Tutto_Misure 04/2010

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ISURE

- ANNO 1

2, N. 04 -

2010

TUTTO_MISURETUTTO_MISUREANNO XIIN. 04 ƒ

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

A F F I D A B I L I T À& T E C N O L O G I A

GRUPPO MISURE ELETTRICHEED ELETTRONICHE

EDITORIALET_M casa comune delle Misure

IL TEMA: MISURE PER L’AMBIENTE E IL COSTRUITO

Monitoraggio strutturale con fibre otticheMisure 3D nei canyon urbani

Rilievo delle caratteristiche di calcestruzzi rinforzati

WSNAP: una rete wireless riconfigurabile

ALTRI TEMICriteri per la qualifica a vibrazione

di componenti meccaniciMisura di potenza alle microonde

La fidatezza – Parte I

ARGOMENTIMetrologia legale: gli attori

Compatibilità e.m.: i componentiIMP: Galileo

Commenti alla 17025

WWW.AFFIDABILITA.EU

Torino13-14 aprile 2011 Metrologia & Qualità

Torino13-15aprile2011

LA TARATURACREA VALORE!Evento in collaborazione con

Presentazione a pag. 6-7ACCREDIA

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 249Notizie da Enti e Associazioni 252

Il tema: Misure per l’Ambiente e il CostruitoIl monitoraggio strutturale(B. Giffoni, G.C. Someda, G. Crotti, S. Manzoni) 255Rilevamento tridimensionale con mezzo mobile (G. Vassena) 259Rilievo caratteristiche di calcestruzzi fibrorinforzati(R. Ottoboni, M. Faifer, S. Toscani) 265WSNAP: una rete wirless riconfigurabile(M. Corrà, P. Pivato, D. Macii, D. Petri) 271

Gli altri temi: Misure MeccanicheCriteri per qualifica a vibrazione di componentimeccanici (A. Lucifredi, P. Silvestri, F. Tripepi, G. Camauli) 275

Gli altri temi: Misure per l’EnergiaCaratterizzazione e monitoraggio di pannelli fotovoltaici(F. Adamo, F. Attivissimo, A. Di Nisio, M. Spadavecchia) 279

Gli altri temi: Misure ElettronicheMisura di potenza alle microonde: metodi e prospettive(L. Oberto) 285

Campi e compatibilità elettromagneticaComportamento a radiofrequenza dei componenticircuitali passivi (C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi) 289

I Seriali: Misure e FidatezzaChiariamoci sul concetto di Fidatezza(I. Trotta, M. Pignotti, M. Catelani) 293

Manifestazioni, eventi e formazioneNovità sul VII Congresso “Metrologia & Qualità” 297Eventi 2011 298

Metrologia LegaleI nuovi soggetti della metrologia legale (V. Scotti) 299

Metrologia per CapillaritàSugli Audit relativi ad aspetti metrologici (G. Miglio) 301

Spazio Associazioni Universitarie di MisuristiGMEE – Il Congresso di Gaeta del 13-15/09/2010(M. Catelani) 305Premio “Nicola Chiari” per la migliore applicazione di misura e automazione 2010 305GMEE – Seminario di eccellenza “Italo Gorini” 2010 306

Lo spazio degli IMPI.N.Ri.M. contribuisce al tempo di Galileo (P. Tavella) 309

Commenti alle normeAssicurazione della Qualità nella 17025 (N. Dell’Arena) 315

Abbiamo letto per voi 320

News 270-274-284-314-318-319

TUTTO_MISUREIN QUESTO NUMERO

TUTTO_MISURE ANNO XIIN. 04 ƒ

2010

Monitoraggio strutturale mediantetecniche a fibre otticheStructural monitoring system by fiber optics techniques

B. GriffoniG.C. SomedaG. CrottiS. Manzoni

255Rilevamento tridimensionale conmezzo mobile all’interno di canyonurbani e tunnel stradaliNew techniques for the 3D measurementswith a mobile vehicle inside urbancanyons and roadtunnels

G. Vassena

259

I nuovi soggetti della metrologialegale in ottemperanzaalla Direttiva MIDLegal metrology:great changesafter the application of the MID Directive

V. Scotti

289

Misura di potenza alle microonde:metodi tradizionali e nuove propettiveTraditional methods and new perspectives in microwave powermeasurement

L. Oberto

285

T_M N. 4/10 ƒ 243

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The house of measurements

La casa comune delle Misure

Cari lettori!Nel mio primo Piano Edi-toriale del settembre2009 avevo indicato tragli obiettivi della miadirezione quello di fardiventare la rivista la“casa comune” di tutti glioperatori delle misure,una casa in cui si ricono-scessero coloro che

fanno misure, che insegnano a farle, che nor-mano in termini di misura, che vigilano a chele misure siano eseguite correttamente. È pas-sato poco più di un anno e una cospicuaparte di questo obiettivo si concretizza. All’As-sociazione GMME si sono infatti aggiunti neltempo il GMMT (Gruppo Misure Meccanichee Termiche), l’AUTEC, (Associazione degliUniversitari di Topografia e Cartografia), erecentemente il Gruppo degli Universitari diMisure Nucleari.È un risultato significativo, poiché amplia l’of-ferta di know-how di R&S che la rivista mette adisposizione dei suoi lettori in diversi settori“strategici” delle misure tra i quali quello dellamisura civile e ambientale, e quello della misu-ra nucleare. Benvenuto ai nuovi amici!Mi impegnerò ora a lavorare con più deter-minazione nei confronti del mondo dell’indu-stria, sollecitando contributi industriali alla rivi-sta, organizzando tavole rotonde e forum spe-cifici, e potenziando le rubriche. Già oggi,sfogliando quest’ultimo numero, si possononotare alcuni cambiamenti. Vengono aumen-tate e potenziate le “Rubriche di T_M”, spaziperiodici che discutono argomenti di misura.Tra queste, la nuova Rubrica sulla MetrologiaLegale, a cura di Veronica Scotti, risponde astimoli di varia natura, specialmente in temadi Direttiva MID, e quindi dovrebbe interessa-re un vasto uditorio di operatori di misure.L’altra novità è quella dei “Seriali” (sì, propriocome i killer!), articoli “a puntate” su temi par-ticolarmente interessanti per le Aziende e ilvasto pubblico. Il Seriale che inizia con questonumero è quello sulla “Fidatezza” che guide-rà i lettori nell’affascinante mondo dell’Affida-

bilità e della sua gestione. Altri Seriali mi sonostati promessi.Altro passo importante: Tutto_Misure ha unISSN! Eccolo: 2038-6974. Siamo diventati“grandi”. Poiché in alcune sedi Universitarie lavalutazione della qualità della ricerca sembravolersi restringere a pubblicazioni con ISSN,oggi Tutto_Misure è diventata una rivista “espo-nibile” senza remore nella propria lista dellepubblicazioni. Last but not least, Tutto_Misure haun nuovo e accattivante sito web che ospita l’e-dizione cartacea e quella telematica. Eccolo:www.tuttomisure.it!Questo è l’ultimo numero in cui posso solleci-tare tutti i lettori a partecipare ai due eventi“clou” del mondo dei misuristi italiani: il Con-vegno “Metrologia e Qualità 2011” e l’Evento“Affidabilità e Tecnologie” entrambi ad Aprile2011. Un particolare invito va ai miei colleghiUniversitari. Partecipate numerosi inqualità di espositori della vostra ricer-ca, del vostro know-how, dei vostribrevetti! La partecipazione nostra e deinostri “start-up” all’edizione di quest’anno haottenuto risvolti, anche se non immediati, co-munque lusinghieri, con contatti che si stannoconsolidando e collaborazioni che si stannoavviando.Come vedete in questo Editoriale non esco dalseminato della rivista. Uscirne vorrebbe direoccuparmi delle notizie del “mondo esterno”,che trattano di posizioni marginali del nostroPaese in termini di crescita, di governi bloccatida lacerazioni politiche insanabili, di spettri dielezioni anticipate, di borse di studio universita-rie quasi azzerate, di riforme universitarie bloc-cate per mancanza di fondi… E di un degradonella coesione sociale che mai avrei voluto spe-rimentare nella mia esistenza. Meglio di no.A voi, ancora una volta, buona lettura, con imigliori auguri di tutta la Redazione per un sere-no Natale e per un 2011 che sia all’insegna diun maggiore ottimismo!

Franco Docchio

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IL VALORE DELLE TARATURE & PROVEPER L’INNOVAZIONE E L’AFFIDABILITÀ

ACCREDIA ha concesso il proprio Patrocinio a IL VALORE delle TARATURE & PROVE perl’Innovazione e l’Affidabilità, l’importante evento dedicato alle industrie manifatturiere uti-lizzatrici di strumenti e servizi di misura.

L’iniziativa, organizzata nel contesto della manifestazione AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE (Torino Lingotto Fiere - 13/14Aprile 2011) è realizzata in collaborazione con la medesima Segreteria Organizzativa e con il sostegno della RivistaTUTTO_MISURE; prevede una capillare attività di comunicazione, rivolta a migliaia di industrie utilizzatrici di strumenti di misu-ra, 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’aziendacompetitiva, come dimostra l’attuale contesto di mercato, è quella capace di produrre innovazione equalità a livello di prodotto e di processo. Tale approccio, tuttavia, non può prescindere dalla costantericerca dell’affidabilità, una delle principali caratteristiche che contribuiscono a determinare il vero suc-cesso di un prodotto. L’affidabilità non è l’unica caratteristica misurabile di un prodotto: lo sono anche leprestazioni, la durata, la disponibilità, la manutenibilità, l’estetica, ecc. Ma l’influenza di ciascuna di esseè 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.

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

Le aziende europee in competizione: le Aziende italiane si trovano dunque davanti a un bivio: investire nell’innovazione enell’affidabilità del prodotto, oppure sparire.Purtroppo, investire in pratiche atte ad aumentare l’affidabilità è, in Italia, un atteggiamento imprenditoriale non particolarmentediffuso: complici anche l’esigenza di contenimento drastico dei costi e la scarsa credibilità di molte certificazioni di sistema, spes-so 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 lorostrumentazione di misura e controllo, avendo come obiettivo principale la conformità anziché analizzare a fondo le proprie esi-genze, i costi degli investimenti e i loro possibili ritorni. Così alcune aziende gestiscono male il proprio parco strumenti, sprecandotempo e denaro nelle tarature certificate non indispensabili o in piani formativi non necessari, “di facciata”, rivolti ai propri respon-sabili della strumentazione. Per contro, aziende lungimiranti (l’esempio della Germania è eclatante: nonostante la crisi e i costi elevati, il prodotto di qua-lità superiore viene riconosciuto e premiato dal mercato) stanno investendo da anni in tal senso conquistando, lentamentema inesorabilmente, sempre maggiori fette di mercato, a discapito di aziende meno virtuose.

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 voltain Italia un momento pratico d’informazione, di assoluto interesse per l’industria italiana alla ricerca di soluzioni a valoreaggiunto per la propria azienda;

– propone metodologie e servizi pratici: è prevista una qualificata partecipazione di “esperti”, ovvero tecnici di Centri diTaratura e di Laboratori, che potranno utilizzare spazi preallestiti per accogliere i Visitatori, per offrire risposte semplici eattuabili alle esigenze quotidiane delle Imprese (taratura, gestione strumenti, formazione del personale, ecc.);

Incontri e appuntamenti tra Visitatori ed Esperti Tramite un motore di ricerca interno, viene realizzato un percorso guidato sul sito www.affidabilita.euper 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. Sisupererà in tal modo la tradizionale distanza fra il mondo delle aziende utenti e gli “esperti” (ope-ratori dei Laboratori), i quali potranno specificare le competenze professionali del proprio laborato-rio, 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 colle-gheranno 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 appuntamen-to con i Visitatori interessati.

OBIETTIVO

INCONTRI

Gli strumenti utilizzatiper la comunicazioneArticoli, informazioni, testimonianzeapplicative vengono ospitate su testatemirate e ampiamente familiari al targetdei destinatari:TUTTO_MISURE (la rivista italiana inte-ramente dedicata alle Misure, Prove eControlli Qualità), edizione cartacea;

– TUTTO_MISURE NEWS: edizionetelematica;

– Innovazioni & Tecnologie (organoufficiale dell’evento AFFIDABILITÀ &TECNOLOGIE) versione sia cartaceasia telematica, a elevata tiratura;

– Testing & Metrologia: news telema-tica appositamente realizzata in occa-sione dell’Evento.

WEB: un apposito logo richiama l’atten-zione sull’evento e i Centri di Taratura eProve possono sostenere l’iniziativa ospi-tando il logo nel loro sito.

Visibilità e DivulgazioneSaranno incrementate le collaborazionicon le Associazioni di Categoria favo-rendo una maggiore partecipazionedelle aziende.Sono previste numerose testimonianzeindustriali, con conseguente forte richia-mo per le migliaia di aziende delle spe-cifiche filiere produttive.Il Data Base utilizzato per le attività dicomunicazione raggiunge 56.000 nomi-nativi, responsabili tecnici e decisori diaziende manifatturiere.

Ai Responsabili dei Centri di Taratura industrialiAi Responsabili di Laboratori Prove industriali

Ai Responsabili di Enti di Ricerca e Laboratori metrologici UniversitariOggetto: IL VALORE DELLE TARATURE & PROVE PER L’INNOVAZIONE E L’AFFIDABILITÀ TUTTO_MISURE sostiene il progetto di A&T, patrocinato da ACCREDIA.

Brescia, 16/11/2010Caro collega,

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

La ricerca e il miglioramento dell’affidabilità dei prodotti, come mezzo per lanciare il “Made inItaly”, dovrebbero rappresentare uno degli obiettivi primari per le imprese italiane; la corretta gestio-ne, taratura e manutenzione della strumentazione, in collaborazione con centri competenti eaccreditati, dovrebbero costituire pratica usuale. Non sempre, in Italia, questa situazione si verifica e ciòpuò 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’affidabi-lità dei prodotti e le collaborazioni con centri accreditati sia uno degli obiettivi specifici della rivistache dirigo. È di questi giorni la partenza di un progetto, da parte di A&T con il patrocinio di ACCREDIA, dal titolo “Ilvalore delle Tarature & Prove per l’innovazione e l’affidabilità”, che prevede un capillare pro-gramma di formazione, incontri, discussioni, eventi, finalizzati a promuovere il perseguimento dell’affida-bilità. 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 daparte della rivista, vi comunico che abbiamo deciso di riservare all’argomento il tema principaledel 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”, ingrado di testimoniare concretamente come e in quale misura puntare sull’affidabilità abbia costi-tuito un vantaggio competitivo per l’azienda, accrescendo la fidelizzazione dei propri Clienti. Daparte mia, provvederò a contattarli e intervistarli per mettere in evidenza tali aspetti e, nel contempo, dareil giusto risalto alle tarature e prove quali componenti imprescindibili per garantire l’affidabilità di proces-si e prodotti.Sono a vostra disposizione per qualsiasi ragguaglio editoriale, certo di una vostra adesione numerosa all’i-niziativa.Nell’attesa di vedervi personalmente nel prossimo futuro, vi porgo i miei più cordiali saluti.(messaggio inoltrato il 15/11/2010) Prof. Franco Docchio

Comunicazione mirataIl progetto di comunicazione dell’Evento IL VALORE delle TARA-TURE & PROVE per l’Innovazione e l’Affidabilità ha preci-si requisiti:– condiviso: ampia partecipazione di Centri di Taratura, Laborato-ri Prove, Organismi di Certificazione (in particolare quelli accredita-ti: 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 iltarget dei destinatari;– di ampia visibilità: oltre alla comunicazione cartacea e telematica, viene organizzato un Evento dedicato, per laprima volta in Italia, il 13/14 Aprile 2011 a Torino – Lingotto Fiere (nel contesto della 5a edizione AFFIDABILITÀ & TEC-NOLOGIE e della 7a edizione METROLOGIA & QUALITÀ, che già raccolgono ogni anno migliaia di visitatori poten-zialmente interessati, operanti in ambito di aziende manifatturiere).

COMUNICAZIONE

Per maggiori informazioni:Tel. 011/0266700 Segreteria Organizzativa E-mail: [email protected] Web: www.affidabilita.eu/anteprima2011

Ricerca e sviluppo nel campodelle misure e della strumentazione

La Redazione di Tutto_Misure ([email protected])CO

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RICERCA DI BASEIN METROLOGIA

Misura di campioni di Neon dall’I.N.Ri.M.F. Pavese, P. P. M. Steur, N. Banco-ne, D. Ferri, D. Giraud: Compari-son with U ≈ 50 µK of neonsamples of different isotopiccompositions1. Metrologia 47,49, 2010.Sono riportati nuovi raffronti delletemperature del punto triplo Ttp, disette campioni di neon con diverseconcentrazioni di 22Ne, 22x, in cellecriogeniche sigillate fornite daINRIM, NMIJ, NPL e PTB. Questolavoro nasce dalla collaborazionetra i laboratori di questi Enti per sta-bilire una relazione tra Ttp and 22x.Alcuni problemi erano rimasti insolu-ti dalle precedenti indagini: le nuovemisurazioni forniscono un corredo dinuovi dati a ridotta incertezza, percontribuire alla risoluzione di questiproblemi.

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

bratori e dei multimetri comestrumenti campione nei labo-ratori di taratura elettriciaccreditati in ambito SIT. Attidel XXV congresso GMEE – Gaeta,2009.A partire dall’inizio degli anninovanta i laboratori di taratura ope-ranti nel campo delle misure elettri-che in continua e bassa frequenzahanno visto evolvere rapidamentesia le proprie strutture di riferibilitàche la tipologia degli strumenti dasottoporre a taratura. Ciò è statodovuto al rapido diffondersi di stru-menti elettronici multifunzione ingrado di operare in modo efficace econveniente almeno nelle cinquegrandezze base: tensione continua,tensione alternata, corrente conti-nua, corrente alternata e resistenzain c.c..Di particolare rilievo il fatto che glistrumenti di più elevata precisione,in particolare i multimetri numeraliad elevata risoluzione e calibratorimultifunzione, erano in grado diassicurare un’accuratezza parago-nabile a quella degli apparati cam-pione utilizzati nei Centri di taratu-

ra. Se da un lato la taratura di que-sta tipologia di strumenti ha quindispesso posto, anche per i Centri piùattrezzati, problemi di non facilesoluzione, dall’altro la loro disponi-bilità metteva a disposizione deilaboratori di taratura apparati ingrado di svolgere la funzione distrumenti campione in un vasto cam-po di misura e con un elevato gradodi efficienza, consentendo di abbat-tere in modo sostanziale i costi ope-rativi.Diventava, quindi, essenziale per ilSIT, il servizio di accreditamento deilaboratori di taratura operante in Ita-lia, individuare un efficace meccani-smo in grado di assicurare un corret-to e controllato trasferimento di riferi-bilità nei laboratori di taratura accre-ditati che utilizzavano multimetrinumerali e calibratori multifunzionecome campioni di riferimento. L’indi-viduazione di questo meccanismo èstato un processo lento e progressi-vo, che ha coinvolto i laboratori e isettori tecnici dell’Istituto MetrologicoNazionale (ruolo svolto attualmentedall’I.N.Ri.M.) e che soltanto negliultimi anni è giunto ad una completamaturazione.

STRUMENTAZIONE DI MISURA

Misure di temperatura e sforzocon sensori BOTDA da S. AnnaM. A. Soto1,2, G. Bolognini2, F. DiPasquale2, L. Thévenaz1: Long-rangeBrillouin optical time-domainanalysis sensor employingpulse coding techniques3.Meas. Sci. Technol. 21 (9) 094024,2010.Viene descritto e sviluppato un senso-re ottico Brillouin nel dominio deltempo a intervallo esteso (BOTDA)per misure di sforzo e di temperatura,che utilizza tecniche di codifica di

R&D in Measurement and InstrumentationThis article contains an overview of relevant achievements of Italian R&Dgroups, in the field of measurement science and instrumentation, at boththeoretical and applied levels. Sources of information are the main Measu-rement-related journals, as well as private communications by the authors.Industries are the main targets of this information, as it may be possible tofind stimuli towards Technology Transfer.

RIASSUNTOL’articolo contiene una panoramica dei principali risultati scientifici deiGruppi di R&S Italiani nel campo della scienza delle misure e della stru-mentazione, a livello sia teorico che applicato. Fonte delle informazioni ècostituita dalle principali riviste di misure, e da comunicazioni private degliautori. Le industrie sono i primi destinatari di queste notizie, poiché i risul-tati di ricerca riportati possono costituire stimolo per attività di Trasferimen-to Tecnologico.

T_M N. 4/10 ƒ 248

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impulsi ottici. Viene presentata unaanalisi teorica di codifica Simplexapplicata a sistemi BOTDA, poi appli-cata e verificata sperimentalmente.Con la tecnica proposta, si dimostra-no notevoli incrementi nel rapportoS/N per le misure BOTDA, e ciò per-mette di estendere il range dinamicodelle misure. I risultati sperimentalidimostrano che è possibile raggiun-gere, con la codifica proposta, unarisoluzione spaziale di 1 m su unafibra a singolo modo lunga 50 kmconsentendo risoluzioni di temperatu-ra e sforzo di 2,2 °C e 44 µε rispetti-vamente.

Benchmark per il raffronto di digitalizzatori senza contattodal Politecnico di TorinoL. Iuliano, P. Minetola, A. Salmi: Pro-posal of an innovative bench-

mark for comparisonof the performanceof contactless digiti-zers4. Meas. Sci. Tech-nol. 21 (10), 105102,2010.

Oggi i digitalizzatori ottici 3Dcostituiscono valide alternative allemacchine di misura a coordinate(CMM) per l’ispezione di manufatti.La linea guida tedesca VDI/VDE2634 è l’unico riferimento per valu-tare se i sistemi ottici di misura 3Dsono compatibili con le specifichedi prestazioni richieste o dichiara-te. Cionondimeno è spesso difficileraffrontare le prestazioni di scannerdiversi utilizzando la citata lineaguida. È proposto dunque un nuovobenchmark: con riferimento all’ana-lisi di manufatti quali stampi, è

stato progettato e sviluppato unnuovo oggetto di test che utilizzageometrie comuni e superfici free-form. Questo pezzo di riferimentoverrà impiegato per la valutazionedelle prestazioni di alcuni digitaliz-zatori senza contatto, consideran-do tolleranze dimensionali e geo-metriche e altri criteri qualitativi equantitativi.

Sonda a ultrasuoniad array di fasedall’Università di FirenzeM. Catelani, V. L. Scara-no, F. Bertocci: Imple-mentation and Cha-racterization of a

Medical Ultrasound PhasedArray Probe With New Pb-FreeSoldering Materials5. IEEE Trans.

Luca Iuliano

MarcantonioCatelani

N.04ƒ

; 2010 COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO

DA ENTI E IMPRESE

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;2010

Instrum. Meas. 59 (10), 2522-2529,2010.L’applicazione della direttiva euro-pea sulla limitazione delle sostanzepericolose (RoHS), e i documenticorrelati sulla limitazione nell’uso disostanze pericolose nelle apparec-chiature elettriche ed elettroniche ècritica e costosa, soprattutto quandol’uso di sostanze nuove comporta larevisione di processi consolidati diproduzione. Il lavoro presenta unnuovo processo di saldatura con unadesivo conduttivo, concentrandosisulla fase di saldatura con l’adesivoper la progettazione e realizzazionedi trasduttori a ultrasuoni per unaapplicazione industriale biomedica.Si esamina l’impiego di nuovi mate-riali di saldatura senza piombo perrealizzare un array di trasduttori adultrasuoni.

Misura di masse mammarie da Roma Tor Vergata

A. Mencattini, G. Rabot-tino, M. Salmeri, R. Loja-cono: Assessment ofa Breast Mass Iden-tification ProcedureUsing an Iris Detec-tor 6. IEEE Trans.Instrum. Meas. 59 (10),2505-2512, 2010.

Il carcinoma della mammella è laprincipale causa di morte per can-cro tra le donne nel mondo. Circaun milione di nuovi casi si presenta-no ogni anno, e circa il 25% di essiportano alla morte della paziente.La soluzione migliore è la diagnosiprecoce di segni tumorali sospettiattraverso un efficace programma discreening mammografico. Purtrop-po, questo genere di immagini èmolto difficile da interpretare per iradiologi, a causa del suo bassocontrasto, dunque vi è l’esigenza dinuove e più efficaci procedure dielaborazione delle immagini chepossano aiutarli nella diagnosi. Illavoro perfeziona un algoritmo chesuggerisce ai radiologi la presenzadi regioni sospette che potrebberocontenere le masse tumorali. La pro-cedura ha successo anche con uncontrasto molto basso, poiché si

basa solo sull’orientamento dei vet-tori gradiente nell’immagine e nonsulla loro ampiezza.

SENSORI E ATTUATORI

Telecamera usa e getta per applicazioni endoscopicheP. Valdastri, A. Menciassi, P. Darioand A. Sartori: Miniaturized digi-tal camera system for disposa-ble endoscopic applications 7.Sens. Actuat. A: Physical 162 (2),291-296, 2010.È stato progettato e realizzato unnuovo modulo di telecamera a colo-ri usa-e-getta per applicazioni di chi-rurgia endoscopica a minima invasi-vità. Il modulo è costituito da un sen-sore CMOS, dall’ottica miniaturizza-ta, da un illuminatore a LED e da unconnettore su un unico substrato. Ledimensioni compatte (5,0 mm x 8,2mm x 7,0 mm), una illuminazionead alta efficienza, una risoluzioneVGA e immagini di buona qualitàpermettono di essere utilizzati inprocedure endoluminali. Un dimo-stratore è stato costruito e testato invivo. Il modulo è collegato tramiteun cavo di 1,5 m di lunghezza auna scheda ricevente, che invia idati a un Personal Computer (PC).Un software dedicato controlla l’im-postazione dell’hardware e visualiz-za l’immagine, dopo aver effettuatotask di elaborazione dei colori edelle immagini.

Sensori a energy harvesting da Brescia e Catania

M. Ferrari, V. Ferrari,M. Guizzetti, B. Andò,S. Baglio, C. Trigona:Improved energyharvesting fromwideband vibra-tions by nonlinearpiezoelectric conver-ters 8, Sens. Actuat.

A: Physical,162 (2), 425-431,2010.I sistemi di harvesting di vibrazionisono in genere dispositivi linearimassa-molla operanti a risonanza.Qui viene presentato un approccio

diverso, basato su un sistema di con-versione non lineare che presentauna risonanza stocastica quandoeccitato con rumore bianco. Si trattadi un convertitore ad asta piezoelet-trico accoppiato a magneti perma-nenti per creare un sistema bistabile.In opportune condizioni, il sistemarimbalza tra stati stabili in risposta aun’eccitazione casuale, il che mi-gliora significativamente l’energiaraccolta da vibrazioni ad ampiospettro. A seguito di modellazioneteorica con MATLAB, sono stati rea-lizzati convertitori non lineari me-diante serigrafatura di materiale PZTsu substrato a mensola in acciaiodotato di magneti. Sono state effet-tuate prove sperimentali per misura-re sia la deflessione del fascio sia latensione di uscita con eccitazioneda vibrazioni casuali con vari gradidi non-linearità sistema. I risultatiottenuti mostrano che le prestazionidel convertitore in termini di tensio-ne di uscita a parità di eccitazionimeccaniche sono notevolmente mi-gliorate quando il sistema è resobistabile. Inoltre, il principio è statoconvalidato in via preliminare su unMEMS a mensola a forma di U cheè stato appositamente progettato erealizzato in tecnologia SOI. Questodimostra la possibilità di rimpiccioli-re il sensore, principio qui propostonella prospettiva di harvester MEMSnon lineari basati su convertitori pie-zoelettrici.

Stabilità di impianti protesicid’anca senza adesivi da BolognaE. Varinia,b, E. Bialoblocka-Juszczykb,M. Lannoccaa, A. Cappelloa, L. Cri-stofolinic9: Assessment of implantstability of cementless hip pro-stheses through the frequencyresponse function of thestem–bone system, Sensors andActuators A: Physical, 163, 526-532,2010.Protesi articolari senza adesivirichiedono un adeguato posiziona-mento a pressione per ottenere unasufficiente stabilità primaria, neces-saria per la ricrescita ossea e per ilsuccesso degli impianti. È stato svi-

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPODA ENTI E IMPRESE

RobertoLojacono

SalvatoreBaglio

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luppato un dispositivo per la misuraintra-operatoria della stabilità di unostelo per anca nell’osso ospite. Il dis-positivo comprende un sistema dieccitazione piezoelettrico, che produ-ce un’eccitazione nell’intervallo1 200-2 000 Hz alla protesi. Unaccelerometro montato sull’osso ospi-te misura le vibrazioni trasmesse peridentificare la frequenza di risonan-za. La frequenza di risonanza (e il suospostamento associato) è stata misu-rata immediatamente dopo il posizio-namento a pressione dell’impianto, ementre una coppia veniva applicataallo stesso. Il metodo proposto è statovalidato in vitro, in 5 femori checoprono una vasta gamma di qualitàdell’osso. Ogni osso è stato testatocon diversi gradi di posizionamenti apressione della protesi. La stabilitàdell’impianto stimata mediante vibra-

zione è stata confrontata con i micro-movimenti impianto-osso misuratisimultaneamente da un trasduttore diposizione. Una notevole correlazioneè stata trovata tra lo spostamentodella frequenza di risonanza causatada applicazione del carico, e la sta-bilità dell’impianto.

NOTE

1 Istituto Nazionale di Ricerca Metrolo-gica (I.N.Ri.M.), Torino, Italy.2 Istituto Nazionale di Ricerca Metrolo-gica (I.N.Ri.M.), Torino, Italy.3 1EPFL Swiss Federal Institute of Techno-logy, Institute of Electrical Engineering,Group for Fibre Optics, STI IEL GR-SCIStation 11, CH-1015 Lausanne, Switzer-land 2Scuola Superiore Sant’Anna, viaG Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy.

4 Department of Production Systems andBusiness Economics, Politecnico di Tori-no, Corso Duca degli Abruzzi, 2410129 Torino, Italy.5 Dip. di Elettronica e Telecomunicazio-ni, Università di Firenze, Italia.6 Dip. di Ingegneria Elettronica, Univer-sità di Roma Tor Vergata, Roma, Italia.7 aNEURICAM s.r.l., Trento 38100,Italy; bCRIM Lab, Scuola Superiore San-t’Anna, Pisa 56100, Italy.8 Dip. di Ingegneria dell’Informazione,Università di Brescia, Italy, e Dip. diIngegneria Elettrica Elettronica e deiSistemi, Università di Catania, Italy.9 aDip. di Elettronica, Informatica eSistemistica (DEIS), Università di Bolo-gna, Italy; bLab. di Tecnologia Medica,Ist. Ortopedico Rizzoli, Bologna, Italy;cDip. di Ingegneria delle CostruzioniMeccaniche, Nucleari, Aeronautiche edi Metallurgia (DIEM), Università diBologna, Italy.

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DA ENTI E IMPRESE

Notizie da Entie Associazioni

La Redazione di Tutto_Misure ([email protected])

dal mondo delle misure, della strumentazione e delle NormeCOMU

NICAZ

IONI, R

ICERC

AE

SVILU

PPO

DAEN

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IMPR

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ACCREDIA (www.accredia.it)

Documento strategico ACCREDIAÈ in linea sul sito di Accredia ilnuovo Documento programmaticodel Comitato di Indirizzo e Garan-zia che definisce le linee di indiriz-zo di ACCREDIA per il quadriennio2009-2010.http://www.accredia.it/events_detail.jsp?IDAREA=11&ID_EVENT=245&GTEMPLATE=default.jsp

ANIMA/UCISP (www.anima.it)

La manifattura Made in Italyper una politica industrialeeuropeaGiovedì 7 ottobre 2010 alle ore16.00, in concomitanza con la mani-festazione fieristica BI.MU, si è svol-to, presso il polo fieristico di Rho-Pero(Centro Congressi Stella Polare) unconvegno dedicato alla manifattura

Made in Italy alla luce dell’attualescenario internazionale.Marco Fortis, Vice Presidente Fonda-zione Edison, è intervenuto sul tema“L’Industria italiana nello sce-nario internazionale”. “Il nostrosistema manifatturiero ha dimostratouna buona tenuta in termini di surpluscommerciale” – ha affermato – “nono-stante la crisi abbia colpito la produ-zione dei grandi esportatori. Siamo ilquinto paese per manifattura e il ven-tesimo in termini di efficienza energe-tica. L’Italia non ha subito nessunadebacle rispetto ai nostri competitor.Anzi, ha perso assai meno di altripaesi. L’export italiano è addiritturaallineato a quello della grande Ger-mania. I dati OCSE, diffusi ieri, 6ottobre, indicano chiaramente che gliunici 2 paesi che in termini di espor-tazioni crescono a tassi elevati sonoproprio Germania (+0,8) e Italia(+0,6)”.Nella successiva Tavola rotonda, allapresenza dell’On. Andrea Ronchi,Ministro per le Politiche Europee,sono intervenuti i presidenti dei set-tori manifatturieri facendosi portavo-ce delle loro rispettive associazioni epresentando esigenze, richieste, pro-poste.

Maurizio Ceriani confermatoPresidente UcispMilano, 29 settembre 2010 – Inoccasione dell’Assemblea dei Soci

UCISP, Unione co-struttori italianistrumenti per pe-sare, aderente adANIMA, il dott.Maurizio Ce-

riani è stato confermato PresidenteUCISP per il prossimo triennio 2010-2013 così da proseguire il percorsointrapreso.Laureato in Scienze della Comunica-zione, il dott. Maurizio Ceriani èattualmente Business Service Mana-ger & Quality Manager della Soc.BIZERBA SpA.Nel suo incarico il Presidente Ceria-ni sarà affiancato dai Vice PresidentiFabio Martignoni (IBR INDUSTRIEBILANCE RIUNITE SpA) e MauroValli (ODECA Srl), dai Presidentionorari Luciano Macchi e SergioAmbrosetti e da un Consiglio Diretti-vo così rinnovato: Francesco Gallo(DITRON Srl), Massimo Mai (ANTO-NIO MAI Snc), Dario Corno (METTLER TOLEDO SpA), MassimoZanetti (SOC. COOP. BILANCIAICAMPOGALLIANO), Mauro Lenzini(LENZINI BILANCE snc).

APRE – AGENZIA PER LA PROMOZIONE DELLA RICERCA EUROPEA (www.apre.it)

Si segnalano alcuni bandi per il FP7,nei settori:• Salute• Biotecnologie, prodotti alimentari e

agricoltura

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

RIASSUNTOQuest’articolo contiene tutte le notizie recenti degli Enti e delle Associazio-ni nell’ambito delle misure e della strumentazione. Aiutateci a mantenere lenotizie aggiornate inviandole al Direttore!

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• Tecnologie dell’Informazione e delleComunicazioni

• Nanoscienze, nanotecnologie, ma-teriale e produzione

• Energia• Ambiente e cambiamento climatico• Trasporti e Aeronautica• Scienze socioeconomiche e umane• Spazio• SicurezzaVisitare il sito alla pagina:http://www.apre.it/ricerca-europea/Bandi.htm

COMITATO ELETTROTECNICOITALIANO (CEI) (www.ceiuni.it)

Gli apparecchi e i dispositivi elettri-ci ed elettronici sono utilizzati incondizioni di installazione e di ope-ratività diverse. Uno stesso apparec-chio quindi deve essere adatto asvolgere regolarmente le propriefunzioni sopportando varie condi-zioni climatiche (temperatura, umidi-tà, irraggiamento solare, precipita-zioni, ecc.) e sollecitazioni meccani-che (urti, vibrazioni, shock, ecc.). Èimportante che i prodotti rispondanoadeguatamente a questa gammaampiamente diversificata di condi-zioni garantendo comunque un ele-vato grado di affidabilità.Gli apparecchi e dispositivi, primadi essere rilasciati, installati e diven-tare operativi, devono essere sotto-posti a prove che simulino le condi-zioni climatiche e meccaniche chesi prevede dovranno essere affron-tate nelle varie fasi del ciclo di vita(trasporto, installazione, funziona-mento, ecc.). Le prove ambientali(climatiche e meccaniche) garanti-scono, se soddisfatte, che i prodottielettrici ed elettronici rispondanoadeguatamente alle più svariatecondizioni climatiche e sollecitazio-ni meccaniche.Generalmente le prove vengonorichiamate e richieste nelle numerosis-sime norme di prodotto; in conse-guenza, della varietà delle tipologiedi prodotto e dei numerosi tipi di si-tuazioni ambientali che devono af-

frontare i prodotti stessi, emerge l’uti-lità di un Volume che raccolga i con-tenuti delle prove ambientali opportu-namente raggruppati in base a finali-tà e caratteristiche e sulla normativatecnica inerente.Il nuovo Volume Guida CEI alle proveambientali costituisce un efficace epratico supporto per la verifica dellacapacità di un apparecchio, dispositi-vo o componente elettrico o elettroni-co di resistere e di funzionare in mol-tissime e diverse condizioni climatichee sollecitazioni meccaniche. Contie-ne, inoltre, una scheda per ciascunaprova che riporta sinteticamente para-metri, tolleranze, limiti, severità, va-rianti necessari per un’impostazionecorretta e una classificazione esausti-va delle condizioni ambientali.La Guida si rivolge a quanti hanno lanecessità di orientarsi tra le numeroseprove ambientali e le corrispondentiNorme, quali: tecnici di laboratorio,progettisti di apparecchi elettrici ed elet-tronici, normatori e addetti alla qualità,responsabili degli acquisti, ecc.Il Volume è disponibile presso tutti ipunti vendita CEI e il CEI WebStoreal prezzo di € 85,00 (prezzo Soci€ 68,00).

