degli Studi di
Perugia nel 2000. Nel
2003 vi ha conseguito il
dottorato di ricerca in “Ingegneria dell’Informazione”. Dopo alcune esperienze di
ricerca all’estero, dal 2005 è ricercatore
in Misure Elettriche ed Elettroniche all’Università di Trento, dove è docente dei
corsi di “Elettronica per le telecomunicazioni” e “Microprocessori.”
Dario Petri ha ricevuto il
dottorato di ricerca in
“Ingegneria Elettronica”
all’Università di Padova
nel 1990. È attualmente
professore ordinario di
Misure Elettriche ed Elettroniche, e Direttore del “Dipartimento di Ingegneria e
Scienza dell’Informazione” dell’Università
di Trento. Dario Petri ha coordinato l’IEEE
Instrumentation and Measurement Italy
Chapter dal 2005 al 2009 ed è attualmente Vice Chair della IEEE Italy Section
e Fellow dell’IEEE.
GLI
ALTRI TEMI
▲
MISURE MECCANICHE
A. Lucifredi*, P. Silvestri*, F. Tripepi*, G. Camauli**
Definizione di criteri per la qualifica
a vibrazione di componenti meccanici
Mediante il software LMS TEST.LAB mission synthesis
DEVELOPMENT OF CRITERIA FOR QUALIFICATION VIBRATION
OF MECHANICAL COMPONENTS THROUGH SOFTWARE
LMS TEST.LAB MISSION SYNTHESIS
Mission Synthesis is a module of LMS Test.Lab. Its purpose is providing a
formulation of technical specifications for industrial applications, following
the “test tailoring” strategy [1]. This methodology is based on field acquisitions of time histories, at specific points of measurement, large enough and
representative of the vibration level of the component, to be indicative of the
device stress state during real operation conditions. The methodology produces the Maximum Response Spectrum and Fatigue Damage Spectrum,
which represent the potential damage in terms of tensile strength and fatigue, respectively. The formulation of a specification occurs through the definition of the vibration profile which will have to be reproduced by the shaker in order to stress the component mounted on the shaker. The synthesis
process can be carried out by arranging an appropriate time reduction for
the test with the shaker, in order to easily simulate (introducing criteria to
define the equivalence of the damage) longer times of the component,
under the real operating conditions.
This article suggests a significant application of the Mission Synthesis procedure for an automotive case. The profiles of PSD made possible to simulate with a relatively short (6-8h) laboratory test the reliability of the component in relation to its use for durations equal to the average life of a land
vehicle.
RIASSUNTO
Mission Synthesis è un modulo del software LMS Test.Lab; scopo di questa
applicazione è quello di formulare specifiche tecniche per la qualifica a
vibrazione per la componentistica industriale, seguendo le linee guida del
“test tailoring” [1]. Questa metodologia si basa sull’acquisizione sul
campo, e in specifici punti di misura, di segnali accelerometrici rappresentativi del livello vibrazionale del componente, sufficientemente estesi in
modo da essere rappresentativi dello stato di sollecitazione a cui è sottoposto il sistema in esame durante il suo reale funzionamento. Utilizzando
questi segnali, la metodologia determina due funzioni, Maximum Response
Spectrum e Fatigue Damage Spectrum, che rappresentano il danno potenziale sul componente rispettivamente per una rottura dovuta al superamento delle sollecitazioni ammissibili e per fatica. Il processo di sintesi può essere condotto impostando un’opportuna riduzione dei tempi di prova da eseguire con l’eccitatore in modo da poter agevolmente simulare (introducendo criteri per definire un’equivalenza del danno) durate del componente nel
funzionamento reale notevolmente elevate.
Nel presente articolo viene riportata un’applicazione significativa nel caso
veicolistico della procedura del Mission Synthesis. È stato possibile simulare con test di laboratorio della durata breve (6-8h) l’affidabilità del componente relativamente al suo utilizzo per durate pari alla vita media di un veicolo terrestre.
T_M
IL PROCEDIMENTO
DI QUALIFICA A VIBRAZIONE
La parte senza dubbio più complessa
del procedimento di qualifica a vibrazione è la definizione della specifica
tecnica con cui eccitare il componente montato sullo shaker; i test devono
essere sufficientemente severi da assicurare che il prodotto sopravvissuto
alla prova di “vibration control” resista alle condizioni operative reali e
nel contempo rappresentative della
condizione operativa per evitare una
prova eccessivamente severa. Attualmente si seguono due strade per il
reperimento delle specifiche: con la
prima si fa ricorso a major standard
predefiniti spesso di origine militare,
mentre con la seconda si segue un
procedimento chiamato “test tailoring” [1]. Tra i major standard più noti
vi sono il MIL-STD 810 e il GAEMEG13. La seconda possibilità prevede
invece di definire la specifica basandosi su dati rilevati durante un ciclo di
sollecitazione rappresentativo del
reale funzionamento; questo metodo
risulta molto più lungo e dispendioso
anche se porta a risultati migliori sotto
ogni punto di vista.
Mission Synthesis è un modulo del software LMS TEST.LAB per giungere alla
formulazione di specifiche tecniche per
la qualifica a vibrazione per la componentistica industriale, seguendo le linee
guida del “test tailoring”. Nel presente
articolo viene riportata un’applicazione
veicolistica della procedura nel caso
nel caso veicolistico della procedura
del Mission Synthesis.
*Laboratorio di Meccanica Generale
e Meccanica delle Vibrazioni (MGMV),
Università di Genova;
** LMS Italiana, Novara
[email protected]
N.
4/10
T_M ƒ 275
N. 04ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
TEST TAILORING
Il processo di determinazione di una
specifica attraverso l’ausilio del “test
tailoring” può essere suddiviso in 5
fasi. Nella prima si analizza il ciclo di
funzionamento del componente in
analisi (definizione della missione).
Nella seconda si acquisisce il massimo quantitativo di dati possibile attraverso una serie di rilevazioni sul campo; si eseguono poi analisi delle condizioni di danneggiamento (terza fase) e sono quindi calcolate le curve di
danneggiamento globale (quarta fase). Nell’ultima fase si effettua la sintesi del profilo di prova da usare per
le prove laboratorio con lo shaker [1].
Analisi delle condizioni d’uso
Lo scopo di questa fase è la definizione delle condizioni di prova che verranno affrontate dal componente
durante la sua vita tecnica. È conveniente suddividere il ciclo di vita del
prodotto in più fasi elementari o scenari, in modo da poter gestire più
facilmente la seguente fase di reperimento dati; generalmente la fase più
significativa è quella di utilizzo, che
può variare da utente a utente.
Rilevazione di dati
sperimentali sul campo
In questa fase si acquisisce una serie
di dati che sia il più possibile rappresentativa delle condizioni operative [1].
della frequenza. Questa tecnica permette di prescindere dal comportamento dinamico della struttura, definendo il potenziale danneggiamento
senza considerare le tensioni e le deformazioni nell’oggetto di prova. Per
questo scopo il componente in prova
viene semplificato in una serie di
sistemi a un singolo grado di libertà
e viene calcolata la risposta del sistema così semplificato all’eccitazione
nota [1].
Le funzioni MRS e FDS devono essere
viste come uno strumento di studio del
danno potenziale permettendo il confronto tra diversi scenari di vita tecnica e combinazioni di questi. Nel caso
particolare della funzione FDS, il
danno per fatica viene calcolato utilizzando le curve del Wohler e il criterio del Miner applicate a ciascun
sistema a un grado di libertà.
presentativa per la conduzione della
prova di “vibration control”. Si sintetizza un profilo random PSD o un profilo sinusoidale a toni puri o sweep
sulla base delle curve di danneggiamento globale precedentemente calcolate. Nel caso di fatica come causa
principale di danno, la sintesi viene
fatta a partire dalla funzione FDS,
dato che questa contiene il potenziale
di danno a fatica dei carichi originali; dal punto di vista della sollecitazione massima, la sintesi viene fatta sul
parametro MRS, contenendo questo il
potenziale di danno dovuto alla massima tensione rispetto ai carichi originali. Un parametro di sintesi fondamentale è la durata della prova: la
quantità di danneggiamento per fatica dipende dal livello di prova e dalla
durata della prova stessa. Per mantenere lo stesso livello di danno a fatica
nel componente in esame, a una diminuzione della durata della prova deve
corrispondere un incremento del livello di sollecitazione applicata alla
struttura sulla base della legge di
Basquin, con cui si approssima la
curva di Wohler del materiale del
componente.
Il profilo di prova risultante deve presentare, pur con una riduzione della
durata del test, una funzione FDS
molto simile a quella risultante dall’analisi del reale funzionamento. Tuttavia è necessario eseguire operazioni
aggiuntive per poter ulteriormente
validare il risultato. Bisogna condurre
verifiche sulle SRS e MRS relative al
reale funzionamento (LC) e alla specifica (SP); la condizione più auspicabile è: SRS > MRSSP > MRSLC.[1] che
permette di affermare che il test risulta
più restrittivo anche per quanto riguarda la massima sollecitazione ammissibile. È bene che la MRS della specifica non superi la SRS, onde evitare
condizioni di prova eccessivamente
severe.
Calcolo delle funzioni globali
La quarta fase del processo di sintesi
del profilo di prova prevede il calcolo
di funzioni MRS e FDS globali a partire dalle stesse funzioni calcolate scenario per scenario. Le diverse situazioni vengono combinate in un unico
profilo di vita equivalente. Se due fasi
elementari sono sviluppate in parallelo, viene calcolata la funzione inviluppo MRS, assicurando così che il risultato rappresenti la combinazione con
il più alto potenziale danneggiante.
Analogamente viene calcolata la funzione inviluppo FDS; nel caso in cui si
voglia riprodurre una prova di shock,
può essere calcolata la funzione
shock response spectrum (SRS) [1].
Analoga procedura viene applicata
nel caso in cui due fasi si sviluppino in
serie. Per la funzioni MRS e SRS viene
calcolata la funzione inviluppo per
ottenere il valore più alto per ciascuna
frequenza, verificando che il componente non sia sottoposto alla condizione di “overtesting”. Per il calcolo
della FDS si considera la somma delle
singole fasi in accordo col criterio di
Miner che ipotizza una accumulo del APPLICAZIONI DEL MODULO
danno a fatica [1].
MISSION SYNTHESIS
Elaborazione di un profilo
di vibrazione equivalente
al reale funzionamento
In questa fase ciascuno scenario viene
analizzato quantificando quanto sia
dannoso per il componente in prova
attraverso un modello equivalente. Il
danneggiamento generato dalle vibrazioni principalmente deriva da
una sollecitazione che eccede la massima oppure dal danneggiamento a
fatica. Vengono definiti due parametri, uno per ciascun tipo di danneggiamento: Maximum Response Spectrum (MRS) e Fatigue Damage Spectrum (FDS), che rappresentano il po- Sintesi del profilo di prova
Esempio di base
tenziale danneggiamento associato L’ultima fase della procedura è la Utilizzando il modulo Mission Synthealle misure di vibrazioni in funzione definizione di una eccitazione rap- sis [2], dapprima è stato condotto uno
T_M ƒ 276
N. 04ƒ
;2010
Figura 1 – 1.a: MRS;
1.b: FDS di ogni singola fase
Si è quindi proceduto a definire
una specifica sia per i casi in cui
queste fasi elementari siano in
parallelo sia per quelli in cui siano
in serie. Nel primo caso si è calcolato l’inviluppo delle FDS e MRS,
mentre nel secondo si sono valutati
l’inviluppo delle MRS e la somma
delle FDS. A partire da queste
nuove funzioni, si passa alla definizione della specifica sotto forma ad
esempio di PSD, decidendo la
durata totale della prova (50’,
ovvero una riduzione dei tempi
nella fase di test di circa 1/3) e
prendendo la fatica come aspetto
critico. Per validare i profili di PSD
ottenuti (Fig. 2.a), oltre a valutare
la coincidenza delle FDS della spe-
cifica e della simulazione, si deve
quindi verificare che la MRS della
specifica sia maggiore di quella
della simulazione (rosso). Questa
condizione permette di concludere
che la specifica verifica anche la
condizione di massima sollecitazione. Nell’esempio questo è risultato
vero per entrambi i casi (v. Fig. 2.b
dove è riportato il confronto per il
caso parallelo).
Figura 2 – 2.a: Profilo PSD per il caso
parallelo e serie. 2.b: confronto tra MRS
delle condizioni operative simulate e della
specifica ottenuta da Mission Synthesis
Un caso automotive
Si è considerato uno specchietto retrovisore esterno di una vettura di classe
media. Si è condotta un’acquisizione
utilizzando un accelerometro triassiale PCB 356A15 posizionato in corrispondenza dell’attacco dello specchietto: questo punto di misura è stato
preso come riferimento per lo stato
vibrazionale del componente in
esame, ed è lo stesso che sarà utilizzato nelle prove di qualifica a vibrazione per il funzionamento dello shaker. Si è utilizzato un sistema LMS
Scadas Mobile Recorder dotato di
GPS, memoria di archiviazione compact flash e gestione bluetooth tramite
palmare.
L’acquisizione è durata 1,5 h,
▲
studio di base con dati creati “ad
hoc”. Si sono considerati due segnali sinusoidali di accelerazione con
ampiezze rispettivamente 2 e 6 g,
frequenze 20 e 50 Hz e durata di
100 s per entrambi. Supponendo
che ogni fase sia costituita dalla
ripetizione per 100 volte del ciclo di
sollecitazione rappresentato da ogni
singolo precedente segnale, si ottengono per ciascuna le funzioni MRS e
FDS di Fig. 1.
GLI
ALTRI TEMI
durante la quale si sono percorsi
tratti cittadini, tratti extraurbani, strade collinari più o meno sconnesse e
percorsi autostradali in modo da
poter ricoprire tutte le possibili casistiche di fondi stradali e funzionamenti della vettura in esame. Si è
scelto di qualificare a vibrazione il
componente per un funzionamento
di 10 anni della vettura; questo è
stato fatto ipotizzando di ripetere
l’intero ciclo per 25 000 volte. Inserite le tre tracce relative ai tre
assi X, Y, Z in Mission Synthesis,
è iniziata la fase di calcolo,
tenendo presente che occorre
definire una specifica per ciascun asse. Avendo una sola
fase, equivalente all’intera time
history, è stato possibile valutare direttamente le funzioni globali MRS e FDS senza ricorrere a
operazioni di inviluppo e somme
e, quindi definire la PSD per ciascuno dei tre assi (Fig. 3.a). La
specifica è stata elaborata sulla
base della funzione FDS adottando una durata del test di 3 h.
Nella Fig. 3.b si riporta a titolo di
esempio un confronto di MRS per
l’asse X fra dati operativi e specifica: si nota come la specifica
soddisfi anche la condizione
sulla massima sollecitazione.
Sfruttando la possibilità di inserire i dati GPS in Google Earth™,
si è suddiviso il percorso in differenti fasi elementari, corrispondenti
a differenti condizioni stradali. Tale
suddivisione è risultata utile per definire gli aspetti critici di utilizzo di una
determinata autovettura considerando
differenti condizioni di terreno, permettendo di definire una specifica dettagliata a seconda delle varie esigenze. Una volta eseguita la suddivisione
in differenti partizioni di percorso, è
stato possibile ricostruire una specifica che simuli in maniera adeguata il
ciclo guida richiesto, dando il giusto
peso ai vari tipi di fasi.
Si riportano a titolo di esempio i
risultati della sollecitazione in direzione X dello specchietto: da ogni
partizione di dati sono state ricavate le rispettive funzioni MRS e FDS
(v. Fig. 4, dove si riportano le fun-
T_M ƒ 277
N. 04ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
(a)
(b)
Figura 5 – 5.a: Shaker elettromeccanico Dongling ET-2-150
5.b: Il sistema LMS Scadas Mobile 01 posizionato in vettura
Figura 3 – 3.a: Specifica PSD
per le 3 direzioni. 3.b: confronto MRS delle condizioni operative e della specifica ottenuta
Figura 4 – Confronto (4.a) FSD
e (4.b) MRS di 3 diverse fasi
zioni per 3 fasi) e considerando le
varie fasi come fasi in serie, si è proceduto con il calcolo dell’inviluppo
di MRS e la somma di FDS. In questo modo si è proceduto a definire la
specifica, considerando sempre una
durata di 3 h. In quest’esempio,
T_M ƒ 278
avendo ponderato allo stesso modo
tutte le fasi, il risultato globale coincide con quello precedentemente ottenuto considerando l’intera acquisizione come un’unica fase; questo conferma l’attendibilità della procedura di
sintesi.
impianti industriali. Ulteriori approfondimenti sulla metodologia sono tuttora
in corso attraverso lo sviluppo di altri
test case.
Riproduzione del profilo
equivalente
con controllo digitale
Per realizzare fisicamente il test di
qualifica si è utilizzato uno Shaker
elettromeccanico Dongling ET-2150 caratterizzato da una forza
massima di 2 200 N, controllato
da LMS Test.Lab Vibration Control
(Fig. 5). La prova è stata eseguita
sollecitando il componente per il
tempo previsto in fase di sintesi della specifica (3 h) e per ciascuno
dei tre assi. La durata totale del test
è stata di 9 h, al termine delle
quali, comunque, non si è arrivati a
rottura.
1. C. Lalanne, “Mechanical environment test specification development
method”, CESTA, France, 1997
2. LMS International, “LMS.Test.Lab
10A – Reference Manual – Mission
Synthesis”, Leuven (B), 2009.
UNO STRUMENTO
POTENTE E AFFIDABILE
La presente attività ha evidenziato le
potenzialità della metodologia del
“test tailoring” nella definizione delle
specifiche per la qualifica a vibrazione di componenti meccanici. Questo
modulo sembra quindi uno strumento
potente nel campo industriale che
possa essere utilizzato in applicazioni
di certificazione e gestione degli
RIFERIMENTI
Aleramo Lucifredi è
laureato in Ingegneria
meccanica. Ha svolto ricerca all’Università di
Stanford. È Direttore del
Dipartimento di Meccanica e Costruzione delle Macchine dell’Università di Genova. Responsabile del
Laboratorio di Meccanica generale e
meccanica delle vibrazioni, e Professore ordinario di Meccanica applicata
alle macchine. È Presidente del Gruppo
nazionale di meccanica applicata. È
autore di testi universitari, contributi a
libri e enciclopedie, numerose pubblicazioni scientifiche.
GLI
ALTRI TEMI
▲
MISURE PER L’ENERGIA
Francesco Adamo, Filippo Attivissimo, Attilio Di Nisio, Maurizio Spadavecchia
Pannelli fotovoltaici
Un sistema per la caratterizzazione e il monitoraggio
CHARACTERIZATION AND MONITORING SYSTEM FOR
PHOTOVOLTAIC PANELS
The paper deals with the main scientific results, in terms of uncertainty evaluation, of a system for the characterization and the monitoring of photovoltaic panels under real or simulated operating conditions. The system estimates series and shunt resistances based on the acquisition of an I-V characteristic curve in any environmental condition. The developed procedure
allows quality control of the panels, and is able to realistically simulate the
performance of a plant composed of an arbitrary arrangement of identical
panels in any environmental condition. In this way it is possible to estimate
the productivity before the plant is built.
RIASSUNTO
L’articolo presenta i principali risultati scientifici in termini di valutazione di
incertezza di un sistema per la caratterizzazione e il monitoraggio di pannelli fotovoltaici in condizioni operative reali o simulate. Il sistema, a partire dall’acquisizione della caratteristica I-V di un pannello in qualsiasi condizione ambientale, permette la stima delle resistenze serie e parallelo del
relativo modello. La procedura sviluppata consente di simulare in modo realistico le prestazioni di un impianto realizzato con una combinazione arbitraria di pannelli identici in qualsiasi condizione ambientale, per stimare la
produttività dell’impianto stesso prima che esso sia realizzato.
IL RISPARMIO ENERGETICO
E LE ENERGIE ALTERNATIVE:
UNA SFIDA
La riduzione delle emissioni di anidride carbonica è un’esigenza ormai
nota a tutti: il protocollo di Kyoto ha
da tempo definito gli obiettivi che
ogni Paese firmatario, Italia compresa, deve raggiungere per non incorrere in pesanti sanzioni economiche.
L’uso delle energie alternative è un fattore determinante per la riduzione
delle emissioni inquinanti. Gli ultimi
dati relativi all’Italia assicurano che il
contributo all’inquinamento atmosferico dell’industria dell’energia si aggira
intorno al 40%; è facile immaginare
che solo l’incremento e l’ottimizzazione delle energie alternative potrà condurre alla riduzione di questo valore.
Già dal 2008, infatti, il Parlamento
Europeo ha approvato il pacchetto
clima-energia volto a conseguire,
trica nazionale (lato distributore).
La ricerca industriale cerca di sostenere il mercato lavorando su due fronti principali: da un lato migliorare il
rapporto fra energia prodotta e superficie utilizzata investendo molte risorse nelle nuove tecnologie produttive o
nei materiali alternativi al silicio; dall’altro ottimizzare i dispositivi e gli
impianti fotovoltaici caratterizzandone il comportamento e le prestazioni
in funzione dei parametri ambientali e
topologici dell’impianto e attuando
strategie di controllo più performanti.
La corsa all’incremento di produttività
degli impianti comporta l’aumento
dell’importanza della valutazione a
priori della potenza prodotta da un
campo fotovoltaico al variare delle
condizioni ambientali e della radiazione solare. Di conseguenza diventa
fondamentale in fase di progettazione
la conoscenza delle prestazioni reali
che un pannello può fornire. Molte
sono le tecniche di indagine proposte
a questo scopo, tutte riconducibili a
due metodologie: la prima si fonda
sull’analisi di dati provenienti da impianti pilota, la seconda si basa su
procedure di simulazione il più possibile prossime alla realtà. I metodi che
rientrano nel primo gruppo risultano
essere onerosi sia dal punto di vista
economico sia dal punto di vista temporale, in quanto necessitano di una
base statistica notevole per produrre
risultati attendibili; quelli che rientrano
nella seconda categoria risultano economicamente vantaggiosi, ma richiedono una corretta modellizzazione
del sistema e un’attenta analisi dei
dati. L’efficacia dei modelli, nel predire l’effetto che le diverse condizioni
ambientali e di carico potranno avere
entro il 2020, i seguenti obiettivi: (i)
ridurre del 20% le emissioni di gas a
effetto serra, e (ii) incrementare del
20% il risparmio energetico e la produzione da fonti rinnovabili. Queste
misure consentirebbero anche di limitare la dipendenza energetica dell’Italia da altri mercati elettrici assicurando inoltre uno sviluppo economico
e occupazionale non trascurabile.
Per queste ragioni negli ultimi anni
l’Italia ha avviato una poderosa campagna di incentivi trainando le aziende verso una politica di investimenti
sulle fonti alternative. Si è quindi sviluppato un mercato energetico, in
particolare legato al fotovoltaico,
vasto e capillare ma frammentato, che
ha messo in luce una serie di problematiche che spaziano dalla corretta
contabilizzazione dell’energia (lato
produttore) alla verifica della qualità
dell’energia (lato utilizzatore), fino Politecnico di Bari
all’analisi della stabilità della rete elet- [email protected]
T_M
N.
4/10
T_M ƒ 279
N. 04ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
sul singolo pannello e sull’impianto Purtroppo la (1) non è risolvibile anacomplessivo, è buona solo se la stima liticamente, e per ottenere I in funziodei relativi parametri è corretta.
ne di V è indispensabile ricorrere a
metodi numerici iterativi come quello
di Newton-Raphson.
MODELLIZZAZIONE
Nel formulare il modello di un panDI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO nello fotovoltaico o, più in generale,
di un intero campo fotovoltaico, si
In letteratura sono stati proposti nume- può semplicemente assumere che
rosi modelli matematici che descrivono esso sia il risultato del collegamento in
in modo più o meno dettagliato una serie e/o parallelo di un gruppo di
cella fotovoltaica [1, 2]: quello che offre celle “gemelle”. Considerando Ns
prestazioni migliori in termini di fedeltà celle in serie raccolte in Np stringhe in
alla caratteristica corrente – tensione (I- parallelo, e ipotizzando condizioni
V) reale è il cosiddetto “modello a due operative identiche, si ha:
diodi” riportato in Fig. 1.
 I pannello
V
 pannello

