Tutto_Misure 01/2010

TUTTO_MISURE LA RIVISTA DELLE MISURE E DEL CONTROLLO QUALITÀ - ORGANO UFFICIALE DELL’ASSOCIAZIONE “GMEE” E DI “METROLOGIA & QUALITÀ”

ANNO XII N. 01 ƒ 2 010

EDITORIALE Anno nuovo, nuovo Direttore GRUPPO MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE

AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIA

TRASFERIMENTO TECNOLOGICO Il GMEE si presenta

IL TEMA: MISURE OTTICHE Monitoraggio 3D di treni Misure per il sistema elettrico Sensori dalle Alpi alle Piramidi

Poste Italiane s.p.a. - Sped. in Abb. Post. - D.L. 353/2003 (conv. in L. 27/02/2004 n° 46) art. 1, comma 1, DCB Torino - nr 4 - Anno 12 - Marzo 2010 In caso di mancato recapito, inviare al CMP di Torino R. Romoli per restituzione al mittente, previo pagamento tariffa resi

TUTTO_MISURE - ANNO 12, N. 01 - 2010

ALTRI TEMI

Tomografia X Misuratore DVB-T a basso costo MEMS a recupero energetico Misure di disturbi dinamici

ARGOMENTI Compatibilità elettromagnetica: generatori IMP: Campioni per brachiterapia INTERSEC: Venti edizioni!

La storia delle Misure - Parte I Limiti di tolleranza e incertezza AIPnD e Gruppo del Colore

AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE Torino - 14/15 aprile 2010 AUTOMOTIVE AEROSPACE DEFENCE RAILWAY NAVAL & YACHT

TUTTO_MISURE

ANNO XII N. 01 ƒ 2010

IN QUESTO NUMERO Telemetria laser avanzata per il monitoraggio di treni in transito e per altre applicazioni Advanced laser telemetry for vehicle monitoring and other industrial applications Luca Fumagalli Paolo Tomassini, Giorgio Libretti, Marco Trebeschi, Marco Zanatta, Franco Docchio (Q-Tech srl)

19 Tomografia computerizzata a raggi X: test non distruttivi per analisi 3D di componenti automobilistici X-Ray High Resolution Computed Tomography: non destructive testing for 3D analysis of Automotive Components Jens Lübbehüsen (GE Sensing & Inspection Technologies)

35 Dosimetria di riferimento in brachiterapia Reference dosimetry in brachytherapy Antonio Stefano Guerra, Maria Pimpinella, Maria Pia Toni (INMRI-ENEA)

68 Le misure e la loro evoluzione nel tempo. Parte I – Ruolo della Misura e Origini Measurements and their temporal evolution. Part I – Role of Measurements and Origins Mario Savino (Politecnico di Bari)

Editoriale: Anno nuovo, nuovo Direttore (F. Docchio) Comunicazioni, Ricerca e Sviluppo, dagli Enti e dalle Imprese Ricerca e Sviluppo nelle Misure e nella Strumentazione Notizie da Enti e Associazioni NanoFacility Piemonte: a Torino una struttura per la nanofabbricazione (S. Sartori) Il tema: Misure Ottiche Telemetria laser avanzata: applicazione al monitoraggio di treni in transito (L. Fumagalli, P. Tomassini et al.)

Tecniche elettroottiche per misure nel sistema elettrico (U. Perini, E. Golinelli et al.)

Dalle Alpi alle Piramidi: la tecnologia al servizio del Patrimonio Culturale (S. Corbellini, D. Mombello et al.)

5

7 11 15

19 23 27

Gli altri temi: Misure e prove non distruttive Tomografia computerizzata a raggi X: analisi 3D di componenti automobilistici (J. Lübbehüsen)

35

Gli altri temi: Premio di Dottorato “C. Offelli” 2009 DVB-T: un misuratore di potenza a basso costo (G. Miele)

41

Gli altri temi: Sensori e MEMS Recupero di energia per l’alimentazione di sensori e microsistemi (V. Ferrari)

47

Gli altri temi: Misure meccaniche Misura di disturbi dinamici trasmessi al basamento di un manipolatore (S. Cocuzza, S. Debei et al.)

53

Campi e Compatibilità elettromagnetica Generatore di campo E.M. per l’intervallo di frequenza 300 MHz–3 GHz (C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi)

57

Lo spazio del GMEE e del GMMT Le Unità del GMEE e le loro Aree di Competenza - 2010 Il nuovo Codice Etico e Codice Deontologico del GMEE

61 65

Lo spazio delle Associazioni AIPnD: Il Convegno Annuale sulle Prove Non Distruttive SIOF: Il Convegno Annuale del Gruppo del Colore

66 66

Lo spazio degli Istituti Metrologici Primari (IMP) Dosimetria di riferimento in brachiterapia (A.S. Guerra, M. Pimpinella, M.P. Toni)

68

Lo spazio delle CMM InTeRSeC XX: i venti seminari formativi del CMM Club (A. Zaffagnini)

71

Manifestazioni, eventi e formazione Eventi 2010-2011 Metrologia per capillarità (G. Miglio)

74 75

Storia e curiosità Le misure e la loro evoluzione. Parte I - Ruolo della Misura e Origini (M. Savino)

77

Abbiamo letto per voi

80

News

31-52-56-72-79

76 T_M

N.

1/10 ƒ 3

Franco Docchio

EDITORIALE

▲

Anno nuovo, nuovo Direttore

New year, new Director Eccomi a voi, cari Lettori di Tutto_Misure. Dopo dieci anni dalla fondazione della Rivista (il decimo compleanno è stato recentemente festeggiato con il numero 3/2009, che ha raccolto i principali articoli usciti nel primo decennio) raccolgo, con timore reverenziale, il testimone da Sergio Sartori che ha fondato, promosso e condotto la rivista ai livelli di eccellenza che conosciamo. Per l’occasione ho chiesto a un amico pittore e fumettista bresciano di farmi una caricatura da inserire come “icona degli editoriali”. Eccola qui.

Mi è stato chiesto dalla Proprietà (l’Associazione GMEE) di subentrare a Sergio predisponendo un nuovo Piano Editoriale per la rivista. Ho provato a delineare la mia visione ma, man mano che procedevo, mi accorgevo che l’impianto attuale era già più che accettabile e non richiedeva grandi stravolgimenti. Ma tant’è, un nuovo Direttore deve comunque innovare e ho provato a farlo, innanzitutto proponendo alla Proprietà l’idea di allargare il bacino d’interesse e d’influenza della rivista. Complici alcune “rivoluzioni” in atto in ambito accademico (al quale appartengo) conto di coinvolgere nel progetto della rivista tutte le realtà italiane che hanno le Misure come propria attività, anche marginale. Ho dunque coinvolto il Gruppo Misure Meccaniche e Termiche (GMMT, peraltro fresco di “fusione” con il GMEE a livello istituzionale in un nuovo Gruppo allargato), con la nomina di un esponente dello stesso (il Prof. Alfredo Cigada del Politecnico di Milano) a Vicedirettore della rivista. Ho coinvolto l’Associazione Italiana delle Prove non Distruttive, ho intrapreso contatti con il Gruppo Elettronica, quello del Rilievo, quello del Colore della SIOF. L’intento è di rendere la rivista una “casa comune” di tutti coloro che fanno misure.

Un altro punto d’innovazione (relativo) nella rivista può essere rappresentato dal progetto di un sempre maggior coinvolgimento delle industrie nel palinsesto e nella struttura della stessa. Dico “relativo” poiché quest’obiettivo era già definito e propugnato da Sergio, ma penso che oggi sia tempo di moltiplicare il nostro impegno in tale direzione. Come alcuni di Voi avranno letto in T_M 4/2009, considero le sinergie Università-Impresa come ganglio vitale per i processi d’innovazione industriale.

In Italia si fa ancora poco o nulla per favorire l’osmosi tra queste due componenti chiave dell’economia nazionale. Imprese che considerano le Università come “Torri d’Avorio del sapere” (bicchiere mezzo pieno) o “luoghi di ricerca inutile all’industria” (bicchiere mezzo vuoto).

In un Paese che si contraddistingue per la percentuale altissima di PMI di dimensioni minime e quindi più bisognose di strutture di ricerca esterne, soffriamo paradossalmente di uno dei sistemi Universitari più “ingessati”

e burocratizzati del mondo, che toglie ai ricercatori la freschezza, l’immediatezza nell’operare e l’indipendenza, ma soprattutto li fa vivere nella perenne mancanza di strategie di sviluppo.

Dunque, per uscire da questo “connubio” vizioso, è indispensabile che Università e Imprese insieme progrediscano nella direzione di un maggiore mutuo riconoscimento e una maggiore sinergia operativa. Gli strumenti ci sono, e sono quelli del Trasferimento Tecnologico, della protezione della Proprietà Intellettuale, del licensing, degli Startup tecnologici, in grado di portare sul mercato le idee imprenditoriali gemmate nei nostri Laboratori di Ricerca.

Quindi, come Direttore della rivista, cercherò di valorizzare al massimo i contributi, provenienti da Società Italiane o Estere, che presentano prodotti o ricerche innovativi (meglio se ottenuti in collaborazione con Centri di Ricerca) e quelli in arrivo da Laboratori di Ricerca (con spiccata propensione per attività di ricerca applicata), start-up universitari e società di venture capital. Sfruttando la mia pur limitata esperienza nel campo del Trasferimento Tecnologico mi adopererò per inserire nella rivista contributi personali utili a una miglior comprensione del processo e del fenomeno della creazione di impresa da Università.

Cercherò di raccogliere testimonianze dirette da Centri di Competenza o Poli Tecnologici, laddove ne sia comprovata l’efficacia. Infine mi permetterò di offrire la rivista ai lettori industriali come una “vetrina” di quanto di meglio può venire prodotto nelle Università italiane nel settore delle Misure; ai lettori Universitari cercherò di veicolare tutti gli stimoli che possano provenire dalle imprese per una vera innovazione di prodotto e di processo.

Insieme, Università e imprese devono procedere per far uscire il nostro Paese da quello che tutte le parti politiche e sociali, da destra a sinistra, vedono come il vero “buco nero”, che rischia di rimanere anche ora che la crisi economica sta faticosamente allentando la stretta: la perdita di fiducia e di posti di lavoro per i nostri giovani (“giovani”: la parola più frequente nell’universalmente apprezzato discorso di fine 2009 del nostro Capo dello Stato).

Non vi è uscita dalla crisi se questa avviene deprimendo le aspettative di ingresso nel mondo del lavoro da parte dei nostri figli. Non vi è vera innovazione nella formazione universitaria e secondaria (riforma, riforma della riforma, governance delle Università, concorsi) se questa viene propugnata senza il contributo, o addirittura a discapito, dei nostri studenti.

Nell’augurarvi buona lettura, desidero esternarvi il desiderio che questa sia sempre di più la “vostra” rivista.

Attendo da voi stimoli, sollecitazioni, contributi e, soprattutto, testimonianze (articoli, brevi comunicati, risultati di ricerche, prodotti innovativi, attività di successo nel campo delle misure e della strumentazione). Facciamo crescere la rivista, come patrimonio comune e come strumento per un vero ed efficace progresso tecnologico, sociale e culturale.

Franco Docchio

T_M

N.

1/10 ƒ 5

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

▲

La Redazione di Tutto_Misure (franco.docchio@ing.unibs.it)

Ricerca e Sviluppo nel campo delle Misure e della Strumentazione STRUMENTAZIONE DI MISURA

R&D IN MEASUREMENT AND INSTRUMENTATION This article contains an overview of relevant achievements of Italian R&D groups, in the field of measurement science and instrumentation, at both theoretical and applied levels. Sources of information are the main Measurement-related journals, as well as private communications by the authors.

Industries are the main targets of this information, as it may be possible to find stimuli towards Technology Transfer.

RIASSUNTO L’articolo contiene una panoramica dei principali risultati scientifici dei Gruppi di R&S Italiani nel campo della scienza delle misure e della strumentazione, a livello sia teorico che applicato. Fonte delle informazioni è costituita dalle principali riviste di misure e da comunicazioni private degli autori. Le industrie sono i primi destinatari di queste notizie, poiché i risultati di ricerca riportati possono costituire stimolo per attività di Trasferimento Tecnologico.

RICERCA DI BASE IN METROLOGIA

Ricercatori INRIM e la stima bayesiana della frequenza a densità zero di una fontana di Cesio D. Calonico, F. Levi, L. Lorini, G. Mana1: Bayesian estimate of the zero-density frequency of a Cs fountain, Metrologia 46, 629-636, 2009 Gli standard di frequenza a Fontana di Cesio realizzano il secondo nel sistema SI con un’incertezza relativa di 10-16. I ricercatori analizzano il budget di incertezza, individuando una componente significativa nelle collisioni fredde a causa dello shift in frequenza, e applicano l’analisi bayesiana alla frequenza di clock per stimare lo shift, dimostrando come il teorema di Bayes consenta una conoscenza aprioristica del segno del coefficiente collisionale. L’indagine viene applicata ai dati della Fontana di Cs dell’INRIM e dimostra che l’analisi bayesiana consente una riduzione del 28% rispetto alle analisi tradizionali.

Cabiati e Bich si interrogano sul Sistema Internazionale F. Cabiati, W. Bich2: Thoughts on a changing SI¸ Metrologia 46, 457466, 2009 Gli autori discutono alcuni aspetti di particolare importanza relativi all’evoluzione del sistema internazionale (SI) verso un sistema interamente basato su costanti fondamentali, in vista della prossima Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM). In particolare, affrontano il problema della scelta delle costanti fondamentali da adottare come quantità di riferimento per le unità SI, stabilendo una regola per assicurare che queste siano sufficienti e non ridondanti e che le unità possano essere definite come combinazioni lineari di queste. Gli autori discutono le condizioni generali per un esperimento che realizzi un’unità SI e una procedura che consenta la disponibilità di una sua realizzazione su base globale. Per ultimo, analizzano i processi di disseminazione e mostrano che i raffronti di campioni non sono influenzati dall’incertezza di realizzazione di questi ultimi.

Sistemi di Ranging a basso costo dall’Università di Perugia A. De Angelis, M. Dionigi, A. Moschitta, P. Carbone3: A Low-Cost Ultra Wideband Indoor Ranging System, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 58, 3935-3942, 2009 La misura di distanza (ranging) a basso costo è oggi di estrema utilità in svariati ambiti industriali, civili e domestici. I ricercatori di Perugia hanPaolo Carbone no sviluppato e propongono una tecnologia di misura di distanza e ranging a costi contenuti basata sulla stima del tempo di arrivo (TOA), mediante segnali ultracorti e a banda elevata (UWB). Il sistema realizzato comprende due transceiver UWB identici. La sezione di rivelazione di ognuno è composta da rivelatori a diodo tunnel. La sezione di generazione di impulsi è composta da un transistor bipolare operante in modalità a valanga. La misura indiretta della distanza tra i transceiver è effettuata mediante la misura della frequenza dei treni di impulsi generati. Viene presentata la trattazione teorica del metodo di misura, insieme a una serie di risultati sperimentali molto promettenti per le applicazioni specifiche.

Napoli Federico II: Misure di Potenza vera in sistemi di comunicazione digitali in presenza di interferenza intracanale L. Angrisani, A. Napolitano, M. Vadursi4: True-Power Measurement in Digital Communication Systems Affected by In-Channel Interference, IEEE Transactions on

T_M

N.

1/10 ƒ 7

N. 01ƒ ;2010

▲

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

Instrumentation and Measurement, IM58, 3985-3994, 2009 Gli autori presentano un metodo innovativo, basato sulla ciclostazionarietà, per le misure di Potenza in sistemi di comunicazione digitali in presenza di interferenza intracanale. Il metodo si fonda sulle proprietà peculiari degli algoritmi basati sull’analisi spettrale ciclica.

La misura della potenza vera è effettuata a partire da dati affetti da rumore, mediante la stima dello spettro ciclico del segnale a una frequenza di ciclo che non è sovrapposta a quella del rumore e dell’interferenza. Il metodo, estensivamente testato, si rivela molto promettente anche in presenza di spettri di rumore e di interferenza sovrapposti, sia nel dominio del tempo sia della frequenza con il segnale.

nellia, A. De Marcellisa, A. Flamminib, A. Deparib, N. Jandc6: Single-chip integrated interfacing circuit for wide-range resistive gas sensor arrays, Sensors and Actuators B – 143, 218-225 (2009) Nuovi risultati vengono presentati relativamente a un’interfaccia integrata a singolo chip per sensori di gas resistivi ad ampio intervallo di misura (cinque decadi di resistenza, con errore relativo dell’1% nell’intervallo 470 kΩ–50 GΩ).

La capacità parassita dei sensori è stata valutata dell’ordine di 0,3 pF. Il circuito integrato dimostra ottime prestazioni su un intervallo esteso di temperatura ambientale (20 °C - 80 °C). L’interfaccia è stata applicata sperimentalmente con un sensore MOX a elevata resistenza, monitorandone sia la resistenza sia la capacità parassita durante transitori veloci del sensore. Lo sviluppo di questa SENSORI E RETI DI SENSORI interfaccia (in tecnologia CMOS standard) ha costituito una notevole innovaPompa ferrofluidica con con- zione rispetto alle tecnologie esistenti, trollo analogico dai ricercatori nel quadro di interfacce a basso costo di Catania ed elevate prestazioni per array di senB. Andò, A. Ascia, S. Baglio, A. Beni- sori a elevata resistenza. nato5: The “One drop” ferrofluidic pump with analog control.

Sensors and Actuators A 156, 251- NOTE 256, 2009 1 Istituto Nazionale di Ricerca MetrologiIn biomedicina è sempre più sentita la ca, Torino. E-mail: g.mana@inrim.it necessità di micropompe senza parti 2 Istituto Nazionale di Ricerca Metrologimobili per la realizzazione di meccanica, Torino. E-mail: w.bich@inrim.it smi di pompaggio o regolazioni di flus3 Dipartimento di Ingegneria Elettronica e so non invasivi. I ricercatori hanno messo a punto un nuovo prototipo di pompa Informatica, Università di Perugia. ferro fluidica, senza parti in movimento, E-mail: carbone@diei.unipg.it basata su una massa attiva costituita da 4 Dipartimento di Informatica e Sistemistiuna singola goccia di ferrofluido. Ciò ca, Università degli Studi Federico II, consente l’inserimento semplice in un Napoli. E-mail: angrisan@unina.it contesto preesistente (ad esempio un 5 DIEES–Università di Catania. E-mail: vaso sanguigno) senza disagio per il bruno.ando@diees.unict.it paziente e mediante la semplice iniezio- 6 aDipartimento di Ingegneria Elettrica e ne della goccia di ferrofluido all’interno dell’Informazione, Università dell’Aquila. del vaso, mentre un driver tutto-in-uno è bDipartimento di Ingegneria dell’Informaagganciato ester- zione, Università degli Studi di Brescia. c namente al vaso Dipartimento di Ingegneria chimica e dei Materiali, Università dell’Aquila. E-mail: stesso.

Alessandra Flammini

Brescia e l’Aquila insieme per le reti di sensori G. Ferria, C. Di Carloa, V. Stor-

clide activity measurements in environmental samples of water, soil and grass: CCRI(II)-S4 comparison report. Metrologia 46 2009.

Nel contesto dell’accordo di mutuo riconoscimento del Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure, il Comitato Consultivo per le Radiazioni Ionizzanti, Sezione II – Misure di Radionuclidi, ha proposto agli IMP degli Stati Membri firmatari della Convenzione del Metro di partecipare a un esercizio di raffronto interlaboratorio sulla determinazione di radionuclidi gamma-emettitori nel suolo, erba e acqua. L’esercizio è stato coordinato dal Reference Materials Group presso i Laboratori IAEA (Austria) (Riferimento CCRI(II)-S4).

Hanno partecipato all’esercizio 5 IMP (Rep. Ceca, Bulgaria, NIST, NPL, PTB) con l’aggiunta di due laboratori esperti (Japan Chemical Analysis Centre e IAEA Chemistry Unit, Austria).

Scopo del confronto era quello di supportare le capacità di tarature e misure (CNC) degli IMP per la misura dei radionuclidi in matrici diverse, e di assegnare il valore certificato di riferimento dei 372 materiali certificati di riferimento per l’erba. Il lavoro presentato, scaricabile da web (www. bipm.org/utils/common/pdf/ final_reports/RI/RI%28II% 29-S4/CCRI%28II%29-S4.pdf), contiene la metodologia di preparazione dei campioni, i risultati dei partecipanti e l’approccio al raffronto dei dati, con tre appendici tecniche.

I risultati hanno dimostrato che nel caso di 40K, 54Mn, 60Co, 65Zn, 134Cs, 137Cs e 241Am gli IMP partecipanti sono stati in grado di produrre risultati analitici affidabili e raffrontabili con la massima riferibilità metrologica, entro il ±10% per i campioni di suolo, erba e acqua. Per contro, 109Cd si è dimostrato il nuclide più problematico. Si è concluso che esiste la necessità di migliorare la metodologia di correzione per alessandra.flammini@ing.unibs.it l’effetto matrice nel caso di quest’ultimo nuclide, dove si presenta una complessa interferenza.

REPORT IAEA SULLE MISURE Le incertezze analitiche associate a DI ATTIVITÀ DI RADIONUCLIDE questi risultati sono, in generale, appropriate per gli analiti e le matrici A. Shakhashiro, U. Sansone: Radionu- considerate in questo raffronto.

T_M ƒ 9

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

▲

La Redazione di Tutto_Misure (franco.docchio@ing.unibs.it)

Notizie da Enti e Associazioni dal mondo delle misure, della strumentazione e delle Norme

RIASSUNTO Quest’articolo contiene tutte le notizie recenti degli Enti e delle Associazioni nell’ambito delle misure e della strumentazione. Aiutateci a mantenere aggiornate le notizie inviandole al Direttore.

ACCREDIA (già SINAL, SINCERT) (www.accredia.it)

COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO - CEI) (www.ceiuni.it)

L'Assemblea di ACCREDIA si è riunita il 1° dicembre 2009 in seduta straordinaria, per approvare le modifiche dello Statuto e del Regolamento applicativo dello stesso. In particolare, è stato istituito un nuovo Dipartimento per l'attività di accreditamento nel settore dei Laboratori di prova per la sicurezza degli alimenti.

La struttura operativa di accreditamento dell'Ente è articolata in 4 Dipartimenti: 1. Certificazione e Ispezione 2. Laboratori di prova 3. Laboratori di prova per la sicurezza degli alimenti 4. Laboratori di taratura È stata, inoltre, ratificata l'adesione di due nuovi Soci: l'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) e l'Istituto Superiore di Sanità (ISS), che entrano in ACCREDIA come Soci promotori.

Infine Tommaso Campanile è stato nominato Presidente del Comitato di Indirizzo e Garanzia, già costituito il 12 novembre.

Nuova Norma CEI (12 Ottobre 2009) Il CEI presenta la nuova Norma CEI 62-121 “Dispositivi medici - Applicazione della gestione dei rischi ai dispositivi medici”. La Norma specifica la procedura che permette di identificare i pericoli associati ai dispositivi medici e ai loro accessori, inclusi i dispositivi medico-diagnostici in vitro, e permette di stimare e valutare i rischi, controllarli e monitorare l’efficacia del controllo. La Norma si applica a tutte le fasi del ciclo di vita di un dispositivo medico, mentre non si applica ai giudizi clinici relativi all’uso di un dispositivo medico, né specifica i livelli di rischio accettabili. Questa Norma viene pubblicata dal CEI, in una prima fase, nella sola lingua inglese.

La Norma CEI 62-121 è disponibile presso la sede e tutti i punti vendita CEI e presso CEI Webstore, al prezzo di € 80,50 (prezzo Soci € 64,00).

BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET DES MESURES - BIPM (www.bipm.fr)

Nuova associatura Dal 17 settembre 2009 il Ghana è associate al CGPM. Aumenta l’impact Factor della Rivista Come comunicato da ISI®, l’Impact Factor 2008 per Metrologia è 1,780.

Sicurezza funzionale dei sistemi strumentati per gli impianti di processo industriale: nuova Guida di applicazione alla Norma CEI EN 61511 (12 ottobre 2009) È stata recentemente pubblicata la prima edizione della Guida CEI 65186 per l’applicazione della normativa tecnica relativa alla sicurezza funzionale dei sistemi strumentati per gli impianti di processo industriale.

La Guida si applica essenzialmente alla serie di norme di settore CEI EN 61511, specifica per i sistemi di processo, non-

ché come ausilio alla Norma generale sulla sicurezza funzionale CEI EN 61508, molto articolata e complessa, a cui essa rimanda per numerosi aspetti.

Tra gli impianti che rientrano nel campo di applicazione delle Norme CEI EN 61511, e quindi della Guida CEI 65-186, si citano, ad esempio, gli impianti di: • trasformazione chimico-fisica della materia prima; • produzione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica; • estrazione e trattamento del petrolio e derivati e del gas; • chimica di base e di chimica fine; • produzione farmaceutica, alimentare, di carta e cellulosa, di vetri e cemento; • trattamento di metalli e minerali e di acque reflue.

II CEI, considerata l’importanza e la complessità dell’argomento, ha programmato un corso di formazione specifico, che avrà come docenti gli esperti maggiormente coinvolti nella preparazione della Guida.

Documento divulgativo CEI “Apparecchiature radio e terminali di telecomunicazione” (12 ottobre 2009) La Direttiva Europea 1999/5/CE R&TTE - Radio & Telecommunications Terminal Equipment è stata recepita dall’Italia con il Decreto Legislativo 9 maggio 2001 n. 269 ed è stata meglio precisata, per gli aspetti di sorveglianza e controllo, con il successivo Decreto Ministeriale 30 ottobre 2002 n. 275.

La Direttiva Europea e il Decreto Legislativo italiano a essa collegato costituiscono i riferimenti legislativi completi e ufficiali alle cui disposizioni bisogna attenersi per l’immissione sul mercato e/o la messa in

T_M

N.

1/10 ƒ 11

N. 01ƒ ; 2010

▲

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

servizio delle apparecchiature radio e delle apparecchiature terminali di telecomunicazione.

Il CEI ha ritenuto utile mettere a punto un documento divulgativo, allo scopo di approfondire e commentare la Direttiva e il Decreto Legislativo italiano di attuazione in tutti i loro aspetti legali e tecnici, anche al fine di aiutare a superare alcune difficoltà riscontrate da parte dell’industria e degli utenti nel recepimento dei loro principi ispiratori.

L’obiettivo della pubblicazione è quello di contribuire ad applicare correttamente l’intero quadro normativo del settore, sia attraverso l’interpretazione, alla luce della realtà legislativa italiana, dei documenti esplicativi elaborati dalla Comunità Europea, sia fornendo i riferimenti sulle normative tecniche del settore elaborate dai Comitati Europei di standardizzazione CENELEC (Comité Européen de Normalisation en Electronique) ed ETSI (European Telecommunications Standards Institute) e recepite in Italia dal CEI per la componente CENELEC. Il quadro normativo del settore è stato peraltro completato con la recente Direttiva 2008/63/CE relativa alla concorrenza nel mercato delle telecomunicazioni, che è andata ad aggiornare la precedente Direttiva 88/301/CEE. Il documento divulgativo CEI chiarisce lo scopo della direttiva, le definizioni e il campo di applicazione, la sua applicazione a prodotti complessi e installazioni, la pubblicazione delle interfacce, i requisiti essenziali, la procedura per la valutazione della conformità, la notifica di immissione sul mercato, le istruzioni per l’utente, la sorveglianza del mercato, nonché la clausola di salvaguardia.

“La Direttiva Apparecchiature Radio e Apparecchiature Terminali di Telecomunicazione. Legislazione, Lineeguida e Norme Tecniche” è disponibile presso tutti i punti vendita CEI e WebStore CEI, al prezzo di copertina di € 25,00 (prezzo Soci € 20,00).

richieste di informazioni a mezzo telefono e attraverso il modulo “contact us” e fornisce informazioni sulle attività del CEN e del CENELEC. L’Infodesk fornisce indicazioni su: – dove trovare informazioni specifiche sul sito web CEN; – uso del catalogo on-line CEN delle Norme Europee; – stato delle Norme CEN; – punti vendita delle Norme Europee; – organismi da contattare per problemi che non riguardino le competenze specifiche del CEN. CENELEC (www.cenelec.eu)

Nuovo Presidente del CENELEC La 49a Assemblea Generale del Comitato Europeo per la Normativa Elettrotecnica, tenutasi il 16 Novembre 2009 a Bruxelles, ha eletto per acclamazione David DOSSETT nuovo Presidente del CENELEC, con effetto immediato, fino al 31 Dicembre 2012. Dossett vanta una notevole esperienza in questo ruolo, essendo stato Vice Presidente del CENELEC per 3 anni e Presidente ad interim dal 2 Ottobre 2009 a seguito delle dimissioni del precedente Presidente, Dietmar Harting.

Dossett è presidente esecutivo di BEAMA, l’Associazione delle Industrie Elettroniche, e Direttore della BEAMA Installation, l’Associazione commerciale nel Regno Unito per i fabbricanti di sistemi per impianti elettrici.

Nuovi membri e affiliati La 49a Assemblea Straordinaria del CENELEC ha approvato l’ingresso, come membro effettivo, dell’Istituto Croato di Normativa (HZN) a partire dal 1 Gennaio 2010. Il nuovo ingresso porta CEN – EUROPEAN COMMITTEE a 31 il numero di membri effettivi del FOR STANDARDIZATION Comitato. L’Assemblea generale ha (www.cen.eu) anche approvato l’ingresso di due nuovi affiliati: il Centro Nazionale Libico di CEN-CENELEC Infodesk Standardizzazione e Metrologia L’Infodesk CEN-CENELEC riceve (LNCSM) e il Comitato di Standardizza-

T_M ƒ 12

zione della Repubblica di Bielorussia (BELST). Entrambe le affiliazioni sono effettive dal 1 Gennaio 2010 e portano a 11 il numero di affiliati al CENELEC. EA – EUROPEAN CO-OPERATION FOR ACCREDITATION (www.european-accreditation.org)

Memorandum di Intesa con il WELMEC – Cooperazione Europea nella Metrologia Legale WELMEC è la cooperazione tra gli organismi nazionali di Metrologia Legale e gli stati membri dell’UE e dell’EFTA e delle nazioni che sono state formalmente identificate come candidate per l’adesione all’UE e all’EFTA, il cui obiettivo principale è quello di stabilire un approccio armonico e condiviso alla metrologia legale in Europa. In occasione dell’Assemblea generale EA, svoltasi il 27-28 Maggio 2009 a Lussemburgo, è stato stilato un Memorandum di Intesa con il WELMEC, che prevede l’invito a rappresentanti WELMEC a partecipare alle riunioni dell’Assemblea Generale EA e ai lavori dei Comitati Tecnici, gruppi di lavoro e task forces EA. Entrambe le organizzazioni potranno organizzare iniziative di formazione congiunte, quali conferenze, seminari, simposi o incontri di formazione.

ETSI - EUROPEAN TELECOMMUNICATIONS STANDARD INSTITUTE (www.etsi.org)

L’Istituto Europeo di Standardizzazione per le Telecomunicazioni (ETSI) produce norme per l’Information and Communications Technology (ICT) applicabili a livello globale, che comprendono tecnologie di comunicazioni fisse, mobile, radio, broadcast e internet.

ETSI è ufficialmente riconosciuta dall’UE come Organizzazione Europea di Normativa. L’elevata qualità del suo lavoro e l’approccio aperto alla standardizzazione hanno aiutato l’Istituto nell’acquisizione di una reputazione d’eccellenza tecnica. ETSI è un’organizzazione mondiale non-profit, con 766 aderenti provenienti da 63 Paesi di 4 continenti.

N. 01ƒ ;2010 L’Associazione degli istituti Metrologici Nazionali (EURAMET) è l’Organizzazione Metrologica Regionale (OMR) europea. Coordina l’attività di cooperazione con gli Istituti Metrologici Nazionali (IMN) europei in settori quali ricerca in metrologia, riferibilità delle misurazioni alle Unità SI, riconoscimento internazionale degli Standard di Misura e delle Abilità di Taratura e Misurazione dei suoi membri. Tra queste attività, EURAMET è responsabile per l’elaborazione e messa in opera di un Programma Europeo di Ricerca Metrologica (EMRP). EURAMET e.V. è un’Associazione Registrata di diritto tedesco.

EURAMET pubblica una nuova guida alla Taratura EURAMET è lieta di annunciare la pubblicazione di una nuova Guida alla Taratura: si tratta della “Guida per la determinazione dell’incertezza nella taratura gravimetrica di volume”, sviluppata dal Comitato Tecnico EURAMET per il Flusso, che può essere scaricata dal sito www.euramet.org/index.php?id= calibration-guides.

IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMITTEE (www.iec.ch)

Nuovo presidente IEC Il Tedesco Klaus Wucherer è stato eletto nuovo presidente dell’IEC, in occasione della 73a Riunione Plenaria del Consiglio, svoltasi a Tel Aviv, Israele.

Wucherer è stato Presidente del DKE, il comitato nazionale tedesco dell’IEC, dal 2000. È membro del Comitato di Sorveglianza del VDE, l’Associazione Tedesca per le Tecnologie

▲

EURAMET – EUROPEAN METROLOGY RESEARCH PROGRAMME (www.euramet.org)

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

Elettriche, Elettroniche e dell’Informazione, di cui è stato Presidente dal 2003 al 2005.

Inoltre è stato Vice Presidente Esecutivo della Siemens AG e membro del Comitato Esecutivo Corporate della Siemens dal 2000 al 2007. Le sue responsabilità hanno riguardato, tra l’altro, l’A&D (Automazione e Drives), I&S (Soluzioni e servizi industriali) e le regioni economiche di Asia e Australia. È stato membro del Consiglio di Amministrazione di numerose società del Gruppo Siemens e, attualmente, Wucherer è anche nel Board di SAP AG, Infineon Technologies AG e Leoni AG. Wucherer, laureato in Ingegneria Elettrica e Meccanica all’Università Tecnica di Chemnitz, è Professore Onorario presso la stessa Università, presso l’Università di Scienze applicate di Osnabruck e la Tongji University di Shanghai, Cina. È, infine, guest professor alla Nanjing’s Southeast University e alla Jinan’s Shandong University, entrambe in Cina.

to e i più recenti sviluppi della fisica (www.inrim.it/ldm/cd_ldm/html/ index.html).

INMRI – ISTITUTO NAZIONALE DI METROLOGIA DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI (www.inmri.enea.it)

Elenco centri SIT nel settore delle radiazioni ionizzanti L’Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (INMRI-ENEA) svolge attività di ricerca sui metodi di base e sui mezzi di misura delle radiazioni ionizzanti con particolare riferimento alle necessità della radioterapia, della radiodiagnostica e della radioprotezione. A tale riguardo l’Istituto svolge il ruolo assegnato all’ENEA dalla Legge 11 agosto 1991 n. 273 sul sistema metrologico nazionale. In relazione a questo ruolo, l’Istituto deve assicurare a livello nazionale la funzione di Istituto Metrologico Primario tramite la realizzazione dei campioni nazionali e la disseminazione, mediante tarature, delle unità di misura nel settore delle radiazioni ionizzanti.

International Energy Outlook L’Istituto svolge inoltre le funzioni pre2009 Il sito IEC contiene un link al Report viste dal D. Lgs. 17 marzo 1995, n. internazionale sull’Energia 2009, che 230 e dal D. Lgs. 27 maggio 2000, si trova sul sito dell’Energy Informa- n. 241 in relazione all’obbligo di taratura e ai criteri di approvazione tion Administration (EIA): degli strumenti di misura delle radiawww.eia.doe.gov/oiaf/aeo. zioni ionizzanti per l’esercizio della radioprotezione. Sul sito dell’INMRI, INRiM - ISTITUTO NAZIONALE all’indirizzo http://www.inmri.

DI RICERCA METROLOGICA enea.it/download.htm, si trova (www.inrim.it) un elenco dei centri di taratura SIT nel settore delle radiazioni ionizzanti.

Il nuovo CD Multimediale “Il linguaggio delle misure” Sul sito è possibile scaricare o sfo- OIML - INTERNATIONAL gliare i contenuti del CD Multimediale ORGANIZATION "Il Linguaggio delle Misure", realizza- FOR LEGAL METROLOGY to in occasione delle celebrazioni per (www.oiml.org) l’Anno Mondiale della Fisica dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologi- Nuova Raccomandazione ca (INRiM). Frutto del lavoro di un Internazionale gruppo di ricercatori, coordinati dalla È stata pubblicata sul sito dell’OIML la dottoressa Anita Calcatelli, il CD pre- nuova raccomandazione internazionasenta le sette unità fondamentali del le “Instruments for the continuous mea“Sistema Internazionale di Misura” e surement of SO2 in stationary source illustra lo stretto legame che intercorre emissions”. Scaricatela dal sito: tra le ricerche che conducono alla www.oiml.org/publications/R/ loro definizione e al loro mantenimen- R143-e09.pdf

T_M ƒ 13

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

▲

Sergio Sartori

A Torino una struttura per la nanofabbricazione Nanofacility Piemonte

A NEW FACILITY FOR NANOFABRICATION IN TURIN: NANOFACILITY PIEDMONT A new initiative, promoted by the National Primary Institute INRiM of Turin, with the partnership and financial support of the Compagnia di San Paolo, is presented.

RIASSUNTO Viene presentata un’iniziativa, portata Avanti dall’Istituto Metrologico INRiM e realizzata con i finanziamenti della Compagnia di San Paolo, che permetterà ai ricercatori di sviluppare progetti di nanotecnologie e nanometrologia.

LE STRUTTURE COINVOLTE

IL PERSONALE IMPEGNATO

Il 4 dicembre 2009 è stata inaugurata la struttura denominata NanoFacility Piemonte, www.nanofacility.it.

