IT201800020959A1

IT201800020959A1 - Dispositivo sensore per il monitoraggio di elementi strutturali, sistema di aggraffaggio, unità di indagine e metodo di produzione associato

Info

Publication number: IT201800020959A1
Application number: IT102018000020959A
Authority: IT
Original assignee: Safecertifiedstructure Tecnologia S P A
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-21
Also published as: EP3899478A1; CN113454433A; US20220074963A1; WO2020128726A1

Description

Dispositivo sensore per il monitoraggio di elementi strutturali, sistema di aggraffaggio, unità di indagine e metodo di produzione associato

DESCRIZIONE

Ambito tecnico L’invenzione si riferisce ad un dispositivo sensore per il monitoraggio di elementi strutturali, sistema di aggraffaggio, unità di indagine e metodo di produzione associato includente le caratteristiche menzionate nel preambolo delle rivendicazioni indipendenti.

Sfondo tecnologico È noto che elementi strutturali di tipologia strutturale artificiale (e.g. porzioni di ponti, pareti di case, etc.) oppure elementi strutturali di tipologia naturale (porzioni di terreni, porzioni di bacini idrici, porzioni di manti nevosi, etc.) possono subire rotazioni correlate a spostamenti e/o deformazioni se sottoposti a movimentazioni o cedimenti propri o di altre porzioni strutturali o di altre porzioni del suolo (e.g. frane, terremoti, assestamenti, etc.) a cui sono direttamente od indirettamente connessi. In particolare, tali movimentazioni o cedimenti del suolo possono svilupparsi in maniere imprevedibili e molto rapide producendo così danni anche catastrofici di strutture o porzioni di terreni direttamente od indirettamente interessati dalle suddette movimentazioni o cedimenti. Appare quindi evidente la necessità di poter monitorare in maniera efficace le evoluzioni dei suddetti movimenti e/o cedimenti di tali porzioni strutturali ed in caso di necessità di esserne tempestivamente aggiornati.

Nel contesto di questo fabbisogno informativo e di monitoraggio, un documento pertinente è la domanda di brevetto cinese CN 105973200 che descrive un inclinometro portatile automatizzato per il monitoraggio di frane comprendente un sensore alloggiato su una slitta rigida che scorre su un binario di un tubo inserito all’interno di un terreno da indagare, un cavo connesso ad un estremo al sensore e all’altro estremo a mezzi di riavvolgimento del cavo stesso ed un sistema di elaborazione dei dati raccolti.

Nel momento di necessità, un operatore deve raggiungere il terreno in cui precedentemente è stato predisposto il tubo, inserirne all’interno il suddetto inclinometro automatizzato e farlo scorrere lentamente in direzione verticale rispetto al terreno in modo tale da raccogliere le varie informazioni fornite dal sensore in funzione della profondità analizzata in cui il sensore è posizionato.

Tale prodotto è tuttavia inidoneo a fornire un monitoraggio di elementi strutturali continuo ed efficace (si consideri in questo specifico caso porzioni di terreno potenzialmente franose, ma lo stesso ragionamento vale per trombe degli ascensori, porzioni di ponti, etc.).

Innanzitutto, un evidente svantaggio presente nei prodotti realizzati secondo gli insegnamenti della tecnica nota è che non è previsto l’inserimento in maniera stabile ed efficace del sensore desiderato all’interno del tubo o della porzione di edificio o della porzione di ponte posti sotto indagine. Infatti, ad esempio la slitta rigida tramite cui si muove il sensore rappresenta una porzione molto più piccola della dimensione tipica della zona d’indagine dei tubi inseriti nei terreni potenzialmente interessabili da frane (lunghi in genere tra i 100 ed i 200 metri). Ovviamente, durante o a seguito di eventuali frane i tubi inseriti nei terreni d’indagine possono subire anche severe deformazioni a seguito di scorrimenti differenziali di specifiche porzioni di terreno a composizione o comportamento differenti. E’ immediatamente evidente che in questi casi la soluzione descritta dal suddetto brevetto cinese può risultare poco efficace se non addirittura completamente inutile poiché vi sarà il rischio di non riuscir neppure ad infilare nel tubo d’indagine la slitta rigida o di poterla infilare solamente per una porzione limitata del tubo. In questo esempio si evince un ulteriore svantaggio relativo alla incapacità di avere un monitoraggio della struttura d’interesse potenzialmente in maniera immediata e costante (in real time).

Ancora prendendo in considerazione il documento cinese suddetto, un altro svantaggio critico è rappresentato dal fatto che al fine di poter intervenire in maniera tempestiva nel caso predetto, occorre poter raccogliere i dati di interesse nel minor tempo possibile. Si comprende chiaramente che la soluzione tecnica analizzata prevede che l’operatore raggiunga il terreno d’indagine, o più in

generale la struttura sotto indagine, (che può anche essere difficile da raggiungere rapidamente con i mezzi comuni), inserisca la slitta rigida all’interno del tubo d’indagine (qualora, come precedentemente argomentato, sia ancora possibile), e raccolga i dati in loco. Tali operazioni possono determinare ritardi d’intervento quantificabili in termini di ore (nei casi più felici) e di molti giorni (nei casi più sfortunati). Ulteriormente, è appropriato considerare che sempre nel caso in cui la frana abbia compromesso le vie di accesso al terreno d’interesse, l’indagine risulterà irrealizzabile. Stesse riflessioni valgono per porzioni di ponte crollate o per porzioni di edifici danneggiati.

