IT201900003391A1 - Dispositivo per la rilevazione di profili di temperatura, e relativo sistema di monitoraggio - Google Patents

Description

Dispositivo per la rilevazione di profili di temperatura, e relativo sistema di monitoraggio

Descrizione

CONTESTO DELL’INVENZIONE

1. Settore dell’Invenzione

La presente invenzione ha come oggetto un dispositivo per la rilevazione di profili di temperatura, particolare su spessori di ghiaccio, neve e/o acqua, e a un relativo sistema di monitoraggio che lo impiega, eventualmente in un certo numero.

2. Descrizione dello stato dell’arte

A titolo esemplificativo, per motivi legati all'analisi delle catene trofiche antartiche, è necessario monitorare con frequenza elevata il profilo di temperatura del ghiaccio marino antartico. Inoltre, è inoltre necessario, per motivi tecnici e/o di sicurezza, effettuare tale monitoraggio in modo pervasivo con un certo livello di accuratezza, e anche con una rilevazione in tempo reale, per verificare la tenuta del ghiaccio per esempio nel caso di piste di atterraggio, destinate anche ad aeromobili pesanti, realizzate sulla superficie del ghiaccio e impiegate dai ricercatori durante le campagne di ricerca antartiche estive.

Un altro esempio di applicazione si può trovare negli scenari di tipo alpino dove è presente un rischio di slavine, o comunque nelle applicazioni in cui si vuole monitorare il metamorfismo del manto nevoso, come nel caso di monitoraggio di piste da sci in località sciistiche. Anche in questo caso, è richiesto di rilevare, con le stesse caratteristiche spazio-temporali, un gradiente di temperatura attraverso lo spessore del manto nevoso.

Questi scenari sono compatibili quindi con la necessità di avere, per motivi di sicurezza e/o studio, informazioni su parametri sia per l'analisi della stabilità di un manto idrogeologico, sia per l'analisi di processi chimico/biologici esistenti in tale manto, con informazioni che possono essere utili in ambito militare, di ricerca scientifica, soccorso, trasporto e così via.

In tutti questi casi, al momento, le rilevazioni vengono effettuate con frequenza molto bassa, per esempio con un intervallo giornaliero, da personale che si reca appositamente in numerosi punti di rilevazione, talvolta anche impervi e rischiosi, per garantire la misura.

Le condizioni metereologiche e l'elevato rischio connesso possono poi anche impedire al personale di effettuare le misure richieste, anche per numerosi giorni consecutivamente, rendendo così il rilievo discontinuo.

Nello stato dell’arte di riferimento sono noti sistemi che consentono di rilevare la temperatura superficiale e/o lo spessore di neve e/o ghiaccio, o che consentono la rilevazione di profili di temperatura ghiaccio/neve, ma che non possono galleggiare, rendendo così estremamente difficoltoso il loro recupero in caso di smarrimento o deriva, per lo scioglimento di ghiacciai o per slavine o smottamenti, con doppio canale trasmissivo della posizione.

Inoltre, nei sistemi noti non è prevista la contemporanea presenza di un registratore di dati interno, e di sistemi di trasmissione wireless multi-hop, ed eventualmente con sistemi di trasmissione di riserva di tipo satellitare, per assicurare un'elevata affidabilità nella conservazione temporanea e trasmissione del dato, anche in tempo reale, in particolare in condizioni trasmissive avverse, come nel caso di ostacoli, malfunzionamento o isolamento di un nodo e simili.

In una sonda installata nel 2011 presso il mare di Chukchi Sea a Barrow, Alaska (USA), è stato usato un sistema fisso non facilmente trasportabile, che sfrutta l’energia eolica e non l’energia solare, con trasmissione dati tramite UHF a 900 MHz, non di tipo multi-hop, e senza presentare sistemi di recupero con eventuale galleggiabilità e trasmissione posizione. Inoltre, non sono utilizzati algoritmi di intelligenza computazionale artificiale,

In Kobbs et al., Novel monitoring of Antarctic ice shelf basal melting using a fiber-optic distributed temperature sensing mooring, AGU Geophysical Research Letters, 2014, pag.6779-6786, viene descritto un sistema di rilievo a fibra ottica per alte profondità, privo di sistemi di trasmissione wireless, senza caratteristiche che permettano il recupero in caso di smarrimento, ovvero galleggiabilità e trasmissione della posizione, privo anche di un di ricarica fotovoltaica) e di algoritmi di intelligenza computazionale artificiale.