La struttura nasce su un progetto dell’INRiM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Torino), con un finanziamento di 1,2 milioni di euro assegnati al progetto dalla Compagnia di San Paolo1 nell’ottobre del 2008, per l’acquisto di un diffrattometro a raggi X e di due sistemi di microscopia elettronica avanzata, l’uno dual beam ionico ed elettronico, l’altro a scansione dotato di microanalisi. La strumentazione è stata fornita dalla FEI Company, Tools for Nanotechnology (www.fei.com), che ha sedi produttive negli USA, in Olanda, in Giappone e in Cina.

L’INRiM, già da oltre un decennio impegnato nella ricerca sulle nanotecnologie e sulla nanometrologia, affianca alla nuova struttura (un laboratorio di circa 60 m2, ristrutturato, adattato e tenuto in funzione a spese dell’INRiM, con un investimento di circa € 200 000 e un costo annuo per la gestione e manutenzione di circa € 50 000) i preesistenti 240 m2 di laboratori, 200 m2 dei quali camere pulite in classe 100 000 e 20 m2 in classe 100, nonché altri laboratori per ulteriori 80 m2 ancora da ristrutturare.

Coinvolti nel progetto, tramite convenzioni apposite, sono il Politecnico di Torino e l’Università di Torino. Già in partenza l’intervento lungimirante della Compagnia di San Paolo può contare sull’adesione ai progetti di ricerca, che si stanno rapidamente consolidando, di un bacino di ricercatori di oltre 160 unità, dei quali 40 dall’INRiM e i restanti dalle due Accademie coinvolte.

La presentazione delle nuove apparecchiature e dei progetti di ricerca già definiti (alcuni in cerca di finanziamenti) è stata affidata a giovani ricercatori, che hanno portato la testimonianza del loro entusiasmo e delle loro energie per la ricerca ad alto livello.

UN PIANO APERTO Come hanno voluto sottolineare i rappresentanti ufficiali dei tre partner del piano, NanoFacility Piemonte è una infrastruttura aperta a qualunque apporto esterno. Già si è fatto avanti l’Istituto Italiano di Tecnologia2, che si è impegnato ad aprire a Torino nel 2010 una sua nuova sede.

Anche, e soprattutto, le aziende italiane potranno partecipare ai progetti in corso o proporne di propri: basterà scrivere a l.boarino@inrim.it per ricevere informazioni ed essere indi-

rizzati allo specialista, tra i tanti ricercatori coinvolti, più vicino alle tematiche d’interesse.

LA NUOVA STRUMENTAZIONE 1. Il microscopio elettronico a scansione (SEM-FEG). Può essere impiegato in due modi: imaging e microanalisi. La risoluzione del fascio arriva a 2 nm e fornisce informazioni topografiche sulla superficie dei campioni esaminati e informazioni sulla composizione chimica e fisica dei campioni.

2. Il microscopio elettronico dual beam, oltre a fornire l’imaging elettronico, consente anche l’imaging ionico in trasmissione, la nanolitografia (scrivere su micro aree con risoluzione fino a 30 nm), il nanomachining (tagliare, ridurre, affinare con precisioni nanometriche), la caratterizzazione elettrica in situ. Su questo strumento possono essere anche esaminati e lavorati campioni biologici, grazie alla possibilità di non operare in alto vuoto (situazione che porterebbe alla disidratazione dei campioni) ma anche a pressioni non lontane da quella ambiente.

3. Il diffrattometro a raggi X serve per l’identificazione di composti cristallini (farmaci, composti intermetalli), per l’analisi di film sottili, di materiali massivi e di polveri, per la determinazione di spessore, densità, rugosità di film sottili e multistrato, anche su materiali amorfi.

I PROGETTI La sintetica presentazione dei progetti ha richiesto oltre un’ora di illustrazioni, con la proiezione di affascinanti immagini della natura vista a livello di sergio.sartori3@tin.it

T_M

N.

1/10 ƒ 15

N. 01ƒ ;2010 Laboratorio NanoFacility Piemonte.

A sinistra il microscopio a doppia colonna (ionica ed elettronica) “Dual Beam Quanta 3D ESEM FEG”. A destra il Microscopio Elettronico a Scansione Inspect F SEM FEG con sistema di microanalisi EDAX

■

singoli atomi. Qui ci limiteremo a un elenco centrato principalmente su obiettivi e applicazioni, lasciando l’approfondimento al contatto diretto con i ricercatori coinvolti: • Fabbricazione di dispositivi superconduttori, quali quelli atti a ottenere un campione quantico di corrente elettrica, da affiancare a quelli esistenti di resistenza e tensione.

• Costruzione di giunzioni Josephson per applicazioni metrologiche, che si affianchino, con migliori prestazioni, a quelle già realizzate nell’INRiM, tra le quali il campione da 1 V costituito da 8196 giunzioni, al momento in fase di valutazione in collaborazione con il PTB3.

• Affrontare il problema dell’informazione quantica, passo essenziale verso i calcolatori quantici e la crittografia sicura.

• Fabbricazione di dispositivi ibridi a singolo elettrone, anche mirati alla realizzazione di un campione di corrente elettrica mediante il conteggio di elettroni, in grado di dare informazioni aggiuntive sulla temperatura e sugli effetti dell’ambiente circostante sulle nanostrutture.

• Realizzazione di nanostrutture magnetiche, film sottili in grado di contribuire a innovazioni profonde nella registrazione magnetica, nei sensori per il monitoraggio dei parametri ambientali, nella biomedicina.

• Realizzazione di sensori di forza risonanti al silicio con microcantilever.

• Crescita di nanotubi e altre nanostrutture, quali punte sagomate.

• Studio di proprietà a livello nanometrico di materiali e strutture metalliche, per applicazioni quali la produzione e lo stoccaggio d’idrogeno, lo sviluppo di materiali catalitici anche per applicazioni foto-

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

voltaiche, lo studio di interazioni tra superfici tecniche e materiali biologici, l’analisi dell’adesione tra materiali e cellule, lo sviluppo di sensori cellulari.

• Studi sui fenomeni di corrosione. Misure di microdurezza con la possibilità di ottenere informazioni anche sulle superfici laterali della nanoindentazione.

CONSEGUENZE DEL PIANO Esse sono state ben riassunte nella constatazione esposta da uno dei presentatori dei progetti: ciò che ieri potevamo fare solo appoggiandoci all’estero, ora possiamo progettare e realizzare in Italia. NanoFacility Piemonte costituisce, pertanto, un eccezionale incremento della qualità dei dispositivi a livello di dimensioni nanometriche producibili in Piemonte; essi saranno realizzabili con migliori capacità e offriranno maggiori possibilità di competere, a livello internazionale, sia alla ricerca italiana sia alle aziende operanti nel territorio nazionale.

NOTE 1 www.compagniadisanpaolo.it. Fin dal 25 gennaio 1563 la Compagnia di San Paolo è stata un’istituzione al servizio della società in cui è radicata. Oggi la Compagnia è una fondazione di diritto privato, tra le maggiori in Europa, retta da un proprio Statuto adottato nel marzo 2000. Il finanziamento al piano Nanofacility Piemonte risponde a tre scelte strategiche della Compagnia: dare alta priorità a progetti di ricerca; riconoscere l’importanza delle nanotecnologie e sostenerne lo sviluppo; sostenere collaborazioni e sinergie tra enti di ricerca.

2 www.iit.it, l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), fondazione di diritto privato che viene istituita con legge n. 326 del novembre 2003, nasce con l’obiettivo di promuovere lo sviluppo tecnologico del paese e l’alta formazione in ambito scientifico/tecnologico.

L’IIT ha optato per un modello organizzativo ispirato alle migliori esperienze nazionali e internazionali, combinando un laboratorio centrale che si avvale di scienziati di rinomata fama con un network di laboratori eccellenti, che contribuiscono ad approfondire specifici punti del programma.

3 PTB è l’istituto metrologico nazionale della Germania.

T_M ƒ 17

MISURE OTTICHE IL TEMA

Luca Fumagalli, Paolo Tomassini, Giorgio Libretti, Marco Trebeschi, Marco Zanatta, Franco Docchio

Telemetria laser avanzata: nuove applicazioni Monitoraggio dimensionale dei treni in transito e altre applicazioni

ADVANCED LASER TELEMETRY FOR VEHICLE MONITORING AND OTHER INDUSTRIAL APPLICATIONS To prevent train accidents inside railway tunnels, a project has been launched for the installation of train monitoring portals. The first experimental portal, and a second operative one, have been installed by SIRTI S.p.A., respectively in Rastignano and Formia. Our company has developed the multisensory architecture for the dimensional and thermal monitoring of the trains. One of the key elements is the shape acquisition sensor, based on scanning telemetry. The second portal is equipped with a novel shape acquisition system based on time-of-flight telemetry, which will be described in this paper.

RIASSUNTO Per prevenire incidenti ferroviari all’interno di gallerie, le Ferrovie dello Stato hanno lanciato piano d’installazione di un numero di portali di monitoraggio. Il primo portale sperimentale, e un secondo portale operativo, sono stati installati dalla Società SIRTI S.p.A., rispettivamente a Rastignano e Formia. La nostra Società ha sviluppato l’architettura multisensore per il monitoraggio dimensionale e termico dei convogli. Uno degli elementi chiave è il sensore di acquisizione della forma, basato su telemetria a scansione. Il secondo portale è equipaggiato con un sistema d’acquisizione di forma innovativo, che si basa sulla telemetria a tempo di volo e verrà descritto in questo lavoro.

MONITORARE I TRENI IN TRANSITO: UNA NECESSITÀ CRESCENTE

Il monitoraggio veloce e accurato di treni prima dell’ingresso in stazioni o gallerie sta ottenendo una sempre maggior popolarità per la prevenzione d’incidenti. Tra le misure di elezione ai fini del monitoraggio c’è quella del profilo 3D del treno per la verifica della presenza di sporgenze o disallineamenti di carichi, così come quella della temperatura di singole parti del treno (boccole o reofori) per la prevenzione d’incendi in galleria o in stazione. Q-Tech s.r.l. è uno dei partner in un progetto impegnativo, lanciato da Ferrovie dello Stato, e ha la responsabilità dello sviluppo del sistema di misura del profilo 3D, dei sensori termici e visivi e di tutto il SW per il controllo e la sincronizzazione dei sensori. Scopo del progetto è produr-

re allarmi nel caso che (i) i profili misurati eccedano i valori massimi (in accordo con le direttive internazionali), e (ii) le temperature misurate siano più elevate di soglie predefinite.

Per la misura 3D dei profili è convenzionalmente utilizzata la telemetria a scansione. Il requisito del progetto prevede la scansione di 600 profili 3D di tutto il treno al secondo, ciascuno di 1024 punti, Ciò richiede un telemetro operante ad alta frequenza, in combinazione con un sistema di scansione a specchio rotante. Il primo progetto di Q-Tech s.r.l. (per il portale di Rastignano) ha visto l’utilizzo di due telemetri commerciali a misura di fase [1-2] con alcune limitazioni operative dovute ai limiti di esposizione dei laser. Nel secondo portale si è deciso di affrontare lo sviluppo di un proprio telemetro a tempo di volo [3-4], caratterizzato da una maggiore affidabilità. Inoltre la necessità di monitorare

contemporaneamente due binari (e quindi quattro unità di scansione), unitamente a vincoli di budget per l’intero progetto, ha portato allo sviluppo del concetto di telemetro distribuito, in cui una singola stazione di trasmissione e ricezione alimenta in multiplexing le quattro stazioni remote che contengono l’ottica di scansione. In questo sistema distribuito brevettato [5-6], il corpo del telemetro è schermato dall’ambiente esterno e lontano dal treno in movimento e alimenta le quattro stazioni mediante fibre ottiche di trasmissione e ricezione.

Il sistema opera a 400 KHz e ha un intervallo dinamico esteso, per operare con ampi intervalli di riflettività diffusa e di angoli di riflessione dei treni sotto test. L’utilizzo di un laser con impulsi inferiori al nanosecondo consente accuratezze inferiori al centimetro alla distanza di alcuni metri.

L’ARCHITETTURA DISTRIBUITA DEL SISTEMA

La Fig. 1 mostra l’architettura distribuita del telemetro.

Il telemetro è composto da quattro stazioni di misura, chiamate 1l, 1r, 2l e 2r. L’unità di controllo contiene il modulo di trasmissione con la sorgente laser, i componenti ottici per la formazione del fascio, i rivelatori e l’elettronica per il condizionamento dei segnali e la loro gestione. Ogni stazione remota è connessa all’unità di controllo mediante fibre di trasmissione e rivelazione e segnali di controllo.

Q-Tech s.r.l., Rezzato BS l.fumagalli@q-tech.it

T_M

N.

1/10 T_M ƒ ƒ 19 19

N. 01ƒ ;2010

principale da BS1 è inviata a un secondo divisore a fibra ottica BS2 che divide l’impulso in parti uguali.

Le due fibre in uscita trasportano l’impulso alle stazioni di scansione sinistra (Tl) e destra (Tr) del treno.

Le due fibre sono, a loro volta, collegate a uno switch 2x4, che alimenta quattro uscite, a due a due contemporanee.

Queste uscite sono, rispettivamente, T1l, T1r, e T2l, T2r, (1 e 2 identificano i binari) e sono connesse alle stazioni remote di scansione tramite fibre ottiche (Fig. 3) con diametro del nucleo di 100 µm.

▲

Figura 1 – Schema complessivo del telemetro distribuito

IL TEMA

Figura 3 – Dettaglio dell’ottica di collimazione del ricevitore (RCO)

L’elettronica di misura I segnali in uscita dai quattro APD sono elaborati dall’elettronica di misura, che consta di amplificatori a transimpedenza ed elettronica di condizionamento del segnale. Questa alimenta un discriminatore a frazione costante a quattro canali (CFD) per la misura dell’istante d’arrivo di ciascun impulso e, all’uscita da questo, un convertitore tempo – distanza che forSezione di ricezione nisce la distanza desiderata. Tutto il Le fibre di ricezione controllo dell’unità è svolto da una (400 µm di nucleo) FPGA. dalle quattro stazioni remote, (R1l, R1r, R2l e R2r), sono ac- LA MISURA DEL PROFILO Figura 2 – Schema ottico dell’unità centrale del sistema, coppiate a un secon- DEI TRENI con l’ottica di trasmissione e ricezione do switch. L’uscita di quest’ultimo va a Il telemetro laser è stato caratterizzaLa Fig. 2 mostra un dettaglio delle due fibre che trasportano il segnale to in modo completo, sia in azienda unità di trasmissione e ricezione del sinistro e destro, Rl e Rr. L’impulso di sia dopo l’installazione sul portale. telemetro. ritorno è dunque accoppiato al- La misura della dispersione a impulLa sezione di trasmissione l’impulso di start tramite un’ottica di so singolo, ottenuta con bersaglio La sezione di trasmissione del sistema collimazione e un combinatore di fisso di riflettività nota (85%, corriè illustrata nella parte superiore della fascio (RCOl e RCOr). Il combinatore spondente a un valore di S/N di Fig. 2. La sorgente laser è un laser a permette di ottenere un’elevata dina- 100), e alla temperatura di 25° ± fibra con una potenza media di mica di segnale accoppiando, sui 1°C, ha fornito un errore standard di 1,5 W, che fornisce impulsi con due canali, rispettivamente il 90% 5 mm e un’accuratezza complessiva tempo di salita di 0,7 ns, e durata a dell’impulso di start al 10% dell’im- di 2,4 mm. metà altezza di 2,1 ns. La fibra del pulso di ritorno o viceversa. A secon- I test sono stati ripetuti a varie distanlaser ha dimensioni di nucleo/mantel- da del valore dell’impulso di ritorno ze nominali (0,5 – 20 m). I risultati lo di 100 µm/150 µm. La frequenza (che dipende dalla riflettività e dal- sono illustrati in Fig. 4 che mostra, in di ripetizione degli impulsi è di l’angolo di riflessione) uno o l’altro funzione della distanza nominale, la 400kHz. dei segnali è utilizzato nel prosie- distanza misurata (asse sinistro) e l’accuratezza a singolo impulso (asse L’uscita del laser a fibra è accoppiata guo. a un primo divisore di fascio, BS1, Ogni RCO è equipaggiato con due destro). Si noti l’eccellente linearità che preleva 1% dell’impulso e lo invia fotodiodi a valanga a elevate presta- dello strumento, con errori contenuti direttamente alla sezione di rivelazio- zioni, che rivelano il treno d’impulsi nella fascia -5 mm - +5 mm su tutto ne, al fine di operare come riferimen- costituito dall’’impulso “start” e dal- l’intervallo di misura.

Il telemetro distribuito è stato montato (Re), o “start” della misura. L’uscita l’impulso “stop”.

T_M ƒ 21

N. 01ƒ ; 2010

▲

IL TEMA

a)

Figura 4 – Grafico della distanza misurata (quadrati, scala sinistra) e dell’accuratezza a singolo impulso (rombi, scala destra) in funzione della distanza nominale a 400 kHz

to sul portale in prossimità della stazione di Formia (linea Roma – Napoli). L’unità centrale è stata posizionata in uno shelter isolato da vibrazioni e sbalzi termici e le stazioni remote sono state montate sul portale, per il monitoraggio delle sagome destra e sinistra del treno su ciascuno dei due binari. La lunghezza delle fibre variava da 50 a 100 m, a seconda della posizione della stazione remota. La frequenza degli impulsi è stata fissata a 400 kHz, e ciò ha permesso l’acquisizione di un profilo completo dei lati sinistro e destro del treno ogni 1,4 ms. Ciò corrisponde a una risoluzione longitudinale di 8 cm per un treno che passa alla velocità di 200 km/h. (il convoglio completo, di lunghezza 500 m, contiene circa 4 milioni di punti di misura). Un risultato del monitoraggio di un treno passeggeri è illustrato in Fig. 5. Le due figure mostrano una visualizzazione 3D dei singoli punti di misura, senza filtraggi o medie, di parti del treno. L’intensità associata a ciascun punto è derivata dalla sovrapposizione di mappe 2D, ottenute con telecamere lineari operanti nel visibile. Il treno transitava alla velocità di 100 km/h, dunque la distanza tra due scansioni adiacenti è di 4 cm.

I risultati ottenuti sono sicuramente indi-

T_M ƒ 22

cativi per il procesb) so di monitoraggio dei treni e per la riFigura 5 – Profili 3D di un treno in transito (dati grezzi) velazione di sbilanciamenti di carico e di porte aperte, prima dell’in- range finder techniques for fast, high pregresso del treno in tunnel o in vici- cision measurement applications, PhD Dissertation, Dept. Electronics, Univ. Oulu nanza di stazioni.

Bibliografia [1] A. Blug, C. Baulig, M. Dambacher, H. Wölfelschneider, H. Höfler: Novel laser scanners for 3D mapping of railway tracks or roads. Conference on Optical 3-D Measurement Techniques 8, 2007.

[2] H. Höfler, C. Baulig, A. Blug, H. Wölfelschneider, O. Fleischhauer, H. Wirth, J. Meier, C. Lehmkühler, H. Lenz: High speed clearance profiling with integrated sensors. World Congress on Railway Research (WCRR), July 2006, Montreal.

[3] A. Kilpela: Pulsed time-of-flight laser

university press.

[4] K. Määttä, J. Kostamovaara, R. Myllylä: Profiling of hot surfaces by pulsed time-of-flight laser range finder techniques, Appl. Opt. Vol. 32, pp. 5334-5347, Sept.

1993.

[5] L. Fumagalli, P. Tomassini, M. Zanatta, F. Docchio: A 400kHz, high-accuracy laser telemeter for distributed measurements of 3D profiles. Accepted in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurements (2009).

[6] L. Fumagalli, P. Tomassini, M. Zanatta, and F. Docchio: Laser Telemeter for Distributed measurements of object profiles. Italian patent (granted).

Luca Fumagalli si è Paolo Tomassini si è laureato nel 2000 in Inlaureato nel 1998 con logegneria Elettronica alde in Ingegneria Elettronil’Università di Brescia con ca all’Università di Breuna tesi sulla metrologia scia, dove ha conseguito di fasci laser. Cofondatoil Dottorato di Ricerca in re di Q-Tech s.r.l., ne è Strumentazione Elettronica ed è stato assegnista di Ricerca Amministratore Delegato. presso il Laboratorio di Optoelettronica. È cofondatore e attuale Presidente di Q-Tech s.r.l.

IL TEMA

Umberto Perini, Elena Golinelli, Iva Gianinoni, Claudio Cherbaucich, Sergio Musazzi

Tecniche elettroottiche per misure nel sistema elettrico Innovazioni ERSE per la sicurezza e l’affidabilità del sistema

ELECTRO-OPTICAL TECHNIQUES FOR MEASUREMENTS IN THE THE ELECTRIC SYSTEM The paper describes several innovative electro-optical measuring techniques, developed by ERSE within the research activities aimed at increasing safety and reliability of the electric power system. We present two diagnostic techniques, for the evaluation of the degree of contamination of HVline isolators by marine salt, and for the monitoring of the formation of ice sleeves on the aerial conductors, together with a new technique for the measurement of the turbine input temperature in turbo-gas generators.

RIASSUNTO Quest’articolo descrive alcuni strumenti elettroottici innovativi, sviluppati da ERSE nell’ambito delle attività di ricerca relative alla sicurezza e all’efficienza del sistema elettrico. I sistemi riguardano due tecniche diagnostiche, concepite per la valutazione dello stato di contaminazione degli isolatori delle linee AT da sale marino e per il monitoraggio della formazione di manicotti di ghiaccio sui conduttori delle linee aeree, e una nuova tecnica di misura per la rivelazione della temperatura d’ingresso turbina nei generatori turbogas.

LE TECNICHE ELETTROOTTICHE PER IL SISTEMA ELETTRICO

La crescente richiesta d’energia nel nostro Paese comporta necessariamente l’esigenza di migliorare sia le prestazioni sia l’affidabilità del sistema elettrico nazionale. Questa esigenza si traduce, da un lato, nella richiesta di realizzazione di nuovi impianti di produzione, dall’altro, nella domanda di soluzioni innovative che consentano di potenziare le prestazioni dei sistemi di produzione e trasmissione dell’energia elettrica attualmente esistenti.

Per i sistemi di trasmissione dell’energia elettrica assumono particolare interesse le tecniche diagnostiche e manutentive che consentono di prevenire l’insorgenza di guasti e malfunzionamenti sulle linee elettriche, cui normalmente conseguono ingenti perdite economiche legate all’interruzione del servizio. Nel campo della generazione va, invece, assumendo sempre maggior importanza il requi-

operare da posizione remota in maniera non intrusiva e all’elevata sensibilità e selettività ai parametri di interesse.

UN SISTEMA LASER PER IL MONITORAGGIO DEI MANICOTTI DI GHIACCIO E DEL FRANCO DA TERRA SULLE LINEE AEREE

Uno dei problemi che affliggono le linee elettriche è la crescita di formazioni di ghiaccio sui conduttori. Questo fenomeno può causare ingenti danni ai conduttori e portare, in alcuni casi, alla rottura dei tralicci di sostegno. Per evitare questi problemi, causa di disservizi di lunga durata, con conseguenti ingenti perdite economiche e forti disagi per le aree interessate dal guasto, è indispensabile caratterizzare il fenomeno e individuare le condizioni meteorologiche tipiche in cui esso si può verificare. A questo fine è stato sviluppato un sistema a scansione laser in grado di monitorare, in tempo reale, la formazione e l’accrescimento dei manicotti di ghiaccio sui conduttori.

Il principio di funzionamento del sistema si basa sulla rivelazione della luce retrodiffusa dal conduttore intercettato dalla scansione di un fascio laser. La durata temporale del segnale retrodiffuso è proporzionale al diametro del conduttore (oppure al diametro esterno della formazione di ghiaccio), mentre il suo ritardo rispetto al segnale di pilotaggio della scansione è proporzionale all’altezza da terra del conduttore [1]. Quest’ultima informa-

sito di flessibilità degli impianti di produzione, cioè la capacità di rispondere in tempi brevi alle richieste dell’utenza elettrica.

Da ciò discende la necessità di ottimizzare il funzionamento di macchine, quali i generatori turbogas, in grado di fornire una rapida risposta alle variazioni di carico. Tale ottimizzazione può avvenire, ad esempio, attraverso il controllo della temperatura dei gas di combustione, che può pertanto essere portata molto vicina ai limiti di resistenza termica dei materiali utilizzati nei combustori.

Sia le richieste di monitoraggio/controllo dei componenti delle reti elettriche, sia le necessità di misura della temperatura nei turbogas possono essere soddisfatte con dispositivi innovativi di natura elettroottica. I sistemi di misura basati su principi elettroottici possono, infatti, rappresentare un’importante alternativa ai sistemi tradizionali, grazie all’isolamento intrinseco e all’immunità ai disturbi ERSE S.p.A. Milano, Italy elettromagnetici, alla possibilità di Sergio.Musazzi@erse-web.it

T_M

N.

1/10 ƒ 23

zione può essere utilizzata, a seconda delle condizioni meteorologiche, per verificare l’allungamento del conduttore causato da dilatazioni termiche in situazioni di elevato trasporto di energia e di alta temperatura ambientale.

Le misure sono effettuate posizionando il sistema ottico (mostrato in Fig. 1) a una distanza di circa 20 metri dalla linea elettrica, facendo in modo che la scansione del fascio avvenga in un piano perpendicolare a quello di giacitura del conduttore.

Figura 1 – Sistema basato sulla scansione laser

Il sistema è stato caratterizzato in laboratorio in condizioni reali, mediante un simulacro che riproduce la crescita del ghiaccio su un conduttore (i risultati della simulazione sono mostrati in Fig. 2). I due grafici mostrano i segnali (ampiezza in funzione del tempo) acquisiti in assenza (diametro 30 mm) e in presenza dello strato di ghiaccio (diametro ~60 mm) con lo strumento posto a 20 m dal manicotto di ghiaccio. I picchi più alti rappresentano il contributo della luce retrodiffusa dal conduttore ghiacciato, mentre i picchi secondari sono dovuti a retroriflessioni dalla parete del laboratorio. La durata dei picchi più alti è proporzionale al diametro del conduttore. In particolare, la durata del picco relativo al conduttore ghiacciato è di 0,05 s, che corrispondono

T_M ƒ 24

N. 01ƒ ; 2010

▲

IL TEMA

a 2 000 campioni del segnale registrato. Assumendo una accuratezza della rivelazione pari circa all’1%, si ricava che l’accrescimento radiale del ghiaccio può essere stimato con un’accuratezza di circa 0,5 mm.

Il sistema è stato provato anche in

Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), metodo spettroscopico che consente di effettuare l’analisi puntuale delle specie atomiche presenti nel campione d’interesse. La tecnica si basa sulla generazione di un plasma a elevata temperatura della sostanza che si vuole analizzare e sulla successiva analisi delle righe di emissione degli atomi ionizzati presenti nel plasma. Il plasma è ottenuto mediante irraggiamento della superficie in esame con un fascio laser di elevata densità di potenza.

Figura 2 – Segnali in assenza (sopra) Al fine di valutare l’ape in presenza (sotto) del manicotto di ghiaccio plicabilità della tecnica LIBS all’analisi dell’inpresenza simultanea di elevata illu- quinamento salino degli isolatori è minazione ambiente e di precipita- stato realizzato l’apparato sperizioni simulate (pioggia intensa). Il mentale mostrato in Fig. 3. rumore introdotto dal segnale retro- L’apparato di misura è costituito da un diffuso dalle gocce d’acqua è stato ridotto effettuando medie su diverse scansioni, mentre il rumore di fondo, dovuto alla luce ambiente e al rumore elettronico, è stato ridotto utilizzando un filtro interferenziale posto davanti al rivelatore ed eseguendo un filtraggio digitale a banda stretta del segnale.

RIVELAZIONE DI DEPOSITI SALINI SU ISOLATORI DI LINEA CON TECNICA LIBS

Quando sugli isolatori delle linee elettriche di media e alta tensione si deposita un sottile strato di sale marino (NaCl) (fenomeno presente sulle linee situate in prossimità della costa), in presenza di forte umidità il sale si scompone negli ioni Na+ e Cl- riducendo la resistenza dell’isolatore. Poiché questo fenomeno comporta un forte aumento delle possibilità di scarica superficiale, è stata avviata un’attività di ricerca finalizzata allo sviluppo di una tecnica in grado di monitorare lo stato di contaminazione degli isolatori.

La tecnica individuata è la Laser-

Figura 3 – Apparato sperimentale LIBS

laser a Nd:YAG operante alla frequenza fondamentale (λ=1 064 nm) con energia d’impulso di 25 mJ e durata di 7 ns. La luce emessa dal plasma che si genera è raccolta da una fibra ottica e inviata allo spettrografo.

La luce, scomposta nelle sue componenti cromatiche, è rilevata da una streak camera il cui segnale d’uscita viene, a sua volta, visualizzato attraverso una telecamera a CCD. L’immagine spazio-temporale dello spettro prodotta da questa è inviata a un PC

per l’analisi dettagliata dello spettro a diversi ritardi. Due generatori d’impulsi garantiscono la sincronizzazione dei diversi dispositivi sperimentali, fornendo i segnali di trigger che abilitano il funzionamento della streak camera e della sorgente laser.

Per valutare le potenzialità della tec-

SONDA OTTICA PER LA MISURA DELLA TEMPERATURA D’INGRESSO TURBINA

▲

IL TEMA

essere assimilabile a un corpo nero (per cui Abs(λ,T)~1) l’irradianza di corpo grigio dipende solo da WB(λ,T), secondo la nota legge di Planck. Selezionando con un filtro l’intervallo spettrale (corrispondente a una banda IR di assorbimento della CO2) e raccogliendo attraverso un accesso ottico la radiazione emessa dai gas, si otterrà quindi un segnale dipendente dalla temperatura in modo noto.

Lo schema di principio del sistema per la misura della TIT su impianto è riportato in Fig. 5. Il sistema è costituito da tre sottosistemi principali: – sonda ottica, che s’interfaccia con il combustore e i relativi componenti ottici per la raccolta del segnale; – unità di rivelazione, alla quale è convogliato, mediante fibra ottica, il segnale generato dal gas; – unità di acquisizione e analisi dei dati.

La radiazione IR proveniente dalla fibra ottica è dapprima collimata, quindi filtrata per mezzo di un filtro interferenziale centrato alla lunghezza d’onda λc selezionata (in modo da avere Abs(λc,T)~1 nel ∆λ di lavoro) e, infine, focalizzata su un rivelatore fotoconduttivo raffreddato. Il segnale in uscita è amplificato e inviato alla scheda d’acquisizione collegata con il PC. Tutto il sistema è controllato da un software, che estrae un valore medio del segnale ed effettua la registrazione dei dati rilevati.

Prove preliminari, effettuate in labora-

Com’è noto, per massimizzare il rendimento degli impianti turbogas, la temperatura dei gas di combustione dev’essere portata molto vicino ai limiti di resistenza termica dei materiali utilizzati nei combustori. La possibilità di avere informazioni in tempo reale sulla Temperatura di Ingresso Turbina (TIT) consentirebbe, pertanto, sia di operare in sicurezza in prossimità di tale limite, sia di prevedere con maggior affidabilità la vita residua delle parti più critiche della “hot section”.

Attualmente, a causa delle Figura 4 – Evoluzione temporale dello spettro condizioni di misura estredella luce emessa dal plasma generato me (T=500 °C, P=20 bar e in un provino ricoperto da NaCl flussi di gas a velocità di decine di m/s), non esiste nica sono state inizialmente effettua- strumentazione commerciale adatta te misure in condizioni controllate, per l’utilizzo su impianti in esercizio. utilizzando per i test provini di vetro Per questo motivo è stato sviluppato un ricoperti NzCl puro. La Fig. 4 sistema di misura della temperatura mostra l’evoluzione temporale basato sulla rivelazione della radia(0,8–10 µs) dello spettro della luce zione elettromagnetica emessa dalla emessa dal plasma generato. Come CO2 presente nei gas di combustione, si può notare, in corrispondenza dei che consentirebbe di ricavare informadue picchi d’emissione del sodio zioni in tempo reale sulla TIT senza (individuati nel grafico da due linee richiedere l’inserimento di alcuna sonverticali), lo spettro misurato presen- da all’interno del flusso di gas. ta due avvallamenti ben definiti che Nella tecnica innovativa utilizzata denunciano un fenomeno di auto- (variante della piromeassorbimento da parte del plasma. tria in emissione - assorCome previsto, l’ampiezza delle bimento), la grandezza righe è massima nel primo microse- di misura è l’irradianza condo dopo la generazione del pla- di corpo grigio H(λ,T), sma (curva 1) e decade entro una definita come: H(λ,T) = WB (λ,T) decina di microsecondi (curve 2, 3, * Abs (λ,T) 4, 5, 6).

Sono state, inoltre, eseguite misure dove λ è la lunghezza su isolatori prelevati dall’esercizio, d’onda della radiazioche indicano chiaramente la presen- ne, WB(λ,T) è l’irradianza del doppietto del sodio e confer- za di corpo nero (su un mano la possibilità di utilizzare que- angolo emisferico di sta tecnica per scopi diagnostici. 2π) e Abs(λ,T) è l’assorAttualmente si sta studiando un siste- bimento del corpo grima LIBS in grado di operare in gio o della riga. campo a distanza di 10-15 m dall’i- Nell’ipotesi che il gas Figura 5 – Schema di principio del sistema per la misura della TIT da misurare possa solatore [2].

T_M ƒ 25

N. 01ƒ ; 2010

▲

IL TEMA

torio utilizzando una cella di misura statica ad alta pressione (con concentrazione di CO2 del 4%) riscaldata a circa 1 000 °C, dimostrano che il segnale IR è ben correlato con la temperatura (misurata tramite termocoppie) e presenta una soddisfacente ripetibilità [3].

Il sistema di misura è stato anche installato su un banco prova combustori a piena scala. Qui la sonda ottica è raffreddata ad acqua e raggiunge il bordo dei gas caldi per mezzo di un tubo metallico, mantenuto in sovrapressione mediante un flusso d’aria o azoto. Nella Fig. 6 è mostrato un esempio di misura durante un ciclo di funzionamento del combustore. La curva 1 rappresenta l’andamento del segnale mediato misurato dal sistema TIT. Gli altri parametri riportati sono forniti dal sistema di controllo del banco prova e rappresentano rispettivamente: la pressione all’interno della camera di combustione (2), la concentrazione di CO2 (3) e la temperatura adiabatica calcolata (4).

Quest’ultima grandezza è quella con cui può essere confrontato il valore misurato dal sensore TIT. Nell’intervallo di funzionamento del combustore (tra le linee tratteggiate), in cui la pressione si è mantenuta stabile all’interno della camera di combustione, si può notare che il segnale TIT è molto ben correlato con la temperatura

adiabatica. In questo intervallo è pos- NOTA sibile stimare una sensibilità di misura dell’ordine di ±10 K, che risulta suffi- 1 In precedenza, CESI Ricerca. ciente per seguire le fluttuazioni tipiche dei combustori turbogas.

RINGRAZIAMENTI

Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo di Programma tra CESI RICERCA e il Ministero dello Sviluppo Economico D.G.E.R.M. stipulato in data 21 giugno 2007 in ottemperanza del DL n.

73, 18 giugno 2007.

BIBLIOGRAFIA

Umberto Perini è attualmente responsabile del Laboratorio Elettroottica di ERSE. L’attività di ricerca è attualmente focalizzata sulla diagnostica di componenti del Sistema Elettrico mediante tecniche elettroottiche.

[1] E. Golinelli, U. Perini, S. Musazzi, G. Pirovano: Dispositivo laser per il monitoraggio della freccia e della formazione di manicotti di ghiaccio sulle linee AT. Atti del 10° Convegno Nazionale “Strumentazione e metodi di misura elettroottici", Milano, 10-12 Giugno 2008.

[2] S. Musazzi, U. Perini, G. Rizzi: ProElena Golinelli è atgetto di un sistema LIBS per misure a tualmente inserita nel Ladistanza su isolatori delle linee AT contaboratorio Elettroottica di minati con sale. FOTONICA 2009, Pisa, ERSE. Negli ultimi anni 27-29 Maggio 2009. ha sviluppato un sistema [3] I. Gianinoni, E. Golinelli, U. Perini: prototipale per il moniOptical probe for the turbine inlet temperature measurement in gas turbine plants. toraggio delle linee di In “Sensors and Microsystems”, G. Di alta tensione.

Francia ed., World Scientific.

Figura 6 – Misura in continua sul banco prova 1 - segnale IR della TIT

T_M ƒ 26

Sergio Musazzi è ricercatore presso ERSE. Ha svolto attività sperimentale e di coordinamento di progetti di ricerca principalmente nei settori della metrologia ottica, sviluppo di strumentazione ottica per attività spaziale, telerilevamento da satellite (tecniche SAR) e diagnostica industriale nel settore elettrico.

Claudio Cherbaucich è Vicedirettore del Dipartimento TTD (Tecnologie per la Trasmissione e Distribuzione) di ERSE e responsabile del progetto di Ricerca “Studi sullo Sviluppo del Sistema Elettrico e della Rete Elettrica Nazionale”, finanziato dal fondo di Ricerca di Sistema Elettrico.

Iva Gianinoni si è specializzata in fotochimica laser al Max-Planck- Institut di Garching (Germania).

Nel Dipartimento Tecnologie di Trasmissione e Distribuzione di ERSE è coinvolta nel progetto di ricerca “Impatto sul sistema elettrico della potenziale diffusione dei veicoli elettrici”.

IL TEMA

Simone Corbellini, Domenico Mombello, Alessandra Neri, Marco Piantanida

Dalle Alpi alle Piramidi La tecnologia al servizio del Patrimonio Culturale

FROM ALPS TO PYRAMIDS: TECHNOLOGY FOR CULTURAL HERITAGE A measurement system specifically developed to monitor microclimatic conditions and volatile pollutants in historic buildings and museums is presented. The system employs minimally invasive sensors which can be equipped with specific fibre optic based transducers for the measurement of gaseous compounds such as H2S and mercury vapour. The system is being used in the Villa della Regina in Turin and in the Coptic Museum in Cairo.