In generale, quindi, lo svantaggio che la tecnica nota mostra è una condizione di vita media dell’ apparato sensore esposto ad agenti atmosferici, a cicli di gelo‐disgelo, a potenziali depositi di sali se in prossimità di zone marine, a collisioni con oggetti in movimento, etc. che risulta spesso troppo accorciata rischiando di compromettere rapidamente la qualità e l’accuratezza dei dati rilevati. Descrizione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo sensore per il monitoraggio di elementi strutturali, un sistema di aggraffaggio, un’unità di indagine ed un metodo di produzione ad essi associato che superi, almeno in parte, uno o più degli svantaggi della tecnica nota identificata. In questo contesto, con elementi strutturali si intendono quelle porzioni di strutture artificiali (e.g. porzioni di ponti, pareti di case, trombe degli ascensori, etc.) oppure di strutture naturali (porzioni di terreni, porzioni di bacini idrici, porzioni di manti nevosi, etc.) che possono subire rotazioni, spostamenti e/o deformazioni se sottoposti a movimentazioni o cedimenti del suolo (e.g. frane, terremoti, assestamenti, etc.) a cui sono direttamente od indirettamente connessi.

All’interno di questo scopo, un obiettivo dell’invenzione è realizzare un dispositivo sensore facilmente trasportabile al sito d’interesse d’interesse e facilmente installabile in o su detto sito. Ulteriormente, un obiettivo dell’invenzione è realizzare un dispositivo sensore che abbia una vita media maggiore anche in condizioni di esposizione ad agenti atmosferici mantenendo la qualità di

rilevazione dei segnali desiderati.

Il trovato realizzato secondo la presente invenzione è un dispositivo sensore per il monitoraggio di elementi strutturali comprendente un contenitore, preferibilmente scatolare, avente un primo modulo elastico, un dispositivo di elaborazione alloggiato all’interno del contenitore.

Preferibilmente, il dispositivo di elaborazione comprende un’unità di elaborazione, un supporto su cui è installata l’unità di elaborazione, almeno un inclinometro e/o un accelerometro alloggiato/i sul supporto ed operativamente connesso all’unità di elaborazione.

Secondo una forma di realizzazione, il supporto è vincolato al contenitore tramite un elemento di fissaggio avente un secondo modulo elastico uguale o maggiore del primo modulo elastico.

La Richiedente ha verificato che grazie a tale soluzione tecnica è possibile evitare che il dispositivo sensore venga eccessivamente danneggiato dagli elementi esterni ambientali o artificiali.

Inoltre, la correttezza della lettura da parte dell’almeno un inclinometro e/o un accelerometro è prodotta tramite inserimento dell’elemento di fissaggio avente un modulo elastico (e quindi avendo un comportamento più rigido) del contenitore. In questa maniera le deformazioni del punto locale sono trasferite in maniera corretta all’interno del contenitore.

La richiedente ha realizzato un approfondito studio al fine di identificare le soluzioni migliori in merito alle caratteristiche del contenitore e dell’elemento di fissaggio.

A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, il contenitore è preferibilmente realizzato in policarbonato e l’elemento di fissaggio è una resina bicomponente.

Secondo una forma di realizzazione, il supporto è una scheda PCB o similari e l’unità di elaborazione e l’almeno un inclinometro e/o l’accelerometro sono alloggiati da parte opposta del supporto rispetto all’elemento di fissaggio.

In questa maniera si realizza un’ideale disposizione degli elementi sensibili e delle loro connessioni necessitate garantendo una diretta ed efficace rilevazione di possibili spostamenti e/o deformazioni. Preferibilmente, il contenitore comprende una sede delimitata da un cordolo,

ed l’elemento di fissaggio è posizionato solamente all’interno della sede.

In questo modo è possibile posizionare l’elemento di fissaggio, vantaggiosamente la resina bicomponente ancora in fase liquida, nella sede e vincolare così la PCB al contenitore in maniera efficace lasciando comunque una porzione inferiore della PCB non coperta dalla resina e quindi accessibile per una seguente installazione di un’ulteriore sensore/trasduttore (ad. esempio un microfono per analisi di pattern in frequenza specifici).

Secondo una forma di realizzazione, il dispositivo sensore comprende un primo cavo operativamente connesso all’unità di elaborazione e passante attraverso il contenitore tramite un primo foro in quest’ultimo realizzato, il contenitore comprendendo un foro di ingresso ed un foro di uscita conformati in maniera tale da consentire l’inserimento per iniezione di un materiale riempitivo, preferibilmente idrofobico, dal foro d’ingresso, il riempimento del contenitore con il materiale riempitivo ed una conseguente fuoriuscita dal foro di uscita.

Grazie a queste caratteristiche è possibile realizzare al meglio la fase di riempimento consentendo all’aria presente nel contenitore di fuoriuscire dal foro di uscita mentre l’elemento di fissaggio viene inserito dal foro di entrata.

In tale maniera si realizza un dispositivo sensore che garantisce una resistenza anche ad una colonna di acqua pari a 5‐6 bar per più di 200 ore. Tale condizione lo rende certificabile come IP68 e superiori protocolli.

Vantaggiosamente, il materiale riempitivo è una resina termo‐indurente, preferibilmente bicomponente.

In questo modo è facilitato l’inserimento, preferibilmente attraverso sistemi d’iniezione, del materiale riempitivo con una viscosità ridotta ancora in fase pre‐reticolazione che consente di riempire il contenitore evitando la presenza di bolle d’aria macroscopiche e coni d’ombra nel riempimento.

Secondo una forma di realizzazione, il foro di ingresso ed il foro di uscita sono disposti su una stessa

seconda parete del contenitore, preferibilmente opposta rispetto ad una prima parete su cui il supporto è vincolato al contenitore.

Grazie a tale soluzione tecnica viene ottimizzato il processo d’inserimento dell’elemento di fissaggio contemporaneamente a quello di fuoriuscita dell’aria con un semplificato accesso e predisposizione degli strumenti destinati a tali operazioni.

Secondo una forma di realizzazione, il contenitore comprende almeno una protrusione, preferibilmente aggettante dalla prima e/o seconda parete verso l’esterno del contenitore.

