IT201800000629A1 - Procedimento per rilevare flussi di fluido, dispositivo e prodotto informatico corrispondenti - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:
“Procedimento per rilevare flussi di fluido, dispositivo e prodotto informatico corrispondenti”
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
La descrizione è relativa a sistemi e a procedimenti per rilevare flussi di fluido, per es., sorgenti di perdita di gas, per gas quali benzene, metano, etanolo e altri composti organici volatili.
Una o più forme di attuazione possono riferirsi a un modulo gas per un dispositivo portatile quale un telefono mobile, un dispositivo palmare o un dispositivo indossabile, che può essere usato per la rilevazione della qualità dell’aria in contesti di utente come le case e gli ambienti al coperto in generale, le auto e gli abitacoli dei veicoli in generale.
Una o più forme di attuazione possono essere applicate al campo dei sensori ambientali nei mercati dei beni di largo consumo, automotive, industriale e medicale.
Sfondo tecnologico
Il trasporto e l’uso di gas pericolosi è comune, per es., nei contesti industriali così come all’interno delle abitazioni, dove i fornitori di servizi di gas installano tubi per trasportare il gas ai sistemi di gas domestici.
Inoltre, composti organici volatili possono essere emessi dai motori dei veicoli, per es., delle automobili.
In molti casi, trasportare, immagazzinare e usare un gas può comportare rischi di perdite.
Di conseguenza, valori limite sono definiti dall’Istituto Federale per la Salute e la Sicurezza occupazionale (BauA, Federal Institute for Occupational safety and Health) al fine di evitare di nuocere agli impiegati, per es., evitando che essi inalino una concentrazione di gas superiore al valore limite di soglia espresso, lungo le loro intere vite lavorative.
Per esempio, il valore limite per il propano e il butano è impostato a 1000 ppm. Un indicatore che è stato introdotto è il LC50, dove LC sta per concentrazione letale (“Lethal Concentration”), mentre 50 riflette la concentrazione di gas nell’aria che uccide il 50% di animali di laboratorio quando inalata per un certo periodo di tempo (tipicamente, quattro ore). Per esempio, il LC50 può stare in un intervallo tra 0,5 g/m<3 >e 2,0 g/m<3 >per l’acetonitrile, l’ammoniaca, il benzene, il bisolfuro di carbonio, il monossido di carbonio, il cloro, il cianogeno, il cloruro di idrogeno, il metanolo, il bromuro di metile, il biossido di zolfo.
Tradizionalmente, le perdite sono rilevate manualmente usando dispositivi a sensore portatili che hanno come scopo di rilevare l’origine di una perdita. Procedimenti recenti sono anche basati sul monitoraggio del calo di pressione in un tubo stesso.
Sono stati proposti un certo numero di sistemi automatizzati di rilevazione di perdita di gas, basati per es. su una serie di sensori di gas distribuiti spazialmente e sul monitoraggio nel tempo della concentrazione rivelata.
Tuttavia, queste soluzioni possono presentare uno o più inconvenienti, per es., esse necessitano di una preinstallazione e possono essere costose per distribuire i sensori nell’ambiente e leggerli da remoto. Inoltre, questa soluzione può essere difficilmente adatta per contesti come case e/o veicoli (per es., un’automobile).
Scopo e sintesi
Uno scopo di una o più forme di attuazione può essere quello di fornire un modulo rilevatore della sorgente di perdita di gas per dispositivi palmari, mobili e indossabili atto a identificare la presenza, la velocità di flusso e la sorgente delle perdite di gas.
Vantaggi di una o più forme di attuazione possono comprendere fornire un modulo rilevatore della sorgente della perdita di gas accurato, a bassa potenza, con bassa latenza; vale a dire, una o più forme di attuazione possono essere implementate con attributi di bassa potenza e di bassa latenza al fine di essere adatte per il contesto applicativo.
Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo può essere raggiunto per mezzo di un procedimento avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni che seguono.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un dispositivo corrispondente (per es., un dispositivo portatile o un veicolo comprendente sensori di gas e una unità di elaborazione per effettuare il procedimento secondo una o più forme di attuazione), così come un prodotto informatico che può essere caricato nella memoria di almeno un modulo di elaborazione (per es., una unità di elaborazione di un telefono mobile e/o un veicolo) e che comprende parti di codice software per eseguire le fasi del procedimento quando il prodotto è eseguito su almeno un modulo di elaborazione. Come usato qui, un riferimento a un tale prodotto informatico intende essere equivalente a un riferimento a un mezzo leggibile da elaboratore contenente istruzioni per controllare il sistema di elaborazione al fine di coordinare l’implementazione del procedimento secondo una o più forme di attuazione. Un riferimento ad “almeno un elaboratore” intende evidenziare la possibilità che una o più forme di attuazione siano implementate in forma modulare e/o distribuita.
Le rivendicazioni sono parte integrante della descrizione dell’invenzione come qui fornita.
Breve descrizione delle varie viste dei disegni
Una o più forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, nelle quali:
- le Figure 1A e 1B rappresentano rispettivamente un esempio non limitativo di un dispositivo e di un sensore, secondo una o più forme di attuazione,
- la Figura 2 è un esempio di uno schema a blocchi di caratteristiche di un dispositivo secondo una o più forme di attuazione,
- la Figura 3 rappresenta un possibile comportamento nel tempo di un segnale da parte di un sensore compreso in un dispositivo secondo una o più forme di attuazione,
- le Figure 4A a 4C rappresentano esempi di caratteristiche di una o più forme di attuazione,
- le Figure 5A a 5D rappresentano esempi di caratteristiche di una o più forme di attuazione,
- la Figura 6 rappresenta un esempio di un diagramma di flusso di un procedimento secondo una o più forme di attuazione, e
- le Figure 7A e 7B rappresentano rispettivamente esempi di caratteristiche e di un diagramma di flusso di un procedimento secondo una o più forme di attuazione.
