Tutto_Misure 04/2010

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

ANNO XII N. 04 ƒ 2 010

GRUPPO MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE

EDITORIALE T_M casa comune delle Misure

AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIA

IL TEMA: MISURE PER L’AMBIENTE E IL COSTRUITO Monitoraggio strutturale con fibre ottiche Misure 3D nei canyon urbani Rilievo delle caratteristiche di calcestruzzi rinforzati

ISSN 2038-6974 - Poste Italiane s.p.a. - Sped. in Abb. Post. - D.L. 353/2003 (conv. in L. 27/02/2004 n° 46) art. 1, comma 1, DCB Torino - nr 4 - Anno 12 - Dicembre 2010 In caso di mancato recapito, inviare al CMP di Torino R. Romoli per restituzione al mittente, previo pagamento tariffa resi

TUTTO_MISURE - ANNO 12, N. 04 - 2010

WSNAP: una rete wireless riconfigurabile

ALTRI TEMI Criteri per la qualifica a vibrazione di componenti meccanici Misura di potenza alle microonde La fidatezza – Parte I

ARGOMENTI Metrologia legale: gli attori Compatibilità e.m.: i componenti IMP: Galileo Commenti alla 17025

LA TARATURA CREA VALORE! Evento in collaborazione con

ACCREDIA Presentazione a pag. 6-7

Torino 13-15 aprile 2011 Torino Metrologia & Qualità 13-14 aprile 2011

WWW.AFFIDABILITA.EU

TUTTO_MISURE

ANNO XII N. 04 ƒ 2010

IN QUESTO NUMERO Monitoraggio strutturale mediante tecniche a fibre ottiche Structural monitoring system by fiber optics techniques B. Griffoni G.C. Someda G. Crotti S. Manzoni

255 Rilevamento tridimensionale con mezzo mobile all’interno di canyon urbani e tunnel stradali

Editoriale: La casa comune delle Misure (F. Docchio)

245

Comunicazioni, Ricerca e Sviluppo dagli Enti e dalle Imprese Ricerca e Sviluppo nel campo delle misure Notizie da Enti e Associazioni

249 252

Il tema: Misure per l’Ambiente e il Costruito Il monitoraggio strutturale (B. Giffoni, G.C. Someda, G. Crotti, S. Manzoni) Rilevamento tridimensionale con mezzo mobile (G. Vassena) Rilievo caratteristiche di calcestruzzi fibrorinforzati (R. Ottoboni, M. Faifer, S. Toscani) WSNAP: una rete wirless riconfigurabile (M. Corrà, P. Pivato, D. Macii, D. Petri)

255 259 265 271

Gli altri temi: Misure Meccaniche Criteri per qualifica a vibrazione di componenti meccanici (A. Lucifredi, P. Silvestri, F. Tripepi, G. Camauli)

275

Gli altri temi: Misure per l’Energia Caratterizzazione e monitoraggio di pannelli fotovoltaici (F. Adamo, F. Attivissimo, A. Di Nisio, M. Spadavecchia)

279

G. Vassena

Gli altri temi: Misure Elettroniche Misura di potenza alle microonde: metodi e prospettive (L. Oberto)

285

259

Campi e compatibilità elettromagnetica Comportamento a radiofrequenza dei componenti circuitali passivi (C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi)

289

Misura di potenza alle microonde: metodi tradizionali e nuove propettive

I Seriali: Misure e Fidatezza Chiariamoci sul concetto di Fidatezza (I. Trotta, M. Pignotti, M. Catelani)

293

Manifestazioni, eventi e formazione Novità sul VII Congresso “Metrologia & Qualità” Eventi 2011

297 298

L. Oberto

Metrologia Legale I nuovi soggetti della metrologia legale (V. Scotti)

299

285

Metrologia per Capillarità Sugli Audit relativi ad aspetti metrologici (G. Miglio)

301

New techniques for the 3D measurements with a mobile vehicle inside urban canyons and road tunnels

Traditional methods and new perspectives in microwave power measurement

I nuovi soggetti della metrologia legale in ottemperanza alla Direttiva MID Legal metrology: great changes after the application of the MID Directive V. Scotti

289

Spazio Associazioni Universitarie di Misuristi GMEE – Il Congresso di Gaeta del 13-15/09/2010 (M. Catelani) Premio “Nicola Chiari” per la migliore applicazione di misura e automazione 2010 GMEE – Seminario di eccellenza “Italo Gorini” 2010

305 305 306

Lo spazio degli IMP I.N.Ri.M. contribuisce al tempo di Galileo (P. Tavella)

309

Commenti alle norme Assicurazione della Qualità nella 17025 (N. Dell’Arena)

315

Abbiamo letto per voi

320

News

270-274-284-314-318-319

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Franco Docchio

EDITORIALE

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La casa comune delle Misure

The house of measurements Cari lettori!

Nel mio primo Piano Editoriale del settembre 2009 avevo indicato tra gli obiettivi della mia direzione quello di far diventare la rivista la “casa comune” di tutti gli operatori delle misure, una casa in cui si riconoscessero coloro che fanno misure, che insegnano a farle, che normano in termini di misura, che vigilano a che le misure siano eseguite correttamente. È passato poco più di un anno e una cospicua parte di questo obiettivo si concretizza. All’Associazione GMME si sono infatti aggiunti nel tempo il GMMT (Gruppo Misure Meccaniche e Termiche), l’AUTEC, (Associazione degli Universitari di Topografia e Cartografia), e recentemente il Gruppo degli Universitari di Misure Nucleari. È un risultato significativo, poiché amplia l’offerta di know-how di R&S che la rivista mette a disposizione dei suoi lettori in diversi settori “strategici” delle misure tra i quali quello della misura civile e ambientale, e quello della misura nucleare. Benvenuto ai nuovi amici!

Mi impegnerò ora a lavorare con più determinazione nei confronti del mondo dell’industria, sollecitando contributi industriali alla rivista, organizzando tavole rotonde e forum specifici, e potenziando le rubriche. Già oggi, sfogliando quest’ultimo numero, si possono notare alcuni cambiamenti. Vengono aumentate e potenziate le “Rubriche di T_M”, spazi periodici che discutono argomenti di misura.

Tra queste, la nuova Rubrica sulla Metrologia Legale, a cura di Veronica Scotti, risponde a stimoli di varia natura, specialmente in tema di Direttiva MID, e quindi dovrebbe interessare un vasto uditorio di operatori di misure.

L’altra novità è quella dei “Seriali” (sì, proprio come i killer!), articoli “a puntate” su temi particolarmente interessanti per le Aziende e il vasto pubblico. Il Seriale che inizia con questo numero è quello sulla “Fidatezza” che guiderà i lettori nell’affascinante mondo dell’Affida-

bilità e della sua gestione. Altri Seriali mi sono stati promessi.

Altro passo importante: Tutto_Misure ha un ISSN! Eccolo: 2038-6974. Siamo diventati “grandi”. Poiché in alcune sedi Universitarie la valutazione della qualità della ricerca sembra volersi restringere a pubblicazioni con ISSN, oggi Tutto_Misure è diventata una rivista “esponibile” senza remore nella propria lista delle pubblicazioni. Last but not least, Tutto_Misure ha un nuovo e accattivante sito web che ospita l’edizione cartacea e quella telematica. Eccolo: www.tuttomisure.it!

Questo è l’ultimo numero in cui posso sollecitare tutti i lettori a partecipare ai due eventi “clou” del mondo dei misuristi italiani: il Convegno “Metrologia e Qualità 2011” e l’Evento “Affidabilità e Tecnologie” entrambi ad Aprile 2011. Un particolare invito va ai miei colleghi Universitari. Partecipate numerosi in qualità di espositori della vostra ricerca, del vostro know-how, dei vostri brevetti! La partecipazione nostra e dei nostri “start-up” all’edizione di quest’anno ha ottenuto risvolti, anche se non immediati, comunque lusinghieri, con contatti che si stanno consolidando e collaborazioni che si stanno avviando.

Come vedete in questo Editoriale non esco dal seminato della rivista. Uscirne vorrebbe dire occuparmi delle notizie del “mondo esterno”, che trattano di posizioni marginali del nostro Paese in termini di crescita, di governi bloccati da lacerazioni politiche insanabili, di spettri di elezioni anticipate, di borse di studio universitarie quasi azzerate, di riforme universitarie bloccate per mancanza di fondi… E di un degrado nella coesione sociale che mai avrei voluto sperimentare nella mia esistenza. Meglio di no.

A voi, ancora una volta, buona lettura, con i migliori auguri di tutta la Redazione per un sereno Natale e per un 2011 che sia all’insegna di un maggiore ottimismo!

Franco Docchio

T_M

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IL VALORE DELLE TARATURE & PROVE PER L’INNOVAZIONE E L’AFFIDABILITÀ ACCREDIA ha concesso il proprio Patrocinio a IL VALORE delle TARATURE & PROVE per l’Innovazione e l’Affidabilità, l’importante evento dedicato alle industrie manifatturiere utilizzatrici di strumenti e servizi di misura.

L’iniziativa, organizzata nel contesto della manifestazione AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE (Torino Lingotto Fiere - 13/14 Aprile 2011) è realizzata in collaborazione con la medesima Segreteria Organizzativa e con il sostegno della Rivista TUTTO_MISURE; prevede una capillare attività di comunicazione, rivolta a migliaia di industrie utilizzatrici di strumenti di misura, e l’organizzazione, nei giorni 13 e 14 Aprile 2011, del primo grande Evento dedicato alla Taratura.

Partecipanti: l’utenza industriale sarà ospite gradito e atteso; l’ingresso è a titolo gratuito.

Obiettivo dell’Evento è la corretta informazione a vantaggio della competitività industriale. L’azienda competitiva, come dimostra l’attuale contesto di mercato, è quella capace di produrre innovazione e qualità a livello di prodotto e di processo. Tale approccio, tuttavia, non può prescindere dalla costante ricerca dell’affidabilità, una delle principali caratteristiche che contribuiscono a determinare il vero successo di un prodotto. L’affidabilità non è l’unica caratteristica misurabile di un prodotto: lo sono anche le prestazioni, la durata, la disponibilità, la manutenibilità, l’estetica, ecc. Ma l’influenza di ciascuna di esse è diversa: mentre le caratteristiche estetiche e gli aspetti innovativi rappresentano le maggiori attrattive d’acquisto per il cliente, l’affidabilità è quella che maggiormente può ottenerne la fidelizzazione.

OBIETTIVO

Misure e Prove: a garanzia dell’affidabilità, concorrono prioritariamente la strumentazione di misura, che deve essere opportunamente gestita, tarata e manutenuta, e le prove di laboratorio per la validazione/certificazione del prodotto, che deve essere non soltanto innovativo ma anche validato nella sua funzionalità e sicurezza da prove sperimentali e funzionali eseguite da Laboratori professionalmente adeguati, riconosciuti e indipendenti.

Caratteristiche dell’Evento: – è portatore di “testimonianze eccellenti e innovative”: il Progetto di comunicazione prevede la partecipazione di Aziende Committenti e di Centri/Laboratori, che presenteranno testimonianze e propri casi applicativi, offrendo per la prima volta in Italia un momento pratico d’informazione, di assoluto interesse per l’industria italiana alla ricerca di soluzioni a valore aggiunto per la propria azienda; – propone metodologie e servizi pratici: è prevista una qualificata partecipazione di “esperti”, ovvero tecnici di Centri di Taratura e di Laboratori, che potranno utilizzare spazi preallestiti per accogliere i Visitatori, per offrire risposte semplici e attuabili alle esigenze quotidiane delle Imprese (taratura, gestione strumenti, formazione del personale, ecc.); Le aziende europee in competizione: le Aziende italiane si trovano dunque davanti a un bivio: investire nell’innovazione e nell’affidabilità del prodotto, oppure sparire.

Purtroppo, investire in pratiche atte ad aumentare l’affidabilità è, in Italia, un atteggiamento imprenditoriale non particolarmente diffuso: complici anche l’esigenza di contenimento drastico dei costi e la scarsa credibilità di molte certificazioni di sistema, spesso caratterizzate da politiche commerciali attente più ai bassi prezzi che alla qualità del servizio offerto.

La carenza di informazioni corrette e semplici spinge le aziende ad affrontare passivamente gli aspetti della taratura della loro strumentazione di misura e controllo, avendo come obiettivo principale la conformità anziché analizzare a fondo le proprie esigenze, i costi degli investimenti e i loro possibili ritorni. Così alcune aziende gestiscono male il proprio parco strumenti, sprecando tempo e denaro nelle tarature certificate non indispensabili o in piani formativi non necessari, “di facciata”, rivolti ai propri responsabili della strumentazione.

Per contro, aziende lungimiranti (l’esempio della Germania è eclatante: nonostante la crisi e i costi elevati, il prodotto di qualità superiore viene riconosciuto e premiato dal mercato) stanno investendo da anni in tal senso conquistando, lentamente ma inesorabilmente, sempre maggiori fette di mercato, a discapito di aziende meno virtuose.

Incontri e appuntamenti tra Visitatori ed Esperti Tramite un motore di ricerca interno, viene realizzato un percorso guidato sul sito www.affidabilita.eu per consentire ai Visitatori di fissare appuntamenti e/o sottoporre specifiche problematiche agli “esperti”, al fine di ottenere concrete indicazioni e suggerimenti per la loro migliore soluzione. Si supererà in tal modo la tradizionale distanza fra il mondo delle aziende utenti e gli “esperti” (operatori dei Laboratori), i quali potranno specificare le competenze professionali del proprio laboratorio, indicando i settori applicativi e le grandezze/strumenti trattate, programmando presentazioni presso la propria postazione stand all’evento, anche su appuntamento.

Nel sito della manifestazione, le presentazioni dei Convegni e delle Aree Dimostrative avranno opportuni link che collegheranno le singole tematiche con i relativi “esperti” delle Tarature e delle Prove che propongono soluzioni dedicate.

Eventuali testimonianze applicative potranno essere presentate direttamente presso le postazioni espositive, su appuntamento con i Visitatori interessati.

INCONTRI

Comunicazione mirata Il progetto di comunicazione dell’Evento IL VALORE delle TARATURE & PROVE per l’Innovazione e l’Affidabilità ha precisi requisiti: – condiviso: ampia partecipazione di Centri di Taratura, Laboratori Prove, Organismi di Certificazione (in particolare quelli accreditati: da parte di ACCREDIA e di Organismi mutuamente riconosciuti a livello internazionale); – mirato: un vero e proprio progetto di informazione, utilizzando strumenti seri e efficaci; – autorevole: messaggi semplici e concreti, diffusi attraverso canali di comunicazione riconosciuti e credibili per il target dei destinatari; – di ampia visibilità: oltre alla comunicazione cartacea e telematica, viene organizzato un Evento dedicato, per la prima volta in Italia, il 13/14 Aprile 2011 a Torino – Lingotto Fiere (nel contesto della 5a edizione AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE e della 7a edizione METROLOGIA & QUALITÀ, che già raccolgono ogni anno migliaia di visitatori potenzialmente interessati, operanti in ambito di aziende manifatturiere).

COMUNICAZIONE

Gli strumenti utilizzati per la comunicazione Articoli, informazioni, testimonianze applicative vengono ospitate su testate mirate e ampiamente familiari al target dei destinatari: TUTTO_MISURE (la rivista italiana interamente dedicata alle Misure, Prove e Controlli Qualità), edizione cartacea; – TUTTO_MISURE NEWS: edizione telematica; – Innovazioni & Tecnologie (organo ufficiale dell’evento AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE) versione sia cartacea sia telematica, a elevata tiratura; – Testing & Metrologia: news telematica appositamente realizzata in occasione dell’Evento.

WEB: un apposito logo richiama l’attenzione sull’evento e i Centri di Taratura e Prove possono sostenere l’iniziativa ospitando il logo nel loro sito.

Visibilità e Divulgazione Saranno incrementate le collaborazioni con le Associazioni di Categoria favorendo una maggiore partecipazione delle aziende.

Sono previste numerose testimonianze industriali, con conseguente forte richiamo per le migliaia di aziende delle specifiche filiere produttive.

Il Data Base utilizzato per le attività di comunicazione raggiunge 56.000 nominativi, responsabili tecnici e decisori di aziende manifatturiere.

Ai Responsabili dei Centri di Taratura industriali Ai Responsabili di Laboratori Prove industriali Ai Responsabili di Enti di Ricerca e Laboratori metrologici Universitari Oggetto: IL VALORE DELLE TARATURE & PROVE PER L’INNOVAZIONE E L’AFFIDABILITÀ TUTTO_MISURE sostiene il progetto di A&T, patrocinato da ACCREDIA. Caro collega,

Brescia, 16/11/2010

La prestigiosa e onerosa eredità lasciatami dall’amico Prof. Sergio Sartori di dirigere la rivista Tutto_Misure, di cui confido siate assidui lettori, mi ha proiettato in un mondo affascinante e pieno di sorprese che mi fanno crescere quotidianamente, numero dopo numero. Poiché mi posso considerare un Docente-Imprenditore (un po’ atipico), già dal mio primo piano editoriale mi sono assunto il compito di far crescere la rivista come strumento di raccordo tra il mondo delle imprese e quello della ricerca e del know how, con l’ambizioso obiettivo di mantenere e potenziare la competitività dell’impresa italiana.

La ricerca e il miglioramento dell’affidabilità dei prodotti, come mezzo per lanciare il “Made in Italy”, dovrebbero rappresentare uno degli obiettivi primari per le imprese italiane; la corretta gestione, taratura e manutenzione della strumentazione, in collaborazione con centri competenti e accreditati, dovrebbero costituire pratica usuale. Non sempre, in Italia, questa situazione si verifica e ciò può comportare una perdita di immagine e di quote di mercato per le imprese.

Ritengo dunque che promuovere le buone pratiche della conservazione e del miglioramento dell’affidabilità dei prodotti e le collaborazioni con centri accreditati sia uno degli obiettivi specifici della rivista che dirigo. È di questi giorni la partenza di un progetto, da parte di A&T con il patrocinio di ACCREDIA, dal titolo “Il valore delle Tarature & Prove per l’innovazione e l’affidabilità”, che prevede un capillare programma di formazione, incontri, discussioni, eventi, finalizzati a promuovere il perseguimento dell’affidabilità.

Nel documento allegato viene presentata l’iniziativa, in anteprima rispetto al no. 4/2010 della rivista.

Con questa lettera, nell’assicurare il completo appoggio e incoraggiamento all’iniziativa da parte della rivista, vi comunico che abbiamo deciso di riservare all’argomento il tema principale del primo numero del 2011, che peraltro verrà distribuito ai partecipanti al congresso “Metrologia & Qualità” e all’evento “Affidabilità & Tecnologie”.

Vi propongo dunque di contribuire al successo del numero segnalandomi vostri clienti “di successo”, in grado di testimoniare concretamente come e in quale misura puntare sull’affidabilità abbia costituito un vantaggio competitivo per l’azienda, accrescendo la fidelizzazione dei propri Clienti. Da parte mia, provvederò a contattarli e intervistarli per mettere in evidenza tali aspetti e, nel contempo, dare il giusto risalto alle tarature e prove quali componenti imprescindibili per garantire l’affidabilità di processi e prodotti.

Sono a vostra disposizione per qualsiasi ragguaglio editoriale, certo di una vostra adesione numerosa all’iniziativa.

Nell’attesa di vedervi personalmente nel prossimo futuro, vi porgo i miei più cordiali saluti. (messaggio inoltrato il 15/11/2010) Prof. Franco Docchio

Per maggiori informazioni: Tel. 011/0266700 Segreteria Organizzativa E-mail: evento@affidabilita.eu Web: www.affidabilita.eu/anteprima2011

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

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

Ricerca e sviluppo nel campo delle misure e della strumentazione

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

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

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

RICERCA DI BASE IN METROLOGIA

Misura di campioni di Neon dall’I.N.Ri.M. F. Pavese, P. P. M. Steur, N. Bancone, D. Ferri, D. Giraud: Comparison with U ≈ 50 µK of neon samples of different isotopic compositions 1. Metrologia 47, 49, 2010.

Sono riportati nuovi raffronti delle temperature del punto triplo Ttp, di sette campioni di neon con diverse concentrazioni di 22Ne, 22x, in celle criogeniche sigillate fornite da INRIM, NMIJ, NPL e PTB. Questo lavoro nasce dalla collaborazione tra i laboratori di questi Enti per stabilire una relazione tra Ttp and 22x.

Alcuni problemi erano rimasti insoluti dalle precedenti indagini: le nuove misurazioni forniscono un corredo di nuovi dati a ridotta incertezza, per contribuire alla risoluzione di questi problemi.

Trasferimento di riferibilità nei laboratori di taratura G. La Paglia2: L’utilizzo dei cali-

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N.

bratori e dei multimetri come strumenti campione nei laboratori di taratura elettrici accreditati in ambito SIT. Atti del XXV congresso GMEE – Gaeta, 2009.

A partire dall’inizio degli anni novanta i laboratori di taratura operanti nel campo delle misure elettriche in continua e bassa frequenza hanno visto evolvere rapidamente sia le proprie strutture di riferibilità che la tipologia degli strumenti da sottoporre a taratura. Ciò è stato dovuto al rapido diffondersi di strumenti elettronici multifunzione in grado di operare in modo efficace e conveniente almeno nelle cinque grandezze base: tensione continua, tensione alternata, corrente continua, corrente alternata e resistenza in c.c..

Di particolare rilievo il fatto che gli strumenti di più elevata precisione, in particolare i multimetri numerali ad elevata risoluzione e calibratori multifunzione, erano in grado di assicurare un’accuratezza paragonabile a quella degli apparati campione utilizzati nei Centri di taratu-

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ra. Se da un lato la taratura di questa tipologia di strumenti ha quindi spesso posto, anche per i Centri più attrezzati, problemi di non facile soluzione, dall’altro la loro disponibilità metteva a disposizione dei laboratori di taratura apparati in grado di svolgere la funzione di strumenti campione in un vasto campo di misura e con un elevato grado di efficienza, consentendo di abbattere in modo sostanziale i costi operativi.

Diventava, quindi, essenziale per il SIT, il servizio di accreditamento dei laboratori di taratura operante in Italia, individuare un efficace meccanismo in grado di assicurare un corretto e controllato trasferimento di riferibilità nei laboratori di taratura accreditati che utilizzavano multimetri numerali e calibratori multifunzione come campioni di riferimento. L’individuazione di questo meccanismo è stato un processo lento e progressivo, che ha coinvolto i laboratori e i settori tecnici dell’Istituto Metrologico Nazionale (ruolo svolto attualmente dall’I.N.Ri.M.) e che soltanto negli ultimi anni è giunto ad una completa maturazione.

STRUMENTAZIONE DI MISURA

Misure di temperatura e sforzo con sensori BOTDA da S. Anna M. A. Soto1,2, G. Bolognini2, F. Di Pasquale2, L. Thévenaz1: Long-range Brillouin optical time-domain analysis sensor employing pulse coding techniques 3.

Meas. Sci. Technol. 21 (9) 094024, 2010.

Viene descritto e sviluppato un sensore ottico Brillouin nel dominio del tempo a intervallo esteso (BOTDA) per misure di sforzo e di temperatura, che utilizza tecniche di codifica di

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impulsi ottici. Viene presentata una analisi teorica di codifica Simplex applicata a sistemi BOTDA, poi applicata e verificata sperimentalmente.

Con la tecnica proposta, si dimostrano notevoli incrementi nel rapporto S/N per le misure BOTDA, e ciò permette di estendere il range dinamico delle misure. I risultati sperimentali dimostrano che è possibile raggiungere, con la codifica proposta, una risoluzione spaziale di 1 m su una fibra a singolo modo lunga 50 km consentendo risoluzioni di temperatura e sforzo di 2,2 °C e 44 µε rispettivamente.

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

stato progettato e sviluppato un nuovo oggetto di test che utilizza geometrie comuni e superfici freeform. Questo pezzo di riferimento verrà impiegato per la valutazione delle prestazioni di alcuni digitalizLuca Iuliano zatori senza contatto, consideranOggi i digitalizzatori ottici 3D do tolleranze dimensionali e geocostituiscono valide alternative alle metriche e altri criteri qualitativi e macchine di misura a coordinate quantitativi.

(CMM) per l’ispezione di manufatti.

La linea guida tedesca VDI/VDE Sonda a ultrasuoni 2634 è l’unico riferimento per valuad array di fase tare se i sistemi ottici di misura 3D dall’Università sono compatibili con le specifiche di Firenze di prestazioni richieste o dichiaraM. Catelani, V. L. Scarate. Cionondimeno è spesso difficile Marcantonio no, F. Bertocci: Impleraffrontare le prestazioni di scanner Catelani Benchmark per il raffronto mentation and Chadi digitalizzatori senza contatto diversi utilizzando la citata linea racterization of a guida. È proposto dunque un nuovo Medical Ultrasound Phased dal Politecnico di Torino L. Iuliano, P. Minetola, A. Salmi: Pro- benchmark: con riferimento all’ana- Array Probe With New Pb-Free posal of an innovative bench- lisi di manufatti quali stampi, è Soldering Materials5. IEEE Trans. mark for comparison of the performance of contactless digitizers4. Meas. Sci. Technol. 21 (10), 105102, 2010.

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Instrum. Meas. 59 (10), 2522-2529, 2010.

L’applicazione della direttiva europea sulla limitazione delle sostanze pericolose (RoHS), e i documenti correlati sulla limitazione nell’uso di sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche è critica e costosa, soprattutto quando l’uso di sostanze nuove comporta la revisione di processi consolidati di produzione. Il lavoro presenta un nuovo processo di saldatura con un adesivo conduttivo, concentrandosi sulla fase di saldatura con l’adesivo per la progettazione e realizzazione di trasduttori a ultrasuoni per una applicazione industriale biomedica.

Si esamina l’impiego di nuovi materiali di saldatura senza piombo per realizzare un array di trasduttori ad ultrasuoni.

Misura di masse mammarie da Roma Tor Vergata A. Mencattini, G. Rabottino, M. Salmeri, R. Lojacono: Assessment of a Breast Mass Identification Procedure Using an Iris Detector 6.

IEEE Trans.

Roberto Lojacono Instrum. Meas. 59 (10), 2505-2512, 2010.

Il carcinoma della mammella è la principale causa di morte per cancro tra le donne nel mondo. Circa un milione di nuovi casi si presentano ogni anno, e circa il 25% di essi portano alla morte della paziente.

La soluzione migliore è la diagnosi precoce di segni tumorali sospetti attraverso un efficace programma di screening mammografico. Purtroppo, questo genere di immagini è molto difficile da interpretare per i radiologi, a causa del suo basso contrasto, dunque vi è l’esigenza di nuove e più efficaci procedure di elaborazione delle immagini che possano aiutarli nella diagnosi. Il lavoro perfeziona un algoritmo che suggerisce ai radiologi la presenza di regioni sospette che potrebbero contenere le masse tumorali. La procedura ha successo anche con un contrasto molto basso, poiché si

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COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

basa solo sull’orientamento dei vet- diverso, basato su un sistema di contori gradiente nell’immagine e non versione non lineare che presenta una risonanza stocastica quando sulla loro ampiezza. eccitato con rumore bianco. Si tratta di un convertitore ad asta piezoelettrico accoppiato a magneti permaSENSORI E ATTUATORI nenti per creare un sistema bistabile.

In opportune condizioni, il sistema Telecamera usa e getta per applicazioni endoscopiche rimbalza tra stati stabili in risposta a P. Valdastri, A. Menciassi, P. Dario un’eccitazione casuale, il che miand A. Sartori: Miniaturized digi- gliora significativamente l’energia tal camera system for disposa- raccolta da vibrazioni ad ampio ble endoscopic applications 7. spettro. A seguito di modellazione Sens. Actuat. A: Physical 162 (2), teorica con MATLAB, sono stati realizzati convertitori non lineari me291-296, 2010. È stato progettato e realizzato un diante serigrafatura di materiale PZT nuovo modulo di telecamera a colo- su substrato a mensola in acciaio ri usa-e-getta per applicazioni di chi- dotato di magneti. Sono state effetrurgia endoscopica a minima invasi- tuate prove sperimentali per misuravità. Il modulo è costituito da un sen- re sia la deflessione del fascio sia la sore CMOS, dall’ottica miniaturizza- tensione di uscita con eccitazione ta, da un illuminatore a LED e da un da vibrazioni casuali con vari gradi connettore su un unico substrato. Le di non-linearità sistema. I risultati dimensioni compatte (5,0 mm x 8,2 ottenuti mostrano che le prestazioni mm x 7,0 mm), una illuminazione del convertitore in termini di tensioad alta efficienza, una risoluzione ne di uscita a parità di eccitazioni VGA e immagini di buona qualità meccaniche sono notevolmente mipermettono di essere utilizzati in gliorate quando il sistema è reso procedure endoluminali. Un dimo- bistabile. Inoltre, il principio è stato stratore è stato costruito e testato in convalidato in via preliminare su un vivo. Il modulo è collegato tramite MEMS a mensola a forma di U che un cavo di 1,5 m di lunghezza a è stato appositamente progettato e una scheda ricevente, che invia i realizzato in tecnologia SOI. Questo dati a un Personal Computer (PC). dimostra la possibilità di rimpiccioliUn software dedicato controlla l’im- re il sensore, principio qui proposto postazione dell’hardware e visualiz- nella prospettiva di harvester MEMS za l’immagine, dopo aver effettuato non lineari basati su convertitori pietask di elaborazione dei colori e zoelettrici. delle immagini.

Stabilità di impianti protesici Sensori a energy harvesting d’anca senza adesivi da Brescia e Catania da Bologna M. Ferrari, V. Ferrari, E. Varinia,b, E. Bialoblocka-Juszczykb, M. Guizzetti, B. Andò, M. Lannoccaa, A. Cappelloa, L. CriS. Baglio, C. Trigona: stofolinic9: Assessment of implant Improved energy stability of cementless hip proharvesting from stheses through the frequency wideband vibra- response function of the Salvatore tions by nonlinear stem–bone system, Sensors and Baglio piezoelectric conver- Actuators A: Physical, 163, 526-532, ters 8, Sens. Actuat. 2010.

A: Physical,162 (2), 425-431, Protesi articolari senza adesivi 2010. richiedono un adeguato posizionaI sistemi di harvesting di vibrazioni mento a pressione per ottenere una sono in genere dispositivi lineari sufficiente stabilità primaria, necesmassa-molla operanti a risonanza. saria per la ricrescita ossea e per il Qui viene presentato un approccio successo degli impianti. È stato svi-

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luppato un dispositivo per la misura intra-operatoria della stabilità di uno stelo per anca nell’osso ospite. Il dispositivo comprende un sistema di eccitazione piezoelettrico, che produce un’eccitazione nell’intervallo 1 200-2 000 Hz alla protesi. Un accelerometro montato sull’osso ospite misura le vibrazioni trasmesse per identificare la frequenza di risonanza. La frequenza di risonanza (e il suo spostamento associato) è stata misurata immediatamente dopo il posizionamento a pressione dell’impianto, e mentre una coppia veniva applicata allo stesso. Il metodo proposto è stato validato in vitro, in 5 femori che coprono una vasta gamma di qualità dell’osso. Ogni osso è stato testato con diversi gradi di posizionamenti a pressione della protesi. La stabilità dell’impianto stimata mediante vibra-

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

zione è stata confrontata con i micromovimenti impianto-osso misurati simultaneamente da un trasduttore di posizione. Una notevole correlazione è stata trovata tra lo spostamento della frequenza di risonanza causata da applicazione del carico, e la stabilità dell’impianto.

NOTE 1

Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.), Torino, Italy.

2 Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.), Torino, Italy.

3 1EPFL Swiss Federal Institute of Technology, Institute of Electrical Engineering, Group for Fibre Optics, STI IEL GR-SCI Station 11, CH-1015 Lausanne, Switzerland 2Scuola Superiore Sant’Anna, via G Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy.

4

Department of Production Systems and Business Economics, Politecnico di Torino, Corso Duca degli Abruzzi, 24 10129 Torino, Italy.

5 Dip. di Elettronica e Telecomunicazioni, Università di Firenze, Italia.

6 Dip. di Ingegneria Elettronica, Università di Roma Tor Vergata, Roma, Italia.

7 a NEURICAM s.r.l., Trento 38100, Italy; bCRIM Lab, Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa 56100, Italy.

8 Dip. di Ingegneria dell’Informazione, Università di Brescia, Italy, e Dip. di Ingegneria Elettrica Elettronica e dei Sistemi, Università di Catania, Italy.

9 a Dip. di Elettronica, Informatica e Sistemistica (DEIS), Università di Bologna, Italy; bLab. di Tecnologia Medica, Ist. Ortopedico Rizzoli, Bologna, Italy; c Dip. di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia (DIEM), Università di Bologna, Italy.

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COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

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

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

NEWS FROM INSTITUTES AND ASSOCIATIONS This article contains an overview of all the recent news from Measurementrelated Institutes and Associations. Please help us to feed the content of the article by sending all pertinent news to the Director!

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

ACCREDIA (www.accredia.it)

Documento strategico ACCREDIA

È in linea sul sito di Accredia il nuovo Documento programmatico del Comitato di Indirizzo e Garanzia che definisce le linee di indirizzo di ACCREDIA per il quadriennio 2009-2010. http://www.accredia.it/events _detail.jsp?IDAREA=11&ID_EVE NT=245&GTEMPLATE=default.jsp

ANIMA/UCISP (www.anima.it)

La manifattura Made in Italy per una politica industriale europea Giovedì 7 ottobre 2010 alle ore 16.00, in concomitanza con la manifestazione fieristica BI.MU, si è svolto, presso il polo fieristico di Rho-Pero (Centro Congressi Stella Polare) un convegno dedicato alla manifattura

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UCISP, Unione costruttori italiani strumenti per pesare, aderente ad ANIMA, il dott.

Maurizio Ceriani è stato confermato Presidente UCISP per il prossimo triennio 20102013 così da proseguire il percorso intrapreso.

Laureato in Scienze della Comunicazione, il dott. Maurizio Ceriani è attualmente Business Service Manager & Quality Manager della Soc. BIZERBA SpA. Nel suo incarico il Presidente Ceriani sarà affiancato dai Vice Presidenti Fabio Martignoni (IBR INDUSTRIE BILANCE RIUNITE SpA) e Mauro Valli (ODECA Srl), dai Presidenti onorari Luciano Macchi e Sergio Ambrosetti e da un Consiglio Direttivo così rinnovato: Francesco Gallo (DITRON Srl), Massimo Mai (ANTONIO MAI Snc), Dario Corno (METTLER TOLEDO SpA), Massimo Zanetti (SOC. COOP. BILANCIAI CAMPOGALLIANO), Mauro Lenzini (LENZINI BILANCE snc).

Made in Italy alla luce dell’attuale scenario internazionale.

Marco Fortis, Vice Presidente Fondazione Edison, è intervenuto sul tema “L’Industria italiana nello scenario internazionale”. “Il nostro sistema manifatturiero ha dimostrato una buona tenuta in termini di surplus commerciale” – ha affermato – “nonostante la crisi abbia colpito la produzione dei grandi esportatori. Siamo il quinto paese per manifattura e il ventesimo in termini di efficienza energetica. L’Italia non ha subito nessuna debacle rispetto ai nostri competitor.

Anzi, ha perso assai meno di altri paesi. L’export italiano è addirittura allineato a quello della grande Germania. I dati OCSE, diffusi ieri, 6 ottobre, indicano chiaramente che gli unici 2 paesi che in termini di esportazioni crescono a tassi elevati sono APRE – AGENZIA PER LA proprio Germania (+0,8) e Italia PROMOZIONE DELLA RICERCA (+0,6)”.

EUROPEA (www.apre.it) Nella successiva Tavola rotonda, alla presenza dell’On. Andrea Ronchi, Ministro per le Politiche Europee, sono intervenuti i presidenti dei settori manifatturieri facendosi portavoce delle loro rispettive associazioni e presentando esigenze, richieste, proposte.

Si segnalano alcuni bandi per il FP7, Maurizio Ceriani confermato nei settori: Presidente Ucisp • Salute Milano, 29 settembre 2010 – In • Biotecnologie, prodotti alimentari e occasione dell’Assemblea dei Soci agricoltura

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N. 04ƒ ;2010 COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO (CEI) (www.ceiuni.it)

Gli apparecchi e i dispositivi elettrici ed elettronici sono utilizzati in condizioni di installazione e di operatività diverse. Uno stesso apparecchio quindi deve essere adatto a svolgere regolarmente le proprie funzioni sopportando varie condizioni climatiche (temperatura, umidità, irraggiamento solare, precipitazioni, ecc.) e sollecitazioni meccaniche (urti, vibrazioni, shock, ecc.). È importante che i prodotti rispondano adeguatamente a questa gamma ampiamente diversificata di condizioni garantendo comunque un elevato grado di affidabilità.

Gli apparecchi e dispositivi, prima di essere rilasciati, installati e diventare operativi, devono essere sottoposti a prove che simulino le condizioni climatiche e meccaniche che si prevede dovranno essere affrontate nelle varie fasi del ciclo di vita (trasporto, installazione, funzionamento, ecc.). Le prove ambientali (climatiche e meccaniche) garantiscono, se soddisfatte, che i prodotti elettrici ed elettronici rispondano adeguatamente alle più svariate condizioni climatiche e sollecitazioni meccaniche.