In Xiuhong Li et al., A Multi-Interface Ice and Snow Remote Monitoring Platform in the Polar Region, IEEE Sensors Journal, Volume 14, No. 11, novembre 2014, viene descritto un sistema di rilievo che utilizza sensori satellitari, quindi non adatti per rilevare il profilo di temperatura su una profondità, e che non presenta algoritmi di intelligenza computazionale artificiale.

In Liqin Cui et al., Freshwater ice thickness apparatus based on differences in electrical resistance and temperature, Elsevier, Cold Regions Science and Technology, Volume 119, novembre 2015, Pag. 37-46, viene descritto un sistema per la rilevazione di spessori di ghiaccio di acqua dolce, tipicamente in laghi, che non presenta algoritmi di intelligenza computazionale artificiale.

In E. Guizzo, Into deep ice [ice monitoring], IEEE Spectrum, Volume 42, No. 12, dicembre 2005, pag.

28-35 viene descritto un sistema di sonde wireless, non operanti in tempo reale che non presenta caratteristiche per il recupero in caso di smarrimento, ovvero galleggiabilità e trasmissione della posizione), e privo di sistemi di ricarica fotovoltaica, di trasmissione multi-hop, o di algoritmi di intelligenza computazionale artificiale.

La domanda di brevetto USA No. 2011/076904 A1 descrive una boa con sensori di vario tipo, che è destinata a essere inserita nel ghiaccio marino, fornita di un trasmettitore-ricevitore di tipo satellitare e non incorpora il concetto di rete di sensori, con un’alimentazione solamente a batteria.

La domanda di brevetto cinese No. 10128567 A riguarda un sensore singolo, miniaturizzato per acquisizione continua e la trasmissione di dati relativi a uno spessore del ghiaccio, ma senza alcun riferimento alla temperatura del ghiaccio.

La domanda di brevetto cinese No. 101303220 A si riferisce a un sensore singolo miniaturizzato per acquisizione continua e trasmissione “single chip” di dati di spessore e temperatura del ghiaccio., ma esso non è applicabile in caso di ghiaccio marino.

La domanda di brevetto cinese No. 1560560 A riguarda un sensore singolo miniaturizzato per acquisizione continua e trasmissione di dati di spessore del ghiaccio, ma senza alcun riferimento alla temperatura del ghiaccio.

La domanda di brevetto cinese No. 202511782 A si riferisce a un metodo e a un trasduttore per misurare, elaborare, trasmettere, tra le altre variabili, profili di temperatura in terreni ghiacciati, ma non è descritto il concetto di rete, né prevede una capacità di galleggiamento.

La domanda di brevetto cinese No. 202329584 A riguarda un sistema di rilevazione puntuale di spessore e profilo di temperatura della neve di dimensioni e complessità superiori, non galleggiante, che non ha capacità trasmissive multi-hop e non adatto a monitoraggio pervasivo.

La domanda di brevetto cinese No. 2074451 A si riferisce a una sonda di tipo multilayer, anch’essa priva di caratteristiche per il recupero, ma anche di quelle relative all'anomaly detection di funzionamento e per il logging e la trasmissione del dato rilevato.

Le domande di brevetto cinese No. 201955086 A, No.

201037769 A e No. 201852611 A descrivono sistemi per il monitoraggio dei profili temperatura sottomarina sotto ghiaccio, non adattabili alle condizioni di destinazione d'uso della presente invenzione.

Il brevetto USA No. 3,635,087 A descrive un sistema per rilevare il profilo di temperatura in contenitori riscaldati che utilizza un sistema mobile comandato da un motore elettrico, ma non possiede capacità di trasmissione wireless multihop e non è espressamente pensato per scenari diversi da quelli discussi precedentemente.