ISO – INTERNATIONALSTANDARD ORGANIZATION(www.iso.org)

La Norma ISO sulla Responsabilità Sociale è stata approvata per la pubblicazioneISO 26000, che guida le organiz-zazioni sull’implementazione dellaResponsabilità Sociale (RS), ha pas-sato con successo l’ultima fase di svi-luppo ed è stata approvata per lapubblicazione come Standard ISO.Per saperne di più, www.iso.org/iso/pressrelease.htm?refid=Ref1351

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

Formazione metrologica: stipula di un’importante convenzione I.N.Ri.M. – Ufficioscolastico Piemonte – GMEEIl 28 novembre scorso è stato firmatoun importante protocollo di intesatra l’ I.N.Ri.M., l’Ufficio scolastico delPiemonte e l’Associazione GMEE intema di FORMAZIONE E PRATICAEDUCATIVA DELLA METROLO-GIA, fondato sull’interesse primariodi iniziative di formazione nell’ambitodella Metrologia per le scuole di ogniordine e grado (v. Tema di T_M3/2010).Con questo protocollo d’intesa,l’USR Piemonte, l’INRIM e il GMEEcollaboreranno per l’attuazione diun Progetto di formazione deidocenti e di sperimentazione nellescuole primarie e secondarie in ma-teria di “Educazione metrologi-ca“, costituendo ad hoc un Comi-tato Tecnico Scientifico. L’USR Pie-monte si impegna a (i) mettere a di-sposizione le competenze professio-nali presenti, anche attraverso i do-centi tutor e le scuole-polo dellereti operanti in materia, (ii) diffonde-re l’informazione e promuovere lapartecipazione degli inse-gnanti ai corsi di formazione; indi-viduare e formare docenti e-sperti per formare docenti dellescuole primarie e secondarie.I.N.Ri.M., dal canto suo, svilupperàla divulgazione della culturametrologica, individuerà gli esper-ti da affiancare ai docenti tutor, alle-stirà nei locali dell’Istituto laboratorididattici di Metrologia. Il GMEE, infi-ne, collaborerà con l’I.N.Ri.M.

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DA ENTI E IMPRESE

nelle attività formative e sperimenta-li sopra descritte e previste dal pro-getto.

L’ANNO DELLA METEOROLOGIAA MONTEFIORE DI ASO (AP):SEMINARI, LABORATORI, OSSERVATORIO METEOROLOGICO(www.misurando.com)

A 60 anni dall’istituzione del WMO– World Meteorological Organiza-tion, i temi e le necessità che nehanno determinato l’istituzione sonosempre più moderni e facenti partedella cultura di oggi giorno. Le Scuo-le Primarie e Secondarie di Monte-fiore dell’Aso (AP), comune insignitodel titolo “I Borghi più belli d’Italia”,insieme a Misurando.com, esplo-reranno nel corso dell’anno scolasti-co 2010/2011 il mondo dellameteorologia attraverso una serie dieventi volti a comprendere gli aspet-ti fondamenti caratterizzanti questadisciplina scientifica dai tanti risvoltisociali. L’lng. Oronzo Mauroinsieme al Prof. Giampaolo Valoriguideranno i giovani studenti monte-fiorani attraverso: seminari, labora-tori di misura di grandezze meteoro-logiche, exhibition di strumentariameteorologica, relazioni statistichesulle condizioni meteo stagionali.L’Ing. Mauro, a titolo di comodatod’uso gratuito annuale, concede allaScuola di Montefiore una stazionemeteorologica professionaledella Oregon ScientificWMR928NX) con la quale verrà

costituito un osservatorio meteorolo-gico presso gli stabili della Scuola ein grado di pubblicare su internetcontinuamente dati meteorologici.Una bella esposizione di alcunistrumenti di misure meteoro-logiche verrà predisposta presso ilPolo Museale di Montefiore dell’A-so. Questi strumenti, come i semina-ri durante l’anno, daranno la possi-bilità agli studenti d’ispirarsi nellacostruzione di strumenti ed apparec-chiature scientifiche che, a lorovolta, saranno oggetto della XXIGiornata della Cultura Scientifica eTecnologica (data da stabilirsi –verosimilmente in giugno 2011).Dall’avvio dei lavori fino alle suaconclusione sono previsti circa 20 e-venti! Un bel carnet per entrare sem-plicemente nel mondo della scienzae delle tecnica.

NPL – NATIONAL PHYSICALLABORATORY(www.npl.co.uk)

24-25 Gennaio 2011: Convegno daltitolo: “The new SI – units of measure-ment based on fundamental con-stants”. Organizzato da: Dott. TerryQuinn, Prof. Patrick Gill. Luogo: TheRoyal Society, 6-9 Carlton House Ter-race, London SW1Y 5AG.Per saperne di più, www.npl.co.uk/events/24-25-jan-2011-the-new-si

UNI – ENTE NAZIONALEITALIANO DI UNIFICAZIONE(www.uni.com)

Dal Sito UNI:Per la competi-tività dell’in-dustria l’Euro-pa punta sullano r maz ionetecnica

Stimolare la crescita e l’occupazio-ne, promuovendo una industriaforte, diversificata e competitiva:questo uno degli obbiettivi della stra-

tegia Europa 2020 che vede laCommissione europea fortementeimpegnata sui vari fronti della realtàeconomica del continente. Ora, suiniziativa del vicepresidente AntonioTajani, la Commissione europea haadottato un importante documentodi indirizzo – “Una politica indu-striale integrata per l’era della glo-balizzazione” – che traccia un qua-dro generale delle attività da svilup-pare per una crescita industrialeintelligente e sostenibile.Tra le dieci azioni strategiche chevengono individuate per la concor-renzialità dell’industria in un merca-to globale viene espressamente indi-cato il rafforzamento della norma-zione europea, come strumento utilea soddisfare i bisogni e le esigenzedi competitività dell’intero compartoproduttivo. Si tratta di un riconosci-mento importante perché conferma ilruolo che le norme tecniche hanno esempre più possono avere in futuronel complesso della politica indu-striale comunitaria.“L’industria costituisce una prioritàdell’Europa e un presupposto impre-scindibile per trovare soluzioni ade-guate alle problematiche – attuali efuture – della nostra società. L’Europa– ha dichiarato Tajani – ha bisognodell’industria tanto quanto l’industriaha bisogno dell’Europa. Il potenzialedel mercato unico, con i suoi 500 mi-lioni di consumatori e i suoi 20 milionidi imprenditori, deve essere sfruttatoappieno”.L’industria europea sta riprendendosigradualmente dalla crisi finanziariaed economica degli ultimi anni e visono ragioni per confidare nella suacapacità di far fronte alle sfide posteda un contesto economico mondialein evoluzione. Uno dei punti di svolta– sottolineato più volte anche dal pre-sidente della Commissione JoséManuel Barroso – consiste in un co-raggioso impegno dell’industria euro-pea nel campo della ricerca e dell’in-novazione.In questo contesto la normazionetecnica si conferma uno strumentofondamentale sul quale l’Europapunta con sempre maggiore convin-zione.

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L’OTTICA PER IL CONTROLLO DI STRUTTURE

Nel panorama del monitoraggio digrandi strutture per uso civile, è senzadubbio in fase di notevole espansionequello attuato attraverso l’impiego ditecnologie ottiche.I tradizionali sistemi di monitoraggio,essenzialmente basati su ispezioni visi-ve, rilevano il degrado della strutturaquando il danno fisico si è già verifica-

to: questo comporta alti costi di manu-tenzione per il ripristino delle condizio-ni di minima sicurezza; inoltre non risol-vono il problema legato alla prevenzio-ne. Da qui l’approccio rivolto al moni-toraggio continuo della struttura, che siconfigura come una tecnica molto piùefficace per la determinazione precocedel degrado strutturale.La GHT Photonics srl, azienda pado-vana fondata nel 2003, ha sviluppatouna particolare competenza tecnica e

una pluriennale esperienza nella pro-gettazione, fornitura e installazione disistemi di monitoraggio con sensori infibra ottica per la caratterizzazione distrutture in regime statico e dinamico,esperienza arricchita dal costantecontatto con le più importanti Univer-sità ed enti di ricerca italiani e stra-nieri. La GHT Photonics srl si proponecome partner privilegiato per la rea-lizzazione di sistemi di monitoraggiobasati su tecnologie interamente otti-che, fornendo al cliente un efficacesupporto a 360 gradi, partendo dalprogetto esecutivo fino all’assistenzapost-vendita.

TECNOLOGIE DI MONITORAGGIOSU PORTANTE FISICA BASATE SU RETICOLI DI BRAGG

Esistono molteplici tecniche d’interro-gazione dei segnali provenienti daisistemi basati su sensori in fibra otti-ca: nello specifico si analizzeranno isistemi di monitoraggio basati sui reti-coli di Bragg, definendone in primoluogo le caratteristiche principali esuccessivamente descrivendo una loroinnovativa applicazione.Questo particolare sensore viene dinorma realizzato “illuminando” late-ralmente il nucleo di una fibra a sin-golo modo di propagazione median-te una radiazione laser localizzatanell’UV. L’esposizione crea una varia-zione permanente nell’indice di rifra-zione del nucleo della fibra, secondouna modulazione ben definita. La

STRUCTURAL MONITORING SYSTEM BY FIBER OPTICS TECHNIQUESNowadays the structural health monitoring systems based on fiber opticsare becoming more and more widespread thanks to the great advantagesprovided by such a technology. Fiber optics-based monitoring systems allowto continuously check structures, even during their construction. This provi-des a full control, increasing structure stability and people safety. Further-more, this solution is able to evidence damages or critical situations muchearlier than traditional techniques (i.e. visual monitoring), improving relia-bility and lowering maintenance costs.GHT Photonics is a well-skilled company in system design, with many yearsof experience in real time monitoring systems and fiber optics technology.This company, in collaboration with Politecnico di Milano, has developed anew measurement system to monitor bridge pier scour in real time, which ispresented in this paper. This system, based on fiber Bragg gratings, hasalready been installed in Borgoforte (Italy) and its reliability has beenalready proved by field tests.

RIASSUNTOL’utilizzo di tecnologie ottiche per il monitoraggio strutturale di opere civiliè attualmente in fase di notevole espansione. Questo tipo di monitoraggiopuò essere eseguito anche in fase di realizzazione dell’opera, garantendouna sicurezza e un controllo maggiore dei lavori. A costruzione completa-ta, consente di individuare precocemente il degrado strutturale rispetto agliattuali metodi di controllo, riducendo i costi di manutenzione.In quest’articolo la GHT Photonics srl illustrerà, come esempio di tecnologiaottica per il monitoraggio, il sensore di Bragg su portante ottica. La primaparte è dedicata a una descrizione teorico-applicativa del sensore stesso;la seconda e ultima parte presenterà un particolare e innovativo utilizzo delsensore di Bragg in un sistema di monitoraggio in tempo reale, realizzatocon la partecipazione del Politecnico di Milano, per la determinazionedello scavo localizzato attorno ad una pila del ponte della ex SS62, neipressi di Borgoforte (MN).

1 GHT Photonics srl, Padova; 2 Politecnico di Milano, Dip. I.I.A.R.; 3 Politecnico di Milano,Dip. di [email protected]

MISURE PER L’AMBIENTE E IL COSTRUITO

Il monitoraggio strutturaleBruno Griffoni1, Carlo Giacomo Someda1, Gianluca Crotti2, Stefano Manzoni3

mediante tecniche a fibre otticheIL TEM

A

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ILTEMA

figura d’interferenza è costruttiva soloper una ben determinata lunghezzad’onda della luce incidente, mentre ilresto della radiazione interferisce di-struttivamente e attraversa il reticolo.Fissando solidamente il reticolo allastruttura da esaminare, essendo ladeformazione applicata legata allavariazione in lunghezza d’onda del-l’impulso riflesso, dall’analisi di talevariazione si può risalire allo strainche in quell’istante sta agendo. Inmaniera del tutto analoga, essendol’indice di rifrazione della fibra forte-mente dipendente dalla temperatura,un reticolo di Bragg può essere utiliz-zato anche come termometro.Una delle caratteristiche più innova-tive di tale tecnologia è la capacità direalizzare sistemi di monitoraggiomultiplexati, composti cioè da un ele-vato numero di sensori posti in seriesu una singola dorsale in fibra ottica:

grazie a questa peculiarità, gli effettiprovocati da determinate sollecitazio-ni sui manufatti possono essere valu-tati nello stesso istante su tutta la strut-tura e con una sola unità d’interroga-zione. L’unità d’interrogazione è unemettitore/ricevitore di luce che gesti-sce, acquisisce ed elabora le varia-zioni di lunghezza d’onda dei singolireticoli presenti nella dorsale ottica.Il reticolo di Bragg non necessita dialimentazione per il suo funzionamen-to (componente passivo) e i segnali ingioco sono esclusivamente ottici: nerisulta una completa immunità alleinterferenze elettromagnetiche. La fi-bra ottica è una delle portanti fisichecon la più bassa attenuazione di se-gnale esistenti in natura: è possibilecoprire distanze fino a 15-20 km tra ilsistema d’interrogazione e la rete disensori, senza necessità di dover pro-cedere a una rigenerazione del se-

gnale. L’ultimo aspetto da tenere inconsiderazione è il valore progettualeche un approccio tecnologico di que-sto genere può avere sulla realizza-zione e la manutenzione di una gran-de struttura: si parla di smart structure,cioè di manufatti in grado sia di for-nire indicazioni strutturali durante laloro realizzazione (attraverso un mo-nitoraggio delle parti che via via sonoassemblate) sia di garantire nel tempola massima affidabilità con il minorcosto di esercizio, ponendo il proprie-tario nella condizione di interveniretempestivamente ma solo quando ne-cessario.

LA MISURA DELLO SCALZAMENTODELLE PILE DEI PONTI

Un esempio innovativo dell’utilizzodei reticoli di Bragg è un sistema di

misura in cui GHT si è recentementeimpegnata, nell’ambito di un progettomultidisciplinare con tre Dipartimentidel Politecnico di Milano, per lo svi-luppo di un sistema di misura delloscalzamento delle pile dei ponti. Que-sto sistema di monitoraggio in temporeale è stato realizzato per una piladel ponte della ex SS62 che collegaMantova a Modena, nei pressi di Bor-goforte, Mantova.Una pila di ponte posta in un alveofluviale modifica l’idrodinamicadella corrente causando un aumentodi velocità locale con formazione divortici nell’intorno della struttura stes-sa. Questo meccanismo consente dismobilitare il fondo del fiume intornoall’ostacolo, creando una buca d’e-rosione. L’erosione localizzata [1],che aumenta durante un evento dipiena, può generare una buca tal-mente profonda da destabilizzare lapila e di conseguenza l’intera struttu-ra del ponte, fino al suo collasso. Loscavo localizzato alle pile dei ponti è la causa principale del crollo dellestrutture d’attraversamento fluviale[2].Attualmente, nel panorama mondia-le, non esiste nessuna tecnologiache possa essere definita standardper il monitoraggio in tempo realedell’erosione attorno alle pile deiponti [3].Lo strumento BLESS (Bed LEvel See-king System), è basato su tecnologiain fibra ottica. Nello specifico ècomposto da una fibra singolo mo-do nella quale vengono ricavati isensori di Bragg. Lo scopo dello stru-mento è determinare la posizionedel fondo del fiume tramite misure divariazione di temperatura. Comediscusso in precedenza il sensore diBragg può essere utilizzato cometermometro. Affinché ciò avvenga, sideve rendere insensibile il reticolo diBragg alle deformazioni meccani-che. Ciò può essere realizzato sosti-tuendo il rivestimento classico dellafibra ottica con un tubo in acciaio,all’interno del quale la fibra “galleg-gia” in un gel termico. Questa parti-colare configurazione, realizzatasolo dove è presente il sensore, con-sente all’acciaio di assorbire tutte le

deformazioni meccaniche in modoche il reticolo di Bragg risulti sensi-bile alle sole deformazioni termiche(Fig. 1).Lo strumento è un sedimetro, ossia unsistema che deve essere infisso nelsuolo per poterne determinare la posi-zione: nello specifico posto vertical-mente a valle della pila oggetto d’in-dagine. Lo schema sotto riportato(Fig. 2) permette di capire il funziona-mento del sistema di monitoraggio (lafigura è puramente indicativa). Laprincipale innovazione dello strumen-to, coperta da brevetto [4], consistenella presenza di un circuito elettricoche scalda il sensore, aumentandonela sensibilità.

rente sarà, nel casocomune dei fiumi,inferiore rispetto al-la variazione termi-ca misurata sulfondo del fiumestesso. Tra tutti isensori presenti al-l’interno della fibraci saranno due sen-sori adiacenti cherestituiscono due

variazioni termiche notevolmente dif-ferenti, una più bassa, per l’ultimosensore esposto all’acqua corrente euna più alta, per il primo sensoreinterrato. Questi due sensori defini-scono l’intervallo di quota entro ilquale si trova il fondo del fiume. Larisoluzione della misura dipende del-l’interasse tra i sensori stessi.Durante un evento di piena si creauna buca d’erosione attorno alla pila(Fig. 2.b). Il generico sensore n+1-esimo, che in condizioni normali èinterrato, durante un evento di pienaviene scoperto e rimane esposto allacorrente; il nuovo scambio termicoper convezione aumenta il caloreasportato diminuendo la temperatura

percepita dalsensore stesso.L’evolversi dellamorfologia delfondo può esseremonitorato indivi-duando in ogniistante temporalei due sensori chedefiniscono il li-mite dei due am-bienti: acqua cor-rente e fondo delfiume.Il sistema di mo-nitoraggio ècompletato da

un interrogatore di fibra ottica e uncomputer che acquisisce tutti isegnali e gestisce anche l’accensio-ne e lo spegnimento del sistemascaldante. La Fig. 3 mostra il sistemadi monitoraggio realizzato a Borgo-forte. Il tratto di fibra contenente isensori di Bragg (30 metri con 34sensori) è in questa foto completa-mente sommersa dal livello del Po.

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TEMA

Figura 1 – Sensore di Bragg sensibile alle sole variazioni termiche

Figura 2 – Posizionamento dello strumento nei pressi della pila di ponte. Schema indicativo

Come mostra la Fig. 2.a i sensori pos-sono trovarsi in due ambienti differen-ti: in acqua corrente oppure interratinel sottosuolo. A seconda dell’am-biente circostante, parte del caloreprodotto dal circuito elettrico verràdissipata per conduzione (nel sotto-suolo) o per convezione (in acqua cor-rente). La variazione di temperaturamisurata dai sensori esposti alla cor-

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La connessione tra la centrale dicontrollo e lo strumento è garantitada un cavo di collegamento in fibraottica.Il sistema di monitoraggio appenadescritto è ancora in fase di collaudo,ma sono già stati realizzati test difunzionamento (Fig. 4).Per semplicità di lettura sono statiraffigurati solo i primi 14 dei 34sensori presenti (il numero di fiancoidentifica la loro quota rispetto allivello del mare). Analizzando il gra-fico si nota una variazione repentinadi temperatura tra il terzo e il quartosensore: i primi tre sono in acquacorrente mentre i restanti sono inter-rati nel letto del fiume. Possiamoidentificare il fondo posizionandolotra il sensore 3 e il sensore 4. Pervalidare la misura sono stati utiliz-zati un ecoscandaglio (linea rossa) eun’asta posta vicino al palo inacciaio che sostiene la fibra (lineanera). Il risultato è evidente, cioè ilsistema di monitoraggio in fibra otti-ca riesce a identificare la quota delfondo del fiume Po.In una situazione come quella pre-sentata i sensori di Bragg appaionouna soluzione con pochi concorren-ti. L’impiego in ambiente ostile siaper la presenza di acqua, sia per leimponenti sollecitazioni meccanichericevute dalle pile nel corso di unapiena, non hanno permesso a oggidi disporre di misure affidabili pro-prio durante un evento di piena: la

soluzione proposta dovrebbe per-mettere di superare questo proble-ma, proprio grazie ai sensori infibra ottica.

BIBLIOGRAFIA

1. Melville BW. Pier and abutmentscour: integrated approach. Journal ofHydraulic Engineering 1997; 123(2): 125-136.2. Ballio F., Bianchi A., Franzetti S.,De Falco F., Mancini M. (1998)“Vulnerabilità idraulica di ponti flu-viali”, proceedings XXVI ConvegnoNazionale di Idraulica e CostruzioniIdrauliche, Catania 9-12 Settembre,vol. 3, 69-80.3. National Cooperative HighwayResearch Program (NCHRP) “Report396: Instrumentation for MeasuringScour at Bridge Piers and Abutment”,1997.4. Cigada A., Ballio F., Inzoli F.(2008). Hydraulic Monitoring Unit,application for international patentn. PCT/EP2008/059075.

ILTEMA

Gianluca Crotti, natonel 1979. Laureato inIngegneria Civile (2005).Attualmente assegnista diricerca presso il Diparti-mento di Idraulica delPolitecnico di Milano.

Bruno Griffoni, natonel 1961. Laureato inIngegneria Elettronica(1989). Ha lavorato inPhilips Automation(1990-1992), GHT Giot-to High Technology Spa

dal 1992. Attualmente ricopre la caricadi Amministratore Delegato.

Carlo Giacomo So-meda, nato nel 1941.Laureato in IngegneriaElettronica (1964). Ma-ster of Science (StanfordU., 1966), Libero Docen-te (1971). Ordinario di

Campi Elettromagnetici dal 1976.Socio fondatore e Presidente di GHTPhotonics, dal 2003 in tale veste sioccupa anche di tecniche ottiche dimonitoraggio.

Stefano Manzoni,nato nel 1977. Laureatoin Ingegneria Meccanica(2002). Dottorato di ricer-ca europeo in ingegneriadei sistemi meccanici(2006). Attualmente è

ricercatore di ruolo al Dipartimento diMeccanica del Politecnico di Milano.Autore di diversi contributi scientifici alivello nazionale e internazionale nel-l’ambito delle misure e della dinamicadei sistemi.

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 Figura 4 – Output dello strumento BLESS a Borgoforte

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Gexcel s.r.l. e Universitàdegli Studi di [email protected]

IL TEM

A

Rilevamento tridimensionalecon mezzo mobile

Giorgio Vassena

all’interno di canyon urbani e tunnel stradali

IL PROBLEMA DEL POSIZIONAMENTO IN ASSENZA DI SEGNALE GNSS

L’impiego di sistemi GNSS/INS sumezzi mobili strumentati per il rileva-mento tridimensionale del territoriotrova sempre maggiore diffusione. Talisistemi offrono infatti buona versatili-tà, pur con qualche problema legatoai “canyon urbani” e alla deriva deisistemi inerziali nelle zone dove ilsegnale di posizionamento satellitaremanca, come nel caso dei tunnel stra-

dali e ferroviari. Mentre nel caso deitunnel ferroviari il vincolo rappresen-tato dal binario permette di operarecon un sicuro riferimento dello stato diavanzamento del mezzo rilevatore,nel caso dei tunnel stradali si deve for-zatamente ricorrere unicamente al-l’“Inertial Measurement Unit” (IMU)con accuratezze di posizionamentoche si degradano rapidamente. Dun-que nei lunghi tunnel stradali il pro-blema di posizionamento sembrarimanere al momento irrisolto.L’ipotesi che viene qui proposta è

quella di ricorrere, per la definizionedel posizionamento del mezzo e delsuo orientamento, all’uso di strumen-tazione topografica classica, cioè sta-zione totale. Nel dettaglio si è realiz-zata una piattaforma per rilevamentoattrezzata con un laser a scansione amisura di fase e con un set di prismitopografici di precisione. La piattafor-ma è rigida, permettendo l’alloggia-mento del laser scanner e dei prismiin posizione ed assetto relativo co-stanti, tali da permettere, previa tara-tura, il calcolo della posizione e asset-to della scansione laser rispetto a unsistema topografico denominato “ter-reno”. Il risultato del rilevamento, ef-fettuato in modalità “stop&go”, è ilrapido ottenimento di un rilievo tridi-mensionale di ampi settori del territo-rio.

TARATURA DELLA PIATTAFORMAPER IL RILEVAMENTO

La necessità di conoscere la posizio-ne e l’orientamento di ogni singolascansione laser deriva dalla necessi-tà di procedere rapidamente al-l’“unione” tra le scansioni, anchesenza ricorrere ad algoritmi automa-tici ICP. Si procede dunque allamisurazione della variazione diposizione e assetto del laser a scan-sione tra una scansione e la succes-siva. La stazione totale segue ilmezzo mobile osservando i prismi(da tre a quattro) collocati sulla piat-taforma posta sul mezzo mobile. Iparametri che descrivono il movi-mento del laser sono ottenuti dalla

NEW TECHNIQUES FOR THE THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENTS WITH A MOBILE VEHICLE INSIDE URBANCANYONS AND ROAD TUNNELSThe mobile mapping approach, using TLS and digital cameras for the acqui-sition and GNSS, IMU and odometers for positioning, is having a great suc-cess in the mapping market. Some surveying problems are present whereGNSS satellite positioning fails, and in particular in long tunnels or in urbancanyons. The author has developed a pragmatic approach that, using atotal station and a classic surveying approach make it possible to solve thepositioning problem in these locations. A calibration approach to use com-mercial “fish eye” optics to color the 3D scan is proposed.

RIASSUNTOL’impiego di mezzi mobili strumentati finalizzati al rilevamento tridimensio-nale non a contatto di costruzioni di centri storici, strade, infrastrutture diIngegneria, ponti, viadotti, impianti industriali sta avendo una sempre mag-giore diffusione. I mezzi mobili presenti sul mercato e commercializzatidalle principali case costruttrici di strumentazione laser a scansione (TLS –Terrestrial Laser Scanner) vedono montati sui mezzi mobili due componentifondamentali. Il primo, finalizzato al posizionamento e orientamento nellospazio 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 sincro-nizzati tra di loro. Il secondo consistente nell’impiego di strumenti di acqui-sizione dell’informazione spaziale (laser scanner) e l’informazione fotogra-fica tramite immagini digitali. L’approccio “classico” va però in crisi nelleapplicazioni in cui il GNSS ha difficoltà a operare, come nei “canyon urba-ni” o nei tunnel. L’ottimizzazione della mappatura fotografica della scan-sione è un ulteriore passo che deve essere realizzato per la completezzadel rilevamento tridimensionale. Si è deciso di ricorrere all’impiego di otti-che di tipo grandangolare, di complessa gestione a causa delle grandideformazioni che tali ottiche comportano. Il presente articolo si occupa difornire soluzioni a questo tipo di problemi.

sola misura della posizione dei pri-smi, a patto di aver svolto la taratu-ra tra la posizione e orientamentodel laser scanner e la posizione deiprismi topografici. Il file contenentele posizioni dei prismi viene inviatoal software JRC 3D Reconstructor®sviluppato da Gexcel s.r.l., che cal-cola in automatico i parametri d’o-rientamento delle scansioni e la lorounione.La procedura di taratura permette ladeterminazione della posizione di cia-scun prisma (A, B, C, D) (Fig. 1) nelsistema di riferimento del laser scanner,e viceversa. L’obiettivo è raggiuntoriprendendo una scena indoor opportu-namente attrezzata con target cartaceidi riferimento, la cui posizione è statadeterminata in modalità indipendentedal laser scanner e dalla stazione tota-le nel sistema di riferimento della stes-sa; la taratura si compie determinan-do, per mezzo della stazione totale,anche la posizione dei 4 prismi monta-ti sulla piastra. Le terne di coordinatedei punti omologhi (i target), acquisitein numero ridondante, permettono ladeterminazione, con stima ai minimiquadrati, dei parametri di rototraslazio-ne per il passaggio tra i due sistemi diriferimento cartesiano.

Un primo caso di studioIn un caso di studio specifico, il con-trollo sui risultati, effettuato all’interno

di una cortinadi fabbricati,è stato realiz-zato dispo-nendo una se-rie di targetcartacei sugliedifici ogget-to del rilievoe rilevandonela loro posi-zione con la-ser-scanner estazione to-tale. Gli stru-menti impie-gati per il test,nella configu-razione stan-dard della

piattaforma, sono i seguenti:

• Automezzo: Fiat Multipla;• Piattaforma “TopoCityModelling”;• Laser scanner CAM2 Faro Pho-

ton80;Risoluzione verticale: 0,009°(40 000 3D-Pixel a 360°)Risoluzione orizzontale: 0,00076°(470 000 3D-Pixel a 360°)Risoluzione angolare (or./vert.): ±0,009°Velocità massima di scansionesull‘asse verticale: 2 880 rpmDivergenza del raggio: 0,16 mrad(0,009°)Diametro del raggio all’uscita: 3,3 mm, rotondo

• Stazione totaleAccuratezza di misura angolare di0,5’’ (ISO 17123-3)Accuratezza di misura della distan-za 1 mm+1 ppm (deviazione stan-dard, ISO 17123-4)

• 4 prismi di precisione

Sono stati effettuati due stazionamentiin centramento forzato con la stazionetotale per la misura della posizionedei target cartacei e l’inseguimentodei prismi (determinazione della posi-zione di ciascun prisma in ognunadelle posizioni di stop del mezzomobile). Il mezzo ha operato in moda-lità “stop&go”, e ha richiesto la pre-senza di due operatori, uno per ilpilotaggio del mezzo mobile e unoper le operazioni topografiche di sup-

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TEMA

Figura 1 – Nuvola di punti della piastra e sistema di riferimento intrinseco del laser

porto. È stato rilevato un tratto con svi-luppo longitudinale pari a circa200 m, impiegando circa 50’ per 9scansioni (il rapporto scansioni/metro è elevato a causa dell’articola-zione planimetrica del tratto rilevato).I target sono stati misurati da entram-be le posizioni con la stazione totaleper garantire la ridondanza delladeterminazione. L’accuratezza di de-terminazione del target tramite stazio-ne totale è di un ordine di grandezzamigliore rispetto alla misura con laserscanner.Tramite l’impiego di JRC 3D Recon-structor® si sono potute unire le scan-sioni e posizionarle nel sistema di rife-rimento (SDR) “terreno” congruentecon quello della stazione totale. Il con-trollo sui risultati ottenuti è fornito dalconfronto tra le coordinate dei 4 tar-get cartacei ottenute in modo indipen-dente dalle misure topografiche e dallaser, e riportate nel medesimo SDR. Ivettori scostamento si attestano inmedia attorno ai 2 cm, e permettonoquindi di procedere in automaticoall’allineamento “fine” con tecnichenumeriche (algoritmo ICP).

Test a Sirmione del GardaUn test operativo è stato realizzatoall’interno del comune di Sirmione delGarda, caratterizzato da vie cittadinemolto strette. Si è operato senza l’im-piego di GNSS, IMU e odometro. Ilmezzo mobile ha percorso il centrostorico della cittadina bresciana per-mettendo di ottenere, in meno di unagiornata di lavoro, il modello tridi-mensionale di circa metà del centrostorico cittadino (Fig. 2). La produttivi-tà del metodo è risultata elevata.

Sintesi dell’approccio metodologico al posizionamentoLa mancanza del posizionamentoGNSS del mezzo mobile e la non co-noscenza dell’orientamento approssi-mato tra scansioni rende l’unione dellescansioni acquisite assai lunga e pocoproduttiva percorrendo tunnel stradali ocanyon urbani. Poter conoscere la posi-zione e l’orientamento relativo tra scan-sioni successive permette di rendereassai efficaci tali approcci.

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ILTEMA

IL PROBLEMA DELLA MAPPATURAFOTOGRAFICA ESTESA

La rappresentazione della realtà

nelle tre di-mensioni spa-ziali pare og-gi un risultatoconsol idatodel rilevamen-to con laser ascansione, maancora moltisono gli aspettida ottimizzareper rendere lerappresenta-zioni fedelialla realtà. Inparticolare lapossibilità diabbinare al-l’informazio-

ne geometrica quella di colore haancora diversi spazi di miglioramen-to. L’impiego di fotocamere digitalicon focali standard non permettere

l’acquisizione dell’informazione fo-tografica relativa a tutta l’areascandita. Le ottiche utilizzate, spes-so di tipo commerciale e dunquenon fornite con un certificato ditaratura, richiedono lo sviluppo diapprocci in grado di realizzare ilcalcolo dei parametri di taratura e,per ogni scansione, dell’orienta-mento della fotocamera rispetto alsensore laser scanner cui è so-lidale. Al fine di raccogliere, intempi limitati e con qualità accetta-bile, informazioni di colore che per-mettano di ricoprire completamenteil dato acquisito con laser scanner,ci si è rivolti alle ottiche grandan-golari e ultragrandangolari (fishe-ye), in abbinamento a fotocameredigitali non metriche di tipo prosu-mer o reflex professionali.Tali ottiche introducono però defor-mazioni di entità cospicua, e il

Figura 2 – Estratto del modello tridimensionale del centro storico di Sirmione del Garda

È stata quindi effettuata la taraturadella fotocamera su due dataset di-stinti, utilizzando la libreria di ta-ratura OpenCV implementata nelsoftware JRC 3D Reconstructor®: nelprimo caso sono stati riconosciutialmeno 11 punti omologhi tra unadelle immagini e la corrispondente

porzione del-la nuvola dipunti, pre-stando parti-colare atten-zione alla di-stribuzione deipunti sull’im-magine (è ne-cessario vin-colare puntialle estremitàper governa-re le crescentideformazioniradiali). Nelsecondo ca-so, utilizzan-

modello “pin-hole” deve essere “for-zato” per riuscire a descrivere com-piutamente il comportamento dellalente e la forma delle immagini pro-dotte. L’introduzione, nell’ultima ver-sione della libreria OpenCV, delterzo parametro (polinomio di ordi-ne 6) di distorsione radiale ha per-messo di raggiungere risultati mi-gliori rispetto ai vecchi modelli a 2parametri.Di seguito si descrive il montaggio diuna fotocamera al di sopra di unlaser scanner terrestre, e il suo pilo-taggio attraverso il software JRC 3DReconstructor®. Ciò permette di ef-fettuare scatti con campo di vista ver-ticale di circa 180°, a passi angola-ri controllati attorno all’asse del la-ser, riducendo al minimo il problemadella parallasse tra immagini e nuvo-le di punti. I valori dell’angolo “oriz-zontale” di scatto per ciascuna foto-grafia sono memorizzati e impiegatiin fase di post-processamento perprodurre un’immagine panoramicacalibrata sulla geometria, riducendoal minimo le operazioni manuali ditaratura e orientamento dei foto-grammi.

Descrizione del lavoroLa strumentazione impiegata nei test ècostituita da un TLS a misura di fase,da una fotocamera Nikon D80 (CCDda 10,2 Mpixel) con ottica AF DX Fis-heye-Nikkor 10,5 mm f/2.8G (ango-lo di campo sulla diagonale di 180°),un “pattern 3D” costituito da sfere in

do il pattern 3D, è stata condottamanualmente la procedura di indivi-duazione dei centri delle sfere riflet-tenti, stimati ai minimi quadrati sullecoordinate di alcuni dei punti dellasuperficie – sulla nuvola di punti –, esulla posizione di alcuni pixel delcontorno sull’immagine, ipotizzandola forma di un’ellisse nel piano perla rappresentazione fotograficadelle sfere. È da sottolineare il fattoche il pattern 3D ha una dimensione

caratteristicadi circa1,5 m, e diffi-cilmente puòessere po-sizionato inmodo tale dao c c u p a r ecompletamen-te la scena ri-presa dall’ot-tica fish-eye.Il pattern 3Dè stato impie-gato anche inuna sessionetest realizzatapresso Piazzadella Loggia

a Brescia (Fig. 5). Anche in questocaso è stato eseguito il procedimen-to di taratura per individuazione deicentri delle sfere nello spazio 3D enello spazio immagine. I parametridi taratura della fotocamera sonostati calcolati anche, in precedenza,in self-calibration per mezzo di un pat-tern 2D (chessboard) ripreso dadiverse angolazioni, in ambienteMatlab per mezzo del Camera Cali-bration Toolbox for Matlab di Jean-Yves Bouguet [Zhang, 99 e Bouguet,2002]. I valori ottenuti sono statiimpiegati, dopo le opportune conver-sioni delle unità di misura (i primivalori di fc e cc rappresentano fy e cy,i secondi fx e cx), per testare la bontàdel metodo proposto. Noti i parametridi orientamento interno ed esterno, lefoto sono state mappate sulle scansio-ni in maniera automatica.Come detto è stata scritta una parte dicodice in grado di controllare lo scan-ner laser e la camera fotografica, e illoro output viene organizzato in car-

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TEMA

Figura 4 – Trattamento della nuvola di punti del pattern 3D

materiale riflettente, del diametro di150 mm, disposte nello spazio conposizione relativa nota e mantenute inposizione per mezzo di aste metalli-che.Per verificare l’uso di un pattern 3Dnelle operazioni di taratura e orienta-mento della camera sovrimpressasono state condotte due sessioni dirilevamento in laboratorio, riprenden-do contemporaneamente target 2D(Fig. 3) e il pattern 3D (Fig. 4).