RIASSUNTO Presentiamo in quest’articolo un sistema ottico di misura sviluppato per il monitoraggio delle condizioni microclimatiche e degli inquinanti volatili presenti in edifici storici e musei. Il sistema fa uso di sensori a minima invasività, che possono essere equipaggiati con specifici trasduttori a fibra ottica per la misura di composti gassosi, quali acido solfidrico e vapori di mercurio. Il sistema è attualmente utilizzato nella Villa della Regina a Torino e al Museo Copto al Cairo.

basso), è esposta una preziosa collezione di manufatti in argento, simbolo della cristianità in Egitto. Questi reperti sono soggetti a un graduale tarnishing dovuto all’interazione con composti solforati presenti nell’atmosfera, quali H2S (acido solfidrico), e alla conseguente formazione di uno strato di solfuro d’argento (Ag2S). La rimozione dello strato di solfuro richiede l’impiego di metodi meccanici e sostanze chimiche abrasive lesive per le decorazioni.

In entrambe le applicazioni è necessario monitorare le condizioni ambientali con sensori in grado di rivelare la presenza di composti aggressivi anche in basse concentrazioni [2-3].

In entrambi gli scenari il sistema di

LE MISURE NEI BENI CULTURALI: UN PROBLEMA ARDUO

interventi invasivi. Per queste ragioni abbiamo sviluppato una soluzione che prevede lo sviluppo di sensori L’Italia ha un’elevata concentrazione di progettati ad hoc e di architetture di beni culturali spesso soggetti a degra- misura a bassa invasività. do, a causa delle scarse risorse disponibili per la loro conservazione. Per ottimizzare l’uso di tali risorse è indispen- DUE ESEMPI D’APPLICAZIONE: sabile impiegare sistemi di monitorag- LA VILLA DELLA REGINA gio continuo degli edifici storico-cultura- A TORINO li e dei manufatti archeologici in essi E IL MUSEO COPTO DEL CAIRO conservati. Progettazione, installazione e uso di questi sistemi sono, tuttavia, un Il primo esempio d’applicazione è la problema delicato e complesso, che Villa della Regina [1] a Torino (Fig. 1, richiede strumentazione specifica per il in alto), danneggiata durante la seconcontrollo del microclima e della presen- da guerra mondiale e in fase di restauza di composti volatili e tossici. La situa- ro. Le stanze della Villa contengono zione è, inoltre, aggravata dall’architet- specchi antichi di particolare pregio, tura degli edifici storici e dalla necessi- realizzati secondo la tecnica in uso a tà d’installare impianti di condiziona- quel tempo che prevedeva l’utilizzo di mento e di misura in strutture non pre- un amalgama di mercurio e stagno per creare uno strato riflettente di mercurio disposte per tali sistemi.

Nonostante siano commercialmente liquido contro il vetro. Questi specchi disponibili numerosi dispositivi per l’e- presentano gravi problemi di conservasame dei parametri ambientali, non è zione, dovuti all’instabilità dell’amalgafacile trovare sensori in grado di rile- ma mercurio-stagno. Il processo di vare gli inquinanti presenti. Inoltre i degrado può essere rallentato evitando dispositivi commerciali hanno solita- che l’amalgama subisca brusche variamente un impatto visivo non trascura- zioni di temperatura e umidità. bile e la loro installazione richiede Nel Museo Copto del Cairo (Fig. 1 in

Figura 1 – (1.a) La Villa della Regina, (1.b) Il Museo Copto del Cairo

monitoraggio dev’essere installato garantendo un impatto visivo trascurabile: i sensori devono essere di dimensioni ridotte, a basso rischio d’incendio, capaci di operare per lunghi periodi senza manutenzione, installabili senza l’impiego di fili il cui mascheramento sarebbe molto problematico.

Politecnico di Torino a.neri@polito.it

T_M

N.

1/10 ƒ 27

N. 01ƒ ; 2010

UNA RETE DI SMART BUTTON

Un’architettura di monitoraggio che rispetti tutti i requisiti è stata realizzata impiegando nodi di misura denominati smart button, capaci di trasmettere le misure con tecnologia wireless e personalizzabili in base alla grandezza fisica da misurare.

Figura 2 – (2.a) Architettura del sistema realizzato, (2.b) Smart button

L’architettura di uno smart button è mostrata in Fig. 2.a. Gli smart button sono realizzati in due forme e dimensioni diverse: circolare, con diametro 2 cm e spessore 5 mm (Fig. 2.b), oppure rettangolare, con spessore di soli 3 mm e area 10 cm2. I bottoni sono alimentati per mezzo di una batteria al Litio e basati su un System On Chip della Texas Instruments, che ingloba un microcontrollore, un modulo radio a RF, 32 kB di memoria Flash e 4 kB di memoria RAM. I bottoni possono integrare un sensore d’area massima 5x5 mm2 o gestire uno o più sensori esterni di dimensioni maggiori. La trasmissione dei dati a un concentratore avviene via radio, alla frequenza di 2,4 GHz, e ha portata di una quindicina di metri. Una rete di ripetitori (proxy) alimentati dalla rete elettrica permette di estendere la dimensione dell’area coperta. Per minimizzare il consumo d’energia i bottoni sono mantenuti in modalità dormiente. La radio, la parte del sistema che consuma più energia, si attiva solo per l’invio dei dati.

La rete è dinamicamente riconfigurabile mediante l’aggiunta o la rimozione automatica di sensori. Tutti i sensori possono essere riconfigurati e riprogrammati a distanza, per ottimizzare le strategie di misura e minimizzare il consumo della batteria (che ha durata di alcuni anni).

LA MISURA DI UMIDITÀ E TEMPERATURA

Per le misure d’umidità e temperatura viene montato un sensore commerciale (SHT11 Sensirion) sul bottone. I bottoni, tarati in una camera climatica, sono in grado di misu-

T_M ƒ 28

N. 01ƒ ;2010 LA MISURA DEGLI INQUINANTI

I sensori commerciali per la misura degli inquinanti hanno sensibilità insufficiente per rilevare le ridottissime concentrazioni d’inquinante in gioco; si è pertanto deciso di realizzare un sensore specifico ad accumulo, con modalità operativa simile ai dosimetri per radiazioni ionizzanti. Il sensore si basa su una fibra ottica rivestita e sfrutta il cambiamento dell’attenuazione nella trasmissione della luce, dovuta all’interazione tra la parte di campo elettromagnetico che fuoriesce dalla fibra (campo evanescente) e un sottilissimo strato di materiale deposto sulla superficie della fibra, che reagisce con l’inquinante da misurare. Questa misura di attenuazione non necessita di strumenti costosi per l'analisi spettrale [4-6] e, seppur meno sensibile di questi, è molto più economica e adatta a essere replicata in molti esemplari.

Il sensore utilizza una fibra ottica plastica (POF), più economica delle fibre di vetro [7] e con caratteristiche marcatamente multimodali, così da permettere una più forte interazione col campo evanescente. La fibra commerciale utilizzata ha un nucleo di PMMA di 0,98 mm, circondato da un mantello fluoropolimerico di spessore 0,01 mm. Nel caso in cui l’inquinante d’interesse sia il mercurio, l’elemento sensibile depositato è l’oro, che reagisce con il mercurio, mentre nel caso del H2S il materiale è l’argento, che si trasforma in solfuro di argento (Ag2S).

A seguito dell’etching chimico per la rimozione del mantello si procede alla deposizione dell’elemento sensibile sul nucleo utilizzando uno spessore di 40 nm, che non attenua eccessivamente il campo evanescente ma produce una variazione significativa dell’attenuazione. La fibra così preparata è incollata a un LED e a un fotodiodo, montati alle due estremità tramite una

colla a base di PMMA lasciata polimerizzare a temperatura ambiente per 5 giorni. Il sensore è successivamente collegato allo smart button: iI segnale del fotodiodo viene opportunamente acquisito, mentre una parte del bottone pilota impulsivamente il LED. Entrambi i sensori di gas sono stati provati inserendo il circuito in una camera di prova in vetro con volume di 5 l in cui sono stati iniettati gli inquinanti. La Fig. 3 mostra un esempio di misura in cui sono state effettuate 7 iniezioni di gas, ciascuna con un picco di concentrazione di circa 0,08 ppm della durata di circa 20 minuti (corrispondenti a un integrale di esposizione di meno di 0,02 ppm per ora). La variazione di trasmittanza, anche in presenza di valori così bassi di gas, è significativa e facilmente misurabile.

Durante tutta la prova il sistema ha seguito la temperatura del laboratorio, che è variata nell’intervallo tra 28 °C e 35 °C, con effetti sulla misura inferiori a 1% di trasmittanza.

▲

rare la temperatura con incertezza minore di 2 °C, nel campo di temperatura esteso tra -40 °C e +80 °C, e con incertezza minore di 0,5 °C, tra 20 °C e 40 °C. L’umidità è misurata con incertezza di circa 3%.

IL TEMA

condotte le prove alla pressione di saturazione del mercurio (0,24 Pa a 25 °C). Per ottenere questa condizione, nella camera di prova sono stati inseriti 10 ml di Hg liquido e la camera è stata sigillata per evitare fuoriuscite di vapore all’esterno. La tensione di vapore, ottenuta quasi istantaneamente, corrisponde a un valore d’un ordine di grandezza superiore rispetto al valore di sicurezza prescritto dalla normativa (TLV Threshold Limit Value); quindi i risultati ottenuti dovranno essere confermati da prove a concentrazioni inferiori.

La Fig. 4 mostra la risposta del sensore esposto all’inquinante per 400 ore, durante le quali la concentrazione di Hg rimane costante.

Figura 4 – Risposta del sensore di Hg

Figura 3 – Prova di esposizione ottenuta con 7 iniezioni di gas di oltre 10 giorni

Dai dati ottenuti si deduce che il sistema è in grado di rilevare concentrazioni minime d’inquinante. L’andamento della trasmittanza è proporzionale all’esposizione del sensore all’inquinante stesso. È importante evidenziare che il dispositivo funziona sfruttando la stessa reazione di tarnishing che subirebbe un manufatto in argento esposto all’atmosfera aggressiva. Il sensore è, quindi, in grado di fornire una valutazione dello stato di conservazione del reperto evidenziando l’insorgere di situazioni critiche.

Per il sensore di vapori di mercurio, il cui sviluppo è ancora in corso, si sono

Un’attenuazione significativa si osserva nelle prime 50 ore di esposizione. In seguito il rapporto di trasmissione della fibra rimane costante e la risposta del sensore è condizionata solo dall’escursione della temperatura della stanza.

Questi primi risultati mostrano che il sistema proposto è in grado di rilevare concentrazioni di mercurio difficili da misurare con un sensore commerciale, ma evidenzia anche che la sensibilità, in questo caso, è notevolmente inferiore rispetto a quella ottenuta per l’acido solfidrico.

LA CAMPAGNA DI MISURE IN CORSO

A Villa della Regina è attualmente è in corso una campagna di misure con smart button, posizionati in cinque stanze della Villa, con diverse esposizioni. I bottoni sono programmati per

T_M ƒ 29

effettuare una misura ogni 30 minuti e la campagna ha una durata prevista di 1 anno. Al momento tutti i sensori sono equipaggiati per la misura di umidità e temperature (Fig. 2.b), ma si prevede l’installazione di una serie di sensori di mercurio, non appena le prove in laboratorio saranno completate.

Le Figg. 5.a e 5.b si riferiscono alle variazioni d’umidità relativa e temperatura esaminate in un mese, durante il periodo estivo. Gli smart button hanno rilevato una variazione di temperatura nel campo ±5 °C e una fluttuazione d’umidità relativa tra il 40% e il 70%. Tutti i sensori hanno registrato una notevole escursione di temperatura nei primi 7 giorni, correlata ai problemi di condizionamento dell’edificio.

Gli smart button posizionati in stanze con esposizione a Nord hanno misu-

T_M ƒ 30

N. 01ƒ ; 2010

▲

IL TEMA

rato un’umidità relativa sempre maggiore del 50% rispetto agli altri sensori. Il deterioramento maggiore delle tappezzerie si è verificato proprio in quelle stanze. Poiché gli smart button possono essere posizionati a contatto dei pannelli di legno e possono raccogliere dati senza essere rimossi per un lungo periodo, questa risulta essere un’interessante soluzione per il monitoraggio dell’umidità presente direttamente sui muri.

Per quanto riguarda il Museo Copto del Cairo, si prevede il posizionamento dei bottoni per la misura del contenuto di acido solfidrico nel 2010.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Figura 5 – Andamento di T (5.a) e H (5.b) nella Villa della Regina

[1] C. Mossetti (a cura di), La Villa della Regina, Torino 2007.

[2] L.S. Selwyn, Historical Silver: Storage,

N. 01ƒ ;2010 NEWS

▼

Display and Tarnish Removal, Journal of International Institute for Conservation of Historic and Artistic Works, Canadian Group, 1990, 15, pp. 12-22.

[3] A. Lins, N. McMahon, The inhibition of silver tarnishing, Current problems in the Conservation of Metal Antiquities, Tokyo National Institute of Cultural Properties, 1989, pp. 135-162.

[4] Kanagawa et al., Fiber-optic conical microsensors for surface plasmon resonance using chemically etched single-mode fiber, Analytica Chimica Acta, Vol. 523, pp. 165-170, 2004.

[5] M. Morisawa et al., Plastic optical fibre sensor for detecting vapour phase alcohol, Meas. Sci. Technol., Vol. 12, pp.

877-881, 2001.

[6] Mu-Chun et al., Dual fiber-optic FabryPerot interferometer temperature sensor with low-cost light-emitting diode light source, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 47, pp.

3236-3239, 2008.

[7] O. Ziemann, J. Krauser, P. E. Zamzow, W. Daum, POF Handbook: Optical Short Range Transmission Systems, Springer.

HBM COMPIE I SUOI “PRIMI” 60 ANNI COME LEADER DELL’INNOVAZIONE NEL MONDO DELLE MISURE HBM, leader mondiale nel settore della tecnica di misura, festeggia quest’anno il suo 60° compleanno, confortato da numeri che mostrano una continua crescita: da sei decenni, infatti, le sue soluzioni di tecnica di misura forniscono, in milioni di applicazioni, elevate prestazioni, sicurezza ed efficienza in tutti i settori, dall’automotive all’aeronautica, dall’edilizia alla produzione e sviluppo di prodotti.

Nel 1950, con appena dieci impiegati, l’ingegnere tedesco Karl Hottinger avvia questa azienda per lo sviluppo e la produzione di pregiati strumenti di tecnica di misura. Oggi la HBM (Hottinger Baldwin Messtechnik) è un “global player” nel settore, con prodotti e servizi per l’intera catena di misura, dai trasduttori ai sistemi elettronici di acquisizione dei dati di misurazione, fino ai complessi software di valutazione e analisi, il tutto completato da un servizio di assistenza professionale.

Oggi, come sessant’anni fa, i prodotti HBM permettono di ottenere risultati di misura estremamente precisi, affidabili,

NOTE 1 Gli autori desiderano ringraziare l’Arch.

Simona Albanese e la Dott.ssa Cristina Mossetti della Soprintendenza per i Beni Storici, Artistici ed Etnoantropologici del Piemonte, per l’attiva collaborazione nella campagna di misure presso la Villa della Regina a Torino; e la Prof.ssa Venice Gouda del National Research Center (NRC) del Cairo, per gli spunti e le preziose discussioni relative alle problematiche di conservazione dei manufatti metallici esposti presso il Museo Copto.

■

IL TEMA

Marco Piantanida Ingegneria Elettronico. Assegnista di ricerca presso il Dip. Scienza dei Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Torino: sviluppo della parte elettronica per sensori chimici basati su fibra ottica.

Simone Corbellini Ingegnere Elettronico, ha conseguito il Dottorato di Ricerca in Metrologia nel 2006. Lavora ai sistemi di misura distribuiti, strumentazione “intelligente” Domenico Mombello basata su microcontrollori e sviluppo di reti laureato in Biologia all’U- sensori wireless a bassa potenza. niversità di Torino, ove ha conseguito il Dottorato di Alessandra Neri IngegneRicerca in Biosensoristica re Elettronico, ha in corso il Vegetale e per l'Ambiente Dottorato di Ricerca in Menel 2008. È impiegato al trologia. Studia lo sviluppo di Politecnico di Torino presso il Dipartimensensori ottici per grandezze to di Scienza dei Materiali ed Ingegneria chimiche e fisiche e lo sviluppo e la caratterizChimica con un Assegno di Ricerca. zazione di sistemi di acquisizione eterogenei.

sicuri ed efficienti in diecimila applicazioni (su aerei, automobili, ponti, turbine a vento, ecc.). Il fattore che sta alla base di questo straordinario successo è chiaro: da sempre la multinazionale tedesca punta sull’innovazione e la qualità, caratteristiche molto apprezzate dai clienti. I suoi amplificatori di misura, come il quasi leggendario strumento di misurazione a elevata precisione DMP39 e il sistema universale MGCplus, impiegato in migliaia di applicazioni, sono diventati pietre miliari per l’intero settore. Nel 1986, inoltre, HBM è stata la prima azienda in Germania a ottenere la certificazione del suo Sistema di Gestione per la Qualità secondo la norma internazionale ISO 9001.

L’innovazione e lo sviluppo della tecnica di misura rappresentano da sempre i principali obiettivi di HBM, che negli scorsi anni ha potuto ampliare notevolmente il proprio portafoglio prodotti e soluzioni, sia gra-

zie a sviluppi propri sia tramite acquisizioni aziendali mirate. Il marchio HBM nCode offre soluzioni software altamente professionali per i test virtuali; Genesis HighSpeed offre agli utenti sistemi di acquisizione dei dati con le cadenze di interrogazione più elevate; HBM SoMat è invece la soluzione ideale per condizioni di impiego particolarmente critiche. Infine, con il nuovo sistema di acquisizione dei dati di misurazione QuantumX, universale e ultracompatto, HBM ha già aperto le porte della misurazione del futuro.

Per ulteriori informazioni: www.hbm.com/it

T_M ƒ 31

AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE

14-15 Aprile 2010 Torino - Lingotto Fiere

Soluzioni innovative e Tecnologie per l’Industria e la Ricerca - www.affidabilita.eu

IL PROGETTO AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE, nella quarta edizio-

ne (14/15 aprile 2010), gioca le sue carte migliori, predisponendo un progetto ambizioso, in linea con il proprio binomio: offrire a due diverse tipologie di visitatori due programmi specifici e specialistici, caratterizzati dall’attualità e innovatività dei contenuti, tra loro complementari e sinergici.

AFFIDABILITA’ = TESTING & METROLOGY Si vuole soddisfare l’esigenza di garantire affidabilità ai propri committenti, una tematica manifestata dai responsabili aziendali dell’area Controlli Qualità, del Laboratorio e delle Misure, dei Controlli on line, della Manutenzione e della Produzione: per questi visitatori è previsto un Programma veramente unico, assolutamente il più completo in Italia, che si articola sui due giorni (14 e 15 Aprile 2010), arricchito da tre Convegni di spicco, organizzati con la collaborazione dei massimi esperti della Ricerca e dell’Industria, e da decine di Seminari pratici, curati dalle Società espositrici. La parte espositiva, ancora più ampia rispetto alla precedente edizione, sarà qualificata dalla presenza dei principali pro-

duttori e dalle centinaia di proposte di strumenti, metodi e soluzioni specialistiche (ad esempio: ACQUISIZIONE DATI, ACUSTICA, CERTIFICAZIONI e OMOLOGAZIONI, COLORIMETRIA, CONTROLLI, DIAGNOSI, ENERGIA - MISURA E RISPARMIO ENERGETICO, INTERFERENZE ELETTROMAGNETICHE, METROLOGIA, PROVE DISTRUTTIVE E NON DISTRUTTIVE, SICUREZZA, STATISTICA, VIBRAZIONI e STRESS, VISIONE ARTIFICIALE).

TECNOLOGIE = RESEARCH & TECHNOLOGY Sono state prese in considerazione le fondamentali esigenze di innovare per incrementare la competitività aziendale, temi attualissimi per Decisori aziendali, Ricerca e Sviluppo, Ufficio Progettazione e Tecnico, Centri di Ricerca. Per tale tipologia di visitatori viene organizzato uno specifico programma, decisamente completo e specialistico, articolato sui due giorni (14 e 15 Aprile 2010), con 5 Convegni, decine di Seminari Pratici e una qualificata e completa presenza di società espositrici che illustreranno le loro novità (ad esempio: ANALISI e CALCOLI, CAD - CAE – CAM – CFD, DESIGN, INFORMATICA SPECIALISTICA, LAVORAZIONI SPECIALI, MATERIALI COMPOSITI e SPECIALI, NANOTECNOLOGIE, PROTOTIPAZIONE e PRODUZIONE RAPIDA, REVERSE ENGINEERING, SERVIZI ALLE IMPRESE, SIMULAZIONE, SISTEMI AVANZATI DI PRODUZIONE, VIRTUAL TESTING).

AFFIDABILITÀ: ESPOSIZIONE E TEMATICHE TESTING E METROLOGIA

CERTIFICAZIONI • OMOLOGAZIONI

Tematiche di primaria importanza per le aziende di produzione, impegnate a garantire costantemente la massima affidabilità e qualità ai propri committenti e consumatori. AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE, con l’esposizione di centinaia di strumenti e macchine per il controllo e la misura, destinati alle più svariate applicazioni, è la più completa manifestazione specialistica dedicata a un pubblico di visitatori attento ed esigente. Le tecnologie esposte sono veramente numerose e la loro semplice elencazione risulterebbe comunque riduttiva. Per la prossima edizione sono attese molte novità e un’ulteriore crescita delle società espositrici, che proporranno il più importante evento specialistico dell’anno, irrinunciabile appuntamento per migliaia di visitatori. Va, inoltre, segnalata la presenza dell’INRIM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica), che organizzerà alcuni convegni dedicati a tematiche innovative in ambito metrologico, di sicuro interesse per operatori e ricercatori e per le aziende utenti di misure, prove e controlli.

La presenza dei primari Organismi di Certificazione e Omologazione, Laboratori Prove e Centri di Taratura rappresenta una ghiotta occasione per migliaia di visitatori, alla ricerca di soluzioni alle loro esigenze in materia di omologazione, certificazione, taratura. Le Aziende stanno ricercando con sempre maggiore attenzione fornitori in grado di offrire servizi “chiavi in mano”, garantendo la massima conformità, affidabilità e competenza a costi competitivi: ad AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE è possibile conoscere le migliori realtà del settore, sia incontrando i loro esperti, presenti presso le postazioni espositive, sia partecipando ai loro seminari tematici, dedicati a specifiche problematiche e alle relative soluzioni.

SCEGLI OGGI LA MIGLIORE OPPORTUNITÀ

METODOLOGIE PER COMPETERE Per attuare l’innovazione competitiva, l’azienda deve pensare non solo all’adozione di particolari tecnologie e strumenti ma anche all’impiego di “metodologie” in grado di attivare e supportare i cambiamenti, a qualsiasi livello (progettuale, organizzativo, produttivo, gestionale, ecc.). L’edizione 2010 di AFFIDABI-LITA’ & TECNOLOGIE dedicherà ampio spazio, quindi, alle proposte di consulenza e formazione che offrono veri e propri pacchetti di crescita guidata, relativamente a specifiche metodologie innovative, o servizi di outsourcing in merito alle stesse.

WWW.AFFIDABILITA.EU

TI ASPETTIAMO! La manifestazione specialistica dedicata a Decisori e Responsabili Tecnici di aziende operanti nelle filiere AUTOMOTIVE, AEROSPACE, DEFENSE, RAILWAY, NAVAL & YACHT

GRANDI AZIENDE partner della manifestazione “Per fare un prodotto eccellente, sono indispensabili fornitori eccellenti”. Un’affermazione semplice e inoppugnabile, che chiarisce efficacemente come le Aziende fornitrici delle filiere industriali rappresentino il fondamento, solido e imprescindibile, del successo di ogni grande Costruttore. Come potrebbe competere e svilupparsi il nostro Paese, se non esistessero migliaia di PMI appartenenti alle filiere produttive ad alto contenuto tecnologico, in particolare AUTOMOTIVE, AEROSPACE, NAVAL & YACHT, DEFENCE, RAILWAY? Molte Aziende leader delle principali Filiere industriali italiane rivestono un ruolo di spicco nella costruzione del programma di AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE, nell’ottica di offrire il proprio fondamentale apporto alla crescita e al miglioramento

delle capacità competitive delle imprese fornitrici e subfornitrici italiane, presentando esperienze e testimonianze, applicazioni innovative.

Gli organizzatori ringraziano, in particolare: ALENIA AERONAUTICA, ANSALDO BREDA, BOMBARDIER, CETENA-FINCANTIERI, CENTRO RICERCHE FIAT, COMAU, DENSO TS, ELASIS, ENEA, FIAT GROUP AUTOMOBILES, FIAT POWERTRAIN TECHNOLOGIES, FIDIA, FIVES CINETIC GIUSTINA, IVECO, MAGNETI MARELLI, PIRELLI TYRE, POLITECNICO DI TORINO, PRIMA INDUSTRIE, PROTOTIPO, SELEX GALILEO, SKF INDUSTRIE.

TECNOLOGIE: ESPOSIZIONE E TEMATICHE VISIONE ARTIFICIALE

LAVORAZIONI E MATERIALI SPECIALI

Indispensabile connubio tra progettazione, produzione e controllo qualità: si parla da tempo della visione artificiale e delle sue innumerevoli applicazioni ma, a nostro avviso, si tratta di tecnologie ancora con ampie possibilità di espansione, soprattutto nel settore manufatturiero. Ad AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE le Aziende che realizzano le linee di produzione (gli integratori) potranno trovare non solo le novità dei principali fornitori di soluzioni e tecnologie ma anche indicazioni e confronti da parte delle Grandi aziende loro clienti.

La capacità competitiva può aumentare con l’utilizzo di lavorazioni e tecnologie speciali, come il LASER, per taglio e saldatura, o il PLASMA a uso industriale, per particolari trattamenti. Anche l’impiego dei MATERIALI COMPOSITI è sempre più ampio, soprattutto nel settore dei mezzi di trasporto, per diminuire i pesi, risparmiare energia e migliorare le caratteristiche di veicoli, velivoli, natanti. La presenza di numerose aziende e centri di ricerca, fornitori di soluzioni, tecnologie e competenze costituisce un motivo di forte interesse per i visitatori, alla continua ricerca di soluzioni concrete in grado di soddisfare le specifiche esigenze.

CAD • SIMULAZIONE • PROTOTIPAZIONE RAPIDA Le opportunità di abbattere costi e time to market, offerte da queste tecnologie, sono veramente rilevanti e nessuna azienda impegnata nella competizione può pensare di farne a meno. Grazie alla presenza di tutti i principali fornitori di tali tecnologie, la manifestazione si propone come il più completo e autorevole momento d’incontro tra domanda e offerta e offre ai visitatori la possibilità di individuare la giusta soluzione in tema di CAD, CAD–CAM, PROTOTIPAZIONE E PRODUZIONE RAPIDA, REVERSE ENGINEERING, CAE, CFD, ANALISI E CALCOLO, SIMULAZIONE, VIRTUAL TESTING, PLM, ecc.

ENERGIA Focus sul Risparmio energetico e sulla Qualità dell’energia ad AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE. Nell’edizione 2010 saranno presentate innovative soluzioni e strumenti utili a incre-

ISCRIVITI OGGI: FAI LA SCELTA MIGLIORE!

NANOTECNOLOGIE In ambito industriale si stanno diffondendo prepotentemente tecnologie che, sino a ieri, erano rimaste circoscritte all’ambito scientifico, medico o della pura ricerca.

Oggi, soprattutto dove occorre offrire prodotti di altissima qualità, dalle performance innovative e di affidabilità assoluta, le nanotecnologie stanno conquistandosi un ruolo di spicco: nel settore aerospaziale e della difesa, ad esempio, nei quali sono da tempo presenti, ma la loro diffusione è in piena evoluzione anche in settori più ampi, come l’automotive, dove si moltiplicano nuove e interessanti proposte applicative. mentare concretamente il risparmio energetico nelle Aziende di produzione, con estrema attenzione nei confronti del controllo dell’impatto ambientale. Un ulteriore tema, di particolare interesse per i responsabili della manutenzione, è la misura della qualità dell’Energia elettrica, aspetto direttamente collegato ai temuti fermi macchina o impianti.

WWW.AFFIDABILITA.EU

GLI ALTRI TEMI

MISURE E PROVE NON DISTRUTTIVE Jens Lübbehüsen

Tomografia computerizzata a raggi X Test non distruttivi per l’analisi 3D di componenti automobilistici

guasti, aumentando l’affidabilità e la sicurezza di componenti automobilistici, aerospaziali, e militari.

Una vasta gamma di sistemi è oggi disponibile per effettuare misure TC ad alta risoluzione. Sistemi a raggi X a microfocalizzazione come x|Argos di GE Sensing, per il controllo in tempo reale di oggetti pressocolati di grandi dimensioni (adattabili all’esecuzione di TC), hanno costi contenuRIASSUNTO ti e sono quindi accessibili a imprese La tomografia computerizzata (TC) a raggi X ad alta risoluzione è diventadi piccole dimensioni. Per la TC ad ta un potente strumento di controllo per una notevole varietà di misure e alta risoluzione e alta qualità, il controlli. Questo lavoro presenta alcuni risultati di nanoTC ottenuti con Nanotom è il primo sistema nano-TC Nanotom, il primo sistema di tomografia computerizzata nanofocus della GE a 180 kV con la capacità 180 V/15 W, concepito per applicazioni particolari con risoluzioni di di analizzare campioni di piccole voxel fino a 500 nm. Vengono anche presentati i risultati di TC del dimensioni e con risoluzioni di voxel V|Tome|x L 300, il primo sistema TC con tubo di 300 kV microfocus uniinferiori a 0,5 µm. Ciò consente di polare per misure ad alto ingrandimento di componenti per autoveicoli. misurare agevolmente superfici di oggetti di plastica modellata, fusioni LA TOMOGRAFIA della struttura interna di componenti. di metalli leggeri e dettagli di variaCOMPUTERIZZATA A RAGGI X Con la TC, infatti, è possibile misura- zioni di materiale o della sua densiNEL CONTROLLO DIMENSIONALE re e visualizzare piccole differenze tà e porosità. di contrasto, densità o porosità di Nello scenario dell’ispezione moder- materiali. Le tecniche di TC sono na e delle prove non distruttive l’otte- ideali per la misura di spessori di IMAGING A RAGGI X: nimento di particolari e forme di pareti interne di oggetti pressofusi 3D E 2D A CONFRONTO dimensioni più ridotte possibile è un complessi, spesso inaccessibili agli aspetto prioritario. In presenza di scanner ottici o a contatto conven- Immagini 2D prodotte con il tradigeometrie complesse e miniaturizza- zionali. I dati di volume forniscono zionale imaging a raggi X presentazione di molti componenti di alta affi- informazioni per il Reverse Enginee- no ingrandimenti che variano, in dabilità nei settori automobilistico, ring (RE) o per il raffronto con un genere, da 1:1 a 25.000:1. A queelettronico e aerospaziale, il rag- modello CAD. Queste funzionalità sti ingrandimenti, il riconoscimento giungimento di un tale livello di det- contribuiscono alla diagnosi precoce di particolari molto piccoli è agevotaglio nella misura di particolari è del processo e ne identificano i punti le, con elevata precisione sui piani talvolta difficile. Molti dei requisiti di di debolezza, aumentandone il ren- verticale e orizzontale delle immagicontrollo non possono essere soddi- dimento e la produttività. ni (altezza e larghezza del campiosfatti con i tradizionali metodi di Gli attuali sistemi di micro e nanofo- ne). Viceversa, la profondità del ispezione 2D a raggi X, a causa calizzazione sono adatti non solo campione è misurabile solo in termidelle limitazioni intrinseche della tec- all’analisi di materiali a basso assor- ni di intensità nella scala dei grigi o nica. Ad esempio, non è misurabile bimento, come i tessuti sintetici, ma dei valori di densità. La singola vista la profondità dei particolari, infor- anche della microstruttura interna di mazione che in alcuni casi può rive- pezzi pressofusi, ceramiche o matestire importanza notevole nel proces- riali compositi ad alto assorbimento. so di fabbricazione.

La TC ad alta risoluzione espande, La Tomografia Computerizzata ad quindi, notevolmente la gamma dei GE Sensing & Inspection Technologies alta risoluzione (TC) è un metodo effi- difetti rilevabili da raggi X nel con- GmbH, Wunstorf, Germania cace di misura per la mappatura 3D trollo di processo e nell’analisi dei jens.lubbehusen@ge.com X-RAY COMPUTER TOMOGRAPHY: 3D ANALYSIS OF AUTOMOTIVE COMPONENTS For a huge variety of inspection tasks, X-ray high-resolution computer tomography (CT) has become a powerful inspection tool. The paper shows nanoCT results produced by the Nanotom, the first 180 kV/15 W nanofocus tomography system specifically tailored to voxel resolutions down to 500 nm. Furthermore, CT results of the v|tome|x L 300, the first CT system with a unipolar 300 kV microfocus tube for high magnification examinations and measurements of highly absorbing automotive components will be shown.

T_M

N.

1/10 T_M ƒ ƒ 35 35

N. 01ƒ ; 2010

▲

GLI ALTRI TEMI

2D consente di misurare con precisione un difetto, come il restringimento di una fusione o una crepa in una saldatura, ma non consente di misurare la profondità di tale difetto.

L’imaging 3D, viceversa, consente di b) a)

individuare e localizzare difetti in profondità. La TC consente quindi di determinare l’esatta ubicazione del difetto nel campione e fornire informazioni su dimensioni, volumi e densità di inclusioni e cavità. Grazie all’elevato contrasto, anche piccoli difetti diventano rilevabili (Fig. 1).

LA TC A ELEVATA RISOLUZIONE

Figura 1 – 1.a: Immagine 2D a raggi X di una crimpatura di cavo.

Con l’imaging 2D è possibile ottenere solo l’informazione di densità complessiva: i singoli cavetti di rame all’interno dell’area di crimpatura non sono visibili. 1.b: Immagine 3D della crimpatura con due intersezioni che mostrano i cavetti di rame all’ingresso e all’uscita della crimpatura.

T_M ƒ 36

Per applicazioni di controllo a raggi X a elevata risoluzione, i risultati più significativi sono ottenuti dalla tomografia computerizzata ad alta risoluzione con una sor-

gente X a microfocus o nanofocus.

La risoluzione ottenibile è principalmente influenzata dalla dimensione dello spot focale del tubo a raggi X, che varia da pochi micron per un tubo microfocus a 0,8 µm per un tubo nanofocus più recente. I tubi nanofocus raggiungono risoluzioni fino a 200 nm, con modalità di focalizzazione diverse.

La TC si ottiene a partire da una serie di immagini 2D a raggi X, facendo ruotare il pezzo con incrementi di 1° fino a una completa rotazione (Fig. 2). Ogni proiezione 2D contiene informazioni sulla posizione e la densità dei particolari dell’oggetto che assorbono i raggi.

L’accumulo di dati è poi utilizzato per la ricostruzione numerica secondo viste trasversali o con visualizzazione 3D. La struttura 3D del volume ricostruito è facilmente analizzata

N. 01ƒ ;2010 Figura 2 – Set-up di TC con il tubo a Raggi X (a ds.), la tavola di manipolazione (al centro) e i rivelatori (a sn.): il GE S&IT phoenix|x-ray v|tome|x L 450 è equipaggiato con un tubo macrofocus da 450 kV e un tubo microfocus da 240 kV, e un rivelatore a matrice estesa (linea e multilinea).

Offre quindi una notevole varietà di applicazioni d’ispezione e metrologiche per campioni di dimensioni fino a 1 000 mm d’altezza e 800 mm di diametro con risoluzioni di voxel fino a 2 µm

Alcuni effetti fisici non completamente evitabili possono influenzare la qualità della TC, quali il cosiddetto beam hardening (BH) all’interno del campione o altri artefatti. Per ottimizzare la qualità del volume 3D, i sistemi di TC avanzati a microfocus e nanofocus possiedono una serie di efficaci strumenti software per ridurre gli artefatti e gli effetti di BH, correggibili sia automaticamente (ad esempio, per fusioni d’alluminio o parti in plastica) o in modo interattivo (per i prodotti multi – materiale, quali filtri o componenti elettronici).

fuori delle possibilità di molte piccole e medie imprese, poiché la TC ad alta qualità richiedeva rivelatori a pannello a costi elevati. Recenti sviluppi in GE S&IT phoenix|x-ray consentono oggi di proporre soluzioni TC a basso costo, grazie a combinazioni di intensificatori d’immagini e telecamere CCD da 2 MPixel. Uno strumento che utilizza questa tecnologia è l’x|Argos (Fig. 3). Questo dispositivo permette la scansione di fusioni di dimensioni più elevate utilizzando un tubo direzionale microfocus. Con il suo manipolatore CNC a sei assi, tra cui un braccio a C per il tubo e il rivelatore, e il suo tubo direzionale a elevata potenza, x|Argos fornisce un’accuratezza di misura e una risoluzione di focalizzazione elevate per l’ispezione di campioni fino a 100 Kg. La dimensione del manipolatore si presta a una gamma elevata di dimensioni del campione (da campioni molto piccoli fino a 3 m di altezza).