In questo modo si ottimizza e facilità il vincolo del dispositivo sensore su strutture predisposte per accoglierlo con impegno per interferenza anche su detta protrusione.

Secondo una forma di realizzazione, il dispositivo sensore comprende un magnetometro tale da poter definire un orientamento iniziale dell’almeno un inclinometro e/o un accelerometro tale da rilevare spostamenti relativi.

In questo modo è possibile avere una lettura ancora più corretta delle variazioni di orientazione degli inclinometri partendo da un orientamento iniziale noto. Ulteriormente la presenza di un accelerometro consente di incrementare le informazioni relative agli spostamenti dell’inclinometro o di parti ad esse correlate.

Preferibilmente, il Dispositivo sensore comprende almeno un GPS e/o un sensore di umidità e/o un sensore di temperatura.

In questo modo è possibile migliorare ulteriormente le informazioni ottenibili dal Dispositivo sensore poiché il GPS consentirà di correlare delle inclinazioni in funzioni di specifiche coordinate spaziali e quindi consentirà di capire quale porzione di struttura sotto indagine sia effettivamente sottoposta a rotazione.

Ulteriormente, la presenza del GPS consentirà di identificare i falsi negativi che possono crearsi in situazioni in cui tutta la struttura si sposta di moto puramente traslatorio senza manifestare significative rotazioni locali.

Ancora, la presenza di sensori di umidità e temperatura consentiranno di monitorare le condizioni in cui avvengono le letture dei dati e quindi eventualmente correggerle qualora fosse necessario. Secondo altre forme di realizzazione sempre rientranti all’interno della presente invenzione viene descritto un sistema di aggraffaggio per sensore per elementi strutturali, comprendente un dispositivo sensore realizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, una staffa di aggraffaggio includente almeno un foro conformato in modo da accogliere per impegno ad interferenza almeno una delle protrusioni del dispositivo sensore.

Secondo altre forme di realizzazione sempre rientranti all’interno della presente invenzione viene descritta un’unità di indagine per elementi strutturali, comprendente un dispositivo sensore includente almeno una delle caratteristiche precedentemente descritte, un nastro flessibile avente almeno un foro conformato in modo da accogliere per impegno ad interferenza almeno una delle protrusioni.

In questo modo, l’unità d’indagine può essere facilmente arrotolata su se stessa al fine di incrementarne la trasportabilità ed essere srotolata solamente una volta raggiunto il punto d’interesse per essere facilmente installata.

Inoltre, grazie alle suddette caratteristiche tecniche, la suddetta unità d’indagine consente un’ installazione permanentemente nel o sul sito d’interesse lasciandolo lì al fine di fornire potenzialmente continuamente dati aggiornati su eventuali rotazioni correlate a spostamenti e/o deformazioni o cedimenti propri o di altre porzioni strutturali o di altre porzioni del suolo a cui sono direttamente od indirettamente connessi.

La suddetta unità d’indagine si presta pertanto ad essere efficacemente applicata, ad esempio, all’interno di fori di un terreno al fine di valutare i movimenti di sue porzioni in caso di eventuali frane, su campate di ponti, al fine di valutare variazioni o cedimenti strutturali a seguito del transito dei veicoli, dell’usura o di spostamenti di porzioni di terreno alle suddette strutture direttamente od indirettamente correlati, su conci di una galleria (in direzione sia longitudinale che trasversale alla

direzione di sviluppo della galleria stessa) al fine di valutare la stabilità e la tenuta della struttura, su porzioni strutturali di dighe, anche in questo caso al fine di valutare eventuali variazioni o cedimenti strutturali eventualmente correlate a spostamenti o cedimenti di porzioni di terreno alle suddette strutture direttamente od indirettamente correlati, etc.

Secondo una forma di realizzazione, l’alloggiamento dell’almeno un inclinometro è effettuato sul o nel nastro flessibile, ovverosia ciò implica che il suddetto inclinometro possa essere vincolato in appoggio su una superficie del nastro oppure possa essere inserito all’interno del nastro stesso (e.g. il nastro comprende due superfici che avvolgono o inglobano il dispositivo, oppure il dispositivo è alloggiato all’interno di una cavità ricavata nel suddetto nastro, etc.).

Preferibilmente, l’unità d’indagine comprende una pluralità di inclinometri ed il nastro comprendente un cavo che connette operativamente almeno due inclinometri di una pluralità di inclinometri.

In questo modo si migliora la capacità di raccolta dati dell’ unità d’indagine inserendo una pluralità di inclinometri e/o accelerometri connessi tramite un cavo che consente sia il trasferimento di dati tra gli inclinometro e/o accelerometri che il trasferimento di corrente elettrica al fine di alimentare i suddetti inclinometri e/o accelerometri.

Secondo una forma di realizzazione, l’unità d’indagine comprende un’unità di elaborazione operativamente connessa all’ almeno un inclinometro e/o accelerometro per processare i dati raccolti dall’almeno un inclinometro.

In questo modo è possibile far sì che i dati raccolti dall’almeno un inclinometro siano processati nel sito stesso d’interesse ottimizzando i tempi di elaborazione e quindi riducendo i tempi necessari per poter accedere e/o usufruire dei suddetti dati processati da parte di un utente.

Preferibilmente, l’unità di elaborazione è operativamente connessa all’almeno un inclinometro tramite il cavo in corrispondenza di una seconda estremità del nastro opposta a una prima estremità. In questo modo si ottimizza sia fruibilità e la movimentazione del nastro flessibile durante le fasi di

trasporto, installazione e/o connessione sia l’accessibilità dell’unità di elaborazione per un utente. Secondo una forma di realizzazione, la pluralità di inclinometri e/o accelerometri è distanziata a passo lungo un primo asse longitudinale del nastro.