 R spannello


R shpannello

Figura 1 – Modello a due diodi
di una cella fotovoltaica
Se le condizioni operative non fossero
identiche (ad esempio a causa di un
ombreggiamento di parte dei pannelli), occorrerebbe considerare il sistema di equazioni composto dai modelli di ciascun pannello e dai vincoli
derivanti dalle leggi di Kirchhoff, per
cui la corrente di stringa risulterebbe
essere, in prima approssimazione,
quella del pannello in quel momento
“più debole”.
Il problema principale per valutare
le potenzialità di un impianto fotovoltaico resta dunque quello di stimare i parametri caratteristici che,
inseriti nel modello, permettano di
predire il comportamento dell’impianto in molteplici condizioni ambientali e di carico. Tuttavia la soluzione non è banale. Infatti, nonostante la maggior parte dei parametri siano resi disponibili sui datasheet dei pannelli, il valore delle due
resistenze Rs ed Rsh, che influiscono
maggiormente sul rendimento del
pannello, non lo sono, e tantomeno
(1) sono misurabili in modo diretto. In
letteratura sono presenti numerosi
metodi di misura indiretta che richiedono un certo numero di prove effet-
Esso comprende: un generatore di
corrente, controllato dal valore dell’irraggiamento G, che determina la corrente di corto circuito della cella; due
diodi che modellizzano i processi di
diffusione e ricombinazione dei portatori di carica elettrica; la resistenza
di shunt Rsh che rappresenta le correnti disperse e la resistenza serie Rs che
porta in conto la dissipazione di
potenza sui vari collegamenti tra le
celle. Si intuisce facilmente come il
valore di queste resistenze influisca
sul rendimento del pannello, e quanto
possa essere importante la loro valutazione e il loro monitoraggio nel
tempo. Il modello circuitale appena
descritto viene matematicamente rappresentato dall’equazione assieme ad
altre relazioni che tengono conto
della dipendenza da temperatura e
irraggiamento [3].
 q( V +Rs ⋅I )

I = I L – I 0D1 e n1⋅k ⋅T – 1 –




(
+
⋅
)
q
V
R
I
s

 V + R ⋅I
s
– I 0D 2  e n2 ⋅k ⋅T – 1 –


R
sh


T_M ƒ 280
= Np ⋅ I
= Ns ⋅ V
N
= s Rs
Np
N
= s R sh
Np
tuate in varie condizioni: tuttavia
questi metodi risultano onerosi in termini di tempo e attrezzature richieste [5].
Un metodo alternativo, ma comunque efficace, prevede di stimare
grossolanamente il valore iniziale di
queste grandezze rielaborando i dati presenti sul data-sheet, per poi raffinare la stima utilizzando rilievi sperimentali della caratteristica I-V. Il
nostro approccio si basa sul fatto
che ogni cella ha una Rs che è dell’ordine di pochi decimi di ohm, per
cui si può ritenere in prima approssimazione Rs0 = 0, mentre il valore
iniziale di Rsh, indicato con Rsh0, può
essere ricavato a partire da un’equazione proposta da Gow et al. [4]
ma modificata sulla base del model(2)
lo utilizzato a due diodi:
R sh 0 =
I MP
VMP
 q − VMP 
 q − VMP 
– I L + I 0D1 n ⋅k ⋅T
 +I 

 e 1 – 1 0D 2  e n 2⋅k ⋅T – 1
(3)
Sulla base di valori iniziali è possibile
ottenere buone stime di Rs ed Rsh attraverso la procedura descritta brevemente nel successivo paragrafo e più
estesamente in [3].
RISULTATI SPERIMENTALI
Il set-up realizzato per verificare
sperimentalmente la validità del
metodo proposto è rappresentato in
Fig. 2. La validazione è stata eseguita su un pannello IP10P della
Istar Solar che fornisce 10 Wp, con
una tensione a circuito aperto
VOC = 21,6 V e una corrente di corto
circuito ISC = 0,67 A.
Figura 2 – Schema del set-up sperimentale
N. 04ƒ
;2010
Per ottenere una caratteristica I-V completa per la stima
del modello si è utilizzato un carico elettronico che fornisce in uscita una rampa di tensione nell’intervallo
[0 – VOC]. I vettori di tensione e corrente sono acquisiti
da un sistema automatico basato su bus GPIB controllato da un’interfaccia realizzata in LabVIEW®, mentre i
parametri ambientali quali temperatura e irraggiamento
sono misurati con una sonda Pt100 ed un piranometro
di classe A collegati ad un datalogger interfacciato al
PC supervisore tramite RS232.
Il sistema automatico realizzato funziona in due modalità differenti. Nella prima modalità il modello viene utilizzato per predire le caratteristiche I-V a partire dai
parametri del modello (compresi quelli ambientali). In tal
modo è possibile individuare eventuali scostamenti tra le
prestazioni attese e quelle attuali, dovuti a malfunzionamenti o anomalie nell’impianto. Questa modalità è utile
anche per eseguire studi di redditività di un impianto virtuale in cui l’utente può decidere quali pannelli utilizzare, come collegarli, ed eventualmente studiare cosa
accade ombreggiandone una parte. La seconda modalità è invece utile per caratterizzare un pannello e determinare Rsh ed Rs. Una volta acquisita la caratteristica
completa del pannello in determinate condizioni
ambientali, una funzione MATLAB determina le due incognite secondo la seguente procedura: (i) si riportano i
dati di targa del pannello alle condizioni attuali di irraggiamento e temperatura; (ii) si ricava il valore di Rsh0
attraverso l’equazione e si pone Rs0=0; (iii) si minimizza
la funzione obiettivo K , dove:
ıı ıı
43. verticale
Azienda leader di strumenti
e sistemi di misura...
K = [K n ]n =1,...,N

 q( Vn + Rs ⋅In )


n1⋅k ⋅T

– 1 –
K n = I n – I L – I OD1 e





 q( Vn + Rs ⋅In )
 V + R ⋅I 
n
s n 
n2 ⋅k ⋅T

– 1 –
K n = I n – −I OD 2 e



R sh



(4)
e con pedice n=1,…, N sono indicati i diversi punti di misura. La (4) presenta una novità rispetto alla letteratura in
materia; infatti essa risulta vantaggiosa dal punto di
vista computazionale, in quanto non richiede l’uso di
più cicli annidati per la sua risoluzione. Il processo di
ottimizzazione si basa sull’algoritmo di LevenbergMarquardt che, oltre ad essere robusto, riesce a determinare una soluzione anche nel caso in cui la stima iniziale sia distante dal valore ottimo.
Alla fine del processo di stima le caratteristiche I-V
reale e stimata vengono riportate in un grafico nell’interfaccia LabVIEW e salvate su un foglio di calcolo
per eventuali ulteriori elaborazioni (Fig. 3). Il sistema
prevede anche la generazione automatica di un
report di prova.
se cercate
la soluzione giusta
per risolvere
qualsiasi problema
di misura e controllo,
voltate pagina!
T_M ƒ 281
N. 04ƒ
; 2010
Figura 3 – Screenshot dell’interfaccia per la caratterizzazione di un pannello fotovoltaico
PRESTAZIONI DEL METODO
DI CARATTERIZZAZIONE
descritta una procedura che, a partire dall’acquisizione di una caratteristica I-V in qualsiasi condizione
ambientale, permette la stima delle
resistenze serie e parallelo. La procedura sviluppata, oltre che per controlli di qualità, consente di simulare
in modo realistico le prestazioni di
un impianto formato da una combinazione arbitraria di pannelli
identici, in qualsivoglia condizione ambientale, in modo da
stimare la produttività dell’impianto stesso prima che venga
realizzato. È attualmente in fase
di sviluppo l’integrazione in un
più ampio sistema che include
servizi che vanno dalla diagnostica dell’impianto al monitoraggio della produttività fino alla
gestione della sicurezza.
Inizialmente, le prestazioni del metodo proposto sono state valutate con
esperimenti virtuali, valutando l’errore
sistematico e l’errore quadratico medio in una vasta serie di simulazioni
Monte Carlo. I test sono stati eseguiti
simulando anche l’incertezza della
strumentazione di misura. Per ogni
condizione di prova simulata, l’esperimento è stato ripetuto 1 000 volte,
Figura 4 – Capacità del modello di predire
ricavando la distribuzione delle stime.
la caratteristica in condizioni diverse da quelle
A titolo di esempio si è ricavato che,
in cui sono stati stimati Rs ed Rsh
RIFERIMENTI
in condizioni standard (25 °C,
BIBLIOGRAFICI
2
1 000 W/m e A.M. = 1,5), gli errori quadratici medi nel caso peggiore
(scelto tra diversi valori di Rs ed Rsh) e irraggiamento, queste possano esse- 1. A. Goetzberger, V.U. Hoffmann,
re utilizzate con successo anche in Photovoltaic Solar Energy Generation,
valgono:
altre condizioni in un intervallo abba- Springer, Berlin, 2005.
stanza ampio. Rimane aperto il pro- 2. N. Veissid, D. Bonnet, H. Richter,
RMSE
=
m
0
,
23
Ω

Rs
blema di modellizzare la dipendenza “Experimental Investigation of the
RMSE = 0 , 024%
Rsh

delle resistenze da T e G, anche se double exponential of a solar cell
under illuminated conditions: considepiccola.
ring the instrumental uncertainties in
Un’ulteriore verifica delle prestazioni
the current, voltage and temperaure
del sistema è stata fatta sperimental- CONCLUSIONI
values”, Solid State Electronics vol,
mente attraverso una campagna di
38, n°11, pp. 1937-1943, 1995
misure realizzata outdoor in condizio- Il mercato del fotovoltaico sta spin- 3. F. Adamo, F. Attivissimo, M. Spani climatiche stabili. Sono state acqui- gendo i ricercatori a studiare il modo davecchia, “Characterization and
site circa 70 caratteristiche, ciascuna di ottenere il massimo rendimento da Testing of a Tool for Photovoltaic
di 100 punti, con temperature varia- questo tipo di tecnologia. In questo Panels Modeling”, IEEE Transaction
bili nell’intervallo 35÷41 °C e irrag- contesto risulta di notevole importan- on Instrumentation and Measurement,
giamento 700÷970 W/m2. Da ognu- za capire quando un pannello foto- in press.
na è stata tratta una stima sia di Rs voltaico giunge a un punto critico in 4. J.A. Gow, C.D. Manning, “Deveche di Rsh. In termini quantitativi si è termini di prestazioni e deve essere lopment of a photovoltaic array model
osservato che, utilizzando il modello sostituito, così come è importante for use in power-electronics simulation
stimato, si ha un errore inferiore al 2% monitorare la produttività di un im- studies”, IEE Proc.Electr.Power Appl,
nella predizione del punto di massima pianto per definire efficaci strategie vol 146,.n°2, pp. 193-200, March.
potenza. In Fig. 3 si nota come il di manutenzione preventiva. Uno 1999.
modello utilizzato segua fedelmente le degli elementi chiave da monitorare 5. D. Pysch, A.Mette, S.W. Glunz, “A
caratteristiche I-V misurate.
periodicamente sono le resistenze review and comparison of different
Si è anche osservato che Rs ed Rsh equivalenti dei pannelli, il cui valore methods to determine the series resistdipendono debolmente da temperatu- non è noto e tantomeno riportato di- ance of solar cells”, Solar Energy
ra e irraggiamento. Ciò comporta rettamente sui data-sheet. Per rispon- Materials and Solar Cells, n°91, pp.
che, una volta stimate Rs ed Rsh in una dere in modo semplice ed economi- 1698-1706, 2007, September 6-11,
particolare condizione di temperatura co a questa problematica è stata 2009, Lisbon, Portugal.
T_M ƒ 282
N. 04ƒ
;2010
Francesco Adamo si è laureato in Ingegneria Elettronica nel 2000 e ha conseguito
il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettronica nel 2004 presso il Politecnico di Bari.
Attualmente è Ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica
del Politecnico di Bari dov’è titolare del corso di Misure sui
Sistemi di TLC.
Svolge attività di ricerca nel campo della conversione A/D
e della visione artificiale. I suoi interessi includono la progettazione di dispositivi elettronici per il condizionamento e
l’elaborazione numerica di segnali di misura, lo sviluppo di
software applicativo per automazione industriale, la progettazione hardware e software di sistemi di misura e test
automatizzati. Il Dr. Adamo è membro dell’associazione
italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).
Filippo Attivissimo si è laureato in Ingegneria Elettronica nel 1993 e ha conseguito il dottorato di ricerca in Ingegneria Elettrica nel 1997. Attualmente è Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria
Elettrica ed Elettronica del Politecnico di Bari.
Svolge attività di ricerca nel campo della teoria della stima,
della sensoristica industriale e della strumentazione biomedicale. Si occupa di sistemi di visione artificiale, di power
quality, di energie alternative e di test e modellizzazione di
strumenti e sistemi digitali. Il Dr. Attivissimo è membro dell’associazione italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).
... la soluzione giusta è
Attilio Di Nisio è nato a Bari nel 1980. Si
è laureato con lode in Ingegneria Elettronica
nel 2005 e ha conseguito il titolo di dottore
di ricerca in ingegneria elettronica nel 2009
presso il Politecnico di Bari. Dal 2005 lavora nel laboratorio di misure elettriche ed elettroniche del Politecnico di Bari. I suoi interessi di ricerca
attuali includono: test e modellizzazione di convertitori A/D
e D/A; teoria della stima; software per il controllo di strumentazione di misura; elaborazione di immagini per il controllo di qualità di superfici; OCR di esami clinici di laboratorio; sistemi per le misure di power quality basati su
DSP; test e modelizzazione di pannelli fotovoltaici. Il Dr. Di
Nisio è membro dell’associazione italiana Gruppo Misure
Elettriche ed Elettroniche (GMEE).
Maurizio Spadavecchia si è laureato con
lode in Ingegneria Elettrica nel 2006 presso
il Politecnico di Bari. Nel 2008 è stato assegnista di ricerca presso il Dipartimento di
Ingegneria Ambientale e per lo Sviluppo
Sostenibile e dal 2009 è dottorando di ricerca in Ingegneria Elettrica presso il Politecnico di Bari.
Attualmente è impegnato in ricerche relative alla modellizzazione e monitoraggio di sistemi fotovoltaici. Il Dr. Spadavecchia è membro dell’associazione italiana Gruppo
Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).
Dal micrometro alle Macchine di Misura
Ottiche e Multisensore 3D.
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N. 04ƒ
; 2010
▲
NEWS
AMPLIFICATORI DI MISURA ORA CON INTERFACCIA IPM
I controllori di processo MP85A FASTpress e
MP85A-S EASYswitch di HBM vengono impiegati, rispettivamente, per il monitoraggio dei processi di piantaggio e delle prove di commutazione. Per fare questo i valori di misurazione dei trasduttori collegati vengono acquisiti e valutati direttamente nel controllore. In questo modo è possibile ottenere subito una valutazione qualitativa di
quella fase di produzione.
Per questi due controllori è stata ora sviluppata
una nuova interfaccia software, che consente un
facile collegamento al software di gestione dei
dati di processo IPM (IPM è un software di CSP
GmbH & Co. KG, azienda che fornisce ai principali costruttori automobilistica le proprie soluzioni
per il monitoraggio della produzione, i controlli di
qualità e la documentazione). Grazie alla nuova
interfaccia IPM i controllori di processo di HBM
possono ora essere inseriti perfettamente nel relativo sistema, in modo tale che i dati di produzione acquisiti possano essere trasmessi direttamente a un server per la garanzia della qualità, la visualizzazione e archiviazione.
Oltre allo stato generale (la parte prodotta può
essere “OK” o “non OK”) vengono trasmesse anche curve complete, ad esempio di un processo di
T_M ƒ 284
I controllori di processo MP85A FASTpress
e MP85A-S EASYswitch
sono ora dotati di un’interfaccia IPM
piantaggio, nonché fino a nove finestre di valutazione. I dati possono essere osservati in tempo
reale tramite un browser web. In questo modo è
possibile monitorare un processo di piantaggio in
tempo reale, senza che un operatore debba essere presente presso la macchina. In caso di problemi nella produzione è possibile reagire immediatamente: se si presenta un messaggio di errore, i
responsabili della produzione vengono avvertiti
automaticamente via SMS o e-mail. Grazie alla
rapida valutazione degli errori la qualità della produzione aumenta e diminuiscono di conseguenza
i costi legati alle azioni di richiamo.
Inoltre i dati possono essere valutati in dettaglio,
per stabilire ad esempio le tendenze nei valori di
misurazione. In questo modo è possibile reagire
in anticipo ai problemi, prima ancora che vengano prodotti pezzi difettosi. Tutti i dati vengono
conservati a lungo nella banca dati del software
IPM, in modo da garantire la piena rintracciabilità dei pezzi prodotti.
Ulteriori informazioni sono reperibili sul sito web
www.hbm.com/en/menu/products/
measurement-electronics-software/
industrial-amplifiers/ipm-integratedprocessdata-management
GLI
ALTRI TEMI
▲
MISURE ELETTRONICHE
Luca Oberto
Misura di potenza alle microonde:
metodi tradizionali e nuove prospettive
Articolo vincitore del Premio “C. OFFELLI” 2010
TRADITIONAL METHODS AND NEW PERSPECTIVES
IN MICROWAVE POWER MEASUREMENT
Two techniques for high frequency (HF) power measurement are described:
the microcalorimetric technique and the heterodyne receiver radio technique. The former is used by national Metrology Institutes for the realization
of power standards, while the latter finds applications in high sensitivity
receivers for radio-astronomic observations. The last advancements in the
realization of the Italian HF power standards are described, which allowed
the enhancement of the I.N.Ri.M. metrological capabilities. Furthermore the
characterization of a prototype receiver based on a superconductive
Josephson effect mixer is described. The receiver performances are compliant with the design specifications, and close to the state of the art.
RIASSUNTO
Sono descritte due tecniche per la misura di potenza in alta frequenza (AF):
la tecnica microcalorimetrica e la tecnica radio dei ricevitori a eterodina.
La prima è utilizzata negli Istituti Metrologici per la realizzazione dei campioni primari di potenza, la seconda nei ricevitori a elevata sensibilità per
applicazioni radioastronomiche. Sono presentati gli ultimi avanzamenti
nella realizzazione del campione nazionale di potenza AF che hanno consentito di migliorare le capacità metrologiche dell’I.N.Ri.M.. I valori d’incertezza ottenuti sono di assoluto primo piano internazionale. Inoltre è
descritta la caratterizzazione di un prototipo di ricevitore basato su mescolatore superconduttore a effetto Josephson. Le caratteristiche del ricevitore
sono risultate rispondenti alle specifiche di progetto e molto vicine allo stato
dell’arte.
LA MISURA DI POTENZA
A MICROONDE
In ogni campo della scienza moderna
in cui sono usate onde elettromagnetiche la potenza è una grandezza fondamentale. Essa, essendo legata all’energia trasportata dall’onda elettromagnetica, gioca un ruolo chiave
nelle telecomunicazioni, in medicina,
nella sicurezza e nelle scienze pure.
Misure riferibili sono fondamentali, ad
esempio, per determinare la minima
potenza necessaria per effettuare un
collegamento radio tra due luoghi, o
per assicurare che l’esposizione della
popolazione alle radiazioni non ionizzanti rispetti i livelli di sicurezza.
In questo lavoro sono analizzati alcuni aspetti di due tecniche fondamenta-
li per misurare l’energia di un’onda
elettromagnetica nel dominio delle
alte frequenze: la tecnica bolometrica
e la tecnica radio. La prima usualmente si applica a sistemi a larga
banda, mentre la seconda consente
anche misure spettroscopiche a
banda stretta.
Il primo aspetto è analizzato da un
punto di vista strettamente metrologico concentrandosi sulla realizzazione
del campione primario di potenza AF
tramite la tecnica microcalorimetrica.
La parte di lavoro sulla tecnica radio è
dedicata alla caratterizzazione di dispositivi mescolatori basati su giunzioni
Josephson di tipo SIS (Superconduttore
- Isolante - Superconduttore) per applicazioni astrofisiche. È stato caratterizzato un mescolatore SIS a 94 GHz
T_M
progettato e realizzato interamente all’I.N.Ri.M. per l’esperimento MASTER. I
risultati ottenuti dimostrano la capacità
tecnologica dell’I.N.Ri.M. nella realizzazione di questi dispositivi.
IL MICROCALORIMETRO
Negli Istituti Metrologici Primari (IMP), il
campione primario di potenza AF è
realizzato tramite la tecnica microcalorimetrica. I microcalorimetri sono stati
sviluppati originariamente per sensori
bolometrici ai quali si può applicare il
principio di equivalenza tra gli effetti
della potenza AF e in corrente continua
(DC) [1]. Questo metodo consente di
riferire le misure al Sistema Internazionale di unità di misura (SI) tramite il
campione di tensione continua. La tecnica microcalorimetrica consente di
valutare le perdite di un sensore di
potenza quando esso è alimentato con
una potenza AF e posizionato in una
camera di misura termostatizzata ed
elettromagneticamente schermata.
Recentemente è stato introdotto l’uso di
sensori basati su termocoppia a riscaldamento indiretto, che sono meno sensibili dei bolometri alle variazioni di
temperatura ambientale, e la cui banda
di frequenza operativa si estende, in
basso, fino alla continua. All’I.N.Ri.M.
è stato realizzato un microcalorimetro a
secco a linee gemelle per la taratura di
questi sensori [2, 3] (Fig.1). Ciò ha
consentito l’estensione delle capacità
metrologiche dell’I.N.Ri.M. dalla
banda 50 MHz – 18 GHz alla banda
10 MHz – 26,5 GHz. Con poche
modifiche è prevista un’ulteriore esten-
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica
(I.N.Ri.M.),
Divisione Elettromagnetismo, Torino
[email protected]
N.
4/10
T_M ƒ 285
N. 04ƒ
; 2010
▲
GLI
ALTRI TEMI
sione fino a 50 GHz. Tale microcalorimetro ha una camera di misura a tripla
parete, stabilizzata termicamente con
un sistema Peltier. Il sistema presenta
due linee gemelle d’immissione coassiali terminate da due sensori identici:
una è utilizzata per la misura, mentre
l’altra come riferimento termico. In corrispondenza dei connettori dei due sensori è posto un sistema di termopile che
misura l’innalzamento di temperatura
causato dalle perdite nella linea d’immissione e nel sensore sotto misura
(DUT).
Per una corretta valutazione sono
necessarie misure aggiuntive per determinare appositi fattori di correzione, il più importante dei quali è dovuto alle perdite all’AF nella linea d’immissione. Solitamente la potenza DC
è sostituita con una potenza a bassa
frequenza (LF, 1 kHz) per evitare forze
termoelettromotrici indesiderate, perché per perdite LF sono comunque trascurabili.
Uno studio accurato ha portato alla
scrittura di modelli che tengono conto
di diverse grandezze d’influenza sulla
misura per correggerne gli effetti; essi
stati validati tramite estese campagne
di misura [4, 5].
L’utilizzo dei sensori tarati con queste
tecniche come campioni di trasferimento per la disseminazione della
grandezza richiede la determinazione di un ulteriore parametro detto fattore di taratura K:
(
K = ηe 1– Γ 2
)
Per validare questa metodica e i
modelli impiegati, è stato effettuato un
confronto informale con un altro IMP.
Un bolometro in linea coassiale da
7 mm preventivamente tarato presso
tale Istituto è stato successivamente
tarato all’I.N.Ri.M., ed è stato effettuato un confronto tra le misure. Ne è
risultata la completa compatibilità.
Figura 2 – Incertezza relativa totale estesa
del fattore di calibrazione del campione
di trasferimento I.N.Ri.M. basato su termocoppie
a riscaldamento indiretto
(2)
IL MESCOLATORE SIS
Figura 1 – Microcalorimetro I.N.Ri.M. a linee gemelle
TEORIA DEL MICROCALORIMETRO
Quando è fornita potenza AF al dispositivo di test (Device Under Test,
DUT), la maggior parte di essa è
convertita dal sensore stesso in una
tensione DC, ma una piccola parte è
persa nella linea d’immissione e nel
montaggio (connettore, ecc…). È
possibile valutare l’efficienza del
DUT se si conosce la frazione di
potenza persa. La parte critica della
messa in pratica di questo concetto è
l’abilità di distinguere tra la potenza
persa nel sensore e quella persa
nella linea.
In pratica, poiché le perdite alla DC
sono trascurabili, è possibile inviare
al DUT una potenza AF e, in seguito,
una potenza DC che genera la stessa
tensione VU in uscita e l’efficienza può
essere calcolata come segue:
ηe =
PDC
PAF
(1)
VU =cos t
T_M ƒ 286
dove Γ è il modulo del coefficiente di
Ricevitori sensibili nel dominio milliriflessione del DUT.
metrico e sub-millimetrico sono fondamentali per comprendere alcuni aspetti del mondo in cui viviamo. Ad esemRISULTATI DI MISURA
pio i meccanismi che hanno portato al
La valutazione dell’incertezza di misu- formarsi della vita, così come quelli
ra è stata effettuata secondo quanto dietro l’evento del Big Bang, sono anprescritto dalla Guide for the expres- cora sconosciuti. Una conoscenza
sion of the Uncertainty in Measure- dettagliata delle circostanze all’inizio
ments [6] e, tramite l’analisi dei coef- del tempo e dello spazio può aiutare
ficienti di sensibilità, è stato studiato a trovare la risposta ad antiche ma
l’effetto dei singoli parametri sull’in- sempre attuali domande. A tale procertezza. Il più importante fattore di posito, i cosmologi da tempo studiano
correzione è risultato essere dovuto il Big Bang. Il suo residuo, la radiaalle perdite AF lungo la linea d’immis- zione di fondo cosmico a 2,73 K, può
sione; gli altri contribuiscono in ma- essere studiato nelle bande millimetrica e sub-millimetrica.
niera meno rilevante.
Dopo aver calcolato l’efficienza, è Tuttavia, essendo i segnali molto deboli,
stato calcolato il fattore di taratura sono necessari ricevitori di sensibilità
con la (2), ed è stata valutata l’incer- estrema, ma la natura impone un limite
tezza estesa relativa di misura (fattore superiore alla possibilità di acquisire
di copertura k=2) nell’intera banda di informazioni. Tale limite è stabilito dal
frequenza coperta (Fig. 2). La linea Principio di Indeterminazione di Heinel grafico mostra che l’incertezza è senberg. L’uso di dispositivi basati su
minore dello 0,45% per tutte le misu- giunzioni Josephson come elemento
re. Questo è un risultato eccezionale mescolatore nei ricevitori consente di
se confrontato con le incertezze nor- avvicinarsi molto a sensibilità limitate
malmente ottenute con sensori bolo- solo dall’incertezza quantistica. Lo svimetrici (in genere non minori dell’1%). luppo di questi dispositivi, però, richie-
N. 04ƒ
;2010
de elevatissime competenze tecnologiche che sono appannaggio solo di
pochi centri di ricerca.
L’effetto Josephson su cui si basano questi dispositivi si realizza in giunzioni tra
due superconduttori separati da un sottile strato isolante. Le equazioni che
descrivono il passaggio di corrente nel
dispositivo sono le seguenti:
I = I c sen ϕ