La domanda di brevetto cinese No. 102042883 A si riferisce a un sensore di temperatura per roccia di carbone, con una rilevazione puntuale ma non presenta capacità di registrazione dati né di trasmissione wireless.

La domanda di brevetto europeo No. 2,813,870 A descrive un sistema per rilevare il profilo di temperatura e lo spessore di uno strato di neve ma non presenta capacità trasmissive multi-hop; inoltre, i sensori ottici abbinati sono utilizzati come sensori di livello.

La domanda di brevetto canadese No. 2,889,827 A descrive un sistema con un sensore portatile da utilizzare con neve, ove è previsto che un operatore lo impieghi con un sistema di acquisizione a mezzo cellulare o rete a corto raggio per memorizzare i dati in un server. Quindi, non riguarda un sistema stand-alone che può essere lasciato sul posto ed eventualmente recuperato con la gestione del recupero.

La domanda di brevetto europeo No. 2,551,668 A descrive un sistema di misura per caratteristiche quali anche un profilo di temperatura, destinato alla neve, ma è privo sia di un sistema di recupero in caso di deriva, sia di un sistema di trasmissione multi-hop.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è di fornire un dispositivo per la rilevazione di profili di temperatura che consenta di ovviare all’inconveniente menzionato con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema viene risolto da un dispositivo per la rilevazione di profili di temperatura comprendente:

� almeno un contenitore, isolato termicamente e sigillato a tenuta, che contiene almeno una scheda processore (CPU), mezzi di comunicazione wireless di tipo multi-hop, e

mezzi per rilevare un segnale di

posizionamento globale (GPS con almeno

un’antenna;

● almeno un supporto per sensori esterni che

includono uno o più sensori di temperatura; ● almeno una batteria e mezzi di ricarica di

tale batteria che includono un pannello

fotovoltaico; e

● un sistema di galleggiamento del dispositivo,

predisposto per mantenerlo in una posizione

prestabilita.

Il principale vantaggio del dispositivo per la

rilevazione di profili di temperatura secondo la

presente invenzione risiede nel consentire un

funzionamento autonomo nell’ambito di una rete di

dispositivi coagenti, con la possibilità di

recuperare eventuali dispositivi perduti per varie

ragioni operative.

Il sistema proposto, realizzabile con dimensioni

ridotte e quindi facilmente trasportabile,

garantisce la possibilità di misurare da remoto,

con densità spaziale modulare e quindi con misure

pervasive, il profilo di temperatura dello spessore

del manto idrogeologico da tenere sotto

osservazione, per esempio una calotta di ghiaccio,

a diverse profondità.

Esso è dotato di capacità di rilevazione

multisensoriale, per identificare eventuali

anomalie, dati riguardanti la temperatura,

eventuali markers di tipo chimico/fisico/biologico,

che può essere sfruttata con 'utilizzo di algoritmi di intelligenza computazionale artificiale, per esempio con reti neurali, e di trasmissione affidabile dei dati desunti anche a distanza, con distanze superiori al chilometro.

Le caratteristiche del sistema inoltre gli garantiscono la possibilità di essere dislocato in contesti contraddistinti fa elevate difficoltà ambientali, per esempio sul ghiaccio marino, e in situazioni potenzialmente avverse, minimizzando le possibilità di perdita del sistema e dati a causa, a titolo esemplificativo, di venti catabatici, scioglimento del manto ghiacciato, slavine e così via.

Infatti, il sistema può essere corredato di utility interne per funzionare in condizioni difficili e per essere facilmente recuperato in caso di smarrimento.

La trasmissione dei dati può essere basata sull’impiego di una rete mesh (multi-hop) e di tipo satellitare che, grazie alla capacità del singolo nodo di funzionare anche da ripetitore e da instradatore per sistemi gemelli distribuiti in campo, riesce a formare una rete d'acquisizione, con ridondanza dati, su vaste aree e su lunghe distanze anche in presenza di ostacoli schermanti.

Inoltre, c'è la possibilità di estendere il range di trasmissione, o di assicurarla anche in condizioni geologiche fortemente sfavorevoli, mediante utilizzo di ripetitori stand-alone intermedi, quindi senza capacità sensoriali, alimentati a batteria e/o da celle solari di ricarica da interporre tra i sistemi sensoriali e

la stazione ricevente.