Descrizione dettagliata
Nella descrizione che segue, sono illustrati uno o più dettagli specifici, allo scopo di fornire una comprensione approfondita degli esempi delle forme di attuazione di questa descrizione. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o più dei dettagli specifici o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, operazioni, materiali o strutture note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo tale che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno resi poco chiari.
Un riferimento a “una forma di attuazione” nel quadro della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta con riferimento alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Per cui, le frasi come “in una forma di attuazione” che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non fanno necessariamente riferimento proprio alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un modo adeguato qualsiasi in una o più forme di attuazione.
I riferimenti usati qui sono forniti semplicemente per convenienza e quindi non definiscono l’ambito di protezione o l’ambito delle forme di attuazione.
La Figura 1A è un esempio di una possibile implementazione di un dispositivo 10 secondo una o più forme di attuazione. Per esempio, come è illustrato nell’esempio non limitativo della Figura 1A, è possibile includere un modulo rilevatore della sorgente di perdita di gas in un telefono mobile.
Nella forma di attuazione illustrata, un certo numero di sensori S, per es., tre sensori di gas S0, S1, S2, per es., sensori di concentrazione di gas, possono essere compresi nel dispositivo 10; tuttavia, è possibile fornire più di tre sensori nel dispositivo 10. Per esempio, il fatto di aumentare il numero di sensori S nel dispositivo 10 può migliorare la risoluzione spaziale.
In una o più forme di attuazione, i sensori possono essere posti su superfici esterne del dispositivo 10, per es., sulle sue superfici laterali. Per esempio, i sensori S possono essere posti ai bordi del dispositivo 10, opzionalmente ai suoi angoli.
Inoltre, i sensori S possono essere posti intorno a una posizione centrale e possono trovarsi a certe distanze gli uni dagli altri, che possono essere le stesse per ciascuna coppia di sensori vicini o possono essere differenti, per es., una prima distanza D1 tra i sensori S0-S2 e S1-S2 e una seconda distanza D2 tra i sensori S1-S2 nella Figura 1A.
Per esempio, i sensori di gas S possono essere installati ai bordi di un dispositivo portatile, per es., un telefono mobile, che ha una disposizione triangolare nel caso di tre sensori, una disposizione quadrilatera nel caso di quattro sensori, e così via.
Nella forma di attuazione illustrata della Figura 1A, il dispositivo 10 può avere una sagoma a parallelepipedo e i sensori S possono essere posti, in una disposizione triangolare, sulle sue superfici laterali, per es.:
- un primo sensore S0 può essere posto a un’estremità di una prima superficie laterale, per es., in un primo angolo del dispositivo 10,
- un secondo sensore S1 può essere posto a un’estremità di una seconda superficie laterale, opposta alla prima superficie laterale, per es., posto specularmente rispetto al primo sensore S0, e
- un terzo sensore S2 può essere posto nel centro di una terza superficie laterale, la terza superficie laterale connettendo la prima e la seconda superficie laterale, preferibilmente alle estremità opposte rispetto alle estremità che comprendono il primo S0 e il secondo S1 sensore.
La Figura 1B rappresenta una possibile implementazione di un sensore di gas S, per es., un sensore di concentrazione di gas, secondo una o più forme di attuazione.
I sensori S possono essere elementi di rilevamento di gas in tecnologia a ossido di metallo o MOX (Metal Oxide). I sensori S possono comprendere:
- una membrana 120,
- un isolatore termico 121,
- un substrato di silicio 122,
- elettrodi 124,
- un riscaldatore 126, e
- un ossido di metallo 128.
Secondo una o più forme di attuazione, nel dispositivo 10 possono essere forniti un certo numero di blocchi per la percezione, cioè la rilevazione, per es., di un flusso di gas o una perdita di gas, attraverso i sensori S.
In una o più forme di attuazione, i segnali di sensore ricevuti dai sensori S possono essere sottoposti a un’elaborazione, in blocchi di elaborazione corrispondenti che possono essere posti tra ciascun sensore S e un’unità di elaborazione 20 del dispositivo 10. Il dispositivo 10, per es., un’apparecchiatura di comunicazione mobile, può comprendere uno o più tra:
- un front end analogico (AFE) 14, configurato per amplificare il segnale di sensore, per es., il segnale di rilevamento di gas,
- un convertitore analogico/digitale 16, e/o
- un blocco di controllo digitale 18, configurato per l’impostazione e il controllo dei sensori di gas, la conversione dei dati in ppm - parti per milione – e per comunicare con l’unità di elaborazione 20, per es., direttamente o attraverso un hub dei sensori 22.
L’hub dei sensori 22 può interfacciare e gestire i sensori di gas S ed eventualmente altri sensori che possono essere presenti nel dispositivo portatile 10 (per es., un telefono mobile).
L’unità di elaborazione 20 può comprendere un’unità di elaborazione centrale CPU (“Central Processing Unit”), e la CPU 20 può essere un processore host principale o un processore secondario e può essere configurata per elaborare i segnali di sensore (di gas), al fine di rilevare una presenza, una velocità di flusso e una direzione di un gas. In altre parole, la CPU 20 può comprendere un sistema computazionale per la rilevazione di una sorgente e di una velocità di un flusso di gas.
In aggiunta, la CPU 20 può compensare inoltre i segnali di sensore (di gas) in temperatura e in umidità relativa, in maniera nota nella tecnica, se i segnali di sensore ricevuti non sono già compensati. Si apprezzerà che dati di temperatura e di umidità primitivi possono essere raccolti da sensori aggiuntivi posti sul dispositivo (per es., portatile) 10.