Figura 3 – Il sistema di TC x|argos, che con il suo tubo da 240 kV garantisce risoluzioni molto elevate per l’ispezione in linea di campioni fino a 100 kg, ed è adatto per TC 3D

Programmi di controllo completamente automatici consentono test di campioni su larga scala in ambiente di produzione. Moduli aggiuntivi Fino a poco tempo fa, i sistemi TC si possono essere creati utilizzando collocavano in fasce di prezzo al di XE 2 , l'ambiente di analisi di GE SISTEMI DI TC A COSTI COMPETITIVI

▲

tramite software proprietario, opportuno per la valutazione di pori, fessure e densità, nonché la distribuzione di materiali con elevato ingrandimento e qualità delle immagini.

GLI ALTRI TEMI

S&IT phoenix|x-ray. Questo programma permette all’utente di creare moduli basati su edge detection, misurazioni in scala di grigi e blob analysis, ottenendo uno strumento personalizzabile. Così x|Argos è uno strumento “multitool” 2D, che unisce elevate potenzialità d’ispezione ai vantaggi della tomografia computerizzata.

IL TC NANOFOCUS (NANOCT)

Per la scansione di campioni fino a 1 kg di massa e 120 mm di diametro e con risoluzioni di voxel inferiori a 500 nm, una scelta opportuna è il sistema TC Nanotom di phoenix|xray. Il Nanotom è il primo sistema nanoTC al mondo con un tubo nanofocus a raggi X a 180 kV, pensato per applicazioni a risoluzioni estreme in una varietà di settori, quali lo stampaggio a iniezione, la scienza dei materiali, la meccanica, l’elettronica e la geologia. Il tubo nanofocus a 180 kV offre diverse modalità di scansione, da quelle su materiali a basso assorbimento a quelle ad alta potenza su campioni ad alto assorbimento. Pertanto, esso è particolarmente adatto per misure di parti stampate, sensori, campioni meccatronici complessi, componenti microelettronici, come pure campioni di materiali sintetici, metalli, ceramiche, leghe sinterizzate, materiali compositi, minerali e campioni biologici.

La TC a risoluzioni spaziali così elevate richiede un progetto accurato, che tenga conto di tutti gli aspetti che potrebbero influenzarne la risoluzione (ottimizzazione dei manipolatori, rivelatori e tubi a raggi X). Il Nanotom, ad esempio, utilizza un unico tubo nanofocus da 180 kV in grado di penetrare in campioni ad alto assorbimento, come il rame o le leghe d’acciaio. Il rivelatore piano da 5 Mpixel, con area attiva di 120x120 mm2 (2300x2300 pixel, dimensioni del pixel di 50 µm) e un rivelatore virtuale a 3 posizioni (larghezza del rivelatore fino a 360 mm), forniscono un’ampia varietà di possibilità sperimentali. Per evitare effetti di

T_M ƒ 37

vibrazioni o dilatazioni termiche il tubo, il rivelatore e l’unità di rotazione sono montati su un sistema di manipolazione ad alta precisione con base in granito. Inoltre, particolari materiali e tecniche di costruzione sono utilizzati per garantire stabilità elevata per misure di lunga durata. La precisione di questo set-up permette alte risoluzioni e precisioni delle misure. Inoltre il sistema include il software proprietario datos|x di phoenix|x-ray, facile da usare, che include strumenti innovativi per la taratura della geometria, la taratura del rivelatore, la riduzione del rumore.

cessarie per estrarre superfici interne o esterne. I dati di misura sono interpolati con primitive geometriche o raffrontati con modelli CAD tramite analisi della varianza. Per garantire un’elevata facilità d’uso e superfici geometricamente corrette, innovativi metodi d’estrazione delle superfici sono utilizzati nel tool surface|extraction del software Nanotom.

Effetti fisici come il BH indotto dal campione e lo scattering lasciano di norma errori residui e inevitabili nel set di dati, che hanno effetti sull’estrazione di superfici. Il Nanotom elimina questi errori utilizzando un algoritmo d’estrazione di superfici appositamente progettato, con preMETROLOGIA cisione di gran lunga superiore a quella degli strumenti di sogliatura AD ALTA PRECISIONE DA TC tradizionali (ISO). Ciò produce La scansione 3D del volume di un superfici geometricamente corrette oggetto può fornire informazioni ne- anche in presenza dei citati effetti.

T_M ƒ 38

N. 01ƒ ; 2010

▲

GLI ALTRI TEMI

Disponendo di dati precisi riguardanti tutte le superfici interne ed esterne dell’oggetto, l’utente può ora procedere con le altre procedure, come l’analisi della varianza, le interpolazioni, il RE. Grazie alla lunga esperienza di GE S&IT phoenix|x-ray nelle tecniche a raggi X microfocus e nanofocus, è stata creata una serie di sistemi TC innovativi, modulari e altamente precisi, che offre risultati precisi e affidabili di misura, comparabili con quelli delle tradizionali macchine di misura a coordinate (CMM).

Come esempio, la Fig. 4 mostra una sezione “virtuale” d’un ugello d’iniezione, che mostra la geometria interna e canali d’iniezione (4.a), la nuvola di punti 3D ottenuta con il modulo GE S&IT phoenix|x-ray surface|extraction (4.b) e la rappresentazione CAD dell’ugello (4.c).

N. 01ƒ ;2010

a)

b)

c)

Figura 4 – 4.a: Sezione TC virtuale di un iniettore, che mostra la geometria esterna insieme al canale d’iniezione (diametro 150 µm).

4.b: nuvola di punti 3D estratta con il modulo GE S&IT phoenix|x-ray surface|extraction, che rappresenta i punti della superficie dell’iniettore.

4.c: Fit poligonale dell’iniettore

▲

GLI ALTRI TEMI

Per la verifica della precisione di superfici sia esterne sia interne del misura ottenuta dalla TC ad alta riso- pezzo, più velocemente della luzione, con il Nanotom è stata misu- CMM. La domanda chiave per il rata una piastra a sfere di metrologo è il grado di accuratez20x20 mm2 in Zerodur®, progettata e za e ripetibilità di un sistema TC tarata dal PTB (Fig. 5.a). La taratura rispetto a quello della CMM condel PTB forniva incertezze di posizio- venzionale. La Fig. 7 mostra un rafne di 1,5 µm e di forma di 2 µm. fronto tra le prestazioni di una Come l’analisi di varianza delle CMM (Fig. 7.a) e di un sistema 3D Figg. 5.b e 5.c mostra, la a) deviazione della superficie misurata dalla superficie ideale può essere notevolmente ridotta con tecniche di correzione delle immagini.

La piastra a sfere è stata usata per determinare l'errore di misura di lunghezza di b) c) ±1 µm in corrispondenza d’una dimensione di voxel di 15 µm, secondo il nuovo standard VDI / VDE 2630 per la taratura dei sistemi TC. Come esempio applicativo delle potenzialità del sistema TC, la Fig. 6 mostra una nuvola di punti “renderizzaFigura 5 – 5.a: Piastra a sfere in Zerodur®, ta” d’un campione di grandi utilizzata per la taratura del TC Nanotom. dimensioni e alto assorbi- 5.b: Analisi della varianza dei dati di volume ricostruiti mento (testa di cilindro di un senza correzione per il BH motore a tre cilindri). Il rive(si evidenzia una deviazione dalla forma nominale latore multilinea consente che dipende dalla posizione).

5.c: Analisi della varianza dei dati di volume d’acquisire scansioni con ricostruiti utilizzando una qualità stupefacente. il modulo per la correzione per il BH Porosità di dimensioni inferiori a 0,3 mm possono essere facilmente rivelate, spessori di GE S&IT phoenix|x-ray v|Tome|x L pareti misurati con precisione (Fig. 450 (Fig. 7.b), su un blocco valvo6), canali di scarico misurati e ispe- le in alluminio. Su entrambi i sistezionati. mi sono stati acquisiti 30 parametri Le macchine di misura a coordinate diversi (distanze, diametri, angoli): (CMM) sono largamente utilizzate sulla CMM in circa 2 ore, sul sistenell’industria automobilistica per le applicazioni di misura fin qui illustrate.

Oggi, a causa del fatto che la misura non è più confinata alle sole superfici esterne del campione, la TC ad alta risoluzione è lo strumento ideale per accea) b) dere a particolari interni del pezzo sotto misura. TC Figura 6 – 6.a: TC di volume renderizzata di una testa è in grado, inoltre, di di cilindri (motore a 3 cilindri), scandita con il sistema misurare contemporaneaTC GE S&IT phoenix|x-ray per grandi fusioni, v|tome|x L 450.

6.b: analisi automatica delle pareti della testa mente i dettagli delle

T_M ƒ 39

▲

GLI ALTRI TEMI

ma CT in circa 30 minuti. La differenza massima dei parametri acquisiti dai due sistemi rispetto ai parametri nominali è stata inferiore a 35 µm, mentre le differenze relative tra i due sistemi si sono mantenute entro i ±7 µm.

CONCLUSIONI

La TC ad alta risoluzione con tecnologia microfocus e nanofocus viene utilizzata in svariate applicazioni per l’analisi dei guasti, il controllo di qualità e la metrologia. L’imaging 3D ad alta precisione per la misura di strutture assorbenti, sia interne sia esterne, fornisce test non distruttivi con accuratezze raggiungibili, finora, solo su superfici esterne con le tradizionali CMM. Si può concludere che la TC ad alta risoluzione

T_M ƒ 40

rappresenta una nuova generazione di CMM per la metrologia rapida di superfici non raggiungibili.

Per numerose applicazioni automobilistiche, la TC a micro e nanofocalizzazione fornisce gli stessi livelli di prestazioni delle macchine a coordinate in termini di precisione di misura.

Jens Lübbehüsen si è laureato nel 1991 alla Camera di Commercio di Colonia. Dal 1996 al 1999 è stato Responsabile Vendite di Area della Feinfocus Röntgensysteme GmbH, Garbsen (sistemi di ispezione a Raggi X), dal 1999 a oggi è Responsabile Vendite di Area della GE Sensing & Inspection Technologies GmbH - phoenix|x-ray, Wunstorf.

a)

b)

Figura 7 – 7.a: Testa di valvola in Alluminio, utilizzata per raffronto tra una CMM 3-D e il GE S&IT phoenix|x-ray v|tome|x L 450.

7.b: dati di misura in formato STL, allineamento e analisi di varianza

GLI ALTRI TEMI

PREMIO DI DOTTORATO “C. OFFELLI” Gianfranco Miele

Un misuratore di potenza innovativo per segnali DVB-T Costi, dimensioni e peso contenuti e semplicità d’utilizzo

DVB-T: MEASURING THE CHANNEL POWER WITH LOW-COST INSTRUMENTATION As DVB-T networks are rapidly expanding, there is need for large scale network monitoring. Among the quantities to be monitored, the channel power plays a very important role. To this aim, commercial instruments are characterized by a high cost and, in particular for spectrum analyzers, they are characterized by a non-negligible weight and size.

To overcome the above mentioned limits, an innovative, small and lightweight instrument, compatible with that obtained by using the traditional instrumentation described earlier, has been designed at the LAMI laboratory at the University of Cassino. In this paper the hardware architecture of the instrument will be presented. A metrological campaign aimed at assessing the instrument performance has been carried out on real DVB-T signal.

RIASSUNTO Le reti DVB-T stanno evolvendo rapidamente: di conseguenza, è sorta la necessità di effettuare monitoraggi su larga scala di queste reti. Tra i diversi parametri da monitorare, la potenza nel canale è di fondamentale importanza. A questo fine, gli strumenti commerciali sono caratterizzati da costi, peso e dimensioni elevate. Per superare questi limiti, al LAMI di Cassino è stato sviluppato uno strumento innovativo di costo, dimensioni e peso contenuti e di semplice utilizzo nelle misure sul campo. In questo lavoro è presentata la sua architettura hardware e descritta la campagna metrologica condotta su segnali DVB-T reali, con lo scopo di verificare le prestazioni dello strumento.

TRASMISSIONI TELEVISIVE: VERSO IL DVB-T

L’introduzione degli standard Digital Video Broadcasting (DVB) ha rivoluzionato il mondo delle trasmissioni televisive. In particolare, lo standard per la televisione digitale terrestre (DVB-T) [1] è l’ultimo nato della famiglia DVB: grazie alle sue caratteristiche, esso permette di offrire una migliore qualità dell’immagine e servizi interattivi, come il Multimedia Home Platform (MHP). Inoltre lo standard DVB-T permette d’utilizzare in modo più efficiente la risorsa spettrale che, come è ben noto, è una risorsa condivisa. Infatti esso permette di trasmettere vari programmi televisivi (canali TV), tipicamente quattro o più, all’interno della stessa

È possibile osservare, quindi, un rapido sviluppo delle reti DVB-T, che fa sorgere la necessità di effettuare un monitoraggio a larga scala di queste reti. A questo scopo l’European Telecommunication Standards Institute (ETSI) ha emanato un rapporto tecnico [2] nel quale individua un insieme di parametri che devono essere misurati per verificare le prestazioni di apparati DVB-T. Tra i diversi parametri definiti in questo rapporto tecnico, la misura della Potenza nel canale gioca un ruolo di fondamentale importanza. Tipicamente questo parametro è misurato con buona accuratezza e ripetibilità utilizzando i moderni analizzatori di spettro o i misuratori di potenza a radiofrequenza. Questi strumenti sono caratterizzati da un costo elevato e, in particolare per gli analizzatori di spettro, da un peso e un volume non trascurabili, caratteristiche che non li rendono adatti per effettuare misurazioni sul campo.

Per ovviare a queste limitazioni, presso il laboratorio di misure (LAMI) dell’Università degli Studi di Cassino è stato sviluppato uno strumento in grado di effettuare misure di potenza a radiofrequenza accurate, ripetibili e veloci, confrontabili con quelle ottenute dalla strumentazione tradizionale descritta in precedenza. Questo strumento è caratterizzato da peso e costo contenuti e da un volume ridotto, permettendo quindi un semplice utilizzo sul campo.

banda a radiofrequenza (RF) tradizionalmente usata dai tradizionali sistemi televisivi analogici. Di conseguenza, questi vantaggi potrebbero consentire un aumento dell’offerta televisiva, fornendo servizi in grado di soddisfare le aspettative più esigenti, come quelle tipiche degli utenti dei nostri giorni, e contemporaneamente permettere l’ingresso di nuovi investitori e competitor all’interno del mercato televisivo.

Grazie a questi vantaggi e con l’obiettivo di aderire alle direttive europee, stiamo assistendo alla migrazione (switch-over) dal sistema televisivo analogico a quello digitale, che nel nostro paese terminerà (switch-off) entro la fine del Università degli Studi di Cassino g.miele@unicas.it 2012.

T_M

N.

1/10 ƒ 41

so un apposito algoritmo di misura, che opera sulla PSD stimata nella Per conseguire gli obiettivi proposti è sezione precedente. stato sviluppato un apposito metodo Ovviamente il cuore del metodo di di misura, schematizzato in Fig. 1, misura proposto è la sezione di basato sulla stima della densità spet- stima della PSD; pertanto è stato trale di potenza (PSD) [3-6]. Il segna- effettuato uno studio accurato, mirale, prelevato con un’antenna o una to a individuare lo stimatore che sonda, passa attraverso un’apposita garantisse buone prestazioni metrosezione di condizionamento, che logiche e, nel contempo, richiedesse adatta il segnale alle caratteristiche bassi oneri computazionali e di d’ingresso della sezione successiva memoria, per poter essere facilmened effettua una traslazione dello spet- te implementato su piattaforme hardtro del segnale a una frequenza inter- ware a basso costo. Questo studio è media (IF). Successivamente il segnale stato effettuato prendendo in consiviene acquisito e processato, al fine di derazione diversi stimatori, appartestimare la PSD. Infine, la misura della nenti a due classi: non parametrici e potenza nel canale è fornita attraver- parametrici. Per ognuno degli stimatori considerati sono state effettuate procedure di ottimizzazione e, Figura 1 – Diagramma a blocchi del metodo di misura proposto IL NUOVO MISURATORE

T_M ƒ 42

N. 01ƒ ; 2010

▲

GLI ALTRI TEMI

successivamente, confrontati i risultati con casi studio riguardanti la strumentazione tradizionale. Quest’analisi ha consentito di individuare lo stimatore di Burg sequenziale come quello che garantisce il miglior compromesso tra prestazioni metrologiche e complessità computazionale [6]. Lo stimatore di Burg appartiene alla classe degli stimatori parametrici auto regressivi (AR) e ipotizza che il segnale in analisi sia l’uscita di un sistema lineare descritto da un modello di ordine p: p

x (n ) = − ∑ a p ,m x (n − m ) + ε(n ) m =1

(1)

Il compito di questo stimatore è, quindi, quello di stimare i parametri del modello e calcolare la PSD, data dalla formula:

N. 01ƒ ;2010

digitale e deve evitare di introdurre bi di tipo elettromagnetico.

σ p2Ts p

▲

S(f ) =

GLI ALTRI TEMI

2

f ≤ fN , (2) qualsiasi alterazione nel segnale in È stata effettuata una caratterizza-

analisi.

Il componente fondamentale di tale sezione è un tuner commerciale, con il compito di traslare il segnale in dove TS=1/fS è l’intervallo di campioingresso a una frequenza intermedia namento e fN=1/(2TS) è la frequenza IF di 36,13 MHz. Il componente indidi Nyquist. viduato per tale compito è il Philips Lo stimatore di Burg sequenziale è TD1316ALF/IHP3 [7], appositamente così chiamato perché consente di realizzato per applicazioni DVB-T. ottenere una nuova stima di PSD a Esso possiede due uscite IF: una a ogni campione elaborato, permetbanda stretta, equipaggiata con un tendo di effettuare una nuova misufiltro passabanda SAW a banda regora di potenza. Dall’analisi condotta labile (7-8 MHz) e un amplificatore a in [6] è stato, inoltre, possibile conguadagno controllabile, e l’altra a cludere che un’architettura FPGA banda larga senza filtro. Tutti questi consente una migliore realizzazioparametri, selezionabili attraverso ne dello stimatore di Burg sequenun bus I2C, sono impostati attraverso ziale. un microcontrollore Microchip TM PIC16F854, che effettua anche un interfacciamento tra il bus I2C e il bus ARCHITETTURA HARDWARE RS-232, permettendo quindi una semDELLO STRUMENTO plice programmazione da remoto con L’architettura hardware dello stru- un PC. mento, rappresentata nello schema In Fig. 3 è riportata una fotografia del a blocchi in Fig. 2, è composta da front-end a radiofrequenza realizzato. Tutti i componenti sono stati saldati su un circuito stampato a doppia faccia e con piani di massa collegati da una quantità sufficientemente elevata di vias, soprattutto nella zona dove è posizionato il tuner, per ridurre al minimo la proFigura 2 – Schema a blocchi dello strumento babilità di distur1 + ∑ a p ,me − j 2 πmfTS m =1

tre sezioni: il tuner, la sezione di conversione analogico-digitale, la sezione di calcolo basata su FPGA. La prima sezione rappresenta il front-end a radiofrequenza dello strumento ed è realizzata interamente in modalità analogica. È di fondamentale importanza, perché ha il compito di adattare il segnale alle caratteristiche in ingresso della sezione di conversione analogico-

Figura 3 – Front-end a radiofrequenza

zione di questa sezione, per verificare il guadagno introdotto dal tuner e la sua linearità al variare

Figura 4 – Stazione di misura per la caratterizzazione del front-end a radiofrequenza

della potenza del segnale in ingresso e della sua frequenza centrale.

A tale scopo è stata realizzata un’apposita stazione di misura, descritta in Fig. 4, composta da un generatore RF Agilent TM N5182A (100 kHz-6 GHz) in grado di generare segnali DVB-T e da un analizzatore di spettro Agilent TM E4402 (9 kHz-3 GHz), utilizzato per valutare la potenza in ingresso al frontend e la potenza in uscita dal tuner.

I risultati di questa caratterizzazione sono riportati in Fig. 5, da cui emerge un comportamento sufficientemente lineare con un guadagno medio di 34,89 dB; inoltre, per livelli di potenza del segnale d’ingresso che variano da -60 a -40 dBm, la fascia di variazione del guadagno è molto stabile e contenuta in circa 0,1 dB. La conversione analogico-digitale è effettuata attraverso un convertitore monolitico a 12 bit, in grado di operare fino a 125 MS/s (Analog AD9433) [8]. Tale dispositivo è ottimizzato per operare in sistemi a banda larga e ad alte frequenze intermedie.

T_M ƒ 43

N. 01ƒ ; 2010

▲

GLI ALTRI TEMI

Tabella 1 – Analisi delle prestazioni metrologiche (potenza nominale del segnale -30 dBm)

σ Pc

Pc [µW]

[dBm]

[nW]

Analizzatore di spettro

0,924

-30,34

34

Strumento proposto

0,919

-30,37

31

e [%] 0,59

Tabella 2 – Analisi delle prestazioni metrologiche (potenza nominale del segnale -50 dBm)

σ Pc

Pc

Figura 5 – Risultati sperimentali

La sezione di calcolo è basata su un chip FPGA ALTERATM Stratix II EP2S60 [9], montato su un apposito kit di sviluppo. Lo Stratix II è una FPGA con un

T_M ƒ 44

[µW]

[dBm]

[nW]

Analizzatore di spettro

10,02

-49,99

0,69

Strumento proposto

10,21

-49,91

0,77

elevato numero di elementi logici, in particolare 48352 look-up table adattative (ALUT) e 24176 moduli logici adattativi (ALM) che possono lavorare

e [%] 1,9

a frequenze superiori ai 400 MHz. Sono inoltre disponibili 36 blocchi DSP appositamente progettati per effettuare prodotti ad alta velocità.

N. 01ƒ ;2010

▲

buon accordo tra le misure ottenute dallo strumento proposto e quelle relative all’analizzatore di spettro di riferimento. In particolare, è stato possibile verificare un errore relativo percentuale sempre inferiore all’1,9%; inoltre, per quanto riguarda la Figura 6 – Stazione di misura per la verifica delle prestazioni metrologiche ripetibilità è possibile rilevare prestaANALISI DELLE PRESTAZIONI zioni analoghe allo strumento di rifeMETROLOGICHE rimento, confermando la bontà della proposta.

Per valutare le prestazioni metrologiche dello strumento realizzato ed effettuare il confronto con la stru- PROSPETTIVE FUTURE mentazione di misura attualmente disponibile sul mercato, è stata È stato realizzato un prototipo di messa a punto un’apposita stazione misuratore di potenza per segnali di misura, raffigurata in Fig. 6. DVB-T, caratterizzato da buone preEssa è composta da un generatore stazioni metrologiche (confrontabili RF Agilent TM N5182A (100 kHz - con quelle tipiche della tradizionale 6 GHz), in grado di generare strumentazione di misura progettata segnali di test conformi allo stan- per tale scopo e presente sul mercadard DVB-T, e da un analizzatore di to) e da costi, volume e peso ridotti, spettro tradizionale a supereterodi- che lo rendono particolarmente na Agilent TM E4402 (9 kHz - adatto per effettuare misure sul 3 GHz), considerato come strumen- campo. Lo sviluppo dello strumento to di riferimento. segue quello dell’apposito metodo Per effettuare una caratterizzazione di misura sviluppato presso il labodelle prestazioni metrologiche del ratorio LAMI dell’Università degli prototipo sono state condotte diver- studi di Cassino, ottimizzato per se prove, regolando la potenza operare con successo su segnali nominale del segnale in analisi tra DVB-T. -30 dBm (1 µW) e -50 dBm (10 nW). La campagna di prove per la verifiPer ogni condizione di prova sono ca delle prestazioni metrologiche state effettuate 20 misure ripetute, ha permesso di verificare che il proconsiderando le seguenti figure di totipo realizzato è confrontabile merito: con analoghe soluzioni commercia• media delle misure di potenza nel li. Ne consegue che lo strumento canale (Pc); proposto costituisce una soluzione • deviazione standard delle misure di alternativa a quelle già esistenti sul potenza nel canale σPc; mercato per la misura della poten• errore relativo percentuale (e %) tra za nel canale di segnali DVB-T. In le misure di potenza ottenute con lo particolar modo, grazie al suo strumento realizzato e quelle ottenute costo ridotto (circa 1 000 euro) e con lo strumento di riferimento. volume e peso contenuti, lo struNelle Tabelle 1 e 2 sono riportati i mento può essere facilmente utilizrisultati di misura ottenuti conside- zato per misure sul campo e inserirando i due diversi casi analizzati, to in sistemi di monitoraggio a dai quali è possibile evincere un larga scala di reti DVB-T.

ALTRI TEMI

BIBLIOGRAFIA [1] ETSI EN300744: Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television, V1.5.1, Nov. 2004.

[2] ETSI TR101290: Digital Video Broadcasting (DVB) Measurement guidelines for DVB systems, May 2001.

[3] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Power measurements in DVB–T systems: New proposal for enhancing reliability and repeatability, IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 57, no. 10, pp.

2108–2117, Oct. 2008.

[4] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Power measurement in DVB–T systems: On the suitability of parametric spectral estimation in DSP–based meters, IEEE Trans. Instrum. Meas., vol.

58, no. 1, pp. 76–86, Jan. 2009.

[5] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Power measurement in DVB–T systems: on the suitability of parametric spectral estimation in DSP–based meters, in Proc. of IEEE IMTC 2007, Warsaw, Poland, May 2007, pp. 1–6.

[6] L. Angrisani, D. Capriglione, L. Ferrigno, G. Miele: Sequential parametric spectral estimation for power measurements in DVB–T systems, in Proc. of IEEE I2MTC 2008, Victoria (BC), Canada, May 2008, pp. 314–319.

[7] Datasheet TD1300A(L)F mk3: Tuner modules for analog and digital terrestrial (OFDM) applications, (online) www.nxp.com.

[8] 12-bit, 105/125 MSps IF sampling A/D converter AD9433, Analog Devices Inc., Jan. 2001, (online) www.analog.com.

[9] Stratix II Device Family Handbook, Altera Corporation, May 2007, (online) www.altera.com.

Gianfranco Miele ha conseguito la Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni (cum laude) e il titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria Elettrica e delle Telecomunicazioni all’Università degli Studi di Cassino nel 2004 e nel 2008. Le sue attività di ricerca sono incentrate su misure su sistemi di telecomunicazione a RF, sistemi di misura basati su immagini, misure di compatibilità elettromagnetica.

T_M ƒ 45

PBC FA.RO. F.lli Rotondi in arrivo

GLI ALTRI TEMI

SENSORI E MEMS Vittorio Ferrari

Recupero di energia per alimentare sensori e MEMS Energy harvesting per alimentazione di MEMS principalmente da vibrazioni e gradienti termici

ENERGY HARVESTING FOR THE SUPPLY OF SENSORS AND MICROSYSTEMS A review of energy harvesting techniques for the supply of MEMS is given, based mostly on vibrations and thermal gradients, illustrating the principles and some recent results obtained at the Sensor&Instrumentation Laboratory of the University of Brescia.

RIASSUNTO Vengono presentate tecniche di recupero di energia (energy harvesting) per l’alimentazione di MEMS principalmente da vibrazioni e gradienti termici, richiamando i principi e presentando alcuni recenti risultati ottenuti presso il laboratorio di Sensori e Strumentazione Elettronica dell’Università di Brescia.

I recenti progressi nella microelettronica, nei sistemi micro-elettro-meccanici MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) e nelle comunicazioni a radiofrequenza (RF) hanno permesso lo sviluppo di sensori e di sistemi integrati compatti e ricchi di funzionalità. Tra queste è frequente la presenza d’interfacce di comunicazione wireless. L’eliminazione dei tradizionali collegamenti via cavo per i sensori comporta indubbi vantaggi, tra cui riduzione d’ingombro, peso e relativi costi, maggiore mobilità dei dispositivi fino alla completa portabilità, utilizzabilità in spazi chiusi incompatibili con soluzioni cablate. Tuttavia, con la rimozione dei cavi, il tradizionale percorso per l’approvvigionamento d’alimentazione dei dispositivi viene meno. Ciò comporta la necessità di soluzioni alternative e di nuove architetture di sistema.

La soluzione più diffusa è costituita dall’utilizzo di sorgenti d’alimentazione a bordo, tipicamente costituite da batterie primarie o ricaricabili. Celle a combustibile e microgeneratori a combustione sono, a oggi, limitati allo stadio di ricerca. Le batterie e le sorgenti sopra citate sono fonti a energia finita, che richiedono periodiche procedure di sostituzione e smaltimento o di ripristino mediante ricarica. Ciò rappresenta un notevole problema tecnico ed economico, che è attualmente considerato tra le

principali limitazioni alla diffusione di sistemi di misura e sensori wireless.

Un’alternativa consiste nell’energizzare il sensore per via elettromagnetica durante l’interrogazione da parte di un’unità esterna di lettura del segnale.

Si tratta dello stesso principio utilizzato nei dispositivi passivi RFId (Radio Frequency Identification). Il limite di questo approccio è che, in assenza d’energia a bordo immagazzinata in batterie o supercondensatori, il sensore è operativo solo in prossimità dell’unità di lettura.

Un approccio completamente diverso consiste nel ricavare l’energia necessaria all’alimentazione di sensori e sistemi elettronici prelevandola dall’ambiente circostante. Il recupero d’energia, o Energy Harvesting (EH), è effettuato con opportuni convertitori che prelevano l’energia da sorgenti ambientali e la trasferiscono nel dominio elettrico per alimentare il modulo sensore. Il sensore, in questo modo, diviene autonomo, ossia energeticamente autosufficiente, e acquisisce un’operatività nel tempo virtualmente illimitata senza intervento esterno [1-3].

Tra le sorgenti d’energia figurano la radiazione solare, l’energia meccanica proveniente da vibrazioni, movimento e flussi di fluidi, l’energia termica sotto forma di gradiente di temperatura, l’energia elettromagnetica di fondo o deli-

beratamente immessa in una regione di spazio per energizzare dispositivi. Un prospetto puramente indicativo è riportato in Tab. 1.

In generale, per dimensioni d’interesse pratico, le potenze sono mediamente comprese tra 10 µW e 10 mW. Livelli così ridotti richiedono opportuni circuiti elettronici di gestione dell’energia e architetture innovative per il condizionamento dei segnali, intrinsecamente robuste rispetto a condizioni d’alimentazione variabili e poco prevedibili.

Nel seguito ci si concentrerà su EH da vibrazioni e gradienti termici, richiamando i principi e presentando alcuni recenti risultati ottenuti presso il laboratorio di Sensori e Strumentazione Elettronica dell’Università di Brescia.

ENERGY HARVESTING DA VIBRAZIONI E GRADIENTI TERMICI

I convertitori meccano-elettrici (ME) da vibrazioni sono tipicamente costituiti da una base, solidale con la struttura vibrante, vincolata a una massa sismica attraverso un elemento elastico. Le sollecitazioni applicate si traducono in un moto relativo tra base e massa sismica e in una conseguente deformazione dell’elemento elastico. A seconda del principio di conversione impiegato, il movimento o la deformazione producono una corrispondente uscita elettrica. I principi utilizzati sono essenzialmente tre: (i) a induzione magnetica, (ii) elettrostatico e (iii) piezoelettrico.

I convertitori a induzione magnetica comprendono un sistema a magnete

Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Università degli Studi di Brescia vittorio.ferrari@ing.unibs.it

T_M

N.

1/10 ƒ 47

N. 01ƒ ; 2010

▲

GLI ALTRI TEMI

Tab.1 – Prospetto delle principali sorgenti di energia con livelli indicativi di potenza [1-2]

Fonte energetica Solare: – esterno pieno sole – esterno nuvoloso – interno Meccanica: – vibrazioni maccchinari

Densità di potenza

Note

15 mW/cm2 0,15 mW/cm2 10 µW/cm2

Potenza per unità di area con efficienza di conversione 15%

100 - 1000 µW/cm3

Esempio: 800 µW/cm3 @ 2 mm e 2.5 kHz Esempio: 4 µW/cm3 @ 5 mm e 1 Hz

– movimento corpo umano 1 - 10 µW/cm3 – rumore acustico – flusso di aria

1 µW/cm2 @ 100 dB 750 µW/cm2 @ 5 m/s

Termica: – gradienti di temperatura

1 - 1000 µW/cm3

– Radiazione EM

50 µW

T_M ƒ 48

Dipende dalle condizioni specifiche rispetto al limite di Betz Dipende dalla temperatura media.

Esempio: 10 µW/cm3 @ ∆T=10°C intorno a T ambiente Distanza di 5 m da una sorgente di 1 W @ 2,4 GHz in spazio libero

permanente, il cui flusso è concatenato con uno o più avvolgimenti. Avvolgimenti e magnete corrispondono alla coppia base - massa sismica o viceversa, a seconda delle realizzazioni. Il moto relativo tra base e massa sismica, causato dalle vibrazioni, induce ai capi dell’avvolgimento una tensione proporzionale alla variazione nel tempo del flusso magnetico, secondo la legge di Faraday.

I convertitori elettrostatici, o capacitivi, includono una capacità le cui armature sono solidali, rispettivamente, con base e massa sismica. Assumendo che la capacità sia mantenuta in condizioni di carica costante, il moto relativo tra le armature, causato dalle vibrazioni, induce tra queste una tensione proporzionale alla variazione della capacità nel tempo. La limitazione fondamentale consiste nella necessità di una condizione di pre-carica della capacità per attuare la conversione. In alternativa

N. 01ƒ ;2010

▲

all’uso del sistema in tampone all’alimentazione a batteria, studi recenti hanno proposto l’utilizzo di materiali elettreti per la carica della capacità.

I convertitori piezoelettrici sfruttano l’effetto piezoelettrico diretto, secondo cui alcuni materiali rispondono a una deformazione applicata con una carica superficiale indotta. Tipici materiali piezoelettrici sono: quarzo, AlN, ZnO, ceramiche ferroelettriche polarizzate della famiglia del PZT (zirconato titanato di piombo), film plastici quali il PVDF (polivinildenfluoruro). Nel convertitore il materiale piezoelettrico costituisce l’elemento elastico che si deforma in risposta alle vibrazioni applicate. Sono possibili diverse configurazioni costruttive, le più semplici delle quali si basano su elementi in flessione, quali travi a doppio incastro o a estremo libero (cantilever). Grazie all’ampia disponibilità di materiali con proprietà diversificate, i convertitori piezoelettrici sono oggi tra i più promettenti e studiati per il recupero meccano-elettrico sia da vibrazioni sia da ampie deformazioni, come nel caso delle fibre piezoelettriche in fase di sperimentazione, inserite in tessuti o equipaggiamenti per convertire energia dal movimento umano.

In generale, i convertitori ME basati su equipaggio sismico non scalano favorevolmente al diminuire delle dimensioni. Infatti, fissata la densità energetica delle vibrazioni, la potenza disponibile inevitabilmente cala con il volume. In aggiunta, convertitori piccoli hanno frequenze proprie più elevate delle frequenze associate alle vibrazioni delle sorgenti più diffuse (fino a pochi kHz), con un conseguente problema di accoppiamento.

I meccanismi di conversione presentati producono l’uscita massima in condizioni di risonanza, mentre operano in condizioni sub-ottime con vibrazioni ad ampio spettro o contenuto armonico tempo-variante. Per ovviare a questa importante limitazione, la ricerca è attualmente molto attiva nello studio di convertitori innovativi.

Una possibilità consiste nell’utilizzare convertitori multipli differenti assemblati a matrice, con conseguente allargamento della risposta in frequenza equivalente. Una soluzione simile verrà pre-

GLI ALTRI TEMI

sentata nel prossimo paragrafo. Sono inconciliabili nei materiali tradizionali. stati anche proposti metodi di incre- Recentemente sono stati sperimentati mento di frequenza nel dominio mec- materiali nanostrutturati a elevata concanico (up-conversion) per traslare la ducibilità per elettroni (bassa resistenza banda di vibrazioni in ingresso verso elettrica) e a bassa conducibilità per una regione dove un convertitore di pic- fononi (alta resistenza termica) che cole dimensioni è più efficiente. Un’al- hanno mostrato efficienze dell’ordine tra alternativa molto promettente è lo del 30-40% di quella di Carnot contro studio di fenomeni non lineari per allar- il 15% attuale. gare la banda di conversione e migliorare la risposta a vibrazioni a largo spettro e casuali [3].

ESEMPI DI PROTOTIPI I convertitori termo-elettrici (TE) da gradienti di temperatura sono principalmen- Presso il laboratorio di Sensori e Strute costituiti da termopile, formate da ter- mentazione Elettronica dell’Università mocoppie elettricamente in serie e termi- di Brescia sono in corso ricerche sul camente in parallelo. Ciascuna termo- recupero energetico e sulle applicaziocoppia produce una tensione a vuoto ni all’alimentazione di sensori. Alcuni proporzionale alla differenza di tempe- dei risultati più recenti sono descritti di ratura, applicata secondo il coefficiente seguito. di Seebeck, della coppia di materiali. La È stata progettata l’architettura di un tensione complessiva è la somma delle modulo sensore autonomo, in cui l’etensioni parziali. Le comuni celle termo- nergia delle vibrazioni, estratta per conelettriche, usate come componenti di ter- versione piezoelettrica, viene utilizzata mostatazione a stato solido, sono utiliz- per alimentare uno o più sensori e i zabili come generatori termoelettrici relativi circuiti di condizionamento e trasmissione in radiofrequenza del segna(TEG), come verrà illustrato più avanti.

L’utilizzo di TEG non è nuovo né recen- le di misura. Lo schema a blocchi del te: basti pensare al loro uso accoppia- modulo è mostrato in Fig. 1.a. to a sorgenti termiche da radioattività in Dal momento che la potenza convertisatelliti spaziali. I TEG hanno ultima- ta dalle vibrazioni è insufficiente ad mente destato rinnovato interesse per la alimentare continuativamente il modugenerazione di energia distribuita per lo, l’energia viene accumulata e utilizdispositivi elettronici e sensori, tra gli zata periodicamente. Il modulo opera, altri, in campo automotive. Gli attuali quindi, a funzionamento intermittente sforzi della ricerca sono finalizzati a ot- con un duty cycle che, per livelli tipici timizzare l’efficienza di conversione at- di vibrazione, è compreso tra 0,1 e traverso il miglioramento delle proprietà 1 %. L’accumulo dell’energia e il suo dei materiali. Oltre a un elevato coef- trasferimento sul carico richiedono cirficiente di Seebeck, è necessario garantire bassa conducibilità elettrica, per abbassare la resistenza interna, e bassa conducibilità termica, per mantenere il gradiente termico più alto possibile.