Il sistema, quindi, per come è stato concepito, è

utilizzabile anche in tutti quegli ambiti in cui

c'è necessità di una rilevazione pervasiva di

profili multisensoriali in ghiaccio, neve, e

simili, ad alta frequenza in situazioni geologiche

avverse.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà qui di seguito

descritta secondo un suo esempio di realizzazione

preferita, fornito a scopo esemplificativo e non

limitativo con riferimento ai disegni annessi in

cui:

* la figura 1 mostra uno schema a blocchi che

descrive un sistema di monitoraggio secondo la

presente invenzione;

* la figura 2 mostra una vista prospettica

schematica di un dispositivo per la rilevazione

di profili di temperatura secondo l’invenzione; * la figura 3 è uno schema a blocchi che illustra

l’algoritmo eseguito da un software interno al

dispositivo delle figure precedenti; e

* la figura 4 mostra un esempio di scenario

operativo di funzionamento di una rete

dispositivi delle figure precedenti.

DESCRIZIONE DI UN ESEMPIO PREFERITO DI

REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE

Con riferimento alle figure, un dispositivo per la

rilevazione di profili di temperatura è indicato con 1; esso è predisposto per il rilievo di temperatura di spessori di ghiaccio, neve, acqua, terreni, in condizioni ambientali difficili, ed è predisposto per costituire, insieme ad altri dispositivi analoghi, un sistema integrato per il rilievo di dati ambientali.

In figura 1 è mostrato uno schema a blocchi che descrive un sistema di monitoraggio secondo la presente invenzione. Come si può notare, il singolo dispositivo sensoriale da campo è costituito da:

● un processore per il controllo e il condizionamento dei sensori, nonché per l’elaborazione dei relativi dati;

● un'unità di alimentazione interna ed esterna, la cui parte interna comprende almeno una batteria ricaricabile e la cui parte esterna comprende un pannello fotovoltaico, predisposto come mezzo di ricarica per la batteria,

● una sezione attuativa;

● una pluralità di unità sensoriali esterne ed interne; e

● un’unità di comunicazione wireless, di tipo multi-hop.

Per sistema di comunicazioni di tipo multi-hop (multi-hop routing) si intende una rete di comunicazione via radio in cui l’area di copertura della rete complessiva ha un’estensione maggiore della somma delle aree di copertura risultanti dalle portate radio dei singoli nodi.

Considerando che il ricevitore radio in un sistema di comunicazione è un componente a elevato consumo di energia, maggiore se a lunga distanza, in casi di nodi di rilevazione dispersi su una vasta area un sisma di comunicazione di tipo multi-hop può essere più efficiente di un sistema di tipo singlehop.

Pertanto, questo sistema di comunicazione è particolarmente adatto a mettere in rete un certo numero di dispositivi secondo la presente invenzione.

Le componenti sopra menzionate, con l’eccezione dei sensori esterni del dispositivo, contenute in un apposito contenitore sigillato di protezione a tenuta, ovvero di tipo impermeabile, isolato termicamente e dotato di un sistema di galleggiamento e segnalazione visiva del tipo a boa luminosa.

Con riferimento alla figura 2, il dispositivo è indicato nel suo complesso con 1. Esso comprende il suddetto contenitore 2 che è isolato termicamente ed è sigillato a tenuta; il contenitore 2 contiene quindi almeno una scheda processore (CPU) che realizza detto processore per il controllo e il condizionamento dei sensori, nonché per l’elaborazione dei relativi dati, e detta sezione attuativa, mezzi di comunicazione wireless di tipo multi-hop, e mezzi per rilevare un segnale di posizionamento globale (GPS) con almeno un’antenna.

Il contenitore 2 ha una forma sostanzialmente scatolare e, essendo sigillato e in gran parte vuoto all’interno, esso costituisce un sistema di galleggiamento del dispositivo, predisposto per mantenerlo in una posizione prestabilita, in quanto le componenti più pesanti, che saranno descritte nel seguito, sono connesse a una singola faccia del contenitore, che in caso di galleggiamento costituiranno la parte immersa del dispositivo.

