IT201800004222A1 - Inclinometro elettronico a lettura ottica - Google Patents

Description

Invenzione con TITOLO: " INCLINOMETRO ELETTRONICO A LETTURA OTTICA

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo elettronico di misura micrometrica delle inclinazioni (100) denominato "Inclinometro elettronico a lettura ottica" avente come scopo la misura accurata dell'inclinazione del dispositivo rispetto alla rispetto alla verticale gravitazionale, rendendo tale informazione disponibile attraverso una linea dati.

In particolare il dispositivo (100) trova la sua applicazione nella rilevazione continua delle verticalità di elementi strutturali di edifici o manufatti, essendo tali elementi resi solidali al supporto (110) del dispositivo (100), essendo tale dispositivo (100) in grado di rilevare con accuratezza l'angolo che l'equipaggio mobile (120) assume rispetto al supporto (110), essendo l'equipaggio mobile (120) lasciato libero di assumere la posizione di equilibrio statico ruotando intorno al suo asse meccanico (122) fino a che il suo baricentro non venga a trovarsi nel piano della verticale gravitazionale che contiene il suddetto asse meccanico (122) ed al di sotto di esso, essendo tale posizione di equilibrio univocamente determinata in base al punto di intercetta del raggio ottico (124) emesso da un illuminatore a diodo laser (123) su un array ottico lineare (115), essendo il suddetto illuminatore a diodo laser (123) parte integrante dell'equipaggio mobile (120) ed essendo il suddetto array ottico lineare (115) parte integrante del supporto (110).

Tecnica nota: esistono commercialmente applicazioni simili al dispositivo oggetto della presente invenzione nelle quali la rilevazione dell'angolo di inclinazione del supporto viene determinata utilizzando pendoli meccanici, fili a piombo o accelerometri elettronici.

I diversi sistemi si differenziano per le modalità di lettura dell'angolo di inclinazione che, nella maggior parte di casi, è effettuata visivamente da un operatore e solo nel caso di inclinometri basati su accelerometri elettronici, viene letta automaticamente e riportata a distanza attraverso un segnale dati. L'accuratezza e la ripetibilità delle misure dipende grandemente dal tipo di sensore che viene utilizzato per la determinazione dell'angolo di inclinazione ma, in generale, tutti i sistemi basati sulla misura di grandezze elettriche, quali, ad esempio, gli inclinometri basati su accelerometri MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), risentono della temperatura ambiente e non garantiscono l'assenza di fenomeni di deriva dovuti all'escursione termica.

Il principio alla base della presente invenzione è quello della lettura diretta della posizione relativa di un raggio ottico (124) emesso da un illuminatore a diodo laser (123) solidale all'equipaggio mobile (120), rispetto ad un array ottico lineare (115) solidale al supporto (110) del dispositivo che permette di risalire alle variazioni dell'angolo di rotazione dell'equipaggio mobile (120) rispetto al supporto (110) attraverso semplici relazioni trigonometriche tra letture successive del punto di intercetta del raggio ottico (124) rispetto all'array ottico lineare (115).

Tale soluzione risulta particolarmente economica e meccanicamente semplice offrendo, nello stesso tempo, elevata risoluzione, elevata linearità ed assenza di fenomeni di deriva termica.

DESCRIZIONE DEL FUNZIONAMENTO

Il funzionamento del dispositivo (100) viene ora descritto a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alla Figura 1 nella quale sono schematicamente rappresentati:

- un dispositivo (100) costituito dalle due componenti: supporto (110) e equipaggio mobile (120), essendo il suddetto supporto (110) costituito da una piastra di fondo (111), da un rivelatore ottico (112) e da un modulo vibratore (113) ed essendo il suddetto equipaggio mobile (120) costituito da un corpo rigido (121) al quale è solidalmente fissato un illuminatore a diodo laser (123) e da un asse meccanico (122) che permette la rotazione del suddetto corpo rigido (121) rispetto alla piastra di fondo (121) del supporto (120), essendo il suddetto rivelatore ottico (122) a sua volta costituito da un modulo a microprocessore (114), da un array ottico lineare (115), da un'interfaccia di comando del modulo vibratore (116) e da un'interfaccia di linea (117).

Con riferimento a tale Figura 1 il funzionamento del dispositivo può essere descritto come segue:

- il modulo a microprocessore (114) provvede ad attivare, a intervalli regolari, prima il modulo vibratore (113), attraverso l'interfaccia di comando (116), poi l'illuminatore a diodo laser (123) facendo sì che il raggio ottico (124) da esso emesso vada ad intercettare l'array ottico lineare (115) nel punto corrispondente alla posizione angolare relativa corrente dell'equipaggio mobile (120) rispetto al supporto (110);

- il modulo a microprocessore (114) leggerà l'array ottico lineare (115) andando a determinare quali degli elementi fotorivelatori di detto array (115) risultano illuminati e quali no, determinando, di conseguenza, la posizione angolare relativa dell'equipaggio mobile (120) rispetto al supporto (110) con precisione dipendente dalla distanza tra gli elementi fotorivelatori dell' array (115) e dalla distanza tra l'asse meccanico di rotazione (122) e il piano dell'array ottico lineare (115);

- il modulo a microprocessore (114) comunicherà all'esterno, tramite la linea dati (130), l'esito di ciascuna lettura, codificando il segnale dati corrispondente attraverso l'interfaccia di linea (117).