Generalmente le prove vengono richiamate e richieste nelle numerosissime norme di prodotto; in conseguenza, della varietà delle tipologie di prodotto e dei numerosi tipi di situazioni ambientali che devono af-

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• Tecnologie dell’Informazione e delle Comunicazioni • Nanoscienze, nanotecnologie, materiale e produzione • Energia • Ambiente e cambiamento climatico • Trasporti e Aeronautica • Scienze socioeconomiche e umane • Spazio • Sicurezza Visitare il sito alla pagina: http://www.apre.it/ricercaeuropea/Bandi.htm

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

frontare i prodotti stessi, emerge l’utilità di un Volume che raccolga i contenuti delle prove ambientali opportunamente raggruppati in base a finalità e caratteristiche e sulla normativa tecnica inerente.

Il nuovo Volume Guida CEI alle prove ambientali costituisce un efficace e pratico supporto per la verifica della capacità di un apparecchio, dispositivo o componente elettrico o elettronico di resistere e di funzionare in moltissime e diverse condizioni climatiche e sollecitazioni meccaniche. Contiene, inoltre, una scheda per ciascuna prova che riporta sinteticamente parametri, tolleranze, limiti, severità, varianti necessari per un’impostazione corretta e una classificazione esaustiva delle condizioni ambientali.

La Guida si rivolge a quanti hanno la necessità di orientarsi tra le numerose prove ambientali e le corrispondenti Norme, quali: tecnici di laboratorio, progettisti di apparecchi elettrici ed elettronici, normatori e addetti alla qualità, responsabili degli acquisti, ecc.

Il Volume è disponibile presso tutti i punti vendita CEI e il CEI WebStore al prezzo di € 85,00 (prezzo Soci € 68,00).

ISO – INTERNATIONAL STANDARD ORGANIZATION (www.iso.org)

La Norma ISO sulla Responsabilità Sociale è stata approvata per la pubblicazione ISO 26000, che guida le organizzazioni sull’implementazione della Responsabilità Sociale (RS), ha passato con successo l’ultima fase di sviluppo ed è stata approvata per la pubblicazione come Standard ISO. Per saperne di più, www.iso.org/ iso/pressrelease.htm?refid=Ref 1351

I.N.RI.M. – ISTITUTO NAZIONALE DI RICERCA METROLOGICA (www.inrim.it)

Formazione metrologica: stipula di un’importante convenzione I.N.Ri.M. – Ufficio scolastico Piemonte – GMEE Il 28 novembre scorso è stato firmato un importante protocollo di intesa tra l’ I.N.Ri.M., l’Ufficio scolastico del Piemonte e l’Associazione GMEE in tema di FORMAZIONE E PRATICA EDUCATIVA DELLA METROLOGIA, fondato sull’interesse primario di iniziative di formazione nell’ambito della Metrologia per le scuole di ogni ordine e grado (v. Tema di T_M 3/2010).

Con questo protocollo d’intesa, l’USR Piemonte, l’INRIM e il GMEE collaboreranno per l’attuazione di un Progetto di formazione dei docenti e di sperimentazione nelle scuole primarie e secondarie in materia di “Educazione metrologica“, costituendo ad hoc un Comitato Tecnico Scientifico. L’USR Piemonte si impegna a (i) mettere a disposizione le competenze professionali presenti, anche attraverso i docenti tutor e le scuole-polo delle reti operanti in materia, (ii) diffondere l’informazione e promuovere la partecipazione degli insegnanti ai corsi di formazione; individuare e formare docenti esperti per formare docenti delle scuole primarie e secondarie.

I.N.Ri.M., dal canto suo, svilupperà la divulgazione della cultura metrologica, individuerà gli esperti da affiancare ai docenti tutor, allestirà nei locali dell’Istituto laboratori didattici di Metrologia. Il GMEE, infine, collaborerà con l’I.N.Ri.M.

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COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

nelle attività formative e sperimenta- costituito un osservatorio meteorololi sopra descritte e previste dal pro- gico presso gli stabili della Scuola e in grado di pubblicare su internet getto. continuamente dati meteorologici.

Una bella esposizione di alcuni strumenti di misure meteoroL’ANNO DELLA METEOROLOGIA logiche verrà predisposta presso il Polo Museale di Montefiore dell’AA MONTEFIORE DI ASO (AP): so. Questi strumenti, come i seminaSEMINARI, LABORATORI, OSSERVATORIO METEOROLOGICO ri durante l’anno, daranno la possibilità agli studenti d’ispirarsi nella (www.misurando.com) costruzione di strumenti ed apparecchiature scientifiche che, a loro volta, saranno oggetto della XXI Giornata della Cultura Scientifica e Tecnologica (data da stabilirsi – verosimilmente in giugno 2011).

Dall’avvio dei lavori fino alle sua conclusione sono previsti circa 20 eventi! Un bel carnet per entrare semplicemente nel mondo della scienza e delle tecnica.

NPL – NATIONAL PHYSICAL LABORATORY A 60 anni dall’istituzione del WMO (www.npl.co.uk)

– World Meteorological Organization, i temi e le necessità che ne hanno determinato l’istituzione sono sempre più moderni e facenti parte della cultura di oggi giorno. Le Scuole Primarie e Secondarie di Montefiore dell’Aso (AP), comune insignito del titolo “I Borghi più belli d’Italia”, insieme a Misurando.com, esploreranno nel corso dell’anno scolastico 2010/2011 il mondo della meteorologia attraverso una serie di eventi volti a comprendere gli aspetti fondamenti caratterizzanti questa disciplina scientifica dai tanti risvolti sociali. L’lng. Oronzo Mauro insieme al Prof. Giampaolo Valori guideranno i giovani studenti montefiorani attraverso: seminari, laboratori di misura di grandezze meteorologiche, exhibition di strumentaria meteorologica, relazioni statistiche sulle condizioni meteo stagionali.

L’Ing. Mauro, a titolo di comodato d’uso gratuito annuale, concede alla Scuola di Montefiore una stazione meteorologica professionale della Oregon Scientific WMR928NX) con la quale verrà

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24-25 Gennaio 2011: Convegno dal titolo: “The new SI – units of measurement based on fundamental constants”. Organizzato da: Dott. Terry Quinn, Prof. Patrick Gill. Luogo: The Royal Society, 6-9 Carlton House Terrace, London SW1Y 5AG. Per saperne di più, www.npl.co. uk/events/24-25-jan-2011the-new-si

UNI – ENTE NAZIONALE ITALIANO DI UNIFICAZIONE (www.uni.com)

Dal Sito UNI: Per la competitività dell’industria l’Europa punta sulla normazione tecnica Stimolare la crescita e l’occupazione, promuovendo una industria forte, diversificata e competitiva: questo uno degli obbiettivi della stra-

tegia Europa 2020 che vede la Commissione europea fortemente impegnata sui vari fronti della realtà economica del continente. Ora, su iniziativa del vicepresidente Antonio Tajani, la Commissione europea ha adottato un importante documento di indirizzo – “Una politica industriale integrata per l’era della globalizzazione” – che traccia un quadro generale delle attività da sviluppare per una crescita industriale intelligente e sostenibile.

Tra le dieci azioni strategiche che vengono individuate per la concorrenzialità dell’industria in un mercato globale viene espressamente indicato il rafforzamento della normazione europea, come strumento utile a soddisfare i bisogni e le esigenze di competitività dell’intero comparto produttivo. Si tratta di un riconoscimento importante perché conferma il ruolo che le norme tecniche hanno e sempre più possono avere in futuro nel complesso della politica industriale comunitaria.

“L’industria costituisce una priorità dell’Europa e un presupposto imprescindibile per trovare soluzioni adeguate alle problematiche – attuali e future – della nostra società. L’Europa – ha dichiarato Tajani – ha bisogno dell’industria tanto quanto l’industria ha bisogno dell’Europa. Il potenziale del mercato unico, con i suoi 500 milioni di consumatori e i suoi 20 milioni di imprenditori, deve essere sfruttato appieno”.

L’industria europea sta riprendendosi gradualmente dalla crisi finanziaria ed economica degli ultimi anni e vi sono ragioni per confidare nella sua capacità di far fronte alle sfide poste da un contesto economico mondiale in evoluzione. Uno dei punti di svolta – sottolineato più volte anche dal presidente della Commissione José Manuel Barroso – consiste in un coraggioso impegno dell’industria europea nel campo della ricerca e dell’innovazione.

In questo contesto la normazione tecnica si conferma uno strumento fondamentale sul quale l’Europa punta con sempre maggiore convinzione.

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MISURE PER L’AMBIENTE E IL COSTRUITO

IL TEMA

Bruno Griffoni1, Carlo Giacomo Someda1, Gianluca Crotti2, Stefano Manzoni3

Il monitoraggio strutturale mediante tecniche a fibre ottiche

STRUCTURAL MONITORING SYSTEM

BY FIBER OPTICS TECHNIQUES

Nowadays the structural health monitoring systems based on fiber optics are becoming more and more widespread thanks to the great advantages provided by such a technology. Fiber optics-based monitoring systems allow to continuously check structures, even during their construction. This provides a full control, increasing structure stability and people safety. Furthermore, this solution is able to evidence damages or critical situations much earlier than traditional techniques (i.e. visual monitoring), improving reliability and lowering maintenance costs.

GHT Photonics is a well-skilled company in system design, with many years of experience in real time monitoring systems and fiber optics technology.

This company, in collaboration with Politecnico di Milano, has developed a new measurement system to monitor bridge pier scour in real time, which is presented in this paper. This system, based on fiber Bragg gratings, has already been installed in Borgoforte (Italy) and its reliability has been already proved by field tests.

RIASSUNTO

L’utilizzo di tecnologie ottiche per il monitoraggio strutturale di opere civili è attualmente in fase di notevole espansione. Questo tipo di monitoraggio può essere eseguito anche in fase di realizzazione dell’opera, garantendo una sicurezza e un controllo maggiore dei lavori. A costruzione completata, consente di individuare precocemente il degrado strutturale rispetto agli attuali metodi di controllo, riducendo i costi di manutenzione.

In quest’articolo la GHT Photonics srl illustrerà, come esempio di tecnologia ottica per il monitoraggio, il sensore di Bragg su portante ottica. La prima parte è dedicata a una descrizione teorico-applicativa del sensore stesso; la seconda e ultima parte presenterà un particolare e innovativo utilizzo del sensore di Bragg in un sistema di monitoraggio in tempo reale, realizzato con la partecipazione del Politecnico di Milano, per la determinazione dello scavo localizzato attorno ad una pila del ponte della ex SS62, nei pressi di Borgoforte (MN).

L’OTTICA PER IL CONTROLLO DI STRUTTURE

Nel panorama del monitoraggio di grandi strutture per uso civile, è senza dubbio in fase di notevole espansione quello attuato attraverso l’impiego di tecnologie ottiche.

I tradizionali sistemi di monitoraggio, essenzialmente basati su ispezioni visive, rilevano il degrado della struttura quando il danno fisico si è già verifica-

una pluriennale esperienza nella progettazione, fornitura e installazione di sistemi di monitoraggio con sensori in fibra ottica per la caratterizzazione di strutture in regime statico e dinamico, esperienza arricchita dal costante contatto con le più importanti Università ed enti di ricerca italiani e stranieri. La GHT Photonics srl si propone come partner privilegiato per la realizzazione di sistemi di monitoraggio basati su tecnologie interamente ottiche, fornendo al cliente un efficace supporto a 360 gradi, partendo dal progetto esecutivo fino all’assistenza post-vendita.

TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO SU PORTANTE FISICA BASATE SU RETICOLI DI BRAGG

Esistono molteplici tecniche d’interrogazione dei segnali provenienti dai sistemi basati su sensori in fibra ottica: nello specifico si analizzeranno i sistemi di monitoraggio basati sui reticoli di Bragg, definendone in primo luogo le caratteristiche principali e successivamente descrivendo una loro innovativa applicazione.

Questo particolare sensore viene di norma realizzato “illuminando” lateralmente il nucleo di una fibra a singolo modo di propagazione mediante una radiazione laser localizzata nell’UV. L’esposizione crea una variato: questo comporta alti costi di manu- zione permanente nell’indice di rifratenzione per il ripristino delle condizio- zione del nucleo della fibra, secondo ni di minima sicurezza; inoltre non risol- una modulazione ben definita. La vono il problema legato alla prevenzione. Da qui l’approccio rivolto al monitoraggio continuo della struttura, che si configura come una tecnica molto più 1 efficace per la determinazione precoce 2 GHT Photonics srl, Padova; Politecnico di Milano, Dip. I.I.A.R.; del degrado strutturale.

3 Politecnico di Milano, La GHT Photonics srl, azienda padovana fondata nel 2003, ha sviluppato Dip. di Meccanica una particolare competenza tecnica e crotti@polimi.it

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figura d’interferenza è costruttiva solo per una ben determinata lunghezza d’onda della luce incidente, mentre il resto della radiazione interferisce distruttivamente e attraversa il reticolo.

Fissando solidamente il reticolo alla struttura da esaminare, essendo la deformazione applicata legata alla variazione in lunghezza d’onda dell’impulso riflesso, dall’analisi di tale variazione si può risalire allo strain che in quell’istante sta agendo. In maniera del tutto analoga, essendo l’indice di rifrazione della fibra fortemente dipendente dalla temperatura, un reticolo di Bragg può essere utilizzato anche come termometro.

Una delle caratteristiche più innovative di tale tecnologia è la capacità di realizzare sistemi di monitoraggio multiplexati, composti cioè da un elevato numero di sensori posti in serie su una singola dorsale in fibra ottica:

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IL TEMA

grazie a questa peculiarità, gli effetti provocati da determinate sollecitazioni sui manufatti possono essere valutati nello stesso istante su tutta la struttura e con una sola unità d’interrogazione. L’unità d’interrogazione è un emettitore/ricevitore di luce che gestisce, acquisisce ed elabora le variazioni di lunghezza d’onda dei singoli reticoli presenti nella dorsale ottica.

Il reticolo di Bragg non necessita di alimentazione per il suo funzionamento (componente passivo) e i segnali in gioco sono esclusivamente ottici: ne risulta una completa immunità alle interferenze elettromagnetiche. La fibra ottica è una delle portanti fisiche con la più bassa attenuazione di segnale esistenti in natura: è possibile coprire distanze fino a 15-20 km tra il sistema d’interrogazione e la rete di sensori, senza necessità di dover procedere a una rigenerazione del se-

gnale. L’ultimo aspetto da tenere in considerazione è il valore progettuale che un approccio tecnologico di questo genere può avere sulla realizzazione e la manutenzione di una grande struttura: si parla di smart structure, cioè di manufatti in grado sia di fornire indicazioni strutturali durante la loro realizzazione (attraverso un monitoraggio delle parti che via via sono assemblate) sia di garantire nel tempo la massima affidabilità con il minor costo di esercizio, ponendo il proprietario nella condizione di intervenire tempestivamente ma solo quando necessario.

LA MISURA DELLO SCALZAMENTO DELLE PILE DEI PONTI

Un esempio innovativo dell’utilizzo dei reticoli di Bragg è un sistema di

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misura in cui GHT si è recentemente impegnata, nell’ambito di un progetto multidisciplinare con tre Dipartimenti del Politecnico di Milano, per lo sviluppo di un sistema di misura dello scalzamento delle pile dei ponti. Questo sistema di monitoraggio in tempo reale è stato realizzato per una pila del ponte della ex SS62 che collega Mantova a Modena, nei pressi di Borgoforte, Mantova.

Una pila di ponte posta in un alveo fluviale modifica l’idrodinamica della corrente causando un aumento di velocità locale con formazione di vortici nell’intorno della struttura stessa. Questo meccanismo consente di smobilitare il fondo del fiume intorno all’ostacolo, creando una buca d’erosione. L’erosione localizzata [1], che aumenta durante un evento di piena, può generare una buca talmente profonda da destabilizzare la pila e di conseguenza l’intera struttura del ponte, fino al suo collasso. Lo scavo localizzato alle pile dei ponti è la causa principale del crollo delle strutture d’attraversamento fluviale [2].

Attualmente, nel panorama mondiale, non esiste nessuna tecnologia che possa essere definita standard per il monitoraggio in tempo reale dell’erosione attorno alle pile dei ponti [3].

Lo strumento BLESS (Bed LEvel Seeking System), è basato su tecnologia in fibra ottica. Nello specifico è composto da una fibra singolo modo nella quale vengono ricavati i sensori di Bragg. Lo scopo dello strumento è determinare la posizione del fondo del fiume tramite misure di variazione di temperatura. Come discusso in precedenza il sensore di Bragg può essere utilizzato come termometro. Affinché ciò avvenga, si deve rendere insensibile il reticolo di Bragg alle deformazioni meccaniche. Ciò può essere realizzato sostituendo il rivestimento classico della fibra ottica con un tubo in acciaio, all’interno del quale la fibra “galleggia” in un gel termico. Questa particolare configurazione, realizzata solo dove è presente il sensore, consente all’acciaio di assorbire tutte le

IL TEMA

rente sarà, nel caso comune dei fiumi, inferiore rispetto alla variazione termica misurata sul fondo del fiume stesso. Tra tutti i sensori presenti all’interno della fibra ci saranno due senFigura 1 – Sensore di Bragg sensibile alle sole variazioni termiche sori adiacenti che restituiscono due deformazioni meccaniche in modo variazioni termiche notevolmente difche il reticolo di Bragg risulti sensi- ferenti, una più bassa, per l’ultimo bile alle sole deformazioni termiche sensore esposto all’acqua corrente e una più alta, per il primo sensore (Fig. 1).

Lo strumento è un sedimetro, ossia un interrato. Questi due sensori definisistema che deve essere infisso nel scono l’intervallo di quota entro il suolo per poterne determinare la posi- quale si trova il fondo del fiume. La zione: nello specifico posto vertical- risoluzione della misura dipende delmente a valle della pila oggetto d’in- l’interasse tra i sensori stessi. dagine. Lo schema sotto riportato Durante un evento di piena si crea (Fig. 2) permette di capire il funziona- una buca d’erosione attorno alla pila mento del sistema di monitoraggio (la (Fig. 2.b). Il generico sensore n+1figura è puramente indicativa). La esimo, che in condizioni normali è principale innovazione dello strumen- interrato, durante un evento di piena to, coperta da brevetto [4], consiste viene scoperto e rimane esposto alla nella presenza di un circuito elettrico corrente; il nuovo scambio termico che scalda il sensore, aumentandone per convezione aumenta il calore asportato diminuendo la temperatura la sensibilità. percepita dal sensore stesso.

L’evolversi della morfologia del fondo può essere monitorato individuando in ogni istante temporale i due sensori che definiscono il limite dei due ambienti: acqua corrente e fondo del fiume.

Figura 2 – Posizionamento dello strumento nei pressi Il sistema di modella pila di ponte. Schema indicativo nitoraggio è completato da Come mostra la Fig. 2.a i sensori pos- un interrogatore di fibra ottica e un sono trovarsi in due ambienti differen- computer che acquisisce tutti i ti: in acqua corrente oppure interrati segnali e gestisce anche l’accensionel sottosuolo. A seconda dell’am- ne e lo spegnimento del sistema biente circostante, parte del calore scaldante. La Fig. 3 mostra il sistema prodotto dal circuito elettrico verrà di monitoraggio realizzato a Borgodissipata per conduzione (nel sotto- forte. Il tratto di fibra contenente i suolo) o per convezione (in acqua cor- sensori di Bragg (30 metri con 34 rente). La variazione di temperatura sensori) è in questa foto completamisurata dai sensori esposti alla cor- mente sommersa dal livello del Po.

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IL TEMA

Figura 3 – A sinistra una foto della pila del ponte di Borgoforte con il palo in acciaio inox che sostiene e protegge lo strumento BLESS. A destra la centrale di controllo del sistema di monitoraggio

La connessione tra la centrale di controllo e lo strumento è garantita da un cavo di collegamento in fibra ottica.

Il sistema di monitoraggio appena descritto è ancora in fase di collaudo, ma sono già stati realizzati test di funzionamento (Fig. 4).

Per semplicità di lettura sono stati raffigurati solo i primi 14 dei 34 sensori presenti (il numero di fianco identifica la loro quota rispetto al livello del mare). Analizzando il grafico si nota una variazione repentina di temperatura tra il terzo e il quarto sensore: i primi tre sono in acqua corrente mentre i restanti sono interrati nel letto del fiume. Possiamo identificare il fondo posizionandolo tra il sensore 3 e il sensore 4. Per validare la misura sono stati utilizzati un ecoscandaglio (linea rossa) e un’asta posta vicino al palo in acciaio che sostiene la fibra (linea nera). Il risultato è evidente, cioè il sistema di monitoraggio in fibra ottica riesce a identificare la quota del fondo del fiume Po. In una situazione come quella presentata i sensori di Bragg appaiono una soluzione con pochi concorrenti. L’impiego in ambiente ostile sia per la presenza di acqua, sia per le imponenti sollecitazioni meccaniche ricevute dalle pile nel corso di una piena, non hanno permesso a oggi di disporre di misure affidabili proprio durante un evento di piena: la

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Figura 4 – Output dello strumento BLESS a Borgoforte

Stefano Manzoni, nato nel 1977. Laureato in Ingegneria Meccanica (2002). Dottorato di ricerca europeo in ingegneria dei sistemi meccanici (2006). Attualmente è BIBLIOGRAFIA ricercatore di ruolo al Dipartimento di 1. Melville BW. Pier and abutment Meccanica del Politecnico di Milano. scour: integrated approach. Journal of Autore di diversi contributi scientifici a Hydraulic Engineering 1997; 123( livello nazionale e internazionale nell’ambito delle misure e della dinamica 2): 125-136. dei sistemi.

soluzione proposta dovrebbe permettere di superare questo problema, proprio grazie ai sensori in fibra ottica.

2. Ballio F., Bianchi A., Franzetti S., De Falco F., Mancini M. (1998) “Vulnerabilità idraulica di ponti fluBruno Griffoni, nato viali”, proceedings XXVI Convegno nel 1961. Laureato in Nazionale di Idraulica e Costruzioni Ingegneria Elettronica Idrauliche, Catania 9-12 Settembre, (1989). Ha lavorato in vol. 3, 69-80.

Philips Automation 3. National Cooperative Highway (1990-1992), GHT GiotResearch Program (NCHRP) “Report to High Technology Spa 396: Instrumentation for Measuring dal 1992. Attualmente ricopre la carica Scour at Bridge Piers and Abutment”, di Amministratore Delegato.

1997.

4. Cigada A., Ballio F., Inzoli F. (2008). Hydraulic Monitoring Unit, application for international patent Carlo Giacomo Son. PCT/EP2008/059075. meda, nato nel 1941.

Gianluca Crotti, nato nel 1979. Laureato in Ingegneria Civile (2005).

Attualmente assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Idraulica del Politecnico di Milano.

Laureato in Ingegneria Elettronica (1964). Master of Science (Stanford U., 1966), Libero Docente (1971). Ordinario di Campi Elettromagnetici dal 1976.

Socio fondatore e Presidente di GHT Photonics, dal 2003 in tale veste si occupa anche di tecniche ottiche di monitoraggio.

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IL TEMA

Giorgio Vassena

Rilevamento tridimensionale con mezzo mobile all’interno di canyon urbani e tunnel stradali

NEW TECHNIQUES FOR THE THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENTS WITH A MOBILE VEHICLE INSIDE URBAN CANYONS AND ROAD TUNNELS

The mobile mapping approach, using TLS and digital cameras for the acquisition and GNSS, IMU and odometers for positioning, is having a great success in the mapping market. Some surveying problems are present where GNSS satellite positioning fails, and in particular in long tunnels or in urban canyons. The author has developed a pragmatic approach that, using a total station and a classic surveying approach make it possible to solve the positioning problem in these locations. A calibration approach to use commercial “fish eye” optics to color the 3D scan is proposed.

RIASSUNTO

L’impiego di mezzi mobili strumentati finalizzati al rilevamento tridimensionale non a contatto di costruzioni di centri storici, strade, infrastrutture di Ingegneria, ponti, viadotti, impianti industriali sta avendo una sempre maggiore diffusione. I mezzi mobili presenti sul mercato e commercializzati dalle principali case costruttrici di strumentazione laser a scansione (TLS – Terrestrial Laser Scanner) vedono montati sui mezzi mobili due componenti fondamentali. Il primo, finalizzato al posizionamento e orientamento nello spazio del mezzo mobile, è composto da odometri, sistemi inerziali (IMU – Inertial Measurement Unit) e sistemi di posizionamento satellitare GNSS (Global Navigation Satellite Systems), opportunamente integrati e sincronizzati tra di loro. Il secondo consistente nell’impiego di strumenti di acquisizione dell’informazione spaziale (laser scanner) e l’informazione fotografica tramite immagini digitali. L’approccio “classico” va però in crisi nelle applicazioni in cui il GNSS ha difficoltà a operare, come nei “canyon urbani” o nei tunnel. L’ottimizzazione della mappatura fotografica della scansione è un ulteriore passo che deve essere realizzato per la completezza del rilevamento tridimensionale. Si è deciso di ricorrere all’impiego di ottiche di tipo grandangolare, di complessa gestione a causa delle grandi deformazioni che tali ottiche comportano. Il presente articolo si occupa di fornire soluzioni a questo tipo di problemi.

IL PROBLEMA DEL POSIZIONAMENTO IN ASSENZA DI SEGNALE GNSS

L’impiego di sistemi GNSS/INS su mezzi mobili strumentati per il rilevamento tridimensionale del territorio trova sempre maggiore diffusione. Tali sistemi offrono infatti buona versatilità, pur con qualche problema legato ai “canyon urbani” e alla deriva dei sistemi inerziali nelle zone dove il segnale di posizionamento satellitare manca, come nel caso dei tunnel stra-

dali e ferroviari. Mentre nel caso dei tunnel ferroviari il vincolo rappresentato dal binario permette di operare con un sicuro riferimento dello stato di avanzamento del mezzo rilevatore, nel caso dei tunnel stradali si deve forzatamente ricorrere unicamente all’“Inertial Measurement Unit” (IMU) con accuratezze di posizionamento che si degradano rapidamente. Dunque nei lunghi tunnel stradali il problema di posizionamento sembra rimanere al momento irrisolto.

L’ipotesi che viene qui proposta è

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quella di ricorrere, per la definizione del posizionamento del mezzo e del suo orientamento, all’uso di strumentazione topografica classica, cioè stazione totale. Nel dettaglio si è realizzata una piattaforma per rilevamento attrezzata con un laser a scansione a misura di fase e con un set di prismi topografici di precisione. La piattaforma è rigida, permettendo l’alloggiamento del laser scanner e dei prismi in posizione ed assetto relativo costanti, tali da permettere, previa taratura, il calcolo della posizione e assetto della scansione laser rispetto a un sistema topografico denominato “terreno”. Il risultato del rilevamento, effettuato in modalità “stop&go”, è il rapido ottenimento di un rilievo tridimensionale di ampi settori del territorio.

TARATURA DELLA PIATTAFORMA PER IL RILEVAMENTO

La necessità di conoscere la posizione e l’orientamento di ogni singola scansione laser deriva dalla necessità di procedere rapidamente all’“unione” tra le scansioni, anche senza ricorrere ad algoritmi automatici ICP. Si procede dunque alla misurazione della variazione di posizione e assetto del laser a scansione tra una scansione e la successiva. La stazione totale segue il mezzo mobile osservando i prismi (da tre a quattro) collocati sulla piattaforma posta sul mezzo mobile. I parametri che descrivono il movimento del laser sono ottenuti dalla

Gexcel s.r.l. e Università degli Studi di Brescia giorgio.vassena@ing.unibs.it www.gexcel.it

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di una cortina di fabbricati, è stato realizzato disponendo una serie di target cartacei sugli edifici oggetto del rilievo e rilevandone la loro posizione con laser-scanner e stazione totale. Gli strumenti impiegati per il test, Figura 1 – Nuvola di punti della piastra nella configue sistema di riferimento intrinseco del laser razione standard della sola misura della posizione dei pri- piattaforma, sono i seguenti: smi, a patto di aver svolto la taratu• Automezzo: Fiat Multipla; ra tra la posizione e orientamento • Piattaforma “TopoCityModelling”; del laser scanner e la posizione dei • Laser scanner CAM2 Faro Phoprismi topografici. Il file contenente ton80; le posizioni dei prismi viene inviato Risoluzione verticale: 0,009° al software JRC 3D Reconstructor® (40 000 3D-Pixel a 360°) sviluppato da Gexcel s.r.l., che calRisoluzione orizzontale: 0,00076° cola in automatico i parametri d’o(470 000 3D-Pixel a 360°) rientamento delle scansioni e la loro Risoluzione angolare (or./vert.): unione. ±0,009° La procedura di taratura permette la Velocità massima di scansione determinazione della posizione di ciasull‘asse verticale: 2 880 rpm scun prisma (A, B, C, D) (Fig. 1) nel Divergenza del raggio: 0,16 mrad sistema di riferimento del laser scanner, (0,009°) e viceversa. L’obiettivo è raggiunto Diametro del raggio all’uscita: riprendendo una scena indoor opportu3,3 mm, rotondo namente attrezzata con target cartacei • Stazione totale di riferimento, la cui posizione è stata Accuratezza di misura angolare di determinata in modalità indipendente 0,5’’ (ISO 17123-3) dal laser scanner e dalla stazione totaAccuratezza di misura della distanle nel sistema di riferimento della stesza 1 mm+1 ppm (deviazione stansa; la taratura si compie determinandard, ISO 17123-4) do, per mezzo della stazione totale, • 4 prismi di precisione anche la posizione dei 4 prismi montati sulla piastra. Le terne di coordinate Sono stati effettuati due stazionamenti dei punti omologhi (i target), acquisite in centramento forzato con la stazione in numero ridondante, permettono la totale per la misura della posizione determinazione, con stima ai minimi dei target cartacei e l’inseguimento quadrati, dei parametri di rototraslazio- dei prismi (determinazione della posine per il passaggio tra i due sistemi di zione di ciascun prisma in ognuna delle posizioni di stop del mezzo riferimento cartesiano. mobile). Il mezzo ha operato in modalità “stop&go”, e ha richiesto la preUn primo caso di studio senza di due operatori, uno per il In un caso di studio specifico, il con- pilotaggio del mezzo mobile e uno trollo sui risultati, effettuato all’interno per le operazioni topografiche di sup-

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porto. È stato rilevato un tratto con sviluppo longitudinale pari a circa 200 m, impiegando circa 50’ per 9 scansioni (il rapporto scansioni/ metro è elevato a causa dell’articolazione planimetrica del tratto rilevato).

I target sono stati misurati da entrambe le posizioni con la stazione totale per garantire la ridondanza della determinazione. L’accuratezza di determinazione del target tramite stazione totale è di un ordine di grandezza migliore rispetto alla misura con laser scanner.

Tramite l’impiego di JRC 3D Reconstructor® si sono potute unire le scansioni e posizionarle nel sistema di riferimento (SDR) “terreno” congruente con quello della stazione totale. Il controllo sui risultati ottenuti è fornito dal confronto tra le coordinate dei 4 target cartacei ottenute in modo indipendente dalle misure topografiche e dal laser, e riportate nel medesimo SDR. I vettori scostamento si attestano in media attorno ai 2 cm, e permettono quindi di procedere in automatico all’allineamento “fine” con tecniche numeriche (algoritmo ICP).

Test a Sirmione del Garda Un test operativo è stato realizzato all’interno del comune di Sirmione del Garda, caratterizzato da vie cittadine molto strette. Si è operato senza l’impiego di GNSS, IMU e odometro. Il mezzo mobile ha percorso il centro storico della cittadina bresciana permettendo di ottenere, in meno di una giornata di lavoro, il modello tridimensionale di circa metà del centro storico cittadino (Fig. 2). La produttività del metodo è risultata elevata.

Sintesi dell’approccio metodologico al posizionamento La mancanza del posizionamento GNSS del mezzo mobile e la non conoscenza dell’orientamento approssimato tra scansioni rende l’unione delle scansioni acquisite assai lunga e poco produttiva percorrendo tunnel stradali o canyon urbani. Poter conoscere la posizione e l’orientamento relativo tra scansioni successive permette di rendere assai efficaci tali approcci.

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nelle tre dimensioni spaziali pare oggi un risultato consolidato del rilevamento con laser a scansione, ma ancora molti sono gli aspetti da ottimizzare per rendere le rappresentazioni fedeli alla realtà. In particolare la Figura 2 – Estratto del modello tridimensionale possibilità di del centro storico di Sirmione del Garda abbinare all’informazioIL PROBLEMA DELLA MAPPATURA ne geometrica quella di colore ha FOTOGRAFICA ESTESA ancora diversi spazi di miglioramento. L’impiego di fotocamere digitali La rappresentazione della realtà con focali standard non permettere

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l’acquisizione dell’informazione fotografica relativa a tutta l’area scandita. Le ottiche utilizzate, spesso di tipo commerciale e dunque non fornite con un certificato di taratura, richiedono lo sviluppo di approcci in grado di realizzare il calcolo dei parametri di taratura e, per ogni scansione, dell’orientamento della fotocamera rispetto al sensore laser scanner cui è solidale. Al fine di raccogliere, in tempi limitati e con qualità accettabile, informazioni di colore che permettano di ricoprire completamente il dato acquisito con laser scanner, ci si è rivolti alle ottiche grandangolari e ultragrandangolari (fisheye), in abbinamento a fotocamere digitali non metriche di tipo prosumer o reflex professionali.

Tali ottiche introducono però deformazioni di entità cospicua, e il

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modello “pin-hole” deve essere “forzato” per riuscire a descrivere compiutamente il comportamento della lente e la forma delle immagini prodotte. L’introduzione, nell’ultima versione della libreria OpenCV, del terzo parametro (polinomio di ordine 6) di distorsione radiale ha permesso di raggiungere risultati migliori rispetto ai vecchi modelli a 2 parametri.

Di seguito si descrive il montaggio di una fotocamera al di sopra di un laser scanner terrestre, e il suo pilotaggio attraverso il software JRC 3D Reconstructor®. Ciò permette di effettuare scatti con campo di vista verticale di circa 180°, a passi angolari controllati attorno all’asse del laser, riducendo al minimo il problema della parallasse tra immagini e nuvole di punti. I valori dell’angolo “orizzontale” di scatto per ciascuna fotografia sono memorizzati e impiegati in fase di post-processamento per produrre un’immagine panoramica calibrata sulla geometria, riducendo al minimo le operazioni manuali di taratura e orientamento dei fotogrammi.

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materiale riflettente, del diametro di 150 mm, disposte nello spazio con posizione relativa nota e mantenute in posizione per mezzo di aste metalliche.

Per verificare l’uso di un pattern 3D nelle operazioni di taratura e orientamento della camera sovrimpressa sono state condotte due sessioni di rilevamento in laboratorio, riprendendo contemporaneamente target 2D (Fig. 3) e il pattern 3D (Fig. 4).

do il pattern 3D, è stata condotta manualmente la procedura di individuazione dei centri delle sfere riflettenti, stimati ai minimi quadrati sulle coordinate di alcuni dei punti della superficie – sulla nuvola di punti –, e sulla posizione di alcuni pixel del contorno sull’immagine, ipotizzando la forma di un’ellisse nel piano per la rappresentazione fotografica delle sfere. È da sottolineare il fatto che il pattern 3D ha una dimensione caratteristica di circa 1,5 m, e difficilmente può essere posizionato in modo tale da occupare completamente la scena ripresa dall’ottica fish-eye.