Si intende che potranno essere presenti differenti accessori per il galleggiamento, come galleggianti specifici che circondano il contenitore 2, realizzati in materiale schiumoso sigillato, e che garantiscono un adeguato posizionamento verticale in caso di immersione del dispositivo.

Questa parte immersa comprende almeno un supporto 3 per sensori esterni che includono, come apparirà più in dettaglio nel seguito, uno o più sensori di temperatura 4.

La faccia del contenitore 2 a cui il supporto sensori 3 è connesso costituisce la superficie inferiore, contrapposta quindi a una superficie superiore, destinata a rimanere emersa in caso di galleggiamento, che comprende detto pannello fotovoltaico 9 per la ricarica della batteria che alimenta l’elettronica del dispositivo.

In corrispondenza di detta superficie superiore il dispositivo 1 comprende anche una lampada di segnalazione 8, per esempio del tipo a LED che emana impulsi luminosi intermittenti, che, in detta posizione prestabilita, si trova sulla sommità del dispositivo 1.

Il supporto per sensori 3 ha una struttura tubolare che realizza un cavidotto interno, e sulla sua superficie esterna esso comprende un binario di posizionamento dei sensori, che così possono essere posizionati a diverse altezze.

La struttura tubolare è flessibile e include un puntale 5 di fissaggio a una sua estremità inferiore. Ad ogni profondità fissata per la rilevazione, il dispositivo 1 comprende una scheda multi-sensore 7 per la raccolta dei dati, convenientemente accolta in una protezione sigillata.

Tra la struttura tubolare e il contenitore 2 è previsto un distanziatore 6 che include un sensore di immersione di tipo igrometrico, che rileva la presenza di acqua ed è in grado di segnalare alla CPU che il contenitore 2 del dispositivo 1 è effettivamente immersa in acqua, e che il dispositivo galleggia e pertanto potrebbe spostarsi.

All'interno del contenitore 2 è alloggiato un accumulatore termico, che fornisce una capacità termica aggiuntiva per mitigare eventuali escursioni termiche interne in situazioni di elevata differenza tra le temperature minime e massime all’esterno.

Infatti, in situazioni d'irradianza solare eccedente quella necessaria per caricare l'accumulo elettrochimico, viene immagazzinata energia termica con la linea fotovoltaico-riscaldatore elettricoaccumulo termico, in modo da richiedere un minimo intervento dell'accumulo elettrochimico per il riscaldamento nelle condizioni di minima temperatura.

Per quanto riguarda il processore, esso comprende una scheda con un microcontrollore (MCU) che ha la funzione di eseguire l'algoritmo di calcolo, controllo e trasmissione; esso contiene inoltre schede di interfacciamento e condizionamento con i diversi sensori.

La batteria, che provvede all’alimentazione del sistema, è costituita da un sistema di accumulo elettrico di tipo chimico, preferibilmente batterie Litio-polimero, ricaricabile attraverso una semplice porta USB e da un sistema a pannello fotovoltaico che ricarica la batteria sul sito di impiego, in presenza di radiazione solare.

Le unità sensoriali interne, quindi quelle non dislocate nella sonda esterna, sono costituite prevalentemente da un sensore di temperatura a basso consumo, un sensore di presenza acqua, un igrometro, e un sensore a contatto con il suolo. Essi forniscono un segnale inviato al processore per individuare le strategie d'intervento del riscaldatore interno, il quale comprende una ventola di raffrescamento, della segnalazione luminosa esterna e per la gestione della fase di recupero, che prevede una trasmissione dati per la localizzazione (per esempio ottenuti mediante una localizzazione GPS), in caso di spostamento anomalo o di immersione per scioglimento del ghiaccio o della neve.

L'unità sensoriale esterna invece è costituita da una sonda di rilevamento multisensoriale e multistadio: essa risulta componibile mediante un fissaggio a vite di più elementi base contenenti i sensori su detto binario unico flessibile e facilmente trasportabile, nonché componibile in loco. La flessibilità del supporto consente anche la compatibilità con sensori di deformazione, di spostamento, di inclinazione come estensimetri, accelerometri e così via.