Figura 3 – Fase di taratura della fotocamera attraverso target 2D

PROSPETTIVEFUTURE

I risultati ottenutihanno permesso disviluppare una solu-zione hardware/software in grado dieffettuare rilevamentiad alta produttività econ mappatura inalta risoluzione delleimmagini fotografi-che sulla scansione3D, anche in assen-za di strumenti per ilposizionamento delmezzo mobile, maunicamente con sta-zione totale. Lo svi-luppo di uno stru-

mento software che permette di gesti-re le funzionalità del laser nella moda-lità “stop&go” ha reso la procedurafacilmente utilizzabile anche da per-sonale non specializzato.Pur essendo coscienti che il rapido svi-luppo delle tecnologie di matching tri-dimensionale automatico e della stru-mentazione IMU porteranno presto aprodurre procedure e mezzi mobili ingrado di risolvere i problemi citati,riteniamo che per un certo periodo ditempo le soluzioni proposte potrannopermettere di realizzare rilevamenti inlunghi tratti di tunnel o di canyonurbani, al momento assai difficilmenterilevabili con l’approccio laser scan-ner.

BIBLIOGRAFIA

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ILTEMA

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Figura 5 – Pattern 3D nella sessione in Piazza della Loggia a Brescia

telle, una per ogni sito di scansione.Ogni cartella contiene quindi la scan-sione, la sequenza di foto panorami-che e un file XML che descrive i datiacquisiti, compresi gli angoli di scattodelle foto. Questo file viene inviato aun modulo di processamento che,data la taratura della camera, è ingrado automaticamente di proiettarele foto sulla scansione, producendouna nuvola di punti colorata e le foto“rettificate”. Conoscendo i parame-tri esterni della fotocamera (cioè lamatrice di rototraslazione della stes-sa rispetto allo scanner) e gli angolidi scatto (rotazioni sull’asse vertica-le) è possibile ricostruire la matricedi rototraslazione della singola fotorispetto allo scanner. Poiché le fotohanno tipicamente una certa sovrap-posizione, la proiezione effettuaanche un blending in modo daavere una transizione graduale dauna foto all’altra. Il blending consi-ste di una media pesata del valoredi colore dei pixel, con peso chedipende dalla distanza dal bordodell’immagine.Il software prodotto permette quindidi produrre, per ciascun sito di scan-sione, oltre a una nuvola di punticolorata dell’intera scena visibile,anche “proiettori”, cioè immaginiorientate utilizzabili per testurizzaremesh e superfici modello comunqueottenute.

Giorgio Paolo MariaVassena, laureatosi alPolitecnico di Milano,ora responsabile dellacattedra di Topografia eCartografia presso l’Uni-versità degli Studi di Bre-

scia, si occupa di sviluppare e appli-care le tecniche avanzate della geo-matica nel settore del rilevamento, deimonitoraggi di precisione e della ge-stione di dati laser scanner. Dopo annidi ricerche in ambito accademico, nel2007, insieme a un gruppo di giovaniIngegneri, ha fondato una societàSpin Off dell’Università di Brescia,Gexcel srl, che si occupa di sviluppa-re applicativi software per il mondolaser scanner e di fornire servizi e con-sulenze di eccellenza nel settore dellatopografia e cartografia.

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IL TEM

A

Rilievo delle caratteristichedi calcestruzzi fibrorinforzati

Roberto Ottoboni, Marco Faifer, Sergio Toscani

mediante tecniche di misura non distruttive

INTRODUZIONE

L’SFRC è ottenuto aggiungendo fibred’acciaio al normale calcestruzzo,che gli conferiscono proprietà chenormalmente non possiede. In parti-colare, in caso di fessurazione l’effet-to “legante” dovuto alle fibre impedi-sce che essa si propaghi. La presenzadi fibre può anche migliorare apprez-zabilmente la resistenza del materialealla trazione e al taglio. La facilità dipreparazione di questi composti e ilcosto contenuto rendono sempre piùfrequente l’impiego di SFRC in svaria-te applicazioni, quali lastre per la

pavimentazione, elementi prefabbri-cati, pannelli refrattari ecc..Le caratteristiche meccaniche del com-posito dipendono ovviamente dal tipodi fibre utilizzate e dalle loro caratte-ristiche geometriche [1]. Un parame-tro particolarmente significativo è ilrapporto d’aspetto, definito come ilrapporto tra la lunghezza della fibrae il suo diametro: nel caso di fibred’acciaio questo rapporto può esserecompreso tra 20 e 70. Altri parametriimportanti sono la concentrazione el’orientamento relativo delle fibreall’interno della matrice di cemento,di cui possono essere definiti sola-

mente valori nominali di riferimento.Le fibre, una volta immesse nel gettodella matrice cementizia, tendono in-fatti ad allinearsi spontaneamente conla direzione del getto, per effetto delloro elevato rapporto d’aspetto. Feno-meni non infrequenti come “grumi” o“grovigli” di fibre possono ostacolarela regolare distribuzione delle fibre eil loro orientamento. Analoghi effettipossono derivare anche da difficoltànella miscelazione e compattazionedel calcestruzzo fresco.Da questo quadro sintetico trasparechiaramente l’interesse per una valu-tazione della disposizione delle fibreall’interno dell’SFRC, in particolaredella loro concentrazione e orienta-mento. Mentre nella pratica comune siprivilegiano test distruttivi di provinidel materiale, a livello di ricerca si stainvece rivolgendo l’attenzione versometodi di misura in grado di valutarein modo non distruttivo le caratteristi-che delle fibre all’interno della matri-ce cementizia. Gli approcci seguitidifferiscono molto tra loro, ma quellidi maggiore interesse sono quasi tuttiriconducibili a tecniche basate sullamisura di variazione di parametri elet-trici. In particolare si possono citare:l’AC Impedance Spectroscopy [2], lamisura della sola resistenza elettrica,in continua e a bassa frequenza [3] ela misura della permettività mediantetecniche riflettometriche a microonde[4]. Tuttavia tutti questi metodi presen-tano forti limitazioni d’impiego al difuori dell’ambito del laboratorio, oincapacità di fornire informazionicongiunte su concentrazione e orien-tamento delle fibre o, ancora, unaridotta affidabilità.

Politecnico di [email protected]

NON-DESTRUCTIVE TESTING OF SFRC ELEMENTS In building construction, the increasing number of steel fiber-reinforced con-crete (SFRC) elements has encouraged the development of new methods forthe verification of their mechanical properties. In particular there is a gro-wing interest toward the study of non-invasive methods that can be used inthe evaluation of already installed elements. The paper presents a methodand a measurement system that allows to estimate the concentration, theaverage orientation and the size of the steel fibers. The novelty of the pro-posed technique is that these parameters are assessed through magneticmeasurements, obtained by means of a probe laid on the surface of thematerial. The simplicity of the measurement system, the quantity and qualityof the information, and the non-invasive approach, make this method verypromising.

RIASSUNTOIl diffondersi di manufatti realizzati in calcestruzzo fibrorinforzato con fibred’acciaio (SFRC) ha spinto a studiare e valutare nuovi metodi per la verifi-ca sperimentale delle loro caratteristiche strutturali. In particolare, di gran-de interesse sono i metodi di tipo non invasivo, utilizzabili anche per lacaratterizzazione in situ di elementi già posati. Nel lavoro si presentano unmetodo e un sistema di misura sviluppati dagli autori per il rilievo della con-centrazione, dell’orientamento prevalente e delle dimensioni delle fibre pre-senti negli SFRC. La novità dell’approccio proposto consiste nel fatto che lacaratterizzazione del materiale avviene sulla base di misure di grandezzemagnetiche, ricavate mediante il semplice accostamento di una sonda allasuperficie del materiale. La semplicità dell’apparato di misura, la quantitàe la qualità delle informazioni che si possono ricavare, e la totale non inva-sività del metodo, ne rendono molto interessanti le prospettive di sviluppo eimpiego.

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Su questo tema è in corso da tempouna collaborazione tra i Dipartimentidi Ingegneria Elettrica e di IngegneriaStrutturale del Politecnico di Milano.L’obiettivo è quello di riuscire a conci-liare requisiti e caratteristiche di misu-ra adeguate con semplicità, facilitàd’impiego e basso costo, per potereseguire monitoraggi di manufatti giàin opera. La novità nella strada segui-ta è l’avere indirizzato l’attenzioneverso le proprietà magnetiche dellefibre, e quindi l’avere individuato unmetodo in grado di fornire indicazio-ni sull’orientamento, sulla concentra-zione e sulle dimensioni delle fibrestesse. Caratteristica rilevante è la suafacilità d’impiego, che non richiedealcun intervento invasivo sul manufat-to da caratterizzare, ma prevedesemplicemente l’accostamento di unasonda magnetica alla sua superficie.

PRINCIPIO E SISTEMA DI MISURA

Partendo da una modellizzazione del-l’SFRC, come matrice cementizia e fibredi acciaio con permeabilità magneticarispettivamente µ0 e µFe>>µ0, è statopossibile definire il tensore di permea-bilità magnetica effettiva del composto.Sotto condizioni sufficientemente ampieè stato mostrato che tale tensore è dia-gonale e che ogni suo elemento, cherappresenta la permeabilità magneticaeffettiva in una delle tre direzioni spa-ziali, dipende dalla concentrazionedelle fibre e dal rapporto d’aspetto, manon dalle dimensioni delle fibre [5]. Sipossono dunque ricavare informazioniquantitative sulla concentrazione e sul-l’orientamento delle fibre mediante mi-sure che riguardano parametri influen-zati dalla permeabilità effettiva del ma-teriale.In particolare, si è scelto di misurarel’induttanza equivalente di un avvolgi-mento quando una quota significativadel flusso ad esso concatenato si richiu-de attraverso il campione da caratteriz-zare. A tale scopo si utilizza un nucleoa C di materiale ferromagnetico, su cuisono poste due bobine: una per l’ecci-tazione e l’altra per la misura. Appog-giando questa sonda con le due faccepiane dei lati corti della C sul materiale

in prova, la mutua induttanza tra le duebobine varia: maggiore è la quantità difibre contenute nella matrice, maggioreè la mutua induttanza. A parità di con-centrazione delle fibre, il valore di mu-tua induttanza è massimo quando il latolungo della C è allineato con la direzio-ne preferenziale di orientamento dellefibre. In questo modo è possibile indivi-duare il loro orientamento medio. Utiliz-zando un segnale d’eccitazione varia-bile nel tempo, la presenza delle fibre,oltre alla variazione di induttanza, dàluogo a effetti dissipativi. Misura di ciòè la componente della corrente assorbi-ta (cioè la forza magnetomotrice) infase rispetto alla forza elettromotriceindotta.Poiché a fibre di dimensioni maggiorecorrispondono perdite maggiori, sullabase della misura della variazionedella potenza assorbita è possibile ri-cavare anche un’indicazione sulle di-mensioni delle fibre. A questo proposi-to è necessario che le perdite dovuteagli avvolgimenti e quelle dovute alnucleo magnetico siano trascurabili ocomunque tali da poter essere com-pensate attraverso un’operazione dimessa a punto preliminare del sistema.Si è pertanto adottato un sistema a duebobine (per rendere nulli gli effetti delleperdite nel rame ai fini della misura) eun nucleo di materiale magnetico sinte-rizzato, in modo da poter spingere ilsegnale d’eccitazione a frequenze piùelevate, enfatizzando così l’effetto del-le perdite nelle fibre ma garantendo, alcontempo, basse perdite magnetichenel nucleo.Attraverso simulazioni FEM si è ottimiz-zato il posizionamento degli avvolgi-menti. La sonda finale è costituita da unnucleo a C, di lunghezza maggiore125 mm, altezza 90 mm e sezione ret-tangolare di dimensioni 20 x 30 mm2.Entrambe le bobine sono formate dadue avvolgimenti separati, ciascunocollocato su uno dei due lati corti dellaC, e connesso in serie all’altro avvolgi-mento (Fig. 1). Il sistema di misura ècomposto da un oscillatore sinusoidalea sintesi numerica, il cui segnale vieneinviato all’avvolgimento d’eccitazione.Il segnale di corrente circolante, rac-colto mediante shunt, e quello di ten-sione presente ai capi dell’avvolgimen-

to di misura sono campionati simulta-neamente mediante un sistema di ac-quisizione dati con risoluzione di 16bit. Tecniche di elaborazione numericadei segnali nel dominio della frequen-za permettono d’ottenere la variazionedi potenza dissipata e di mutua indut-tanza associate alla presenza di fibrenel materiale, rispetto ai valori che siavrebbero quando la sonda è postalontano da oggetti ferromagnetici.

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TEMA

RISULTATI SPERIMENTALI

Sono state condotte numerose provesu manufatti in SFRC di caratteristichecostruttive note. In particolare si èoperato su lastre di lunghezza100 cm, larghezza 50 cm e spessore13 mm. Una di esse era priva di fibre(codice S0), mentre nelle altre due vierano fibre di lunghezza 13 mm ediametro 0,16 mm, con concentrazio-ne di 50 kg/m3 (S50) e 100 kg/m3

(S100), rispettivamente. Una quartalastra (S84) includeva fibre d’uguallunghezza, ma con diametro 1 mm econcentrazione di 84 kg/m3. In tuttele prove sono state misurate le varia-zioni di potenza e di mutua induttan-za nel campo di frequenze tra 1 kHze 5 kHz. Per ogni punto della superfi-cie analizzato e per ogni direzione diprova, la misura è stata ripetuta 5volte, alzando e riposizionando ognivolta la sonda in modo da poter valu-tare anche la ripetibilità della misura,che si è sempre mostrata eccellente.La direzione d’orientamento prevalentedelle fibre può essere ben discriminatamediante l’analisi della variazione dimutua induttanza al variare dell’angolo

Figura 1 – Immagine della sonda magneticarealizzata

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ILTEMA

con cui si ruota la sonda rispetto a unadirezione di riferimento della lastra. Trail valore massimo di variazione di mu-tua induttanza, coincidente con l’alli-neamento della sonda alla direzionedelle fibre, e quello minimo, corrispon-dente ad una condizione di ortogonali-tà delle due direzioni, si riscontra unavariazione compresa tra il 25% (nelcaso di S100) e il 50% (S50).La concentrazione delle fibre è dedot-ta mediando, nel punto analizzato, lemisure della variazione della mutuainduttanza nelle diverse direzioni. LaFig. 2 mostra come tale quantità sia inbuona proporzionalità con la concen-trazione: all’aumentare di quest’ulti-ma aumenta anche l’induttanza. Que-sta caratteristica si mantiene con lafrequenza, ad eccezione del caso delcampione S84, in cui si evidenza unadiminuzione della mutua induttanzacon l’aumentare della frequenza.Ciò è dovuto all’effetto delle correnti

parassite, tanto più sensibile quantomaggiore è il diametro delle fibre. Lavariazione delle perdite è pertanto unparametro che può essere utilizzato perdiscriminare il diametro delle fibre. LaFig. 3 mostra l’incremento delle perditein funzione della frequenza. Operandoalle frequenze più elevate del campo diindagine, è possibile osservare che le

perdite mostrano sì dipendenza dallaconcentrazione, ma ancor più rispetto aldiametro delle fibre. Il campione S84mostra perdite con valore circa doppiorispetto al campione S100, anche sequest’ultimo è caratterizzato da una con-centrazione di fibre del 25% superiore.La facilità con cui la sonda può esserespostata sulla superficie della lastra e

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

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quella con cui possono essere elabora-ti i risultati di misura permettono di effet-tuare vere e proprie mappature di inte-re lastre, al fine di stimare la reale di-stribuzione delle fibre all’interno diesse. La Fig. 4, a titolo d’esempio, mo-stra l’andamento della concentrazionedelle fibre in funzione della posizione,rilevato per la lastra S100.

BIBLIOGRAFIA

1. Ferrara, L., Park, Y.D. and Shah,

S.P.: “Correlation among fresh statebehaviour, fiber dispersion and tough-ness properties of SFRCs” ASCE Jour-nal of Materials in Civil Engineering,20 7 (2008), 493-501.2. Woo, L. Y., Wansom, S., Ozyurt, N.,Mu, B, Shah, S. P., and Mason, T. O.,“Characterizing fiber disopersion incement composites using AC-ImpedanceSpectrometry”, Cement and ConcreteComposites, 27 (2005), 627-636.3. J.F. Lataste, M. Behloul, D. Breysse“Characterisation of fibres distributionin a steel fibre reinforced concrete

with electrical resistivity measure-ments” J. NDT & E Int., vol. 41, pp.638-647, Dec. 2008.4. A. H. Sihvola, I.V. Lindell, “Effectivepermeability of mixtures”, PIER 6,. Pro-gress in Electromagnetics Research:Dielectric Properties of HeterogeneousMaterials, Elsevier Pub Co., New York,1992, pp 153-180.5. M. Faifer, R. Ottoboni, S. Toscani,L.Ferrara “Steel Fiber Reinforced Con-crete Characterization Based on aMagnetic Probe” I2MTC ‘10 – IEEEIntrumentation and MeasurementTechnology Conference. Austin 3-6 May 2010 pp: 157-162.

ILTEMA

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

Figura 4 – Distribuzione della concentrazione delle fibre, lastra S100

Roberto Ottoboni èProfessore Ordinario diMisure Elettriche ed Elet-troniche presso il Diparti-mento di Elettrotecnicadel Politecnico di Milano.

È autore di oltre 100 articoli scientificipubblicati su riviste internazionali enazionali e memorie presentate nelcorso di convegni internazionali. Dal2006 è Fellow IEEE della I&M Society.

Sergio Toscani è dotto-rando di ricerca in Inge-gneria Elettrica presso ilDipartimento di Elettrotec-nica del Politecnico diMilano. Nel 2007 si è

laureato con lode in Ingegneria Elettricapresso lo stesso ateneo. La sua attivitàdi ricerca riguarda lo studio di sensoriper la misura di grandezze elettriche elo sviluppo di tecniche per la diagnosti-ca delle macchine elettriche.

Marco Faifer nel2008 ha conseguito ildottorato in IngegneriaElettrica ed è ricercatorepresso il Dipartimento diElettrotecnica del Politec-

nico di Milano. È membro IEEE e coau-tore di più di 30 articoli scientifici pub-blicati su rivista internazionale e pre-sentati nel corso di convegni interna-zionali. La sua attività di ricerca si svi-luppa nel campo dell’elaborazionenumerica del segnale e delle misure sucomponenti e sistemi elettrici.

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NEWS

PLUG AND MEASURE:FRA LE RICHIESTEE LA REALTÀ

La tecnologia di misura è uno strumentoessenziale per lo sviluppo dei prodotti: masi tratta, appunto, di uno “strumento” nondi un fine. Essa deve produrre risultati pre-cisi, affidabili e operare rapidamente e inmodo semplice. Quali sono i requisiti deimoderni sistemi di misura, dove stanno ledifficoltà? Quale importanza ha la tecno-logia di misura in fase di progettazione?Quali sono le aspettative e le sfide daaffrontare e dove sono le trappole econo-miche? Quali effetti e sviluppi ci sonoall’orizzonte per i produttori?Il tempo necessario allo sviluppo è unarisorsa sempre più rara, dato che i nuoviprodotti devono essere immessi rapida-mente nel mercato. La tecnologia di misu-ra intelligente fornisce i dati necessari perun efficiente sviluppo di prodotti qualitati-vamente maturi. Di conseguenza le misu-razioni devono essere operativamentesemplici e intuitive. Perfino i non profes-sionisti della tecnologia di misura, chesono focalizzati sulla propria produzione,devono essere in grado di interpretare irisultati significativi dai complessi dati dimisura. Plug and Measure è pertanto es-senziale alla tecnologia di misura me-diante l’impiego di TEDS (Transducer Elec-tronic Data Sheets), per la compensazioneautomatica delle condizioni ambientali eper verificare automaticamente i collega-menti. I sistemi universali recuperano i co-sti più rapidamente rispetto a quelli spe-cialistici. I sistemi più efficienti sono quelliche sostituiscono numerosi strumenti spe-cialistici poiché effettuano verifiche degliimpianti concentrate nel tempo e riattrez-zano il superfluo, sono in grado di misu-rare tutti i parametri in modo affidabile esupportano tutti i trasduttori delle tecnolo-gie di misura correnti. La perfetta catenadi misura comprende anche un potentesoftware di analisi per la successiva ela-

borazione. Solo lacompleta valutazio-ne finale assicuraun costante succes-so.Tutti i costi sono ri-levanti, compresiquelli nascosti chespaziano dall’ap-palto per la messain funzione al fun-zionamento in eser-cizio e alle sostituzioni di parti: ad esem-pio, il frequentemente citato Total Cost ofOwnership (Costo Totale di Proprietà). Icentri di costo della tecnologia di misurariguardano l’addestramento, il tempo difamiliarizzazione, la qualità dei risultati,la flessibilità, la manutenzione, la garan-zia del futuro e la qualità dei servizi. Unprodotto a basso prezzo che, a causa dellungo tempo necessario per la messa infunzione, comporti un costo del personaledieci volte superiore, diventa poco conve-niente a livello economico. Il software disimulazione rappresenta solo una ragio-nevole alternativa alla tecnologia di misu-ra supportata da hardware, se i dati di-sponibili sono sufficienti. I risultati si pos-sono verificare solo con dati di misura affi-dabili e ciò ci autorizza a pensare che lapura simulazione non sia sufficiente nelcaso di nuovi materiali e scenari. Quale tecnologia di misura soddisfa tutti irequisiti più importanti? La funzione Plug and Measure (Inserisci eMisura) viene offerta raramente con pre-stazioni pienamente rispondenti al signifi-cato della terminologia. I piccoli fornitori,solitamente, possono configurare i sistemiin modo che soddisfino le specifiche solocon l’aiuto degli integratori di sistemi e uti-lizzando prodotti di diversi costruttori. Maquale livello di sicurezza futura garanti-scono questi sistemi? Sicurezza futurasignifica supporto continuo e fornitura di

parti di ricambio anche dopo parecchianni: ciò comprende l’aggiornamento delsoftware per le nuove versioni del sistemaoperativo, insieme alla stabilità economi-ca del fornitore e al suo know-how inno-vativo. Un solo costruttore, invece, puòfornire una catena di misura ottimamentestrutturata senza problemi di interfaccia-mento. Come la HBM, ad esempio, chegrazie alla lunga esperienza dei suoiingegneri e in stretta collaborazione connumerosi clienti, ha prodotto un vero Plugand Measure con funzionamento intuitivoa tutti i livelli della catena di misura. La panoramica dei sistemi di acquisizionedati (DAQ), recentemente pubblicatadalla HBM, aiuta a identificare rapida-mente il sistema DAQ più appropriato perqualsiasi applicazione. In questo opusco-lo sono chiaramente specificati e spiegatii principali dati tecnici e i vantaggi offertida sistemi universali quali QuantumX eMGCplus e anche dalle solide famiglie distrumenti per applicazioni mobili, qualiGenesis 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 RUOLO DELLE WSN NEI SISTEMIDI MISURA DISTRIBUITI

I sistemi di misura distribuiti rivestono unruolo essenziale, non più limitato alsolo controllo di processi industriali, mache riguarda anche la domotica, lasicurezza, e il monitoraggio di para-metri ambientali (ad esempio per lagestione del traffico veicolare), struttura-li (per il rilevamento di situazioni dipericolo in edifici) ed energetici (adesempio per il rilevamento di anomalienella rete di distribuzione dell’energiaelettrica). Sebbene i sistemi di misuradistribuiti, specialmente in ambito indu-striale, siano tradizionalmente basati susoluzioni cablate, esistono alcune situa-zioni in cui la possibilità di avere colle-gamenti radio rappresenta un notevolevantaggio [1]. Questo si verifica adesempio quando i vari elementi del

sistema devono essere collocati in posi-zioni difficili da alimentare e quando,nel contempo, l’aleatorietà delle laten-ze di comunicazione e la ridotta robu-stezza delle comunicazioni wirelesssono compatibili con i requisiti dell’ap-plicazione considerata. Se a questo siaggiunge anche l’esigenza di racco-gliere dati in modo capillare riducendonel contempo i costi d’installazione,l’impiego di reti di sensori wireless(WSN) si profila come una soluzioneflessibile e interessante [2].Come è noto, il crescente interesse neiconfronti delle reti di sensori wireless siscontra con numerosi problemi di tipotecnico, che riguardano non solo aspet-ti di networking, di robustezza e di con-sumo, ma anche di gestione dell’infor-mazione acquisita. Infatti una WSNdeve non solo essere in grado di fun-zionare in modo autonomo e affidabile

per periodi lunghi, ma deve ancheessere in grado di organizzare, sele-zionare e fondere opportunamentediversi record di dati prima di racco-glierli tramite un PC, al fine di ridurreil traffico nella rete [3].In questo contesto, la Wireless SensorNetwork Application Platform(WSNAP) sviluppata da TRETEC S.r.l.in collaborazione con il gruppo diEmbedded Electronics and ComputingSystems dell’Università di Trento è statarealizzata con il duplice obiettivo di [4]:• consentire un’efficiente e agevole

gestione della rete indipendente-mente dal numero di nodi, dal tipodi sensori o dalla topologia dellarete stessa;

• permettere a molteplici utenti remoti dicontrollare lo stato di una rete di sen-sori e di visualizzare diversi insiemi didati in modo semplice e intuitivo.

WSNAP è costituito da elementi hard-ware, firmware e software. Nel segui-to, dopo una breve descrizione del-l’architettura di WSNAP, verrannoriportati i risultati di una sperimenta-zione condotta presso l’Università diTrento. I risultati riportati, per quantonon esaustivi, mostrano il corretto fun-zionamento di WSNAP in alcune con-dizioni operative d’interesse.

LA STRUTTURA DI WSNAP

La topologiaWSNAP è concepito per funzionare suWSN ad hoc con topologia mesh dina-mica. La costruzione del percorso lungocui viene eseguito il routing dei datidipende dal compromesso tra la quali-tà della connessione tra nodi adiacentie la disponibilità energetica di ciascundispositivo. L’idea di principio è di ri-

WSNAP: A RECONFIGURABLE WIRELESS SENSOR NETWORK FOR DISTRIBUTED MEASUREMENTSThe growing diffusion of low-cost, reconfigurable embedded systems has foste-red the development of distributed measurement instruments able to collect andto manage heterogeneous data sets in real time. In this context, the WSNAPplatform is a flexible distributed measurement solution, which can be adaptedwith minor changes to the requirements of different applications (e.g., for envi-ronmental, structural and energy monitoring purposes), regardless of networktopology and sensor types. WSNAP is a complete platform, as it includes hard-ware, firmware and software modules. To make WSNAP portable and user-friendly, the software side of the platform has been developed using standard,open source web technologies.

RIASSUNTOLa crescente diffusione di sistemi embedded riconfigurabili e a basso costo hareso sempre più appetibile la creazione di strumenti distribuiti capaci di misu-rare grandezze eterogenee e di gestire i relativi dati in tempo reale. In tale con-testo, la piattaforma WSNAP si configura come una soluzione a elevata fles-sibilità che può essere facilmente adattata a diverse applicazioni di monito-raggio ambientale, strutturale ed energetico, indipendentemente dal numero dinodi della rete e dal tipo di sensori impiegati. WSNAP è una piattaforma com-pleta, in quanto include moduli hardware, firmware e software. In particolare,il software per la gestione della rete e dei dati acquisiti è stato sviluppato tra-mite tecnologie standard e “open source” per favorire la diffusione di WSNAPin contesti diversi e renderne agevole l’uso da parte di un utente remoto.

1 Tretec srl – Polo Tecnologico di Trento;2 Università degli Studi di Trento

WSNAP: una rete wirelessriconfigurabile

Michele Corrà1, Paolo Pivato2, David Macii2, Dario Petri2

per misurazioni ambientali distribuiteIL TEM

A

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ILTEMA

partire in modo uniforme l’attività comu-nicativa tra i vari nodi per prolungare ladurata operativa della rete nel suo com-plesso. Tutti i dati acquisiti vengonoinstradati tramite connessioni multi-hopverso un nodo che funge da Base Sta-tion (BS) collegato a un PC tramite unaconnessione di tipo Universal Serial Bus(USB). Questo consente sia di alimenta-re il nodo BS senza dover ricorrere abatterie, sia di immagazzinare i dati inun opportuno database.

L’hardwareI nodi della piattaforma WSNAP sonodenominati 3MATE!. Come mostrato inFig. 1, ciascun nodo è composto da:• un microcontrollore TI MSP430F1611;• un modulo radio TI/Chipcon CC2420

conforme allo standard IEEE802.15.4;

• un modulo opzionale di memoriaflash per immagazzinare notevoliquantità di dati;

• un’antenna con struttura a “F” realiz-zata sullo stesso circuito stampato;

• un connettore SMA per un’eventualeantenna opzionale esterna;

• alcuni connettori di espansione I/Oper la programmazione del nodo;

• il collegamento con la sensor board,la quale a sua volta può includerediverse tipologie di sensori sulla basedell’applicazione specifica.

Al momento è in fase di collaudo unanuova versione dei nodi 3MATE!, dota-ta di un modulo radio TI CC2520 e diun più efficiente stadio di alimentazio-ne. Tale configurazione infatti, a paritàdi dimensioni, è caratterizzata da unamigliore sensibilità radio e da una ridu-zione media dei consumi dell’ordinedel 20%.

Il firmwareI moduli firmware della piattaformaWSNAP sono stati sviluppati inC/NesC al fine di sfruttare le funzio-nalità del ben noto sistema operativoTinyOS e di agevolare la portabilitàfutura del firmware stesso su diversitipi di microcontrollori. Se il nodo nonè una BS, durante la fase di inizializ-zazione il firmware rileva quali sen-sori sono effettivamente presenti sullasensor board. L’applicazione è conce-pita in modo tale da riuscire a gestirein modo flessibile nodi dotati di sen-sori diversi. Una volta conclusa l’ini-zializzazione, ciascun nodo accendeperiodicamente la sensor board e,concluso un transitorio di stabilizza-zione dei sensori, acquisisce i dati daciascuno di questi. Tali dati vengono

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

infine ordinatamente inviati a un altrodispositivo della rete, situato più vici-no alla BS. Allorché un nodo riceve unmessaggio da un altro dispositivo, idati corrispondenti vengono a lorovolta inoltrati verso la BS in base aquanto previsto dall’algoritmo di rou-ting. Dopo che tutti i dati sono statitrasmessi, i nodi entrano in modalità abasso consumo. Il periodo di risvegliopuò essere configurato dall’utentesulla base dei requisiti dell’applica-zione considerata. Ogniqualvolta ilnodo BS riceve un messaggio o unaserie di messaggi, i dati vengono tra-sferiti al PC tramite la connessioneUSB.

Il softwareIl software per la gestione di WSNAP èbasato principalmente su un applicativoJava chiamato TretecTrawler che per-mette di decodificare i messaggi ricevu-ti dal nodo BS per immagazzinarli in unapposito Database tramite comandiSQL. La base di dati può essere facil-mente creata e modificata attraverso ladistribuzione Appserv che integra Apa-che, PHP e MySQL in un unico ambien-te. Naturalmente la struttura del Databa-se dipende dai requisiti dell’applicazio-ne considerata e comprende almeno:• una node table contenente informa-

zioni generali su ciascun nodo, qualiil suo codice identificativo (ID), la suaposizione/ruolo nella rete e il numeroe tipologia di sensori presenti sullasensor board;

• una sensor table che descrive i tipi disensori, i produttori, la portata e lerelative caratteristiche metrologiche,se disponibili;

• una message table nella quale ven-gono immagazzinate tutte le infor-

mazioni relative a ciascun messag-gio ricevuto dalla BS, come adesempio i time-stamp associati a cia-scun campione e i dati di misurastessi.

Grazie a un’interfaccia web opportu-namente combinata con scripts PHPun utente remoto è in grado di estrar-re diversi record di dati sensoriali dalDatabase. I dati così estratti possonoessere mostrati in forma tabulare ografica utilizzando la tecnologia flashe un opportuno plug-in di visualizza-zione, come ad esempio Open FlashChart.

PROVE SPERIMENTALI E RISULTATI

WSNAP è stato testato nei locali del-l’Università di Trento. La rete prototipoè composta da una decina nodi, dicui uno collocato all’aperto, gli altridisposti in vari uffici del Dipartimentodi Ingegneria e Scienza dell’Informa-zione (DISI). Tutti i nodi, a eccezionedella BS, sono dotati di uno o più deiseguenti sensori:• un sensore d’illuminamento nel visi-

bile• un sensore analogico di temperatu-

ra• un sensore digitale per la misura-

zione dell’umidità relativa dell’aria• un sensore capacitivo per la misura-

zione dell’umidità relativa del terre-no.

È opportuno precisare che tali sensorisono stati impiegati solo per verificare ilcorretto funzionamento della piattafor-ma, e che potrebbero essere sostituitida altri sensori, senza apportare alcu-na modifica al firmware dei nodi e conminime modifiche al database. Le prin-

cipali caratteristiche dei sensori utilizza-ti sono illustrate in Tab. 1. I valori d’in-certezza si riferiscono alle condizioni ditaratura indicate dai rispettivi produtto-ri, quando disponibili.Alcuni risultati sperimentali raccolti nelcorso di una settimana sono riportati atitolo di esempio in Fig. 2, e si riferisco-no a misurazioni di temperatura (a), illu-minamento (b) e umidità del suolo (c),visualizzate tramite un browser. In (a) siconsiderano 5 nodi, la (b) si riferiscesolo al nodo esterno rispetto a uno di ri-ferimento collocato nell’oscurità com-pleta; infine la (c) è relativa al solo no-do esterno. In (a) e (b) è chiaramentevisibile un andamento oscillatorio dovu-to all’escursione termica e luminosagiornaliera rilevata dal nodo esterno.La risoluzione temporale delle curve inFig. 2 è di 1 h. Più in generale, la risolu-zione dipende dall’intervallo di osser-vazione richiesto dall’utente, per ridurrela mole di dati da trasferire al PC cliente quindi il tempo richiesto per la lorovisualizzazione.

ILTEMA

N.04ƒ

; 2010

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

Sensore Tensione di Portata Incertezzaalimentazione

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 dauna 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 ambientechiuso e al buio (nodo 209). 2.c: umidità

relativa del suolo nel cortile del Dipartimento

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CONCLUSIONI E ATTIVITÀ FUTURE

WSNAP è una piattaforma completa,concepita e progettata per favorire l’usodi sistemi di misurazione distribuiti basa-ti su WSN in diversi contesti applicativi.I risultati raccolti tramite la rete prototipohanno mostrato la sua flessibilità e faci-lità d’uso. La piattaforma è già stata uti-lizzata nel monitoraggio di tunnel stra-dali [5]. In futuro si prevede di usareuna versione estesa di WSNAP in appli-cazioni di monitoraggio finalizzate allariduzione dei consumi energetici.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

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

nical approaches,” IEEE Transactionson Industrial Electronics, vol. 56, no.10, pp. 4258–4265, Ottobre 2009.2. I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasu-bramaniam, E. Cayirci, “A Survey onSensor Networks”, IEEE Communica-tions Magazine, Vol. 40, N. 8, pp.102-114, Agosto 2002.3. D. Macii, A. Boni, M. De Cecco, D.Petri, “Multisensor Data Fusion,” IEEEInstrumentation and MeasurementMagazine, Vol. 11, N. 3, pp. 24-33,Giugno 2008.4. M. Corrà, L. Zuech, C. Torghele, P.Pivato, D. Macii, D. Petri , “WSNAP: aFlexible Platform for Wireless SensorNetworks Data Collection and Mana-gement,” Atti IEEE Workshop on Envi-ronmental Energy and Structural Moni-toring Systems (EESMS), Settembre2009 – www.wsnlab.it/wsnap.

N.04ƒ

;2010

ILTEMA

Michele Corrà si è lau-reato in “Ingegneria deiMateriali” presso l’Univer-sità di Trento nel 1999.Nel 2003 vi ha consegui-to un dottorato di ricerca

in “Dispositivi Elettronici”. È cofondatoredi TRETEC S.r.l., un’azienda spin-off ope-rante nel settore della progettazione eprototipazione elettronica. Attualmente,l’Ing. Corrà è anche docente a contrattodei corsi di “Progettazione di Sistemi Elet-tronici”, e “Introduzione all’Elettronica deiSistemi” presso l’Università di Trento.

Paolo Pivato ha conse-guito la laurea specialisti-ca in “Ingegneria delleTelecomunicazioni” pressol’Università di Trento nel2009. È attualmente dotto-

rando di ricerca in “Informatica e Teleco-municazioni” presso il Dipartimento diIngegneria e Scienza dell’Informazionedella stessa Università.