Il pattern 3D è stato impiegato anche in una sessione Figura 4 – Trattamento della nuvola di punti del pattern 3D test realizzata presso Piazza della Loggia È stata quindi effettuata la taratura a Brescia (Fig. 5). Anche in questo Descrizione del lavoro La strumentazione impiegata nei test è della fotocamera su due dataset di- caso è stato eseguito il procedimencostituita da un TLS a misura di fase, stinti, utilizzando la libreria di ta- to di taratura per individuazione dei da una fotocamera Nikon D80 (CCD ratura OpenCV implementata nel centri delle sfere nello spazio 3D e da 10,2 Mpixel) con ottica AF DX Fis- software JRC 3D Reconstructor®: nel nello spazio immagine. I parametri heye-Nikkor 10,5 mm f/2.8G (ango- primo caso sono stati riconosciuti di taratura della fotocamera sono lo di campo sulla diagonale di 180°), almeno 11 punti omologhi tra una stati calcolati anche, in precedenza, un “pattern 3D” costituito da sfere in delle immagini e la corrispondente in self-calibration per mezzo di un patporzione del- tern 2D (chessboard) ripreso da la nuvola di diverse angolazioni, in ambiente punti, pre- Matlab per mezzo del Camera Calistando parti- bration Toolbox for Matlab di Jeancolare atten- Yves Bouguet [Zhang, 99 e Bouguet, zione alla di- 2002]. I valori ottenuti sono stati stribuzione dei impiegati, dopo le opportune converpunti sull’im- sioni delle unità di misura (i primi magine (è ne- valori di fc e cc rappresentano fy e cy, cessario vin- i secondi fx e cx), per testare la bontà colare punti del metodo proposto. Noti i parametri alle estremità di orientamento interno ed esterno, le per governa- foto sono state mappate sulle scansiore le crescenti ni in maniera automatica. deformazioni Come detto è stata scritta una parte di radiali). Nel codice in grado di controllare lo scansecondo ca- ner laser e la camera fotografica, e il Figura 3 – Fase di taratura della fotocamera attraverso target 2D so, utilizzan- loro output viene organizzato in car-

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PROSPETTIVE FUTURE

I risultati ottenuti hanno permesso di sviluppare una soluzione hardware/ software in grado di effettuare rilevamenti ad alta produttività e con mappatura in alta risoluzione delle immagini fotografiche sulla scansione 3D, anche in assenza di strumenti per il posizionamento del mezzo mobile, ma Figura 5 – Pattern 3D nella sessione in Piazza della Loggia a Brescia unicamente con stazione totale. Lo sviluppo di uno strutelle, una per ogni sito di scansione. mento software che permette di gestiOgni cartella contiene quindi la scan- re le funzionalità del laser nella modasione, la sequenza di foto panorami- lità “stop&go” ha reso la procedura che e un file XML che descrive i dati facilmente utilizzabile anche da peracquisiti, compresi gli angoli di scatto sonale non specializzato. delle foto. Questo file viene inviato a Pur essendo coscienti che il rapido sviun modulo di processamento che, luppo delle tecnologie di matching tridata la taratura della camera, è in dimensionale automatico e della strugrado automaticamente di proiettare mentazione IMU porteranno presto a le foto sulla scansione, producendo produrre procedure e mezzi mobili in una nuvola di punti colorata e le foto grado di risolvere i problemi citati, “rettificate”. Conoscendo i parame- riteniamo che per un certo periodo di tri esterni della fotocamera (cioè la tempo le soluzioni proposte potranno matrice di rototraslazione della stes- permettere di realizzare rilevamenti in sa rispetto allo scanner) e gli angoli lunghi tratti di tunnel o di canyon di scatto (rotazioni sull’asse vertica- urbani, al momento assai difficilmente le) è possibile ricostruire la matrice rilevabili con l’approccio laser scandi rototraslazione della singola foto ner. rispetto allo scanner. Poiché le foto hanno tipicamente una certa sovrapposizione, la proiezione effettua BIBLIOGRAFIA anche un blending in modo da avere una transizione graduale da 1. Remondino, F. and Fraser, C., una foto all’altra. Il blending consi- 2006. Digital camera calibration ste di una media pesata del valore methods: consideration and comparidi colore dei pixel, con peso che sons. International Archives of Photodipende dalla distanza dal bordo grammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol.36(B5), dell’immagine.

Il software prodotto permette quindi Dresden, Germany. di produrre, per ciascun sito di scan- 2. Remondino, F. And S. El-Hakim, sione, oltre a una nuvola di punti 2006. Image-based 3D modeling: a colorata dell’intera scena visibile, review. The Photogrammetric Record, anche “proiettori”, cioè immagini 21(115). orientate utilizzabili per testurizzare 3. Remondino, F., 2006, Imagemesh e superfici modello comunque Based Modeling for Object and Human Reconstruction, IGP ETH ottenute.

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Zürich Mitteilungen Nr. 91.

4. Amiri Parian, J., Grün, A., 2004: An advanced sensor model for panoramic cameras. International archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXV, Part B 5. Schneider, D., Maas, H.-G., 2004: Development and application of an extended geometrical model for high resolution panoramic cameras. International archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXV, Part B 6. Ingensand, H., A. Ryf, and T. Schulz (2003), “Performances and Experiences in Terrestrial Lasers canning”. Proceedings of the 6th Conference on Optical 3D M7 7. Zhang Z., 1998, A Flexible New Technique for Camera Calibration, Microsoft Research, Technical Report MSR-TR-98-71 8. Huising, E. J., Pereira, L. M. G. (1998). “Errors and accuracy estimates of laser data acquired by various laser scanning systems for topographic applications”. ISPRS J. Photogrammetry., 53 (5), 245-261.

9. Horn B.K.P. (1987), “Closed Form Solutions of Absolute Orientation Using Unit Quaternions,” J. the Optical Soc. Am-A, vol. 4, no. 4, pp. 629642.

Giorgio Paolo Maria Vassena, laureatosi al Politecnico di Milano, ora responsabile della cattedra di Topografia e Cartografia presso l’Università degli Studi di Brescia, si occupa di sviluppare e applicare le tecniche avanzate della geomatica nel settore del rilevamento, dei monitoraggi di precisione e della gestione di dati laser scanner. Dopo anni di ricerche in ambito accademico, nel 2007, insieme a un gruppo di giovani Ingegneri, ha fondato una società Spin Off dell’Università di Brescia, Gexcel srl, che si occupa di sviluppare applicativi software per il mondo laser scanner e di fornire servizi e consulenze di eccellenza nel settore della topografia e cartografia.

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Roberto Ottoboni, Marco Faifer, Sergio Toscani

Rilievo delle caratteristiche di calcestruzzi fibrorinforzati mediante tecniche di misura non distruttive

NON-DESTRUCTIVE TESTING OF SFRC ELEMENTS

In building construction, the increasing number of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) elements has encouraged the development of new methods for the verification of their mechanical properties. In particular there is a growing interest toward the study of non-invasive methods that can be used in the evaluation of already installed elements. The paper presents a method and a measurement system that allows to estimate the concentration, the average orientation and the size of the steel fibers. The novelty of the proposed technique is that these parameters are assessed through magnetic measurements, obtained by means of a probe laid on the surface of the material. The simplicity of the measurement system, the quantity and quality of the information, and the non-invasive approach, make this method very promising.

RIASSUNTO

Il diffondersi di manufatti realizzati in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre d’acciaio (SFRC) ha spinto a studiare e valutare nuovi metodi per la verifica sperimentale delle loro caratteristiche strutturali. In particolare, di grande interesse sono i metodi di tipo non invasivo, utilizzabili anche per la caratterizzazione in situ di elementi già posati. Nel lavoro si presentano un metodo e un sistema di misura sviluppati dagli autori per il rilievo della concentrazione, dell’orientamento prevalente e delle dimensioni delle fibre presenti negli SFRC. La novità dell’approccio proposto consiste nel fatto che la caratterizzazione del materiale avviene sulla base di misure di grandezze magnetiche, ricavate mediante il semplice accostamento di una sonda alla superficie del materiale. La semplicità dell’apparato di misura, la quantità e la qualità delle informazioni che si possono ricavare, e la totale non invasività del metodo, ne rendono molto interessanti le prospettive di sviluppo e impiego.

INTRODUZIONE

L’SFRC è ottenuto aggiungendo fibre d’acciaio al normale calcestruzzo, che gli conferiscono proprietà che normalmente non possiede. In particolare, in caso di fessurazione l’effetto “legante” dovuto alle fibre impedisce che essa si propaghi. La presenza di fibre può anche migliorare apprezzabilmente la resistenza del materiale alla trazione e al taglio. La facilità di preparazione di questi composti e il costo contenuto rendono sempre più frequente l’impiego di SFRC in svariate applicazioni, quali lastre per la

mente valori nominali di riferimento.

Le fibre, una volta immesse nel getto della matrice cementizia, tendono infatti ad allinearsi spontaneamente con la direzione del getto, per effetto del loro elevato rapporto d’aspetto. Fenomeni non infrequenti come “grumi” o “grovigli” di fibre possono ostacolare la regolare distribuzione delle fibre e il loro orientamento. Analoghi effetti possono derivare anche da difficoltà nella miscelazione e compattazione del calcestruzzo fresco.

Da questo quadro sintetico traspare chiaramente l’interesse per una valutazione della disposizione delle fibre all’interno dell’SFRC, in particolare della loro concentrazione e orientamento. Mentre nella pratica comune si privilegiano test distruttivi di provini del materiale, a livello di ricerca si sta invece rivolgendo l’attenzione verso metodi di misura in grado di valutare in modo non distruttivo le caratteristiche delle fibre all’interno della matrice cementizia. Gli approcci seguiti differiscono molto tra loro, ma quelli di maggiore interesse sono quasi tutti riconducibili a tecniche basate sulla misura di variazione di parametri elettrici. In particolare si possono citare: l’AC Impedance Spectroscopy [2], la misura della sola resistenza elettrica, in continua e a bassa frequenza [3] e la misura della permettività mediante tecniche riflettometriche a microonde [4]. Tuttavia tutti questi metodi presentano forti limitazioni d’impiego al di fuori dell’ambito del laboratorio, o incapacità di fornire informazioni congiunte su concentrazione e orientamento delle fibre o, ancora, una ridotta affidabilità.

pavimentazione, elementi prefabbricati, pannelli refrattari ecc..

Le caratteristiche meccaniche del composito dipendono ovviamente dal tipo di fibre utilizzate e dalle loro caratteristiche geometriche [1]. Un parametro particolarmente significativo è il rapporto d’aspetto, definito come il rapporto tra la lunghezza della fibra e il suo diametro: nel caso di fibre d’acciaio questo rapporto può essere compreso tra 20 e 70. Altri parametri importanti sono la concentrazione e l’orientamento relativo delle fibre all’interno della matrice di cemento, Politecnico di Milano di cui possono essere definiti sola- roberto.ottoboni@polimi.it

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N. 04ƒ ;2010 PRINCIPIO E SISTEMA DI MISURA

Partendo da una modellizzazione dell’SFRC, come matrice cementizia e fibre di acciaio con permeabilità magnetica rispettivamente µ0 e µFe>>µ0, è stato possibile definire il tensore di permeabilità magnetica effettiva del composto.

Sotto condizioni sufficientemente ampie è stato mostrato che tale tensore è diagonale e che ogni suo elemento, che rappresenta la permeabilità magnetica effettiva in una delle tre direzioni spaziali, dipende dalla concentrazione delle fibre e dal rapporto d’aspetto, ma non dalle dimensioni delle fibre [5]. Si possono dunque ricavare informazioni quantitative sulla concentrazione e sull’orientamento delle fibre mediante misure che riguardano parametri influenzati dalla permeabilità effettiva del materiale.

In particolare, si è scelto di misurare l’induttanza equivalente di un avvolgimento quando una quota significativa del flusso ad esso concatenato si richiude attraverso il campione da caratterizzare. A tale scopo si utilizza un nucleo a C di materiale ferromagnetico, su cui sono poste due bobine: una per l’eccitazione e l’altra per la misura. Appoggiando questa sonda con le due facce piane dei lati corti della C sul materiale

in prova, la mutua induttanza tra le due bobine varia: maggiore è la quantità di fibre contenute nella matrice, maggiore è la mutua induttanza. A parità di concentrazione delle fibre, il valore di mutua induttanza è massimo quando il lato lungo della C è allineato con la direzione preferenziale di orientamento delle fibre. In questo modo è possibile individuare il loro orientamento medio. Utilizzando un segnale d’eccitazione variabile nel tempo, la presenza delle fibre, oltre alla variazione di induttanza, dà luogo a effetti dissipativi. Misura di ciò è la componente della corrente assorbita (cioè la forza magnetomotrice) in fase rispetto alla forza elettromotrice indotta.

Poiché a fibre di dimensioni maggiore corrispondono perdite maggiori, sulla base della misura della variazione della potenza assorbita è possibile ricavare anche un’indicazione sulle dimensioni delle fibre. A questo proposito è necessario che le perdite dovute agli avvolgimenti e quelle dovute al nucleo magnetico siano trascurabili o comunque tali da poter essere compensate attraverso un’operazione di messa a punto preliminare del sistema.

Si è pertanto adottato un sistema a due bobine (per rendere nulli gli effetti delle perdite nel rame ai fini della misura) e un nucleo di materiale magnetico sinterizzato, in modo da poter spingere il segnale d’eccitazione a frequenze più elevate, enfatizzando così l’effetto delle perdite nelle fibre ma garantendo, al contempo, basse perdite magnetiche nel nucleo.

Attraverso simulazioni FEM si è ottimizzato il posizionamento degli avvolgimenti. La sonda finale è costituita da un nucleo a C, di lunghezza maggiore 125 mm, altezza 90 mm e sezione rettangolare di dimensioni 20 x 30 mm2.

Entrambe le bobine sono formate da due avvolgimenti separati, ciascuno collocato su uno dei due lati corti della C, e connesso in serie all’altro avvolgimento (Fig. 1). Il sistema di misura è composto da un oscillatore sinusoidale a sintesi numerica, il cui segnale viene inviato all’avvolgimento d’eccitazione.

Il segnale di corrente circolante, raccolto mediante shunt, e quello di tensione presente ai capi dell’avvolgimen-

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Su questo tema è in corso da tempo una collaborazione tra i Dipartimenti di Ingegneria Elettrica e di Ingegneria Strutturale del Politecnico di Milano.

L’obiettivo è quello di riuscire a conciliare requisiti e caratteristiche di misura adeguate con semplicità, facilità d’impiego e basso costo, per poter eseguire monitoraggi di manufatti già in opera. La novità nella strada seguita è l’avere indirizzato l’attenzione verso le proprietà magnetiche delle fibre, e quindi l’avere individuato un metodo in grado di fornire indicazioni sull’orientamento, sulla concentrazione e sulle dimensioni delle fibre stesse. Caratteristica rilevante è la sua facilità d’impiego, che non richiede alcun intervento invasivo sul manufatto da caratterizzare, ma prevede semplicemente l’accostamento di una sonda magnetica alla sua superficie.

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to di misura sono campionati simultaneamente mediante un sistema di acquisizione dati con risoluzione di 16 bit. Tecniche di elaborazione numerica dei segnali nel dominio della frequenza permettono d’ottenere la variazione di potenza dissipata e di mutua induttanza associate alla presenza di fibre nel materiale, rispetto ai valori che si avrebbero quando la sonda è posta lontano da oggetti ferromagnetici.

Figura 1 – Immagine della sonda magnetica realizzata

RISULTATI SPERIMENTALI

Sono state condotte numerose prove su manufatti in SFRC di caratteristiche costruttive note. In particolare si è operato su lastre di lunghezza 100 cm, larghezza 50 cm e spessore 13 mm. Una di esse era priva di fibre (codice S0), mentre nelle altre due vi erano fibre di lunghezza 13 mm e diametro 0,16 mm, con concentrazione di 50 kg/m3 (S50) e 100 kg/m3 (S100), rispettivamente. Una quarta lastra (S84) includeva fibre d’ugual lunghezza, ma con diametro 1 mm e concentrazione di 84 kg/m3. In tutte le prove sono state misurate le variazioni di potenza e di mutua induttanza nel campo di frequenze tra 1 kHz e 5 kHz. Per ogni punto della superficie analizzato e per ogni direzione di prova, la misura è stata ripetuta 5 volte, alzando e riposizionando ogni volta la sonda in modo da poter valutare anche la ripetibilità della misura, che si è sempre mostrata eccellente.

La direzione d’orientamento prevalente delle fibre può essere ben discriminata mediante l’analisi della variazione di mutua induttanza al variare dell’angolo

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con cui si ruota la sonda rispetto a una direzione di riferimento della lastra. Tra il valore massimo di variazione di mutua induttanza, coincidente con l’allineamento della sonda alla direzione delle fibre, e quello minimo, corrispondente ad una condizione di ortogonalità delle due direzioni, si riscontra una variazione compresa tra il 25% (nel caso di S100) e il 50% (S50).

La concentrazione delle fibre è dedotta mediando, nel punto analizzato, le misure della variazione della mutua induttanza nelle diverse direzioni. La Fig. 2 mostra come tale quantità sia in buona proporzionalità con la concentrazione: all’aumentare di quest’ultima aumenta anche l’induttanza. Questa caratteristica si mantiene con la frequenza, ad eccezione del caso del campione S84, in cui si evidenza una diminuzione della mutua induttanza con l’aumentare della frequenza.

Ciò è dovuto all’effetto delle correnti

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Figura 2 – Mutua induttanza misurata. I valori d’incertezza di ripetibilità nei punti di misura non sono visualizzabili perché troppo piccoli rispetto alla scala adottata

parassite, tanto più sensibile quanto maggiore è il diametro delle fibre. La variazione delle perdite è pertanto un parametro che può essere utilizzato per discriminare il diametro delle fibre. La Fig. 3 mostra l’incremento delle perdite in funzione della frequenza. Operando alle frequenze più elevate del campo di indagine, è possibile osservare che le

perdite mostrano sì dipendenza dalla concentrazione, ma ancor più rispetto al diametro delle fibre. Il campione S84 mostra perdite con valore circa doppio rispetto al campione S100, anche se quest’ultimo è caratterizzato da una concentrazione di fibre del 25% superiore.

La facilità con cui la sonda può essere spostata sulla superficie della lastra e

Figura 3 – Perdite misurate. Le barre d’errore nei punti di misura rappresentano l’incertezza di ripetibilità, espressa con un fattore di copertura 3

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with electrical resistivity measurements” J. NDT & E Int., vol. 41, pp.

638-647, Dec. 2008.

4. A. H. Sihvola, I.V. Lindell, “Effective permeability of mixtures”, PIER 6,. Progress in Electromagnetics Research: Dielectric Properties of Heterogeneous Materials, Elsevier Pub Co., New York, 1992, pp 153-180.

5. M. Faifer, R. Ottoboni, S. Toscani, L.Ferrara “Steel Fiber Reinforced Concrete Characterization Based on a Magnetic Probe” I2MTC ‘10 – IEEE Intrumentation and Measurement Technology Conference. Austin 36 May 2010 pp: 157-162.

Roberto Ottoboni è Professore Ordinario di Misure Elettriche ed Elettroniche presso il Dipartimento di Elettrotecnica del Politecnico di Milano. È autore di oltre 100 articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali e nazionali e memorie presentate nel corso di convegni internazionali. Dal 2006 è Fellow IEEE della I&M Society.

Marco Faifer nel 2008 ha conseguito il dottorato in Ingegneria Elettrica ed è ricercatore presso il Dipartimento di Elettrotecnica del Politecnico di Milano. È membro IEEE e coautore di più di 30 articoli scientifici pubblicati su rivista internazionale e presentati nel corso di convegni internaFigura 4 – Distribuzione della concentrazione delle fibre, lastra S100 zionali. La sua attività di ricerca si sviluppa nel campo dell’elaborazione numerica del segnale e delle misure su quella con cui possono essere elabora- S.P.: “Correlation among fresh state componenti e sistemi elettrici. ti i risultati di misura permettono di effet- behaviour, fiber dispersion and toughtuare vere e proprie mappature di inte- ness properties of SFRCs” ASCE JourSergio Toscani è dottore lastre, al fine di stimare la reale di- nal of Materials in Civil Engineering, rando di ricerca in Ingestribuzione delle fibre all’interno di 20 7 (2008), 493-501. gneria Elettrica presso il esse. La Fig. 4, a titolo d’esempio, mo- 2. Woo, L. Y., Wansom, S., Ozyurt, N., Dipartimento di Elettrotecstra l’andamento della concentrazione Mu, B, Shah, S. P., and Mason, T. O., nica del Politecnico di delle fibre in funzione della posizione, “Characterizing fiber disopersion in Milano. Nel 2007 si è cement composites using AC-Impedance laureato con lode in Ingegneria Elettrica rilevato per la lastra S100.

Spectrometry”, Cement and Concrete presso lo stesso ateneo. La sua attività Composites, 27 (2005), 627-636. di ricerca riguarda lo studio di sensori 3. J.F. Lataste, M. Behloul, D. Breysse per la misura di grandezze elettriche e BIBLIOGRAFIA “Characterisation of fibres distribution lo sviluppo di tecniche per la diagnosti1. Ferrara, L., Park, Y.D. and Shah, in a steel fibre reinforced concrete ca delle macchine elettriche.

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NEWS PLUG AND MEASURE: FRA LE RICHIESTE E LA REALTÀ

La tecnologia di misura è uno strumento essenziale per lo sviluppo dei prodotti: ma si tratta, appunto, di uno “strumento” non di un fine. Essa deve produrre risultati precisi, affidabili e operare rapidamente e in modo semplice. Quali sono i requisiti dei moderni sistemi di misura, dove stanno le difficoltà? Quale importanza ha la tecnologia di misura in fase di progettazione?

Quali sono le aspettative e le sfide da affrontare e dove sono le trappole economiche? Quali effetti e sviluppi ci sono all’orizzonte per i produttori?

Il tempo necessario allo sviluppo è una risorsa sempre più rara, dato che i nuovi prodotti devono essere immessi rapidamente nel mercato. La tecnologia di misura intelligente fornisce i dati necessari per un efficiente sviluppo di prodotti qualitativamente maturi. Di conseguenza le misurazioni devono essere operativamente semplici e intuitive. Perfino i non professionisti della tecnologia di misura, che sono focalizzati sulla propria produzione, devono essere in grado di interpretare i risultati significativi dai complessi dati di misura. Plug and Measure è pertanto essenziale alla tecnologia di misura mediante l’impiego di TEDS (Transducer Electronic Data Sheets), per la compensazione automatica delle condizioni ambientali e per verificare automaticamente i collegamenti. I sistemi universali recuperano i costi più rapidamente rispetto a quelli specialistici. I sistemi più efficienti sono quelli che sostituiscono numerosi strumenti specialistici poiché effettuano verifiche degli impianti concentrate nel tempo e riattrezzano il superfluo, sono in grado di misurare tutti i parametri in modo affidabile e supportano tutti i trasduttori delle tecnologie di misura correnti. La perfetta catena di misura comprende anche un potente software di analisi per la successiva ela-

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borazione. Solo la completa valutazione finale assicura un costante successo.

Tutti i costi sono rilevanti, compresi quelli nascosti che spaziano dall’appalto per la messa in funzione al funzionamento in esercizio e alle sostituzioni di parti: ad esempio, il frequentemente citato Total Cost of Ownership (Costo Totale di Proprietà). I centri di costo della tecnologia di misura riguardano l’addestramento, il tempo di familiarizzazione, la qualità dei risultati, la flessibilità, la manutenzione, la garanzia del futuro e la qualità dei servizi. Un prodotto a basso prezzo che, a causa del lungo tempo necessario per la messa in funzione, comporti un costo del personale dieci volte superiore, diventa poco conveniente a livello economico. Il software di simulazione rappresenta solo una ragionevole alternativa alla tecnologia di misura supportata da hardware, se i dati disponibili sono sufficienti. I risultati si possono verificare solo con dati di misura affidabili e ciò ci autorizza a pensare che la pura simulazione non sia sufficiente nel caso di nuovi materiali e scenari.

Quale tecnologia di misura soddisfa tutti i requisiti più importanti?

La funzione Plug and Measure (Inserisci e Misura) viene offerta raramente con prestazioni pienamente rispondenti al significato della terminologia. I piccoli fornitori, solitamente, possono configurare i sistemi in modo che soddisfino le specifiche solo con l’aiuto degli integratori di sistemi e utilizzando prodotti di diversi costruttori. Ma quale livello di sicurezza futura garantiscono questi sistemi? Sicurezza futura significa supporto continuo e fornitura di

parti di ricambio anche dopo parecchi anni: ciò comprende l’aggiornamento del software per le nuove versioni del sistema operativo, insieme alla stabilità economica del fornitore e al suo know-how innovativo. Un solo costruttore, invece, può fornire una catena di misura ottimamente strutturata senza problemi di interfacciamento. Come la HBM, ad esempio, che grazie alla lunga esperienza dei suoi ingegneri e in stretta collaborazione con numerosi clienti, ha prodotto un vero Plug and Measure con funzionamento intuitivo a tutti i livelli della catena di misura.

La panoramica dei sistemi di acquisizione dati (DAQ), recentemente pubblicata dalla HBM, aiuta a identificare rapidamente il sistema DAQ più appropriato per qualsiasi applicazione. In questo opuscolo sono chiaramente specificati e spiegati i principali dati tecnici e i vantaggi offerti da sistemi universali quali QuantumX e MGCplus e anche dalle solide famiglie di strumenti per applicazioni mobili, quali Genesis HighSpeed e SoMat eDAQ. Per ulteriori informazioni: www.daq-systems.com/it di Zoltan Teleki (Marketing Director, HBM Articolo pubblicato su HBMhotline.com n° 1/2010)

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IL TEMA

Michele Corrà1, Paolo Pivato2, David Macii2, Dario Petri2

WSNAP: una rete wireless riconfigurabile per misurazioni ambientali distribuite

WSNAP: A RECONFIGURABLE WIRELESS SENSOR NETWORK FOR DISTRIBUTED MEASUREMENTS

The growing diffusion of low-cost, reconfigurable embedded systems has fostered the development of distributed measurement instruments able to collect and to manage heterogeneous data sets in real time. In this context, the WSNAP platform is a flexible distributed measurement solution, which can be adapted with minor changes to the requirements of different applications (e.g., for environmental, structural and energy monitoring purposes), regardless of network topology and sensor types. WSNAP is a complete platform, as it includes hardware, firmware and software modules. To make WSNAP portable and userfriendly, the software side of the platform has been developed using standard, open source web technologies.

RIASSUNTO

La crescente diffusione di sistemi embedded riconfigurabili e a basso costo ha reso sempre più appetibile la creazione di strumenti distribuiti capaci di misurare grandezze eterogenee e di gestire i relativi dati in tempo reale. In tale contesto, la piattaforma WSNAP si configura come una soluzione a elevata flessibilità che può essere facilmente adattata a diverse applicazioni di monitoraggio ambientale, strutturale ed energetico, indipendentemente dal numero di nodi della rete e dal tipo di sensori impiegati. WSNAP è una piattaforma completa, in quanto include moduli hardware, firmware e software. In particolare, il software per la gestione della rete e dei dati acquisiti è stato sviluppato tramite tecnologie standard e “open source” per favorire la diffusione di WSNAP in contesti diversi e renderne agevole l’uso da parte di un utente remoto.

IL RUOLO DELLE WSN NEI SISTEMI DI MISURA DISTRIBUITI

I sistemi di misura distribuiti rivestono un ruolo essenziale, non più limitato al solo controllo di processi industriali, ma che riguarda anche la domotica, la sicurezza, e il monitoraggio di parametri ambientali (ad esempio per la gestione del traffico veicolare), strutturali (per il rilevamento di situazioni di pericolo in edifici) ed energetici (ad esempio per il rilevamento di anomalie nella rete di distribuzione dell’energia elettrica). Sebbene i sistemi di misura distribuiti, specialmente in ambito industriale, siano tradizionalmente basati su soluzioni cablate, esistono alcune situazioni in cui la possibilità di avere collegamenti radio rappresenta un notevole vantaggio [1]. Questo si verifica ad esempio quando i vari elementi del

sistema devono essere collocati in posizioni difficili da alimentare e quando, nel contempo, l’aleatorietà delle latenze di comunicazione e la ridotta robustezza delle comunicazioni wireless sono compatibili con i requisiti dell’applicazione considerata. Se a questo si aggiunge anche l’esigenza di raccogliere dati in modo capillare riducendo nel contempo i costi d’installazione, l’impiego di reti di sensori wireless (WSN) si profila come una soluzione flessibile e interessante [2].

Come è noto, il crescente interesse nei confronti delle reti di sensori wireless si scontra con numerosi problemi di tipo tecnico, che riguardano non solo aspetti di networking, di robustezza e di consumo, ma anche di gestione dell’informazione acquisita. Infatti una WSN deve non solo essere in grado di funzionare in modo autonomo e affidabile

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per periodi lunghi, ma deve anche essere in grado di organizzare, selezionare e fondere opportunamente diversi record di dati prima di raccoglierli tramite un PC, al fine di ridurre il traffico nella rete [3].

In questo contesto, la Wireless Sensor Network Application Platform (WSNAP) sviluppata da TRETEC S.r.l. in collaborazione con il gruppo di Embedded Electronics and Computing Systems dell’Università di Trento è stata realizzata con il duplice obiettivo di [4]: • consentire un’efficiente e agevole gestione della rete indipendentemente dal numero di nodi, dal tipo di sensori o dalla topologia della rete stessa; • permettere a molteplici utenti remoti di controllare lo stato di una rete di sensori e di visualizzare diversi insiemi di dati in modo semplice e intuitivo.

WSNAP è costituito da elementi hardware, firmware e software. Nel seguito, dopo una breve descrizione dell’architettura di WSNAP, verranno riportati i risultati di una sperimentazione condotta presso l’Università di Trento. I risultati riportati, per quanto non esaustivi, mostrano il corretto funzionamento di WSNAP in alcune condizioni operative d’interesse.

LA STRUTTURA DI WSNAP

La topologia

WSNAP è concepito per funzionare su WSN ad hoc con topologia mesh dinamica. La costruzione del percorso lungo cui viene eseguito il routing dei dati dipende dal compromesso tra la qualità della connessione tra nodi adiacenti e la disponibilità energetica di ciascun dispositivo. L’idea di principio è di ri1 2

Tretec srl – Polo Tecnologico di Trento; Università degli Studi di Trento

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IL TEMA

partire in modo uniforme l’attività comunicativa tra i vari nodi per prolungare la durata operativa della rete nel suo complesso. Tutti i dati acquisiti vengono instradati tramite connessioni multi-hop verso un nodo che funge da Base Station (BS) collegato a un PC tramite una connessione di tipo Universal Serial Bus (USB). Questo consente sia di alimentare il nodo BS senza dover ricorrere a batterie, sia di immagazzinare i dati in un opportuno database.

L’hardware

I nodi della piattaforma WSNAP sono denominati 3MATE!. Come mostrato in Fig. 1, ciascun nodo è composto da: • un microcontrollore TI MSP430F1611; • un modulo radio TI/Chipcon CC2420 conforme allo standard IEEE 802.15.4; • un modulo opzionale di memoria flash per immagazzinare notevoli quantità di dati;

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Figura 1 – Nodo 3MATE! (a) e relativa sensor board (b) da collegare a diverse tipologie di sensori

• un’antenna con struttura a “F” realizzata sullo stesso circuito stampato; • un connettore SMA per un’eventuale antenna opzionale esterna; • alcuni connettori di espansione I/O per la programmazione del nodo; • il collegamento con la sensor board, la quale a sua volta può includere diverse tipologie di sensori sulla base dell’applicazione specifica.

Al momento è in fase di collaudo una nuova versione dei nodi 3MATE!, dotata di un modulo radio TI CC2520 e di un più efficiente stadio di alimentazione. Tale configurazione infatti, a parità di dimensioni, è caratterizzata da una migliore sensibilità radio e da una riduzione media dei consumi dell’ordine del 20%.

Il firmware

I moduli firmware della piattaforma WSNAP sono stati sviluppati in C/NesC al fine di sfruttare le funzionalità del ben noto sistema operativo TinyOS e di agevolare la portabilità futura del firmware stesso su diversi tipi di microcontrollori. Se il nodo non è una BS, durante la fase di inizializzazione il firmware rileva quali sensori sono effettivamente presenti sulla sensor board. L’applicazione è concepita in modo tale da riuscire a gestire in modo flessibile nodi dotati di sensori diversi. Una volta conclusa l’inizializzazione, ciascun nodo accende periodicamente la sensor board e, concluso un transitorio di stabilizzazione dei sensori, acquisisce i dati da ciascuno di questi. Tali dati vengono

N. 04ƒ ;2010 infine ordinatamente inviati a un altro dispositivo della rete, situato più vicino alla BS. Allorché un nodo riceve un messaggio da un altro dispositivo, i dati corrispondenti vengono a loro volta inoltrati verso la BS in base a quanto previsto dall’algoritmo di routing. Dopo che tutti i dati sono stati trasmessi, i nodi entrano in modalità a basso consumo. Il periodo di risveglio può essere configurato dall’utente sulla base dei requisiti dell’applicazione considerata. Ogniqualvolta il nodo BS riceve un messaggio o una serie di messaggi, i dati vengono trasferiti al PC tramite la connessione USB.

mazioni relative a ciascun messaggio ricevuto dalla BS, come ad esempio i time-stamp associati a ciascun campione e i dati di misura stessi.

Grazie a un’interfaccia web opportunamente combinata con scripts PHP un utente remoto è in grado di estrarre diversi record di dati sensoriali dal Database. I dati così estratti possono essere mostrati in forma tabulare o grafica utilizzando la tecnologia flash e un opportuno plug-in di visualizzazione, come ad esempio Open Flash Chart.

PROVE SPERIMENTALI E RISULTATI

Il software

Il software per la gestione di WSNAP è basato principalmente su un applicativo Java chiamato TretecTrawler che permette di decodificare i messaggi ricevuti dal nodo BS per immagazzinarli in un apposito Database tramite comandi SQL. La base di dati può essere facilmente creata e modificata attraverso la distribuzione Appserv che integra Apache, PHP e MySQL in un unico ambiente. Naturalmente la struttura del Database dipende dai requisiti dell’applicazione considerata e comprende almeno: • una node table contenente informazioni generali su ciascun nodo, quali il suo codice identificativo (ID), la sua posizione/ruolo nella rete e il numero e tipologia di sensori presenti sulla sensor board; • una sensor table che descrive i tipi di sensori, i produttori, la portata e le relative caratteristiche metrologiche, se disponibili; • una message table nella quale vengono immagazzinate tutte le infor-

WSNAP è stato testato nei locali dell’Università di Trento. La rete prototipo è composta da una decina nodi, di cui uno collocato all’aperto, gli altri disposti in vari uffici del Dipartimento di Ingegneria e Scienza dell’Informazione (DISI). Tutti i nodi, a eccezione della BS, sono dotati di uno o più dei seguenti sensori: • un sensore d’illuminamento nel visibile • un sensore analogico di temperatura • un sensore digitale per la misurazione dell’umidità relativa dell’aria • un sensore capacitivo per la misurazione dell’umidità relativa del terreno. È opportuno precisare che tali sensori sono stati impiegati solo per verificare il corretto funzionamento della piattaforma, e che potrebbero essere sostituiti da altri sensori, senza apportare alcuna modifica al firmware dei nodi e con minime modifiche al database. Le prin-

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IL TEMA

cipali caratteristiche dei sensori utilizzati sono illustrate in Tab. 1. I valori d’incertezza si riferiscono alle condizioni di taratura indicate dai rispettivi produttori, quando disponibili.

Alcuni risultati sperimentali raccolti nel corso di una settimana sono riportati a titolo di esempio in Fig. 2, e si riferiscono a misurazioni di temperatura (a), illuminamento (b) e umidità del suolo (c), visualizzate tramite un browser. In (a) si considerano 5 nodi, la (b) si riferisce solo al nodo esterno rispetto a uno di riferimento collocato nell’oscurità completa; infine la (c) è relativa al solo nodo esterno. In (a) e (b) è chiaramente visibile un andamento oscillatorio dovuto all’escursione termica e luminosa giornaliera rilevata dal nodo esterno.

La risoluzione temporale delle curve in Fig. 2 è di 1 h. Più in generale, la risoluzione dipende dall’intervallo di osservazione richiesto dall’utente, per ridurre la mole di dati da trasferire al PC client e quindi il tempo richiesto per la loro visualizzazione.

Tabella I – Principali caratteristiche dei sensori usati nel corso della sperimentazione al DISI

Sensore

Tensione di alimentazione

Portata

Incertezza

Illuminamento

[2,2, 5,0] V

[0, 20 000] lux

±50 lux

Temperatura

[2,5, 5,5] V

[-40, + 25] °C

±0,5 °C

Umidità dell’aria

[2,4, 5,5] V

[0, 100] % RH

±3% RH

Umidità del suolo

[2,1, 15] V

[0, 100] % RH

–

Figura 2 – Dati raccolti tramite WSNAP da una rete di sensori allestita nei locali e nelle immediate vicinanze del DISI, presso l’Università di Trento. 2.a: valori di temperatura misurata da 5 nodi della rete.

2.b: illuminamento misurato da 2 nodi, uno all’aperto (nodo 202) e l’altro in ambiente chiuso e al buio (nodo 209). 2.c: umidità relativa del suolo nel cortile del Dipartimento

CONCLUSIONI E ATTIVITÀ FUTURE

WSNAP è una piattaforma completa, concepita e progettata per favorire l’uso di sistemi di misurazione distribuiti basati su WSN in diversi contesti applicativi.

I risultati raccolti tramite la rete prototipo hanno mostrato la sua flessibilità e facilità d’uso. La piattaforma è già stata utilizzata nel monitoraggio di tunnel stradali [5]. In futuro si prevede di usare una versione estesa di WSNAP in applicazioni di monitoraggio finalizzate alla riduzione dei consumi energetici.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

nical approaches,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no.

10, pp. 4258–4265, Ottobre 2009.

2. I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci, “A Survey on Sensor Networks”, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, N. 8, pp.

102-114, Agosto 2002.

3. D. Macii, A. Boni, M. De Cecco, D. Petri, “Multisensor Data Fusion,” IEEE Instrumentation and Measurement Magazine, Vol. 11, N. 3, pp. 24-33, Giugno 2008.

4. M. Corrà, L. Zuech, C. Torghele, P. Pivato, D. Macii, D. Petri , “WSNAP: a Flexible Platform for Wireless Sensor Networks Data Collection and Management,” Atti IEEE Workshop on Environmental Energy and Structural Monitoring Systems (EESMS), Settembre 2009 – www.wsnlab.it/wsnap.