V = h dϕ = h f

2e dt
2e
L’I.N.Ri.M. è incaricato di sviluppare
il mescolatore a 94 Hz (Fig. 3). Esso
è inserito in un montaggio in guida
d’onda attraverso il quale giungono
sul chip il segnale da ricevere e quello dell’oscillatore locale. Dalla porta
d’uscita in linea coassiale è prelevato
il segnale convertito alla frequenza di
1,5 GHz che è poi inviato a una catena di amplificazione, e ne è misurata
la potenza tramite una circuiteria elet(3) tronica che realizza anche la polarizzazione del dispositivo.
dove Ic è la corrente critica della giunzione, ϕ è la differenza di fase tra le
funzioni d’onda macroscopiche dei
due superconduttori, –h è la costante di
Planck h divisa per 2π, ed e è la carica dell’elettrone e f la frequenza. Esse
ci dicono che, nella giunzione, può
scorrere una corrente senza che si
formi una tensione ai suoi capi, ovvero
senza dissipazione, finché non si supera la corrente critica Ic. Dopodiché inizia a scorrere una corrente variabile di
frequenza f in presenza di una caduta
di tensione V. Se, al contrario, si irra- Figura 3 – Montaggio in guida d’onda aperto
dia la giunzione con una radiofre- in modo da mostrare il chip del mescolatore
quenza f, si produce una tensione ai
capi della giunzione che presenta un Lo schema a blocchi del ricevitore
è riportato in Fig. 4. Il segnale è
andamento a gradini di valore:
accoppiato con l’oscillatore locale
tramite un beam splitter verso il
h
Vn = n
f
(4) trombino d’ingresso del mescolatore. Il segnale convertito è amplifi2e
cato da un amplificatore criogeniin cui n è il numero del gradino. La co da 35 dB. In cascata è connesformazione di questi gradini è alla sa l’elettronica a temperatura ambase dell’uso metrologico di questi biente, costituita da due ulteriori
dispositivi come campioni di tensione amplificatori da 40 e 20 dB seguicontinua e l’andamento fortemente ti dal sistema di acquisizione dati.
non lineare assunto dalla caratteristi- L’oscillatore locale è un Gunn opca I-V è invece alla base del loro uti- portunamente stabilizzato. La maslizzo come elementi mescolatori nei sima temperatura di rumore che il
ricevitori.
ricevitore deve presentare è tra
100 e 130 K.
RICEVITORE
PER L’ESPERIMENTO MASTER
L’esperimento MASTER [7] consiste in
un ricevitore a eterodina per le bande
dei 94, 225 e 345 GHz basato su
mescolatori SIS per misure della
radiazione di fondo cosmico.
▲
GLI
ALTRI TEMI
RISULTATI DI MISURA
La caratterizzazione del mescolatore
è stata effettuata dapprima misurando
il coefficiente di riflessione della porta
d’ingresso in guida d’onda per diverse condizioni di adattamento. Successivamente è stata misurata la caratteristica tensione-corrente, per verificare
che i processi d’impacchettamento nel
montaggio non abbiano danneggiato
il chip. È stata poi effettuata la caratterizzazione a 94 GHz misurando la
temperatura di rumore totale del ricevitore con il metodo dell’Y factor [8],
che consiste nel far vedere al ricevitore due carichi a temperature note TH e
TL e nel calcolare il rapporto tra le due
potenze corrispondenti ricevute:
Y =
Pout ,H
Pout ,L
(5)
La temperatura di rumore è data da:
TN =
TH − YTL
Y −1
(6)
Le due temperature scelte sono quella ambiente (TH=300 K) e la quella
dell’Azoto liquido (TL=77 K). Le misure sono state effettuate nella banda
89-99 GHz e mostrano che, alla temperatura operativa di 4 K, le migliori prestazioni si hanno intorno ai
94 GHz come atteso. Poiché parte
dell’elettronica deve ancora essere
caratterizzata completamente, l’incertezza di misura non è stata valutata, e
i risultati qui presentati sono da considerarsi come un limite superiore alle
prestazioni del dispositivo. È così possibile fissare tale limite al valore di
110 K, valore in accordo con le specifiche dell’esperimento MASTER. Inoltre, siccome il limite del rumore quantistico a 94 GHz
è di circa 5 K, il
ricevitore presenta una temperatura di rumore circa 22
volte maggiore
del limite quantiFigura 4 – Schema a blocchi del ricevitore MASTER per i 94 GHz
stico [9].
T_M ƒ 287
STATO DELL’ARTE
Nel campo della metrologia primaria in alta frequenza, l’incertezza di
misura alle frequenze più alte era
sempre superiore o pari all’1% soprattutto nei sistemi coassiali, e questa soglia appariva difficilmente
abbattibile [10]. I lavori pubblicati
dal gruppo di ricerca I.N.Ri.M.
hanno, per la prima volta, dimostrato incertezze estese inferiori rimanendo sempre al di sotto dello
0,45%. Questi risultati hanno attirato l’interesse di altri Istituti: si è portato a termine un ciclo bilaterale di
misura con l’IMP di Singapore
(NMC-A*STAR) e un altro è in fase
di preparazione con l’Istituto coreano (KRISS) che sta realizzando il suo
sistema avvalendosi della collaborazione dell’I.N.Ri.M..
Nel campo dei ricevitori per la
radioastronomia, invece, i mescolatori SIS sono ampiamente utilizzati
sia da osservatori terrestri (posizionati in siti ad alta quota e con clima
secco quali il plateau antartico od il
deserto di Atacama in Cile), sia
installati su aerei, palloni sonda o
satelliti. La minor temperatura di rumore raggiunta allo stato dell’arte è
tra 4 e 10 volte il limite quantistico
[11]. Quella ottenuta con questo
lavoro è circa 22 volte il limite quantistico. Il risultato è piuttosto vicino
allo stato dell’arte ed è sicuramente
promettente.
CONCLUSIONI
In questo lavoro sono stati presentati i recenti sviluppi nella realizzazione del campione primario di potenza in AF presso l’I.N.Ri.M. e i risultati della prima caratterizzazione di
un mescolatore basato su giunzioni
Josephson per applicazioni radioastronomiche coprendo due tecniche
fondamentali nelle misure in alta frequenza. Il lavoro svolto sulla tecnica
microcalorimetrica ha consentito la
descrizione del sistema I.N.Ri.M.
tramite un modello matematico comprendente tutte le grandezze d’influenza e il miglioramento delle
T_M ƒ 288
N. 04ƒ
; 2010
■
GLI
ALTRI TEMI
capacità metrologiche I.N.Ri.M. in
termini di copertura in frequenza e
incertezza di misura, ottenendo valori di assoluto primo piano internazionale.
La realizzazione del mescolatore SIS
ha consentito di dimostrare le competenze dell’I.N.Ri.M. in un settore
che richiede tecnologie maneggiate
da pochi istituti al mondo. Il prototipo, realizzato nell’ambito dell’esperimento MASTER, è stato caratterizzato in termini di temperatura di
rumore ed è risultato rispondente alle specifiche di progetto; inoltre le
prestazioni si avvicinano molto allo
stato dell’arte.
9.L. Oberto, N. De Leo, M. Fretto,
A. Tartari, L. Brunetti, V. Lacquaniti:
Realization and preliminary measurements on a 94 GHz SIS mixer.
Proceedings of 16-th IMEKO TC-4
Symposium,
Firenze,
Italy,
22-24/09/2008, pp. 45-49
10. D. Janik, et. al., `Final report in
CCEM Key Comparison CCEM.RFK10.CL (GT/RF 99-2) - Power in 50
- coaxial lines, frequency: 50 MHz 26 GHz - measurement techniques
and results’, Metrologia, 43 - Technical Supplement, 01009, 2006
11. G. de Lange, `Quantum limited
heterodyne detection of 400 - 840
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Rijksuniversiteit Gronongen, Groningen, Nl, 1994
1. A. Fantom, `Radio frequency and
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2. L. Brunetti, E. Vremera, `A new
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IM-52, 2, pp. 320-323, 2003
3. L. Brunetti, L. Oberto, E. Vremera,
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6, pp.2220-2224, 2007
4. L. Brunetti, L. Oberto, `On coaxial
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European Physical Journal - Applied
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5. L. Brunetti, L. Oberto, M. Sellone,
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IEEE Trans., IM-58, 4, pp.11411145, 2009
6. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC,
IUPAP and OIML 1995, Guide to the
Expression of Uncertainty in Measurement 2nd edn (Geneva: ISO) ISBN
92-67-10188-9
7. E. S. Battistelli, et. al., `MASTER:
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Astronomy in Millimetre and Submillimetre Domain’, Publ. Astron. Soc.
Aust., 19, pp. 323-327, 2002
8. Hewlett Packard, `Fundamentals
of RF and microwave noise figure
measurements’, Application Note
57-1, USA, July 1983
Luca Oberto è nato a
Pinerolo (Torino) il 9 giugno 1975. Si è laureato
in Fisica all’Università di
Torino nel 2003 e ha conseguito il dottorato di
ricerca in Metrologia al Politecnico di
Torino nel 2008.
Dal 2002 al 2003 ha collaborato con
la Sezione di Torino dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) lavorando all’esperimento COMPASS al CERN
di Ginevra. Dal 2003 lavora presso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.) di Torino. I suoi interessi
di ricerca principali sono nel campo
della metrologia in alta frequenza e
della realizzazione e caratterizzazione
di mescolatori SIS per applicazioni
astrofisiche nel dominio millimetrico e
sub-millimetrico.
Il Dr. Oberto è membro dell’Associazione Italiana Gruppo di Misure Elettriche
ed Elettroniche (GMEE). È stato vincitore
del CPEM Early Career Award nel
2008 e del premio ”C. Offelli” del
GMEE nel 2010 per il suo lavoro di dottorato.
CAMPI E COMPATIBILITÀ
ELETTROMAGNETICA
▲
LA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
Carlo Carobbi*, Marco Cati**, Carlo Panconi***
Il comportamento a radiofrequenza
dei componenti circuitali passivi
Il condensatore - Parte 1
THE RADIOFREQUENCY BEHAVIOR OF PASSIVE CIRCUIT
COMPONENTS: THE CAPACITOR – PART 1
Starting from this issue of Tutto_Misure we begin to address a basic and
important topic for those involved in Electromagnetic Compatibility (EMC)
measurements and design: the radio–frequency (RF) behavior of passive circuit components. The discussion will be limited to linear components: resistors, capacitors, inductors and mutually–coupled inductors. Also, in a
broad sense of the term “component”, we will also include in the list the
short circuit and the open circuit. At RF it is essential to know the real behavior of components. Indeed, at RF the real behavior is markedly different
from the ideal one, and this fact may originate unexpected experimental
situations. For example what was designed does not work or does not fulfill specifications, or neither the measurement results, nor the qualitative
behavior, correspond to expectations.
This first article (here we publish the first part) deals with the analysis of
ceramic and electrolytic capacitors. In particular, we will present the equivalent lumped circuits which describe their RF behavior, and we will discuss
the physical origin of each element in the equivalent model. Particular
emphasis will be placed on the type of component assembly: Surface Mount
Device (SMD) or Through–Hole (TH).
RIASSUNTO
A partire da questo numero di Tutto_Misure iniziamo ad affrontare un argomento di base ed importante per chi si occupa di Compatibilità Elettromagnetica (CEM): il comportamento a radiofrequenza (RF) dei componenti circuitali passivi. La discussione si limiterà ai componenti lineari: resistore,
condensatore, induttore e induttori mutuamente accoppiati e, in un’accezione ampia del termine “componente”, includeremo nella rassegna anche
il corto circuito e il circuito aperto. A RF è essenziale che chi si occupa di
progetto e misure CEM conosca il comportamento reale dei componenti. Il
comportamento reale, infatti, è diverso da quello ideale, ed è all’origine di
situazioni sperimentali inattese dagli inesperti. Ad esempio, ciò che si è progettato non funziona affatto o non funziona secondo le specifiche previste,
oppure i risultati delle misure e magari nemmeno le tendenze corrispondono con quanto atteso.
In questo primo articolo (ne pubblichiamo la prima parte, la seconda nel
prossimo numero) affronteremo l’analisi del comportamento dei condensatori ceramici ed elettrolitici. In particolare, presenteremo circuiti equivalenti
a costanti concentrate capaci di descrivere il loro comportamento a RF, e
discuteremo l’origine fisica di ciascun elemento del modello equivalente.
Particolare enfasi sarà posta sulla tipologia di montaggio dei componenti:
superficiale (SMD, Surface Mount Device) oppure a foro passante (TH,
Through–Hole).
T_M
INTRODUZIONE
Le attuali frontiere dell’elettronica sono
rappresentate da dispositivi di dimensioni sempre più ridotte, a fronte
di un’altrettanto crescente necessità
di elevate prestazioni: infatti, le frequenze di clock utilizzate sono sempre più elevate e le transizioni tra
livelli logici differenti sempre più
rapide. In quest’ottica la conoscenza
del comportamento RF dei componenti circuitali rappresenta un requisito necessario sia per prevedere
eventuali anomalie e mettere in atto
gli opportuni rimedi, sia per interpretare comportamenti non intenzionali
tipici della CEM (origine del modo
comune, di emissioni non intenzionali, ecc.).
Perché il comportamento reale dei
componenti circuitali si discosta a RF
da quello ideale? Per rispondere a
questa domanda occorre innanzi
tutto focalizzare l’attenzione su cosa
rappresentano, in termini fisici, un
condensatore, un induttore oppure
un resistore. Il condensatore C rende
conto di un campo elettrico associato a una distribuzione di carica q
prodotta dall’applicazione di una
differenza di potenziale v tra due
conduttori affacciati. L’induttore L
rende invece conto del flusso del
campo magnetico f associato a una
corrente i che scorre in un cammino
elettrico chiuso. Il resistore R, infine,
* Dip. Elettronica e Telecomunicazioni,
Università di Firenze
** Ricerca e Sviluppo, Esaote S.p.A.,
Firenze
*** Istituto Tecnico Industriale Statale
“Silvano Fedi”, Pistoia
[email protected]
N.
4/10 ƒ 289
N. 04ƒ
; 2010
▲
ELETTROMAGNETICA
rende conto della dissipazione di
energia a seguito del passaggio di
una corrente i in un conduttore. Con
questi concetti in mente siamo adesso in grado di affrontare l’analisi del
comportamento reale dei componenti.
IL COMPORTAMENTO RF
DEL CONDENSATORE
La Capacità
Un condensatore C è costituito da una
qualsiasi coppia di conduttori (armature) separati da un isolante (dielettrico). Se è applicata una differenza di
potenziale v tra le armature, le cariche libere presenti sulle armature stesse si separano, cioè il generatore sposta una carica, ad esempio positiva,
da un’armatura, che quindi rimane
caricata negativamente, e la deposita
sull’altra, che quindi si carica positivamente. Sull’armatura collegata al
potenziale più alto si dispone una
carica +q mentre su quella collegata
al potenziale più basso si dispone
una carica –q. Le cariche sulle armature generano un campo elettrico
nella regione di spazio compresa fra
le armature stesse. La carica q è proporzionale alla differenza di potenziale applicata e la costante di proporzionalità, la capacità (si misura in
Farad, simbolo F), è una caratteristica
di quel particolare condensatore:
C =
q
v
(1)
Ad esempio, nel caso particolare di
un condensatore circolare (Fig. 1) di
raggio R a facce piane e parallele
poste a distanza d il valore della
capacità C vale:
C = ε 0εr
πR 2
d
(2)
dove ε0=8,854 pF/m è la permittività
dielettrica nel vuoto e εr è la permittività relativa del dielettrico. La (2)
mostra come il valore della capacità
del condensatore risulta dipendente
dalla geometria della struttura e dalla
permittività dell’isolante.
T_M ƒ 290
Figura 1 – Capacitore a disco a facce piane
e parallele
Vale la pena di fare due osservazioni.
In primo luogo la (1) prevede che fra
le armature ci sia induzione completa,
cioè se tanta carica di un segno è presente su un’armatura, altrettanta, di
segno opposto, dev’essere presente
sull’altra. Se parte della carica su
un’armatura non s’induce sull’altra ma
su un terzo conduttore, la descrizione
del comportamento del componente
richiede l’intervento di un terzo terminale corrispondente a questo terzo
conduttore. Cioè il condensatore non
è più un bipolo. In secondo luogo è
interessante osservare che la carica in
eccesso presente sulle armature non
penetra all’interno dei conduttori se
non per lo spessore di alcuni strati atomici. Invece, differentemente dalla
carica, la corrente penetra nei conduttori, ed è per questo motivo che
esiste l’induttanza interna (l’induttanza associata al campo magnetico presente all’interno di un conduttore per
via della corrente che scorre dentro il
conduttore) ma non la capacità interna (la carica sulla superficie delle
armature si distribuisce in modo tale
da annullare il campo elettrico nel
metallo).
Com’è noto, applicando una differenza di potenziale v costante nel tempo
non si ha alcun passaggio di corrente
tra le armature del condensatore proprio per via dell’isolamento fra le due;
al contrario, applicando una differenza di potenziale v(t) variabile nel
N. 04ƒ
;2010
tempo s’instaura tra le armature un
movimento di cariche alle quali corrisponde una corrente elettrica di spostamento data dalla relazione:
i( t ) =
dq
dv ( t )
=C
dt
dt
(3)
Ricordiamo che all’interno del condensatore non c’è flusso di carica
da un’armatura all’altra. La carica
fluisce infatti attraverso i conduttori
che collegano le armature al generatore. Tutto però va come se questo
flusso fosse presente dentro il condensatore e prende nome di corrente di spostamento. La corrente di
spostamento è del tutto equivalente
alla corrente associata al flusso di
cariche all’interno un conduttore
(corrente di conduzione) ai fini del
campo magnetico da essa generato.
In altre parole la corrente di spostamento genera un campo magnetico
secondo le stesse regole che regolano la generazione del campo magnetico da parte della corrente di
conduzione. Riprenderemo più
avanti questo punto.
Passando nel dominio della frequenza la relazione che lega il fasore
della tensione V a quello della corrente I è data da:
I = jωC ⋅ V
(4)
buto allo scostamento dall’ideale del
condensatore. Cerchiamo qui di calcolare l’induttanza interna Li, quella associata cioè al campo magnetico interno,
sempre nel caso semplice del condensatore ad armature circolari di raggio R
rappresentato in Fig. 1. L’induttanza
esterna Le sarà invece valutata quando
parleremo, in un prossimo numero di
Tutto_Misure, del corto–circuito. Abbiamo che l’induttanza parassita è L=Li+Le.
La corrente di spostamento fra le armature è uniforme, e genera un campo
magnetico H(r) che segue un cammino
chiuso circolare secondo la ben nota
legge di Ampere:
H( r ) =
1
I( r )
2πr
(5)
dove con r s’indica la distanza misurata dall’asse del condensatore al
punto dove si vuole calcolare il
campo magnetico H(r) e con I(r) la
porzione della corrente che fluisce
attraverso la superficie abbracciata
dal cerchio di raggio r, cioè
I( r ) =
I
r
πr 2 = I  
2
R
πR
2
(6)
Sostituendo la (6) nella (5) si ottiene:
H( r ) =
r
I
2πR 2
(7)
L’energia magnetica UH immagazzinata nel volume V racchiuso dal concon ω=2πf pulsazione angolare e f densatore risulta:
frequenza. Zc=1/ωC è l’impedenza
1
1
vista ai terminali del condensatore. Zc
U H = µ 0 ∫∫∫ H 2dV = Li I 2 (8)
4
4
ha modulo che decresce al crescere
v
di f e fase –π/2 per qualsiasi valore
di f. Nel seguito vedremo che per un dove µ0=4π.10-7 [Hm-1] è la permitticondensatore reale le caratteristiche a vità magnetica del vuoto. Sostituendo
RF si discosteranno da quelle sopra la (7) nella (8), dopo qualche calcolo,
citate.
l’induttanza L si ottiene a partire dalla
(9) come:
L’induttanza parassita
2
La presenza della corrente I produce
 r 
inevitabilmente un campo magnetico Li = µ 0 ∫∫∫ 
 dV =
2
v  2πR 
H all’interno e all’esterno del con2
2π
d
R
densatore. Per quanto detto nell’in r 
(9)
µ
ϕ
=
d
dz