David Macii si è laurea-to in “Ingegneria Elettroni-ca” a pieni voti presso l’U-niversità degli Studi diPerugia nel 2000. Nel2003 vi ha conseguito il

dottorato di ricerca in “Ingegneria dell’In-formazione”. Dopo alcune esperienze diricerca all’estero, dal 2005 è ricercatorein Misure Elettriche ed Elettroniche all’U-niversità di Trento, dove è docente deicorsi di “Elettronica per le telecomunica-zioni” e “Microprocessori.”

Dario Petri ha ricevuto ildottorato di ricerca in“Ingegneria Elettronica”all’Università di Padovanel 1990. È attualmenteprofessore ordinario di

Misure Elettriche ed Elettroniche, e Diret-tore del “Dipartimento di Ingegneria eScienza dell’Informazione” dell’Universitàdi Trento. Dario Petri ha coordinato l’IEEEInstrumentation and Measurement ItalyChapter dal 2005 al 2009 ed è attual-mente Vice Chair della IEEE Italy Sectione Fellow dell’IEEE.

LAVORO SICURO NELLE STAZIONI DI ASSEMBLAGGIO SEMI-AUTOMATICHENuovo modulo opzionale di sicurezza SPLe per i sistemidi Assemblaggio Kistler

Il nuovo modulo di sicurezza SPLe Type2154… permette agli utenti dei sistemi di as-semblaggio elettromeccanici Kistler NC diraggiungere il più alto grado di sicurezza trale categorie definite per i sistemi di assem-blaggio semiautomatici. Questo assicura unLivello di Prestazioni (PL) “e”, come definitonella nuova Normativa Macchine EN ISO13849–1. I più recenti requisiti di sicurezzaassicurano la massima protezione all’opera-tore di stazioni a carico/scarico manuale.Il nuovo modulo è ideale per l’utilizzo susistemi di assemblaggio Kistler di tipo NC nelloro impiego su stazioni automatiche emanuali, in cui i requisiti di sicurezza risulta-no essere oggi più che mai restrittivi. Infatti insistemi con velocità superiori ai 10mm/s èrichiesto un livello di sicurezza “e”.Il nuovo modulo di sicurezza è progettato perl’uso con tutti i sistemi di piantaggio elettro-meccanici Kistler appartenenti alle seguentifamiglie: NCFN Tipo 2153A…, NCFT tipo2157A…, NCFH Tipo 2151B… o NCFBType 2160A… per taglie di forza da 25 kga 30 T, dotati di freno di stazionamento.L’impiego di questo modulo di sicurezza nei

NEWS

sistemi di piantaggio Kistler in totale assenzadi cinghie di distribuzione consente di avereun Sistema sicuro e affidabile.Kistler gestisce diversi livelli di sicurezza neisuoi sistemi di piantaggio. I sistemi possonoessere equipaggiati con l’opzione di sicurez-za S2 nell’Indradrive Bosch–Rexroth potendocosi raggiungere il livello di sicurezza SP “d”grazie alla riduzione automatica della velo-cità in condizione di sicurezza.Il concetto di sicurezza su cui si basa il nuovomodulo 2154… comprende un affidabilesistema di verifica dell’effettiva fermata del-l’asse nelle situazione di sicurezza. Il sistemaeffettua automaticamente una verifica perio-dica della funzionalità del freno e lavora inunione a un DMF-P A300 NCF 4734Axx ocon il nuovo DMF-P A310 Universal4740Axx e gestisce la fermata e la riparten-za dell’asse in accordo al livello di sicurezzaPL “e” , utilizzando i segnali dalle barriereottiche o i pulsanti a due mani.

Per informazioni: www.kistler.com

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

Modulo di sicurezza SPLe Type 2154

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MISURE MECCANICHE

T_M N. 4/10 ƒ 275

GLI

ALT

RI

TEM

I

Definizione di criteri per la qualifica a vibrazione di componenti meccanici

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

Mediante il software LMS TEST.LAB mission synthesis

IL PROCEDIMENTODI QUALIFICA A VIBRAZIONE

La parte senza dubbio più complessadel procedimento di qualifica a vibra-zione è la definizione della specificatecnica con cui eccitare il componen-te montato sullo shaker; i test devonoessere sufficientemente severi da assi-curare che il prodotto sopravvissutoalla prova di “vibration control” resi-sta alle condizioni operative reali enel contempo rappresentative dellacondizione operativa per evitare unaprova eccessivamente severa. Attual-mente si seguono due strade per ilreperimento delle specifiche: con laprima si fa ricorso a major standardpredefiniti spesso di origine militare,mentre con la seconda si segue unprocedimento chiamato “test tailo-ring” [1]. Tra i major standard più notivi sono il MIL-STD 810 e il GAEM-EG13. La seconda possibilità prevedeinvece di definire la specifica basan-dosi su dati rilevati durante un ciclo disollecitazione rappresentativo delreale funzionamento; questo metodorisulta molto più lungo e dispendiosoanche se porta a risultati migliori sottoogni punto di vista.Mission Synthesis è un modulo del soft-ware LMS TEST.LAB per giungere allaformulazione di specifiche tecniche perla qualifica a vibrazione per la compo-nentistica industriale, seguendo le lineeguida del “test tailoring”. Nel presentearticolo viene riportata un’applicazioneveicolistica della procedura nel casonel caso veicolistico della proceduradel Mission Synthesis.

*Laboratorio di Meccanica Generale e Meccanica delle Vibrazioni (MGMV),Università di Genova; ** LMS Italiana, [email protected]

DEVELOPMENT OF CRITERIA FOR QUALIFICATION VIBRATIONOF MECHANICAL COMPONENTS THROUGH SOFTWARE LMS TEST.LAB MISSION SYNTHESISMission Synthesis is a module of LMS Test.Lab. Its purpose is providing aformulation of technical specifications for industrial applications, followingthe “test tailoring” strategy [1]. This methodology is based on field acquisi-tions of time histories, at specific points of measurement, large enough andrepresentative of the vibration level of the component, to be indicative of thedevice stress state during real operation conditions. The methodology pro-duces the Maximum Response Spectrum and Fatigue Damage Spectrum,which represent the potential damage in terms of tensile strength and fati-gue, respectively. The formulation of a specification occurs through the def-inition of the vibration profile which will have to be reproduced by the sha-ker in order to stress the component mounted on the shaker. The synthesisprocess can be carried out by arranging an appropriate time reduction forthe test with the shaker, in order to easily simulate (introducing criteria todefine 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 pro-cedure for an automotive case. The profiles of PSD made possible to simu-late with a relatively short (6-8h) laboratory test the reliability of the com-ponent in relation to its use for durations equal to the average life of a landvehicle.

RIASSUNTOMission Synthesis è un modulo del software LMS Test.Lab; scopo di questaapplicazione è quello di formulare specifiche tecniche per la qualifica avibrazione per la componentistica industriale, seguendo le linee guida del“test tailoring” [1]. Questa metodologia si basa sull’acquisizione sulcampo, e in specifici punti di misura, di segnali accelerometrici rappresen-tativi del livello vibrazionale del componente, sufficientemente estesi inmodo da essere rappresentativi dello stato di sollecitazione a cui è sotto-posto il sistema in esame durante il suo reale funzionamento. Utilizzandoquesti segnali, la metodologia determina due funzioni, Maximum ResponseSpectrum e Fatigue Damage Spectrum, che rappresentano il danno poten-ziale sul componente rispettivamente per una rottura dovuta al superamen-to delle sollecitazioni ammissibili e per fatica. Il processo di sintesi può esse-re condotto impostando un’opportuna riduzione dei tempi di prova da ese-guire con l’eccitatore in modo da poter agevolmente simulare (introducen-do criteri per definire un’equivalenza del danno) durate del componente nelfunzionamento reale notevolmente elevate.Nel presente articolo viene riportata un’applicazione significativa nel casoveicolistico della procedura del Mission Synthesis. È stato possibile simula-re con test di laboratorio della durata breve (6-8h) l’affidabilità del compo-nente relativamente al suo utilizzo per durate pari alla vita media di un vei-colo terrestre.

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GLIALTRI TEMI

TEST TAILORING

Il processo di determinazione di unaspecifica attraverso l’ausilio del “testtailoring” può essere suddiviso in 5fasi. Nella prima si analizza il ciclo difunzionamento del componente inanalisi (definizione della missione).Nella seconda si acquisisce il massi-mo quantitativo di dati possibile attra-verso una serie di rilevazioni sul cam-po; si eseguono poi analisi delle con-dizioni di danneggiamento (terza fa-se) e sono quindi calcolate le curve didanneggiamento globale (quarta fa-se). Nell’ultima fase si effettua la sin-tesi del profilo di prova da usare perle prove laboratorio con lo shaker [1].

Analisi delle condizioni d’usoLo scopo di questa fase è la definizio-ne delle condizioni di prova che ver-ranno affrontate dal componentedurante la sua vita tecnica. È conve-niente suddividere il ciclo di vita delprodotto in più fasi elementari o sce-nari, in modo da poter gestire piùfacilmente la seguente fase di reperi-mento dati; generalmente la fase piùsignificativa è quella di utilizzo, chepuò variare da utente a utente.

Rilevazione di dati sperimentali sul campoIn questa fase si acquisisce una seriedi dati che sia il più possibile rap-presentativa delle condizioni opera-tive [1].

Elaborazione di un profilo di vibrazione equivalente al reale funzionamentoIn questa fase ciascuno scenario vieneanalizzato quantificando quanto siadannoso per il componente in provaattraverso un modello equivalente. Ildanneggiamento generato dalle vi-brazioni principalmente deriva dauna sollecitazione che eccede la mas-sima oppure dal danneggiamento afatica. Vengono definiti due parame-tri, uno per ciascun tipo di danneg-giamento: Maximum Response Spec-trum (MRS) e Fatigue Damage Spec-trum (FDS), che rappresentano il po-tenziale danneggiamento associatoalle misure di vibrazioni in funzione

della frequenza. Questa tecnica per-mette di prescindere dal comporta-mento dinamico della struttura, defi-nendo il potenziale danneggiamentosenza considerare le tensioni e le de-formazioni nell’oggetto di prova. Perquesto scopo il componente in provaviene semplificato in una serie disistemi a un singolo grado di libertàe viene calcolata la risposta del siste-ma così semplificato all’eccitazionenota [1].Le funzioni MRS e FDS devono essereviste come uno strumento di studio deldanno potenziale permettendo il con-fronto tra diversi scenari di vita tecni-ca e combinazioni di questi. Nel casoparticolare della funzione FDS, ildanno per fatica viene calcolato uti-lizzando le curve del Wohler e il cri-terio del Miner applicate a ciascunsistema a un grado di libertà.

Calcolo delle funzioni globaliLa quarta fase del processo di sintesidel profilo di prova prevede il calcolodi funzioni MRS e FDS globali a par-tire dalle stesse funzioni calcolate sce-nario per scenario. Le diverse situa-zioni vengono combinate in un unicoprofilo di vita equivalente. Se due fasielementari sono sviluppate in paralle-lo, viene calcolata la funzione invilup-po MRS, assicurando così che il risul-tato rappresenti la combinazione conil più alto potenziale danneggiante.Analogamente viene calcolata la fun-zione inviluppo FDS; nel caso in cui sivoglia riprodurre una prova di shock,può essere calcolata la funzioneshock response spectrum (SRS) [1].Analoga procedura viene applicatanel caso in cui due fasi si sviluppino inserie. Per la funzioni MRS e SRS vienecalcolata la funzione inviluppo perottenere il valore più alto per ciascunafrequenza, verificando che il compo-nente non sia sottoposto alla condi-zione di “overtesting”. Per il calcolodella FDS si considera la somma dellesingole fasi in accordo col criterio diMiner che ipotizza una accumulo deldanno a fatica [1].

Sintesi del profilo di provaL’ultima fase della procedura è ladefinizione di una eccitazione rap-

presentativa per la conduzione dellaprova di “vibration control”. Si sinte-tizza un profilo random PSD o un pro-filo sinusoidale a toni puri o sweepsulla base delle curve di danneggia-mento globale precedentemente cal-colate. Nel caso di fatica come causaprincipale di danno, la sintesi vienefatta a partire dalla funzione FDS,dato che questa contiene il potenzialedi danno a fatica dei carichi origina-li; dal punto di vista della sollecitazio-ne massima, la sintesi viene fatta sulparametro MRS, contenendo questo ilpotenziale di danno dovuto alla mas-sima tensione rispetto ai carichi origi-nali. Un parametro di sintesi fonda-mentale è la durata della prova: laquantità di danneggiamento per fati-ca dipende dal livello di prova e dalladurata della prova stessa. Per mante-nere lo stesso livello di danno a faticanel componente in esame, a una dimi-nuzione della durata della prova devecorrispondere un incremento del livel-lo di sollecitazione applicata allastruttura sulla base della legge diBasquin, con cui si approssima lacurva di Wohler del materiale delcomponente.Il profilo di prova risultante deve pre-sentare, pur con una riduzione delladurata del test, una funzione FDSmolto simile a quella risultante dall’a-nalisi del reale funzionamento. Tutta-via è necessario eseguire operazioniaggiuntive per poter ulteriormentevalidare il risultato. Bisogna condurreverifiche sulle SRS e MRS relative alreale funzionamento (LC) e alla speci-fica (SP); la condizione più auspicabi-le è: SRS > MRSSP > MRSLC.[1] chepermette di affermare che il test risultapiù restrittivo anche per quanto riguar-da la massima sollecitazione ammissi-bile. È bene che la MRS della specifi-ca non superi la SRS, onde evitarecondizioni di prova eccessivamentesevere.

APPLICAZIONI DEL MODULO MISSION SYNTHESIS

Esempio di baseUtilizzando il modulo Mission Synthe-sis [2], dapprima è stato condotto uno

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GLIALTRI TEMI

studio di base con dati creati “adhoc”. Si sono considerati due segna-li sinusoidali di accelerazione conampiezze rispettivamente 2 e 6 g,frequenze 20 e 50 Hz e durata di100 s per entrambi. Supponendoche ogni fase sia costituita dallaripetizione per 100 volte del ciclo disollecitazione rappresentato da ognisingolo precedente segnale, si otten-gono per ciascuna le funzioni MRS eFDS di Fig. 1.

cifica e della simulazione, si devequindi verificare che la MRS dellaspecifica sia maggiore di quelladella simulazione (rosso). Questacondizione permette di concludereche la specifica verifica anche lacondizione di massima sollecitazio-ne. Nell’esempio questo è risultatovero per entrambi i casi (v. Fig. 2.bdove è riportato il confronto per ilcaso parallelo).

durante la quale si sono percorsitratti cittadini, tratti extraurbani, stra-de collinari più o meno sconnesse epercorsi autostradali in modo dapoter ricoprire tutte le possibili casi-stiche di fondi stradali e funziona-menti della vettura in esame. Si èscelto di qualificare a vibrazione ilcomponente per un funzionamentodi 10 anni della vettura; questo èstato fatto ipotizzando di ripeterel’intero ciclo per 25 000 volte. Inse-

rite le tre tracce relative ai treassi X, Y, Z in Mission Synthesis,è iniziata la fase di calcolo,tenendo presente che occorredefinire una specifica per cia-scun asse. Avendo una solafase, equivalente all’intera timehistory, è stato possibile valuta-re direttamente le funzioni globa-li MRS e FDS senza ricorrere aoperazioni di inviluppo e sommee, quindi definire la PSD per cia-scuno dei tre assi (Fig. 3.a). Laspecifica è stata elaborata sullabase della funzione FDS adottan-do una durata del test di 3 h.Nella Fig. 3.b si riporta a titolo diesempio un confronto di MRS perl’asse X fra dati operativi e speci-fica: si nota come la specificasoddisfi anche la condizionesulla massima sollecitazione.Sfruttando la possibilità di inseri-re i dati GPS in Google Earth™,si è suddiviso il percorso in diffe-

renti fasi elementari, corrispondentia differenti condizioni stradali. Talesuddivisione è risultata utile per defi-nire gli aspetti critici di utilizzo di unadeterminata autovettura considerandodifferenti condizioni di terreno, per-mettendo di definire una specifica det-tagliata a seconda delle varie esigen-ze. Una volta eseguita la suddivisionein differenti partizioni di percorso, èstato possibile ricostruire una specifi-ca che simuli in maniera adeguata ilciclo guida richiesto, dando il giustopeso ai vari tipi di fasi.Si riportano a titolo di esempio irisultati della sollecitazione in dire-zione X dello specchietto: da ognipartizione di dati sono state ricava-te le rispettive funzioni MRS e FDS(v. Fig. 4, dove si riportano le fun-

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Figura 1 – 1.a: MRS; 1.b: FDS di ogni singola fase

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

Si è quindi proceduto a definireuna specifica sia per i casi in cuiqueste fasi elementari siano inparallelo sia per quelli in cui sianoin serie. Nel primo caso si è calco-lato l’inviluppo delle FDS e MRS,mentre nel secondo si sono valutatil’inviluppo delle MRS e la sommadelle FDS. A partire da questenuove funzioni, si passa alla defini-zione della specifica sotto forma adesempio di PSD, decidendo ladurata totale della prova (50’,ovvero una riduzione dei tempinella fase di test di circa 1/3) eprendendo la fatica come aspettocritico. Per validare i profili di PSDottenuti (Fig. 2.a), oltre a valutarela coincidenza delle FDS della spe-

Un caso automotiveSi è considerato uno specchietto retro-visore esterno di una vettura di classemedia. Si è condotta un’acquisizioneutilizzando un accelerometro triassia-le PCB 356A15 posizionato in corri-spondenza dell’attacco dello spec-chietto: questo punto di misura è statopreso come riferimento per lo statovibrazionale del componente inesame, ed è lo stesso che sarà utiliz-zato nelle prove di qualifica a vibra-zione per il funzionamento dello sha-ker. Si è utilizzato un sistema LMSScadas Mobile Recorder dotato diGPS, memoria di archiviazione com-pact flash e gestione bluetooth tramitepalmare.L’acquisizione è durata 1,5 h,

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GLIALTRI TEMI

avendo ponderato allo stesso modotutte le fasi, il risultato globale coin-cide con quello precedentemente otte-nuto considerando l’intera acquisizio-ne come un’unica fase; questo confer-ma l’attendibilità della procedura disintesi.

Riproduzione del profilo equivalente con controllo digitalePer realizzare fisicamente il test diqualifica si è utilizzato uno Shakerelettromeccanico Dongling ET-2-150 caratterizzato da una forzamassima di 2 200 N, controllatoda LMS Test.Lab Vibration Control(Fig. 5). La prova è stata eseguitasollecitando il componente per iltempo previsto in fase di sintesi del-la specifica (3 h) e per ciascuno dei tre assi. La durata totale del testè stata di 9 h, al termine dellequali, comunque, non si è arrivati arottura.

UNO STRUMENTO POTENTE E AFFIDABILE

La presente attività ha evidenziato lepotenzialità della metodologia del“test tailoring” nella definizione dellespecifiche per la qualifica a vibrazio-ne di componenti meccanici. Questomodulo sembra quindi uno strumentopotente nel campo industriale chepossa essere utilizzato in applicazionidi certificazione e gestione degli

impianti industriali. Ulteriori approfon-dimenti sulla metodologia sono tuttorain corso attraverso lo sviluppo di altritest case.

RIFERIMENTI

1. C. Lalanne, “Mechanical environ-ment test specification developmentmethod”, CESTA, France, 19972. LMS International, “LMS.Test.Lab10A – Reference Manual – MissionSynthesis”, Leuven (B), 2009.

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

Figura 5 – 5.a: Shaker elettromeccanico Dongling ET-2-1505.b: Il sistema LMS Scadas Mobile 01 posizionato in vettura

Aleramo Lucifredi èlaureato in Ingegneriameccanica. Ha svolto ri-cerca all’Università diStanford. È Direttore delDipartimento di Meccani-

ca e Costruzione delle Macchine dell’U-niversità di Genova. Responsabile delLaboratorio di Meccanica generale emeccanica delle vibrazioni, e Professo-re ordinario di Meccanica applicataalle macchine. È Presidente del Grupponazionale di meccanica applicata. Èautore di testi universitari, contributi alibri e enciclopedie, numerose pubblica-zioni scientifiche.

Figura 3 – 3.a: Specifica PSD per le 3 direzioni. 3.b: confronto MRS delle condi-

zioni operative e della specifica ottenuta

zioni per 3 fasi) e considerando levarie fasi come fasi in serie, si è pro-ceduto con il calcolo dell’inviluppodi MRS e la somma di FDS. In que-sto modo si è proceduto a definire laspecifica, considerando sempre unadurata di 3 h. In quest’esempio,

(a) (b)

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MISURE PER L’ENERGIA

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GLI

ALT

RI

TEM

I

Pannelli fotovoltaiciFrancesco Adamo, Filippo Attivissimo, Attilio Di Nisio, Maurizio Spadavecchia

Un sistema per la caratterizzazione e il monitoraggio

IL RISPARMIO ENERGETICO E LE ENERGIE ALTERNATIVE: UNA SFIDA

La riduzione delle emissioni di anidri-de carbonica è un’esigenza ormainota a tutti: il protocollo di Kyoto hada tempo definito gli obiettivi cheogni Paese firmatario, Italia compre-sa, deve raggiungere per non incor-rere in pesanti sanzioni economiche.L’uso delle energie alternative è un fat-tore determinante per la riduzionedelle emissioni inquinanti. Gli ultimidati relativi all’Italia assicurano che ilcontributo all’inquinamento atmosferi-co dell’industria dell’energia si aggiraintorno al 40%; è facile immaginareche solo l’incremento e l’ottimizzazio-ne delle energie alternative potrà con-durre alla riduzione di questo valore.Già dal 2008, infatti, il ParlamentoEuropeo ha approvato il pacchettoclima-energia volto a conseguire,

entro il 2020, i seguenti obiettivi: (i)ridurre del 20% le emissioni di gas aeffetto serra, e (ii) incrementare del20% il risparmio energetico e la pro-duzione da fonti rinnovabili. Questemisure consentirebbero anche di limi-tare la dipendenza energetica del-l’Italia da altri mercati elettrici assicu-rando inoltre uno sviluppo economicoe occupazionale non trascurabile.Per queste ragioni negli ultimi annil’Italia ha avviato una poderosa cam-pagna di incentivi trainando le azien-de verso una politica di investimentisulle fonti alternative. Si è quindi svi-luppato un mercato energetico, inparticolare legato al fotovoltaico,vasto e capillare ma frammentato, cheha messo in luce una serie di proble-matiche che spaziano dalla correttacontabilizzazione dell’energia (latoproduttore) alla verifica della qualitàdell’energia (lato utilizzatore), finoall’analisi della stabilità della rete elet-

trica nazionale (lato distributore).La ricerca industriale cerca di soste-nere il mercato lavorando su due fron-ti principali: da un lato migliorare ilrapporto fra energia prodotta e super-ficie utilizzata investendo molte risor-se nelle nuove tecnologie produttive onei materiali alternativi al silicio; dal-l’altro ottimizzare i dispositivi e gliimpianti fotovoltaici caratterizzando-ne il comportamento e le prestazioniin funzione dei parametri ambientali etopologici dell’impianto e attuandostrategie di controllo più performanti.La corsa all’incremento di produttivitàdegli impianti comporta l’aumentodell’importanza della valutazione apriori della potenza prodotta da uncampo fotovoltaico al variare dellecondizioni ambientali e della radia-zione solare. Di conseguenza diventafondamentale in fase di progettazionela conoscenza delle prestazioni realiche un pannello può fornire. Moltesono le tecniche di indagine propostea questo scopo, tutte riconducibili adue metodologie: la prima si fondasull’analisi di dati provenienti da im-pianti pilota, la seconda si basa suprocedure di simulazione il più possi-bile prossime alla realtà. I metodi cherientrano nel primo gruppo risultanoessere onerosi sia dal punto di vistaeconomico sia dal punto di vista tem-porale, in quanto necessitano di unabase statistica notevole per produrrerisultati attendibili; quelli che rientranonella seconda categoria risultano eco-nomicamente vantaggiosi, ma richie-dono una corretta modellizzazionedel sistema e un’attenta analisi deidati. L’efficacia dei modelli, nel predi-re l’effetto che le diverse condizioniambientali e di carico potranno avere

Politecnico di [email protected]

CHARACTERIZATION AND MONITORING SYSTEM FOR PHOTOVOLTAIC PANELSThe paper deals with the main scientific results, in terms of uncertainty eva-luation, of a system for the characterization and the monitoring of photo-voltaic panels under real or simulated operating conditions. The system esti-mates series and shunt resistances based on the acquisition of an I-V cha-racteristic curve in any environmental condition. The developed procedureallows quality control of the panels, and is able to realistically simulate theperformance of a plant composed of an arbitrary arrangement of identicalpanels in any environmental condition. In this way it is possible to estimatethe productivity before the plant is built.

RIASSUNTOL’articolo presenta i principali risultati scientifici in termini di valutazione diincertezza di un sistema per la caratterizzazione e il monitoraggio di pan-nelli fotovoltaici in condizioni operative reali o simulate. Il sistema, a parti-re dall’acquisizione della caratteristica I-V di un pannello in qualsiasi con-dizione ambientale, permette la stima delle resistenze serie e parallelo delrelativo modello. La procedura sviluppata consente di simulare in modo rea-listico le prestazioni di un impianto realizzato con una combinazione arbi-traria di pannelli identici in qualsiasi condizione ambientale, per stimare laproduttività dell’impianto stesso prima che esso sia realizzato.

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sul singolo pannello e sull’impiantocomplessivo, è buona solo se la stimadei relativi parametri è corretta.

MODELLIZZAZIONE DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO

In letteratura sono stati proposti nume-rosi modelli matematici che descrivonoin modo più o meno dettagliato unacella fotovoltaica [1, 2]: quello che offreprestazioni migliori in termini di fedeltàalla caratteristica corrente – tensione (I-V) reale è il cosiddetto “modello a duediodi” riportato in Fig. 1.

Purtroppo la (1) non è risolvibile ana-liticamente, e per ottenere I in funzio-ne di V è indispensabile ricorrere ametodi numerici iterativi come quellodi Newton-Raphson.Nel formulare il modello di un pan-nello fotovoltaico o, più in generale,di un intero campo fotovoltaico, sipuò semplicemente assumere cheesso sia il risultato del collegamento inserie e/o parallelo di un gruppo dicelle “gemelle”. Considerando Nscelle in serie raccolte in Np stringhe inparallelo, e ipotizzando condizionioperative identiche, si ha:

tuate in varie condizioni: tuttaviaquesti metodi risultano onerosi in ter-mini di tempo e attrezzature richie-ste [5].Un metodo alternativo, ma comun-que efficace, prevede di stimaregrossolanamente il valore iniziale diqueste grandezze rielaborando i da-ti presenti sul data-sheet, per poi raf-finare la stima utilizzando rilievi spe-rimentali della caratteristica I-V. Ilnostro approccio si basa sul fattoche ogni cella ha una Rs che è del-l’ordine di pochi decimi di ohm, percui si può ritenere in prima appros-simazione Rs0 = 0, mentre il valoreiniziale di Rsh, indicato con Rsh0, puòessere ricavato a partire da un’e-quazione proposta da Gow et al. [4]ma modificata sulla base del model-lo utilizzato a due diodi:

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GLIALTRI TEMI

Figura 1 – Modello a due diodi di una cella fotovoltaica

Esso comprende: un generatore dicorrente, controllato dal valore dell’ir-raggiamento G, che determina la cor-rente di corto circuito della cella; duediodi che modellizzano i processi didiffusione e ricombinazione dei por-tatori di carica elettrica; la resistenzadi shunt Rsh che rappresenta le corren-ti disperse e la resistenza serie Rs cheporta in conto la dissipazione dipotenza sui vari collegamenti tra lecelle. Si intuisce facilmente come ilvalore di queste resistenze influiscasul rendimento del pannello, e quantopossa essere importante la loro valu-tazione e il loro monitoraggio neltempo. Il modello circuitale appenadescritto viene matematicamente rap-presentato dall’equazione assieme adaltre relazioni che tengono contodella dipendenza da temperatura eirraggiamento [3].

(1)

(2)

(3)

I I I e

I eV R I

R

L D

q V R In k T

D

q V R In k T s

sh

s

s

=

+ ⋅

+ ⋅⋅ ⋅

+ ⋅⋅ ⋅

– – –

– – –

( )

( )

0 1

0 2

1

2

1

1

I N IV N V

RNN

R

RNN

R

pannello p

pannello s

ss

ps

shs

psh

pannello

pannello

= ⋅= ⋅

=

=

Se le condizioni operative non fosseroidentiche (ad esempio a causa di unombreggiamento di parte dei pannel-li), occorrerebbe considerare il siste-ma di equazioni composto dai model-li di ciascun pannello e dai vincoliderivanti dalle leggi di Kirchhoff, percui la corrente di stringa risulterebbeessere, in prima approssimazione,quella del pannello in quel momento“più debole”.Il problema principale per valutarele potenzialità di un impianto foto-voltaico resta dunque quello di sti-mare i parametri caratteristici che,inseriti nel modello, permettano dipredire il comportamento dell’im-pianto in molteplici condizioni am-bientali e di carico. Tuttavia la solu-zione non è banale. Infatti, nono-stante la maggior parte dei parame-tri siano resi disponibili sui data-sheet dei pannelli, il valore delle dueresistenze Rs ed Rsh, che influisconomaggiormente sul rendimento delpannello, non lo sono, e tantomenosono misurabili in modo diretto. Inletteratura sono presenti numerosimetodi di misura indiretta che richie-dono un certo numero di prove effet-

RV

I I Iq Ve

Iq Ve

shMP

MP L DMP

n k T DMP

n k T

0

0 1 0 2 21 1 1

=+

−

+−

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

–– –

Figura 2 – Schema del set-up sperimentale

Sulla base di valori iniziali è possibileottenere buone stime di Rs ed Rsh attra-verso la procedura descritta breve-mente nel successivo paragrafo e piùestesamente in [3].

RISULTATI SPERIMENTALIIl set-up realizzato per verificaresperimentalmente la validità delmetodo proposto è rappresentato inFig. 2. La validazione è stata ese-guita su un pannello IP10P dellaIstar Solar che fornisce 10 Wp, conuna tensione a circuito apertoVOC = 21,6 V e una corrente di cortocircuito ISC = 0,67 A.

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43. verticaleAzienda leader di strumenti

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Per ottenere una caratteristica I-V completa per la stimadel modello si è utilizzato un carico elettronico che for-nisce in uscita una rampa di tensione nell’intervallo[0 – VOC]. I vettori di tensione e corrente sono acquisitida un sistema automatico basato su bus GPIB controlla-to da un’interfaccia realizzata in LabVIEW®, mentre iparametri ambientali quali temperatura e irraggiamentosono misurati con una sonda Pt100 ed un piranometrodi classe A collegati ad un datalogger interfacciato alPC supervisore tramite RS232.Il sistema automatico realizzato funziona in due modali-tà differenti. Nella prima modalità il modello viene uti-lizzato per predire le caratteristiche I-V a partire daiparametri del modello (compresi quelli ambientali). In talmodo è possibile individuare eventuali scostamenti tra leprestazioni attese e quelle attuali, dovuti a malfunziona-menti o anomalie nell’impianto. Questa modalità è utileanche per eseguire studi di redditività di un impianto vir-tuale in cui l’utente può decidere quali pannelli utilizza-re, come collegarli, ed eventualmente studiare cosaaccade ombreggiandone una parte. La seconda moda-lità è invece utile per caratterizzare un pannello e deter-minare Rsh ed Rs. Una volta acquisita la caratteristicacompleta del pannello in determinate condizioniambientali, una funzione MATLAB determina le due inco-gnite secondo la seguente procedura: (i) si riportano idati di targa del pannello alle condizioni attuali di irrag-giamento e temperatura; (ii) si ricava il valore di Rsh0attraverso l’equazione e si pone Rs0=0; (iii) si minimizzala funzione obiettivo ııKıı, dove:

e con pedice n=1,…, N sono indicati i diversi punti di mi-sura. La (4) presenta una novità rispetto alla letteratura inmateria; infatti essa risulta vantaggiosa dal punto divista computazionale, in quanto non richiede l’uso dipiù cicli annidati per la sua risoluzione. Il processo diottimizzazione si basa sull’algoritmo di Levenberg-Marquardt che, oltre ad essere robusto, riesce a deter-minare una soluzione anche nel caso in cui la stima ini-ziale sia distante dal valore ottimo.Alla fine del processo di stima le caratteristiche I-Vreale e stimata vengono riportate in un grafico nell’in-terfaccia LabVIEW e salvate su un foglio di calcoloper eventuali ulteriori elaborazioni (Fig. 3). Il sistemaprevede anche la generazione automatica di unreport di prova.

K = [ ]

=

= −

+ ⋅

=

+ ⋅

⋅ ⋅

+ ⋅

⋅ ⋅

K

K I I I e

K I I eV R I

R

n n N

n n L OD

q V R I

n k T

n n OD

q V R I

n k T n s n

sh

n s n

n s n

1

1

2

1

2

1

1

,...,

( )

( )

– – – –

– – –

(4)

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e irraggiamento, queste possano esse-re utilizzate con successo anche inaltre condizioni in un intervallo abba-stanza ampio. Rimane aperto il pro-blema di modellizzare la dipendenzadelle resistenze da T e G, anche sepiccola.

CONCLUSIONI

Il mercato del fotovoltaico sta spin-gendo i ricercatori a studiare il mododi ottenere il massimo rendimento daquesto tipo di tecnologia. In questocontesto risulta di notevole importan-za capire quando un pannello foto-voltaico giunge a un punto critico intermini di prestazioni e deve esseresostituito, così come è importantemonitorare la produttività di un im-pianto per definire efficaci strategiedi manutenzione preventiva. Unodegli elementi chiave da monitorareperiodicamente sono le resistenzeequivalenti dei pannelli, il cui valorenon è noto e tantomeno riportato di-rettamente sui data-sheet. Per rispon-dere in modo semplice ed economi-co a questa problematica è stata

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descritta una procedura che, a parti-re dall’acquisizione di una caratteri-stica I-V in qualsiasi condizioneambientale, permette la stima delleresistenze serie e parallelo. La pro-cedura sviluppata, oltre che per con-trolli di qualità, consente di simularein modo realistico le prestazioni diun impianto formato da una combi-

nazione arbitraria di pannelliidentici, in qualsivoglia condi-zione ambientale, in modo dastimare la produttività dell’im-pianto stesso prima che vengarealizzato. È attualmente in fasedi sviluppo l’integrazione in unpiù ampio sistema che includeservizi che vanno dalla diagno-stica dell’impianto al monitorag-gio della produttività fino allagestione della sicurezza.


1. A. Goetzberger, V.U. Hoffmann,Photovoltaic Solar Energy Generation,Springer, Berlin, 2005.2. N. Veissid, D. Bonnet, H. Richter,“Experimental Investigation of thedouble exponential of a solar cellunder illuminated conditions: conside-ring the instrumental uncertainties inthe current, voltage and temperaurevalues”, Solid State Electronics vol,38, n°11, pp. 1937-1943, 19953. F. Adamo, F. Attivissimo, M. Spa-davecchia, “Characterization andTesting of a Tool for PhotovoltaicPanels Modeling”, IEEE Transactionon Instrumentation and Measurement,in press.4. J.A. Gow, C.D. Manning, “Deve-lopment of a photovoltaic array modelfor use in power-electronics simulationstudies”, IEE Proc.Electr.Power Appl,vol 146,.n°2, pp. 193-200, March.1999.5. D. Pysch, A.Mette, S.W. Glunz, “Areview and comparison of differentmethods to determine the series resist-ance of solar cells”, Solar EnergyMaterials and Solar Cells, n°91, pp.1698-1706, 2007, September 6-11,2009, Lisbon, Portugal.

PRESTAZIONI DEL METODODI CARATTERIZZAZIONE

Inizialmente, le prestazioni del meto-do proposto sono state valutate conesperimenti virtuali, valutando l’erroresistematico e l’errore quadratico me-dio in una vasta serie di simulazioniMonte Carlo. I test sono stati eseguitisimulando anche l’incertezza dellastrumentazione di misura. Per ognicondizione di prova simulata, l’espe-rimento è stato ripetuto 1 000 volte,ricavando la distribuzione delle stime.A titolo di esempio si è ricavato che,in condizioni standard (25 °C,1 000 W/m2 e A.M. = 1,5), gli erro-ri quadratici medi nel caso peggiore(scelto tra diversi valori di Rs ed Rsh)valgono:

Un’ulteriore verifica delle prestazionidel sistema è stata fatta sperimental-mente attraverso una campagna dimisure realizzata outdoor in condizio-ni climatiche stabili. Sono state acqui-site circa 70 caratteristiche, ciascunadi 100 punti, con temperature varia-bili nell’intervallo 35÷41 °C e irrag-giamento 700÷970 W/m2. Da ognu-na è stata tratta una stima sia di Rsche di Rsh. In termini quantitativi si èosservato che, utilizzando il modellostimato, si ha un errore inferiore al 2%nella predizione del punto di massimapotenza. In Fig. 3 si nota come ilmodello utilizzato segua fedelmente lecaratteristiche I-V misurate.Si è anche osservato che Rs ed Rshdipendono debolmente da temperatu-ra e irraggiamento. Ciò comportache, una volta stimate Rs ed Rsh in unaparticolare condizione di temperatura

RMSE mRMSE

R

R

s

sh

==

0 230 024,, %

Ω

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

Figura 4 – Capacità del modello di predire la caratteristica in condizioni diverse da quelle

in cui sono stati stimati Rs ed Rsh

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Francesco Adamo si è laureato in Inge-gneria Elettronica nel 2000 e ha conseguitoil Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettroni-ca nel 2004 presso il Politecnico di Bari.Attualmente è Ricercatore presso il Diparti-mento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica

del Politecnico di Bari dov’è titolare del corso di Misure suiSistemi di TLC.Svolge attività di ricerca nel campo della conversione A/De della visione artificiale. I suoi interessi includono la pro-gettazione di dispositivi elettronici per il condizionamento el’elaborazione numerica di segnali di misura, lo sviluppo disoftware applicativo per automazione industriale, la pro-gettazione hardware e software di sistemi di misura e testautomatizzati. Il Dr. Adamo è membro dell’associazioneitaliana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).