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1. V. C. Gungor and G. P. Hancke, “Industrial wireless sensor networks: challenges, design principles, and tech-

NEWS

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IL TEMA

LAVORO SICURO NELLE STAZIONI DI ASSEMBLAGGIO SEMI-AUTOMATICHE Nuovo modulo opzionale di sicurezza SPLe per i sistemi di Assemblaggio Kistler Il nuovo modulo di sicurezza SPLe Type 2154… permette agli utenti dei sistemi di assemblaggio elettromeccanici Kistler NC di raggiungere il più alto grado di sicurezza tra le categorie definite per i sistemi di assemblaggio semiautomatici. Questo assicura un Livello di Prestazioni (PL) “e”, come definito nella nuova Normativa Macchine EN ISO 13849–1. I più recenti requisiti di sicurezza assicurano la massima protezione all’operatore di stazioni a carico/scarico manuale.

Il nuovo modulo è ideale per l’utilizzo su sistemi di assemblaggio Kistler di tipo NC nel loro impiego su stazioni automatiche e manuali, in cui i requisiti di sicurezza risultano essere oggi più che mai restrittivi. Infatti in sistemi con velocità superiori ai 10mm/s è richiesto un livello di sicurezza “e”.

Il nuovo modulo di sicurezza è progettato per l’uso con tutti i sistemi di piantaggio elettromeccanici Kistler appartenenti alle seguenti famiglie: NCFN Tipo 2153A…, NCFT tipo 2157A…, NCFH Tipo 2151B… o NCFB Type 2160A… per taglie di forza da 25 kg a 30 T, dotati di freno di stazionamento.

L’impiego di questo modulo di sicurezza nei

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Modulo di sicurezza SPLe Type 2154

sistemi di piantaggio Kistler in totale assenza di cinghie di distribuzione consente di avere un Sistema sicuro e affidabile.

Kistler gestisce diversi livelli di sicurezza nei suoi sistemi di piantaggio. I sistemi possono essere equipaggiati con l’opzione di sicurezza S2 nell’Indradrive Bosch–Rexroth potendo cosi raggiungere il livello di sicurezza SP “d” grazie alla riduzione automatica della velocità in condizione di sicurezza.

Il concetto di sicurezza su cui si basa il nuovo modulo 2154… comprende un affidabile sistema di verifica dell’effettiva fermata dell’asse nelle situazione di sicurezza. Il sistema effettua automaticamente una verifica periodica della funzionalità del freno e lavora in unione a un DMF-P A300 NCF 4734Axx o con il nuovo DMF-P A310 Universal 4740Axx e gestisce la fermata e la ripartenza dell’asse in accordo al livello di sicurezza PL “e” , utilizzando i segnali dalle barriere ottiche o i pulsanti a due mani.

Per informazioni: www.kistler.com

5. TRITON, Trentino Research & Innovation for Tunnel Monitoring [online] http://triton.disi.unitn.it/.

Michele Corrà si è laureato in “Ingegneria dei Materiali” presso l’Università di Trento nel 1999.

Nel 2003 vi ha conseguito un dottorato di ricerca in “Dispositivi Elettronici”. È cofondatore di TRETEC S.r.l., un’azienda spin-off operante nel settore della progettazione e prototipazione elettronica. Attualmente, l’Ing. Corrà è anche docente a contratto dei corsi di “Progettazione di Sistemi Elettronici”, e “Introduzione all’Elettronica dei Sistemi” presso l’Università di Trento.

Paolo Pivato ha conseguito la laurea specialistica in “Ingegneria delle Telecomunicazioni” presso l’Università di Trento nel 2009. È attualmente dottorando di ricerca in “Informatica e Telecomunicazioni” presso il Dipartimento di Ingegneria e Scienza dell’Informazione della stessa Università.

David Macii si è laureato in “Ingegneria Elettronica” a pieni voti presso l’Università degli Studi di Perugia nel 2000. Nel 2003 vi ha conseguito il dottorato di ricerca in “Ingegneria dell’Informazione”. Dopo alcune esperienze di ricerca all’estero, dal 2005 è ricercatore in Misure Elettriche ed Elettroniche all’Università di Trento, dove è docente dei corsi di “Elettronica per le telecomunicazioni” e “Microprocessori.”

Dario Petri ha ricevuto il dottorato di ricerca in “Ingegneria Elettronica” all’Università di Padova nel 1990. È attualmente professore ordinario di Misure Elettriche ed Elettroniche, e Direttore del “Dipartimento di Ingegneria e Scienza dell’Informazione” dell’Università di Trento. Dario Petri ha coordinato l’IEEE Instrumentation and Measurement Italy Chapter dal 2005 al 2009 ed è attualmente Vice Chair della IEEE Italy Section e Fellow dell’IEEE.

GLI ALTRI TEMI

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MISURE MECCANICHE A. Lucifredi*, P. Silvestri*, F. Tripepi*, G. Camauli**

Definizione di criteri per la qualifica a vibrazione di componenti meccanici Mediante il software LMS TEST.LAB mission synthesis

DEVELOPMENT OF CRITERIA FOR QUALIFICATION VIBRATION OF MECHANICAL COMPONENTS THROUGH SOFTWARE LMS TEST.LAB MISSION SYNTHESIS Mission Synthesis is a module of LMS Test.Lab. Its purpose is providing a formulation of technical specifications for industrial applications, following the “test tailoring” strategy [1]. This methodology is based on field acquisitions of time histories, at specific points of measurement, large enough and representative of the vibration level of the component, to be indicative of the device stress state during real operation conditions. The methodology produces the Maximum Response Spectrum and Fatigue Damage Spectrum, which represent the potential damage in terms of tensile strength and fatigue, respectively. The formulation of a specification occurs through the definition of the vibration profile which will have to be reproduced by the shaker in order to stress the component mounted on the shaker. The synthesis process can be carried out by arranging an appropriate time reduction for the test with the shaker, in order to easily simulate (introducing criteria to define the equivalence of the damage) longer times of the component, under the real operating conditions.

This article suggests a significant application of the Mission Synthesis procedure for an automotive case. The profiles of PSD made possible to simulate with a relatively short (6-8h) laboratory test the reliability of the component in relation to its use for durations equal to the average life of a land vehicle.

RIASSUNTO Mission Synthesis è un modulo del software LMS Test.Lab; scopo di questa applicazione è quello di formulare specifiche tecniche per la qualifica a vibrazione per la componentistica industriale, seguendo le linee guida del “test tailoring” [1]. Questa metodologia si basa sull’acquisizione sul campo, e in specifici punti di misura, di segnali accelerometrici rappresentativi del livello vibrazionale del componente, sufficientemente estesi in modo da essere rappresentativi dello stato di sollecitazione a cui è sottoposto il sistema in esame durante il suo reale funzionamento. Utilizzando questi segnali, la metodologia determina due funzioni, Maximum Response Spectrum e Fatigue Damage Spectrum, che rappresentano il danno potenziale sul componente rispettivamente per una rottura dovuta al superamento delle sollecitazioni ammissibili e per fatica. Il processo di sintesi può essere condotto impostando un’opportuna riduzione dei tempi di prova da eseguire con l’eccitatore in modo da poter agevolmente simulare (introducendo criteri per definire un’equivalenza del danno) durate del componente nel funzionamento reale notevolmente elevate.

Nel presente articolo viene riportata un’applicazione significativa nel caso veicolistico della procedura del Mission Synthesis. È stato possibile simulare con test di laboratorio della durata breve (6-8h) l’affidabilità del componente relativamente al suo utilizzo per durate pari alla vita media di un veicolo terrestre.

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IL PROCEDIMENTO DI QUALIFICA A VIBRAZIONE

La parte senza dubbio più complessa del procedimento di qualifica a vibrazione è la definizione della specifica tecnica con cui eccitare il componente montato sullo shaker; i test devono essere sufficientemente severi da assicurare che il prodotto sopravvissuto alla prova di “vibration control” resista alle condizioni operative reali e nel contempo rappresentative della condizione operativa per evitare una prova eccessivamente severa. Attualmente si seguono due strade per il reperimento delle specifiche: con la prima si fa ricorso a major standard predefiniti spesso di origine militare, mentre con la seconda si segue un procedimento chiamato “test tailoring” [1]. Tra i major standard più noti vi sono il MIL-STD 810 e il GAEMEG13. La seconda possibilità prevede invece di definire la specifica basandosi su dati rilevati durante un ciclo di sollecitazione rappresentativo del reale funzionamento; questo metodo risulta molto più lungo e dispendioso anche se porta a risultati migliori sotto ogni punto di vista.

Mission Synthesis è un modulo del software LMS TEST.LAB per giungere alla formulazione di specifiche tecniche per la qualifica a vibrazione per la componentistica industriale, seguendo le linee guida del “test tailoring”. Nel presente articolo viene riportata un’applicazione veicolistica della procedura nel caso nel caso veicolistico della procedura del Mission Synthesis.

*Laboratorio di Meccanica Generale e Meccanica delle Vibrazioni (MGMV), Università di Genova; ** LMS Italiana, Novara lucifredi@unige.it

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GLI ALTRI TEMI

TEST TAILORING

Il processo di determinazione di una specifica attraverso l’ausilio del “test tailoring” può essere suddiviso in 5 fasi. Nella prima si analizza il ciclo di funzionamento del componente in analisi (definizione della missione).

Nella seconda si acquisisce il massimo quantitativo di dati possibile attraverso una serie di rilevazioni sul campo; si eseguono poi analisi delle condizioni di danneggiamento (terza fase) e sono quindi calcolate le curve di danneggiamento globale (quarta fase). Nell’ultima fase si effettua la sintesi del profilo di prova da usare per le prove laboratorio con lo shaker [1].

Analisi delle condizioni d’uso Lo scopo di questa fase è la definizione delle condizioni di prova che verranno affrontate dal componente durante la sua vita tecnica. È conveniente suddividere il ciclo di vita del prodotto in più fasi elementari o scenari, in modo da poter gestire più facilmente la seguente fase di reperimento dati; generalmente la fase più significativa è quella di utilizzo, che può variare da utente a utente.

Rilevazione di dati sperimentali sul campo In questa fase si acquisisce una serie di dati che sia il più possibile rappresentativa delle condizioni operative [1].

della frequenza. Questa tecnica permette di prescindere dal comportamento dinamico della struttura, definendo il potenziale danneggiamento senza considerare le tensioni e le deformazioni nell’oggetto di prova. Per questo scopo il componente in prova viene semplificato in una serie di sistemi a un singolo grado di libertà e viene calcolata la risposta del sistema così semplificato all’eccitazione nota [1].

Le funzioni MRS e FDS devono essere viste come uno strumento di studio del danno potenziale permettendo il confronto tra diversi scenari di vita tecnica e combinazioni di questi. Nel caso particolare della funzione FDS, il danno per fatica viene calcolato utilizzando le curve del Wohler e il criterio del Miner applicate a ciascun sistema a un grado di libertà.

presentativa per la conduzione della prova di “vibration control”. Si sintetizza un profilo random PSD o un profilo sinusoidale a toni puri o sweep sulla base delle curve di danneggiamento globale precedentemente calcolate. Nel caso di fatica come causa principale di danno, la sintesi viene fatta a partire dalla funzione FDS, dato che questa contiene il potenziale di danno a fatica dei carichi originali; dal punto di vista della sollecitazione massima, la sintesi viene fatta sul parametro MRS, contenendo questo il potenziale di danno dovuto alla massima tensione rispetto ai carichi originali. Un parametro di sintesi fondamentale è la durata della prova: la quantità di danneggiamento per fatica dipende dal livello di prova e dalla durata della prova stessa. Per mantenere lo stesso livello di danno a fatica nel componente in esame, a una diminuzione della durata della prova deve corrispondere un incremento del livello di sollecitazione applicata alla struttura sulla base della legge di Basquin, con cui si approssima la curva di Wohler del materiale del componente.

Il profilo di prova risultante deve presentare, pur con una riduzione della durata del test, una funzione FDS molto simile a quella risultante dall’analisi del reale funzionamento. Tuttavia è necessario eseguire operazioni aggiuntive per poter ulteriormente validare il risultato. Bisogna condurre verifiche sulle SRS e MRS relative al reale funzionamento (LC) e alla specifica (SP); la condizione più auspicabile è: SRS > MRSSP > MRSLC.[1] che permette di affermare che il test risulta più restrittivo anche per quanto riguarda la massima sollecitazione ammissibile. È bene che la MRS della specifica non superi la SRS, onde evitare condizioni di prova eccessivamente severe.

Calcolo delle funzioni globali La quarta fase del processo di sintesi del profilo di prova prevede il calcolo di funzioni MRS e FDS globali a partire dalle stesse funzioni calcolate scenario per scenario. Le diverse situazioni vengono combinate in un unico profilo di vita equivalente. Se due fasi elementari sono sviluppate in parallelo, viene calcolata la funzione inviluppo MRS, assicurando così che il risultato rappresenti la combinazione con il più alto potenziale danneggiante.

Analogamente viene calcolata la funzione inviluppo FDS; nel caso in cui si voglia riprodurre una prova di shock, può essere calcolata la funzione shock response spectrum (SRS) [1].

Analoga procedura viene applicata nel caso in cui due fasi si sviluppino in serie. Per la funzioni MRS e SRS viene calcolata la funzione inviluppo per ottenere il valore più alto per ciascuna frequenza, verificando che il componente non sia sottoposto alla condizione di “overtesting”. Per il calcolo della FDS si considera la somma delle singole fasi in accordo col criterio di Miner che ipotizza una accumulo del APPLICAZIONI DEL MODULO danno a fatica [1].

MISSION SYNTHESIS

Elaborazione di un profilo di vibrazione equivalente al reale funzionamento In questa fase ciascuno scenario viene analizzato quantificando quanto sia dannoso per il componente in prova attraverso un modello equivalente. Il danneggiamento generato dalle vibrazioni principalmente deriva da una sollecitazione che eccede la massima oppure dal danneggiamento a fatica. Vengono definiti due parametri, uno per ciascun tipo di danneggiamento: Maximum Response Spectrum (MRS) e Fatigue Damage Spectrum (FDS), che rappresentano il po- Sintesi del profilo di prova Esempio di base tenziale danneggiamento associato L’ultima fase della procedura è la Utilizzando il modulo Mission Synthealle misure di vibrazioni in funzione definizione di una eccitazione rap- sis [2], dapprima è stato condotto uno

T_M ƒ 276

N. 04ƒ ;2010 Figura 1 – 1.a: MRS; 1.b: FDS di ogni singola fase

Si è quindi proceduto a definire una specifica sia per i casi in cui queste fasi elementari siano in parallelo sia per quelli in cui siano in serie. Nel primo caso si è calcolato l’inviluppo delle FDS e MRS, mentre nel secondo si sono valutati l’inviluppo delle MRS e la somma delle FDS. A partire da queste nuove funzioni, si passa alla definizione della specifica sotto forma ad esempio di PSD, decidendo la durata totale della prova (50’, ovvero una riduzione dei tempi nella fase di test di circa 1/3) e prendendo la fatica come aspetto critico. Per validare i profili di PSD ottenuti (Fig. 2.a), oltre a valutare la coincidenza delle FDS della spe-

cifica e della simulazione, si deve quindi verificare che la MRS della specifica sia maggiore di quella della simulazione (rosso). Questa condizione permette di concludere che la specifica verifica anche la condizione di massima sollecitazione. Nell’esempio questo è risultato vero per entrambi i casi (v. Fig. 2.b dove è riportato il confronto per il caso parallelo).

Figura 2 – 2.a: Profilo PSD per il caso parallelo e serie. 2.b: confronto tra MRS delle condizioni operative simulate e della specifica ottenuta da Mission Synthesis

Un caso automotive Si è considerato uno specchietto retrovisore esterno di una vettura di classe media. Si è condotta un’acquisizione utilizzando un accelerometro triassiale PCB 356A15 posizionato in corrispondenza dell’attacco dello specchietto: questo punto di misura è stato preso come riferimento per lo stato vibrazionale del componente in esame, ed è lo stesso che sarà utilizzato nelle prove di qualifica a vibrazione per il funzionamento dello shaker. Si è utilizzato un sistema LMS Scadas Mobile Recorder dotato di GPS, memoria di archiviazione compact flash e gestione bluetooth tramite palmare.

L’acquisizione è durata 1,5 h,

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studio di base con dati creati “ad hoc”. Si sono considerati due segnali sinusoidali di accelerazione con ampiezze rispettivamente 2 e 6 g, frequenze 20 e 50 Hz e durata di 100 s per entrambi. Supponendo che ogni fase sia costituita dalla ripetizione per 100 volte del ciclo di sollecitazione rappresentato da ogni singolo precedente segnale, si ottengono per ciascuna le funzioni MRS e FDS di Fig. 1.

GLI ALTRI TEMI

durante la quale si sono percorsi tratti cittadini, tratti extraurbani, strade collinari più o meno sconnesse e percorsi autostradali in modo da poter ricoprire tutte le possibili casistiche di fondi stradali e funzionamenti della vettura in esame. Si è scelto di qualificare a vibrazione il componente per un funzionamento di 10 anni della vettura; questo è stato fatto ipotizzando di ripetere l’intero ciclo per 25 000 volte. Inserite le tre tracce relative ai tre assi X, Y, Z in Mission Synthesis, è iniziata la fase di calcolo, tenendo presente che occorre definire una specifica per ciascun asse. Avendo una sola fase, equivalente all’intera time history, è stato possibile valutare direttamente le funzioni globali MRS e FDS senza ricorrere a operazioni di inviluppo e somme e, quindi definire la PSD per ciascuno dei tre assi (Fig. 3.a). La specifica è stata elaborata sulla base della funzione FDS adottando una durata del test di 3 h.

Nella Fig. 3.b si riporta a titolo di esempio un confronto di MRS per l’asse X fra dati operativi e specifica: si nota come la specifica soddisfi anche la condizione sulla massima sollecitazione.

Sfruttando la possibilità di inserire i dati GPS in Google Earth™, si è suddiviso il percorso in differenti fasi elementari, corrispondenti a differenti condizioni stradali. Tale suddivisione è risultata utile per definire gli aspetti critici di utilizzo di una determinata autovettura considerando differenti condizioni di terreno, permettendo di definire una specifica dettagliata a seconda delle varie esigenze. Una volta eseguita la suddivisione in differenti partizioni di percorso, è stato possibile ricostruire una specifica che simuli in maniera adeguata il ciclo guida richiesto, dando il giusto peso ai vari tipi di fasi.

Si riportano a titolo di esempio i risultati della sollecitazione in direzione X dello specchietto: da ogni partizione di dati sono state ricavate le rispettive funzioni MRS e FDS (v. Fig. 4, dove si riportano le fun-

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GLI ALTRI TEMI

(a)

(b)

Figura 5 – 5.a: Shaker elettromeccanico Dongling ET-2-150 5.b: Il sistema LMS Scadas Mobile 01 posizionato in vettura

Figura 3 – 3.a: Specifica PSD per le 3 direzioni. 3.b: confronto MRS delle condizioni operative e della specifica ottenuta

Figura 4 – Confronto (4.a) FSD e (4.b) MRS di 3 diverse fasi

zioni per 3 fasi) e considerando le varie fasi come fasi in serie, si è proceduto con il calcolo dell’inviluppo di MRS e la somma di FDS. In questo modo si è proceduto a definire la specifica, considerando sempre una durata di 3 h. In quest’esempio,

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avendo ponderato allo stesso modo tutte le fasi, il risultato globale coincide con quello precedentemente ottenuto considerando l’intera acquisizione come un’unica fase; questo conferma l’attendibilità della procedura di sintesi.

impianti industriali. Ulteriori approfondimenti sulla metodologia sono tuttora in corso attraverso lo sviluppo di altri test case.

Riproduzione del profilo equivalente con controllo digitale Per realizzare fisicamente il test di qualifica si è utilizzato uno Shaker elettromeccanico Dongling ET-2150 caratterizzato da una forza massima di 2 200 N, controllato da LMS Test.Lab Vibration Control (Fig. 5). La prova è stata eseguita sollecitando il componente per il tempo previsto in fase di sintesi della specifica (3 h) e per ciascuno dei tre assi. La durata totale del test è stata di 9 h, al termine delle quali, comunque, non si è arrivati a rottura.

1. C. Lalanne, “Mechanical environment test specification development method”, CESTA, France, 1997 2. LMS International, “LMS.Test.Lab 10A – Reference Manual – Mission Synthesis”, Leuven (B), 2009.

UNO STRUMENTO POTENTE E AFFIDABILE

La presente attività ha evidenziato le potenzialità della metodologia del “test tailoring” nella definizione delle specifiche per la qualifica a vibrazione di componenti meccanici. Questo modulo sembra quindi uno strumento potente nel campo industriale che possa essere utilizzato in applicazioni di certificazione e gestione degli

RIFERIMENTI

Aleramo Lucifredi è laureato in Ingegneria meccanica. Ha svolto ricerca all’Università di Stanford. È Direttore del Dipartimento di Meccanica e Costruzione delle Macchine dell’Università di Genova. Responsabile del Laboratorio di Meccanica generale e meccanica delle vibrazioni, e Professore ordinario di Meccanica applicata alle macchine. È Presidente del Gruppo nazionale di meccanica applicata. È autore di testi universitari, contributi a libri e enciclopedie, numerose pubblicazioni scientifiche.

GLI ALTRI TEMI

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MISURE PER L’ENERGIA Francesco Adamo, Filippo Attivissimo, Attilio Di Nisio, Maurizio Spadavecchia

Pannelli fotovoltaici Un sistema per la caratterizzazione e il monitoraggio

CHARACTERIZATION AND MONITORING SYSTEM FOR PHOTOVOLTAIC PANELS The paper deals with the main scientific results, in terms of uncertainty evaluation, of a system for the characterization and the monitoring of photovoltaic panels under real or simulated operating conditions. The system estimates series and shunt resistances based on the acquisition of an I-V characteristic curve in any environmental condition. The developed procedure allows quality control of the panels, and is able to realistically simulate the performance of a plant composed of an arbitrary arrangement of identical panels in any environmental condition. In this way it is possible to estimate the productivity before the plant is built.

RIASSUNTO L’articolo presenta i principali risultati scientifici in termini di valutazione di incertezza di un sistema per la caratterizzazione e il monitoraggio di pannelli fotovoltaici in condizioni operative reali o simulate. Il sistema, a partire dall’acquisizione della caratteristica I-V di un pannello in qualsiasi condizione ambientale, permette la stima delle resistenze serie e parallelo del relativo modello. La procedura sviluppata consente di simulare in modo realistico le prestazioni di un impianto realizzato con una combinazione arbitraria di pannelli identici in qualsiasi condizione ambientale, per stimare la produttività dell’impianto stesso prima che esso sia realizzato.

IL RISPARMIO ENERGETICO E LE ENERGIE ALTERNATIVE: UNA SFIDA

La riduzione delle emissioni di anidride carbonica è un’esigenza ormai nota a tutti: il protocollo di Kyoto ha da tempo definito gli obiettivi che ogni Paese firmatario, Italia compresa, deve raggiungere per non incorrere in pesanti sanzioni economiche.

L’uso delle energie alternative è un fattore determinante per la riduzione delle emissioni inquinanti. Gli ultimi dati relativi all’Italia assicurano che il contributo all’inquinamento atmosferico dell’industria dell’energia si aggira intorno al 40%; è facile immaginare che solo l’incremento e l’ottimizzazione delle energie alternative potrà condurre alla riduzione di questo valore.

Già dal 2008, infatti, il Parlamento Europeo ha approvato il pacchetto clima-energia volto a conseguire,

trica nazionale (lato distributore).

La ricerca industriale cerca di sostenere il mercato lavorando su due fronti principali: da un lato migliorare il rapporto fra energia prodotta e superficie utilizzata investendo molte risorse nelle nuove tecnologie produttive o nei materiali alternativi al silicio; dall’altro ottimizzare i dispositivi e gli impianti fotovoltaici caratterizzandone il comportamento e le prestazioni in funzione dei parametri ambientali e topologici dell’impianto e attuando strategie di controllo più performanti.

La corsa all’incremento di produttività degli impianti comporta l’aumento dell’importanza della valutazione a priori della potenza prodotta da un campo fotovoltaico al variare delle condizioni ambientali e della radiazione solare. Di conseguenza diventa fondamentale in fase di progettazione la conoscenza delle prestazioni reali che un pannello può fornire. Molte sono le tecniche di indagine proposte a questo scopo, tutte riconducibili a due metodologie: la prima si fonda sull’analisi di dati provenienti da impianti pilota, la seconda si basa su procedure di simulazione il più possibile prossime alla realtà. I metodi che rientrano nel primo gruppo risultano essere onerosi sia dal punto di vista economico sia dal punto di vista temporale, in quanto necessitano di una base statistica notevole per produrre risultati attendibili; quelli che rientrano nella seconda categoria risultano economicamente vantaggiosi, ma richiedono una corretta modellizzazione del sistema e un’attenta analisi dei dati. L’efficacia dei modelli, nel predire l’effetto che le diverse condizioni ambientali e di carico potranno avere

entro il 2020, i seguenti obiettivi: (i) ridurre del 20% le emissioni di gas a effetto serra, e (ii) incrementare del 20% il risparmio energetico e la produzione da fonti rinnovabili. Queste misure consentirebbero anche di limitare la dipendenza energetica dell’Italia da altri mercati elettrici assicurando inoltre uno sviluppo economico e occupazionale non trascurabile.

Per queste ragioni negli ultimi anni l’Italia ha avviato una poderosa campagna di incentivi trainando le aziende verso una politica di investimenti sulle fonti alternative. Si è quindi sviluppato un mercato energetico, in particolare legato al fotovoltaico, vasto e capillare ma frammentato, che ha messo in luce una serie di problematiche che spaziano dalla corretta contabilizzazione dell’energia (lato produttore) alla verifica della qualità dell’energia (lato utilizzatore), fino Politecnico di Bari all’analisi della stabilità della rete elet- adamo@misure.poliba.it

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GLI ALTRI TEMI

sul singolo pannello e sull’impianto Purtroppo la (1) non è risolvibile anacomplessivo, è buona solo se la stima liticamente, e per ottenere I in funziodei relativi parametri è corretta. ne di V è indispensabile ricorrere a metodi numerici iterativi come quello di Newton-Raphson.

MODELLIZZAZIONE Nel formulare il modello di un panDI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO nello fotovoltaico o, più in generale, di un intero campo fotovoltaico, si In letteratura sono stati proposti nume- può semplicemente assumere che rosi modelli matematici che descrivono esso sia il risultato del collegamento in in modo più o meno dettagliato una serie e/o parallelo di un gruppo di cella fotovoltaica [1, 2]: quello che offre celle “gemelle”. Considerando Ns prestazioni migliori in termini di fedeltà celle in serie raccolte in Np stringhe in alla caratteristica corrente – tensione (I- parallelo, e ipotizzando condizioni V) reale è il cosiddetto “modello a due operative identiche, si ha: diodi” riportato in Fig. 1.  I pannello V  pannello   R spannello   R shpannello 

Figura 1 – Modello a due diodi di una cella fotovoltaica

Se le condizioni operative non fossero identiche (ad esempio a causa di un ombreggiamento di parte dei pannelli), occorrerebbe considerare il sistema di equazioni composto dai modelli di ciascun pannello e dai vincoli derivanti dalle leggi di Kirchhoff, per cui la corrente di stringa risulterebbe essere, in prima approssimazione, quella del pannello in quel momento “più debole”.

Il problema principale per valutare le potenzialità di un impianto fotovoltaico resta dunque quello di stimare i parametri caratteristici che, inseriti nel modello, permettano di predire il comportamento dell’impianto in molteplici condizioni ambientali e di carico. Tuttavia la soluzione non è banale. Infatti, nonostante la maggior parte dei parametri siano resi disponibili sui datasheet dei pannelli, il valore delle due resistenze Rs ed Rsh, che influiscono maggiormente sul rendimento del pannello, non lo sono, e tantomeno (1) sono misurabili in modo diretto. In letteratura sono presenti numerosi metodi di misura indiretta che richiedono un certo numero di prove effet-

Esso comprende: un generatore di corrente, controllato dal valore dell’irraggiamento G, che determina la corrente di corto circuito della cella; due diodi che modellizzano i processi di diffusione e ricombinazione dei portatori di carica elettrica; la resistenza di shunt Rsh che rappresenta le correnti disperse e la resistenza serie Rs che porta in conto la dissipazione di potenza sui vari collegamenti tra le celle. Si intuisce facilmente come il valore di queste resistenze influisca sul rendimento del pannello, e quanto possa essere importante la loro valutazione e il loro monitoraggio nel tempo. Il modello circuitale appena descritto viene matematicamente rappresentato dall’equazione assieme ad altre relazioni che tengono conto della dipendenza da temperatura e irraggiamento [3].  q( V +Rs ⋅I )  I = I L – I 0D1 e n1⋅k ⋅T – 1 –     ( + ⋅ ) q V R I s   V + R ⋅I s – I 0D 2  e n2 ⋅k ⋅T – 1 –   R sh  

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= Np ⋅ I = Ns ⋅ V N = s Rs Np N = s R sh Np

tuate in varie condizioni: tuttavia questi metodi risultano onerosi in termini di tempo e attrezzature richieste [5].

Un metodo alternativo, ma comunque efficace, prevede di stimare grossolanamente il valore iniziale di queste grandezze rielaborando i dati presenti sul data-sheet, per poi raffinare la stima utilizzando rilievi sperimentali della caratteristica I-V. Il nostro approccio si basa sul fatto che ogni cella ha una Rs che è dell’ordine di pochi decimi di ohm, per cui si può ritenere in prima approssimazione Rs0 = 0, mentre il valore iniziale di Rsh, indicato con Rsh0, può essere ricavato a partire da un’equazione proposta da Gow et al. [4] ma modificata sulla base del model(2) lo utilizzato a due diodi: R sh 0 = I MP

VMP  q − VMP   q − VMP  – I L + I 0D1 n ⋅k ⋅T  +I    e 1 – 1 0D 2  e n 2⋅k ⋅T – 1

(3)

Sulla base di valori iniziali è possibile ottenere buone stime di Rs ed Rsh attraverso la procedura descritta brevemente nel successivo paragrafo e più estesamente in [3].

RISULTATI SPERIMENTALI

Il set-up realizzato per verificare sperimentalmente la validità del metodo proposto è rappresentato in Fig. 2. La validazione è stata eseguita su un pannello IP10P della Istar Solar che fornisce 10 Wp, con una tensione a circuito aperto VOC = 21,6 V e una corrente di corto circuito ISC = 0,67 A.

Figura 2 – Schema del set-up sperimentale

N. 04ƒ ;2010 Per ottenere una caratteristica I-V completa per la stima del modello si è utilizzato un carico elettronico che fornisce in uscita una rampa di tensione nell’intervallo [0 – VOC]. I vettori di tensione e corrente sono acquisiti da un sistema automatico basato su bus GPIB controllato da un’interfaccia realizzata in LabVIEW®, mentre i parametri ambientali quali temperatura e irraggiamento sono misurati con una sonda Pt100 ed un piranometro di classe A collegati ad un datalogger interfacciato al PC supervisore tramite RS232.

Il sistema automatico realizzato funziona in due modalità differenti. Nella prima modalità il modello viene utilizzato per predire le caratteristiche I-V a partire dai parametri del modello (compresi quelli ambientali). In tal modo è possibile individuare eventuali scostamenti tra le prestazioni attese e quelle attuali, dovuti a malfunzionamenti o anomalie nell’impianto. Questa modalità è utile anche per eseguire studi di redditività di un impianto virtuale in cui l’utente può decidere quali pannelli utilizzare, come collegarli, ed eventualmente studiare cosa accade ombreggiandone una parte. La seconda modalità è invece utile per caratterizzare un pannello e determinare Rsh ed Rs. Una volta acquisita la caratteristica completa del pannello in determinate condizioni ambientali, una funzione MATLAB determina le due incognite secondo la seguente procedura: (i) si riportano i dati di targa del pannello alle condizioni attuali di irraggiamento e temperatura; (ii) si ricava il valore di Rsh0 attraverso l’equazione e si pone Rs0=0; (iii) si minimizza la funzione obiettivo K , dove:

ıı ıı

43. verticale Azienda leader di strumenti e sistemi di misura...

K = [K n ]n =1,...,N

  q( Vn + Rs ⋅In )   n1⋅k ⋅T  – 1 – K n = I n – I L – I OD1 e     

 q( Vn + Rs ⋅In )  V + R ⋅I  n s n  n2 ⋅k ⋅T  – 1 – K n = I n – −I OD 2 e    R sh   

(4)

e con pedice n=1,…, N sono indicati i diversi punti di misura. La (4) presenta una novità rispetto alla letteratura in materia; infatti essa risulta vantaggiosa dal punto di vista computazionale, in quanto non richiede l’uso di più cicli annidati per la sua risoluzione. Il processo di ottimizzazione si basa sull’algoritmo di LevenbergMarquardt che, oltre ad essere robusto, riesce a determinare una soluzione anche nel caso in cui la stima iniziale sia distante dal valore ottimo.

Alla fine del processo di stima le caratteristiche I-V reale e stimata vengono riportate in un grafico nell’interfaccia LabVIEW e salvate su un foglio di calcolo per eventuali ulteriori elaborazioni (Fig. 3). Il sistema prevede anche la generazione automatica di un report di prova.

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Figura 3 – Screenshot dell’interfaccia per la caratterizzazione di un pannello fotovoltaico

PRESTAZIONI DEL METODO DI CARATTERIZZAZIONE

descritta una procedura che, a partire dall’acquisizione di una caratteristica I-V in qualsiasi condizione ambientale, permette la stima delle resistenze serie e parallelo. La procedura sviluppata, oltre che per controlli di qualità, consente di simulare in modo realistico le prestazioni di un impianto formato da una combinazione arbitraria di pannelli identici, in qualsivoglia condizione ambientale, in modo da stimare la produttività dell’impianto stesso prima che venga realizzato. È attualmente in fase di sviluppo l’integrazione in un più ampio sistema che include servizi che vanno dalla diagnostica dell’impianto al monitoraggio della produttività fino alla gestione della sicurezza.

Inizialmente, le prestazioni del metodo proposto sono state valutate con esperimenti virtuali, valutando l’errore sistematico e l’errore quadratico medio in una vasta serie di simulazioni Monte Carlo. I test sono stati eseguiti simulando anche l’incertezza della strumentazione di misura. Per ogni condizione di prova simulata, l’esperimento è stato ripetuto 1 000 volte, Figura 4 – Capacità del modello di predire ricavando la distribuzione delle stime. la caratteristica in condizioni diverse da quelle A titolo di esempio si è ricavato che, in cui sono stati stimati Rs ed Rsh RIFERIMENTI in condizioni standard (25 °C, BIBLIOGRAFICI 2 1 000 W/m e A.M. = 1,5), gli errori quadratici medi nel caso peggiore (scelto tra diversi valori di Rs ed Rsh) e irraggiamento, queste possano esse- 1. A. Goetzberger, V.U. Hoffmann, re utilizzate con successo anche in Photovoltaic Solar Energy Generation, valgono: altre condizioni in un intervallo abba- Springer, Berlin, 2005. stanza ampio. Rimane aperto il pro- 2. N. Veissid, D. Bonnet, H. Richter, RMSE = m 0 , 23 Ω  Rs blema di modellizzare la dipendenza “Experimental Investigation of the RMSE = 0 , 024% Rsh  delle resistenze da T e G, anche se double exponential of a solar cell under illuminated conditions: considepiccola. ring the instrumental uncertainties in Un’ulteriore verifica delle prestazioni the current, voltage and temperaure del sistema è stata fatta sperimental- CONCLUSIONI values”, Solid State Electronics vol, mente attraverso una campagna di 38, n°11, pp. 1937-1943, 1995 misure realizzata outdoor in condizio- Il mercato del fotovoltaico sta spin- 3. F. Adamo, F. Attivissimo, M. Spani climatiche stabili. Sono state acqui- gendo i ricercatori a studiare il modo davecchia, “Characterization and site circa 70 caratteristiche, ciascuna di ottenere il massimo rendimento da Testing of a Tool for Photovoltaic di 100 punti, con temperature varia- questo tipo di tecnologia. In questo Panels Modeling”, IEEE Transaction bili nell’intervallo 35÷41 °C e irrag- contesto risulta di notevole importan- on Instrumentation and Measurement, giamento 700÷970 W/m2. Da ognu- za capire quando un pannello foto- in press. na è stata tratta una stima sia di Rs voltaico giunge a un punto critico in 4. J.A. Gow, C.D. Manning, “Deveche di Rsh. In termini quantitativi si è termini di prestazioni e deve essere lopment of a photovoltaic array model osservato che, utilizzando il modello sostituito, così come è importante for use in power-electronics simulation stimato, si ha un errore inferiore al 2% monitorare la produttività di un im- studies”, IEE Proc.Electr.Power Appl, nella predizione del punto di massima pianto per definire efficaci strategie vol 146,.n°2, pp. 193-200, March. potenza. In Fig. 3 si nota come il di manutenzione preventiva. Uno 1999. modello utilizzato segua fedelmente le degli elementi chiave da monitorare 5. D. Pysch, A.Mette, S.W. Glunz, “A caratteristiche I-V misurate. periodicamente sono le resistenze review and comparison of different Si è anche osservato che Rs ed Rsh equivalenti dei pannelli, il cui valore methods to determine the series resistdipendono debolmente da temperatu- non è noto e tantomeno riportato di- ance of solar cells”, Solar Energy ra e irraggiamento. Ciò comporta rettamente sui data-sheet. Per rispon- Materials and Solar Cells, n°91, pp. che, una volta stimate Rs ed Rsh in una dere in modo semplice ed economi- 1698-1706, 2007, September 6-11, particolare condizione di temperatura co a questa problematica è stata 2009, Lisbon, Portugal.