La CPU 20 può usare l’hub dei sensori 22 per comunicare con e controllare i sensori di gas S, e l’unità di elaborazione 20 può anche ricevere ed elaborare segnali di sensore al fine di rilevare la presenza di un flusso di gas, più la sua velocità e direzione.
Inoltre, il dispositivo 10 può comprendere un display 24, connesso all’unità di elaborazione 20, configurato per mostrare allarmi, per es., una concentrazione di flusso di gas o una variazione rilevata nell’intensità del flusso di gas.
Inoltre, il dispositivo 10 può comprendere un ricetrasmettitore 26, per es., un blocco BTLE - Bluetooth Low Energy, configurato per trasferire dati primitivi o risultati a ulteriori dispositivi, per es., terminali/sistemi/display remoti. Per esempio, il ricetrasmettitore 26 può essere configurato per trasmettere anche a un display remoto i dati trasmessi al display 24.
Inoltre, il dispositivo 10 può comprendere una memoria ad accesso casuale o RAM (“Random Access Memory”) 28, e una porta di sensore di Ingresso/Uscita (“Input/Output”) 30.
Uno o più dei blocchi esemplificati precedentemente, per es., il sensore (i sensori) di gas S, il front end analogico 14, il convertitore analogico/digitale 16 e il blocco di controllo digitale 18, adatti per questo genere di applicazione, possono avere una o più delle caratteristiche seguenti:
- rilevazione di composti organici volatili (VOC, “Volatile Organic Compound”),
- un intervallo operativo di circa da 0 ppm a 100 ppm, - un limite di rilevazione di circa 1 ppm,
- un consumo in modalità di spegnimento (“power down”) di pochi μA (1 μA = 10<-6 >A),
- una modalità di warm-up per la stabilizzazione del sensore,
- una modalità a bassa e ad alta potenza con un aumento e una diminuzione del tasso di campionamento,
- interfacce con protocollo di comunicazione standard, per es., SPI, I2C o I3C, verso l’hub dei sensori,
- una tensione di alimentazione di circa da 1,7 V a 3,6 V, e/o
- un intervallo operativo di temperatura di circa da -20 C a 85 C.
Un esempio di un elemento di rilevamento di gas più front end analogico può essere rappresentato da parte di un sensore di gas TGS8100, fornito da Figaro, 1-5-11 Senbanishi, Mino, Osaka 562-8505, Giappone. Questo sensore può essere atto a rilevare la presenza di ossido di carbonio, metano, butano, propano e altri gas dannosi.
La Figura 3 rappresenta un esempio di un segnale di acquisizione da parte di un singolo sensore di gas S (dati primitivi) nel tempo t, nel caso in cui il sensore S sia immerso in un flusso di gas che cambia una concentrazione C di gas (per es., toluene) tra valori di circa da 2 ppm a 10 ppm.
Nelle figure che seguono, parti o elementi simili a parti o elementi già discussi con riferimento alle Figure 1A a 3 sono indicati con riferimenti simili e una descrizione dettagliata corrispondente non sarà ripetuta per brevità.
La Figura 4A rappresenta un esempio di una possibile vista frontale di un dispositivo 10, rappresentato qui come avente una superficie frontale rettangolare, in cui una disposizione di quattro sensori, S0, S1, S2 e S3, può essere compresa ai quattro angoli del dispositivo 10, per es., sulle sue superfici laterali.
Per esempio, i quattro sensori possono essere posti ciascuno su una superficie laterale differente del dispositivo 10, per es., circa al centro della superficie laterale rispettiva o in corrispondenza di un suo angolo, oppure è possibile porre i sensori su due superfici laterali opposte, in corrispondenza dei loro bordi.
Un flusso di gas G, nella Figura 4A rappresentato da frecce, può essere rilevato a istanti di tempo differenti dai sensori, per es., la Figura 4B rappresenta esempi di risposte di ampiezza dei sensori nel corso del tempo s0 e s3 rispettivamente per un primo sensore S0 e un quarto sensore S3. Inoltre, la Figura 4C rappresenta un esempio di una correlazione incrociata CC(0,3) nel tempo tra le risposte di ampiezza dei sensori s0 e s3 del primo e del quarto sensore S0 e S3, in funzione di uno spostamento nel tempo d.
Una correlazione incrociata CC(i,j) o Si ⊗ Sj di un iesimo e di un j-esimo segnale di sensore s, a un indice n, può essere definita come:
Il segnale di correlazione incrociata può fornire una misura di similarità di due segnali si e sj in funzione del loro spostamento nel tempo d (o tempo di ritardo) relativo: un picco superiore della funzione di correlazione incrociata lungo tutti gli indici n può indicare un istante di tempo nel quale si può considerare che i due segnali siano allineati meglio.
Nel presente esempio non limitativo, per i sensori S compresi nel dispositivo 10, un picco inferiore nei dati di sensore s può indicare una rilevazione del flusso di gas G. Di conseguenza, nell’esempio illustrato delle Figure 4A a 4C, il primo sensore S0 può essere il primo, tra i quattro sensori S compresi nel dispositivo 10, a rilevare il flusso di gas G, e i corrispondenti dati di sensore s0 possono rappresentare un picco inferiore che può verificarsi, nel corso del tempo, prima dei picchi inferiori dei dati di sensore s1, s2 e s3 rimanenti. In altre parole, il sensore che rileva per primo (tra i sensori compresi nel dispositivo 10) il flusso di gas è anche il sensore i cui dati di sensore presentano per primi un picco inferiore.
Dopo il primo sensore S0, nel presente esempio non limitativo, gli altri sensori S1, S2 e S3 possono rilevare il flusso di gas G, e i ritardi o spostamenti nel tempo possono essere calcolati tra gli istanti nei quali sono rilevati i picchi inferiori.