Filippo Attivissimo si è laureato in Inge-gneria Elettronica nel 1993 e ha consegui-to il dottorato di ricerca in Ingegneria Elettri-ca nel 1997. Attualmente è Professore Asso-ciato presso il Dipartimento di IngegneriaElettrica ed Elettronica del Politecnico di Bari.

Svolge attività di ricerca nel campo della teoria della stima,della sensoristica industriale e della strumentazione biome-dicale. Si occupa di sistemi di visione artificiale, di powerquality, di energie alternative e di test e modellizzazione distrumenti e sistemi digitali. Il Dr. Attivissimo è membro del-l’associazione italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettro-niche (GMEE).

Attilio Di Nisio è nato a Bari nel 1980. Siè laureato con lode in Ingegneria Elettronicanel 2005 e ha conseguito il titolo di dottoredi ricerca in ingegneria elettronica nel 2009presso il Politecnico di Bari. Dal 2005 lavo-ra nel laboratorio di misure elettriche ed elet-

troniche del Politecnico di Bari. I suoi interessi di ricercaattuali includono: test e modellizzazione di convertitori A/De D/A; teoria della stima; software per il controllo di stru-mentazione di misura; elaborazione di immagini per il con-trollo di qualità di superfici; OCR di esami clinici di labo-ratorio; sistemi per le misure di power quality basati suDSP; test e modelizzazione di pannelli fotovoltaici. Il Dr. DiNisio è membro dell’associazione italiana Gruppo MisureElettriche ed Elettroniche (GMEE).

Maurizio Spadavecchia si è laureato conlode in Ingegneria Elettrica nel 2006 pressoil Politecnico di Bari. Nel 2008 è stato asse-gnista di ricerca presso il Dipartimento diIngegneria Ambientale e per lo SviluppoSostenibile e dal 2009 è dottorando di ricer-

ca in Ingegneria Elettrica presso il Politecnico di Bari.Attualmente è impegnato in ricerche relative alla modelliz-zazione e monitoraggio di sistemi fotovoltaici. Il Dr. Spa-davecchia è membro dell’associazione italiana GruppoMisure Elettriche ed Elettroniche (GMEE).

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piantaggio, nonché fino a nove finestre di valuta-zione. I dati possono essere osservati in temporeale tramite un browser web. In questo modo èpossibile monitorare un processo di piantaggio intempo reale, senza che un operatore debba esse-re presente presso la macchina. In caso di proble-mi nella produzione è possibile reagire immedia-tamente: se si presenta un messaggio di errore, iresponsabili della produzione vengono avvertitiautomaticamente via SMS o e-mail. Grazie allarapida valutazione degli errori la qualità della pro-duzione aumenta e diminuiscono di conseguenzai costi legati alle azioni di richiamo.Inoltre i dati possono essere valutati in dettaglio,per stabilire ad esempio le tendenze nei valori dimisurazione. In questo modo è possibile reagirein anticipo ai problemi, prima ancora che venga-no prodotti pezzi difettosi. Tutti i dati vengonoconservati a lungo nella banca dati del softwareIPM, in modo da garantire la piena rintracciabili-tà dei pezzi prodotti.Ulteriori informazioni sono reperibili sul sito web www.hbm.com/en/menu/products/measurement-electronics-software/industrial-amplifiers/ipm-integrated-processdata-management

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I controllori di processo MP85A FASTpress eMP85A-S EASYswitch di HBM vengono impiega-ti, rispettivamente, per il monitoraggio dei pro-cessi di piantaggio e delle prove di commutazio-ne. Per fare questo i valori di misurazione dei tra-sduttori collegati vengono acquisiti e valutati diret-tamente nel controllore. In questo modo è possi-bile ottenere subito una valutazione qualitativa diquella fase di produzione. Per questi due controllori è stata ora sviluppatauna nuova interfaccia software, che consente unfacile collegamento al software di gestione deidati di processo IPM (IPM è un software di CSPGmbH & Co. KG, azienda che fornisce ai princi-pali costruttori automobilistica le proprie soluzioniper il monitoraggio della produzione, i controlli diqualità e la documentazione). Grazie alla nuovainterfaccia IPM i controllori di processo di HBMpossono ora essere inseriti perfettamente nel rela-tivo sistema, in modo tale che i dati di produzio-ne acquisiti possano essere trasmessi direttamen-te a un server per la garanzia della qualità, la vi-sualizzazione e archiviazione. Oltre allo stato generale (la parte prodotta puòessere “OK” o “non OK”) vengono trasmesse an-che curve complete, ad esempio di un processo di

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GLI

ALT

RI

TEM

I

Misura di potenza alle microonde: metodi tradizionali e nuove prospettive

Luca Oberto

Articolo vincitore del Premio “C. OFFELLI” 2010

LA MISURA DI POTENZAA MICROONDE

In ogni campo della scienza modernain cui sono usate onde elettromagneti-che la potenza è una grandezza fon-damentale. Essa, essendo legata all’e-nergia trasportata dall’onda elettro-magnetica, gioca un ruolo chiavenelle telecomunicazioni, in medicina,nella sicurezza e nelle scienze pure.Misure riferibili sono fondamentali, adesempio, per determinare la minimapotenza necessaria per effettuare uncollegamento radio tra due luoghi, oper assicurare che l’esposizione dellapopolazione alle radiazioni non io-nizzanti rispetti i livelli di sicurezza.In questo lavoro sono analizzati alcu-ni aspetti di due tecniche fondamenta-

li per misurare l’energia di un’ondaelettromagnetica nel dominio dellealte frequenze: la tecnica bolometricae la tecnica radio. La prima usual-mente si applica a sistemi a largabanda, mentre la seconda consenteanche misure spettroscopiche abanda stretta.Il primo aspetto è analizzato da unpunto di vista strettamente metrologi-co concentrandosi sulla realizzazionedel campione primario di potenza AFtramite la tecnica microcalorimetrica.La parte di lavoro sulla tecnica radio èdedicata alla caratterizzazione di di-spositivi mescolatori basati su giunzioniJosephson di tipo SIS (Superconduttore- Isolante - Superconduttore) per appli-cazioni astrofisiche. È stato caratteriz-zato un mescolatore SIS a 94 GHz

progettato e realizzato interamente al-l’I.N.Ri.M. per l’esperimento MASTER. Irisultati ottenuti dimostrano la capacitàtecnologica dell’I.N.Ri.M. nella realiz-zazione di questi dispositivi.

IL MICROCALORIMETRO

Negli Istituti Metrologici Primari (IMP), ilcampione primario di potenza AF èrealizzato tramite la tecnica microcalo-rimetrica. I microcalorimetri sono statisviluppati originariamente per sensoribolometrici ai quali si può applicare ilprincipio di equivalenza tra gli effettidella potenza AF e in corrente continua(DC) [1]. Questo metodo consente diriferire le misure al Sistema Internazio-nale di unità di misura (SI) tramite ilcampione di tensione continua. La tec-nica microcalorimetrica consente divalutare le perdite di un sensore dipotenza quando esso è alimentato conuna potenza AF e posizionato in unacamera di misura termostatizzata edelettromagneticamente schermata.Recentemente è stato introdotto l’uso disensori basati su termocoppia a riscal-damento indiretto, che sono meno sen-sibili dei bolometri alle variazioni ditemperatura ambientale, e la cui bandadi frequenza operativa si estende, inbasso, fino alla continua. All’I.N.Ri.M.è stato realizzato un microcalorimetro asecco a linee gemelle per la taratura diquesti sensori [2, 3] (Fig.1). Ciò haconsentito l’estensione delle capacitàmetrologiche dell’I.N.Ri.M. dallabanda 50 MHz – 18 GHz alla banda10 MHz – 26,5 GHz. Con pochemodifiche è prevista un’ulteriore esten-

Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica(I.N.Ri.M.),Divisione Elettromagnetismo, [email protected]

TRADITIONAL METHODS AND NEW PERSPECTIVES IN MICROWAVE POWER MEASUREMENTTwo techniques for high frequency (HF) power measurement are described:the microcalorimetric technique and the heterodyne receiver radio techni-que. The former is used by national Metrology Institutes for the realizationof power standards, while the latter finds applications in high sensitivityreceivers for radio-astronomic observations. The last advancements in therealization of the Italian HF power standards are described, which allowedthe enhancement of the I.N.Ri.M. metrological capabilities. Furthermore thecharacterization of a prototype receiver based on a superconductiveJosephson effect mixer is described. The receiver performances are com-pliant with the design specifications, and close to the state of the art.

RIASSUNTOSono 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 cam-pioni primari di potenza, la seconda nei ricevitori a elevata sensibilità perapplicazioni radioastronomiche. Sono presentati gli ultimi avanzamentinella realizzazione del campione nazionale di potenza AF che hanno con-sentito di migliorare le capacità metrologiche dell’I.N.Ri.M.. I valori d’in-certezza ottenuti sono di assoluto primo piano internazionale. Inoltre èdescritta la caratterizzazione di un prototipo di ricevitore basato su mesco-latore superconduttore a effetto Josephson. Le caratteristiche del ricevitoresono risultate rispondenti alle specifiche di progetto e molto vicine allo statodell’arte.

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GLIALTRI TEMI

sione fino a 50 GHz. Tale microcalori-metro ha una camera di misura a triplaparete, stabilizzata termicamente conun sistema Peltier. Il sistema presentadue linee gemelle d’immissione coas-siali terminate da due sensori identici:una è utilizzata per la misura, mentrel’altra come riferimento termico. In cor-rispondenza dei connettori dei due sen-sori è posto un sistema di termopile chemisura l’innalzamento di temperaturacausato dalle perdite nella linea d’im-missione e nel sensore sotto misura(DUT).

Per una corretta valutazione sononecessarie misure aggiuntive per de-terminare appositi fattori di correzio-ne, il più importante dei quali è dovu-to alle perdite all’AF nella linea d’im-missione. Solitamente la potenza DCè sostituita con una potenza a bassafrequenza (LF, 1 kHz) per evitare forzetermoelettromotrici indesiderate, per-ché per perdite LF sono comunque tra-scurabili.Uno studio accurato ha portato allascrittura di modelli che tengono contodi diverse grandezze d’influenza sullamisura per correggerne gli effetti; essistati validati tramite estese campagnedi misura [4, 5].L’utilizzo dei sensori tarati con questetecniche come campioni di trasferi-mento per la disseminazione dellagrandezza richiede la determinazio-ne di un ulteriore parametro detto fat-tore di taratura K:

Per validare questa metodica e imodelli impiegati, è stato effettuato unconfronto informale con un altro IMP.Un bolometro in linea coassiale da7 mm preventivamente tarato pressotale Istituto è stato successivamentetarato all’I.N.Ri.M., ed è stato effet-tuato un confronto tra le misure. Ne èrisultata la completa compatibilità.

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

TEORIA DEL MICROCALORIMETRO

Quando è fornita potenza AF al di-spositivo di test (Device Under Test,DUT), la maggior parte di essa èconvertita dal sensore stesso in unatensione DC, ma una piccola parte èpersa nella linea d’immissione e nelmontaggio (connettore, ecc…). Èpossibile valutare l’efficienza delDUT se si conosce la frazione dipotenza persa. La parte critica dellamessa in pratica di questo concetto èl’abilità di distinguere tra la potenzapersa nel sensore e quella persanella linea.In pratica, poiché le perdite alla DCsono trascurabili, è possibile inviareal DUT una potenza AF e, in seguito,una potenza DC che genera la stessatensione VU in uscita e l’efficienza puòessere calcolata come segue:

ηe

DC

AF V t

PP

U

==cos

(1)

(2)

dove Γ è il modulo del coefficiente diriflessione del DUT.

RISULTATI DI MISURA

La valutazione dell’incertezza di misu-ra è stata effettuata secondo quantoprescritto dalla Guide for the expres-sion of the Uncertainty in Measure-ments [6] e, tramite l’analisi dei coef-ficienti di sensibilità, è stato studiatol’effetto dei singoli parametri sull’in-certezza. Il più importante fattore dicorrezione è risultato essere dovutoalle perdite AF lungo la linea d’immis-sione; gli altri contribuiscono in ma-niera meno rilevante.Dopo aver calcolato l’efficienza, èstato calcolato il fattore di taraturacon la (2), ed è stata valutata l’incer-tezza estesa relativa di misura (fattoredi copertura k=2) nell’intera banda difrequenza coperta (Fig. 2). La lineanel grafico mostra che l’incertezza èminore dello 0,45% per tutte le misu-re. Questo è un risultato eccezionalese confrontato con le incertezze nor-malmente ottenute con sensori bolo-metrici (in genere non minori dell’1%).

K e= ( )η 1 2– Γ

Figura 2 – Incertezza relativa totale estesa del fattore di calibrazione del campione

di trasferimento I.N.Ri.M. basato su termocoppie a riscaldamento indiretto

IL MESCOLATORE SIS

Ricevitori sensibili nel dominio milli-metrico e sub-millimetrico sono fonda-mentali per comprendere alcuni aspet-ti del mondo in cui viviamo. Ad esem-pio i meccanismi che hanno portato alformarsi della vita, così come quellidietro l’evento del Big Bang, sono an-cora sconosciuti. Una conoscenzadettagliata delle circostanze all’iniziodel tempo e dello spazio può aiutarea trovare la risposta ad antiche masempre attuali domande. A tale pro-posito, i cosmologi da tempo studianoil Big Bang. Il suo residuo, la radia-zione di fondo cosmico a 2,73 K, puòessere studiato nelle bande millimetri-ca e sub-millimetrica.Tuttavia, essendo i segnali molto deboli,sono necessari ricevitori di sensibilitàestrema, ma la natura impone un limitesuperiore alla possibilità di acquisireinformazioni. Tale limite è stabilito dalPrincipio di Indeterminazione di Hei-senberg. L’uso di dispositivi basati sugiunzioni Josephson come elementomescolatore nei ricevitori consente diavvicinarsi molto a sensibilità limitatesolo dall’incertezza quantistica. Lo svi-luppo di questi dispositivi, però, richie-

Le due temperature scelte sono quel-la ambiente (TH=300 K) e la quelladell’Azoto liquido (TL=77 K). Le misu-re sono state effettuate nella banda89-99 GHz e mostrano che, alla tem-peratura operativa di 4 K, le miglio-ri prestazioni si hanno intorno ai94 GHz come atteso. Poiché partedell’elettronica deve ancora esserecaratterizzata completamente, l’incer-tezza di misura non è stata valutata, ei risultati qui presentati sono da consi-derarsi come un limite superiore alleprestazioni del dispositivo. È così pos-sibile fissare tale limite al valore di110 K, valore in accordo con le spe-cifiche dell’esperimento MASTER. Inol-tre, siccome il limite del rumore quan-

tistico a 94 GHzè di circa 5 K, ilricevitore pre-senta una tem-peratura di ru-more circa 22volte maggioredel limite quanti-stico [9].

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GLIALTRI TEMI

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de elevatissime competenze tecnologi-che che sono appannaggio solo dipochi centri di ricerca.L’effetto Josephson su cui si basano que-sti dispositivi si realizza in giunzioni tradue superconduttori separati da un sot-tile strato isolante. Le equazioni chedescrivono il passaggio di corrente neldispositivo sono le seguenti:

L’I.N.Ri.M. è incaricato di sviluppareil mescolatore a 94 Hz (Fig. 3). Essoè inserito in un montaggio in guidad’onda attraverso il quale giungonosul chip il segnale da ricevere e quel-lo dell’oscillatore locale. Dalla portad’uscita in linea coassiale è prelevatoil segnale convertito alla frequenza di1,5 GHz che è poi inviato a una cate-na di amplificazione, e ne è misuratala potenza tramite una circuiteria elet-tronica che realizza anche la polariz-zazione del dispositivo.

RISULTATI DI MISURA

La caratterizzazione del mescolatoreè stata effettuata dapprima misurandoil coefficiente di riflessione della portad’ingresso in guida d’onda per diver-se condizioni di adattamento. Succes-sivamente è stata misurata la caratte-ristica tensione-corrente, per verificareche i processi d’impacchettamento nelmontaggio non abbiano danneggiatoil chip. È stata poi effettuata la carat-terizzazione a 94 GHz misurando latemperatura di rumore totale del rice-vitore con il metodo dell’Y factor [8],che consiste nel far vedere al ricevito-re due carichi a temperature note TH eTL e nel calcolare il rapporto tra le duepotenze corrispondenti ricevute:

I I

V he

ddt

he

fc=

= =

senϕϕ

2 2(3)

(4)

dove Ic è la corrente critica della giun-zione, ϕ è la differenza di fase tra lefunzioni d’onda macroscopiche deidue superconduttori, h– è la costante diPlanck h divisa per 2π, ed e è la cari-ca dell’elettrone e f la frequenza. Esseci dicono che, nella giunzione, puòscorrere una corrente senza che siformi una tensione ai suoi capi, ovverosenza dissipazione, finché non si supe-ra la corrente critica Ic. Dopodiché ini-zia a scorrere una corrente variabile difrequenza f in presenza di una cadutadi tensione V. Se, al contrario, si irra-dia la giunzione con una radiofre-quenza f, si produce una tensione aicapi della giunzione che presenta unandamento a gradini di valore:

in cui n è il numero del gradino. Laformazione di questi gradini è allabase dell’uso metrologico di questidispositivi come campioni di tensionecontinua e l’andamento fortementenon lineare assunto dalla caratteristi-ca I-V è invece alla base del loro uti-lizzo come elementi mescolatori neiricevitori.

RICEVITORE PER L’ESPERIMENTO MASTER

L’esperimento MASTER [7] consiste inun ricevitore a eterodina per le bandedei 94, 225 e 345 GHz basato sumescolatori SIS per misure dellaradiazione di fondo cosmico.

V n h

efn =

2

Figura 3 – Montaggio in guida d’onda apertoin modo da mostrare il chip del mescolatore

Lo schema a blocchi del ricevitoreè riportato in Fig. 4. Il segnale èaccoppiato con l’oscillatore localetramite un beam splitter verso iltrombino d’ingresso del mescolato-re. Il segnale convertito è amplifi-cato da un amplificatore criogeni-co da 35 dB. In cascata è connes-sa l’elettronica a temperatura am-biente, costituita da due ulterioriamplificatori da 40 e 20 dB segui-ti dal sistema di acquisizione dati.L’oscillatore locale è un Gunn op-portunamente stabilizzato. La mas-sima temperatura di rumore che ilricevitore deve presentare è tra100 e 130 K.

Figura 4 – Schema a blocchi del ricevitore MASTER per i 94 GHz

Y

PPout H

out L

= ,

,

(5)

(6)

La temperatura di rumore è data da:

T

T YTYN

H L=−−1

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GLIALTRI TEMI

STATO DELL’ARTE

Nel campo della metrologia prima-ria in alta frequenza, l’incertezza dimisura alle frequenze più alte erasempre superiore o pari all’1% so-prattutto nei sistemi coassiali, e que-sta soglia appariva difficilmenteabbattibile [10]. I lavori pubblicatidal gruppo di ricerca I.N.Ri.M.hanno, per la prima volta, dimostra-to incertezze estese inferiori rima-nendo sempre al di sotto dello0,45%. Questi risultati hanno attira-to l’interesse di altri Istituti: si è por-tato a termine un ciclo bilaterale dimisura con l’IMP di Singapore(NMC-A*STAR) e un altro è in fasedi preparazione con l’Istituto corea-no (KRISS) che sta realizzando il suosistema avvalendosi della collabora-zione dell’I.N.Ri.M..Nel campo dei ricevitori per laradioastronomia, invece, i mescola-tori SIS sono ampiamente utilizzatisia da osservatori terrestri (posizio-nati in siti ad alta quota e con climasecco quali il plateau antartico od ildeserto di Atacama in Cile), siainstallati su aerei, palloni sonda osatelliti. La minor temperatura di ru-more raggiunta allo stato dell’arte ètra 4 e 10 volte il limite quantistico[11]. Quella ottenuta con questolavoro è circa 22 volte il limite quan-tistico. Il risultato è piuttosto vicinoallo stato dell’arte ed è sicuramentepromettente.

CONCLUSIONI

In questo lavoro sono stati presenta-ti i recenti sviluppi nella realizzazio-ne del campione primario di poten-za in AF presso l’I.N.Ri.M. e i risul-tati della prima caratterizzazione diun mescolatore basato su giunzioniJosephson per applicazioni radioa-stronomiche coprendo due tecnichefondamentali nelle misure in alta fre-quenza. Il lavoro svolto sulla tecnicamicrocalorimetrica ha consentito ladescrizione del sistema I.N.Ri.M.tramite un modello matematico com-prendente tutte le grandezze d’in-fluenza e il miglioramento delle

capacità metrologiche I.N.Ri.M. intermini di copertura in frequenza eincertezza di misura, ottenendo va-lori di assoluto primo piano interna-zionale.La realizzazione del mescolatore SISha consentito di dimostrare le com-petenze dell’I.N.Ri.M. in un settoreche richiede tecnologie maneggiateda pochi istituti al mondo. Il prototi-po, realizzato nell’ambito dell’espe-rimento MASTER, è stato caratteriz-zato in termini di temperatura dirumore ed è risultato rispondente al-le specifiche di progetto; inoltre leprestazioni si avvicinano molto allostato dell’arte.


1. A. Fantom, `Radio frequency andmicrowave power measurement’, IEEElectrical Measurement Series 7,Peter Peregrinus Ltd., London, UK,19902. L. Brunetti, E. Vremera, `A newmicrocalorimeter for measurementsin 3.5-mm coaxial line’, IEEE Trans.,IM-52, 2, pp. 320-323, 20033. L. Brunetti, L. Oberto, E. Vremera,`Thermoelectric sensors as microca-lorimeter load’, IEEE Trans., IM-56,6, pp.2220-2224, 20074. L. Brunetti, L. Oberto, `On coaxialmicrocalorimeter calibration’, TheEuropean Physical Journal - AppliedPhysics, 43, pp. 239-244, 20085. L. Brunetti, L. Oberto, M. Sellone,E. Vremera, `Comparison amongcoaxial microcalorimeter models’,IEEE Trans., IM-58, 4, pp.1141-1145, 20096. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC,IUPAP and OIML 1995, Guide to theExpression of Uncertainty in Measu-rement 2nd edn (Geneva: ISO) ISBN92-67-10188-97. E. S. Battistelli, et. al., `MASTER:A Triple Heterodyne Receiver forAstronomy in Millimetre and Submil-limetre Domain’, Publ. Astron. Soc.Aust., 19, pp. 323-327, 20028. Hewlett Packard, `Fundamentalsof RF and microwave noise figuremeasurements’, Application Note57-1, USA, July 1983

9.L. Oberto, N. De Leo, M. Fretto,A. Tartari, L. Brunetti, V. Lacquaniti:Realization and preliminary meas-urements on a 94 GHz SIS mixer.Proceedings of 16-th IMEKO TC-4Symposium, Firenze, Italy, 22-24/09/2008, pp. 45-4910. D. Janik, et. al., `Final report inCCEM Key Comparison CCEM.RF-K10.CL (GT/RF 99-2) - Power in 50- coaxial lines, frequency: 50 MHz -26 GHz - measurement techniquesand results’, Metrologia, 43 - Tech-nical Supplement, 01009, 200611. G. de Lange, `Quantum limitedheterodyne detection of 400 - 840GHz radiation with superconductingNb tunnel junctions’, PhD Thesis,Rijksuniversiteit Gronongen, Gronin-gen, Nl, 1994

Luca Oberto è nato aPinerolo (Torino) il 9 giu-gno 1975. Si è laureatoin Fisica all’Università diTorino nel 2003 e ha con-seguito il dottorato di

ricerca in Metrologia al Politecnico diTorino nel 2008.Dal 2002 al 2003 ha collaborato conla Sezione di Torino dell’Istituto Nazio-nale di Fisica Nucleare (INFN) lavoran-do all’esperimento COMPASS al CERNdi Ginevra. Dal 2003 lavora presso l’I-stituto Nazionale di Ricerca Metrologi-ca (I.N.Ri.M.) di Torino. I suoi interessidi ricerca principali sono nel campodella metrologia in alta frequenza edella realizzazione e caratterizzazionedi mescolatori SIS per applicazioniastrofisiche nel dominio millimetrico esub-millimetrico.Il Dr. Oberto è membro dell’Associazio-ne Italiana Gruppo di Misure Elettricheed Elettroniche (GMEE). È stato vincitoredel CPEM Early Career Award nel2008 e del premio ”C. Offelli” delGMEE nel 2010 per il suo lavoro di dot-torato.

LA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

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CAM

PIE

COM

PATI

BILIT

ÀEL

ETTR

OM

AGNET

ICA

Il comportamento a radiofrequenzadei componenti circuitali passivi

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

Il condensatore - Parte 1

* Dip. Elettronica e Telecomunicazioni, Università di Firenze** Ricerca e Sviluppo, Esaote S.p.A.,Firenze*** Istituto Tecnico Industriale Statale“Silvano Fedi”, [email protected]

INTRODUZIONE

Le attuali frontiere dell’elettronica sonorappresentate da dispositivi di di-mensioni sempre più ridotte, a frontedi un’altrettanto crescente necessitàdi elevate prestazioni: infatti, le fre-quenze di clock utilizzate sono sem-pre più elevate e le transizioni tralivelli logici differenti sempre piùrapide. In quest’ottica la conoscenzadel comportamento RF dei compo-nenti circuitali rappresenta un requi-sito necessario sia per prevedereeventuali anomalie e mettere in attogli opportuni rimedi, sia per interpre-tare comportamenti non intenzionalitipici della CEM (origine del modocomune, di emissioni non intenziona-li, ecc.).Perché il comportamento reale deicomponenti circuitali si discosta a RFda quello ideale? Per rispondere aquesta domanda occorre innanzitutto focalizzare l’attenzione su cosarappresentano, in termini fisici, uncondensatore, un induttore oppureun resistore. Il condensatore C rendeconto di un campo elettrico associa-to a una distribuzione di carica qprodotta dall’applicazione di unadifferenza di potenziale v tra dueconduttori affacciati. L’induttore Lrende invece conto del flusso delcampo magnetico f associato a unacorrente i che scorre in un camminoelettrico chiuso. Il resistore R, infine,

THE RADIOFREQUENCY BEHAVIOR OF PASSIVE CIRCUIT COMPONENTS: THE CAPACITOR – PART 1Starting from this issue of Tutto_Misure we begin to address a basic andimportant topic for those involved in Electromagnetic Compatibility (EMC)measurements and design: the radio–frequency (RF) behavior of passive cir-cuit components. The discussion will be limited to linear components: resi-stors, capacitors, inductors and mutually–coupled inductors. Also, in abroad sense of the term “component”, we will also include in the list theshort circuit and the open circuit. At RF it is essential to know the real beha-vior of components. Indeed, at RF the real behavior is markedly differentfrom the ideal one, and this fact may originate unexpected experimentalsituations. For example what was designed does not work or does not ful-fill specifications, or neither the measurement results, nor the qualitativebehavior, correspond to expectations.This first article (here we publish the first part) deals with the analysis ofceramic and electrolytic capacitors. In particular, we will present the equi-valent lumped circuits which describe their RF behavior, and we will discussthe physical origin of each element in the equivalent model. Particularemphasis will be placed on the type of component assembly: Surface MountDevice (SMD) or Through–Hole (TH).

RIASSUNTOA partire da questo numero di Tutto_Misure iniziamo ad affrontare un argo-mento di base ed importante per chi si occupa di Compatibilità Elettroma-gnetica (CEM): il comportamento a radiofrequenza (RF) dei componenti cir-cuitali passivi. La discussione si limiterà ai componenti lineari: resistore,condensatore, induttore e induttori mutuamente accoppiati e, in un’acce-zione ampia del termine “componente”, includeremo nella rassegna ancheil corto circuito e il circuito aperto. A RF è essenziale che chi si occupa diprogetto e misure CEM conosca il comportamento reale dei componenti. Ilcomportamento reale, infatti, è diverso da quello ideale, ed è all’origine disituazioni sperimentali inattese dagli inesperti. Ad esempio, ciò che si è pro-gettato non funziona affatto o non funziona secondo le specifiche previste,oppure i risultati delle misure e magari nemmeno le tendenze corrispondo-no con quanto atteso.In questo primo articolo (ne pubblichiamo la prima parte, la seconda nelprossimo numero) affronteremo l’analisi del comportamento dei condensa-tori ceramici ed elettrolitici. In particolare, presenteremo circuiti equivalentia costanti concentrate capaci di descrivere il loro comportamento a RF, ediscuteremo 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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CAMPI E COMPATIBILITÀ

ELETTROMAGNETICA

rende conto della dissipazione dienergia a seguito del passaggio diuna corrente i in un conduttore. Conquesti concetti in mente siamo ades-so in grado di affrontare l’analisi delcomportamento reale dei componenti.

IL COMPORTAMENTO RF DEL CONDENSATORE

La CapacitàUn condensatore C è costituito da unaqualsiasi coppia di conduttori (arma-ture) separati da un isolante (dielettri-co). Se è applicata una differenza dipotenziale v tra le armature, le cari-che libere presenti sulle armature stes-se si separano, cioè il generatore spo-sta una carica, ad esempio positiva,da un’armatura, che quindi rimanecaricata negativamente, e la depositasull’altra, che quindi si carica positi-vamente. Sull’armatura collegata alpotenziale più alto si dispone unacarica +q mentre su quella collegataal potenziale più basso si disponeuna carica –q. Le cariche sulle arma-ture generano un campo elettriconella regione di spazio compresa frale armature stesse. La carica q è pro-porzionale alla differenza di poten-ziale applicata e la costante di pro-porzionalità, la capacità (si misura inFarad, simbolo F), è una caratteristicadi quel particolare condensatore:

Ad esempio, nel caso particolare diun condensatore circolare (Fig. 1) diraggio R a facce piane e paralleleposte a distanza d il valore dellacapacità C vale:

dove ε0=8,854 pF/m è la permittivitàdielettrica nel vuoto e εr è la permitti-vità relativa del dielettrico. La (2)mostra come il valore della capacitàdel condensatore risulta dipendentedalla geometria della struttura e dallapermittività dell’isolante.

Vale la pena di fare due osservazioni.In primo luogo la (1) prevede che frale armature ci sia induzione completa,cioè se tanta carica di un segno è pre-sente su un’armatura, altrettanta, disegno opposto, dev’essere presentesull’altra. Se parte della carica suun’armatura non s’induce sull’altra masu un terzo conduttore, la descrizionedel comportamento del componenterichiede l’intervento di un terzo termi-nale corrispondente a questo terzoconduttore. Cioè il condensatore nonè più un bipolo. In secondo luogo èinteressante osservare che la carica ineccesso presente sulle armature nonpenetra all’interno dei conduttori senon per lo spessore di alcuni strati ato-mici. Invece, differentemente dallacarica, la corrente penetra nei con-duttori, ed è per questo motivo cheesiste l’induttanza interna (l’induttan-za associata al campo magnetico pre-sente all’interno di un conduttore pervia della corrente che scorre dentro ilconduttore) ma non la capacità inter-na (la carica sulla superficie dellearmature si distribuisce in modo taleda annullare il campo elettrico nelmetallo).Com’è noto, applicando una differen-za di potenziale v costante nel temponon si ha alcun passaggio di correntetra le armature del condensatore pro-prio per via dell’isolamento fra le due;al contrario, applicando una differen-za di potenziale v(t) variabile nel

C q

v= (1)

C R

dr= ε ε π0

2(2)

Figura 1 – Capacitore a disco a facce piane e parallele

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; 2010 CAMPI E COMPATIBILITÀ

ELETTROMAGNETICA

tempo s’instaura tra le armature unmovimento di cariche alle quali corri-sponde una corrente elettrica di spo-stamento data dalla relazione:

Ricordiamo che all’interno del con-densatore non c’è flusso di caricada un’armatura all’altra. La caricafluisce infatti attraverso i conduttoriche collegano le armature al gene-ratore. Tutto però va come se questoflusso fosse presente dentro il con-densatore e prende nome di corren-te di spostamento. La corrente dispostamento è del tutto equivalentealla corrente associata al flusso dicariche all’interno un conduttore(corrente di conduzione) ai fini delcampo magnetico da essa generato.In altre parole la corrente di sposta-mento genera un campo magneticosecondo le stesse regole che regola-no la generazione del campo ma-gnetico da parte della corrente diconduzione. Riprenderemo piùavanti questo punto.Passando nel dominio della frequen-za la relazione che lega il fasoredella tensione V a quello della corren-te I è data da:

con ω=2πf pulsazione angolare e ffrequenza. Zc=1/ωC è l’impedenzavista ai terminali del condensatore. Zcha modulo che decresce al cresceredi f e fase –π/2 per qualsiasi valoredi f. Nel seguito vedremo che per uncondensatore reale le caratteristiche aRF si discosteranno da quelle sopracitate.

L’induttanza parassitaLa presenza della corrente I produceinevitabilmente un campo magneticoH all’interno e all’esterno del con-densatore. Per quanto detto nell’in-troduzione, l’elemento circuitale cherende conto della presenza delcampo magnetico è l’induttanza Lche quindi rappresenterà un contri-

buto allo scostamento dall’ideale delcondensatore. Cerchiamo qui di calco-lare l’induttanza interna Li, quella asso-ciata cioè al campo magnetico interno,sempre nel caso semplice del conden-satore ad armature circolari di raggio Rrappresentato in Fig. 1. L’induttanzaesterna Le sarà invece valutata quandoparleremo, in un prossimo numero diTutto_Misure, del corto–circuito. Abbia-mo che l’induttanza parassita è L=Li+Le.La corrente di spostamento fra le arma-ture è uniforme, e genera un campomagnetico H(r) che segue un camminochiuso circolare secondo la ben notalegge di Ampere:

dove con r s’indica la distanza misu-rata dall’asse del condensatore alpunto dove si vuole calcolare ilcampo magnetico H(r) e con I(r) laporzione della corrente che fluisceattraverso la superficie abbracciatadal cerchio di raggio r, cioè

Sostituendo la (6) nella (5) si ottiene:

L’energia magnetica UH immagazzi-nata nel volume V racchiuso dal con-densatore risulta:

dove µ0=4π.10-7 [Hm-1] è la permitti-vità magnetica del vuoto. Sostituendola (7) nella (8), dopo qualche calcolo,l’induttanza L si ottiene a partire dalla(9) come:

La (9) dimostra che il valore dell’in-duttanza interna del condensatorerisulta dipendente solo dalle dimen-sioni geometriche dello stesso e risultaindipendente dal valore della capaci-tà C.

La resistenza parassitaLa presenza di inevitabili perditeall’interno del condensatore èresponsabile di una dissipazione dienergia che corrisponde, in terminicircuitali, a un resistore parassita R.La resistenza R rende conto delladissipazione di energia sia per viadelle perdite associate alla strutturametallica del condensatore (armatu-re, reofori) sia per via delle perditeper isteresi nel dielettrico. Di fatto,il contributo della dissipazione dienergia nel metallo è di solito tra-scurabile (specie se i reofori sonocorti, dipende quindi dal montag-gio del componente). Più importan-te invece è la dissipazione di ener-gia nel dielettrico anche perchéaumenta linearmente al cresceredella frequenza f (diversamentedalle perdite nel metallo che cre-scono invece proporzionalmente a√f). Quest’ultima considerazioneporta ad affermare quindi cheanche il valore della resistenzaparassita R del condensatore au-menterà proporzionalmente a f.Inoltre, anche la resistenza R risultaindipendente dal valore della capa-cità C.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI(comuni alle due parti)

1. Yun Chase, “Introduction to Choo-sing MLC Capacitors. ForBypass/Decoupling Applications”,AVX Technical Information.2. Jeffrey Cain, “The Effects of ESRand ESL in Digital Decoupling Appli-cations”, AVX Technical Information,1997.3. Howard Johnson, “Parasitic Induc-tance of a Bypass Capacitor”, EDN,Jul 20, 2000, pg. 32.