∫ ∫  2πR 2  rdr =
troduzione, l’elemento circuitale che
0 ∫
0
0
0
rende conto della presenza del
µ
campo magnetico è l’induttanza L = 0 d
8π
che quindi rappresenterà un contri-
■
ELETTROMAGNETICA
La (9) dimostra che il valore dell’induttanza interna del condensatore
risulta dipendente solo dalle dimensioni geometriche dello stesso e risulta
indipendente dal valore della capacità C.
La resistenza parassita
La presenza di inevitabili perdite
all’interno del condensatore è
responsabile di una dissipazione di
energia che corrisponde, in termini
circuitali, a un resistore parassita R.
La resistenza R rende conto della
dissipazione di energia sia per via
delle perdite associate alla struttura
metallica del condensatore (armature, reofori) sia per via delle perdite
per isteresi nel dielettrico. Di fatto,
il contributo della dissipazione di
energia nel metallo è di solito trascurabile (specie se i reofori sono
corti, dipende quindi dal montaggio del componente). Più importante invece è la dissipazione di energia nel dielettrico anche perché
aumenta linearmente al crescere
della frequenza f (diversamente
dalle perdite nel metallo che crescono invece proporzionalmente a
√f). Quest’ultima considerazione
porta ad affermare quindi che
anche il valore della resistenza
parassita R del condensatore aumenterà proporzionalmente a f.
Inoltre, anche la resistenza R risulta
indipendente dal valore della capacità C.
(comuni alle due parti)
1. Yun Chase, “Introduction to Choosing
MLC
Capacitors.
For
Bypass/Decoupling Applications”,
AVX Technical Information.
2. Jeffrey Cain, “The Effects of ESR
and ESL in Digital Decoupling Applications”, AVX Technical Information,
1997.
3. Howard Johnson, “Parasitic Inductance of a Bypass Capacitor”, EDN,
Jul 20, 2000, pg. 32.
T_M ƒ 291
N. 04ƒ
; 2010
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. È 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.
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.
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T_M ƒ 292
I SERIALI
MISURE E FIDATEZZA
▲
MISURE E FIDATEZZA
Iacopo Trotta1, Maurizio Pignotti2, Marcantonio Catelani3
Chiariamoci sul concetto
di Fidatezza
Un primo contributo
LET’S CLARIFY THE CONCEPT OF DEPENDABILITY
Up to today there is confusion about the terms used in the field of “Reliability”. In spite of the science of Reliability is old in the years, this is true in
many contexts, also for industrial applications with high technology levels.
The aim of the paper concerns an overview of the terms correlated with
Dependability, that is a qualitative performance of an item – a component,
a device, an equipment, and so on. Referring to the Standard, Dependability is defined, in fact, as the collective term used to describe the availability performance and its influencing factors: reliability, maintainability and
maintenance support performance. On the basis of this definition, it is evident that dependability gives a general description of the element in nonquantitative terms. To express its performance in quantitative terms and thus
to describe, measure, improve, guarantee and certify such an element, it is
necessary to establish the characteristics of reliability, availability, maintainability and maintenance support performance. Such terms are defined
below.
RIASSUNTO
Il titolo, se vogliamo un po’ provocatorio, che abbiamo deciso di attribuire
a questo primo lavoro nasce dal fatto che vi è tuttora confusione nell’uso di
determinata terminologia in ambito, per così dire, “affidabilistico”. Nonostante la disciplina dell’Affidabilità abbia origini radicate nel tempo, è
ancora oggi invalso un uso improprio del termine – e non solo di questo termine – anche in contesti a elevato sviluppo e livello tecnologico.
Il lavoro intende pertanto fornire, per quanto possibile, una panoramica
sugli aspetti inerenti il concetto di Fidatezza quale caratteristica qualitativa
di una entità (item) – sia essa un componente, un dispositivo, un apparato,
ecc. – ovvero quell’insieme di proprietà che descrivono la Disponibilità
all’uso di tale entità e i fattori che la condizionano: l’Affidabilità, la Manutenibilità e la Logistica della manutenzione. Come si è detto, e senza alcuna pretesa di esaustività, si ritiene importante fare chiarezza su questo concetto usato spesso in maniera impropria in diverse situazioni, compresa
quella industriale, a volte in sede contrattuale, spesso in fase di progettazione. A tale scopo è necessario fare riferimento all’ampia disponibilità di
documenti normativi ai quali si rimanda per ulteriori e necessari approfondimenti.
L’IMPORTANZA DEL CORRETTO
SIGNIFICATO DEI TERMINI
In ambito elettrico il documento CEI 5650 “Terminologia sulla Fidatezza e
sulla Qualità del Servizio” [1] tratta le
definizioni relative alla Fidatezza
(Dependability), nonché concetti e grandezze di interesse ad essa correlate. Se
con il termine elemento o entità con-
sideriamo tutto ciò che può essere definito individualmente (componente, sistema, servizio, apparato ecc.) e può svolgere una o più funzioni adeguatamente
specificate, l’Affidabilità (Reliability),
di tale entità, altro non è che la sua attitudine a svolgere la funzione (o le funzioni) richiesta in condizioni date per
un dato intervallo di tempo. La Disponibilità (Availability) è definita, invece,
T_M
come l’attitudine dell’entità a svolgere
la funzione richiesta in determinate condizioni d’impiego, a un dato istante, o
durante un dato intervallo di tempo,
supponendo che siano assicurati i mezzi esterni eventualmente necessari.
La definizione di Disponibilità quindi,
nel richiedere i mezzi necessari per
mantenere in funzionamento l’entità,
presuppone la presenza di manutenzione e di un relativo supporto logistico,
nonché la possibilità che l’entità possa
essere riparata. Si definisce dunque
Manutenibilità (Maintainability) l’attitudine dell’entità, in assegnate condizioni d’utilizzo, a essere mantenuta o
riportata in uno stato nel quale essa può
svolgere la funzione richiesta, quando
la manutenzione è eseguita in condizioni date, con procedure e mezzi prescritti. Le prestazioni del Supporto
Logistico di Manutenzione (Maintenance Support) sono quelle relative all’attitudine di un’organizzazione della
manutenzione, in date condizioni, a
offrire su richiesta le risorse necessarie
alla manutenzione dell’entità, conformemente a una data politica di manutenzione.
Tutti questi fattori, descritti sopra qualitativamente, corrispondono a prestazioni misurabili e quantificabili dell’entità stessa, intrinseche – l’Affidabilità – o legate al tipo di supporto che
essa può avere – gli altri fattori. Infatti, mediante opportuni modelli matematici, è possibile descrivere Affida-
1
Altran Italia spa
[email protected]
2 Lab. CE.TA.CE. TINNOVA Azienda
Speciale CCIAA di FI e PO
[email protected]
3 Dip. di Elettronica e Telecomunicazioni,
Università di Firenze
[email protected]
N.
4/10 ƒ 293
bilità, Manutenibilità, Disponibilità e
anche il Supporto Logistico di Manutenzione in modo quantitativo, sia con
leggi specifiche (ad es. legge dell’Affidabilità) sia mediante parametri statistici (più o meno empirici) a esse legati; tra questi si ricordano il tempo
medio al guasto (MTTF; Mean Time To
Failure), il tempo medio tra guasti
(MTBF, Mean Time Between Failures),
il tempo medio di ripristino (MTTR,
Mean Time To Restore), la disponibilità operativa o i ritardi medi logistici.
Si comprende quindi che la Disponibilità è, in generale, una combinazione delle prestazioni di Affidabilità,
Manutenibilità e Supporto Logistico.
È fondamentale osservare come le
definizioni citate facciano riferimento
alle condizioni d’impiego, aspetto
spesso trascurato nelle valutazioni
quantitative. A parità di prestazioni
funzionali, le caratteristiche di affidabilità variano infatti al variare delle
condizioni d’impiego del dispositivo
in esame; quest’aspetto è particolarmente evidente quando si effettuano
calcoli di tasso di guasto utilizzando
specifiche banche dati (previsione di
affidabilità). Prestazione strettamente
connessa all’Affidabilità riguarda la
Sicurezza (Safety), definita in [1]
come l’assenza di rischi inaccettabili.
Essa è legata alla valutazione del
rischio inteso come combinazione tra
la probabilità di accadimento di un
evento indesiderato (guasto o malfunzionamento) e la pericolosità delle
conseguenze che ne derivano a persone, al sistema, all’ambiente e alla
proprietà. Per questo motivo, quando
si parla di Fidatezza, ci si riferisce
spesso, e in termini generali, a requisiti o prestazioni RAMS, dall’acronimo inglese delle grandezze d’interesse richiamate.
A seconda del contesto applicativo, le
prestazioni RAMS rappresentano
quindi i requisiti che un’entità dovrebbe avere per essere conforme a determinati documenti normativi e/o Direttive comunitarie (basti pensare, ad
esempio, alla marcatura CE per certe
categorie di prodotto), specifiche tecniche, ecc. Esse sono essenziali per
definire, controllare, mantenere ed
eventualmente migliorare le prestazio-
T_M ƒ 294
N. 04ƒ
; 2010
▲
I SERIALI
MISURE E FIDATEZZA
ni funzionali dell’entità (la velocità di
un’automobile, la memoria di un calcolatore, ecc.) e delle relative evoluzioni temporali. Per tale motivo le prestazioni RAMS rappresentano elementi chiave che, al pari dei requisiti funzionali, devono essere considerati
nella definizione delle specifiche di
prodotto per poi tradurli in informazioni in ingresso al processo di progettazione. Accade sovente, nella
pratica industriale, che valutazioni di
affidabilità, e più in generale RAMS,
siano effettuate “a posteriori” e in
maniera “accessoria”, una volta definita e realizzata l’entità nella sua realtà effettiva.
Per fare un esempio, sono frequenti i
casi in cui un calcolo di MTBF avviene
solo dopo che una scheda elettronica
è stata realizzata, senza porsi il problema che certi componenti della
scheda potrebbero risultare non idonei per determinate applicazioni o in
certe condizioni ambientali (presenza
di sollecitazioni particolari quali
vibrazioni, gradienti termici, agenti
corrosivi, ecc.). Intervenire sulle prestazioni di Affidabilità, e quindi
RAMS, quando un dispositivo è già
stato realizzato (o addirittura commercializzato e in esercizio) comporta oneri economici elevati e, sicuramente, perdita d’immagine in termini
di qualità. A ciò si possono aggiungere le responsabilità da prodotto
difettoso e le conseguenze, anche di
natura giuridica, di non rispetto dei
requisiti di Fidatezza stabiliti in sede
contrattuale.
Occorre comunque chiarire che, a
seconda del settore merceologico
(elettronico, meccanico, ecc.), della
tipologia di prodotto (elettrodomestico, apparato elettronico, ecc.), della
tecnologia realizzativa predominante
(meccanica, elettronica, strutturale,
ecc.) e del tipo ed ambiente di utilizzo, alcuni aspetti RAMS potranno
essere predominanti su altri.
Estremizzando il concetto, per un
oggetto che, ad esempio, si prevede
rimanga sul mercato per un periodo
di tempo molto limitato poiché a elevato tasso di obsolescenza tecnica,
interesserà molto di più il fatto che
non si guasti nel periodo compreso tra
l’immissione sul mercato e il calo delle
vendite, piuttosto che la facilità di
ripristino in caso di guasto. Viceversa,
un sistema pensato per rimanere in
servizio per anni deve essere, oltre
che affidabile e sicuro, anche facilmente e celermente manutenibile. Per
un sistema elettromedicale avranno
maggior importanza la sicurezza del
paziente e la minimizzazione del
rischio che potrebbe insorgere a fronte di un malfunzionamento, un impiego improprio o uno stato di avaria. Ci
sono poi situazioni in cui (è l’esempio
dei satelliti) la manutenzione è praticamente impossibile, per cui ha poco
senso parlare di Disponibilità, Manutenibilità o Supporto Logistico di Manutenzione. I requisiti RAMS sono
quindi da valutare e trattare come gli
altri requisiti funzionali, in base alla
situazione del mercato e/o alle richieste del committente e, al pari di questi, possono determinare il successo o
meno del prodotto nella sua nicchia di
mercato.
QUALI METODOLOGIE
PER MISURARE
E VALUTARE LA FIDATEZZA?
Richiamata la terminologia essenziale
direttamente riconducibile al concetto
di Fidatezza, molti sono gli approcci
teorici e sperimentali, presenti peraltro in letteratura, mediante i quali è
possibile misurare e determinare
quantitativamente le prestazioni
RAMS che caratterizzano una determinata entità. Alcuni di questi saranno oggetto di trattazione specifica in
altri articoli che seguiranno sull’argomento “Fidatezza”. Preme qui fare
cenno solo ad alcune ormai consolidate metodologie d’analisi comunemente diffuse in determinati contesti
applicativi.
In particolare, nell’ambito della Sicurezza e della Manutenzione è essenziale l’analisi dei modi e degli effetti
dei guasti (Failure Mode and Effect
Analysis, FMEA) che, se estesa allo
studio delle criticità del guasto, prende il nome di FMECA (Failure Mode,
Effects and Criticality Analysis). A questa si aggiunge l’analisi dell’albero
N. 04ƒ
;2010
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sulla fidatezza e sulla qualità del servizio, Prima Edizione, Milano, 1997.
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3. [3] S.S. Rao, Reliability based
Design, Prentice Hall, 1995.
4. [4] M.Catelani, L.Cristaldi, M.Laz-
■
dei guasti/avarie (Fault Tree Analysis,
FTA). Queste tecniche consentono, in
maniera induttiva la prima e deduttiva
la seconda, di correlare sintomi ed
effetti dei guasti alle cause che li possono aver provocati. Si capisce bene
che questo è, da un lato, essenziale
per definire una procedura di manutenzione e, dall’altro, per dare una
valutazione del rischio di effetti causati da più guasti concorrenti. La
FMEA/FMECA è anche la base su cui
realizzare il progetto di “testabilità”
(testability) del sistema stesso, cioè
dell’individuazione dell’insieme minimo dei punti del sistema (nodi) che
permettano, col numero minore possibile di misure, di individuare tutte le
condizioni di malfunzionamento e/o
di avaria di sistema entro un determinato margine di incertezza.
L’analisi RCM (Reliabilty Centred
Maintenance), cioè manutenzione
basata sull’analisi di Affidabilità, rappresenta, invece, una tecnica che, in
caso di guasti dovuti a usura e degrado valutabili, fa da ponte tra gli studi
di Affidabilità e quelli di Manutenibilità, consentendo di definire piani di
manutenzione programmata e preventiva ottimali. Infine le tecniche previsionali, particolarmente usate in ambito elettrico ed elettronico consentono,
facendo ricorso a particolari banche
dati, il calcolo del tasso di guasto di
un componente e, sotto certe ipotesi,
l’MTBF di un apparato. In Tab. 1 si
riportano tecniche di analisi utili per
valutazioni di Fidatezza, unitamente
ad alcuni documenti normativi di riferimento editi dal CEI o della serie MIL
statunitense.
I SERIALI
MISURE E FIDATEZZA
Tabella 1 – Esempi di tecniche di analisi per la Fidatezza
Fidatezza (CEI 56-50, 56-9 e altre)
Affidabilità
Manutenibilità
Disponibilità
Supporto Logistico
Altri temi
Previsioni di
affidabilità in
ambito elettronico
(MIL-HDBK-338b,
MIL-HDBK-217-F2)
Manutenibilità
degli apparati
(CEI 56-23,
56-24, 56-25)
Modelli di
disponibilità
(MIL-HDBK338b)
Supporto logistico FMEA/FMECA
Integrato
(CEI 56-1)
(CEI 56-54)
Prove di affidabilità
(CEI 56-2 e altre)
Diagnosi di
guasto e
testabilità
Analisi di
Markov
(CEI 56-38)
Modelli di
affidabilità
dei sistemi
(CEI 56-8)
RCM
(CEI 56-43)
FTA
(CEI 56-31)
Incremento delle
prestazioni
di affidabilità
(CEI 56-30,
MIL-HDBK-338b)
zaroni, L. Peretto, P. Rinaldi “L’affidabilità nella moderna progettazione:
un elemento competitivo che collega
sicurezza e certificazione”, Quaderno del GMEE n.1, Associazione Italiana Gruppo Misure elettriche ed
elettroniche, A&T Affidabilità e Tecnologia, Torino, Aprile 2008;
5. [5] A. Birolini, Quality and reliability of technical systems: theory, practice, management, Springer, Heidelberg, Germany, 1997.
Marcantonio Catelani si è laureato in Ingegneria elettronica presso
l’Università degli Studi
di Firenze. È attualmente
docente di Affidabilità e
controllo qualità presso la Facoltà di
Ingegneria di Firenze ed afferisce al
Dipartimento di elettronica e telecomunicazioni. L’attività di ricerca riguarda
misure e metodi per l’affidabilità in
ambito elettronico, tecniche di diagnosi di guasto, attività sperimentali e
prove di affidabilità di componenti e
sistemi, sistemi automatici di misura
per la gestione delle attrezzature di
prova.
Iacopo Trotta si è laureato in Ingegneria Elettronica ed ha conseguito il
Dottorato di Ricerca in
Ingegneria Industriale e
dell’Affidabilità nel 2007
presso l’Università degli Studi di Firenze.
Ha collaborato al Progetto CALS Italia per
la normazione e standardizzazione delle
discipline RAMS e dell’Ingegneria Logistica e di Sistema per il Ministero della Difesa. Ha lavorato come sperimentatore
presso il Laboratorio Prove CE. TA. CE. di
Tinnova, azienda speciale delle CCIAA
di Firenze e Prato. Da Febbraio 2010
lavora in Altran Italia e, nel ruolo di consulente, si occupa di analisi RAMS e sicurezza funzionale nel settore ferroviario.
Marco Pignotti è laureato in Ingegneria elettronica presso l’Università
degli Studi di Firenze. È
dal 1999 responsabile del
Laboratorio CE.TA.CE. organismo Notificato n. 2047 per la Direttiva Bassa Tensione 2006/95/CE e per
la Direttiva Compatibilità Elettromagnetica 2004/108/CE. Nell’ambito delle attività del laboratorio ha svolto numerosi
progetti relativi alla stesura della valutazione dei rischi e all’analisi affidabilistiche (quali FMEA e FMECA) alla base della verifica della sicurezza dei prodotti elettrici ed elettronici.
T_M ƒ 295
7a EDIZIONE
13/14/15 APRILE 2011 - TORINO
Costi d’iscrizione (includono gli Atti del Congresso)
Entro il 30 novembre 2010
Euro 290 + IVA 20% = totale Euro 348
Dopo il 30 novembre 2010
Euro 348 + IVA 20% = totale Euro 418
TEMATICHE D’INTERESSE
PER LE TAVOLE ROTONDE
• Formazione in metrologia
• Nanometrologia
• Metrologia e meteorologia
• Metrologia legale
• Certezza del diritto e incertezza di misura
• Misure per l’ambiente e sicurezza
• Misure e risparmio energetico
INRIM, INMRI-ENEA, ISS, COPA-SIT, ACCREDIA (SINAL, SINCERT), GMEE,
GMMT, ISPRA, CEI, ACISM-ANIMA, AEIT-GTMS, AFI, AICQ, AIPnD, AIS,
ALPI, ANIPLA, FEDERUTILITY, GISI, ISA Italy Section, TERNA, UCISP,
UNICHIM, AFFIDABILITA' E TECNOLOGIA (A&T), TUTTO_MISURE
MANIFESTAZIONI
EVENTI E FORMAZIONE
▲
Gianfranco Molinar Min Beciet (I.N.Ri.M. e Presidente del Comitato
Organizzatore del VII° Congresso “Metrologia e Qualità“ 2011)
Novità, approfondimenti e presenze
eccellenti al VII° Congresso
“Metrologia & Qualità”
A Torino, dal 13 al 15 aprile 2011, la nuova edizione dell’unico evento italiano interamente
dedicato alle Misure, Prove e Controlli Qualità
Sta entrando nel vivo la programmazione
del prossimo Congresso “METROLOGIA &
QUALITÀ” che riunirà a Torino (13, 14 e
15 Aprile 2011, presso il Centro Congressi Lingotto e l’I.N.Ri.M.) i maggiori esperti
nazionali di metrologia, appartenenti a
Enti di Ricerca, Università, Enti di Accreditamento, e decisori e responsabili tecnici
delle Imprese utenti: tutti co-protagonisti di
un evento informativo e formativo chiamato
ogni due anni a fornire risposte esaurienti
e chiare relativamente agli sforzi compiuti
per collegare il mondo della ricerca metrologica e quello delle imprese interessate
alle applicazioni nelle quali le misure,
prove e controlli giocano un ruolo primario, grazie ai processi innovativi che essi
possono generare e produrre.
Il Comitato Organizzatore del Congresso
e il Comitato Scientifico (presieduto dal
Prof. Alessandro Ferrero del Politecnico di
Milano) hanno esaminato e valutato attentamente gli abstract pervenuti (una settantina), dai quali emergeranno le memorie
orali e poster che saranno presentate al
Congresso e arricchiranno le varie sessioni, in particolare quelle parallele previste
per l’ultima giornata del 15 Aprile 2011,
che si terrà presso l’I.N.Ri.M.
Il Congresso è concomitante, nelle prime
due giornate presso il Lingotto, con la
Quinta Edizione 2011 di “Affidabilità e
Tecnologie” e si compenetra con quest’evento, a sua volta molto ricco di presenze industriali e di eventi, che coniuga
tematiche relative all’innovazione e all’affidabilità per essere competitivi, nella consapevolezza che è necessario innovare
per imporsi sul mercato e che la divulgazione delle soluzioni adottate è determinante e di esempio per progredire. “Affidabilità e Tecnologie” è una rassegna
di metodi, strumenti, tecnologie innovative
disponibili per le aziende impegnate nel
miglioramento competitivo, particolarmente orientata alle tematiche di affidabilità,
energia, fabbricazione additiva, materiali
compositi e speciali, meccatronica, nanotecnologie, qualificazione dei fornitori, soluzioni CAD-CAM-CAE, accreditamento e
taratura, testing e misure meccaniche ed
elettriche, visione artificiale. Sono in programma, oltre alla vasta ed esaustiva area
espositiva, decine di Convegni specialistici e Seminari pratici, presentazioni di casi
applicativi e centinaia di dimostrazioni e
prove presso le aree espositive. Un’occasione unica ed esclusiva d’informazione e
formazione per decisori e responsabili tecnici di aziende e laboratori, ricercatori,
universitari.
Sono in corso di definizione tre tavole
rotonde, che si terranno nella giornata del
13 Aprile 2011:
– Metrologia e Meteorologia, che
vedrà la gradita presenza di Luca Mercalli, Presidente della Società Meteorologica Italiana, esperto internazionale di
meteorologia e ben noto responsabile
meteo nella trasmissione di RAI 3 “Che
tempo che fa”;
– Metrologia e Gastronomia, una
costruttiva occasione di confronto con
gli Istituti Metrologici che si occupano di
misure nel settore dell’alimentazione e
nutrizione e l’Università di Scienze
Gastronomiche di Pollenzo (CN);
– Nanometrologia, per riflettere insieme
sulle principali necessità di misura nelle
aree innovative delle nanotecnologie.
La sessione plenaria del 14 Aprile (mattino) avrà come tema di apertura i 150 anni
dell’unità d’Italia (Unità d’Italia – Unità
delle misure): interverranno esperti di
metrologia che spiegheranno come dal
1861 si sviluppò nel nostro paese un processo razionale di omogeneizzazione
delle misure, che permisero all’Italia di
aderire alla Convenzione del Metro, poi
firmata nel 1875.
Alla presenza dei principali dirigenti della
metrologia italiana ci interrogheremo e
valuteremo le direttici e le strategie d’insieme per capire su quali tematiche principali si concentreranno gli sviluppi futuri.
Nella sessione d’apertura si svilupperà la
tematica del nuovo ruolo di ACCREDIA Ente Italiano di Accreditamento e le
prospettive di accreditamento in Italia
all’interno di un unico Ente. Altre relazioni
nella sessione d’apertura analizzeranno