Gli ultimi due requisiti sono Figura 1 – a) Schema a blocchi di un sensore autonomo alimentato tipicamente da vibrazioni tramite conversione piezoelettrica; b) configurazione del convertitore; c) convertitore piezoelettrico realizzato in film spesso di PZT su acciaio; d) prototipo completo di sensore autonomo di temperatura

N. 01ƒ ;2010 cuiti a bassissime perdite, soprattutto per il blocco di rilevazione di livello e commutazione, realizzato a transistori MOS discreti. Un sensore passivo, collegato a un oscillatore a rilassamento a basso consumo, regola la frequenza di modulazione del trasmettitore. Ciò introduce una dipendenza raziometrica dalla tensione d’alimentazione, che migliora l’accuratezza nel funzionamento in transitorio. La modulazione è di tipo OOK (On-Off Keying) su una portante RF a 315 MHz, permettendo la trasmissione dell’informazione di misura alla distanza di alcuni metri.

Sono stati realizzati differenti convertitori piezoelettrici, basati su film di PZT depositati su cantilever in acciaio, come mostrato nelle Figg. 1.b e 1.c.

A seconda delle dimensioni e della massa del convertitore, sono state ottenute frequenze di risonanza comprese tra 10 e 500 Hz. La Fig. 1.d mostra un prototipo di sensore autonomo di temperatura basato su un termistore.

Le Figg. 2.a e 2.b mostrano, rispettivamente, gli andamenti tipici della tensione ai capi della capacità di accumulo di 4,7 µF dei segnali trasmessi e ricevuti in corrispondenza di un ciclo di funzionamento e la frequenza del segnale rilevato dal ricevitore esterno al variare della temperatura del sensore. I risultati mostrati si riferiscono all’eccitazione del convertitore in risonanza (40 Hz) con accelerazione di 1 g.

Per allargare la banda equivalente e migliorare la conversione di vibrazioni ad ampio spettro è stata proposta la configurazione MFCA (Multi-Frequency Converter Array) mostrata in Fig. 3.a.

Con un opportuno dimensionamento dei convertitori sono state ottenute le

Figura 3 – a) Struttura di un convertitore MFCA; b) risposta in frequenza misurata per i singoli convertitori

risposte sperimentali mostrate in Fig. 3.b. A conferma dell’efficacia dell’approccio, il MFCA ha consentito l’attivazione dei cicli di misura e trasmissione anche in condizioni di eccitazione fuori risonanza per ogni convertitore singolo.

In Fig. 4.a è mostrato lo schema a blocchi d’un sensore autonomo, alimentato da gradiente termico mediante conversione termo-elettrica. L’architettura è simile a quella di Fig. 1.a ma, in questo caso, non è previsto lo stadio di accumulo, anche se la trasmissione è a intermittenza temporizzata. Il TEG utilizzato è un dispositivo commerciale con 127 coppie in Bi2Te3 su un’area di circa 9 cm2 e resistenza interna di 7 Ω. Per un salto termico di 10 °C la tensione a vuoto e la potenza su carico adattato sono di circa 0,5 V e 10 mW. La Fig. 4.b mostra i risultati sperimentali tipici ottenuti con il prototipo della Fig. 4.c.

Una versione miniaturizzata è stata integrata con successo in un apparecchio di cottura innovativo, nell’ambito di un progetto Regione Lombardia Metadistretti coordinato da Bialetti Industrie SpA [4].

L’evoluzione dei sensori verso i

Figura 2 – a) Andamenti tipici della tensione ai capi del condensatore di accumulo e dei segnali trasmessi e ricevuti durante un ciclo; b) frequenza del segnale al ricevitore esterno in funzione della temperatura misurata dal sensore

microsistemi integrati si accompagna alla ricerca di soluzioni di recupero energetico miniaturizzate. I più recenti e avanzati sviluppi sono rappresentati dalle tecnologie MEMS basate su silicio. Le Figg. 5.a e 5.b mostrano, rispettivamente, la struttura di un convertitore MFCA piezoelettrico e un TEG a geometria planare.

I dispositivi sono stati progettati all’Università di Brescia e realizzati in tecnologia BESOI presso il CNM di Barcellona. L’inserto di Fig. 5.a illustra un particolare della deposizione del film di PZT sugli elettrodi interdigitati, realizzata a Brescia come post-processing mediante serigrafia. Il TEG comprende due gruppi di 300 e 160 termocoppie PolySiAl e presenta una struttura a foro centrale per creare un gradiente termico per “effetto camino”. Entrambi i dispositivi sono attualmente in fase di caratterizzazione.

In conclusione, la tematica dell’E-

Figura 4 – a) Schema a blocchi di un sensore autonomo alimentato da gradienti termici tramite conversione termo-elettrica; b) andamenti tipici dei segnali trasmessi e ricevuti durante un ciclo; c) prototipo completo di sensore autonomo di temperatura

N. 01ƒ ; 2010

BIBLIOGRAFIA

NEWS

▼

[1] C. Kompis, S. Aliwell: Energy harvesting technologies to enable Figura 5 – a) Convertitori in tecnologia MEMS remote and wireless sensing, Sensu silicio: convertitore MFCA piezoelettrico sors and Instrumentation KTN con particolare della deposizione per serigrafia report, London, June 2008. h t t p : / / s e r v e r. q u i d 5 . n e t / di film di PZT sugli elettrodi interdigitati; ~koumpis/pubs/pdf/ b) TEG a geometria planare con termocoppie PolySi-Al energyharvesting08. pdf.

[2] C. Knight, J. Davidson, S. Behnergy Harvesting per sensori e micro- rens: Energy Options for Wireless Sensor sistemi è in forte crescita, rapidamen- Nodes, Sensors, (2008), 8, 8037-8066; te evolvendo da ambito di curiosità DOI: 10.3390/s8128037. scientifica e gadget a tecnologia abi- www.mdpi.com/journal/sensors. litante con esito commerciale. Essa [3] V. Ferrari, Sensori e Microsisterappresenta, da un lato, una proposta mi: Verso Dispositivi Autonomi Alimentati dall’Energia Ambiente, INRIM, di soluzione a esigenze tecniche ben Incontri del Giovedì 2009. www. individuate e concrete, dall’altro, inrim.it/events/tempo_scienza_09. un’opportunità e una sfida per ripen- shtml. sare in modo innovativo sensori, siste- [4] M. Boroni Grazioli: Sette mosse per mi di misura e molte delle applicazio- innovare, ETAS, Milano, 2009. EAN/ ISBN: 9788845315633. ni ad essi collegate.

ESTENSIMETRI OTTICI PER REQUISITI ESTREMI NELL’ANALISI SPERIMENTALE DELLE SOLLECITAZIONI I nuovi estensimetri ottici (ER) del tipo K-OP sono stati sviluppati dalla HBM per offrire alcuni vantaggi determinanti rispetto agli estensimetri elettrici. Ad esempio, essi sono particolarmente adatti per i test sui materiali compositi a fibre: sono possibili esami che prevedono fino a 10 milioni di cicli di carico con una deformazione alternata di ±5.000 µm/m.

I nuovi ER ottici si basano sui cosiddetti reticoli di bragg in fibra. La deformazione viene misurata in modo puramente ottico, quindi non è necessario alcun segnale elettrico. Per questo motivo è possibile impiegare gli estensimetri del tipo K-OP senza problemi anche in ambienti esplosivi, in presenza di disturbi elettromagnetici o nelle applicazioni ad alta tensione. Sulla stessa fibra è possibile, inoltre, applicare più ER ottici, grazie ai quali si possono eseguire misurazioni parallele. È possibile usare fibre di vetro con lunghezze di diverse centinaia di metri.

Insieme agli estensimetri ottici, l’utilizzatore riceve un prospetto dati che contiene, tra

T_M ƒ 52

gli altri, l’importante fattore k di ogni singolo ER, che HBM verifica già secondo la nuova normativa VDI/VDE2660.

L’acquisizione dei dati di misura con gli ER ottici e la relativa valutazione sono molto semplici. Per questo processo HBM offre agli utilizzatori tutti i componenti necessa-

NOTA 1

I prototipi e i risultati presentati sono il frutto di ricerche alle quali hanno significativamente contribuito gli Ingg. Marco Ferrari, Michele Guizzetti e Simone Dalola.

Parte dell’attività è stata finanziata su fondi MIUR progetto PRIN2007-20078ZCC92, che coinvolge le Università di Brescia, Catania e Perugia.

Vittorio Ferrari è Professore Straordinario di elettronica presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione all’Università di Brescia.

Si occupa di sensori, microsistemi e circuiti elettronici d’interfaccia. Attualmente è responsabile della linea di ricerca Sensori e Sistemi di Trasduzione dell’associazione GMEE.

ri: dagli ER ottici, con relativi accessori, agli interrogatori fino al software di acquisizione dati catman®AP, che comprende un modulo specifico EasyOptics per gli ER ottici.

Ulteriori informazioni sono reperibili all’indirizzo web www.hbm.com

GLI ALTRI TEMI

GLI ALTRI TEMI Silvio Cocuzza, Stefano Debei, Francesco Angrilli

Misura e monitoraggio di forze e di coppie trasmesse al basamento di un manipolatore planare

MEASUREMENT OF DYNAMIC DISTURBANCES TRANSMITTED TO THE BASE OF A MANIPULATOR An experimental set-up is herein described, developed in order to measure and monitor the forces and torques transmitted to the base during the operations of a planar manipulator. The aim of this work is the reduction of the overload on the robot base during operations. A reduction of the transmitted torque of more than 90% is reported, thanks to the implemented control and to the exploitation of the redundant degree of freedom of the robot.

RIASSUNTO Viene descritto un apparato sperimentale, sviluppato al fine di misurare e monitorare le forze e coppie trasmesse al basamento durante l’utilizzo di un manipolatore planare. Lo scopo di questo lavoro è di ridurre il sovraccarico sul basamento durante le operazioni del robot. Grazie al controllo implementato e allo sfruttamento del grado di libertà ridondante del robot, si è ottenuta una riduzione della coppia trasmessa di più del 90%.

RIDUZIONE DEI DISTURBI INDOTTI DA MANIPOLATORI

La riduzione e il controllo dei disturbi dinamici indotti sul telaio dai manipolatori è d’interesse per diversi impieghi in campo industriale, soprattutto nelle applicazioni in cui la riduzione del sovraccarico sul basamento dei robot è un requisito progettuale. Si pensi, ad esempio, all’utilizzo di manipolatori montati su veicoli mobili o su basamenti cedevoli o, in generale, alla possibilità di avere robot e basamenti più leggeri perché meno sollecitati dinamicamente.

L’apparato sperimentale che qui descriviamo è stato progettato e realizzato per la misura di forze e coppie trasmesse al telaio durante le operazioni di un manipolatore planare, dotato di tre giunti rotoidali, e per la misura di alcune caratteristiche dinamiche del manipolatore stesso, quali ad esempio (i) il momento d’inerzia e la posizione del baricentro dei link e (ii) la rigidezza e lo smorzamento dei giunti. Il controllo è stato sviluppato affinché l’organo terminale possa raggiungere qualsiasi punto dello spazio di lavoro, minimizzando nel contem-

po le forze e coppie trasmesse al basamento [1]. Nei test sperimentali, grazie al controllo implementato e al grado di libertà ridondante del robot [2], si è ottenuta una riduzione della coppia trasmessa del 91%. D’altro lato, è possibile avvicinarsi alla riduzione teorica del 100% utilizzando manipolatori con giunti più rigidi.

L’APPARATO SPERIMENTALE SVILUPPATO Il braccio robotico planare (Fig. 1) è fissato al telaio per mezzo di una bilancia dinamometrica, progettata ad hoc per misurare le forze e le coppie trasferite al telaio dal manipolatore, ed è sospeso su un piano di granito tramite un sistema di cuscini ad aria, che garantiscono la planarità del robot ed evitano che il suo peso gravi direttamente sulla bilancia dinamometrica [3].

Il robot, progettato originariamente per effettuare test in volo parabolico in assenza di gravità in uno spazio di lavoro tridimensionale [4], grazie alla modularità del progetto può essere

Figura 1 – Apparato sperimentale: braccio robotico planare, sottosistema di controllo, sistema pneumatico e sistema di misura

riconfigurato variando il numero dei link e l’orientazione dei giunti rotoidali. In particolare, aumentando il numero dei link è possibile ottenere un maggior numero di componenti nulle della reazione vincolare. Il manipolatore, i cui giunti non sono da considerarsi infinitamente rigidi per la presenza di riduttori, è comandato da motori in corrente continua, controllati per mezzo di un controllo PID decentralizzato implementato in un sistema di controllo ROBOX RMC4.

Le forze nelle due direzioni planari e la coppia intorno a un asse perpendicolare al piano di granito vengono misurate utilizzando la bilancia dinamometrica, vincolata al primo giunto del braccio robotico tramite una flangia rigida [3]. La bilancia è essenzialmente composta da due travi a sezione quadrata: su ciascuna di esse

CISAS “G. Colombo“ Centro interdipartimentale di Studi e Attività Spaziali, Università degli Studi di Padova silvio.cocuzza@unipd.it

T_M

N.

1/10 ƒ 53

sono collegati a ponte intero estensimetri elettrici a resistenza metallica.

Per il condizionamento e l’amplificazione dei ponti estensimetrici si è utilizzato il sistema Vishay 2300, mentre per acquisire il segnale si è utilizzata una scheda I/O National Instruments.

Il set-up di misura è presentato in Fig. 2 e le specifiche principali della bilancia dinamometrica sono riassunte nella Tabella 1.

Misura delle caratteristiche statiche e dinamiche del Robot e della bilancia dinamometrica Si sono dapprima eseguite le tarature statiche e dinamiche della bilancia dinamometrica, ottenendo risultati sperimentali con deviazione massima dalla linearità dell’1%, includendo anche gli effetti d’isteresi [5]. I coefficienti di smorzamento lineari e rotazionali della bilancia dinamometrica, in particolare, sono stati stimati per

T_M ƒ 54

N. 01ƒ ; 2010

▲

GLI ALTRI TEMI

Figura 2 – Bilancia dinamometrica realizzata tramite travi in materiale polimerico estensimetrate

mezzo di un test di risposta a un ingresso a gradino [5]. La curva di taratura coppia - rotazione e la curva di risposta al gradino della bilancia dinamometrica sono riportate in Fig. 3. Si sono, quindi, ricavati sperimentalmente la curva di rigidezza e il coefficien-

Tabella 1. Specifiche principali della bilancia dinamometrica Forza massima nelle direzioni x e y Risoluzione (forza) Accuratezza (forza) Coppia massima attorno all’asse z Risoluzione (coppia) Accuratezza (coppia) Prima frequenza propria (robot + bilancia dinamometrica)

1N 1,7 · 10-3 N ± 54 · 10-3 N 0,320 Nm 2,6 · 10-4 N ± 85 · 10-4 N > 15 Hz

■

GLI ALTRI TEMI

Cecco, C. Menon, M. Zaccariotto, F. Angrilli: Free-Flying Robot 3D Simulator Validation by means of Air-Bearings Table 2D Tests – Test-Bed Design, Proceedings of the 56th International Astronautical Congress, Fukuoka, Japan, 2005.

[4] S. Cocuzza, C. Menon, A. Aboudan, A. Bulgarelli, F. Angrilli: Free-Flying 3D Space Robot Prototype Design and Zero-g Experiments on ESA Parabolic Flights, Proceedings of the 55th International Astronautical Congress, Vancouver, Canada, 2004.

[5] S. Cocuzza, C. Menon, F. Angrilli: Free-Flying Robot Tested on ESA Parabolic Flights: Simulated Microgravity Tests and Simulator Validation, Proceedings of the 58th International Astronautical Congress, Hyderabad, India, 2007.

Figura 3 – Taratura coppia-rotazione (sopra) e curva di risposta al gradino (sotto)

te di smorzamento dei giunti [5]. Infine, grazie al set-up sperimentale realizzato, si sono effettuate misure indirette dei parametri inerziali attraverso misure di forza e coppia, nota la geometria del sistema e utilizzando semplici traiettorie [5]. Con questo metodo si sono ottenute stime dei parametri inerziali con incertezze inferiori al 2%.

MISURA DEI DISTURBI DINAMICI

Il controllo implementato nel robot permette di sfruttare il grado di libertà ridondante per ottenere una coppia nulla trasferita al basamento del robot, nell’ipotesi di un robot ideale con giunti perfettamente rigidi. Tale risultato è stato testato in simulazione per una serie di traiettorie lineari e circolari all’interno dello spazio di lavoro del manipolatore, permettendo la definizione di una zona dello spazio di lavoro in cui la coppia (o una componente della forza) trasferita a telaio è nulla [1].

La coppia, misurata sperimentalmente per una traiettoria circolare contenuta nello spazio di lavoro a coppia nulla, è risultata essere dell’ordine dei 0,025 Nm a causa della flessibilità

dei giunti del robot reale [1]: ciò equivale a una riduzione della coppia sperimentale del 91%, rispetto al caso in cui si minimizzino le accelerazioni di giunto. Tale risultato è confermato dalle simulazioni effettuate con il simulatore a giunti flessibili [5], i cui valori di coppia hanno uno scarto percentuale massimo inferiore al 5% rispetto alle misure sperimentali [1]. Tale scarto è essenzialmente imputabile all’incertezza dei parametri dinamici usati nel simulatore a giunti flessibili, cioè: (i) parametri inerziali, (ii) rigidezze e smorzamenti, (iii) isteresi dei giunti del robot e della bilancia dinamometrica, (iv) il gioco dei giunti stessi, e (v) gli effetti indotti dalla presenza dei cavi.

RIFERIMENTI [1] S. Cocuzza, I. Pretto, S. Debei: Reaction Torque Control of Redundant Space Robotic Systems for Orbital Maintenance and Simulated Microgravity Tests, Acta Astronautica, Article in press, 2010.

[2] L. Sciavicco, B. Siciliano: Robotica industriale-Modellistica e controllo di manipolatori, McGraw-Hill Libri Italia, Milano, 2000.

[3] S. Cocuzza, C. Bettanini, M. De

Silvio Cocuzza si è laureato Ingegneria Meccanica e ha conseguito il Dottorato di Ricerca in Scienze e Tecnologie Spaziali. Attualmente è Assegnista di ricerca presso il CISAS “G. Colombo” – Università di Padova, e cultore della materia per i settori disciplinari ING-IND/12 e INGIND/13.

Stefano Debei, PhD in Scienze e Tecnologie Spaziali, è Professore Associato in Misure Meccaniche e Termiche e Collaudi presso l’Università di Padova. Nel 2004 JPL gli ha conferito un riconoscimento per le attività scientifiche e tecniche svolte. È responsabile tecnico e scientifico di numerosi progetti di ricerca anche con le principali agenzie spaziali.

Francesco Angrilli è Professore Ordinario di Misure Meccaniche e Termiche all’Università di Padova dal 1976. È direttore del Centro di Studi e Attività Spaziali CISAS “G. Colombo” all’Università di Padova (1994-2008). È stato responsabile tecnico e scientifico di numerosi strumenti spaziali tra cui lo strumento HASI utilizzato nella missione a Titano CassiniHuygens.

T_M ƒ 55

N. 01ƒ ; 2010

LMS E LA FUTURA RIVOLUZIONE DELL’INNOVAZIONE INGEGNERISTICA

▲

NEWS

gato Urbain Vandeurzen, Chairman e CEO di LMS International.

On the road Il gruppo Fiat ha adottato come proprio standard diverse soluzioni LMS per il testing e la simulazione 1D e 3D: ad esempio, la piattaforma di sperimentazione LMS Test.Lab, e il solutore per la predizione di vita a fatica LMS Virtual.Lab Durability, più recentemente anch’esso pienamente integrato nel processo ingegneristico per lo sviluppo di nuovi modelli di autovetture.

“Interagiamo con molte società del gruppo Fiat, come Fiat Powertrain Technologies, Magneti Marelli, i centri di ricerca CRF ed Elasis, e con i nostri partner e fornitori. È importante che tutti utilizzino gli stessi strumenti per condividere dati e progettare le migliori automobili possibili” ha spiegato l’ing. D’Aprile, Fiat Group Automotive.

Data la crescente attenzione, da parte dell’opinione pubblica, nei confronti delle emissioni nocive e dell’efficienza energetica, non sorprende vedere come tutti i produttori di auto stiano cercando di scendere al di sotto dei 100 g/km di CO2. Tra i costruttori di auto europei il gruppo Fiat è vicino all’obiettivo di scendere, entro il 2015, a 130 g/km, piazzandosi meglio dei costruttori tedeschi e giapponesi.

LMS, con i suoi 30 anni di esperienza, è partner di riferimento per le maggiori realtà industriali dei settori automobilistico, aerospaziale e meccanico, che aiuta a migliorare la qualità dei prodotti e ad accelerare il time to market. Con un’unica combinazione di software per la simulazione 1D e 3D, soluzioni per il testing e servizi di ingegneria LMS copre tutti gli ambiti ingegneristici: dalla dinamica di sistemi, integrità strutturale e sound quality, alla fatica, sicurezza e consumi energetici.

Senza dubbio il 2009 è stato un anno difficile, che ha registrato una diminuzione del volume d’affari del 25-30% da parte di moltissime aziende, soprattutto quelle legate al settore automotive. Tuttavia esistono società che stanno cercando di trasformare questa crisi globale in un’opportunità, con una visione strategica, proiettata al futuro e orientata alla globalizzazione. È questo il caso di LMS International: pioniere dell’ingegneria strutturale e della sperimentazione NVH, inventore dell’ingegneria ibrida e di molte tecnologie brevettate nei campi della sperimentazione e della simulazione virtuale, LMS continua a investire nel futuro, con il ben In the air preciso obiettivo di un pianeta migliore e, Un altro settore industriale in piena trasformasoprattutto, più sostenibile. zione è quello aeronautico. Oltre a ridurre sempre più i tempi di realizzazione, si sta cercando di costruire aerei meno costosi, sostenibili e confortevoli senza sacrificare, ovviamente, la sicurezza. Gli obiettivi prevedono di diminuire il consumo di carburante del 15% e di ridurre il rumore in cabina del 50% entro il 2020.

Nonostante la crisi, il settore spaziale è in piena crescita, con un numero sempre maggiore di satelliti che orbitano intorno alla terra. Thales Alenia Space, il secondo produttore di satelliti in Europa, sta ultimando nello stabilimento di Roma 48 satelliti Globalstar di seconda generazione. I primi sei verranno lanciati nello spazio entro settembre 2010 e i sistemi LMS sono utilizzati quotidianamente per finalizzare tutti i test di qualifica ambientale vibro-acustica.

“L’esempio di Thales Alenia Space mette in evidenza il valore dei nostri sistemi in un’industria dove prestazioni, affidabilità e compatibilità sono cruciali. Negli ultimi cinque anni abbiamo venduto almeno un sistema al mese a centri per l’integrazione di satelliti che “LMS è un marchio storicamente molto noto volevano standardizzarsi nel mondo automotive. Ma uno dei nostri punti sulla nostra soluzione. di forza risiede proprio nell’applicabilità della Abbiamo praticamente nostra tecnologia anche ad altri comparti indu- attrezzato l’80% del merstriali. Abbiamo assistito a una grande cresci- cato”, ha commentato il ta nell’aerospace, nel ground vehicle e in Jan Leuridan, CTO di molte industrie meccaniche high-tech”, ha spie- LMS International.

On the sea Per quanto riguarda l’industria cantieristica, dalle enormi portacontainer intercontinentali della flotta Maersk alle grandi navi da crociera, molti costruttori devono oggi affrontare nuove sfide, nate semplicemente dalle dimensioni delle proprie imbarcazioni.

L’attenzione non si rivolge esclusivamente alla soluzione di problematiche di tipo ambientale (secondo un recente articolo dell’ UK Guardian, infatti, l’industria navale sarebbe la più inquinante al mondo) ma, parallelamente, queste navi devono anche essere sottoposte a numerosi test di certificazione per quanto riguarda il rumore e le vibrazioni.

Presso il Cetena di Genova, centro di ricerca e consulenza per le navi e il mare, vengono adottate le più moderne soluzioni sperimentali per certificare la conformità delle attrezzature navali rispetto a svariati standard di omologazione marittima. Non solo test di shock per la verifica di condizioni estreme, quindi, ma verifiche specifiche su tutti i componenti: basti pensare che persino un lampadario di Murano deve essere sottoposto a indagini approfondite per determinarne le frequenze di risonanza acustica.

“Non possiamo fidarci dei risultati ottenuti con un sistema qualunque” dice Stefano Qualich, Cetena, “Noi abbiamo bisogno della precisione del controllo e della velocità di acquisizione dei dati, che la soluzione LMS è in grado di offrirci”.

Per ulteriori informazioni: www.lmsintl.com

CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

Carlo Carobbi*, Marco Cati**, Carlo Panconi***

Generatore di campo E.M. nelle frequenze 300 MHz - 3 GHz per la scelta appropriata dei parametri d’antenna

A REFERENCE E.M. FIELD SOURCE FOR THE 300 MHz-3 GHz FREQUENCY RANGE We describe the principle of operation and the performances of a comb generator designed to cover the 20 MHz–3 GHz frequency range and satisfying the basic requirements for its application as a reference E-field source, when used to feed an appropriate transmitting antenna. Log-periodic antennas provide adequate gain and bandwidth for such application.

Nowadays several commercial models can cover the decade of interest here, i.e. 300 MHz-3 GHz: however they suffer from the ambiguity originated from the motion of the phase-centre with frequency. Guidance is here offered in this respect, showing how the appropriate antenna parameter (gain for transmission, antenna calibration factor for reception) can be derived from the corresponding free-space calibration data.

RIASSUNTO Si descrivono il principio di operazione e il funzionamento di un generatore di spettro a pettine che copre l’intervallo di frequenze 20 MHz–3 GHz e soddisfa i requisiti per la sua applicazione come sorgente di campo elettrico di riferimento, se utilizzato con un’antenna trasmissiva appropriata. Le antenne log-periodiche posseggono banda e guadagno consoni per l’applicazione. Diversi modelli coprono oggi la decade d’interesse, cioè 300 MHz-3 GHz: tuttavia soffrono del problema dello spostamento del centro di fase con la frequenza. Si analizza qui il problema, mostrando come una scelta appropriata dei parametri d’antenna (guadagno per la trasmissione, fattore di taratura d’antenna per la ricezione) può derivare dai corrispondenti dati di taratura nello spazio libero.

STATO DELL’ARTE NEL CAMPO DEI CONFRONTI INTERLABORATORIO

Una sorgente di campo elettromagnetico di riferimento è lo strumento d’indagine essenziale per valutare la riproducibilità delle misure di campi elettromagnetici radiati. A tale proposito, negli anni passati [1-6] gli autori hanno condotto due rigorosi confronti interlaboratorio nell’ambito della Compatibilità Elettromagnetica (CEM), per valutare il comportamento delle camere anecoiche compatte fra 30 MHz e 300 MHz. Da parte dei partecipanti ai confronti (14 laboratori, sparsi sul territorio nazionale) fu espressa piena soddisfazione circa i risultati ottenuti e il desiderio di esten-

dere l’attività a frequenze superiori a 300 MHz. Anche nel settore civile, infatti, le prove di emissione radiata sono state recentemente estese fino alla frequenza di 6 GHz (con impiego di siti anecoici al di sopra di 1 GHz).

In analogia con quanto già fatto per la banda di frequenza 30 MHz300 MHz, si poneva quindi il problema di realizzare una sorgente di campo elettromagnetico d’elevata stabilità e di potenza adeguata a ottenere un elevato rapporto segnale/rumore sul ricevitore, per frequenze comprese tra 300 MHz e 3 GHz. Merita qui ricordare che, sebbene la conoscenza del valore di campo elettromagnetico generato a una distanza fissata dalla sorgente non sia indispensabile per condurre un’attività di confronto inter-

laboratorio, conoscerne il valore con bassa incertezza è utile sia per il progetto della prova di confronto sia per l’individuazione di eventuali errori sistematici significativi.

Una sorgente di campo elettromagnetico è composta essenzialmente da: (i) il generatore, responsabile della generazione del segnale in radio-frequenza (RF), e (ii) l’antenna, responsabile dell’irradiazione del segnale RF nello spazio circostante. Il generatore da noi realizzato per la banda di frequenze 30 MHz–3 GHz presenta caratteristiche simili a quello, descritto nella rubrica della CEM di T_M n. 1 del 2008, per impiego da 30 MHz a 300 MHz. Si tratta di un generatore impulsivo che genera uno spettro a pettine (comb generator), compatto, alimentato a batteria, leggero, con grande autonomia, che non necessita di cavi di collegamento (né verso l’alimentazione, perché alimentato a batterie, né verso il carico, perché molto leggero e quindi auto-sostenuto tramite il connettore RF). Il campo di frequenza si estende da 20 MHz (spaziatura fra le righe) a 3 GHz. Il generatore è stato realizzato su un circuito stampato (Fig. 1) alloggiato in un contenitore in alluminio appositamente tornito (Fig. 2). La scelta dell’antenna è caduta su una log-periodica commerciale d’eccellenti qualità sia meccaniche sia elettriche, che offre un buon compromesso in termini di compattezza, guadagno e larghezza di banda. * Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, Università di Firenze ** Ricerca e Sviluppo, Esaote S.p.A., Firenze *** Istituto Tecnico Industriale Statale “Silvano Fedi”, Pistoia marco.cati@esaote.com

T_M

N.

1/10 ƒ 57

Figura 1 – Fotografia del circuito elettronico del generatore impulsivo di alta frequenza. Sono inclusi anche un adattatore SMA maschio-maschio e una transizione SMA femmina - N femmina da pannello, presenti nell’allestimento finale con l’involucro meccanico

IL GENERATORE IMPULSIVO: PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Lo schema a blocchi dei generatori è riportato in Fig. 3. Il generatore si compone essenzialmente di tre sezioni principali e d’una sezione ausiliaria di alimentazione (non rappresentata in Fig. 3): • La sezione di generazione d’onda quadra (composta dal generatore e dal divisore del segnale di temporizzazione o clock); • La sezione di generazione dell’impulso (composta dal circuito di generazione e dalla rete formatrice dell’impulso); • La rete di adattamento.

In Fig. 3 è stato identificato anche il carico, dato da un’antenna.

Il segnale di temporizzazione è ottenuto da un oscillatore a onda quadra al quarzo (oscillatore alla frequenza di 20 MHz) con elevata stabilità. Il pilotaggio della rete di generazione dell’impulso è realizzato tramite un circuito separatore, in grado d’erogare correnti relativamente intense. La rete di generazione dell’impulso utilizza un diodo Step Recovery per realizzare le transizioni veloci1 e un tratto di linea di trasmissione chiusa in corto

circuito per determinare la durata dell’impulso. La linea di trasmissione è realizzata da una microstriscia su substrato FR4. La rete formatrice dell’impulso ha lo scopo di “sagomarlo”, limitando oscillazioni e altre aberrazioni della forma d’onda, ed è basata sull’impiego d’un diodo Schottky. Questo ha anche il compito d’isolare la rete di generazione dell’impulso dai segnali indesiderati, presenti all’uscita del generatore (ricordiamo che il carico è un’antenna) nell’intervallo di tempo fra un impulso e il successivo. La rete di adattamento consente di presentare alla rete formatrice un carico praticamente resistivo e indipendente dal carico offerto dall’antenna. La rete d’adattamento consente di realizzare l’impedenza d’uscita del generatore di 50 Ω.

IL GENERATORE IMPULSIVO: CARATTERISTICHE ELETTRICHE E MECCANICHE

Nella Fig. 4 è riportata la potenza fornita dal generatore impulsivo a un carico di 50 Ω. La potenza erogata è intorno a –25 dBm fino a 1 GHz e degrada dolcemente fino a circa

Figura 3 – Schema a blocchi del generatore impulsivo

T_M ƒ 58

Figura 2 – Fotografia dell’involucro metallico del generatore impulsivo di alta frequenza. Sono visibili il tasto di accensione (in basso), gli accessi alle batterie (affiancati) e la presa per l’alimentazione esterna (in alto)

–43 dBm a 3 GHz. La spaziatura fra le righe spettrali è 20 MHz, adeguata per caratterizzare la risposta in frequenza di un sistema sopra i 200~300 MHz. In Fig. 4 è riportata anche la fascia d’incertezza associata alla stima della potenza. L’incertezza estesa è 0,6 dB (quindi l’ampiezza della fascia è 1,2 dB), espressa in termini di due scarti tipo. La taratura è stata effettuata alla temperatura ambiente quasi costante di 20 °C. Nell’impiego comune i generatori sono soggetti a fluttuazioni termiche e a sollecitazioni meccaniche più consistenti di quelle sperimentate nella taratura. È stata allora valutata l’instabilità dell’ampiezza delle righe spettrali (media sulle 150 righe spettrali fra 20 MHz e 3 GHz) dovuta a fluttuazioni termiche di ±5 °C attorno a 20 °C, che è risultata di 0,06 dB (1 scarto tipo). Per un eventuale impiego in ambiente aperto si è valutata anche l’instabilità per fluttuazioni di ±15 °C attorno a 20 °C, che è risultata di 0,25 dB (1 scarto tipo). L’instabilità dovuta all’operazione di connessione/sconnessione del connettore RF è risultata di 0,02 dB (su dieci operazioni). L’instabilità, sia a breve (1 h) sia a medio termine (12 h), è risultata inferiore a 0,02 dB (1 scarto tipo).

Riassumendo, l’instabilità dell’ampiezza delle righe nell’intervallo di frequenza 20 MHz – 3 GHz è pari a 0,07 dB (1 scarto tipo) per variazioni di temperatura di ±5 °C attorno a 20 °C e di 0,25 dB (1 scarto tipo) per variazioni di ±15 °C attorno a 20 °C. La forma d’onda del generatore nel dominio del tempo (tensione su 50 Ω) è un impulso unidirezionale con picco di circa 1,5 V e durata a metà ampiezza di circa 270 ps, di forma molto regolare (si veda la Fig. 5, dove

Figura 4 – Potenza su 50 Ω fornita dal generatore impulsivo di alta frequenza fino a 3 GHz. L’ampiezza della fascia di incertezza è 1,2 dB (incertezza estesa, 2 scarti tipo, pari a 0,6 dB)

è rappresentata la forma d’onda generata dal prototipo realizzato).

Ulteriori caratteristiche interessanti del generatore sono la leggerezza (meno di 0,5 Kg, incluse le batterie), la compattezza (forma cilindrica, diametro 70 mm, altezza 130 mm) l’autonomia (più di 24 h, con quattro pile tipo AA), l’accesso al pacco batterie indipendente dall’accesso all’elettronica (per evitare danni accidentali), la disponibilità di una presa per alimentazione DC esterna, lo spegnimento automatico quando il livello di alimentazione scende sotto un valore prestabilito, il connettore RF di tipo N.

ANTENNA LOG-PERIODICA: GUADAGNO E SPOSTAMENTO DEL CENTRO DI FASE

Il guadagno G di qualsiasi antenna è (i) definito in condizioni di spazio libero (antenna isolata), (ii) un parametro di campo lontano (componenti di campo elettrico E e di campo magnetico H tra loro ortogonali e tali che E H = ζξ 0 dove ζ 0 è l’impedenza di spazio libero ( ζ 0 ≈ 377Ω), (iii) riferito al centro di fase dell’antenna. Come ricordato precedentemente, il centro di fase delle antenne log-periodiche varia con la frequenza. All’incirca il centro di fase si sposta lungo l’asse dell’antenna dalla posizione corrispondente alla coppia di dipoli più lunghi, alla frequenza minima di utilizzo ( fU ,min ), alla coppia

Figura 5 – Tensione su 50 Ω fornita dal generatore impulsivo. Forma d’onda acquisita con oscilloscopio numerico di banda analogica 12 GHz e frequenza di campionamento di 40 GS/s

di dipoli più corti, alla frequenza massima ( fU ,max ). Questa circostanza complica l’impiego delle antenne logperiodiche e l’interpretazione dei loro dati di taratura.

Ovviamente, se siamo interessati al campo generato a una distanza grande rispetto allo spostamento del centro di fase, la correzione diviene trascurabile e il guadagno di spazio libero G può essere utilizzato con errore trascurabile. Se viceversa questo non si verifica (come nel caso della generazione d’un campo per confronti interlaboratorio o per le misure di campi elettromagnetici di disturbo nelle prove di emissione CEM), la correzione diviene particolarmente significativa. Si faccia riferimento alla Fig. 6, dove è riportata una classica struttura di antenna log-periodica.

Si consideri il caso in cui s’intenda predire il campo elettromagnetico, in direzione di massima radiazione a distanza fissa dall’antenna trasmittente e non grande rispetto allo spostamento del centro di fase. In questo caso, occorre tener conto dello spostamento del centro di fase con la frequenza. Sia Dn la distanza dal vertice della log-periodica al punto O dove si vuole predire il campo generato, la stessa distanza a tutte le frequenze d’interesse. In questo caso s’impiega la nota formula (si veda la Rubrica della CEM del n. 1 del 2009 di T_M): E (Dn)=P + G –20log Dcf + + 10logζ –10log (4π)

l’antenna, G è il guadagno di spazio libero in dB, P è la potenza disponibile in dB(W) applicata al bocchettone di ingresso, Dcf è la distanza di O dal centro di fase in metri e ζ 0 è l’impedenza di spazio libero ζ 0 ≈377Ω.