T_M ƒ 282

N. 04ƒ ;2010 Francesco Adamo si è laureato in Ingegneria Elettronica nel 2000 e ha conseguito il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettronica nel 2004 presso il Politecnico di Bari.

Attualmente è Ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica del Politecnico di Bari dov’è titolare del corso di Misure sui Sistemi di TLC. Svolge attività di ricerca nel campo della conversione A/D e della visione artificiale. I suoi interessi includono la progettazione di dispositivi elettronici per il condizionamento e l’elaborazione numerica di segnali di misura, lo sviluppo di software applicativo per automazione industriale, la progettazione hardware e software di sistemi di misura e test automatizzati. Il Dr. Adamo è membro dell’associazione italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).

Filippo Attivissimo si è laureato in Ingegneria Elettronica nel 1993 e ha conseguito il dottorato di ricerca in Ingegneria Elettrica nel 1997. Attualmente è Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica del Politecnico di Bari.

Svolge attività di ricerca nel campo della teoria della stima, della sensoristica industriale e della strumentazione biomedicale. Si occupa di sistemi di visione artificiale, di power quality, di energie alternative e di test e modellizzazione di strumenti e sistemi digitali. Il Dr. Attivissimo è membro dell’associazione italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).

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Attilio Di Nisio è nato a Bari nel 1980. Si è laureato con lode in Ingegneria Elettronica nel 2005 e ha conseguito il titolo di dottore di ricerca in ingegneria elettronica nel 2009 presso il Politecnico di Bari. Dal 2005 lavora nel laboratorio di misure elettriche ed elettroniche del Politecnico di Bari. I suoi interessi di ricerca attuali includono: test e modellizzazione di convertitori A/D e D/A; teoria della stima; software per il controllo di strumentazione di misura; elaborazione di immagini per il controllo di qualità di superfici; OCR di esami clinici di laboratorio; sistemi per le misure di power quality basati su DSP; test e modelizzazione di pannelli fotovoltaici. Il Dr. Di Nisio è membro dell’associazione italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).

Maurizio Spadavecchia si è laureato con lode in Ingegneria Elettrica nel 2006 presso il Politecnico di Bari. Nel 2008 è stato assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Ambientale e per lo Sviluppo Sostenibile e dal 2009 è dottorando di ricerca in Ingegneria Elettrica presso il Politecnico di Bari.

Attualmente è impegnato in ricerche relative alla modellizzazione e monitoraggio di sistemi fotovoltaici. Il Dr. Spadavecchia è membro dell’associazione italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).

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NEWS

AMPLIFICATORI DI MISURA ORA CON INTERFACCIA IPM I controllori di processo MP85A FASTpress e MP85A-S EASYswitch di HBM vengono impiegati, rispettivamente, per il monitoraggio dei processi di piantaggio e delle prove di commutazione. Per fare questo i valori di misurazione dei trasduttori collegati vengono acquisiti e valutati direttamente nel controllore. In questo modo è possibile ottenere subito una valutazione qualitativa di quella fase di produzione.

Per questi due controllori è stata ora sviluppata una nuova interfaccia software, che consente un facile collegamento al software di gestione dei dati di processo IPM (IPM è un software di CSP GmbH & Co. KG, azienda che fornisce ai principali costruttori automobilistica le proprie soluzioni per il monitoraggio della produzione, i controlli di qualità e la documentazione). Grazie alla nuova interfaccia IPM i controllori di processo di HBM possono ora essere inseriti perfettamente nel relativo sistema, in modo tale che i dati di produzione acquisiti possano essere trasmessi direttamente a un server per la garanzia della qualità, la visualizzazione e archiviazione.

Oltre allo stato generale (la parte prodotta può essere “OK” o “non OK”) vengono trasmesse anche curve complete, ad esempio di un processo di

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I controllori di processo MP85A FASTpress e MP85A-S EASYswitch sono ora dotati di un’interfaccia IPM

piantaggio, nonché fino a nove finestre di valutazione. I dati possono essere osservati in tempo reale tramite un browser web. In questo modo è possibile monitorare un processo di piantaggio in tempo reale, senza che un operatore debba essere presente presso la macchina. In caso di problemi nella produzione è possibile reagire immediatamente: se si presenta un messaggio di errore, i responsabili della produzione vengono avvertiti automaticamente via SMS o e-mail. Grazie alla rapida valutazione degli errori la qualità della produzione aumenta e diminuiscono di conseguenza i costi legati alle azioni di richiamo.

Inoltre i dati possono essere valutati in dettaglio, per stabilire ad esempio le tendenze nei valori di misurazione. In questo modo è possibile reagire in anticipo ai problemi, prima ancora che vengano prodotti pezzi difettosi. Tutti i dati vengono conservati a lungo nella banca dati del software IPM, in modo da garantire la piena rintracciabilità dei pezzi prodotti.

Ulteriori informazioni sono reperibili sul sito web www.hbm.com/en/menu/products/ measurement-electronics-software/ industrial-amplifiers/ipm-integratedprocessdata-management

GLI ALTRI TEMI

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MISURE ELETTRONICHE Luca Oberto

Misura di potenza alle microonde: metodi tradizionali e nuove prospettive Articolo vincitore del Premio “C. OFFELLI” 2010

TRADITIONAL METHODS AND NEW PERSPECTIVES IN MICROWAVE POWER MEASUREMENT Two techniques for high frequency (HF) power measurement are described: the microcalorimetric technique and the heterodyne receiver radio technique. The former is used by national Metrology Institutes for the realization of power standards, while the latter finds applications in high sensitivity receivers for radio-astronomic observations. The last advancements in the realization of the Italian HF power standards are described, which allowed the enhancement of the I.N.Ri.M. metrological capabilities. Furthermore the characterization of a prototype receiver based on a superconductive Josephson effect mixer is described. The receiver performances are compliant with the design specifications, and close to the state of the art.

RIASSUNTO Sono descritte due tecniche per la misura di potenza in alta frequenza (AF): la tecnica microcalorimetrica e la tecnica radio dei ricevitori a eterodina.

La prima è utilizzata negli Istituti Metrologici per la realizzazione dei campioni primari di potenza, la seconda nei ricevitori a elevata sensibilità per applicazioni radioastronomiche. Sono presentati gli ultimi avanzamenti nella realizzazione del campione nazionale di potenza AF che hanno consentito di migliorare le capacità metrologiche dell’I.N.Ri.M.. I valori d’incertezza ottenuti sono di assoluto primo piano internazionale. Inoltre è descritta la caratterizzazione di un prototipo di ricevitore basato su mescolatore superconduttore a effetto Josephson. Le caratteristiche del ricevitore sono risultate rispondenti alle specifiche di progetto e molto vicine allo stato dell’arte.

LA MISURA DI POTENZA A MICROONDE

In ogni campo della scienza moderna in cui sono usate onde elettromagnetiche la potenza è una grandezza fondamentale. Essa, essendo legata all’energia trasportata dall’onda elettromagnetica, gioca un ruolo chiave nelle telecomunicazioni, in medicina, nella sicurezza e nelle scienze pure.

Misure riferibili sono fondamentali, ad esempio, per determinare la minima potenza necessaria per effettuare un collegamento radio tra due luoghi, o per assicurare che l’esposizione della popolazione alle radiazioni non ionizzanti rispetti i livelli di sicurezza.

In questo lavoro sono analizzati alcuni aspetti di due tecniche fondamenta-

li per misurare l’energia di un’onda elettromagnetica nel dominio delle alte frequenze: la tecnica bolometrica e la tecnica radio. La prima usualmente si applica a sistemi a larga banda, mentre la seconda consente anche misure spettroscopiche a banda stretta.

Il primo aspetto è analizzato da un punto di vista strettamente metrologico concentrandosi sulla realizzazione del campione primario di potenza AF tramite la tecnica microcalorimetrica.

La parte di lavoro sulla tecnica radio è dedicata alla caratterizzazione di dispositivi mescolatori basati su giunzioni Josephson di tipo SIS (Superconduttore - Isolante - Superconduttore) per applicazioni astrofisiche. È stato caratterizzato un mescolatore SIS a 94 GHz

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progettato e realizzato interamente all’I.N.Ri.M. per l’esperimento MASTER. I risultati ottenuti dimostrano la capacità tecnologica dell’I.N.Ri.M. nella realizzazione di questi dispositivi.

IL MICROCALORIMETRO

Negli Istituti Metrologici Primari (IMP), il campione primario di potenza AF è realizzato tramite la tecnica microcalorimetrica. I microcalorimetri sono stati sviluppati originariamente per sensori bolometrici ai quali si può applicare il principio di equivalenza tra gli effetti della potenza AF e in corrente continua (DC) [1]. Questo metodo consente di riferire le misure al Sistema Internazionale di unità di misura (SI) tramite il campione di tensione continua. La tecnica microcalorimetrica consente di valutare le perdite di un sensore di potenza quando esso è alimentato con una potenza AF e posizionato in una camera di misura termostatizzata ed elettromagneticamente schermata.

Recentemente è stato introdotto l’uso di sensori basati su termocoppia a riscaldamento indiretto, che sono meno sensibili dei bolometri alle variazioni di temperatura ambientale, e la cui banda di frequenza operativa si estende, in basso, fino alla continua. All’I.N.Ri.M. è stato realizzato un microcalorimetro a secco a linee gemelle per la taratura di questi sensori [2, 3] (Fig.1). Ciò ha consentito l’estensione delle capacità metrologiche dell’I.N.Ri.M. dalla banda 50 MHz – 18 GHz alla banda 10 MHz – 26,5 GHz. Con poche modifiche è prevista un’ulteriore esten-

Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.), Divisione Elettromagnetismo, Torino l.oberto@inrim.it

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GLI ALTRI TEMI

sione fino a 50 GHz. Tale microcalorimetro ha una camera di misura a tripla parete, stabilizzata termicamente con un sistema Peltier. Il sistema presenta due linee gemelle d’immissione coassiali terminate da due sensori identici: una è utilizzata per la misura, mentre l’altra come riferimento termico. In corrispondenza dei connettori dei due sensori è posto un sistema di termopile che misura l’innalzamento di temperatura causato dalle perdite nella linea d’immissione e nel sensore sotto misura (DUT).

Per una corretta valutazione sono necessarie misure aggiuntive per determinare appositi fattori di correzione, il più importante dei quali è dovuto alle perdite all’AF nella linea d’immissione. Solitamente la potenza DC è sostituita con una potenza a bassa frequenza (LF, 1 kHz) per evitare forze termoelettromotrici indesiderate, perché per perdite LF sono comunque trascurabili.

Uno studio accurato ha portato alla scrittura di modelli che tengono conto di diverse grandezze d’influenza sulla misura per correggerne gli effetti; essi stati validati tramite estese campagne di misura [4, 5].

L’utilizzo dei sensori tarati con queste tecniche come campioni di trasferimento per la disseminazione della grandezza richiede la determinazione di un ulteriore parametro detto fattore di taratura K:

(

K = ηe 1– Γ 2

)

Per validare questa metodica e i modelli impiegati, è stato effettuato un confronto informale con un altro IMP. Un bolometro in linea coassiale da 7 mm preventivamente tarato presso tale Istituto è stato successivamente tarato all’I.N.Ri.M., ed è stato effettuato un confronto tra le misure. Ne è risultata la completa compatibilità.

Figura 2 – Incertezza relativa totale estesa del fattore di calibrazione del campione di trasferimento I.N.Ri.M. basato su termocoppie a riscaldamento indiretto

(2) IL MESCOLATORE SIS

Figura 1 – Microcalorimetro I.N.Ri.M. a linee gemelle

TEORIA DEL MICROCALORIMETRO

Quando è fornita potenza AF al dispositivo di test (Device Under Test, DUT), la maggior parte di essa è convertita dal sensore stesso in una tensione DC, ma una piccola parte è persa nella linea d’immissione e nel montaggio (connettore, ecc…). È possibile valutare l’efficienza del DUT se si conosce la frazione di potenza persa. La parte critica della messa in pratica di questo concetto è l’abilità di distinguere tra la potenza persa nel sensore e quella persa nella linea.

In pratica, poiché le perdite alla DC sono trascurabili, è possibile inviare al DUT una potenza AF e, in seguito, una potenza DC che genera la stessa tensione VU in uscita e l’efficienza può essere calcolata come segue:

ηe =

PDC PAF

(1) VU =cos t

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dove Γ è il modulo del coefficiente di Ricevitori sensibili nel dominio milliriflessione del DUT. metrico e sub-millimetrico sono fondamentali per comprendere alcuni aspetti del mondo in cui viviamo. Ad esemRISULTATI DI MISURA pio i meccanismi che hanno portato al La valutazione dell’incertezza di misu- formarsi della vita, così come quelli ra è stata effettuata secondo quanto dietro l’evento del Big Bang, sono anprescritto dalla Guide for the expres- cora sconosciuti. Una conoscenza sion of the Uncertainty in Measure- dettagliata delle circostanze all’inizio ments [6] e, tramite l’analisi dei coef- del tempo e dello spazio può aiutare ficienti di sensibilità, è stato studiato a trovare la risposta ad antiche ma l’effetto dei singoli parametri sull’in- sempre attuali domande. A tale procertezza. Il più importante fattore di posito, i cosmologi da tempo studiano correzione è risultato essere dovuto il Big Bang. Il suo residuo, la radiaalle perdite AF lungo la linea d’immis- zione di fondo cosmico a 2,73 K, può sione; gli altri contribuiscono in ma- essere studiato nelle bande millimetrica e sub-millimetrica. niera meno rilevante.

Dopo aver calcolato l’efficienza, è Tuttavia, essendo i segnali molto deboli, stato calcolato il fattore di taratura sono necessari ricevitori di sensibilità con la (2), ed è stata valutata l’incer- estrema, ma la natura impone un limite tezza estesa relativa di misura (fattore superiore alla possibilità di acquisire di copertura k=2) nell’intera banda di informazioni. Tale limite è stabilito dal frequenza coperta (Fig. 2). La linea Principio di Indeterminazione di Heinel grafico mostra che l’incertezza è senberg. L’uso di dispositivi basati su minore dello 0,45% per tutte le misu- giunzioni Josephson come elemento re. Questo è un risultato eccezionale mescolatore nei ricevitori consente di se confrontato con le incertezze nor- avvicinarsi molto a sensibilità limitate malmente ottenute con sensori bolo- solo dall’incertezza quantistica. Lo svimetrici (in genere non minori dell’1%). luppo di questi dispositivi, però, richie-

N. 04ƒ ;2010 de elevatissime competenze tecnologiche che sono appannaggio solo di pochi centri di ricerca.

L’effetto Josephson su cui si basano questi dispositivi si realizza in giunzioni tra due superconduttori separati da un sottile strato isolante. Le equazioni che descrivono il passaggio di corrente nel dispositivo sono le seguenti: I = I c sen ϕ  V = h dϕ = h f  2e dt 2e

L’I.N.Ri.M. è incaricato di sviluppare il mescolatore a 94 Hz (Fig. 3). Esso è inserito in un montaggio in guida d’onda attraverso il quale giungono sul chip il segnale da ricevere e quello dell’oscillatore locale. Dalla porta d’uscita in linea coassiale è prelevato il segnale convertito alla frequenza di 1,5 GHz che è poi inviato a una catena di amplificazione, e ne è misurata la potenza tramite una circuiteria elet(3) tronica che realizza anche la polarizzazione del dispositivo.

dove Ic è la corrente critica della giunzione, ϕ è la differenza di fase tra le funzioni d’onda macroscopiche dei due superconduttori, –h è la costante di Planck h divisa per 2π, ed e è la carica dell’elettrone e f la frequenza. Esse ci dicono che, nella giunzione, può scorrere una corrente senza che si formi una tensione ai suoi capi, ovvero senza dissipazione, finché non si supera la corrente critica Ic. Dopodiché inizia a scorrere una corrente variabile di frequenza f in presenza di una caduta di tensione V. Se, al contrario, si irra- Figura 3 – Montaggio in guida d’onda aperto dia la giunzione con una radiofre- in modo da mostrare il chip del mescolatore quenza f, si produce una tensione ai capi della giunzione che presenta un Lo schema a blocchi del ricevitore è riportato in Fig. 4. Il segnale è andamento a gradini di valore: accoppiato con l’oscillatore locale tramite un beam splitter verso il h Vn = n f (4) trombino d’ingresso del mescolatore. Il segnale convertito è amplifi2e cato da un amplificatore criogeniin cui n è il numero del gradino. La co da 35 dB. In cascata è connesformazione di questi gradini è alla sa l’elettronica a temperatura ambase dell’uso metrologico di questi biente, costituita da due ulteriori dispositivi come campioni di tensione amplificatori da 40 e 20 dB seguicontinua e l’andamento fortemente ti dal sistema di acquisizione dati. non lineare assunto dalla caratteristi- L’oscillatore locale è un Gunn opca I-V è invece alla base del loro uti- portunamente stabilizzato. La maslizzo come elementi mescolatori nei sima temperatura di rumore che il ricevitori. ricevitore deve presentare è tra 100 e 130 K. RICEVITORE PER L’ESPERIMENTO MASTER

L’esperimento MASTER [7] consiste in un ricevitore a eterodina per le bande dei 94, 225 e 345 GHz basato su mescolatori SIS per misure della radiazione di fondo cosmico.

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GLI ALTRI TEMI

RISULTATI DI MISURA

La caratterizzazione del mescolatore è stata effettuata dapprima misurando il coefficiente di riflessione della porta d’ingresso in guida d’onda per diverse condizioni di adattamento. Successivamente è stata misurata la caratteristica tensione-corrente, per verificare che i processi d’impacchettamento nel montaggio non abbiano danneggiato il chip. È stata poi effettuata la caratterizzazione a 94 GHz misurando la temperatura di rumore totale del ricevitore con il metodo dell’Y factor [8], che consiste nel far vedere al ricevitore due carichi a temperature note TH e TL e nel calcolare il rapporto tra le due potenze corrispondenti ricevute: Y =

Pout ,H Pout ,L

(5)

La temperatura di rumore è data da: TN =

TH − YTL Y −1

(6)

Le due temperature scelte sono quella ambiente (TH=300 K) e la quella dell’Azoto liquido (TL=77 K). Le misure sono state effettuate nella banda 89-99 GHz e mostrano che, alla temperatura operativa di 4 K, le migliori prestazioni si hanno intorno ai 94 GHz come atteso. Poiché parte dell’elettronica deve ancora essere caratterizzata completamente, l’incertezza di misura non è stata valutata, e i risultati qui presentati sono da considerarsi come un limite superiore alle prestazioni del dispositivo. È così possibile fissare tale limite al valore di 110 K, valore in accordo con le specifiche dell’esperimento MASTER. Inoltre, siccome il limite del rumore quantistico a 94 GHz è di circa 5 K, il ricevitore presenta una temperatura di rumore circa 22 volte maggiore del limite quantiFigura 4 – Schema a blocchi del ricevitore MASTER per i 94 GHz stico [9].

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STATO DELL’ARTE

Nel campo della metrologia primaria in alta frequenza, l’incertezza di misura alle frequenze più alte era sempre superiore o pari all’1% soprattutto nei sistemi coassiali, e questa soglia appariva difficilmente abbattibile [10]. I lavori pubblicati dal gruppo di ricerca I.N.Ri.M. hanno, per la prima volta, dimostrato incertezze estese inferiori rimanendo sempre al di sotto dello 0,45%. Questi risultati hanno attirato l’interesse di altri Istituti: si è portato a termine un ciclo bilaterale di misura con l’IMP di Singapore (NMC-A*STAR) e un altro è in fase di preparazione con l’Istituto coreano (KRISS) che sta realizzando il suo sistema avvalendosi della collaborazione dell’I.N.Ri.M..

Nel campo dei ricevitori per la radioastronomia, invece, i mescolatori SIS sono ampiamente utilizzati sia da osservatori terrestri (posizionati in siti ad alta quota e con clima secco quali il plateau antartico od il deserto di Atacama in Cile), sia installati su aerei, palloni sonda o satelliti. La minor temperatura di rumore raggiunta allo stato dell’arte è tra 4 e 10 volte il limite quantistico [11]. Quella ottenuta con questo lavoro è circa 22 volte il limite quantistico. Il risultato è piuttosto vicino allo stato dell’arte ed è sicuramente promettente.

CONCLUSIONI

In questo lavoro sono stati presentati i recenti sviluppi nella realizzazione del campione primario di potenza in AF presso l’I.N.Ri.M. e i risultati della prima caratterizzazione di un mescolatore basato su giunzioni Josephson per applicazioni radioastronomiche coprendo due tecniche fondamentali nelle misure in alta frequenza. Il lavoro svolto sulla tecnica microcalorimetrica ha consentito la descrizione del sistema I.N.Ri.M. tramite un modello matematico comprendente tutte le grandezze d’influenza e il miglioramento delle

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GLI ALTRI TEMI

capacità metrologiche I.N.Ri.M. in termini di copertura in frequenza e incertezza di misura, ottenendo valori di assoluto primo piano internazionale.

La realizzazione del mescolatore SIS ha consentito di dimostrare le competenze dell’I.N.Ri.M. in un settore che richiede tecnologie maneggiate da pochi istituti al mondo. Il prototipo, realizzato nell’ambito dell’esperimento MASTER, è stato caratterizzato in termini di temperatura di rumore ed è risultato rispondente alle specifiche di progetto; inoltre le prestazioni si avvicinano molto allo stato dell’arte.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

9.L. Oberto, N. De Leo, M. Fretto, A. Tartari, L. Brunetti, V. Lacquaniti: Realization and preliminary measurements on a 94 GHz SIS mixer.

Proceedings of 16-th IMEKO TC-4 Symposium, Firenze, Italy, 22-24/09/2008, pp. 45-49 10. D. Janik, et. al., `Final report in CCEM Key Comparison CCEM.RFK10.CL (GT/RF 99-2) - Power in 50 - coaxial lines, frequency: 50 MHz 26 GHz - measurement techniques and results’, Metrologia, 43 - Technical Supplement, 01009, 2006 11. G. de Lange, `Quantum limited heterodyne detection of 400 - 840 GHz radiation with superconducting Nb tunnel junctions’, PhD Thesis, Rijksuniversiteit Gronongen, Groningen, Nl, 1994

1. A. Fantom, `Radio frequency and microwave power measurement’, IEE Electrical Measurement Series 7, Peter Peregrinus Ltd., London, UK, 1990 2. L. Brunetti, E. Vremera, `A new microcalorimeter for measurements in 3.5-mm coaxial line’, IEEE Trans., IM-52, 2, pp. 320-323, 2003 3. L. Brunetti, L. Oberto, E. Vremera, `Thermoelectric sensors as microcalorimeter load’, IEEE Trans., IM-56, 6, pp.2220-2224, 2007 4. L. Brunetti, L. Oberto, `On coaxial microcalorimeter calibration’, The European Physical Journal - Applied Physics, 43, pp. 239-244, 2008 5. L. Brunetti, L. Oberto, M. Sellone, E. Vremera, `Comparison among coaxial microcalorimeter models’, IEEE Trans., IM-58, 4, pp.11411145, 2009 6. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP and OIML 1995, Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement 2nd edn (Geneva: ISO) ISBN 92-67-10188-9 7. E. S. Battistelli, et. al., `MASTER: A Triple Heterodyne Receiver for Astronomy in Millimetre and Submillimetre Domain’, Publ. Astron. Soc. Aust., 19, pp. 323-327, 2002 8. Hewlett Packard, `Fundamentals of RF and microwave noise figure measurements’, Application Note 57-1, USA, July 1983

Luca Oberto è nato a Pinerolo (Torino) il 9 giugno 1975. Si è laureato in Fisica all’Università di Torino nel 2003 e ha conseguito il dottorato di ricerca in Metrologia al Politecnico di Torino nel 2008.

Dal 2002 al 2003 ha collaborato con la Sezione di Torino dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) lavorando all’esperimento COMPASS al CERN di Ginevra. Dal 2003 lavora presso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.) di Torino. I suoi interessi di ricerca principali sono nel campo della metrologia in alta frequenza e della realizzazione e caratterizzazione di mescolatori SIS per applicazioni astrofisiche nel dominio millimetrico e sub-millimetrico.

Il Dr. Oberto è membro dell’Associazione Italiana Gruppo di Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE). È stato vincitore del CPEM Early Career Award nel 2008 e del premio ”C. Offelli” del GMEE nel 2010 per il suo lavoro di dottorato.

CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

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LA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA Carlo Carobbi*, Marco Cati**, Carlo Panconi***

Il comportamento a radiofrequenza dei componenti circuitali passivi Il condensatore - Parte 1

THE RADIOFREQUENCY BEHAVIOR OF PASSIVE CIRCUIT COMPONENTS: THE CAPACITOR – PART 1 Starting from this issue of Tutto_Misure we begin to address a basic and important topic for those involved in Electromagnetic Compatibility (EMC) measurements and design: the radio–frequency (RF) behavior of passive circuit components. The discussion will be limited to linear components: resistors, capacitors, inductors and mutually–coupled inductors. Also, in a broad sense of the term “component”, we will also include in the list the short circuit and the open circuit. At RF it is essential to know the real behavior of components. Indeed, at RF the real behavior is markedly different from the ideal one, and this fact may originate unexpected experimental situations. For example what was designed does not work or does not fulfill specifications, or neither the measurement results, nor the qualitative behavior, correspond to expectations.

This first article (here we publish the first part) deals with the analysis of ceramic and electrolytic capacitors. In particular, we will present the equivalent lumped circuits which describe their RF behavior, and we will discuss the physical origin of each element in the equivalent model. Particular emphasis will be placed on the type of component assembly: Surface Mount Device (SMD) or Through–Hole (TH).

RIASSUNTO A partire da questo numero di Tutto_Misure iniziamo ad affrontare un argomento di base ed importante per chi si occupa di Compatibilità Elettromagnetica (CEM): il comportamento a radiofrequenza (RF) dei componenti circuitali passivi. La discussione si limiterà ai componenti lineari: resistore, condensatore, induttore e induttori mutuamente accoppiati e, in un’accezione ampia del termine “componente”, includeremo nella rassegna anche il corto circuito e il circuito aperto. A RF è essenziale che chi si occupa di progetto e misure CEM conosca il comportamento reale dei componenti. Il comportamento reale, infatti, è diverso da quello ideale, ed è all’origine di situazioni sperimentali inattese dagli inesperti. Ad esempio, ciò che si è progettato non funziona affatto o non funziona secondo le specifiche previste, oppure i risultati delle misure e magari nemmeno le tendenze corrispondono con quanto atteso.

In questo primo articolo (ne pubblichiamo la prima parte, la seconda nel prossimo numero) affronteremo l’analisi del comportamento dei condensatori ceramici ed elettrolitici. In particolare, presenteremo circuiti equivalenti a costanti concentrate capaci di descrivere il loro comportamento a RF, e discuteremo l’origine fisica di ciascun elemento del modello equivalente.

Particolare enfasi sarà posta sulla tipologia di montaggio dei componenti: superficiale (SMD, Surface Mount Device) oppure a foro passante (TH, Through–Hole).

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INTRODUZIONE

Le attuali frontiere dell’elettronica sono rappresentate da dispositivi di dimensioni sempre più ridotte, a fronte di un’altrettanto crescente necessità di elevate prestazioni: infatti, le frequenze di clock utilizzate sono sempre più elevate e le transizioni tra livelli logici differenti sempre più rapide. In quest’ottica la conoscenza del comportamento RF dei componenti circuitali rappresenta un requisito necessario sia per prevedere eventuali anomalie e mettere in atto gli opportuni rimedi, sia per interpretare comportamenti non intenzionali tipici della CEM (origine del modo comune, di emissioni non intenzionali, ecc.).

Perché il comportamento reale dei componenti circuitali si discosta a RF da quello ideale? Per rispondere a questa domanda occorre innanzi tutto focalizzare l’attenzione su cosa rappresentano, in termini fisici, un condensatore, un induttore oppure un resistore. Il condensatore C rende conto di un campo elettrico associato a una distribuzione di carica q prodotta dall’applicazione di una differenza di potenziale v tra due conduttori affacciati. L’induttore L rende invece conto del flusso del campo magnetico f associato a una corrente i che scorre in un cammino elettrico chiuso. Il resistore R, infine,

* Dip. Elettronica e Telecomunicazioni, Università di Firenze ** Ricerca e Sviluppo, Esaote S.p.A., Firenze *** Istituto Tecnico Industriale Statale “Silvano Fedi”, Pistoia marco.cati@esaote.com

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CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

rende conto della dissipazione di energia a seguito del passaggio di una corrente i in un conduttore. Con questi concetti in mente siamo adesso in grado di affrontare l’analisi del comportamento reale dei componenti.

IL COMPORTAMENTO RF DEL CONDENSATORE

La Capacità Un condensatore C è costituito da una qualsiasi coppia di conduttori (armature) separati da un isolante (dielettrico). Se è applicata una differenza di potenziale v tra le armature, le cariche libere presenti sulle armature stesse si separano, cioè il generatore sposta una carica, ad esempio positiva, da un’armatura, che quindi rimane caricata negativamente, e la deposita sull’altra, che quindi si carica positivamente. Sull’armatura collegata al potenziale più alto si dispone una carica +q mentre su quella collegata al potenziale più basso si dispone una carica –q. Le cariche sulle armature generano un campo elettrico nella regione di spazio compresa fra le armature stesse. La carica q è proporzionale alla differenza di potenziale applicata e la costante di proporzionalità, la capacità (si misura in Farad, simbolo F), è una caratteristica di quel particolare condensatore: C =

q v

(1)

Ad esempio, nel caso particolare di un condensatore circolare (Fig. 1) di raggio R a facce piane e parallele poste a distanza d il valore della capacità C vale: C = ε 0εr

πR 2 d

(2)

dove ε0=8,854 pF/m è la permittività dielettrica nel vuoto e εr è la permittività relativa del dielettrico. La (2) mostra come il valore della capacità del condensatore risulta dipendente dalla geometria della struttura e dalla permittività dell’isolante.

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Figura 1 – Capacitore a disco a facce piane e parallele

Vale la pena di fare due osservazioni.

In primo luogo la (1) prevede che fra le armature ci sia induzione completa, cioè se tanta carica di un segno è presente su un’armatura, altrettanta, di segno opposto, dev’essere presente sull’altra. Se parte della carica su un’armatura non s’induce sull’altra ma su un terzo conduttore, la descrizione del comportamento del componente richiede l’intervento di un terzo terminale corrispondente a questo terzo conduttore. Cioè il condensatore non è più un bipolo. In secondo luogo è interessante osservare che la carica in eccesso presente sulle armature non penetra all’interno dei conduttori se non per lo spessore di alcuni strati atomici. Invece, differentemente dalla carica, la corrente penetra nei conduttori, ed è per questo motivo che esiste l’induttanza interna (l’induttanza associata al campo magnetico presente all’interno di un conduttore per via della corrente che scorre dentro il conduttore) ma non la capacità interna (la carica sulla superficie delle armature si distribuisce in modo tale da annullare il campo elettrico nel metallo).

Com’è noto, applicando una differenza di potenziale v costante nel tempo non si ha alcun passaggio di corrente tra le armature del condensatore proprio per via dell’isolamento fra le due; al contrario, applicando una differenza di potenziale v(t) variabile nel

N. 04ƒ ;2010 tempo s’instaura tra le armature un movimento di cariche alle quali corrisponde una corrente elettrica di spostamento data dalla relazione: i( t ) =

dq dv ( t ) =C dt dt

(3)

Ricordiamo che all’interno del condensatore non c’è flusso di carica da un’armatura all’altra. La carica fluisce infatti attraverso i conduttori che collegano le armature al generatore. Tutto però va come se questo flusso fosse presente dentro il condensatore e prende nome di corrente di spostamento. La corrente di spostamento è del tutto equivalente alla corrente associata al flusso di cariche all’interno un conduttore (corrente di conduzione) ai fini del campo magnetico da essa generato.

In altre parole la corrente di spostamento genera un campo magnetico secondo le stesse regole che regolano la generazione del campo magnetico da parte della corrente di conduzione. Riprenderemo più avanti questo punto.

Passando nel dominio della frequenza la relazione che lega il fasore della tensione V a quello della corrente I è data da: I = jωC ⋅ V

(4)

buto allo scostamento dall’ideale del condensatore. Cerchiamo qui di calcolare l’induttanza interna Li, quella associata cioè al campo magnetico interno, sempre nel caso semplice del condensatore ad armature circolari di raggio R rappresentato in Fig. 1. L’induttanza esterna Le sarà invece valutata quando parleremo, in un prossimo numero di Tutto_Misure, del corto–circuito. Abbiamo che l’induttanza parassita è L=Li+Le. La corrente di spostamento fra le armature è uniforme, e genera un campo magnetico H(r) che segue un cammino chiuso circolare secondo la ben nota legge di Ampere: H( r ) =

1 I( r ) 2πr

(5)

dove con r s’indica la distanza misurata dall’asse del condensatore al punto dove si vuole calcolare il campo magnetico H(r) e con I(r) la porzione della corrente che fluisce attraverso la superficie abbracciata dal cerchio di raggio r, cioè I( r ) =

I r πr 2 = I   2 R πR

2

(6)

Sostituendo la (6) nella (5) si ottiene: H( r ) =

r I 2πR 2

(7)

L’energia magnetica UH immagazzinata nel volume V racchiuso dal concon ω=2πf pulsazione angolare e f densatore risulta: frequenza. Zc=1/ωC è l’impedenza 1 1 vista ai terminali del condensatore. Zc U H = µ 0 ∫∫∫ H 2dV = Li I 2 (8) 4 4 ha modulo che decresce al crescere v di f e fase –π/2 per qualsiasi valore di f. Nel seguito vedremo che per un dove µ0=4π.10-7 [Hm-1] è la permitticondensatore reale le caratteristiche a vità magnetica del vuoto. Sostituendo RF si discosteranno da quelle sopra la (7) nella (8), dopo qualche calcolo, citate. l’induttanza L si ottiene a partire dalla (9) come: L’induttanza parassita 2 La presenza della corrente I produce  r  inevitabilmente un campo magnetico Li = µ 0 ∫∫∫   dV = 2 v  2πR  H all’interno e all’esterno del con2 2π d R densatore. Per quanto detto nell’in r  (9) µ ϕ = d dz   ∫ ∫  2πR 2  rdr = troduzione, l’elemento circuitale che 0 ∫ 0 0 0 rende conto della presenza del µ campo magnetico è l’induttanza L = 0 d 8π che quindi rappresenterà un contri-

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CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

La (9) dimostra che il valore dell’induttanza interna del condensatore risulta dipendente solo dalle dimensioni geometriche dello stesso e risulta indipendente dal valore della capacità C. La resistenza parassita La presenza di inevitabili perdite all’interno del condensatore è responsabile di una dissipazione di energia che corrisponde, in termini circuitali, a un resistore parassita R. La resistenza R rende conto della dissipazione di energia sia per via delle perdite associate alla struttura metallica del condensatore (armature, reofori) sia per via delle perdite per isteresi nel dielettrico. Di fatto, il contributo della dissipazione di energia nel metallo è di solito trascurabile (specie se i reofori sono corti, dipende quindi dal montaggio del componente). Più importante invece è la dissipazione di energia nel dielettrico anche perché aumenta linearmente al crescere della frequenza f (diversamente dalle perdite nel metallo che crescono invece proporzionalmente a √f). Quest’ultima considerazione porta ad affermare quindi che anche il valore della resistenza parassita R del condensatore aumenterà proporzionalmente a f.

Inoltre, anche la resistenza R risulta indipendente dal valore della capacità C.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI (comuni alle due parti) 1. Yun Chase, “Introduction to Choosing MLC Capacitors.

For Bypass/Decoupling Applications”, AVX Technical Information.

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3. Howard Johnson, “Parasitic Inductance of a Bypass Capacitor”, EDN, Jul 20, 2000, pg. 32.

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N. 04ƒ ; 2010 Marco Cati si è laureato con lode ed encomio solenne in Ingegneria Elettronica all’Università di Firenze nel 2001. Dal 2005 è Dottore di Ricerca in Ingegneria dell’Affidabilità, Manutenzione e Logistica. Dal 2005 fa parte del reparto R&S di Esaote dove è responsabile delle verifiche di Compatibilità Elettromagnetica su dispositivi ecografici.

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

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

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I SERIALI MISURE E FIDATEZZA

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MISURE E FIDATEZZA Iacopo Trotta1, Maurizio Pignotti2, Marcantonio Catelani3

Chiariamoci sul concetto di Fidatezza Un primo contributo

LET’S CLARIFY THE CONCEPT OF DEPENDABILITY Up to today there is confusion about the terms used in the field of “Reliability”. In spite of the science of Reliability is old in the years, this is true in many contexts, also for industrial applications with high technology levels.

The aim of the paper concerns an overview of the terms correlated with Dependability, that is a qualitative performance of an item – a component, a device, an equipment, and so on. Referring to the Standard, Dependability is defined, in fact, as the collective term used to describe the availability performance and its influencing factors: reliability, maintainability and maintenance support performance. On the basis of this definition, it is evident that dependability gives a general description of the element in nonquantitative terms. To express its performance in quantitative terms and thus to describe, measure, improve, guarantee and certify such an element, it is necessary to establish the characteristics of reliability, availability, maintainability and maintenance support performance. Such terms are defined below.