gli sviluppi presenti e futuri della metrologia a livello internazionale, le attese riguardo alla nuova definizione per alcune
unità di misura delle grandezze di base e
le possibili conseguenze penali e civili di
un’incorretta o omessa valutazione dell’incertezza di misura.
Tutti gli autori di memorie scientifiche,
oltre alla presentazione orale, potranno
esporre i loro poster ed essere presenti
per l’eventuale discussione, durante le
prime due giornate del Congresso (13 e
14 Aprile 2011 presso il Padiglione espositivo del Lingotto), al fine di favorire un
dialogo diretto fra le migliaia di rappre-
T_M
sentanti delle imprese presenti alla parte
espositiva e quelli del mondo della ricerca
metrologica e dei servizi tecnologici avanzati.
Per premiare le soluzioni più innovative
presentate da giovani ricercatori è previsto, a cura del Comitato Organizzatore e
Scientifico del Congresso, un premio per i
tre migliori poster presenti alla Conferenza.
Nella giornata del 15 Aprile 2011, presso l’I.N.Ri.M. di Strada delle Cacce 91, si
terranno le varie sessioni parallele del
Congresso per le presentazioni orali. Le
Sessioni saranno dedicate non solo ai temi
tradizionali del settore scientifico della
metrologia e della qualità: si segnalano, in
particolare, due nuove sessioni che riguarderanno le Misure per la sicurezza e
la Formazione in metrologia, entrambe organizzate per la prima volta nell’ambito del Congresso.
A conclusione del Congresso, il 15 Aprile
2011 nel pomeriggio presso l’I.N.Ri.M. vi
sarà un’assemblea aperta a tutti i partecipanti per discutere il tema: “Imprese e
problemi metrologici: una sfida per
l’innovazione” con la partecipazione
di esperti di metrologia di diversa provenienza per analizzare le necessità delle
imprese in termini di ricerca applicata di
forte carattere metrologico, dove è assolutamente necessaria la costituzione di forti
sinergie fra le imprese e il mondo della
ricerca in metrologia.
Invito, in particolare, tutte le imprese che
sono interessate a presentare le loro problematiche di bisogni di ricerca metrologica nell’ambito dell’assemblea finale con i
ricercatori degli enti di ricerca e delle università a prendere contatto con il sottoscritto ([email protected]) o con la
Segreteria Organizzativa del Congresso
([email protected]).
Per maggiori informazioni sul congresso:
www.affidabilita.eu
Non mi resta che invitarvi a una massiccia
partecipazione al VII° Congresso 2011,
che certamente saprà soddisfare le vostre
necessità di conoscere e approfondire tematiche sempre più importanti in ottica di
competitività sostenibile, offrendovi una
partecipazione attiva a tutte le discussioni
e agli eventi che stiamo preparando.
Venite quindi numerosi alla “tre giorni
della metrologia e della qualità”, il
13, 14 e 15 Aprile 2011 a Torino, Città
delle Misure.
N.
4/10 ƒ 297
MANIFESTAZIONI
EVENTI E FORMAZIONE
■
2011
eventi in breve
2011
15-16 gennaio
Melbourne, Australia
2011 International Conference on Materials, Mechatronics and Automation (ICMMA 2011)
www.ieee-peits.cn/icmma2011
7-9 febbraio
Roma, Italia
XVI Conferenza Nazionale della Associazione
Italiana Sensori e Microsistemi (AISEM)
http://aisem2011.casaccia.enea.it
5-7 marzo
Algarve Portugal
International Conference on Pervasive and Embedded Computing and
Communication Systems (PECCS 2011)
www.peccs.org
6-10 marzo
Los Angeles, Ca, USA
OFCNFOEC 2011
www.ofcnfoec.org
7-8 marzo
Charlotte, NC, USA
2011 ASPE Spring Topical Meeting on Structured and Freeform
Surfaces
www.aspe.net/meetings/2011_Spring/2011_Spring.html
13-18 marzo
Texas A&M University,
College Station, USA
13th Int’l Conference on Modern Trends in Activation Analysis
http://tti.tamu.edu/conferences/mtaa13
14-17 marzo
Doubletree Hotel San Jose
CA USA
International Laser Safety Conference (ILSC)
www.laserinstitute.org/conferences/ilsc/conference
20-23 marzo
Marrakesh, Morocco
29th
http://piers.org/piers2011Marrakesh
27-30 marzo
Orlando, Florida USA.
2nd Int’l Multiconference on Complexity, Informatics
and Cybernetics: IMCIC 2011
www.iiis2011.org/imcic/website/default.asp?vc=26
6-8 aprile
Paris, France
IMEKO 2011 - Metrological traceability in the
globalisation age
www.imeko.org
13-14 aprile
Torino, ITALIA
AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE - 5a Edizione
www.affidabilita.eu
13-15 aprile
Torino, ITALIA
VII Congresso Italiano METROLOGIA & QUALITÀ
www.affidabilita.eu
13-15 aprile
Caary Islands Convention
Center, Las Palmas (Spagna)
International Conference on Renewable Energies and Power Quality
(ICREPQ’11)
www.icrepq.com
13-15 aprile
Firenze, Italia
AIPnD 10th International Conference on
non-destructive investigations and microanalysis for the
diagnostics and conservation of
cultural and environmental heritage
www.aipnd.it/art2011
18-20 aprile
Prague, Czech Rep.
SPIE Microtechnologies: VLSI Circuits and Systems,
Nanotechnology, Smart Sensors and MEMS e altre
www.spie.org
20-21 aprile
Milano, Italia
IAPR Computational Color Imaging Workshop
www.iapr.org
27-29 aprile
Lisboa, Portugal
EUROCON2011 and CONFTELE2011
www.eurocon2011.it.pt/
2-4 maggio
Dana Point (California, USA)
IEEE VLSI Test Symposium (VTS) 2011
www.tttc-vts.org
9-12 maggio
Rochester, USA
SPIE-Optifab
http://spie.org/optifab.xml?WT.mc_id=ROFB11CE
15-18 maggio
Rio de Janeiro Brazil
ISCAS 2011 - The 44th IEEE International Symposium on Circuits and
Systems
www.iscas2011.org
22-26 maggio
Munich, Germany
SPIE Optical Metrology
http://spie.org/optical-metrology.xml?WT.mc_id=REOM11ACE
23-25 maggio
Munich, Germany
2nd EOS Conference on Manufacturing of Optical
Components
www.myeos.org/download/Munich2011/1stcall_
EOSMOC2011.pdf
23-27 maggio
Lago di Como, Italia
11th
http://como2011.euspen.eu
29 mag-2 giu
Orlando, Fl, USA
2011 International Congress on Advances in Measurements, Testing
and Instrumentation (ICAMTI)
http://users.encs.concordia.ca/~icamti11
8-10 giugno
Parma, Italia
Biophotonics 2011
www.photonics4life.eu/P4L/Events/Biophotonics-2011
19-24 giugno
Hamilton, Canada
3rd International Conference on Radioecology and Environmental
Radioactivity (ICRER-2011)
www.icrer.org.
28-29 giugno
Savelletri di Fasano
(BA), Italia
IEEE IWASI 2011
http://iwasi2011.poliba.it
29 giu-1 lug
Vienna, Austria
IEEE Forum on Sustainable Transport Systems (FISTS)
http://ieee-fists.org
30 giu-1 lug
Orvieto, Italia
IEEE-IMEKO International Workshop on ADC Modelling
and Testing
www.iwadc2010.diei.unipg.it
19-22 luglio
Orlando, Fl, USA
15th
World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics: WMSCI 2011
www.2011iiisconferences.org/wmsci
28-31 luglio
Noordwijkerhout, Olanda
8th International Conference on Informatics in Control, Automation and
Robotics - ICINCO 2011
www.icinco.orghttp://www.icinco.org
29-31 luglio
Linkoeping, Sweden
European Conference on Circuits Theory and Design (ECCTD) 2011
http://ecctd2011.org
5-8 settembre
Bologna, Italia
8th IEEE Int’l Symposium on Diagnostics for Electrical
Machines, Power Electronics and Drivers (SDEMPED 2011)
www.sdemped11.ing.unibo.it
13-15 settembre
Bologna, Italia
CIGRE’ Int’l Symp. The electric power system of the future
www.cigre.it
T_M
N.
Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS)
EUSPEN Conference
4/10 ƒ 298
METROLOGIA
LEGALE
▲
A cura dell’Avv. Veronica Scotti ([email protected])
I nuovi soggetti
della metrologia legale
in ottemperanza alla direttiva MID
LEGAL METROLOGY
This section intends to discuss the great changes on Legal
Metrology after the application of the Dlgs 22/2007, the
so-called MID directive. In particular, it provides information, tips and warnings to all “metric users” in need of
organizations that can certify their metric instruments
according to the Directive.
RIASSUNTO
Questa rubrica intende discutere i significativi cambiamenti in tema di Metrologia Legale a seguito dell’entrata in vigore del Dlgs 22/2007, detto Direttiva
MID. In particolare, vuole fornire utili informazioni, consigli e ammonimenti
agli “utenti metrici” che si rivolgono per reperire informazioni su Enti e organizzazioni notificate per la certificazione del loro prodotto/strumento secondo
la Direttiva. Scrivete all’Avv. Scotti o al Direttore, e verrete accontentati!
LE COMPETENZE DELLE CCIAA
In un precedente articolo di Edoardo
Perrotta, pubblicato sul n. 2/2010 della rivista, sono state identificate le attuali principali competenze delle Camere
di Commercio in materia di metrologia
legale. In particolare sono stati individuati i ruoli di carattere operativo
e specifico che detti Enti sono
chiamati a svolgere nell’ambito
della struttura di controllo e verifica
disegnata dal legislatore, senza particolare focalizzazione sui nuovi compiti stabiliti a seguito dell’entrata in
vigore del Dlgs 22/2007 di recepimento della direttiva MID.
L’articolo di cui sopra ha suscitato l’interesse di Domenico Cariati (assiduo lettore e collaboratore della Rivista fin
dalle sue origini) il cui commento costituisce lo spunto per il presente breve
contributo. Il lettore evidenzia la prospettiva evolutiva delle CCIAA che,
nonostante conservino specifiche competenze operative e autorizzative, sono
oggi destinate a svolgere un’attività di controllo e vigilanza all’interno di un panorama normativo
più articolato rispetto a quanto avveniva in precedenza. Infatti il nuovo TU
in materia metrologica (non si dimen-
tichi che questo rappresenta il Dlgs
22/2007!!), considera le CCIAA come
Enti deputati al controllo di altri
organismi che, secondo lo schema
indicato dalla direttiva, dovranno effettivamente valutare e dichiarare la conformità degli strumenti di misura considerati dalla intervenuta normativa.
La precisazione del lettore circa i nuovi
compiti delle CCIAA porta inevitabilmente a domandarsi, sul piano pratico,
come debba oggi comportarsi
l’utente al fine di evitare sanzioni
che, in alcuni casi, non sono limitate a
mere multe di carattere pecuniario ma
possono addirittura prevedere il ritiro del
prodotto con immaginabili conseguenze
commerciali.
Attualmente, quantomeno fino all’entrata in vigore dei regolamenti attuativi del
Dlgs 22/2007, le CCIAA provinciali
giocano il ruolo del protagonista
nella metrologia legale. Nel nuovo
panorama disegnato dal legislatore, si
imporranno tuttavia, entro breve termine
e, fermo restando il periodo transitorio
fissato fino al 2016, nuovi soggetti,
muniti di specifiche competenze e caratterizzati da indipendenza rispetto ai
terzi che saranno chiamati a valutare.
Peraltro le CCIAA acquisiranno una
posizione diversa, seppure sempre con-
T_M
servando la possibilità di controlli specifici, rispetto a quella attuale: esse tenderanno sempre più a fungere da organo di vigilanza sugli organismi
privati accreditati per lo svolgimento
delle verifiche sui dispositivi contemplati
dalla nuova normativa metrologica.
I NUOVI CONTROLLI
Sotto il profilo sostanziale la situazione non appare del tutto ribaltata
per gli utenti metrici in quanto,
anche prima dell’entrata in vigore della
norma di recepimento lo strumento di
misura doveva essere assoggettato,
prima della sua messa in commercio o
messa in servizio, a una verifica di
parte terza, condotta dall’Ufficio metrico
provinciale, affinché potesse poi essere
legittimamente utilizzato. In mancanza
vi era il rischio di una sanzione di carattere amministrativo unitamente, se del
caso, a un’indagine di tipo penale.
La situazione non ha subito cambiamenti radicali, fermo restando il fatto, di non
trascurabile peso, che il campo applicativo della metrologia legale risulta esteso
a seguito dell’entrata in vigore della
disciplina prevista dalla direttiva comunitaria, che ha incluso un numero
molto più ampio di strumenti da
assoggettare alla regolamentazione
cogente. Attualmente, infatti, gli strumenti di misura che rientrano nel campo di
applicazione della MID devono essere,
come accadeva prima dell’entrata in
vigore del Dlgs 22/2007, assoggettati a
controllo che però (e qui sta la parte più
sostanziale del cambiamento) viene
effettuato non più dalle CCIAA
territorialmente competenti, bensì da organismi notificati, ovvero
da soggetti muniti di particolari caratteristiche e riconosciuti mediante un accreditamento di natura ministeriale, reso
pubblico a mezzo del circuito comunitario previsto per gli Enti abilitati a rila-
N.
4/10 ƒ 299
sciare certificazioni ai sensi delle direttive del nuovo approccio.
All’interno di questa struttura il ruolo
assunto dalle CCIAA è quello di
organo di vigilanza sul mercato, tramite controlli sugli organismi
accreditati, nonché su verifiche dirette
sugli strumenti di misura stessi, al fine
di garantire un andamento trasparente
e corretto del settore in esame.
Appare evidente la dismissione di
funzioni di natura pubblicistica,
non più oggi attribuite alle CCIAA ma,
attraverso un riconoscimento formale del
settore privatistico, a organismi estranei
alle CCIAA stesse e da queste controllate. Ciò ovviamente in linea generale, e
salvo particolari eccezioni, come nel
caso della CCIAA di Prato e di Asti, che
hanno però ottenuto lo status di organismi riconosciuti nel circuito MID
e sono notificati alla UE secondo la prescritta procedura d’informazione.
Pertanto l’utente metrico deve ora rivolgersi a Enti specifici, diversi (fatta eccezione per le due CCIAA notificate di cui
sopra) dalle CCIAA, nel caso in cui lo
strumento di misura che intende fabbricare, commercializzare o mettere in
servizio ricada nel campo applicativo
della MID, verificando preventivamente
l’inclusione del soggetto “certificatore”
fra quelli notificati e, in specie, accertando la competenza di detto
organismo per il pertinente allegato alla MID. Tale competenza è
appurata dalla sussistenza del riconoscimento al rilascio del marchio CE e
marcatura metrologica supplementare
per lo specifico strumento di misura.
In ordine ai controlli che la CCIAA è
chiamata a svolgere per la verifica della
corretta attuazione e applicazione della
normativa in esame, si rinvia a quanto
previsto a livello nazionale nel protocollo d’intesa siglato tra MiSe e Unioncamere, che prevede la predisposizione di
piani di controllo da parte della CCIAA
sul territorio nazionale unitamente alla
definizione di obiettivi specifici (numero
di controlli fisici, numero di test in laboratorio, ….).
di fornire un’interpretazione autentica,
ovvero valida in assoluto, della normativa vigente, ipotizzare il caso di un
utente metrico italiano che intenda produrre e commercializzare in Italia uno
strumento di misura compreso nell’elenco di quelli da assoggettare ai controlli
previsti dal Dlgs. 22/2007. La prima
indagine che il soggetto deve effettuare
è se si tratti di strumento che
possa ancora ricadere nell’ambito della normativa transitoria,
ovvero di strumento assoggettato a
omologazione per una durata indefinita, e quindi beneficiare della presunzione di conformità valida fino al
2016. Superato, quindi, questo passaggio e acclarato che lo strumento di
misura non rientra nelle eccezioni previste dalla disciplina transitoria, l’utente
metrico dovrà individuare l’organismo notificato al quale rivolgersi per la verifica, ai fini dell’ottenimento della marcatura CE e della marcatura metrologica supplementare.
La strada da seguire sembra pertanto
chiaramente definita, se tale organismo
esiste in Italia. Nell’ipotesi, tutt’altro che
remota, in cui non vi sia nel panorama nazionale alcun organismo notificato per la verifica di
tale strumento, quale deve essere la
condotta dell’utente metrico? Ai sensi
della normativa nazionale, secondo
quanto stabilito all’Art. 9 del decreto
22/2007, l’unica soluzione percorribile sembrerebbe quella di doversi
rapportare necessariamente alle
CCIAA competenti o allo stesso
MiSe per ottenere la certificazione
dello strumento. Ciò in quanto è previsto l’obbligo di rivolgersi a organismi notificati che siano stati riconosciuti dal Ministero e, pertanto, si stabilisce implicitamente che gli unici
riferimenti validi sono quelli
dello Stato ove sono prodotti gli
strumenti stessi. Infatti, stante il tenore letterale del decreto, che non menziona in maniera espressa e diretta (tranne
che nel titolo del decreto e nello scopo
dell’atto normativo, volto al recepimento
della MID) la direttiva 2004/22/CE, né
alla stessa fa rinvio per colmare evenUN CASO PRATICO
tuali lacune normative nazionali, la possibilità di rivolgersi a organismi notifiS’intende qui, senza alcuna intenzione cati di altri Paesi UE sembrerebbe
T_M ƒ 300
N. 04ƒ
; 2010
■
METROLOGIA
LEGALE
preclusa all’utente metrico che
non trovi, all’interno del proprio Stato,
un Ente riconosciuto competente per la
verifica e la marcatura.
Il decreto, mediante una specificazione
della documentazione tecnica relativa
allo strumento di misura, ripresa pedissequamente dalla direttiva, consente
il ricorso a organismi di altri
Stati membri UE per l’apposizione
della marcatura così recitando testualmente: “I documenti relativi alla accertata valutazione di conformità sono
redatti nella lingua o nelle lingue ufficiali dello Stato membro in cui è stabilito l’organismo notificato che esegue
tale valutazione di conformità, o in una
lingua accettata da tale organismo”.
Inoltre, al riguardo soccorrono gli obiettivi perseguiti dalla direttiva MID
e dalle direttive Nuovo Approccio
in genere: tali strumenti normativi sono
stati adottati dalla UE, fin dal 1985, al
fine di evitare ostacoli alla libera circolazione delle merci all’interno della Comunità con l’intento di creare un quadro
armonizzato e omogeneo caratterizzato
dalla presenza di norme tecniche comuni
e di mutui riconoscimenti di normative
nazionali. Tale argomentazione, unitamente al fatto che si tratta di una direttiva europea, consente, ad avviso della
scrivente, di superare l’eventuale
vuoto normativo nazionale dato
dalla mancanza di decreti attuativi
del Dlgs. 22/2007 e dall’assenza di
organismi notificati per la direttiva
2004/22/CE; in tal modo il fabbricante
che non rinvenga alcun organismo
nazionale notificato dal MiSe per il proprio strumento, potrà fare effettuare le
necessarie verifiche e fare apporre la
marcatura CE e metrologica da qualunque altro Ente, purché notificato da un
Paese membro. L’apposizione della marcatura (avvenuta tramite organismo
nazionale sia estero purché notificato)
non esenta il fabbricante da
eventuali controlli disposti a campione dalle CCIAA nell’esercizio delle
funzioni di vigilanza a queste ultime attribuite dal decreto, con il conseguente (statisticamente poco probabile) assoggettamento a ulteriori verifiche ed eventuali
contestazioni, disposte attraverso l’intervento diretto del MiSe, circa la conformità dello strumento ai requisiti previsti.
METROLOGIA
PER CAPILLARITÀ
▲
Sugli Audit relativi
ad aspetti metrologici
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 Standards. The
section gives answers and tips in a simple language,
yet complete and worth adequate reference to rigorous
metrological criteria.
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.
La rubrica offre risposte e delucidazioni con un linguaggio che può peccare di eccessiva semplicità, ma non di disallineamento dai criteri metrologici ortodossi.
DOMANDA
Nella PMI di cui sono giovane
dipendente mi è stata offerta la possibilità di interessarmi di qualità e
la cosa mi gratifica. Ho già frequentato un corso in cui sono stati
descritti i requisiti della norma UNI
EN ISO 9001:2008 e, in affiancamento, ho già partecipato a un
audit interno (o di parte prima) ese-
guito dal nostro consulente per la
qualità. Tenendo presente che la
mia esperienza di base è tecnica e
riferita prevalentemente ad attività
di collaudo/controllo, mi ha sorpreso che l’auditor (pur dato per esperto) abbia sorvolato su taluni aspetti
inerenti la strumentazione di misura
e la relativa gestione, che avrei
invece ritenuto importanti dal punto
di vista dei rischi che l’azienda si
assume circa le decisioni
di conformità o di non
conformità delle caratteristiche dei pezzi alle specifiche del cliente.
Chiedo: quale dovrebbe
essere il livello di approfondimento di un audit
sugli aspetti metrologici di
un sistema qualità aziendale?
RISPOSTA
te condivisibile e questa sua percezione del rischio gioca pienamente a
favore della sua coscienza professionale. L’orientamento più recente della
qualità è verso la soddisfazione del
cliente e il rispetto delle norme cogenti: eppure la stragrande maggioranza
degli auditor non si addentra più di
tanto nelle problematiche connesse
alla gestione metrologica aziendale,
già per lo più inglobata e oscurata da
programmi informatici più o meno
rispondenti ai requisiti delle norme
applicabili.
Ed è sorprendente come, proprio
laddove la normativa chiede di trasformare i requisiti di misurazione
“espressi dal cliente” in requisiti
metrologici e di confermare le apparecchiature per misurazione (nel
senso del dare l’evidenza che le loro
caratteristiche siano in grado di soddisfarli), l’audit si alleggerisca o
addirittura si fermi. Questa prassi
purtroppo procura un danno non trascurabile alle aziende che, per effetto di una progressiva riduzione dei
costi (fra cui quelli dedicati alla formazione metrologica), per lo più
tendono a correggere e a migliorare
il proprio sistema qualità solo a fronte delle non conformità rilevate in
fase di audit.
Le difficoltà ad attuare o a valutare
un processo di “conferma metrologica” sono imputabili alla insufficiente
conoscenza del ruolo che le varie
caratteristiche metrologiche della
strumentazione hanno nelle decisioni
d’idoneità al suo uso (campi di misura, di sicurezza, di magazzino,
soglie di sensibilità, risoluzione, errore massimo ammesso, isteresi,
derive, incertezze accumulate, ecc.):
La sua perplessità sulla conduzione dell’audit da parte * Consulente di metrologia
del consulente è pienamen- [email protected]
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N.
4/10 ƒ 301
N. 04ƒ
;2010
■
l’attenzione si è storicamente concentrata sul processo di taratura, che
è però solo un sottoassieme di quello
di conferma metrologica. Inoltre i
risultati del processo di taratura vengono, di prassi, confrontati con i limiti dichiarati dal costruttore dell’apparecchiatura, ma ciò non comporta
che l’apparecchiatura risponda automaticamente anche ai requisiti dell’impiego cui è destinata.
È chiaro quindi che la sua perplessità è sacrosanta: l’audit deve arrivare a verificare in dettaglio come le
caratteristiche metrologiche delle
apparecchiature (CMA) abbiano
soddisfatto i requisiti metrologici del
cliente (RMC) e se ne abbia l’evidenza. Tale verifica, come tipicamente avviene per l’attività di audit,
va esercitata a campionamento scegliendo una normale linea di prodotto o una fornitura critica.
METROLOGIA
PER CAPILLARITÀ
CEI EN ISO/IEC 17025:2005 e, per
le decisioni di conformità o non conIndicazioni sulle modalità di condu- formità a specifiche, la UNI EN ISO
zione degli audit sono riportati nella
14253 - 1:2001.
norma UNI EN ISO 19011:2003
“Linee guida per gli audit dei sistemi