In questo modo si realizza un migliore monitoraggio del sito d’interesse poiché la pluralità di inclinometri è posizionata ad una distanza nota ed ottimizzata in funzione del fenomeno che si intende monitorare.

Vantaggiosamente, il suddetto passo può essere costante o variabile lungo il suddetto primo asse longitudinale. Preferibilmente, il suddetto contenitore è stagno grazie al materiale riempitivo idrofobico inserito al suo interno. In tale maniera l’unità d’indagine soddisfa i requisiti di resistenza all’acqua sino a 5‐6 bar di colonna di acqua applicata per un tempo superiore alle 200 ore. Tale unità d’indagine risulta così certificabile come IP68.

Grazie a questa soluzione tecnica è possibile lasciare vincolata l’unità d’indagine in maniera permanente nel sito d’interesse mantenendo la garanzia che le componenti elettriche e/o elettroniche contenute non si danneggino a causa degli agenti naturali presenti (e.g. pioggia, vento, esposizione a sole o gelo, elevata umidità relativa, etc.).

Secondo una forma di realizzazione, l’unità di indagine comprende una guaina termo‐restringente stagna e protettiva avvolta almeno parzialmente attorno al nastro flessibile e all’almeno un dispositivo sensore. Tale guaina consente di effettuare uno stoccaggio ed un trasporto più sicuri evitando che elementi indesiderati vengano in contatto con le parti elettroniche del suddetto dispositivo. Una forma di realizzazione del presente trovato secondo la suddetta invenzione prevede un sistema di monitoraggio che comprende una unità di indagine comprendente un nastro flessibile, almeno un inclinometro alloggiato sul o nel nastro, il nastro avente uno sviluppo principale secondo un primo asse longitudinale e una larghezza perpendicolare al primo asse longitudinale, un tubo avente un

secondo asse longitudinale, e comprendente un’apertura conformata in modo tale da permettere il libero scorrimento lungo la direzione del secondo asse longitudinale del nastro all’interno del tubo. In questo modo è possibile ottimizzare ulteriormente l’inserimento all’interno di un sito d’interesse del sistema di monitoraggio ad esempio inserendo il nastro flessibile all’interno di un tubo precedentemente posizionato all’interno di un foro realizzato in un terreno sotto indagine. Preferibilmente, l’apertura ha forma sostanzialmente circolare avente un diametro maggiore di o uguale alla larghezza del nastro in modo tale da permettere il libero scorrimento lungo la direzione del secondo asse longitudinale del nastro all’interno del tubo. In questo modo si facilitano e velocizzano le azioni d’inserimento del nastro all’interno del tubo. Secondo una forma di realizzazione, il nastro ha uno spessore ed il tubo comprende almeno una guida di scorrimento per il nastro estesa lungo il secondo asse longitudinale, essendo la guida di scorrimento ha una larghezza maggiore di o uguale allo spessore del nastro in modo tale da consentire lo scorrimento guidato lungo il secondo asse longitudinale del nastro. Preferibilmente, il nastro ha uno spessore, il tubo comprende almeno una guida di scorrimento per il nastro estesa lungo il secondo asse longitudinale e la guida di scorrimento ha una larghezza maggiore di o uguale allo spessore del nastro in modo tale da consentire lo scorrimento guidato lungo il secondo asse longitudinale del nastro. Preferibilmente, la guida di scorrimento è definita o da scanalature formate su una parete interna del tubo o da protrusioni aggettanti dalla parete interna del tubo.

In questo modo è possibile vincolare il nastro flessibile all’interno del tubo secondo direzioni perpendicolari al primo asse longitudinale.

Una forma di attuazione della presente invenzione prevede un metodo per monitorare elementi strutturali comprendente predisporre un foro in un terreno da monitorare, inserire una unità d’indagine avente le caratteristiche precedentemente descritte all’interno del foro ad un’altezza predefinita, vincolare in maniera non rimovibile l’unità di indagine nel foro, connettere una seconda

estremità del nastro dell’unità d’indagine a un’unità di elaborazione, misurare una condizione di orientamento iniziale dell’almeno un inclinometro. In questo modo, si realizza un’efficace installazione dell’unità d’indagine all’interno di un terreno da monitorare. Tale tipologia d’installazione consente di avere dati utili in maniera costante, con frequenza desiderata potendo quindi sia identificare un andamento dei dati nel tempo che variazioni improvvise potenzialmente critiche quasi in tempo reale.

Ulteriormente, una forma di attuazione del suddetto metodo prevede di vincolare in maniera non rimovibile l’ unità d'indagine nel foro tramite iniezione di boiacca nel foro. In questo modo è possibile vincolare in maniera rigida e solidale l’ unità d'indagine a porzioni della boiacca che sono a loro volta correlate alle rotazioni e/o spostamenti di porzioni del terreno. Secondo una forma di attuazione, il metodo prevede di inserire un tubo nel foro del terreno da monitorare, inserire un’ unità d'indagine all’interno del tubo ad un’altezza predefinita, vincolare in maniera non rimovibile l’ unità d'indagine nel foro tramite iniezione di boiacca nel tubo, connettere una seconda estremità del nastro dell’unità d'indagine a un’unità di elaborazione, misurare una condizione di orientamento dell’almeno un inclinometro.

In questo modo si rende ancora più sicura la fase d’inserimento dell' unità d'indagine nel terreno tramite la presenza di un tubo che definisce in maniera più stabile la cavità interna del foro all’interno della quale inserire l’ unità d'indagine.

Secondo una forma di attuazione, il metodo comprende estrarre progressivamente il tubo dal foro durante la fase di iniezione di boiacca nel tubo.

In questo modo si ottiene un risparmio in termini di materiale utilizzato e la boiacca risulta direttamente a contatto con le porzioni di terreno da monitorare.