La Figura 4B rappresenta un esempio della relazione tra i sensori S0 e S3: esiste un ritardo d03 tra i picchi inferiori dei dati di sensore s0 e s3, con il ritardo d03 che rappresenta il tempo che può trascorrere tra la rilevazione del flusso di gas G da parte del sensore S0 (per primo) e del sensore S3 (in seguito).
Può essere calcolata una rispettiva correlazione incrociata CC(0,3) tra i dati di sensore s0 e s3 del primo e del quarto sensore S0 e S3, che possono presentare un picco superiore locale a un tempo che corrisponde sostanzialmente al ritardo di rilevazione d03.
Le Figure 5A a 5D mostrano possibili caratteristiche di una o più forme di attuazione: la Figura 5A rappresenta un esempio di un flusso di gas G rilevato dai sensori S0, S1, S2 e S3 disposti ai quattro angoli del dispositivo 10; la Figura 5B rappresenta dati di sensore si di ciascun sensore Si compreso nel dispositivo 10; la Figura 5C rappresenta esempi di funzioni di correlazione incrociata CC calcolate in funzione dei dati di sensore s illustrati nella Figura 5B; e la Figura 5D è indicativa di un vettore di velocità g del flusso di fluido stimato risultante dai tempi di ritardo d calcolati, dalle distanze D tra e dalle posizioni dei sensori S.
Si apprezzerà che, nella descrizione che segue, si farà riferimento a vettori (per es., g), che hanno una grandezza, una direzione e un verso; tuttavia, per semplicità, la notazione vettoriale sarà omessa.
Una disposizione come rappresentata nell’esempio della Figura 5A è presentata di nuovo per i quattro sensori S0, S1, S2 e S3.
Nell’esempio non limitativo illustrato, le distanze Dij tra un sensore i e un sensore j possono comprendere:
- distanze D01, D02, D13 e D23: 4 cm, e
- distanze D12 e D03: 5,6 cm.
Di nuovo, i dati di sensore s0, s1, s2 e s3 possono essere raccolti, rappresentati in funzione del tempo t nella Figura 5B.
Nel presente esempio non limitativo, il quarto sensore S3 può rilevare per primo (tra i sensori compresi nel dispositivo 10 nel presente esempio) il flusso di gas G, per es. di un fluido, seguito dai sensori S0, S1 e S2 rimanenti. Di conseguenza, i dati di sensore s3 che corrispondono al sensore S3 possono comprendere un picco inferiore che può anticipare nel tempo i picchi inferiori dei dati di sensore raccolti rimanenti, cioè s0, s1 e s2 che corrispondono ai sensori rimanenti S0, S1 e S2 compresi nel dispositivo 10.
Funzioni di correlazione incrociata CC(i,j), illustrate nella Figura 5C, possono essere calcolate in funzione di una coppia di segnali di sensore si e sj: le correlazioni incrociate CC(i,j) possono mostrare picchi superiori a specifici tempi di ritardo dij, che possono essere indicativi del tempo che trascorre tra i picchi (inferiori) della coppia di dati di sensore considerata.
In una o più forme di attuazione, i tempi di ritardo dij possono essere compresi in una matrice dei tempi di ritardo, una matrice quadrata che ha dimensioni che corrispondono al numero di sensori del dispositivo 10: ciascuna cella (i+1,j+1) della matrice dei tempi di ritardo può memorizzare uno specifico tempo di ritardo dij. In una o più forme di attuazione, la matrice dei tempi di ritardo può essere una matrice antisimmetrica avente elementi diagonali nulli, cioè dii=0.
Nel presente esempio, possono essere usate soltanto le correlazioni incrociate CC(0,3), CC(1,3) e CC(2,3), relative al terzo sensore S3, per calcolare il vettore di velocità g del flusso di gas, a condizione che esse siano relative ai dati di sensore s3 del sensore che rileva per primo (tra i sensori compresi nel dispositivo 10) l’evento di flusso di gas G.
In una o più forme di attuazione, il vettore di velocità g del flusso di gas può essere calcolato attraverso vettori di velocità parziali v(i,j) calcolati tra coppie di sensori Si e Sj. Una direzione del vettore di velocità parziale può essere calcolata in funzione della posizione fisica dei sensori Si e Sj. Per esempio, considerando un piano x-y nell’esempio non limitativo della Figura 4A, la direzione dei vettori v(0,1) e v(2,3) può essere parallela a un asse x, la direzione dei vettori v(0,2) e v(1,3) può essere perpendicolare all’asse x, e la direzione dei vettori v(0,3) e v(1,2) può essere a un angolo, sostanzialmente di 60°, rispetto all’asse x. Inoltre, il segno del tempo di ritardo dij corrispondente può essere indicativo del segno (verso) del vettore di velocità parziale v(i,j) corrispondente. Inoltre, un modulo del vettore di velocità parziale, cioè un modulo di velocità |v(i,j)|, può essere calcolato come:
|v(i,j)| = Dij / |dij|
in cui |dij| rappresenta il valore assoluto del tempo di ritardo determinato attraverso la funzione di correlazione incrociata CC(i,j), cioè il ritardo di tempo tra la rilevazione del flusso di gas G da parte del sensore Si e del sensore Sj, e Dij rappresenta la distanza fisica tra i sensori Si e Sj.
Si apprezzerà che tanto più piccolo è il tempo di ritardo tra due sensori, tanto più grande può essere la grandezza corrispondente del vettore di velocità parziale.
Considerando il presente esempio non limitativo, i moduli di velocità |v(i,j)| possono essere calcolati tramite i tempi di ritardo dij delle correlazioni incrociate CC(i,j) e le distanze Dij:
CC(2,3) -7.75 s 4 cm 0.5 cm/s
In una o più forme di attuazione, soltanto i vettori di velocità parziali relativi al sensore che, tra i sensori compresi nel dispositivo 10, rileva per primo il flusso di gas G possono essere usati per il calcolo del vettore di velocità g del flusso di gas. Nel presente esempio non limitativo, tali vettori di velocità parziali possono essere calcolati in funzione delle correlazioni incrociate CC(0,3), CC(1,3) e CC(2,3), a condizione che siano relative al sensore S3 che rileva per primo il flusso di fluido (per es., di gas) G. Si apprezzerà che i ritardi di tempo d03, d13 e d23 risultanti sono negativi, nella misura in cui il calcolo per la correlazione incrociata CC(i,j) è polarizzato sui dati del primo sensore si tra la coppia di dati di sensore si, sj.