di gestione per la qualità e/o di
gestione ambientale”. Per quanto riguarda invece l’oggetto dell’audit, nella fattispecie della
domanda del lettore, vale
la norma UNI EN ISO
10012:2004 “Sistemi di
gestione della misurazione.
Requisiti per i processi e le
apparecchiature di misurazione”, cui rinvia il paragrafo 7.6 della UNI EN ISO
9001:2008 “Tenuta sotto
controllo delle apparecchiature per il monitoraggio e la
misurazione”. Naturalmente
I bozzetti di questa rubrica sono stati
rimangono solidi riferimenti la UNI
realizzati dall’arch. Tullio Tola
RIFERIMENTI A NORME E GUIDE
T_M ƒ 303
SPAZO ASSOCIAZIONI
UNIVERSITARIE MISURISTI
▲
Rubrica a cura di Franco Docchio, Alfredo Cigada, Anna Spalla e Stefano Agosteo
Marcantonio Catelani
GMEE - Il Congresso del Gruppo
Gaeta, 13-15 settembre 2010
THE ITALIAN UNIVERSITY ASSOCIATIONS FOR MEASUREMENT
This section groups all the relevant information from the main University associations in Measurement Science and Technology: GMEE (Electrical and Electronic Measurement), GMMT (Mechanical and Thermal Measurements),
AUTEC (Cartography and Topography), and Nuclear Measurements.
RIASSUNTO
Questa rubrica riassume i contributi e le notizie che provengono dalle maggiori Associazioni Universitarie che si occupano di scienza e tecnologia delle
misure: il GMEE (Associazione Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche), il
GMMT (Gruppo Misure Meccaniche e Termiche), l’AUTEC (Associazione Universitari di Topografia e Cartografia) e il Gruppo di Misure Nucleari.
Si è svolto a Gaeta (LT), dal 13 al 15 settembre, il congresso annuale 2010 dell’Associazione GMEE nella splendida
cornice dell’Hotel Summit. Il convegno è
stato l’occasione per i ricercatori GMEE
di confrontarsi su temi di ricerca e di
politica universitaria e nazionale nell’ambito delle misure e della metrologia.
L’organizzazione del congresso – curata
quest’anno dalla sede del GMEE esistente presso l’Università degli Studi di
Cassino – ha predisposto un programma
incentrato sulle relazioni presentate dai
responsabili di alcune delle 9 linee di
ricerca del GMEE, su presentazioni orali
ad invito, su poster predisposti dalle
Unità del GMEE e su dibattiti animati sia
durante le presentazioni scientifiche, sia
durante la terza giornata del congresso,
tradizionalmente dedicata alla questioni
organizzative e di ricerca dell’Associazione. L’edizione di quest’anno del congresso è stata anche caratterizzata dall’elezione del nuovo Presidente e del
nuovo Segretario dell’Associazione.
A valle dei saluti del Magnifico Rettore
dell’Università degli Studi di Cassino,
Prof. Attaianese, il congresso è continuato con la presentazione del Presidente, Prof. Franco Ferraris, del Politecnico di Torino, che ha comunicato come
siano 148 i temi di ricerca trattati dai
350 ricercatori che lavorano presso 35
sedi di Ricerca.
Il Presidente ha poi notato come siano
in crescita le attività di ricerca congiunte fra più sedi. Ha poi proceduto alla
sintesi delle attività svolte dai ricercatori
del gruppo nelle 9 linee di ricerca.
Il primo tema considerato era quella
dell’area “metrologia”, coordinato da
Andrea Ferrero. In quest’area sono pervenuti 6 lavori presentati dai 18 ricercatori coinvolti, a loro volta distribuiti in
5 Unità di Ricerca. L’attività di ricerca
selezionata per la presentazione orale
ha riguardato l’incertezza in algoritmi
per la visione stereo, sviluppata dall’Unità di Salerno.
Alla linea di ricerca sui Metodi di Misura afferiscono invece le 11 schede pervenute al coordinatore da Claudio
Narduzzi. Ammontano a 46 i ricercatori coinvolti in questa attività e sono
distribuiti in 9 sedi di ricerca. La presentazione orale sul tema è stata effettuata dall’Unità di Napoli “Federico II”
su un nuovo metodo basato su un sistema multisensore per il tracciamento
di bersagli mobili attraverso i muri.
La presentazione del Presidente si è poi
soffermata sugli argomenti relativi alla
linea di ricerca coordinata da Consolatina Liguori e relativa alla Strumentazione
di Misura. Sono 44 i ricercatori coinvolti
nelle attività di questa linea per un totale
di 10 temi di ricerca. L’Unità di Siena è
stata protagonista della presentazione
orale dal titolo “Sistema per la misura del
campo elettrico atmosferico”.
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PREMIO “NICOLA CHIARI”
PER LA MIGLIORE
APPLICAZIONE DI MISURA
E AUTOMAZIONE 2010:
2° POSTO PER Q-TECH
L’articolo “Sistemi optoelettronici
per portali multifunzione ferroviari”
redatto da Q-Tech srl, socio sostenitore del GMEE, ha ottenuto il
secondo premio nell’ambito della
prestigiosa competizione intitolata
a Nicola Chiari e promossa da
National Instruments Italia. La consegna della targa e del premio è
avvenuta a Roma il 24 febbraio
2010 nel corso dell’evento NIDays
2010 – Forum Tecnologico sulla
Progettazione Grafica di Sistemi.
L’articolo, selezionato da una commissione tecnica, è disponibile online
sul sito di National Instruments; è stato
inoltre pubblicato sulla raccolta cartacea distribuita durante NIDays 2010.
La linea sui sensori e sistemi di trasduzione coordinata da Vittorio Ferrari è
risultata quella più popolata da contributi di ricerca: sono ben 94 i ricercatori coinvolti nelle 11 sedi, per un totale
[email protected]
[email protected]
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di 32 contributi scientifici. Molti e di
interesse i temi trattati che hanno motivato la selezione di 3 contributi per la
presentazione orale: l’Unità di Modena
e Reggio Emilia ha presentato un sensore wireless per il monitoraggio remoto di particelle alfa. L’Unità di Brescia
ha presentato un sensore di flusso
microlavorato con interfaccia elettronica, mentre l’Unità di Catania ha illustrato i risultati di ricerca relativi a un
viscosimetro basato su trasduttori ipmc.
La successiva linea di ricerca descritta
dal Presidente è stata quella delle misure e metodi per la qualità e la gestione
dei processi, coordinata da Paolo Carbone. A questa linea sono pervenute 7
proposte di temi di ricerca per un totale
di 24 ricercatori coinvolti in 4 sedi di
ricerca. La presentazione orale è stata
effettuata dall’Unità di Milano sul tema
delle tecniche di diagnosi basate sull’analisi della firma elettrica. L’area di ricerca relativa alle misure per la caratterizzazione di componenti e sistemi,
coordinata da Gregorio Andria, ha
visto la sottomissione di 16 articoli
scientifici per un totale di 58 ricercatori
coinvolti. La presentazione orale, a cura della sede di Bologna, ha riguardato un banco di misura in regime oscillante per l’analisi della conversione non
lineare del rumore in bassa frequenza
in dispositivi elettronici a microonde.
La presentazione del Presidente è poi
proseguita con la descrizione delle
attività di ricerca effettuate nell’ambito
delle tre linee di ricerca applicative:
misure per la società dell’informazione, misure per l’industria e misure per
l’uomo e per l’ambiente. Per quanto riguarda la prima linea di ricerca, coordinata da Leopoldo Angrisani, sono
stati 13 i temi di ricerca trattati con 33
ricercatori coinvolti in 6 sedi. La presentazione orale è stata effettuata dall’Unità di Cosenza sul tema della riduzione del ritardo di sincronizzazione
di strumenti di misura connessi tramite
interfaccia hardware al nodo del sistema di misura distribuito. La seconda linea applicativa coordinata da
Gabriele D’Antona è quella delle misure per l’industria. Alla linea sono
pervenuti 33 contributi per un totale
di 90 ricercatori coinvolti nelle 18 sedi. Le 3 presentazioni orali sono state
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; 2010
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SPAZO ASSOCIAZIONI
effettuate da parte dell’Unità di Ricerca ERSE con una tecnica spettroscopica IR per la determinazione della temperatura dei gas in ingresso alla turbina negli impianti turbogas e da
parte dell’Unità di Brescia sul tema
della valutazione sperimentale di soluzione per la sincronizzazione di sistemi di automazione di sottostazioni
elettriche. Un’ultima presentazione
GMEE - A SCUOLA DI MISURE:
IL SEMINARIO DI ECCELLENZA “ITALO GORINI”
Il Seminario di Eccellenza intitolato a Italo Gorini, professore di Misure Elettroniche del Politecnico di Torino scomparso nel 1993, è giunto quest’anno
all’undicesima edizione. La Scuola di Dottorato è dedicata ai giovani ricercatori operanti nel vasto e trasversale settore delle misure, che comprende
sia le misure elettriche che meccaniche con applicazioni sia nel campo
dello sviluppo scientifico che in quello industriale. Il Seminario di Eccellenza si è svolto a Pistoia, nei locali della sede centrale della Provincia di
Pistoia, dal 30 agosto al 3 settembre, con il patrocinio della Provincia di
Pistoia, insieme all’Università di Firenze. Il Seminario di Eccellenza, che
consiste in una vera e propria Scuola organizzata su cicli triennali, ha ricevuto il fondamentale contributo della Fondazione Caripit, che insieme a
quello di Agilent Technologies, l’azienda multinazionale operante nel settore misure e prove, hanno reso possibile la sua realizzazione.
Quarantanove i partecipanti provenienti da tutta Italia, fra questi quarantatre
dottorandi operanti nel campo della ricerca scientifica e sei ricercatori provenienti dal ramo industriale. Dodici i docenti provenienti dall’Università, dagli
Istituti di Ricerca e dall’Industria, che hanno effettuato le presentazioni ripartite su tre tematiche fondamentali: Metodi di Misura, Strumentazione di Misura
e Misure per l’Uomo e per l’Ambiente. Questi i numeri dell’edizione pistoiese,
organizzata dall’associazione Italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche in collaborazione con il Gruppo Misure Meccaniche e Termiche, con Direttori, per questo ciclo triennale, il Prof. Paolo Carbone (Università di Perugia)
ed il Prof. Marcantonio Catelani (Università di Firenze).
L’edizione 2010 si è arricchita di una peculiarità: per la prima volta infatti sono state affrontate insieme sia tematiche elettriche che meccaniche, in
seguito all’accorpamento richiesto dal MIUR relativamente a questi ambiti
disciplinari.
Il programma tecnico è stato arricchito da una visita presso lo stabilimento
Ansaldo-Breda e da un programma turistico con le visite guidate della Piazza del Duomo, di Pistoia sotterranea e l’ascensione del campanile della
Cattedrale di San Zeno.
Il prossimo anno il seminario si svolgerà a Siena, concludendo così il terzo
anno del quarto ciclo di incontri.
Paolo Carbone, [email protected]
N. 04ƒ
;2010
■
SPAZO ASSOCIAZIONI
sitarie. La giornata di lavoro si è conclusa con la tavola rotonda e la condivisione dei risultati presentati attraverso i
poster da tutte le sedi. La cena sociale si
è rivelata il momento in cui l’aspetto di
socializzazione è prevalso rispetto a
quello professionale e si è svolta nella
magnifica cornice dell’Hotel Villaggio
Aeneas Landing, a Gaeta.
orale in questa linea di ricerca è stata
effettuata dall’Unità di Padova ed era
intitolata “Caratterizzazione sperimentale della robustezza alle interferenza di sistemi RFID UHF”.
L’ultima linea della quale il Presidente
ha effettuato una descrizione di sintesi è stata quella relativa alle misure
per l’uomo e per l’ambiente. Alla
linea, coordinata da Domenico Grimaldi, sono arrivati 18 articoli scientifici da 17 Unità di ricerca. La presentazione orale è stata effettuata da colleghi del Politecnico di Torino sul tema
dei sistemi di misura per la conservazione ed il controllo dei beni culturali.
L’Associazione supporta anche le attività di ricerca in una linea dedicata
alla ricerca per la didattica. Il Presidente ha informato sul fatto che un solo contributo è arrivato a questa linea
di ricerca, coordinata da Carlo Muscas, dall’Unità di Catania.
Il congresso è poi proseguito con un approfondimento delle attività scientifiche
condotte da membri dell’Associazione
nell’ambito di tre delle nove linee presentate: metodi di misura, strumentazione di misura e misure per l’uomo e per
l’ambiente.
Claudio Narduzzi, Consolatina Liguori
e Domenico Grimaldi hanno presentato
i risultati conseguiti dall’Associazione e
hanno illustrato le prospettive future
delle aree da loro coordinate. Il convegno ha avuto come seguito le presentazioni orali delle memorie selezionate.
Questa parte del congresso rappresenta sempre un momento centrale e di
grande interesse per tutti i partecipanti,
che si sono più volte confrontati sui contenuti dei temi presentati dai relatori.
Come è ormai tradizione di questi
incontri, c’è stata la presentazione delle
attività di ricerca condotte dai vincitori
del Premio di dottorato intitolato al Prof.
Carlo Offelli e della borsa di studio per
la permanenza in un Istituto di ricerca
estero. Luca Oberto e Fabrizio Ciancetta sono stati i due rispettivi relatori. Il pomeriggio del 14/9 è stato occupato da
due momenti di grande interesse: una
relazione dei Vigili del Fuoco di Frosinone e Cassino sul tema delle misure
per la sicurezza e le presentazioni delle
attività di sviluppo da parte dei costruttori della strumentazione di misura. Gli
interventi di Agilent Technologies, di
Distek Strumenti e Misure/Fluke, di
LeCroy e di RS Components si sono tutti
distinti per contributi interessanti e innovativi. Lo stato dell’arte.in questo settore
è in continua evoluzione e i ricercatori
che si trovano a dovere considerare anche vincoli di mercato, contribuiscono in
modo significativo a mostrare punti di
vista complementari a quelli normalmente esercitati da chi lavora in sedi univer-
La tavola rotonda
Un momento di importante condivisione è stato quello della tavola rotonda
sul tema dell’accorpamento dei settori
scientifico-disciplinari. Lo scorso anno su
sollecitazione ministeriale il CUN aveva
proposto l’accorpamento dei dei settori
scientifico-discplinari di “Misure elettriche ed elettroniche” e di “Misure meccaniche e termiche”. L’iniziale enfasi si è
raffreddata. A distanza di un anno i due
settori non sono stati accorpati ma la
discussione sul tema ha comunque continuato un proprio percorso.
La tavola rotonda alla quale hanno partecipato Paolo Cappa, Alessandro Ferrero, Michele Gasparetto, Carmine
Landi, Enrico Lorenzini e Carlo Muscas
è stata l’occasione per discutere di un
tema che sostanzialmente è gradito a
entrambi i raggruppamenti. I due settori condividono infatti molti aspetti relativi alla didattica e alla ricerca e – indipendentemente dalle decisioni politiche
nazionali – guardano con interesse alla
possibilità di riunire i due raggruppamenti. Tutti i relatori della tavola rotonda hanno sottolineato questo aspetto
pur nelle relative diversità di opinioni.
L’assemblea dei ricercatori
Come è tradizione, la terza mattina del
congresso è dedicata alle questioni organizzative dell’Associazione. Anche
quest’anno quindi ha avuto luogo il 15
mattina l’Assemblea dei soci. L’ordine
del giorno è sempre molto nutrito con
questioni che richiedono l’opinione e le
decisioni di tutti i soci. Quest’anno in
particolare c’è stato il cambio al vertice
della Presidenza: il mandato di Franco
Ferraris è terminato ed è stato eletto Presidente all’unanimità Giovanni Betta,
dell’Università degli Studi di Cassino.
Contestualmente, per la carica di segretario, è stato eletto Dario Petri dell’Università degli Studi di Trento.
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▲
LO SPAZIO
DEGLI IMP
Patrizia Tavella
I.N.Ri.M. contribuisce
al tempo di Galileo
La metrologia del tempo nel sistema di navigazione satellitare europeo
I.N.Ri.M. CONTRIBUTES TO THE TIME OF THE EUROPEAN
SATELLITE NAVIGATION SYSTEM GALILEO
The European Satellite navigation system Galileo will soon enter in the operational phase with the launch of the first 4 satellites which will allow the validation of the entire system. The heart of any navigation system are the clocks, as
estimating position means measuring the time of flight of satellite signals and therefore good clocks are fundamental ingredients. But this is not enough, the
clocks are to be very precise, synchronized, giving the correct time and any
malfunctioning has to be detected immediately. Who can provide this expertise? The European national metrology institutes have been heavily involved and
I.N.Ri.M. in the last 10 years received about 20 research contracts to develop
and test the Galileo synchronization system, time scale generation, validation of
onboard clocks and for the development of space atomic clock for the next satellite generation. Today the European Space Agency asks I.N.Ri.M. to develop
and operate a new Galileo Time Validation Facility that must be ready next year
when the first satellite will be launched, and I.N.Ri.M. will validate the behavior
of the space- and ground clocks and will contribute to the synchronization of the
Galileo System Time to the international Coordinated Universal Time.
RIASSUNTO
Il sistema di navigazione satellitare europeo Galileo sta per entrare nella
fase operativa. Nel 2011/2012 saranno lanciati i primi 4 satelliti che permetteranno di verificare la funzionalità del sistema. Il cuore di un sistema di
navigazione satellitare è rappresentato dagli orologi: stimare correttamente la propria posizione significa infatti misurare in quanto tempo il segnale
dal satellite arriva al nostro ricevitore a terra e quello che conta, tra le altre
cose, è avere buoni orologi. Ma non basta, gli orologi del sistema devono
essere molto precisi, segnare l’ora giusta, essere sincronizzati tra loro, e si
deve saper identificare immediatamente un loro malfunzionamento.
Dove si possono trovare queste competenze? Gli istituti come l’I.N.Ri.M. di
Torino, che per missione si occupano di metrologia del tempo, sono da anni
coinvolti nello sviluppo dei sistemi di navigazione. Negli ultimi 10 anni
I.N.Ri.M. ha partecipato a 20 progetti dell’Agenzia Spaziale Europea e
della Commissione Europea per la definizione e sperimentazione del sistema di sincronizzazione di Galileo, per la caratterizzazione degli orologi a
bordo dei satelliti, dei ricevitori a terra e per lo sviluppo di nuovi orologi
atomici per la prossima generazione dei satelliti Galileo.
Oggi l’Agenzia Spaziale Europea chiede all’I.N.Ri.M. di progettare e realizzare una nuova struttura, la “Galileo Time Validation Facility” che al
momento del lancio dei satelliti dovrà essere pronta sia per verificare il comportamento degli orologi a bordo dei satelliti (4 per satellite) e installati
nelle stazioni a terra, sia per mantenere l’ora di riferimento di Galileo molto
vicina all’ora esatta internazionale, Coordinated Universal Time.
mente codificati, che provengono dai
satelliti. La Fig. 1 riporta uno schema
semplificato del principio alla base
della navigazione sferica. Ogni satellite
invia un segnale che contiene diverse
informazioni, tra cui la posizione del
satellite e l’ora cui il segnale è partito.
A Terra un ricevitore misura l’ora di arrivo del segnale e dalla differenza tra
l’ora di partenza e di arrivo si risale al
tempo di volo del segnale stesso e quindi alla distanza tra satellite e ricevitore,
moltiplicando per la velocità della luce
che è la velocità a cui viaggiano i
segnali elettromagnetici. Conoscendo
la posizione del satellite e la distanza
da questo, sappiamo che il nostro ricevitore si trova su una sfera con centro il
satellite e raggio pari alla distanza
misurata. Non conosciamo ancora la
nostra posizione, sappiamo solo di essere sulla superficie di una certa sfera.
Captando e misurando però i segnali
provenienti da un secondo, da un terzo
e da un quarto satellite possiamo ripetere lo stesso esercizio e la stima della
posizione sarà data dall’intersezione di
quelle sfere.
Figura 1 – Schema del principio di funzionamento nel
piano di un sistema satellitare di navigazione sferico
satellitare la metrologia del tempo
gioca un ruolo chiave poiché la stima Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica
della posizione è effettuata misurando il (I.N.Ri.M.) Torino
Nei moderni sistemi di navigazione tempo di volo di segnali, opportuna- [email protected]
LA MODERNA
NAVIGAZIONE SATELLITARE
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4/10
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;2010
mento degli orologi per inviare all’utente in tempo reale un’informazione sempre accurata.
La Fig. 2 illustra lo schema di un sistema di navigazione mostrando come
nel segmento di spazio (i satelliti), di
terra (le stazioni di monitoring e controllo), di utenza e per il collegamento
con l’ora esatta internazionale, gli
orologi e la metrologia del tempo siano fondamentali.
Figura 2 – Nel segmento spaziale e terrestre,
così come nella connessione alla comunità
metrologica internazionale, gli orologi, le
scale di tempo e i metodi di sincronizzazione
e confronto sono fondamentali
in un sistema di navigazione
Tutte queste attività sono le stesse di cui
ci si occupa negli istituti primari di
metrologia. Le situazioni possono essere diverse: laboratori e non satelliti,
misure continue e non saltuarie, ma
nella sostanza le attività sono molto
simili. Per questo, da quando in Europa
si è cominciato a pensare a un sistema
satellitare europeo di navigazione, si è
andati alla ricerca di competenze specialistiche negli istituti di metrologia.
DA DIECI ANNI I.N.Ri.M.
È IMPEGNATO IN GALILEO
Negli ultimi dieci anni il gruppo che si
occupa in I.N.Ri.M. di scale di tempo
e algoritmi è coinvolto nella definizione del sistema europeo Galileo, dapprima nella fase di studio e proposta
e poi, man mano, nelle diverse fasi
sperimentali. Nel 2003-2004 si fece
un primo esperimento denominato
Galileo System Test Bed version 1 in
cui, usando i satelliti del sistema americano GPS, si verificò la struttura di
terra del sistema Galileo allestendo un
centro di controllo, di monitoring e di
verifica basato sugli algoritmi e l’ar-
▲
Il gioco sembra facile, in realtà più che
un solo punto d’intersezione si determina una regione in cui le sfere s’intersecano e in cui possiamo stimare la
nostra posizione con un’incertezza che
dipende da diversi fattori tra cui la qualità degli orologi e delle misure di
tempo, del ricevitore, della distorsione
del segnale dovuta all’attraversamento
dell’atmosfera, i cammini multipli. Inoltre, per evitare di dover viaggiare con
un ricevitore connesso a un orologio
atomico, si misura un satellite in più e
si stima nella soluzione globale anche
lo scarto dell’orologio locale. A parte i
vari dettagli tecnici si capisce come sia
fondamentale che il sistema di navigazione sappia garantire alcuni aspetti
che sono strettamente legati alla metrologia del tempo:
1. Gli orologi devono essere di ottima qualità perché tanto si sbaglia
a misurare il tempo di volo, tanto
si sbaglia a stimare la posizione.
Infatti poiché la velocità della luce
è un numero molto grande (circa
3×108 m/s), un errore di un microsecondo (10-6 s) sulla misura di
tempo diventa un errore di almeno