Preferibilmente, il metodo comprende misurare la condizione di orientamento dell’almeno un inclinometro dopo un predeterminato tempo di stagionatura della boiacca.

In questo modo si va a monitorare le eventuali inclinazioni che si possono sviluppare a seguito del processo di stagionatura della boiacca.

Secondo una forma di attuazione, il metodo comprende monitorare nel tempo l’andamento della condizione di orientamento tramite una unità di elaborazione. In questo modo è possibile monitorare in maniera costante la condizione di orientamento e rilevare rapidamente eventuali variazioni significative dall’orientamento previsto o desiderato. Descrizione dei disegni

Le caratteristiche e i vantaggi del trovato meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui: ‐la Fig.1 è una vista prospettica di un dispositivo sensore per il monitoraggio di elementi strutturali, ‐la Fig.2 è una rappresentazione schematica di una sezione del dispositivo sensore di figura 1 secondo un piano I, ‐la Fig.3 è una rappresentazione schematica di detta sezione del dispositivo sensore di figura 2 con materiale riempitivo, ‐la Fig.4 è una rappresentazione schematica di una sezione di una unità d’indagine comprendente un nastro flessibile ed il dispositivo sensore di figura 1 ancora secondo il piano I, ‐la Fig.5 è una vista prospettica di un sistema di aggraffaggio comprendente il dispositivo sensore di figura 1, una staffa di aggraffaggio su cui il dispositivo è vincolato ed una porzione di trave (come esempio di ulteriore elemento strutturale), Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione

Nelle figure con 1 è rappresentato un dispositivo sensore realizzato in accordo con la presente invenzione e predisposto per esser installato in o su un sito d’interesse. Preferibilmente e con riferimento alla figura 1, il dispositivo sensore 1 per il monitoraggio di elementi strutturali comprendente un contenitore 4, preferibilmente scatolare, avente un primo modulo

elastico E1, un dispositivo di elaborazione 11 alloggiato all’interno del contenitore 4. In tale contesto il primo modulo elastico E1 corrisponde al modulo elastico del materiale con cui è realizzato il contenitore 4. Come si nota dalle figure 1, 2 o 3 e secondo una forma di realizzazione preferita, il contenitore 4 ha forma scatolare, ovverosia parallelepipeda avente sviluppo maggiore secondo la direzione di un asse longitudinale X. Tale struttura notoriamente ha sei facce tra cui una prima ed una seconda base o parete 4a, 4b maggiori. Preferibilmente e con riferimento alla figura 1, la prima parete 4a è la parete maggiore destinata ad andare in contatto con una superficie dell’elemento strutturale posto in analisi mentre la seconda parete 4b è la parete opposta 4b rispetto a detto asse longitudinale X. Secondo alternative forme di realizzazione della presente invenzione, la forma scatolare può essere sostituita con forme semi‐globulari o similari garantendo che la prima parete 4a sia conformata in modo da poter andare uniformemente in contatto con la superficie dell’elemento strutturale posto in analisi.

Secondo una forma di realizzazione, il dispositivo di elaborazione 11 comprende un’unità di elaborazione 11a, un supporto 12 su cui è installata l’unità di elaborazione 11a, almeno un inclinometro 3 e/o un accelerometro 15 alloggiato/i sul supporto ed operativamente connesso/i all’unità di elaborazione 11a. Vantaggiosamente, il supporto 12 è vincolato al contenitore 4 tramite un elemento di fissaggio 12a avente un secondo modulo elastico E2 uguale o maggiore del primo modulo elastico E1.

Secondo una forma di realizzazione, il dispositivo sensore 1 comprende almeno un GPS 16 e/o un sensore di umidità 17 e/o un sensore di temperatura 18. I suddetti GPS, sensore di umidità 17 e sensore di temperatura 18 saranno chiaramente identificabili da un esperto del settore in funzione di specifiche necessità.

Secondo una forma di realizzazione, il contenitore 4 è prodotto in materiale polimerico, preferibilmente termoplastico ed ulteriormente preferibilmente in policarbonato.

Vantaggiosamente, l’elemento di fissaggio 12a è una resina termo‐indurente, preferibilmente bicomponente. Un valore del primo modulo elastico E1, citato a titolo di esempio e non limitativo, è compreso tra i 1000N/mm<2> (o 1GPa) ed i 5000 N/mm<2> (8GPa), più preferibilmente attorno ai 2000 N/mm<2>.

Preferibilmente, il secondo modulo elastico E2 è sempre maggiore del primo modulo elastico E1 e pari ad un valore compreso nell’intervallo tra 1.500 N/mm<2 >e 8000 N/mm<2>. In caso di utilizzo di materiale termo‐indurente il valore del secondo modulo elastico E2 precedentemente riportato è relativo a completamento della reticolazione.

Vantaggiosamente l’elemento di fissaggio 12a è una resina termo‐indurente bicomponente a base epossidica eventualmente caricata con fibre di vetro, carbonio o grafene, del tipo del prodotto Scothch‐Weld DP490.

Secondo una forma di realizzazione mostrata nelle figure 2 e 3, il supporto 12 è una scheda PCB e l’unità di elaborazione 11a e l’almeno un inclinometro 3 e/o l’accelerometro 15 sono alloggiati da parte opposta del supporto 12 rispetto all’elemento di fissaggio 12a.

Preferibilmente, l’unità di elaborazione 11a è una CPU (e.g. processore, server, et.) in grado di riconoscere i dati forniti dall’almeno un inclinometro, di elaborarli e trasferirli tramite appositi mezzi di trasferimento dati ad ulteriori unità di elaborazione. Preferibilmente, la CPU è operativamente connessa con un BUS dati in modo tale che vi possano essere ad essa collegate più di un inclinometro e che ciascuno di essi sia connesso in parallelo al fine di non compromettere la funzionalità del Dispositivo sensore qualora un inclinometro dovesse essere danneggiato. Vantaggiosamente, i mezzi di trasferimento dati sono predisposti per realizzare trasferimenti tramite sistemi Wi‐Fi, bluetooth, Cloud, etc.