I sensori sono contenuti in un involucro realizzato in materiale plastico e con un’elevata resistenza meccanica e agli agenti ambientali sfavorevoli come temperature variabili, irraggiamento UV, corrosione, acqua marina e così via. Ciascun involucro contiene più tipologie di sensori: almeno un sensore di temperatura, preferibilmente sensori a termoresistenza (RTD), estensimetri, sensori di umidità, sensori ottici, ecc.

In particolare, sono previste coppie di sensori primari, per la rilevazione di un parametro primario quale temperatura, deformazione ecc., e di sensori secondari o di anomalia (figura 1), e quindi sensori igrometrici e ottici che rilevano anomalie nel dislocamento dei sensori del dispositivo in relazione a ghiaccio e neve.

Il processore contiene un software che implementa un algoritmo descritto con riferimento alla figura 3. Esso consente di gestire l'acquisizione, l'elaborazione, la memorizzazione, l'instradamento e la trasmissione affidabile dei dati. Esso consente inoltre di rilevare e gestire il flusso dati delle condizioni di avaria/anomalia e le relative azioni da compiere.

Le elaborazioni per il riconoscimento dei pattern relativi alle fasi critiche o alle informazioni utili citate, come le ricostruzione profili di temperatura basati su informazioni relative ai sensori primari e secondari , anomalie, adattamento frequenze di sampling ai vari eventi, ma soprattutto i segnali di allarme di praticabilità e in generale di previsione di situazioni di pericolo basate su sintesi di dati pervasivi, utilizzano algoritmi di intelligenza computazionale artificiale (reti neurali) adeguatamente addestrate in opportune fasi di apprendimento per i singoli scenari di utilizzo.

La scelta preferita dello strumento di computational intelligence per on board e off-line processing ricade su shallow neural networks in virtù della conciseness di rappresentazione della conoscenza e nelle limitate richieste computazionali, utile in particolare per l' implementazione on board.

In figura 3 si possono distinguere le fasi di gestione energetica intelligente. Infatti, il dispositivo, oltre a gestire la carica attraverso il proprio pannello fotovoltaico dell'accumulo elettrochimico gestisce il surplus energetico da fonte fotovoltaico attraverso l'accumulo termico.

Inoltre, il dispositivo, quando non è attivo, si pone in uno stato di minimo consumo (massimizzando la durata delle risorse energetiche. La frequenza delle acquisizioni è fissata come parametro iniziale in input ma essa viene incrementata gradualmente in automatico in funzione della variazione del parametro sensoriale d'interesse, per esempio temperatura, deformazione, spostamento, inclinazione). Ciò consente di acquisire più informazioni e di ricostruire eventi con dinamica accelerata rispetto a quella prevista per il fenomeno monitorato. A titolo di esempio, ci si può riferire al caso della rilevazione di temperatura in momenti precedenti e successivi alla rottura della calotta glaciale per elevate temperature.

Inoltre, il sistema intelligente di gestione dell'energia diminuisce gradualmente e automaticamente la frequenza di acquisizione qualora lo stato di carica della batteria scenda sotto livelli di guardia preimpostati.

La fase di gestione dell'acquisizione prevede l'acquisizione ad interrogazione sequenziale degli N sensori presenti nella sonda esterna. Il dispositivo 1 quindi gestisce attraverso schede di condizionamento di sensori la fase di setup, la fase di condizionamento, la fase d'acquisizione e rilevazione anomalie (anomalie cavi, superamento soglie, sensore fuori sede).

La fase di memorizzazione/trasmissione consente di implementare un sistema capace di memorizzare su supporto a stato solido di memoria (SSD) i dati d'interesse, con implementazione di ridondanza dati dei sistemi vicini, e, in condizioni trasmissive ed energetiche sufficienti, di trasmetterli attraverso la rete di comunicazione di tipo multi-hop, o eventualmente satellitare, alla stazione ricevente base. In condizioni anomale (trasmissione non possibile per livello energetico del sistema di accumulo sotto la soglia impostata e/o condizioni trasmissive avverse) il sistema è in grado di ritrasmettere le informazioni non ancora inviate al ristabilirsi delle condizioni ottimali.