I j C V= ⋅ω (4)

(9)

(8)

(7)

(6)

(5) H r

rI r( ) ( )= 1

2π

I r I

Rr I r

R( ) = =

π

π2

22

H r r

RI( ) =

2 2π

U H dV L IHv

i= =∫∫∫14

140

2 2µ

L rR

dV

d dz rR

rdr

d

iv

Rd

=

=

=

=

=

∫∫∫

∫ ∫∫

µπ

µ ϕπ

µπ

π

0 2

2

00

2

200

2

0

2

2

8

(3) i t dq

dtC dv t

dt( ) ( )= =

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Carlo Carobbi si è laureato con lode inIngegneria Elettronica nel 1994 presso l’U-niversità di Firenze. Dal 2000 è Dottore diRicerca in Telematica. Nel 2001 è ricercato-re del Dipartimento di Elettronica e Teleco-municazioni dell’Università di Firenze doveè docente di Misure Elettroniche e Compati-

bilità Elettromagnetica.

Marco Cati si è laureato con lode ed enco-mio solenne in Ingegneria Elettronica all’Uni-versità di Firenze nel 2001. Dal 2005 è Dot-tore di Ricerca in Ingegneria dell’Affidabilità,Manutenzione e Logistica. Dal 2005 fa partedel reparto R&S di Esaote dove è responsabi-le delle verifiche di Compatibilità Elettroma-

gnetica su dispositivi ecografici.

Carlo Panconi si è laureato nel 2003 inIngegneria Elettronica all’Università di Firen-ze. È Dottore di Ricerca in “Controlli nondistruttivi”. Dal 1988 è insegnante di Labora-torio di Elettrotecnica e di Elettronica nel trien-nio degli Istituti Tecnici e Professionali.

TUTTO_MISURETUTTO_MISURELA RIVISTA DELLE MISURE E DEL CONTROLLO QUALITÀ - PERIODICO FONDATO DA SERGIO SARTORI

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MISURE E FIDATEZZA

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ISERIA

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MIS

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DATE

ZZA

Chiariamoci sul concettodi Fidatezza

Iacopo Trotta1, Maurizio Pignotti2, Marcantonio Catelani3

Un primo contributo

1 Altran Italia [email protected] Lab. CE.TA.CE. TINNOVA AziendaSpeciale CCIAA di FI e [email protected] Dip. di Elettronica e Telecomunicazioni,Università di [email protected]

L’IMPORTANZA DEL CORRETTOSIGNIFICATO DEI TERMINI

In ambito elettrico il documento CEI 56-50 “Terminologia sulla Fidatezza esulla Qualità del Servizio” [1] tratta ledefinizioni relative alla Fidatezza(Dependability), nonché concetti e gran-dezze di interesse ad essa correlate. Secon il termine elemento o entità con-

sideriamo tutto ciò che può essere defi-nito individualmente (componente, siste-ma, servizio, apparato ecc.) e può svol-gere una o più funzioni adeguatamentespecificate, l’Affidabilità (Reliability),di tale entità, altro non è che la sua atti-tudine a svolgere la funzione (o le fun-zioni) richiesta in condizioni date perun dato intervallo di tempo. La Dispo-nibilità (Availability) è definita, invece,

come l’attitudine dell’entità a svolgerela funzione richiesta in determinate con-dizioni d’impiego, a un dato istante, odurante un dato intervallo di tempo,supponendo che siano assicurati i mez-zi esterni eventualmente necessari. La definizione di Disponibilità quindi,nel richiedere i mezzi necessari permantenere in funzionamento l’entità,presuppone la presenza di manutenzio-ne e di un relativo supporto logistico,nonché la possibilità che l’entità possaessere riparata. Si definisce dunqueManutenibilità (Maintainability) l’at-titudine dell’entità, in assegnate condi-zioni d’utilizzo, a essere mantenuta oriportata in uno stato nel quale essa puòsvolgere la funzione richiesta, quandola manutenzione è eseguita in condi-zioni date, con procedure e mezzi pre-scritti. Le prestazioni del SupportoLogistico di Manutenzione (Main-tenance Support) sono quelle relative al-l’attitudine di un’organizzazione dellamanutenzione, in date condizioni, aoffrire su richiesta le risorse necessariealla manutenzione dell’entità, confor-memente a una data politica di manu-tenzione.Tutti questi fattori, descritti sopra qua-litativamente, corrispondono a presta-zioni misurabili e quantificabili del-l’entità stessa, intrinseche – l’Affidabi-lità – o legate al tipo di supporto cheessa può avere – gli altri fattori. Infat-ti, mediante opportuni modelli mate-matici, è possibile descrivere Affida-

LET’S CLARIFY THE CONCEPT OF DEPENDABILITYUp to today there is confusion about the terms used in the field of “Reliabi-lity”. In spite of the science of Reliability is old in the years, this is true inmany contexts, also for industrial applications with high technology levels.The aim of the paper concerns an overview of the terms correlated withDependability, that is a qualitative performance of an item – a component,a device, an equipment, and so on. Referring to the Standard, Dependabi-lity is defined, in fact, as the collective term used to describe the availabi-lity performance and its influencing factors: reliability, maintainability andmaintenance support performance. On the basis of this definition, it is evi-dent that dependability gives a general description of the element in non-quantitative terms. To express its performance in quantitative terms and thusto describe, measure, improve, guarantee and certify such an element, it isnecessary to establish the characteristics of reliability, availability, maintai-nability and maintenance support performance. Such terms are definedbelow.

RIASSUNTOIl titolo, se vogliamo un po’ provocatorio, che abbiamo deciso di attribuirea questo primo lavoro nasce dal fatto che vi è tuttora confusione nell’uso dideterminata terminologia in ambito, per così dire, “affidabilistico”. Nono-stante la disciplina dell’Affidabilità abbia origini radicate nel tempo, èancora oggi invalso un uso improprio del termine – e non solo di questo ter-mine – anche in contesti a elevato sviluppo e livello tecnologico.Il lavoro intende pertanto fornire, per quanto possibile, una panoramicasugli aspetti inerenti il concetto di Fidatezza quale caratteristica qualitativadi una entità (item) – sia essa un componente, un dispositivo, un apparato,ecc. – ovvero quell’insieme di proprietà che descrivono la Disponibilitàall’uso di tale entità e i fattori che la condizionano: l’Affidabilità, la Manu-tenibilità e la Logistica della manutenzione. Come si è detto, e senza alcu-na pretesa di esaustività, si ritiene importante fare chiarezza su questo con-cetto usato spesso in maniera impropria in diverse situazioni, compresaquella industriale, a volte in sede contrattuale, spesso in fase di progetta-zione. A tale scopo è necessario fare riferimento all’ampia disponibilità didocumenti normativi ai quali si rimanda per ulteriori e necessari approfon-dimenti.

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bilità, Manutenibilità, Disponibilità eanche il Supporto Logistico di Manu-tenzione in modo quantitativo, sia conleggi specifiche (ad es. legge dell’Af-fidabilità) sia mediante parametri sta-tistici (più o meno empirici) a esse le-gati; tra questi si ricordano il tempomedio al guasto (MTTF; Mean Time ToFailure), il tempo medio tra guasti(MTBF, Mean Time Between Failures),il tempo medio di ripristino (MTTR,Mean Time To Restore), la disponibili-tà operativa o i ritardi medi logistici.Si comprende quindi che la Disponi-bilità è, in generale, una combinazio-ne delle prestazioni di Affidabilità,Manutenibilità e Supporto Logistico.È fondamentale osservare come ledefinizioni citate facciano riferimentoalle condizioni d’impiego, aspettospesso trascurato nelle valutazioniquantitative. A parità di prestazionifunzionali, le caratteristiche di affida-bilità variano infatti al variare dellecondizioni d’impiego del dispositivoin esame; quest’aspetto è particolar-mente evidente quando si effettuanocalcoli di tasso di guasto utilizzandospecifiche banche dati (previsione diaffidabilità). Prestazione strettamenteconnessa all’Affidabilità riguarda laSicurezza (Safety), definita in [1]come l’assenza di rischi inaccettabili.Essa è legata alla valutazione delrischio inteso come combinazione trala probabilità di accadimento di unevento indesiderato (guasto o malfun-zionamento) e la pericolosità delleconseguenze che ne derivano a per-sone, al sistema, all’ambiente e allaproprietà. Per questo motivo, quandosi parla di Fidatezza, ci si riferiscespesso, e in termini generali, a requi-siti o prestazioni RAMS, dall’acroni-mo inglese delle grandezze d’interes-se richiamate.A seconda del contesto applicativo, leprestazioni RAMS rappresentanoquindi i requisiti che un’entità dovreb-be avere per essere conforme a deter-minati documenti normativi e/o Diret-tive comunitarie (basti pensare, adesempio, alla marcatura CE per certecategorie di prodotto), specifiche tec-niche, ecc. Esse sono essenziali perdefinire, controllare, mantenere edeventualmente migliorare le prestazio-

ni funzionali dell’entità (la velocità diun’automobile, la memoria di un cal-colatore, ecc.) e delle relative evolu-zioni temporali. Per tale motivo le pre-stazioni RAMS rappresentano elemen-ti chiave che, al pari dei requisiti fun-zionali, devono essere consideratinella definizione delle specifiche diprodotto per poi tradurli in informa-zioni in ingresso al processo di pro-gettazione. Accade sovente, nellapratica industriale, che valutazioni diaffidabilità, e più in generale RAMS,siano effettuate “a posteriori” e inmaniera “accessoria”, una volta defi-nita e realizzata l’entità nella sua real-tà effettiva.Per fare un esempio, sono frequenti icasi in cui un calcolo di MTBF avvienesolo dopo che una scheda elettronicaè stata realizzata, senza porsi il pro-blema che certi componenti dellascheda potrebbero risultare non ido-nei per determinate applicazioni o incerte condizioni ambientali (presenzadi sollecitazioni particolari qualivibrazioni, gradienti termici, agenticorrosivi, ecc.). Intervenire sulle pre-stazioni di Affidabilità, e quindiRAMS, quando un dispositivo è giàstato realizzato (o addirittura com-mercializzato e in esercizio) compor-ta oneri economici elevati e, sicura-mente, perdita d’immagine in terminidi qualità. A ciò si possono aggiun-gere le responsabilità da prodottodifettoso e le conseguenze, anche dinatura giuridica, di non rispetto deirequisiti di Fidatezza stabiliti in sedecontrattuale.Occorre comunque chiarire che, aseconda del settore merceologico(elettronico, meccanico, ecc.), dellatipologia di prodotto (elettrodomesti-co, apparato elettronico, ecc.), dellatecnologia realizzativa predominante(meccanica, elettronica, strutturale,ecc.) e del tipo ed ambiente di utiliz-zo, alcuni aspetti RAMS potrannoessere predominanti su altri.Estremizzando il concetto, per unoggetto che, ad esempio, si prevederimanga sul mercato per un periododi tempo molto limitato poiché a ele-vato tasso di obsolescenza tecnica,interesserà molto di più il fatto chenon si guasti nel periodo compreso tra

l’immissione sul mercato e il calo dellevendite, piuttosto che la facilità diripristino in caso di guasto. Viceversa,un sistema pensato per rimanere inservizio per anni deve essere, oltreche affidabile e sicuro, anche facil-mente e celermente manutenibile. Perun sistema elettromedicale avrannomaggior importanza la sicurezza delpaziente e la minimizzazione delrischio che potrebbe insorgere a fron-te di un malfunzionamento, un impie-go improprio o uno stato di avaria. Cisono poi situazioni in cui (è l’esempiodei satelliti) la manutenzione è prati-camente impossibile, per cui ha pocosenso parlare di Disponibilità, Manu-tenibilità o Supporto Logistico di Ma-nutenzione. I requisiti RAMS sonoquindi da valutare e trattare come glialtri requisiti funzionali, in base allasituazione del mercato e/o alle richie-ste del committente e, al pari di que-sti, possono determinare il successo omeno del prodotto nella sua nicchia dimercato.

QUALI METODOLOGIE PER MISURARE E VALUTARE LA FIDATEZZA?

Richiamata la terminologia essenzialedirettamente riconducibile al concettodi Fidatezza, molti sono gli approcciteorici e sperimentali, presenti peral-tro in letteratura, mediante i quali èpossibile misurare e determinarequantitativamente le prestazioniRAMS che caratterizzano una deter-minata entità. Alcuni di questi saran-no oggetto di trattazione specifica inaltri articoli che seguiranno sull’argo-mento “Fidatezza”. Preme qui farecenno solo ad alcune ormai consoli-date metodologie d’analisi comune-mente diffuse in determinati contestiapplicativi.In particolare, nell’ambito della Sicu-rezza e della Manutenzione è essen-ziale l’analisi dei modi e degli effettidei guasti (Failure Mode and EffectAnalysis, FMEA) che, se estesa allostudio delle criticità del guasto, pren-de il nome di FMECA (Failure Mode,Effects and Criticality Analysis). A que-sta si aggiunge l’analisi dell’albero

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I SERIALIMISURE E FIDATEZZA

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dei guasti/avarie (Fault Tree Analysis,FTA). Queste tecniche consentono, inmaniera induttiva la prima e deduttivala seconda, di correlare sintomi edeffetti dei guasti alle cause che li pos-sono aver provocati. Si capisce beneche questo è, da un lato, essenzialeper definire una procedura di manu-tenzione e, dall’altro, per dare unavalutazione del rischio di effetti cau-sati da più guasti concorrenti. LaFMEA/FMECA è anche la base su cuirealizzare il progetto di “testabilità”(testability) del sistema stesso, cioèdell’individuazione dell’insieme mini-mo dei punti del sistema (nodi) chepermettano, col numero minore possi-bile di misure, di individuare tutte lecondizioni di malfunzionamento e/odi avaria di sistema entro un determi-nato margine di incertezza.L’analisi RCM (Reliabilty CentredMaintenance), cioè manutenzionebasata sull’analisi di Affidabilità, rap-presenta, invece, una tecnica che, incaso di guasti dovuti a usura e degra-do valutabili, fa da ponte tra gli studidi Affidabilità e quelli di Manutenibili-tà, consentendo di definire piani dimanutenzione programmata e preven-tiva ottimali. Infine le tecniche previ-sionali, particolarmente usate in ambi-to elettrico ed elettronico consentono,facendo ricorso a particolari banchedati, il calcolo del tasso di guasto diun componente e, sotto certe ipotesi,l’MTBF di un apparato. In Tab. 1 siriportano tecniche di analisi utili pervalutazioni di Fidatezza, unitamentead alcuni documenti normativi di rife-rimento editi dal CEI o della serie MILstatunitense.

BIBLIOGRAFIA

1. [1] CEI, CEI 56-30 Terminologiasulla fidatezza e sulla qualità del ser-vizio, Prima Edizione, Milano, 1997.2. [2] U.S. Department of Defense,MIL-HDBK-338B Military Handbook:electronic reliability designhandbook, Washington DC, U.S.A.,1998.3. [3] S.S. Rao, Reliability basedDesign, Prentice Hall, 1995.4. [4] M.Catelani, L.Cristaldi, M.Laz-

zaroni, L. Peretto, P. Rinaldi “L’affida-bilità nella moderna progettazione:un elemento competitivo che collegasicurezza e certificazione”, Quader-no del GMEE n.1, Associazione Ita-liana Gruppo Misure elettriche edelettroniche, A&T Affidabilità e Tecno-logia, Torino, Aprile 2008;5. [5] A. Birolini, Quality and reliabi-lity of technical systems: theory, prac-tice, management, Springer, Heidel-berg, Germany, 1997.

Marcantonio Catela-ni si è laureato in Inge-gneria elettronica pressol’Università degli Studidi Firenze. È attualmentedocente di Affidabilità e

controllo qualità presso la Facoltà diIngegneria di Firenze ed afferisce alDipartimento di elettronica e telecomu-nicazioni. L’attività di ricerca riguardamisure e metodi per l’affidabilità inambito elettronico, tecniche di diagno-si di guasto, attività sperimentali eprove di affidabilità di componenti esistemi, sistemi automatici di misuraper la gestione delle attrezzature diprova.

Iacopo Trotta si è lau-reato in Ingegneria Elettro-nica ed ha conseguito ilDottorato di Ricerca inIngegneria Industriale edell’Affidabilità nel 2007

presso l’Università degli Studi di Firenze.Ha collaborato al Progetto CALS Italia perla normazione e standardizzazione dellediscipline RAMS e dell’Ingegneria Logisti-ca e di Sistema per il Ministero della Dife-sa. Ha lavorato come sperimentatorepresso il Laboratorio Prove CE. TA. CE. diTinnova, azienda speciale delle CCIAAdi Firenze e Prato. Da Febbraio 2010lavora in Altran Italia e, nel ruolo di con-sulente, si occupa di analisi RAMS e sicu-rezza funzionale nel settore ferroviario.

Marco Pignotti è lau-reato in Ingegneria elettro-nica presso l’Universitàdegli Studi di Firenze. Èdal 1999 responsabile delLaboratorio CE.TA.CE. or-

ganismo Notificato n. 2047 per la Diret-tiva Bassa Tensione 2006/95/CE e perla Direttiva Compatibilità Elettromagneti-ca 2004/108/CE. Nell’ambito delle atti-vità del laboratorio ha svolto numerosiprogetti relativi alla stesura della valuta-zione dei rischi e all’analisi affidabilisti-che (quali FMEA e FMECA) alla base del-la verifica della sicurezza dei prodotti e-lettrici ed elettronici.

Tabella 1 – Esempi di tecniche di analisi per la FidatezzaFidatezza (CEI 56-50, 56-9 e altre)

Affidabilità Manutenibilità Disponibilità Supporto Logistico Altri temi

Previsioni di Manutenibilità Modelli di Supporto logistico FMEA/FMECAaffidabilità in degli apparati disponibilità Integrato (CEI 56-1)

ambito elettronico (CEI 56-23, (MIL-HDBK- (CEI 56-54)(MIL-HDBK-338b, 56-24, 56-25) 338b)MIL-HDBK-217-F2)

Prove di affidabilità Diagnosi di Analisi di FTA(CEI 56-2 e altre) guasto e Markov (CEI 56-31)

testabilità (CEI 56-38)

Modelli di RCMaffidabilità (CEI 56-43)dei sistemi(CEI 56-8)

Incremento delleprestazioni

di affidabilità(CEI 56-30,

MIL-HDBK-338b)

7a EDIZIONE13/14/15 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’INTERESSEPER 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

sentanti delle imprese presenti alla parteespositiva e quelli del mondo della ricercametrologica e dei servizi tecnologici avan-zati.Per premiare le soluzioni più innovativepresentate da giovani ricercatori è previ-sto, a cura del Comitato Organizzatore eScientifico del Congresso, un premio per itre migliori poster presenti alla Conferen-za.Nella giornata del 15 Aprile 2011, pres-so l’I.N.Ri.M. di Strada delle Cacce 91, siterranno le varie sessioni parallele delCongresso per le presentazioni orali. LeSessioni saranno dedicate non solo ai temitradizionali del settore scientifico dellametrologia e della qualità: si segnalano, inparticolare, due nuove sessioni che riguar-deranno le Misure per la sicurezza ela Formazione in metrologia, entram-be organizzate per la prima volta nell’am-bito del Congresso.A conclusione del Congresso, il 15 Aprile2011 nel pomeriggio presso l’I.N.Ri.M. visarà un’assemblea aperta a tutti i parteci-panti per discutere il tema: “Imprese eproblemi metrologici: una sfida perl’innovazione” con la partecipazionedi esperti di metrologia di diversa prove-nienza per analizzare le necessità delleimprese in termini di ricerca applicata diforte carattere metrologico, dove è assolu-tamente necessaria la costituzione di fortisinergie fra le imprese e il mondo dellaricerca in metrologia.Invito, in particolare, tutte le imprese chesono interessate a presentare le loro pro-blematiche di bisogni di ricerca metrologi-ca nell’ambito dell’assemblea finale con iricercatori degli enti di ricerca e delle uni-versità a prendere contatto con il sotto-scritto ([email protected]) o con laSegreteria Organizzativa del Congresso([email protected]).Per maggiori informazioni sul congresso:www.affidabilita.eu Non mi resta che invitarvi a una massicciapartecipazione al VII° Congresso 2011,che certamente saprà soddisfare le vostrenecessità di conoscere e approfondire te-matiche sempre più importanti in ottica dicompetitività sostenibile, offrendovi unapartecipazione attiva a tutte le discussionie agli eventi che stiamo preparando. Venite quindi numerosi alla “tre giornidella metrologia e della qualità”, il13, 14 e 15 Aprile 2011 a Torino, Cittàdelle Misure.

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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 presenzeeccellenti al VII° Congresso “Metrologia & Qualità”A Torino, dal 13 al 15 aprile 2011, la nuova edizione dell’unico evento italiano interamentededicato alle Misure, Prove e Controlli Qualità

Sta entrando nel vivo la programmazionedel prossimo Congresso “METROLOGIA &QUALITÀ” che riunirà a Torino (13, 14 e15 Aprile 2011, presso il Centro Congres-si Lingotto e l’I.N.Ri.M.) i maggiori espertinazionali di metrologia, appartenenti aEnti di Ricerca, Università, Enti di Accredi-tamento, e decisori e responsabili tecnicidelle Imprese utenti: tutti co-protagonisti diun evento informativo e formativo chiamatoogni due anni a fornire risposte esaurientie chiare relativamente agli sforzi compiutiper collegare il mondo della ricerca metro-logica e quello delle imprese interessatealle applicazioni nelle quali le misure,prove e controlli giocano un ruolo prima-rio, grazie ai processi innovativi che essipossono generare e produrre.Il Comitato Organizzatore del Congressoe il Comitato Scientifico (presieduto dalProf. Alessandro Ferrero del Politecnico diMilano) hanno esaminato e valutato atten-tamente gli abstract pervenuti (una settan-tina), dai quali emergeranno le memorieorali e poster che saranno presentate alCongresso e arricchiranno le varie sessio-ni, in particolare quelle parallele previsteper l’ultima giornata del 15 Aprile 2011,che si terrà presso l’I.N.Ri.M.Il Congresso è concomitante, nelle primedue giornate presso il Lingotto, con laQuinta Edizione 2011 di “Affidabilità eTecnologie” e si compenetra con que-st’evento, a sua volta molto ricco di pre-senze industriali e di eventi, che coniugatematiche relative all’innovazione e all’affi-dabilità per essere competitivi, nella con-sapevolezza che è necessario innovareper imporsi sul mercato e che la divulga-zione delle soluzioni adottate è determi-nante e di esempio per progredire. “Affi-dabilità e Tecnologie” è una rassegnadi metodi, strumenti, tecnologie innovativedisponibili per le aziende impegnate nelmiglioramento competitivo, particolarmen-te orientata alle tematiche di affidabilità,energia, fabbricazione additiva, materialicompositi e speciali, meccatronica, nano-tecnologie, qualificazione dei fornitori, so-luzioni CAD-CAM-CAE, accreditamento etaratura, testing e misure meccaniche edelettriche, visione artificiale. Sono in pro-gramma, oltre alla vasta ed esaustiva areaespositiva, decine di Convegni specialisti-ci e Seminari pratici, presentazioni di casiapplicativi e centinaia di dimostrazioni eprove presso le aree espositive. Un’occa-sione unica ed esclusiva d’informazione e

formazione per decisori e responsabili tec-nici di aziende e laboratori, ricercatori,universitari.Sono in corso di definizione tre tavolerotonde, che si terranno nella giornata del13 Aprile 2011:– Metrologia e Meteorologia, che

vedrà la gradita presenza di Luca Mer-calli, Presidente della Società Meteoro-logica Italiana, esperto internazionale dimeteorologia e ben noto responsabilemeteo nella trasmissione di RAI 3 “Chetempo che fa”;

– Metrologia e Gastronomia, unacostruttiva occasione di confronto congli Istituti Metrologici che si occupano dimisure nel settore dell’alimentazione enutrizione e l’Università di ScienzeGastronomiche di Pollenzo (CN);

– Nanometrologia, per riflettere insiemesulle principali necessità di misura nellearee innovative delle nanotecnologie.

La sessione plenaria del 14 Aprile (matti-no) avrà come tema di apertura i 150 annidell’unità d’Italia (Unità d’Italia – Unitàdelle misure): interverranno esperti dimetrologia che spiegheranno come dal1861 si sviluppò nel nostro paese un pro-cesso razionale di omogeneizzazionedelle misure, che permisero all’Italia diaderire alla Convenzione del Metro, poifirmata nel 1875. Alla presenza dei principali dirigenti dellametrologia italiana ci interrogheremo evaluteremo le direttici e le strategie d’in-sieme per capire su quali tematiche princi-pali si concentreranno gli sviluppi futuri.Nella sessione d’apertura si svilupperà latematica del nuovo ruolo di ACCREDIA -Ente Italiano di Accreditamento e leprospettive di accreditamento in Italiaall’interno di un unico Ente. Altre relazioninella sessione d’apertura analizzerannogli sviluppi presenti e futuri della metrolo-gia a livello internazionale, le attese ri-guardo alla nuova definizione per alcuneunità di misura delle grandezze di base ele possibili conseguenze penali e civili diun’incorretta o omessa valutazione dell’in-certezza di misura. Tutti gli autori di memorie scientifiche,oltre alla presentazione orale, potrannoesporre i loro poster ed essere presentiper l’eventuale discussione, durante leprime due giornate del Congresso (13 e14 Aprile 2011 presso il Padiglione espo-sitivo del Lingotto), al fine di favorire undialogo diretto fra le migliaia di rappre-

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2011eventi in breve

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15-16 gennaio

7-9 febbraio

5-7 marzo

6-10 marzo7-8 marzo

13-18 marzo

14-17 marzo

20-23 marzo27-30 marzo

6-8 aprile

13-14 aprile13-15 aprile13-15 aprile

13-15 aprile

18-20 aprile

20-21 aprile27-29 aprile2-4 maggio9-12 maggio15-18 maggio

22-26 maggio23-25 maggio

23-27 maggio29 mag-2 giu

8-10 giugno19-24 giugno

28-29 giugno

29 giu-1 lug30 giu-1 lug

19-22 luglio

28-31 luglio

29-31 luglio5-8 settembre

13-15 settembre

Melbourne, Australia

Roma, Italia

Algarve Portugal

Los Angeles, Ca, USACharlotte, NC, USA

Texas A&M University, College Station, USADoubletree Hotel San JoseCA USAMarrakesh, MoroccoOrlando, Florida USA.

Paris, France

Torino, ITALIATorino, ITALIACaary Islands ConventionCenter, Las Palmas (Spagna)Firenze, Italia

Prague, Czech Rep.

Milano, ItaliaLisboa, PortugalDana Point (California, USA)Rochester, USARio de Janeiro Brazil

Munich, GermanyMunich, Germany

Lago di Como, ItaliaOrlando, Fl, USA

Parma, ItaliaHamilton, Canada

Savelletri di Fasano(BA), ItaliaVienna, AustriaOrvieto, Italia

Orlando, Fl, USA

Noordwijkerhout, Olanda

Linkoeping, SwedenBologna, Italia

Bologna, Italia

2011 International Conference on Materials, Mechatronics and Auto-mation (ICMMA 2011)XVI Conferenza Nazionale della Associazione Italiana Sensori e Microsistemi (AISEM)International Conference on Pervasive and Embedded Computing andCommunication Systems (PECCS 2011)OFCNFOEC 20112011 ASPE Spring Topical Meeting on Structured and Freeform Surfaces13th Int’l Conference on Modern Trends in Activation Analysis

International Laser Safety Conference (ILSC)

29th Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS)2nd Int’l Multiconference on Complexity, Informatics and Cybernetics: IMCIC 2011IMEKO 2011 - Metrological traceability in the globalisation ageAFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE - 5a EdizioneVII Congresso Italiano METROLOGIA & QUALITÀInternational Conference on Renewable Energies and Power Quality(ICREPQ’11)AIPnD 10th International Conference on non-destructive investigations and microanalysis for thediagnostics and conservation of cultural and environmental heritageSPIE Microtechnologies: VLSI Circuits and Systems, Nanotechnology, Smart Sensors and MEMS e altreIAPR Computational Color Imaging WorkshopEUROCON2011 and CONFTELE2011IEEE VLSI Test Symposium (VTS) 2011SPIE-OptifabISCAS 2011 - The 44th IEEE International Symposium on Circuits andSystemsSPIE Optical Metrology2nd EOS Conference on Manufacturing of Optical Components11th EUSPEN Conference2011 International Congress on Advances in Measurements, Testingand Instrumentation (ICAMTI)Biophotonics 20113rd International Conference on Radioecology and EnvironmentalRadioactivity (ICRER-2011)IEEE IWASI 2011

IEEE Forum on Sustainable Transport Systems (FISTS)IEEE-IMEKO International Workshop on ADC Modellingand Testing15th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informa-tics: WMSCI 20118th International Conference on Informatics in Control, Automation andRobotics - ICINCO 2011European Conference on Circuits Theory and Design (ECCTD) 20118th IEEE Int’l Symposium on Diagnostics for ElectricalMachines, Power Electronics and Drivers (SDEMPED 2011)CIGRE’ Int’l Symp. The electric power system of the future

www.ieee-peits.cn/icmma2011

http://aisem2011.casaccia.enea.it

www.peccs.org

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

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

www.laserinstitute.org/conferences/ilsc/conference

http://piers.org/piers2011Marrakeshwww.iiis2011.org/imcic/website/default.asp?vc=26

www.imeko.org

www.affidabilita.euwww.affidabilita.euwww.icrepq.com

www.aipnd.it/art2011

www.spie.org

www.iapr.orgwww.eurocon2011.it.pt/www.tttc-vts.orghttp://spie.org/optifab.xml?WT.mc_id=ROFB11CEwww.iscas2011.org

http://spie.org/optical-metrology.xml?WT.mc_id=REOM11ACEwww.myeos.org/download/Munich2011/1stcall_EOSMOC2011.pdfhttp://como2011.euspen.euhttp://users.encs.concordia.ca/~icamti11

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

http://iwasi2011.poliba.it

http://ieee-fists.orgwww.iwadc2010.diei.unipg.it

www.2011iiisconferences.org/wmsci

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

http://ecctd2011.orgwww.sdemped11.ing.unibo.it

www.cigre.it

2011

servando la possibilità di controlli speci-fici, rispetto a quella attuale: esse tende-ranno sempre più a fungere da orga-no di vigilanza sugli organismiprivati accreditati per lo svolgimentodelle verifiche sui dispositivi contemplatidalla nuova normativa metrologica.

I NUOVI CONTROLLI

Sotto il profilo sostanziale la situazio-ne non appare del tutto ribaltataper gli utenti metrici in quanto,anche prima dell’entrata in vigore dellanorma di recepimento lo strumento dimisura doveva essere assoggettato,prima della sua messa in commercio omessa in servizio, a una verifica diparte terza, condotta dall’Ufficio metricoprovinciale, affinché potesse poi esserelegittimamente utilizzato. In mancanzavi era il rischio di una sanzione di carat-tere amministrativo unitamente, se delcaso, a un’indagine di tipo penale.La situazione non ha subito cambiamen-ti radicali, fermo restando il fatto, di nontrascurabile peso, che il campo applica-tivo della metrologia legale risulta estesoa seguito dell’entrata in vigore delladisciplina prevista dalla direttiva comuni-taria, che ha incluso un numeromolto più ampio di strumenti daassoggettare alla regolamentazionecogente. Attualmente, infatti, gli strumen-ti di misura che rientrano nel campo diapplicazione della MID devono essere,come accadeva prima dell’entrata invigore del Dlgs 22/2007, assoggettati acontrollo che però (e qui sta la parte piùsostanziale del cambiamento) vieneeffettuato non più dalle CCIAAterritorialmente competenti, ben-sì da organismi notificati, ovveroda soggetti muniti di particolari caratteri-stiche e riconosciuti mediante un accre-ditamento di natura ministeriale, resopubblico a mezzo del circuito comunita-rio previsto per gli Enti abilitati a rila-

METROLOGIA

LEGALE

I nuovi soggettidella metrologia legalein ottemperanza alla direttiva MID

LE COMPETENZE DELLE CCIAA

In un precedente articolo di EdoardoPerrotta, pubblicato sul n. 2/2010 del-la rivista, sono state identificate le attua-li principali competenze delle Cameredi Commercio in materia di metrologialegale. In particolare sono stati indivi-duati i ruoli di carattere operativoe specifico che detti Enti sonochiamati a svolgere nell’ambitodella struttura di controllo e verificadisegnata dal legislatore, senza parti-colare focalizzazione sui nuovi com-piti stabiliti a seguito dell’entrata invigore del Dlgs 22/2007 di recepi-mento della direttiva MID.L’articolo di cui sopra ha suscitato l’in-teresse di Domenico Cariati (assiduo let-tore e collaboratore della Rivista findalle sue origini) il cui commento costi-tuisce lo spunto per il presente brevecontributo. Il lettore evidenzia la pro-spettiva evolutiva delle CCIAA che,nonostante conservino specifiche com-petenze operative e autorizzative, sonooggi destinate a svolgere un’atti-vità di controllo e vigilanza al-l’interno di un panorama normativopiù articolato rispetto a quanto avve-niva in precedenza. Infatti il nuovo TUin materia metrologica (non si dimen-

tichi che questo rappresenta il Dlgs22/2007!!), considera le CCIAA comeEnti deputati al controllo di altriorganismi che, secondo lo schemaindicato dalla direttiva, dovranno effet-tivamente valutare e dichiarare la con-formità degli strumenti di misura consi-derati dalla intervenuta normativa.La precisazione del lettore circa i nuovicompiti delle CCIAA porta inevitabil-mente a domandarsi, sul piano pratico,come debba oggi comportarsil’utente al fine di evitare sanzioniche, in alcuni casi, non sono limitate amere multe di carattere pecuniario mapossono addirittura prevedere il ritiro delprodotto con immaginabili conseguenzecommerciali.Attualmente, quantomeno fino all’entra-ta in vigore dei regolamenti attuativi delDlgs 22/2007, le CCIAA provincialigiocano il ruolo del protagonistanella metrologia legale. Nel nuovopanorama disegnato dal legislatore, siimporranno tuttavia, entro breve terminee, fermo restando il periodo transitoriofissato fino al 2016, nuovi soggetti,muniti di specifiche competenze e carat-terizzati da indipendenza rispetto aiterzi che saranno chiamati a valutare.Peraltro le CCIAA acquisiranno unaposizione diversa, seppure sempre con-

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A cura dell’Avv. Veronica Scotti ([email protected])

LEGAL METROLOGYThis section intends to discuss the great changes on LegalMetrology after the application of the Dlgs 22/2007, theso-called MID directive. In particular, it provides informa-tion, tips and warnings to all “metric users” in need oforganizations that can certify their metric instrumentsaccording to the Directive.

RIASSUNTOQuesta rubrica intende discutere i significativi cambiamenti in tema di Metro-logia Legale a seguito dell’entrata in vigore del Dlgs 22/2007, detto DirettivaMID. In particolare, vuole fornire utili informazioni, consigli e ammonimentiagli “utenti metrici” che si rivolgono per reperire informazioni su Enti e orga-nizzazioni notificate per la certificazione del loro prodotto/strumento secondola Direttiva. Scrivete all’Avv. Scotti o al Direttore, e verrete accontentati!

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sciare certificazioni ai sensi delle diretti-ve del nuovo approccio.All’interno di questa struttura il ruoloassunto dalle CCIAA è quello diorgano di vigilanza sul merca-to, tramite controlli sugli organismiaccreditati, nonché su verifiche direttesugli strumenti di misura stessi, al finedi garantire un andamento trasparentee corretto del settore in esame.Appare evidente la dismissione difunzioni di natura pubblicistica,non più oggi attribuite alle CCIAA ma,attraverso un riconoscimento formale delsettore privatistico, a organismi estraneialle CCIAA stesse e da queste controlla-te. Ciò ovviamente in linea generale, esalvo particolari eccezioni, come nelcaso della CCIAA di Prato e di Asti, chehanno però ottenuto lo status di orga-nismi riconosciuti nel circuito MIDe sono notificati alla UE secondo la pre-scritta procedura d’informazione.Pertanto l’utente metrico deve ora rivol-gersi a Enti specifici, diversi (fatta ecce-zione per le due CCIAA notificate di cuisopra) dalle CCIAA, nel caso in cui lostrumento di misura che intende fabbri-care, commercializzare o mettere inservizio ricada nel campo applicativodella MID, verificando preventivamentel’inclusione del soggetto “certificatore”fra quelli notificati e, in specie, accer-tando la competenza di dettoorganismo per il pertinente alle-gato alla MID. Tale competenza èappurata dalla sussistenza del ricono-scimento al rilascio del marchio CE emarcatura metrologica supplementareper lo specifico strumento di misura.In ordine ai controlli che la CCIAA èchiamata a svolgere per la verifica dellacorretta attuazione e applicazione dellanormativa in esame, si rinvia a quantoprevisto a livello nazionale nel protocol-lo d’intesa siglato tra MiSe e Unionca-mere, che prevede la predisposizione dipiani di controllo da parte della CCIAAsul territorio nazionale unitamente alladefinizione di obiettivi specifici (numerodi controlli fisici, numero di test in labo-ratorio, ….).