RIASSUNTO Il titolo, se vogliamo un po’ provocatorio, che abbiamo deciso di attribuire a questo primo lavoro nasce dal fatto che vi è tuttora confusione nell’uso di determinata terminologia in ambito, per così dire, “affidabilistico”. Nonostante la disciplina dell’Affidabilità abbia origini radicate nel tempo, è ancora oggi invalso un uso improprio del termine – e non solo di questo termine – anche in contesti a elevato sviluppo e livello tecnologico.

Il lavoro intende pertanto fornire, per quanto possibile, una panoramica sugli aspetti inerenti il concetto di Fidatezza quale caratteristica qualitativa di una entità (item) – sia essa un componente, un dispositivo, un apparato, ecc. – ovvero quell’insieme di proprietà che descrivono la Disponibilità all’uso di tale entità e i fattori che la condizionano: l’Affidabilità, la Manutenibilità e la Logistica della manutenzione. Come si è detto, e senza alcuna pretesa di esaustività, si ritiene importante fare chiarezza su questo concetto usato spesso in maniera impropria in diverse situazioni, compresa quella industriale, a volte in sede contrattuale, spesso in fase di progettazione. A tale scopo è necessario fare riferimento all’ampia disponibilità di documenti normativi ai quali si rimanda per ulteriori e necessari approfondimenti.

L’IMPORTANZA DEL CORRETTO SIGNIFICATO DEI TERMINI

In ambito elettrico il documento CEI 5650 “Terminologia sulla Fidatezza e sulla Qualità del Servizio” [1] tratta le definizioni relative alla Fidatezza (Dependability), nonché concetti e grandezze di interesse ad essa correlate. Se con il termine elemento o entità con-

sideriamo tutto ciò che può essere definito individualmente (componente, sistema, servizio, apparato ecc.) e può svolgere una o più funzioni adeguatamente specificate, l’Affidabilità (Reliability), di tale entità, altro non è che la sua attitudine a svolgere la funzione (o le funzioni) richiesta in condizioni date per un dato intervallo di tempo. La Disponibilità (Availability) è definita, invece,

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come l’attitudine dell’entità a svolgere la funzione richiesta in determinate condizioni d’impiego, a un dato istante, o durante un dato intervallo di tempo, supponendo che siano assicurati i mezzi esterni eventualmente necessari.

La definizione di Disponibilità quindi, nel richiedere i mezzi necessari per mantenere in funzionamento l’entità, presuppone la presenza di manutenzione e di un relativo supporto logistico, nonché la possibilità che l’entità possa essere riparata. Si definisce dunque Manutenibilità (Maintainability) l’attitudine dell’entità, in assegnate condizioni d’utilizzo, a essere mantenuta o riportata in uno stato nel quale essa può svolgere la funzione richiesta, quando la manutenzione è eseguita in condizioni date, con procedure e mezzi prescritti. Le prestazioni del Supporto Logistico di Manutenzione (Maintenance Support) sono quelle relative all’attitudine di un’organizzazione della manutenzione, in date condizioni, a offrire su richiesta le risorse necessarie alla manutenzione dell’entità, conformemente a una data politica di manutenzione.

Tutti questi fattori, descritti sopra qualitativamente, corrispondono a prestazioni misurabili e quantificabili dell’entità stessa, intrinseche – l’Affidabilità – o legate al tipo di supporto che essa può avere – gli altri fattori. Infatti, mediante opportuni modelli matematici, è possibile descrivere Affida-

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Altran Italia spa iacopo.trotta@altran.it 2 Lab. CE.TA.CE. TINNOVA Azienda Speciale CCIAA di FI e PO m.pignotti@tinnova.it 3 Dip. di Elettronica e Telecomunicazioni, Università di Firenze marcantonio.catelani@unifi.it

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bilità, Manutenibilità, Disponibilità e anche il Supporto Logistico di Manutenzione in modo quantitativo, sia con leggi specifiche (ad es. legge dell’Affidabilità) sia mediante parametri statistici (più o meno empirici) a esse legati; tra questi si ricordano il tempo medio al guasto (MTTF; Mean Time To Failure), il tempo medio tra guasti (MTBF, Mean Time Between Failures), il tempo medio di ripristino (MTTR, Mean Time To Restore), la disponibilità operativa o i ritardi medi logistici.

Si comprende quindi che la Disponibilità è, in generale, una combinazione delle prestazioni di Affidabilità, Manutenibilità e Supporto Logistico. È fondamentale osservare come le definizioni citate facciano riferimento alle condizioni d’impiego, aspetto spesso trascurato nelle valutazioni quantitative. A parità di prestazioni funzionali, le caratteristiche di affidabilità variano infatti al variare delle condizioni d’impiego del dispositivo in esame; quest’aspetto è particolarmente evidente quando si effettuano calcoli di tasso di guasto utilizzando specifiche banche dati (previsione di affidabilità). Prestazione strettamente connessa all’Affidabilità riguarda la Sicurezza (Safety), definita in [1] come l’assenza di rischi inaccettabili.

Essa è legata alla valutazione del rischio inteso come combinazione tra la probabilità di accadimento di un evento indesiderato (guasto o malfunzionamento) e la pericolosità delle conseguenze che ne derivano a persone, al sistema, all’ambiente e alla proprietà. Per questo motivo, quando si parla di Fidatezza, ci si riferisce spesso, e in termini generali, a requisiti o prestazioni RAMS, dall’acronimo inglese delle grandezze d’interesse richiamate.

A seconda del contesto applicativo, le prestazioni RAMS rappresentano quindi i requisiti che un’entità dovrebbe avere per essere conforme a determinati documenti normativi e/o Direttive comunitarie (basti pensare, ad esempio, alla marcatura CE per certe categorie di prodotto), specifiche tecniche, ecc. Esse sono essenziali per definire, controllare, mantenere ed eventualmente migliorare le prestazio-

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ni funzionali dell’entità (la velocità di un’automobile, la memoria di un calcolatore, ecc.) e delle relative evoluzioni temporali. Per tale motivo le prestazioni RAMS rappresentano elementi chiave che, al pari dei requisiti funzionali, devono essere considerati nella definizione delle specifiche di prodotto per poi tradurli in informazioni in ingresso al processo di progettazione. Accade sovente, nella pratica industriale, che valutazioni di affidabilità, e più in generale RAMS, siano effettuate “a posteriori” e in maniera “accessoria”, una volta definita e realizzata l’entità nella sua realtà effettiva.

Per fare un esempio, sono frequenti i casi in cui un calcolo di MTBF avviene solo dopo che una scheda elettronica è stata realizzata, senza porsi il problema che certi componenti della scheda potrebbero risultare non idonei per determinate applicazioni o in certe condizioni ambientali (presenza di sollecitazioni particolari quali vibrazioni, gradienti termici, agenti corrosivi, ecc.). Intervenire sulle prestazioni di Affidabilità, e quindi RAMS, quando un dispositivo è già stato realizzato (o addirittura commercializzato e in esercizio) comporta oneri economici elevati e, sicuramente, perdita d’immagine in termini di qualità. A ciò si possono aggiungere le responsabilità da prodotto difettoso e le conseguenze, anche di natura giuridica, di non rispetto dei requisiti di Fidatezza stabiliti in sede contrattuale.

Occorre comunque chiarire che, a seconda del settore merceologico (elettronico, meccanico, ecc.), della tipologia di prodotto (elettrodomestico, apparato elettronico, ecc.), della tecnologia realizzativa predominante (meccanica, elettronica, strutturale, ecc.) e del tipo ed ambiente di utilizzo, alcuni aspetti RAMS potranno essere predominanti su altri.

Estremizzando il concetto, per un oggetto che, ad esempio, si prevede rimanga sul mercato per un periodo di tempo molto limitato poiché a elevato tasso di obsolescenza tecnica, interesserà molto di più il fatto che non si guasti nel periodo compreso tra

l’immissione sul mercato e il calo delle vendite, piuttosto che la facilità di ripristino in caso di guasto. Viceversa, un sistema pensato per rimanere in servizio per anni deve essere, oltre che affidabile e sicuro, anche facilmente e celermente manutenibile. Per un sistema elettromedicale avranno maggior importanza la sicurezza del paziente e la minimizzazione del rischio che potrebbe insorgere a fronte di un malfunzionamento, un impiego improprio o uno stato di avaria. Ci sono poi situazioni in cui (è l’esempio dei satelliti) la manutenzione è praticamente impossibile, per cui ha poco senso parlare di Disponibilità, Manutenibilità o Supporto Logistico di Manutenzione. I requisiti RAMS sono quindi da valutare e trattare come gli altri requisiti funzionali, in base alla situazione del mercato e/o alle richieste del committente e, al pari di questi, possono determinare il successo o meno del prodotto nella sua nicchia di mercato.

QUALI METODOLOGIE PER MISURARE E VALUTARE LA FIDATEZZA?

Richiamata la terminologia essenziale direttamente riconducibile al concetto di Fidatezza, molti sono gli approcci teorici e sperimentali, presenti peraltro in letteratura, mediante i quali è possibile misurare e determinare quantitativamente le prestazioni RAMS che caratterizzano una determinata entità. Alcuni di questi saranno oggetto di trattazione specifica in altri articoli che seguiranno sull’argomento “Fidatezza”. Preme qui fare cenno solo ad alcune ormai consolidate metodologie d’analisi comunemente diffuse in determinati contesti applicativi.

In particolare, nell’ambito della Sicurezza e della Manutenzione è essenziale l’analisi dei modi e degli effetti dei guasti (Failure Mode and Effect Analysis, FMEA) che, se estesa allo studio delle criticità del guasto, prende il nome di FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis). A questa si aggiunge l’analisi dell’albero

N. 04ƒ ;2010 BIBLIOGRAFIA

1. [1] CEI, CEI 56-30 Terminologia sulla fidatezza e sulla qualità del servizio, Prima Edizione, Milano, 1997.

2. [2] U.S. Department of Defense, MIL-HDBK-338B Military Handbook: electronic reliability design handbook, Washington DC, U.S.A., 1998.

3. [3] S.S. Rao, Reliability based Design, Prentice Hall, 1995.

4. [4] M.Catelani, L.Cristaldi, M.Laz-

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dei guasti/avarie (Fault Tree Analysis, FTA). Queste tecniche consentono, in maniera induttiva la prima e deduttiva la seconda, di correlare sintomi ed effetti dei guasti alle cause che li possono aver provocati. Si capisce bene che questo è, da un lato, essenziale per definire una procedura di manutenzione e, dall’altro, per dare una valutazione del rischio di effetti causati da più guasti concorrenti. La FMEA/FMECA è anche la base su cui realizzare il progetto di “testabilità” (testability) del sistema stesso, cioè dell’individuazione dell’insieme minimo dei punti del sistema (nodi) che permettano, col numero minore possibile di misure, di individuare tutte le condizioni di malfunzionamento e/o di avaria di sistema entro un determinato margine di incertezza.

L’analisi RCM (Reliabilty Centred Maintenance), cioè manutenzione basata sull’analisi di Affidabilità, rappresenta, invece, una tecnica che, in caso di guasti dovuti a usura e degrado valutabili, fa da ponte tra gli studi di Affidabilità e quelli di Manutenibilità, consentendo di definire piani di manutenzione programmata e preventiva ottimali. Infine le tecniche previsionali, particolarmente usate in ambito elettrico ed elettronico consentono, facendo ricorso a particolari banche dati, il calcolo del tasso di guasto di un componente e, sotto certe ipotesi, l’MTBF di un apparato. In Tab. 1 si riportano tecniche di analisi utili per valutazioni di Fidatezza, unitamente ad alcuni documenti normativi di riferimento editi dal CEI o della serie MIL statunitense.

I SERIALI MISURE E FIDATEZZA

Tabella 1 – Esempi di tecniche di analisi per la Fidatezza

Fidatezza (CEI 56-50, 56-9 e altre) Affidabilità

Manutenibilità

Disponibilità

Supporto Logistico

Altri temi

Previsioni di affidabilità in ambito elettronico (MIL-HDBK-338b, MIL-HDBK-217-F2)

Manutenibilità degli apparati (CEI 56-23, 56-24, 56-25)

Modelli di disponibilità (MIL-HDBK338b)

Supporto logistico FMEA/FMECA Integrato (CEI 56-1) (CEI 56-54)

Prove di affidabilità (CEI 56-2 e altre)

Diagnosi di guasto e testabilità

Analisi di Markov (CEI 56-38)

Modelli di affidabilità dei sistemi (CEI 56-8)

RCM (CEI 56-43)

FTA (CEI 56-31)

Incremento delle prestazioni di affidabilità (CEI 56-30, MIL-HDBK-338b)

zaroni, L. Peretto, P. Rinaldi “L’affidabilità nella moderna progettazione: un elemento competitivo che collega sicurezza e certificazione”, Quaderno del GMEE n.1, Associazione Italiana Gruppo Misure elettriche ed elettroniche, A&T Affidabilità e Tecnologia, Torino, Aprile 2008; 5. [5] A. Birolini, Quality and reliability of technical systems: theory, practice, management, Springer, Heidelberg, Germany, 1997.

Marcantonio Catelani si è laureato in Ingegneria elettronica presso l’Università degli Studi di Firenze. È attualmente docente di Affidabilità e controllo qualità presso la Facoltà di Ingegneria di Firenze ed afferisce al Dipartimento di elettronica e telecomunicazioni. L’attività di ricerca riguarda misure e metodi per l’affidabilità in ambito elettronico, tecniche di diagnosi di guasto, attività sperimentali e prove di affidabilità di componenti e sistemi, sistemi automatici di misura per la gestione delle attrezzature di prova.

Iacopo Trotta si è laureato in Ingegneria Elettronica ed ha conseguito il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Industriale e dell’Affidabilità nel 2007 presso l’Università degli Studi di Firenze.

Ha collaborato al Progetto CALS Italia per la normazione e standardizzazione delle discipline RAMS e dell’Ingegneria Logistica e di Sistema per il Ministero della Difesa. Ha lavorato come sperimentatore presso il Laboratorio Prove CE. TA. CE. di Tinnova, azienda speciale delle CCIAA di Firenze e Prato. Da Febbraio 2010 lavora in Altran Italia e, nel ruolo di consulente, si occupa di analisi RAMS e sicurezza funzionale nel settore ferroviario.

Marco Pignotti è laureato in Ingegneria elettronica presso l’Università degli Studi di Firenze. È dal 1999 responsabile del Laboratorio CE.TA.CE. organismo Notificato n. 2047 per la Direttiva Bassa Tensione 2006/95/CE e per la Direttiva Compatibilità Elettromagnetica 2004/108/CE. Nell’ambito delle attività del laboratorio ha svolto numerosi progetti relativi alla stesura della valutazione dei rischi e all’analisi affidabilistiche (quali FMEA e FMECA) alla base della verifica della sicurezza dei prodotti elettrici ed elettronici.

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7a EDIZIONE 13/14/15 APRILE 2011 - TORINO

Costi d’iscrizione (includono gli Atti del Congresso) Entro il 30 novembre 2010

Euro 290 + IVA 20% = totale Euro 348

Dopo il 30 novembre 2010

Euro 348 + IVA 20% = totale Euro 418

TEMATICHE D’INTERESSE PER LE TAVOLE ROTONDE • Formazione in metrologia • Nanometrologia • Metrologia e meteorologia • Metrologia legale • Certezza del diritto e incertezza di misura • Misure per l’ambiente e sicurezza • Misure e risparmio energetico

INRIM, INMRI-ENEA, ISS, COPA-SIT, ACCREDIA (SINAL, SINCERT), GMEE, GMMT, ISPRA, CEI, ACISM-ANIMA, AEIT-GTMS, AFI, AICQ, AIPnD, AIS, ALPI, ANIPLA, FEDERUTILITY, GISI, ISA Italy Section, TERNA, UCISP, UNICHIM, AFFIDABILITA' E TECNOLOGIA (A&T), TUTTO_MISURE

MANIFESTAZIONI EVENTI E FORMAZIONE

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Gianfranco Molinar Min Beciet (I.N.Ri.M. e Presidente del Comitato Organizzatore del VII° Congresso “Metrologia e Qualità“ 2011)

Novità, approfondimenti e presenze eccellenti al VII° Congresso “Metrologia & Qualità” A Torino, dal 13 al 15 aprile 2011, la nuova edizione dell’unico evento italiano interamente dedicato alle Misure, Prove e Controlli Qualità

Sta entrando nel vivo la programmazione del prossimo Congresso “METROLOGIA & QUALITÀ” che riunirà a Torino (13, 14 e 15 Aprile 2011, presso il Centro Congressi Lingotto e l’I.N.Ri.M.) i maggiori esperti nazionali di metrologia, appartenenti a Enti di Ricerca, Università, Enti di Accreditamento, e decisori e responsabili tecnici delle Imprese utenti: tutti co-protagonisti di un evento informativo e formativo chiamato ogni due anni a fornire risposte esaurienti e chiare relativamente agli sforzi compiuti per collegare il mondo della ricerca metrologica e quello delle imprese interessate alle applicazioni nelle quali le misure, prove e controlli giocano un ruolo primario, grazie ai processi innovativi che essi possono generare e produrre.

Il Comitato Organizzatore del Congresso e il Comitato Scientifico (presieduto dal Prof. Alessandro Ferrero del Politecnico di Milano) hanno esaminato e valutato attentamente gli abstract pervenuti (una settantina), dai quali emergeranno le memorie orali e poster che saranno presentate al Congresso e arricchiranno le varie sessioni, in particolare quelle parallele previste per l’ultima giornata del 15 Aprile 2011, che si terrà presso l’I.N.Ri.M. Il Congresso è concomitante, nelle prime due giornate presso il Lingotto, con la Quinta Edizione 2011 di “Affidabilità e Tecnologie” e si compenetra con quest’evento, a sua volta molto ricco di presenze industriali e di eventi, che coniuga tematiche relative all’innovazione e all’affidabilità per essere competitivi, nella consapevolezza che è necessario innovare per imporsi sul mercato e che la divulgazione delle soluzioni adottate è determinante e di esempio per progredire. “Affidabilità e Tecnologie” è una rassegna di metodi, strumenti, tecnologie innovative disponibili per le aziende impegnate nel miglioramento competitivo, particolarmente orientata alle tematiche di affidabilità, energia, fabbricazione additiva, materiali compositi e speciali, meccatronica, nanotecnologie, qualificazione dei fornitori, soluzioni CAD-CAM-CAE, accreditamento e taratura, testing e misure meccaniche ed elettriche, visione artificiale. Sono in programma, oltre alla vasta ed esaustiva area espositiva, decine di Convegni specialistici e Seminari pratici, presentazioni di casi applicativi e centinaia di dimostrazioni e prove presso le aree espositive. Un’occasione unica ed esclusiva d’informazione e

formazione per decisori e responsabili tecnici di aziende e laboratori, ricercatori, universitari.

Sono in corso di definizione tre tavole rotonde, che si terranno nella giornata del 13 Aprile 2011: – Metrologia e Meteorologia, che vedrà la gradita presenza di Luca Mercalli, Presidente della Società Meteorologica Italiana, esperto internazionale di meteorologia e ben noto responsabile meteo nella trasmissione di RAI 3 “Che tempo che fa”; – Metrologia e Gastronomia, una costruttiva occasione di confronto con gli Istituti Metrologici che si occupano di misure nel settore dell’alimentazione e nutrizione e l’Università di Scienze Gastronomiche di Pollenzo (CN); – Nanometrologia, per riflettere insieme sulle principali necessità di misura nelle aree innovative delle nanotecnologie.

La sessione plenaria del 14 Aprile (mattino) avrà come tema di apertura i 150 anni dell’unità d’Italia (Unità d’Italia – Unità delle misure): interverranno esperti di metrologia che spiegheranno come dal 1861 si sviluppò nel nostro paese un processo razionale di omogeneizzazione delle misure, che permisero all’Italia di aderire alla Convenzione del Metro, poi firmata nel 1875.

Alla presenza dei principali dirigenti della metrologia italiana ci interrogheremo e valuteremo le direttici e le strategie d’insieme per capire su quali tematiche principali si concentreranno gli sviluppi futuri.

Nella sessione d’apertura si svilupperà la tematica del nuovo ruolo di ACCREDIA Ente Italiano di Accreditamento e le prospettive di accreditamento in Italia all’interno di un unico Ente. Altre relazioni nella sessione d’apertura analizzeranno gli sviluppi presenti e futuri della metrologia a livello internazionale, le attese riguardo alla nuova definizione per alcune unità di misura delle grandezze di base e le possibili conseguenze penali e civili di un’incorretta o omessa valutazione dell’incertezza di misura.

Tutti gli autori di memorie scientifiche, oltre alla presentazione orale, potranno esporre i loro poster ed essere presenti per l’eventuale discussione, durante le prime due giornate del Congresso (13 e 14 Aprile 2011 presso il Padiglione espositivo del Lingotto), al fine di favorire un dialogo diretto fra le migliaia di rappre-

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sentanti delle imprese presenti alla parte espositiva e quelli del mondo della ricerca metrologica e dei servizi tecnologici avanzati.

Per premiare le soluzioni più innovative presentate da giovani ricercatori è previsto, a cura del Comitato Organizzatore e Scientifico del Congresso, un premio per i tre migliori poster presenti alla Conferenza.

Nella giornata del 15 Aprile 2011, presso l’I.N.Ri.M. di Strada delle Cacce 91, si terranno le varie sessioni parallele del Congresso per le presentazioni orali. Le Sessioni saranno dedicate non solo ai temi tradizionali del settore scientifico della metrologia e della qualità: si segnalano, in particolare, due nuove sessioni che riguarderanno le Misure per la sicurezza e la Formazione in metrologia, entrambe organizzate per la prima volta nell’ambito del Congresso.

A conclusione del Congresso, il 15 Aprile 2011 nel pomeriggio presso l’I.N.Ri.M. vi sarà un’assemblea aperta a tutti i partecipanti per discutere il tema: “Imprese e problemi metrologici: una sfida per l’innovazione” con la partecipazione di esperti di metrologia di diversa provenienza per analizzare le necessità delle imprese in termini di ricerca applicata di forte carattere metrologico, dove è assolutamente necessaria la costituzione di forti sinergie fra le imprese e il mondo della ricerca in metrologia.

Invito, in particolare, tutte le imprese che sono interessate a presentare le loro problematiche di bisogni di ricerca metrologica nell’ambito dell’assemblea finale con i ricercatori degli enti di ricerca e delle università a prendere contatto con il sottoscritto (g.molinar@inrim.it) o con la Segreteria Organizzativa del Congresso (metrologia@affidabilita.eu).

Per maggiori informazioni sul congresso: www.affidabilita.eu Non mi resta che invitarvi a una massiccia partecipazione al VII° Congresso 2011, che certamente saprà soddisfare le vostre necessità di conoscere e approfondire tematiche sempre più importanti in ottica di competitività sostenibile, offrendovi una partecipazione attiva a tutte le discussioni e agli eventi che stiamo preparando.

Venite quindi numerosi alla “tre giorni della metrologia e della qualità”, il 13, 14 e 15 Aprile 2011 a Torino, Città delle Misure.

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MANIFESTAZIONI EVENTI E FORMAZIONE

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2011 eventi in breve 2011

15-16 gennaio

Melbourne, Australia

2011 International Conference on Materials, Mechatronics and Automation (ICMMA 2011)

www.ieee-peits.cn/icmma2011

7-9 febbraio

Roma, Italia

XVI Conferenza Nazionale della Associazione Italiana Sensori e Microsistemi (AISEM)

http://aisem2011.casaccia.enea.it

5-7 marzo

Algarve Portugal

International Conference on Pervasive and Embedded Computing and Communication Systems (PECCS 2011)

www.peccs.org

6-10 marzo

Los Angeles, Ca, USA

OFCNFOEC 2011

www.ofcnfoec.org

7-8 marzo

Charlotte, NC, USA

2011 ASPE Spring Topical Meeting on Structured and Freeform Surfaces

www.aspe.net/meetings/2011_Spring/2011_Spring.html

13-18 marzo

Texas A&M University, College Station, USA

13th Int’l Conference on Modern Trends in Activation Analysis

http://tti.tamu.edu/conferences/mtaa13

14-17 marzo

Doubletree Hotel San Jose CA USA

International Laser Safety Conference (ILSC)

www.laserinstitute.org/conferences/ilsc/conference

20-23 marzo

Marrakesh, Morocco

29th

http://piers.org/piers2011Marrakesh

27-30 marzo

Orlando, Florida USA.

2nd Int’l Multiconference on Complexity, Informatics and Cybernetics: IMCIC 2011

www.iiis2011.org/imcic/website/default.asp?vc=26

6-8 aprile

Paris, France

IMEKO 2011 - Metrological traceability in the globalisation age

www.imeko.org

13-14 aprile

Torino, ITALIA

AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE - 5a Edizione

www.affidabilita.eu

13-15 aprile

Torino, ITALIA

VII Congresso Italiano METROLOGIA & QUALITÀ

www.affidabilita.eu

13-15 aprile

Caary Islands Convention Center, Las Palmas (Spagna)

International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’11)

www.icrepq.com

13-15 aprile

Firenze, Italia

AIPnD 10th International Conference on non-destructive investigations and microanalysis for the diagnostics and conservation of cultural and environmental heritage

www.aipnd.it/art2011

18-20 aprile

Prague, Czech Rep.

SPIE Microtechnologies: VLSI Circuits and Systems, Nanotechnology, Smart Sensors and MEMS e altre

www.spie.org

20-21 aprile

Milano, Italia

IAPR Computational Color Imaging Workshop

www.iapr.org

27-29 aprile

Lisboa, Portugal

EUROCON2011 and CONFTELE2011

www.eurocon2011.it.pt/

2-4 maggio

Dana Point (California, USA)

IEEE VLSI Test Symposium (VTS) 2011

www.tttc-vts.org

9-12 maggio

Rochester, USA

SPIE-Optifab

http://spie.org/optifab.xml?WT.mc_id=ROFB11CE

15-18 maggio

Rio de Janeiro Brazil

ISCAS 2011 - The 44th IEEE International Symposium on Circuits and Systems

www.iscas2011.org

22-26 maggio

Munich, Germany

SPIE Optical Metrology

http://spie.org/optical-metrology.xml?WT.mc_id=REOM11ACE

23-25 maggio

Munich, Germany

2nd EOS Conference on Manufacturing of Optical Components

www.myeos.org/download/Munich2011/1stcall_ EOSMOC2011.pdf

23-27 maggio

Lago di Como, Italia

11th

http://como2011.euspen.eu

29 mag-2 giu

Orlando, Fl, USA

2011 International Congress on Advances in Measurements, Testing and Instrumentation (ICAMTI)

http://users.encs.concordia.ca/~icamti11

8-10 giugno

Parma, Italia

Biophotonics 2011

www.photonics4life.eu/P4L/Events/Biophotonics-2011

19-24 giugno

Hamilton, Canada

3rd International Conference on Radioecology and Environmental Radioactivity (ICRER-2011)

www.icrer.org.

28-29 giugno

Savelletri di Fasano (BA), Italia

IEEE IWASI 2011

http://iwasi2011.poliba.it

29 giu-1 lug

Vienna, Austria

IEEE Forum on Sustainable Transport Systems (FISTS)

http://ieee-fists.org

30 giu-1 lug

Orvieto, Italia

IEEE-IMEKO International Workshop on ADC Modelling and Testing

www.iwadc2010.diei.unipg.it

19-22 luglio

Orlando, Fl, USA

15th

World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics: WMSCI 2011

www.2011iiisconferences.org/wmsci

28-31 luglio

Noordwijkerhout, Olanda

8th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics - ICINCO 2011

www.icinco.orghttp://www.icinco.org

29-31 luglio

Linkoeping, Sweden

European Conference on Circuits Theory and Design (ECCTD) 2011

http://ecctd2011.org

5-8 settembre

Bologna, Italia

8th IEEE Int’l Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drivers (SDEMPED 2011)

www.sdemped11.ing.unibo.it

13-15 settembre

Bologna, Italia

CIGRE’ Int’l Symp. The electric power system of the future

www.cigre.it

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Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS)

EUSPEN Conference

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METROLOGIA LEGALE

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A cura dell’Avv. Veronica Scotti (veronica.scotti@gmail.com)

I nuovi soggetti della metrologia legale in ottemperanza alla direttiva MID

LEGAL METROLOGY This section intends to discuss the great changes on Legal Metrology after the application of the Dlgs 22/2007, the so-called MID directive. In particular, it provides information, tips and warnings to all “metric users” in need of organizations that can certify their metric instruments according to the Directive.

RIASSUNTO Questa rubrica intende discutere i significativi cambiamenti in tema di Metrologia Legale a seguito dell’entrata in vigore del Dlgs 22/2007, detto Direttiva MID. In particolare, vuole fornire utili informazioni, consigli e ammonimenti agli “utenti metrici” che si rivolgono per reperire informazioni su Enti e organizzazioni notificate per la certificazione del loro prodotto/strumento secondo la Direttiva. Scrivete all’Avv. Scotti o al Direttore, e verrete accontentati!

LE COMPETENZE DELLE CCIAA

In un precedente articolo di Edoardo Perrotta, pubblicato sul n. 2/2010 della rivista, sono state identificate le attuali principali competenze delle Camere di Commercio in materia di metrologia legale. In particolare sono stati individuati i ruoli di carattere operativo e specifico che detti Enti sono chiamati a svolgere nell’ambito della struttura di controllo e verifica disegnata dal legislatore, senza particolare focalizzazione sui nuovi compiti stabiliti a seguito dell’entrata in vigore del Dlgs 22/2007 di recepimento della direttiva MID. L’articolo di cui sopra ha suscitato l’interesse di Domenico Cariati (assiduo lettore e collaboratore della Rivista fin dalle sue origini) il cui commento costituisce lo spunto per il presente breve contributo. Il lettore evidenzia la prospettiva evolutiva delle CCIAA che, nonostante conservino specifiche competenze operative e autorizzative, sono oggi destinate a svolgere un’attività di controllo e vigilanza all’interno di un panorama normativo più articolato rispetto a quanto avveniva in precedenza. Infatti il nuovo TU in materia metrologica (non si dimen-

tichi che questo rappresenta il Dlgs 22/2007!!), considera le CCIAA come Enti deputati al controllo di altri organismi che, secondo lo schema indicato dalla direttiva, dovranno effettivamente valutare e dichiarare la conformità degli strumenti di misura considerati dalla intervenuta normativa.

La precisazione del lettore circa i nuovi compiti delle CCIAA porta inevitabilmente a domandarsi, sul piano pratico, come debba oggi comportarsi l’utente al fine di evitare sanzioni che, in alcuni casi, non sono limitate a mere multe di carattere pecuniario ma possono addirittura prevedere il ritiro del prodotto con immaginabili conseguenze commerciali.

Attualmente, quantomeno fino all’entrata in vigore dei regolamenti attuativi del Dlgs 22/2007, le CCIAA provinciali giocano il ruolo del protagonista nella metrologia legale. Nel nuovo panorama disegnato dal legislatore, si imporranno tuttavia, entro breve termine e, fermo restando il periodo transitorio fissato fino al 2016, nuovi soggetti, muniti di specifiche competenze e caratterizzati da indipendenza rispetto ai terzi che saranno chiamati a valutare.

Peraltro le CCIAA acquisiranno una posizione diversa, seppure sempre con-

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servando la possibilità di controlli specifici, rispetto a quella attuale: esse tenderanno sempre più a fungere da organo di vigilanza sugli organismi privati accreditati per lo svolgimento delle verifiche sui dispositivi contemplati dalla nuova normativa metrologica.

I NUOVI CONTROLLI

Sotto il profilo sostanziale la situazione non appare del tutto ribaltata per gli utenti metrici in quanto, anche prima dell’entrata in vigore della norma di recepimento lo strumento di misura doveva essere assoggettato, prima della sua messa in commercio o messa in servizio, a una verifica di parte terza, condotta dall’Ufficio metrico provinciale, affinché potesse poi essere legittimamente utilizzato. In mancanza vi era il rischio di una sanzione di carattere amministrativo unitamente, se del caso, a un’indagine di tipo penale.

La situazione non ha subito cambiamenti radicali, fermo restando il fatto, di non trascurabile peso, che il campo applicativo della metrologia legale risulta esteso a seguito dell’entrata in vigore della disciplina prevista dalla direttiva comunitaria, che ha incluso un numero molto più ampio di strumenti da assoggettare alla regolamentazione cogente. Attualmente, infatti, gli strumenti di misura che rientrano nel campo di applicazione della MID devono essere, come accadeva prima dell’entrata in vigore del Dlgs 22/2007, assoggettati a controllo che però (e qui sta la parte più sostanziale del cambiamento) viene effettuato non più dalle CCIAA territorialmente competenti, bensì da organismi notificati, ovvero da soggetti muniti di particolari caratteristiche e riconosciuti mediante un accreditamento di natura ministeriale, reso pubblico a mezzo del circuito comunitario previsto per gli Enti abilitati a rila-

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sciare certificazioni ai sensi delle direttive del nuovo approccio.

All’interno di questa struttura il ruolo assunto dalle CCIAA è quello di organo di vigilanza sul mercato, tramite controlli sugli organismi accreditati, nonché su verifiche dirette sugli strumenti di misura stessi, al fine di garantire un andamento trasparente e corretto del settore in esame.

Appare evidente la dismissione di funzioni di natura pubblicistica, non più oggi attribuite alle CCIAA ma, attraverso un riconoscimento formale del settore privatistico, a organismi estranei alle CCIAA stesse e da queste controllate. Ciò ovviamente in linea generale, e salvo particolari eccezioni, come nel caso della CCIAA di Prato e di Asti, che hanno però ottenuto lo status di organismi riconosciuti nel circuito MID e sono notificati alla UE secondo la prescritta procedura d’informazione.

Pertanto l’utente metrico deve ora rivolgersi a Enti specifici, diversi (fatta eccezione per le due CCIAA notificate di cui sopra) dalle CCIAA, nel caso in cui lo strumento di misura che intende fabbricare, commercializzare o mettere in servizio ricada nel campo applicativo della MID, verificando preventivamente l’inclusione del soggetto “certificatore” fra quelli notificati e, in specie, accertando la competenza di detto organismo per il pertinente allegato alla MID. Tale competenza è appurata dalla sussistenza del riconoscimento al rilascio del marchio CE e marcatura metrologica supplementare per lo specifico strumento di misura.

In ordine ai controlli che la CCIAA è chiamata a svolgere per la verifica della corretta attuazione e applicazione della normativa in esame, si rinvia a quanto previsto a livello nazionale nel protocollo d’intesa siglato tra MiSe e Unioncamere, che prevede la predisposizione di piani di controllo da parte della CCIAA sul territorio nazionale unitamente alla definizione di obiettivi specifici (numero di controlli fisici, numero di test in laboratorio, ….).

di fornire un’interpretazione autentica, ovvero valida in assoluto, della normativa vigente, ipotizzare il caso di un utente metrico italiano che intenda produrre e commercializzare in Italia uno strumento di misura compreso nell’elenco di quelli da assoggettare ai controlli previsti dal Dlgs. 22/2007. La prima indagine che il soggetto deve effettuare è se si tratti di strumento che possa ancora ricadere nell’ambito della normativa transitoria, ovvero di strumento assoggettato a omologazione per una durata indefinita, e quindi beneficiare della presunzione di conformità valida fino al 2016. Superato, quindi, questo passaggio e acclarato che lo strumento di misura non rientra nelle eccezioni previste dalla disciplina transitoria, l’utente metrico dovrà individuare l’organismo notificato al quale rivolgersi per la verifica, ai fini dell’ottenimento della marcatura CE e della marcatura metrologica supplementare.

La strada da seguire sembra pertanto chiaramente definita, se tale organismo esiste in Italia. Nell’ipotesi, tutt’altro che remota, in cui non vi sia nel panorama nazionale alcun organismo notificato per la verifica di tale strumento, quale deve essere la condotta dell’utente metrico? Ai sensi della normativa nazionale, secondo quanto stabilito all’Art. 9 del decreto 22/2007, l’unica soluzione percorribile sembrerebbe quella di doversi rapportare necessariamente alle CCIAA competenti o allo stesso MiSe per ottenere la certificazione dello strumento. Ciò in quanto è previsto l’obbligo di rivolgersi a organismi notificati che siano stati riconosciuti dal Ministero e, pertanto, si stabilisce implicitamente che gli unici riferimenti validi sono quelli dello Stato ove sono prodotti gli strumenti stessi. Infatti, stante il tenore letterale del decreto, che non menziona in maniera espressa e diretta (tranne che nel titolo del decreto e nello scopo dell’atto normativo, volto al recepimento della MID) la direttiva 2004/22/CE, né alla stessa fa rinvio per colmare evenUN CASO PRATICO tuali lacune normative nazionali, la possibilità di rivolgersi a organismi notifiS’intende qui, senza alcuna intenzione cati di altri Paesi UE sembrerebbe

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METROLOGIA LEGALE

preclusa all’utente metrico che non trovi, all’interno del proprio Stato, un Ente riconosciuto competente per la verifica e la marcatura.