300 m sulla valutazione della posizione.
2. Gli orologi del sistema, sia a Terra
sia a bordo, devono essere tutti sincronizzati tra loro per la coerenza
del sistema. Questo richiede che sia
definita una “ora di riferimento” per
tutto il sistema a cui gli orologi sono
sincronizzati. L’ora di riferimento del
sistema è poi mantenuta in stretto
accordo con l’ora di riferimento
internazionale che è chiamata
Coordinated Universal Time (UTC)
ed è calcolata e distribuita dal
Bureau Internazionale des Poids et
Mesures di Sèvres (Parigi).
3. Una volta a bordo gli orologi devono essere continuamente misurati e
controllati sia per conoscere lo scarto rispetto all’ora di riferimento, sia
per verificare il loro corretto comportamento. Inoltre non sempre i
satelliti sono visibili e misurabili da
terra, e il passaggio sopra la stazione che invia nuove correzioni al
satellite può avvenire solo alcune
volte al giorno, quindi è anche
necessario saper “predire” l’anda-
LO SPAZIO
DEGLI IMP
chitettura previsti per Galileo. In quel
contesto il laboratorio di tempo dell’I.N.Ri.M. (allora IEN) svolse il ruolo
di Experimental Precise Timing Station
(E-PTS) generando con i propri orologi e sistemi di misura una scala di
tempo sperimentale per il sistema Galileo, e tenendola in stretto accordo
con UTC internazionale. La struttura
del laboratorio usata in tale esperimento è rappresentata in Fig. 3.
Figura 3 – L’Experimental Precise Timing Station
realizzata all’I.N.Ri.M. nella prima fase sperimentale
del progetto Galileo 2003-2004
Dopo un anno di sperimentazione in un
contesto operativo il cui scopo era la
gestione automatica del laboratorio
con la generazione e il controllo della
scala di tempo sperimentale di Galileo,
limitando al minimo l’intervento degli
operatori, ci si è resi conto che per un
sistema di navigazione è più importante la robustezza della massima accuratezza, diversamente da come siamo
abituati nei laboratori di ricerca. Quindi, diversamente da come siamo abituati in I.N.Ri.M., si è cominciato a
lavorare alla ricerca di algoritmi e soluzioni sperimentali che tendano a garantire un funzionamento continuo e integro, resistendo alle inevitabili anomalie
e malfunzionamenti che si verificano in
ogni situazione reale.
Nel 2006, l’Agenzia Spaziale Europea ha intrapreso la seconda fase
sperimentale lanciando due satelliti
sperimentali, GIOVE A e GIOVE B,
con a bordo i primi orologi atomici
sviluppati in Europa per Galileo, e
con a terra una struttura di prova e
validazione dei satelliti, segnali e ricevitori. I.N.Ri.M. è ancora coinvolto sia
ospitando un ricevitore sperimentale
connesso a un maser all’idrogeno,
T_M ƒ 311
che fa da orologio di riferimento per
l’esperimento (Fig. 4), sia elaborando
le misure degli orologi di bordo per
caratterizzarne il comportamento e
stimando le prestazioni di stabilità e
accuratezza che possono garantire.
Figura 4 – Il ricevitore sperimentale di Galileo
collocato nel laboratorio di radionavigazione
dell’I.N.Ri.M. e collegato a un maser all’idrogeno
come orologio di riferimento
T_M ƒ 312
N. 04ƒ
; 2010
▲
LO SPAZIO
DEGLI IMP
Nell’ambito di questa seconda fase
sperimentale denominata GIOVE (Galileo In Orbit Validation Element) Mission, I.N.Ri.M. ha sviluppato diversi
sistemi sia per valutare le misure effettuate dal ricevitore sperimentale, talvolta oscurate da segnali d’interferenza o
influenzate da altri fattori esterni, sia
per caratterizzare gli orologi di bordo,
le cui misure sono condizionate dal
rumore del sistema di misura e spesso
affette da outliers o dati mancanti.
Un esempio delle attività di verifica è
riportato nella Fig. 5 in cui è rappresentato lo scarto misurato tra due orologi a terra, due maser all’idrogeno, mantenuti rispettivamente all’I.N.Ri.M. e a
Washington DC presso il Naval Observatory degli Stati Uniti d’America
(USNO). Tali orologi sono confrontati
nell’ambito dell’attività istituzionale
I.N.Ri.M. con un metodo detto Precise
Point Positioning che si basa sulle misure del sistema GPS elaborate con un
sofisticato algoritmo matematico (curva
rosa in Fig. 5). Analogamente, poiché
tali orologi fanno anche parte della rete
sperimentale Galileo, con le misure dei
ricevitori sperimentali e un altro opportuno algoritmo del sistema Galileo è
possibile stimare lo scarto tra gli stessi
due orologi (curva blu nella Fig. 5).
Come si può vedere per due orologi a
circa 7 000 km di distanza la possibilità di stimarne lo scarto con un accordo
entro poche centinaia di picosecondi è,
per le tecnologie disponibili oggi, sorprendente e di estremo interesse per la
validazione degli algoritmi Galileo.
Un’altra attività in corso consiste nel
saper individuare molto rapidamente
comportamenti anomali negli orologi.
Il sistema Galileo vuole offrire agli
utenti un servizio d’integrità che significa informare l’utente quasi in tempo
reale di possibili malfunzionamenti di
un qualche satellite. A tal fine occorre
che il sistema sappia elaborare le
Figura 5 – Stima dello scarto di fase tra due maser
all’idrogeno collocati rispettivamente all’I.N.Ri.M.
(Torino) e USNO (Washington) mediante una tecnica
di Precise Point Positioning (PPP) basata su misure
GPS (rosa) e una tecnica basata sulle misure dei
ricevitori sperimentali Galileo di Orbit Determination
and Time Synchronization (ODTS) (blu).
Le ascisse sono in DOY (Day Of the Year)[1]
misure e identificare eventuali problemi in tempi molto rapidi, dell’ordine
dei secondi, in modo da poter informare l’utente prima che utilizzi il
segnale affetto da anomalia per un posizionamento critico, come ad esempio l’atterraggio di un aereo. All’I.N.Ri.M. in collaborazione con il Politecnico di Torino sono in corso di sviluppo diversi algoritmi di rilevazione
rapida che sono sperimentati sui segnali Galileo. Uno di questi algoritmi
si chiama Varianza di Allan Dinamica
ed è un’estensione di una grandezza
statistica molto nota nel settore detta
Varianza di Allan (denominata grazie
al suo propositore Dave Allan del
National Institute for Standards and
Technology in USA). Tale grandezza
permette di stimare e identificare il
tipo e il livello di rumore presente sul
segnale di un orologio in base a un
certo parametro t di osservazione che
corrisponde al tempo su cui si stima il
valore medio della frequenza.
Grafici bidimensionali che riportano
la varianza di Allan al variare del
parametro t sono molto utilizzati dai
metrologi e indicano immediatamente
la qualità dell’orologio. L’idea proposta è di stimare la Varianza di Allan
su una finestra di dati che man mano
scorre verso dati più recenti, in modo
da avere una rappresentazione “dinamica” di tale grandezza e da poterne
verificare la stazionarietà. Se l’orologio non presenta anomalie, ha infatti
un comportamento stazionario che
conduce a una varianza di Allan sempre dello stesso tipo e dello stesso
livello. Un’anomalia, cioè una variazione rapida delle caratteristiche dell’orologio, risulta invece in una variazione della varianza di Allan nel
tempo. Un esempio è riportato nella
Fig. 6.
Figura 6 – La Varianza di Allan Dinamica:
una stima del livello di rumore scorrevole nel
tempo che permette di identificare variazioni
del comportamento dell’orologio
Dall’analisi di queste valutazioni è
possibile identificare comportamenti
anomali. È tuttora in corso una fase di
completa caratterizzazione di questi
algoritmi di rivelazione perché quando l’anomalia è piccola, simile alle
fluttuazioni statistiche osservate, diventa difficile discriminarla dai falsi
allarmi e il sistema Galileo non può
permettersi di mettere fuori uso un satellite il cui orologio è dichiarato, erroneamente, in anomalia.
I.N.Ri.M. ha partecipato anche allo
sviluppo di un prototipo di Galileo
Time Service Provider che dovrà essere una struttura esterna al sistema
Galileo, composta da istituti metrologici, allo scopo di fornire al centro di
controllo le correzioni necessarie per
la scala di tempo di Galileo affinché
rimanga strettamente sincronizzata al
tempo internazionale UTC [5].
SCENARI FUTURI
Da qualche mese I.N.Ri.M. è stato
incaricato dall’Agenzia Spaziale Europea di costruire presso i propri laboratori una Time Validation Facility
(TVF) da utilizzare nei prossimi due
anni quando saranno lanciati i primi
4 satelliti del sistema definitivo e sarà
necessario verificare che il comportamento di tutto il sistema, e in particolare degli orologi, sia conforme ai requisiti. All’I.N.Ri.M. si è iniziato a
lavorare (in Fig. 7 il gruppo coinvolto)
da una parte per allestire i sistemi di
controllo e monitoring degli orologi
del sistema, dall’altra per sviluppare
algoritmi e strutture di misura idonee,
anche in collaborazione con altri laboratori europei. La TVF dovrà anche
svolgere temporaneamente la funzione di Time Service Provider stimando
le correzioni per avere l’ora di Galileo sincronizzata al tempo internazionale UTC. Nel 2011/2012 sono previste le attività sperimentali.
Figura 7 – Il laboratorio di tempo e frequenza
dell’I.N.Ri.M. in cui si svolgono anche le attività
legate a Galileo e parte del gruppo dedicato
alla Galileo Time Validation Facility
BIBLIOGRAFIA
1. [1] P. Waller, F. Gonzalez, J. Hahn,
S. Binda, I. Hidalgo, R. Piriz, A. Mozo, G. Tobias, I.Sesia, P. Tavella, G.
Cerretto, “In-Orbit Performance Assesment of GIOVE Clocks,” Proc. of
40th PTTI Meeting, Reston, VA, USA,
2008.
2. [2] L. Galleani, P. Tavella, “Dynamic Allan variance” , UFFC IEEE
Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 56,
no. 3, March 2009, pp. 450-464.
3. [3] R. Píriz, A. Mozo, G. Tobías, V.
Fernandez, P. Tavella, I. Sesia, G.
Cerretto, J. Hahn, “GNSS Interoperability: Offset between reference Time
Scales and Timing Biases,” Metrologia, Vol. 45, No. 6 (2008), pp. 87102.
4. [4] R. Zanello, M. Mascarello, L.
Galleani, P. Tavella, E. Detoma, A.
Bellotti, “The Galileo Precise Timing
Facility,” Proc. of EFTF and IEEE-FCS –
TimeNav07, Geneva, Switzerland,
2007.
5. [5] J. Achkar et al., “Fidelity – Progress report on delivering the prototype Galileo Time Service Provider,”
Proc. 21th EFTF, Geneva, Switzerland, 2007.
Patrizia Tavella, laureata in Fisica e con dottorato di ricerca in Metrologia, è primo ricercatore
presso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica
(I.N.Ri.M.). I principali interessi riguardano gli algoritmi matematici e statistici per le scale di tempo e gli
orologi atomici. Partecipa allo sviluppo
del sistema di navigazione europeo
Galileo. Collabora con il “Bureau International des Poids et Mesures” e presiede i gruppi di lavoro del Comitato Consultivo di Tempo e Frequenza su “International Atomic Time” e “Algorithms”.
T_M ƒ 313
▲
NEWS
MONITORAGGIO
DI PROCESSO E TESTING
DI PRODOTTO:
MASSIME PRESTAZIONI
AL MINIMO PREZZO
Kistler ha recentemente presentato
maXYmo BL (Basic Level) 5867A, un
nuovo monitor XY per il monitoraggio di
processo e il testing di prodotto. Il
nuovo monitor, estremamente compatto,
dispone di diverse funzionalità pratiche,
di un menu di concetto evoluto, di un
luminoso display touch screen da 3,5” e
di numerose interfacce, offrendo un ottimo rapporto qualità/prezzo.
Principali aree di applicazione del tipo
5867A sono il monitoraggio delle operazioni di giunzione e assemblaggio e
le prove di prodotti e materiali. Nei processi di stampaggio/assemblaggio, ad
esempio, controlla la forza in funzione
dello spostamento o del tempo e nelle
lavorazioni di tornitura controlla la coppia in funzione dell’angolo di rotazione
o del tempo.
maXYmo BL monitora e valuta la qualità
di un prodotto o di una fase di produzione sulla base di una curva ed effettua il controllo qualità in base all’anda-
LABCERT È ORGANISMO
NOTIFICATO
PER LA VALUTAZIONE
DI CONFORMITÀ
DEGLI STRUMENTI
PER PESARE
A FUNZIONAMENTO
NON AUTOMATICO
In data 18 Novembre 2010 il Ministero dello Sviluppo Economico ha emanato per la pubblicazione nella Gazzetta
Ufficiale il Decreto che riconosce la
Società LABCERT snc di Giuseppe Blandino & C. come “Organismo Notificato” per la valutazione della conformità
prevista nell’Allegato II della Direttiva
2009/23/CE “Strumenti per pesare a
funzionamento non automatico”.
Il recente riconoscimento ottenuto
(primo laboratorio privato in Italia) attesta ancor più Labcert come punto di riferimento per i produttori di strumenti
metrologico/legali in Italia.
T_M ƒ 314
mento della curva misurata. Il canale Y
può essere collegato a sensori piezoelettrici, piezoresistivi oppure a torsiometri, mentre il canale X può essere collegato a potenziometri lineari o a sensori
angolari.
Utilizzando e posizionando a piacere gli
elementi di valutazione maXYmo analizza i punti rilevanti per il controllo qualità
delle curve di misura, rilevate in base alle
funzioni Y=f(X), Y=f(t), Y=f(X,t) o X=f(t). In
tal modo, maXYmo BL controlla se la
curva misurata, composta fino ad un massimo di 8 000 punti, attraversa gli elementi di valutazione come impostato. In
caso affermativo produce un risultato
“conforme” (OK), in caso contrario “non
conforme” (NOK). Per ciascun programma o curva di misura è possibile impostare al massimo 4 elementi di valutazione di tipo UNI-BOX, CURVA D’INVILUPPO, LINE o NO-PASS.
La versione base di maXYmo BL è ottimizzata per essere montata su un pannello frontale. Una soluzione opzionale
consente il montaggio sul pannello verticale di una macchina o su un desktop
e aggiustamento continuo dell’angolo di
visualizzazione.
Kistler offre con il monitor una vasta
selezione di sensori di forza, coppia,
spostamento e angolo, basati sui princi-
La Labcert di Pordenone fornisce servizi
di taratura, in qualità di Centro SIT n.
147, e servizi di Verifica periodica degli
strumenti per pesare impiegati nelle transazioni commerciali, come laboratorio
LMB PN 01. Con il Decreto 17 aprile
2009 (pubblicato in G.U. n. 107 del
11/05/2009) il Ministero dello Sviluppo
Economico ha riconosciuto e designato la
LABCERT quale “Organismo Notificato”,
ai sensi dell’articolo 9 del Decreto Leg.vo
2 febbraio 2007 n.22, in attuazione
pi di misura piezoelettrici, potenziometrici o estensimetrica.
maXYmo BL offre numerose funzioni per
i compiti di monitoraggio XY: tutti gli
oggetti di valutazione possono essere
modificati tramite ingressi numerici o
trascinandoli sull’interfaccia grafica
utente; ogni oggetto di valutazione può
essere allineato rispetto a punti di riferimento assoluti o dinamici; due uscite in
tempo reale possono essere assegnate
a scelta al canale X o Y e usate per semplici funzioni di controllo; messaggi di
allarme correnti e storici, una memoria
diagnostica per le curve recenti e un
grafico a barre per l’individuazione
delle fonti di NOKs facilitano la tracciabilità in caso di problemi; 16 programmi di misura per altrettante tipologie di
pezzi; ecc.
Per maggiori informazioni:
www.maxymo.com
della Direttiva 2004/22/CE relativa agli
strumenti di misura. Il 25 Maggio 2009,
infine, il laboratorio è stato notificato presso la Commissione Europea in qualità di
Notified Body NB 2166 relativamente
agli strumenti per pesare a funzionamento automatico e agli strumenti di misura
materiali: misure di lunghezza e misure di
capacità.
www.labcert.it
COMMENTI
ALLE NORME
▲
Rubrica a cura di Nicola Dell’Arena
Assicurazione della Qualità
nella 17025
Parte 1a
come “parte della gestione per la qualità mirata a dare fiducia che i requisiti
per la qualità saranno soddisfatti”. Le
nuove definizioni hanno leggermente
annacquato i termini e creano confusioRIASSUNTO
ne nel far capire la sostanziale diffeProsegue con successo l’ampia e interessante serie di commenti di Nicola Delrenza che esiste tra i due termini. Nol’Arena alla norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025. I temi trattati sono: La strutnostante ciò, il controllo della qualità
tura della documentazione (n.4/2000); Controllo dei documenti e delle regiserve a soddisfare i requisiti e riguarda
strazioni (n.1/2001 e n.2/2001); Rapporto tra cliente e laboratorio
la qualità del prodotto/processo pro(n.3/2001 e n.4/2001); Approvvigionamento e subappalto (n.3/2002 e
duttivo, mentre l’assicurazione della
n.1/2003); Metodi di prova e taratura (n.4/2003, n.2/2004 e n.3/2004);
qualità serve a dare fiducia e riguarda
Il Controllo dei dati (n.1/2005); Gestione delle Apparecchiature (n.3/2005,
tutti i processi aziendali.
n.4/2005, n.3/2006, n.3/2006, n.4/2006, n.1/2007 e n.3/2007); Luogo
Dare al titolo il nome di assicurazione
di lavoro e condizioni ambientali (n.3/2007, n.2/2008 e n.,3/2008); il
della qualità, visto il contenuto, mi apCampionamento (n.4/2008 e n.1/2009); Manipolazione degli oggetti
pare esagerato: infatti l’assicurazione
(n.4/2009 e n.2/2010).
della qualità si ottiene applicando tutti
i requisiti della 17025 (e non solo
PREMESSA
le sue parti diano le prestazioni richie- questo).
ste nelle varie condizioni operative per
Tutto il requisito essi previste” mentre il termine quality
riguarda la vali- control è definito come “quelle attività IL CONTROLLO DELLA QUALITÀ
dità delle pro- che permettono di rilevare e misurare le
ve/tarature ef- caratteristiche di una parte di impianto, La prima parte del punto 5.9.1 prescrifettuate e serve di un procedimento o di un servizio, ve che “il laboratorio deve disporre di
per dare fiducia verificandole a fronte di parametri e procedure di tenuta sotto controllo della
al cliente sulla valori preventivamente specificati”.
qualità per monitorare la validità delle
bontà dei risulta- Leggendo queste definizioni si capisce prove e delle tarature effettuate.”
ti ottenuti dal immediatamente la grande differenza La norma obbliga a dotarsi di procelaboratorio. Per che esiste tra assicurazione della quali- dure (al plurale) di controllo della qualifar ciò il labora- tà e controllo della qualità. In sintesi, tà, e di conseguenza ad applicarle. Il
torio deve eserci- l’assicurazione della qualità è l’appli- numero delle procedure dipende dalla
tare un controllo sui processi di prova e cazione di tutta la norma ISO 17025 o tipologia della prova/taratura. Infatti ci
valutare i risultati ottenuti. Il requisito 9001 e quindi interessa tutta la società. sono prove/tarature che non necessitapuò essere suddiviso in due grossi argo- Per contro, il termine controllo della no di procedure, e altre che ne hanno
menti: a) controllo della qualità; b) qualità è una parte significativa della bisogno. I controlli della qualità che un
metodi da utilizzare.
17025 o della 9001, e riguarda un set- laboratorio deve applicare sono indicatore della società (controllo in ingresso, ti nelle rispettive norme, o nelle istruziocontrollo del processo produttivo o di ni delle case costruttrici. In questa situaIL TITOLO
una prova, controllo di un servizio). zione non c’è bisogno di riscrivere la
L’assicurazione della qualità contiene il norma o istruire una procedura, ma
Il titolo del requisito parla di assicura- controllo della qualità ovvero il control- solo di applicare norme e istruzioni e
zione della qualità, mentre il contenuto lo della qualità è una parte dell’assicu- riportarle nell’Elenco della documentariguarda il controllo della qualità. Nelle razione della qualità.
zione utilizzata dal laboratorio. Esempi
prime norme il termine quality assuran- La ISO 9000 del 2000 definisce il con- di procedure di controllo della qualità
ce è definito come “metodologia che, trollo della qualità come “parte della
mediante azioni sistematiche e pianifi- gestione per la qualità mirata a soddicate, è atta a fornire un adeguato sfare i requisiti per la qualità” mentre
grado di confidenza che un impianto e definisce l’assicurazione della qualità [email protected]
COMMENTS ON STANDARDS: UNI CEI EN ISO/IEC 17025
A great success has been attributed to this interesting series of comments by
Nicola Dell’Arena to the Standard UNI CEI EN ISO/IEC 17025.
T_M
N.
4/10 ƒ 315
possono applicare a ciascuna prova/
taratura. La scelta basata sul volume
non deve riguardare la selezione del
metodo, ma deve interessare solamente
la frequenza di applicazione del metodo.
Leggendo insieme tutto il requisito
5.9.1 allorché parla di monitoraggio,
risulta chiaro che i metodi elencati nella
norma sono le procedure di controllo
della qualità richieste nel rigo sopra,
METODI
ma le due cose sono diverse: infatti ci
sono sia i controlli della qualità sia i
Nella seconda parte del punto 5.9.1 la metodi.
norma prescrive che “Il monitoraggio
deve essere pianificato e riesaminato e
può comprendere, non limitandosi ad I MATERIALI DI RIFERIMENTO
essi, quanto segue: a) l’utilizzo regolare di materiali di riferimento certificati La norma con questo requisito prescrie/o la tenuta sotto controllo della quali- ve che il laboratorio deve: a) utilizzatà interna nell’utilizzo di materiali di re materiali di riferimento certificati;
riferimento secondari; b) la partecipa- b) eseguire il controllo della qualità per
zione a programmi di confronti interla- materiali di riferimento secondari.
boratori o prove valutative; c) la ripeti- Molte prove e tarature sono effettuate
zione di prove o tarature utilizzando senza l’ausilio dei materiali di riferimetodi identici o differenti; d) l’effettua- mento, e di conseguenza il metodo non
zione di nuove prove o tarature sugli si applica. Per altre prove/tarature l’utioggetti conservati; e) la correlazione di lizzo dei materiali di riferimento è
risultati fra caratteristiche diverse di un essenziale e determinante (è come un
oggetto”. La nota del punto 5.9.1 parla manometro per la prova di pressione),
di “I metodi selezionati dovrebbero per cui bisognerebbe trattarlo come se
essere appropriati al tipo e al volume fosse un’attrezzatura o un’apparecchiadelle attività svolte”.
tura.
Ci sono altri metodi che si possono uti- È consigliabile leggere questo paragralizzare, e la norma non lo vieta con la fo della norma unitamente al 5.6.3.2,
frase “non limitandosi ad essi”, come dove si prescrive che “ogniqualvolta
ad esempio (i) la correlazione di risul- possibile, i materiali di riferimento
tati fra le stesse caratteristiche di diversi devono essere riferibili alle unità SI, o a
oggetti; (ii) la predisposizione di liste materiali di riferimento certificati”, e
di riscontro e la relativa compilazione ancora “I materiali di riferimento interni
da parte degli operatori addetti; (iii) devono essere controllati nella misura in
l’applicazione di metodi teorici per la cui sia tecnicamente ed economicapredeterminazione dei risultati attesi; mente fattibile”. Ancora una volta un
(iv) l’impiego di “campioni civetta” requisito riportato in due paragrafi
(prove di errore); (v) i controlli interme- diversi della norma e anche in contrasto
di; (vi) la validazione dei risultati finali tra loro. Nel 5.9.1 l’uso è obbligatorio
basata sul giudizio di esperti o su dati mentre nel 5.6.3.2 esiste la frase dubidisponibili in letteratura o presso gli tativa “nella misura in cui sia tecnicaarchivi del laboratorio stesso, (vii) verifi- mente ed economicamente fattibile”.