Preferibilmente, l’almeno un inclinometro 3, quando presente, è mono, bi o tri‐assiale. Vantaggiosamente, anche l’accelerometro 15, quando presente, è mono, bi o tri‐assiale.

Con riferimento alla figura 2 si evince chiaramente come l’almeno un inclinometro 3 e/o

l’accelerometro 15 siano alloggiati da parte opposta del supporto 12 rispetto all’elemento di fissaggio 12a e come quest’ultimo sia in posizione prossimale rispetto all’ almeno un inclinometro 3 e/o l’accelerometro 15 che è in posizione distale nei confronti della parete del contenitore 4. Secondo una forma di realizzazione e con riferimento alla figura 2 e 3, il contenitore 4 comprende una sede 13 delimitata da un cordolo 12b, ed in cui l’elemento di fissaggio 12a è posizionato solamente all’interno della sede 13. Vantaggiosamente, la sede 13 è realizzata nella porzione interna della prima parete 4a ed ha una forma sostanzialmente “anulare o a ciambella” in modo da prevedere una zona centrale non raggiungibile dall’elemento di fissaggio 12a quando utilizzato come una resina polimerica termo‐indurente e inizialmente versato in stato semi‐liquido poi reticolante. In questo modo la zona centrale è libera per poter essere rimossa in un secondo momento per consentire il corretto funzionamento di ulteriori sensori (e.g. microfono).

Preferibilmente e con riferimento ancora alla figura 2 e 3, il dispositivo sensore 1 comprende un primo cavo 5a operativamente connesso all’unità di elaborazione 11a e passante attraverso il contenitore 4 tramite un primo foro 4c in quest’ultimo realizzato. Ulteriormente il contenitore 4 comprende un foro di ingresso 4e ed un foro di uscita 4f conformati in maniera tale da consentire ‐l’inserimento per iniezione di un materiale riempitivo R, preferibilmente idrofobico, dal foro d’ingresso 4e,

‐il riempimento del contenitore 4 con il materiale riempitivo R ed una conseguente fuoriuscita dal foro di uscita 4f.

Essendo il contenitore 4 preferibilmente in policarbonato, la Richiedente ha verificato che tale soluzione permette di realizzare un processo di iniezione a pressione nell’intervallo compreso tra 1 e 6 bar. Ulteriormente, la previsione del foro di uscita 4f consente all’aria presente all’interno del contenitore 4 di fuoriuscire efficacemente lasciando un unico dispositivo sensore in cui tutti gli elementi risultano solidalmente vincolati tra loro.

Chiaramente in funzione dei processi scelti l’esperto del settore valuterà se, ad esempio, posizionare l’unità di elaborazione 11a ed il cavo 5a all’interno del contenitore 4, chiuderlo ad esempio tramite fusione/saldatura localizzata unendo due semi‐gusci rispettivamente comprendenti la prima parete 4a e la seconda parete 4b. Ulteriormente, qualora fosse più desiderabile una modalità di collegamento in serie, con riferimento alle figure 2 e 3 è mostrato un secondo cavo 5b operativamente connesso all’unità di elaborazione 11a ed uscente dal contenitore 4 tramite un secondo foro 4d.

Preferibilmente il materiale riempitivo R è una resina termo‐indurente, preferibilmente bicomponente.

Secondo una forma di realizzazione, tale resina termoindurente bicomponente del materiale riempitivo R può essere a base epossidica, eventualmente caricata, con comportamento idrofobico. In particolare, la Richiedente ha rilevato che una tale soluzione tecnica consente di effettuare un efficace riempimento del contenitore 4 e di vincolare e sigillare le varie parti interne essendo in grado di resistere ad una colonna d’acqua applicata equivalente a pressioni attorno a 8 bar. Tale soluzione tecnica risulta particolarmente interessante poiché consente di realizzare dispositivi sensori 1 in grado di mostrare un assorbimento di H2O pari al 0.1‐0.9% del test normato ASTM D570, e quindi poter essere classificabile come IP68.

Preferibilmente, il materiale riempitivo R ha un modulo elastico compreso tra 1GPa e i 10GPa, ulteriormente preferibilmente tra i 5GPa ed i 6 GPa. Esempi di tale materiale riempitivo sono Elan‐tron MC28/W228.

Tale soluzione tecnica permette di utilizzare il dispositivo d’indagine 1 anche sotto terra od in posizioni in cui è possibile che vi siano livelli di umidità relativa elevati (ad esempio una fossa di una tromba di ascensore). Secondo una forma di realizzazione e rappresentata in figura 2 e 3, il foro di ingresso 4e ed il foro di uscita 4f sono disposti su una stessa seconda parete 4b del contenitore 4, preferibilmente opposta

rispetto alla prima parete 4a su cui il supporto 12 è vincolato al contenitore 4. Vantaggiosamente tali fori di entrata e di uscita hanno un diametro compreso tra 0.1 e 0.9 mm.

Secondo una forma di realizzazione, il contenitore 4 comprende almeno una protrusione 40, preferibilmente aggettante dalla prima e/o seconda parete 4a, 4b verso l’esterno del contenitore 4. Con riferimento alla figura 1, 3 e 5 è rappresentata l’ameno una protrusione 40 aggettante dalla seconda parete 4b.

Secondo una forma di realizzazione rappresenta in figura 4, le protrusioni 40 sono aggettanti dalla prima parete 4a.