Il decreto, mediante una specificazione della documentazione tecnica relativa allo strumento di misura, ripresa pedissequamente dalla direttiva, consente il ricorso a organismi di altri Stati membri UE per l’apposizione della marcatura così recitando testualmente: “I documenti relativi alla accertata valutazione di conformità sono redatti nella lingua o nelle lingue ufficiali dello Stato membro in cui è stabilito l’organismo notificato che esegue tale valutazione di conformità, o in una lingua accettata da tale organismo”.

Inoltre, al riguardo soccorrono gli obiettivi perseguiti dalla direttiva MID e dalle direttive Nuovo Approccio in genere: tali strumenti normativi sono stati adottati dalla UE, fin dal 1985, al fine di evitare ostacoli alla libera circolazione delle merci all’interno della Comunità con l’intento di creare un quadro armonizzato e omogeneo caratterizzato dalla presenza di norme tecniche comuni e di mutui riconoscimenti di normative nazionali. Tale argomentazione, unitamente al fatto che si tratta di una direttiva europea, consente, ad avviso della scrivente, di superare l’eventuale vuoto normativo nazionale dato dalla mancanza di decreti attuativi del Dlgs. 22/2007 e dall’assenza di organismi notificati per la direttiva 2004/22/CE; in tal modo il fabbricante che non rinvenga alcun organismo nazionale notificato dal MiSe per il proprio strumento, potrà fare effettuare le necessarie verifiche e fare apporre la marcatura CE e metrologica da qualunque altro Ente, purché notificato da un Paese membro. L’apposizione della marcatura (avvenuta tramite organismo nazionale sia estero purché notificato) non esenta il fabbricante da eventuali controlli disposti a campione dalle CCIAA nell’esercizio delle funzioni di vigilanza a queste ultime attribuite dal decreto, con il conseguente (statisticamente poco probabile) assoggettamento a ulteriori verifiche ed eventuali contestazioni, disposte attraverso l’intervento diretto del MiSe, circa la conformità dello strumento ai requisiti previsti.

METROLOGIA PER CAPILLARITÀ

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Sugli Audit relativi ad aspetti metrologici Rubrica a cura di Giorgio Miglio* METROLOGY FOR EVERYONE This section is open to questions and curiosity by all the measurement operators, both in industry and in calibration analysis and test laboratories, who do not have the time to search for answers in the Standards. The section gives answers and tips in a simple language, yet complete and worth adequate reference to rigorous metrological criteria.

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

La rubrica offre risposte e delucidazioni con un linguaggio che può peccare di eccessiva semplicità, ma non di disallineamento dai criteri metrologici ortodossi.

DOMANDA Nella PMI di cui sono giovane dipendente mi è stata offerta la possibilità di interessarmi di qualità e la cosa mi gratifica. Ho già frequentato un corso in cui sono stati descritti i requisiti della norma UNI EN ISO 9001:2008 e, in affiancamento, ho già partecipato a un audit interno (o di parte prima) ese-

guito dal nostro consulente per la qualità. Tenendo presente che la mia esperienza di base è tecnica e riferita prevalentemente ad attività di collaudo/controllo, mi ha sorpreso che l’auditor (pur dato per esperto) abbia sorvolato su taluni aspetti inerenti la strumentazione di misura e la relativa gestione, che avrei invece ritenuto importanti dal punto di vista dei rischi che l’azienda si assume circa le decisioni di conformità o di non conformità delle caratteristiche dei pezzi alle specifiche del cliente.

Chiedo: quale dovrebbe essere il livello di approfondimento di un audit sugli aspetti metrologici di un sistema qualità aziendale?

RISPOSTA

te condivisibile e questa sua percezione del rischio gioca pienamente a favore della sua coscienza professionale. L’orientamento più recente della qualità è verso la soddisfazione del cliente e il rispetto delle norme cogenti: eppure la stragrande maggioranza degli auditor non si addentra più di tanto nelle problematiche connesse alla gestione metrologica aziendale, già per lo più inglobata e oscurata da programmi informatici più o meno rispondenti ai requisiti delle norme applicabili.

Ed è sorprendente come, proprio laddove la normativa chiede di trasformare i requisiti di misurazione “espressi dal cliente” in requisiti metrologici e di confermare le apparecchiature per misurazione (nel senso del dare l’evidenza che le loro caratteristiche siano in grado di soddisfarli), l’audit si alleggerisca o addirittura si fermi. Questa prassi purtroppo procura un danno non trascurabile alle aziende che, per effetto di una progressiva riduzione dei costi (fra cui quelli dedicati alla formazione metrologica), per lo più tendono a correggere e a migliorare il proprio sistema qualità solo a fronte delle non conformità rilevate in fase di audit.

Le difficoltà ad attuare o a valutare un processo di “conferma metrologica” sono imputabili alla insufficiente conoscenza del ruolo che le varie caratteristiche metrologiche della strumentazione hanno nelle decisioni d’idoneità al suo uso (campi di misura, di sicurezza, di magazzino, soglie di sensibilità, risoluzione, errore massimo ammesso, isteresi, derive, incertezze accumulate, ecc.):

La sua perplessità sulla conduzione dell’audit da parte * Consulente di metrologia del consulente è pienamen- migliopr@tin.it

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l’attenzione si è storicamente concentrata sul processo di taratura, che è però solo un sottoassieme di quello di conferma metrologica. Inoltre i risultati del processo di taratura vengono, di prassi, confrontati con i limiti dichiarati dal costruttore dell’apparecchiatura, ma ciò non comporta che l’apparecchiatura risponda automaticamente anche ai requisiti dell’impiego cui è destinata. È chiaro quindi che la sua perplessità è sacrosanta: l’audit deve arrivare a verificare in dettaglio come le caratteristiche metrologiche delle apparecchiature (CMA) abbiano soddisfatto i requisiti metrologici del cliente (RMC) e se ne abbia l’evidenza. Tale verifica, come tipicamente avviene per l’attività di audit, va esercitata a campionamento scegliendo una normale linea di prodotto o una fornitura critica.

METROLOGIA PER CAPILLARITÀ

CEI EN ISO/IEC 17025:2005 e, per le decisioni di conformità o non conIndicazioni sulle modalità di condu- formità a specifiche, la UNI EN ISO zione degli audit sono riportati nella 14253 - 1:2001. norma UNI EN ISO 19011:2003 “Linee guida per gli audit dei sistemi di gestione per la qualità e/o di gestione ambientale”. Per quanto riguarda invece l’oggetto dell’audit, nella fattispecie della domanda del lettore, vale la norma UNI EN ISO 10012:2004 “Sistemi di gestione della misurazione.

Requisiti per i processi e le apparecchiature di misurazione”, cui rinvia il paragrafo 7.6 della UNI EN ISO 9001:2008 “Tenuta sotto controllo delle apparecchiature per il monitoraggio e la misurazione”. Naturalmente I bozzetti di questa rubrica sono stati rimangono solidi riferimenti la UNI realizzati dall’arch. Tullio Tola RIFERIMENTI A NORME E GUIDE

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SPAZO ASSOCIAZIONI UNIVERSITARIE MISURISTI

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Rubrica a cura di Franco Docchio, Alfredo Cigada, Anna Spalla e Stefano Agosteo

Marcantonio Catelani

GMEE - Il Congresso del Gruppo Gaeta, 13-15 settembre 2010

THE ITALIAN UNIVERSITY ASSOCIATIONS FOR MEASUREMENT This section groups all the relevant information from the main University associations in Measurement Science and Technology: GMEE (Electrical and Electronic Measurement), GMMT (Mechanical and Thermal Measurements), AUTEC (Cartography and Topography), and Nuclear Measurements.

RIASSUNTO Questa rubrica riassume i contributi e le notizie che provengono dalle maggiori Associazioni Universitarie che si occupano di scienza e tecnologia delle misure: il GMEE (Associazione Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche), il GMMT (Gruppo Misure Meccaniche e Termiche), l’AUTEC (Associazione Universitari di Topografia e Cartografia) e il Gruppo di Misure Nucleari.

Si è svolto a Gaeta (LT), dal 13 al 15 settembre, il congresso annuale 2010 dell’Associazione GMEE nella splendida cornice dell’Hotel Summit. Il convegno è stato l’occasione per i ricercatori GMEE di confrontarsi su temi di ricerca e di politica universitaria e nazionale nell’ambito delle misure e della metrologia.

L’organizzazione del congresso – curata quest’anno dalla sede del GMEE esistente presso l’Università degli Studi di Cassino – ha predisposto un programma incentrato sulle relazioni presentate dai responsabili di alcune delle 9 linee di ricerca del GMEE, su presentazioni orali ad invito, su poster predisposti dalle Unità del GMEE e su dibattiti animati sia durante le presentazioni scientifiche, sia durante la terza giornata del congresso, tradizionalmente dedicata alla questioni organizzative e di ricerca dell’Associazione. L’edizione di quest’anno del congresso è stata anche caratterizzata dall’elezione del nuovo Presidente e del nuovo Segretario dell’Associazione.

A valle dei saluti del Magnifico Rettore dell’Università degli Studi di Cassino, Prof. Attaianese, il congresso è continuato con la presentazione del Presidente, Prof. Franco Ferraris, del Politecnico di Torino, che ha comunicato come siano 148 i temi di ricerca trattati dai 350 ricercatori che lavorano presso 35 sedi di Ricerca.

Il Presidente ha poi notato come siano

in crescita le attività di ricerca congiunte fra più sedi. Ha poi proceduto alla sintesi delle attività svolte dai ricercatori del gruppo nelle 9 linee di ricerca.

Il primo tema considerato era quella dell’area “metrologia”, coordinato da Andrea Ferrero. In quest’area sono pervenuti 6 lavori presentati dai 18 ricercatori coinvolti, a loro volta distribuiti in 5 Unità di Ricerca. L’attività di ricerca selezionata per la presentazione orale ha riguardato l’incertezza in algoritmi per la visione stereo, sviluppata dall’Unità di Salerno.

Alla linea di ricerca sui Metodi di Misura afferiscono invece le 11 schede pervenute al coordinatore da Claudio Narduzzi. Ammontano a 46 i ricercatori coinvolti in questa attività e sono distribuiti in 9 sedi di ricerca. La presentazione orale sul tema è stata effettuata dall’Unità di Napoli “Federico II” su un nuovo metodo basato su un sistema multisensore per il tracciamento di bersagli mobili attraverso i muri.

La presentazione del Presidente si è poi soffermata sugli argomenti relativi alla linea di ricerca coordinata da Consolatina Liguori e relativa alla Strumentazione di Misura. Sono 44 i ricercatori coinvolti nelle attività di questa linea per un totale di 10 temi di ricerca. L’Unità di Siena è stata protagonista della presentazione orale dal titolo “Sistema per la misura del campo elettrico atmosferico”.

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PREMIO “NICOLA CHIARI” PER LA MIGLIORE APPLICAZIONE DI MISURA E AUTOMAZIONE 2010: 2° POSTO PER Q-TECH

L’articolo “Sistemi optoelettronici per portali multifunzione ferroviari” redatto da Q-Tech srl, socio sostenitore del GMEE, ha ottenuto il secondo premio nell’ambito della prestigiosa competizione intitolata a Nicola Chiari e promossa da National Instruments Italia. La consegna della targa e del premio è avvenuta a Roma il 24 febbraio 2010 nel corso dell’evento NIDays 2010 – Forum Tecnologico sulla Progettazione Grafica di Sistemi.

L’articolo, selezionato da una commissione tecnica, è disponibile online sul sito di National Instruments; è stato inoltre pubblicato sulla raccolta cartacea distribuita durante NIDays 2010.

La linea sui sensori e sistemi di trasduzione coordinata da Vittorio Ferrari è risultata quella più popolata da contributi di ricerca: sono ben 94 i ricercatori coinvolti nelle 11 sedi, per un totale

franco.docchio@ing.unibs.it m.catelani@unifi.it

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di 32 contributi scientifici. Molti e di interesse i temi trattati che hanno motivato la selezione di 3 contributi per la presentazione orale: l’Unità di Modena e Reggio Emilia ha presentato un sensore wireless per il monitoraggio remoto di particelle alfa. L’Unità di Brescia ha presentato un sensore di flusso microlavorato con interfaccia elettronica, mentre l’Unità di Catania ha illustrato i risultati di ricerca relativi a un viscosimetro basato su trasduttori ipmc.

La successiva linea di ricerca descritta dal Presidente è stata quella delle misure e metodi per la qualità e la gestione dei processi, coordinata da Paolo Carbone. A questa linea sono pervenute 7 proposte di temi di ricerca per un totale di 24 ricercatori coinvolti in 4 sedi di ricerca. La presentazione orale è stata effettuata dall’Unità di Milano sul tema delle tecniche di diagnosi basate sull’analisi della firma elettrica. L’area di ricerca relativa alle misure per la caratterizzazione di componenti e sistemi, coordinata da Gregorio Andria, ha visto la sottomissione di 16 articoli scientifici per un totale di 58 ricercatori coinvolti. La presentazione orale, a cura della sede di Bologna, ha riguardato un banco di misura in regime oscillante per l’analisi della conversione non lineare del rumore in bassa frequenza in dispositivi elettronici a microonde.

La presentazione del Presidente è poi proseguita con la descrizione delle attività di ricerca effettuate nell’ambito delle tre linee di ricerca applicative: misure per la società dell’informazione, misure per l’industria e misure per l’uomo e per l’ambiente. Per quanto riguarda la prima linea di ricerca, coordinata da Leopoldo Angrisani, sono stati 13 i temi di ricerca trattati con 33 ricercatori coinvolti in 6 sedi. La presentazione orale è stata effettuata dall’Unità di Cosenza sul tema della riduzione del ritardo di sincronizzazione di strumenti di misura connessi tramite interfaccia hardware al nodo del sistema di misura distribuito. La seconda linea applicativa coordinata da Gabriele D’Antona è quella delle misure per l’industria. Alla linea sono pervenuti 33 contributi per un totale di 90 ricercatori coinvolti nelle 18 sedi. Le 3 presentazioni orali sono state

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SPAZO ASSOCIAZIONI UNIVERSITARIE MISURISTI

effettuate da parte dell’Unità di Ricerca ERSE con una tecnica spettroscopica IR per la determinazione della temperatura dei gas in ingresso alla turbina negli impianti turbogas e da

parte dell’Unità di Brescia sul tema della valutazione sperimentale di soluzione per la sincronizzazione di sistemi di automazione di sottostazioni elettriche. Un’ultima presentazione

GMEE - A SCUOLA DI MISURE: IL SEMINARIO DI ECCELLENZA “ITALO GORINI”

Il Seminario di Eccellenza intitolato a Italo Gorini, professore di Misure Elettroniche del Politecnico di Torino scomparso nel 1993, è giunto quest’anno all’undicesima edizione. La Scuola di Dottorato è dedicata ai giovani ricercatori operanti nel vasto e trasversale settore delle misure, che comprende sia le misure elettriche che meccaniche con applicazioni sia nel campo dello sviluppo scientifico che in quello industriale. Il Seminario di Eccellenza si è svolto a Pistoia, nei locali della sede centrale della Provincia di Pistoia, dal 30 agosto al 3 settembre, con il patrocinio della Provincia di Pistoia, insieme all’Università di Firenze. Il Seminario di Eccellenza, che consiste in una vera e propria Scuola organizzata su cicli triennali, ha ricevuto il fondamentale contributo della Fondazione Caripit, che insieme a quello di Agilent Technologies, l’azienda multinazionale operante nel settore misure e prove, hanno reso possibile la sua realizzazione.

Quarantanove i partecipanti provenienti da tutta Italia, fra questi quarantatre dottorandi operanti nel campo della ricerca scientifica e sei ricercatori provenienti dal ramo industriale. Dodici i docenti provenienti dall’Università, dagli Istituti di Ricerca e dall’Industria, che hanno effettuato le presentazioni ripartite su tre tematiche fondamentali: Metodi di Misura, Strumentazione di Misura e Misure per l’Uomo e per l’Ambiente. Questi i numeri dell’edizione pistoiese, organizzata dall’associazione Italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche in collaborazione con il Gruppo Misure Meccaniche e Termiche, con Direttori, per questo ciclo triennale, il Prof. Paolo Carbone (Università di Perugia) ed il Prof. Marcantonio Catelani (Università di Firenze).

L’edizione 2010 si è arricchita di una peculiarità: per la prima volta infatti sono state affrontate insieme sia tematiche elettriche che meccaniche, in seguito all’accorpamento richiesto dal MIUR relativamente a questi ambiti disciplinari.

Il programma tecnico è stato arricchito da una visita presso lo stabilimento Ansaldo-Breda e da un programma turistico con le visite guidate della Piazza del Duomo, di Pistoia sotterranea e l’ascensione del campanile della Cattedrale di San Zeno.

Il prossimo anno il seminario si svolgerà a Siena, concludendo così il terzo anno del quarto ciclo di incontri.

Paolo Carbone, p.carbone@unipg.it

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SPAZO ASSOCIAZIONI UNIVERSITARIE MISURISTI

sitarie. La giornata di lavoro si è conclusa con la tavola rotonda e la condivisione dei risultati presentati attraverso i poster da tutte le sedi. La cena sociale si è rivelata il momento in cui l’aspetto di socializzazione è prevalso rispetto a quello professionale e si è svolta nella magnifica cornice dell’Hotel Villaggio Aeneas Landing, a Gaeta.

orale in questa linea di ricerca è stata effettuata dall’Unità di Padova ed era intitolata “Caratterizzazione sperimentale della robustezza alle interferenza di sistemi RFID UHF”.

L’ultima linea della quale il Presidente ha effettuato una descrizione di sintesi è stata quella relativa alle misure per l’uomo e per l’ambiente. Alla linea, coordinata da Domenico Grimaldi, sono arrivati 18 articoli scientifici da 17 Unità di ricerca. La presentazione orale è stata effettuata da colleghi del Politecnico di Torino sul tema dei sistemi di misura per la conservazione ed il controllo dei beni culturali.

L’Associazione supporta anche le attività di ricerca in una linea dedicata alla ricerca per la didattica. Il Presidente ha informato sul fatto che un solo contributo è arrivato a questa linea di ricerca, coordinata da Carlo Muscas, dall’Unità di Catania.

Il congresso è poi proseguito con un approfondimento delle attività scientifiche condotte da membri dell’Associazione nell’ambito di tre delle nove linee presentate: metodi di misura, strumentazione di misura e misure per l’uomo e per l’ambiente.

Claudio Narduzzi, Consolatina Liguori e Domenico Grimaldi hanno presentato i risultati conseguiti dall’Associazione e hanno illustrato le prospettive future

delle aree da loro coordinate. Il convegno ha avuto come seguito le presentazioni orali delle memorie selezionate.

Questa parte del congresso rappresenta sempre un momento centrale e di grande interesse per tutti i partecipanti, che si sono più volte confrontati sui contenuti dei temi presentati dai relatori.

Come è ormai tradizione di questi incontri, c’è stata la presentazione delle attività di ricerca condotte dai vincitori del Premio di dottorato intitolato al Prof.

Carlo Offelli e della borsa di studio per la permanenza in un Istituto di ricerca estero. Luca Oberto e Fabrizio Ciancetta sono stati i due rispettivi relatori. Il pomeriggio del 14/9 è stato occupato da due momenti di grande interesse: una relazione dei Vigili del Fuoco di Frosinone e Cassino sul tema delle misure per la sicurezza e le presentazioni delle attività di sviluppo da parte dei costruttori della strumentazione di misura. Gli interventi di Agilent Technologies, di Distek Strumenti e Misure/Fluke, di LeCroy e di RS Components si sono tutti distinti per contributi interessanti e innovativi. Lo stato dell’arte.in questo settore è in continua evoluzione e i ricercatori che si trovano a dovere considerare anche vincoli di mercato, contribuiscono in modo significativo a mostrare punti di vista complementari a quelli normalmente esercitati da chi lavora in sedi univer-

La tavola rotonda Un momento di importante condivisione è stato quello della tavola rotonda sul tema dell’accorpamento dei settori scientifico-disciplinari. Lo scorso anno su sollecitazione ministeriale il CUN aveva proposto l’accorpamento dei dei settori scientifico-discplinari di “Misure elettriche ed elettroniche” e di “Misure meccaniche e termiche”. L’iniziale enfasi si è raffreddata. A distanza di un anno i due settori non sono stati accorpati ma la discussione sul tema ha comunque continuato un proprio percorso.

La tavola rotonda alla quale hanno partecipato Paolo Cappa, Alessandro Ferrero, Michele Gasparetto, Carmine Landi, Enrico Lorenzini e Carlo Muscas è stata l’occasione per discutere di un tema che sostanzialmente è gradito a entrambi i raggruppamenti. I due settori condividono infatti molti aspetti relativi alla didattica e alla ricerca e – indipendentemente dalle decisioni politiche nazionali – guardano con interesse alla possibilità di riunire i due raggruppamenti. Tutti i relatori della tavola rotonda hanno sottolineato questo aspetto pur nelle relative diversità di opinioni.

L’assemblea dei ricercatori Come è tradizione, la terza mattina del congresso è dedicata alle questioni organizzative dell’Associazione. Anche quest’anno quindi ha avuto luogo il 15 mattina l’Assemblea dei soci. L’ordine del giorno è sempre molto nutrito con questioni che richiedono l’opinione e le decisioni di tutti i soci. Quest’anno in particolare c’è stato il cambio al vertice della Presidenza: il mandato di Franco Ferraris è terminato ed è stato eletto Presidente all’unanimità Giovanni Betta, dell’Università degli Studi di Cassino.

Contestualmente, per la carica di segretario, è stato eletto Dario Petri dell’Università degli Studi di Trento.

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LO SPAZIO DEGLI IMP

Patrizia Tavella

I.N.Ri.M. contribuisce al tempo di Galileo La metrologia del tempo nel sistema di navigazione satellitare europeo

I.N.Ri.M. CONTRIBUTES TO THE TIME OF THE EUROPEAN SATELLITE NAVIGATION SYSTEM GALILEO The European Satellite navigation system Galileo will soon enter in the operational phase with the launch of the first 4 satellites which will allow the validation of the entire system. The heart of any navigation system are the clocks, as estimating position means measuring the time of flight of satellite signals and therefore good clocks are fundamental ingredients. But this is not enough, the clocks are to be very precise, synchronized, giving the correct time and any malfunctioning has to be detected immediately. Who can provide this expertise? The European national metrology institutes have been heavily involved and I.N.Ri.M. in the last 10 years received about 20 research contracts to develop and test the Galileo synchronization system, time scale generation, validation of onboard clocks and for the development of space atomic clock for the next satellite generation. Today the European Space Agency asks I.N.Ri.M. to develop and operate a new Galileo Time Validation Facility that must be ready next year when the first satellite will be launched, and I.N.Ri.M. will validate the behavior of the space- and ground clocks and will contribute to the synchronization of the Galileo System Time to the international Coordinated Universal Time.

RIASSUNTO Il sistema di navigazione satellitare europeo Galileo sta per entrare nella fase operativa. Nel 2011/2012 saranno lanciati i primi 4 satelliti che permetteranno di verificare la funzionalità del sistema. Il cuore di un sistema di navigazione satellitare è rappresentato dagli orologi: stimare correttamente la propria posizione significa infatti misurare in quanto tempo il segnale dal satellite arriva al nostro ricevitore a terra e quello che conta, tra le altre cose, è avere buoni orologi. Ma non basta, gli orologi del sistema devono essere molto precisi, segnare l’ora giusta, essere sincronizzati tra loro, e si deve saper identificare immediatamente un loro malfunzionamento.

Dove si possono trovare queste competenze? Gli istituti come l’I.N.Ri.M. di Torino, che per missione si occupano di metrologia del tempo, sono da anni coinvolti nello sviluppo dei sistemi di navigazione. Negli ultimi 10 anni I.N.Ri.M. ha partecipato a 20 progetti dell’Agenzia Spaziale Europea e della Commissione Europea per la definizione e sperimentazione del sistema di sincronizzazione di Galileo, per la caratterizzazione degli orologi a bordo dei satelliti, dei ricevitori a terra e per lo sviluppo di nuovi orologi atomici per la prossima generazione dei satelliti Galileo.

Oggi l’Agenzia Spaziale Europea chiede all’I.N.Ri.M. di progettare e realizzare una nuova struttura, la “Galileo Time Validation Facility” che al momento del lancio dei satelliti dovrà essere pronta sia per verificare il comportamento degli orologi a bordo dei satelliti (4 per satellite) e installati nelle stazioni a terra, sia per mantenere l’ora di riferimento di Galileo molto vicina all’ora esatta internazionale, Coordinated Universal Time.

mente codificati, che provengono dai satelliti. La Fig. 1 riporta uno schema semplificato del principio alla base della navigazione sferica. Ogni satellite invia un segnale che contiene diverse informazioni, tra cui la posizione del satellite e l’ora cui il segnale è partito.

A Terra un ricevitore misura l’ora di arrivo del segnale e dalla differenza tra l’ora di partenza e di arrivo si risale al tempo di volo del segnale stesso e quindi alla distanza tra satellite e ricevitore, moltiplicando per la velocità della luce che è la velocità a cui viaggiano i segnali elettromagnetici. Conoscendo la posizione del satellite e la distanza da questo, sappiamo che il nostro ricevitore si trova su una sfera con centro il satellite e raggio pari alla distanza misurata. Non conosciamo ancora la nostra posizione, sappiamo solo di essere sulla superficie di una certa sfera.

Captando e misurando però i segnali provenienti da un secondo, da un terzo e da un quarto satellite possiamo ripetere lo stesso esercizio e la stima della posizione sarà data dall’intersezione di quelle sfere.

Figura 1 – Schema del principio di funzionamento nel piano di un sistema satellitare di navigazione sferico

satellitare la metrologia del tempo gioca un ruolo chiave poiché la stima Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica della posizione è effettuata misurando il (I.N.Ri.M.) Torino Nei moderni sistemi di navigazione tempo di volo di segnali, opportuna- p.tavella@inrim.it LA MODERNA NAVIGAZIONE SATELLITARE

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mento degli orologi per inviare all’utente in tempo reale un’informazione sempre accurata.

La Fig. 2 illustra lo schema di un sistema di navigazione mostrando come nel segmento di spazio (i satelliti), di terra (le stazioni di monitoring e controllo), di utenza e per il collegamento con l’ora esatta internazionale, gli orologi e la metrologia del tempo siano fondamentali.

Figura 2 – Nel segmento spaziale e terrestre, così come nella connessione alla comunità metrologica internazionale, gli orologi, le scale di tempo e i metodi di sincronizzazione e confronto sono fondamentali in un sistema di navigazione

Tutte queste attività sono le stesse di cui ci si occupa negli istituti primari di metrologia. Le situazioni possono essere diverse: laboratori e non satelliti, misure continue e non saltuarie, ma nella sostanza le attività sono molto simili. Per questo, da quando in Europa si è cominciato a pensare a un sistema satellitare europeo di navigazione, si è andati alla ricerca di competenze specialistiche negli istituti di metrologia.

DA DIECI ANNI I.N.Ri.M. È IMPEGNATO IN GALILEO

Negli ultimi dieci anni il gruppo che si occupa in I.N.Ri.M. di scale di tempo e algoritmi è coinvolto nella definizione del sistema europeo Galileo, dapprima nella fase di studio e proposta e poi, man mano, nelle diverse fasi sperimentali. Nel 2003-2004 si fece un primo esperimento denominato Galileo System Test Bed version 1 in cui, usando i satelliti del sistema americano GPS, si verificò la struttura di terra del sistema Galileo allestendo un centro di controllo, di monitoring e di verifica basato sugli algoritmi e l’ar-

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Il gioco sembra facile, in realtà più che un solo punto d’intersezione si determina una regione in cui le sfere s’intersecano e in cui possiamo stimare la nostra posizione con un’incertezza che dipende da diversi fattori tra cui la qualità degli orologi e delle misure di tempo, del ricevitore, della distorsione del segnale dovuta all’attraversamento dell’atmosfera, i cammini multipli. Inoltre, per evitare di dover viaggiare con un ricevitore connesso a un orologio atomico, si misura un satellite in più e si stima nella soluzione globale anche lo scarto dell’orologio locale. A parte i vari dettagli tecnici si capisce come sia fondamentale che il sistema di navigazione sappia garantire alcuni aspetti che sono strettamente legati alla metrologia del tempo: 1. Gli orologi devono essere di ottima qualità perché tanto si sbaglia a misurare il tempo di volo, tanto si sbaglia a stimare la posizione.

Infatti poiché la velocità della luce è un numero molto grande (circa 3×108 m/s), un errore di un microsecondo (10-6 s) sulla misura di tempo diventa un errore di almeno 300 m sulla valutazione della posizione.

2. Gli orologi del sistema, sia a Terra sia a bordo, devono essere tutti sincronizzati tra loro per la coerenza del sistema. Questo richiede che sia definita una “ora di riferimento” per tutto il sistema a cui gli orologi sono sincronizzati. L’ora di riferimento del sistema è poi mantenuta in stretto accordo con l’ora di riferimento internazionale che è chiamata Coordinated Universal Time (UTC) ed è calcolata e distribuita dal Bureau Internazionale des Poids et Mesures di Sèvres (Parigi).

3. Una volta a bordo gli orologi devono essere continuamente misurati e controllati sia per conoscere lo scarto rispetto all’ora di riferimento, sia per verificare il loro corretto comportamento. Inoltre non sempre i satelliti sono visibili e misurabili da terra, e il passaggio sopra la stazione che invia nuove correzioni al satellite può avvenire solo alcune volte al giorno, quindi è anche necessario saper “predire” l’anda-

LO SPAZIO DEGLI IMP

chitettura previsti per Galileo. In quel contesto il laboratorio di tempo dell’I.N.Ri.M. (allora IEN) svolse il ruolo di Experimental Precise Timing Station (E-PTS) generando con i propri orologi e sistemi di misura una scala di tempo sperimentale per il sistema Galileo, e tenendola in stretto accordo con UTC internazionale. La struttura del laboratorio usata in tale esperimento è rappresentata in Fig. 3.

Figura 3 – L’Experimental Precise Timing Station realizzata all’I.N.Ri.M. nella prima fase sperimentale del progetto Galileo 2003-2004

Dopo un anno di sperimentazione in un contesto operativo il cui scopo era la gestione automatica del laboratorio con la generazione e il controllo della scala di tempo sperimentale di Galileo, limitando al minimo l’intervento degli operatori, ci si è resi conto che per un sistema di navigazione è più importante la robustezza della massima accuratezza, diversamente da come siamo abituati nei laboratori di ricerca. Quindi, diversamente da come siamo abituati in I.N.Ri.M., si è cominciato a lavorare alla ricerca di algoritmi e soluzioni sperimentali che tendano a garantire un funzionamento continuo e integro, resistendo alle inevitabili anomalie e malfunzionamenti che si verificano in ogni situazione reale.

Nel 2006, l’Agenzia Spaziale Europea ha intrapreso la seconda fase sperimentale lanciando due satelliti sperimentali, GIOVE A e GIOVE B, con a bordo i primi orologi atomici sviluppati in Europa per Galileo, e con a terra una struttura di prova e validazione dei satelliti, segnali e ricevitori. I.N.Ri.M. è ancora coinvolto sia ospitando un ricevitore sperimentale connesso a un maser all’idrogeno,

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che fa da orologio di riferimento per l’esperimento (Fig. 4), sia elaborando le misure degli orologi di bordo per caratterizzarne il comportamento e stimando le prestazioni di stabilità e accuratezza che possono garantire.

Figura 4 – Il ricevitore sperimentale di Galileo collocato nel laboratorio di radionavigazione dell’I.N.Ri.M. e collegato a un maser all’idrogeno come orologio di riferimento

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LO SPAZIO DEGLI IMP

Nell’ambito di questa seconda fase sperimentale denominata GIOVE (Galileo In Orbit Validation Element) Mission, I.N.Ri.M. ha sviluppato diversi sistemi sia per valutare le misure effettuate dal ricevitore sperimentale, talvolta oscurate da segnali d’interferenza o influenzate da altri fattori esterni, sia per caratterizzare gli orologi di bordo, le cui misure sono condizionate dal rumore del sistema di misura e spesso affette da outliers o dati mancanti.

Un esempio delle attività di verifica è riportato nella Fig. 5 in cui è rappresentato lo scarto misurato tra due orologi a terra, due maser all’idrogeno, mantenuti rispettivamente all’I.N.Ri.M. e a Washington DC presso il Naval Observatory degli Stati Uniti d’America (USNO). Tali orologi sono confrontati nell’ambito dell’attività istituzionale I.N.Ri.M. con un metodo detto Precise Point Positioning che si basa sulle misure del sistema GPS elaborate con un

sofisticato algoritmo matematico (curva rosa in Fig. 5). Analogamente, poiché tali orologi fanno anche parte della rete sperimentale Galileo, con le misure dei ricevitori sperimentali e un altro opportuno algoritmo del sistema Galileo è possibile stimare lo scarto tra gli stessi due orologi (curva blu nella Fig. 5).

Come si può vedere per due orologi a circa 7 000 km di distanza la possibilità di stimarne lo scarto con un accordo entro poche centinaia di picosecondi è, per le tecnologie disponibili oggi, sorprendente e di estremo interesse per la validazione degli algoritmi Galileo.

Un’altra attività in corso consiste nel saper individuare molto rapidamente comportamenti anomali negli orologi.

Il sistema Galileo vuole offrire agli utenti un servizio d’integrità che significa informare l’utente quasi in tempo reale di possibili malfunzionamenti di un qualche satellite. A tal fine occorre che il sistema sappia elaborare le

Figura 5 – Stima dello scarto di fase tra due maser all’idrogeno collocati rispettivamente all’I.N.Ri.M. (Torino) e USNO (Washington) mediante una tecnica di Precise Point Positioning (PPP) basata su misure GPS (rosa) e una tecnica basata sulle misure dei ricevitori sperimentali Galileo di Orbit Determination and Time Synchronization (ODTS) (blu).

Le ascisse sono in DOY (Day Of the Year)[1]

misure e identificare eventuali problemi in tempi molto rapidi, dell’ordine dei secondi, in modo da poter informare l’utente prima che utilizzi il segnale affetto da anomalia per un posizionamento critico, come ad esempio l’atterraggio di un aereo. All’I.N.Ri.M. in collaborazione con il Politecnico di Torino sono in corso di sviluppo diversi algoritmi di rilevazione rapida che sono sperimentati sui segnali Galileo. Uno di questi algoritmi si chiama Varianza di Allan Dinamica ed è un’estensione di una grandezza statistica molto nota nel settore detta Varianza di Allan (denominata grazie al suo propositore Dave Allan del National Institute for Standards and Technology in USA). Tale grandezza permette di stimare e identificare il tipo e il livello di rumore presente sul segnale di un orologio in base a un certo parametro t di osservazione che corrisponde al tempo su cui si stima il valore medio della frequenza.

Grafici bidimensionali che riportano la varianza di Allan al variare del parametro t sono molto utilizzati dai metrologi e indicano immediatamente la qualità dell’orologio. L’idea proposta è di stimare la Varianza di Allan su una finestra di dati che man mano scorre verso dati più recenti, in modo da avere una rappresentazione “dinamica” di tale grandezza e da poterne verificare la stazionarietà. Se l’orologio non presenta anomalie, ha infatti un comportamento stazionario che conduce a una varianza di Allan sempre dello stesso tipo e dello stesso livello. Un’anomalia, cioè una variazione rapida delle caratteristiche dell’orologio, risulta invece in una variazione della varianza di Allan nel tempo. Un esempio è riportato nella Fig. 6.

Figura 6 – La Varianza di Allan Dinamica: una stima del livello di rumore scorrevole nel tempo che permette di identificare variazioni del comportamento dell’orologio

Dall’analisi di queste valutazioni è possibile identificare comportamenti anomali. È tuttora in corso una fase di completa caratterizzazione di questi algoritmi di rivelazione perché quando l’anomalia è piccola, simile alle fluttuazioni statistiche osservate, diventa difficile discriminarla dai falsi allarmi e il sistema Galileo non può permettersi di mettere fuori uso un satellite il cui orologio è dichiarato, erroneamente, in anomalia.

I.N.Ri.M. ha partecipato anche allo sviluppo di un prototipo di Galileo Time Service Provider che dovrà essere una struttura esterna al sistema Galileo, composta da istituti metrologici, allo scopo di fornire al centro di controllo le correzioni necessarie per la scala di tempo di Galileo affinché rimanga strettamente sincronizzata al tempo internazionale UTC [5].

SCENARI FUTURI

Da qualche mese I.N.Ri.M. è stato incaricato dall’Agenzia Spaziale Europea di costruire presso i propri laboratori una Time Validation Facility (TVF) da utilizzare nei prossimi due anni quando saranno lanciati i primi 4 satelliti del sistema definitivo e sarà necessario verificare che il comportamento di tutto il sistema, e in particolare degli orologi, sia conforme ai requisiti. All’I.N.Ri.M. si è iniziato a lavorare (in Fig. 7 il gruppo coinvolto) da una parte per allestire i sistemi di controllo e monitoring degli orologi del sistema, dall’altra per sviluppare algoritmi e strutture di misura idonee, anche in collaborazione con altri laboratori europei. La TVF dovrà anche svolgere temporaneamente la funzione di Time Service Provider stimando le correzioni per avere l’ora di Galileo sincronizzata al tempo internazionale UTC. Nel 2011/2012 sono previste le attività sperimentali.