Perciò, in una o più forme di attuazione, i vettori di velocità parziali v(i,j) possono essere calcolati in funzione delle funzioni di correlazione incrociata CC(i,j), specificamente dei tempi di ritardo dij tra loro, e delle distanze Dij tra e delle posizioni dei sensori Si e Sj. Nel presente esempio, i vettori di velocità parziali v(0,3), v(1,3) e v(2,3), relativi ai dati di sensore s3 del sensore S3 che è il primo a rilevare il flusso di gas G, possono essere usati per calcolare il vettore di velocità g del flusso di fluido, come esemplificato nella Figura 5D, per es., sommando in senso vettoriale i vettori di velocità parziali. Per esempio, il vettore di velocità g del flusso di fluido risultante può avere una grandezza |g| (velocità di flusso) di circa 20,9 cm/s e può essere diretto a un angolo α di circa 112° rispetto all’asse x.
Si apprezzerà che il risultato di tale calcolo è un vettore che indica la direzione di arrivo del flusso di gas G. Per esempio, nel caso rappresentato nell’esempio della Figura 5A, il flusso G è mostrato con una direzione di arrivo a circa 112° rispetto all’asse x.
Secondo l’esempio non limitativo della Figura 5D, il centro del piano x-y rappresenta il punto di rilevazione del flusso di fluido G (per es., rappresenta il dispositivo 10 di rilevamento), la lunghezza del vettore di velocità g del flusso di fluido è indicativa dell’intensità del vettore, e la direzione del vettore è indicativa della direzione di arrivo del flusso di gas con il vettore che punta dal centro del piano x-y verso l’origine del flusso di fluido G.
Il procedimento secondo una o più forme di attuazione può essere rappresentato dall’esempio della Figura 6. Il procedimento può comprendere le fasi di:
- 1000, ricevere i dati di sensore dai sensori S nel dispositivo 10,
- 1002, elaborare i dati di sensore (grezzi) s, per es., è possibile effettuare una compressione di dati, una rimozione di linea di base e/o una riduzione di rumore ad alta frequenza,
- 1004, identificare un primo sensore tra i sensori S che rileva per primo un evento di flusso di gas G,
- 1006, calcolare correlazioni incrociate CC tra coppie di dati di sensore si, sj di una coppia di sensori Si, Sj,
- 1008, valutare una matrice dei tempi di ritardo, - 1010, stimare un vettore di velocità g del flusso, in base alla matrice dei tempi di ritardo d, al primo sensore e alle distanze D tra i sensori S.
In un altro esempio non limitativo, il flusso di fluido G può essere perpendicolare a una delle superfici laterali del dispositivo 10, per es., il flusso di fluido G’ (sostanzialmente 0° rispetto all’asse x) o G’’ (sostanzialmente 90° rispetto all’asse x) nella Figura 7A. Di conseguenza, due sensori possono rilevare il flusso di fluido G circa nello stesso momento, per es., il sensore S0 più il sensore S1 o il sensore S2, rispettivamente: per es., può essere calcolato un tempo di ritardo d01 o d02 trascurabile attraverso le correlazioni incrociate CC(0,1) e CC(0,2).
Così, per stimare il vettore di velocità g del flusso di fluido, il procedimento secondo una o più forme di attuazione può comprendere:
- 2000, identificare un primo sensore di rilevazione (per es., S0 nella Figura 7A) che rileva per primo il flusso di fluido G e calcolare vettori di velocità parziali v(i,j) come esemplificato precedentemente,
- 2002, calcolare un primo vettore di velocità v’ ulteriore e un secondo vettore di velocità v’’ ulteriore, che sono una somma (con segno) dei vettori di velocità parziali che sono perpendicolari o paralleli all’asse x e che comprendono il primo sensore di rilevazione (v’= v(0,1) v(0,2)) e il sensore disposto opposto (per es., il più lontano, nell’angolo opposto, per es., S3) dal primo sensore di rilevazione (v’’= v(1,3) v(2,3)), rispettivamente,
- 2004, rilevare se si verifica una condizione nella quale il primo e il secondo vettore di velocità ulteriori sono entrambi allineati o perpendicolari all’asse x,
- se la condizione è assente (2004, N), 2006, calcolare il vettore di velocità g del flusso di fluido come somma dei vettori di velocità comprendendo il primo sensore di rilevazione (per es., g = v(0,1) v(0,2) v(0,3),
- se la condizione è presente (2004, Y), 2008, determinare se il primo vettore di velocità ulteriore e il secondo vettore di velocità ulteriore sono entrambi allineati (cioè paralleli) all’asse x o perpendicolari (per es., allineati con l’asse y) all’asse x, e
- se il primo e il secondo vettore di velocità ulteriori sono entrambi perpendicolari all’asse x (2008, N), 2012, calcolare il vettore di velocità g del flusso di fluido come somma dei vettori di velocità parziali calcolati scartando i vettori di velocità parziali orientati verticalmente - vale a dire allineati perpendicolarmente rispetto all’orientamento del primo e del secondo vettore di velocità ulteriori (per es., g = v(0,1) v(0,3) v(1,2) v(2,3)),
- se il primo e il secondo vettore di velocità ulteriori sono entrambi allineati con l’asse x (2008, Y), 2010, calcolare il vettore di velocità g del flusso di fluido come somma dei vettori di velocità parziali calcolati scartando i vettori di velocità parziali orientati orizzontalmente - vale a dire allineati al primo e al secondo vettore di velocità ulteriori (per es., g = v(0,2) v(0,3) v(1,2) v(1,3)).