Si consideri nuovamente la (1): sommando e sottraendo il termine 20log Dn si ottiene: E (Dn)=P + G –20log Dn + + 10logζ0 –10log (4π) Dove:

(2)

D  Gn = G + 20log n  (3)  Dcf  La maggior comodità della (2) rispetto alla (1) sta nel fatto che in essa appare direttamente la distanza fissa Dn anziché la distanza variabile Dcf. Si deve tener conto che le distanze Dn e Dcf stanno in questa relazione: Dcf = Dn + x n

(4)

Dove con xn s’è indicata la distanza del centro di fase dal vertice dell’antenna misurata a partire dal vertice della stessa. Sostituendo la (4) nella (3) si trova:

(1)

dove E(Dn) è il campo elettrico in dB(V) a distanza Dn dal vertice delFigura 6 – Rappresentazione tridimensionale d’una antenna log-periodica

N. 01ƒ ; 2010

■

CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

sui cavi per l’imperfetto bilanciamento (5) dell’antenna. La compattezza e leggerezza di questi generatori li rende ideali per l’impiego come campioni Da quanto sopra discusso si compren- itineranti di campo elettromagnetico. de che la correzione data dal termine L’elevata stabilità dei generatori, unita alla disponibilità di simulatori di campo elettromagnetico in grado di  xn  −20log1+  del guadagno Gn predire il comportamento delle antenD  n ne, in ambiente ideale dal punto di rispetto a quello di spazio libero G vista elettromagnetico, consente poi può essere piuttosto significativa: per di realizzare sorgenti campione a esempio, se Dn = 3m e l’antenna è bassa incertezza (dell’ordine di 1 dB, lunga L = 60 cm, il termine correttivo in termini di 2 scarti tipo). varia da 0 dB alla frequenza di massimo utilizzo fU ,max a –1,58dB alla  x  Gn = G − 20log1 + n  D  n

frequenza di minimo utilizzo fU ,min . Si evince quindi che, trascurando questa correzione, il valore di campo elettromagnetico generato rischia di avere un’incertezza troppo elevata per gli scopi proposti2.

Per inciso, merita osservare che, nota la lunghezza dell’antenna L lungo l’asse, dagli elementi radianti più lunghi al vertice, la distanza xn può essere scritta come (vedi [8]):  f − fU ,min  x n = L 1 −  fU ,max − fU ,min  

(6)

La formula permette di determinare lo spostamento del centro di fase xn rispetto al vertice dell’antenna per ciascuna frequenza f compresa tra fU ,min ed fU ,max .

CONCLUSIONI

La disponibilità di generatori come quelli qui descritti è un requisito tecnico essenziale per chi intende generare un campo elettromagnetico di riferimento a frequenze superiori a 30 MHz. L’assenza di cavi di collegamento fra generatore e antenna consente di eliminare le incertezze associate alla riflessione e diffusione del campo elettromagnetico da parte dei cavi e, specie per il campo di frequenza da 30 MHz a 300 MHz, di eliminare anche le incertezze dovute alla corrente di modo comune residua

T_M ƒ 60

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

[1] C. Carobbi, L. Millanta: Confronto interlaboratorio di misure e prove di emissioni radiate, Tutto_Misure, n. 2/2006.

[2] C. Carobbi, M. Cati, L. Millanta, C. Panconi: Confronto Interlaboratorio fra Camere Anecoiche Compatte, Atti XXIII Congresso Nazionale Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche, L’Aquila, 11-13 Set. 2006, pp. 191-192.

[3] C. Carobbi, M. Cati, L. Millanta, C. Panconi: Generatore a Pettine per Confronti di Campo Elettromagnetico Radiato: Contenuto Spettrale, Stabilità, Atti XXIII Congresso Nazionale Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche, L’Aquila, 11-13 Set. 2006, pp. 193-194.

[4] C. Carobbi, M. Cati, L. Millanta, C. Panconi: Confronti Interlaboratorio di Misure di Campi Elettromagnetici: l’Esperienza dell’Unità GMEE di Firenze, Atti XXIV Congresso Nazionale Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche, Torino, 6-8 Set. 2007, pp. 241-242.

[5] C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi: Generation and Measurement of a Reference Field for Round-Robin Comparison Purposes, in Proc. IEEE International Symp. on EMC, Detroit, Aug. 18-22, 2008.

[6] C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi: Reproducibility of Radiated Emissions Measurements in Compact, Fully–Anechoic, Rooms – The Contribution of the Site-to-Site Variations, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 51, no. 3, pp. 574-582, Aug. 2009.

[7] HP Application Note 918: Pulse and Waveform Generation with Step Recovery Diodes, Hewlett and Packard, 5954-2056 (10/84).

[8] NPL Best Measurement Practice Guide no.73: Calibration and use of antennas, focusing on EMC applications, December 2004.

NOTE 1

Chi fosse interessato ad approfondire può trovare abbondanti informazioni sia sul comportamento elettrico dei diodi Step Recovery sia su diverse soluzioni circuitali per la realizzazione di generatori di impulsi veloci in [7].

2 Si può dimostrare (ma non lo faremo) che nel caso della ricezione valgono considerazioni analoghe al caso della trasmissione, ovvero se la trasmittente è posta a distanza indefinita dalla log-periodica ricevente, si impiega il parametro Antenna Correction Factor (ACF) di spazio libero. Se, invece, lo spostamento del centro di fase della ricevente non è trascurabile rispetto alla distanza dalla sorgente, si deve impiegare un ACFn definito  xn  come ACFn = ACF + 20log1+  dove  Dn  il significato dei simboli xn e Dn è lo stesso di quello del testo.

Carlo Carobbi si è laureato con lode in Ingegneria Elettronica nel 1994 presso l’Università di Firenze. Dal 2000 è Dottore di Ricerca in Telematica. Nel 2001 è ricercatore del Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni dell'Università di Firenze, dove è docente di Misure Elettroniche e Compatibilità Elettromagnetica.

Marco Cati si è laureato con lode ed encomio solenne in Ingegneria Elettronica all’Università di Firenze nel 2001. Dal 2005 è Dottore di Ricerca in Ingegneria dell’Affidabilità, Manutenzione e Logistica. Dal 2005 fa parte del reparto R&S di Esaote, dove è responsabile delle verifiche di Compatibilità Elettromagnetica su dispositivi ecografici.

Carlo Panconi si è laureato nel 2003 in Ingegneria Elettronica all’Università di Firenze. Dottore di Ricerca in “Controlli non distruttivi”, dal 1988 è insegnante di Laboratorio di Elettrotecnica e di Elettronica nel triennio degli Istituti Tecnici e Professionali.

LO SPAZIO DEL GMEE E DEL GMMT

▲

In collaborazione con l’Associazione GMEE e il GMMT: F. Docchio, A. Cigada

Valeria Teppati*, Franco Docchio**

Verso il trasferimento tecnologico Le unità del GMEE e le loro aree d’interesse – 2010

THE GMEE LABORATORIES AND THEIR COMPETENCE AREAS - 2010 The fruitful collaboration between Universities and Industry stems from a detailed knowledge of the main areas of basic and applied research, and Technology Transfer, of the University laboratories and Research Centers. In 2009, the GMEE Association, owner of the Journal Tutto_Misure has taken part to the Event “Affidabilità e Tecnologie” with its own booth, to better promote its spectrum of activities and to stimulate visitors to a close cooperation with its Laboratories. On that occasion, a list of all the GMEE Laboratories and Centers had been prepared, with their Areas of Interest. The success of the experience has led GMEE to repeat and to broaden the list, and to locate it directly within the Journal.

Industries interested in a close collaboratrion wilth the GMEE Laboratories and Research Centers can directly contact the responsibles of each Laboratory, or send a message to the Editor at franco.docchio@ing.unibs.it, or to the official website of the GMEE at info@gmee.org.

La collaborazione tra Università e imprese nasce e si rafforza attraverso una più diffusa conoscenza delle attività di ricerca di base, ricerca applicata e trasferimento tecnologico dei Laboratori Universitari e Centri di Ricerca. Nel 2009 l’Associazione GMEE, proprietaria di Tutto_Misure, ha partecipato all’evento AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE con un suo spazio espositivo, per meglio promuovere la propria attività e invogliare le imprese e i visitatori a una maggior collaborazione con le proprie Unità. Per l’occasione, era stato predisposto un elenco delle Unità GMEE con le loro attività e Aree di Interesse.

Il successo dell’esperienza ha motivato gli scriventi a ripeterla ed ampliarla, grazie all’ospitalità della rivista Tutto_Misure. Per una maggior fruibilità del materiale, le Aree di Interesse sono state ridotte e standardizzate e le Unità interessate a rapporti con le imprese hanno potuto aggiornare la propria offerta di tecnologia nell’elenco, che presentiamo di seguito.

Le Imprese interessate a rapporti di collaborazione con le Unità possono rivolgersi direttamente agli indirizzi delle stesse, alla nostra Redazione, inviando una mail a franco.docchio@ing.unibs.it, o al sito ufficiale del GMEE a info@gmee.org.

Unità di Benevento (prof. Pasquale Daponte)

Dip. Ingegneria - Università del Sannio C.so Garibaldi 107 - 82100 Benevento - Tel. 0824305817 E-mail: daponte@unisannio.it Attività: Sviluppo di algoritmi e architetture per l’elaborazione di segnali di misura, metodi per la caratterizzazione di apparecchiature basate su convertitori A/D eD/A, metodi e strumenti di misura per sistemi e segnali di telecomunicazione, sviluppo di metodi di rilevamento e predizione di guasti, misure su magneti superconduttori.

Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura distribuiti. Sistemi di misura in tempo reale. Strumentazione di misura virtuale. Metodi di rilievo di guasti su componenti e sistemi. Misure per controllo e miglioramento della qualità. Misure per le telecomunicazioni. Misure di campi elettromagnetici. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.

Unità di Bologna (prof. Gaetano Pasini)

Dip. Ingegneria Elettrica - Università di Bologna V.le Risorgimento 2 40136 Bologna - Tel. 0512093473 E-mail: gaetano.pasini@unibo.it Attività: Sviluppo di sensori per misure su sistemi in media e alta tensione Metodi di misura delle scariche parziali. Strumentazione elettronica di misura. Test innovativi per la valutazione dell’affidabilità dei componenti elettronici. Caratterizzazione di componenti attivi a radiofrequenza.

Aree principali d’interesse: Sistemi di acquisizione dati. Sistemi dinamici non lineari. Sincronizzazione dei sistemi di misura. Sensori e microcontrollori. Misure per l’automazione industriale. Misure per l’affidabilità dei componenti elettronici. Misure di dispositivi a microonde. Misure di scariche parziali. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Diagnostica su sistemi elettrici.

Unità di Brescia (prof. Franco Docchio)

Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Brescia Via Branze 38 - 25123 Brescia - Tel. 0303715441, E-mail: franco.docchio@ing.unibs.it Attività: Ricerca di base, Ricerca applicata, incubatore imprenditoriale, consulenza, formazione.

Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D. Strumentazione di misura virtuale. Sensori e microcontrollori. Sensori e trasduttori: biosensori. Sensori e trasduttori: interfacce. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Sensori intelligenti e reti di sensori, Sensori wireless.

Misure non invasive e wireless. Trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali.

Unità di Cagliari (prof. Carlo Muscas)

Dip. Ingegneria Elettrica ed Elettronica - Università di Cagliari P.za d’Armi - 09123 Cagliari - Tel. 0706755860 E-mail: carlo@diee.unica.it Attività: Ricerca applicata, Consulenza.

Aree principali d’interesse: Sistemi di misura distribuiti. Sincronizzazione dei sistemi di misura. Strumentazione di misura virtuale. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Sistemi per la gestione dell’energia.

Unità di Cassino (prof. Andrea Bernieri)

Unità di Bari (prof. Mario Savino)

Dip. Ingegneria Elettrotecnica ed Elettronica - Politecnico di Bari Via Orabona 4 - 70125 Bari - Tel. 0805963266, E-mail savino@misure.poliba.it Attività: Sviluppo di sistemi di visione artificiale, Sviluppo di sensori, Sviluppo di metodi di misura, Sviluppo di metodi per la stima dell'incertezza di misura, Progetto e sviluppo di strumentazione virtuale dedicata, Progetto e produzione di interfacce per la diagnosi e il controllo, Sviluppo di tecniche d'indagine su dati biomedici.

Aree principali d’interesse: Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D. Strumentazione biomedica. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Caratterizzazione di ADC e DAC. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica.

Dip. Automazione, Elettromagnetismo, Ingegneria dell’Informazione, Matematica Industriale - Università di Cassino Via G. Di Biasio 47 - 03047 Cassino (FR) - Tel. 07762993671 E-mail: bernieri@unicas.it Attività: Centro SIT. Ricerca applicata per realizzazione e caratterizzazione sperimentale di sensori innovativi. Sistemi automatici di misura. Metodi e tecniche di misura. Taratura e conferma metrologica.

Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Sensori e microcontrollori. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure non invasive e wireless. Misure per le telecomunicazioni. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale.

* Politecnico di Torino – ** Direttore di Tutto_Misure franco.docchio@ing.unibs.it

T_M

N.

1/10 ƒ 61

Unità di Castellanza (prof. Luca Mari)

Istituto di Tecnologie - Università Cattaneo LIUC C.so Matteotti 22 - 21053 Castellanza (VA) - Tel. 0331572228 E-mail: lmari@liuc.it Attività: Temi fondamentali di scienza delle misure. Trasferimento tecnologico e formazione.

Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali.

Unità di Catania (prof. Nicola Pitrone)

Dip. Ingegneria Elettrica, Elettronica e dei Sistemi - Università di Catania V.le Andrea Doria 6 - 95125 Catania - Tel. 0957382309 E-mail: nicola.pitrone@diees.unict.it Attività: Ricerca di base, ricerca applicata, consulenze.

Aree principali d’interesse: Sistemi dinamici non lineari. Microsistemi meccanici. Dispositivi a film sottile e MEMS. Sensori e microcontrollori. Sensori e trasduttori: biosensori. Sensori e trasduttori: elettrici. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure per le nanotecnologie. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti.

Unità di CMM Club Italia (ing. Annarita Lazzari)

Mitutoyo Institute of Metrology - Mitutoyo Italiana srl C.so Europa 7 - 20020 Lainate (MI) - Tel. 0293578248 E-mail: annarita.lazzari@mitutoyo.it Attività: formazione, informazione e normazione per la metrologia a coordinate, organizzazione di convegni tematici, pubblicazione di documenti.

Aree principali d’interesse: Misure meccaniche. Macchine di Misura a Coordinate (CMM).

Unità di Cosenza (prof. Domenico Grimaldi)

Dip. Elettronica, Informatica e Sistemistica - Università della Calabria Via P. Bucci - 87036 Rende (CS) - Tel. 0984494712 E-mail: grimaldi@deis.unical.it Attività: Ricerca teorica e applicata. Collaborazione con aziende per ricerca e innovazione.

Aree principali d’interesse: Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura distribuiti. Sincronizzazione dei sistemi di misura.

Caratterizzazione di ADC e DAC. Misure per le telecomunicazioni. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.

Unità di ERSE-ENEA – Milano (ing. Claudio Cherbaucich)

Dip. Tecnologie per la Trasmissione e Distribuzione, ERSE-ENEA Ricerca sul Sistema Elettrico Via Rubattino, 54 - 20134 Milano - Tel. 0239925462 E-mail: cherbaucich@cesiricerca.it Attività: Sviluppo di metodiche di misura in alta tensione, Centro di Taratura SIT, prove dielettriche su componenti e apparecchiature elettromeccaniche.

Aree principali d’interesse: Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Trasduttori di tensione e di corrente, contatori statici di energia reattiva in regime non sinusoidale. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica.

Unità di Firenze (prof. Marcantonio Catelani)

Dip. Elettronica e Telecomunicazioni - Università di Firenze Via S. Marta 3 - 50139 Firenze - Tel. 0554796377 E-mail: marcantonio.catelani@unifi.it Attività: Ricerca applicata, consulenza e collaborazione aziendale, prove conto terzi, formazione.

Aree principali d’interesse: Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Misure per l’automazione industriale. Metodi di rilievo di guasti su componenti e sistemi. Misure per l’affidabilità dei componenti elettronici. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure per la certificazione di prodotto. Misure e metodi per la valutazione della sicurezza e del rischio. Misure di compatibilità elettromagnetica. Misure di campi elettromagnetici.

Unità di Genova (prof. Paolo Pinceti)

Dip. Ingegneria Elettrica - Università di Genova Via dell’Opera Pia 11a - 16145 Genova - Tel. 0103532205 E-mail: pinceti@die.unige.it Attività: Progetto e sviluppo di sistemi di misura e controllo per processi industriali e impianti elettrici. Sviluppo di prodotti e applicazioni basate su fieldbus. Misure di campi elettromagnetici in ambiente e di compatibilità em.

Sviluppo di sistemi diagnostici intelligenti. Sviluppo di strumenti per il monitoraggio wireless.

Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi automatici di taratura. Sistemi di misura basati sulla conoscenza. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure di compatibilità elettromagnetica. Diagnostica su sistemi elettrici. Misure di campi elettromagnetici.

T_M ƒ 62

N. 01ƒ ; 2010

▲

LO SPAZIO DEL GMEE E DEL GMMT

Unità di INMRI-ENEA (prof. Pierino De Felice)

INMRI – Ist. Naz. Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti ENEA Centro Ricerche Casaccia Via Anguillarese 301 – 00060 S.M. Galeria (RM) - Tel. 0630483580 E-mail: pierino.defelice@enea.it Attività: Ricerca di base in metrologia generale.

Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Definizione, studio e realizzazione dei campioni. Problematiche di riferibilità e di mutuo riconoscimento. Scienza delle misure.

Unità di INRIM – Torino (ing. Umberto Pogliano)

Elettromagnetismo – INRIM Str. delle Cacce 91 - 10135 Torino - Tel. 0113919433 E-mail: u.pogliano@inrim.it Attività: Per le diverse attività specifiche visitare il sito web (www.inrim.it).

Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Definizione, studio e realizzazione dei campioni. Misure meccaniche. Misure ottiche. Misure termiche e termodinamiche. Misure di grandezze elettriche e magnetiche. Misure di tempo e frequenza. Misure chimiche e biochimiche. Dispositivi a film sottile e MEMS. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali.

Unità dell’Aquila (prof. Giovanni Bucci)

Dip. Ingegneria Elettrica e dell’Informazione - Università dell’Aquila Poggio di Roio Loc. Campo di Pile - 67100 L’Aquila - Tel. 3209231119 E-mail: giovanni.bucci@univaq.it Attività: Ricerca applicata, consulenze. Sviluppo di sistemi di acquisizione dati di sistemi automatici di misura. Progettazione e sviluppo di sistemi di misura embedded.

Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di acquisizione dati. Sistemi di misura distribuiti. Caratterizzazione di componenti e sistemi analogici e digitali. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Sistemi per la gestione dell’energia.

Diagnostica su sistemi elettrici. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.

Unità di Lecce (prof. Aimé Lay-Ekuakille)

Dip. Ingegneria dell’Innovazione - Università del Salento Via Monteroni - 73100 Lecce - Tel. 0832297822/821 E-mail: aime.lay.ekuakille@unilsalento.it Attività: Ricerca applicata, prove, consulenze, formazione e addestramento.

Aree principali d’interesse: Misure di lunghezza. Telemisure. Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sensori e microcontrollori. Misure di compatibilità elettromagnetica. Misure di campi elettromagnetici. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti. Misure di flussi energetici da fonti tradizionali e rinnovabili.

Unità di Messina (prof.ssa Alina Caddemi)

Dip. Fisica della Materia e Tecnologie Fisiche Avanzate Università di Messina C.da di Dio - S. Agata - 98166 Palermo - Tel. 0903977369 E-mail: caddemi@ingegneria.unime.it Attività: Caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde on wafer, on chip, in package. Misure criogeniche di dispositivi e circuiti. Analisi e sperimentazione di procedure innovative di modellistica per dispositivi a microonde.

Aree principali d’interesse: Misure criogeniche. Misure di dispositivi a microonde. Misure di rumore a microonde.

Unità di Milano Politecnico (prof. Roberto Ottoboni)

Dip. Elettrotecnica - Politecnico di Milano P.za Leonardo da Vinci 32 - 20133 Milano - Tel. 0223993727 E-mail: roberto.ottoboni@polimi.it Attività: Ricerca teorica e applicata.

Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Misure neurali e logiche fuzzy. Sistemi di misura distribuiti. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra.

Sensori e trasduttori: elettrici. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Diagnostica su sistemi elettrici.

Unità di Milano Statale - Crema (prof. Massimo Lazzaroni)

Dip. Tecnologie dell’Informazione - Università di Milano Via Bramante 65 - 26013 Crema (CR) - Tel. 0250330058 E-mail: lazzaroni@dti.unimi.it Attività: Ricerca applicata, consulenze, attività di formazione.

Aree principali d’interesse: Misure per l’automazione industriale. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Diagnostica su sistemi elettrici.

N. 01ƒ ;2010 Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Modena e Reggio Emilia Via Vignolese 905/B - 41100 Modena - Tel. 0592056192 E-mail: rovati.luigi@unimo.it Attività: Ricerca applicata, consulenza, analisi ottiche.

Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Strumentazione biomedica.

Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità.

Unità di Napoli SUN (prof. Carmine Landi)

Dip. Ingegneria dell’Informazione - Seconda Università di Napoli Via Roma 29 - 81031 Aversa (CE) - Tel. 0815010349 E-mail: carmine.landi@unina2.it Attività: Ricerca Applicata, Consulenze Energetiche, Caratterizzazione dei Contatori di Energia. Analisi e Soluzione di Problemi di Power Quality, Sviluppo di Sistemi di Acquisizione Dati e Sistemi di Misura Automatica, Progettazione e Sviluppo di Sistemi di Misura Embedded.

Aree principali d’interesse: Sistemi di misura embedded. Strumentazione di misura virtuale. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless.

Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale.

Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Misure di flussi energetici da fonti tradizionali e rinnovabili.

Unità di National Laboratory for Length (Zagabria) (prof. Vedran Mudronja)

Laboratory for precise measurement of Length - Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb Ivana Lucica 5 - 10000 Zagreb HR - Tel. +38516168180 E-mail: vedran.mudronja@fsb.hr Attività: National Laboratory accredited by SIT; Participation in Euramet projects; Undergraduate/Graduate lectures (Quality management/Control, Theory of measurement, Nanometrology); Scientific research especially in the field of roughness standards; roundness measurement, and interferometry.

Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Nanometrologia.

Misure di lunghezza. Misure ottiche. Macchine di Misura a Coordinate (CMM). Sistemi e dispositivi di misura e di interfaccia. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure di customer satisfaction. Misure per l’ingegneria di precisione. Misure per le nanotecnologie.

Unità di Padova (prof. Claudio Narduzzi)

Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Padova Via G. Gradenigo 6/b - 35131 Padova - Tel. 0498277649 E-mail: claudio.narduzzi@unipd.it Attività: metodi di prova EMC e loro caratterizzazione, smart transducers, metodi di misura ed applicazioni industriali.

Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure per collaudi. Misure per le telecomunicazioni. Misure di compatibilità elettromagnetica. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure di scariche parziali. Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti. Misure per la conservazione dei beni culturali.

Unità di Palermo (prof. Salvatore Nuccio)

Dip. Ingegneria Elettrica, Elettronica e Telecomunicazioni - Università di Palermo V.le delle Scienze Edif. 9 - 90128 Palermo - Tel. 0916615270 E-mail: nuccio@unipa.it Attività: ricerca applicata, consulenze, taratura multimetri e contatori di energia elettrica, verifiche sugli impianti elettrici, prove su componenti ed apparecchi elettrici ed elettronici, sviluppo di sistemi di acquisizione dati e sistemi di misura automatica, prove di emissione e di immunità elettromagnetica.

Aree principali d’interesse: Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Sistemi di acquisizione dati. Strumentazione di misura virtual. Misure di compatibilità elettromagnetica. Trasduttori di tensione e di corrente, contatori statici di energia reattiva in regime non sinusoidale. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica.

Unità di Parma (prof. Giovanni Chiorboli)

Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Parma V.le G.P. Usberti 181/a - 43100 Parma - Tel. 0521905809 E-mail: giovanni.chiorboli@unipr.it Attività: Ricerca di base, ricerca applicata, consulenze.

Aree principali d’interesse: Sistemi e dispositivi di misura e di interfaccia. Sistemi di tomografia di impedenza elettrica. Sensori e trasduttori: interface. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Architetture e metodi per la conversione A/D e D/A. Caratterizzazione di ADC e DAC. Caratterizzazione di componenti e sistemi analogici e digitali.

▲

Unità di Modena e Reggio Emilia (prof. Luigi Rovati)

LO SPAZIO DEL GMEE E DEL GMMT

Unità di Pavia (prof. Piero Malcovati)

Dip. Ingegneria Elettrica - Università di Pavia Via Ferrata 1 - 27100 Pavia - Tel. 0382985256 E-mail: piero.malcovati@unipv.it Attività: Ricerca applicata, consulenza.

Aree principali d’interesse: Dispositivi a film sottile e MEMS. Sensori e trasduttori: chimici. Sensori e trasduttori: interface. Architetture e metodi per la conversione A/D e D/A. Caratterizzazione di ADC e DAC. Caratterizzazione di componenti e sistemi analogici e digitali.

Unità di Perugia (prof. Paolo Carbone)

Dip. Ingegneria Elettronica e dell’Informazione - Università di Perugia Via G. Duranti 93 - 09125 Perugia - Tel. 0755853629 E-mail: paolo.carbone@diei.unipg.it Attività: Ricerca applicata, Consulenza.

Aree principali d’interesse: Sistemi di fault detection per orologi atomici. Misure di posizione. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless.

Sistemi di posizionamento indoor.

Unità di Pisa (prof. Bernardo Tellini)

Dip. Sistemi Elettrici e Automazione - Università di Pisa Via Diotisalvi 2 - 56122 Pisa - Tel. 0502217369 E-mail: bernardo.tellini@dsea.unipi.it Attività: Ricerca di base, ricerca applicata, consulenza.

Aree principali d’interesse: Misure criogeniche. Misure su materiali dielettrici e magnetici. Misure su lanciatori elettromagnetici. Strumentazione per test non distruttivi. Sensori e trasduttori: elettrici. Misure di compatibilità elettromagnetica. Trasduttori di tensione e di corrente, contatori statici di energia reattiva in regime dnon sinusoidale. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale. Misure di scariche parziali. Misure di flussi energetici da fonti tradizionali e rinnovabili.

Unità di Reggio Calabria (prof. Claudio De Capua)

Dip. Informatica, Matematica, Elettronica e Trasporti - Università Mediterranea Via Graziella, Loc. Feo di Vito - 89100 Reggio Calabria - Tel. 0965875227 E-mail: decapua@unirc.it Attività: Ricerca applicata; consulenza; laboratorio mobile; laboratorio didattico remoto.

Aree principali d’interesse: Stima di intervalli di taratura. Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Sensori e microcontrollori.

Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale.

Misure di campi elettromagnetici. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti.

Unità di Roma – La Sapienza (prof. Luca Podestà)

Dip. Ingegneria Elettrica - Università “La Sapienza” Via Eudossiana 18 - 00184 Roma - Tel. 0644585526 E-mail: luca.podesta@uniroma1.it Attività: ricerca, didattica, perizie per CTU, consulenze investigative antincendio per il Ministero degli Interni.

Aree principali d’interesse: Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure di rumore a microonde. Misure per l’analisi della qualità dell’alimentazione elettrica. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.

Unità di Roma Tor Vergata (prof. Roberto Lojacono)

Dip. Ingegneria Elettronica - Università “Tor Vergata” V.le del Politecnico 1 - 00133 Roma - Tel. 0672597494 E-mail: lojacono@uniroma2.it Attività: Didattica, Ricerca, Consulenze. Sistemi CADx per l’identificazione e l’analisi di segni tumorali nelle immagini mammografiche. Rappresentazione e propagazione dell’incertezza nelle misure e nel processamento di segnali. Architetture per l’implementazione di ADC. Sviluppo di sistemi per l’acquisizione, il processamento e la generazione di segnali.

Aree principali d’interesse: Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Misure neurali e logiche fuzzy. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Caratterizzazione di ADC e DAC.

Unità di Salerno (prof. Antonio Pietrosanto)

Dip. Ingegneria dell’Informazione e Ing. Elettrica - Università di Salerno Via Ponte don Melillo - 84084 Fisciano (SA) - Tel. 089964248 E-mail: apietrosanto@unisa.it Attività: Ricerca di base, ricerca industriale, consulenze, progettazione e realizzazione prototipale di sistemi embedded, progettazione e sviluppo di sistemi di visione artificiale, spin-off accademici.

Aree principali d’interesse: Sistemi a PLC, DSP e microcontrollori. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura in tempo reale.

Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D. Sensori e trasduttori: biosensori. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Caratterizzazione metrologica del software. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali.

T_M ƒ 63

Unità di Siena (prof.ssa Ada Fort)

Dip. Ingegneria dell’Informazione - Università di Siena Via Roma 65 - 53100 Siena - Tel. 0577233608, E-mail: ada@dii.unisi.it Attività: Ricerca applicata. Sviluppo di sistemi e componenti prototipali.

Aree principali d’interesse: Sistemi dinamici non lineari. Sensori e trasduttori: chimici. Sistemi olfattivi artificiali.

Unità di Taranto (prof. Gregorio Andria)

Dip. Ingegneria Ambiente e Sviluppo Sostenibile - Politecnico di Bari, II Fac. Ing. Taranto) V.le del Turismo 8 - 74100 Taranto - Tel. 0994733259 E-mail: andria@misure.poliba.it Attività: Sensori e algoritmi per la diagnostica medica in situazioni di handicap, Misure per la Risonanza Magnetica, Sensori ambientali per la Difesa del Suolo, Strumentazione ed Elaborazioni Dati per Monitoraggio e Controllo Ambientale, Sensori per l’analisi del terreno, Sistemi SCADA/HMI nell’industria, Riferibilità metrologica degli strumenti e dei metodi di misura, Misure per la gestione della qualità.

Aree principali d’interesse: Sistemi automatici di taratura. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Caratterizzazione metrologica di sistemi di misura intelligenti. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico.

Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti.

Unità di Torino e Vercelli (prof. Andrea Ferrero)

Dip. Elettronica - Politecnico di Torino C.so Duca degli Abruzzi 24 - 10124 Torino - Tel. 0115644082 E-mail: andrea.ferrero@polito.it Attività: ricerca applicata, progetto e sviluppo prototipi, consulenze e collaborazioni aziendali, spin-off, centro taratura SIT, prove conto terzi.

Aree principali d’interesse: Campioni e procedure di taratura a distanza. Sistemi automatici di taratura. Sistemi di misura distribuiti. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Caratterizzazione metrologica di sistemi di misura intelligenti. Misure a microonde: Load-pull, Load-pull differenziale. Misure a microonde: Parametri scattering a due e più porte.

T_M ƒ 64

N. 01ƒ ; 2010

▲

LO SPAZIO DEL GMEE E DEL GMMT

Unità di Trento (prof. Dario Petri)

Dip. Ingegneria e Scienza dell’Informazione - Università di Trento Via Sommarive 14 - 38050 Povo (TN) - Tel. 0461883902 E-mail: petri@dit.unitn.it Attività: Ricerca teorica ed applicata, collaborazioni con aziende e spinoff.

Aree principali d’interesse: Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Sistemi di misura embedded. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure di potenza e di energia elettrica, anche in regime non sinusoidale.

Unità di Trieste (prof. Antonio Boscolo)

Dip. Elettrotecnica, Elettronica e Informatica - Università di Trieste Via A. Valerio 10 - 34127 Trieste - Tel. 0405587123 E-mail: boscolo@units.it Attività: Prospezioni tecnologiche e tecniche di supporto alle decisioni come promotori d’innovazione. Ricerca applicata, sviluppo di dimostratori e prototipi a supporto di aziende. Percezione artificiale, Diagnostica ambientale. Metodi per la misura e il miglioramento della qualità delle immagini digitali.

Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Nanometrologia.

Misure neurali e logiche fuzzy. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di misura basati sulla conoscenza. Strumentazione di misura virtuale. Dispositivi a film sottile e MEMS. Sensori e microcontrollori. Misure non invasive e wireless. Misure di monitoraggio ambientale e di agenti inquinanti.

Unità di Tutto_Misure (prof. Franco Docchio)

Rivista Tutto Misure e T_M News - A&T Affidabilità e Tecnologia Via Palmieri 63 - 10138 Torino - Tel. 0115363440 E-mail: franco.docchio@ing.unibs.it Attività: Divulgazione, informazione, formazione.

Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali. Editoria e formazione nell’ambito delle misure.

LO SPAZIO DEL GMEE E DEL GMMT

■ La Redazione di Tutto_Misure (franco.docchio@ing.unibs.it)

Il nuovo Codice Etico e Deontologico del GMEE The new ethic code and deontologic code of GMEE

“SECONDO SCIENZA E COSCIENZA” Dopo un’ampia e appassionata discussione tra tutti i Soci del GMEE, e un lungo e articolato lavoro da parte dei membri della Commissione per la sua redazione, ha visto la luce il nuovo documento “Codice Etico e Codice Deontologico per i cultori delle Misure” afferenti al GMEE. In esso si riconoscono le due principali tipologie di professionisti che svolgono attività nell’Associazione: • Docenti e i Ricercatori, cui compete di “far crescere il sapere del fare buone misure e trasferire questo sapere ai discenti”; • Operatori, che sono attivi nei settori socio-economici più vari e abbisognano di valutazioni quantitative e/o di monitoraggi rigorosi per grandezze funzionali alla qualità di prodotti e/o servizi, oppure mirare a elevare livelli di sicurezza o di convenienza economica.

A entrambe queste categorie è rivolto il Codice, poiché il GMEE in cui esse si riconoscono “considera come valore fondante la promozione del bene comune in un campo delicato e strategico quale quello delle Misure”.

Il Codice Etico Assunzione di responsabilità nello svolgimento dell’attività, indipendenza di giudizio, valutazione e dichiarazione del rischio connesso a decisioni assunte tramite le misure, sono i primi elementi portanti del Codice Etico. Seguono la valorizzazione del capitale umano, la garanzia di pari opportunità e l’evitare conflitti di interessi nell’esercizio della propria attività.

Il Codice Deontologico Parimenti importanti i dettati del Codice Deontologico, che partono dall’assunto che “Per un esperto di misure nulla è banale e arbitrario, per il rigore scientifico che deve sempre esserci (secondo Scienza) e per l’onestà intellettuale (secondo Coscienza) con la quale

attenersi al rispetto di regole codificate”.

Ecco dunque l’esigenza di trasparenza nell’operato e nell’assunzione di responsabilità nell’esecuzione delle misure, nel trasferimento di metodi e procedure di misura, nell’analisi delle cause d’incertezza e nella loro notifica, nel rispetto delle norme di riferimento, nell’indicazione della catena della riferibilità, nel rigore nella taratura, nell’elaborazione di modelli “coerenti e documentati”, con l’interpretazione dei risultati.

Il Codice, che è stato distribuito a tutti i Soci del GMEE, impone agli affiliati, nei rapporti con la Società, l’esplicitazione del metodo di misura (la misura deve essere “condotta con un’impostazione procedurale rigorosamente scientifica”), la chiarezza nella valutazione della misura e nella definizione dei parametri che consentono una chiara ed effettiva fruizione della misura stessa.

L’utilizzo “non inquinato delle misure” è imperativo per entrambe le tipologie di operatori delle misure: i docenti e ricercatori in ambiti inerenti alle loro ricerche e all’uso e trasferimento dei loro risultati, nonché alla formazione e all’esecuzione di consulenze; gli operatori delle misure per il rispetto delle norme e la verifica di conformità.

Il Comitato Etico e Deontologico Il Documento istituisce infine il Comitato Etico e Deontologico, con il compito di garantire l’effettiva adesione ai principi del Codice Etico e Deontologico da parte dei Soci, l’analisi di non conformità e le eventuali sanzioni nei confronti dei Soci che operano impropriamente.

SUL SITO GMEE La più ampia pubblicità al Documento viene garantita a tutti i portatori d’interesse dell’Associazione mediante la pubblicazione del documento sul Sito www.gmee.org.

T_M

N.

1/10 ƒ 65

LO SPAZIO DELLE ASSOCIAZIONI

▲ La Redazione di Tutto_Misure (franco.docchio@ing.unibs.it)

Convegni annuali AIPnD e del Gruppo del Colore SIOF SIOF: the annual meeting of the Colour Group

AIPnD: IL CONVEGNO ANNUALE SULLE PROVE NON DISTRUTTIVE The annual meeting of the Italian Association of non-Destructive Tests (AIPnD) Nei giorni 15-17 ottobre 2009, presso lo Sheraton Hotel & Conference Center, si è svolto il Convegno Biennale della Associazione Italiana Prove non Distruttive (AIPnD). Il convegno, tradizionalmente svolto a Milano, ha avuto Roma come sede in occasione del trentennale della nascita dell’Associazione, a testimonianza dell’importanza raggiunta dall’AIPnD. Lo scopo del Convegno è stato “il miglioramento delle competenze e delle professionalità di tutta la comunità PnD, affrontando tematiche relative alla ricerca, alle tecnologie avanzate, alla strumentazione, alla normativa e alla qualificazione e certificazione del personale addetto”.

L’Associazione cura una cospicua serie di attività di certificazione, formazione di personale tecnico per l’esecuzione di prove non distruttive, test e monitoraggi. Il convegno ha avuto più di duecentoquaranta par-

La cerimonia di apertura del Convegno AIPnD

T_M

N.

tecipanti, provenienti da tutt’Italia, e ha visto la partecipazione di circa cinquanta espositori, che hanno colmato l’area espositiva della sede congressuale.