Le fasi di gestione delle anomalie prevede un gruppo di sensori a basso consumo, capaci di far risvegliare, mediante linee di IRQ, l'unità di controllo per attuare immediatamente le azioni adeguate.

In particolare, sono deputati a questa funzione il sensore di temperatura interno e il sensore di immersione/contatto con il suolo del sistema galleggiante. Infatti, al superamento delle finestre di temperatura interne preimpostate il sistema si risveglia e, dopo aver verificato che c'è un livello di energetico sufficiente, attiva la ventola di raffrescamento o il sistema di riscaldamento interno fino al rientro dell'allarme.

Al verificarsi dell'immersione o del contatto della sonda di immersione con neve/acqua/ghiaccio il sistema si risveglia ed attiva l'unità GPS. Attraverso le informazioni della posizione, l'unità di controllo è capace di rilevare, basandosi sulla posizione iniziale, se il sistema sta andando in deriva o semplicemente si è verificato una rottura del supporto del box contenitore. In caso di deriva e possibile smarrimento, il sistema invia tutti i dati non ancora trasmessi (scegliendo quella più appropriata tra multi-hop e satellitare) e, a cadenza prefissata, trasmette via satellite la sua posizione ed accende il lampeggiante esterno per facilitare le operazioni di recupero.

In caso di rottura del supporto, il sistema dopo aver inviato i dati, si mette in attesa e tramette l'anomalia per un eventuale intervento di manutenzione.

In figura 4, è illustrato un esempio di scenario operativo di funzionamento di una rete dispositivi.

A titolo di esempio, in questo sistema, indicato nel suo complesso con 10, è prevista la rilevazione pervasiva ad alta frequenza e la trasmissione wireless del profilo di temperatura (a vari livelli di profondità) e/o informazioni di anomalia della calotta di ghiaccio marino con sistema di galleggiamento e rilevazione di deriva o spostamento, per facilitare il recupero grazie a una localizzazione e trasmissione su doppia tecnologia trasmissiva PAN/satellite della posizione e dei dati.

Inoltre, è previsto un sistema di datalogger e trasmissione rete o satellite, con gestione della ridondanza dei dati, capace di funzionare anche da ripetitore e instradatore per sistemi gemelli, per garantire un'elevata fault tolerance e la trasmissione affidabile in tempo reale, anche in situazioni geologiche avverse.

Poi, è previsto un sistema di power-management e di regolazione climatica intelligente e relativo livellamento delle escursioni termiche, interno al contenitore 2, basato sull’impiego di accumulo termico, termostato, e ventola di raffrescamento.

In questo modo, è possibile un adattamento intelligente della frequenza di acquisizione, basato sull’analisi energetica e sull’analisi delle dinamiche della grandezza monitorata.

Il sistema può realizzare una rilevazione, a vari livelli di profondità, di altri parametri fisicichimici-biologici, come l’intensità luminosa, la fluorescenza, la deformazione e così via. Inoltre, è possibile la rilevazione del profilo della neve a vari livelli di profondità.

Il dispositivo e il sistema di dispositivi sopra descritti possono essere impiegati per il monitoraggio ambientale, nel settore sportivo e turistico, in ambito militare e nei settori della ricerca scientifica, dei trasporti e della gestione delle emergenze.

Pertanto, essi possono essere impiegati, solo a titolo esemplificativo, da industrie specializzate in dispositivi per il monitoraggio ambientale e idrogeologico, in dispositivi per la sicurezza ambientale e idrogeologica o idrogeomatici, da società specializzate in attività di monitoraggio ambientale, nell’industria degli sport invernali, da enti di ricerca e da corpi militari.