Secondo un ulteriore trovato compreso nello scopo della presente invenzione, con 50 è raffigurato in figura 5 un sistema di aggraffaggio per sensore per elementi strutturali, comprendente un dispositivo sensore 1 avente almeno una delle caratteristiche precedentemente descritte, una staffa 51 di aggraffaggio comprendente almeno un foro 52 conformato in modo da accogliere per impegno ad interferenza almeno una di dette protrusioni 40 del dispositivo sensore 1.

Tale forma di realizzazione si rivela particolarmente efficace quando è necessario vincolare il dispositivo sensore 1 ad esempio ad una trave come mostrato in figura 5. Tali contesti applicativi sono analisi di campate di ponti, di guide di ascensori, etc.

Preferibilmente, quando il dispositivo sensore ha forma scatolare sono previsti quattro protrusioni poste in prossimità degli spigoli della seconda parete 4b conformate in modo da impegnarsi per interferenza su corrispondenti fori 52 della suddetta staffa 51. Ulteriormente vantaggiosamente, la staffa risulta lievemente pre‐caricata in modo che tenda a spingere il dispositivo sensore 1 con la prima faccia 4a in efficace aderenza sulla superficie d’indagine della struttura sotto analisi. Secondo una forma di realizzazione rientrante nello scopo della presente invenzione e con riferimento alla figura 4 con 60 viene rappresentata un’unità di indagine 60 per elementi strutturali, comprendente un dispositivo sensore 1avente almeno una delle caratteristiche precedentemente descritte, un nastro flessibile 61 avente almeno un foro 62 conformato in modo da accogliere per

impegno ad interferenza almeno una di dette protrusioni 40. Vantaggiosamente, il nastro flessibile 61 è realizzato in materiale polimerico. In particolare, il nastro flessibile 61 è realizzato in polipropilene, polietilene, o loro copolimeri o similari poliolefine. E’ possibile realizzare il nastro flessibile 61 in funzione delle lunghezze e spessori desiderati. Esempi non limitativi di installazione del suddetto dispositivo sensore 1 nelle varie forme di realizzazione descritte possono essere:

‐installazione su un ponte da monitorare, al fine di monitorarne i possibili spostamenti/cedimenti strutturali. In questo caso un’installazione particolarmente vantaggiosa risulta nell’installare il suddetto Dispositivo sensore su porzioni inferiori di campate del ponte in modo tale da non interferire con le superfici e gli spazi destinati al passaggio dei mezzi. Ulteriormente, prendendo ad esempio un ponte avente una pluralità di campate ciascuna di una lunghezza tipica pari a circa 30 m, è possibile installare un primo Dispositivo sensore, avente ad esempio una lunghezza di circa 28 m, nella porzione inferiore o laterale di una prima campata, ed un secondo Dispositivo sensore, operativamente connesso al primo Dispositivo sensore tramite mezzi di connessione, avente ancora, ad esempio, una lunghezza di circa 28 m, nella porzione inferiore o laterale della seconda campata, e ripetere iterativamente questa operazione per tutta la lunghezza del ponte.

‐ installazione su una galleria da monitorare, al fine di monitorarne i possibili spostamenti/cedimenti strutturali. In questo caso un’installazione particolarmente vantaggiosa risulta nell’installare il suddetto Dispositivo sensore su porzioni superiori di conci della galleria in direzioni parallele e trasversali alla direzione di sviluppo della galleria stessa. ‐ installazione su una parete di una abitazione da monitorare, al fine di monitorarne i possibili spostamenti/cedimenti strutturali. In questo caso un’installazione particolarmente vantaggiosa risulta nell’installare il suddetto Dispositivo sensore su pareti dell’abitazione orientando il Dispositivo sensore sia in direzione verticale che trasversale rispetto alla linea di pavimentazione dell’edificio. In

questo modo è possibile rilevare anche rotazioni e/o spostamenti e/o cedimenti di una piano rispetto ad un altro (ad esempio si può utilizzare anche la tromba dell’ascensore per poter effettuare una rapida installazione senza lasciare strumentazione esposta alla vista o in prossimità del passaggio degli abitanti).

‐ installazione su una porzione di terreno potenzialmente franoso da monitorare, al fine di monitorarne i possibili spostamenti/cedimenti strutturali. In questo caso un’installazione particolarmente vantaggiosa risulta nell’installare il suddetto Dispositivo sensore all’interno di un foro realizzato nel terreno sino a profondità pari a circa 150‐200 m al fine di poter monitorare eventuali rotazioni e/o spostamenti di porzioni di terreno.

Tali installazioni potranno essere preferibilmente realizzate vincolando il Dispositivo sensore alle desiderate porzioni strutturali tramite mezzi di fissaggio quali resine e/o colle, chiodi, viti, rivetti, etc. In particolare, il nastro flessibile è una parte che si presta molto efficacemente ad alloggiare porzioni dei suddetti mezzi di fissaggio data la sua estensione, la sua tenacità (anche nel caso vi siano fori passanti ) combinata alla deformabilità plastica e la sua resistenza ad agenti chimici o aggressivi. Secondo una forma di realizzazione, l’unità di indagine 60 comprende una pluralità di dispositivi di indagine 1, e il nastro 61 comprende un cavo che connette operativamente almeno due dispositivi di indagine 1 in serie.

Le modalità realizzative del dispositivo sensore 1 risulteranno meglio comprensibili dalle fasi di procedimento di seguito riportate. Metodo per la realizzazione di un dispositivo sensore 1, comprendente

o Predisporre un contenitore 4 in una prima configurazione aperta in cui sia accessibile il suo interno, il contenitore 4, preferibilmente scatolare, avente un primo modulo elastico E1,

o Predisporre un dispositivo di elaborazione 11 comprendente un supporto 12 su cui è installata un’unità di elaborazione 11a, almeno un inclinometro 3 e/o un accelerometro 15 alloggiato/i sul supporto 12 ed operativamente connesso all’unità di elaborazione 11a,

o Alloggiare all’interno di detto contenitore 4 e vincolare detto dispositivo di elaborazione 11 tramite un elemento di fissaggio 12a avente un secondo modulo elastico E2 uguale o maggiore di detto primo modulo elastico E1.