UN CASO PRATICO

S’intende qui, senza alcuna intenzione

di fornire un’interpretazione autentica,ovvero valida in assoluto, della norma-tiva vigente, ipotizzare il caso di unutente metrico italiano che intenda pro-durre e commercializzare in Italia unostrumento di misura compreso nell’elen-co di quelli da assoggettare ai controlliprevisti dal Dlgs. 22/2007. La primaindagine che il soggetto deve effettuareè se si tratti di strumento chepossa ancora ricadere nell’am-bito della normativa transitoria,ovvero di strumento assoggettato aomologazione per una durata indefini-ta, e quindi beneficiare della presun-zione di conformità valida fino al2016. Superato, quindi, questo pas-saggio e acclarato che lo strumento dimisura non rientra nelle eccezioni pre-viste dalla disciplina transitoria, l’utentemetrico dovrà individuare l’organi-smo notificato al quale rivolger-si per la verifica, ai fini dell’otteni-mento della marcatura CE e della mar-catura metrologica supplementare.La strada da seguire sembra pertantochiaramente definita, se tale organismoesiste in Italia. Nell’ipotesi, tutt’altro cheremota, in cui non vi sia nel pano-rama nazionale alcun organi-smo notificato per la verifica ditale strumento, quale deve essere lacondotta dell’utente metrico? Ai sensidella normativa nazionale, secondoquanto stabilito all’Art. 9 del decreto22/2007, l’unica soluzione percorribi-le sembrerebbe quella di doversirapportare necessariamente alleCCIAA competenti o allo stessoMiSe per ottenere la certificazionedello strumento. Ciò in quanto è previ-sto l’obbligo di rivolgersi a orga-nismi notificati che siano stati rico-nosciuti dal Ministero e, pertanto, si sta-bilisce implicitamente che gli uniciriferimenti validi sono quellidello Stato ove sono prodotti glistrumenti stessi. Infatti, stante il teno-re letterale del decreto, che non menzio-na in maniera espressa e diretta (tranneche nel titolo del decreto e nello scopodell’atto normativo, volto al recepimentodella MID) la direttiva 2004/22/CE, néalla stessa fa rinvio per colmare even-tuali lacune normative nazionali, la pos-sibilità di rivolgersi a organismi notifi-cati di altri Paesi UE sembrerebbe

preclusa all’utente metrico chenon trovi, all’interno del proprio Stato,un Ente riconosciuto competente per laverifica e la marcatura.Il decreto, mediante una specificazionedella documentazione tecnica relativaallo strumento di misura, ripresa pedis-sequamente dalla direttiva, consenteil ricorso a organismi di altriStati membri UE per l’apposizionedella marcatura così recitando testual-mente: “I documenti relativi alla accer-tata valutazione di conformità sonoredatti nella lingua o nelle lingue uffi-ciali dello Stato membro in cui è stabili-to l’organismo notificato che eseguetale valutazione di conformità, o in unalingua accettata da tale organismo”.Inoltre, al riguardo soccorrono gli obiet-tivi perseguiti dalla direttiva MIDe dalle direttive Nuovo Approccioin genere: tali strumenti normativi sonostati adottati dalla UE, fin dal 1985, alfine di evitare ostacoli alla libera circola-zione delle merci all’interno della Comu-nità con l’intento di creare un quadroarmonizzato e omogeneo caratterizzatodalla presenza di norme tecniche comunie di mutui riconoscimenti di normativenazionali. Tale argomentazione, unita-mente al fatto che si tratta di una diretti-va europea, consente, ad avviso dellascrivente, di superare l’eventualevuoto normativo nazionale datodalla mancanza di decreti attuatividel Dlgs. 22/2007 e dall’assenza diorganismi notificati per la direttiva2004/22/CE; in tal modo il fabbricanteche non rinvenga alcun organismonazionale notificato dal MiSe per il pro-prio strumento, potrà fare effettuare lenecessarie verifiche e fare apporre lamarcatura CE e metrologica da qualun-que altro Ente, purché notificato da unPaese membro. L’apposizione della mar-catura (avvenuta tramite organismonazionale sia estero purché notificato)non esenta il fabbricante daeventuali controlli disposti a cam-pione dalle CCIAA nell’esercizio dellefunzioni di vigilanza a queste ultime attri-buite dal decreto, con il conseguente (sta-tisticamente poco probabile) assoggetta-mento a ulteriori verifiche ed eventualicontestazioni, disposte attraverso l’in-tervento diretto del MiSe, circa la confor-mità dello strumento ai requisiti previsti.

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METROLOGIALEGALE

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Sugli Audit relativi ad aspetti metrologiciRubrica a cura di Giorgio Miglio*M

ETROLO

GIA

PER

CAPILLA

RIT

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DOMANDA

Nella PMI di cui sono giovanedipendente mi è stata offerta la pos-sibilità di interessarmi di qualità ela cosa mi gratifica. Ho già fre-quentato un corso in cui sono statidescritti i requisiti della norma UNIEN ISO 9001:2008 e, in affianca-mento, ho già partecipato a unaudit interno (o di parte prima) ese-

te condivisibile e questa sua percezio-ne del rischio gioca pienamente afavore della sua coscienza professio-nale. L’orientamento più recente dellaqualità è verso la soddisfazione delcliente e il rispetto delle norme cogen-ti: eppure la stragrande maggioranzadegli auditor non si addentra più ditanto nelle problematiche connessealla gestione metrologica aziendale,già per lo più inglobata e oscurata daprogrammi informatici più o menorispondenti ai requisiti delle normeapplicabili.Ed è sorprendente come, proprioladdove la normativa chiede di tra-sformare i requisiti di misurazione“espressi dal cliente” in requisitimetrologici e di confermare le appa-recchiature per misurazione (nelsenso del dare l’evidenza che le lorocaratteristiche siano in grado di sod-disfarli), l’audit si alleggerisca oaddirittura si fermi. Questa prassipurtroppo procura un danno non tra-scurabile alle aziende che, per effet-to di una progressiva riduzione deicosti (fra cui quelli dedicati alla for-mazione metrologica), per lo piùtendono a correggere e a migliorareil proprio sistema qualità solo a fron-te delle non conformità rilevate infase di audit.Le difficoltà ad attuare o a valutareun processo di “conferma metrologi-ca” sono imputabili alla insufficienteconoscenza del ruolo che le variecaratteristiche metrologiche dellastrumentazione hanno nelle decisionid’idoneità al suo uso (campi di misu-ra, di sicurezza, di magazzino,soglie di sensibilità, risoluzione, erro-re massimo ammesso, isteresi,derive, incertezze accumulate, ecc.):

METROLOGY FOR EVERYONEThis section is open to questions and curiosity by all themeasurement operators, both in industry and in cali-bration analysis and test laboratories, who do not havethe time to search for answers in the Standards. Thesection gives answers and tips in a simple language,yet complete and worth adequate reference to rigorousmetrological criteria.

RIASSUNTOQuesta rubrica è aperta alle domande e ai dubbi formulati da chi sioccupa di processi di misurazione o di affidabilità e qualità delle misu-re sia in azienda sia nei laboratori di taratura, di prova o d’analisi e chenon ha il tempo o l’opportunità di cercare spiegazioni nella normativa.La rubrica offre risposte e delucidazioni con un linguaggio che può pec-care di eccessiva semplicità, ma non di disallineamento dai criteri metro-logici ortodossi.

* Consulente di [email protected]

guito dal nostro consulente per laqualità. Tenendo presente che lamia esperienza di base è tecnica eriferita prevalentemente ad attivitàdi collaudo/controllo, mi ha sorpre-so che l’auditor (pur dato per esper-to) abbia sorvolato su taluni aspettiinerenti la strumentazione di misurae la relativa gestione, che avreiinvece ritenuto importanti dal puntodi vista dei rischi che l’azienda si

assume circa le decisionidi conformità o di nonconformità delle caratteri-stiche dei pezzi alle spe-cifiche del cliente.Chiedo: quale dovrebbeessere il livello di appro-fondimento di un auditsugli aspetti metrologici diun sistema qualità azienda-le?

RISPOSTA

La sua perplessità sulla con-duzione dell’audit da partedel consulente è pienamen-

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METROLOGIAPER CAPILLARITÀ

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l’attenzione si è storicamente con-centrata sul processo di taratura, cheè però solo un sottoassieme di quellodi conferma metrologica. Inoltre irisultati del processo di taratura ven-gono, di prassi, confrontati con i limi-ti dichiarati dal costruttore dell’appa-recchiatura, ma ciò non comportache l’apparecchiatura risponda auto-maticamente anche ai requisiti del-l’impiego cui è destinata.È chiaro quindi che la sua perplessi-tà è sacrosanta: l’audit deve arriva-re a verificare in dettaglio come lecaratteristiche metrologiche delleapparecchiature (CMA) abbianosoddisfatto i requisiti metrologici delcliente (RMC) e se ne abbia l’evi-denza. Tale verifica, come tipica-mente avviene per l’attività di audit,va esercitata a campionamento sce-gliendo una normale linea di pro-dotto o una fornitura critica.

RIFERIMENTI A NORME E GUIDE

Indicazioni sulle modalità di condu-zione degli audit sono riportati nellanorma UNI EN ISO 19011:2003“Linee guida per gli audit dei sistemidi gestione per la qualità e/o digestione ambientale”. Per quan-to riguarda invece l’oggetto del-l’audit, nella fattispecie delladomanda del lettore, vale la norma UNI EN ISO10012:2004 “Sistemi digestione della misurazione.Requisiti per i processi e leapparecchiature di misura-zione”, cui rinvia il paragra-fo 7.6 della UNI EN ISO9001:2008 “Tenuta sottocontrollo delle apparecchia-ture per il monitoraggio e lamisurazione”. Naturalmenterimangono solidi riferimenti la UNI

CEI EN ISO/IEC 17025:2005 e, perle decisioni di conformità o non con-formità a specifiche, la UNI EN ISO

14253 - 1:2001.

I bozzetti di questa rubrica sono statirealizzati dall’arch. Tullio Tola

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[email protected]@unifi.it

Marcantonio Catelani

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

Si è svolto a Gaeta (LT), dal 13 al 15 set-tembre, il congresso annuale 2010 del-l’Associazione GMEE nella splendidacornice dell’Hotel Summit. Il convegno èstato l’occasione per i ricercatori GMEEdi confrontarsi su temi di ricerca e dipolitica universitaria e nazionale nel-l’ambito delle misure e della metrologia.L’organizzazione del congresso – curataquest’anno dalla sede del GMEE esi-stente presso l’Università degli Studi diCassino – ha predisposto un programmaincentrato sulle relazioni presentate dairesponsabili di alcune delle 9 linee diricerca del GMEE, su presentazioni oraliad invito, su poster predisposti dalleUnità del GMEE e su dibattiti animati siadurante le presentazioni scientifiche, siadurante la terza giornata del congresso,tradizionalmente dedicata alla questioniorganizzative e di ricerca dell’Associa-zione. L’edizione di quest’anno del con-gresso è stata anche caratterizzata dal-l’elezione del nuovo Presidente e delnuovo Segretario dell’Associazione.A valle dei saluti del Magnifico Rettoredell’Università degli Studi di Cassino,Prof. Attaianese, il congresso è conti-nuato con la presentazione del Presi-dente, Prof. Franco Ferraris, del Politec-nico di Torino, che ha comunicato comesiano 148 i temi di ricerca trattati dai350 ricercatori che lavorano presso 35sedi di Ricerca. Il Presidente ha poi notato come siano

in crescita le attività di ricerca congiun-te fra più sedi. Ha poi proceduto allasintesi delle attività svolte dai ricercatoridel gruppo nelle 9 linee di ricerca.Il primo tema considerato era quelladell’area “metrologia”, coordinato daAndrea Ferrero. In quest’area sono per-venuti 6 lavori presentati dai 18 ricer-catori coinvolti, a loro volta distribuiti in5 Unità di Ricerca. L’attività di ricercaselezionata per la presentazione oraleha riguardato l’incertezza in algoritmiper la visione stereo, sviluppata dall’U-nità di Salerno.Alla linea di ricerca sui Metodi di Misu-ra afferiscono invece le 11 schede per-venute al coordinatore da ClaudioNarduzzi. Ammontano a 46 i ricerca-tori coinvolti in questa attività e sonodistribuiti in 9 sedi di ricerca. La pre-sentazione orale sul tema è stata effet-tuata dall’Unità di Napoli “Federico II”su un nuovo metodo basato su un si-stema multisensore per il tracciamentodi bersagli mobili attraverso i muri.La presentazione del Presidente si è poisoffermata sugli argomenti relativi allalinea di ricerca coordinata da Consolati-na Liguori e relativa alla Strumentazionedi Misura. Sono 44 i ricercatori coinvoltinelle attività di questa linea per un totaledi 10 temi di ricerca. L’Unità di Siena èstata protagonista della presentazioneorale dal titolo “Sistema per la misura delcampo elettrico atmosferico”.

GMEE - Il Congresso del GruppoGaeta, 13-15 settembre 2010

THE ITALIAN UNIVERSITY ASSOCIATIONS FOR MEASUREMENTThis section groups all the relevant information from the main University asso-ciations in Measurement Science and Technology: GMEE (Electrical and Elec-tronic Measurement), GMMT (Mechanical and Thermal Measurements),AUTEC (Cartography and Topography), and Nuclear Measurements.

RIASSUNTOQuesta rubrica riassume i contributi e le notizie che provengono dalle mag-giori Associazioni Universitarie che si occupano di scienza e tecnologia dellemisure: il GMEE (Associazione Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche), ilGMMT (Gruppo Misure Meccaniche e Termiche), l’AUTEC (Associazione Uni-versitari di Topografia e Cartografia) e il Gruppo di Misure Nucleari.

PREMIO “NICOLA CHIARI”PER LA MIGLIORE

APPLICAZIONE DI MISURAE AUTOMAZIONE 2010: 2° POSTO PER Q-TECH

L’articolo “Sistemi optoelettroniciper portali multifunzione ferroviari”redatto da Q-Tech srl, socio soste-nitore del GMEE, ha ottenuto ilsecondo premio nell’ambito dellaprestigiosa competizione intitolataa Nicola Chiari e promossa daNational Instruments Italia. La con-segna della targa e del premio èavvenuta a Roma il 24 febbraio2010 nel corso dell’evento NIDays2010 – Forum Tecnologico sullaProgettazione Grafica di Sistemi.L’articolo, selezionato da una com-missione tecnica, è disponibile onlinesul sito di National Instruments; è statoinoltre pubblicato sulla raccolta carta-cea distribuita durante NIDays 2010.

La linea sui sensori e sistemi di trasdu-zione coordinata da Vittorio Ferrari èrisultata quella più popolata da contri-buti di ricerca: sono ben 94 i ricercato-ri coinvolti nelle 11 sedi, per un totale

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di 32 contributi scientifici. Molti e diinteresse i temi trattati che hanno moti-vato la selezione di 3 contributi per lapresentazione orale: l’Unità di Modenae Reggio Emilia ha presentato un sen-sore wireless per il monitoraggio remo-to di particelle alfa. L’Unità di Bresciaha presentato un sensore di flussomicrolavorato con interfaccia elettroni-ca, mentre l’Unità di Catania ha illu-strato i risultati di ricerca relativi a unviscosimetro basato su trasduttori ipmc.La successiva linea di ricerca descrittadal Presidente è stata quella delle misu-re e metodi per la qualità e la gestionedei processi, coordinata da Paolo Car-bone. A questa linea sono pervenute 7proposte di temi di ricerca per un totaledi 24 ricercatori coinvolti in 4 sedi diricerca. La presentazione orale è stataeffettuata dall’Unità di Milano sul temadelle tecniche di diagnosi basate sull’a-nalisi della firma elettrica. L’area di ri-cerca relativa alle misure per la caratte-rizzazione di componenti e sistemi,coordinata da Gregorio Andria, havisto la sottomissione di 16 articoliscientifici per un totale di 58 ricercatoricoinvolti. La presentazione orale, a cu-ra della sede di Bologna, ha riguarda-to un banco di misura in regime oscil-lante per l’analisi della conversione nonlineare del rumore in bassa frequenzain dispositivi elettronici a microonde.La presentazione del Presidente è poiproseguita con la descrizione delleattività di ricerca effettuate nell’ambitodelle tre linee di ricerca applicative:misure per la società dell’informazio-ne, misure per l’industria e misure perl’uomo e per l’ambiente. Per quanto ri-guarda la prima linea di ricerca, coor-dinata da Leopoldo Angrisani, sonostati 13 i temi di ricerca trattati con 33ricercatori coinvolti in 6 sedi. La pre-sentazione orale è stata effettuata dal-l’Unità di Cosenza sul tema della ridu-zione del ritardo di sincronizzazionedi strumenti di misura connessi tramiteinterfaccia hardware al nodo del si-stema di misura distribuito. La secon-da linea applicativa coordinata daGabriele D’Antona è quella delle mi-sure per l’industria. Alla linea sonopervenuti 33 contributi per un totaledi 90 ricercatori coinvolti nelle 18 se-di. Le 3 presentazioni orali sono state

effettuate da parte dell’Unità di Ricer-ca ERSE con una tecnica spettroscopi-ca IR per la determinazione della tem-peratura dei gas in ingresso alla tur-bina negli impianti turbogas e da

parte dell’Unità di Brescia sul temadella valutazione sperimentale di solu-zione per la sincronizzazione di siste-mi di automazione di sottostazionielettriche. Un’ultima presentazione

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

Il Seminario di Eccellenza intitolato a Italo Gorini, professore di Misure Elet-troniche del Politecnico di Torino scomparso nel 1993, è giunto quest’annoall’undicesima edizione. La Scuola di Dottorato è dedicata ai giovani ricer-catori operanti nel vasto e trasversale settore delle misure, che comprendesia le misure elettriche che meccaniche con applicazioni sia nel campodello sviluppo scientifico che in quello industriale. Il Seminario di Eccel-lenza si è svolto a Pistoia, nei locali della sede centrale della Provincia diPistoia, dal 30 agosto al 3 settembre, con il patrocinio della Provincia diPistoia, insieme all’Università di Firenze. Il Seminario di Eccellenza, checonsiste in una vera e propria Scuola organizzata su cicli triennali, ha rice-vuto il fondamentale contributo della Fondazione Caripit, che insieme aquello di Agilent Technologies, l’azienda multinazionale operante nel set-tore misure e prove, hanno reso possibile la sua realizzazione. Quarantanove i partecipanti provenienti da tutta Italia, fra questi quarantatredottorandi operanti nel campo della ricerca scientifica e sei ricercatori prove-nienti dal ramo industriale. Dodici i docenti provenienti dall’Università, dagliIstituti di Ricerca e dall’Industria, che hanno effettuato le presentazioni riparti-te su tre tematiche fondamentali: Metodi di Misura, Strumentazione di Misurae Misure per l’Uomo e per l’Ambiente. Questi i numeri dell’edizione pistoiese,organizzata dall’associazione Italiana Gruppo Misure Elettriche ed Elettroni-che in collaborazione con il Gruppo Misure Meccaniche e Termiche, con Diret-tori, 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 infat-ti sono state affrontate insieme sia tematiche elettriche che meccaniche, inseguito all’accorpamento richiesto dal MIUR relativamente a questi ambitidisciplinari.Il programma tecnico è stato arricchito da una visita presso lo stabilimentoAnsaldo-Breda e da un programma turistico con le visite guidate della Piaz-za del Duomo, di Pistoia sotterranea e l’ascensione del campanile dellaCattedrale di San Zeno.Il prossimo anno il seminario si svolgerà a Siena, concludendo così il terzoanno del quarto ciclo di incontri.

Paolo Carbone, [email protected]

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orale in questa linea di ricerca è stataeffettuata dall’Unità di Padova ed eraintitolata “Caratterizzazione speri-mentale della robustezza alle interfe-renza di sistemi RFID UHF”. L’ultima linea della quale il Presidenteha effettuato una descrizione di sinte-si è stata quella relativa alle misureper l’uomo e per l’ambiente. Allalinea, coordinata da Domenico Gri-maldi, sono arrivati 18 articoli scienti-fici da 17 Unità di ricerca. La presen-tazione orale è stata effettuata da col-leghi del Politecnico di Torino sul temadei sistemi di misura per la conserva-zione ed il controllo dei beni culturali.L’Associazione supporta anche le atti-vità di ricerca in una linea dedicataalla ricerca per la didattica. Il Presi-dente ha informato sul fatto che un so-lo contributo è arrivato a questa lineadi ricerca, coordinata da Carlo Mu-scas, dall’Unità di Catania. Il congresso è poi proseguito con un ap-profondimento delle attività scientifichecondotte da membri dell’Associazionenell’ambito di tre delle nove linee pre-sentate: metodi di misura, strumentazio-ne di misura e misure per l’uomo e perl’ambiente.Claudio Narduzzi, Consolatina Liguorie Domenico Grimaldi hanno presentatoi risultati conseguiti dall’Associazione ehanno illustrato le prospettive future

delle aree da loro coordinate. Il conve-gno ha avuto come seguito le presenta-zioni orali delle memorie selezionate.Questa parte del congresso rappresen-ta sempre un momento centrale e digrande interesse per tutti i partecipanti,che si sono più volte confrontati sui con-tenuti dei temi presentati dai relatori.Come è ormai tradizione di questiincontri, c’è stata la presentazione delleattività di ricerca condotte dai vincitoridel Premio di dottorato intitolato al Prof.Carlo Offelli e della borsa di studio perla permanenza in un Istituto di ricercaestero. Luca Oberto e Fabrizio Ciancet-ta sono stati i due rispettivi relatori. Il po-meriggio del 14/9 è stato occupato dadue momenti di grande interesse: unarelazione dei Vigili del Fuoco di Frosi-none e Cassino sul tema delle misureper la sicurezza e le presentazioni delleattività di sviluppo da parte dei costrut-tori della strumentazione di misura. Gliinterventi di Agilent Technologies, diDistek Strumenti e Misure/Fluke, diLeCroy e di RS Components si sono tuttidistinti per contributi interessanti e inno-vativi. Lo stato dell’arte.in questo settoreè in continua evoluzione e i ricercatoriche si trovano a dovere considerare an-che vincoli di mercato, contribuiscono inmodo significativo a mostrare punti divista complementari a quelli normalmen-te esercitati da chi lavora in sedi univer-

sitarie. La giornata di lavoro si è conclu-sa con la tavola rotonda e la condivisio-ne dei risultati presentati attraverso iposter da tutte le sedi. La cena sociale siè rivelata il momento in cui l’aspetto disocializzazione è prevalso rispetto aquello professionale e si è svolta nellamagnifica cornice dell’Hotel VillaggioAeneas Landing, a Gaeta.

La tavola rotondaUn momento di importante condivisio-ne è stato quello della tavola rotondasul tema dell’accorpamento dei settoriscientifico-disciplinari. Lo scorso anno susollecitazione ministeriale il CUN avevaproposto l’accorpamento dei dei settoriscientifico-discplinari di “Misure elettri-che ed elettroniche” e di “Misure mec-caniche e termiche”. L’iniziale enfasi si èraffreddata. A distanza di un anno i duesettori non sono stati accorpati ma ladiscussione sul tema ha comunque con-tinuato un proprio percorso.La tavola rotonda alla quale hanno par-tecipato Paolo Cappa, Alessandro Fer-rero, Michele Gasparetto, CarmineLandi, Enrico Lorenzini e Carlo Muscasè stata l’occasione per discutere di untema che sostanzialmente è gradito aentrambi i raggruppamenti. I due setto-ri condividono infatti molti aspetti relati-vi alla didattica e alla ricerca e – indi-pendentemente dalle decisioni politichenazionali – guardano con interesse allapossibilità di riunire i due raggruppa-menti. Tutti i relatori della tavola roton-da hanno sottolineato questo aspettopur nelle relative diversità di opinioni.

L’assemblea dei ricercatoriCome è tradizione, la terza mattina delcongresso è dedicata alle questioni or-ganizzative dell’Associazione. Anchequest’anno quindi ha avuto luogo il 15mattina l’Assemblea dei soci. L’ordinedel giorno è sempre molto nutrito conquestioni che richiedono l’opinione e ledecisioni di tutti i soci. Quest’anno inparticolare c’è stato il cambio al verticedella Presidenza: il mandato di FrancoFerraris è terminato ed è stato eletto Pre-sidente all’unanimità Giovanni Betta,dell’Università degli Studi di Cassino.Contestualmente, per la carica di segre-tario, è stato eletto Dario Petri dell’Uni-versità degli Studi di Trento.

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I.N.Ri.M. contribuisce al tempo di Galileo

Patrizia Tavella

Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica(I.N.Ri.M.) [email protected]

mente codificati, che provengono daisatelliti. La Fig. 1 riporta uno schemasemplificato del principio alla basedella navigazione sferica. Ogni satelliteinvia un segnale che contiene diverseinformazioni, tra cui la posizione delsatellite e l’ora cui il segnale è partito.A Terra un ricevitore misura l’ora di arri-vo del segnale e dalla differenza tral’ora di partenza e di arrivo si risale altempo di volo del segnale stesso e quin-di alla distanza tra satellite e ricevitore,moltiplicando per la velocità della luceche è la velocità a cui viaggiano isegnali elettromagnetici. Conoscendola posizione del satellite e la distanzada questo, sappiamo che il nostro rice-vitore si trova su una sfera con centro ilsatellite e raggio pari alla distanzamisurata. Non conosciamo ancora lanostra posizione, sappiamo solo di es-sere sulla superficie di una certa sfera.Captando e misurando però i segnaliprovenienti da un secondo, da un terzoe da un quarto satellite possiamo ripe-tere lo stesso esercizio e la stima dellaposizione sarà data dall’intersezione diquelle sfere.

I.N.Ri.M. CONTRIBUTES TO THE TIME OF THE EUROPEAN SATELLITE NAVIGATION SYSTEM GALILEOThe European Satellite navigation system Galileo will soon enter in the opera-tional phase with the launch of the first 4 satellites which will allow the valida-tion of the entire system. The heart of any navigation system are the clocks, asestimating position means measuring the time of flight of satellite signals and the-refore good clocks are fundamental ingredients. But this is not enough, theclocks are to be very precise, synchronized, giving the correct time and anymalfunctioning has to be detected immediately. Who can provide this expert-ise? The European national metrology institutes have been heavily involved andI.N.Ri.M. in the last 10 years received about 20 research contracts to developand test the Galileo synchronization system, time scale generation, validation ofonboard clocks and for the development of space atomic clock for the next satel-lite generation. Today the European Space Agency asks I.N.Ri.M. to developand operate a new Galileo Time Validation Facility that must be ready next yearwhen the first satellite will be launched, and I.N.Ri.M. will validate the behaviorof the space- and ground clocks and will contribute to the synchronization of theGalileo System Time to the international Coordinated Universal Time.

RIASSUNTOIl sistema di navigazione satellitare europeo Galileo sta per entrare nellafase operativa. Nel 2011/2012 saranno lanciati i primi 4 satelliti che per-metteranno di verificare la funzionalità del sistema. Il cuore di un sistema dinavigazione satellitare è rappresentato dagli orologi: stimare correttamen-te la propria posizione significa infatti misurare in quanto tempo il segnaledal satellite arriva al nostro ricevitore a terra e quello che conta, tra le altrecose, è avere buoni orologi. Ma non basta, gli orologi del sistema devonoessere molto precisi, segnare l’ora giusta, essere sincronizzati tra loro, e sideve saper identificare immediatamente un loro malfunzionamento.Dove si possono trovare queste competenze? Gli istituti come l’I.N.Ri.M. diTorino, che per missione si occupano di metrologia del tempo, sono da annicoinvolti nello sviluppo dei sistemi di navigazione. Negli ultimi 10 anniI.N.Ri.M. ha partecipato a 20 progetti dell’Agenzia Spaziale Europea edella Commissione Europea per la definizione e sperimentazione del siste-ma di sincronizzazione di Galileo, per la caratterizzazione degli orologi abordo dei satelliti, dei ricevitori a terra e per lo sviluppo di nuovi orologiatomici per la prossima generazione dei satelliti Galileo.Oggi l’Agenzia Spaziale Europea chiede all’I.N.Ri.M. di progettare e rea-lizzare una nuova struttura, la “Galileo Time Validation Facility” che almomento del lancio dei satelliti dovrà essere pronta sia per verificare il com-portamento degli orologi a bordo dei satelliti (4 per satellite) e installatinelle stazioni a terra, sia per mantenere l’ora di riferimento di Galileo moltovicina all’ora esatta internazionale, Coordinated Universal Time.

La metrologia del tempo nel sistema di navigazione satellitare europeo

LA MODERNA NAVIGAZIONE SATELLITARE

Nei moderni sistemi di navigazione

satellitare la metrologia del tempogioca un ruolo chiave poiché la stimadella posizione è effettuata misurando iltempo di volo di segnali, opportuna-

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

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Il gioco sembra facile, in realtà più cheun solo punto d’intersezione si determi-na una regione in cui le sfere s’interse-cano e in cui possiamo stimare lanostra posizione con un’incertezza chedipende da diversi fattori tra cui la qua-lità degli orologi e delle misure ditempo, del ricevitore, della distorsionedel segnale dovuta all’attraversamentodell’atmosfera, i cammini multipli. Inol-tre, per evitare di dover viaggiare conun ricevitore connesso a un orologioatomico, si misura un satellite in più esi stima nella soluzione globale anchelo scarto dell’orologio locale. A parte ivari dettagli tecnici si capisce come siafondamentale che il sistema di naviga-zione sappia garantire alcuni aspettiche sono strettamente legati alla metro-logia del tempo:1. Gli orologi devono essere di otti-

ma qualità perché tanto si sbagliaa misurare il tempo di volo, tantosi sbaglia a stimare la posizione.Infatti poiché la velocità della luceè un numero molto grande (circa3×108 m/s), un errore di un micro-secondo (10-6 s) sulla misura ditempo diventa un errore di almeno300 m sulla valutazione della posi-zione.

2. Gli orologi del sistema, sia a Terrasia a bordo, devono essere tutti sin-cronizzati tra loro per la coerenzadel sistema. Questo richiede che siadefinita una “ora di riferimento” pertutto il sistema a cui gli orologi sonosincronizzati. L’ora di riferimento delsistema è poi mantenuta in strettoaccordo con l’ora di riferimentointernazionale che è chiamataCoordinated Universal Time (UTC)ed è calcolata e distribuita dalBureau Internazionale des Poids etMesures di Sèvres (Parigi).

3. Una volta a bordo gli orologi devo-no essere continuamente misurati econtrollati sia per conoscere lo scar-to rispetto all’ora di riferimento, siaper verificare il loro corretto com-portamento. Inoltre non sempre isatelliti sono visibili e misurabili daterra, e il passaggio sopra la stazio-ne che invia nuove correzioni alsatellite può avvenire solo alcunevolte al giorno, quindi è anchenecessario saper “predire” l’anda-

mento degli orologi per inviare all’u-tente in tempo reale un’informazio-ne sempre accurata.

La Fig. 2 illustra lo schema di un siste-ma di navigazione mostrando comenel segmento di spazio (i satelliti), diterra (le stazioni di monitoring e con-trollo), di utenza e per il collegamentocon l’ora esatta internazionale, gliorologi e la metrologia del tempo sia-no fondamentali.

chitettura previsti per Galileo. In quelcontesto il laboratorio di tempo del-l’I.N.Ri.M. (allora IEN) svolse il ruolodi Experimental Precise Timing Station(E-PTS) generando con i propri orolo-gi e sistemi di misura una scala ditempo sperimentale per il sistema Ga-lileo, e tenendola in stretto accordocon UTC internazionale. La strutturadel laboratorio usata in tale esperi-mento è rappresentata in Fig. 3.

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Figura 2 – Nel segmento spaziale e terrestre,così come nella connessione alla comunitàmetrologica internazionale, gli orologi, le

scale di tempo e i metodi di sincronizzazionee confronto sono fondamentali in un sistema di navigazione

Tutte queste attività sono le stesse di cuici si occupa negli istituti primari dimetrologia. Le situazioni possono esse-re diverse: laboratori e non satelliti,misure continue e non saltuarie, manella sostanza le attività sono moltosimili. Per questo, da quando in Europasi è cominciato a pensare a un sistemasatellitare europeo di navigazione, si èandati alla ricerca di competenze spe-cialistiche negli istituti di metrologia.

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

Negli ultimi dieci anni il gruppo che sioccupa in I.N.Ri.M. di scale di tempoe algoritmi è coinvolto nella definizio-ne del sistema europeo Galileo, dap-prima nella fase di studio e propostae poi, man mano, nelle diverse fasisperimentali. Nel 2003-2004 si feceun primo esperimento denominatoGalileo System Test Bed version 1 incui, usando i satelliti del sistema ame-ricano GPS, si verificò la struttura diterra del sistema Galileo allestendo uncentro di controllo, di monitoring e diverifica basato sugli algoritmi e l’ar-

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 uncontesto operativo il cui scopo era lagestione automatica del laboratoriocon la generazione e il controllo dellascala di tempo sperimentale di Galileo,limitando al minimo l’intervento deglioperatori, ci si è resi conto che per unsistema di navigazione è più importan-te la robustezza della massima accura-tezza, diversamente da come siamoabituati nei laboratori di ricerca. Quin-di, diversamente da come siamo abi-tuati in I.N.Ri.M., si è cominciato alavorare alla ricerca di algoritmi e solu-zioni sperimentali che tendano a garan-tire un funzionamento continuo e inte-gro, resistendo alle inevitabili anomaliee malfunzionamenti che si verificano inogni situazione reale.Nel 2006, l’Agenzia Spaziale Euro-pea ha intrapreso la seconda fasesperimentale lanciando due satellitisperimentali, GIOVE A e GIOVE B,con a bordo i primi orologi atomicisviluppati in Europa per Galileo, econ a terra una struttura di prova evalidazione dei satelliti, segnali e rice-vitori. I.N.Ri.M. è ancora coinvolto siaospitando un ricevitore sperimentaleconnesso a un maser all’idrogeno,

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che fa da orologio di riferimento perl’esperimento (Fig. 4), sia elaborandole misure degli orologi di bordo percaratterizzarne il comportamento estimando le prestazioni di stabilità eaccuratezza che possono garantire.

Nell’ambito di questa seconda fasesperimentale denominata GIOVE (Gali-leo In Orbit Validation Element) Mis-sion, I.N.Ri.M. ha sviluppato diversisistemi sia per valutare le misure effet-tuate dal ricevitore sperimentale, talvol-ta oscurate da segnali d’interferenza oinfluenzate da altri fattori esterni, siaper caratterizzare gli orologi di bordo,le cui misure sono condizionate dalrumore del sistema di misura e spessoaffette da outliers o dati mancanti.Un esempio delle attività di verifica èriportato nella Fig. 5 in cui è rappre-sentato lo scarto misurato tra due orolo-gi a terra, due maser all’idrogeno, man-tenuti rispettivamente all’I.N.Ri.M. e aWashington DC presso il Naval Obser-vatory degli Stati Uniti d’America(USNO). Tali orologi sono confrontatinell’ambito dell’attività istituzionaleI.N.Ri.M. con un metodo detto PrecisePoint Positioning che si basa sulle misu-re del sistema GPS elaborate con un

sofisticato algoritmo matematico (curvarosa in Fig. 5). Analogamente, poichétali orologi fanno anche parte della retesperimentale Galileo, con le misure deiricevitori sperimentali e un altro oppor-tuno algoritmo del sistema Galileo èpossibile stimare lo scarto tra gli stessidue orologi (curva blu nella Fig. 5).Come si può vedere per due orologi acirca 7 000 km di distanza la possibili-tà di stimarne lo scarto con un accordoentro poche centinaia di picosecondi è,per le tecnologie disponibili oggi, sor-prendente e di estremo interesse per lavalidazione degli algoritmi Galileo.Un’altra attività in corso consiste nelsaper individuare molto rapidamentecomportamenti anomali negli orologi.Il sistema Galileo vuole offrire agliutenti un servizio d’integrità che signi-fica informare l’utente quasi in temporeale di possibili malfunzionamenti diun qualche satellite. A tal fine occorreche il sistema sappia elaborare le

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Figura 4 – Il ricevitore sperimentale di Galileo collocato nel laboratorio di radionavigazione

dell’I.N.Ri.M. e collegato a un maser all’idrogenocome orologio di riferimento

misure e identificare eventuali proble-mi in tempi molto rapidi, dell’ordinedei secondi, in modo da poter infor-mare l’utente prima che utilizzi ilsegnale affetto da anomalia per un po-sizionamento critico, come ad esem-pio l’atterraggio di un aereo. Al-l’I.N.Ri.M. in collaborazione con il Po-litecnico di Torino sono in corso di svi-luppo diversi algoritmi di rilevazionerapida che sono sperimentati sui se-gnali Galileo. Uno di questi algoritmisi chiama Varianza di Allan Dinamicaed è un’estensione di una grandezzastatistica molto nota nel settore dettaVarianza di Allan (denominata grazieal suo propositore Dave Allan delNational Institute for Standards andTechnology in USA). Tale grandezzapermette di stimare e identificare iltipo e il livello di rumore presente sulsegnale di un orologio in base a uncerto parametro t di osservazione checorrisponde al tempo su cui si stima ilvalore medio della frequenza.Grafici bidimensionali che riportanola varianza di Allan al variare delparametro t sono molto utilizzati daimetrologi e indicano immediatamentela qualità dell’orologio. L’idea propo-sta è di stimare la Varianza di Allansu una finestra di dati che man manoscorre verso dati più recenti, in mododa avere una rappresentazione “dina-mica” di tale grandezza e da poterneverificare la stazionarietà. Se l’orolo-gio non presenta anomalie, ha infattiun comportamento stazionario checonduce a una varianza di Allan sem-pre dello stesso tipo e dello stessolivello. Un’anomalia, cioè una varia-zione rapida delle caratteristiche del-l’orologio, risulta invece in una varia-zione della varianza di Allan neltempo. Un esempio è riportato nellaFig. 6.