ca prima della prova/taratura.
Per i materiali di riferimento certificati,
La realtà del laboratorio dice che per la norma si riferisce solo al loro utilizzo:
molte prove/tarature si possono appli- in realtà ad essi deve essere applicata
care solo alcuni metodi e non tutti quel- tutta la 17025: ad esempio taratura,
li elencati. La nota parla di selezionare manutenzione, condizioni ambientali,
i metodi in base “al tipo e al volume stato di conservazione, precauzioni
delle attività svolte”. La scelta basata sul durante l’uso, controlli intermedi, ecc.,
tipo fa capire che solo alcuni metodi si oltre ai controlli della qualità se previsti.
sono (i) prove di funzionamento di parti
importanti delle apparecchiature, di
parti elettriche ed elettroniche; (ii) prove
di funzionamento sugli elementi che elaborano i risultati; (iii) prove sulla purezza dell’acqua; (iv) analisi chimiche di
sostanze liquide utilizzate nelle prove.
Mi fermo qui poiché la casistica è
ampia.
T_M ƒ 316
N. 04ƒ
; 2010
▲
COMMENTI
ALLE NORME
Per i materiali di riferimento secondari,
la norma prescrive i controlli di qualità
ma, secondo me, per essi bisogna
applicare tutta la norma ISO 17025 e,
dove le rispettive norme o istruzioni del
fornitore li prevedono, eseguire i controlli della qualità.
Non farei nessuna distinzione di applicazione della 17025 tra materiali di
riferimento certificati e secondari. Sinceramente non definirei questo metodo
come procedura di controllo della qualità.
CONFRONTO INTERLABORATORIO
Mi è ancora difficile capire la differenza che esiste tra confronto interlaboratorio e prova valutativa esterna. Il confronto tra laboratori era richiesto nella
vecchia 45001. Esso è un elemento
importante per la validità e la bontà dei
risultati ottenuti. A me pare uno strumento importantissimo e lodevole per
l’esistenza di un laboratorio, soprattutto
quanto ci si confronta con tutti i laboratori del mondo. Nonostante ciò non
oserei definirlo procedura di controllo
della qualità.
I confronti e le prove valutative devono
essere organizzati (i) da qualcuno (a
livello nazionale, europeo, mondiale),
(ii) per ogni singola prova/taratura, e
(iii) in accordo alla guida ISO 43 e alla
guida ILAC G13. Queste guide obbligano chi partecipa a confrontarsi con i
laboratori di tutto il mondo e ad applicare azioni correttive qualora i limiti
predefiniti fossero stati superati. A questi cicli di confronto, soprattutto a quelli
mondiali, possono partecipare solo pochi laboratori di ogni Stato, per cui la
frequenza di partecipazione aumenta.
Si può affermare che per un anno il requisito si applica solo a pochi laboratori.
Essi possono essere organizzati dall’organismo di accreditamento, da Ministeri interessati, da organizzazioni culturali nazionali ed internazionali che si occupino di prove e tarature, da un insieme di laboratori che si riuniscono proprio per raggiungere questo scopo. Naturalmente tutti gli organizzatori devono
applicare la ISO 43. Il SIT ha sempre
organizzato questi confronti.
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AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE – 5 edizione
13/14 Aprile 2011 – Torino – Lingotto Fiere
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CALL FOR APPLICATION
Opera in un Centro di Ricerca, in una Società fornitrice di tecnologie/servizi innovativi oppure in un’Azienda
manifatturiera particolarmente innovativa che ha sviluppato soluzioni applicative speciali?
Anche Lei ritiene che l’innovazione di prodotto e di processo rappresenti l’unica strada, immediatamente percorribile, a disposizione delle imprese manifatturiere per vincere la propria battaglia competitiva sui mercati
globali?
Se le Sue risposte sono affermative, Le proponiamo di partecipare attivamente al successo del Progetto “Innovare per Vincere, Divulgare per Progredire”: esperienze innovative sviluppate per le aziende manifatturiere, a livello di processi, metodi, tecnologie. Potrà
presentare una breve testimonianza, relativa a un Caso Applicativo adottato nella Sua Azienda, nell’ambito della prossima 5a edizione della manifestazione espositiva AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE in programma a Torino il 13/14 Aprile 2011.
Le tematiche focus della manifestazione sono: AFFIDABILITA’, ENERGIA, FABBRICAZIONE ADDITIVA, MATERIALI COMPOSITI E SPECIALI, MECCATRONICA, NANOTECNOLOGIE, QUALIFICAZIONE FORNITORI, SIMULAZIONE, CAD-CAM-CAE, TARATURA,
TESTING e MISURE MECCANICHE, TESTING e MISURE ELETTRICHE, VISIONE ARTIFICIALE.
Trasmetta una breve sintesi del Caso Applicativo che potrebbe presentare: via posta elettronica, all’indirizzo
[email protected], indicando nell’oggetto “Casi Applicativi”; oppure contatti telefonicamente la nostra
segreteria, al n° 011/0266700.
Le proposte pervenute verranno valutate dal Comitato Organizzatore, che provvederà ad accettare quelle di reale interesse per i partecipanti, che andranno ad arricchire ulteriormente il Programma formativo e informativo della manifestazione, comprendente 8 Convegni Specialistici e varie Sessioni Parallele Tematiche.
QUALI VANTAGGI per le Aziende Testimonial?
La presentazione di un proprio risultato positivo ottenuto rappresenta un’opportunità di disseminazione presso clienti o fornitori acquisiti e potenziali. Tale attività risulta di particolare valore soprattutto
se svolta in un contesto specialistico e di ottimo livello qual è la
manifestazione “Affidabilità & Tecnologie”. Inoltre, proporre la propria esperienza potrà anche trasformarsi in un’azione di marketing
nei confronti di un pubblico di decisori e tecnici di aziende.
Alle testimonianze accettate verrà offerta la massima
visibilità nella comunicazione e la loro presentazione
all’evento non comporterà alcun costo per i relatori.
▲
NEWS
RICERCA E INNOVAZIONE
NEL MOTOCICLISMO
L’esperienza del team di studenti
2WheelsPoliTO al Motostudent 2010,
che ha coinvolto anche LMS Italiana
e i suoi sistemi di simulazione e prova
Il Politecnico di Torino ha partecipato all’iniziativa spagnola Motostudent che prevede la realizzazione di una moto di cilindrata 125 cc da parte di un team di una
decina di studenti, coadiuvati da alcuni
docenti. La sede di Vercelli, con la sua
natura da Campus universitario, i laboratori di ricerca, un ambiente dinamico, è
risultata il luogo ideale per lo sviluppo dell’iniziativa.
La moto si basa su un kit uguale per tutti i
team, fornito al momento dell’iscrizione,
comprendente motore, forcella anteriore,
ammortizzatore posteriore, freni, ruote e
pneumatici. I team hanno dovuto progettare il telaio, la carenatura, il sistema di scarico, analizzare la dinamica del veicolo,
realizzare i pezzi, l’assemblaggio, la
regolazione. La competizione prevedeva
una valutazione a punti, stabilita in base a
capacità progettuale, originalità del progetto e del design, autonomia del gruppo
di studenti, performance del veicolo realizzato.
L’evento finale della manifestazione si è
svolto sul circuito di Alcaniz, in Spagna, e
ha visto concorrere circa 25 team di università spagnole e un’unica scuderia italiana. Alla prima uscita i ragazzi della
sede di Vercelli del Politecnico di Torino si
sono subito distinti conquistando la Mención al mejor Concepto de Moto destinata
al progetto maggiormente innovativo: la
DSC125, realizzata in collaborazione con
diverse aziende del settore, ha convinto i
collaudatori professionisti, che l’hanno
definita un’autentica “125 da Gran Premio” grazie alle soluzioni d’avanguardia
adottate e, soprattutto, al telaio completamente incollato.
La partecipazione a tale evento ha rappresentato una grande opportunità sia per
l’ambiente universitario sia per le aziende
e il territorio piemontese. Come per altre
simili manifestazioni, l’iniziativa accende
l’entusiasmo degli studenti e attira l’attenzione sulla Facoltà: i suoi aspetti più rilevanti vanno individuati in ambito di aggregazione, reclutamento e motivazione degli
studenti e anche di ricerca e sviluppo in un
campo, come quello motociclistico, di particolare importanza nel nostro Paese, nel
quale tuttavia il Politecnico di Torino non
era attivamente impegnato. Non è da
escludere che l’iniziativa prenda piede in
Italia dando vita a una serie di gare tra
università.
Nelle ultime settimane la DSC125 è stata
T_M ƒ 318
presentata al pubblico in diverse occasioni, fra le quali l’evento Politecnico in
Mostra e la recente Esposizione Internazionale del Ciclo e Motociclo di Milano,
suscitando reazioni positive di esperti e
curiosi.
LMS Italiana è lieta di aver potuto contribuire a questo successo, fornendo al
team 2WheelsPoliTO il software di simulazione e i sistemi per le prove dinamiche.
Con i frontali di acquisizione LMS Scadas
Recorder in combinazione con la piattaforma software LMS Test.Lab è stato possibile
analizzare sperimentalmente il comportamento dinamico dei componenti in laboratorio e in un prossimo futuro verranno eseguite diverse sessioni di prova su strada per la
verifica di alcune prestazioni critiche. Infatti
tale generazione di frontali consente di
acquisire segnali provenienti da vari tipi di
trasduttori senza richiedere ulteriori unità di
condizionamento e, soprattutto, lavorando
anche in modalità recorder senza PC. Molte
delle misure effettuate sono state poi utilizzate per validare i modelli numerici da utilizzare per le simulazioni vibro-acustiche e
di durata a fatica. La piattaforma integrata
NUOVA SERIE
DI ATTUATORI ELETTRICI
LMS Virtual.Lab ha consentito di verificare il
grado di correlazione tra analisi strutturali
sperimentali e numeriche, simulare il comportamento cineto-dinamico della moto,
valutare preventivamente la durata a fatica
di alcune soluzioni progettuali critiche e ottimizzare lo scarico da un punto di vista
vibro-acustico. Inoltre con le librerie 1D di
LMS Imagine.Lab Amesim sono stati messi a
punto i modelli dei controlli e dei circuiti
idraulici e di raffreddamento. Proprio in
questi giorni LMS Italiana sta attivando una
serie di tesi di laurea durante le quali supporterà alcuni studenti nell’utilizzo dei propri
strumenti hardware e software in applicazioni motociclistiche.
Per ulteriori approfondimenti:
www.motostudent.it
www.lmsitaly.com
integrano inoltre, come caratteristica standard, il concetto di ENERGY SAVING
offrendo la funzione di “Auto-Current
Down”, che riduce e ottimizza in modo
assolutamente automatico il consumo energetico dell’intero sistema durante le fasi
operative senza pregiudicarne le prestazioni.
Gli attuatori elettrici impiegati per applicazioni di “pick&place” e operazioni di pallettizzazione e movimentazione possono
essere supportati dalle nuove soluzioni
“elettriche” ideate da SMC.
Compatibile con il sistema di controllo LEC,
la serie LE si compone di una gamma completa di attuatori elettrici presentata in
diverse esecuzioni: slitta (LESH), pinza a 2
e 3 dita di presa (LEHZ, LEHF, LEHS), cilindro a stelo (LEY) e cilindro senza stelo (LEF).
Il controllore LEC è in grado di gestire e
regolare le variabili di forza, velocità e
posizionamento degli attuatori abbinati.
Sono programmabili 64 quote diverse,
ognuna delle quali con profili di movimentazione specifici per ottenere massime prestazioni e precisioni. Per semplificare e
velocizzare la programmazione, i profili
possono essere “auto-appresi” utilizzando
una funzione dedicata. La programmazione può avvenire mediante software dedicato o tastierino palmare utile anche ai fini
di manutenzione.
Ogni serie di prodotto è presentata in una
gamma articolata di soluzioni in termini di
taglia, corsa e forza.
Durante la scorsa edizione della BI-MU
(biennale della macchina utensile, robot e
automazione di Milano), all’interno della
rassegna specialistica dedicata al mondo
dell’assemblaggio e organizzata da AIdA
(Associazione Italiana di Assemblaggio),
SMC Italia ha presentato la sua ampia
gamma di attuatori elettrici e soluzioni nell’ambito della movimentazione lineare,
consapevole della grande importanza che
i prodotti per il controllo del movimento
hanno assunto nel panorama delle tecnologie industriali e dei loro conseguenti benefici applicativi.
Andrea Trifone (Product Project Manager
Electric Actuators & Serial Interface di SMC
Italia) ha illustrato a tutti gli interessati
quanto SMC Corporation integri costantemente la propria gamma di prodotti e soluzioni pneumatiche introducendo a getto
continuo innovative soluzioni a comando
elettrico, come la nuova gamma di attuatori elettrici Serie LE.
Grande interesse per questi attuatori, che www.smc.eu
N. 04ƒ
;2010
Un balzo in avanti per la misura su macchine utensili multiasse con l’introduzione della
nuova versione di Renishaw Productivity+™,
software di tastatura su base PC. Un ampliamento chiave è rappresentato dalla nuova
opzione multiasse, che apre la porta a maggiore creatività ed efficienza nei processi di
lavorazione e, in combinazione con la tecnologia Renishaw Rengage™ 3D e le nuove
sonde radio ultracompatte, offre agli ingegneri di processo e agli operatori macchina
un’ampia scelta di soluzioni flessibili.
Valutazione gratuita
della nuova opzione multiasse
Le macchine utensili multiasse aggiungono
una nuova dimensione alle possibilità di lavorazione e il nuovo software di tastatura
basato su PC Renishaw Productivity+™ permette agli utilizzatori di sfruttare al meglio i
movimenti delle sonde. Dal momento in cui il
pezzo è caricato in macchina il software può
effettuare prove logiche per verificare che il
piazzamento sia corretto e inserire correzioni sui parametri prima di iniziare la lavorazione. Durante la lavorazione, inoltre, esso
può essere utilizzato per affinare le variabili
o per prendere decisioni di processo in base
alle condizioni che si verificano in quel
momento in macchina. In breve, Productivity+™ aiuta ad adattare i processi di lavoro alle variazioni a cui questi sono soggetti.
▲
NUOVA OPZIONE
MULTIASSE PER IL
SOFTWARE DI TASTATURA
PRODUCTIVITY+TM
NEWS
tastatura a bordo macchina, dal controllo di
processo con Productivity+™ suite, alla verifica
in macchina e alla misura in stile macchina di
misura con Renishaw OMV.
Per ulteriori informazioni sulle soluzioni di
tastatura di Renishaw, leader di mercato nei
software e nell’hardware per la misura in
macchina utensile, visitate
Derek Marshall, Responsabile Software per
Macchina Utensile Renishaw, dichiara: “Vogliamo incoraggiare l’uso creativo della tastatura presso tutti gli utilizzatori di nostri prodotti, che invitiamo a provare le nuove funzionalità e a scoprirne gli interessanti benefici”. Nel www.renishaw.it
tempo questa tecnologia si espanderà e i vantaggi da essa offerti al controllo di processo si
estenderanno a una sempre più ampia varietà NUOVO TRASDUTTORE
di configurazioni di macchine.
DI PRESSIONE
Secondo Marshall, “La promozione della
creatività e dell’innovazione nei processi di “LOW COST”
lavorazione è il punto chiave, perciò introdurremo altre nuove funzioni, tra cui un siste- Il nuovissimo trasduttore di pressione
ma di macro personalizzate per inserire pro- modello IP150 dell’americana Honeywell
grammi esistenti o logica complessa nel codi- Sensotec (distribuito da burster Italia srl)
ce Productivity+™ e un’ulteriore espansione combina la tecnologia ASIC (Circuito Intedella capacità di gestire caratteristiche grato per Applicazione Specifica) con il
costruite”. Nonostante queste capacità sem- diaframma di metallo e l’elemento isolato.
pre più potenti, il codice generato da Pro- Questo sensore, compensato digitalmente,
ductivity+™ può comunque girare sul con- offre elevate prestazioni a un prezzo controllo delle macchine utensili, migliorando i tenuto e si presenta, pertanto, come soluprocessi produttivi senza PC esterni o server, zione ideale per la misura di pressione in
eliminando così la necessità di hardware tutte le applicazioni.
aggiuntivo o di comunicazioni complesse, Interamente compensato in temperatura,
necessarie con altri sistemi.
calibrato e amplificato, il trasduttore è disponibile in range da 0…2 psi a
0…10 000 psi. Precisione: ±0,15% del
Tecnologia Rengage™ 3D:
fondo scala a 25 °C e <2% per misure nel
tastatura ad alta accuratezza
I pezzi prodotti su una macchina utensile campo di temperatura compreso da
multiasse richiedono un alto livello di accu- -40 °C….+116 °C.
ratezza per ognuna delle direzioni di misura Vengono proposti connettori di uscita e
e questo è proprio ciò che la tecnologia porte di pressione standard industriali per
Renishaw Rengage™ 3D permette di ottene- consentire affidabilità e flessibilità.
re. Le sonde OMP400 e RMP600, dotate di La serie IP150 ha 4 uscite standard:
un meccanismo di rilevamento ed elettronica 0…5 VDC, 0…10 VDC, 4…20 mA e
dell’ultima generazione, permettono presta- 4…20 mA a sicurezza intrinseca.
zioni sub-micron anche su superfici scultura- Sono disponibili le seguenti certificazioni:
CSA, CE, Ex e FM.
te e anche con stili lunghi.
In particolare la sonda RMP600 è di interes- Le caratteristiche principali sono:
se speciale per gli utilizzatori di macchine – wetted parts in acciaio AISI316 per utimultiasse grazie alla trasmissione radio a lizzo in ampia varietà di applicazioni in
salto di frequenza su spettro diffuso (FHSS), fluidi;
che permette il funzionamento anche quan- – nessun sigillo elastomerico interno, quindo la sonda è completamente priva di visua- di nessun o-ring speciale;
le del ricevitore, caso comune con le mac- – uscita amplificata, che elimina i costi delchine multiasse. Il tastatore RMP600 integra l’amplificatore esterno;
anche una innovativa funzione di auto reset – protezioni contro errori di connessione
che può compensare le forze sullo stilo cau- della tensione e corto circuiti;
sate dal cambio di orientamento, potenziale – tempo di risposta inferiore ai 2 msec, che
causa di errori e falsi contatti. Questa fun- consente misure precise e veloci;
zionalità permette al tastatore di funzionare – grado di protezione IP65 o migliore per
anche su macchine che ruotano il tastatore ambienti ostili.
nello spazio. Primo tastatore a combinare Le sue applicazioni principali sono nelfunzionamento estensimetrico con trasmissio- l’ambito dell’Automazione Industriale
ne radio e reset automatico, RMP600 è il (monitoring nel settore idraulico, pneumatipartner ideale per le lavorazioni multiasse. co e fluido, pressione di cisterne, indicatoL’unione dell’accuratezza multiasse dei tastato- ri di pressione/processo, monitoraggio
ri Rengage™ 3D con la creatività di Producti- perdite, ecc.), Olio e gas (a sicurezza
vity+™ consente agli utilizzatori di accedere intrinseca/aree rischiose), Strumenti e sistecon facilità ai benefici del controllo di proces- mi per settore medicale.
so e di ridurre gli errori di lavorazione.
La gamma Renishaw di software per la misura Per ulteriori informazioni:
e il controllo di processo su macchina utensile www.burster.it
copre l’intero ventaglio delle applicazioni di
T_M ƒ 319
T U T T O _ M I S U R E
Anno XII - n. 4 - Dicembre 2010
ISSN: 2038-6974
Sped. in A.P. - 45% - art. 2 comma 20/b
legge 662/96 - Filiale di Torino
Direttore responsabile: Franco Docchio
Vice Direttore: Alfredo Cigada
Comitato di Redazione: Salvatore Baglio,
Antonio Boscolo, Marcantonio Catelani,
Marco Cati, Pasquale Daponte, Andrea Ferrero,
Luciano Malgaroli, Gianfranco Molinar,
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ABBIAMO
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La Redazione di Tutto_Misure
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THE ARCHAEOLOGY OF MEASUREMENT.
COMPREHENDING HEAVEN,
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Redazioni per:
Storia: Emilio Borchi, Sigfrido Leschiutta,
Riccardo Nicoletti, Mario F. Tschinke
Le pagine delle Associazioni Universitarie di Misuristi:
Stefano Agosteo, Paolo Carbone, Carlo Carobbi,
Alfredo Cigala, Domenico Grimaldi,
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Lo spazio delle altre Associazioni: Franco Docchio,
Giuseppe Nardoni
Le pagine degli IMP: Domenico Andreone,
Gianfranco Molinar, Maria Pimpinella
Lo spazio delle CMM: Alberto Zaffagnini
Comitato Scientifico: ACISM-ANIMA (Roberto
Cattaneo); AICQ (Giorgio Miglio); AEI-GMTS
(Claudio Narduzzi); AIPnD (Giuseppe Nardoni);
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GMEE (Giovanni Betta); GMMT (Paolo Cappa,
Michele Gasparetto); GRUPPO MISURISTI
NUCLEARI (Stefano Agosteo)
INMRI – ENEA (Pierino De Felice, Maria Pimpinella);
INRIM (Elio Bava, Flavio Galliana, Franco Pavese);
ISPRA (Maria Belli); OMECO (Clemente Marelli);
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(Alberto Musa); SIT (Paolo Soardo);
UNIONCAMERE (Enrico De Micheli)
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Stampa: La Grafica Nuova - Torino
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n. 204 del 3/5/1999.
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T_M
N.
di Iain Morley e Colin Renfrew
Cambridge University Press
267 pagine
ISBN 978052111990-0: $ 47,50, 2010
“Fu un passo estremamente significativo quello in cui, nell’antichità, un essere umano,
compiendo un atto di misurazione, formulò il concetto di misura”. Così inizia la prefazione al libro dei due autori. Uno splendido libro che, con il contributo di numerosi
autori esperti in archeologia, traccia le radici della archeologia della misurazione. Da
non perdere.
GLI AUTORI
Iain Morley è Fellow e Tutor in antropologia al Keble College, Oxford. Esperto di
Archeologia Paleolitica, è corditore di numerosi testi quali Becoming human: Innovation and Prehistoric Material and Spiritual Culture.
Colin Renfrew è Professore Emerito di Archeologia all’Università di Cambridge, dove è
Senior Fellow dell’Istituto Mc Donald di ricerca archeologica. Autore di numerosi testi di
archeologia e preistoria, tra cui Archaeology: Theory, Methods and Practice.
STRUMENTI E MISURE
PER L’INGEGNERIA MECCANICA
di Pietro Mario Azzoni
Hoepli Editore
438 pagine
ISBN 88-203-3633-2: € 28,00, 2010
Ho personalmente adottato questo testo per il mio nuovo insegnamento di Strumentazione Elettronica per gli Studenti del Corso di Laurea (1. Livello) in Ingegneria Meccanica all’Università di Brescia, preferendolo al più enciclopedico e “blasonato” testo di
riferimento del Doebelin (chiedo venia al mio vicedirettore che ne ha curato la traduzione). È un testo che prende per mano lo studente e lo guida lungo la strada della
strumentazione di misura nei suoi componenti fondamentali, illustrando poi le principali tipologie di strumenti per le misure meccaniche. Ottimo anche per i laureati che
trovano in esso uno strumento di consultazione semplice ma completo.
GLI AUTORI
Pietro Mario Azzoni è laureato in Ingegneria Nucleare, già libero docente di Ingegneria del Reattore Nucleare ed esperto nelle misure e nel trattamento di segnali. Collabora con le più prestigiose case di motorismo da competizione.
4/10 ƒ 320

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