Metodo a basso costo e non invasivo per il monitoraggio remoto di deformazioni e spostamenti in una struttura, attraverso sensori wireless

Un metodo per il monitoraggio remoto a basso costo e non invasivo di deformazioni di una struttura. Un sensore che permette l’interrogazione a distanza, wireless, proficuo anche per il tradizionale campo del monitoraggio delle opere d’arte, oltre che del patrimonio architettonico e archeologico.

Titolo brevetto Metodo e sistema per il monitoraggio remoto di deformazione di una struttura
Area Ingegneria elettrica, elettronica e dell'informazione
Titolarità Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Inventori Alessandra Costanzo, Vittorio Rizzoli, Andrea Benedetti
Ambito territoriale di tutela Europa, USA
Stato Disponibile per accordi di licenza
Keywords RF-ID, Microwave and millimeter-wave interferometry, displacement sensor, integrated antenna array
Depositato il 04/05/2007

Il monitoraggio delle strutture sotto sforzo (come ponti, edifici o parti strutturali di mezzi di trasporto e macchinari) risulta essere particolarmente interessante per la collettività, allo scopo di prevenire collassi e disastri che comportano sempre notevoli perdite di vite umane. 

Attualmente, vengono utilizzati sensori di deformazione basati su cavità risonanti a radiofrequenza, costituiti da un risonatore a cavità coassiale di lunghezza, chiuso alle due estremità da un materiale elastico. Sulla parete laterale della cavità è possibile inserire una sonda metallica che connette il sensore ad un’antenna omnidirezionale che ha il compito di eccitare la cavità con il campo ricevuto e di trasmettere alla stazione radio-base la reazione del risonatore.

In alternativa sono utilizzati sensori piezoelettrici in tecnologia MEMS in cui la variazione delle caratteristiche meccaniche si traduce in variazione di segnale elettrico.

Quest’ultimo approccio ha il vantaggio, rispetto al primo, di avere dimensioni molto ridotte a spese, però, di una peggiore affidabilità a causa delle continue pressioni cui sono sottoposte le lamine sottili.

In entrambi i casi la tecnologia a Radio Frequenza viene utilizzata per trasmettere l’informazione rilevata dal sensore.

La struttura attuale dei sensori di monitoraggio risulta essere poco affidabile, perché deperibile insieme alla struttura fisica nella quale essi vengono inseriti.

L’invenzione brevettata consiste in un sistema di monitoraggio di deformazioni e spostamenti di strutture realizzato con una schiera di antenne posizionate sulla struttura da monitorare. Si sfrutta l’interferenza elettromagnetica tra transponder vicini, normalmente vista come effetto indesiderato, per misurare i loro spostamenti relativi, senza fare uso di alcun tipo di sensore meccanico od elettrico da connettere al transponder.

A questo scopo i transponder, ed in particolare i loro elementi radianti, non vengono trattati come entità individuali di una rete di sensori ma come schiere di antenne attive, il cui campo irradiato varia sia in modulo che in fase al variare della posizione relativa degli elementi.

La tecnologia oggetto del brevetto risulta sostanzialmente diversa da quelle esistenti e ha l’obiettivo di superare gli inconvenienti sopra descritti, garantendo allo stesso tempo una facile ed economica realizzazione.

La tecnologia introduce inoltre l’elettronica integrata e di largo consumo nel campo del controllo passivo e dell’ingegneria civile e meccanica.

L’originalità della proposta, rispetto alle molteplici soluzioni di sensoristica wireless già disponibili, sta nel fatto che in questo caso il sensore e il sistema di trasmissione coincidono. Inoltre, i sensori sono posti all’esterno della struttura da monitorare quindi non sono suscettibili di lesioni, cosa che invece rischia di danneggiare i sensori posti all’interno delle strutture.