Le sessioni tecniche, svoltesi nei giorni 15 e 16 ottobre, hanno coperto tutte le aree di interesse dell’Associazione: Automotive, Aerospaziale, Beni culturali Onde Guidate, Monitoraggi strutturali in Ingegneria Civile, Caratterizzazione di Materiali, RX, Navale, Agroalimentare. Tutte la sessioni hanno visto una numerosa partecipazione e relazioni tecniche di marcato contenuto applicativo.

Tra queste, sono da notare ampie panoramiche sui controlli RX su motori di grosse dimensioni per l’aerospaziale, sviluppi nelle tecniche termografiche lock-in, i recenti sviluppi della indagine a ultrasuoni e a onde guidate, l’impatto delle Prove non Distruttive nell’Automotive, la spettroscopia UV-Visibile e NIR per il controllo della qualità della frutta, il monitoraggio di materiali compositi, la caratterizzazione di strutture civili mediante sensori MEMS in reti wireless e applicazioni radar terrestre per monitoraggi di beni architettonici.

Chi scrive si è intrattenuto con gli espositori e ha personalmente saggiato la vitalità del settore, la qualità e la quantità delle imprese produttrici di strumentazione per PnD e la loro presenza sui mercati esteri (di rilievo è il successo della Società Gilardoni S.p.A. di Mandello Lario, oggi attiva in Cina con macchine per il testing di ruote e assali ferroviari nel quadro dell’imponente sforzo ammodernativo delle strutture ferroviarie cinesi).

L’assemblea dei Soci ha concluso la seconda giornata di Convegno, con le votazioni per il rinnovo del Comitato Direttivo. Il nuovo Presidente è

1/10 ƒ 66

l’Ing. Antonello Giacinto Porco.

Poiché si auspica che l’Associazione, impegnata da sempre nel settore delle misure e prove, abbia proficui contatti e scambi con il settore delle Misure che ci vede coinvolti, il cofondatore (e Presidente Onorario) Giuseppe Nardoni è stato chiamato a fare parte del Comitato Scientifico della Rivista Tutto_Misure. A nome della Rivista, dunque, formulo al Consiglio Direttivo entrante i miei più cordiali auguri di buon lavoro.

SIOF: IL CONVEGNO ANNUALE DEL GRUPPO DEL COLORE Nei giorni 7-9 ottobre 2009 si è svolta a Palermo, presso il Centro Regionale per la Progettazione e il Restauro (CRPR), la quinta Conferenza Nazionale del Gruppo del Colore, affiliato alla Società Italiana di Ottica e Fotonica (SIOF). Obiettivo della conferenza è stato quello di favorire l’aggregazione multi-interdisciplinare di tutte le realtà che in Italia si occupano del colore e della luce da un punto di vista scientifico e/o professionale, ivi incluso l’aspetto misuristico (la misura del Colore).

La conferenza è stata introdotta da alcuni seminari relativi ai diversi temi di interesse. I lavori sono poi proseguiti con l’esposizione dei contributi, di taglio sia teorico sia applicativo.

Tra i temi di interesse vi erano da annoverare: (i) La natura fisica e psicologica del colore, (ii) Meccanismi e fisiologia della visione del colore, (iii) Illusioni e memoria del colore, (iv) Colorimetria, fotometria, atlanti dei colori, (v) Il colore digitale, (vi), Ruolo

LO SPAZIO DELLE ASSOCIAZIONI

del colore nell’industria, (vii), Il colore nel settore dei beni culturali.

Tra i contributi d’indubbio interesse, da segnalare ”Apparecchi di illuminazione con luce colorata e loro misura”, di Siniscalco, Musante e Rossi (Politecnico di Milano), che traccia uno stato dell’arte sulle esigenze di adattamento degli strumenti di misura della luce alle nuove esigenze di illuminazione colorata, che soddisfano criteri fisiologici e psicologici della fruizione dello spazio. Da segnalare è anche il contributo “Il colore nel packaging alimentare”, di Marina Mastropietro (Ingegneria Agraria, Università di Milano), che illustra le scelte e le strategie di mercato che guidano la progettazione dell’impianto grafico di una confezione per prodotto alimentare da supermercato, con particolare riferimento al colore, ai suoi significati e alle sue evocazioni emotive.

Al termine della Conferenza si è svolta l’Assemblea del Gruppo, che è stata impegnata nella elezione del nuovo Coordinatore, al termine del mandato del Coordinatore uscente, Alessandro

■

Rizzi. Il nuovo Coordinatore è risultato Maurizio Rossi, del Dipartimento INDACO del Politecnico di Milano, al quale vanno gli auguri della Redazione di Tutto_Misure.

T_M ƒ 67

▲

LO SPAZIO DEGLI IMP

Antonio Stefano Guerra, Maria Pimpinella, Maria Pia Toni

Dosimetria di riferimento in brachiterapia Sviluppo all’INMRI-ENEA di un campione primario di dose assorbita per sorgenti brachiterapiche ad alto rateo di dose

REFERENCE DOSIMETRY IN BRACHYTHERAPY In brachytherapy, the uncertainty affecting procedures to determine the absorbed dose imparted to the patient is higher than in radiotherapy with external beams, mostly due to the fact that no primary standard is available for direct traceability. This paper outlines the INMRI-ENEA activities to ensure traceability for 192Ir brachytherapy source characterization. In particular a new absorbed-dose-to-water primary standard is described. This primary standard has been developed in the framework of an international project aimed at developing methods for the direct measurement of the absorbed dose to water and extending the use of this reference quantity to brachytherapy dosimetry with an uncertainty on the dose delivered to the target volume less than 5% (k = 1).

RIASSUNTO Nella brachiterapia, l’incertezza relativa alle procedure per la determinazione della dose assorbita somministrata al paziente è più elevata che nella radioterapia con fasci esterni, principalmente a causa dell’attuale mancanza di campioni primari di dose assorbita per un’adeguata riferibilità. In quest’articolo sono presentate le attività dell’INMRI-ENEA volte ad assicurare la riferibilità ai campioni primari nelle misure di caratterizzazione di sorgenti di 192Ir. In particolare viene descritto un nuovo campione primario di dose assorbita in acqua, sviluppato nell’ambito di un progetto internazionale che ha lo scopo di mettere a punto metodi per la misura diretta della dose assorbita in acqua in brachiterapia e procedure per la determinazione della dose al volume bersaglio con un’incertezza inferiore al 5% (k = 1).

LA BRACHITERAPIA

La brachiterapia è una particolare tecnica di radioterapia che permette di somministrare elevate dosi di radiazione ai tessuti tumorali (volume bersaglio) con un limitato irraggiamento dei tessuti sani circostanti, minimizzando in questo modo gli effetti collaterali della terapia. La tecnica consiste nell’inserire piccole sorgenti radioattive sigillate all’interno del corpo umano, a contatto o a piccole distanze dalla lesione da trattare. La brachiterapia è particolarmente indicata per il trattamento di tumori facilmente accessibili e di volume limitato e ben definito. I principali tipi di tumore sottoposti a trattamenti brachiterapici sono infatti quelli ginecologici (70%), della prostata (8%), della mammella

T_M

N.

(7%), dei bronchi (5%) e del distretto testa/collo (3%).

Le sorgenti per brachiterapia utilizzano vari tipi di radionuclidi (es: 192Ir, 125I e 103Pd). Esse sono classificate come sorgenti ad alto rateo di dose (High Dose Rate, HDR) o a basso rateo di dose (Low Dose Rate, LDR) in base al valore del rateo di dose ottenibile nel volume bersaglio. Per le sorgenti HDR il rateo di dose è tipicamente maggiore di 200 mGy/min. Le sorgenti LDR permettono di erogare ratei di dose da 5 a 20 mGy/min. Il valore della dose totale somministrata al volume bersaglio è dello stesso ordine per i due tipi di sorgenti. Mentre le sorgenti HDR vengono utilizzate per irraggiamenti brevi, le sorgenti LDR vengono impiantate in prossimità del volume bersaglio per periodi più lunghi.

1/10 ƒ 68

Sebbene tecniche di tipo brachiterapico siano state utilizzate fin dalle prime applicazioni delle radiazioni ionizzanti per il trattamento dei tumori, a partire dagli anni ’80 lo sviluppo dei sistemi di movimentazione a distanza (remote afterloading) delle sorgenti e la disponibilità di sistemi di tomografia computerizzata per una precisa localizzazione dei tumori hanno portato a un notevole incremento del numero di trattamenti di brachiterapia. Questo ha posto come prioritaria l’esigenza di sviluppare procedure dosimetriche di riferimento anche per questo tipo di radioterapia.

Figura 1 – Camera campione con volume di 1 000 cm3 e pareti di materiale aria equivalente utilizzata dall’INMRI-ENEA come campione secondario per la caratterizzazione di sorgenti di 192Ir in termini di rateo di kerma in aria di riferimento

LA DOSIMETRIA IN BRACHITERAPIA

Come per la radioterapia con fasci di radiazione esterni, la grandezza d’interesse dosimetrico in brachiterapia è la dose assorbita in acqua, Dw. Tuttavia, mentre nella radioterapia con fasci esterni la distanza tra sorgente di radiazione e punto di misura è tipicamente dell’ordine di 1 m, in brachiterapia è necessario determinare la dose assorbita a piccole distanze dalla sorgente, dove i gradienti di dose sono molto forti.

In queste condizioni di misura i campioni primari di Dw sviluppati per la radioterapia con fasci esterni risultano inadeINMRI - ENEA maria.pimpinella@enea.it

N. 01ƒ ;2010

PROCEDURA DELL’INMRI-ENEA PER LA CARATTERIZZAZIONE DI SORGENTI DI 192IR

L’INMRI-ENEA, già dagli anni ’90, ha messo a punto una procedura di taratura di campioni secondari per la caratterizzazione delle sorgenti di 192Ir utilizzate nei centri di radioterapia per trattamenti di brachiterapia [6]. Come raccomandato dagli attuali protocolli internazionali, la caratterizzazione delle sorgenti viene effettuata in termini della grandezza rateo di kerma in aria di rife˙ , ed è quindi riferibile ai camrimento, K r ˙ è definito come il pioni primari di Ka. K r rateo di Ka alla distanza di 1 m dal centro della sorgente, misurato in aria e corretto per l’attenuazione e la diffusione della radiazione in aria. I campioni secondari sono costituiti da camere a ionizzazione campione di forma sferica (Fig. 1) il cui volume nominale (compreso tra 1000 cm3 e 30 cm3) è scelto in dipendenza dall’intensità della sorgente, in modo che il segnale della camera, misurato sotto irraggiamento, sia almeno 100 volte superiore al segnale di fondo.

Lo spettro in energia della radiazione fotonica emessa dalle sorgenti di 192Ir ha energia media di 397 keV ed è costituito da numerose righe con valori compresi tra 50 keV e 700 keV. Non essendo disponibili campioni primari di Ka specifici per questo spettro di radiazione, il coefficiente di taratura in termini di Ka dei campioni secondari per la radiazione fotonica dell’192Ir, NK,Ir-192, è ottenuto determinando la curva di dipendenza del coefficiente di taratura, Nk(E), dall’energia, E, nell’intervallo da 20 keV all’energia del Co-60, 1250 keV. I coefficienti Nk(E) sono determinati presso l’INMRI-ENEA in diversi fasci di radiazione x e gamma di riferimento per confronto diretto con i tre campioni primari di Ka. Il coefficiente di taratura NK,Ir-192 è quindi ottenuto come media dei valori di Nk(E) pesati sulle probabilità di emissione delle varie righe. ˙ per la sorgente da Il valore di K r caratterizzare è determinato, mediante il campione secondario tarato, come: ˙ = K r

Mp ⋅ NK ,Ir −192 ∆t

▲

guati e, fino a oggi, non sono ancora stati realizzati campioni primari di dose specifici per la brachiterapia.

La dosimetria in brachiterapia è attualmente basata sull’utilizzo di rivelatori tarati in termini della grandezza kerma in aria, Ka. Dalle misurazioni di Ka, effettuate in aria alla distanza di 1 m dalla sorgente, è possibile calcolare la distribuzione di dose nel mezzo in prossimità della sorgente mediante procedure approvate a livello internazionale [1,2]. Queste utilizzano numerosi fattori di conversione e fattori correttivi che, oltre a esporre a possibili errori di calcolo, costituiscono importanti fonti di incertezza nella determinazione della dose somministrata al paziente.

Sulla base di raccomandazioni internazionali, l’incertezza sul valore della dose rilasciata nel volume bersaglio dovrebbe essere inferiore al 5% (k = 1) al fine d’assicurare l’efficacia del trattamento con radiazioni ionizzanti [3].

Il valore dell’incertezza nella determinazione della dose in brachiterapia a partire da misurazioni di Ka può però raggiungere anche l’8% (k = 1) [4], e quindi superare il limite citato. Poiché una componente rilevante di incertezza è dovuta alla procedura di conversione di Ka a 1 m dalla sorgente in dose assorbita in acqua a 1 cm dalla sorgente, una dosimetria più accurata potrebbe essere ottenuta disponendo di campioni primari per la misura diretta di Dw in prossimità della sorgente.

Dal 2008, nell’ambito dell’azione iMERA-Plus del VII P. Q., è stato avviato un progetto di ricerca, denominato “Brachytherapy-T2.J06”, che ha come obiettivo prioritario lo sviluppo e la realizzazione di campioni primari di Dw per brachiterapia [5]. Al progetto partecipano i più importanti NMI Europei, tra i quali anche l’INMRIENEA (che ha anche il ruolo di coordinatore del progetto). Il contributo dell’INMRI-ENEA al progetto riguarda la realizzazione di un campione primario per la misura di Dw dovuta a sorgenti LDR di 125I e la realizzazione di un campione primario per la misura di Dw dovuta a sorgenti HDR di 192Ir, del quale viene data nel seguito una breve descrizione.

LO SPAZIO DEGLI IMP

dove Mp è il segnale del campione secondario posto alla distanza di 1 m dalla sorgente, dovuto ai soli fotoni primari, e ∆t è l’intervallo di tempo di misura del segnale. Le sorgenti caratte˙ possono essere rizzate in termini di K r usate a loro volta per la taratura, nei centri di radioterapia, dei dosimetri da campo, generalmente costituiti da camere del tipo a pozzetto. Dal valore ˙ è possibile determinare il rateo di di K r Dw alla distanza di riferimento di 1 cm lungo l’asse trasverso della sorgente utilizzando un fattore di conversione, generalmente indicato come costante ∧, che dipende dalla forma della sorgente oltre che dal tipo di radionuclide.

Per le sorgenti di brachiterapia più diffuse sono disponibili in letteratura valori di ∧ ottenuti sia con calcolo Monte Carlo che con misure sperimentali. L’incertezza sui valori di ∧ è tipicamente del 5 % per i valori calcolati e può raggiungere il 10 % (k = 1) per i valori determinati sperimentalmente [2]. Di conseguenza anche se l’incertezza sul ˙ determinato con la procevalore di K r dura descritta è inferiore al 2 % (k = 1), il valore della dose assorbita in acqua alla distanza di 1 cm dalla sorgente è affetto da un’incertezza tipicamente superiore al 5%.

SVILUPPO DI UN CAMPIONE CALORIMETRICO PER SORGENTI HDR

Nell’ambito del progetto “Brachytherapy-T2.J06” l’INMRI-ENEA ha avviato lo sviluppo di un nuovo campione primario per misure dirette di dose assorbita dovuta a sorgenti HDR. Il campione

Figura 2 – Schema della sezione longitudinale del calorimetro in grafite per brachiterapia.

Il calorimetro è inserito in un fantoccio cilindrico di grafite più grande avente diametro e altezza di 20 cm

N. 01ƒ ; 2010

Figura 3 – Il calorimetro parzialmente assemblato per le verifiche di tenuta del vuoto

è costituito da un calorimetro in grafite in grado di misurare, in modo assoluto, la dose assorbita nel proprio volume sensibile tramite la misura dell’aumento di temperatura dovuto alla deposizione d’energia da parte della radiazione ionizzante. Il calorimetro è stato progettato per misurare la dose assorbita in grafite, Dg, in prossimità di una sorgente sigillata di 192Ir, di tipo cilindrico con diametro 0,9 mm, avente un’attività dell’ordine di 400 GBq. La dose assorbita in grafite sarà convertita in Dw alla distanza di riferimento di 1 cm dalla sorgente tramite opportuni calcoli Monte Carlo. L’incertezza sul valore di Dw determinato in questo modo è stimata essere dell’ordine del 2%.

Il calorimetro è schematicamente rappresentato in Fig. 2. Esso ha simmetria cilindrica rispetto alla sorgente, che viene inserita lungo l’asse principale del cilindro, al centro del calorimetro. Il volume sensibile del calorimetro (core) è un anello di grafite con spessore di 2 mm e altezza di 5 mm, disposto concentricamente alla sorgente. Il calorimetro è costruito “a scatole cinesi” attorno al core. Il core è circondato da un rivestimento isolante in grafite dello spessore di 0,5 mm (jacket) che, a sua volta, è circondato da grafite (medium). Core, jacket e medium sono tra loro termicamente isolati, mediante sottili intercapedini (gap), e sono inseriti in un involucro cilindrico di PMMA in cui viene realizzato vuoto medio-alto (10-5 mbar). Il calorimetro è inserito in un fantoccio cilindrico di grafite, di dimensioni tali da assicurare le condizioni di completa retrodiffusione sul core della radiazione prodotta dalla sorgente di 192Ir posta al centro del calorimetro. I sensori di temperatura sono costituiti da microtermistori di diametro 0,3 mm, posti nel core.

Nella fase di progettazione sono state eseguite simulazioni del trasporto delle radiazioni ionizzanti con metodo Monte Carlo e simulazioni del trasporto di calore con il metodo degli elementi finiti, per ottimizzare le caratteristiche geometriche e fisiche del calorimetro. Le

T_M ƒ 70

simulazioni Monte Carlo, eseguite con il codice EGSnrc/DOSRZnrc per una sorgente di 192Ir Nucletron microSelectron Classic, hanno riguardato: (i) la simulazione della radiazione emessa dalla sorgente, (ii) la determinazione della distribuzione di dose assorbita nel calorimetro, (iii) lo studio degli effetti della retrodiffusione sul core in funzione delle dimensioni del calorimetro, (iv) la quantificazione degli effetti di perturbazione introdotti dalla presenza di gap nel calorimetro e (v) la determinazione del gradiente di dose nel core in funzione della sua distanza dalla sorgente.

Per la simulazione del trasporto di calore è stato sviluppato un modello 3D del calorimetro ed è stata modellata, sulla base della distribuzione di dose ottenuta dalle simulazioni Monte Carlo, la sorgente di calore dovuta alla deposizione d’energia da parte della radiazione ionizzante. Mediante il calcolo del trasporto di calore è stato possibile stabilire il grado d’isolamento termico del calorimetro, in funzione del numero e dello spessore delle gap, quantificare le perdite di calore per irraggiamento e ottimizzare la posizione e il numero dei sensori di temperatura e degli elementi riscaldanti. I risultati delle simulazioni hanno mostrato che la posizione del core a 2,5 cm dalla sorgente permette di avere, nel volume sensibile, sia bassi gradienti di temperatura e di dose sia un rateo di dose sufficiente per produrre un segnale stabile. Il valore di Dg a 2,5 cm da una sorgente di 192Ir con attività 370 GBq è circa 1,6 10-2 Gy/s e l’aumento di temperatura che si verifica nel core in grafite, per un tipico irraggiamento di 120 s, è di circa 2,7 10-3 K. La costruzione del calorimetro è stata avviata (Fig. 3). L’assemblaggio dei vari componenti è in corso e la completa realizzazione e caratterizzazione del campione è prevista entro il 2010.

Europei, tra i quali l’INMRI-ENEA, stanno sviluppando campioni primari di Dw per sorgenti di brachiterapia sia di tipo HDR sia LDR. Questi campioni sono progettati per fornire il valore di Dw a distanza di 1 cm dalle sorgenti brachiterapiche con un’incertezza dell’ordine del 2%. Di conseguenza, l’incertezza nella determinazione della dose al paziente potrà essere contenuta entro il limite raccomandato del 5%. La disponibilità di campioni primari di Dw permetterà una revisione delle procedure attualmente seguite nella dosimetria clinica per brachiterapia, per assicurare anche in questo campo la riferibilità diretta ai campioni primari di Dw, analogamente a quanto oggi avviene per la radioterapia con fasci esterni.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI [1] International Atomic Energy Agency (IAEA): Calibration of photon and beta ray sources used in brachytherapy, IAEA-TECDOC-1274, (IAEA, VIENNA, 2002).

[2] M. J. Rivard, B. M. Coursey, L. A. DeWerd, W. F. Hanson, M. Saiful Huq, G. S. Ibbott, M. G. Mitch, R. Nath, J. F. Williamson: Update of AAPM Task Group No. 43 Report - A revised AAPM protocol for brachytherapy dose calculations, Med. Phys. 31 (3) 2004.

[3] IAEA: Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy: An International Code of Practice for Dosimetry based on Standards of Absorbed Dose to Water, IAEA-TRS 398, 2000.

[4] J. F. Williamson: Brachytherapy technology and physics practice since 1950: a halfcentury of progress, Phys. Med. Biol., 51, 2006.

[5] http://brachytherapy.casaccia. enea.it [6] A. Piermattei, L. Azario, A. Soriani, G. Arcovito, M.P. Toni, L. Fontan, M. Galelli: Reference air kerma rate determination for 192Ir brachytherapy sources, Phys. Med., 11 (1), 1995.

Maria Pimpinella è laureata in Fisica e specializzata in Fisica Sanitaria. Svolge attività di ricerca per lo sviluppo dei campioni primari per PROSPETTIVE PER LA DOSIMETRIA radioterapia e per appliIN BRACHITERAPIA cazioni industriali delle radiazioni ionizzanti. Si occupa di calcolo Monte Carlo Nell’ambito del progetto “Brachyte- per la simulazione del trasporto delle rapy-T2.J06” vari Istituti Metrologici radiazioni ionizzanti nella materia.

LO SPAZIO DELLE CMM

▲ Alberto Zaffagnini

InTeRSeC XX I venti seminari formativi del CMM Club

INTERSEC 20: THE TWENTY SEMINARS OF CMM CLUB Since the beginning of its activities, the CMM Club Italia Association has been committed to spreading knowledge on metrology and on connected topics, while fostering exchange and collaboration between Academy and Industry. A specific project has been developed: InTeRSeC. InTeRSeC seminars are now at their 20th edition. A survey of the past editions, starting from the first seminar in 1995, is presented.

RIASSUNTO Sin dall'inizio delle proprie attività, l'Associazione CMM Club Italia è impegnata nella diffusione di una cultura sulla metrologia e su argomenti a essa strettamente collegati, cercando nel contempo di favorire l'incontro tra il mondo accademico e l'industria. Uno specifico progetto è stato sviluppato a questo scopo: InTeRSeC (Incontri Tematici, Riunioni, Seminari del CMM Club). I seminari InTeRSeC sono giunti oggi alla loro ventesima edizione. Una panoramica sulle precedenti edizioni viene qui presentata, a partire dal primo seminario tenutosi nel 1995.

LA NASCITA DI INTERSEC

Come è noto ai lettori di questa rivista, l’Associazione CMM Club Italia, tra le sue attività istituzionali, ha focalizzato l’attenzione e i propri sforzi a organizzare regolarmente seminari e incontri tematici, dedicati in particolare alla metrologia a coordinate e, più in generale, alla metrologia dimensionale, senza trascurare anche altri aspetti d’indubbio interesse per gli utilizzatori industriali, quali la qualità, la specificazione geometrica dei prodotti, il software. In questa sua azione di diffusione nel Paese d’una cultura metrologica avanzata, l’Associazione ha sempre cercato di favorire l’incontro tra il mondo accademico e della ricerca scientifica e quel-

lo dell’industria, ponendosi come elemento d’interfaccia per favorire il trasferimento tecnologico. In questo senso, le sedi degli eventi si sono alternate tra Università, l’Istituto Nazionale di Metrologia, il CNR, Industrie e Associazioni di categoria.

Il progetto InTeRSeC ha avuto inizio quando l’Associazione non era ancora formalmente e legalmente definita e un piccolo gruppo d’appassionati, coagulatosi attorno a un nucleo d’illuminati ricercatori dell’allora IMGC (Sartori, Balsamo e Rebaglia), si riuniva per discutere su come diffondere la cultura della metrologia a coordinate e come aiutare le aziende a inserire e gestire le CMM nei propri sistemi qualità.

Il primo seminario venne organizzato presso l’UCIMU a Cinisello Balsamo (MI), nell’ormai lontano aprile 1995. L’argomento di quel primo evento (che riscosse notevole successo di pubblico) non poteva non essere la Norma ISO 10360-2, in quel momento alla ribalta nel mondo della metrologia a coordinate. Gli strumenti di presentazione delle memorie erano allora un po’ primitivi rispetto a quelli

attuali: lucidi proiettati con lavagne luminose, poco colore, nessuna animazione o filmato.

Si replicò successivamente, spesso in occasione delle assemblee annuali dell’Associazione. Gli argomenti trattati in quegli embrionali InTeRSeC furono essenzialmente incentrati sull’inserimento delle CMM nei sistemi qualità aziendali, sulla verifica di prestazioni, sull’incertezza di misura. I relatori erano quasi tutti membri del Consiglio Direttivo dell’Associazione, più qualche amico (sempre però di indiscusso prestigio nell’ambito metrologico nazionale) cooptato per presentare una relazione.

Una pietra miliare rimane certamente sulla strada intrapresa dal CMM Club nell’organizzazione di seminari: il primo dicembre 1999, nell’elegantissima cornice dello Sheraton Hotel di Padova, si tiene il seminario “CMM, qualità per il 2000”. Per la prima volta la maggior parte dei relatori è esterna Perché l’acronimo InTeRSeC? Riportiamo una nota di presentazione che venne pubblicata su Probing Flash, notiziario elettronico dell’Associazione, al momento del lancio del progetto.

Che cosa è InTeRSeC? Si legge sul vocabolario Zingarelli: Intersezione, insieme costituito dagli elementi comuni a più insiemi. E un seminario, un convegno, un workshop sono proprio i luoghi dove si intersecano le idee e gli argomenti. Ma, nello stesso tempo, InTeRSeC sottolinea uno stretto legame con le CMM. Infatti, l’intersezione è un’operazione alla base delle elaborazioni di misura con le CMM, vale a dire la definizione di insiemi comuni a diversi enti geometrici.

E poi quel prefisso “inter” rimanda a un concetto di internazionalità, certamente allineato con le ipotesi di collaborazione tra i vari CMM Club del mondo.

Allora InTeRSeC è un’area di lavoro, un momento di condivisione di esperienze tra studiosi, costruttori, utenti, fornitori di servizi ed esperti di CMM nazionali e internazionali.

alberto.zaffagnini@gmail.com

T_M

N.

1/10 T_M ƒ ƒ 71 71

▼

al Consiglio Direttivo dell’Associazione, trattandosi per lo più di rappresentanti dell’industria invitati a presentare il loro punto di vista. A questo si aggiunge una piccola mostra d’apparecchiature e servizi per la metrologia a coordinate e una sessione pomeridiana di presentazione di soluzioni tecniche sul reverse engineering da parte dei costruttori di CMM convenuti. Timidamente, l’Associazione si affaccia al mondo dell’esposizione, pur mantenendo salda la sua connotazione tecnica super partes.

Si arriva al settembre 2000, con un ambizioso nuovo balzo in avanti: la V edizione di InTeRSeC, articolata su ben due giornate, di cui la prima con relatori internazionali e traduzione simultanea. Sono infatti presenti a Milano per una riunione ISO i nomi più prestigiosi della metrologia a coordinate mondiale e il Presidente Balsamo ha la felice intuizione di non lasciarsi sfuggire una simile, e quasi irripetibile, occasione. Ecco

NEWS NUOVI WATTMETRI CHE SODDISFANO LA DIRETTIVA EUP

La Direttiva EuP 2005/32/CE, riguardante la Progettazione EcoCompatibile di prodotti che consumano energia, interessa un panorama di soggetti molto ampio in quanto sia produttori sia importatori di dispositivi che consumano energia (EuP) ne risultano coinvolti.

I produttori, in quanto sono responsabili della fabbricazione di prodotti progettati per minimizzare il loro impatto ambientale generale; gli importatori, in quanto si sostituiscono integralmente ai produttori nei

T_M ƒ 72

N. 01ƒ ; 2010

▲

LO SPAZIO DELLE CMM

allora al tavolo dei relatori dell’Hotel Crowne Plaza di San Donato Milanese: S. Phillips (Precision Engineering Division del NIST), K. Doytchinov (Segretario di ACMC - Association for Coordinate Metrology Canada), H. Schwenke (PTB), C. Shakarji (NIST) e il danese J. Dovmark (convener dell’ISO/TC213/ WG10). Anche la seconda giornata di InTeRSeC V ha un motivo di novità: lasciando per la prima volta il tema centrale della metrologia a coordinate, la sessione è completamente dedicata alla temperatura e agli effetti termici nella metrologia dimensionale.

Si dipanano varie altre edizioni di InTeRSeC, affrontando sempre nuovi temi, ma con una formula che si sta consolidando: la VI edizione, alla Facoltà di Ingegneria di Brescia, sulle applica-

zioni industriali di CMM; la VII, alla Facoltà di Ingegneria di Padova, sul tema della riferibilità e dell’incertezza nelle misure di precisione, con due nomi di riferimento internazionale: il Dott. Eugen Trapet, già a capo della sezione metrologia a coordinate del PTB, e il Prof. Leonardo De Chiffre della Technical University di Danimarca; la VIII Edizione, all’IMGC, sulla verifica delle prestazioni delle CMM per assicurare la qualità, nei cui atti è compreso anche un utilissimo foglio di calcolo elettronico per stimare l’incertezza di misura, preparato da Sandro Balsamo.

Sì, perché nel frattempo gli atti dei workshop non sono più cartacei ma sono distribuiti su cd-rom o scaricabili dal sito web dell’Associazione. E anche le presentazioni sono diventate più ricche e accattivanti. Sono spariti i vecchi lucidi in acetato e si utilizzano i più moderni strumenti informatici.

Fotografie, animazioni e filmati sono

casi in cui questi non siano identificabili.

Lo scopo della Direttiva EuP, che valuta e tiene conto dell’intero ciclo di vita del prodotto e del relativo costo è la diminuzione dell’impatto ambientale e la promozione di un ambiente sostenibile.

Uno scopo molto più ampio rispetto alle Direttive WEEE e RoHS, in quanto richiede che la progettazione EcoCompatibile diventi parte integrante della marcatura CE. La più importante tra le misure previste dalla Direttiva è senz’altro quella relativa alle modalità di funzionamento definite “Stand By” e “Off Mode”: assicurare che tutti i prodotti elettrodomestici e da ufficio utilizzino la minor quantità possibile di energia, quando posti nella modalità stand-by, ovvero nella condizione di non esercizio della propria funzione principale ma comunque in stato di accensione e pronto all’uso, e off-mode, ovvero in stato di spegnimento.

I limiti di consumo energetico fissati attualmente, validi fino al gennaio 2013, sono: 2W per il funzionamento in stand-by e 1W per la condizione off-mode.

In quest’ottica risulta decisamente evidente la complessità nell’ottenere misure adeguate, precise e attendibili.

ASITA assiste la propria clientela anche in questo settore, con una gamma di wattmetri specificamente progettati e realizzati per soddisfare ogni richiesta di misura avanzata dai costruttori di apparecchiature elettriche ed elettroniche. I wattmetri 3332 e 3334 sono strumenti digitali da banco in grado di misurare

tutti i principali parametri di una apparecchiatura elettrica, con un campo di misura a partire da 1mA fino a oltre 30A con una larghezza di banda in frequenza a partire dalla corrente continua fino a 5 kHz o 100 kHz. Ciò comporta la possibilità di misurare potenze elettriche decisamente inferiori a 1W fino a oltre 10 kW, e quindi testare una vastissima gamma di dispositivi elettrici.

Dotati di numerose funzioni supplementari (uscite monitor, analogiche e digitali, interfacce RS232 e GP-IB, ecc.), i wattmetri mod. 3332 e 3334 sono la soluzione ideale per l’analisi dei consumi e dei parametri elettrici di gran parte delle apparecchiature elettriche alimentate in corrente continua o corrente alternata monofase, soprattutto per i reparti Ricerca & Sviluppo, i laboratori di prova e verifica, nonché gli istituti di ricerca ed università.

Per ulteriori informazioni:www.asita.com

L’EVOLUZIONE DI INTERSEC

N. 01ƒ ;2010 alla base di ogni presentazione.

Si arriva quindi alla IX edizione, presso la Facoltà di Ingegneria di Bologna, nel dicembre 2004. Per la prima volta, un seminario del CMM Club è rivolto non solo ai metrologi e ai soliti specialisti di CMM ma anche a progettisti e tecnici di produzione e, più in generale, a tutti quelli che intervengono nel percorso che dalla specificazione dei requisiti del prodotto porta alla verifica della sua conformità. Un titolo di forte impatto, “Specifiche Geometriche di Prodotto e CMM: la rivoluzione GPS dalla progettazione al controllo qualità”, richiama più di 80 tra metrologi, progettisti, tecnologi, docenti, ricercatori, operatori di CMM, specialisti di software e costruttori di macchine di misura.

Ormai il progetto InTeRSeC procede sicuro e regolare, ben guidato dal prof.

Enrico Savio, che nel frattempo ne ha assunto la responsabilità all’interno del Direttivo. Si trattano i sensori ottici (due edizioni sono dedicate a questo tema), le interfacce software, si ritorna sulla normativa di riferimento settoriale. È chiaro, ormai, che non ci si può limitare alla sola metrologia a coordinate cartesiana. Infatti, la XII edizione, che si tiene nuovamente alla Facoltà di Ingegneria di Brescia, è focalizzata sul controllo dei processi di misurazione nell’ambito dell’industria automobilistica. Il corpo relatori è quanto mai compatto: provengono quasi tutti dal gruppo di lavoro ANFIA (Associazione Nazionale Filiera Industria Automobilistica) che sta preparando un manuale di riferimento per la gestione dei processi di misurazione.

InTeRSeC si apre ad altri settori, trattando la metrologia delle forme e delle superfici con un’edizione dedicata alla rotondità e misurazione di solidi di rivoluzione e con un’altra dedicata alla metrologia delle superfici funzionali.

Un’edizione è poi riservata ai bracci di misura articolati, argomento interessante, sebbene mai prima di quel momento affrontato dal CMM Club.

I CONFINI GEOGRAFICI SI ALLARGANO

Nel frattempo, anche i confini geografici di InTeRSeC sono diventati

LO SPAZIO DELLE CMM

Il catalogo del CMM Club È possibile acquistare gli atti dei seminari InTeRSeC, le dispense dei corsi e le antologie di Probing contattando l’Associazione CMM Club Italia.

Per ogni dettaglio e per ordinare: www.cmmclub.it/didattica.html

angusti: l’Associazione si sta allargando al di fuori della sua area d’origine iniziale, collocata nel Nord del Paese. Si espande, di conseguenza, verso il Centro-Sud anche l’area d’intervento, con un’edizione presso PaLMer, a Ferentino (FR), e una presso la Facoltà di Ingegneria di Bari.

Quasi senza accorgercene siamo arrivati alla XX edizione, un traguardo importante per una piccola Associazione come il CMM Club, basata sul lavoro volontario dei membri del suo Direttivo e di alcuni amici appassionati. La XX Edizione si terrà a Torino, il prossimo 13 aprile 2010, presso INRIM, e avrà il titolo: Riduzione degli effetti termici nelle misure dimensionali. Per il programma dettagliato e per ogni altra informazione sull’evento: www.cmmclub.it.

GRAZIE E ARRIVEDERCI! È doveroso un ringraziamento a chi si è attivato nel corso di questi anni per la nascita, lo sviluppo, la maturità e il successo di questo progetto. Menzionerò solo due nomi, Sandro Balsamo ed Enrico Savio, senza però dimenticare quella miriade di relatori, collaboratori, organizzatori che tanto lavoro hanno profuso per il successo di InTeRSeC. Infine, un ringraziamento a tutti coloro che hanno offerto ospitalità e disponibilità accogliendo InTeRSeC nelle proprie strutture.

Arrivederci a InTeRSeC XX!

■

Le prime 19 edizioni di InTeRSeC 1 27.04.1995, Cinisello Balsamo (MI) 2 3 4 5 6 7 8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

La normativa ISO per le macchine di misura nei Sistemi Qualità Aziendali 10.04.1997, Milano CMM e Sistemi Qualità 25.05.1998, Castellanza (VA) Ottimizzare l’uso delle CMM 01.12.1999, Padova CMM, qualità per il 2000 25/26.09.2000, S. Donato M.se (MI) 1. Sessione internazionale 2. Controllo degli effetti termici 06.05.2002, Brescia Applicazioni di macchine di misura a coordinate (CMM) nell’industria 15.04.2003, Padova CMM e riferibilità in ambito industriale: misure di precisione e metodi di stima dell’incertezza 27.04.2004, Torino Applicare la EN ISO 10360-2 alle CMM: Verifica di prestazioni e Assicurazione di Qualità 15.12.2004, Bologna Specifiche Geometriche di Prodotto e CMM: la rivoluzione GPS, dalla progettazione al controllo qualità 21.04.2005, Milano Le interfacce software standard: un grande vantaggio per gli utilizzatori delle CMM 08.11.2005, Modena Le CMM e i sensori ottici per il controllo dimensionale 09.05.2006, Brescia Validazione dei processi di misurazione nel comparto “automotive" 29.06.2006, Ferentino (FR) Le UNI EN ISO 10360: verifiche di prestazioni di CMM e controllo di qualità 17.04.2007, Torino Anteprima sulle nuove versioni delle norme UNI EN ISO 10360 22.07.2007, Bari Le UNI EN ISO 10360: verifiche di prestazioni di CMM e controllo di qualità 04.12.2007, Torino Misurazioni di pezzi a geometria cilindrica 15.04.2008, Torino Bracci di misura e controllo qualità 26.09.2008, Vicenza Sistemi ottici per il controllo qualità 21.04.2009, Bologna Metrologia delle superfici funzionali

ALBERTO ZAFFAGNINI è laureato in Ingegneria Meccanica, libero professionista, consulente e formatore per la metrologia e la qualità nell’industria. È ispettore tecnico SIT, membro del Consiglio Direttivo e Responsabile per l’informazione dell’Associazione CMM Club Italia.