Una o più forme di attuazione possono così riferirsi a un procedimento che può comprendere:
- ricevere (per es., 1000), da parte di una pluralità di sensori (per es., S0, S1, S2, S3), segnali di rilevazione (per es., s0, s1, s2, s3) indicativi di un flusso di fluido (per es., G) rilevato, il flusso di fluido avendo una direzione e una velocità, i sensori avendo rispettive posizioni e distanze reciproche (per es., D01, D02, D03, D12, D13, D23) tra coppie di sensori nella pluralità di sensori, con le coppie di sensori che comprendono un primo sensore e un secondo sensore nella coppia,
- identificare (per es., 1004), in funzione dei segnali di rilevazione ricevuti, un primo sensore di rilevazione nella pluralità di sensori che rileva per primo il flusso di fluido,
- calcolare (per es., 1006) ritardi di tempo (per es., d01, d02, d03, d12, d13, d23) tra una rilevazione del flusso di fluido da parte del primo sensore e del secondo sensore in coppie di sensori nella pluralità di sensori, per es., il tempo che passa tra una rilevazione del flusso di fluido da parte del primo sensore di rilevazione e una rilevazione del flusso di fluido da parte di altri sensori nella pluralità di sensori, e
- calcolare (per es., 1010) un vettore di velocità (per es., g) del flusso di fluido indicativo della direzione e della velocità del flusso di fluido rilevato, in funzione delle distanze e delle posizioni reciproche tra coppie di sensori nella pluralità di sensori e dei ritardi di tempo calcolati.
Una o più forme di attuazione possono comprendere calcolare i ritardi di tempo calcolando correlazioni incrociate (per es., CC(0,1), CC(0,2), CC(0,3), CC(1,2), CC(1,3), CC(2,3)) nel tempo tra i segnali di rilevazione del primo sensore di rilevazione e degli altri sensori nella pluralità di sensori.
In una o più forme di attuazione, il procedimento può anche comprendere:
- fornire la pluralità di sensori in una disposizione a matrice (per es., un piano x-y) con i sensori nella pluralità di sensori allineati nelle direzioni delle righe (per es., paralleli all’asse x) e delle colonne (per es., paralleli all’asse y) nella disposizione a matrice,
- calcolare (per es., 2002) un primo vettore di velocità ulteriore che comprende una somma - con segno - di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche più i ritardi di tempo calcolati, per coppie di sensori nella pluralità di sensori allineati nelle direzioni delle righe e delle colonne nella disposizione a matrice e che comprendono il primo sensore di rilevazione, in cui il primo vettore di velocità ulteriore può comprendere rispettivamente una prima componente nella direzione delle righe e una seconda componente nella direzione delle colonne nella disposizione a matrice,
- confrontare (per es., 2004) la prima e la seconda componente del primo vettore di velocità ulteriore, e rilevare una condizione tale per cui la prima, rispettivamente la seconda, componente domina sulla seconda, rispettivamente la prima, componente (cioè, la grandezza della seconda, rispettivamente della prima, componente è trascurabile rispetto alla grandezza della prima, rispettivamente della seconda, componente), che è indicativa del fatto che il primo vettore di velocità ulteriore è sostanzialmente allineato con la direzione delle righe o con la direzione delle colonne nella disposizione a matrice, e
- calcolare (per es., 2010, 2012) il vettore di velocità del flusso di fluido con l’uno o l’altro tra:
- a) in assenza di una rilevazione della condizione, calcolare il vettore di velocità del flusso di fluido come somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche più i ritardi di tempo calcolati per coppie di sensori nella pluralità di sensori che comprendono il primo sensore di rilevazione, - b) come risultato del fatto che è rilevata la condizione, calcolare il vettore di velocità del flusso di fluido come somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche più i ritardi di tempo calcolati, per (tutte) le coppie di sensori nella pluralità di sensori escludendo dalla somma vettori di velocità parziali calcolati per coppie di sensori allineati nella direzione del primo vettore di velocità ulteriore.
Una o più forme di attuazione possono comprendere inoltre:
- identificare un sensore opposto nella pluralità di sensori, il sensore opposto essendo il sensore nella pluralità di sensori che ha la più alta distanza dal primo sensore di rilevazione (cioè, che può essere disposto nell’angolo opposto rispetto a esso),
- calcolare (per es., 2002) un secondo vettore di velocità ulteriore che comprende una somma - con segno – di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche più i ritardi di tempo calcolati per coppie di sensori nella pluralità di sensori allineati nelle direzioni delle righe e delle colonne nella disposizione a matrice che comprendono il sensore opposto, in cui il secondo vettore di velocità ulteriore comprende rispettivamente una prima componente nella direzione delle righe e una seconda componente nella direzione delle colonne nella disposizione a matrice,
- confrontare (per es., 2004) la prima e la seconda componente del primo vettore di velocità ulteriore e la prima e la seconda componente del secondo vettore di velocità ulteriore, e rilevare una condizione tale per cui la prima, rispettivamente la seconda, componente domina sulla seconda, rispettivamente la prima, componente del primo vettore di velocità ulteriore più la prima, rispettivamente la seconda, componente domina sulla seconda, rispettivamente la prima, componente del secondo vettore di velocità ulteriore, la condizione indicativa del fatto che il primo vettore di velocità ulteriore e il secondo vettore di velocità ulteriore sono sostanzialmente allineati con la direzione delle righe o con la direzione delle colonne nella disposizione a matrice, e
- calcolare (per es., 2010, 2012) il vettore di velocità del flusso di fluido con l’uno o l’altro tra:
- a) in assenza di una rilevazione della condizione, calcolare il vettore di velocità del flusso di fluido come somma - con segno - di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze delle direzioni reciproche più i ritardi di tempo calcolati, per coppie di sensori nella pluralità di sensori che comprendono il primo sensore di rilevazione,
- b) come risultato della condizione rilevata, calcolare il vettore di velocità del flusso di fluido come somma – con segno - di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze delle direzioni reciproche più i ritardi di tempo calcolati per (tutte) le coppie di sensori nella pluralità di sensori escludendo dalla somma i vettori di velocità parziali calcolati per coppie di sensori allineati nella direzione del primo e del secondo vettore di velocità ulteriori.