Metodo per la realizzazione di un dispositivo sensore 1 avente almeno una delle caratteristiche precedentemente descritte, comprendente

o Predisporre il contenitore 4 in una prima configurazione aperta in cui sia accessibile il suo interno,

o Vincolare il dispositivo di elaborazione 11 ad una prima parete 4a del contenitore 4 per mezzo di detto elemento di fissaggio 12a,

o Realizzare un foro di ingresso 4e ed un foro di uscita 4f in una seconda parete 4b del contenitore 4, preferibilmente opposta alla prima parete 4a,

o Connettere operativamente il primo cavo 5a alla unità di elaborazione 11a del dispositivo di elaborazione 11,

o Chiudere il contenitore 4 A questo punto si procede con l’inserire per iniezione un materiale riempitivo R idrofobico, dal foro d’ingresso 4e del contenitore 4 sino a riempimento di quest’ultimo realizzando così un contenitore 4 stagno.

La Richiedente ha verificato che tramite questo procedimento e l’utilizzo , come ad esempio precedentemente argomentato, di resine bicomponenti termo‐indurenti a base epossidica è possibile realizzare dispositivi sensori in grado di soddisfare i requisiti per la certificazione IP68.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo sensore (1) per il monitoraggio di elementi strutturali comprendente o Un contenitore (4), preferibilmente scatolare, avente un primo modulo elastico (E1), o Un dispositivo di elaborazione (11) alloggiato all’interno di detto contenitore (4) e comprendente ● Un’unità di elaborazione (11a), ● Un supporto (12) su cui è installata detta unità di elaborazione (11a), ● Almeno un inclinometro (3) e/o un accelerometro (15) alloggiato/i su detto supporto (12) ed operativamente connesso a detta unità di elaborazione (11a), caratterizzato dal fatto che detto supporto (12) è vincolato a detto contenitore (4) tramite un elemento di fissaggio (12a) avente un secondo modulo elastico (E2) uguale o maggiore di detto primo modulo elastico (E1).
2. Dispositivo sensore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui o Detto contenitore (4) è realizzato in materiale termoplastico, preferibilmente policarbonato, o Detto elemento di fissaggio (12a) è una resina termo‐indurente, preferibilmente bicomponente.
3. Dispositivo sensore (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui o Detto supporto (12) è una scheda PCB e o Detta unità di elaborazione (11a) e detto almeno un inclinometro (3) e/o detto accelerometro (15) sono alloggiati da parte opposta di detto supporto (12) rispetto a detto elemento di fissaggio (12a).
4. Dispositivo sensore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui o detto contenitore (4) comprende una sede (13) delimitata da un cordolo (12b), o ed in cui detto elemento di fissaggio (12a) è posizionato solamente all’interno di detta sede (13).
5. Dispositivo sensore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente o Un primo cavo (5a) operativamente connesso a detta unità di elaborazione (11a) e passante attraverso detto contenitore (4) tramite un primo foro (4c) in quest’ultimo realizzato, o Detto contenitore comprendendo un foro di ingresso (4e) ed un foro di uscita (4f) conformati in maniera tale da consentire � l’inserimento per iniezione di un materiale riempitivo (R), preferibilmente idrofobico, da detto foro d’ingresso (4e), � il riempimento di detto contenitore (4) con detto materiale riempitivo (R) ed una conseguente fuoriuscita da detto foro di uscita (4f).
6. Dispositivo sensore (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui o Detto materiale riempitivo (R) è una resina termo‐indurente, preferibilmente bicomponente.
7. Dispositivo sensore (1) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui o detto foro di ingresso (4e) e detto foro di uscita (4f) sono disposti su una stessa seconda parete (4b) di detto contenitore (4), preferibilmente opposta rispetto ad una prima parete (4a) su cui detto supporto (12) è vincolato a detto contenitore (4).
8. Dispositivo sensore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui o Detto contenitore (4) comprende almeno una protrusione (40), preferibilmente aggettante da detta prima e/o seconda parete (4a, 4b) verso l’esterno di detto contenitore (4).
9. Sistema di aggraffaggio (50) per sensore per elementi strutturali, comprendente o Un dispositivo sensore (1) realizzato secondo la rivendicazione 8, o Una staffa (51) di aggraffaggio comprendente almeno un foro (52) conformato in modo da accogliere per impegno ad interferenza almeno una di dette protrusioni (40) di detto dispositivo sensore (1).
10. Unità di indagine (60) per elementi strutturali, comprendente o Un dispositivo sensore (1) realizzato secondo la rivendicazione 8, o Un nastro flessibile (61) avente almeno un foro (62) conformato in modo da accogliere per impegno ad interferenza almeno una di dette protrusioni (40).
11. Metodo per la realizzazione di un dispositivo sensore (1), comprendente o Predisporre un contenitore (4) in una prima configurazione aperta in cui sia accessibile il suo interno, detto contenitore (4), preferibilmente scatolare, avente un primo modulo elastico (E1), o Predisporre un dispositivo di elaborazione (11) comprendente un supporto (12) su cui è installata un’unità di elaborazione (11a), almeno un inclinometro (3) e/o un accelerometro (15) alloggiato/i su detto supporto (12) ed operativamente connesso a detta unità di elaborazione (11a), o Alloggiare all’interno di detto contenitore (4) e vincolare detto dispositivo di elaborazione (11) tramite un elemento di fissaggio (12a) avente un secondo modulo elastico (E2) uguale o maggiore di detto primo modulo elastico (E1).