T_M ƒ 73

MANIFESTAZIONI EVENTI E FORMAZIONE

▲

2010-2011 eventi in breve 2010

3-6 MAGGIO Austin, TX, USA

2010 I2MTC - IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference

http://imtc.ieee-ims.org/index.php

17-21 MAGGIO Locarno, Svizzera

International conference on Advance Phase Measurement Methods x Technology Conference

http://phasemeas2010.epfl.ch/index.htm

18-20 MAGGIO Nürnberg, GERMANIA

Sensor+Test 2010 – The Measurement Fair

www.sensorfairs.de/index_en.html

23-24 MAGGIO Como, ITALIA

SMART System Integration 2010

http://smartsystemintegration.com

23-28 MAGGIO Anaheim, USA

IEEE MTT 2010 International Microwave Symposium

www.ims2010.org

25-28 MAGGIO Portogallo

4th EURAMET General Assembly

www.euramet.org/index.php?id=497

28 MAGGIO Anaheim, USA

75th ARFTG Microwave Measurement Conference

www.arftg.org/upcoming_events.html

30 MAGGIO - 3 GIUGNO Tsukuba, GIAPPONE

The International Conference on Nanophotonics (NANO)

www.nims.go.jp/nanophoto2010/topics

31 MAGGIO - 4 GIUGNO Portorose, SLOVENIA

TEMPMEKO & ISHM 2010 – Joint International Symposium on Temperature, Humidity, Moisture and Thermal Measurements in Industry and Science

www.imeko.org

31 MAGGIO - 4 GIUGNO Delft, OLANDA

10th International Conference Engineering and Nanotechnology

www.delft2010.euspen.eu

7 - 10 GIUGNO Tucson, AZ, USA

Applied Industrial Optics: Spectroscopy, Imaging and Metrology (AIO)

www.osa.org/meetings/topicalmeetings/ AIO/default.aspx

13-18 GIUGNO Daejeon, COREA

Conference on Precision Electromagnetic Measurements

http://cpem2010.kriss.re.kr/

13-15 GIUGNO Roma, ITALIA

XXIX Giornata della Misurazione, organizzata congiuntamente dal GMEE e dal GMMT

www.gmee.org

14-16 GIUGNO Pisa, ITALIA

20th International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion

http://webuser.unicas.it/speedam/ CallForPaper_Speedam2010.pdf.

15-18 GIUGNO Madeira, PORTOGALLO

7th Int'l Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO-2010)

www.icinco.org

17-19 GIUGNO Rio d Janeiro, BRASILE

17th International Conference on Systems, Signals and Image Processing, IWSSIP 2010

www.ic.uff.br/iwssip2010

28 GIUGNO - 1 LUGLIO Hyatt Regency McCormick Place

27th AIAA Aerodynamics Measurement and Ground Testing Conference

www.aiaa.org/content.cfm?pageid=1

12-14 LUGLIO Istanbul, TURCHIA

10th Biennial ASME Conference on Engineering Systems Design and Analysis ESDA 2010

www.asmeconferences.org/ESDA2010

29 AGOSTO - 1 SETTEMBRE Kittila, FINLANDIA

XX IEEE Int.'l Workshop on Machine Learning for Signal Processing

http://mlsp2010.conwiz.dk

30 AGOSTO - 3 SETTEMBRE Pistoia, ITALIA

Scuola per Dottorandi GMEE "Italo Gorini"

www.gmee.org

1-3 SETTEMBRE Londra, REGNO UNITO

13th TC1/TC7 Symposium: Without measurement no science, without science no measurement ISMQC2010 – 10th Symposium on Measurement and Quality Control

www.imeko.org

6-9 SETTEMBRE Atlanta, GA, USA

NUSOD 2010 - Numerical Simulation of Optoelectronic Devices

www.nusod.org/2010

8-10 SETTEMBRE Kosice, SLOVACCHIA

17th Symposium IMEKO TC 4 - Measurement of Electrical Quantities

www.imeko.tuke.sk

13-15 SETTEMBRE Gaeta, ITALIA

XXVII Congresso Nazionale del GMEE

www.gmee.org

23-25 SETTEMBRE Chengdu, CINA

Signal and Image Processing (SIP 2010) Special Track within WiCOM 2010

www.wicom-meeting.org/sip2010

12-14 OTTOBRE Taipei, TAIWAN

FLOMEKO 2010 – the 15th Conference on Flow Measurement

www.imeko.org

21-25 NOVEMBRE Pattaya, TAILANDIA

21st Conference on Measurement of Force, Mass and Torque (together with HARDMEKO 2010 and 2nd Meeting on Vibration Measurement)

www.imeko.org

5-10 DICEMBRE Orlando, USA

Computer Measurement Group International Conferences

www.cmg.org/national/conferences.html

13-15 APRILE Torino, ITALIA

VII Congresso Italiano Metrologia e Qualità

5-9 SETTEMBRE Osaka, GIAPPONE

www.ismqc2010.mech.eng.osaka-u.ac.jp

2011

T_M

N.

1/10 ƒ 74

www.affidabilita.eu

MANIFESTAZIONI EVENTI E FORMAZIONE ■

Metrologia per capillarità Rubrica a cura di Giorgio Miglio*

METROLOGY FOR EVERYONE This section is open to questions and curiosity by all the measurement operators, both in industry and in calibration analysis and test laboratories, who do not have the time to search for answers in the Norms.

RIASSUNTO Questa rubrica è aperta alle domande e ai dubbi formulati da chi si occupa di processi di misurazione o di affidabilità e qualità delle misure, sia in azienda sia nei laboratori di taratura, di prova o d’analisi, e che non ha il tempo o l’opportunità di cercare spiegazioni nella normativa.

(DOMANDA) Neodiplomato, lavora da poco presso una piccola azienda meccanica. Sui capitolati tecnici di alcuni clienti (a loro volta PMI) trovo indicazioni relative alle tolleranze da rispettare nelle lavorazioni e da qui originano due domande che ho già rivolto, ma inutilmente, al mio titolare. Con lui non posso insistere più di tanto e la situazione di crisi gli fornisce l’alibi di non poter sostenere, per ora, la spesa di un mio corso di formazione sulle misure.

In internet ho trovato documenti su questo argomento, però troppo complessi per il mio attuale livello di preparazione. Le domande, per le quali vorrei risposte semplici, riguardano l’incertezza di misura e sono: 1) devo “scalare” dai limiti di tolleranza il valore dell’incertezza che sono riuscito a valutare?

2) vi è un numero minimo di componenti d’incertezza da considerare affinché la valutazione abbia significato metrologico e sia affidabile?

(RISPOSTA) Le sue domande sono sacrosante e dovrebbero porsele tutti coloro che, nelle più svariate situazioni operative, sono in presenza di limiti o tolleranze da rispettare. La risposta alla prima domanda è semplice.

Per essere sicuro che le dimensioni da lei trovate dopo la lavorazione “siano a disegno”, cioè rientrino nei limiti di tolleranza specificati dal cliente, lei deve “scalare” da questi limiti l’incertezza (estesa) che accompagna i risultati delle misure eseguite in fase di

solo apparentemente il compito: infatti, per valutare quali contributi siano significativi (vale a dire abbiano un “peso” relativamente superiore a quello di altri), andrebbero individuati e valutati tutti quelli che sono normalmente presenti nel processo di misura. Qui entrano in gioco la capacità d’analisi e l’esperienza sullo specifico processo di misura, per evitare il rischio di pericolose sottostime o sovrastime, con i relativi problemi.

Inoltre, per la composizione dei contributi e per l’applicazione del criterio di cui sopra, lei deve comunque ipotizzare distribuzioni di probabilità da applicare ai contributi selezionati (categoria B) o verificare la normalità della distribuzione (categoria A).

Un approccio più di “sistema” è quello di stabilire da subito, noti i limiti di tolleranza da rispettare, l’incertezza obiettivo (target uncertainty), cioè quella che consentirebbe di rispettare i requisiti, e valutare solo in un secondo tempo l’incertezza effettiva o reale (uncertainty budget). Dal confronto tra i valori dell’incertezza obiettivo e di quella effettiva, lei è in grado di decidere se sono necessari loop correttivi per rendere la seconda inferiore, o uguale, alla prima.

controllo dei “pezzi” lavorati. Tale incertezza deriva dalle varie fonti di variabilità presenti nell’intero processo di misura (grandezze d’influenza, caratteristiche strumentali, tarature, derive, variabilità tra operatori, ecc.).

Alla sua seconda domanda mi è più difficile rispondere con semplicità, ma ci provo. Le componenti d’incertezza presenti nei suoi processi di misura sono sicuramente numerose ma, nella stragrande maggioranza dei casi in cui non si richiedono elevate precisioni, sono poche quelle che hanno un “peso” veramente significativo.

Lei però chiede qual è il loro numero minimo: bene, esiste un criterio matematico-statistico (il “teorema del limite centrale”) che limita, sotto determinate condizioni, il numero che lei cerca. RIFERIMENTI A NORME E GUIDE Esso dice che, se non è presente una la valutazione dell’incertezza: norma base variabile “dominante” a distribuzione Per UNI CEI ENV 13005 “Guida all’espressione non normale, la composizione lineare dell’incertezza di misura”: 2000, nota come di più variabili casuali indipendenti arri- “GUM”, mentre per gli aspetti decisionali riguarva rapidamente a una distribuzione danti l’incertezza di misura e la sua gestione valgono le norme: UNI EN ISO 14253 - 1: 2001 pressoché normale (anche se nessuna “Specifiche geometriche dei prodotti (GPS). Verifivariabile è a distribuzione normale). ca mediante misurazione dei pezzi e delle appaPeraltro già la composizione di tre di- recchiature per misurazioni. Regole decisionali per provare la conformità o non conformità alle stribuzioni di tipo rettangolare o unifor- specifiche” e UNI ENV ISO 14253 - 2: 2003 me porta a una distribuzione pressoché “Specifiche geometriche dei prodotti (GPS). normale. È possibile così applicare il Guida per la stima dell’incertezza nelle misurafattore di copertura più adatto (appros- zioni GPS, nella taratura delle apparecchiature misurazioni e nella verifica dei prodotti”. simando 68% k = 1; 95 % k = 2; 99% per Il bozzetto di questa rubrica è stato realizzato k = 3) al valore dell’incertezza compo- dall’arch. Tullio Tola. sta per arrivare a quella estesa, quella che le interessa di trovare per poterla * Consulente di metrologia “scalare” dai limiti di tolleranza.

Questa risposta, però, le alleggerisce migliopr@tin.it

T_M

N.

1/10 ƒ 75

▲

STORIA E CURIOSITÀ

Mario Savino

Le misure e la loro evoluzione Parte I – Ruolo della Misura e origini

MEASUREMENTS AND THEIR TEMPORAL EVOLUTION PART I: ROLE OF MEASUREMENTS AND ORIGINS We publish here and in the next issue the text of the Honorary Lecture by Prof. Mario Savino (Past President of the GMEE and Full Professor of Electrical Measurements at the Polytechnic of Bari) at the Opening of the Academic Year 2009-10 at the Polytechnic.

RIASSUNTO Pubblichiamo qui e nel numero successivo il testo della “Prolusione” tenuta dal Prof. Mario Savino (Past President del GMEE e Ordinario di Misure Elettriche al Politecnico di Bari) in occasione dell’Inaugurazione dell’Anno Accademico 2009-2010 al Politecnico.

IL RUOLO FONDAMENTALE DELLA MISURA, NEL PASSATO E OGGI

Le donne e gli uomini vivono immersi nella natura e cercano di comprenderla mediante l’identificazione degli oggetti che li circondano e dei fenomeni ai quali assistono. A tal fine definiscono alcune caratteristiche proprie o specifiche degli oggetti e dei fenomeni in esame. Quando hanno da effettuare una scelta, essi confrontano tra loro le caratteristiche degli oggetti selezionati in funzione dell’obiettivo da perseguire. Descrittori di queste caratteristiche sono le grandezze, per conoscere le quali occorre seguire un procedimento di misurazione. Spesso non si fa distinzione

T_M

N.

• Si può fare a meno delle misure?

Non è semplice rispondere alla prima domanda; molto spesso si usa la parola misura riferendola a grandezze per le quali non è stata definita una scala in modo certo e condiviso. Alcuni ritengono che non tutto sia misurabile; altri [2] hanno accettato la sfida di tentare di misurare, con riferimento alle caratteristiche degli esseri umani, ciò che attualmente sembra impossibile misurare, come ad esempio: il benessere, la naturalezza, la qualità percepita con la mente, i sentimenti, il linguaggio del corpo, la coscienza.

Più facile rispondere alla seconda domanda (Si può fare a meno delle misure?). La risposta è: No. I campi di applicazione delle misure attualmente sono svariati: il più noto è, senza dubbio, quello legato alle transazioni commerciali. Se pensiamo soltanto a quante volte misuriamo giornalmente il tempo con i nostri orologi e quante misure di massa e di volume sono eseguite con le bilance e i flussometri (denominati, in gergo, contatori) dei nostri fornitori, ci rendiamo conto di non poter più fare a meno delle misure. Per esempio è stato dimostrato che donne e uomini non possono vivere una vita serena senza informazioni sull’orario, in quanto perdono rapidamente la cognizione del tempo [3].

Gli astronauti nello spazio non assistono all’alternarsi del giorno e della notte, per cui è necessario comunicare loro dalla base spaziale sulla terra quando è ora di andare a dormire.

Proprio la NASA, l’ente spaziale statunitense, ha condotto l’esperimento più significativo sulla cognizione del tempo, al fine di studiare le conse-

tra le parole misurazione e misura, anche se a rigore la misurazione è definita dal VIM (International Vocabulary of basic and general terms in Metrology) [1] “il procedimento per ottenere sperimentalmente uno o più valori che possono essere ragionevolmente attribuiti a una grandezza”. La misura, invece, è il risultato della misurazione. La misurazione, o più semplicemente (come si dirà nel seguito) la misura, è quindi un procedimento elementare o complesso, che permette di quantificare, assegnando dei numeri, le proprietà degli oggetti o dei fenomeni del mondo reale. Essa richiede teoricamente un confronto tra una quantità incognita, il misurando, ovvero la grandezza oggetto della misura, e una nota, assunta come campione. Per effettuare il confronto è necessario definire le scale di misura, caratterizzate da punti numerali: in tal modo è possibile associare a ciascuna grandezza una posizione nella propria scala e stabilire uguaglianze, differenze, relazioni. Misurare consente di conoscere, descrivere e, quindi, controllare qualsiasi sistema nel miglior modo possibile.

Per comprendere appieno gli scopi della scienza delle misure, è bene Dipartimento Ingegneria Elettrotecnica ed Elettronica – Politecnico di Bari porsi inizialmente due domande: savino@misure.poliba.it • Tutto è misurabile?

1/10 ƒ 76

N. 01ƒ ;2010

utili per l’elaborazione successiva. Le misure permettono anche il controllo di macchine, robot, sistemi complessi.

Allo scopo di cercare di prevedere come si evolvono i fenomeni naturali o i processi industriali, sono elaborati, sulla base di sperimentazioni e di riflessioni, teorie e modelli, in genere semplificati, in quanto finalizzati a un preciso obiettivo rappresentativo di ciò che si vuole indagare.

Oggi i sistemi informativi più evoluti sono quelli basati sulle misure. Le Information and Communication Technologies (ICT) permettono di creare sistemi informativi molto efficienti per diverse applicazioni. Sono stati realizzati sistemi artificiali che utilizzano algoritmi genetici, capaci di apprendimento, e rappresentano un modello dell’attività cognitiva umana.

L’importanza di imparare a misurare deriva dalla semplice constatazione che solo misure corrette sono in grado di convalidare un modello, una teoria, un sistema informativo o, secondo Karl Popper, consentono di affermare che essi non siano falsi. Viceversa, se le misure sono errate, si potranno ritenere non validi, o falsi, un modello, una teoria, un sistema informativo, ben progettati. È quindi imperativo che chi opera nell’industria e nei servizi impari a utilizzare e a realizzare correttamente gli strumenti di misura e che nelle scuole e nelle Università si affermi sempre più la cultura metrologica.

La qualità dei prodotti e dei processi è notevolmente migliorata, grazie anche all’evoluzione dei sistemi di misura, gestiti in genere da un calcolatore e in grado sia di elaborare una serie notevole di informazioni provenienti da diversi sensori, sempre più miniaturizzati e distribuiti, sia di eseguire l’autocontrollo delle prestazioni [4]. Molti Paesi richiedono la certificazione di qualità perché un prodotto possa essere commercializzato al loro interno. Per esempio, la marcatura CE è una sigla che deve essere apposta in modo visibile e indelebile su un prodotto per attestare che esso possiede i requisiti essenziali fissati da una o più direttive comunitarie. La marcatura CE sancisce la conformità ai requisiti prescritti dalle direttive comunitarie.

▲

guenze fisiologiche e psicologiche sugli astronauti. Nel 1965 i millecento abitanti del paesello di North Conway, nel New Hampshire, accettarono di fare a meno per due giorni di qualsiasi forma di indicazione del tempo.

Si operò in modo che nessuno potesse avere informazioni sull’orario requisendo, oltre agli orologi, anche gli apparecchi radio e televisivi. Il primo giorno dell’esperimento la vita si svolse abbastanza regolarmente, pur con inevitabili piccoli anticipi o ritardi nelle normali attività quotidiane, e aumentò la comunicazione tra vicini. Il secondo giorno le cose mutarono radicalmente: le persone, con il trascorrere del tempo, diventavano sempre più nervose e inquiete, alcuni protestarono contro l’esperimento e molti dovettero far ricorso ai tranquillanti.

Le misure sono indispensabili nel campo della ricerca scientifica, come affermato dal genio di Galilei e di Newton, che modificarono in modo rivoluzionario la concezione della scienza e il metodo d’indagine.

Furono prima Galilei, basandosi anche sulle speculazioni filosofiche di Cartesio e sul suo dubbio metodico, e poi Newton a stabilire il metodo sperimentale come ispiratore della ricerca scientifica e a sostenere che essa deve obbedire solo alla propria logica interna, deve essere libera da qualsiasi pregiudizio e da qualsiasi autorità.

Senza la verifica sperimentale non è possibile confermare la validità di un’ipotesi: si pensi, ad esempio, alla teoria copernicana e al paziente e sapiente lavoro sperimentale di Tycho Brahe, che ha portato Johannes Kepler alla formulazione delle tre leggi sul moto planetario e alla conferma della loro validità. L’esperimento deve essere ripetibile con risultati non contrastanti quando si controllino tutte le variabili che in esso intervengono. Il procedimento di misura deve fornire informazioni non ambigue sulle proprietà degli oggetti e sulle caratteristiche dei fenomeni in osservazione.

Gli strumenti di misura, oggi, sono in grado di registrare l’evolversi dei fenomeni naturali e dei processi industriali, permettere la diagnosi contestuale o conservare le informazioni

STORIA E CURIOSITÀ

LE ORIGINI DELLA SCIENZA DELLE MISURE

La scienza delle misure è antica in quanto, come si è detto, misurare è un’esigenza vitale dell’umanità. Stabilirne l’origine non è cosa semplice.

Essa si fa risalire al Paleolitico superiore, tra i trentacinquemila e i diecimila anni fa, periodo in cui sono nati anche i numeri. Infatti, su fossili risalenti a tale periodo si sono trovati segni regolari di vario tipo, incisi su bastoni e su pezzi di osso: probabilmente i segni numerici precedettero le parole, necessarie per esprimere quei numeri [5]. È bene precisare che le misure hanno bisogno dei numeri, ma il significato dei numeri associati a un procedimento di misura è ben diverso da quello che essi hanno in matematica.

Nell’analisi matematica i numeri sono enti astratti, dotati di particolari proprietà, indipendenti dal contesto in cui sono impiegati; nel caso delle misure, invece, essi sono le entità necessarie a individuare i punti caratteristici della scala dei misurandi e le proprietà di tali punti dipendono esclusivamente da quelle delle grandezze oggetto della misura. La misura, come si è detto, è un procedimento che porta a ottenere sperimentalmente uno o più valori che possano ragionevolmente essere attribuiti al misurando e può essere intesa come il rapporto tra la grandezza osservata e l’unità di misura della grandezza stessa. Essa deve avere l’indicazione dell’unità ed è il mezzo utilizzato in tutto il mondo per fornire le informazioni necessarie sia sul tipo o specie sia sull’ampiezza della grandezza oggetto della sperimentazione. Per unità di misura si intende quella grandezza reale scalare, definita e adottata per convenzione, con la quale può essere confrontata qualsiasi altra grandezza della stessa natura, per esprimere il rapporto di due grandezze come un numero. Privo di unità di misura, il numero ottenuto come risultato del procedimento non ha alcun significato.

L’essere umano, dunque, non può fare a meno di misurare il trascorrere del tempo: non gli è sufficiente l’orolo-

T_M ƒ 77

▲

STORIA E CURIOSITÀ

gio biologico, che gli fornisce informazioni inadeguate a un’organizzazione ottimale della sua vita. È allora probabile che il primo strumento di misura sia stato proprio un misuratore del tempo: lo gnomone, un elementare forma di meridiana (Fig. 1). Il sole, con il suo alternare periodi di luce a periodi di buio, ha consentito agli esseri umani di acquisire il concetto di giorno e la distinzione tra giorno e notte.

Figura 1 – Lo gnomone

Si stima che le prime informazioni sui moti apparenti del sole, della luna, dei pianeti e delle stelle siano state acquisite, da parte degli esseri umani, nel Paleolitico superiore. Il Paleolitico è l’età della pietra antica e proprio con sassi l’essere umano imparò a delimitare l’ombra da lui proiettata sul terreno. Poneva una pietra per ogni passo, in modo da misurare tutta la lunghezza della propria ombra. In tal modo creò lo gnomone umano e imparò a scandire il tempo. Successivamente lo gnomone fu perfezionato attraverso l’infiggere un semplice bastone verticalmente nel terreno, in una zona libera da ingombri, in modo che si potesse osservare la posizione dell’ombra in qualsiasi posizione fosse proiettata. All’alba, il bastone produce un’ombra lunga e sottile verso occidente. Durante la mattinata, quando il sole si alza sull’orizzonte, l’ombra si accorcia sempre di più e ruota lentamente da ovest verso nord. Lo gnomone fu utilizzato in diverse parti del mondo, migliaia di anni prima della nascita di Cristo. La funzione del

T_M ƒ 78

complesso megalitico di Stonehenge (Fig. 2) è quello di osservatorio astronomico e misuratore del tempo.

Zanot afferma, a proposito di Stonehenge: “al centro del tempio, sembra di essere in un gigantesco planetario: ogni pietra indica un’ora, un giorno, un mese, una stagione, un anno solare e una fase lunare” [6]. Per questo Stonehenge ebbe il nome di cerchio del tempo. Augusto fece coFigura 2 – Il complesso megalitico di Stonehenge struire a Roma uno gnomone, visibile ancora oggi in piazza Monte- so. La nascita degli orologi ad citorio, utilizzando come stilo un obe- acqua (Fig. 3) sembra dovuta all’inlisco fatto erigere in Egitto. Un altro fluenza di molti filosofi dell’antichità, i gnomone di grandi dimensioni si può quali ritenevano ci fosse un parallelo visitare nel Foro romano. Il più alto tra lo scorrere del tempo e quello delle gnomone del mondo si trova nella cat- acque nei fiumi. Uno dei più antichi di tedrale di Santa Maria del Fiore in questi orologi è stato trovato nella Firenze, realizzato nel 1475 mediante tomba del faraone Amenhotep I, sepolun foro praticato in una tavoletta di to intorno al 1500 a.C. bronzo e posto a 90 m di altezza sulla Gli orologi ad acqua sono stati tra i cupola del Brunelleschi. A causa della primi cronometri indipendenti dall’ossua altezza esso funziona solo duran- servazione dei corpi celesti: furono te il periodo del solstizio estivo, quan- perfezionati dai Greci, che diedero do i raggi solari filtrano attraverso il loro il nome di clessidra, e solo in foro gnomonico dando luogo a un’im- seguito l’acqua fu sostituita dalla sabmagine del sole in basso sul pavimen- bia. L’orologio ad acqua si diffuse to della Cappella della Croce. A rapidamente, specie tra coloro che Castel del Monte la parete sud del fornivano le loro prestazioni a tempo: maniero ottagonale si comporta come uno di essi è citato nei Dialoghi delle uno gnomone [7], mettendo in relazio- Cortigiane di Luciano di Samosane le dimensioni del castello con l’in- ta, scrittore e retore greco antico di gresso del sole nei vari segni zodiaca- origine siriana. L’orologio idraulico, li. Così, ad esempio, a mezzogiorno nella fattispecie, era un vaso metallidell’equinozio d’autunno, segno della co di forma emisferica, munito di un bilancia, questa parete proietta sul ter- forellino sul fondo. Quando si ritirareno un’ombra lunga quanto è largo il vano le cortigiane, per le quali da cortile del castello. Un mese dopo, sempre il tempo è denaro, la giovane segno dello scorpione, sempre a mez- servente metteva il vaso in un bacino zogiorno, l’ombra dello gnomone più grande, colmo d’acqua, e si determina la larghezza delle sale del attendeva che il vaso andasse a castello. Ancora un mese dopo, segno fondo. La prestazione durava quindi del sagittario, la stessa ombra lambi- il tempo del riempimento del vaso sce il bordo della circonferenza teori- [3]. Simile all’orologio idraulico ca nella quale si inscrive il castello, usato dalle cortigiane ateniesi era quello impiegato dagli avvocati comprese le torri.

Gli esseri umani si resero conto della romani, per i quali la durata dell’indifficoltà di misurare il tempo con pre- tervento corrispondeva allo svuotarsi cisione e accuratezza mediante lo gno- di un recipiente emisferico dotato di mone, in quanto il percorso del sole nel un foro sul fondo per la fuoriuscita cielo cambia con le stagioni. I primi dell’acqua. tentativi di una misura più accurata del Oltre alle misure di tempo molto diffutempo si basano su un principio diver- se nell’antichità erano quelle di lun-

N. 01ƒ ;2010 Figura 3 – Un orologio ad acqua

ghezza, con le sue grandezze derivate superficie e volume, e di massa, anche se si preferiva denominare la massa peso. In genere le unità di lunghezza facevano riferimento a parti del corpo umano. Così il cùbito

■

NEWS SALE METROLOGICHE E RISPARMIO ENERGETICO Gianni Pascotto (Techlab srl)

È noto che tutti gli ambienti a microclima specifico, quali le sale metrologiche e climatiche, sono altamente “energivori”. La necessità di mantenere costanti e particolarmente precise le condizioni ambientali porta necessariamente a utilizzare sistemi impiantistici complessi, che privilegiano l’assoluta garanzia di raggiungimento delle performance a scapito di un pur razionale contenimento energetico. Funzionamento 24h/24, “recovery time” minimo, garanzia di precisione assoluta a valori limite, rispetto di normative sanitarie, ecc., impongono dimensionamenti adeguati, spesso eccessivi e incoerenti con gli attuali indirizzi di salvaguardia dell’energia. Nel contempo le sempre più vaste possibilità applicative in settori diversificati, molte di derivazione dalle nuove tecnologie, rendono l’utilizzo di ambienti confinati controllati sempre più conveniente: a patto di

■

STORIA E CURIOSITÀ

aveva la lunghezza dell’avambraccio pari all’incirca a mezzo metro, il pollice quella del dito corrispondente, il piede in origine era pari alla lunghezza dell’arto inferiore, il passo equivaleva a cinque piedi mediamente quasi un metro, lo stadio a centoventicinque passi, la iarda corrispondeva alla distanza tra la punta del naso e l’estremità del dito medio ed infine il miglio romano era pari a circa cinquemila piedi e quindi a mille passi. Dal miglio deriva pietra miliare posta dagli antichi romani sul ciglio delle strade per delimitarne le distanze.

Le misure di peso si basavano sulla libbra dal latino bilancia, ed erano effettuate con strumenti semplici ma non troppo diversi da una bilancia a bracci uguali, formata da un’asta di ferro mobile che sostiene ai due estremi due piatti, simile a quella trovata

nella tomba di Nagata in Egitto (3000 a.C.).

(Continua nel numero successivo)

non valutare solo la loro economicità di investimento, ma anche il basso costo gestionale e ambientale. A maggior ragione se si considera che il loro inserimento industriale avviene sempre più vicino, se non addirittura perfettamente integrato, al processo produttivo, proprio là dove sono più critiche le condizioni ambientali.

Si aprono due contesti situazionali, entrambi importanti da analizzare: le nuove realizzazioni, in cui esistono maggiori possibilità opzionali, e le realtà esistenti, in cui vincoli di natura tecnica possono determinare percorsi progettuali più contenuti.

La progettazione di ambienti tecnologici nuovi porta alla scelta di componentistica strutturale con caratteristiche di basso coefficiente di trasmittanza, al fine di consentire alta capacità di isolamento termico contestualmente a spessori contenuti, e impiantistica dotata di efficienti sistemi di rilevamento e controllo ambientale, in grado di intervenire modularmente sulla base di diversificati e innovativi parametri analitici, oltre a quelli tradizionali termo-igrometrici e particellari.

Le nuove e più recenti tecnologie propongono una vasta gamma di materiali (conduttività termica < 0,036 W/mK) e di nuovi componenti elettronici che, opportu- Composito leggero namente comunicanti riflettente in fibra tra loro e con il sistema naturale a bassa HVAC tramite specifici conduttività termica

algoritmi, consentono di operare su valori limite impensabili fino a oggi, con conseguenze rilevanti sui risparmi gestionali. L’esperienza maturata permette di individuare ottimizzazioni funzionali del 15/20% rispetto ai sistemi tradizionali, con costi di investimento non superiori al 5/7%: performance che si può ritenere miglioreranno in futuro.

L’intervento su ambienti tecnologici esistenti, al fine di una loro ottimizzazione funzionale sotto l’aspetto del contenimento energetico, è senz’altro più complesso e di più difficile generalizzazione, ma può sortire benefici ugualmente interessanti la cui entità può variare secondo le possibilità di modifica, lo stato di vetustà, il grado di utilizzo e obsolescenza economica.

Grande importanza, infine, riveste il comportamento umano: frequentemente si pone attenzione solo agli obiettivi determinanti il processo (controllo valori di temperatura, ecc.), ma si trascurano inconsapevolmente altri importanti aspetti di natura energetica.

Occorre un “decalogo” comportamentale, che stabilisca un metodo univoco e crei sensibilizzazione al problema, favorendo un’attiva partecipazione.

Anche in ambienti a elevato controllo microclimatico destinati a operazioni di processo o di controllo, nuovi o esistenti, molto spesso dimenticati dai concetti di risparmio energetico, si possono razionalizzare i consumi, con evidenti benefici sui costi. È senz’altro auspicabile che anche in tali contesti si applichino le raccomandazioni comunitarie in termini di EPBD. Per approfondimenti: www.techlabsrl.com.

BIBLIOGRAFIA [1] VIM, International Vocabulary of Metrology: Basic and General Concepts and Associated Terms, Third Edition, 2007.

[2] EUR 22424: Measuring the Impossibile – A NEST Pathfinder Initiative.

[3] Leschiutta, S.: L’arte della misura del tempo presso le cortigiane, I quaderni GMEE N° 4, A&T Editore, Torino, ottobre 2008 [4] Savino, M.: Introduzione alla sensoristica industriale, I quaderni del GMEE N° 2, A&T Editore, Torino, giugno 2008 [5] Boyer, C.,B.: Storia della matematica, Oscar Monadori, 2004 [6] Zanot, M.: Il computer neolitico, Milano, Sugarco Edizioni, 1976 [7] Tavolaro, A.: Castel del Monte, scienza e mistero in Puglia, Bari, Fratelli Laterza, 2000

T_M ƒ 79

N. 01ƒ ; 2010

T U T T O _ M I S U R E Anno XII - n. 1 - Marzo 2010 Sped. in A.P. - 45% - art. 2 comma 20/b legge 662/96 -Filiale di Torino Direttore responsabile: Franco Docchio Vice Direttore: Alfredo Cigada Comitato di Redazione: Andrea Ferrero, Antonio Boscolo, Pasquale Daponte, Marcantonio Catelani, Salvatore Baglio, Gianfranco Molinar, Luciano Malgaroli, Massimo Mortarino

ABBIAMO LETTO PER VOI

■

COLORE & COLORI

Redazioni per: Storia: Emilio Borchi, Sigfrido Leschiutta, Riccardo Nicoletti, Mario F. Tschinke Le pagine del GMEE e dell’AIPnD: Paolo Carbone, Carlo Carobbi, Domenico Grimaldi, Claudio Narduzzi, Marco Parvis, Giuseppe Nardoni Le pagine degli IMP: Saverio D’Emilio, 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); AIS-ISA (Piergiuseppe Zani); ALPI (Lorenzo Thione); ANIE (Marco Vecchi); ANIPLA (Marco Banti, Alessandro Ferrero); CNR (Ruggero Jappelli); GISI (Abramo Monari); GMEE (Giovanni Betta); GMMT (Paolo Cappa, Michele Gasparetto); INMRI – ENEA (Pierino De Felice, Maria Pimpinella); INRIM (Elio Bava, Flavio Galliana, Franco Pavese); ISPRA (Maria Belli); OMECO (Clemente Marelli); SINAL (Paolo Bianco); SINCERT-ACCREDIA (Alberto Musa); SIT (Paolo Soardo); UNIONCAMERE (Enrico De Micheli) Fotocomposizione: la fotocomposizione - Torino Stampa: La Grafica Nuova - Torino Autorizzazione del Tribunale di Casale Monferrato n. 204 del 3/5/1999.

I testi firmati impegnano gli autori.

A&T - Affidabilità & Tecnologia Direzione, Redazione, Pubblicità e Pianificazione Via Palmieri, 63 - 10138 Torino Tel. 011 5363440 - Fax 011 5363244 E-mail: info@affidabilita.eu Web: www.affidabilita.eu Direzione Editoriale: Luciano Malgaroli Massimo Mortarino È vietata e perseguibile per legge la riproduzione totale o parziale di testi, articoli, pubblicità ed immagini pubblicate su questa rivista sia in forma scritta sia su supporti magnetici, digitali, ecc.

L’IMPORTO DELL’ABBONAMENTO ALLA PRESENTE PUBBLICAZIONE È INTERAMENTE DEDUCIBILE. Per la deducibilità del costo ai fini fiscali fa fede la ricevuta del versamento effettuato (a norma DPR 22/12/86 n. 917 Art. 50 e Art. 75). Il presente abbonamento rappresenta uno strumento riconosciuto di aggiornamento per il miglioramento documentato della formazione alla Qualità aziendale.

NEL PROSSIMO NUMERO • Trasferimento Tecnologico • Test intraoperabilità DSL • Visione e robotica E molto altro ancora

T_M

N.

La Redazione di Tutto_Misure (franco.docchio@ing.unibs.it)

di Lia Luzzatto e Renata Pompas 272 pagine, a colori, 170 x 240 mm, paperback, € 29,00 © 2009, Il Castello srl, www.ilcastelloeditore.it WE HAVE READ FOR YOU: Colore & Colori Il libro racconta il colore nella sua varietà: dall’architettura, al design, alla moda, all’arte, al cinema con riferimento ai trend cromatici che me hanno suggerito l’uso.

Descrive le interferenze tra colore, luce, superficie e materia; parla del colore nella bellezza individuale, nel benessere fisico e psichico. Aiuta a trovare le relazioni che intercorrono tra colore, sostanza e ambiente per individuare la “qualità di gamma” necessaria a definire il significato cromatico complessivo del progetto.

Porta esempi di come il colore esprima identità e appartenenza sociale, industriale e culturale, di come possa trasmettere visibilità forza, emozione per far emergere un prodotto e posizionarlo sul mercato.

Il libro è illustrato da un centinaio di immagini a colori di grande suggestione, corredate da una ottantina di palette cromatiche in cui sono suggeriti accostamenti e combinazioni tonali tematici, ideale strumento di lavoro per chi progetta con il colore.

1/10 ƒ 80

Le Autrici Studiose, storiche, giornaliste ed esperte del colore, Lia Luzzatto e Renata Pompas hanno maturato una lunga esperienza internazionale su questo tema. Membre di network internazionali riconosciuti quali: AIC-International Color Association, ECD - Environmental Color Design, CE - Study Group on Colour Education, GdC - Gruppo Italiano del Colore, ETN - European Textile Network, TEXERE Textile Education and Research in Europe. Tengono lezioni, conferenze, seminari in aziende, istituzioni e università. Oltre a centinaia di articoli e contributi in libri collettivi, hanno al loro attivo numerose pubblicazioni, tra cui ricordiamo: “Il colore persuasivo – comunicazione, grafica, pubblicità, new media”, Il Castello (2001); “Il significato dei colori, nelle civiltà antiche”, Tascabili Bompiani, (2001); “I colori del vestire. Variazioni – Ritorni – Persistenze”, Hoepli, (1997); “Conoscere e capire il colore”. Il Castello, (1988); “Il linguaggio del colore”, Il Castello, (1980); R. Pompas, “Textile Design. Ricerca – Elaborazione – Progetto”, Hoepli (1994).