Dall’analisi di queste valutazioni èpossibile identificare comportamentianomali. È tuttora in corso una fase dicompleta caratterizzazione di questialgoritmi di rivelazione perché quan-do l’anomalia è piccola, simile allefluttuazioni statistiche osservate, di-venta difficile discriminarla dai falsiallarmi e il sistema Galileo non puòpermettersi di mettere fuori uso un sa-tellite il cui orologio è dichiarato, erro-neamente, in anomalia.I.N.Ri.M. ha partecipato anche allosviluppo di un prototipo di GalileoTime Service Provider che dovrà esse-re una struttura esterna al sistemaGalileo, composta da istituti metrolo-gici, allo scopo di fornire al centro dicontrollo le correzioni necessarie perla scala di tempo di Galileo affinchérimanga strettamente sincronizzata altempo internazionale UTC [5].

SCENARI FUTURI

Da qualche mese I.N.Ri.M. è statoincaricato dall’Agenzia Spaziale Eu-ropea di costruire presso i propri la-boratori una Time Validation Facility(TVF) da utilizzare nei prossimi dueanni quando saranno lanciati i primi4 satelliti del sistema definitivo e sarànecessario verificare che il comporta-mento di tutto il sistema, e in partico-lare degli orologi, sia conforme ai re-quisiti. All’I.N.Ri.M. si è iniziato alavorare (in Fig. 7 il gruppo coinvolto)da una parte per allestire i sistemi dicontrollo e monitoring degli orologidel sistema, dall’altra per svilupparealgoritmi e strutture di misura idonee,anche in collaborazione con altri la-boratori europei. La TVF dovrà anchesvolgere temporaneamente la funzio-ne di Time Service Provider stimandole correzioni per avere l’ora di Gali-leo sincronizzata al tempo internazio-nale UTC. Nel 2011/2012 sono pre-viste le attività sperimentali.

BIBLIOGRAFIA

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Figura 5 – Stima dello scarto di fase tra due maserall’idrogeno collocati rispettivamente all’I.N.Ri.M.

(Torino) e USNO (Washington) mediante una tecnicadi Precise Point Positioning (PPP) basata su misureGPS (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]

Figura 6 – La Varianza di Allan Dinamica: una stima del livello di rumore scorrevole neltempo che permette di identificare variazioni

del comportamento dell’orologio

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

Patrizia Tavella, lau-reata in Fisica e con dot-torato di ricerca in Metro-logia, è primo ricercatorepresso l’Istituto Naziona-le di Ricerca Metrologica(I.N.Ri.M.). I principali in-

teressi riguardano gli algoritmi matema-tici e statistici per le scale di tempo e gliorologi atomici. Partecipa allo sviluppodel sistema di navigazione europeoGalileo. Collabora con il “Bureau Inter-national des Poids et Mesures” e presie-de i gruppi di lavoro del Comitato Con-sultivo di Tempo e Frequenza su “Inter-national Atomic Time” e “Algorithms”.

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NEWS

Kistler ha recentemente presentatomaXYmo BL (Basic Level) 5867A, unnuovo monitor XY per il monitoraggio diprocesso e il testing di prodotto. Ilnuovo monitor, estremamente compatto,dispone di diverse funzionalità pratiche,di un menu di concetto evoluto, di unluminoso display touch screen da 3,5” edi numerose interfacce, offrendo un otti-mo rapporto qualità/prezzo. Principali aree di applicazione del tipo5867A sono il monitoraggio delle ope-razioni di giunzione e assemblaggio ele prove di prodotti e materiali. Nei pro-cessi di stampaggio/assemblaggio, adesempio, controlla la forza in funzionedello spostamento o del tempo e nellelavorazioni di tornitura controlla la cop-pia in funzione dell’angolo di rotazioneo del tempo. maXYmo BL monitora e valuta la qualitàdi un prodotto o di una fase di produ-zione sulla base di una curva ed effet-tua il controllo qualità in base all’anda-

In data 18 Novembre 2010 il Ministe-ro dello Sviluppo Economico ha emana-to per la pubblicazione nella GazzettaUfficiale il Decreto che riconosce laSocietà LABCERT snc di Giuseppe Blan-dino & C. come “Organismo Notifica-to” per la valutazione della conformitàprevista nell’Allegato II della Direttiva2009/23/CE “Strumenti per pesare afunzionamento non automatico”.Il recente riconoscimento ottenuto(primo laboratorio privato in Italia) atte-sta ancor più Labcert come punto di rife-rimento per i produttori di strumentimetrologico/legali in Italia.

mento della curva misurata. Il canale Ypuò essere collegato a sensori piezoe-lettrici, piezoresistivi oppure a torsiome-tri, mentre il canale X può essere colle-gato a potenziometri lineari o a sensoriangolari. Utilizzando e posizionando a piacere glielementi di valutazione maXYmo analiz-za i punti rilevanti per il controllo qualitàdelle curve di misura, rilevate in base allefunzioni Y=f(X), Y=f(t), Y=f(X,t) o X=f(t). Intal modo, maXYmo BL controlla se lacurva misurata, composta fino ad un mas-simo di 8 000 punti, attraversa gli ele-menti di valutazione come impostato. Incaso affermativo produce un risultato“conforme” (OK), in caso contrario “nonconforme” (NOK). Per ciascun program-ma o curva di misura è possibile impo-stare al massimo 4 elementi di valutazio-ne di tipo UNI-BOX, CURVA D’INVILUP-PO, LINE o NO-PASS.La versione base di maXYmo BL è otti-mizzata per essere montata su un pan-nello frontale. Una soluzione opzionaleconsente il montaggio sul pannello ver-ticale di una macchina o su un desktope aggiustamento continuo dell’angolo divisualizzazione.Kistler offre con il monitor una vastaselezione di sensori di forza, coppia,spostamento e angolo, basati sui princi-

pi di misura piezoelettrici, potenziome-trici o estensimetrica.maXYmo BL offre numerose funzioni peri compiti di monitoraggio XY: tutti glioggetti di valutazione possono esseremodificati tramite ingressi numerici otrascinandoli sull’interfaccia graficautente; ogni oggetto di valutazione puòessere allineato rispetto a punti di riferi-mento assoluti o dinamici; due uscite intempo reale possono essere assegnatea scelta al canale X o Y e usate per sem-plici funzioni di controllo; messaggi diallarme correnti e storici, una memoriadiagnostica per le curve recenti e ungrafico a barre per l’individuazionedelle fonti di NOKs facilitano la traccia-bilità in caso di problemi; 16 program-mi di misura per altrettante tipologie dipezzi; ecc.

Per maggiori informazioni:www.maxymo.com

MONITORAGGIO DI PROCESSO E TESTINGDI PRODOTTO: MASSIME PRESTAZIONIAL MINIMO PREZZO

LABCERT È ORGANISMONOTIFICATO PER LA VALUTAZIONE DI CONFORMITÀ DEGLI STRUMENTI PER PESARE A FUNZIONAMENTONON AUTOMATICO

La Labcert di Pordenone fornisce servizidi taratura, in qualità di Centro SIT n.147, e servizi di Verifica periodica deglistrumenti per pesare impiegati nelle tran-sazioni commerciali, come laboratorioLMB PN 01. Con il Decreto 17 aprile2009 (pubblicato in G.U. n. 107 del11/05/2009) il Ministero dello SviluppoEconomico ha riconosciuto e designato laLABCERT quale “Organismo Notificato”,ai sensi dell’articolo 9 del Decreto Leg.vo2 febbraio 2007 n.22, in attuazione

della Direttiva 2004/22/CE relativa aglistrumenti di misura. Il 25 Maggio 2009,infine, il laboratorio è stato notificato pres-so la Commissione Europea in qualità diNotified Body NB 2166 relativamenteagli strumenti per pesare a funzionamen-to automatico e agli strumenti di misuramateriali: misure di lunghezza e misure dicapacità.

Per ulteriori informazioni: www.labcert.it

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Assicurazione della Qualitànella 17025

Rubrica a cura di Nicola Dell’Arena

Parte 1a

[email protected]

PREMESSA

Tutto il requisitoriguarda la vali-dità delle pro-ve/tarature ef-fettuate e serveper dare fiduciaal cliente sullabontà dei risulta-ti ottenuti dallaboratorio. Perfar ciò il labora-torio deve eserci-

tare un controllo sui processi di prova evalutare i risultati ottenuti. Il requisitopuò essere suddiviso in due grossi argo-menti: a) controllo della qualità; b)metodi da utilizzare.

IL TITOLO

Il titolo del requisito parla di assicura-zione della qualità, mentre il contenutoriguarda il controllo della qualità. Nelleprime norme il termine quality assuran-ce è definito come “metodologia che,mediante azioni sistematiche e pianifi-cate, è atta a fornire un adeguatogrado di confidenza che un impianto e

le sue parti diano le prestazioni richie-ste nelle varie condizioni operative peressi previste” mentre il termine qualitycontrol è definito come “quelle attivitàche permettono di rilevare e misurare lecaratteristiche di una parte di impianto,di un procedimento o di un servizio,verificandole a fronte di parametri evalori preventivamente specificati”.Leggendo queste definizioni si capisceimmediatamente la grande differenzache esiste tra assicurazione della quali-tà e controllo della qualità. In sintesi,l’assicurazione della qualità è l’appli-cazione di tutta la norma ISO 17025 o9001 e quindi interessa tutta la società.Per contro, il termine controllo dellaqualità è una parte significativa della17025 o della 9001, e riguarda un set-tore della società (controllo in ingresso,controllo del processo produttivo o diuna prova, controllo di un servizio).L’assicurazione della qualità contiene ilcontrollo della qualità ovvero il control-lo della qualità è una parte dell’assicu-razione della qualità.La ISO 9000 del 2000 definisce il con-trollo della qualità come “parte dellagestione per la qualità mirata a soddi-sfare i requisiti per la qualità” mentredefinisce l’assicurazione della qualità

come “parte della gestione per la qua-lità mirata a dare fiducia che i requisitiper la qualità saranno soddisfatti”. Lenuove definizioni hanno leggermenteannacquato i termini e creano confusio-ne nel far capire la sostanziale diffe-renza che esiste tra i due termini. No-nostante ciò, il controllo della qualitàserve a soddisfare i requisiti e riguardala qualità del prodotto/processo pro-duttivo, mentre l’assicurazione dellaqualità serve a dare fiducia e riguardatutti i processi aziendali.Dare al titolo il nome di assicurazionedella qualità, visto il contenuto, mi ap-pare esagerato: infatti l’assicurazionedella qualità si ottiene applicando tuttii requisiti della 17025 (e non soloquesto).

IL CONTROLLO DELLA QUALITÀ

La prima parte del punto 5.9.1 prescri-ve che “il laboratorio deve disporre diprocedure di tenuta sotto controllo dellaqualità per monitorare la validità delleprove e delle tarature effettuate.”La norma obbliga a dotarsi di proce-dure (al plurale) di controllo della quali-tà, e di conseguenza ad applicarle. Ilnumero delle procedure dipende dallatipologia della prova/taratura. Infatti cisono prove/tarature che non necessita-no di procedure, e altre che ne hannobisogno. I controlli della qualità che unlaboratorio deve applicare sono indica-ti nelle rispettive norme, o nelle istruzio-ni delle case costruttrici. In questa situa-zione non c’è bisogno di riscrivere lanorma o istruire una procedura, masolo di applicare norme e istruzioni eriportarle nell’Elenco della documenta-zione utilizzata dal laboratorio. Esempidi procedure di controllo della qualità

COMMENTS ON STANDARDS: UNI CEI EN ISO/IEC 17025A great success has been attributed to this interesting series of comments byNicola Dell’Arena to the Standard UNI CEI EN ISO/IEC 17025.

RIASSUNTOProsegue con successo l’ampia e interessante serie di commenti di Nicola Del-l’Arena alla norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025. I temi trattati sono: La strut-tura della documentazione (n.4/2000); Controllo dei documenti e delle regi-strazioni (n.1/2001 e n.2/2001); Rapporto tra cliente e laboratorio(n.3/2001 e n.4/2001); Approvvigionamento e subappalto (n.3/2002 en.1/2003); Metodi di prova e taratura (n.4/2003, n.2/2004 e n.3/2004);Il Controllo dei dati (n.1/2005); Gestione delle Apparecchiature (n.3/2005,n.4/2005, n.3/2006, n.3/2006, n.4/2006, n.1/2007 e n.3/2007); Luogodi lavoro e condizioni ambientali (n.3/2007, n.2/2008 e n.,3/2008); ilCampionamento (n.4/2008 e n.1/2009); Manipolazione degli oggetti(n.4/2009 e n.2/2010).

COM

MENTI

ALLE

NORM

E

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COMMENTIALLE NORME

N.04ƒ

;2010

sono (i) prove di funzionamento di partiimportanti delle apparecchiature, diparti elettriche ed elettroniche; (ii) provedi funzionamento sugli elementi che ela-borano i risultati; (iii) prove sulla purez-za dell’acqua; (iv) analisi chimiche disostanze liquide utilizzate nelle prove.Mi fermo qui poiché la casistica èampia.

METODI

Nella seconda parte del punto 5.9.1 lanorma prescrive che “Il monitoraggiodeve essere pianificato e riesaminato epuò comprendere, non limitandosi adessi, quanto segue: a) l’utilizzo regola-re di materiali di riferimento certificatie/o la tenuta sotto controllo della quali-tà interna nell’utilizzo di materiali diriferimento secondari; b) la partecipa-zione a programmi di confronti interla-boratori o prove valutative; c) la ripeti-zione di prove o tarature utilizzandometodi identici o differenti; d) l’effettua-zione di nuove prove o tarature suglioggetti conservati; e) la correlazione dirisultati fra caratteristiche diverse di unoggetto”. La nota del punto 5.9.1 parladi “I metodi selezionati dovrebberoessere appropriati al tipo e al volumedelle attività svolte”.Ci sono altri metodi che si possono uti-lizzare, e la norma non lo vieta con lafrase “non limitandosi ad essi”, comead esempio (i) la correlazione di risul-tati fra le stesse caratteristiche di diversioggetti; (ii) la predisposizione di liste di riscontro e la relativa compilazioneda parte degli operatori addetti; (iii)l’applicazione di metodi teorici per lapredeterminazione dei risultati attesi;(iv) l’impiego di “campioni civetta”(prove di errore); (v) i controlli interme-di; (vi) la validazione dei risultati finalibasata sul giudizio di esperti o su datidisponibili in letteratura o presso gliarchivi del laboratorio stesso, (vii) verifi-ca prima della prova/taratura.La realtà del laboratorio dice che permolte prove/tarature si possono appli-care solo alcuni metodi e non tutti quel-li elencati. La nota parla di selezionarei metodi in base “al tipo e al volumedelle attività svolte”. La scelta basata sultipo fa capire che solo alcuni metodi si

possono applicare a ciascuna prova/taratura. La scelta basata sul volumenon deve riguardare la selezione delmetodo, ma deve interessare solamentela frequenza di applicazione del meto-do.Leggendo insieme tutto il requisito5.9.1 allorché parla di monitoraggio,risulta chiaro che i metodi elencati nellanorma sono le procedure di controllodella qualità richieste nel rigo sopra,ma le due cose sono diverse: infatti cisono sia i controlli della qualità sia imetodi.

I MATERIALI DI RIFERIMENTO

La norma con questo requisito prescri-ve che il laboratorio deve: a) utilizza-re materiali di riferimento certificati; b) eseguire il controllo della qualità permateriali di riferimento secondari.Molte prove e tarature sono effettuatesenza l’ausilio dei materiali di riferi-mento, e di conseguenza il metodo nonsi applica. Per altre prove/tarature l’uti-lizzo dei materiali di riferimento èessenziale e determinante (è come unmanometro per la prova di pressione),per cui bisognerebbe trattarlo come sefosse un’attrezzatura o un’apparecchia-tura.È consigliabile leggere questo paragra-fo della norma unitamente al 5.6.3.2,dove si prescrive che “ogniqualvoltapossibile, i materiali di riferimentodevono essere riferibili alle unità SI, o amateriali di riferimento certificati”, eancora “I materiali di riferimento internidevono essere controllati nella misura incui sia tecnicamente ed economica-mente fattibile”. Ancora una volta unrequisito riportato in due paragrafidiversi della norma e anche in contrastotra loro. Nel 5.9.1 l’uso è obbligatoriomentre nel 5.6.3.2 esiste la frase dubi-tativa “nella misura in cui sia tecnica-mente ed economicamente fattibile”.Per i materiali di riferimento certificati,la norma si riferisce solo al loro utilizzo:in realtà ad essi deve essere applicatatutta la 17025: ad esempio taratura,manutenzione, condizioni ambientali,stato di conservazione, precauzionidurante l’uso, controlli intermedi, ecc.,oltre ai controlli della qualità se previsti.

Per i materiali di riferimento secondari,la norma prescrive i controlli di qualitàma, secondo me, per essi bisognaapplicare tutta la norma ISO 17025 e,dove le rispettive norme o istruzioni delfornitore li prevedono, eseguire i con-trolli della qualità.Non farei nessuna distinzione di appli-cazione della 17025 tra materiali diriferimento certificati e secondari. Sin-ceramente non definirei questo metodocome procedura di controllo della qua-lità.

CONFRONTO INTERLABORATORIO

Mi è ancora difficile capire la differen-za che esiste tra confronto interlabora-torio e prova valutativa esterna. Il con-fronto tra laboratori era richiesto nellavecchia 45001. Esso è un elementoimportante per la validità e la bontà deirisultati ottenuti. A me pare uno stru-mento importantissimo e lodevole perl’esistenza di un laboratorio, soprattuttoquanto ci si confronta con tutti i labora-tori del mondo. Nonostante ciò nonoserei definirlo procedura di controllodella qualità.I confronti e le prove valutative devonoessere organizzati (i) da qualcuno (alivello nazionale, europeo, mondiale),(ii) per ogni singola prova/taratura, e(iii) in accordo alla guida ISO 43 e allaguida ILAC G13. Queste guide obbli-gano chi partecipa a confrontarsi con ilaboratori di tutto il mondo e ad appli-care azioni correttive qualora i limitipredefiniti fossero stati superati. A que-sti cicli di confronto, soprattutto a quellimondiali, possono partecipare solo po-chi laboratori di ogni Stato, per cui lafrequenza di partecipazione aumenta.Si può affermare che per un anno il re-quisito si applica solo a pochi labora-tori.Essi possono essere organizzati dall’or-ganismo di accreditamento, da Ministe-ri interessati, da organizzazioni cultura-li nazionali ed internazionali che si oc-cupino di prove e tarature, da un insie-me di laboratori che si riuniscono pro-prio per raggiungere questo scopo. Na-turalmente tutti gli organizzatori devonoapplicare la ISO 43. Il SIT ha sempreorganizzato questi confronti.

INNOVARE PER VINCEREDIVULGARE PER PROGREDIRE

AFFIDABILITA’ & TECNOLOGIE – 5a edizione13/14 Aprile 2011 – Torino – Lingotto Fiere

Opera in un Centro di Ricerca, in una Società fornitrice di tecnologie/servizi innovativi oppure in un’Aziendamanifatturiera particolarmente innovativa che ha sviluppato soluzioni applicative speciali? Anche Lei ritiene che l’innovazione di prodotto e di processo rappresenti l’unica strada, immediatamente per-corribile, a disposizione delle imprese manifatturiere per vincere la propria battaglia competitiva sui mercatiglobali?Se le Sue risposte sono affermative, Le proponiamo di partecipare attivamente al successo del Progetto “Innovare per Vincere, Divul-gare per Progredire”: esperienze innovative sviluppate per le aziende manifatturiere, a livello di processi, metodi, tecnologie. Potràpresentare una breve testimonianza, relativa a un Caso Applicativo adottato nella Sua Azienda, nell’ambito della prossima 5a edi-zione 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 SPE-CIALI, 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’[email protected], indicando nell’oggetto “Casi Applicativi”; oppure contatti telefonicamente la nostrasegreteria, al n° 011/0266700.Le proposte pervenute verranno valutate dal Comitato Organizzatore, che provvederà ad accettare quelle di reale interesse per i par-tecipanti, che andranno ad arricchire ulteriormente il Programma formativo e informativo della manifestazione, comprendente 8 Con-vegni Specialistici e varie Sessioni Parallele Tematiche.

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LE SOLUZIONI, FACCIAMOLE GIRARE!

QUALI VANTAGGI per le Aziende Testimonial?

La presentazione di un proprio risultato positivo ottenuto rappresen-ta un’opportunità di disseminazione presso clienti o fornitori acqui-siti e potenziali. Tale attività risulta di particolare valore soprattuttose svolta in un contesto specialistico e di ottimo livello qual è lamanifestazione “Affidabilità & Tecnologie”. Inoltre, proporre la pro-pria esperienza potrà anche trasformarsi in un’azione di marketingnei confronti di un pubblico di decisori e tecnici di aziende.

Alle testimonianze accettate verrà offerta la massimavisibilità nella comunicazione e la loro presentazioneall’evento non comporterà alcun costo per i relatori.

www.affidabilita.eu

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NEWS

Il Politecnico di Torino ha partecipato all’i-niziativa spagnola Motostudent che preve-de la realizzazione di una moto di cilin-drata 125 cc da parte di un team di unadecina di studenti, coadiuvati da alcunidocenti. La sede di Vercelli, con la suanatura da Campus universitario, i labora-tori di ricerca, un ambiente dinamico, èrisultata il luogo ideale per lo sviluppo del-l’iniziativa.La moto si basa su un kit uguale per tutti iteam, fornito al momento dell’iscrizione,comprendente motore, forcella anteriore,ammortizzatore posteriore, freni, ruote epneumatici. I team hanno dovuto progetta-re il telaio, la carenatura, il sistema di sca-rico, analizzare la dinamica del veicolo,realizzare i pezzi, l’assemblaggio, laregolazione. La competizione prevedevauna valutazione a punti, stabilita in base acapacità progettuale, originalità del pro-getto e del design, autonomia del gruppodi studenti, performance del veicolo rea-lizzato.L’evento finale della manifestazione si èsvolto sul circuito di Alcaniz, in Spagna, eha visto concorrere circa 25 team di uni-versità spagnole e un’unica scuderia ita-liana. Alla prima uscita i ragazzi dellasede di Vercelli del Politecnico di Torino sisono subito distinti conquistando la Men-ción al mejor Concepto de Moto destinataal progetto maggiormente innovativo: laDSC125, realizzata in collaborazione condiverse aziende del settore, ha convinto icollaudatori professionisti, che l’hannodefinita un’autentica “125 da Gran Pre-mio” grazie alle soluzioni d’avanguardiaadottate e, soprattutto, al telaio completa-mente incollato.La partecipazione a tale evento ha rap-presentato una grande opportunità sia perl’ambiente universitario sia per le aziendee il territorio piemontese. Come per altresimili manifestazioni, l’iniziativa accendel’entusiasmo degli studenti e attira l’atten-zione sulla Facoltà: i suoi aspetti più rile-vanti vanno individuati in ambito di aggre-gazione, reclutamento e motivazione deglistudenti e anche di ricerca e sviluppo in uncampo, come quello motociclistico, di par-ticolare importanza nel nostro Paese, nelquale tuttavia il Politecnico di Torino nonera attivamente impegnato. Non è daescludere che l’iniziativa prenda piede inItalia dando vita a una serie di gare trauniversità. Nelle ultime settimane la DSC125 è stata

presentata al pubblico in diverse occasio-ni, fra le quali l’evento Politecnico inMostra e la recente Esposizione Interna-zionale del Ciclo e Motociclo di Milano,suscitando reazioni positive di esperti ecuriosi.LMS Italiana è lieta di aver potuto contribui-re a questo successo, fornendo alteam 2WheelsPoliTO il software di simula-zione e i sistemi per le prove dinamiche.Con i frontali di acquisizione LMS ScadasRecorder in combinazione con la piattafor-ma software LMS Test.Lab è stato possibileanalizzare sperimentalmente il comporta-mento dinamico dei componenti in laborato-rio e in un prossimo futuro verranno esegui-te diverse sessioni di prova su strada per laverifica di alcune prestazioni critiche. Infattitale generazione di frontali consente diacquisire segnali provenienti da vari tipi ditrasduttori senza richiedere ulteriori unità dicondizionamento e, soprattutto, lavorandoanche in modalità recorder senza PC. Moltedelle misure effettuate sono state poi utiliz-zate per validare i modelli numerici da uti-lizzare per le simulazioni vibro-acustiche edi durata a fatica. La piattaforma integrata

Durante la scorsa edizione della BI-MU(biennale della macchina utensile, robot eautomazione di Milano), all’interno dellarassegna specialistica dedicata al mondodell’assemblaggio e organizzata da AIdA(Associazione Italiana di Assemblaggio),SMC Italia ha presentato la sua ampiagamma di attuatori elettrici e soluzioni nel-l’ambito della movimentazione lineare,consapevole della grande importanza chei prodotti per il controllo del movimentohanno assunto nel panorama delle tecnolo-gie industriali e dei loro conseguenti bene-fici applicativi.Andrea Trifone (Product Project ManagerElectric Actuators & Serial Interface di SMCItalia) ha illustrato a tutti gli interessatiquanto SMC Corporation integri costante-mente la propria gamma di prodotti e solu-zioni pneumatiche introducendo a gettocontinuo innovative soluzioni a comandoelettrico, come la nuova gamma di attuato-ri elettrici Serie LE.Grande interesse per questi attuatori, che

integrano inoltre, come caratteristica stan-dard, il concetto di ENERGY SAVINGoffrendo la funzione di “Auto-CurrentDown”, che riduce e ottimizza in modoassolutamente automatico il consumo ener-getico dell’intero sistema durante le fasioperative senza pregiudicarne le presta-zioni.Gli attuatori elettrici impiegati per applica-zioni di “pick&place” e operazioni di pal-lettizzazione e movimentazione possonoessere supportati dalle nuove soluzioni“elettriche” ideate da SMC.Compatibile con il sistema di controllo LEC,la serie LE si compone di una gamma com-pleta di attuatori elettrici presentata indiverse esecuzioni: slitta (LESH), pinza a 2e 3 dita di presa (LEHZ, LEHF, LEHS), cilin-dro a stelo (LEY) e cilindro senza stelo (LEF).Il controllore LEC è in grado di gestire eregolare le variabili di forza, velocità eposizionamento degli attuatori abbinati.Sono programmabili 64 quote diverse,ognuna delle quali con profili di movimen-tazione specifici per ottenere massime pre-stazioni e precisioni. Per semplificare evelocizzare la programmazione, i profilipossono essere “auto-appresi” utilizzandouna funzione dedicata. La programmazio-ne può avvenire mediante software dedi-cato o tastierino palmare utile anche ai finidi manutenzione. Ogni serie di prodotto è presentata in unagamma articolata di soluzioni in termini ditaglia, corsa e forza.

Per ulteriori informazioni:www.smc.eu

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

NUOVA SERIE DI ATTUATORI ELETTRICI

LMS Virtual.Lab ha consentito di verificare ilgrado di correlazione tra analisi strutturalisperimentali e numeriche, simulare il com-portamento cineto-dinamico della moto,valutare preventivamente la durata a faticadi alcune soluzioni progettuali critiche e otti-mizzare lo scarico da un punto di vistavibro-acustico. Inoltre con le librerie 1D diLMS Imagine.Lab Amesim sono stati messi apunto i modelli dei controlli e dei circuitiidraulici e di raffreddamento. Proprio inquesti giorni LMS Italiana sta attivando unaserie di tesi di laurea durante le quali sup-porterà alcuni studenti nell’utilizzo dei propristrumenti hardware e software in applica-zioni motociclistiche.

Per ulteriori approfondimenti:www.motostudent.itwww.lmsitaly.com

NEWS

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NUOVA OPZIONE MULTIASSE PER IL SOFTWARE DI TASTATURAPRODUCTIVITY+TM

Un balzo in avanti per la misura su macchi-ne utensili multiasse con l’introduzione dellanuova versione di Renishaw Productivity+™,software di tastatura su base PC. Un amplia-mento chiave è rappresentato dalla nuovaopzione multiasse, che apre la porta a mag-giore creatività ed efficienza nei processi dilavorazione e, in combinazione con la tec-nologia Renishaw Rengage™ 3D e le nuovesonde radio ultracompatte, offre agli inge-gneri di processo e agli operatori macchinaun’ampia scelta di soluzioni flessibili.

Valutazione gratuitadella nuova opzione multiasseLe macchine utensili multiasse aggiungonouna nuova dimensione alle possibilità di la-vorazione e il nuovo software di tastaturabasato su PC Renishaw Productivity+™ per-mette agli utilizzatori di sfruttare al meglio imovimenti delle sonde. Dal momento in cui ilpezzo è caricato in macchina il software puòeffettuare prove logiche per verificare che ilpiazzamento sia corretto e inserire correzio-ni sui parametri prima di iniziare la lavora-zione. Durante la lavorazione, inoltre, essopuò essere utilizzato per affinare le variabilio per prendere decisioni di processo in basealle condizioni che si verificano in quelmomento in macchina. In breve, Producti-vity+™ aiuta ad adattare i processi di lavo-ro alle variazioni a cui questi sono soggetti.

Derek Marshall, Responsabile Software perMacchina Utensile Renishaw, dichiara: “Vo-gliamo incoraggiare l’uso creativo della tasta-tura presso tutti gli utilizzatori di nostri prodot-ti, che invitiamo a provare le nuove funzionali-tà e a scoprirne gli interessanti benefici”. Neltempo questa tecnologia si espanderà e i van-taggi da essa offerti al controllo di processo siestenderanno a una sempre più ampia varietàdi configurazioni di macchine.Secondo Marshall, “La promozione dellacreatività e dell’innovazione nei processi dilavorazione è il punto chiave, perciò intro-durremo altre nuove funzioni, tra cui un siste-ma di macro personalizzate per inserire pro-grammi esistenti o logica complessa nel codi-ce Productivity+™ e un’ulteriore espansionedella capacità di gestire caratteristichecostruite”. Nonostante queste capacità sem-pre più potenti, il codice generato da Pro-ductivity+™ può comunque girare sul con-trollo delle macchine utensili, migliorando iprocessi produttivi senza PC esterni o server,eliminando così la necessità di hardwareaggiuntivo o di comunicazioni complesse,necessarie con altri sistemi.

Tecnologia Rengage™ 3D:tastatura ad alta accuratezzaI pezzi prodotti su una macchina utensilemultiasse richiedono un alto livello di accu-ratezza per ognuna delle direzioni di misurae questo è proprio ciò che la tecnologiaRenishaw Rengage™ 3D permette di ottene-re. Le sonde OMP400 e RMP600, dotate diun meccanismo di rilevamento ed elettronicadell’ultima generazione, permettono presta-zioni sub-micron anche su superfici scultura-te e anche con stili lunghi. In particolare la sonda RMP600 è di interes-se speciale per gli utilizzatori di macchinemultiasse grazie alla trasmissione radio asalto di frequenza su spettro diffuso (FHSS),che permette il funzionamento anche quan-do la sonda è completamente priva di visua-le del ricevitore, caso comune con le mac-chine multiasse. Il tastatore RMP600 integraanche una innovativa funzione di auto resetche può compensare le forze sullo stilo cau-sate dal cambio di orientamento, potenzialecausa di errori e falsi contatti. Questa fun-zionalità permette al tastatore di funzionareanche su macchine che ruotano il tastatorenello spazio. Primo tastatore a combinarefunzionamento estensimetrico con trasmissio-ne radio e reset automatico, RMP600 è ilpartner ideale per le lavorazioni multiasse.L’unione dell’accuratezza multiasse dei tastato-ri Rengage™ 3D con la creatività di Producti-vity+™ consente agli utilizzatori di accederecon facilità ai benefici del controllo di proces-so e di ridurre gli errori di lavorazione.La gamma Renishaw di software per la misurae il controllo di processo su macchina utensilecopre l’intero ventaglio delle applicazioni di

tastatura a bordo macchina, dal controllo diprocesso con Productivity+™ suite, alla verificain macchina e alla misura in stile macchina dimisura con Renishaw OMV. Per ulteriori informazioni sulle soluzioni ditastatura di Renishaw, leader di mercato neisoftware e nell’hardware per la misura inmacchina utensile, visitate

www.renishaw.it

NUOVO TRASDUTTOREDI PRESSIONE“LOW COST”

Il nuovissimo trasduttore di pressionemodello IP150 dell’americana HoneywellSensotec (distribuito da burster Italia srl)combina la tecnologia ASIC (Circuito Inte-grato per Applicazione Specifica) con ildiaframma di metallo e l’elemento isolato.Questo sensore, compensato digitalmente,offre elevate prestazioni a un prezzo con-tenuto e si presenta, pertanto, come solu-zione ideale per la misura di pressione intutte le applicazioni.Interamente compensato in temperatura,calibrato e amplificato, il trasduttore è di-sponibile in range da 0…2 psi a0…10 000 psi. Precisione: ±0,15% delfondo scala a 25 °C e <2% per misure nelcampo di temperatura compreso da -40 °C….+116 °C.Vengono proposti connettori di uscita eporte di pressione standard industriali perconsentire affidabilità e flessibilità.La serie IP150 ha 4 uscite standard: 0…5 VDC, 0…10 VDC, 4…20 mA e4…20 mA a sicurezza intrinseca.Sono disponibili le seguenti certificazioni:CSA, CE, Ex e FM.Le caratteristiche principali sono:– wetted parts in acciaio AISI316 per uti-lizzo in ampia varietà di applicazioni influidi;– nessun sigillo elastomerico interno, quin-di nessun o-ring speciale;– uscita amplificata, che elimina i costi del-l’amplificatore esterno;– protezioni contro errori di connessionedella tensione e corto circuiti;– tempo di risposta inferiore ai 2 msec, checonsente misure precise e veloci;– grado di protezione IP65 o migliore perambienti ostili.Le sue applicazioni principali sono nel-l’ambito dell’Automazione Industriale(monitoring nel settore idraulico, pneumati-co e fluido, pressione di cisterne, indicato-ri di pressione/processo, monitoraggioperdite, ecc.), Olio e gas (a sicurezzaintrinseca/aree rischiose), Strumenti e siste-mi per settore medicale.

Per ulteriori informazioni: www.burster.it

T_M N. 4/10 ƒ 320

T U T T O _ M I S U R EAnno XII - n. 4 - Dicembre 2010

ISSN: 2038-6974Sped. 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

Redazioni per:Storia: Emilio Borchi, Sigfrido Leschiutta, Riccardo Nicoletti, Mario F. TschinkeLe pagine delle Associazioni Universitarie di Misuristi:Stefano Agosteo, Paolo Carbone, Carlo Carobbi, Alfredo Cigala, Domenico Grimaldi, Claudio Narduzzi, Marco Parvis, Anna SpallaLo spazio delle altre Associazioni: Franco Docchio,Giuseppe NardoniLe pagine degli IMP: Domenico Andreone,Gianfranco Molinar, Maria PimpinellaLo spazio delle CMM: Alberto Zaffagnini

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La Redazione di Tutto_Misure([email protected])

THE ARCHAEOLOGY OF MEASUREMENT.COMPREHENDING HEAVEN,EARTH AND TIME IN ANCIENT SOCIETIESdi Iain Morley e Colin RenfrewCambridge University Press267 pagineISBN 978052111990-0: $ 47,50, 2010

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NEL PROSSIMO NUMERO• Il sistema di taratura• Il GMMT si presenta• Calibratori e multimetri come strumenti

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Ho personalmente adottato questo testo per il mio nuovo insegnamento di Strumenta-zione Elettronica per gli Studenti del Corso di Laurea (1. Livello) in Ingegneria Mecca-nica all’Università di Brescia, preferendolo al più enciclopedico e “blasonato” testo diriferimento del Doebelin (chiedo venia al mio vicedirettore che ne ha curato la tradu-zione). È un testo che prende per mano lo studente e lo guida lungo la strada dellastrumentazione di misura nei suoi componenti fondamentali, illustrando poi le princi-pali tipologie di strumenti per le misure meccaniche. Ottimo anche per i laureati chetrovano in esso uno strumento di consultazione semplice ma completo.

GLI AUTORI

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

STRUMENTI E MISUREPER L’INGEGNERIA MECCANICAdi Pietro Mario AzzoniHoepli Editore438 pagineISBN 88-203-3633-2: € 28,00, 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 pre-fazione al libro dei due autori. Uno splendido libro che, con il contributo di numerosiautori esperti in archeologia, traccia le radici della archeologia della misurazione. Danon perdere.

GLI AUTORI

Iain Morley è Fellow e Tutor in antropologia al Keble College, Oxford. Esperto diArcheologia Paleolitica, è corditore di numerosi testi quali Becoming human: Innova-tion and Prehistoric Material and Spiritual Culture.

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

Tutto_Misure 04/2010

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