Il funzionamento del dispositivo (100) viene ora descritto a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure 2 e 3 nelle quali sono rappresentati gli elementi che lo compongono in una delle possibili realizzazioni attualmente preferita. In particolare nella figura 2 è rappresentata una vista del dispositivo (100) limitata al solo supporto (110) che, nella soluzione attualmente preferita è composto da:

-Piastra di fondo (111);

-Rivelatore ottico (112), contenente al suo interno (non rappresentati) il modulo a microprocessore (114), l'array ottico lineare (115), l'interfaccia di comando del vibratore (116) e l'interfaccia di linea (117);

-Due moduli vibratore (113a) e (113b);

- Due cuscinetti di rotolamento dell'asse meccanico (122) dell'equipaggio mobile (214a) e (214b).

Nella figura 3 è rappresentata una vista del dispositivo (100) limitata al solo equipaggio mobile (120) che, nella soluzione attualmente preferita è composto da:

-Corpo rigido (121);

-Asse meccanico, che nella soluzione attualmente preferita è realizzato in due metà, rispettivamente indicate come (122a) e (122b);

-Illuminatore a diodo laser (123);

-Raggio ottico (124).

Con riferimento alle suddette Figure 2 e 3 il funzionamento del dispositivo (100) può essere descritto come segue:

- Nell'impiego corrente l'equipaggio mobile (120) è libero di ruotare intorno al suo asse meccanico ( 122a e 122b) e raggiunge la sua posizione di equilibrio per effetto della gravità terrestre che tende a farlo ruotare fino a che il baricentro dello stesso non si porti nel piano verticale che contiene l'asse meccanico di sospensione.

-La particolare forma dell'equipaggio mobile scelta per la soluzione attualmente preferita consente di appesantire notevolmente la parte inferiore del corpo rigido (121), ad esempio inserendo piccole sfere di piombo o altro materiale ad alta densità, al fine di aumentare la coppia agente sull'equipaggio mobile (120) quando questo si trovi in posizione non equilibrata;

-Per evitare che gli attriti statici tra gli elementi dei cuscinetti (214a e 214b) possano trattenere l'equipaggio mobile in una posizione prossima a quella di equilibrio ma non proprio coincidente con questa, il dispositivo a microprocessore (114) provvede ad attivare, attraverso l'interfaccia (116), i due moduli vibratori (113a e 113b) in modo che le vibrazioni forzate del supporto (110) prevalgano sugli attriti statici consentendo all'equipaggio mobile (120) di raggiungere la posizione di equilibrio;

-Raggiunta la condizione di equilibrio, il modulo a microprocessore (114) attiverà l'illuminatore a diodo laser (123) in modo che il raggio ottico (124) da questo generato vada ad illuminare l'array ottico lineare (115), consentendo in tal modo al modulo a microprocessore (114) di determinare quali dei pixel risultano illuminati ed, attraverso tale misura, determinare l'angolo di rotazione dell'equipaggio mobile (120) rispetto al supporto (110).

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI RIVENDICAZIONE 1: Dispositivo denominato denominato " Inclinometro elettronico a lettura ottica avente come scopo la misura accurata dell'angolo di inclinazione del dispositivo stesso rispetto alla verticale gravitazionale, caratterizzato dai fatto di essere composto da un supporto e un equipaggio mobile, essendo il suddetto supporto costituito da una piastra di fondo, da un rivelatore ottico e da un modulo vibratore ed essendo il suddetto equipaggio mobile costituito da un corpo rigido al quale è solidalmente fissato un illuminatore a diodo laser e da un asse meccanico che permette la rotazione del suddetto corpo rigido rispetto alla piastra di fondo del supporto, essendo il suddetto rivelatore ottico a sua volta costituito da un modulo a microprocessore, da un array ottico lineare, da un'interfaccia di comando del modulo vibratore e da un'interfaccia di linea che permette la comunicazione all'esterno del dispositivo dei dati rilevati. RIVENDICAZIONE 2: Dispositivo come da RIVENDICAZIONE 1 caratterizzato dal fatto che il suddetto supporto comprenda uno o più moduli vibratore utilizzati al fine di ridurre l'effetto dell'attrito statico tra asse meccanico dell'equipaggio mobile e piastra di fondo del supporto e che tali moduli vibratore vengano attivati dal modulo a microprocessore attraverso la relativa interfaccia di comando immediatamente prima di effettuare la determinazione del punto di intercetta tra raggio ottico ed array ottico lineare.