Figura 7 – Il laboratorio di tempo e frequenza dell’I.N.Ri.M. in cui si svolgono anche le attività legate a Galileo e parte del gruppo dedicato alla Galileo Time Validation Facility

BIBLIOGRAFIA

1. [1] P. Waller, F. Gonzalez, J. Hahn, S. Binda, I. Hidalgo, R. Piriz, A. Mozo, G. Tobias, I.Sesia, P. Tavella, G. Cerretto, “In-Orbit Performance Assesment of GIOVE Clocks,” Proc. of 40th PTTI Meeting, Reston, VA, USA, 2008.

2. [2] L. Galleani, P. Tavella, “Dynamic Allan variance” , UFFC IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 56, no. 3, March 2009, pp. 450-464.

3. [3] R. Píriz, A. Mozo, G. Tobías, V. Fernandez, P. Tavella, I. Sesia, G. Cerretto, J. Hahn, “GNSS Interoperability: Offset between reference Time Scales and Timing Biases,” Metrologia, Vol. 45, No. 6 (2008), pp. 87102.

4. [4] R. Zanello, M. Mascarello, L. Galleani, P. Tavella, E. Detoma, A. Bellotti, “The Galileo Precise Timing Facility,” Proc. of EFTF and IEEE-FCS – TimeNav07, Geneva, Switzerland, 2007.

5. [5] J. Achkar et al., “Fidelity – Progress report on delivering the prototype Galileo Time Service Provider,” Proc. 21th EFTF, Geneva, Switzerland, 2007.

Patrizia Tavella, laureata in Fisica e con dottorato di ricerca in Metrologia, è primo ricercatore presso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.). I principali interessi riguardano gli algoritmi matematici e statistici per le scale di tempo e gli orologi atomici. Partecipa allo sviluppo del sistema di navigazione europeo Galileo. Collabora con il “Bureau International des Poids et Mesures” e presiede i gruppi di lavoro del Comitato Consultivo di Tempo e Frequenza su “International Atomic Time” e “Algorithms”.

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NEWS

MONITORAGGIO DI PROCESSO E TESTING DI PRODOTTO: MASSIME PRESTAZIONI AL MINIMO PREZZO Kistler ha recentemente presentato maXYmo BL (Basic Level) 5867A, un nuovo monitor XY per il monitoraggio di processo e il testing di prodotto. Il nuovo monitor, estremamente compatto, dispone di diverse funzionalità pratiche, di un menu di concetto evoluto, di un luminoso display touch screen da 3,5” e di numerose interfacce, offrendo un ottimo rapporto qualità/prezzo.

Principali aree di applicazione del tipo 5867A sono il monitoraggio delle operazioni di giunzione e assemblaggio e le prove di prodotti e materiali. Nei processi di stampaggio/assemblaggio, ad esempio, controlla la forza in funzione dello spostamento o del tempo e nelle lavorazioni di tornitura controlla la coppia in funzione dell’angolo di rotazione o del tempo. maXYmo BL monitora e valuta la qualità di un prodotto o di una fase di produzione sulla base di una curva ed effettua il controllo qualità in base all’anda-

LABCERT È ORGANISMO NOTIFICATO PER LA VALUTAZIONE DI CONFORMITÀ DEGLI STRUMENTI PER PESARE A FUNZIONAMENTO NON AUTOMATICO In data 18 Novembre 2010 il Ministero dello Sviluppo Economico ha emanato per la pubblicazione nella Gazzetta Ufficiale il Decreto che riconosce la Società LABCERT snc di Giuseppe Blandino & C. come “Organismo Notificato” per la valutazione della conformità prevista nell’Allegato II della Direttiva 2009/23/CE “Strumenti per pesare a funzionamento non automatico”.

Il recente riconoscimento ottenuto (primo laboratorio privato in Italia) attesta ancor più Labcert come punto di riferimento per i produttori di strumenti metrologico/legali in Italia.

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mento della curva misurata. Il canale Y può essere collegato a sensori piezoelettrici, piezoresistivi oppure a torsiometri, mentre il canale X può essere collegato a potenziometri lineari o a sensori angolari.

Utilizzando e posizionando a piacere gli elementi di valutazione maXYmo analizza i punti rilevanti per il controllo qualità delle curve di misura, rilevate in base alle funzioni Y=f(X), Y=f(t), Y=f(X,t) o X=f(t). In tal modo, maXYmo BL controlla se la curva misurata, composta fino ad un massimo di 8 000 punti, attraversa gli elementi di valutazione come impostato. In caso affermativo produce un risultato “conforme” (OK), in caso contrario “non conforme” (NOK). Per ciascun programma o curva di misura è possibile impostare al massimo 4 elementi di valutazione di tipo UNI-BOX, CURVA D’INVILUPPO, LINE o NO-PASS. La versione base di maXYmo BL è ottimizzata per essere montata su un pannello frontale. Una soluzione opzionale consente il montaggio sul pannello verticale di una macchina o su un desktop e aggiustamento continuo dell’angolo di visualizzazione.

Kistler offre con il monitor una vasta selezione di sensori di forza, coppia, spostamento e angolo, basati sui princi-

La Labcert di Pordenone fornisce servizi di taratura, in qualità di Centro SIT n.

147, e servizi di Verifica periodica degli strumenti per pesare impiegati nelle transazioni commerciali, come laboratorio LMB PN 01. Con il Decreto 17 aprile 2009 (pubblicato in G.U. n. 107 del 11/05/2009) il Ministero dello Sviluppo Economico ha riconosciuto e designato la LABCERT quale “Organismo Notificato”, ai sensi dell’articolo 9 del Decreto Leg.vo 2 febbraio 2007 n.22, in attuazione

pi di misura piezoelettrici, potenziometrici o estensimetrica. maXYmo BL offre numerose funzioni per i compiti di monitoraggio XY: tutti gli oggetti di valutazione possono essere modificati tramite ingressi numerici o trascinandoli sull’interfaccia grafica utente; ogni oggetto di valutazione può essere allineato rispetto a punti di riferimento assoluti o dinamici; due uscite in tempo reale possono essere assegnate a scelta al canale X o Y e usate per semplici funzioni di controllo; messaggi di allarme correnti e storici, una memoria diagnostica per le curve recenti e un grafico a barre per l’individuazione delle fonti di NOKs facilitano la tracciabilità in caso di problemi; 16 programmi di misura per altrettante tipologie di pezzi; ecc.

Per maggiori informazioni: www.maxymo.com

della Direttiva 2004/22/CE relativa agli strumenti di misura. Il 25 Maggio 2009, infine, il laboratorio è stato notificato presso la Commissione Europea in qualità di Notified Body NB 2166 relativamente agli strumenti per pesare a funzionamento automatico e agli strumenti di misura materiali: misure di lunghezza e misure di capacità.

Per ulteriori informazioni: www.labcert.it

COMMENTI ALLE NORME

▲ Rubrica a cura di Nicola Dell’Arena

Assicurazione della Qualità nella 17025 Parte 1a

come “parte della gestione per la qualità mirata a dare fiducia che i requisiti per la qualità saranno soddisfatti”. Le nuove definizioni hanno leggermente annacquato i termini e creano confusioRIASSUNTO ne nel far capire la sostanziale diffeProsegue con successo l’ampia e interessante serie di commenti di Nicola Delrenza che esiste tra i due termini. Nol’Arena alla norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025. I temi trattati sono: La strutnostante ciò, il controllo della qualità tura della documentazione (n.4/2000); Controllo dei documenti e delle regiserve a soddisfare i requisiti e riguarda strazioni (n.1/2001 e n.2/2001); Rapporto tra cliente e laboratorio la qualità del prodotto/processo pro(n.3/2001 e n.4/2001); Approvvigionamento e subappalto (n.3/2002 e duttivo, mentre l’assicurazione della n.1/2003); Metodi di prova e taratura (n.4/2003, n.2/2004 e n.3/2004); qualità serve a dare fiducia e riguarda Il Controllo dei dati (n.1/2005); Gestione delle Apparecchiature (n.3/2005, tutti i processi aziendali. n.4/2005, n.3/2006, n.3/2006, n.4/2006, n.1/2007 e n.3/2007); Luogo Dare al titolo il nome di assicurazione di lavoro e condizioni ambientali (n.3/2007, n.2/2008 e n.,3/2008); il della qualità, visto il contenuto, mi apCampionamento (n.4/2008 e n.1/2009); Manipolazione degli oggetti pare esagerato: infatti l’assicurazione (n.4/2009 e n.2/2010). della qualità si ottiene applicando tutti i requisiti della 17025 (e non solo PREMESSA le sue parti diano le prestazioni richie- questo). ste nelle varie condizioni operative per Tutto il requisito essi previste” mentre il termine quality riguarda la vali- control è definito come “quelle attività IL CONTROLLO DELLA QUALITÀ dità delle pro- che permettono di rilevare e misurare le ve/tarature ef- caratteristiche di una parte di impianto, La prima parte del punto 5.9.1 prescrifettuate e serve di un procedimento o di un servizio, ve che “il laboratorio deve disporre di per dare fiducia verificandole a fronte di parametri e procedure di tenuta sotto controllo della al cliente sulla valori preventivamente specificati”. qualità per monitorare la validità delle bontà dei risulta- Leggendo queste definizioni si capisce prove e delle tarature effettuate.” ti ottenuti dal immediatamente la grande differenza La norma obbliga a dotarsi di procelaboratorio. Per che esiste tra assicurazione della quali- dure (al plurale) di controllo della qualifar ciò il labora- tà e controllo della qualità. In sintesi, tà, e di conseguenza ad applicarle. Il torio deve eserci- l’assicurazione della qualità è l’appli- numero delle procedure dipende dalla tare un controllo sui processi di prova e cazione di tutta la norma ISO 17025 o tipologia della prova/taratura. Infatti ci valutare i risultati ottenuti. Il requisito 9001 e quindi interessa tutta la società. sono prove/tarature che non necessitapuò essere suddiviso in due grossi argo- Per contro, il termine controllo della no di procedure, e altre che ne hanno menti: a) controllo della qualità; b) qualità è una parte significativa della bisogno. I controlli della qualità che un metodi da utilizzare.

17025 o della 9001, e riguarda un set- laboratorio deve applicare sono indicatore della società (controllo in ingresso, ti nelle rispettive norme, o nelle istruziocontrollo del processo produttivo o di ni delle case costruttrici. In questa situaIL TITOLO una prova, controllo di un servizio). zione non c’è bisogno di riscrivere la L’assicurazione della qualità contiene il norma o istruire una procedura, ma Il titolo del requisito parla di assicura- controllo della qualità ovvero il control- solo di applicare norme e istruzioni e zione della qualità, mentre il contenuto lo della qualità è una parte dell’assicu- riportarle nell’Elenco della documentariguarda il controllo della qualità. Nelle razione della qualità. zione utilizzata dal laboratorio. Esempi prime norme il termine quality assuran- La ISO 9000 del 2000 definisce il con- di procedure di controllo della qualità ce è definito come “metodologia che, trollo della qualità come “parte della mediante azioni sistematiche e pianifi- gestione per la qualità mirata a soddicate, è atta a fornire un adeguato sfare i requisiti per la qualità” mentre grado di confidenza che un impianto e definisce l’assicurazione della qualità ndellarena@hotmail.it COMMENTS ON STANDARDS: UNI CEI EN ISO/IEC 17025 A great success has been attributed to this interesting series of comments by Nicola Dell’Arena to the Standard UNI CEI EN ISO/IEC 17025.

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possono applicare a ciascuna prova/ taratura. La scelta basata sul volume non deve riguardare la selezione del metodo, ma deve interessare solamente la frequenza di applicazione del metodo.

Leggendo insieme tutto il requisito 5.9.1 allorché parla di monitoraggio, risulta chiaro che i metodi elencati nella norma sono le procedure di controllo della qualità richieste nel rigo sopra, METODI ma le due cose sono diverse: infatti ci sono sia i controlli della qualità sia i Nella seconda parte del punto 5.9.1 la metodi. norma prescrive che “Il monitoraggio deve essere pianificato e riesaminato e può comprendere, non limitandosi ad I MATERIALI DI RIFERIMENTO essi, quanto segue: a) l’utilizzo regolare di materiali di riferimento certificati La norma con questo requisito prescrie/o la tenuta sotto controllo della quali- ve che il laboratorio deve: a) utilizzatà interna nell’utilizzo di materiali di re materiali di riferimento certificati; riferimento secondari; b) la partecipa- b) eseguire il controllo della qualità per zione a programmi di confronti interla- materiali di riferimento secondari. boratori o prove valutative; c) la ripeti- Molte prove e tarature sono effettuate zione di prove o tarature utilizzando senza l’ausilio dei materiali di riferimetodi identici o differenti; d) l’effettua- mento, e di conseguenza il metodo non zione di nuove prove o tarature sugli si applica. Per altre prove/tarature l’utioggetti conservati; e) la correlazione di lizzo dei materiali di riferimento è risultati fra caratteristiche diverse di un essenziale e determinante (è come un oggetto”. La nota del punto 5.9.1 parla manometro per la prova di pressione), di “I metodi selezionati dovrebbero per cui bisognerebbe trattarlo come se essere appropriati al tipo e al volume fosse un’attrezzatura o un’apparecchiadelle attività svolte”. tura.

Ci sono altri metodi che si possono uti- È consigliabile leggere questo paragralizzare, e la norma non lo vieta con la fo della norma unitamente al 5.6.3.2, frase “non limitandosi ad essi”, come dove si prescrive che “ogniqualvolta ad esempio (i) la correlazione di risul- possibile, i materiali di riferimento tati fra le stesse caratteristiche di diversi devono essere riferibili alle unità SI, o a oggetti; (ii) la predisposizione di liste materiali di riferimento certificati”, e di riscontro e la relativa compilazione ancora “I materiali di riferimento interni da parte degli operatori addetti; (iii) devono essere controllati nella misura in l’applicazione di metodi teorici per la cui sia tecnicamente ed economicapredeterminazione dei risultati attesi; mente fattibile”. Ancora una volta un (iv) l’impiego di “campioni civetta” requisito riportato in due paragrafi (prove di errore); (v) i controlli interme- diversi della norma e anche in contrasto di; (vi) la validazione dei risultati finali tra loro. Nel 5.9.1 l’uso è obbligatorio basata sul giudizio di esperti o su dati mentre nel 5.6.3.2 esiste la frase dubidisponibili in letteratura o presso gli tativa “nella misura in cui sia tecnicaarchivi del laboratorio stesso, (vii) verifi- mente ed economicamente fattibile”. ca prima della prova/taratura.

Per i materiali di riferimento certificati, La realtà del laboratorio dice che per la norma si riferisce solo al loro utilizzo: molte prove/tarature si possono appli- in realtà ad essi deve essere applicata care solo alcuni metodi e non tutti quel- tutta la 17025: ad esempio taratura, li elencati. La nota parla di selezionare manutenzione, condizioni ambientali, i metodi in base “al tipo e al volume stato di conservazione, precauzioni delle attività svolte”. La scelta basata sul durante l’uso, controlli intermedi, ecc., tipo fa capire che solo alcuni metodi si oltre ai controlli della qualità se previsti. sono (i) prove di funzionamento di parti importanti delle apparecchiature, di parti elettriche ed elettroniche; (ii) prove di funzionamento sugli elementi che elaborano i risultati; (iii) prove sulla purezza dell’acqua; (iv) analisi chimiche di sostanze liquide utilizzate nelle prove.

Mi fermo qui poiché la casistica è ampia.

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COMMENTI ALLE NORME

Per i materiali di riferimento secondari, la norma prescrive i controlli di qualità ma, secondo me, per essi bisogna applicare tutta la norma ISO 17025 e, dove le rispettive norme o istruzioni del fornitore li prevedono, eseguire i controlli della qualità.

Non farei nessuna distinzione di applicazione della 17025 tra materiali di riferimento certificati e secondari. Sinceramente non definirei questo metodo come procedura di controllo della qualità.

CONFRONTO INTERLABORATORIO

Mi è ancora difficile capire la differenza che esiste tra confronto interlaboratorio e prova valutativa esterna. Il confronto tra laboratori era richiesto nella vecchia 45001. Esso è un elemento importante per la validità e la bontà dei risultati ottenuti. A me pare uno strumento importantissimo e lodevole per l’esistenza di un laboratorio, soprattutto quanto ci si confronta con tutti i laboratori del mondo. Nonostante ciò non oserei definirlo procedura di controllo della qualità.

I confronti e le prove valutative devono essere organizzati (i) da qualcuno (a livello nazionale, europeo, mondiale), (ii) per ogni singola prova/taratura, e (iii) in accordo alla guida ISO 43 e alla guida ILAC G13. Queste guide obbligano chi partecipa a confrontarsi con i laboratori di tutto il mondo e ad applicare azioni correttive qualora i limiti predefiniti fossero stati superati. A questi cicli di confronto, soprattutto a quelli mondiali, possono partecipare solo pochi laboratori di ogni Stato, per cui la frequenza di partecipazione aumenta.

Si può affermare che per un anno il requisito si applica solo a pochi laboratori.

Essi possono essere organizzati dall’organismo di accreditamento, da Ministeri interessati, da organizzazioni culturali nazionali ed internazionali che si occupino di prove e tarature, da un insieme di laboratori che si riuniscono proprio per raggiungere questo scopo. Naturalmente tutti gli organizzatori devono applicare la ISO 43. Il SIT ha sempre organizzato questi confronti.

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Se le Sue risposte sono affermative, Le proponiamo di partecipare attivamente al successo del Progetto “Innovare per Vincere, Divulgare per Progredire”: esperienze innovative sviluppate per le aziende manifatturiere, a livello di processi, metodi, tecnologie. Potrà presentare una breve testimonianza, relativa a un Caso Applicativo adottato nella Sua Azienda, nell’ambito della prossima 5a edizione della manifestazione espositiva AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE in programma a Torino il 13/14 Aprile 2011.

Le tematiche focus della manifestazione sono: AFFIDABILITA’, ENERGIA, FABBRICAZIONE ADDITIVA, MATERIALI COMPOSITI E SPECIALI, MECCATRONICA, NANOTECNOLOGIE, QUALIFICAZIONE FORNITORI, SIMULAZIONE, CAD-CAM-CAE, TARATURA, TESTING e MISURE MECCANICHE, TESTING e MISURE ELETTRICHE, VISIONE ARTIFICIALE. Trasmetta una breve sintesi del Caso Applicativo che potrebbe presentare: via posta elettronica, all’indirizzo info@affidabilita.com, indicando nell’oggetto “Casi Applicativi”; oppure contatti telefonicamente la nostra segreteria, al n° 011/0266700.

Le proposte pervenute verranno valutate dal Comitato Organizzatore, che provvederà ad accettare quelle di reale interesse per i partecipanti, che andranno ad arricchire ulteriormente il Programma formativo e informativo della manifestazione, comprendente 8 Convegni Specialistici e varie Sessioni Parallele Tematiche.

QUALI VANTAGGI per le Aziende Testimonial?

La presentazione di un proprio risultato positivo ottenuto rappresenta un’opportunità di disseminazione presso clienti o fornitori acquisiti e potenziali. Tale attività risulta di particolare valore soprattutto se svolta in un contesto specialistico e di ottimo livello qual è la manifestazione “Affidabilità & Tecnologie”. Inoltre, proporre la propria esperienza potrà anche trasformarsi in un’azione di marketing nei confronti di un pubblico di decisori e tecnici di aziende.

Alle testimonianze accettate verrà offerta la massima visibilità nella comunicazione e la loro presentazione all’evento non comporterà alcun costo per i relatori.

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NEWS

RICERCA E INNOVAZIONE NEL MOTOCICLISMO L’esperienza del team di studenti 2WheelsPoliTO al Motostudent 2010, che ha coinvolto anche LMS Italiana e i suoi sistemi di simulazione e prova

Il Politecnico di Torino ha partecipato all’iniziativa spagnola Motostudent che prevede la realizzazione di una moto di cilindrata 125 cc da parte di un team di una decina di studenti, coadiuvati da alcuni docenti. La sede di Vercelli, con la sua natura da Campus universitario, i laboratori di ricerca, un ambiente dinamico, è risultata il luogo ideale per lo sviluppo dell’iniziativa.

La moto si basa su un kit uguale per tutti i team, fornito al momento dell’iscrizione, comprendente motore, forcella anteriore, ammortizzatore posteriore, freni, ruote e pneumatici. I team hanno dovuto progettare il telaio, la carenatura, il sistema di scarico, analizzare la dinamica del veicolo, realizzare i pezzi, l’assemblaggio, la regolazione. La competizione prevedeva una valutazione a punti, stabilita in base a capacità progettuale, originalità del progetto e del design, autonomia del gruppo di studenti, performance del veicolo realizzato.

L’evento finale della manifestazione si è svolto sul circuito di Alcaniz, in Spagna, e ha visto concorrere circa 25 team di università spagnole e un’unica scuderia italiana. Alla prima uscita i ragazzi della sede di Vercelli del Politecnico di Torino si sono subito distinti conquistando la Mención al mejor Concepto de Moto destinata al progetto maggiormente innovativo: la DSC125, realizzata in collaborazione con diverse aziende del settore, ha convinto i collaudatori professionisti, che l’hanno definita un’autentica “125 da Gran Premio” grazie alle soluzioni d’avanguardia adottate e, soprattutto, al telaio completamente incollato.

La partecipazione a tale evento ha rappresentato una grande opportunità sia per l’ambiente universitario sia per le aziende e il territorio piemontese. Come per altre simili manifestazioni, l’iniziativa accende l’entusiasmo degli studenti e attira l’attenzione sulla Facoltà: i suoi aspetti più rilevanti vanno individuati in ambito di aggregazione, reclutamento e motivazione degli studenti e anche di ricerca e sviluppo in un campo, come quello motociclistico, di particolare importanza nel nostro Paese, nel quale tuttavia il Politecnico di Torino non era attivamente impegnato. Non è da escludere che l’iniziativa prenda piede in Italia dando vita a una serie di gare tra università.

Nelle ultime settimane la DSC125 è stata

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presentata al pubblico in diverse occasioni, fra le quali l’evento Politecnico in Mostra e la recente Esposizione Internazionale del Ciclo e Motociclo di Milano, suscitando reazioni positive di esperti e curiosi.

LMS Italiana è lieta di aver potuto contribuire a questo successo, fornendo al team 2WheelsPoliTO il software di simulazione e i sistemi per le prove dinamiche.

Con i frontali di acquisizione LMS Scadas Recorder in combinazione con la piattaforma software LMS Test.Lab è stato possibile analizzare sperimentalmente il comportamento dinamico dei componenti in laboratorio e in un prossimo futuro verranno eseguite diverse sessioni di prova su strada per la verifica di alcune prestazioni critiche. Infatti tale generazione di frontali consente di acquisire segnali provenienti da vari tipi di trasduttori senza richiedere ulteriori unità di condizionamento e, soprattutto, lavorando anche in modalità recorder senza PC. Molte delle misure effettuate sono state poi utilizzate per validare i modelli numerici da utilizzare per le simulazioni vibro-acustiche e di durata a fatica. La piattaforma integrata

NUOVA SERIE DI ATTUATORI ELETTRICI

LMS Virtual.Lab ha consentito di verificare il grado di correlazione tra analisi strutturali sperimentali e numeriche, simulare il comportamento cineto-dinamico della moto, valutare preventivamente la durata a fatica di alcune soluzioni progettuali critiche e ottimizzare lo scarico da un punto di vista vibro-acustico. Inoltre con le librerie 1D di LMS Imagine.Lab Amesim sono stati messi a punto i modelli dei controlli e dei circuiti idraulici e di raffreddamento. Proprio in questi giorni LMS Italiana sta attivando una serie di tesi di laurea durante le quali supporterà alcuni studenti nell’utilizzo dei propri strumenti hardware e software in applicazioni motociclistiche.

Per ulteriori approfondimenti: www.motostudent.it www.lmsitaly.com integrano inoltre, come caratteristica standard, il concetto di ENERGY SAVING offrendo la funzione di “Auto-Current Down”, che riduce e ottimizza in modo assolutamente automatico il consumo energetico dell’intero sistema durante le fasi operative senza pregiudicarne le prestazioni.

Gli attuatori elettrici impiegati per applicazioni di “pick&place” e operazioni di pallettizzazione e movimentazione possono essere supportati dalle nuove soluzioni “elettriche” ideate da SMC. Compatibile con il sistema di controllo LEC, la serie LE si compone di una gamma completa di attuatori elettrici presentata in diverse esecuzioni: slitta (LESH), pinza a 2 e 3 dita di presa (LEHZ, LEHF, LEHS), cilindro a stelo (LEY) e cilindro senza stelo (LEF).

Il controllore LEC è in grado di gestire e regolare le variabili di forza, velocità e posizionamento degli attuatori abbinati.

Sono programmabili 64 quote diverse, ognuna delle quali con profili di movimentazione specifici per ottenere massime prestazioni e precisioni. Per semplificare e velocizzare la programmazione, i profili possono essere “auto-appresi” utilizzando una funzione dedicata. La programmazione può avvenire mediante software dedicato o tastierino palmare utile anche ai fini di manutenzione.

Ogni serie di prodotto è presentata in una gamma articolata di soluzioni in termini di taglia, corsa e forza.

Durante la scorsa edizione della BI-MU (biennale della macchina utensile, robot e automazione di Milano), all’interno della rassegna specialistica dedicata al mondo dell’assemblaggio e organizzata da AIdA (Associazione Italiana di Assemblaggio), SMC Italia ha presentato la sua ampia gamma di attuatori elettrici e soluzioni nell’ambito della movimentazione lineare, consapevole della grande importanza che i prodotti per il controllo del movimento hanno assunto nel panorama delle tecnologie industriali e dei loro conseguenti benefici applicativi.

Andrea Trifone (Product Project Manager Electric Actuators & Serial Interface di SMC Italia) ha illustrato a tutti gli interessati quanto SMC Corporation integri costantemente la propria gamma di prodotti e soluzioni pneumatiche introducendo a getto continuo innovative soluzioni a comando elettrico, come la nuova gamma di attuatori elettrici Serie LE. Per ulteriori informazioni: Grande interesse per questi attuatori, che www.smc.eu

N. 04ƒ ;2010 Un balzo in avanti per la misura su macchine utensili multiasse con l’introduzione della nuova versione di Renishaw Productivity+™, software di tastatura su base PC. Un ampliamento chiave è rappresentato dalla nuova opzione multiasse, che apre la porta a maggiore creatività ed efficienza nei processi di lavorazione e, in combinazione con la tecnologia Renishaw Rengage™ 3D e le nuove sonde radio ultracompatte, offre agli ingegneri di processo e agli operatori macchina un’ampia scelta di soluzioni flessibili.

Valutazione gratuita della nuova opzione multiasse Le macchine utensili multiasse aggiungono una nuova dimensione alle possibilità di lavorazione e il nuovo software di tastatura basato su PC Renishaw Productivity+™ permette agli utilizzatori di sfruttare al meglio i movimenti delle sonde. Dal momento in cui il pezzo è caricato in macchina il software può effettuare prove logiche per verificare che il piazzamento sia corretto e inserire correzioni sui parametri prima di iniziare la lavorazione. Durante la lavorazione, inoltre, esso può essere utilizzato per affinare le variabili o per prendere decisioni di processo in base alle condizioni che si verificano in quel momento in macchina. In breve, Productivity+™ aiuta ad adattare i processi di lavoro alle variazioni a cui questi sono soggetti.

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NUOVA OPZIONE MULTIASSE PER IL SOFTWARE DI TASTATURA PRODUCTIVITY+TM

NEWS

tastatura a bordo macchina, dal controllo di processo con Productivity+™ suite, alla verifica in macchina e alla misura in stile macchina di misura con Renishaw OMV. Per ulteriori informazioni sulle soluzioni di tastatura di Renishaw, leader di mercato nei software e nell’hardware per la misura in macchina utensile, visitate

Derek Marshall, Responsabile Software per Macchina Utensile Renishaw, dichiara: “Vogliamo incoraggiare l’uso creativo della tastatura presso tutti gli utilizzatori di nostri prodotti, che invitiamo a provare le nuove funzionalità e a scoprirne gli interessanti benefici”. Nel www.renishaw.it tempo questa tecnologia si espanderà e i vantaggi da essa offerti al controllo di processo si estenderanno a una sempre più ampia varietà NUOVO TRASDUTTORE di configurazioni di macchine.

DI PRESSIONE Secondo Marshall, “La promozione della creatività e dell’innovazione nei processi di “LOW COST” lavorazione è il punto chiave, perciò introdurremo altre nuove funzioni, tra cui un siste- Il nuovissimo trasduttore di pressione ma di macro personalizzate per inserire pro- modello IP150 dell’americana Honeywell grammi esistenti o logica complessa nel codi- Sensotec (distribuito da burster Italia srl) ce Productivity+™ e un’ulteriore espansione combina la tecnologia ASIC (Circuito Intedella capacità di gestire caratteristiche grato per Applicazione Specifica) con il costruite”. Nonostante queste capacità sem- diaframma di metallo e l’elemento isolato. pre più potenti, il codice generato da Pro- Questo sensore, compensato digitalmente, ductivity+™ può comunque girare sul con- offre elevate prestazioni a un prezzo controllo delle macchine utensili, migliorando i tenuto e si presenta, pertanto, come soluprocessi produttivi senza PC esterni o server, zione ideale per la misura di pressione in eliminando così la necessità di hardware tutte le applicazioni. aggiuntivo o di comunicazioni complesse, Interamente compensato in temperatura, necessarie con altri sistemi. calibrato e amplificato, il trasduttore è disponibile in range da 0…2 psi a 0…10 000 psi. Precisione: ±0,15% del Tecnologia Rengage™ 3D: fondo scala a 25 °C e <2% per misure nel tastatura ad alta accuratezza I pezzi prodotti su una macchina utensile campo di temperatura compreso da multiasse richiedono un alto livello di accu- -40 °C….+116 °C. ratezza per ognuna delle direzioni di misura Vengono proposti connettori di uscita e e questo è proprio ciò che la tecnologia porte di pressione standard industriali per Renishaw Rengage™ 3D permette di ottene- consentire affidabilità e flessibilità. re. Le sonde OMP400 e RMP600, dotate di La serie IP150 ha 4 uscite standard: un meccanismo di rilevamento ed elettronica 0…5 VDC, 0…10 VDC, 4…20 mA e dell’ultima generazione, permettono presta- 4…20 mA a sicurezza intrinseca. zioni sub-micron anche su superfici scultura- Sono disponibili le seguenti certificazioni: CSA, CE, Ex e FM. te e anche con stili lunghi.

In particolare la sonda RMP600 è di interes- Le caratteristiche principali sono: se speciale per gli utilizzatori di macchine – wetted parts in acciaio AISI316 per utimultiasse grazie alla trasmissione radio a lizzo in ampia varietà di applicazioni in salto di frequenza su spettro diffuso (FHSS), fluidi; che permette il funzionamento anche quan- – nessun sigillo elastomerico interno, quindo la sonda è completamente priva di visua- di nessun o-ring speciale; le del ricevitore, caso comune con le mac- – uscita amplificata, che elimina i costi delchine multiasse. Il tastatore RMP600 integra l’amplificatore esterno; anche una innovativa funzione di auto reset – protezioni contro errori di connessione che può compensare le forze sullo stilo cau- della tensione e corto circuiti; sate dal cambio di orientamento, potenziale – tempo di risposta inferiore ai 2 msec, che causa di errori e falsi contatti. Questa fun- consente misure precise e veloci; zionalità permette al tastatore di funzionare – grado di protezione IP65 o migliore per anche su macchine che ruotano il tastatore ambienti ostili. nello spazio. Primo tastatore a combinare Le sue applicazioni principali sono nelfunzionamento estensimetrico con trasmissio- l’ambito dell’Automazione Industriale ne radio e reset automatico, RMP600 è il (monitoring nel settore idraulico, pneumatipartner ideale per le lavorazioni multiasse. co e fluido, pressione di cisterne, indicatoL’unione dell’accuratezza multiasse dei tastato- ri di pressione/processo, monitoraggio ri Rengage™ 3D con la creatività di Producti- perdite, ecc.), Olio e gas (a sicurezza vity+™ consente agli utilizzatori di accedere intrinseca/aree rischiose), Strumenti e sistecon facilità ai benefici del controllo di proces- mi per settore medicale. so e di ridurre gli errori di lavorazione.

La gamma Renishaw di software per la misura Per ulteriori informazioni: e il controllo di processo su macchina utensile www.burster.it copre l’intero ventaglio delle applicazioni di

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T U T T O _ M I S U R E Anno XII - n. 4 - Dicembre 2010 ISSN: 2038-6974 Sped. in A.P. - 45% - art. 2 comma 20/b legge 662/96 - Filiale di Torino Direttore responsabile: Franco Docchio Vice Direttore: Alfredo Cigada Comitato di Redazione: Salvatore Baglio, Antonio Boscolo, Marcantonio Catelani, Marco Cati, Pasquale Daponte, Andrea Ferrero, Luciano Malgaroli, Gianfranco Molinar, Massimo Mortarino

ABBIAMO LETTO PER VOI

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

THE ARCHAEOLOGY OF MEASUREMENT. COMPREHENDING HEAVEN, EARTH AND TIME IN ANCIENT SOCIETIES

Redazioni per: Storia: Emilio Borchi, Sigfrido Leschiutta, Riccardo Nicoletti, Mario F. Tschinke Le pagine delle Associazioni Universitarie di Misuristi: Stefano Agosteo, Paolo Carbone, Carlo Carobbi, Alfredo Cigala, Domenico Grimaldi, Claudio Narduzzi, Marco Parvis, Anna Spalla Lo spazio delle altre Associazioni: Franco Docchio, Giuseppe Nardoni Le pagine degli IMP: Domenico Andreone, Gianfranco Molinar, Maria Pimpinella Lo spazio delle CMM: Alberto Zaffagnini Comitato Scientifico: ACISM-ANIMA (Roberto Cattaneo); AICQ (Giorgio Miglio); AEI-GMTS (Claudio Narduzzi); AIPnD (Giuseppe Nardoni); AIS-ISA (Piergiuseppe Zani); ALPI (Lorenzo Thione); ANIE (Marco Vecchi); ANIPLA (Marco Banti, Alessandro Ferrero); AUTEC (Anna Spalla), CNR (Ruggero Jappelli); GISI (Abramo Monari); GMEE (Giovanni Betta); GMMT (Paolo Cappa, Michele Gasparetto); GRUPPO MISURISTI NUCLEARI (Stefano Agosteo) INMRI – ENEA (Pierino De Felice, Maria Pimpinella); INRIM (Elio Bava, Flavio Galliana, Franco Pavese); ISPRA (Maria Belli); OMECO (Clemente Marelli); SINAL (Paolo Bianco); SINCERT-ACCREDIA (Alberto Musa); SIT (Paolo Soardo); UNIONCAMERE (Enrico De Micheli) Videoimpaginazione: 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 - sas Direzione, Redazione, Pubblicità e Pianificazione Via Palmieri, 63 - 10138 Torino Tel. 011 0266700 - 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 e 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 • Il sistema di taratura • Il GMMT si presenta • Calibratori e multimetri come strumenti campione E molto altro ancora

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N.

di Iain Morley e Colin Renfrew Cambridge University Press 267 pagine ISBN 978052111990-0: $ 47,50, 2010 “Fu un passo estremamente significativo quello in cui, nell’antichità, un essere umano, compiendo un atto di misurazione, formulò il concetto di misura”. Così inizia la prefazione al libro dei due autori. Uno splendido libro che, con il contributo di numerosi autori esperti in archeologia, traccia le radici della archeologia della misurazione. Da non perdere.

GLI AUTORI Iain Morley è Fellow e Tutor in antropologia al Keble College, Oxford. Esperto di Archeologia Paleolitica, è corditore di numerosi testi quali Becoming human: Innovation and Prehistoric Material and Spiritual Culture.

Colin Renfrew è Professore Emerito di Archeologia all’Università di Cambridge, dove è Senior Fellow dell’Istituto Mc Donald di ricerca archeologica. Autore di numerosi testi di archeologia e preistoria, tra cui Archaeology: Theory, Methods and Practice.

STRUMENTI E MISURE PER L’INGEGNERIA MECCANICA di Pietro Mario Azzoni Hoepli Editore 438 pagine ISBN 88-203-3633-2: € 28,00, 2010 Ho personalmente adottato questo testo per il mio nuovo insegnamento di Strumentazione Elettronica per gli Studenti del Corso di Laurea (1. Livello) in Ingegneria Meccanica all’Università di Brescia, preferendolo al più enciclopedico e “blasonato” testo di riferimento del Doebelin (chiedo venia al mio vicedirettore che ne ha curato la traduzione). È un testo che prende per mano lo studente e lo guida lungo la strada della strumentazione di misura nei suoi componenti fondamentali, illustrando poi le principali tipologie di strumenti per le misure meccaniche. Ottimo anche per i laureati che trovano in esso uno strumento di consultazione semplice ma completo.

GLI AUTORI Pietro Mario Azzoni è laureato in Ingegneria Nucleare, già libero docente di Ingegneria del Reattore Nucleare ed esperto nelle misure e nel trattamento di segnali. Collabora con le più prestigiose case di motorismo da competizione.

4/10 ƒ 320