Al sopra descritto dispositivo per la rilevazione di profili di temperatura un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) per la rilevazione di profili di temperatura comprendente: ● almeno un contenitore (2) isolato termicamente e sigillato a tenuta, che contiene almeno una scheda processore (CPU), mezzi di comunicazione wireless di tipo multi-hop, e mezzi per rilevare un segnale di posizionamento globale (GPS) con almeno un’antenna; ● almeno un supporto (3) per sensori esterni che includono uno o più sensori di temperatura; ● almeno una batteria e mezzi di ricarica di tale batteria che includono un pannello fotovoltaico; e ● un sistema di galleggiamento del dispositivo, predisposto per mantenerlo in una posizione prestabilita.
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, che comprende una lampada (8) di segnalazione che, in detta posizione prestabilita, si trova sulla sommità del dispositivo.
3. 3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui, all'interno del contenitore (2) è alloggiato un dispositivo di accumulato termico, che fornisce una capacità termica aggiuntiva per mitigare eventuali escursioni termiche interne in situazioni di elevata differenza tra le temperature minime e massime all’esterno.
4. 4. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta almeno una batteria, che provvede all’alimentazione elettrica, è costituita da un sistema di accumulo elettrico di tipo chimico, preferibilmente batterie Litio-polimero.
5. 5. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui sono previste unità sensoriali interne costituite da un sensore di temperatura a basso consumo, un sensore di presenza acqua, un igrometro, e un sensore a contatto con il suolo.
6. 6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti sensori sono contenuti in un involucro realizzato in materiale plastico e con un’elevata resistenza.
7. 7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 6, in cui ciascun involucro contiene più tipologie di sensori scelti tra sensori di temperatura, preferibilmente sensori a termoresistenza (RTD), estensimetri, sensori di umidità, sensori ottici.
8. 8. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui sono previste coppie di sensori primari, per la rilevazione di un parametro primario quale temperatura o, deformazione, e di sensori secondari o di anomalia come sensori igrometrici e ottici, che rilevano un dislocamento del dispositivo in relazione a ghiaccio e neve.
9. 9. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di comunicazione wireless includono anche sistemi di comunicazione satellitare.
10. 10. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui in detta scheda processore è presente un software per gestire l'acquisizione, l'elaborazione, la memorizzazione, l'instradamento e la trasmissione affidabile dei dati e di rilevare e gestire il flusso dati delle condizioni di avaria/anomalia e le relative azioni da compiere.
11. 11. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 10, in cui detto software implementa un algoritmo di intelligenza computazionale artificiale a reti neurali.
12. 12. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 11, in cui detto algoritmo di intelligenza computazionale artificiale a reti neurali è del tipo a shallow neural networks.
13. 13. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 10, in cui detto software gestisce il surplus energetico da fonte fotovoltaico attraverso l'accumulo termico.
14. 14. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 10, in cui la frequenza delle acquisizioni è fissata come parametro iniziale in input ma essa viene incrementata gradualmente in automatico in funzione della variazione del parametro sensoriale d'interesse, e diminuisce gradualmente e automaticamente qualora lo stato di carica della batteria scenda sotto livelli di guardia preimpostati.
15. 15. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 10, in cui la fase di gestione dell'acquisizione prevede l'acquisizione ad interrogazione sequenziale degli N sensori presenti nella sonda esterna.
16. 16. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 10, in cui La fase di memorizzazione e trasmissione dei dati impiega un supporto a stato solido di memoria (SSD) e, in condizioni trasmissive ed energetiche sufficienti, trasmette detti dati attraverso la rete di comunicazione di tipo multi-hop alla stazione ricevente base, mentre in condizioni anomale i dati non ancora inviati sono ritrasmessi al ristabilirsi delle condizioni ottimali di trasmissione.
17. 17. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 10, in cui la gestione delle anomalie prevede un gruppo di sensori a basso consumo, capaci di far risvegliare, mediante linee di IRQ, il processore per attuare le azioni adeguate.
18. 18. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 17, in cui il gruppo di sensori a basso consumo comprende un sensore di temperatura interno e un sensore di immersione e di contatto con il suolo del sistema galleggiante e, al verificarsi dell'immersione o del contatto della sonda di immersione il processore si risveglia ed attiva i mezzi per rilevare un segnale di posizionamento globale, inviando tutti i dati non ancora trasmessi e, a cadenza prefissata, trasmette via satellite la sua posizione ed accende il lampeggiante esterno per facilitare le operazioni di recupero.
19. 19. Sistema di monitoraggio (10), che comprende una pluralità di dispositivi per la rilevazione di profili di temperatura di una delle rivendicazioni precedenti.