Una o più forme di attuazione possono comprendere inoltre di elaborare (per es., 1002) i segnali di rilevazione, con almeno uno tra:
- filtrare via rumore ad alta frequenza, e/o
- normalizzare ampiezze dei segnali, e/o
- rimuovere linee di base dei segnali, e/o
- convertire segnali analogici in segnali digitali. Una o più forme di attuazione possono anche comprendere trasmettere a un display (per es., a un display locale 24 o a un display remoto tramite un ricetrasmettitore 26) di almeno un dispositivo di utente (per es., 10) almeno uno tra:
- il vettore di velocità del flusso di fluido, e/o - i segnali delle rilevazioni, e/o
- le correlazioni incrociate calcolate tra i segnali di rilevazione di coppie di sensori nella pluralità di sensori, e/o
- il flusso di fluido che è rilevato, e/o
- il modulo del vettore di velocità del flusso di fluido.
In una o più forme di attuazione, identificare il primo sensore di rilevazione nella pluralità di sensori che rileva per primo il flusso di fluido può comprendere localizzare nel tempo l’occorrenza di picchi nei segnali di rilevazione dalla pluralità di sensori e di identificare i picchi del primo sensore di rilevazione nei dati di sensore come quello che produce il picco più anticipato che si verifica nei segnali di rilevazione dalla pluralità di sensori.
Una o più forme di attuazione possono anche fare riferimento a un dispositivo portatile (per es., 10), per esempio un’apparecchiatura di comunicazione mobile, che può comprendere:
- una pluralità di sensori, e
- un’unità di elaborazione (per es., 20), configurata per eseguire le fasi del procedimento secondo una o più forme di attuazione.
In una o più forme di attuazione, la pluralità di sensori può essere disposta:
- intorno a una porzione centrale del dispositivo, e/o - con ciascun sensore della pluralità di sensori posto a una certa distanza (per es., D01, D02, D03, D12, D13, D23) dai sensori vicini, e/o
- su lati laterali del dispositivo, e/o
- in corrispondenza di bordi esterni del dispositivo, preferibilmente in corrispondenza degli angoli del dispositivo.
Inoltre, in una o più forme di attuazione, i sensori nella pluralità di sensori possono comprendere sensori di gas, preferibilmente sensori di gas a ossido di metallo MOX.
Una o più forme di attuazione possono riferirsi inoltre a un prodotto informatico caricabile nella memoria di almeno un’unità di elaborazione, e comprendente porzioni di codice software per eseguire le fasi del procedimento secondo una o più forme di attuazione.
Fermi restando i principi di fondo, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo apprezzabile, rispetto a quanto è stato descritto, puramente a titolo di esempio, senza uscire dall’ambito di protezione.
L’ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento, comprendente: - ricevere (1000) da parte di una pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) segnali di rilevazione (s0, s1, s2, s3) indicativi di un flusso di fluido (G) rilevato, il flusso di fluido (G) avendo una direzione e una velocità, i sensori avendo rispettive distanze e posizioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) tra coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3), le coppie di sensori comprendendo un primo sensore e un secondo sensore nella coppia, - identificare (1004), in funzione dei segnali di rilevazione (s0, s1, s2, s3) ricevuti, un primo sensore di rilevazione nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) che rileva per primo il flusso di fluido (G), - calcolare (1006) ritardi di tempo (d01, d02, d03, d12, d13, d23) tra una rilevazione del flusso di fluido (G) da parte del primo sensore e del secondo sensore in coppie di sensori in detta pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3), e - calcolare (1010) un vettore di velocità (g) del flusso di fluido indicativo della direzione e della velocità del flusso di fluido (G) rilevato, in funzione delle direzioni e delle posizioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) tra coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) e dei ritardi di tempo (d01, d02, d03, d12, d13, d23) calcolati.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente calcolare i ritardi di tempo (d01, d02, d03, d12, d13, d23) calcolando correlazioni incrociate (CC(0,1), CC(0,2), CC(0,3), CC(1,2), CC(1,3), CC(2,3)) nel tempo tra i segnali di rilevazione (s0, s1, s2, s3) di coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3).
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, comprendente: - fornire la pluralità di sensori in una disposizione a matrice con sensori nella pluralità di sensori allineati nelle direzioni delle righe e delle colonne nella disposizione a matrice, - calcolare (2002) un primo vettore di velocità ulteriore che comprende una somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) più i ritardi di tempo calcolati (d01, d02, d03, d12, d13, d23) per coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) allineati nelle direzioni delle righe e delle colonne nella disposizione a matrice e che comprendono detto primo sensore di rilevazione, in cui il primo vettore di velocità ulteriore comprende rispettivamente una prima componente nella direzione delle righe e una seconda componente nella direzione delle colonne nella disposizione a matrice, - confrontare (2004) la prima e la seconda componente del primo vettore di velocità ulteriore, e rilevare una condizione tale per cui la prima, rispettivamente la seconda, componente domina sulla seconda, rispettivamente la prima, componente, che è indicativa del fatto che il primo vettore di velocità ulteriore è sostanzialmente allineato con la direzione delle righe o con la direzione delle colonne nella disposizione a matrice, e - calcolare (2010, 2012) il vettore di velocità (g) del flusso di fluido con l’uno o l’altro tra: - a) in assenza di una rilevazione di detta condizione, calcolare (2010, 2012) il vettore di velocità (g) del flusso di fluido come somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze delle direzioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) più i ritardi di tempo calcolati (d01, d02, d03, d12, d13, d23) per coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) che comprendono detto primo sensore di rilevazione, - b) come risultato del fatto che detta condizione è rilevata, calcolare (2010, 2012) il vettore di velocità (g) del flusso di fluido come somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) più i ritardi di tempo calcolati (d01, d02, d03, d12, d13, d23), per le coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) escludendo dalla somma vettori di velocità parziali calcolati per coppie di sensori allineati nella direzione del primo vettore di velocità ulteriore.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, comprendente: - identificare un sensore opposto nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3), il sensore opposto essendo il sensore nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) avente la più alta distanza dal primo sensore di rilevazione, - calcolare (2002) un secondo vettore di velocità ulteriore che comprende una somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) più i ritardi di tempo calcolati (d01, d02, d03, d12, d13, d23) per coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) allineati nelle direzioni delle righe e delle colonne nella disposizione a matrice e che comprendono detto sensore opposto, in cui il secondo vettore di velocità ulteriore comprende rispettivamente una prima componente nella direzione delle righe e una seconda componente nella direzione delle colonne nella disposizione a matrice, - confrontare (2004) la prima e la seconda componente del primo vettore di velocità ulteriore e la prima e la seconda componente del secondo vettore di velocità ulteriore, e rilevare una condizione tale per cui la prima, rispettivamente la seconda, componente del primo vettore di velocità ulteriore domina sulla seconda, rispettivamente la prima, componente del primo vettore di velocità ulteriore più la prima, rispettivamente la seconda, componente del secondo vettore di velocità ulteriore domina sulla seconda, rispettivamente la prima, componente del secondo vettore di velocità ulteriore, la condizione indicativa del fatto che il primo e il secondo vettore di velocità ulteriori sono sostanzialmente allineati con la direzione delle righe o con la direzione delle colonne nella disposizione a matrice, e - calcolare (2010, 2012) il vettore di velocità (g) del flusso di fluido con l'uno o l'altro tra: a) in assenza di una rilevazione di detta condizione, calcolare (2010, 2012) il vettore di velocità (g) del flusso di fluido come somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) più i ritardi di tempo calcolati (d01, d02, d03, d12, d13, d23) per coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) che comprendono detto primo sensore di rilevazione, - b) come risultato del fatto che detta condizione è rilevata, calcolare (2010, 2012) il vettore di velocità (g) del flusso di fluido come somma di vettori di velocità parziali calcolati in funzione delle distanze e delle direzioni reciproche (D01, D02, D03, D12, D13, D23) più i ritardi di tempo calcolati (d01, d02, d03, d12, d13, d23) per le coppie di sensori nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) escludendo dalla somma i vettori di velocità parziali calcolati per coppie di sensori allineati nella direzione del primo e del secondo vettore di velocità ulteriori.
- 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente elaborare (1002) i segnali di rilevazione (s1, s2, s3, s4), con almeno uno tra: - filtrare via rumore ad alta frequenza, e/o - normalizzare ampiezze dei segnali, e/o - rimuovere linee di base dei segnali, e/o - convertire segnali analogici in segnali digitali.
- 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente trasmettere a un display (24, 26) di almeno un dispositivo di utente (10) almeno uno tra: - il vettore di velocità del flusso di fluido, e/o - i segnali delle rilevazioni (s1, s2, s3, s4), e/o - le correlazioni incrociate (CC(0,1), CC(0,2), CC(0,3), CC(1,2), CC(1,3), CC(2,3)) calcolate tra i segnali di rilevazione (s1, s2, s3, s4) di coppie di sensori nella pluralità di sensori (S1, S2, S3, S4).
- 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente trasmettere a un display (24, 26): - una concentrazione del gas compreso nel flusso di fluido (G), e/o - una variazione nel tempo del modulo del vettore di velocità (g) del flusso di fluido.
- 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui identificare (1004) il primo sensore di rilevazione nella pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) che rileva per primo il flusso di fluido (G) comprende localizzare nel tempo l’occorrenza di picchi nei segnali di rilevazione (s0, s1, s2, s3) dalla pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3) e di identificare (1004) il primo sensore di rilevazione come quello che produce più in anticipo il picco che si verifica nei segnali di rilevazione (s0, s1, s2, s3) dalla pluralità di sensori (S0, S1, S2, S3).
- 9. Dispositivo portatile (10), preferibilmente una apparecchiatura di comunicazione mobile, comprendente: - una pluralità di sensori (S1, S2, S3, S4), e - un’unità di elaborazione (20), configurata per eseguire le fasi del procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
- 10. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 9, in cui la pluralità di sensori (S1, S2, S3, S4) sono disposti: - intorno a una porzione centrale del dispositivo (10), e/o - con ciascun sensore della pluralità di sensori (S1, S2, S3, S4) posto a una certa distanza (D01, D02, D03, D12, D13, D23) dai sensori vicini, e/o - su lati laterali del dispositivo (10), e/o - in corrispondenza di bordi esterni del dispositivo (10), preferibilmente in corrispondenza degli angoli del dispositivo (10).
- 11. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 9 o la rivendicazione 10, in cui i sensori nella pluralità di sensori (S1, S2, S3, S4) sono sensori di gas, preferibilmente sensori di gas a ossido di metallo MOX configurati per rilevare un flusso di fluido (G) indicativo di una perdita di gas.
- 12. Prodotto informatico caricabile nella memoria di almeno un’unità di elaborazione, e comprendente porzioni di codice software per eseguire le fasi del procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8.
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